VORRICHTUNG ZUM KÜHLEN VON GEGENSTÄNDEN UND RÄUMEN UND

VERFAHREN ZU DEREN BETRIEB

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von Gegenständen und Räumen mit Hilfe einer Wasserdampf absorbierenden wäßrigen Lösung. Die Gegenstände können entweder selbst Wasser in einer offenporigen Struktur enthalten, z.B. erntefrische Gemüse und Backwaren, oder mit Wasser besprüht werden wie beispielsweise frisch gebrühte Würstchen in einer wasserdichten Verpackung. Die Erfindung ist aber auch in Klimaanlagen und Kühlräumen anwendbar, wobei eine Wand eines Wärmetauschers mit Wasser besprüht wird.

Stand der Technik

[0002] Es ist bekannt, daß Lebensmittel am Ende ihres Herstellungsprozesses mittels gekühlter Luft abgekühlt werden, zum Beispiel in Schockfrostern. Ein Mangel dieses Verfahrens liegt in der geringen Geschwindigkeit des Temperaturabfalls und der damit verbundenen Gefahr einer Vermehrung von unerwünschten Keimen, selbst wenn die Kühlluft vorher aufwendig entkeimt wurde. So ist aus der Druckschrift DE 101 28 394-AI eine Vakuum-Kühlanlage mit kontinuierlichem Betrieb bekannt. Das Wasser verdampft im Vakuum und wird dann abgesaugt. Die Verdampfungsenergie kühlt das Kühlgut.

[0003] Ein anderes bekanntes Verfahren zur Kühlung ist die Sorptionskühlung:

Die Druckschrift DE 19748 362-AI beschreibt eine derartige Anlage, in der das vorhandene Wasser unter Vakuum verdampft und von festen Sorptionsmitteln (Zeolith) absorbiert wird. Die Desorption wird durch Temperaturerhöhung im Sorptionsmittel erreicht. Aufgrund der beschränkten Wärmeleitfähigkeit der Sorptionsmittel sind die Regenerationszeiten lang, wenn Temperaturen im Kühlgut von 1 O ⁰ C oder weniger erreicht werden sollen.

[0004] Es sind auch Kühlanlagen mit flüssigem Sorptionsmittel und damit kontinuierlichem Betrieb bekannt, beispielsweise aus der DE 197 35 334-

C2. Hierbei wird eine Lösung von Komponenten mit unterschiedlichen Siedepunkten in einem geschlossenen Kreislauf umgepumpt. Die Komponenten werden in einem Austreiber (Kocher) voneinander getrennt und in der Kältekammer unter Aufnahme von Energie gemischt.

Offenbarung der Erfindung

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Kühlen von

Gegenständen und Räumen mit Hilfe einer Wasserdampf absorbierenden wäßrigen Lösung anzugeben, die sich zum raschen Kühlen, bevorzugt zur Kühlung von Lebensmitteln, eignet und einen für die Keimvermehrung kritischen Temperaturbereich rascher zu durchlaufen gestattet.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Vorrichtung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und des Verfahrens zum Betrieb dieser Vorrichtungen wird auf die untergeordneten Ansprüche verwiesen.

[0007] Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen Sprühabsorber, der die Lösung versprüht und der mit einem die Gegenstände enthaltenden Raum in Verbindung steht. Ein beheizbarer Wasser-Austreiber ist dem Sprühabsorber nachgeschaltet. Der Dampfraum des Wasser-Austreibers ist mit einem Kondensator verbunden, und es führt von dem Wasser- Austreiber eine Leitung zu den Sprühköpfen des Sprühabsorbers. Eine Vakuumpumpe ist saugseitig an den Dampfraum des Austreibers und an den Kondensator angeschlossen.

[0008] In der Praxis kann die Vakuumpumpe saugseitig auch an den die

Gegenstände enthaltenden Raum angeschlossen sein. Ferner kann eine Förderpumpe vorgesehen sein, um die Lösung zwischen dem Sprühabsorber und dem Austreiber umzupumpen.

[0009] Der Sprühabsorber ist bei einer praktischen Ausführungsform als Rieselwand ausgebildet, die sich innerhalb des die Gegenstände enthaltenden Raums befindet. Der Ausgang des Sprühabsorbers kann über einen Siphon mit dem Austreiber in Verbindung stehen.

[0010] Im Austreiber können Mittel zur Bestimmung der Konzentration der Lösung vorgesehen sein, die auf Steuermittel einwirken, welche die Konzentration auf einem gewünschten Wert halten. Hierdurch wird ein

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kontinuierlicher optimaler Betrieb der Vorrichtung sichergestellt. Die Steuermittel können in der Praxis die Rückführung von Kondensat aus dem Kondensator in den Kreislauf bewirken.

[0011] Bei einer Ausführungsvariante ist mindestens ein weiterer Kreislauf für ein wäßriges Lösungsmittel mit einem Sprühabsorber und einem Wasser- Austreiber vorgesehen, wobei der Dampfauslaß dieses Austreibers mit einem Kondensat-Sammelbehälter verbunden ist und der Dampfeinlaß des weiteren Sprühabsorbers mit dem Dampfraum eines Verdampfers in Verbindung steht, dessen wäßrige Lösung das Tiefkühlfluid eines Tiefkühlkreises bildet und durch Zufuhr von Kondensat aus dem Sammelbehälter regeneriert wird. Der Tiefkühlkreis ermöglicht mit geringem zusätzlichen Aufwand Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt von Wasser.

[0012] Die wäßrige Lösung kann in der Praxis Alkali- oder Erdalkalisalze der Essig- oder Ameisensäure enthalten. Sie kann alternativ eine Mischung dieser Salze mit Alkali- oder Erdalkali-Halogeniden enthalten. Sie kann gemäß einer weiteren Alternative Alkali- oder Erdalkali-Sulfate enthalten. Schließlich kann sie alternative Alkali- oder Erdalkali-Perhalogenide bzw. Hydroxy- ocjer Polyhydroxy-Essigsäure enthalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

[0014] Figur 1 zeigt schematisch eine erste erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit einem Absorber in Form einer Rieselwand in der Kühlkammer.

[0015] Figur 2 zeigt die Rieselwand an der inneren Rückwand der in Figur 1 von der Seite dargestellten Kühlkammer.

[0016] Figur 3 zeigt eine Variante zu Figur 1 mit einem Sprühabsorber außerhalb der Kühlkammer.

[0017] Figur 4 zeigt eine Vorrichtung, die aufbauend auf der Vorrichtung gemäß Figur 1 einen zusätzlichen Tiefkühlkreis besitzt.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0018] In Figur 1 ist eine vakuumdicht verschließbare Kühlkammer 1 zu sehen, in der feuchtes oder befeuchtetes Kühlgut rasch abgekühlt werden soll. Es

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kann sich um Lebensmittel mit offenporiger Struktur handeln, beispielsweise frisch gebackenes Brot, oder um Güter, die unter Vakuum keine Feuchtigkeit abgeben wie vakuumdicht verpackte Güter, deren Verpackung von außen befeuchtet wird.

[0019] In dieser Kammer befindet sich eine als Sprühabsorber wirkende

Rieselwand 2 (siehe auch Figur 2), die oben über einen Sprühverteiler 3 gleichmäßig mit einer wäßrigen Lösung beschickt werden kann und unten ein trichterförmiges Sammelbecken 4 besitzt, welches über eine mit einem Ventil 5 versehene Leitung mit einem Austreiber 6 verbunden ist. Bei offenem Ventil 5 stellen sich Pegel ein, deren Unterschied von den Dampfdrücken im Austreiber und dem Sammelbecken abhängt.

[0020] Die wäßrige Lösung im Austreiber 6 wird über eine Heizschlange 7 erwärmt, um das Wasser aus der Lösung als Dampf auszutreiben. Das in der Heizschlange umlaufende Fluid kann beispielsweise von einem Solarpaneel stammen. Der entstehende Dampf gelangt in einen Kondensator 8, dessen Wasserauslaß durch ein Ventil 9 bei Bedarf geöffnet wird.

[0021] Der Verteiler 3 wird über eine Förderleitung 10 mit an Wasser armer Lösung aus dem Austreiber versorgt, und zwar mit Hilfe einer Förderpumpe 11 und über einen Luftkühler 12. Ein Expansionsgefäß 13 ist an diese Leitung 10 angeschlossen, um Druckschwankungen in dieser Leitung zu kompensieren.

[0022] Eine Vakuumpumpe 14 ist über je ein Ventil an die Kühlkammer und an den Gasraum des Austreibers angeschlossen. Mit ihr werden bei Inbetriebnahme der Vorrichtung die vorhandenen Permanentgase abgesaugt und während des Betriebs die erforderlichen Unterdrücke aufrechterhalten. Sie kann wie dargestellt zur Entlastung mit einer Voreinlaßkühlung versehen sein (Leitung 15).

[0023] Soll ein Kühlgut mit einem nennenswerten Eigen-Feuchtigkeitsgrad, z.B. frisch gebackenes Brot, rasch auf Temperaturen zwischen 10 ⁰ C und 2°C abgekühlt werden, dann wird das Kühlgut in die Kammer 1 geschichtet und die Kammer wird verschlossen. Die Vakuumpumpe 14 und die Pumpe zum Fördern der wäßrigen Lösung werden eingeschaltet und die Lösung

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im Austreiber 6 wird erwärmt. Man verwendet beispielsweise eine 50- prozentige wäßrige Lösung von Lithiumbromid LiBr. Aber auch Kaliumformiat KCOOH und andere Salze kommen in Frage. Die nachstehenden Tabellen enthalten abhängig von der Temperatur der den Kondensator 8 kühlenden Luft und der Austreibertemperatur die jeweils niedrigste Temperatur, die das Kühlgut erreichen kann:

[0024]

1. Kaliumformiat KCOOH 74%

[0025]

[0026]

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[0027] Die Lösung dieser Stoffe in Wasser ist nicht toxisch. Wie die Tabellen zeigen, ist bei Kühlluft-Temperaturen, die wie in Mitteleuropa ständig unter 40 ⁰ C liegen, KCOOH gegenüber LiBr zu bevorzugen.

[0028] Die Vorrichtung gemäß Figur 1 kann auch zum Kühlen eines Raums verwendet werden, der nicht evakuierbar ist, oder als Kältequelle einer Klimaanlage dienen. In diesen Fällen entfällt natürlich die Verbindung von der Vakuumpumpe 14 zum Raum 1. Die Rieselwand 2 kann bei beliebigen Drücken wirksam Wasserdampf absorbieren.

[0029] Die Variante gemäß Figur 3, in der gleiche Bezugszeichen für funktionsgleiche Elemente verwendet sind, unterscheidet sich von der geschilderten Vorrichtung im wesentlichen dadurch, daß die Absorption des Wasserdampfes nicht innerhalb der Kammer 1 erfolgt, sondern in einem Sprühabsorber 21 außerhalb der Kammer. Außerdem ist der Auslaß aus diesem Sprühabsorber nicht unmittelbar mit dem Austreiber verbunden, sondern über einen Sammelbehälter 22. Wenn der Sammelbehälter wie hier dargestellt baulich unter dem Sprühabsorber liegt, ist die Einfügung eines Siphons 23 zwischen beiden erforderlich, um zu verhindern, daß der Gasraum des Sammelbehälters bei größeren Druckunterschieden unmittelbar mit dem Gasraum des Sprühabsorbers in Verbindung gerät. Der Füllstand des Siphons wird durch (nicht dargestellte) Sonden überwacht. Da der Sprühabsorber 21 mit einem evakuierten Gasraum arbeitet, der über eine Dampfleitung mit dem Raum 1 in Verbindung steht, muß in diesem Fall der Raum 1 von der Vakuumpumpe 14 evakuiert werden.

[0030] Natürlich könnte man auch ein an sich schon trockenes Kühlgut kühlen, indem man es mit Wasser besprüht, das aus der Lösung im Austreiber gewonnen wurde. Die Konzentration der Lösung wird überwacht und bei Bedarf durch Rückspeisen von Wasser aus dem Kondensator (über das Ventil 9) nachgeregelt.

[0031] Wie in Figur 1 ist eine Vakuumpumpe an die einzelnen Elemente angeschlossen, um die Permanentgase abzuziehen und die für die gewünschte Kühlguttemperatur erforderlichen Dampfdrücke einzustellen.

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[0032] Die Variante gemäß Figur 4 unterscheidet sich grundsätzlich nicht von der Vorrichtung gemäß Figur 3, was durch gleiche Bezugszeichen für gleichartige Elemente manifestiert wird. Hier wurde lediglich ein zusätzlicher Tiefkühlkreis angefügt, der mit geringem zusätzlichen Aufwand einen Kühlkreislauf für Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt von Wasser bietet. Er enthält einen weiteren Kreislauf für eine wäßrige Lösung mit einem weiteren Sprühabsorber 25 und einem weiteren Austreiber 26 sowie einer Pumpe 27. Der Sprühabsorber 25 entzieht Wasserdampf aus einem Verdampfer 28, dessen wäßrige Lösung bei Temperaturen deutlich unter 0 ⁰ C in einem Tieftemperatur-Kühlkreislauf

29 umgewälzt wird. Der im Austreiber 26 entstehende Wasserdampf wird in einen Sammelbehälter 30, der auch als Verdampfer wirkt, und von dort in regelmäßigen Abständen zurück in den Verdampfer 28 geleitet. Auch aus dem Kondensator 8 kann bei Bedarf Wasser in den Sammelbehälter

30 abgelassen werden.

[0033] Die Vorrichtung mit einer weiteren Stufe gemäß Figur 4 könnte sinngemäß auch die Vorrichtung der Figur 1 ergänzen, sofern der Raum 1 für diesen Fall im Betrieb evakuiert wird.

[0034] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele in allen Einzelheiten beschränkt.

[0035] So können je nach dem zu kühlenden Gut andere als die oben erwähnten Sorptionsmittel aus den Gruppen ausgewählt werden, die in den Verfahrensansprüchen erwähnt sind. Je nach dem Anwendungsgebiet kann auch ein Effekt der Entwesung oder Entkeimung bei der Wahl des Sorptionsmittels eine Rolle spielen. Grundsätzlich ist die Erfindung auch nicht auf ein- oder zweistufige Kühlvorrichtungen beschränkt, sondern kann auch weitere Stufen enthalten, wenn besonders tiefe Temperaturen erreicht werden sollen.

[0036] Manche dargestellten Ventile haben keine grundsätzliche Bedeutung für den Betrieb der Vorrichtung und wurden deshalb nicht erläutert. Sie dienen an sich bekannten Funktionen wie der Reinigung von Einzelelementen und der Belüftung von Leitungen. Um bei einer Belüftung

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den Eintrag von Keimen in die Vorrichtung zu verhindern, sind die entsprechenden Einlaßventile mit Filtern versehen.