DE2364749C3 - Kühlvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Kühlvorrichtung der gattungsgemäßen Art (US-PS 32 55 608) werden die zu behandelnden Gegenstände auf die Weise durch ein Flüssiggas in direktem Kontakt mit diesem gekühlt, daß sie auf einem Förderband vorwärts transportiert werden, wobei das Förderband einen eine offene Mulde bildenden Behälter durchläuft, in der sich das Flüssiggas befindet. Nachdem dann die Gegenstände mittels des Förderbandes über das schräg nach oben ansteigende Endteil der Behältermulde aus dieser heraustransportiert worden sind, werden sie der gewünschten weiteren Bearbeitung, beispielsweise einem Zerkleincrungsprozeß od. dgl., unterworfen.

Bei einem derartigen Kühlprozeß, bei dem ein direkter Kontakt zwischen den zu kühlenden Gegenständen und dem Flüssiggas stattfindet, verdampft das Flüssiggas teilweise aufgrund der von den Gegenständen aufgenommenen Wärme. Hierdurch ergibt sich eine intensive Blasenbildung um die Gegenstände, wenn diese in das Flüssiggas eingetaucht werden, da ein beträchtlicher Temperaturunterschied zwischen den Gegenständen und dem Flüssiggas vorliegt. Diese Gasentwicklung hat zur Folge, daß sich um die Gegenstände ein gasförmiger Film bildet, der die Ursache dafür ist, daß die Kühlgeschwindigkeit dar Gegenstände bzw. die Leistungsfähigkeit der gesamten Vorrichtung entscheidend herabgesetzt wird, da der gasförmige Film die intensive Berührung zwischen den Gegenständen und dem Flüssiggas behindert und damit den Wärmeübergang beeinträchtigt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlvorrichtung der gattungsgemäßen Art zur Beseitigung der erwähnten Nachteile derart auszugestalten, daß die Dicke des gasförmigen Films, der beim Eintauchen der Gegenstände in das Flüssiggas um diese herum gebildet wird, reduziert oder sogar völlig beseitigt wird und dadurch die erzielte Kühlgeschwindigkeit gesteigert wird.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen enthalten.

Der erfindungsgemäß ausgestalteten Kühlvorrichtung liegt der Gedanke zugrunde, den zu kühlenden Gegenständen von außerhalb des Behälters Schwingungen mit solch großer Amplitude zu erteilen, daß die zu kühlenden Gegenstände mit Sicherheit im Flüssiggas intermittierend schräg nach oben in Transportrichtung geschleudert werden. Da hierbei die zu diesem Zweck außerhalb des Behälters vorgesehene Vibratoreinrichtung gleichzeitig außerdem die Funktion erfüllt, die zu kühlenden Gegenstände innerhalb des im Behälter befindlichen Flüssiggases vorwärtszutransportieren, ergibt sich nicht nur eine kompakte Ausbildung der gesamten Kühlvorrichtung, sondern es wird auch deren Kühlleistung beträchtlich dadurch erhöht, daß sich aufgrund der in Transportrichtung schräg nach oben intermittierend aus dem Flüssiggas herausgeschleuderten Gegenstände hohe und häufig sich ändernde Relativgeschwindigkeiten zwischen den Gegenständen und dem Flüssiggas ergeben, so daß die Dicke des ansonsten um die Gegenstände herum gebildeten

so gasförmigen Films drastisch reduziert oder sogar völlig beseitigt wird. Es liegt daher ein äußerst guter Kontakt zwischen den Gegenständen und dem Flüssiggas vor, was den Wärmeübergang verbessert und ein schnelles Kühlen der Gegenstände ermöglicht.

Dadurch kann aber auch die Kühlenergie des an sich teuren Flüssiggases wirksam angewendet werden, so daß insgesamt die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung bei hoher Kühlleistung im Betrieb kostensparend ist.

Da die Vibratoreinrichtung außerhalb des Behälters angeordnet ist, ist weiterhin gewährleistet, daß einerseits etwa bei deren Betrieb gebildete Reibungswärme od. dgl. nicht die Kühlenergie des im Behälter befindliehen Flüssiggases beeinträchtigt und daß andererseits die Vibratoreinrichtung selbst auch nicht

μ durch die tiefe Temperatur des Flüssiggases beeinflußi wird.

Wenn, wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dem Behälter eine

Vorkühleinrichtung für die Gegenstände vorgeordnet ist, kann die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter dadurch gesteigert werden, daß der gegebenenfalls beim anfänglichen Eintauchen der Gegenstände in das Flüssiggas um diese herum gebildete gasförmige Film noch vollständiger beseitigt wird, indem nämlich die Temperatur der Gegenstände vor deren Eintauchen in das Flüssiggas mittels der Vorkühleinrichtung abgesenkt wird. Das heißt, daß dann, wenn vorgekühlte Gegenstände in das Flüssiggas eingetaucht werden, die Dicke des um die Gegenstände herum aufgrund der Verdampfung des Flüssiggases gebildeten gasförmigen Films weiter verringert wird, da die Temperaturdifferenz zwischen den Gegenständen und dem Flüssiggas sehr viel kleiner ist als wenn die Gegenstände nicht vorgekühlt sind. Dadurch wird insgesamt die Kühlenergie des im Behälter befindlichen Flüssiggases noch besser ausgenutzt.

Da bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die zu kühlenden Gegenstände mittels der Vibratoreinrichtung nach oben geschleudert werden und demgemäß das Niveau des Flüssiggases einer intensiven vertikalen Bewegung unterworfen ist. ist es grundsätzlich erwünscht, das im Behälter befindliche Flüssiggas ste'.s auf einem bestimmten Niveau zu halten, um dadurch zu gewährleisten, daß einerseits ständig eine ausreichende Menge an Flüssiggas vorhanden ist, daß jedoch andererseits aus Kostengründen die Menge des im Behälter befindlichen Flüssiggases ein bestimmtes Ausmaß nicht überschreitet Zu diesem Zweck ist bei der gemäß Anspruch 3 vorgesehenen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung der vorgesehene Fühler der Kontrolleinrichtung innerhalb eines Rohres begrenzten Durchmessers angeordnet, um ein sicheres Erfassen des Flüssiggasniveaus zu gewährleisten. Dies ist deswegen möglich, weil das Niveau des Flüssiggases, das sich innerhalb des den Fühler enthaltenden Rohres befindet, trotz der intensiven Bewegungen des Flüssiggasniveaus im Behälter frei von jeglicher vertikalen Bewegung ist und weil außerdem auch der Fühler selbst aufgrund seiner Anordnung innerhalb des Rohres vor auf ihn auftrefferden Gegenständen geschützt ist und sich daher nicht in unkontrollierbarer Weise hin- und herbewegen kann, wie dies beispielsweise bei Verwendung eines bekannten Schwimmerfühlers (F i g. 6 von US-PS 35 55 608) der Fall wäre.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Diese zeigt in

F i g. 1 schematisch teilweise geschnitten die Kühlvorrichtung in Seitenansicht und

Fig.2 im Querschnitt gemäß Linie H-II nach Fig. 1 sowie

Fig.3 schematisch die Art und Weise des Transportes der Gegenstände.

Gegenstände 25, die in einem Aufgabebehälter 1 gelagert sind, werden in fast konstanter Menge/Zeiteinheit mittels einer Zufuhreinrichtung 2 in Form eines Förderbandes in einem Behälter 3 geleitet, und zwar über eine Einlaßöffnung 4, die sich an einem nach oben offenen Ende des Behälters 3 befindet. Der Behälter 3 enthält ein Flüssiggas 5, beispielsweise Freon, flüssige Kohlensäure flüssigen Stickstoff od. dgl., zum Kühlen der hierin angeordneten Gegenstände 25. Die dem Behälter 3 über die Einlaßöffnung 4 zugeführten Gegenstände 25 werden durch das Flüssiggas 5 t» hindurchtransportiert und über eine Auslaßöffnung 6, die sich am anderen Ende des Behälters 3 nach unten öffnet, aus dem Behälter J ausgetragen. Der Behälter 3 besitzt die Form eines zylindrischen Körpers 12 mit etwa horizontaler Längsachse 7 und ist aus einem eine Innenwandfläche bildenden Innenrohr 8 sowie einem eine Außenwandfläche bildenden Außenrohr 9 gebildet, wobei beide R&hre 8,9 im Abstand voneinander koaxial angeordnet sind. Um der Wand des zylindrischen Körpers 12 die Fähigkeit zu verleihen, den Innenraum des Innenrohres 8 thermisch zu isolieren, ist der Raum 10 zwischen den Rohren 8, 9 entweder mit einem bekannten Isoliermaterial gefüllt und/oder im Druck reduziert Vorzugsweise kann dieser Raum 10 ein Vakuum aufweisen. Das Innenrohr 8 ist leicht nach oben in Richtung auf die Auslaßöffnung 6 geneigt Um die Gegenstände 25 aus dem Flüssiggas 5 herausnehmen zu können, weist der eine Förderfläche für die Gegenstände 25 bildende Boden des Innenrohres 8 ein leicht nach oben geneigtes Endteil 11 auf, das bis über das Niveau des im Behälter 3 befindlichen Flüssiggases 5 ansteigt

Der zylindrische Körper 12 ist an einer Basis 17 befestigt, und zwar mittels dreier Sätze von Lagerungseinrichtungen 16, die jeweils zwei geneigte, etwa parallel zueinander verlaufende Blattfedern 13,14 sowie eine Schraubenfeder 15 aufweisen, die ct^a senkrecht zu den Blattfedern 13, 14 wirkt. Die Blattfedern 13, 14 dienen zur Regulierung der Vibration des zylindrischen Körpers 12, der parallel zu seiner Längsachse 7 hin- und herbewegbar, d. h. in Schwingungen versetzbar ist. Eine an der Basi.» 17 gelagerte Kurbelwelle 18 wird mittels eines an der Basis 17 angeordneten Elektromotors 19 angetrieben, und zwar über Riemenscheiben 20, 21 sowie einen Treibriemen 22. Die Kurbelwelle 18 ist weiterhin mittels einer Verbindungsstange 23 sowie eines Stoßdämpfers 24 mit dem zylindrischen Körper 12 verbunden, wobei der Stoßdämpfer 24 einen beispielsweise aus Hartgummi gefertigten elastischen Körper aufweist. Es wird daher bei Betätigung des Elektromotors 19 der zylindrische Körper 12 parallel zu seiner Längsachse 7, d. h. in Transportrichtung der Gegenstände 25, hin- und herbewegt, wobei die Schwingungsrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt ist.

Aufgrund der Hin- und Herbewegung des zylindrischen Körpers 12 bewegt sich das Innenrohr 8 mit einer Amplitude L in Richtung der gestrichelten Pfeile gemäß Fig.3 nin und her, wodurch die Gegenstände 25 in Richtung der Längsachse 7 des zylindrischen Körpers 12 (in Richtung des ausgezogenen Pfeiles gemäß F i g. 3) derart vorwärts bewegt werden, als ob sie innerhalb des Flüssiggases 5 innermittierend schräg nach oben geworfen würden. Durch ständige Wiederholung dieser kleinen Vorwärtsbewegung werden die Gegenstände 25 allmählich von der Einlaßöffnung 4 zur Auslaßöffnung 6 vorwärts bewegt. In der Nähe der Behälterauslaßöffnung 6 erklimmen die Gegenstände 25 das leicht nach oben geneigte Endteil 11 der Förderfläche, wo sie vom Flüssiggas 5 abgetrennt und sodann aus der Auslaßöffnung 6 ausgetragen werden. Danach werden die Gegenstände 25 einer weiteren Behandlung, beispielsweise einem Zerkleinerungsprozeß, unterworfen.

Ein Ende einer mit einer nicht dargestellten Flüssiggaszufuhreinrichtung verbundenen Leitung 26 erstreckt sich ins Inner«¹ des Innenrohres 8, in dem eine Einrichtung 27 zur Niveaumessung des im Behälter 3 befindlichen Flüssiggases 5 vorgesehen ISl. Ein Von der Niveaumeßeinrichtung 27 geliefertes Signal wird zu einer Kontrolleinrichtung 28 geleitet, die ihrerseits ein Signal erzeugt, mittels dem ein an der Leitung 26 angeordnetes elektromagnetisches Ventil 29 geöffnet bzw. geschlossen und hierdurch das Niveau des

Flüssiggases 5 fast konstant innerhalb des Behälters 3 gehalten wird.

Die Niveaumeßeinrichtung 27 weist ein Rohr 30 sowie einen hierin angeordneten Fühler 31 auf. Das obere Ende des Rohres 30 ist außerhalb des zylindrischen Körpers 12 angeordnet, während das untere Rohrende in das Flüssiggas 5 eintaucht und ausreichend tief dort angeordnet ist. so daß es nicht oberhalb des Niveaus des Flüssiggases 5 zu liegen kommen kann, wenn sich das Flüssiggasniveau ändert. Der Innendurchmesser des Rohres 30 ist ausreichend klein gehalten, so daß keine Atmosphärenluft an den Fühler 31 gelangt.

Der Fühler 31 ist beispielsweise aus Kohlenstoff- oder Galliumarsenid gefertigt, durch das Schwachstrom geleitet wird. Die Ausbildung ist hierbei derart gehalten, daß die Änderung des Schwachstromes gemessen wird, wobei sich diese Änderung durch eine Temperaturänderung in Abhängigkeit davon ergibt, ob der Fühler 31 im Flüssiggas 5 angeordnet ist oder nicht. Statt dessen kann m der Fühler auch einen abgedichtet verschlossenen Behälter aufweisen, der aus einem Material guter thermischer Leitfähigkeit besteht und ein Gas enthält, das in Abhängigkeit davon, ob der Fühler im Flüssiggas angeordnet ist oder nicht, kondensiert oder verdampft, :ϊ so daß der jeweilige Gasdruck gemessen werden kann. Das im Behälter eingeschlossene Gas kann in Abhängigkeit vom verwendeten Flüssiggas ausgewählt werden; so kann beispielsweise, wenn als Flüssiggas verflüssigter Stickstoff zur Anwendung gelangt, eine so Gasmischung aus Argon und Sauerstoff verwendet werden. Es ist daher der Fühler in jedem Fall derart ausgestaltet, daß er das Niveau des Flüssiggases 5 dadurch mißt, daß die sich aus Temperaturänderungen ergebenden Änderungen physikalischer Eigenschaften gemessen werden. Damit es nicht vorkommen kann, daß bei einem Gefrieren des Wassers oder bei einer sich um den Fühler 31 herum ergebenden Kondensation verschiedener Gase der Fühler 31 das Flüssiggasniveau unkorrekt mißt, ist solch eine möglicherweise aufgrund von Gefrieren oder Kondensation auftretende Störung durch die Ausbildung des Fühlers 31 derart vermieden, daß der Fühler 31 im Rohr 30 angeordnet und daher von dem vom Flüssiggas 5 verdampften Gas umgeben ist. Weiterhin beeinflussen Änderungen des Flüssiggasniveaus. die durch die Zufuhr der Gegenstände 25 über die Behältereinlaßöffnung 4, durch das Auftreten von Blasen im Flüssiggas 5 und/oder durch ein Vibrieren des zylindrischen Körpers 12 hervorgerufen werden, das spezielle Flüssiggasniveau innerhalb des Rohres 30 nicht ίο bemerkenswert, so daß sich die Niveaumeßeinrichtung 27 äußerst gut zur Anwendung für die beschriebene Kühlvorrichtung eignet.

Eine Leitung 32 mündet mit ihrem einen Ende an einem oberen Teil des Innenrohrs 8 in dessen Innere, während das andere Ende der Leitung 32 ins Innere der Zufuhreinrichtung 2 mündet. Mittels eines an der Leitung 32 befestigten Gebläses 33 wird ein Tieftemperaturgas, das vom Flüssiggas 5 innerhalb des Behälters 3 verdampft worden ist über die Leitung 32 zur Zufuhreinrichtung 2 geleitet, so daß die Gegenstände 25 vorgekühlt werden, bevor sie in den Behälter 3 eingeleitet werden. Der Behälter 3 ist mit Ausnahme der Einlaß- und Auslaßöffnung 4, 6 geschlossen, so daß das Tief temperaturgas leicht über die Leitung 32 zur .--. Zufuhreinrichtung 2 geleitet werden kann, während die Atmosphäreniuft keinen Zugang zum Innern des Behälters 3 hat Vorzugsweise sind die Behältereinlaßöffnung 4 und Auslaßöffnung 6 mittels Gasvorhänger verschlossen.

Als Zufuhreinrichtung 2 können verschiedene be kannte Einrichtungen, beispielsweise Rollen-, Ketten-Band- und Schraubenförderer od. dgl. verwende werden. In gleicher Weise ist auch eine mittel! Schwerkraft arbeitende Zufuhreinrichtung verwendbar die mit einer Drosselklappe od. dgl. versehen ist. um die Zufuhrmenge steuern zu können. Obwohl sich dei Aufgabebehälter 1 und die Zufuhreinrichtung 2 für eint kontinuierliche Kühlung eignen, können statt dessen die Gegenstände 25 dem Behälter 3 auch manuell zugefühn werden.

Die zu kühlenden Gegenstände 25 können beispiels weise verschiedene Nahrungsmittel, Gummiteile Kunststoffe und ähnliche plastische Materialien, Metalle u. dgl. sein.

Die Anwendung des im Behälter 3 oberhalb de« Flüssiggasniveaus befindlichen Tieftemperaturgases das zur Vorkühlung der Gegenstände 25 verwende! wird, dient dazu, die eigentliche Kühlenergie de; Flüssiggases 5 wirksam in Einsatz zu bringen. So konnte beispielsweise mittels eines Versuchs, bei dem die Vorkühleinrichtung zur Anwendung gelangte, eine Ersparnis von 20% des Flüssiggases 5 erreicht werden.

Die mittels der Vibratoreinrichtung 18 — 24 erzielte Transportgeschwindigkeit der Gegenstände 25 wire den Kühicharakteristika der zu behandelnden Gegen stände 25, 'er gewünschten Kühltemperatur und/odei der Länge des Transportweges der Gegenstände 25 irr Flüssiggas 5 angepaßt, und zwar indem die Richtung, ir welcher der Behälter 3 vibriert wird, die Frequenz und/oder die Schwingungsamplitude entsprechenc gewählt werden.

Zur Vereinfachung der Konstruktion ist es zweckmä Big als Förderfläche für die im Flüssiggas 5 zi transportierenden Gegenstände 25 die Bodenwand de< Behälterinnenrohrs 8 zu verwenden. Statt dessen kanr aber auch eine spezielle Führungsplatte od. dgl. irr Flüssiggas 5 innerhalb des Behälters 3 angeordnet sein Die Förderfläche für die Gegenstände 25 muß nichi notwendigerweise den Gegenständen 25 einen geradli nigen Transportweg vorgeben, sondern kann auch derart ausgestaltet sein, daß die Gegenstände 25 läng: eines gekrümmten Weges transportiert werden. Wenr solch ein gekrümmter Transportweg zur Anwendung gelangt, wird der Behälter 3 in einer Richtung ir Schwingungen versetzt, die längs zur Transportrichtung des gekrümmten Weges verläuft, wobei die Schwin gungsrichtung in bezug auf die Transportfläche geneigi ist, so daß die Gegenstände 25 gleichmäßig und sanfi vorwärts bewegt werden können. Insbesondere de .n wenn um eine vertikale Achse ein schraubenförmige! Transportweg ausgebildet ist und die Gegenstände danr längs dieses Weges nach oben bewegt werden, nimmi die gesamte Kühlvorrichtung eine in bezug auf die Länge des Transportweges lediglich geringe Grundfläche ein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines tatsächlich durchgeführten Kühlvorganges beschrieben

Es wurde ein doppelwandiger liegender Behälter vor kreisförmigem Querschnitt verwendet, wobei der Raun zwischen Innenwand und Außenwand mit körnigen· Perlit vollgepackt und weitgehend luftleer gepump· war. Der Behälter wies in seinem Innenraum einer Durchmesser von etwa 355 mm auf und enthiel· verflüssigten Stickstoff, der maximal etwa 30 mm hoch im Behälter stand und sich über eine Länge von etwi

5,20 m in Transportrichtung der Gegenstände erstreckte. Das Endteil der die Förderfläche bildenden innerer, Bodenwand des Behälters wies nahe der Auslaßöffnung gegenüber der Horizontalen einen Neigungswinkel von etwa 4° auf und stieg bis über das Niveau des verflüssigten Stickstoffs an. Der Behälter wurde minütlich in einer Richtung von etwa 6° gegenüber einer vertikalen Ebene in Schwingungen versetzt, und zwar parallel zur Transportrichtung der Gegenstände, so daß er in Richtung der Transportrichtung auf ein sich steigerndes höheres Niveau gebracht wurde und es

möglich war, die Gegenstände etwa 7 Minuten nach ihrem Einbringen in den Behälter aus der Auslaßöffnung auszutragen. Bei Raumtemperatur wurden Bruchstücke von Altreifen, die eine Größe von etwa 100 m χ 100 mm χ 10 mm aufwiesen, durch die Einlaßöffnung dem Behälter zugeführt, mit dem Ergebnis, daß die Altreifenteile beim Ausbringen aus dem Behälter auf — 180⁰C abgekühlt waren und in der beabsichtigten Weise beim nachfolgenden Zerkleinerungsprozeß zertrümmert werden konnten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kühlvorrichtung mit einem liegenden, langgestreckten, Flüssiggas enthaltenden Behälter zum Kühlen von Gegenständen, einer eine Förderfläche aufweisenden Transporteinrichtung zum Bewegen der Gegenstände von der einen Behälterseite durch das im Behälter befindliche Flüssiggas zur anderen Behälterseite, an der die Förderfläche allmählich bis über das Niveau des im Behälter befindlichen Flüssiggases ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Förderfläche für die zu transportierenden Gegenstände (25) bildender Teil (8) der Transporteinrichtung sich auf der gesamten Behälterlänge unterhalb des Niveaus des Flüssiggases (5) erstreckt und daß eine außerhalb des Behälters (3) angeordnete Vibratoreinrichtung (18—24) vorgesehen ist, mittels welcher der die Förderfläche bildende Teil (8) in einer zur Förderfläche geneigten Richtung in Schwingungen versetzbar ist und die Gegenstände (25) in Transportrichtung schräg nach oben iatermittierend aus dem Flüssiggas (5) herausschleuderbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bis auf eine Einlaßöffnung (4) und eine Auslaßöffnung (6) geschlossene Behälter (3) zum Vorkühlen der Gegenstände (25) über eine zur Zufuhr von im Behälter (3) gebildetem dampfförmigem Flüssiggas (5) vorgesehene Leitung (32) mit einem dem Behälter (3) vorgeordneten Aufgabebehälter (1) und/oder einer Zufuhreinrichtung (2) verbunden ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssiggas (5) dvm Innern des Behälters (3) über eine Ltitung (26) regelbar zuführbar ist, die mittels einer eine- Fühler (31) aufweisenden Kontrolleinrichtung (28) derart steuerbar ist, daß das Niveau des im Behälter (3) befindlichen Flüssiggases (5) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches verbleibt, wobei der das Flüssiggasniveau durch Berührung mit dem Flüssiggas (5) messende Fühler (31) innerhalb eines Rohres (30) angeordnet ist, dessen oberes Ende einer Atmosphäre mit einer über der Kondensationtstemperatur des dampfförmigen Flüssiggases liegenden Temperatur ausgesetzt und dessen unteres Ende unterhalb des Niveaus des im Behälter (3) befindlichen Flüssiggases (5) angeordnet ist.