EP2565567B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung und Erzeugung einer luftähnlichen Atmosphäre sowie Kühlfahrzeug - Google Patents

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EP2565567B1
EP2565567B1 EP11179316.2A EP11179316A EP2565567B1 EP 2565567 B1 EP2565567 B1 EP 2565567B1 EP 11179316 A EP11179316 A EP 11179316A EP 2565567 B1 EP2565567 B1 EP 2565567B1
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EP
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cooling
oxygen
nitrogen
container
temperature
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Franz Lürken
Helmut Henrich
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Air Liquide Deutschland GmbH
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide Deutschland GmbH
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
    • F25D2700/122—Sensors measuring the inside temperature of freezer compartments

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for cooling and generating an air-like atmosphere, in particular for cooling of refrigerated goods in a cooling area with application in refrigerated vehicles.
  • the prior art describes various methods and devices for cooling refrigerated goods.
  • the present invention is concerned with the cooling using cryogenic gases, which are stored and applied in particular in liquefied form. Many of these applications are operated or supervised by humans. In particular, when freezing and transporting goods, in most cases foods, people must have access to the devices and the refrigerated or refrigerated goods. This presupposes that there is an atmosphere that is breathable and safe for humans.
  • US 5921091 and DE4018265 C1 disclose a method for cooling a chilled goods by means of at least one refrigerated liquefied gas, wherein the cooling takes place in a cooling area in which at least temporarily an air-like and safe for humans breathable atmosphere is needed, wherein at least a first container with cold-liquefied oxygen and at least a second Containers are connected with nitrogen liquefied nitrogen via supply lines to the cooling area, wherein a controller causes nitrogen and oxygen are supplied in such a ratio to the cooling area, there is maintained a mixing ratio approximately corresponding to that in the natural atmosphere of the earth.
  • US 5921091 and DE4018265 C1 disclose a device for cooling a refrigerated goods by means of at least one refrigerated liquefied gas, wherein the cooling takes place in a cooling area in which at least temporarily an air-like and safe for humans respirable atmosphere is needed, wherein at least a first container with cold-liquefied oxygen and a second container with nitrogen-liquefied nitrogen via supply lines to the cooling area and a control device for controlling the mixing ratio of oxygen and nitrogen is present.
  • Advantageous embodiments are specified in the respective dependent claims, wherein the individual configurations can be combined in a technically meaningful way with each other and these combinations belong to the invention.
  • a refrigerated vehicle according to claim 10 is used to solve the tasks set.
  • the inventive method for cooling refrigerated goods by means of at least one refrigerated liquefied gas, wherein the cooling takes place in a cooling area in which at least temporarily an air-like and safe for humans breathable atmosphere is required is characterized in that at least one first container with karlteverginatem Oxygen (LOX) and at least one second container with nitrogen liquefied nitrogen (LIN) are connected via supply lines to the cooling area, wherein a regulator causes nitrogen and oxygen to be supplied to the cooling area in such a ratio that there is a mixing ratio approximately corresponding to is maintained in the natural earth atmosphere.
  • LOX kylteverginatem Oxygen
  • LIN nitrogen liquefied nitrogen
  • the concept of the invention is to supply either cryogenic nitrogen or cryogenic oxygen directly to a cooling area for cooling, which only leads to low cooling losses, provided that the cooling area is completed and well insulated. Nevertheless, people can stay in this area at any time as long as it is ensured that if there is a shortage of oxygen cooled with oxygen we will be cooled and if there is too much oxygen enrichment with nitrogen.
  • the nitrogen and oxygen are fed separately to the cooling zone.
  • no precise mixing devices are required to ensure a desired ratio, but the component required in each case can be supplied by very simple control operations in an appropriate amount. It is not necessary to use two completely separate feed systems, but it is also possible to alternately feed a feed system with nitrogen or oxygen as needed.
  • nitrogen and oxygen are first mixed and the resulting mixture is fed to the cooling zone.
  • This variant is particularly suitable for maintaining a specific mixing ratio in the cooling area exactly and to maintain a continuous feed.
  • the control of the supply of nitrogen and oxygen by means of a control device which is connected to a temperature sensor and / or a mixture ratio of nitrogen and oxygen in the cooling area detecting gas sensor is connected, wherein the control device, the temperature measured by the temperature sensor with a predefinable setpoint temperature and the measured by the gas sensor mixing ratio of nitrogen and oxygen with a desired range, preferably approximately equal to the mixing ratio in the earth's atmosphere, and compares with the set temperature and / or deviation of the mixing ratio of the target range cryogenic oxygen and / or nitrogen are supplied, in such quantities that the setpoint temperature is exceeded and the mixing ratio is in the desired range.
  • the target range for oxygen between 18 and 22% on the one hand for human respiration well suited and on the other hand not associated with an increased fire hazard, it can be supplied at a oxygen content of 20% and exceeding the target temperature either cryogenic oxygen or cryogenic nitrogen become. Both substances can be used simultaneously for cooling. However, if the oxygen content reaches 22%, then with further cooling required only nitrogen can be used for cooling, the oxygen content falls to 18%, so only oxygen can be used for cooling. Despite the simple control structure, effective cooling can be achieved. Of course, more can be done in the control room Measured values, z. B. on the remaining stocks of oxygen and nitrogen processed and taken into account in the scheme. In the described type of control it is never necessary to perform a ventilation before people enter the cooling area.
  • FIG. 1 A supply of liquid nitrogen LIN in a first container 1 and a supply of liquid oxygen LOX in a second container 2 is shown.
  • a first feed line 3 leads via a connecting line 19 to a distribution device 11, with the liquid nitrogen, possibly even partially transferred to the gaseous state, can be distributed in a cooling region 20.
  • liquid oxygen LOX can be supplied from the second container 2 via a second supply line 4 and the connection line 19 to the distribution device 11.
  • a first supply valve 5 and a safety valve 7 are arranged one behind the other. The safety valve 7 opens only when a sufficient pressure is applied via a pressure line 10, which is exactly the case when the pressure in the second container 2 is sufficiently high.
  • a second supply valve 6 and a second safety valve 8 are arranged in the second supply line 4, wherein the safety valve 8 opens exactly when a sufficiently high pressure corresponding to the pressure in the first container 1 via a first pressure line 9. If the first container 1 or the second container 2 is empty, then the safety valves 7, 8 cause that no gas can be removed from the respective other container. If both containers 1, 2 have sufficient supply and pressure, the device can cool as intended.
  • a temperature sensor 14 measures the temperature in the cooling region 20 and forwards this information via a signal line 15 to a control device 16.
  • a gas sensor 13 measures the mixing ratio of nitrogen and oxygen in the cooling region 20 and also forwards this information to the control device 16 via a signal line 15.
  • the control device 16 is given a desired temperature, beyond which a cooling process is triggered. Reports the temperature sensor 14 a temperature exceeded, so decides the reading of the gas sensor 13, whether oxygen or nitrogen is used for cooling.
  • a limit for example, specify 20% oxygen content, so that when it exceeds nitrogen and when it falls below Oxygen is used as a coolant.
  • a more complex regulation may make sense. For example, a target range of 18 to 22% oxygen content may be considered permissible, and the controller may then use the distance of the actual value measured by the gas sensor 13 from the limits of the target range to use either nitrogen or oxygen or both for cooling.
  • a uniform distribution of the gases and the cold can be achieved by a blower 17.
  • the device described here schematically and the associated control can be used in closed systems, for example in cooling chambers or refrigerated vehicles, but also in open systems, such as. B. occur in the production of frozen food in large production halls.
  • the invention even allows previously closed systems with ventilation or suction to be integrated as open systems in a walk-in area, since in the sum for cooling always one of the natural earth atmosphere very similar composition of nitrogen and oxygen can be used. This may even require less cooling for the entire walk-in area.
  • Fig. 2 schematically shows the application of the present invention to a refrigerated vehicle 18, it should be noted that such a refrigerated vehicle 18 may also have a plurality of separate and separately cooled chambers with different temperature. For simplicity, however, only the cooling of a cooling area 20 with refrigerated goods 12 will be described here.
  • the first container 1 and the second container 2 are arranged in the floor area.
  • several small tanks or tanks of different sizes may be present, with only about a fifth or because of the lower boiling point a little more of the available Storage volume for liquid oxygen must be available.
  • the refrigerated vehicle 18 has a supply means 21 for liquid oxygen and liquid nitrogen, which are structurally based on Fig.
  • liquid oxygen and liquid nitrogen are directed to the distribution device 11, preferably arranged above in the cooling region 20.
  • a fan 17 can be used for uniform distribution of the temperature in the cooling region 20.
  • a gas sensor 13 and a temperature sensor 14 measure the temperature and the mixing ratio of nitrogen and oxygen in the cooling region 20 and forward this information to the control device 16 via signal lines 15.
  • the controller 16 then controls the feeder 21 in the basis of Fig. 1 already described.
  • the present invention allows the economical use of cold-liquefied oxygen and nitrogen for cooling refrigerated goods in a cooling area, at any time for people and equipment safe oxygen content can be guaranteed.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung und Erzeugung einer luftähnlichen Atmosphäre, insbesondere zur Kühlung von Kühlgut in einem Kühlbereich mit Anwendung bei Kühlfahrzeugen.
  • Im Stand der Technik sind vielfältige Verfahren und Vorrichtungen zur Kühlung von Kühlgut beschrieben. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Kühlung unter Verwendung von tiefkalten Gasen, die insbesondere in verflüssigter Form gespeichert und angewendet werden. Viele dieser Anwendungen werden von Menschen bedient oder beaufsichtigt. Insbesondere beim Gefrieren und Transportieren von Gütern, in den meisten Fällen Lebensmittel, müssen Personen Zugang zu den Vorrichtungen und den gekühlten oder zu kühlenden Gütern haben. Dies setzt voraus, dass eine für Menschen gefahrlos atembare Atmosphäre vorhanden ist.
  • Zahlreiche Versuche, kälteverflüssigte Luft zur Kühlung einzusetzen, stießen auf verschiedene Schwierigkeiten. Einerseits ist es relativ schwierig, flüssige Luft genau in dem gewünschten Mischungsverhältnis von Stickstoff und Sauerstoff herzustellen, andererseits bewirken die unterschiedlichen Siedepunkte von Sauerstoff und Stickstoff, dass sich der Sauerstoff in solchen Speichern abreichert, so dass nach einiger Zeit tatsächlich kein Mischungsverhältnis mit genügend Sauerstoff mehr vorliegt. Ein zu hoher Sauerstoffgehalt ist zwar für Menschen nicht schädlich, jedoch erhöht sich dadurch die Brand- und Explosionsgefahr, weshalb eine Kühlung mit reinem Sauerstoff im Allgemeinen nicht in Betracht kommt. Es wurde daher typischerweise bisher in den meisten Anwendungsfällen eine Kühlung mit reinem Stickstoff vorgezogen, was jedoch zur Folge hat, dass Kühlräume, denen größere Mengen an Stickstoff zugeführt werden, vor einer Begehung durch Personen gut belüftet werden müssen bzw. ein kontinuierlicher Lüftungsprozess erfolgen muss, was energetisch meist ungünstig ist, weil ein Teil der eingesetzten Kälte nicht genutzt werden kann und mit der Abluft an die Umwelt abgegeben wird.
  • US 5921091 und DE4018265 C1 offenbaren ein Verfahren zur Kühlung eines Kühlgutes mittels mindestens eines kälteverflüssigten Gases, wobei die Kühlung in einem Kühlbereich erfolgt, in dem zumindest zeitweise eine der Luft ähnliche und für Menschen gefahrlos atembare Atmosphäre benötigt wird, wobei mindestens ein erster Behälter mit kälteverflüssigtem Sauerstoff und mindestens ein zweiter Behälter mit kälteverflüssigtem Stickstoff über Zuführleitungen mit dem Kühlbereich verbunden werden, wobei über eine Regeleinrichtung bewirkt wird, dass Stickstoff und Sauerstoff in einem solchen Verhältnis dem Kühlbereich zugeführt werden, das dort ein Mischungsverhältnis etwa entsprechend dem in der natürlichen Erdatmosphäre aufrechterhalten wird.
  • US 5921091 und DE4018265 C1 offenbaren eine Vorrichtung zur Kühlung eines Kühlgutes mittels mindestens eines kälteverflüssigten Gases, wobei die Kühlung in einem Kühlbereich erfolgt, in dem zumindest zeitweise eine der Luft ähnliche und für Menschen gefahrlos atembare Atmosphäre benötigt wird, wobei mindestens ein erster Behälter mit kälteverflüssigtem Sauerstoff und ein zweiter Behälter mit kälteverflüssigtem Stickstoff über Zuführleitungen mit dem Kühlbereich verbunden sind und eine Regeleinrichtung zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Sauerstoff und Stickstoff vorhanden ist.
  • Bei Kühlfahrzeugen wurden verschiedene Konzepte zur Aufrechterhaltung der Begehbarkeit eines Kühlraums vorgeschlagen. Eine Möglichkeit besteht darin, eine indirekte Kühlung anzuwenden, bei der Kälte nur über Wärmetauscher in einen Kühlbereich eingebracht wird. Ein solches Konzept ist beispielsweise in der EP 1 593 918 A2 beschrieben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwar flüssigen Stickstoff oder tiefkalten gasförmigen Stickstoff direkt in einen Kühlbereich einzuführen, dafür aber eine Begehung erst nach einer gründlichen Lüftung zuzulassen. Ein solches Konzept ist beispielsweise in der WO 2009/147193 A1 beschrieben.
  • In größeren Anlagen, in denen bspw. Lebensmittel tief gefroren werden, gibt es Gefrierstraßen, in denen kälteverflüssigter Stickstoff als Bad oder mittels Sprüheinrichtungen zum Einsatz kommt. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der EP 0 983 729 A1 beschrieben. Da die Umgebung solcher Kühleinrichtungen für Personal begehbar bleiben muss, wird der zur Kühlung eingesetzte Stickstoff im Allgemeinen abgesaugt, wobei ein erheblicher Teil der eingesetzten Kälte verlorengeht, obwohl auch die begehbare Umgebung der Kühleinrichtung oft auf relativ niedriger Temperatur gehalten werden soll.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von Kühlgut mittels mindestens eines kälteverflüssigten Gases anzugeben, welches mit geringem apparativen Aufwand auskommt, verfügbare Kälte effizient einsetzt und gefahrlos für Personal, Kühlgut und die technische Umgebung ist. Die Anwendung auf Kühlfahrzeuge vorgesehen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und ein Kühlraum eines Kühlfahrzeuges mit einer Vorrichtung nach dem Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei die einzelnen Ausgestaltungen in technisch sinnvoller Weise untereinander kombiniert werden können und auch diese Kombinationen zur Erfindung gehören. Auch ein Kühlfahrzeug gemäß dem Anspruch 10 dient zur Lösung der gestellten Aufgaben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von Kühlgut mittels mindestens eines kälteverflüssigten Gases, wobei die Kühlung in einem Kühlbereich erfolgt, in dem zumindest zeitweise eine der Luft ähnliche und für Menschen gefahrlos atembare Atmosphäre benötigt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein erster Behälter mit kälteverflüssigtem Sauerstoff (LOX) und mindestens ein zweiter Behälter mit kälteverflüssigtem Stickstoff (LIN) über Zuführleitungen mit dem Kühlbereich verbunden werden, wobei über eine Regeleinrichtung bewirkt wird, dass Stickstoff und Sauerstoff in einem solchen Verhältnis dem Kühlbereich zugeführt werden, dass dort ein Mischungsverhältnis etwa entsprechend dem in der natürlichen Erdatmosphäre aufrecht erhalten wird. Die Erfindung erfordert zwar getrennte Behälter zur Speicherung von Sauerstoff und Stickstoff, ist dafür aber apparativ relativ unkompliziert. Im Zuge der weltweiten Bemühungen, Energie einzusparen, wiegt der Nachteil von zwei oder mehr getrennten Tanks nicht mehr so schwer wie der nutzlose Verbrauch von Energie. Bei Fahrzeugen ist es aus Symmetriegründen oder anderen Überlegungen ohnehin sinnvoll, mehr Einzeltanks einzusetzen, um ein benötigtes Medium zu bevorraten. Bei stationären Anlagen ist die Verwendung von getrennten Tanks im Allgemeinen auch kein großes Problem.
  • Das Konzept der Erfindung besteht darin, zur Kühlung entweder tiefkalten Stickstoff oder tiefkalten Sauerstoff einem Kühlbereich direkt zuzuführen, was nur zu geringen Kälteverlusten führt, sofern der Kühlbereich abgeschlossen und gut isoliert ist. Trotzdem können sich Menschen jederzeit in diesem Bereich aufhalten, solange sichergestellt wird, dass bei einem Mangel an Sauerstoff mit Sauerstoff gekühlt wir und bei einer zu starken Anreicherung von Sauerstoff mit Stickstoff gekühlt wird.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden der Stickstoff und der Sauerstoff dem Kühlbereich getrennt zugeführt. Hierfür sind keine präzise arbeitenden Mischvorrichtungen erforderlich, die ein gewünschtes Verhältnis sicherstellen, sondern die jeweils benötigte Komponente kann durch sehr einfache Regelvorgänge in geeigneter Menge zugeführt werden. Dabei müssen nicht unbedingt zwei vollständig getrennte Zuführsysteme verwendet werden, sondern es ist auch möglich, ein Zuführsystem abwechselnd nach Bedarf mit Stickstoff oder Sauerstoff zu speisen.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Stickstoff und Sauerstoff zunächst gemischt und das entstehende Gemisch dem Kühlbereich zugeführt. Diese Variante ist besonders geeignet, ein bestimmtes Mischungsverhältnis im Kühlbereich genau einzuhalten und eine kontinuierliche Zuführung aufrecht zu erhalten.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, Stickstoff und Sauerstoff bereits in flüssigem Zustand im geeigneten Verhältnis zu mischen, wodurch quasi flüssige Luft entsteht. Hier verlagert sich der apparative Aufwand zu dem Mischvorgang, während die weitere Zuführung. und Regelung vereinfacht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Regelung der Zufuhr von Stickstoff und Sauerstoff mittels einer Regeleinrichtung, die mit einem Temperatursensor und/oder einem das Mischungsverhältnis von Stickstoff und Sauerstoff in dem Kühlbereich erfassenden Gassensor verbunden ist, wobei die Regeleinrichtung die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur mit einer vorgebbaren Solltemperatur und das von dem Gassensor gemessene Mischungsverhältnis von Stickstoff und Sauerstoff mit einem Sollbereich, vorzugsweise etwa gleich dem Mischungsverhältnis in der Erdatmosphäre, vergleicht und bei Überschreiten der Solltemperatur und/oder bei Abweichung des Mischungsverhältnisses von dem Sollbereich tiefkalter Sauerstoff und/oder Stickstoff zugeführt werden, und zwar in solchen Mengen, dass die Solltemperatur unterschritten wird und das Mischungsverhältnis in dem Sollbereich liegt. Wählt man beispielsweise den Sollbereich für Sauerstoff zwischen 18 und 22 %, was einerseits für die menschliche Atmung gut geeignet und andererseits nicht mit einer erhöhten Brandgefahr verbunden ist, so kann bei einem Sauerstoffgehalt von 20 % und Überschreiten der Solltemperatur entweder tiefkalter Sauerstoff oder tiefkalter Stickstoff zugeführt werden. Auch beide Stoffe können gleichzeitig zur Kühlung eingesetzt werden. Erreicht der Sauerstoffgehalt jedoch 22 %, so kann bei weiter benötigter Kühlung nur noch Stickstoff zur Kühlung eingesetzt werden, fällt der Sauerstoffgehalt auf 18 %, so kann nur noch Sauerstoff zur Kühlung eingesetzt werden. Trotz der einfachen Regelstruktur kann eine effektive Kühlung erreicht werden. Natürlich können in der Regeleinrichtung weitere Messwerte, z. B. über die noch vorhandenen Vorräte an Sauerstoff und Stickstoff verarbeitet und bei der Regelung berücksichtigt werden. Bei der beschriebenen Art der Regelung ist es zu keinem Zeitpunkt erforderlich, eine Belüftung durchzuführen, bevor Personen den Kühlbereich betreten.
  • Zur Erhöhung der Sicherheit ist vorgesehen, die Zufuhr von Sauerstoff und Stickstoff vollständig zu beenden, wenn eine der Komponenten nicht oder nicht mehr mit einem erforderlichen Mindestdruck verfügbar ist. Dies kann durch einfache Sicherheitsventile bewerkstelligt werden, die nur öffnen, wenn ein bestimmter Mindestdruck anliegt. Auf diese Weise werden Fehlfunktionen der Regelung verhindert, weil weder Stickstoff noch Sauerstoff zugeführt werden können, wenn nicht auch die andere Komponente zum Ausgleich und der Herstellung des gewünschten Mischungsverhältnisses zur Verfügung steht.
  • Weitere Einzelheiten und das Umfeld der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
    Fig. 2:
    die Anwendung der Erfindung auf ein Kühlfahrzeug.
  • In Fig. 1 wird ein Vorrat an flüssigem Stickstoff LIN in einem ersten Behälter 1 und ein Vorrat an flüssigem Sauerstoff LOX in einem zweiten Behälter 2 gezeigt. Vom ersten Behälter 1 führt eine erste Zuführleitung 3 über eine Anschlussleitung 19 zu einer Verteilungseinrichtung 11, mit der flüssiger Stickstoff, ggf. auch schon teilweise in den gasförmigen Zustand übergegangen, in einem Kühlbereich 20 verteilt werden kann. Der Kühlbereich 20 enthält im Allgemeinen ein zu kühlendes Kühlgut 12. In gleicher Weise kann flüssiger Sauerstoff LOX aus dem zweiten Behälter 2 über eine zweite Zuführleitung 4 und die Anschlussleitung 19 der Verteilungseinrichtung 11 zugeführt werden. In der ersten Zuführleitung 3 sind hintereinander ein erstes Zuführventil 5 und ein Sicherheitsventil 7 angeordnet. Das Sicherheitsventil 7 öffnet nur, wenn über eine Druckleitung 10 ein genügender Druck anliegt, was genau dann der Fall ist, wenn der Druck im zweiten Behälter 2 genügend hoch ist. In gleicher Weise sind in der zweiten Zuführleitung 4 ein zweites Zufuhrventil 6 und ein zweites Sicherheitsventil 8 angeordnet, wobei das Sicherheitsventil 8 genau dann öffnet, wenn über eine erste Druckleitung 9 ein genügend hoher Druck entsprechend dem Druck im ersten Behälter 1 anliegt. Ist der erste Behälter 1 oder der zweite Behälter 2 leer, so bewirken die Sicherheitsventile 7, 8, dass auch aus dem jeweils anderen Behälter kein Gas mehr entnommen werden kann. Weisen beide Behälter 1, 2 einen genügenden Vorrat und Druck auf, so kann die Vorrichtung bestimmungsgemäß kühlen. Dazu misst ein Temperatursensor 14 die Temperatur im Kühlbereich 20 und leitet diese Information über eine Signalleitung 15 an eine Regeleinrichtung 16 weiter. Gleichzeitig misst ein Gassensor 13 das Mischungsverhältnis von Stickstoff und Sauerstoff im Kühlbereich 20 und leitet auch diese Information über eine Signalleitung 15 an die Regeleinrichtung 16 weiter. Im einfachsten Fall wird der Regeleinrichtung 16 eine Solltemperatur vorgegeben, bei deren Überschreitung ein Kühlvorgang ausgelöst wird. Meldet der Temperatursensor 14 eine Temperaturüberschreitung, so entscheidet der Messwert des Gassensors 13, ob Sauerstoff oder Stickstoff zur Kühlung eingesetzt wird. Auch hier kann man im einfachsten Fall einen Grenzwert, beispielsweise 20 % Sauerstoffanteil vorgeben, so dass bei dessen Überschreitung Stickstoff und bei dessen Unterschreitung Sauerstoff als Kühlmittel eingesetzt wird. Energetisch und zur optimalen Ausnutzung vorhandener Gasvorräte kann eine komplexere Regelung sinnvoll sein. Z. B. kann ein Sollbereich von 18 bis 22 % Sauerstoffgehalt als zulässig angesehen werden, wobei die Regelung dann den Abstand des tatsächlich vom Gassensor 13 gemessenen Wertes von den Grenzen des Sollbereichs nutzen kann, um entweder Stickstoff oder Sauerstoff oder beide zur Kühlung einzusetzen. Eine gleichmäßige Verteilung der Gase und der Kälte kann durch ein Gebläse 17 erreicht werden.
  • Die hier schematisch beschriebene Vorrichtung und die zugehörige Regelung können in geschlossenen Systemen, beispielsweise bei Kühlkammern oder Kühlfahrzeugen eingesetzt werden, aber auch in offenen Systemen, wie sie z. B. bei der Produktion von Gefriergut in großen Produktionshallen auftreten. Die Erfindung erlaubt sogar, bisher geschlossene Systeme mit Belüftung oder Absaugung als offene Systeme in einen begehbaren Bereich zu integrieren, da in der Summe zur Kühlung immer eine der natürlichen Erdatmosphäre sehr ähnliche Zusammensetzung von Stickstoff und Sauerstoff verwendet werden kann. Dadurch wird unter Umständen sogar weniger Kühlung für den ganzen begehbaren Bereich benötigt.
  • Fig. 2 zeigt schematisch die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Kühlfahrzeug 18, wobei darauf hinzuweisen ist, dass ein solches Kühlfahrzeug 18 auch mehrere separate und separat gekühlte Kammern mit unterschiedlicher Temperatur aufweisen kann. Zur Vereinfachung wird hier aber nur die Kühlung eines Kühlbereichs 20 mit Kühlgut 12 beschrieben. Bei diesem Kühlfahrzeug 18 sind der erste Behälter 1 und der zweite Behälter 2 im Bodenbereich angeordnet. Hier können ggf. in Anpassung an die Platzverhältnisse bei Fahrzeugen auch mehrere kleine Tanks oder unterschiedlich große Tanks vorhanden sein, wobei nur etwa ein Fünftel oder wegen des geringeren Siedepunktes etwas mehr des verfügbaren Speichervolumens für flüssigen Sauerstoff zur Verfügung stehen muss. Das Kühlfahrzeug 18 weist eine Zufuhreinrichtung 21 für flüssigen Sauerstoff und flüssigen Stickstoff auf, die vom Aufbau her die anhand von Fig. 1 beschriebenen Teile enthält. Über eine Anschlussleitung 19 werden flüssiger Sauerstoff und flüssiger Stickstoff zu der Verteilungseinrichtung 11, vorzugsweise oben im Kühlbereich 20 angeordnet, geleitet. Auf diese Weise kann je nach Zusammensetzung der Atmosphäre und Kühlbedarf entweder flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff in den Kühlbereich 20 eingesprüht werden. Ein Gebläse 17 kann zur gleichmäßigen Verteilung der Temperatur im Kühlbereich 20 eingesetzt werden. Ein Gassensor 13 und ein Temperatursensor 14 messen auch hier im Kühlbereich 20 die Temperatur und das Mischungsverhältnis von Stickstoff und Sauerstoff und leiten diese Informationen über Signalleitungen 15 an die Regeleinrichtung 16 weiter. Die Regeleinrichtung 16 steuert dann die Zufuhreinrichtung 21 in der anhand von Fig. 1 bereits beschriebenen Weise.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt den sparsamen Einsatz von kälteverflüssigtem Sauerstoff und Stickstoff zur Kühlung von Kühlgut in einem Kühlbereich, wobei jederzeit ein für Menschen und Apparaturen gefahrloser Sauerstoffgehalt gewährleistet werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    erster Behälter (LIN)
    2
    zweiter Behälter (LOX)
    3
    erste Zuführleitung
    4
    zweite Zuführleitung
    5
    erstes Zufuhrventil
    6
    zweites Zufuhrventil
    7
    erstes Sicherheitsventil
    8
    zweites Sicherheitsventil
    9
    erste Druckleitung
    10
    zweite Druckleitung
    11
    Verteilungseinrichtung
    12
    Kühlgut
    13
    Gassensor
    14
    Temperatursensor
    15
    Signalleitungen
    16
    Regeleinrichtung
    17
    Gebläse
    18
    Kühlfahrzeug
    19
    Anschlussleitung
    20
    Kühlbereich
    21
    Zufuhreinrichtung
    LIN
    kälteverflüssigter Stickstoff
    LOX
    kälteverflüssigter Sauerstoff

Claims (10)

  1. Verfahren zur Kühlung eines Kühlgutes (12) mittels mindestens eines kälteverflüssigten Gases, wobei die Kühlung in einem Kühlbereich (20) erfolgt, in dem zumindest zeitweise eine der Luft ähnliche und für Menschen gefahrlos atembare Atmosphäre benötigt wird, wobei mindestens ein erster Behälter (1) mit kälteverflüssigtem Sauerstoff (LOX) und mindestens ein zweiter Behälter (2) mit kälteverflüssigtem Stickstoff (LIN) über Zufuhrleitungen (3, 4) mit dem Kühlbereich (20) verbunden werden, wobei der Kühlbereich (20) der Kühlraum eines Kühlfahrzeuges (18) ist, wobei der erste Behälter (1) und der zweite Behälter (2) als vier oder fünf gleichartige Einzelbehälter ausgebildet sind, von denen nur einer flüssigen Sauerstoff (LOX) enthält, und wobei über eine Regeleinrichtung (16) bewirkt wird, dass Stickstoff und Sauerstoff in einem solchen Verhältnis dem Kühlbereich (20) zugeführt werden, dass dort ein Mischungsverhältnis etwa entsprechend dem in der natürlichen Erdatmosphäre aufrechterhalten wird, wobei die Zufuhr von Sauerstoff und Stickstoff vollständig beendet wird, wenn eine der Komponenten nicht mit einem erforderlichen Mindestdruck verfügbar ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Stickstoff und der Sauerstoff dem Kühlbereich (20) getrennt zugeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff und der Sauerstoff zunächst zu einem Gemisch gemischt und das Gemisch dem Kühlbereich (20) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff und der Sauerstoff in flüssigem Zustand gemischt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff und der Stickstoff in gasförmigem Zustand gemischt werden und das Gemisch gasförmig dem Kühlbereich zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur in dem Kühlbereich (20) mit einem Temperatursensor (14) und/oder das Mischungsverhältnis von Stickstoff und Sauerstoff in dem Kühlbereich (20) mit mindestens einem Gassensor (13) erfasst werden, und wobei mittels der Regeleinrichtung (16) die Temperatur mit einer vorgebbaren Solltemperatur und das Mischungsverhältnis von Stickstoff und Sauerstoff mit einem Sollbereich, vorzugsweise etwa gleich dem Mischungsverhältnis in der Erdatmosphäre, verglichen werden und wobei bei Überschreiten der Solltemperatur und/oder bei Abweichung des Mischungsverhältnisses von dem Sollwert tiefkalter Sauerstoff und/oder Stickstoff zugeführt werden, und zwar in solchen Mengen, dass die Solltemperatur unterschritten wird und das Mischungsverhältnis in dem Sollbereich liegt.
  7. Kühlraum eines Kühlfahrzeuges (18) mit einer Vorrichtung zur Kühlung eines Kühlgutes (12) mittels mindestens eines kälteverflüssigten Gases, wobei die Kühlung in einem Kühlbereich (20) erfolgt, in dem zumindest zeitweise eine der Luft ähnliche und für Menschen gefahrlos atembare Atmosphäre benötigt wird, wobei mindestens ein erster Behälter (1) mit kälteverflüssigtem Sauerstoff (LOX) und ein zweiter Behälter (2) mit kälteverflüssigtem Stickstoff (LIN) über Zufuhrleitungen (3, 4) mit dem Kühlbereich (20) verbunden sind, wobei der erste Behälter (1) und der zweite Behälter (2) als vier oder fünf gleichartige Einzelbehälter ausgebildet sind, von denen nur einer flüssigen Sauerstoff (LOX) enthält, und wobei eine Regeleinrichtung (16) zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Sauerstoff und Stickstoff vorhanden ist, wobei der Kühlbereich (20) der Kühlraum des Kühlfahrzeuges (18) ist auf dem die Vorrichtung angeordnet ist, und wobei in der Zuführleitung (3, 4) von jedem Behälter (1, 2) hintereinander ein Zufuhrventil (5, 6), welches über eine Signalleitung (15) mit der Regeleinrichtung (16) verbunden ist, und ein Sicherheitsventil (6, 7), welches nur bei Vorhandensein eines Mindestdruckes im jeweils anderen Behälter (2, 1) geöffnet ist, angeordnet sind.
  8. Kühlraum eines Kühlfahrzeuges (18) mit einer Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Gassensor (13) und/oder ein Temperatursensor (14) in dem Kühlbereich (11) angebracht und über Signalleitungen (15) mit der Regelungseinheit (16) verbunden sind.
  9. Kühlraum eines Kühlfahrzeuges (18) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei eine Verteilungseinrichtung (11), insbesondere eine Sprüheinrichtung, in dem Kühlbereich (20) angeordnet und über die Zuführleitungen (3, 4) und mindestens eine Anschlussleitung (19) mit den Behältern (1, 2) verbunden ist.
  10. Kühlfahrzeug (18) mit einem Kühlraum und mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9.
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