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EP 2 336 684 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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03.04.2013 Patentblatt 2013/14 |
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Anmeldetag: 21.12.2009 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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Befüllvorrichtung zum Befüllen eines einem Kühlbehälter zugeordneten Kältemittel-Aufnahmefachs
mit einem kryogenen Kältemittel
Filling device for filling a coolant container compartment attached to a coolant container
with a cryogenic coolant
Dispositif de remplissage destiné à remplir un compartiment d'un moyen de refroidissement
installé dans un récipient frigorifique doté d'un moyen de refroidissement cryogène
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO
PL PT RO SE SI SK SM TR |
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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22.06.2011 Patentblatt 2011/25 |
(73) |
Patentinhaber: Messer France S.A.S. |
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92816 Puteaux Cedex (FR) |
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Erfinder: |
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- Henry, Christophe
77450, Esbly (FR)
- Frere, Emilien
77100, Meaux (FR)
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Vertreter: Münzel, Joachim R. |
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Messer Group GmbH
Messer-Platz 1 65812 Bad Soden 65812 Bad Soden (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-A1- 1 088 191 EP-A1- 1 724 538 DE-A1- 19 820 588
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EP-A1- 1 326 046 EP-A2- 1 291 594 US-A- 5 657 642
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Befüllvorrichtung zum Befüllen eines einem Kühlbehälter
zum Kühlen von Produkten zugeordneten Kältemittel-Aufnahmefachs mit einen kryogenen
Kältemittel, mit einer mit einer Entspannungsdüse ausgerüsteten Zuführeinrichtung
zum Zuführen des kryogenen Kältemittels im flüssigen Zustand, einer an einer Abführöffnung
ausmündenden Abführeinrichtung zum Abführen von beim Befüllvorgang verdampftem kryogenen
Kältemittel und einer Rückhalteeinrichtung, mittels der das bei der Befüllung nicht
verdampfte kryogene Kältemittel zumindest überwiegend im Kältemittel-Aufnahmefach
zurückgehalten wird.
[0003] Zum Transportieren von wärmeempfindlichen Produkten, insbesondere von Lebensmitteln,
wie Frisch- oder Tiefkühlprodukte, kommen isotherme Kühlbehälter zum Einsatz, mit
denen eine lückenlose Kühlkette von der Produktion bis zum Endkunden auch dann sichergestellt
werden soll, wenn eine permanente Kühlung durch ein elektrisch betriebenes Kühlgerät
nicht möglich ist. Derartige Kühlbehälter weisen ein Produkt-Aufnahmefach für die
Einlagerung der zu kühlenden Produkte sowie ein von diesem räumlich getrenntes, jedoch
mit diesem thermisch verbundenes Kältemittel-Aufnahmefach für ein kryogenes Kältemittel
auf. Mittels einer Befüllpistole wird das Aufnahmefach mit dem kryogenen Kältemittel,
beispielsweise Trockeneis, befüllt. Beispielsweise erfolgt die Befüllung unter Ausnutzung
des Joule-Thomson-Effektes dadurch, dass ein unter Druck verflüssigtes kryogenes Kältemittel
herangeführt wird, bei der Zufuhr an das Kältemittel-Aufnahmefach unter Bildung von
kaltem Gas und Schnee entspannt und der Schnee als Kältespeicher im Kältemittel-Aufnahmefach
verbleibt. Das Kältemittel-Aufnahmefach ist thermisch mit dem Produkt - Aufnahmefach
verbunden und nimmt von diesem Wärme auf, die zur allmählichen Sublimation des Schnees
führt. Durch eine geeignete Wahl der Wärmeübergangsgeschwindigkeit zwischen Produkt-Aufnahmefach
und Kältemittel-Aufnahmefach kann das Produkt auf diese Weise über viele Stunden auf
einer bestimmten tiefen Temperatur gehalten werden, ohne dass es dazu einer permanenten
Energiezufuhr von außen bedarf.
[0004] Ein derartiger Behälter wird beispielsweise in der
EP 0 942 244 A1 beschrieben. Der Behälter weist ein schubladenartiges Aufnahmefach für Trockeneis
auf, das thermisch und strömungstechnisch mit einem darunter angeordnetem Produkt-Aufnahmefach
verbunden ist. Mittels einer Befüllvorrichtung wird das Kältemittel-Aufnahmefach mit
flüssigem Kohlendioxid beschickt, das beim Eintritt unter starker Abkühlung entspannt
und in ein Gemisch aus Trockeneisteilchen mit einer Temperatur von -78°C und ebenso
kaltem Kohlendioxidgas übergeht. Aufgrund einer entsprechenden Einstellung der Wärmeübertragung
zum Lagerbereich können die Produkte zuverlässig auf einer Temperatur von beispielsweise
0°C bis 5°C (für Frischware) oder -15°C bis -25°C (Tiefkühlware) für mehr als 24 Stunden
gehalten werden. Zum Zuführen des flüssigen Kohlendioxids und gleichzeitigen Abführen
des gasförmigen Kohlendioxids wird das Kältemittel-Aufnahmefach des in der
EP 0 942 244 A1 beschriebenen Behälters mit einer in der
EP 1 088 191 B1 beschriebene Befüllvorrichtung verbunden. Kältemittel-Aufnahmefach und Befüllvorrichtung
weisen dazu zueinander korrespondierende Anschlussarmaturen auf, die eine zumindest
weitgehend gasdichte Verbindung erlauben und dafür sorgen, dass beim Befüllvorgang
möglichst kein Kohlendioxid in die Umgebung des Behälters entweicht. Hierzu weist
der Behälter eine Zuführöffnung und eine davon beabstandete Abführöffnung auf, die
mit den entsprechenden Zuführungs- und Ableitungsanschlüssen der Befüllvorrichtung
verbindbar sind. Geeignete Sicherungssysteme sorgen dafür, dass eine Befüllung erst
möglich ist, wenn sowohl die Zuführleitung als auch die Abführeinrichtung der Befüllvorrichtung
im Wesentlichen gasdicht mit dem Aufnahmefach verbunden ist.
[0005] Ein ganz ähnlich aufgebauter Kühlbehälter wird in der
WO 2007/036656 A1 beschrieben. Auch dieser Kühlbehälter weist ein vom Behälter trennbares Aufnahmefach
für ein kryogenes Kältemittel sowie einen von diesem durch eine Wärmebarriere getrennten
Lagerbereich auf. Die Zuführung des kryogenen Kältemittels und die Abführung des bei
der Befüllung verdampfenden Kältemittels erfolgt bei diesem Gegenstand mittels seitlicher
Öffnungen, mittels denen eine besonders gute Verteilung des kryogenen Kältemittels
im Aufnahmefach erfolgen soll. Zur Befüllung des Aufnahmefachs kommt eine Füllpistole
zum Einsatz; zum Absaugen des entstehenden Gases wird gleichzeitig die Abführöffnung
mit einer Absaugeinrichtung verbunden.
[0006] Die in Rede stehenden Kühlbehälter sind in der Regel so bemessen, dass sie mittels
an ihnen befestigter Räder leicht von einer Person bewegt werden können. Typische
Isoliercontainer haben beispielsweise eine auf den europäischen Palletenstandard beruhende
Grundfläche von 600 mm x 800 mm bis 1200 mm x 800 mm und eine Höhe zwischen 1000 mm
und 2000 mm, mit einem Nutzvolumen zwischen 200 Litern und 1500 Litern. Da bereits
eine kleine Menge an Trockeneis zur Aufrechterhaltung einer hinreichend niedrigen
Kühltemperatur über einen Zeitraum von einigen Stunden ausreicht, ist das Aufnahmefach
für das Kältemittel sehr viel kleiner dimensioniert als das Fach zur Aufnahme der
Produkte und hat beispielsweise ein Volumen zwischen 5 Litern und 50 Litern. Bei der
Befüllung der Kältemittel-Aufnahmefächer mittels Kohlendioxidschnee, der vor Ort durch
Entspannung von flüssigem Kohlendioxid erzeugt wird, besteht bei derart klein dimensionierten
Kältemittel-Aufnahmefächern das Problem, dass der Kohlendioxidschnee zumindest teilweise
von dem entstehenden Kohlendioxidgas mitgerissen und zusammen mit diesem aus dem Aufnahmefach
abgezogen wird. Um dies zu verhindern sind die Kältemittel-Aufnahmefächer der aus
dem Stande der Technik bekannten Behälter mit Trennelementen in Form von Sieben oder
Filtern ausgerüstet, deren Aufgabe darin besteht, die Kohlendioxidpartikel bei der
Befüllung im Kältemittel-Aufnahmefach zurückzuhalten, während das Gas ungehindert
hindurchtreten kann. Diese Trennelemente müssen sehr großflächig ausgeführt sein,
da bei der Entspannung im Innern des Kältemittel-Aufnahmefachs ein großes Gasvolumen
abzuführen ist und die Durchlässigkeit der Trennelemente durch die zurückgehaltenen
Kohlendioxidpartikel vermindert wird. Die Kältemittel - Aufnahmefächer weisen aus
diesem Grund einen aufwändigen Aufbau auf, der die Herstellkosten der Kühlbehälter
wesentlich verteuert. Zudem bedingt der spezielle Aufbau der Kältemittel-Aufnahmefächer
einer hierzu korrespondierende Mimik der Befüllvorrichtung, sodass Kühlbehälter und
Befüllvorrichtungen unterschiedlicher Hersteller in der Regel nicht miteinander kompatibel
sind.
[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Befüllung von Kühlbehältern der
vorgenannten Art zu vereinfachen und ein für unterschiedliche Behälter anwendbaren
Befüllsystem zu schaffen.
[0008] Gelöst ist diese Aufgabe bei einer Befüllvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch,
dass die Entspannungsdüse der Zuführeinrichtung, die Absaugöffnung der Abführeinrichtung
und die Rückhalteeinrichtung in einem Füllkopf integriert ist, der mit einem Dichtelement
zum im Wesentlichen gasdichten Ankoppeln an das Kältemittel-Aufnahmefach im Bereich
einer Füllöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs ausgerüstet ist.
[0009] Erfindungsgemäß ist somit die gesamte Mimik für die Zuführung des verflüssigten kryogenen
Kältemittels, die Entspannung des kryogenen Kältemittels, die Trennung der bei der
Entspannung entstehenden festen vor gasförmigen Phase unter Zurückbehaltung des festen
Kältemittels im Kältemittel-Aufnahmefach und für die Abfuhr des gasförmigen Kältemittels
im Füllkopf der Befüllvorrichtung untergebracht. Somit kann darauf verzichtet werden,
am bzw. im Kühlmittel-Aufnahmefach spezielle Anschlüsse für die Zuführung bzw. Abfuhr
des Kältemittels oder aufwändige Trenneinrichtungen zum Trennen des festen vom gasförmigen
Kältemittels vorzusehen, wodurch der Aufbau eines mit der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung
befüllbaren Kühlbehälters erheblich vereinfacht werden kann. Die Kopplung des Füllkopfes
erfolgt nicht mehr über die entsprechenden Anschlüsse zum Zu- und Abführen des Gases,
sondern über eine einzige Verbindungsöffnung (Füllöffnung) des Kühlmittel-Aufnahmefachs,
wobei zum Befüllen des Kältemittel-Aufnahmefachs ein Mundstück gegen das Kältemittel-Aufnahmefach
im Bereich der Füllöffnung gepresst oder in sonstiger Weise unter Herstellung einer
zumindest weitgehend gasdichten Verbindung mit dem Kältemittel-Aufnahmefach verbunden
wird. Eine Steuerung sorgt dafür, dass die Mengen des zugeführten kryogenen Kältemittels
und des abgeführten gasförmigen Kältemittels derart koordiniert wird, dass aufgrund
der Entspannung im Innern innerhalb des Kältemittel-Aufnahmefachs kein starker Überdruck
entsteht, sondern das überschüssige gasförmige Kältemittel im Wesentlichen gleichzeitig
mit der Zuführung des flüssigen kryogenen Kältemittels abgeführt oder mittels einer
Absaugeinrichtung abgesaugt wird.
[0010] Vorzugsweise handelt es sich bei der Rückhalteeinrichtung um eine Sieb- oder Filteranordnung,
die die Abführöffnung der Abführeinrichtung überspannt. Der gesamte über den Füllkopf
abgezogene Gastrom des verdampften kryogenen Kältemittels wird also durch die Sieb-
bzw. Filteranordnung im Füllkopf geführt. Dadurch wird die Gasphase zuverlässig vom
Feststoffanteil des kryogenen Kältemittels getrennt; die Partikel werden im Kühlmittel-Aufnahmefach
zurückgehalten, während die Gasphase abgezogen oder abgesaugt wird.
[0011] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Entspannungsdüse
der Zuführeinrichtung innerhalb der Abführöffnung aufgenommen ist und im Wesentlichen
in einer durch die Abführöffnung der Abführeinrichtung definierten Ebene am Füllkopf
ausmündet. Auch mehrere innerhalb der Abführöffnung aufgenommene Entspannungsdüsen
sind denkbar. Die Rückhalteeinrichtung erstreckt sich über die gesamte Abführöffnung
und spart nur die Mündungsöffnung der Entspannungsdüse bzw. die Mündungsöffnungen
der Entspannungsdüsen aus. Die Entspannungsdüse(n) steht bzw. stehen somit bei der
Befüllung nicht in das Innere des Kältemittel-Aufnahmefachs vor. Auf diese Weise wird
die Abhängigkeit des Befüllsystems vom inneren Aufbau des Kältemittel-Aufnahmefachs
reduziert und die Entspannungsdüse(n) wird bzw. werden zudem besser geschützt.
[0012] Ein bevorzugtes Dichtelement umfasst Dichtlippen aus einem elastischen Material,
mittels denen der Füllkopf im Bereich der Füllöffnung auf das Kältemittel - Aufnahmefachs
derart aufgepresst wird, dass eine im wesentlichen gasdichte Verbindung hergestellt
wird. Aufwändige Verbindungselemente wie beispielsweise Schrauben oder Flansche sind
bei dieser Ausgestaltung weder am Füllkopf noch am Aufnahmefach erforderlich.
[0013] Alternativ oder ergänzend zu den vorgenanten Dichtlippen umfassen die Dichtelemente
vorteilhaft ein pneumatisches oder hydraulisches Dichtelement, das durch Befüllen
mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium eine im wesentlichen gasdichte Verbindung
mit der Füllöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs herstellt. Bevorzugt ist dabei das
pneumatische oder hydraulische Dichtelement am Außenumfang des Füllkopfes angeordnet
und der Füllkopf kann zumindest mit seinem vorderen Abschnitt in die Füllöffnung hineingeschoben
werden. Durch das Einfüllen von flüssigem oder gasförmigem Medium in das pneumatische
oder hydraulische Dichtelement wird dessen Volumen vergrößert und auf diese Weise
eine im Wesentlichen gasdichte Verbindung mit der Füllöffnung hergestellt, ohne dass
ein fester mechanischer Anschluss zwischen Füllkopf und Kältemittel-Aufnahmefach erforderlich
ist. Die begrenzte Volumenvergrößerung des Dichtelements ermöglicht zudem eine sichere
Verbindung auch dann, wenn zwischen der Füllöffnung und dem Füllkopf ein gewisses
Spiel besteht. Um dabei das Risiko zu minimieren, dass das Dichtelement an der Füllöffnung
festfriert, kann dabei das gasförmige oder flüssige Medium auch vor der Zuführung
an das Dichtelement beheizt werden.
[0014] Eine besonders einfache Handhabung verspricht eine Ausführungsform, bei der die Zuführeinrichtung
mit einer Zuführleitung an eine Quelle für flüssiges Kohlendioxid angeschlossen und
die Abführeinrichtung mit einer Abführleitung für gasförmiges Kohlendioxid verbunden
ist, wobei die Zuführleitung und die Abführleitung jeweils wenigstens abschnittsweise
aus einem flexiblen Material besteht. Besonders vorteilhaft ist dabei die flexible
Zuführleitung innerhalb der flexiblen Abführleitung aufgenommen. In diesem Fall wird
das durch die Zuführleitung transportierte flüssige kryogene Kältemittel vom kaltem
gasförmigem Kältemittel vorgekühlt, das im Gegenstrom durch die Abführleitung abgesaugt
oder durch diese entweicht.
[0015] Zweckmäßigerweise ist der Füllkopf mit einem Detektor zur Feststellung einer gasdichten
Verbindung mit dem Kältemittel-Aufnahmefach ausgerüstet.
[0016] Eine abermals vorteilhafte Befüllvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Zuführeinrichtung wenigstens zwei voneinander beabstandete, bevorzugt separat ansteuerbare,
jeweils mit Entspannungsdüsen oder Injektoren ausgerüstete Zuleitungen aufweist. Mit
dieser Ausgestaltung kann nicht nur der Füllvorgang wesentlich beschleunigt werden,
sondern es können auch mehrere Kältemittel-Aufnahmefächer unabhängig voneinander befüllt
werden, die entweder am gleichen Kühlbehälter oder an verschiedenen Kühlbehältern
angeordnet sind.
[0017] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kältemittel-Aufnahmefach
mit unterkühltem kryogenem Kältemittel, beispielsweise unterkühltes flüssiges Kohlendioxid
beschickt wird. Durch die Zuführung von unterkühltem Kältemittel kann nämlich bei
der Entspannung des flüssigen kryogenen Kältemittels der Anteil des dabei entstehenden
festen kryogenen Kältemittels gegenüber dem Anteil des gasförmigen Kältemittels erhöht
werden. Hierzu ist der Zuführeinrichtung eine Einrichtung zu Erzeugen von unterkühltem
flüssigem kryogenem Kältemittel zugeordnet. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise
aus der
EP 1 097 343 B1 bekannt. Bei diesem Gegenstand erfolgt eine Unterkühlung von flüssigem Kohlendioxid
mithilfe einer Kompressions-Kältemaschine. Durch eine Regelung der Kompressions-Kältemaschine
kann die Temperatur des flüssigen Kohlendioxids und damit der Anteil des bei der Entspannung
des flüssigen Kohlendioxids entstehenden Kohlendioxid-Schnees genau eingestellt werden.
Durch Umschaltung der Fahrweise der Kompressions-Kältemaschine kann diese auch zum
Aufheizen der Kohlendioxid führenden Leitungen sowie gegebenenfalls des mit diesen
verbundenen Kältemittel-Aufnahmefachs zum Zwecke der Enteisung eingesetzt werden.
[0018] Die erfindungsgemäße Befüllvorrichtung ermöglicht den Einsatz von Kühlbehältern,
die einen gegenüber Kühlbehältern nach dem Stande der Technik stark vereinfachten
Aufbau haben. So umfasst ein derartiger Kühlbehälter, der zum Befüllen mittels einer
erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung zum Kühlen von Produkten mit einem kryogenen Kältemittel
geeignet ist, ein Kältemittel-Aufnahmefach, und ein thermisch mit diesem verbundenes
Produkt-Aufnahmefach zur Aufnahme der zu kühlenden Produkte, wobei das Kältemittel-Aufnahmefach
eine Füllöffnung aufweist, in die die Befüllvorrichtung mit ihrem Füllkopf einschiebbar
ist. Der bevorzugte Kühlbehälter umfasst also ein Kältemittel-Aufnahmefach mit einer
Füllöffnung, die derart ausgestaltet ist, dass der Füllkopf des erfindungsgemäßen
Befüllsystems zumindest mit seinem Vorderabschnitt in die Füllöffnung eingeführt werden
kann. Dadurch kann über dieselbe Füllöffnung sowohl die Zufuhr von flüssigem kryogenem
Kältemittel, insbesondere Zuführen von flüssigem Kohlendioxid als auch das Abführen
von gasförmigem kryogenem Kältemittel erfolgen. Das Kältemittel-Aufnahmefach bedarf
weder besonderer Kopplungsarmaturen zum Ankoppeln der Befüllvorrichtung, noch einer
im Kältemittel-Aufnahmefach angeordneten Trenneinrichtung. Das aus der erfindungsgemäßen
Befüllvorrichtung und einem oder mehreren von dieser befüllbaren Kühlbehälter(n) bestehende
Kühlsystem ist gegenüber entsprechenden, aus Befüllvorrichtung und Kühlbehälter bestehenden
Kühlsystemen nach dem Stande der Technik überlegen, da von der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung
befüllbaren Kühlbehälter im Aufbau sehr viel einfacher ausgeführt und daher preiswerter
sind.
[0019] Das Kältemittel-Aufnahmefach kann dabei fest im Kühlbehälter angeordnet sein und
beispielsweise einstückig mit dem Produkt-Aufnahmefach des Kühlbehälters ausgeführt
sein. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Kältemittel-Aufnahmefach
jedoch lösbar am Kühlbehälter angeordnet und kann beispielsweise nach Art einer Schublade
in das Produkt-Aufnahmefach des Kühlbehälters eingeschoben werden. In dieser Ausgestaltung
besitzt der Kühlbehälter darüber hinaus kein (fest installiertes) Kältemittel-Aufnahmefach.
Auf diese Weise ist es möglich, das Kältemittel-Aufnahmefach getrennt vom Kühlbehälter
zu befüllen, oder ein Kältemittel-Aufnahmefach kann bei Bedarf mit einem Kältemittel-Aufnahmefach
ausgetauscht werden, das andere Kühlparameter (Kühltemperatur und/oder Kühldauer)
aufweist.
[0020] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kältemittel-Aufnahmefach
einen im Wesentlichen quader- oder zylinderförmigen Aufbau aufweist, wobei die Füllöffnung
zumindest einen großen Teil einer Seitenfläche oder sogar nahezu eine vollständige
Seitenfläche des Kältemittel-Aufnahmefachs einnimmt. Aufgrund der im Vergleich zu
Befüllsystemen nach dem Stande der Technik große Füllöffnung kann eine besonders schnelle
Befüllung erreicht werden.
[0021] Bevorzugt weist das Kältemittel-Aufnahmefach eine Füllöffnung mit einem runden, ovalen
oder rechteckigen Querschnitt auf, das sich über einen großen Teil einer Seitenfläche
des Kältemittel-Aufnahmefachs erstreckt. Da die erfindungsgemäße Befüllvorrichtung
keine besondere Anschlussmimik in Form von Zuführungen oder Flanschverbindungen benötigt,
kann sich die Füllöffnung also über zumindest fast die gesamte, im Einbauzustand des
Kältemittel-Aufnahmefachs im Kühlbehälter sichtbare Fläche erstrecken. Auf diese Weise
gelingt eine besonders schnelle Befüllung des Kältemittel - Aufnahmefachs.
[0022] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlbehälter ein
Kältemittel-Aufnahmefach aufweist, das in wenigstens zwei voneinander getrennte Teilfächer
unterteilt ist, die jeweils über Wärmebrücken mit unterschiedlichem Wärmewiderstand
mit dem Produktaufnahmefach verbunden sind. Durch eine Unterteilung des Kältemittel-Aufnahmefachs
können mit dem gleichen Kältemittel-Aufnahmefach unterschiedliche Kühlaufgaben bewältigt
werden. Beispielsweise weist eines der Teilfächer eine sehr gute Wärmeleitung, das
andere Teilfach dagegen eine schlechtere Wärmeleitung zum Produkt-Aufnahmefach auf.
Wird nur das Teilfach mit der guten Wärmeleitung mit Kohlendioxid befüllt, werden
die Produkte für eine kürzere Zeit auf eine tiefere Temperatur gekühlt. Wird dagegen
das Teilfach mit der schlechteren Wärmeleitung befüllt, erfolgt eine Kühlung der Produkte
auf eine weniger niedrige Temperatur, die jedoch für einen längeren Zeitraum anhält.
[0023] Die einzelnen Teilfächer weisen jeweils getrennte Füllöffnungen auf, über die sowohl
die Zufuhr des verflüssigten kryogenen Kältemittels erfolgt als auch die Abfuhr des
gasfömigen Kältemittels. In diesem Fall ist die Befüllvorrichtung mit ihrem Füllkopf
entweder den einzelnen Füllöffnungen Teilfächer anpassbar ausgestaltet, oder die Befüllvorrichtung
erstreckt sich bei der Befüllung mit ihrer Abführöffnung über mehrere oder alle Füllöffnungen
der Teilfächer und ist mit mehreren separat ansteuerbaren Entspannungsdüsen ausgerüstet,
die bei der Befüllung mit jeweils einem der Teilfächer strömungsverbunden sind. Bei
der Befüllung erfolgt im letzteren Fall eine separate Zufuhr von kryogenem Kältemittel
in jedes Teilfach über die entsprechend angesteuerte Düse, und die Abfuhr des gasförmigen
Kältemittels erfolgt über die Abführöffnung.
[0024] Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
In schematischer Ansicht zeigt:
Fig. 1: Einen Kühlbehälter mit einer erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung in einer
Schnittansicht,
Fig. 2: Einen vergrößerten Ausschnitt des Kühlbehälters mit angeschlossener Befüllvorrichtung
aus Fig. 1 im Bereich des Kältemittel-Aufnahmefachs,
Fig. 3: Einen Querschnitt der Anordnung aus Fig. 2 längs der Linie A-A.
Fig. 4a und 4b: Zwei Ausgestaltungen für mit der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung
befüllbare Kühlbehälter, jeweils in einem frontalen und einem seitlichen Querschnitt,
Fig. 5: Ein Kühlbehälter mit angeschlossener Befüllvorrichtung in einer anderen Ausführungsform
im Bereich des Kältemittel-Aufnahmefachs,
Fig. 6: Einen Querschnitt der Anordnung aus Fig. 5 längs der Linie B-B
Fig. 7a und 7b: Zwei Ausgestaltungen für Kältemittel-Aufnahmefächer, jeweils in einer
Schrägansicht.
[0025] Der in Fig. 1 gezeigte Kühlbehälter 1 umfasst einen Innenbehälter mit einem Produkt-Aufnahmefach
2 zum Aufnehmen der zu kühlenden Produkte und ein vom Produkt-Aufnahmefach 2 durch
eine thermisch leitfähige Zwischenwand 3 abgetrenntes Kältemittel-Aufnahmefach 4.
Die Zwischenwand 3 sowie die das Produkt-Aufnahmefach 2 und das Kältemittel-Aufnahmefach
4 umgebende Innenhülle ist aus einem thermisch leitfähigen und tieftemperaturresistenten
Material, beispielsweise Edelstahl gefertigt. Die Zwischenwand 3 kann dabei gasdicht
ausgebildet sein, sodass die Wärmeübertragung zwischen dem Produkt-Aufnahmefach 2
und dem Kältemittel-Aufnahmefach 4 lediglich über die thermische Leitung über die
Zwischenwand 3 erfolgt, oder sie kann so ausgebildet sein, dass eine Gasströmung zwischen
den Fächern 2,4 ermöglicht wird, um eine konvektive Wärmeübertragung zu erlauben.
Im letztgenannten Falle kann die Zwischenwand auch aus einem thermisch isolierenden
Material gefertigt sein. Das Kältemittel-Aufnahmefach 4 ist in etwa quaderförmig ausgebildet
und mündet bei geöffneter Tür mit einer Füllöffnung 6 nach außen, die sich im Ausführungsbeispiel
über eine gesamte Seitenfläche des ungefähr quaderförmig ausgebildeten Kältemittel-Aufnahmefachs
4 erstreckt. Das Kältemittel-Aufnahmefach 4 weist keine Armaturen oder sonstigen Einrichtungen
zum Anschließen eines speziellen Befüllsystems auf. In den Fig. 1, 2 und 3 nicht gezeigt
ist eine thermisch isolierende Tür, die an der Vorderseite 5 des Kühlbehälters 1 angelenkt
ist mit der das Produkt-Aufnahmefach 2 und gegebenenfalls das Kältemittel-Aufnahmefach
4 beim Transport des Kühlbehälters 1 geschlossen werden kann. Die Füllöffnung 6 kann
jedoch auch separat mit einer eigenen Tür oder mit einem hier nicht gezeigten Deckel
aus einem isolierenden Material verschlossen werden, der beispielsweise am Kühlbehälter
1 angelenkt ist. Weiterhin ist der gesamte Innenbehälter des Kühlbehälters 1 mit einer
thermisch isolierenden Außenhülle 7 ausgerüstet, die in den Fig. 1, 2 und 3 nur angedeutet
ist. Zum Befüllen des Kältemittel-Aufnahmefachs 4 mit einem kryogenen Kältemittel,
insbesondere Trockeneis, kommt eine im Folgenden näher beschriebene Befüllvorrichtung
10 zum Einsatz.
[0026] Die in Fig. 2 vergrößert dargestellte Befüllvorrichtung 10 umfasst einen mit dem
Kältemittel-Aufnahmefach 4 verbindbaren Füllkopf 11. Hierzu weist der Füllkopf 11
einen Vorderabschnitt 12 auf, der in seiner Form der ungefähr rechteckigen Füllöffnung
6 des Kältemittel-Aufnahmefachs 4 angepasst ist, jedoch einen geringfügig kleineren
Querschnitt als dieses aufweist und somit problemlos in die Füllöffnung 6 hineingeschoben
werden kann. Der Vorderabschnitt 12 weist eine sich nahezu über seinen gesamten Querschnitt
erstreckende Mündungsöffnung 13 auf, die ein effizientes Abführen des im Kältemittel-Aufnahmefach
4 erzeugten Kältemittelgases erlaubt. Weiterhin ist der Vorderabschnitt 12 des Füllkopfs
11 mit einer Ballondichtung 14 ausgerüstet. Die Ballondichtung 14 umfasst ein sich
um den gesamten Außenumfang des Vorderabschnitts 12 erstreckendes, aufblasbares Dichtelement
15 aus einem Material, das auch bei tieferen Temperaturen eine gewisse Flexibilität
bewahrt und das über eine Druckzuleitung 16 mit einer hier nicht gezeigten Quelle
für ein Druckmedium, etwa ein Gas oder eine Flüssigkeit verbunden ist. Um zu verhindern,
dass das Druckmedium beim Befüllen des Dichtelements 15 ausfriert, kann der Druckzuleitung
16 zudem eine hier ebenfalls nicht gezeigte Heizung vorgeschaltet sein. Anstelle des
in den Zeichnungen gezeigten pneumatisch/hydraulischen Dichtelements 15 kann auch
ein aus Vollstoff bestehendes Dichtelement vorgesehen sein, beispielsweise Dichtlippen
aus Gummi oder Silikon, die durch mechanischen Druck auf das Kältemittel-Aufnahmefach
4 aufgedrückt werden und so rings um die Füllöffnung 6 eine im Wesentlichen gasdichte
Verbindung herstellen.
[0027] Ungefähr in der horizontalen Mittelebene des Vorderabschnitts 12 sind mehrere - im
Ausführungsbeispiel drei - horizontal nebeneinander angeordnete Zuleitungen 18 für
ein verflüssigtes kryogenes Kältemittel, insbesondere flüssiges Kohlendioxid, vorgesehen.
Die Zuleitungen 18 münden jeweils an Entspannungsdüsen 19 aus, deren Mündungsöffnungen
ungefähr in einer Ebene mit der Mündungsöffnung 13 verlaufen. Weiterhin ist der Vorderabschnitt
12 mit einer Gasableitung 21 strömungsverbunden. Die gesamte Fläche der Mündungsöffnung
13 des Vorderabschnitts 12, mit Ausnahme der Entspannungsdüsen 19, wird von einer
Rückhalteeinrichtung 22 in Form eines Siebes oder eines Filters überdeckt, dessen
Aufgabe, die Trennung der bei der Entspannung des Mediums erzeugten festen Bestandteilen
von gleichfalls erzeugten gasförmigen Bestandteilen, im Folgenden näher erläutert
werden soll.
[0028] Zum Befüllen des Kältemittel-Aufnahmefachs 4 mit einem kryogenen Kältemittel, im
Folgenden beispielhaft mit Kohlendioxidschnee, wird der Vorderabschnitt 12 des Füllkopfs
11 in die Füllöffnung 6 eingeschoben. Über die Druckzuleitung 16 wird ein Druckmedium
in das Dichtelement 15 hineingepresst, wodurch sich das Volumen des Dichtelements
15 vergrößert, und eine gasdichte oder eine zumindest weitgehend gasdichte und zudem
reibschlüssig - feste Verbindung zwischen dem Vorderabschnitt 12 und der Füllöffnung
6 hergestellt wird. Über die Zuleitungen 18 flüssiges Kohlendioxid unter Druck herangeführt
und an den Entspannungsdüsen 19 entspannt. Bei der Entspannung bildet sich Kohlendioxidschnee
24 und Kohlendioxidgas, die beide tief in das Kältemittel-Aufnahmefach 4 eingetragen
werden. Das gasförmige Kohlendioxid strömt zurück zur Mündungsöffnung 13 des Vorderabschnitts
12 des Füllkopfs 11, durch diesen hindurch und wird über die Gasableitung 21 abgeführt
oder mittels einer hier nicht gezeigten Absaugeinrichtung abgesaugt. Dabei verhindert
die Rückhalteeinrichtung 22, dass mit dem Kohlendioxidgas mitgerissene Kohlendioxid-Schneeteilchen
gleichfalls über die Gasableitung 21 abgeführt werden können. Der bei der Entspannung
entstehende Kohlendioxidschnee sammelt sich daher im Kältemittel-Aufnahmefach 4 an
und bildet dort einen Trockeneis-Vorrat 25 aus. Im Kältemittel-Aufnahmefach 4 selbst
ist keine Einrichtung zum Trennen der beiden Kohlendioxid-Phasen erforderlich. Nach
Beendigung des Befüllvorgangs wird die Zufuhr von flüssigem Kohlendioxid gestoppt,
das Druckmedium über die Druckzuleitung 16 abgelassen, das Volumen des Dichtelements
15 verkleinert sich wieder und der Vorderabschnitt 12 kann aus der Füllöffnung 6 gezogen
werden. Durch Schließen der hier nicht gezeigten Tür an der Vorderseite 5 ist das
Produkt-Aufnahmefach 2 oder, wenn die Tür auch das Kältemittel-Aufnahmefach 4 verschließt
oder ein am Kältemittel-Aufnahmefach 4 vorgesehener Deckel aufgesetzt ist, der gesamte
Behälter 1 nach außen thermisch isoliert. Aufgrund der thermischen Verbindung zischen
dem Kältemittel-Aufnahmefach 4 und dem Produkt-Aufnahmefach 2 wird aus letzterem Wärme
zum Kältemittel-Aufnahmefach 4 transportiert. Der Trockeneis-Vorrat 25 sublimiert
allmählich und das entstehende Kohlendioxidgas entweicht an der nicht druckdicht schließenden
Tür bzw. dem Deckel oder über eine hier nicht gezeigte Auslassöffnung am Behälter
1. Die thermische Leitfähigkeit der Zwischenwand 3 bestimmt so maßgeblich die Temperatur,
auf die die im Produkt-Aufnahmefach 2 gelagerten Produkte abgekühlt werden können.
Im Falle, dass das Produkt-Aufnahmefach 2 und das Kältemittel-Aufnahmefach 4 nicht
gasdicht voneinander getrennt sind, strömt auch ein Teil des Kohlendioxidgases in
das Produkt-Aufnahmefach 2 und sorgt dort für eine zusätzliche direkte Kühlung. Es
ist im Rahmen der Erfindung auch vorstellbar, dass im Produkt-Aufnahmefach 2 oder
in einem innerhalb des Produkt-Aufnahmefachs 2 angeordneten und mit den zu kühlenden
Produkten befüllbaren Behälter eine modifizierte Atmosphäre aufrechterhalten wird,
deren Zusammensetzung sich von der Außenatmosphäre unterscheidet und die bei der Sublimation
des Kohlendioxids im Kältemittel-Aufnahmefach 4 nicht verändert wird.
[0029] Um die Sicherheit bei der Befüllung weiter zu erhöhen, sorgt eine Steuereinheit 26
über die Steuerung entsprechender Ventile 27, 28, 29 dafür, dass der Zustrom an flüssigem
kryogenen Kältemittel über die Zuleitung 18 erst dann erfolgt, wenn manuell oder über
einen geeigneten Detektor eine zumindest weitgehend gasdichte Verbindung zwischen
dem Vorderabschnitt 12 und der Füllöffnung 6 festgestellt worden ist. Eine weitgehend
gasdichte Verbindung dürfte bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 und Fig. 3 insbesondere
dann hergestellt sein, wenn das Dichtelement auf einen bestimmten Wert seines Innendrucks
aufgepumpt ist und mit seiner Hülle dichten an der Innenwand der Füllöffnung 6 anliegt.
Im Falle einer Fehlfunktion, beispielsweise bei einer Leckage im Dichtelement 15,
wird die Zuführung von flüssigem Kohlendioxid unverzüglich von der Steuereinheit 26
gestoppt. Die Steuereinheit 26 kann im Übrigen auch im Füllkopf 11 integriert sein.
[0030] Vorteilhafterweise ist der Füllkopf 11 als Handgerät ausgebildet und/oder in drei
Dimensionen beweglich an einem hier nicht gezeigten Haltearm befestigt und so leicht
gebaut, dass er von einem Bediener mit nur einer Hand mit dem Kältemittel-Aufnahmefach
4 verbunden, bedient und wieder abgenommen werden kann. Der Füllkopf kann auch so
ausgebildet sein, dass er mit zwei oder mehr Kühlbehältern gleichzeitig verbunden
und zur Befüllung der jeweiligen Kältemittel-Aufnahmefächer einsetzbar ist.
[0031] In Fig. 4a und 4b sind zwei Beispiele für Kühlbehälter 30a, 30b gezeigt, die mit
einer erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung befüllt werden können. Die Kühlbehälter
30a, 30b weisen jeweils einen Innenbehälter 31 a, 31 b aus einem thermisch leitfähigen
Material, beispielsweise Edelstahl, auf, der von einer isolierenden Außenhülle 32a,
32b umgeben ist. Die Außenhülle 32a, 32b umfasst eine Schicht aus einem thermisch
gut isolierenden Material, beispielsweise Styropor oder Kunststoff. Der beispielsweise
aus einem Stück gefertigte Innenbehälter 31 a, 31 b umfasst ein Produkt-Aufnahmefach
34a, 34b zum Aufnehmen der zu kühlenden Produkte. Weiterhin weisen die Kühlbehälter
30a, 30b Kältemittel-Aufnahmefächer 35a; 35b, 36 auf. Während der Kühlbehälter 30a
nur einziges ein derartiges Kältemittel-Aufnahmefach 35a aufweist, ist der Kühlbehälter
30b mit zwei Kältemittel-Aufnahmefächern 35b, 36 ausgerüstet. Die Kältemittel-Aufnahmefächer
35b, 36 sind durch unterschiedliche dicke Wandabschnitte vom Produkt-Aufnahmefach
34b getrennt. Dadurch erfolgt die Wärmeübertragung vom Kältemittel-Aufnahmefach 36
langsamer als beim Kältemittel-Aufnahmefach 35b. Je nach der jeweiligen Kühlaufgabe
kommt entweder das Kältemittel-Aufnahmefach 35b oder das Kältemittel-Aufnahmefach
36 zum Einsatz. Zum Befüllen eines der Kältemittel-Aufnahmefächer 35b, 36 kommt beispielsweise
eine Befüllvorrichtung zum Einsatz, deren Füllkopf der lichten Weite der Füllöffnung
des jeweiligen Kältemittel-Aufnahmefachs 35b, 36 angepasst ist. Alternativ hierzu
kommt eine Befüllvorrichtung zum Einsatz, deren Mündungsöffnung sich über beide Füllöffnungen
der Kältemittel-Aufnahmefächer 35b, 36 erstreckt. In diesem Fall ist die Befüllvorrichtung
bevorzugt mit mehreren, mittels entsprechender Ventile separat ansteuerbaren Zuführleitungen
ausgerüstet, bei denen je nach Wahl des zu befüllenden Kältemittel-Aufnahmefachs 35b,
36 flüssiges Kühlendioxid über die entsprechende Zuführleitung zugeführt wird. Auf
der Frontseite des jeweiligen Kühlbehälters 30a, 30b ist eine Tür 37a, 37b vorgesehen,
die thermisch gut isolierend ausgeführt ist und die im - in den Zeichnungen gezeigten
- Schließzustand gleichzeitig sowohl das Produkt-Aufnahmefach 34a, 34b als auch das
Kältemittel-Aufnahmefach 35a bzw. die Kältemittel-Aufnahmefächer 35b, 36 thermisch
isolierend verschließt. Jedoch sind, wie erwähnt, auch getrennte Türen für das Produkt-Aufnahmefach
34a, 34b und für den Bereich der Kältemittel-Aufnahmefächer 35a, 35b, 36 im Rahmen
der Erfindung vorstellbar.
[0032] In den Fig. 5 bis 7 ist eine andere Ausführungsform eines mit einer Befüllvorrichtung
10' befüllbaren Kühlbehälters gezeigt. Die Befüllvorrichtung 10' weist gegenüber der
Befüllvorrichtung 10 aus Fig. 1 bis 3 lediglich eine veränderte Geometrie an der Mündungsöffnung
13' des Vorderabschnitts 12' auf und ist im Übrigen gleich wie die Befüllvorrichtung
10 aufgebaut. Der in Fig. 5 gezeigte Kühlbehälter 39 unterscheidet sich jedoch von
den zuvor beschriebenen Kühlbehältern dadurch, dass er nur ein von einer thermischen
isolierenden Außenhülle 40 umgebenes Innenfach 41 besitzt, in das ein Kältemittel-Aufnahmefach
42 nach Art einer Schublade eingeführt wird. Der Boden 43 des eingeschobenen Kältemittel-Aufnahmefachs
42 unterteilt das Innenfach 41 in einen Kältemittelbereich 44 zur Aufnahme des Kältemittels
und einen Produkt-Aufnahmebereich 45, dessen Funktion der des zuvor beschriebenen
Produkt-Aufnahmefachs 2, 24a, 34b entspricht. Auf dem Boden 43 ist an dessen im Einbauzustand
vorderen Bereich senkrecht zum Boden 43 eine Frontplatte 47 montiert, in der eine
Füllöffnung 48 angeordnet ist und an deren - dem Boden 43 gegenüberliegenden - Oberkante
ein Dichtelement 49, beispielsweise eine Dichtlippe, vorgesehen, mittels der im Einbauzustand
des Kältemittel-Aufnahmefachs 42 eine im Wesentlichen gasdichte Verbindung zur oberen
Innenwand 50 des Innenfachs 41 hergestellt wird. Eine solche Ausgestaltung eignet
sich insbesondere auch zum Einbau in vorhandene Kühlbehälter, die zwar ein für ein
bestimmtes, am Markt vorhandenes Befüllsystem konzipiert sind und demzufolge ein entsprechendes
Kältemittel-Aufnahmefach aufweisen, bei denen dieses jedoch ausgebaut werden kann.
Auf diese Weise ist es möglich, auch bereits am Markt befindliche Behälter für das
Befüllen mit dee erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung umzurüsten.
[0033] Der Aufbau eines nach Art einer Schublade in ein Innenfach einschiebbares Kältemittel-Aufnahmefach
ist in den Fig. 7a und Fig. 7b in zwei Varianten 42a, 42b gezeigt. Der seitlich auskragende
Boden 43a, 43b im Ausführungsbeispiel in zwei im Innenfach vorgesehenen Nuten 46 gleitend
geführt. In Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere Möglichkeiten vorstellbar,
das Kältemittel-Aufnahmefach 42a, 42b mit dem Innenfach 41 zu verbinden, beispielsweise
andere Gleitlagerführungen oder eine andere feste, jedoch lösbare Verbindung, etwa
eine Verschraubung der Frontplatte 47a, 47b mit dem Innenfach 41. Vom Boden 43a, 43b
steht an dessen im Einbauzustand vorderen Bereich senkrecht eine Frontplatte 47a,
47b mit Füllöffnung 48a, 48b vor. Die Frontplatte 47a, 47b kann, wie in den Fig. 7a
und 7b gezeigt, unmittelbar an der Vorderkante des Bodens montiert sein, oder aber
um eine geringe Distanz zurückgesetzt, entsprechend der Frontplatte 47 in Fig. 5.
Die Füllöffnung 48a, 48b nimmt jeweils einen großen Teil der Fläche der jeweiligen
Frontplatte 47a, 47b in Anspruch und besitzt im Ausführungsbeispiel der Fig. 7a und
7b in beiden Varianten einen ovalen Querschnitt. Dementsprechend ist auch der Vorderabschnitt
12' des Füllkopfs 11' - wie in Fig. 6 gezeigt - so ausgebildet, dass er eine ovale
Mündungsöffnung 13' aufweist, an der ein gleichfalls oval geformtes Dichtelement 15'
und eine oval geformte Rückhalteeinrichtung 22' angeordnet ist.
[0034] Um eine Befüllvorrichtung 10, 10' variabel an die jeweilige Füllöffnung anzupassen,
kann beispielsweise der Vorderabschnitt 12, 12' des Füllkopfs 11, 11' als ein auswechselbarer
Adapter ausgebildet sein, der fest und im Wesentlichen gasdicht auf den Füllkopf 11,11'
aufgesetzt und bei Bedarf durch einen anders geformten ersetzt wird. Dadurch kann
die Befüllvorrichtung flexibel unterschiedlich geformten und bemaßten Füllöffnungen
der zu befüllenden Kältemittel-Aufnahmefächer angepasst werden.
[0035] Fig. 7b zeigt eine Variante 42b eines Kältemittel-Aufnahmefachs, bei dem der vom
Boden 43b vom Produktbereich 41 abgeteilte Kältemittelbereich mittels einer senkrecht
zum Boden 43b und senkrecht zur Frontplatte 47b angeordneten Trennwand 51 in zwei
Teilbereiche 53, 53' unterteilt ist. Die beiden Teilbereiche 53, 53' besitzen unterschiedliches
Füllvolumen. Durch eine isolierende Schicht 54 oder eine eingelegte isolierende Folie
besteht zudem im Teilbereich 53' ein größerer Wärmewiderstand zum Produkt-Aufnahmebereich
41 als dies im Teilbereich 53 der Fall ist. Aus diesem Grunde nimmt Kältemittel, das
im Teilbereich 53' gelagert ist, Wärme aus dem Produkt-Aufnahmebereich 41 langsamer
auf als im Teilbereich 53 gelagertes Kältemittel. Wird nur dieser Teilbereich 53'
zur Aufnahme des Kältemittels genutzt, wird das Produkt also weniger tief gekühlt,
als wenn lediglich der Teilbereich 53 mit Kältemittel befüllt würde. Durch eine entsprechende
separate Ansteuerung der Entspannungsdüsen 19 und/oder der mit ihnen strömungsverbundenen
Zuleitungen 18 der Befüllvorrichtung 10, 10' kann entweder einer der Teilbereiche
53, 53' oder beide mit kryogenem Kältemittel befüllt werden. Besonders vorteilhaft
ist eine solche Unterteilung in Teilbereiche 53, 53', wenn mit der mit dem Kältemittel-Aufnahmefach
42b ausgerüstete Kühlbehälter nacheinander sowohl Frischwaren, die kühl gehalten,
jedoch nicht gefrieren dürfen, als auch zum Kühlen von Tiefkühlwaren eingesetzt werden
soll.
[0036] Die erfindungsgemäße Befüllvorrichtung erspart erhebliche Investitionskosten bei
der Beschaffung der Kühlbehälter und ermöglicht eine rasche, sichere und zuverlässige
Befüllung. Sie kann an bestehende Systeme vom Kältemittel-Aufnahmefächern angepasst
werden, wie sie auch eine vereinfachte Bauweise von Kältemittel-Aufnahmefächern erlaubt,
wie beispielsweise die in den Zeichnungen gezeigte. Demzufolge sind auch Investitionskosten
Befüllsystem, das neben der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung auch durch diese befüllbare
Kühlbehälter umfasst geringer als bei Befüllsystemen nach dem Stande der Technik.
Bezugszeichenliste
[0037]
- 1
- Kühlbehälter
- 2
- Produkt-Aufnahmefach
- 3
- Zwischenwand
- 4
- Kältemittel-Aufnahmefach
- 5
- Vorderseite
- 6
- Füllöffnung
- 7
- Außenhülle
- 8
- -
- 9
- -
- 10, 10'
- Befüllvorrichtung
- 11, 11'
- Füllkopf
- 12, 12'
- Vorderabschnitt
- 13, 13'
- Mündungsöffnung
- 14
- Ballondichtung
- 15, 15'
- Dichtelement
- 16
- Druckzuleitung
- 17
- -
- 18
- Zuleitung
- 19, 19'
- Entspannungsdüsen
- 20
- -
- 21
- Gasableitung
- 22, 22'
- Rückhalteeinrichtung
- 23
- -
- 24
- Kohlendioxidschnee
- 25
- Trockeneis-Vorrat.
- 26
- Steuereinheit
- 27
- Ventil
- 28
- Ventil
- 29
- Ventil
- 30a, 30b
- Kühlbehälter
- 31 a, 31 b
- Innenbehälter
- 32a,32b
- Außenhülle
- 33
- -
- 34a, 34b
- Produkt-Aufnahmefach
- 35a, 35b
- Kältemittel-Aufnahmefach
- 36
- Kältemittel-Aufnahmefach
- 37a, 37b
- Tür
- 38
- -
- 39
- Kühlbehälter
- 40
- Außenhülle
- 41
- Innenfach
- 42, 42a, 42b
- Variante (eines Kältemittel-Aufnahmefachs)
- 43, 43a, 43b
- Boden
- 44
- Kältemittelbereich
- 45
- Produkt-Aufnahmebereich
- 46
- Nut
- 47, 47a, 47b
- Frontplatte
- 48, 48a, 48b
- Füllöffnung
- 49
- Dichtelement
- 50
- Obere Innenwand
- 51
- Trennwand
- 52
- -
- 53, 53'
- Teilbereich
- 54
- Isolierschicht
1. Befüllvorrichtung zum Befüllen eines einem Kühlbehälter (1, 30a, 30b, 39) zum Kühlen
von Produkten zugeordneten Kältemittel-Aufnahmefachs (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) mit
einen kryogenen Kältemittel, mit einer mit einer Entspannungsdüse (19, 19') ausgerüsteten
Zuführeinrichtung zum Zuführen den kryogenen Kältemittels im flüssigen Zustand, einer
an einer Abführöffnung (13, 13') ausmündenden Abführeinrichtung zum Abführen von beim
Befüllvorgang verdampftem kryogenen Kältemittel und einer Rückhalteeinrichtung (22,
22'), mittels der das bei der Befüllung nicht verdampfte kryogene Kältemittel zumindest
überwiegend im Kältemittel-Aufnahmefach (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) zurückgehalten
wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Entspannungsdüse (19, 19') der Zuführeinrichtung, die Abführöffnung (13, 13')
der Abführeinrichtung und die Rückhalteeinrichtung (22, 22') in einem Füllkopf (11,
11') integriert ist, wobei als Rückhalteeinrichtung (22, 22') eine Sieb- oder Filteranordnung
vorgesehen ist, die die Abführöffnung (13, 13') überspannt, und der Füllkopf (11,
11') mit einem Dichtelement (15, 49) zum im Wesentlichen gasdichten Ankoppeln an das
Kältemittel-Aufnahmefach (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) im Bereich einer Füllöffnung
(6, 48, 48a, 48b) des Kältemittel-Aufnahmefachs (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) ausgerüstet
ist.
2. Befüllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsdüse (19, 19') der Zuführeinrichtung (18) im Innern der Abführöffnung
(13, 13') angeordnet ist und im Wesentlichen in einer durch die Mündungsebene der
Abführöffnung (13, 13') definierten Ebene am Füllkopf (11, 11') ausmündet.
3. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (15, 49) Dichtlippen aus einem elastischen Material umfassen.
4. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (15, 49) ein pneumatisches oder hydraulisches Dichtelement umfassen,
das durch Befüllen mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium eine im wesentlichen
gasdichte Verbindung mit der Füllöffnung (6, 48, 48a, 48b) des Kältemittel-Aufnahmefachs
(4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) herstellt.
5. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkopf (11, 11') in die Füllöffnung (6, 48, 48a, 48b) des Kältemittel-Aufnahmefachs
(4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) einschiebbar ist.
6. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung mit einer Zuführleitung (18) an eine Quelle für flüssiges kryogenes
Kältemittel angeschlossen und die Abführeinrichtung mit Abführleitung (21) für gasförmiges
kryogenes Kältemittel verbunden ist, wobei die Zuführleitung und die Abführleitung
(21) jeweils wenigstens abschnittsweise aus einem flexiblen Material besteht.
7. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkopf (11, 11') mit einem Detektor zur Feststellung einer im Wesentlichen
gasdichten Verbindung mit dem Kältemittel-Aufnahmefach (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b)
ausgerüstet ist.
8. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung wenigstens zwei voneinander beabstandete, separat ansteuerbare,
mit Entspannungsdüsen (19, 19') ausgerüstete Zuleitungen (18) aufweist.
9. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführeinrichtung eine Einrichtung zu Erzeugen von unterkühltem flüssigen kryogenen
Kältemittel zugeordnet ist.
10. Zum Befüllen mittels einer Befüllvorrichtung (10, 10') nach einem der vorhergehenden
Ansprüche geeigneter Kühlbehälter (1, 30a, 30b, 39) zum Kühlen von Produkten, mit
einem Kältemittel-Aufnahmefach (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) und mit einem thermisch
mit diesem verbundenen Produktaufnahmefach (2, 41) zur Aufnahme der zu kühlenden Produkte,
wobei das Kältemittel-Aufnahmefach (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) eine Füllöffnung (6,
48, 48a, 48b) aufweist, in die die Befüllvorrichtung (10, 10') zumindest mit einem
Vorderabschnitt (12, 12') ihres Füllkopf (11, 11') einschiebbar ist.
11. Kühlbehälter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel-Aufnahmefach (42, 42a, 42b) lösbar mit dem Kühlbehälter (39) verbunden
ist.
12. Kühlbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel-Aufnahmefach (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) einen im Wesentlichen quader-
oder zylinderförmigen Aufbau aufweist, wobei die Füllöffnung (6, 48, 48a, 48b) zumindest
nahezu eine vollständige Seitenfläche des Kältemittel-Aufnahmefachs (4, 35a, 35b,
42, 42a, 42b) einnimmt.
13. Kühlbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllöffnung (6, 48, 48a, 48b) einen runden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt
aufweist.
14. Kühlbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei voneinander getrennte Teilfächer (35b, 36, 53, 53') im Kältemittel-Aufnahmefach
vorgesehen sind, die über jeweils über Wärmebrücken mit unterschiedlichem Wärmewiderstand
mit dem Produktaufnahmefach (2, 41) verbunden sind.
1. Filling apparatus for filling a refrigerant receiving compartment (4, 35a, 35b, 42,
42a, 42b), assigned to a cooling tank (1, 30a, 30b, 39) for cooling products, with
a cryogenic refrigerant, having a feed device, equipped with an expansion nozzle (19,
19'), for feeding the cryogenic refrigerant in the liquid state, a discharge device,
issuing out at a discharge opening (13, 13'), for discharging cryogenic refrigerant
which has evaporated during the filling operation, and a retaining device (22, 22'),
by means of which the cryogenic refrigerant which has not evaporated during the filling
is retained at least predominantly in the refrigerant receiving compartment (4, 35a,
35b, 42, 42a, 42b),
characterized
in that the expansion nozzle (19, 19') of the feed device, the discharge opening (13, 13')
of the discharge device and the retaining device (22, 22') are integrated in a filler
head (11, 11'), wherein the retaining device (22, 22') provided is a sieve or filter
arrangement which spans the discharge opening (13, 13'), and the filler head (11,
11') is equipped with a sealing element (15, 49) for substantially gas-tight coupling
to the refrigerant receiving compartment (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) in the region
of a filling opening (6, 48, 48a, 48b) of the refrigerant receiving compartment (4,
35a, 35b, 42, 42a, 42b).
2. Filling apparatus according to Claim 1, characterized in that the expansion nozzle (19, 19') of the feed device (18) is arranged in the interior
of the discharge opening (13, 13') and issues out substantially in a plane defined
by the mouth plane of the discharge opening (13, 13') at the filler head (11, 11').
3. Filling apparatus according to either of the preceding claims, characterized in that the sealing elements (15, 49) comprise sealing lips made of an elastic material.
4. Filling apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing elements (15, 49) comprise a pneumatic or hydraulic sealing element,
which, by filling with a gaseous or liquid medium, produces a substantially gas-tight
connection to the filling opening (6, 48, 48a, 48b) of the refrigerant receiving compartment
(4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b).
5. Filling apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the filler head (11, 11') can be pushed into the filling opening (6, 48, 48a, 48b)
of the refrigerant receiving compartment (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b).
6. Filling apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the feed device is connected with a feed line (18) to a source for liquid cryogenic
refrigerant, and the discharge device is connected to a discharge line (21) for gaseous
cryogenic refrigerant, wherein the feed line and the discharge line (21) each consist
at least in certain portions of a flexible material.
7. Filling apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the filler head (11, 11') is equipped with a detector for determining a substantially
gas-tight connection to the refrigerant receiving compartment (4, 35a, 35b, 42, 42a,
42b).
8. Filling apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the feed device has at least two supply lines (18) which are spaced apart from one
another, can be actuated separately and are equipped with expansion nozzles (19, 19').
9. Filling apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that a device for generating supercooled liquid cryogenic refrigerant is assigned to the
feed device.
10. Cooling tank (1, 30a, 30b, 39) for cooling products which is suitable for filling
by means of a filling apparatus (10, 10') according to one of the preceding claims,
having a refrigerant receiving compartment (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) and having
a product receiving compartment (2, 41), connected thermally thereto, for receiving
the products to be cooled, wherein the refrigerant receiving compartment (4, 35a,
35b, 42, 42a, 42b) has a filling opening (6, 48, 48a, 48b), into which the filling
apparatus (10, 10') can be pushed at least with a front portion (12, 12') of the filler
head (11, 11') thereof.
11. Cooling tank according to Claim 9 or 10, characterized in that the refrigerant receiving compartment (42, 42a, 42b) is connected detachably to the
cooling tank (39).
12. Cooling tank according to one of Claims 9 to 11, characterized in that the refrigerant receiving compartment (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) has a substantially
cuboidal or cylindrical form, wherein the filling opening (6, 48, 48a, 48b) occupies
at least virtually an entire side face of the refrigerant receiving compartment (4,
35a, 35b, 42, 42a, 42b).
13. Cooling tank according to one of Claims 9 to 12, characterized in that the filling opening (6, 48, 48a, 48b) has a round, oval or rectangular cross section.
14. Cooling tank according to one of Claims 9 to 13, characterized in that at least two subcompartments (35b, 36, 53, 53') separated from one another are provided
in the refrigerant receiving compartment and are connected to the product receiving
compartment (2, 41) in each case by way of heat bridges having a different thermal
resistance.
1. Dispositif de remplissage destiné à remplir un compartiment d'agent de refroidissement
(4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) associé à un récipient frigorifique (1, 30a, 30b, 39)
destiné au refroidissement de produits avec un agent de refroidissement cryogène,
doté d'un dispositif d'alimentation équipé d'une buse de détente (19, 19') pour fournir
l'agent de refroidissement cryogène à l'état liquide, d'un dispositif d'évacuation
débouchant à une ouverture d'évacuation (13, 13') pour l'évacuation d'agent de refroidissement
cryogène évaporé lors de l'opération de remplissage, et d'un dispositif de retenue
(22, 22') au moyen duquel l'agent de refroidissement cryogène non évaporé lors du
remplissage est retenu au moins pour l'essentiel dans le compartiment d'agent de refroidissement
(4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b), caractérisé en ce que la buse de détente (19, 19') du dispositif d'alimentation, l'ouverture d'évacuation
(13, 13') du dispositif d'évacuation et le dispositif de retenue (22, 22') sont intégrés
dans une tête de remplissage (11, 11'), dans lequel il est prévu comme dispositif
de retenue (22, 22') un agencement de tamis ou de filtre, qui recouvre l'ouverture
d'évacuation (13, 13'), et la tête de remplissage (11, 11') est équipée d'un élément
d'étanchéité (15, 49) pour le couplage essentiellement étanche au gaz au compartiment
d'agent de refroidissement (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) dans la région d'une ouverture
de remplissage (6, 48, 48a, 48b) du compartiment d'agent de refroidissement (4, 35a,
35b, 42, 42a, 42b).
2. Dispositif de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse de détente (19, 19') du dispositif d'alimentation (18) est disposée à l'intérieur
de l'ouverture d'évacuation (13, 13') et débouche à la tête de remplissage (11, 11')
essentiellement dans un plan défini par le plan d'embouchure de l'ouverture d'évacuation
(13, 13').
3. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (15, 49) comprennent des lèvres d'étanchéité en un matériau
élastique.
4. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité (15, 49) comprennent un élément d'étanchéité pneumatique
ou hydraulique qui, par remplissage avec un fluide gazeux ou liquide, crée une liaison
essentiellement étanche au gaz avec l'ouverture de remplissage (6, 48, 48a, 48b) du
compartiment d'agent de refroidissement (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b).
5. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête de remplissage (11, 11') peut être insérée dans l'ouverture de remplissage
(6, 48, 48a, 48b) du compartiment d'agent de refroidissement (4, 35a, 35b, 42, 42a,
42b).
6. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation est raccordé par une conduite d'alimentation (18) à
une source d'agent de refroidissement cryogène liquide et le dispositif d'évacuation
est raccordé à une conduite d'évacuation (21) pour l'agent de refroidissement cryogène
gazeux, dans lequel la conduite d'alimentation et la conduite d'évacuation (21) sont
constituées respectivement, au moins localement, d'un matériau flexible.
7. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête de remplissage (11, 11') est équipée d'un détecteur destiné à détecter une
liaison essentiellement étanche au gaz avec le compartiment d'agent de refroidissement
(4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b).
8. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite d'alimentation présente au moins deux conduites d'arrivée (18) espacées
l'une de l'autre, à commande séparée, dotées de buses de détente (19, 19').
9. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif pour produire un agent de refroidissement cryogène liquide sous-refroidi
est associé au dispositif d'alimentation.
10. Récipient frigorifique (1, 30a, 30b, 39) destiné au refroidissement de produits, apte
au remplissage au moyen d'un dispositif de remplissage (10, 10') selon l'une quelconque
des revendications précédentes, doté d'un compartiment d'agent de refroidissement
(4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) et d'un compartiment de réception de produits (2, 41)
communiquant thermiquement avec celui-ci, destiné à contenir les produits à refroidir,
dans lequel le compartiment d'agent de refroidissement (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b)
présente une ouverture de remplissage (6, 48, 48a, 48b) dans laquelle le dispositif
de remplissage (10, 10') peut être inséré au moins avec une partie antérieure (12,
12') de sa tête de remplissage (11, 11').
11. Récipient frigorifique selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le compartiment d'agent de refroidissement (42, 42a, 42b) est relié de façon séparable
au récipient frigorifique (39).
12. Récipient frigorifique selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le compartiment d'agent de refroidissement (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b) présente une
structure essentiellement parallélépipédique ou cylindrique, dans lequel l'ouverture
de remplissage (6, 48, 48a, 48b) occupe au moins presqu'une face latérale entière
du compartiment d'agent de refroidissement (4, 35a, 35b, 42, 42a, 42b).
13. Récipient frigorifique selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'ouverture de remplissage (6, 48, 48a, 48b) présente une section transversale ronde,
ovale ou rectangulaire.
14. Récipient frigorifique selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux compartiments partiels (35b, 36, 53, 53') séparés l'un
de l'autre dans le compartiment d'agent de refroidissement, qui sont en communication
respectivement par des ponts thermiques de résistance thermique différente avec le
compartiment de réception de produits (2, 41).
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