Befüllvorrichtung zum Befüllen eines einem Kühlbehälter zugeordneten Kältemittel-Aufnahmefachs mit einem kryogenen Kältemittel

Beschreibung

[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.

[0002] Eine derartige Einrichtung ist aus der US-A-5 657 642 bekannt.

[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

Ansprüche

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.

Claims

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.

Revendications

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).

Zeichnung