Verfahren zum Kühlen von Gasen

Abstract

 Bei Verfahren zum Kühlen von Gasen, insbesondere Luft, werden die Gase mittels verdampfender Kühlmittel abgekühlt. Bei Verwendung von Kohlendioxid als Kühlmittel in einem geschlossenen Kühlkreislauf ist ein hoher Energieaufwand zur Rückverflüssigung oder die Verwendung eines zweiten Kühlmittelkreislaufs, beispielsweise aus Fluorkohlenwasserstoffen, erforderlich. Dies wird vermieden, indem Kohlendioxid aus einem Speicher (1) entnommen und in einem offenen Kühlkreislauf derart eingesetzt wird, daß das verdampfte Kohlendioxid nicht rückverflüssigt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Gasen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Unter Gasen sind sowohl reine Gase, als auch Gasgemische zu verstehen und insbesondere Luft für Klimaanlagen, Kühlräume und Gefrieranlagen. Als Kühlmittel für derartige Anlagen sind Kohlendioxid, Gemische von halogenierten Kohlenwasserstoffen und Ammoniak bekannt. Die Verwendung von halogenierten Kohlenwasserstoffen geht wegen deren Ozon-Abbaupotential zurück. Ammoniak ist toxisch und brennbar, hat einen durchdringenden Geruch uns reizt die Schleimhäute. Bei Leckagen besteht daher ein hohes Panik-Risiko, es ist daher nur mit kostenintensivem Aufwand in der Gebäudetechnik einsetzbar.

[0003] Die DE 42 24 896 A1 zeigt ein Kühlverfahren, bei dem flüssiges Kohlendioxid als Kühlmittel in einem geschlossenen Kreis zirkuliert. Die Rückverflüssigung des Kohlendioxids geschieht mit einem sekundären Kühlkreislauf, in welchem halogenierte Kohlenwasserstoffe als Kühlmittel verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird zwar die Menge der benötigten halogenierten Kohlenwasserstoffe verringert, sie sind aber weiterhin als sekundäres Kühlmittel erforderlich.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen von Gasen zu schaffen, welches ausschließlich mit Kohlendioxid als Kühlmittel betrieben werden kann.

[0005] Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungs gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0007] Kohlendioxid ist weder toxisch noch brennbar und besitzt kein Ozon-Abbaupotential. Flüssiges Kohlendioxid besitzt eine relativ hohe latente Wärme und kann so im Anwendungsbereich von Klimaanlagen (Verdampfung von -5 °C bis 5 °C) bis hinzu Tieftemperatur-Gefrieranlagen und Kühlräumen (Verdampfung von -30 °C bis -50 °C) eingesetzt werden.

[0008] Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß anstelle eines geschlossenen Kühlkreislaufes ein offener Kühlkreislauf für das flüssige Kohlendioxid dient. Die Unteransprüche zeigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß denen die Kälte des verdampften Kohlendioxids optimal zum Vorkühlen und zum Abtauen ausgenutzt wird.

[0009] Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Form.

[0010] Die Zeichnung zeigt einen Speicher 1, in welchen sich flüssiges Kohlendioxid unter einem Druck von 12 bar und -35 °C befindet. Das flüssige Kohlendioxid wird mittels der Zirkulationspumpe 2 über ein Ventil 3 in den Wärmeaustauscher 4 geleitet, wo es teilweise verdampft und das abzukühlende Gas dabei abkühlt. Das entstandene Gas-Flüssigkeitsgemisch gelangt über das Ventil 5 und die Leitung 6 zurück in den Speicher 1. Es ist vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren mit umschaltbaren Wärmeaustauschern zu betreiben, wozu ein zweiter Kühlkreis mit dem Ventil 7, dem Wärmeaustauscher 8 und dem Ventil 9 vorgesehen ist. Das abzukühlende Gas gelangt mit Umgebungstemperatur durch die Leitung 10 in den Vorkühler 11, wo es auf 10 °C abgekühlt wird. Es strömt weiter durch das Ventil 12 in den Wärmeaustauscher 4, wo es auf -30 °C gekühlt wird und über die Leitung 13 abgezogen wird. Nach Umschaltung strömt das Gas entsprechend durch die Leitung 10, den Vorkühler 11, das Ventil 14, den Wärmeaustauscher 8 und die Leitung 15. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt somit die Kühlung im wesentlichen durch die Verdampfung des flüssigen Kohlendioxids.

[0011] Das bei der Kühlung entstandene gasförmige Kohlendioxid wird durch Druckentspannung im Entspannungsventil 16 aus dem Speicher 1 abgezogen und gelangt mit einem Druck von 1,5 bar in den Vorkühler 11, wo es das durch die Leitung 10 einströmende Gas vorkühlt und sich dabei auf 0 °C erwärmt. Es strömt dann durch das Ventil 17 in den Wärmeaustauscher 8, wo es ausgefrorene Bestandteile des zu kühlenden Gases abtaut und wird zusammen mit diesen Bestandteilen durch die Leitung 18 aus der Anlage entfernt. Im Umschaltbetrieb strömt das angewärmte Kohlendioxid sinngemäß durch das Ventil 19 und den Wärmeaustauscher 4, wonach es durch die Leitung 20 aus der Anlage entfernt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Kühlen von Gasen mit verdampfendem flüssigen Kohlendioxid,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kohlendioxid einem Speicher (1) entnommen, mittels einer Zirkulationspumpe (2) einem Wärmeaustauscher (4, 8) zugeführt und dort im Wärmeaustausch mit den abzukühlenden Gasen teilweise verdampft wird, wonach das Flüssigkeits-Gasgemisch in den Speicher zurückgeführt und von dort das gasförmige Kohlendioxid durch Druckentspannung abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem aus dem Speicher abgezogenen gasförmigen Kohlendioxid die zu kühlenden Gase vorgekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß es mit umschaltbaren Wärmeaustauschern (4, 8) betrieben wird und mit dem gasförmigen Kohlendioxid nach erfolgter Vorkühlung die Wärmeaustauscher abgetaut werden.

Zeichnung