DE102006005885A1 - Device for cooling liquid or gaseous media - Google Patents

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Abstract

Um gasförmige oder flüssige Medien, wie beispielsweise gasförmiges oder flüssiges Kohlendioxid zu kühlen, kommen üblicherweise Kälteaggregate zum Einsatz, die allerdings aufgrund des Leistungsbedarfs sehr teuer in Beschaffung und Unterhaltung sind. Erfindungsgemäß wird das zu kühlende Medium durch einen Wärmetauscher geführt, der mit einem Bad aus einem kryogenen Kühlmedium, insbesondere Kohlendioxid thermich verbunden ist. Das Bad ist in einem isolierten Behälter aufgenommen, in den das Kühlmedium unter hohem Druck im flüssigen Zustand an einem Entspannungsventil eingedüst wird. Der Behälter ist mit einem Druckventil ausgerüstet, mittels dessen der Druck im Behälter, und somit der Enddruck der Entspannung des Kühlmediums und somit die Temperatur des Bades eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann die Kühltemperatur der zu kühlenden Flüssigkeit in einem weiten Bereich eingestellt werden. Einer mit Fremdenergie betriebenen Anlage bedarf es nicht.In order to cool gaseous or liquid media such as gaseous or liquid carbon dioxide, refrigeration units are usually used, which, however, are very expensive to procure and maintain due to the power requirements. According to the invention, the medium to be cooled is passed through a heat exchanger which is thermally connected to a bath of a cryogenic cooling medium, in particular carbon dioxide. The bath is housed in an insulated container into which the cooling medium is injected under high pressure in the liquid state at an expansion valve. The container is equipped with a pressure valve, by means of which the pressure in the container and thus the final pressure of the expansion of the cooling medium and thus the temperature of the bath can be adjusted. In this way, the cooling temperature of the liquid to be cooled can be set over a wide range. A system operated with external energy is not required.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von flüssigen oder gasförmigen Medien.The The invention relates to a device for cooling liquid or gaseous media.

Tiefsiedende verflüssigte Gase können nur durch besonders gute Isolation der Speicherbehälter und der Rohrleitungen flüssig gehalten werden. Schon die geringste Wärmeeinstrahlung oder Reibungswärme kann je nach Siedezustand zu einer Teilverdampfung führen. Die Siedebläschen sammeln sich außer im Kopfraum des Speicherbehälters z.B. auch in senkrechten Rohrkrümmern. Diese sogenannten Gaspolster in der Versorgungsleitung führen zu Störungen an der Entnahmestelle, wenn eine reproduzierbare Dosierung des verflüssigten Gases gefordert wird. Es ist leicht einzusehen, dass durch eine gleich große Öffnung in gleichen Zeitintervallen wegen des Dichteunterschiedes zwischen Gas und Flüssigkeit unterschiedliche Mengen strömen. Um nun zuverlässig reine Flüssigkeit vor dem Dosierorgan anstehen zu haben, muss man das verflüssigte Gas gegenüber seinem jeweiligen Siedezustand unterkühlen.low boiling liquefied Gases can only by particularly good isolation of the storage tank and the pipes are liquid being held. Even the slightest heat or frictional heat can Depending on the boiling state lead to a partial evaporation. Collect the boiling bubbles except in the headspace of the storage container e.g. also in vertical pipe bends. These so-called gas cushions in the supply line lead to disorders at the sampling point, if a reproducible dosage of the liquefied Gas is required. It is easy to see that through a equal opening in same time intervals because of the density difference between Gas and liquid flow different amounts. To be reliable now pure liquid Before you have to wait before the dosing, you have the liquefied gas across from subcool its respective boiling state.

Eine solche Unterkühlung lässt sich beispielsweise dadurch bewerkstelligen, dass das flüssige Kühlmittel isobar mittels eines elektrischen Kühlaggregates so weit unterkühlt wird, dass bei der Umwälzung in einem Ringleitungssystem durch Wärmeeinstrahlung und Reibungsverluste keine Teilverdampfung auftritt. Die hierzu notwendigen Aggregate sind jedoch aufgrund ihres hohen Leistungsbedarfs sehr teuer in Anschaffung und Betrieb.A such hypothermia let yourself For example, accomplish that the liquid coolant Isobar is cooled down so far by means of an electric cooling unit, that during the upheaval in a loop system due to heat radiation and friction losses no partial evaporation occurs. The necessary aggregates are However, due to their high power requirements very expensive to purchase and operation.

In der DE 2929709 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Eigenmediumskühlung der zu unterkühlenden Flüssigkeit, nämlich Flüssigstickstoff, erfolgt. Die Vorrichtung umfasst einem von dem zu unterkühlenden Flüssigstickstoff durchströmten Wärmeaustauscher, der in einem isolierten Behälter angeordnet ist. Der Wärmeaustauscher ist als Kühlschlange ausgebildet, an die ein schwimmerbetätigtes Hebelventil angeschlossen ist, welches im Behälter ein die Kühlschlange umgebendes Bad aus Flüssigstickstoff aufrechterhält. Im Kopfraum des Behälters ist ein Gasauslassventil vorgesehen, das dafür sorgt, dass der Druck im Behälter dem Umgebungsdruck entspricht. Da der Druck des Flüssigstickstoffbades gegenüber dem Druck des zu unterkühlenden Gases reduziert ist, liegt seine Siedetemperatur unter der Siedetemperatur des zu unterkühlenden Gases. Durch das Bad wird daher der unter Druck stehende Flüssigstickstoff in der Kühlschlange unterkühlt, bereits aufgetretene Gasblasen werden wieder verflüssigt.In the DE 2929709 A1 a device is described in which a self-medium cooling of the liquid to be supercooled, namely liquid nitrogen takes place. The device comprises a heat exchanger through which the liquid nitrogen to be cooled flows, which is arranged in an insulated container. The heat exchanger is designed as a cooling coil, to which a float-operated lever valve is connected, which maintains a container surrounding the cooling coil bath of liquid nitrogen. In the headspace of the container, a gas outlet valve is provided, which ensures that the pressure in the container corresponds to the ambient pressure. Since the pressure of the liquid nitrogen bath is reduced compared to the pressure of the gas to be cooled, its boiling temperature is below the boiling point of the gas to be supercooled. By the bath, therefore, the pressurized liquid nitrogen in the cooling coil is supercooled, already occurred gas bubbles are liquefied again.

Ein Nachteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Bandbreite der Temperatureinstellung sehr schmal ist.One Disadvantage of this embodiment is that the bandwidth of the temperature setting is very narrow.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Kühlen von fluiden Medien, insbesondere zum Unterkühlen von Flüssigkeiten zu schaffen, mit der auf einfache Weise eine hohe Bandbreite der Temperatureinstellung erreicht werden kann.Of the The invention is therefore based on the object, a device for Cool of fluid media, in particular for subcooling liquids, with in a simple way, a high bandwidth of the temperature setting can be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Kühlen von flüssigen oder gasförmigen Medien, mit einem in einem isolierten Behälter angeordneten Wärmetauscher, der von dem zu kühlenden Medium durchströmt wird und der in einem Bad aus einem Kühlmedium aufgenommen ist, mit einem in das Innere des isolierten Behälters an einem Entspannungsorgan ausmündenden Druckleitung für das Kühlmedium und mit einer mit einem Druckregelventil zur Einstellung des Drucks im Behälter ausgerüsteten Ausgangsleitung für das Kühlmedium.Is solved this object by a device for cooling liquid or gaseous media, with a heat exchanger arranged in an insulated container, that of the medium to be cooled flows through is and is taken in a bath of a cooling medium, with one in the interior of the insulated container at a relaxation organ opening out Pressure line for the cooling medium and one with a pressure regulating valve for adjusting the pressure in the container equipped Output line for the cooling medium.

Durch die Entspannung des Kühlmediums beim Eintritt in den Behälter sinkt die Temperatur des Kühlmediums aufgrund des Joule-Thomson-Effektes. Die Höhe des bei der Entspannung auftretenden Druckabfalls wird vom Druck des zugeführten Kühlmediums und vom frei einstellbaren Druckhaltewert am Druckregelventil in der Ausgangsleitung bestimmt. Zusammen mit dem zusätzlichen Parameter der der Temperatur des zugeführten Kühlmediums vor der Entspannung kann somit eine vorgegebene Temperatur im Kühlmediumsbad eingestellt werden. Unabhängig von einer Fremdkühlung kann so ein gasförmiges oder flüssiges Medium durch Wärmetausch mit dem Kühlmediumsbad gekühlt werden, wobei lediglich darauf geachtet werden muss, dass die Temperatur des Kühlmediumsbades im Innern des Behälters nicht so niedrig ist, dass das durch den Wärmetauscher geführte Medium einfriert.By the relaxation of the cooling medium during Entry into the container the temperature of the cooling medium drops due to the Joule-Thomson effect. The amount of relaxation occurring pressure drop is the pressure of the supplied cooling medium and the freely adjustable pressure holding value at the pressure regulating valve in the output line determined. Together with the additional Parameters of the temperature of the supplied cooling medium before the relaxation Thus, a predetermined temperature can be set in the cooling medium bath. Independent of a foreign cooling can be such a gaseous or liquid Medium by heat exchange with the cooling medium bath chilled only taking care that the temperature the cooling medium bath inside the container is not so low that the guided through the heat exchanger medium freezes.

Um die Temperatur des zugeführten Kühlmediums als weiteren freien Parameter nutzen zu können, ist es zweckmäßig, dass die Druckleitung vor ihrer Mündung am Entspannungsorgan eine Einrichtung zur Temperierung des Kühlmediums durchläuft. In vielen Fällen kommt es jedoch darauf an, dass das Kühlmedium bereits vor der Entspannung eine besonders tiefe Temperatur aufweist. In diesem Fall ist es besonders wirtschaftlich, wenn als Einrichtung zum Temperieren des Kühlmediums ein Wärmetauscher im Kühlmediumsbad vorgesehen ist. Das Kühlmedium wird also im eigenen Kühlmediumsbad vorgekühlt.Around the temperature of the supplied cooling medium to use as another free parameter, it is appropriate that the pressure pipe in front of its mouth on the relaxation device, a device for controlling the temperature of the cooling medium passes. In many cases However, it is important that the cooling medium already before the relaxation has a particularly low temperature. In this case it is Particularly economical, if as a means for tempering the cooling medium a heat exchanger in the cooling medium bath is provided. The cooling medium So it is in your own Kühlmediumsbad pre-cooled.

Um den Pegelstand im Innern des Behälters konstant zu halten und somit eine gleich bleibende Kühlung zu erzielen, ist zweckmäßigerweise eine Einrichtung zur Ermittlung des Füllstandes des Kühlmediumsbades vorgesehen, die mit einem in der Druckleitung für das Kühlmedium angeordneten Sperrorgan wirkverbunden ist. Bei Unterschreiten einer vorgegebenen Pegelhöhe öffnet sich das Sperrorgan der Druckleitung und flüssiges Kühlmedium strömt nach. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Einrichtung zur Ermittlung der Füllhöhe um ein schwimmergesteuertes Hebelventil. Freilich sind schwimmergesteuerte Ventile in der Praxis oft unzuverlässig, da die Dichte der stark siedenden Flüssigkeit im Behälter, und damit der Auftrieb für den Schwimmer, oftmals nicht ausreicht, um das Ventil zu schließen. Hinzu kommt, dass der Dichteunterschied zwischen Flüssigkeit und Gas nahe des kritischen Punktes immer geringer wird. Dies ist insbesondere bei Verwendung von Kohleindioxid als Kühlmittel von Bedeutung, da dieses häufig in der Nähe des kritischen Punktes eingesetzt wird. Zuverlässiger hat sich in solchen Systemen die Ermittlung von Füllständen mittels Widerstandsmessung oder Messung der Wärmeleitfähigkeit erwiesen. Bei diesen Messmethoden wird durch einen Vergleich dieser Parameter an mehreren, vertikal voneinander beabstandeten Punkten im Behälter auf den Aggregatszustand und damit die Füllhöhe geschlossen.In order to keep the level in the interior of the container constant and thus to achieve a constant cooling, a device for determining the level of the cooling medium bath is expediently provided, which is operatively connected to a arranged in the pressure line for the cooling medium blocking member. When falling below a predetermined level, the lock opens Organ of the pressure line and liquid cooling medium flows after. In the simplest case, the device for determining the filling height is a float-controlled lever valve. Of course, float-controlled valves are often unreliable in practice, as the density of the high-boiling liquid in the container, and thus the buoyancy for the float, often not sufficient to close the valve. In addition, the density difference between liquid and gas near the critical point is becoming smaller and smaller. This is particularly important when using carbon dioxide as a coolant, as this is often used in the vicinity of the critical point. In such systems, the determination of fill levels by means of resistance measurement or measurement of the thermal conductivity has proved to be more reliable. With these measuring methods, a comparison of these parameters at several, vertically spaced points in the container on the state of aggregation and thus the filling level is closed.

Zweckmäßigerweise ist eine Einrichtung zur Erfassung der Temperatur des gekühlten Mediums vorgesehen, die mit dem Duckregelventil wirkverbunden ist. Der Druck am Druckregelventil und damit die Temperatur des Kühlmediumsbades wird bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung kontinuierlich in Abhängigkeit von einer gewünschten Temperatur des behandelten Mediums eingestellt.Conveniently, a device for detecting the temperature of the cooled medium is provided, which is operatively connected to the pressure control valve. The pressure at the pressure control valve and thus the temperature of the cooling medium bath is in this embodiment of the invention continuously dependent from a desired one Adjusted temperature of the treated medium.

Ein bevorzugtes Kühlmedium ist Kohlendioxid. Kohlendioxid ermöglicht aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften eine Einstellung der Temperatur des Kühlmediumsbades durch entsprechende Einstellung des Drucks in einem weiten Bereich zwischen +10°C und –55°C.One preferred cooling medium is carbon dioxide. Carbon dioxide allows due to its physical Features a setting of the temperature of the cooling medium bath by adjusting the pressure in a wide range between + 10 ° C and -55 ° C.

Besonders vorteilhaft eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterkühlung, also zur Abkühlung auf eine Temperatur deutlich unterhalb des Siedepunkts des eingesetzten kryogenen Mediums, beispielsweise von flüssigem Kohlendioxid. Durch Unterkühlung lassen sich insbesondere Kavitationseffekte bei Kolbenpumpen reduzieren. Bei der Erzeugung von Kohlendioxidschnee mittels Entspannung des flüssigen Kohlendioxids auf Umgebungsdruck lässt sich durch Unterkühlung zudem die Ausbeute, d.h. der Schneeanteil gegenüber dem Anteil an erzeugtem Kohlendioxidgas, erhöhen.Especially Advantageously, the device according to the invention is suitable for subcooling, ie for Cooling to a temperature well below the boiling point of the used cryogenic medium, for example of liquid carbon dioxide. By hypothermia In particular, cavitation effects in piston pumps can be reduced. In the production of carbon dioxide snow by means of relaxation of the liquid Carbon dioxide to ambient pressure can also by subcooling the yield, i. the proportion of snow compared to the proportion of generated Carbon dioxide gas, increase.

Die Zeichnung (1) veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The drawing ( 1 ) schematically illustrates an embodiment of the device according to the invention.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen mit einem Deckel 2 verschlossenen Behälter 3 mit thermisch isolierten Wänden. Im Innern des Behälters 3 sind zwei Kühlschlangen 4, 5 angeordnet. Die Kühlschlange 4 dient zur Kühlung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, das über eine isolierte Zuleitung 7 in den Behälter 3 hineingeführt wird und über eine gleichfalls isolierte Ableitung 8 den Behälter wieder verlässt. Die Kühlschlange 5 dient zur Unterkühlung von flüssigem Kohlendioxid, das über eine isolierte und druckfeste Kohlendioxid-Zuleitung 9 aus einem hier nicht gezeigten Kohlendioxid-Versorgungstank, beispielsweise einem Niederdruck- oder Mitteldrucktank herangeführt wird. Am Ende der Kühlschlange 5 ist ein Entspannungsventil 11 angeschlossen, welches durch einen Schwimmer 12 betätigt wird. In einer vereinfachten Ausgestaltung der Vorrichtung 1 kann jedoch auch auf die Kühlschlange verzichtet werden und das flüssige Kohlendioxid unmittelbar an einem mit einem Ventil 11 ausgerüsteten Entspannungsorgan, das sich beispielsweise im Bereich des Eintritts der Zuleitung 9 in den Behälter 3 befindet, in den Behälter eingeleitet werden. Anstelle der Schwimmersteuerung können auch andere Messeinrichtungen zur Füllstandmessung vorgesehen sein, die mit dem Entspannungsventil 11 wirkverbunden sind, und die insbesondere beim Einsatz des Kohlendioxids in der Nähe seines kritischen Punktes geeigneter sind. Im Deckel 2 des Behälters 3 ist eine Abgasleitung 14 zur Ableitung von gasförmigem Kohlendioxid vorgesehen. In der Abgasleitung 14 ist ein Druckhalteventil 15 montiert, das den Druck in der Abgasleitung 14, stromaufwärts zum Druckhalteventil 15, und damit im Behälter 3, auf einen vorbestimmten Wert konstant hält. Das Druckhalteventil 15 steht mit einem Temperaturmessgerät 16 in Datenverbindung, das die Temperatur in der Ableitung 8, unmittelbar nach dem Austritt aus dem Behälter 3, misst.The device 1 includes one with a lid 2 closed container 3 with thermally insulated walls. Inside the container 3 are two cooling coils 4 . 5 arranged. The cooling coil 4 is used to cool a liquid or gaseous medium via an insulated supply line 7 in the container 3 and an equally isolated derivative 8th leaves the container again. The cooling coil 5 is used to subcool liquid carbon dioxide via an insulated and pressure-resistant carbon dioxide feed line 9 from a carbon dioxide supply tank, not shown here, for example, a low pressure or medium pressure tank is introduced. At the end of the cooling coil 5 is a relaxation valve 11 connected by a float 12 is pressed. In a simplified embodiment of the device 1 However, it is also possible to dispense with the cooling coil and the liquid carbon dioxide directly at one with a valve 11 Equipped expansion device, for example, in the area of entry of the supply line 9 in the container 3 is introduced into the container. Instead of the float control and other measuring devices may be provided for level measurement, which with the expansion valve 11 which are more suitable for the use of carbon dioxide near its critical point. In the lid 2 of the container 3 is an exhaust pipe 14 intended for the discharge of gaseous carbon dioxide. In the exhaust pipe 14 is a pressure relief valve 15 mounted, which is the pressure in the exhaust pipe 14 , upstream of the pressure relief valve 15 , and with it in the container 3 , keeps constant at a predetermined value. The pressure holding valve 15 stands with a temperature gauge 16 in data connection, the temperature in the derivative 8th immediately after leaving the container 3 , measures.

Beim Betrieb der Vorrichtung 1 befindet sich ein Bad 18 aus flüssigem Kohlendioxid bis zur Höhe eines bestimmten Pegels 17 im Innern des Behälters 3. Zugleich befindet sich flüssiges Kohlendioxid unter Druck in der Kohlendioxid-Zuleitung 9. Der Druck des Kohlendioxids in der Kohlendioxid-Zuleitung 9 entspricht entweder dem des Versorgungstanks oder es ist in der Kohlendioxid-Zuleitung 8 eine Einrichtung zur Druckerhöhung zwischengeschaltet. Das Entspannungsventil 11 ist so aufgebaut, dass bei Vorliegen einer Druckdifferenz zwischen der Kohlendioxid-Zuleitung und Unterschreiten einer vorgegebenen Höhe des Pegels 17 flüssiges Kohlendioxid in den Behälter 3 nachströmt. Das sich entspannende flüssige Kohlendioxid verdampft dabei zum Teil und wird über die Abgasleitung 14 abgeführt. Der nicht verdampfte Teil des einströmenden Kohlendioxids bildet das die Kühlschlangen 4, 5 umgebende Bad 18. Über das Druckhalteventil 15 kann dabei der Druck im Innern des Behälters 3 und damit der beim Ausströmen des Kohlendioxids stattfindende Druckabfall geregelt werden. Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts führt die Entspannung des flüssigen Kohlendioxids zu einem Temperaturabfall des in den Behälter 3 einströmenden flüssigen Kohlendioxids. Aus diesem Grund ist die Temperatur des flüssigen Kohlendioxids im Behälter 3 geringer als die des flüssigen Kohlendioxids in der Kohlendioxid-Zuleitung 9. Bei einer geeigneten Wahl des Drucks und der Temperatur in der Kohlendioxid-Zuleitung 9 und des Drucks im Behälter 3 ist es so möglich, die Temperatur des Bades 18 innerhalb eines Bereiches zwischen +10°C und –55°C exakt festzulegen. Die Temperatur des gekühlten Mediums wird mittels des Temperaturmessgerätes 16 laufend gemessen, sodass der Stelldruck am Druckhalteventil 15 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur auf einen gewünschten Wert oder Verlauf geregelt werden kann. Darüber hinaus wird die Höhe des Pegels 17 mittels des Schwimmers 12 und dem mit diesem wirkverbundenen Entspannungsventil 11 kontrolliert. Sinkt der Pegelstand ab, wird das Entspannungsventil 11 geöffnet und flüssiges Kohlendioxid strömt aus der Kohlendioxid-Zuleitung 9 nach. Das über die Zuleitung 7 herangeführte Medium gibt bei seinem Weg durch die Kühlschlange 4 Wärme an das Kohlendioxid-Bad 18 im Behälter 3 ab und verlässt gekühlt den Behälter 3 über die Ableitung 8. Das zu kühlende Medium wird dabei, bei genügend dimensionierter Auslegung der Kühlschlange 4, bis annähernd auf die Temperatur des Bades 18 abgekühlt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 arbeitet demnach völlig unabhängig von Fremdenergie. Aufgrund des weiten Bereiches, innerhalb dessen die Temperatur des Bades 18 im Behälter 3 eingestellt werden kann, eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung einer Vielzahl von flüssigen oder gasförmigen Medien, beispielsweise aus dem pharmazeutischen oder lebensmitteltechnischen Bereich. Die Vorrichtung 1 ist auch zur Unterkühlung von flüssigem Kohlendioxid geeignet, wobei die Trennung der beiden Kühlschlangen 4 und 5 die Einstellung unabhängiger Temperatur- und Druckverhältnisse in den Zuleitungen 9 und 7 ermöglicht. In einer Variante der Vorrichtung 1 kann jedoch auch das als Kühlmedium eingesetzte flüssige Kohlendioxid dem Strom des zu unterkühlenden Kohlendioxids entnommen werden.When operating the device 1 there is a bath 18 from liquid carbon dioxide to the level of a certain level 17 inside the container 3 , At the same time, liquid carbon dioxide is under pressure in the carbon dioxide feed line 9 , The pressure of carbon dioxide in the carbon dioxide feed line 9 is either the supply tank or it is in the carbon dioxide supply line 8th a device for increasing the pressure interposed. The relaxation valve 11 is constructed so that in the presence of a pressure difference between the carbon dioxide supply line and falling below a predetermined level of the level 17 liquid carbon dioxide in the container 3 nachströmt. The relaxing liquid carbon dioxide evaporates partially and is over the exhaust pipe 14 dissipated. The unevaporated portion of the incoming carbon dioxide forms the cooling coils 4 . 5 surrounding bath 18 , About the pressure maintenance valve 15 can the pressure inside the container 3 and thus controlling the pressure drop occurring during the outflow of the carbon dioxide. Due to the Joule-Thomson effect, the relaxation of the liquid carbon dioxide leads to a drop in temperature of the container 3 inflowing liquid carbon dioxide. For this reason, the temperature of the liquid Koh lendioxids in the tank 3 lower than that of the liquid carbon dioxide in the carbon dioxide feed line 9 , With a suitable choice of pressure and temperature in the carbon dioxide feed line 9 and the pressure in the container 3 it is so possible the temperature of the bath 18 within a range between + 10 ° C and -55 ° C. The temperature of the cooled medium is determined by means of the temperature measuring device 16 continuously measured, so that the control pressure at the pressure holding valve 15 depending on the measured temperature to a desired value or course can be controlled. In addition, the height of the level 17 by means of the float 12 and with this actively connected relaxation valve 11 controlled. If the water level drops, the expansion valve becomes 11 opened and liquid carbon dioxide flows out of the carbon dioxide feed line 9 to. That over the supply line 7 introduced medium gives on its way through the cooling coil 4 Heat to the carbon dioxide bath 18 in the container 3 cooled and leaves the container 3 about the derivative 8th , The medium to be cooled is doing so, with sufficient dimensioned design of the cooling coil 4 until near the temperature of the bath 18 cooled. The device according to the invention 1 therefore works completely independent of external energy. Due to the wide range within which the temperature of the bath 18 in the container 3 can be adjusted, the device of the invention is suitable for cooling a variety of liquid or gaseous media, for example, from the pharmaceutical or food technology area. The device 1 is also suitable for subcooling of liquid carbon dioxide, the separation of the two cooling coils 4 and 5 the setting of independent temperature and pressure conditions in the supply lines 9 and 7 allows. In a variant of the device 1 However, it is also possible to remove the liquid carbon dioxide used as cooling medium from the stream of carbon dioxide to be supercooled.

Beispiel:Example:

Das in der Kohlendioxid-Zuleitung 9 herangeführte flüssige Kohlendioxid 9 besitze einen Druck von 20 bar und eine Temperatur von –25°C. Nach Durchlaufen der Kühlschlange 5, die allerdings lediglich der Vorkühlung dient und auf den erreichbaren Temperaturwert des Bades 18 keinen Einfluss hat, und dem anschließenden Austritt am Entspannungsventil 11 werde das Kohlendioxid auf einen Druck von etwas über 5 bar, der dem eingestellten Solldruck am Druckhalteventil 15 entspricht, entspannt. Dadurch reduziert sich seine Temperatur auf –50°C. Ein Teil des Kohlendioxids verdampft und wird über die Abgasleitung 14 abgeführt, sobald der Druck im Behälter einen Wert von etwas über 5 bar – also ein Druckwert, bei dem das auf –50°C gekühlte Kohlendioxid im Behälter 3 gerade eben noch flüssig ist – übersteigt. Der bei der Entspannung nicht verdampfende Teil bildet und ergänzt laufend das Bad 18 aus flüssigem Kohlendioxid, dessen Temperatur demzufolge ebenfalls –50°C beträgt. Bei der Kühlung des durch die Kühlschlange 4 hindurch geführten Mediums wird Kälteenergie dem Bad 18 aus flüssigem Kohlendioxid entnommen, indem dieses teilweise verdampft und über die Abgasleitung 14 irreversibel ins Freie abströmt.That in the carbon dioxide feed line 9 introduced liquid carbon dioxide 9 have a pressure of 20 bar and a temperature of -25 ° C. After passing through the cooling coil 5 , which, however, only serves for pre-cooling and the achievable temperature value of the bath 18 has no influence, and the subsequent exit at the expansion valve 11 The carbon dioxide is at a pressure of about 5 bar, the set target pressure at the pressure-holding valve 15 corresponds, relaxed. This reduces its temperature to -50 ° C. Part of the carbon dioxide evaporates and gets over the exhaust pipe 14 discharged as soon as the pressure in the tank is a value of just over 5 bar - that is, a pressure at which the cooled to -50 ° C carbon dioxide in the container 3 is just still liquid - exceeds. The part which does not evaporate during the relaxation forms and continuously supplements the bath 18 from liquid carbon dioxide, whose temperature is therefore also -50 ° C. When cooling by the cooling coil 4 Through the medium, cold energy becomes the bath 18 taken from liquid carbon dioxide by this partially evaporated and via the exhaust pipe 14 flows irreversibly into the open air.

11
Vorrichtungcontraption
22
Deckelcover
33
Behältercontainer
44
Kühlschlange (für die zu kühlende Flüssigkeit)cooling coil (for the to be cooled Liquid)
55
Kühlschlange (für Kohlendioxid)cooling coil (for carbon dioxide)
66
77
Zuleitungsupply
88th
Ableitungderivation
99
Kohlendioxid-ZuleitungCarbon dioxide feed line
1010
1111
Entspannungsventilexpansion valve
1212
Schwimmerswimmer
1313
1414
Abgasleitungexhaust pipe
1515
DruckhalteventilPressure holding valve
1616
Temperaturmessgerättemperature meter
1717
Pegellevel
1818
Badbath

Claims (7)

Vorrichtung zum Kühlen von flüssigen oder gasförmigen Medien, mit einem in einem isolierten Behälter (3) angeordneten Wärmetauscher (4), der von dem zu kühlenden Medium durchströmt wird und der in einem Bad (18) aus einem Kühlmedium aufgenommen ist, mit einem in das Innere des isolierten Behälters (3) an einem Entspannungsorgan (11) ausmündenden Druckleitung (9) für das Kühlmedium und mit einer mit einem Druckregelventil (15) zur Einstellung des Drucks im Behälter (3) ausgerüsteten Ausgangsleitung (14) für das Kühlmedium.Apparatus for cooling liquid or gaseous media, with an in an insulated container ( 3 ) arranged heat exchanger ( 4 ), which is flowed through by the medium to be cooled and in a bath ( 18 ) is received from a cooling medium, with a in the interior of the insulated container ( 3 ) on a relaxation organ ( 11 ) discharging pressure line ( 9 ) for the cooling medium and with a pressure regulating valve ( 15 ) for adjusting the pressure in the container ( 3 ) equipped output line ( 14 ) for the cooling medium. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (9) für das Kühlmedium vor ihrer Ausmündung an dem Entspannungsorgan (11) eine Einrichtung zum Temperieren des Kühlmediums durchläuft.Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure line ( 9 ) for the cooling medium before its opening at the expansion element ( 11 ) passes through a device for tempering the cooling medium. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zum Temperieren ein Wärmetauscher (5) im Kühlmediumsbad (18) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that as a means for tempering a heat exchanger ( 5 ) in the cooling medium bath ( 18 ) is provided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ermittlung des Füllstandes des Kühlmediumsbades (18) mit einem in der Druckleitung (9) für das Kühlmedium angeordneten Sperrorgan (11) zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Pegelstandes (17) im Behälter (3) wirkverbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a device for determining the filling level of the cooling medium bath ( 18 ) with one in the pressure line ( 9 ) For the cooling medium arranged blocking member ( 11 ) to maintain a predetermined level ( 17 ) in the container ( 3 ) is operatively connected. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (16) zur Erfassung der Temperatur des gekühlten Mediums vorgesehen ist, die mit dem Duckregelventil (15) wirkverbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a device ( 16 ) is provided for detecting the temperature of the cooled medium, with the Duckregelventil ( 15 ) is operatively connected. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium im Behälter (3) Kohlendioxid zum Einsatz kommt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that as a cooling medium in the container ( 3 ) Carbon dioxide is used. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Unterkühlung kryogener Medien.Use of a device according to one of the preceding claims for hypothermia cryogenic media.
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