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Die Erfindung betrifft die Abführung von Wärme aus Gegenständen, z. B. beim Gefrieren von Nahrungsmit- teln, durch unmittelbares Zusammenbringen der Gegenstände mit einem als Kühlmittel wirkenden, siedenden flüssigen polyfluorierten Halogenkohlenwasserstoff in einem offenen Gefäss.
Nahrungsmittel können bekanntlich in zufriedenstellender Weise durch direkten Kontakt mit einem als 5 Kühlmittel wirkenden, siedenden flüssigen fluorhaltigen halogenierten Alkan gefroren werden. Die USA-Pa- tentschrift Nr. 2, 059, 970 beschreibt das Gefrieren von Nahrungsmitteln durch Eintauchen in ein solches Kühl- mittel in einem Gefäss, das zur Atmosphäre hin offen ist. Das dort beschriebene Gefäss weist Öffnungen auf, durch die die Nahrungsmittel in einer Höhe zwischen einer Masse aus dem flüssigen Kühlmittel und einem
Dampfkondensator eingeführt und ausgetragen werden.
Dieses Gefrierverfahren beruht auf der Annahme, dass die Kühlmitteldämpfe, die sich beim Eintauchen der Nahrungsmittel in das flüssige Kühlmittel entwickeln, leichter sind als Luft und daher in dem Gefäss, in dem sich der Dampfkondensator befindet, im Dampfraum nach oben steigen. Da aber die Dämpfe von fluorhaltigen halogenierten Alkanen schwerer sind als Luft, gehen erhebliche Mengen dieser Dämpfe durch Herausströmen aus den Öffnungen unter der Wirkung der Schwerkraft verloren. In der genannten USA-Patentschrift wird die Verwendung eines Kühlmittels mit einem Siedepunkt von etwa 100C vorgeschlagen, da dann eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, dass viel von diesem Kühlmittel durch die Öffnungen entweicht.
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 368, 363 wird das Gefrieren von Nahrungsmitteln durch Eintauchen in ein als
Kühlmittel dienendes, siedendes flüssiges fluorhaltiges halogeniertes Alkan in einem geschlossenen Gefriergefäss beschrieben, das mit Dampfschleusen ausgestattet ist, durch die die Nahrungsmittel eingeführt und ausgetragen werden können. Um einen Kühlmittelverlust zu vermeiden, wenn die Schleusen offen sind, schlägt diese Pa- tentschrift die Anwendung von Unterdruck im Gefriergefäss vor, so dass zusammen mit den Nahrungsmitteln et- was Luft eingeführt wird. Die beim Gefrieren entwickelten Kühlmitteldämpfe sowie die Luft und der Wasser- dampf, die zusammen mit den Nahrungsmitteln eingeführt werden, werden ständig aus der Gefrierkammer ab- gezogen, verdichtet und gekühlt, wodurch das meiste Wasser und die Kühlmitteldämpfe kondensiert werden.
Das kondensierte Kühlmittel wird in die Gefrierkammer zurückgeleitet, während die Luft und die nicht-kon- densierten Kühlmitteldämpfe an die Atmosphäre abgelassen werden. Bei der technischen Anwendung unter Ver- wendung der in dieser Patentschrift beschriebenen Vorrichtung hat sich herausgestellt, dass die Verluste an Kühl- mitteldämpfen sehr hoch sind. Ferner erleiden die Nahrungsmittel beim Schliessen der Dampfschleusen vielfach
Schaden.
Viele Gase bilden bekanntlich mit Wasser bei Atmosphärendruck und Temperaturen oberhalb 0 C feste Hy- drate. Gashydrate sind zum Entmineralisieren von Meerwasser verwendet worden, wie es im Progress Report
Nr. 44, PB 171031, September 1960, und im Report Nr. 90, PB 181577, März 1964, des"U. S. Dept. ofthe
Interior Office of Saline Water Research and Development" beschrieben ist. Auch einige der in der USA-Patent- schrift Nr. 3, 368, 363 als Kühlmittel erwähnten fluorierten Halogenkohlenwasserstoffe bilden Hydrate. Eine Er- örterung über die Bildung von Kühlmittelhydraten findet sich in der Arbeit von H. E. Chinworth und D. L. Katz in "Journal of the American Society of Refrigerating Engineers", Oktober 1947, S. l bis 4.
Die Hydratbildung kann bei Nahrungsmittelgefrierverfahren aus verschiedenen Gründen unerwünscht sein.
Hydrate auf den Kühlern können zum Vollsetzen und damit zu einer Minderung des Wirkungsgrades der Kühler führen, was eine zeitweilige Stillegung der Anlage zwecks Entfernung der Abscheidungen erforderlich macht.
Hydrate, die sich auf den einzufrierenden Nahrungsmitteln abscheiden, können diesen ein hässliches, schecki- ges, kreideweisses Aussehen verleihen und dazu führen, dass die Nahrungsmittel nach dem Auftauen ein un- appetitliches, schaumiges Aussehen haben.
Bei dem in der USA-Patentschrift Nr. 3, 368, 363 beschriebenen Gefrierverfahren wird das Eindringen atmo- sphärischer Feuchtigkeit durch die Eintritts-und Austrittsdampfschleusen verzögert ; hiedurch wird auch das Ver- mischen von Wasserdampf und Kühlmitteldampf unter die Hydratbildung begünstigenden Bedingungen auf ein
Minimum beschränkt. Die Saugleitung zum Kühlmittelverdichter befindet sich in der Nähe der Stelle der Hy- dratbildung, um die Hydratkristalle hinauszuspülen, sobald sie sich bilden. Die Hydrate werden dann von dem
Verdichter zersetzt, und das entstehende Wasser wird aus dem kondensierten Kühlmittel in einem Flüssigkeits- abscheider entfernt.
Obwohl die Hydratbildung bei diesem Verfahren vermindert wird, ergeben sich doch aus der Menge des sich immerhin noch bildenden Hydrats und der Methode seiner Entfernung Schwierigkeiten im technischen Betrieb.
Flüssigkeiten, die unter ihren Siedepunkt abgekühlt sind und verwendet werden, um Nahrungsmittel durch direkten Kontakt einzufrieren, müssen gewöhnlich von den gefrorenen Nahrungsmitteln entfernt werden. Hiefür können je nach der Art der kalten Flüssigkeit und der betreffenden Nahrungsmittel recht verschiedene Methoden angewendet werden. In der USA-Patentschrift Nr. 2, 529, 959 wird festgestellt, dass die Anwendung von Zentrifugalmaschinen oder Abblasevorrichtungen vermieden werden kann, indem man einen Auslass für das von den gefrorenen Nahrungsmitteln abtropfende flüssige Kühlmittel vorsieht, wenn die Nahrungsmittel weiter in einem
Tunnel durch einen kalten Gasstrom gekühlt werden.
Die Viskosität des zum Gefrieren der Nahrungsmittel verwendeten flüssigen Kühlmittelsbeeinflusst die Wahl der zum Entfernen unerwünschter Flüssigkeit verwendeten Anordnung.
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Wenn die kalte Flüssigkeit eine kryogeneFlüssigkeit (mit einem Siedepunkt unter -100oC) ist, die bei oder über ihrem Siedepunkt angewendet wird, kann das Problem der Entfernung derselben von den Nahrungsmitteln viel einfacher sein. In der USA-Patentschrift Nr. 2, 137, 902 ist das Gefrieren von Nahrungsmitteln in flüssigem
Kohlendioxyd bei überatmosphärischem Druck beschrieben. Das nach der Druckentspannung noch in den Nah- 5 rungsmitteln oder in ihrer Umgebung verbleibende flüssige Kohlendioxyd verdampft bei der nachfolgenden Han- tierung leicht vollständig aus den Nahrungsmitteln. Die USA-Patentschriften Nr. 3, 114, 248 und Nr. 3, 277, 657 beschreiben die Verwendung von flüssigem Stickstoff zum Einfrieren von Nahrungsmitteln, erwähnen jedoch nicht die Entfernung des Stickstoffs.
Gemäss der letztgenannten Patentschrift wird ein schneller Strom von gas- förmigem Stickstoff, der durch Verdampfen eines geringen Teils des flüssigen Stickstoffs erzeugt wird, verwen- ) det, um das zu gefrierende Gut vorzukühlen, das gefrorene Gut nachzukühlen und den Eintritt von warmer feuchter Luft zu verhindern.
Wenn das verwendete flüssige Kühlmittel einen Siedepunkt im Bereich von etwa 0 bis -50oC, z. B. im Be- reich von +5 bis-50 C, hat, können sich Schwierigkeiten ergeben, wenn man versucht, das noch auf dem ge- frorenen Gut hinterbleibende flüssige Kühlmittel zu entfernen, ohne mindestens die Oberfläche des Gutes auf- i zutauen.
Es wurde nun gefunden, dass dem Kühlgut durch unmittelbaren Kontakt mit einem siedenden flüssigen Kühl- mittel in einem offenen Gefäss ohne nennenswerten Verlust von Gefriermitteldämpfen an die Atmosphäre nach einem Verfahren Wärme entzogen werden kann, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man
A) in der Wärmeabführzone eines offenen Wärmeabführungsgefässes einen siedenden gesättigten polyfluo- rierten C-bis C-Halogenkohlenwasserstoff, der einen Normalsiedepunkt zwischen +5 und -500C und bei seinem Normalsiedepunkt mindestens die doppelte Dichte wie Luft von der gleichen Temperatur aufweist, als Kühlmittel hält,
B) in dem Wärmeabführgefäss mit Hilfe eines in der Wärmeabführzone angeordneten, bei einer Tempera- tur unter dem Normalsiedepunkt des flüssigen Kühlmittels arbeitenden Dampfkondensators eine Grenz- fläche zwischen einem Gas,
dessen kritischer Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt, und 100'igem Kühlmitteldampf ausbildet und aufrechterhält, wobei diese Grenzfläche unterhalb sämtli- cher in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone stehenden Verbindungswege zur Aussenatmo- sphäre liegt,
C) flüssiges und/oder festes Kühlgut, das sich auf einer Temperatur über dem Normalsiedepunkt des flüs- sigen Kühlmittels befindet, in die Wärmeabführzone einbringt, ohne das Gas, dessen kritischer Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt, über der Grenzfläche wesentlich zu stören, und ohne im wesentlichen irgendwelche Gase der vorerwähnten Art unterhalb der Grenzfläche einzuführen, und dass man das Kühlgut direkt mit dem flüssigen Kühlmittel in einer Höhe unterhalb der Grenzfläche in Be- rührung bringt, D)
das Kühlgut durch die Wärmeabführzone fördert, und
E) das Kühlgut aus dem Gefäss entfernt, indem man es aufwärts durch die Grenzfläche hindurch und durch eine mit der Wärmeabführzone in freier Dampf Verbindung stehende Auslassöffnung aus dem Gefäss her- ausfördert und dabei das Gas mit dem über dem atmosphärischen Druck liegenden kritischen Druck über der Grenzfläche mit einem relativ statischen Zustand hält.
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1, 1-Difluoräthan,mitteldampf in der Wärmeabführzone wird vorzugsweise herbeigeführt, indem man die Zuführungsgeschwindigkeit des feuchtigkeitshaltigen Gutes so steuert, dass sich im wesentlichen nur eine Eiskruste, aber kein Kühlmittelhydrat, auf der Oberfläche des Gutes bildet.
Die Beschränkung des Kontaktes zwischen Wasser und Kühlmitteldampf in der Wärmeabführzone kann dadurch herbeigeführt werden, dass man das Kühlgut in einen Bereich der Wärmeabführzone einführt, der durch ein Stau-oder Trennorgan teilweise von dem Bereich unter dem Dampfkondensator getrennt ist.
Gemäss bevorzugten Ausführungsformen dieses Verfahrens wird das Kühlgut in eine mit flüssigem Kühlmittel gefüllte zweite Kammer einer Gefrierpfanne eingeführt, die aus einer ersten und einer mit derselben verbundenen zweiten Kammer besteht, wobei die zweite Kammer eine geringere Höhe aufweist als die erste Kammer, so dass Flüssigkeit gleichmässig unter der Einwirkung der Schwerkraft aus der ersten in die zweite Kammer strömen kann, wenn flüssiges Kühlmittel der mit flüssigem Kühlmittel gefüllten ersten Kammer zugeführt wird, wobei das Überströmen des Kühlmittels von der ersten in die zweite Kammer einen gleichmässigen Oberflächenstrom erzeugt, der das Kühlgut über die Masse des flüssigen Kühlmittels in der zweiten Kammer hinwegführt.
Vorzugsweise fliesst das flüssige Kühlmittel aus der ersten Kammer über ein ohne Bildung einer scharfen Kante gekrümmtes Wehr auf eine Strömungsbahn, die zunächst radial abwärts und dann in einem grösseren Radius radial nach aussen gekrümmt ist, bis sie horizontal verläuft und anschliessend derart bis in die zweite Kammer hineinreicht, dass ihr Ende sich ausserhalb des Bereiches befindet, in dem das Kühlgut in die zweite Kammer eingeführt wird.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass über die Oberfläche des gefrore- nen Kühlgutes, nachdem dieses mit dem flüssigen Kühlmittel behandelt worden ist und bevor es aus dem Gefäss ausgetragen wird, Kühlmitteldämpfe geleitet werden, deren Temperatur unter OOC, aber um mindestens 50C über dem normalen Siedepunkt des Kühlmittels liegt.
Als Gas, dessen kritischer Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt, wird vorzugsweise Luft ver- wendet. Der Spiegel der Grenzfläche wird vorzugsweise unter der Höhe aller nach aussen führenden Öffnungen, die sich in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone befinden, gehalten.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird derart verfahren, dass man über der Wärmeabführzone eine ruhige Zone aus einem Gas, dessen kritischer Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt, aufrecht erhält, welche sich nur infolge der senkrechten Bewegung der Grenzfläche bewegt, und dass sich über der ruhi- gen Zone ein Verbindungsweg zur Aussenatmosphäre befindet, der durch die ruhige Zone hindurch in freier
Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone steht, wobei der Verbindungsweg vorzugsweise eine Öffnung nach aussen ist, deren Fläche mindestens 1/100 der waagrechten Querschnittsfläche des Dampfraumes in der ruhigen
Zone beträgt.
Hiebei kann das Kühlgut in die Wärmeabführzone eingeführt werden, indem es durch ein zur
Atmosphäre hin geschlossenes Rohr unter die Grenzfläche gepumpt wird, und dass das Kühlgut aus dem Gefäss ausgetragen wird, indem es mit einer Geschwindigkeit von weniger als 30, 48 m/min von der Grenzfläche zur Austrittsöffnung gefördert wird.
Weiters kann das Kühlgut in die Wärmeabführzone eingeführt werden, indem es zunächst durch eine mit der Wärmeabführzone in freier Dampfverbindung stehende Eintrittsöffnung in das Gefäss eingebracht, dann von der Eintrittsöffnung durch die Grenzfläche in die Wärmeabführzone gefördert wird, wobei das Gut auf seinem
Weg von der Eintrittsöffnung zur Grenzfläche mit einer Geschwindigkeit von weniger als 30, 48 m/min vorrückt und sodann aus dem Gefäss ausgetragen wird, indem es sich mit einer Geschwindigkeit von weniger als 30, 48 m/min von der Grenzfläche zur Austrittsöffnung bewegt, ausgetragen wird.
Das Kühlgut wird in die Wärmeabführzone eingeführt, indem es von der Eintrittsöffnung durch einen Eintrittskanal mit einer Geschwindigkeit von weniger als 15, 24 m/min zu der Grenzfläche gefördert wird, und dass das Kühlgut aus dem Gefäss, indem es von der Grenzfläche durch einen Austrittskanal mit einer Geschwindigkeit von weniger als 15, 24 m/min zur Austrittsöffnung bewegt, ausgetragen wird.
Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch
A) ein offenes Gefäss,
B) eine Wärmeabführzone in dem Gefäss zur Aufnahme von flüssigem Kühlmittel,
Q einen in der Wärmeabführzone angeordneten Dampfkondensator, dessen Oberseite tiefer gelegen ist als alle Verbindungswege nach aussen, die in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone ste- hen,
D) eine Fördereinrichtung oder Pumpe zum Einführen von Kühlgut in die Wärmeabführzone, welche Pum- pe mit der Wärmeabführzone über ein Rohr in Verbindung steht,
E) eine Gefrierpfanne und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Kühlgutes durch die Wärmeabführzone, eine Gefrierpfanne und/oder Verteiler für das flüssige Kühlmittel in der Wärmeabführzone,
G)
eine in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone stehende Austrittsöffnung zum Austragen des
Kühlgutes aus dem Gefäss und
H) Fördereinrichtungen zum Aufwärtsfördern des Kühlgutes aus der Wärmeabführzone durch die Austritts- öffnung aus dem Gefäss heraus.
Die Vorrichtung besitzt vorzugsweise eine zusätzliche Dampfunterteilung, durch die der Kontakt zwischen den Kühlmitteldämpfen in der Wärmeabführzone und dem in diese Zone von aussen hereintretenden Wasser teilweise beschränkt wird.
Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierpfanne die folgenden Bestandteile aufweist : a) eine von senkrechten Wänden begrenzte erste Kammer von rechteckigem horizontalem Querschnitt, wobei eine Wand niedriger ist als die übrigen Wände und unter Vermeidung scharfer Kanten im rech- ten Winkel unter Bildung eines Wehres nach aussen gekrümmt ist, b) eine Strömungsbahn für das über das Wehr aus der ersten Kammer in die zweite Kammer überströmen- de flüssige Kühlmittel, wobei die Seitenwände der Strömungsbahn Verlängerungen von zwei Wänden der ersten Kammer bilden und der Boden der Strömungsbahn eine Verlängerung des Wehres darstellt und zunächst radial nach unten und sodann in einem grösseren Radius radial nach aussen gekrümmt ist, bis er horizontal verläuft, c)
eine zweite Kammer von rechteckigem horizontalem Querschnitt mit zwei Wänden, die Verlängerun- gen der Seitenwände der Strömungsbahn darstellen, einer dritten Wand, die den Raum unter der Strö- mungsbahn nach unten hin abschliesst, und einer vierten Wand, deren oberes Ende ein Auslasswehr bil- det, das etwa unter der Höhe des horizontalen Teiles der Strömungsbahn liegt.
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Die Strömungsbahn erstreckt sich vorzugsweise derart in horizontaler Richtung in die zweite Kammer hinein, dass das Ende der Strömungsbahn ausserhalb des Bereiches liegt, in dem das Kühlgut eingeführt wird.
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die in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone stehen, wogegen sich die Unterseite desselben über der Höhe befindet, mit welcher das Kühlgut mit dem flüssigen Kühlmittel in Kontakt kommt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung durch eine über der Wärmeabführzone befindliche ruhige Zone, mit Beruhigungseinrichtungen, die die Dampfbewegung in der ruhigen Zone im we- sentlichen auf die senkrechte Richtung begrenzen, und durch einen über der ruhigen Zone befindlichen Verbin- dungsweg zur Aussenseite der Vorrichtung, der durch die ruhige Zone hindurch in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone steht, gekennzeichnet.
Ein bevorzugtes Merkmal der auf diese Weise ausgebildeten Vorrichtung ist darin zu erblicken, dass der ! Dampfraum in der ruhigen Zone mindestens die Hälfte des Volumens des Dampfraumes in der Wärmeabführzone zwischen den Höhen des oberen und des unteren Endes des Dampfkondensators aufweist und dass der Verbindungs- weg zur Aussenseite der Vorrichtung, der in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone steht, über der ruhigen Zone unterhalb des niedrigsten andern Verbindungsweges zur Aussenseite der Vorrichtung liegt.
Alternativ kann diese Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass der Dampfraum in der ruhigen Zone minde- stens das gleiche Volumen hat wie der Dampfraum in der Wärmeabführzone zwischen den Höhen des oberen und des unteren Endes des Dampfkondensators, und dass der Verbindungsweg zur Aussenseite der Vorrichtung, der in freier Dampfverbindung, mit der Wärmeabführzone steht, über der ruhigen Zone unterhalb des niedrigsten andern
Verbindungsweges zur Aussenseite der Vorrichtung liegt.
Vorzugsweise ist hiebei der Verbindungsweg zur Aussenseite der Vorrichtung über die ruhige Zone eine Öff- nung, deren Fläche mindestens 1/100 der waagrechten Querschnittsfläche des Dampfraumes in der ruhigen Zone beträgt, wobei das Beruhigungsmittel ein senkrecht stehender Wabenkörper ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. l ist ein schematischer Aufriss eines einfachen Wärmeabführgefässes, in dem der neue Erfindungsgedan- ke verwirklicht ist.
Fig. 2 ist ein schematischer Aufriss eines bevorzugten Wärmeabführgefässes zur Durchführung der Erfindung.
Fig. 3 ist ein schematischer Aufriss des Wärmeabführgefässes gemäss Fig. 2 nach der Linie 3-3 der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Stromkreisdiagramm einer Wärmeleitfähigkeits-Analysiervorrichtung, die sich zur Bestim- mung der Höhe der Grenzfläche zwischen Luft und zuigen Kühlmitteldämpfen in dem Wärmeabführgefäss ge- mäss der Erfindung eignet.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung eines typischen Kühlmitteldampf-Konzentrationsgefälles in dem Wär- meabführgefäss. Es bedeuten darin :
A Kurvenverlauf bei Durchgang der Sonde durch Eintrittszone.
B Kurvenverlauf bei Durchgang der Sonde durch Austrittszone.
C Kurvenverlauf bei Durchgang der Sonde durch ruhige Zone.
D Lot im Bereich der Grenzfläche zwischen Luft und lOl0igem Kühlmitteldampf in der Eintrittszone.
E Lot im Bereich der Grenzfläche zwischen Luft und lOOoigem Kühlmitteldampf in der Austrittszone.
F Lot im Bereich der Grenzfläche zwischen Luft und lOOoigem Kühlmitteldampf in der Gefrierzone.
G Wabenkörper.
H Kondensator.
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6resprodukten.
Fig. 7 ist ein schematischer Aufriss einer Abänderung eines Teiles des in Fig. 2 dargestellten Gefässes.
Mit Hilfe der Wärmeabführmethode gemäss der Erfindung kann man beliebigen flüssigen oder festen Gegenstanden Wärme entziehen. Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren wahrscheinlich in erster Linie angewendet wird, um festen Nahrungsmitteln Wärme zu entziehen, eignet es sich auch für viele andere Anwendungszwecke, bei denen Flüssigkeiten, halbfeste oder feste Stoffe gekühlt oder gefroren werden.
Der Ausdruck"Kühlgut"oder"Gegenstände"umfasst zwei oder mehrere Einzelteilchen einer einzigen festen Ware, z. B. zwei oder mehrere Erbsen oder zwei oder mehrere Pakete, wie Schachteln oder Säcke mit Nahrungsmitteln, sowie auch einen zusammenhängenden Strom einer flüssigen oder halbfesten Ware. Die Grösse der Gegenstände ist nicht wesentlich, sofern sie nur der Grösse des Wärmeabführgefässes angemessen ist, d. h. das Gut sich durch das Gefäss fördern lässt.
Am häufigsten wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Gefrieren von festen Nahrungsmitteln angewendet werden. Feste Nahrungsmittel, die sich in zufriedenstellender Weise nach diesem Verfahren gefrieren lassen, sind Gemüse, wie Kartoffeln, Erbsen, Limabohnen, grüne Bohnen, Mais, Rüben, Karotten, Spargel, Sellerie, Avocados, Auberginen, Paprikaschoten, Rettiche, Tomaten und Pilze, Früchte, wie Erdbeeren, Blau-
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beeren, Himbeeren, Äpfel, Aprikosen, Pfirsiche, Pflaumen, Zuckermelonen, Pampelmusen, Ananas, Kirschen und Weintrauben, Fleisch, wie Rindfleisch, Schweinefleisch, Kalbfleisch, Lammfleisch und Geflügel, sowie essbare Meeresprodukte, wie Muscheln, Krabben, Fische u. dgl.
Diese Nahrungsmittel können gegebenenfalls in ihrer natürlichen Form gefroren werden. Auch grosse Nah- rungsmittelgegenstände, wie Mais am Kolben, ganze Hühner, Rinderseiten u. dgl., lassen sich leicht nach dem erfindungsgemässen Verfahren gefrieren. Anderseits besteht vielfach ein Bedürfnis, Nahrungsmittel in Form kleinerer Teilchen zu gefrieren. Grosse Früchte und Gemüse können in Scheiben, Würfel oder Kugeln geschnit- ten werden. Die grösseren Früchte, wie Äpfel, Aprikosen, Pfirsiche, Pflaumen u. dgl., können abgeschält, ent- kernt und in fertigen Portionen für den unmittelbaren Verbrauch, z. B. in Hälften, Vierteln oder noch kleineren
Stücken, vorbereitet werden. Beeren werden vorzugsweise sortiert, entstengelt, gewaschen, in einen für den
Verbrauch geeigneten Zustand gebracht und dann sofort gefroren.
Grosse Stücke von Fleisch oder Meeresproduk- ten können zu Stücken von geeigneter Grösse und Form, wie Würfeln, Stäben, Pasteten u. dgl., zerschnitten und dann gegebenenfalls vor dem Einfrieren mit geeigneten Stoffen, wie Brotkrumen, Mehl, Maismehl u. dgl., überzogen werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich auch zum Gefrieren von wässerigen Flüssigkeiten und halbfe- sten Stoffen. Geeignete Flüssigkeiten sind z. B. Frucht-und Gemüsesäfte, wie Orangensaft, Suppenbrühe, Blut, wässerige pharmazeutische Präparate u. dgl. Geeignete halbfeste Stoffe sind Fruchtmus und Gemüsebrei, wie
Apfelsosse und Kartoffelbrei, Kuchenteig, Suppe u. dgl. Das Verfahren eignet sich auch zum Kühlen von nicht- wässerigen Flüssigkeiten, wie pharmazeutischen Tinkturen, und nicht-wässerigen festen Stoffen, wie Metall- teilen, die mit andern Metallteilen mit sehr geringer Toleranz zusammengesetzt werden sollen.
Gemäss der Erfindung wird das Kühlgut in das Gefäss bei einer Temperatur oberhalb des Normalsiedepunktes des Kühlmittels eingeführt. Unter normalen Umständen tritt das Gut in das Gefäss bei einer Temperatur bei oder oberhalb der Temperatur der umgebenden Atmosphäre ein, die gewöhnlich beträchtlich über dem Normalsiede- punkt des Kühlmittels liegt.
Die erfindungsgemäss verwendeten Wärmeabführmittel (Kühlmittel) entziehen dem Kühlgut durch unmittelbaren Kontakt Wärme und gehen dabei selbst von dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand über. Die Aus- drücke"Wärmeabführung"und"Wärmeentzug"umfassen sowohl das Kühlen von Gegenständen, die Wasser enthalten können, aber kein Wasser zu enthalten brauchen, als auch das Gefrieren von wasserhaltigem Gut, wozu die meisten Nahrungsmittel gehören. Die Wärmeabführungsmittel werden hier als "Kühlmittel" bezeichnet.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren geeigneten Kühlmittel sind siedende, gesättigte, flüssige, polyfluorierte C-bis C.-Halogenkohlenwasserstoffe. Der Ausdruck"polyfluorierte Halogenkohlenwasserstoffe"um- fasst halogensubstituierte Kohlenwasserstoffe, die mindestens zwei Fluoratome enthalten. Der Ausdruck umfasst daher Kohlenwasserstoffe, bei denen mehrere Wasserstoffatome durch Halogen substituiert sind. Der Kohlenwasserstoff kann ein Alkan oder ein Cycloalkan sein.
Das erfindungsgemäss verwendete Kühlmittel muss einen Normalsiedepunkt (Siedepunkt bei Atmosphärendruck) zwischen etwa +5 und-50 C aufweisen. Kühlmittel, die oberhalb 5 C sieden, kühlen das Gut nur äusserst langsam. Verwendet man anderseits Kühlmittel, die unter -500C sieden, dann kann es beim Gefrieren, z. B. von Nahrungsmitteln, zum Zerspringen kommen. Ferner benötigt man für die Rückgewinnung eines Kühlmittels mit einem Siedepunkt unter -500C eine Kühlanlage, die erheblich umständlicher ist als die in den üblichen Nahrungsmittelgefrierfabriken verwendeten Anlagen, wodurch die Gefrierkosten ohne einen entsprechenden Vorteil erhöht werden.
Vorzugsweise hat das Kühlmittel einen Normalsiedepunkt zwischen etwa -20 und - 40 C. Da die Kühlmittel Normalsiedepunkte unter der Temperatur, mit der das Kühlgut zugeführt wird, und auch unterhalb der Raumtemperatur aufweisen, sieden sie bei der Verwendung.
Die erfindungsgemäss verwendeten Kühlmittel müssen ausserdem bei ihrem Normalsiedepunkt mindestens die doppelte Dampfdichte haben wie Luft bei der gleichen Temperatur. Das erfindungsgemässe Verfahren beruht nämlich darauf, dass der Kühlmitteldampf eine höhere Dichte hat als Luft. Vorzugsweise beträgt die Dichte des Kühlmitteldampfes beim Normalsiedepunkt mindestens das Dreifache der Dichte der Luft bei der gleichen Temperatur.
Gesättigte polyfluorierte C-bis C-Halogenkohlenwasserstoffe, die hinsichtlich Siedepunkt und Dampfdichte diesen Anforderungen genügen, sind in Tabelle I zusammengestellt.
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Tabelle I
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<tb>
<tb> Kühlmittel <SEP> Siedepunkt <SEP> Verhältnis <SEP> der <SEP> Dampfdichte <SEP> Flüssigkeitsdichte
<tb> C <SEP> beim <SEP> Siedepunkt <SEP> zur <SEP> Dichte <SEP> beim <SEP> Siedepunkt,
<tb> der <SEP> Luft <SEP> bei <SEP> der <SEP> gleichen <SEP> g/cm3
<tb> Temperatur
<tb> 1, <SEP> 2-Dichlortetrafluoräthan <SEP> + <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 6, <SEP> 14 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP>
<tb> Octafluorcyclobutan-5, <SEP> 8 <SEP> 7, <SEP> 28 <SEP> 1, <SEP> 61 <SEP>
<tb> 1, <SEP> 1-Difluoräthan <SEP> -24, <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 35 <SEP> 1, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Dichlordifluormethan-29, <SEP> 8 <SEP> 4, <SEP> 36 <SEP> 1,
<SEP> 49 <SEP>
<tb> Monochlorpentafluor <SEP> äthan-38, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 55 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP>
<tb> Monochlordifluormethan-40, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 41 <SEP>
<tb>
Die Temperaturen, bei denen sich die Hydrate des dritten, vierten bzw. sechsten der obigen Kühlmittel bilden oder zersetzen, liegen bei 4, 3, 5, 3 bzw. 0, 70C.
Die Flüssigkeitsdichten der Kühlmittel bei ihren Siedepunkten sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. Wie
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schwimmen Nahrungsmittel im allgemeinen auf der Kühlmitteloberfläche, was mit Vorteil bei dem Wärmeab- führverfahren ausgenutzt werden kann.
Auch Gemische dieser Verbindungen miteinander und mit andern Verbindungen stellen geeignete Kühlmittel dar, sofern die Gemische nur Siedepunkte und Dampfdichten innerhalb der oben angegebenen Grenzen aufweisen. Besondere Gemische dieser Art eröffnen die Möglichkeit, Temperaturen zu erreichen, die mit einem aus einer einzigen Komponente bestehenden Kühlmittel nicht erreicht werden können. Azeotrope Gemische, d. h. Gemische, deren Dämpfe die gleiche Zusammensetzung haben wie die Flüssigkeit, eignen sich besonders.
Die Eigenschaften erfindungsgemäss verwendbarer azeotroper Gemische sind in Tabelle II zusammengefasst.
Tabelle II
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<tb>
<tb> Azeotrope <SEP> Kühlmittelgemische <SEP> Siedepunkt, <SEP> Verhältnis <SEP> der <SEP> Flüssigkeitsdichte
<tb> oc <SEP> Dampfdichte <SEP> beim <SEP> beim <SEP> Siedepunkt,
<tb> Bestandteile <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP> Siedepunkt <SEP> zur <SEP> g/cm3
<tb> Dichte <SEP> der <SEP> Luft
<tb> bei <SEP> der <SEP> gleichen
<tb> Tempera <SEP> tur <SEP>
<tb> Dichlordifluormethan <SEP> 25 <SEP> -41 <SEP> 3, <SEP> 28 <SEP>
<tb> Monochlordifluormethan <SEP> 75 <SEP>
<tb> Monochloridifluormethan <SEP> 49
<tb> -46 <SEP> 3,89 <SEP> 1,50
<tb> Monochlorpentafluoräthan <SEP> 51
<tb> Dichlordifluormethan <SEP> 74
<tb> 1, <SEP> 1-Difluoräthan <SEP> 26 <SEP> "' <SEP>
<tb>
Man kann zwar auch Kühlmittelgemische verwenden, die keine azeotrope Zusammensetzung aufweisen ;
mit diesen lässt sich aber schwieriger umgehen, da die beim Betrieb an die Atmosphäre verlorengehenden Dämpfe eine höhere Konzentration an dem flüchtigeren Bestandteil haben als das flüssige Kühlmittelgemisch. Um den gewünschten Siedepunkt des ursprünglichen flüssigen Kühlmittels in dem Wärmeabführgefäss aufrechtzuerhalten, wenn man solche Kühlmittelgemische verwendet, muss man zur Ergänzung ein Kühlmittelgemisch zuführen, das eine höhere Konzentration an dem flüchtigeren Bestandteil aufweist als das ursprüngliche flüssige Kühlmittel.
Das Gefrieren von Nahrungsmitteln mit hohem Feuchtigkeitsgehalt, besonders wenn sie in Stücke oder Scheiben zerschnitten worden sind, oder das Schnellgefrieren von Nahrungsmitteln, die gebleicht oder anderweitig mit wässerigen Lösungen behandelt worden sind, kann in der Weise, wie es gewöhnlich durchgeführt wird, zu einer hohen Feuchtigkeitsaufnahme in das Gefriergefäss führen. Zu einer übermässigen Feuchtigkeitsansammlung kann es auch kommen, wenn man bei hoher Feuchtigkeit arbeitet oder die Anlage für längere Zeiträume betreibt. Die Dämpfe der in Tabelle I aufgeführten bevorzugten Kühlmittel bilden mit Wasserdampf bei Temperaturen zwischen etwa 0 und 70C kristalline oder halbfeste Hydrate.
Wenn irgendeines dieser Hydrate
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beim Gefrieren mit den Nahrungsmitteln in Berührung kommt und/oder sich auf den Nahrungsmitteln bildet, so kann dies zur Ausbildung einer hässlichen, kreideweissen Ablagerung führen, und beim Auftauen nehmen die
Nahrungsmittel dann infolge der Zersetzung des Hydrats ein ungefälliges, schaumiges Aussehen an. Daher be- steht das Bedürfnis, die Hydratbildung zu vermindern.
Wenn man nach dem Grundgedanken der Erfindung arbeitet, kann dem Kühlgut durch direkten Kontakt mit einem siedenden flüssigen Kühlmittel in einem offenen Gefäss Wärme entzogen werden, ohne dass ein nennens- werter Kühlmittelverlust an die Atmosphäre stattfindet. Unter einem offenen Gefäss wird hier ein Gefäss verstan- den, das zur Aussenluft hin offen ist, d. h. das mindestens eine Öffnung aufweist, die eine freie Dampfverbin- dung zwischen der Wärmeabführzone und der Aussenatmosphäre herstellt. Im allgemeinen übersteigen die Kühl- mittelverluste nicht den Betrag von etwa 5 kg Kühlmittel je 100 kg durch die Vorrichtung geleiteten Kühlgutes.
Unter den bevorzugten Bedingungen übersteigen die Kühlmittelverluste nicht etwa 2 kg je 100 kg Kühlgut.
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Ein Gas, dessen kritischer Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt, ist unter den an der Oberflä- che des Dampfkondensators herrschenden Bedingungen nicht kondensierbar. Die Dichte des Gases soll nicht mehr als die Hälfte der Dichte des Kühlmitteldampfes bei der gleichen Temperatur betragen. Beim normalen
Betrieb verwendet man als nicht-kondensierbares Gas Luft, die angesichts der Definition des Kühlmittels die erforderliche Dichte aufweist.
In dem Ausdruck "Grenzfläche zwischen Gas und 100% igen Kühlmitteldämpfen" ist die nicht-kondensierbare Gasschicht eine Schicht, die bei Verwendung eines Analysiergerätes, wie des in
Fig. 4 dargestellten Wärmeleitfähigkeits-Analysiergerätes, eine nachweisbare Menge an nicht-kondensierbarem
Gas enthält. Bei Verwendung dieses Wärmeleitfähigkeits-Analysiergerätes ist die Grenzfläche der höchste Spie- gel, bei dem 100% igue Kühlmitteldämpfe nachgewiesen werden, oder der niedrigste Spiegel, bei dem nicht- kondensierbares Gas nachgewiesen wird. Da dieses Gas normalerweise Luft ist, wird es in der folgenden Be- schreibung der Einfachheit halber als Luft bezeichnet.
Unter Leerlaufbedingungen, d. h. wenn sich das Gleichgewicht eingestellt hat und kein Kühlgut eingeführt wird, enthält die Luft über der Grenzfläche Kühlmitteldämpfe in einem Konzentrationsgefälle, das von 100% an der Grenzfläche bis auf 0% bei der Höhe der Auslassöffnungen abnimmt. Dieses Gefälle wird durch moleku- lare Diffusion der schweren Kühlmitteldämpfe von der Grenzfläche in die darüber befindliche leichte Luft und durch den Umlauf der Luft über der Grenzfläche infolge von Wärmekonvektion verursacht.
Unter den Arbeits- bedingungen wird durch die Turbulenz in der Gegend der Grenzfläche, besonders in der Luft über der Grenzflä- che, eine zusätzliche Durchmischung von Kühlmitteldampf und Luft über der Grenzfläche herbeigeführt, wo- durch die Menge der Kühlmitteldämpfe in dieser Luft weiter erhöht wird.
Da die Abwärtsbewegung der Kühlmitteldämpfe, die sich an einem geringen Kühlmitteldampfverlust durch die Austrittsöffnungen im oberen Teil des Gefässes bemerkbar macht, im allgemeinen schneller vor sich geht als die Abwärtsdiffusion der Luft und die Vermischung derselben mit der 1000/ogen Kühlmitteldampfschicht unterhalb der Grenzfläche, erzielt die Luft keinen Reingewinn in ihrer Abwärtsbewegung in bezug auf die Grenzfläche. Infolgedessen hat sich herausgestellt, dass sich in dem Wärmeabführgefäss gemäss der Erfindung eine Grenzfläche zwischen Luft und 100% igen Kühlmitteldämpfen aufrechterhalten lässt.
Der Spiegel der Grenzfläche zwischen Luft und 100% gen Kühlmitteldämpfen ist im allgemeinen nicht der gleiche über das ganze Gefäss hinweg. Zum Beispiel liegt der Spiegel der Grenzfläche in der Gegend des Dampfkondensators etwas tiefer als der Spiegel ausserhalb dieser Gegend. Wenn das Gefäss in mehrere Zonen unterteilt ist, z. B. wenn Eintritts- und Austrittskanäle vorgesehen sind, liegt der Spiegel der Grenzfläche in der Wärmeabführzone etwas unter dem Spiegel der Grenzfläche in der Eintritts- und der Austrittszone. Diese Niveauunterschiede beruhen auf Unterschieden in der Temperatur und dem Widerstand gegen die Dampfströmung in den verschiedenen Zonen.
Die Temperatur in einer bestimmten Höhe des Gefässes braucht nicht notwendigerweise in allen Zonen die gleiche zu sein ; da der Dampfkondensator sich in der Wärmeabführzone befindet, ist die Temperatur in dieser Zone etwas niedriger als in der Eintritts- und der Austrittszone. Das Ausmass dieses Temperaturunterschiedes hängt von dem Isolationsgrad zwischen den Zonen ab, d. h. davon, ob Eintritts- und Austrittskanäle vorhanden sind. Die Temperatur in der Eintrittszone wird durch das verhältnismässig warme Kühlgut, das durch diese Zone eingeführt wird, noch weiter erhöht.
Infolge des Einflusses der Temperatur auf die Dichte von Gasen sind die wärmeren Gase in der Eintritts- und Austrittszone wesentlich weniger dicht als die Gase in der Wärmeabführzone. Die Dichte der Gase beträgt bei 10 bis 20 C z. B. nur etwa 80% der Dichte der gleichen Gase bei einer typischen Dampfkondensatortemperatur von -43oC. Da die dichteren Gase in der Wärmeabführzone einen höheren statischen Druck haben als die weniger dichten Gase in der Eintritts- und der Austrittszone, liegt die Grenzfläche in der Wärmeabführzone etwas niedriger als in den wärmeren Zonen.
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Der Widerstand, den die Wärmeaustauschflächen des Dampfkondensators der Dampfströmung entgegenset- zen, trägt ebenfalls dazu bei, dass der Spiegel der Grenzfläche in der Wärmeabführzone niedriger ist als in der
Eintritts-und in der Austrittszone. Um diesen Widerstand auszugleichen, steigt der Grenzflächenspiegel ausser- halb der Fläche des Dampfkondensators etwas höher als der Spiegel der Grenzfläche innerhalb der Fläche des Dampfkondensators.
Der Spiegel der Grenzfläche zwischen Luft und zuigen Kühlmitteldämpfen soll unter der Höhe sämtli- cher mit der Wärmeabführzone in freier Dampfverbindung stehender Verbindungswege zur Aussenatmosphäre ge- halten werden. Wenn man die Grenzfläche unterhalb dieser Höhe hält, vermeidet man den Verlust grosser Men- gen an Kühlmitteldämpfen an die Atmosphäre, der eintreten würde, wenn die Grenzfläche sich in oder über der
Höhe eines Verbindungsweges zur Aussenatmosphäre befände. Da der Spiegel der Grenzfläche in dem ganzen
Wärmeabführgefäss nicht notwendigerweise gleich hoch liegt, wird als Grenzflächenspiegel beim Vergleich mit der Höhe eines Verbindungsweges zur Aussenatmosphäre hier auf die Höhe Bezug genommen, die die Grenzflä- che in der Nähe dieses Verbindungsweges einnimmt.
Der Spiegel der Grenzfläche zwischen Luft und 100%gen Kühlmitteldämpfen in der Wärmeabführzone soll aber auch oberhalb der Höhe gehalten werden, in der das Kühlgut in direkten Kontakt mit dem flüssigen Kühl- mittel kommt. Würde man die Grenzfläche unterhalb dieser Höhe des direkten Kontaktes halten, dann wür- den die durch den Wärmeübergang entwickelten Kühlmitteldämpfe in der Luft über der Grenzfläche Turbulenz erzeugen und sich mit der Luft vermischen. Dadurch, dass die Grenzfläche oberhalb der Höhe gehalten wird, in der die Wärmeabführung stattfindet, wird diese Ursache für das Vermischen von Kühlmitteldämpfen und Luft ausgeschaltet.
Der Abstand der Grenzfläche von der Stelle des direkten Kontaktes des Kühlmittels mit dem Kühlgut ist nicht von besonderer Bedeutung, sofern er nur so gross ist, dass die sich entwickelnden Kühlmitteldämpfe die
Grenzfläche nicht wesentlich stören. Anderseits erzielt man durch einen zu grossen Abstand zwischen der Grenz- fläche und der Höhe des direkten Kontaktes von Kühlmittel und Kühlgut keinen besonderen Vorteil, sondern
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Der Spiegel der Grenzfläche wird mittels eines Dampfkondensators in der Wärmeabführzone konstant ge- halten, der bei einer Temperatur unterhalb des Normalsiedepunktes des flüssigen Kühlmittels arbeitet. Der
Dampfkondensator befindet sich zweckmässig in dem Dampfraum der Wärmeabführzone, wenngleich er nicht notwendigerweise auf diese Lage beschränkt ist. Um die Grenzfläche unterhalb der Höhe sämtlicher in freier
Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone stehender Öffnungen nach aussen hin zu halten, befindet sich die
Oberseite des Kondensators vorzugsweise tiefer als alle diese Öffnungen.
Obwohl es möglich ist, einen Teil der
Kondensationskapazität unterhalb der Höhe anzuordnen, in der das Kühlgut in direkten Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel kommt, ohne dadurch ein Sinken des Grenzflächenspiegels unter die Höhe des direkten Kontaktes zu verursachen, ist es im allgemeinen zweckmässiger, wenn sich die Unterseite des Dampfkondensators über der Höhe befindet, in der das Kühlgut in direkten Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel kommt.
Die Ausgestaltung des Dampfkondensators ist wichtig, aber die günstigste Ausgestaltung richtet sich nach der Höhe der Schwankung in der Menge des zugeführten Kühlgutes. Unter stetigen Beschickungsbedingungen, d. h. solchen Bedingungen, die kein Steigen oder Sinken der Grenzfläche verursachen, ist die vorteilhafteste Form ein schlanker dünner Kühler, der eine Verkleinerung in der Fläche der Grenzfläche gestattet und dadurch die Diffusion vermindert. Unter unstetigen Bedingungen jedoch, d. h. unter Bedingungen, die ein Steigen und Sinken der Grenzfläche verursachen, ist die günstigste Form des Kondensators ein Kühler, der in der senkrechten Ebene so kurz und in der waagrechten Ebene so lang und breit wie praktisch möglich ist.
Durch diese Anordnung wird die senkrechte Strecke, über die hinweg die Grenzfläche beim Betrieb der Vorrichtung steigt und sinkt, verkleinert. Durch die Verkleinerung dieser Strecke vermindert sich wieder die Geschwindigkeit, mit der sich die Grenzfläche entsprechend den Schwankungen in den Betriebsbedingungen bewegt, und dadurch wird das Ausmass des Vermischens über der Grenzfläche herabgesetzt. Die Ausbildung des Dampfkondensators stellt daher im allgemeinen einen Kompromiss zwischen den Erwägungen dar, die für stetige und unstetige Beschickung in Betracht kommen. Der Dampfkondensator kann eine einzige Einheit von geeigneter Grösse oder eine Kombination aus mehreren Einheiten sein.
Beim Betrieb der offenen Wärmeabführvorrichtung gemäss der Erfindung lassen sich Verluste an Kühlmitteldampf dadurch herabsetzen, dass man den Luftraum über der Grenzfläche zwischen Luft und zaligen Kühlmitteldämpfen so ruhig wie möglich hält. Turbulenz in diesem Luftraum stört die Grenzfläche mit der Folge, dass sich ausser der Menge an Kühlmitteldämpfen, die sich bereits infolge Diffusion und Wärmekonvektion in dieser Luft befinden, noch weitere Mengen an Kühlmitteldämpfen mit der Luft vermischen.
Das Vermischen von Kühlmitteldämpfen und Luft kann eingeschränkt werden, wenn man die Turbulenz vermindert, die durch das Einführen und Austragen des Kühlgutes verursacht wird. Das Kühlgut soll in die Wärmeabführzone eingeführt werden, ohne dass dabei die Luft über der Grenzfläche wesentlich gestört wird, und ohne Luft unter die Grenzfläche einzuführen. Auch das Austragen des Kühlgutes aus dem Gefäss soll ohne wesentliche Störung der Luft über der Grenzfläche erfolgen.
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telteilchen, die, gewöhnlich in freiem Fall, in der zweiten Kammer der Gefrierpfanne in das flüssige Kühlmit- tel eingeführt werden, sofort in geordneter Reihenfolge in horizontaler Richtung aus dem Zuführungsbereich fort- getragen werden.
Auf diese weise erhält jedes eingeführte Nahrungsmittelteilchen die gleiche Behandlung, und das Anhaften mehrerer Nahrungsmittelteilchen aneinander wird vermindert oder vollständig verhindert. Die Be- 5 wegung der Nahrungsmittelteilchen in der zweiten Kammer wird herbeigeführt, indem man einen flüssigen
Kühlmittelstrom mindestens längs der Oberfläche der Masse des flüssigen Kühlmittels strömen lässt. Der Kühl- mittelstrom wird erzeugt, indem man flüssiges Kühlmittel unter der Wirkung der Schwerkraft aus der ersten
Kammer überfliessen lässt. Der erzeugte Kühlmittelstrom muss ausreichen, um die Nahrungsmittelteilchen aus dem Bereich, wo sie zugeführt werden, fortzuspülen, dadurch ihre Zusammenballung zu verhindern, und sie ) bis zum Auslassende der Gefrierpfanne zu fördern.
Da die Teilchen ständig vom Zuführungsbereich fortgeführt werden, können sie sich nicht aufstapeln und den Boden der Pfanne berühren und möglicherweise daran festhaf- ten. Die Berührung mit dem Pfannenboden kann dadurch verhindert werden, dass man eine Pfanne mit einer ent- sprechenden Tiefe verwendet ; im allgemeinen wird man jedoch eine Pfanne verwenden, die so flach wie mög- lich ist, damit der Betriebsinhalt an Kühlmittel möglichst gering ist. Vorzugsweise beträgt die Geschwindigkeit i der von dem Kühlmittelstrom fortgetragenen Nahrungsmittelteilchen etwa 15 bis 120 cm/sec. Um die günstigste
Geschwindigkeit und Kühlmittelströmung zu erreichen, befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Kam- mer der Gefrierpfanne vorzugsweise eine aus einem Wehr und einer Strömungsbahn bestehende Anordnung.
Wenn die Strömungsbahn über die dritte Wand der zweiten Kammer hinausragt, darf sie nicht bis zu der Stelle rei- chen, wo die Nahrungsmittelteilchen eingeführt werden, weil die Nahrungsmittelteilchen sonst auf die Strö- mungsbahn auftreffen könnten.
Gemäss der obigen Beschreibung besteht die Gefrierpfanne aus zwei Kammern, und die Strömung des Kühl- mittels von der einen in die andere Kammer erfolgt unter der Wirkung der Schwerkraft ; man kann sich jedoch jeder beliebigen Anordnung bedienen, die eine gleichmässige Strömung von Kühlmittel über einen flüssigen
Kühlmittelvorrat hinweg und mithin eine Strömung der Nahrungsmittelteilchen in einer einzigen Richtung her- beiführt. An Stelle einer ersten Kammer mit einem Überlaufwehr kann man einen geeigneten Behälter mit einer Schlitzöffnung verwenden.
Ebenso kann man beliebige langgestreckte, durchlochte oder durchbrochene
Vorrichtungen, wie ein Rohr mit entsprechenden Öffnungen oder mit einem Schlitz, an Stelle der ersten Kam- mer verwenden, wobei das Kühlmittel aus dem Rohr unter Druck ausgestossen wird, um die erforderliche Flüs- sigkeitsströmung in der Kammer zu erzeugen, in die die Nahrungsmittelteilchen eingeführt werden.
Die Behandlung der Nahrungsmittel in der Gefrierpfanne kann derart erfolgen, dass keine weitere Behand- lung erforderlich ist. Anderseits braucht die Behandlung in der Gefrierpfanne nur eine Vorbehandlung zu sein, und die Nahrungsmittel können in der Wärmeabführzone, z. B. durch Überfluten oder Besprühen mit Kühlmittel, weiterbehandelt werden. Einzelheiten dieser Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei- bung und den Zeichnungen.
Wenn die Behandlung des Kühlgutes mit dem flüssigen Kühlmittel beendet ist, hinterbleiben auf dem Kühl- gut unerwünschte Mengen an flüssigem Kühlmittel. Dies kann z. B. beim Einfrieren von Erzeugnissen mit porö- ser und/oder unregelmässiger Oberfläche der Fall sein. Nahrungsmittel mit solchen Oberflächen sind Spargel- kohl, Blumenkohl, Rosenkohl, Fisch u. dgl. Ferner können fettige Produkte unerwünschte Mengen an flüssigem
Kühlmittel absorbieren und/oder adsorbieren, so dass das gefrorene Gut einen Überschuss an Kühlmittel enthält.
Andere Gegenstände, die mindestens teilweise übermässige Kühlmittelmengen zurückhalten können, sind Ge- genstände mit dünnen und dicken Abschnitten, z. B. Fruchtkeile oder-Scheiben, in Scheiben geschnittene grüne
Bohnen und Krabben.
Die dünnen Abschnitte können vollständig bis zur Erreichung eines Gleichgewichtszustan- des zum Siedepunkt des Kühlmittels gefrieren, während die dicken Abschnitte nur bis zu einem Nichtgleichge- wichtszustand gefrieren. Da die Geschwindigkeit, mit der das Gefrierverfahren normalerweise durchgeführt wird, zu gross ist, um die Ausbildung eines Gleichgewichts zu ermöglichen, so dass die Wärme aus den dicken
Abschnitten die überschüssige Flüssigkeit aus den zu stark gefrorenen dünnen Abschnitten verdampft, müssen andere Mittel angewendet werden, um überschüssiges flüssiges Kühlmittel aus den dünnen Abschnitten zu ent- fernen.
In allen oben beschriebenen Fällen kann das überschüssige flüssige Kühlmittel bei dem Gefrierverfahren ge- mäss der Erfindung aus gefrorenem, wasserhaltigem Gut entfernt und in dem Gefäss zurückgewonnen werden, in- dem man das Kühlgut mit Kühlmitteldämpfen spült, deren Temperatur unter OOC liegt, um das Auftauen zu verhindern, deren Temperatur aber anderseits um mindestens 50C über dem Siedepunkt des Kühlmittels liegt, um die notwendige Energie zur raschen Verdampfung des flüssigen Kühlmittels von dem Kühlgut zuzuführen.
Die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des zum Fortspülen des restlichen flüssigen Kühlmittels von den gefrorenen Nahrungsmitteln verwendeten Kühlmitteldampfes können innerhalb weiter Grenzen variieren. Die Menge der an den Nahrungsmitteln anhaftenden Flüssigkeit hängt von der Form der Nahrungsmittel, der seit Beendigung des Kontaktes mit dem flüssigen Kühlmittel verstrichenen Zeitdauer und, falls die Nahrungsmittel von einem Gefrierförderband auf ein Austrittsförderband gelangen, auch noch von der Zeitspanne ab, die seit dem Umstürzen der Nahrungsmittelteilchen beim Übergang von dem Gefrierförderband auf das Austrittsförderband verstrichen ist.
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Man kann zwar jede leicht steuerbare Wärmequelle verwenden, um den anhaftenden Kühlmittelfilm zu entfernen ; die Dampfspülung mit erwärmten Kühlmitteldämpfen ist jedoch besonders vorteilhaft. Da die Dampf-
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Gefriergefäss zugeführte Wärme dem Gefrierverfahren entge-5 gewirkt, ist es wesentlich, dass die Wärmequelle keine zu hohen Temperaturen erzeugt. Aus dem Gefrierge- fäss abgezogener Kühlmitteldampf kann leicht auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden, ohne dass die
Gefahr besteht, dass Fremdstoffe in die Anlage eingeschleppt werden. Obwohl durch Strahlungserhitzer keine
Fremdstoffe eingeschleppt werden, ist die genaue Steuerung solcher Erhitzer schwierig, und die Wärme lässt sich nicht so leicht allen Nahrungsmittelteilchen in einer in Bewegung befindlichen Schicht zuführen wie mit ) Hilfe von Kühlmitteldämpfen.
Die Dampfspülkammer muss sich unter der Grenzfläche zwischen Luft und 100longen Kühlmitteldämpfen befinden ; gewöhnlich befindet sie sich an einer Stelle, wo der Grossteil des flüssigen Kühlmittels bereits aus den
Nahrungsmitteln abgelaufen ist. Die Dampfströmung kann aufwärts, abwärts oder, wenn man mit mehreren Strö- men arbeitet, sowohl aufwärts als auch abwärts durch die in Bewegung befindliche Nahrungsmittelschicht geleii tet werden. Die Dampfgeschwindigkeit ist gewöhnlich sehr niedrig ; denn es besteht nicht die Absicht, die Nah- rungsmittelschicht aufzurühren oder flüssige Kühlmitteltropfen von den Nahrungsmittelteilchen abzublasen.
Durch die hier beschriebene Spülung mit Kühlmitteldämpfen können gefrorene Nahrungsmittel, die grosse
Mengen, z. B. 4 bis 5 Gel.-%, an Kühlmittel enthalten, bis zu einem technisch annehmbaren Restwert von
0, 4 bis 0, 5 Gew.- oder weniger, z. B. von 0, 1 bis 0, 2 Gew.- ;, von dem Kühlmittel befreit werden, ohne dass sie aus dem Gefäss entfernt zu werden brauchen, ohne Kühlmittelverluste, ohne Einführung von Fremdstof- fen in die Anlage und ohne Beeinträchtigung des Gefrierverfahrens.
Wenn das Gut durch die Wärmeabführzone gefördert worden ist, wird es aus dem Gefäss ausgetragen, indem es aufwärts durch die Grenzfläche hindurch und durch eine Austrittsöffnung, die mit der Wärmeabführzone in freier Dampfverbindung steht, aus dem Gefäss herausgefördert wird. Hiebei wird die Turbulenz möglichst ge- ring gehalten, indem das Gut langsam aufwärts von der Grenzfläche zur Austrittsöffnung gefördert wird. Vor- zugsweise wird das Gut mit den gleichen Geschwindigkeiten aufwärtsgefördert, die für die Förderung durch die
Eintrittsöffnung zur Grenzfläche angegeben sind. Bei der Aufwärtsförderung des Gutes werden die Kühlmittel- dämpfe durch Luft verdrängt.
Die Fördervorrichtungen zum Austragen des Gutes aus dem Gefäss können die glei- chen sein, die zum Fördern von festem Gut von der Eintrittsöffnung zur Wärmeabführzone beschrieben worden sind.
Verluste an Kühlmitteldämpfen an die Atmosphäre können auch dadurch vermindert werden, dass man den
Abstand zwischen der Grenzfläche und den Aussenöffnungen vergrössert, so dass die Kühlmitteldämpfe für ihr
Entweichen durch Diffusion einen längeren Weg zurücklegen müssen. Das Ausmass, zu dem dieser senkrechte
Abstand erhöht wird, richtet sich nach wirtschaftlichen Erwägungen.
Da die Menge der von der Grenzfläche in die Luft über der Grenzfläche strömenden Kühlmitteldämpfe eine Funktion der Flächengrösse der Grenzfläche ist, werden Verluste an Kühlmitteldämpfen auch dadurch ver- mindert, dass man die waagrechte Querschnittsfläche des Dampfraumes in dem Gefäss verkleinert. Dies erzielt man durch Füllen oder sonstiges Absperren jedes unnötigen Dampfraumes, der von der Grenzfläche durchsetzt wird. Da der Dampfkondensator eine ziemlich grosse waagrechte Fläche in der Wärmeabführzone einnehmen muss, bestimmt sich die minimale waagrechte Querschnittsfläche des Dampfraumes in der Wärmeabführzone im allgemeinen durch die Fläche, die der Dampfkondensator einnimmt.
Verluste an Kühlmitteldämpfen können auch durch Stabilisieren des Spiegels der Grenzfläche zwischen Luft und 1000/0igen Kühlmitteldämpfen vermindert werden. Wenn diese Grenzfläche ständig steigt und sinkt, so führt dies zu einer verstärkten Vermischung von Luft und Kühlmitteldämpfen. Ausserdem wird, wenn die Grenzfläche steigt, Luft, die eine verhältnismässig grosse Menge an Kühlmitteldämpfen enthalten kann, aus dem Gefäss durch die Aussenöffnungen hinausgedrückt. Der Spiegel der Grenzfläche lässt sich stabilisieren, indem man das
Gut mit konstanter Geschwindigkeit in das Gefäss einbringt.
Verluste an Kühlmitteldämpfen lassen sich ferner durch Verminderung der Wirkung von Strömungen in der umgebenden Luft auf die Luft über der Grenzfläche in dem Gefäss herabsetzen. Dies erreicht man, indem man das Wärmeabführgefäss mit einem Deckel versieht, dessen Öffnungen nach aussen hin die geringstmögliche Flä- che einnehmen, die noch erforderlich ist, damit die Vorrichtung richtig arbeitet. Unter stetigen Beschickungs- bedingungen sind die Diffusionsverluste durch die Öffnung nach aussen umso kleiner, je kleiner die Fläche der Öffnung ist.
Arbeitet man anderseits unter unstetigen Beschickungsbedingungen, so soll die Fläche der Öffnung vorzugsweise so gross sein, dass die atmosphärische Luft, die durch die Öffnung eingesaugt wird, wenn die Grenz- fläche fällt, nicht mit einer solchen Geschwindigkeit eintritt, dass dadurch eine wesentliche Turbulenz in der
Luft über der Grenzfläche erzeugt wird.
Um ein praktisch offenes Gefriergefäss zu erhalten, in dem ein Druckausgleich unter unstetigen Beschikkungsbedingungen möglich ist und gleichzeitig die durch Wärmekonvektion und Strömungen in der umgebenden Luft verursachte Turbulenz vermieden wird, soll sich vorzugsweise über der Wärmeabführzone eine ruhige Zone befinden, die eine ruhige Luftmasse enthält, welche sich nur in Übereinstimmung mit der senkrechten
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Bewegung der Grenzfläche bewegt, und über der sich ein Verbindungsweg zur Aussenatmosphäre, wie eine Öff- nung nach aussen hin, befindet, die in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone durch die ruhige Zone hindurch steht.
Der Ausdruck "nur in Übereinstimmung mit der senkrechten Bewegung der Grenzfläche"bedeu- tet, dass innerhalb der ruhigen Zone keine wesentliche Luftbewegung stattfindet, die auf Wärmekonvektion oder Strömungen in der umgebenden Luft zurückzuführen ist, sondern dass die einzige wesentliche Bewegung der
Luft in senkrechter Richtung erfolgt und im wesentlichen durch das Steigen und Fallen der Grenzfläche verur- sacht wird.
Wenn die ruhige Zone ein hinreichendes Volumen hat, dann ermöglicht sie dem System, erhebliche
Schwankungen in der Geschwindigkeit, mit der das Kühlgut eingeführt wird, ohne merkliche Steigerung der
Verluste an Lösungsmitteldämpfen zu vertragen. Eine grosse ruhige Zone stellt in ihrem unteren Bereich eine
Art Vorratsbehälter für Luft dar, der zusammen mit der Grenzfläche steigt und sinkt, aber niemals durch die Öffnung nach aussen gelangt. Da ein Vermischen in der ruhigen Zone praktisch nicht stattfindet, enthält die
Luft in dem oberen Bereich der Zone, die beim Steigen der Grenzfläche durch die obere Öffnung über der Zone nach aussen gelangt, nur eine verhältnismässig kleine Konzentration an Kühlmitteldämpfen.
Um diese Stabilisierwirkung zu erhöhen, soll die ruhige Luftmasse in der ruhigen Zone vorzugsweise min- destens etwa ein halb so grosses Volumen haben wie der Dampfraum in der Wärmeabführzone zwischen dem un- tersten Spiegel, den die Grenzfläche während des Betriebes einnimmt, wenn kein Kühlgut durch die Wärme- abführzone gefördert wird, und dem höchsten Spiegel, den die Grenzfläche während des Betriebes einnimmt, wenn die maximale Kühlgutmenge durch die Wärmeabführzone gefördert wird. In besonders bevorzugter Weise soll die ruhige Luftmasse mindestens das gleiche Volumen haben wie der Dampfraum in der Wärmeabführzone zwischen diesen beiden Niveaus. Wenn die ruhige Luftmasse diese Grösse hat, erzielt man noch einen weiteren
Vorteil.
Die Luftmasse ist dann nämlich so gross, dass die Luft, die von der Aussenatmosphäre her in die ruhige
Zone eingesaugt wird, wenn die Grenzfläche von ihrem höchsten zu ihrem niedrigsten Spiegel fällt, niemals die Wärmeaustauschoberfläche des Dampfkondensators erreichen kann. Daher wird, selbst wenn die Aussenluft feucht ist, eine übermässige Vereisung des Kühlers vermieden.
Die Grösse der Fläche der Öffnung über der ruhigen Zone ist nicht wesentlich, sofern sie nur gross genug ist, damit an der Öffnung keine bedeutenden Druckunterschiede auftreten. Solche Druckunterschiede würden näm- lich dazu führen, dass Luft von aussen durch die Öffnung mit hoher Geschwindigkeit eindringt und dadurch Tur- bulenz erzeugt. Vorzugsweise beträgt die Fläche der Öffnung über der ruhigen Zone mindestens etwa 1/100 der waagrechten Querschnittsfläche des Dampfraumes in der ruhigen Zone.
Es stehen zahlreiche Beruhigungsmittel zur Verfügung, die die Wärmekonvektion und Strömungen der Aussen- luft in der ruhigen Zone unterdrücken und dabei doch der Luftmasse gestatten, sich in Übereinstimmung mit der senkrechten Verschiebung der Grenzfläche zu bewegen. Diese Beruhigungsmittel sollen ausserdem eine freie
Dampfverbindung zwischen der Wärmeabführzone und der Aussenatmosphäre ermöglichen. Geeignete Beruhi- gungsmittel sind entsprechend ausgebildete Stauplatten, locker gepacktes Material, wie Glaswollefasem, und
Bienenwabenkörper.
Vorzugsweise sollen die Beruhigungsmittel die allgemeine Strömungsrichtung in der ruhi- gen Zone auf die senkrechte Richtung beschränken, ohne dabei eine wesentliche Änderung in der Geschwindig- keit oder der Richtung zu verursachen, mit bzw. in der die Luft sich durch die ruhige Zone bewegt, da solche Änderungen leicht Turbulenz hervorrufen können. Das bevorzugte Mittel, um diese Beruhigung herbeizuführen, ist ein senkrecht stehender Bienenwabenkörper, der einer Reihe von dicht gepackten, parallelen, senkrecht stehenden Röhren von kleinem Durchmesser ähnelt. Im allgemeinen ist das Volumen der ruhigen Zone durch das
Volumen bestimmt, in dem sich das Beruhigungsmittel befindet.
Da der Spiegel der Grenzfläche in der Eintritts- und der Austrittszone höher liegt als in der Wärmeabführ- zone, lassen sich Verluste an Kühlmitteldämpfen dadurch weiter vermindern, dass man die Höhe der Eintrittsund Austrittswege so weit nach oben verlegt, dass sie mindestens so hoch liegen wie der Verbindungsweg zur Aussenatmosphäre über der ruhigen Zone. Mit andern Worten : Vorzugsweise soll der Verbindungsweg zur Aussen- atmosphäre über der ruhigen Zone nicht höher liegen als der niedrigste andere Verbindungsweg zur Aussenatmosphäre, der in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone steht.
Noch stärker zu bevorzugen ist eine Anordnung, bei der die Eintritts- und Austrittskanäle so hoch liegen, dass der Abstand zwischen der Höhe des
Verbindungsweges zur Aussenatmosphäre über der ruhigen Zone und der Grenzfläche in der Wärmeabführzone geringer ist als der Abstand zwischen der Höhe des niedrigsten andern Verbindungsweges zur Aussenatmosphäre, der in freier Dampfverbindung mit der Wärmeabführzone steht, und der Grenzfläche in der Zone, die diesen niedrigsten andern Verbindungsweg enthält.
Im weitesten Umfange lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren in einem Gefäss durchführen, das eine einzige Öffnung nach aussen aufweist. Diese einzige Öffnung kann dadurch zustandekommen, dass das Gefäss keinen Deckel oder einen Deckel mit nur einer einzigen Öffnung nach aussen aufweist. Die einzige Öffnung kann eine Austrittsöffnung sein, wenn das Kühlgut in die Wärmeabführzone durch ein Rohr eingeführt wird, oder sie kann eine Öffnung sein, durch die das Kühlgut sowohl eingeführt als auch ausgetragen wird.
Wenn feste Nahrungsmittel in einem mit Deckel versehenen Gefäss gefroren werden, sollen vorzugsweise mindestens zwei Öffnungen nach aussen vorgesehen sein, eine zum Einführen der Nahrungsmittel und die andere
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zum Austragen derselben. Da Nahrungsmittel im allgemeinen einen erheblichen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, ist es nicht zweckmässig, Nahrungsmittel durch die gleiche Gefässöffnung einzuführen und auszutragen, weil sich dann der Wasserdampf, der die eingeführten Nahrungsmittel umgibt, auf den gefrorenen Nahrungsmitteln kondensiert, wenn diese ausgetragen werden. Dies führt zur Bildung einer unerwünschten Reifschicht auf den gefrorenen Nahrungsmitteln.
Wenn das Wärmeabführgefäss eine ruhige Zone aufweist, sollen vorzugsweise mindestens zwei Öffnungen nach aussen vorgesehen sein. Es ist unpraktisch, die Öffnung über der ruhigen Zone zum Einführen oder Austra- gen von Kühlgut zu verwenden, weil dies zu Schwierigkeiten hinsichtlich des Beruhigungsmittels führt. Vor- zugsweise sind nicht mehr als drei Öffnungen nach aussen vorgesehen, da durch zusätzliche Öffnungen die Verluste an Kühlmitteldämpfen an die Atmosphäre erhöht werden.
Mit Ausnahme desjenigen Teils, der sich auf die Gefrierpfanne bezieht, ist das erfindungsgemässe Verfah- ren nicht auf eine bestimmte Methode zum direkten Zusammenbringen des Kühlgutes mit dem flüssigen Kühl- mittel beschränkt. Das Kühlgut kann z. B. durch Eintauchen in ein Bad des flüssigen Kühlmittels, durch Besprü- hen mit flüssigem Kühlmittel oder anderweitig mit dem Kühlmittel in Berührung gebracht werden.
Der Wärmei entzug kann durch kontinuierlichen Kontakt des Kühlgutes mit dem flüssigen Kühlmittel erfolgen, bis die ge- wünsche Wärmemenge abgeführt worden ist, oder er kann mit Unterbrechungen erfolgen, indem das Kühlgut zunächst nur so lange mit dem Kühlgut zusammengebracht wird, bis ein Teil der gewünschten Wärmemenge abgeführt ist, und dann mit dem Kühlmittel ausser Kontakt gebracht wird, so dass innere Spannungen durch Käl- tefluss der entstandenen Eishülle beseitigt werden (mindestens teilweise Ausbildung des Gleichgewichts), bevor der Kontakt des Kühlgutes mit dem flüssigen Kühlmittel wieder aufgenommen wird.
Die Art, in der die Nahrungsmittel durch die Wärmeabführzone gefördert werden, ist für die Erfindung ohne
Bedeutung. Dies soll aber nicht heissen, dass die Anordnung der Gefrierpfanne in der Nähe der Stelle, wo die
Nahrungsmittel der Wärmeabführzone zugeführt werden, etwa ohne Bedeutung wäre. Die Bewegung des Kühl- gutes durch die Wärmeabführzone kann z. B. durch einen Strom flüssigen Kühlmittels, einen sich über die Ober- fläche einer Masse flüssigen Kühlmittels hinweg bewegenden Gasstrom, eine Förderschnecke, ein durchlochtes
Förderband oder auf ähnliche Weise erfolgen.
Wenn die erste Berührung zwischen festen Nahrungsmitteln und flüssigem Kühlmittel auf einem Förderband stattfindet, so soll dieses Förderband nur eine möglichst geringe Be- rührungsfläche mit den Nahrungsmitteln haben, damit die Nahrungsmittel nach Möglichkeit an dem Förderband nicht anfrieren. Ein für diesen Zweck geeignetes Förderband besteht aus Drahtnetz und ist mit Nadelspitzen aus- gestattet, auf denen das Kühlgut aufliegt. Auch Drahtnetzförderbänder mit einem kein Haftvermögen aufwei- senden Belag, z. B. aus Polytetrafluoräthylen, können geeignet sein.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand der in Fig. 1, 2, 3 und 7 dargestellten Vorrichtung in ihrer Anwen- dung auf das Gefrieren von festen Nahrungsmitteln beschrieben. Die Nahrungsmittelgefriervorrichtung gemäss
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findet. Die von dem Förderband --4-- hinabfallenden Nahrungsmittelteilchen tauchen im allgemeinen in dem flüssigen Kühlmittel unter. Dies führt zur schnellen Bildung einer gefrorenen Kruste oder Hülle auf den Nahrungsmittelteilchen. Dann steigen die Teilchen wieder nach oben und schwimmen auf der Oberfläche des flüssigen Kühlmittels, da dessen Dichte höher ist als diejenige der Nahrungsmittel.
Durch das heftige Sieden des Kühlmittels, welches durch die den Nahrungsmitteln entzogene Wärme verdampft, werden die Nahrungsmittelteilchen, die sonst bei ihrem Herabsinken in das Kühlmittel zusammenfrieren könnten, voneinander getrennt. Sobald sich erst einmal die gefrorene Kruste auf der Oberfläche der Nahrungsmittelteilchen gebildet hat, können sie nicht mehr aneinanderhaften. Durch die schnelle Bildung der gefrorenen Kruste wird auch gewährleistet, dass natürliche Flüssigkeiten und Zusätze nicht aus den Nahrungsmittelteilchen verlorengehen.
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durch die einstellbare Umlaufpumpe-10-mit flüssigem Kühlmittel gespeist.
Durch die Stauplatte-11wird an der Oberfläche des Kühlmittels in der Pfanne eine stetige Strömung erzeugt, wodurch eine rasche Bewegung der Nahrungsmittel aus dem Bereich des freien Falles zur Überlaufstelle --12-- hin ohne Rückförderung an irgendeiner Stelle der Pfanne gewährleistet wird. Durch Steuerung der Zeitdauer, für die die Nahrungsmittel in der Pfanne bleiben, lässt sich der gewünschte Gefriergrad erzielen.
Die Strömung des flüssigen Kühlmittels aus der Pfanne --9-- spült die Nahrungsmittel auf das Austrittsförderband --13--, das ebenfalls aus Drahtnetz besteht und mit breiteren und höheren Leisten --14-- versehen ist als das Eintrittsförderband-4--, sonst aber ähnlich ausgebildet ist.
Da die gefrorenen Nahrungsmittel nunmehr
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aufgestapelt werden können, ohne zusammenzuhaften, bewegt sich das Austrittsförderband-13-langsamer als das Eintrittsförderband --4--. Wenn die gefrorenen Nahrungsmittel aufwärts durch die Grenzfläche --5-- zwischen der Luft und den 100%igen Kühlmitteldämpfen zum Austrittsbereich --15-- hin gefördert werden, wer- den die schweren Kühlmitteldämpfe in den Zwischenräumen zwischen den Nahrungsmittelteilchen durch Luft ) verdrängt und strömen abwärts zur Gefrierzone. Das durch das Austrittsförderband hindurch ablaufende flüssi- ge Kühlmittel sammelt sich in dem Sumpf --16--.
In der Gefrierpfanne --9- oder anderwärts entwickelte Kühlmitteldämpfe werden durch den aus einem parallelen gerippten Rohrbündel bestehenden Dampfkondensator --17-- kondensiert. Der Kondensator ist der
Verdampfer einer normalen, mit Ammoniak oder Fluorkohlenstoffverbindungen als Kühlmittel arbeitenden Tiefkühlanlage und entwickelt eine zum Kondensieren der Kühlmitteldämpfe geeignete Oberflächentemperatur.
Andernfalls können in geeigneten Dampfkondensatoren auch Kühlmittel, die die Wärme durch Wärmeleitung abführen, verwendet werden, wie z. B. Kühlsole, die sich auf einer Temperatur unter dem Normalsiedepunkt des zu kondensierenden Kühlmittels befindet. Auch Trockeneis kann in unmittelbarer Berührung mit den Kühl- mitteldämpfen verwendet werden oder von den Dämpfen durch eine wärmeleitende Wand getrennt sein.
Das durch den Dampfkondensator --17-- kondensierte flüssige Kühlmittel tropft in die Gefrierpfanne --9-- und/oder läuft in den Sumpf-16--. Da die Geschwindigkeit, mit der sich die Kühlmitteldämpfe entwickeln, mit der Zuführungsgeschwindigkeit der Nahrungsmittel variiert, steigt und fällt der Spiegel der Grenzfläche --5--. Beim Betrieb mit der maximalen Fördergeschwindigkeit der Nahrungsmittel durch das Gefäss befindet sich die Grenzfläche bei etwa 2/3 der Höhe des Kondensators, wie es in Fig. l durch den Grenzflächenspiegel - dargestellt ist. Der über dem Spiegel --18-- befindliche Teil des Kondensators liefert eine zusätzliche
Kondensierfläche für den Fall eines plötzlichen Ansteigens oder einer schlechten Verteilung der Dämpfe.
Unter
Leerlaufbedingungen, wenn keine Nahrungsmittel durch das Gefäss gefördert werden, befindet sich die Grenz- fläche etwas oberhalb der Unterseite des Kondensators, wie es durch den Grenzflächenspiegel --19-- dargestellt ist.
Beim Anlaufen des Gefriervorganges wird Luft aus der Gefrierzone durch Gefriermitteldämpfe verdrängt, die in das Gefäss --1-- z. B. aus einem Vorratsbehälter oder aus dem in den Zeichnungen dargestellten Zylinder - 20-- eingeführt werden, bevor der Dampfkondensator-n-auf die Arbeitstemperatur abgekühlt wird. Auf diese Weise wird feuchte Luft aus dem Bereich des Kondensators entfernt, ohne dass die Wärmeaustauschflächen vereisen. Wenn der Spiegel des Kühlmitteldampfes die Oberseite des Dampf-Kondensators-n-erreicht, wird die Temperatur des Kondensators unter den Siedepunkt des flüssigen Kühlmittels herabgesetzt. Nun kann Kühl- mittel in das Gefäss als Flüssigkeit oder Dampf, vorzugsweise als Flüssigkeit, eingeführt werden. Mit dem Ge-
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keitsströmung durch die Pumpe --10-- und die Gefrierpfanne --9-- hergestellt werden kann.
Etwaiges überschüssiges Wasser oder sonstige Flüssigkeit, die zusammen mit den Nahrungsmitteln in den Eintrittsbereich-3eingeführt wird, gelangt durch die Eintrittsfördervorrichtung --4-- in den Bereich --21-- und wird durch das Ventil --22-- ausgetragen.
Zur Instandhaltung der Anlage oder am Ende des Gefriervorganges wird das Kühlmittel aus dem Gefriergefäss durch die Pumpe-23-abgezogen und in das Lagergefäss --24-- gepumpt, das eine geeignete Grösse aufweist, um das ganze Kühlmittel, das sich normalerweise in dem Gefriergefäss befindet, in flüssiger Form aufzunehmen, und so ausgebildet ist, dass es den Druck aushalten kann, der sich ausbildet, wenn das Lagergefäss mit seinem Inhalt Raumtemperatur erreicht. Das Lagergefäss --24-- kann sich über oder unter dem Boden des Gefriergefässes befinden.
Wenn der Gefriervorgang nach längerem Stillstand der Anlage wiederaufgenommen wird, wird Luft aus der Gefrierzone durch Kühlmitteldämpfe verdrängt, die aus dem Lagergefäss --24-- durch das Ventil --25-- strö- men, bevor der Dampfkondensator --17-- auf die Arbeitstemperatur gekühlt wird. Wenn der Spiegel der Kühl-
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sige Kühlmittel aus dem Gefäss --24-- verdampft ist, kann etwaiger Schlamm oder Rückstand aus dem Gefäss durch das Abzugsventil -26-- entfernt werden.
Dann wird je nach Bedarf frisches Kühlmittel in flüssiger Form aus dem Vorratsbehälter --20-- zugeführt.
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--31--,Nahrungsmittelteilchen --34-- werden durch die Eintrittsöffnung --35-- zugeführt und durch das mit Leisten - versehene Eintrittsförderband-37-- durch den Eintrittskanal --36-- abwärtsgefördert.
Gegebenenfalls kann man das Eintrittsförderband mit einer Decke --39-- versehen, die aus einer biegsamen Kunststoffolie oder einem sonstigen geeigneten Material besteht und am unteren Ende durch ein Gewicht belastet ist, so dass sie das Förderband unter den Leisten abdeckt und dadurch das Herabstürzen der Nahrungs-
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mittelteilchen auf dem Förderband verhindert. In dem Kanal -36-- ist über der Förderbanddecke genügend Raum vorgesehen, damit die Decke sich über unregelmässigen Nahrungsmittelteilchen oder Teilchenklumpen anheben kann. Bei einigen Nahrungsmitteln, z. B. Pfirsichscheiben, können die Leisten fortgelassen werden, in welchem Falle nur die Decke das Herabstürzen des Gutes auf dem Förderband verhindert.
Der untere Teil der
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oder TrennorganTrennwand-45-und/oder der untere Teil der Decke --39-- isoliert die Eintrittszone --31-- hinreichend ge- gen die Kühlwirkung des Dampfkondensators-43-, so dass die Nahrungsmittel die kritische Hydratbildungs- temperatur von 70C oder eine noch niedrigere Temperatur nicht erreichen, bevor sie in die Gefrierpfanne - fallen. Die Hydratbildung hört praktisch auf, wenn sich auf den Nahrungsmitteln eine Eiskruste bildet, da die Oberflächentemperatur unter OOC liegt. Daher befinden sich die Nahrungsmittel nur so kurze Zeit in dem Temperaturbereich der Hydratbildung, dass sich nur sehr wenig Hydrat bildet. Es können auch andere Anordnungen angewendet werden, um die Nahrungsmittel schnell durch den Temperaturbereich der Hydratbildung hindurchzuführen, z.
B. indem man die Höhe des freien Falls variiert.
Durch das Vollsetzen des Kondensators -43-- mit Eis oder Hydrat wird der Wirkungsgrad des Kondensators herabgesetzt und möglicherweise die Dauer des Gefriervorganges verkürzt, so dass die Anlage von Zeit zu Zeit zwecks Instandhaltung stillgelegt werden muss. Gegebenenfalls kann der Kühler in Abschnitte eingeteilt sein, von denen einige durch einen inneren Heizgasstrom erhitzt werden können, um Eis oder Hydrat zu entfernen, während die übrigen Abschnitte weiterarbeiten. Einige der Abschnitte können auch im Verlaufe von Leerlaufperioden völlig stillgelegt werden.
Das Entstehen von Kühlmittelhydrat beim Betrieb der Nahrungsmittelgefriervorrichtung lässt sich beobachten, wenn man neben dem Bereich des freien Falls und dem unteren Teil des Eintrittsförderbandes --37-- isolierte Schauöffnungen anbringt. Wenn weder eine Förderbanddecke --39-- noch eine Dampf trennwand --45- vorhanden ist, steigt von der Oberfläche der sich auf dem Eintrittsförderband langsam abwärtsbewegenden Nahrungsmittel eine weisse Wolke aus Kühlmittelhydratkristallen auf und strömt zum Wärmeaustauscher.
Wenn der Kontakt zwischen den warmen, feuchten Nahrungsmitteln und den Kühlmitteldämpfen nicht beschränkt wird, setzt sich der Kondensator schnell mit Kühlmittelhydrat voll, weil genügend Kühlmitteldampf zur Verfügung steht, um sich mit dem von den Nahrungsmitteln mitgeführten Wasserdampf zu verbinden, wenn der Wasserdampf sich auf die Kühlmittelhydratbildungstemperatur abkühlt.
Die Ansammlung von Kühlmittelhydrat auf dem Kondensator lässt sich hinreichend verzögern, indem man die warmen, feuchten Nahrungsmittel auf dem Eintrittsförderband über der Stelle des freien Falls von der Hauptmasse der Kühlmitteldämpfe mittels der Dampf trennwand --45- und der Förderbanddecke --39-- iso- liert, ohne dass dabei ein Verlust an Kühlmitteldampf durch den Eintrittskanal stattfindet. Wenn der Eintrittskanal so gestaltet ist, dass er die in der Gegend des freien Falls der Nahrungsmittel sich entwickelnden Kühlmitteldämpfe daran hindert, zum Kondensator zu strömen, gehen grosse Dampfmengen durch das obere Ende des Eintrittskanal verloren.
Die Dampftrennwand ist einstellbar ausgebildet, um das Austreten von Kühlmitteldämpfen durch den Eintrittskanal zu verhindern, ohne dabei aber eine übermässige Bildung von Kühlmittelhydrat auf dem Kondensator zu ermöglichen.
Überschüssiges Wasser, das aus irgendeiner Ursache zusammen mit den Nahrungsmitteln eingeführt wird, tropft in der Schnellgefrierpfanne in das flüssige Kühlmittel und gefriert zusammen mit den Nahrungsmitteln, haftet aber nicht an ihnen an. Wenn der Eintrittskanal von der Gefrierzone durch die Dampftrennwand isoliert ist, kann sich Wasserdampf in dem Eintrittskanal kondensieren, ohne irgendwelche Schwierigkeiten zu verursachen, weil dieses Kondensat ebenfalls in die Schnellgefrierpfanne abtropft und gesondert von den Nahrungsmitteln ausfriert. Irgendwelche Eisteilchen können dann später ohne Schwierigkeit von den Nahrungsmitteln getrennt werden.
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Durch die stetige Oberflächenströmung des von der einstellbaren Umlaufpumpe --46-- zugeführten flüssi- gen Kühlmittels in der Pfanne-4, 2- wird ein schnelles Herausströmen aus dem Bereich des freien Falls zur Überlaufstelle gewährleistet. Die Oberflächengeschwindigkeit beim Durchströmen der Pfanne soll vorzugsweise so hoch sein, dass die Nahrungsmittel in 2 bis 10 sec aus der Pfanne hinausgespült werden. Die Pfanne-42- i ist mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung so einstellbar ausgebildet, dass die Oberflächengeschwindigkeit und die Flüssigkeitstiefe an der Überlaufstelle unabhängig voneinander verändert werden können. Solange sich
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steht. Dieses Förderband besteht ebenfalls aus Drahtnetz oder ist anderweitig durchlocht, weist aber keine Lei- sten auf.
Die Rampe-48-, die kleine Löcher enthält, durch die das Kühlmittel ablaufen kann, verteilt die
Nahrungsmittel von der Pfanne-42-- gleichmässiger über das Förderband --47--. Flüssiges Kühlmittel, das durch die Rampe --48-- und das Förderband -47-- hindurch abläuft, sammelt sich in dem Lagergefäss--49--.
Nachdem das flüssige Kühlmittel so lange mit dem auf dem Förderband --47 -- befindlichen Kühlgut ausser
Kontakt gehalten worden ist, bis das Kühlgut teilweise ins Gleichgewicht kommt, aber seine Oberfläche nicht so weit auftaut, dass sich Kühlmittelhydrat bilden kann und dass benachbarte Teilchen aneinander anhaften, wird das Kühlgut von oben her mit einem flüssigen Kühlmittelstrom bespült. Wenn keine Periode zur Einstellung des
Gleichgewichts gewünscht wird, kann man den Kontakt zwischen Kühlgut und flüssigem Kühlmittel am Ende der Rampe beginnen.
Flüssiges Kühlmittel wird aus dem Lagergefäss --49-- durch die Umlaufpumpe --46-- den Verteilern --50-- zugeführt, die mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung beweglich angeordnet sind und die Nahrungsmittel auf dem Förderband-47-- an ausgewählten Stellen mit einem Strom flüssigen Kühlmittels überfluten.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die Verteiler --50-- für das flüssige Kühlmittel im rechten Winkel zu der Förder- richtung angeordnete Rohre, die grosse, in weiten Abständen voneinander befindliche Öffnungen aufweisen.
Diese Verteiler überfluten die Nahrungsmittel längs einer senkrecht zur Förderrichtung der Nahrungsmittel ver- laufenden Linie mit flüssigem Kühlmittel. Vorzugsweise erfolgt das Überfluten durch einen kontinuierlichen
Flüssigkeitsstrom. Der Flüssigkeitsstrom kann auf beliebige Weise erzeugt werden, z. B. durch eine schrägge- stellte, geriffelte Platte --51--, die an jedem Verteiler --50-- befestigt ist und dafür sorgt, dass das flüssige
Kühlmittel sich zu einer verhältnismässig gleichmässigen Fläche ausbreitet, bevor es mit den Nahrungsmittel- teilchen in Berührung kommt.
Wenn die gewünschte Wärmemenge abgeführt ist, wird der weitere Kontakt zwi- schen flüssigem Kühlmittel und Nahrungsmitteln unterbrochen.
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ist und höhere Leisten aufweist, sonst aber dem Eintrittsförderband --37-- ähnelt. Wenn die Nahrungsmittel von einem Förderband zum andern übertragen werden, stürzen sie um, so dass etwaiges flüssiges Kühlmittel, das noch in Hohlräumen oder Oberflächenvertiefungen in den Nahrungsmitteln zurückgehalten wurde, ebenfalls abläuft. Wenn die gefrorenen Nahrungsmittel auf dem Förderband --52-- bis jenseits der Grenzfläche --40-- aufwärtsgefördert werden, strömen die schweren Kühlmitteldämpfe aus den Zwischenräumen zwischen den Nahrungsmittelteilchen und werden durch Luft verdrängt.
Gegebenenfalls können die Kühlmitteldämpfe auch durch trockene, filtrierte Luft verdrängt werden, die durch die Öffnung --54-- in den Austrittsförderkanal-53-ein- geleitet wird. Durch diese trockene Luft wird die Ansammlung von atmosphärischer Feuchtigkeit als Eis auf dem Förderband und auf den Nahrungsmitteln unterdrückt. Das nunmehr praktisch von Kühlmittel freie Kühlgut ge-
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dass man die Nahrungsmittel mit erwärmten Kühlmitteldämpfen ausspült, so dass alles an den Nahrungsmitteln etwa noch anhaftende flüssige Kühlmittel verdampft.
Gegebenenfalls können Kühlmitteldämpfe aus der Gefrierzone durch die Öffnung --56-- mittels des durch den Erhitzer --58-- erwärmten Gebläses --57-- abgezogen mit Hilfe einer Spülkammer durch die Nahrungsmittel auf dem Förderband geleitet werden. Die Spülkammer kann sich bei --59-- in der Nähe des unteren Endes des Austrittsförderbandes-52-- oder in der Nähe des Austrittsendes des Förderbandes --47-- am Punkt --60-- oder aber an beiden Stellen befinden. Die erwärmten Kühlmitteldämpfe sollen sich auf einer Temperatur unter 0 C, aber um mindestens 50C über dem Normalsiedepunkt des Kühlmittels befinden. Flüssige Kühlmittel mit einem Normalsiedepunkt von etwa -10 bis -500C werden bevorzugt, wenn man dieses Spülverfahren anwendet.
Gegebenenfalls können über dem ersten Kondensator --43-- und nahe dem oberen Ende des Austrittskanals - 53-- weitere Dampfkondensatoren --61, 62 und 63--, die bei wesentlich niedrigeren Temperaturen arbeiten als der erste Dampfkondensator --43--, als Abtriebsdampfkondensatoren vorgesehen sein, um weitere Kühlmitteldämpfe zu kondensieren. Diese sekundären Kondensatoren sind vorzugsweise als Rippenrohre ausgestaltet.
Gegebenenfalls können die Räume zwischen den in gegenläufiger Bewegung befindlichen Bandabschnitten der Förderbänder durch geschlossenzelliges, verschäumtes Isoliermaterial oder sonstige, undurchlässige Sperrorgane ausgefüllt sein, wie es bei --64, 65 und 66-- dargestellt ist, um das Vermischen von Luft und Kühlmit-
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teldämpfen im Eintritts- und Austrittskanal nach Möglichkeit zu verhindern.
Der Raum über den Kanälen und in der Nähe der primären und sekundären Kondensatoren --43 und 61-- sowie neben dem bienenwabenförmigen
Abschnitt --69-- ist mit geschlossenzelligem Isoliermaterial oder sonstigen undurchlässigen Sperrorganen ge- füllt, wie es bei-67 und 68--dargestellt ist. i Der Verlust von Kühlmitteldämpfen aus dem Dampfraum über dem primären Dampfkondensator wird durch
Verzögerung der Wärmekonvektion und der umgebenden Luftströmungen in diesem Bereich vermindert. Der bie- nenwabenförmige Körper --69-- aus mit Phenolharz getränkte Papier ist über der ganzen Fläche des Konden- sators angeordnet, um dort eine ruhige Zone zu schaffen.
Der über der Oberseite des Bienenwabenkörpers -69- angeordnete Staubdeckel-70-hat die Aufgabe, in der Luft mitgeführten Staub fernzuhalten, ohne die Atmung in den Bienenwabenkanälen zu beschränken.
Für Hilfsarbeiten während oder am Ende des Kühlvorganges kann gegebenenfalls in der Nähe des Bodens des
Gefriergefässes der absteigende Kühler --71-- vorgesehen sein, um die maximale Rückgewinnung des Kühlmit- tels zu gewährleisten, und dieser Kühler kann mit den Tiefkühlsystemen des primären oder des sekundären
Dampfkondensators -43 bzw. 61-- verbunden sein. Flüssiges Kühlmittel, das sich am Boden des Gefriergefä- sses sammelt, gelangt in das Lagergefäss --49--, das einen Dampfkondensator enthalten oder so ausgestaltet sein kann, dass es dem von dem Kühlmittel, wenn dieses Raumtemperatur erreicht, entwickelten Druck wider- steht.
Wenn der Betrieb wiederaufgenommen wird, wird Kühlmitteldampf zu dem Gefriergefäss durch das Ventil - 72-- zurückgeleitet und der erste Dampfkondensator --43-- auf Arbeitstemperatur gekühlt. Das Gefrieren von
Nahrungsmitteln kann wiederaufgenommen werden, sobald sich genügend Kühlmittel angesammelt hat, um die
Flüssigkeitsströmung durch die Gefrierpfanne --42-- und die Kühlmittelverteiler --50-- zu gewährleisten. Er- satzkühlmittel wird als Flüssigkeit oder Dampf aus dem Lagerbehälter --73-- nach Bedarf zurückgeführt.
Um zusätzliche Variationsfähigkeit zu erreichen, wenn man einen neuen Gefriervorgang mit einem von dem vorhergehenden verschiedenen Nahrungsmittel beginnt, kann ein nicht dargestellter Reinigungsbehälter mit dem Lagergefäss --49-- und dem Boden des Gefriergefässes --30-- verbunden sein. In diesem Falle wird das aus dem vorherigen Arbeitsgang stammende Kühlmittel in dem Reinigungstank gesammelt, worauf etwaiger
Schlamm oder Rückstand, der sich noch in dem Lagergefäss --49-- befindet, durch das Abzugsventil --74-- daraus entfernt wird.
Während das Ventil --72- geschlossen ist, wird frisches Kühlmittel aus dem Vorratsbe- hälter --73-- zugeführt. Bei geschlossenem Abzugsventil --74- wird kondensiertes Kühlmittel aus dem Ge- friergefäss-30-in das nunmehr reine Lagergefäss -49-- geleitet und die Pumpe-M-in Betrieb genom- men. Zum Ersatz dienender Kühlmitteldampf wird dem Gefriergefäss aus dem Reinigungsgefäss zugeführt, bis das flüssige Kühlmittel in diesem Gefäss aufgebraucht ist. Dann kann das Reinigungsgefäss seinerseits gereinigt werden, und Ersatzkühlmittel wird nun wieder von dem Vorratsgefäss --73-- her zugeführt. Das Reinigungssy- stem kann auch mit einem Abstreicher ausgestattet sein, um auf der Oberfläche schwimmende Abfälle aus dem flüssigen Kühlmittel zu entfernen.
Alle Teile der Gefriervorrichtung, die mit Nahrungsmitteln in Berührung kommen, sollen aus Werkstoffen gefertigt sein, die sich nach den gleichen Methoden reinigen lassen, nach denen Nahrungsmittelverarbeitungs- anlagen normalerweise gereinigt werden. Das Eintrittsförderband --37 -- kann während des Betriebs immer dann gereinigt werden, wenn sich Eis oder Nahrungsmittelabfälle auf dem Förderband angesammelt haben. Durch die
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eine Reinigungsmittellösungteilerleitung --77- kann verwendet werden, um Luft durch das Förderband zu blasen und dadurch Wasser von dem Förderband zu entfernen, bevor die Nahrungsmittel darauf abgelagert werden.
Eine Vorrichtung zum Gefrieren von Fischprodukten, wie Fischfilets, Krabben und ähnlichen Meeresprodukten, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Vorrichtung gemäss Fig. 6 ist sehr ähnlich derjenigen der Fig. 2 ausgebildet, jedoch mit einigen Ausnahmen. In erster Linie sind die Förderbänder-37, 47 und 52-- hier zu einem einzigen Förderband -37-- vereinigt. Zweitens sind die pfanne --42-- und das Flüssigkeitsbad --41-- fortgelassen.
Drittens wird der gesamte Gefriervorgang mit Hilfe der Verteiler --50-- durchgeführt. Die Meeresprodukte werden, wie oben beschrieben, auf das Förderband aufgebracht, gelangen auf den nach unten vorrückenden Stufen desselben abwärts, bewegen sich auf dem waagrechten Teil des Förderbandes unter den Verteilern --50-hindurch, wo sie gefroren werden, und gelangen dann auf dem aufwärtsgerichteten Teil des Förderbandes aus dem Gefriergefäss hinaus. Mit diesen Ausnahmen arbeitet die Vorrichtung gemäss Fig. 6 ebenso wie diejenige gemäss Fig. 2.
Wie sich aus Fig. 7 ergibt, die eine Abänderung eines in Fig. 2 dargestellten Teiles zeigt, ist die hier abgebildete Schnellgefrierpfanne --42-- eine rechteckige, oben offene, flüssigkeitsdichte, flache Schleusenpfanne von solcher Tiefe, dass die Nahrungsmittelteilchen, die vom Eintrittsförderband hinunterfallen, nicht den Boden der Pfanne berühren können, und von solcher Breite, dass die Nahrungsmittelteilchen auch nicht die Seiten der Pfanne berühren. Die Abmessungen der Pfanne können den jeweiligen Bedingungen in bezug auf die Grösse der Nahrungsmittelteilchen, den Siedepunkt und die Dichte des flüssigen Kühlmittels und die Breite der Förderbänder angepasst werden.
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Flüssiges Kühlmittel, das der rechteckigen, von senkrechten Wänden begrenzten ersten Kühlkammer --78-- zugeführt wird, wird durch eine oder mehrere perforierte Platten --79-- oder sonstige geeignete Vorrichtungen so gleichmässig darin verteilt, dass die Tiefe der Flüssigkeitsschicht, die über das keine scharfen Kanten aufwei- sende gekrümmte Wehr --80-- am oberen Ende der niedrigsten Kammerwand strömt, vom einen bis zum andern i Ende die gleiche ist. Das flüssige Kühlmittel strömt glatt über die in umgekehrter Richtung gekrümmte Strö- mungsbahn --81--, deren Seiten Verlängerungen von zwei Kammerwänden darstellen, und wird über die Ober- fläche der Hauptmasse der Flüssigkeit --41-- hinweg als obere Strömungsschicht in eine rechteckige zweite
Kammer gelenkt.
Zwei Wände der zweiten Kammer sind Verlängerungen der Wände der Strömungsbahn. Die dritte Wand liegt unter dem waagrechten Teil der Strömungsbahn-81--. Die Nahrungsmittel können in das strömende flüssige Kühlmittel an jeder Stelle eingeworfen werden, die weit genug hinter dem Ende der Strömungsbahn - liegt, damit die Nahrungsmittelteilchen nicht auf die Strömungsbahn auftreffen. An der Überlaufstelle - -82--, die durch ein ohne Bildung scharfer Kanten gekrümmtes Auslasswehr etwas unter der Höhe des waag- rechten Teil der Strömungsbahn gebildet wird, werden die Nahrungsmittel von dem strömenden flüssigen Kühl - mittel über die Oberseite der vierten Wand der zweiten Kammer mitgeführt.
Die Entfernung von der Einfall- stelle der Nahrungsmittel bis zum Auslasswehr richtet sich nach der Grösse der Nahrungsmittelteilchen, dem
Gefrierpunkt und der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels und der Wärmemenge, die den Nahrungsmitteln entzogen werden soll, während sie sich in der zweiten Kammer der Schleusenpfanne befinden.
Die vom Förderband --37-- herabfallenden Nahrungsmittel tauchen im allgemeinen unter die Oberfläche des flüssigen Kühlmittels. Dies führt zur schnellen Bildung einer gefrorenen Kruste oder Schale auf den Nah- rungsmittelteilchen. Dann steigen die Teilchen empor und schwimmen auf der oberen Flüssigkeitsschicht, von der sie an der Überlaufstelle --82-- über das glatt gekrümmte Wehr aus der Pfanne ausgetragen werden. Durch das heftige Sieden des Kühlmittels, wenn dieses infolge der den Nahrungsmitteln entzogenen Wärme verdampft, werden die Nahrungsmittelteilchen, die sonst beim Eintauchen in das Kühlmittel zusammenfrieren könnten, voneinander getrennt. Sobald sich erst einmal auf der Oberfläche der Nahrungsmittelteilchen die gefrorene Kru- ste gebildet hat, neigen sie nicht mehr dazu, aneinanderzuhaften.
Durch die schnelle Bildung der gefrorenen
Kruste wird auch gewährleistet, dass Zusätze und natürliche Flüssigkeiten nicht aus den Nahrungsmittelteilchen verlorengehen.
Während oben feste Nahrungsmittelteilchen --34-- von nahezu gleichmässiger Grösse und ein mit Leisten versehenes Förderband --38-- beschrieben worden sind, können in der Schleusenpfanne gemäss der Erfindung auch flüssige oder halbflüssige Nahrungsmittel eingefroren werden. Flüssige Nahrungsmittel können eingeführt werden, indem man sie durch eine Rinne oder Leitung hinablaufen lässt, so dass sie in das flüssige Kühlmittel hineintropfen. Flüssigkeiten oder zähflüssigere Nahrungsmittelprodukte können mit Hilfe der verschiedenartig- sten Pumpen und Strangpressen als frei fallende Einzelteilchen eingeführt werden.
Die Förderrichtung der eintretenden Nahrungsmittel braucht nicht die gleiche zu sein wie die Strömungs- richtung der Flüssigkeit in der Schleusenpfanne. Es ist auch nicht notwendig, dass die Einzelteilchen genau senk- recht in die strömende Flüssigkeit fallen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit über die Oberfläche der Flüssigkeitsmasse in der Pfanne hinweg gewährleistet, dass die Teilchen fortgeschwemmt werden, bevor weitere
Teilchen hineinfallen, so dass die Gefahr der Verformung und der Aufstapelung vermieden wird.
Die Schleusenpfanne ist auf nicht dargestellte Weise derart einstellbar ausgebildet, dass die Oberflächenge- schwindigkeit und die Flüssigkeitstiefe unabhängig voneinander verändert werden können. Die Oberflächenge- schwindigkeit in der Strömungsbahn --81-- und die Flüssigkeitstiefe beim Wehr --80-- sprechen direkt auf Änderungen im Ausstoss der (in Fig. 2 dargestellten) Pumpe --46-- an. Durch Heben oder Senken der Pfanne an der Überlaufstelle-82-- wird dieFlüssigkeitstiefe an der Überlaufstelle geregelt und die Oberflächengeschwindigkeit in der Pfanne beeinflusst.
Wenn grosse Nahrungsmittelerzeugnisse, wie ganze Maiskolben, eingefroren werden sollen, kann die Pfanne im Bereich des freien Falls tiefer als gewöhnlich ausgebildet sein, und eine stärkere Flüssigkeitsströmung kann durch Erhöhung der Pumpenleistung erzielt werden.
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Stelle des freien Falls zur Überlaufstelle hin je nach Bedarf schräg nach innen verlaufen. Alle Oberflächen der Pfanne, die mit flüssigem Kühlmittel in Berührung kommen, können mit Polytetrafluoräthylen oder einem sonstigen, das Haftvermögen vermindernden Belag beschichtet sein, um dem Anhaften von gefrorenen Nahrungsmittelteilchen entgegenzuwirken.
Die (in Fig. 2 dargestellte) schräge Rampe --48-- kann in jedem beliebigen Winkel angeordnet sein oder aus einem schrägen Oberteil und einem senkrechten Unterteil bestehen, um grössere Nahrungsmittelerzeugnisse wie ganze Maiskolben, auf dem Förderband-4'7-aufzustapeln. Die Rampe --48-- braucht keine Ablauflöcher aufzuweisen, wenn die einzufrierenden Nahrungsmittel für eine längere Zeitdauer mit dem Kühlmittel in Berührung gehalten werden sollen, als erforderlich, um sie durch die Schnellgefrierpfanne hindurchzuschwemmen. Gewöhnlich ist die Rampe mit Ablauflöchern ausgebildet, so dass das flüssige Kühlmittel schnell von den Nahrungsmittelteilchen ablaufen kann.
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Beispiel l : Die Gefriervorrichtung dieses Beispiels ist zum Gefrieren von 226, 7 kg Nahrungsmitteln je
Stunde bestimmt und wird zum Gefrieren von Erbsen, Limabohnen, Karottenwürfeln und Erdbeeren mit Dichlor- difluormethan als flüssigem Kühlmittel verwendet. Die Vorrichtung ähnelt der in Fig. 2 dargestellten Vorrich- tung mit der Ausnahme, dass sie keine sekundären Kondensatoren --61, 62 und 63-, keine Spülkammern --59 fund 60-four Kühlmitteldämpfe, keinen Trockenlufteinlass -54-- und keinen absteigenden Kondensator --71-- aufweist und ihre Eintritts- und Austrittsöffnungen nur etwas höher liegen als die Oberseite des Bienenwaben- körpers.
Die Länge des Nahrungsmittelgefriergefässes von der Eintrittsstelle der Nahrungsmittel bis zur Austrittsstelle der gefrorenen Nahrungsmittel beträgt weniger als 6, 1 m, und das Gefäss ist 61 cm breit. Die oberen Enden des
Eintritts- und des Austrittskanals liegen 1, 83 m über dem Boden, und die Höhe der Verbindungswege zur Aussen- atmosphäre an der Eintritts- und der Austrittsöffnung liegen 1, 68 m über dem Boden. Die Eintrittsfördervorrich- tung --37-- ist ein 28, 6 cm breites Drahtnetzband mit 1, 27 cm hohen, 25, 4 cm langen, quer verlaufenden
Leisten in Abständen von 5, 1 cm voneinander.
Das Förderband fördert die Nahrungsmittelteilchen durch den Eintrittskanal -36- in einem Winkel von 45 über eine Strecke von 139, 7 cm mit einer Geschwindigkeit von
152, 4 cm/min abwärts in die Grenzfläche zwischen Luft und zuigen Kühlmitteldämpfen, worauf die Nah- rungsmittel über eine Strecke von 15, 2 cm in freiem Fall in den Strom --41-- aus flüssigem Kühlmittel hin- abfallen.
Die Tiefe des flüssigen Kühlmittels in der Gefrierpfanne --42-- beträgt 6.4 cm. Die Oberflächengeschwin- digkeit des flüssigen Kühlmittels beträgt 12, 7 cm/sec. Der Abstand von dem Bereich des freien Falls bis zur Überlaufstelle am Ende der Gefrierpfanne beträgt 38, 1 cm. Die Überlaufstelle liegt 10, 2 cm über dem mittle- ren Förderband --47 --. Das Auslasswehr an der Überlaufstelle befindet sich um 0, 80 cm tiefer als der waag-
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fläche des flüssigen Kühlmittels in der Pfanne-42-.
Das mittlere Förderband --47- ist ein 33, 7 cm breites Drahtnetzband ohne Querleisten, das über eine
Strecke von 193 cm durch die Gefrierzone des Gefriergefässes läuft. Die Geschwindigkeit des Förderbandes - -47- beträgt 40, 7 cm/min. Die Nahrungsmittel auf dem mittleren Förderband befinden sich 54, 9 cm über dem Boden des Behälters. Die auf dem mittleren Förderband in mehreren Schichten aufgestapelten Nahrungs- mittel werden an ausgewählten Stellen aus den Verteilern -50-- mit flüssigem Kühlmittel überflutet, um den
Gefriervorgang zu Ende zu führen, ohne dass Sprünge auftreten.
Wenn die Nahrungsmittel von dem mittleren Förderband auf das Austrittsförderband --52- gelangen, wel- ches als 38, 7 cm breites Drahtnetzband mit 2, 8 cm hohen und 35, 6 cm langen, in Abständen von 7, 6 cm voneinander angeordneten Querleisten ausgebildet ist, werden sie umgestürzt. Das Austrittsförderband fördert die Nahrungsmittel aufwärts durch den Kühlmitteldampf in die Austrittszone unter einem Winkel von 450 über eine Strecke von 193, 1 cm mit einer Geschwindigkeit von 50, 8 cm/min. Die gefrorenen Nahrungsmittel fallen von dem Austrittsförderband auf eine Rutsche und gelangen von dort auf Lager.
Der Dampfkondensator --43- mit einer Wärmeaustauschfläche von 74, 4 m2 besteht aus 75 waagrechten, parallelen Röhren aus Kohlenstoffstahl mit Aluminiumrippen, die der Einwirkung der Kühlmitteldämpfe auf einer Strecke von 177, 8 cm zwischen den Röhrenblechen ausgesetzt sind. Der Aussendurchmesser der Röhren beträgt 22, 2 mm, ihre Wandstärke 2, 1 mm, und die Rippen haben Durchmesser von 4, 5 cm und stehen auf Abständen von 4, 2 mm voneinander. In jeder der fünfzehn Röhrenreihen, die in waagrechten Abständen von 3, 1 cm voneinander stehen, wobei jede zweite Reihe um 4, 5 cm höher angeordnet ist, um den Strom der Kühlmitteldämpfe nicht zu beschränken, stehen die einzelnen Röhren in senkrechten Abständen von 8, 9 cm voneinander. Der Kondensator ist in drei gesonderte Röhrenabschnitte unterteilt, die Seite an Seite montiert sind.
Der Dampfkondensator wird bei einer Oberflächentemperatur von -430C betrieben. Die senkrechte Abmessung des Bienenwabenkörpers-69-beträgt 38, l cm. Die sechseckigen Kanäle haben einen Durchmesser von Seite zu Seite von 9,5 mm. Die Oberseite der wabenförmigen Kanäle liegt 1, 68 m über dem Behälterboden.
Drei Verteiler --50-- für flüssiges Kühlmittel bestehen aus rostfreien Stahlrohren mit einem Aussendurchmesser von 2,54 cm und einer lichten Weite von 22, 1 mm, und die geriffelten Platten --51-- bilden mit der Senkrechten einen Winkel von 500 und erstrecken sich über eine Strecke von 10,9 cm. Flüssiges Kühlmittel, das unter niedrigem Druck durch fünf in Abständen von 6,4 cm voneinander in die Rohre eingebohrte Löcher von 4,6 mm Durchmesser gepumpt wird, strömt von den Platten --51-- in Form gleichmässiger Bänder ab und überflutet die Nahrungsmittelteilchen auf dem mittleren Förderband --47-- mit flüssigem Kühlmittel. Die Unterseiten der Platten --51-- befinden sich 25, 4 cm über dem Förderband --47--.
Das gesamte, bei diesen Gefriervorgängen erhaltene gefrorene Gut ist von einladendem Aussehen, frei von Sprüngen und fertig zur Lagerung oder zum Verpacken in Form einzelner, frei fliessender Teilchen. Der Kühlmittelverlust bei diesen Gefriervorgängen beträgt im Mittel 2 kg je 100 kg gefrorenen Gutes.
Der Wirkungsgrad, mit dem die Dampf trennwand -45- die Ansammlung von Dichlordifluormethanhydrat auf dem Wärmeaustauscher-M-unterdrückt, wurde beim Einfrieren von gelben Bohnen festgestellt. Wenn die Trennwand, wie oben beschrieben, eingestellt war, arbeitete die Gefriervorrichtung 8 h mit der festgesetzten Durchsatzkapazität. Wenn aber die Trennwand herausgenommen und das Gefriergut der Einwirkung von Kühl-
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mitteldämpfen ausgesetzt wurde, die einen unbeschränkten Zugang zum Kühler hatten, konnte das Kühlverffhren nur 1 h mit der festgesetzten Durchsatzkapazität durchgeführt werden.
Beispiel 2 : Ein Dampfzusammensetzungsprofil der Gase in der in Beispiel 1 beschriebenen Gefriervorrichtung wird mit Hilfe des in Fig. 4 abgebildeten Wärmeleitfähigkeits-Analysiergerätes gewonnen. Die Messuni gen werden während eines kontinuierlichen Arbeitsvorganges vorgenommen, bei dem 2722 kg geschnittene grü - ne Bohnen bei einer Zuführungsgeschwindigkeit von 195 kg Bohnen je Stunde eingefroren werden.
Das Analysiergerät ist im Grunde eine Wheatstone'sche Brücke mit den in den Zeichnungen angegebenen Widerstandswerten. Die Messzelle und die Bezugszelle bilden einen Teil einer"Gow-Mac-Mikrozelle"mit 8000 Ohm-Heissleitern als Wandlern. Die Bezugszelle enthält Luft und ist an beiden Enden verschlossen. An die Messseite der Mikrozelle ist eine Sonde aus Kupferrohr mit 3, 18 mm lichter Weite angeschlossen. Ferner ist mit der Messzelle eine kleine Vakuumpumpe verbunden, um Probendampf von der gewünschten Probestelle des Gefriergefässes mit einer Geschwindigkeit von 5 cm3/min durch die Messzelle zu saugen. Die Registriervorrichtung ist ein Gerät nach Bausch und Lomb mit veränderlichem Bereich.
Das Analysiergerät wird zunächst geeicht, indem man zigue Luft durch die Sonde einsaugt und die Registriervorrichtung durch Einregeln des 500 Ohm-Nullstellungspotentiometers auf 0 Mikrovolt einstellt. Dann
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richtung die Konzentration des Dichlordifluormethandampfes in Luft in Volumprozent an. Dann wird die Sonde in senkrechter Richtung abwärts durch den Wabenkörper hindurch in die ruhige Zone des Gefriergefässes eingeführt, und es werden in Abständen von jeweils 5, 08 cm Messwerte abgelesen, bis der Spiegel des zuigen Kühlmitteldampfes erreicht ist. In ähnlicher Weise wird die Sonde durch den Eintritts-und den Austrittskanal eingeführt. Die hiebei registrierten Werte sind in Fig. 5 als Kurven dargestellt.
Beispiel 3 : Eine zum Gefrieren von 226, 7 kg Nahrungsmitteln je Stunde bestimmte Gefriervorrichtung ähnlich derjenigen gemäss Fig. l wird verwendet, um Erbsen, Limabohnen, Karottenwürfel und Erdbeeren mit Hilfe von Dichlordifluormethan als Kühlmittel einzufrieren. Gleichwertige Teile der Gefriervorrichtung haben die gleiche Grösse wie die entsprechenden Teile der in Fig. 1 abgebildeten Gefriervorrichtung mit dem Unterschied, dass der Eintritts- und der Austrittsbereich nicht erhöht sind und die'Gefrierpfanne erheblich länger ist. Die Vorrichtung enthält nur die in Fig. 1 dargestellten Teile. Der Kühlmittelverlust bei diesen Gefriervorgängen beträgt im Mittel 3,5 kg auf je 100 kg Gefriergut.
Bei s pie I 4 : Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden Spargelkohl, Blumenkohl, Pommes frites, Fischstäbchen und Hühnerstücke eingefroren. Das gefrorene Gut wird durch eine Kühlkammer gefördert, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Im allgemeinen hat die gefrorene Nahrungsmittelschicht eine Dicke von 7, 62 cm.
Durch 30 sec langes Ausspülen mit Dichlordifluormethandampf, der eine Strömungsgeschwindigkeit von 76, 2 cm/sec aufweist und auf-1 C erwärmt worden ist, wird die Menge des restlichen Kühlmittels in den Nahrungsmitteln bedeutend herabgesetzt. In den Hühnerstücken wird die Kühlmittelmenge von 4 bis 5 Gew.-% auf 0,4 bis 0,5 Gew.-% und bei dem Spargelkohl auf 0, 1 bis 0,2 Gew. -0/0 vermindert.
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