CH365274A - Verfahren zum Tiefkühlen von in Behältern enthaltenen Waren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  Verfahren zum Tiefkühlen von in Behältern enthaltenen Waren  und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens    Das vorliegende Patent betrifft ein     Verfahren     zum Tiefkühlen von in Behältern enthaltenen Waren,  insbesondere zum     Tiefkühlen    von bei normaler Tem  peratur leicht verderblichen     Nahrungsmitteln    und  Getränken oder von zur Zubereitung von solchen be  stimmten Produkten. Beispiele solcher Waren sind  Eiweiss, Eidotter, Säfte und     Purees    aus Früchten  (Beeren,     Citrusfrüchten,    Tomaten, Äpfeln usw.),  Gemüsen oder Fleisch sowie Milchprodukte usw.  Durch das Tiefkühlen werden solche Waren in     eine     in tiefgekühlten Räumen bzw.

   Fahrzeugen Lager- und  transportfähige Form gebracht, wobei das     in    der  Ware enthaltene Wasser gefriert.  



  Es ist bekannt, solche in Behältern enthaltene  Waren auf einem Förderband in einem Tunnel mit  tels eines Stromes     vorgängig    auf tiefe Temperatur,  z. B. auf -40  C, gekühlter Luft     tiefzukühlen.    Dieses  Verfahren erfordert eine umfangreiche und kostspie  lige Apparatur und wegen der schlechten Kälteüber  tragung durch die Luft auch lange Zeit; so dauert  bei Anwendung dieses Verfahrens das Kühlen  von Eiweiss oder Eidottern in Behältern von  25 X 25 X 35 cm auf -18  C bis     zu    60 Stunden.

    Es ist auch bekannt, die die Ware enthaltenden Be  hälter in eine hochkonzentrierte,     tiefgekühlte    Sole  einzutauchen; von dieser bleiben an den Behältern  leicht Tröpfchen haften, welche mit der Zeit die  Behälterwände     durchätzen    und     die    Ware verunreini  gen können.

   Die für das rasche Gefrieren offener  Flüssigkeit zu unverpackten Blöcken bewährte Tief  kühlung in Zellen, die     unmittelbar    von einem     Ver-          dampfungsraum    umgeben sind, in welchem ein Kälte  mittel verdampft wird, konnte bisher für     in    Behäl  tern enthaltene Ware nicht in Frage     kommen,

      weil  sich eine direkte Berührung der Behälterwände mit  den     Zellenmantelwänden        praktisch    nicht bewerk-         stelligen    lässt und ohne diese Berührung der Wärme  übergang     zwischen    Ware und verdampfendem     Kälte-          mittel        völlig    unzureichend wäre.  



  Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung  bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. Es ist da  durch gekennzeichnet, dass in mindestens einer     Ge-          frierzelle        ein    mit solcher Ware gefüllter Behälter  derart angeordnet wird, dass zwischen Flächen der  Gefrierzelle und des Behälters ein Zwischenraum  verbleibt, dass dieser Zwischenraum     mit    einer Flüs  sigkeit gefüllt wird, deren Wärmeleitfähigkeit im ge  frorenen Zustand grösser ist als diejenige ruhender  Luft, dass die Flüssigkeit zum Gefrieren gebracht und  über die so gefrorene Flüssigkeit der im Behälter  enthaltenen Ware Wärme entzogen wird,

   und dass  hierauf die gefrorene Flüssigkeit wieder aufgetaut  und der Behälter von der Gefrierzelle weggenommen       wird.     



  Das Patent betrifft ferner eine     Einrichtung    zur  Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekenn  zeichnet ist, dass sie mindestens eine Gefrierzelle     mit     einem     Verdampfungsraum    für Kältemittel sowie Mit  tel     aufweist,    um diesem     Verdampfungsraum    wechsel  weise- flüssiges     Kältemittel    zu- und von ihm ver  dampftes Kältemittel abzuführen bzw.     ihm    warmes  gasförmiges     Kältemittel    zu- und von ihm     flüssiges     Kältemittel abzuführen.

      Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise eine  Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens;       gleichzeitig    stellt sie eine Ausführungsform der eben  falls     zur    Erfindung gehörenden     Einrichtung        zur     Durchführung des Verfahrens dar.  



       Fig.    1 stellt einen Teil der Einrichtung während  des     Tiefkühlens    eines Behälters und dessen Inhaltes  im Vertikalschnitt dar, und           Fig.    2 zeigt, ebenfalls im Vertikalschnitt, die  Einrichtung während der Entnahme eines tiefgekühl  ten Behälters aus einer Gefrierzelle.  



  In diesen Figuren bezeichnet 1 prismatische       Gefrierzellen    von rechteckigem Horizontalschnitt mit  aufrechten Mantelwänden la. Die Einrichtung kann  eine     Gefrierzelle    oder eine grosse Zahl solcher     Ge-          frierzellen    umfassen. Die vorliegende Ausführungs  form besitzt mehrere Gefrierzellen, doch ist in der  Zeichnung nur eine von ihnen ganz und eine benach  barte teilweise dargestellt. Auf der Aussenseite der  Mantelwände la der Zellen ist ein mehreren Zellen  gemeinsamer geschlossener     Kältemittelverdampfungs-          raum        1b    angeordnet.

   Ferner ragt in jede Zelle von  oben ein rohrförmiger     Kältemtitelverdampfer    hin  ein, der sich fast über die ganze Höhe der Zelle  erstreckt. Dieser Verdampfer besteht aus     einem     unten offenen engen Zuführungsrohr 2 für flüssiges  Kältemittel und     einem    dieses     Zuführungsrohr    2 um  gebenden Mantelrohr 3, das unten geschlossen und  oben über einen nicht dargestellten     Flüssigkeitsab-          scheider    an die Saugseite des ebenfalls nicht darge  stellten     Kältemittelkompressors    einer Kälteanlage an  geschlossen ist.

   Der äussere     Kältemittelverdampfungs-          raum    1 b ist oben über eine Leitung 4 mit dem Man  telrohr 3 verbunden und unten an eine Leitung 5  für     flüssiges    Kältemittel angeschlossen; diese führt  zweckmässig in einen nicht dargestellten Ausgleichs  behälter, der flüssiges Kältemittel nach Bedarf aus  dem äusseren     Verdampfungsraum        1b    aufnehmen oder  an diesen abgeben kann und der seinerseits über  den Flüssigkeitssammler des     Flüssigkeitsabscheiders     mit dem Kondensator der Kälteanlage in Verbindung  steht.  



  Die     einzelnen    Gefrierzellen 1 sind offen und  werden unten durch je einen schwenkbaren Boden  7 aus gut wärmeleitendem Material, z. B. Aluminium,  abgeschlossen. Nebeneinander angeordnete     Gefrier-          zellen    1 stehen an ihren untern Enden durch je  einen     Durchlass    6 miteinander in Verbindung, der  oben durch ein zwischen den einander gegenüber  stehenden Mantelwänden der beiden Zellen einge  schweisstes kurzes     rinnenförmiges    Stück (nicht näher  bezeichnet) begrenzt und vom     Verdampfungsraum        1b     getrennt ist, unten jedoch durch je     einen    Teil der  schwenkbaren Böden 7 beider Zellen begrenzt ist.  



  Jeder der Zellenböden 7 weist auf seiner Innen  seite eine Erhöhung 8 auf.  



  Im nachstehend erläuterten Anwendungsbeispiel  soll ein zunächst in breiiger oder     flüssiger    Form vor  liegendes Produkt 11, z. B. Eidotter, das in prisma  tischen Behältern 11a enthalten ist, auf eine Tempe  ratur tiefgekühlt werden, die erheblich unterhalb des  Gefrierpunktes der     wässrigen    Bestandteile des Pro  duktes liegt, z. B. auf     -18 C.    Jeder Behälter 11a  ist so bemessen, dass er mit einigen Millimetern seit  lichem Spiel in eine der Zellen 1 passt und oben  durch einen festen Deckel     llb    abgeschlossen ist,  der eine ihrerseits durch einen nicht dargestellten be  weglichen Deckel verschliessbare runde     Öffnung    11c    aufweist.

   Der Behälter     lla    kann beispielsweise aus  dünnem Blech, aus Kunststoffolie, aus paraffiniertem  Papier usw. bestehen. Im dargestellten Beispiel ist  er aussen mit einem Belag 10 aus einem Material  versehen, an welchem Eis nicht haftet, z. B. Skilack.  Zum Tiefkühlen des Produktes 11 geht man wie folgt    vor:  Man schiebt die das Produkt 11 enthaltenden  Behälter 11a bei nach unten aufgeklapptem Zellen  boden 7 von unten in je eine der Zellen 1. Hierauf  schwenkt man die Zellenböden 7 nach oben gegen  die untern Ränder der     Zellenmantelwände    1 a und  verriegelt sie an diesen mittels     eines    hierfür vorhan  denen, nicht dargestellten Verschlusses.

   Jeder Behäl  ter 11a ruht dann auf der Erhöhung 8 des betreffen  den Zellenbodens 7, und der rohrförmige Kälte  mittelverdampfer 2, 3 taucht durch die Behälteröff  nung 11c bis nahe an den Behälterboden 11d in  das Produkt 11 ein. Zwischen dem Behälterboden       lld    und den nicht erhöhten Teilen der Innenfläche  des Zellenbodens 7 sowie zwischen dem Behälter  mantel und den     Zellenmantelwänden    la sind Zwi  schenräume 9, 9a von einigen Millimetern vorhan  den, die von Zelle zu Zelle durch die Durchlässe 6  miteinander kommunizieren. Nun wird das Innenrohr  2 des rohrförmigen     Kältemittelverdampfers    mit flüs  sigem Kältemittel aus der Kälteanlage beschickt.

   Die  ses Kältemittel verdampft unter Wärmeaufnahme im  Mantelrohr 3 des Verdampfers, wobei der entstan  dene feuchte     Kältemitteldampf    teils nach dem     Flüs-          sigkeitsabscheider    der Kälteanlage, teils durch das  Rohr 4 nach dem äusseren     Verdampfungsraum    1 b  strömt. In diesem ist gleichzeitig durch das Rohr 5  flüssiges Kältemittel bis zu     einem    gewissen     .Spiegel     eingeführt worden und verdampft ebenfalls unter  Wärmeaufnahme; der relativ trockene Dampf zieht  durch die Leitungen 4 und 3 ab.  



  Gleichzeitig mit dem Einschalten der Kältemittel  zufuhr zu den     Verdampfungsräumen    wird durch das  obere offene Ende der Gefrierzellen 1 in die erwähn  ten, von jedem Behälter 11a, den     Zellenmantelwän-          den    la und dem Zellenboden 7 begrenzten Zwischen  räume 9, 9a Wasser eingefüllt, bis dessen Spiegel       wenig    unterhalb des oberen Endes jedes Behälters  11a steht.

   Infolge des Wärmeentzuges durch das  im äusseren     Verdampfungsraum        1b    verdampfende  Kältemittel gefriert dieses Wasser sofort zu Eis,  wobei es sich ausdehnt, so dass das Eis guten wärme  leitenden Kontakt mit den Behälter- und     Zellenman-          telwänden    erhält.

   Das Eis bildet dann eine relativ  gut wärmeleitende Verbindung, deren Wärmeleit  fähigkeit     rund    das Hundertfache derjenigen ruhender  Luft beträgt, zwischen dem Behälter und dem Zellen  mantel sowie zwischen dem Behälterboden 11d und  dem gut wärmeleitenden Zellenboden 7 und somit  zwischen dem Produkt 11 und dem verdampfenden  Kältemittel im äusseren     Verdampfungsraum        1b.     Gleichzeitig wird dem Produkt auch Wärme durch  das im Mantelrohr 3 des rohrförmigen Verdampfers  verdampfende Kältemittel entzogen. Das Produkt wird      somit stark abgekühlt, wobei seine     wässrigen    Bestand  teile ebenfalls gefrieren.  



  Beim Gefrieren des in jeder Zelle 1 enthaltenen  Wassers wird der Boden 7 fest und dicht am untern  Teil der     Zellenmantelwände    festgefroren. Der Ver  schluss, mittels dessen der Zellenboden 7 verriegelt  wurde, kann dann gelöst werden.  



  Wenn das Produkt die gewünschte tiefe Tempe  ratur erreicht hat, wird der     Kältemittelkreislauf    der  art umgeschaltet, dass durch das Innenrohr 2 des     rohr-          förmigen    Verdampfers warmes gasförmiges Kälte  mittel in dessen Mantelrohr 3 und von da durch das  Rohr 4 in den äusseren     Verdampfungsraum        1b    strömt,  während das in letzterem noch enthaltene flüssige  Kältemittel durch die Leitung 5 in den Ausgleichs  behälter     abfliesst.    Dieses gasförmige Kältemittel kon  densiert unter Wärmeabgabe im Mantelrohr 3 und  im Raum     1b,

      wodurch das Produkt von der Ober  fläche des Mantelrohres 3 und das Eis von den     Zel-          lenmantelwänden    1a jeder Zelle abtaut. Dabei taut  auch der Zellenboden 7 von den     Zellenmantelwän-          den    la ab und klappt, da sein Verschluss bereits  früher gelöst wurde, nach unten.

   Jeder Behälter 11  gleitet dann samt der auf ihm in den Zwischenräu  men 9, 9a gebildeten Eisschicht 9b, 9c nach unten  aus der Zelle heraus; wenn der benachbarte Behälter  noch nicht ganz abgetaut ist und noch in seiner Zelle  bleibt, bricht das im     Durchlass    6 gebildete Eis     infolge     des Gewichtes des austretenden Behälters ab und der  an diesem verbleibende kurze Eisstutzen 6a behin  dert dessen Austreten nicht, weil der     Durchlass    6  nach dem Niederklappen des Zellenbodens 7 unten  offen ist.  



  Jeder aus seiner Zelle austretende Behälter wird  unmittelbar bei seinem     Austritt    durch eine nicht dar  gestellte gefederte Tischplatte aufgefangen. Die an  seiner     Aussenfläche    vorhandenen, wegen des Belages  10 schlecht haftenden Eisschichten 9b, 9c fallen von  selbst ab oder können mühelos weggeschlagen werden.  



  Einrichtungen mit einer grösseren Zahl von     Ge-          frierzellen    und einer einzigen gemeinsamen Kältean  lage sind zweckmässig in Batterien aufgeteilt, deren  jede mehrere Zellen mit einem gemeinsamen äusseren       Kältemittelverdampfungsraum    1b umfasst. Diese An  lagen werden mit Vorteil so betrieben, dass die Ar  beitszyklen für die einzelnen Batterien gegeneinan  der versetzt sind, indem     beispielsweise    von vier Bat  terien jeweils drei auf Gefrieren und eine auf Abtauen  geschaltet sind, also gleichzeitig flüssiges Kältemittel  in die     Verdampfungsräume    dieser drei Batterien und  warmes gasförmiges in die     Verdampfungsräume    der  vierten eingeführt wird.

   Die     Verdampfungsräume    der  auf Abtauen geschalteten Batterie wirken dann als  Kondensatoren für einen Teil des in der Kälteanlage  verdichteten Kältemittels und liefern flüssiges Kälte  mittel, das durch die     Leitungen    5 in die äusseren     Ver-          dampfungsräume        1b    der drei übrigen Batterien ein  geführt werden kann.  



  Die Verwendung eines besondern schwenkbaren  Bodens für jede einzelne Gefrierzelle erlaubt die    sofortige Entnahme der     @in    jeder Zelle tiefgekühlten  und abgetauten Behälter, ohne Rücksicht auf den  Fortschritt des     Abtauvorgangs    in andern Zellen der  gleichen Batterie. Es können aber auch zwei neben  einander angeordnete Zellen durch einen gemeinsa  men beweglichen Boden abgeschlossen werden. Das  erlaubt eine bessere Abdichtung des diese Zellen mit  einander verbindenden Durchlasses 6 nach unten, in  dem dort zwischen den Böden dieser Zellen keine  Fuge vorhanden ist.  



  Statt mit     einem    schwenkbaren Boden könnte jede  Zelle durch einen heb- und senkbaren Boden abge  schlossen werden. Ein solcher Boden könnte mit  einer beispielsweise hydraulischen Hebevorrichtung  ausgerüstet sein und würde erlauben, die gefüllten  Behälter mit grosser Schonung in die entsprechenden  Zellen     hineinzuheben    und die tiefgekühlten Behälter  nach dem Abtauen zu entnehmen.  



  Durch das Verfahren nach der     Erfindung    ist es  möglich, in Behältern von 25 X 25 X 35 cm Eiweiss  oder Eidotter in rund     zwei    Stunden auf     -18     C     zu     kühlen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Tiefkühlen von in Behältern enthaltenen Waren, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Gefrierzelle ein mit solcher Ware gefüllter Behälter derart angeordnet wird, dass zwi schen Flächen der Gefrierzelle und des Behälters ein Zwischenraum verbleibt, dass dieser Zwischen raum mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, deren Wärme leitfähigkeit im gefrorenen Zustande grösser ist als diejenige ruhender Luft, dass die Flüssigkeit zum Gefrieren gebracht und über die so gefrorene Flüssig keit der im Behälter enthaltenen Ware Wärme ent zogen wird,

   und dass hierauf die gefrorene Flüssig keit wieder aufgetaut und der Behälter von der Ge- frierzelle weggenommen wird. 1I. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Gefrierzelle mit einem Verdamp- fungsraum für Kältemittel sowie Mittel aufweist, um diesem Verdampfungsraum wechselweise flüssiges Kältemittel zu- und von ihm verdampftes Kältemittel abzuführen bzw. ihm warmes gasförmiges Kältemittel zu- und von ihm flüssiges Kältemittel abzuführen.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass als Flüssigkeit Wasser verwendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Flüssigkeit zum Gefrieren ge bracht und der Ware Wärme entzogen wird, indem in einem Verdampfungsraum der Gefrierzelle flüssiges Kältemittel verdampft wird, und dass die Flüssigkeit wieder aufgetaut wird, indem der Verdampfungs- raum mit warmem gasförmigem Kältemittel beschickt wird. 3.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ware zusätzlich Wärme ent- zogen wird, indem flüssiges Kältemittel ausser im Verdampfungsraum der Gefrierzelle gleichzeitig auch in einem bei der Einführung des Behälters in die Gefrierzelle in den Behälter zu liegen kommenden Kältemittelverdampfer verdampft wird. 4.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierzelle unten durch Anfrieren eines Abschlussorgans an die Zellenmantel wände abgeschlossen wird, so dass beim späteren Auftauen der Flüssigkeit dieses Abschlussorgan von den Mantelwänden gelöst und die Entnahme des Behälters nach unten ermöglicht wird. 5.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, unter Verwen dung mindestens zweier Gefrierzellen, dadurch gekenn zeichnet, dass aus demselben Kältemittelkreislauf gleich zeitig flüssiges Kältemittel in den Verdampfungsraum mindestens einer Gefrierzelle und warmes gasförmiges Kältemittel in den Verdampfungsraum mindestens einer andern Gefrierzelle eingeführt wird, so dass vom Kältemittel im erstgenannten Verdampfungsraum auf genommene Wärme im zweitgenannten Verdamp- fungsraum abgegeben wird. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Behälter vorgängig seines Einführens in die entsprechende Gefrierzelle mit einem Belag aus einem Material versehen wird, an welchem die gefrorene Flüssigkeit nicht haftet. 7. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierzelle mit aufrechten Mantelwänden in der Einrichtung angeordnet ist und dass auf ihrer Aussenseite der Kältemittelverdamp- fungsraum vorgesehen ist. B. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gefrierzelle von oben mindestens ein rohrförmiger Kältemittelverdampfer hineinragt.

   9. Einrichtung nach Patentanspruch Il, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierzelle durch einen Boden abgeschlossen werden kann, der auf seiner Innenseite mindestens eine Erhöhung aufweist, die dazu bestimmt ist, den Boden des Behälters zur Er möglichung des Zutritts von Flüssigkeit im Abstand von den nicht erhöhten Teilen der Innenfläche des Gefrierzellenbodens zu halten. 10. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierzelle durch einen zur Einführung und zur Entnahme des Behälters heb- und senkbaren Boden abgeschlossen werden kann. 11.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, mit min destens zwei Gefrierzellen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei nebeneinander angeordnete Gefrierzellen durch einen gemeinsamen beweglichen Boden abgeschlossen werden können. 12. Einrichtung nach Patentanspruch II, mit meh reren Gefrierzellen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei nebeneinander angeordnete Gefrier- zellen an ihren untern Enden durch einen Durchlass miteinander verbunden sind, um einen Ausgleich der Flüssigkeitsstände in diesen Zellen zu ermöglichen. 13.

   Einrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass während des Tief kühleis der Ware mindestens eines beweglichen Bo dens unten durch Teile begrenzt ist, der mindestens eine der beiden durch den Durchlass miteinander verbundenen Zellen begrenzt, das Ganze derart, dass der genannte bewegliche Boden den Austritt minde stens eines Teils der im Durchlass gefrorenen Flüssig keit gleichzeitig mit dem Austritt des in der letzt genannten Zelle befindlichen Behälters freigibt.