DE102007022113A1

DE102007022113A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Objekten

Info

Publication number: DE102007022113A1
Application number: DE102007022113A
Authority: DE
Inventors: Robert Ian Taylor
Original assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-13
Also published as: WO2008138791A2; WO2008138791A3; EP2147268A2; US20100300121A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen von Objekten (5), bei dem die Objekte (5) in mindestens eine Rinne (2), die von einem ersten Strom (4) eines ersten Kühlmittels durchströmt wird, gegeben werden, wobei die Rinne (2) von einem zweiten Strom (21) eines zweiten Kühlmittels (25) gekühlt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Strom (4) von einer ersten Kühlmittelfördereinheit (3) und der zweite Strom (21) von einer zweiten Kühlmittelfördereinheit (23) gespeist wird. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zum Kühlen von Objekten (5) erlauben eine einfache und effektive Kühlung, insbesondere ein zumindest teilweises Gefrieren der Objekte (5), indem ein zweiter Strom (21) eines zweiten Kühlmittels (25) durch einen Kühlkanal (20) strömen kann, welcher so ausgebildet ist, dass eine Kühlung einer Rinne (2), durch die ein erster Strom (4) eines ersten Kühlmittels strömen kann, welcher die entsprechenden Objekte (5) mit sich trägt, erfolgen kann. In vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem zweiten Strom (21) eines zweiten Kühlmittels (25) um einen hochreinen Kühlmittelstrom, der insbesondere im Wesentlichen reinen flüssigen Stickstoff umfasst. Unter hochrein wird in diesem Zusammenhang insbe zweiten Kühlmittels (25) keine Objekte (5) bzw. Reste von Objekten (5) oder sonstige Verunreinigungen mit sich trägt. Hierdurch bleibt der Kühlkanal (20) sauber und muss nicht aufwändig ...

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Objekten, die insbesondere zum zumindest teilweisen Gefrieren von Objekten eingesetzt werden können. Bevorzugter Einsatzbereich dieser Erfindung ist in das Gefrieren von flüssigen und/oder pastösen Stoffen, beispielsweise in der und/oder für die Lebensmittelindustrie.
Vorrichtung zum Kühlen und insbesondere zum Gefrieren von Flüssigkeiten sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der US 4,843,840 bekannt. Hierbei wird die zu gefrierende Flüssigkeit in einen Strom Stickstoff eingetropft, der sich über eine schiefe Ebene in einer Rinne nach unten bewegt. Hierbei gefriert die Flüssigkeit zumindest außenseitig, nach Verlassen dieser Rinne wird der Stickstoff von den gefrorenen Teilchen getrennt und daran anschließend zum Kühlen der Rinne eingesetzt.
Insbesondere beim Kühlen bzw. Gefrieren von Lebensmitteln sind hierbei hohe Hygieneansprüche zu erfüllen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen weisen als Nachteil auf, dass die Rinne beispielsweise unterseitig durch einen Strom von Stickstoff gekühlt wird, welcher kleine Partikel der zu gefrierenden Flüssigkeiten enthält. Diese verschmutzen den entsprechenden Kühlkanal und können auch zu Einengungen oder Verstopfungen des Kühlkanals führen. Solche Einengungen beeinträchtigen den Strom des Kühlmittels durch den Kühlkanal, so dass es zu ungleichen Kühlbedingungen über die Länge der Rinne kommen kann. Dies beeinflusst das Gefrierverhalten negativ, es liegen keine reproduzierbaren Gefrierergebnisse vor. Zudem erfordert dies eine aufwändige Reinigung des Kühlkanals. Da dieser oftmals nicht mechanisch offen zugänglich ist, ist hier eine aufwändige chemische Reinigung erforderlich. Diese ist zeit- und kostenintensiv.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Objekten vorzuschlagen, bei denen längere Laufzeiten und geringere Wartungszeiten ermöglicht werden und insbesondere eine Verschmutzung des Kühlkanals vermieden wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen von Objekten, bei dem die Objekte in mindestens eine Rinne, die von einem ersten Strom eines ersten Kühlmittels durchströmt wird, gegeben werden, wobei die Rinne von einem zweiten Strom eines zweiten Kühlmittels gekühlt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Strom von einer ersten Kühlmittelfördereinheit und der zweite Strom von einer zweiten Kühlmittelfordereinheit gespeist wird.
Insbesondere sind die beiden Kühlmittelfördereinheiten stromaufwärts der jeweiligen Zuführung zur Rinne und zu dem zur Kühlung der Rinne ausgebildeten Kühlkanal nicht miteinander verbunden sind. Das bedeutet insbesondere, dass der zweite Strom des zweiten Kühlmittels zwar nach Durchströmen des Kühlkanals in den ersten Strom des ersten Kühlmittels münden kann, das jedoch nicht der mit den zu kühlenden Objekten in Kontakt stehende erste Strom eines ersten Kühlmittels mit dem zweiten Strom des zweiten Kühlmittels vermischt wird. Dies führt dazu, dass es bei der Kühlung der Rinne durch den zweiten Strom nicht zu einer Verunreinigung des entsprechenden Kühlkanals kommen kann. Als zweites Kühlmittel wird bevorzugt flüssiger Stickstoff eingesetzt, der weniger als 0,1 Gew.-% Verunreinigungen wie Schwebestoffe oder ähnliches umfasst. Bevorzugt wird reiner flüssiger Stickstoff eingesetzt. Das erste Kühlmittel umfasst bevorzugt Stickstoff. Dieser wird weiterhin bevorzugt als flüssiger Stickstoff zugegeben und verdampft beim Durchströmen der Rinne zumindest teilweise. Weiterhin kann der erste Strom Verunreinigungen, beispielsweise durch Rückstande der zu kühlenden/gefrierenden Objekte umfassen. Aufgrund des oft im Kreislauf betriebenen Kühlverfahrens finden sich stets Reste der zu kühlenden Objekte oder einige zu kühlenden Objekte, Splitter von zu kühlenden Objekten oder ähnliches in diesem ersten Kühlmittel, so dass dieses üblicherweise weniger rein als das zweite Kühlmittel ist. Da jedoch die Rinne bevorzugt zumindest in Teilbereichen offen ausgebildet ist, kann diese durch preiswerte und einfache mechanische Verfahren gereinigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste Kühlmittel nach Durchströmen der Rinne in einem Sumpf aufgefangen, nachdem es von den Objekten getrennt wurde.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Wieder- bzw. Weiterverwendung des ersten Kühlmittels. Insbesondere kann das erste Kühlmittel beziehungsweise der erste Strom des ersten Kühlmittels als Kreislauf die Rinne durchströmen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die erste Kühlmittelfördereinheit den Sumpf.
Das heißt, dass der erste Strom eines ersten Kühlmittels bevorzugt zumindest teilweise, insbesondere vollständig aus dem Sumpf gespeist wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zweite Kühlmittel nach dem Kühlen der Rinne dem Sumpf zugeführt.
Dies führt zu einer Speisung des ersten Stroms aus dem zweiten Strom, durch den in vorteilhafter Weise beim Kühlen der Objekte entstehende Verdampfungsverluste des ersten Stroms ausgeglichen werden können. Bei entsprechender Verfahrungsführung ist es so besonders vorteilhaft möglich, dass der zweite Strom und der erste Strom jeweils so eingestellt werden, dass der zweite Strom durch Zuführung in den Sumpf nach Kühlen der Rinne gerade ausreichend ist, die Verdampfungsverluste des ersten Stroms des ersten Kühlmittels auszugleichen. Insbesondere ist es dann vorteilhaft, wenn es sich bei beiden Kühlmitteln um flüssigen Stickstoff handelt.
Gemäß einer weitern vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die Richtung des ersten Stroms und des zweiten Stroms im Wesentlichen entgegengesetzt.
Dies bewirkt eine besonders hohe Kühleffektivität, da die Objekte in einer ersten Richtung gekühlt werden und der Kühlbedarf durch den zweiten Strom gedeckt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens strömt der zweite Strom unterhalb der Rinne.
Dies ermöglicht eine sehr einfache Ausgestaltung der Rinne, da diese als Oberseite eines beispielsweise metallischen Bauteils ausgebildet sein kann, durch das der zweite Strom hindurch geführt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der zweite Strom des zweiten Kühlmittels mit einem Druck von höchstens 0,2 bar in den Kühlkanal eingespeist.
Dies ermöglicht einen Betrieb des zweiten Stroms lediglich aufgrund dieses Druckes, der üblicherweise groß genug ist, dass einerseits der zweite Strom aufrechterhalten werden kann und anderseits eine genügend große Kühlleistung erreicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Strom des zweiten Kühlmittels mit einem solchen Druck in den Kühlkanal gespeist, dass der zweite Strom aufrechterhalten werden kann.
Dies ermöglicht einen Betrieb des zweiten Stroms ohne die Ausbildung weiterer Bauteile, wie beispielsweise Fördermittel, die einen zweiten Strom gewährleisten können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Kühlen von Objekten vorgeschlagen, die mindestens eine Rinne umfasst, die mit einer ersten Kühlmittelfördereinheit so verbindbar ist, dass ein erster Strom eines ersten Kühlmittels durch die Rinne strömen kann. Weiterhin sind Mittel zum Einbringen der Objekte in den ersten Strom ausgebildet. Die Rinne weist einen Kühlkanal auf, welcher mit einer zweiten Kühlmittelfördereinheit so verbindbar ist, dass ein zweiter Strom eines zweiten Kühlmittels durch den Kühlkanal strömen kann.
Dies erlaubt es insbesondere, einen im Wesentlichen reinen Strom eines zweiten Kühlmittels als zweiten Strom zur Kühlung der Rinne durch den Kühlkanal strömen zu lassen. Der erste Strom eines ersten Kühlmittels wird durch den Kontakt der Objekte oftmals verunreinigt, da Teile, Splitter oder die Objekte selber in diesem mitgetragen werden. Oftmals ist auch nur eine ungenügende Trennung von Objekten und erstem Strom unmöglich, so dass es sukzessive zu einer Verunreinigung des ersten Stromes eines ersten Kühlmittels kommt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Rinne zumindest teilweise von mindestens einer Wand begrenzt, wobei auf einer der Rinne gegenüberliegenden Seite der Kühlkanal ausgebildet ist.
Insbesondere können mehrere Rinnen einen gemeinsamen Kühlkanal aufweisen. Grundsätzlich kann hierbei die Wand als eine zumindest in Teilbereichen im Querschnitt wellenartig gebogenen Band aus Metall ausgebildet sein, die die mindestens eine Rinne bildet. Bevorzugt wird die Wand aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 15 W/mK (Watt pro Meter und Kelvin) bis 25 W/mK, bevorzugt 18 bis 22 W/mK ausgebildet.
Diese Wärmeleitfähigkeiten haben sich als besonders vorteilhaft zur Realisierung einer effektiven Kühlung der Rinne erwiesen. Bevorzugt ist dabei die Wand aus einem Metall ausgebildet.
Insbesondere ist mindestens eines der folgenden Bauteile:

a) die Rinne
b) die Wand

i) Edelstahl;
ii) Aluminium;
iii) Kupfer;
iv) Titan;
v) einem austenitischen Edelstahl;
vi) ein Edelstahl vom Typ 316 (gemäß AISI).

Diese Materialien haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Beispielsweise kann mittels Aluminium eine sehr leichte Ausgestaltung der Rinne, der Wand und/oder des Kühlkanals erreicht werden. Edelstahl hat sich insbesondere in der Lebensmittelindustrie als vorteilhaft erwiesen, da sich hier eine Oberfläche der Rinne und/oder des Kühlkanals ergibt, die üblicherweise nicht zu Reaktionen mit den zu gefrierenden Objekten führt und die leicht zu reinigen ist. Bevorzugt ist hierbei eine Ausgestaltung aus Edelstahl vom Typ 316 nach AISI (American Iron and Steel Institute), der austenitische Chrom-Nickel-Stähle mit einem Legierungsanteil von Molybdän umfasst. Unter einem austenitischen Edelstahl wird ein Edelstahl verstanden, der bis zu 0,15 Gew.-% Kohlenstoff, mindestens 16 Gew.-% Chrom und Nickel und/oder Mangan als Legierungselemente enthält.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Rinne zumindest in Teilbereichen einen offenen Querschnitt auf.
Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Rinne in diesen Teilbereiche frei mechanisch zugänglich ist, beispielsweise durch beziehungsweise mit einer Bürste oder ähnlichem. Dies ermöglicht vorteilhafter Weise eine mechanische Reinigung der Rinne, welches insbesondere bei einem Wechsel der zu gefrierenden Objekte von Vorteil ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Kühlkanal einen im Wesentlichen geschlossenen insbesondere vollständig geschlossenen Querschnitt auf. Dies minimiert Verlust an zweitem Kühlmittel durch Verdampfung und erlaubt die thermische Isolierung von Bereichen des Kühlkanals, die nicht der Rinne zugewandt sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Rinne zu einer Waagerechten geneigt ausgebildet. Bevorzugt liegt die Neigung hier in einem Bereich von 6 Millimeter pro Meter oder weniger, insbesondere im Bereich von 3 Millimeter pro Meter oder weniger.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mittel zum Einbringen der Objekte, die beispielsweise einen Tropfengeber zum Eintropfen der flüssigen und/oder pastösen Masse in den ersten Strom umfassen, an einem oder benachbart zu einem ersten längseitigen Ende der Rinne ausgebildet. Dies erlaubt es, im Wesentlichen die gesamten Rinne oder die gesamten Rinnen in voller Länge zum Kühlen oder Gefrieren der Objekte zu nutzen. Weiterhin sind bevorzugt Mittel zum Trennen der Objekte vom ersten Kühlmittelstrom ausgebildet, insbesondere an einem oder benachbart zu einem zweiten längsseitigen Ende der Rinne, wobei das zweite längsseitige Ende entgegengesetzt dem ersten längsseitigen Ende ausgebildet ist. Bei den Mitteln zum Trennen der Objekte vom ersten Kühlmittelstrom kann es sich beispielsweise um ein Sieb oder ähnliches handeln.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rinne so mit einem Sumpf verbunden, dass der erste Strom eines ersten Kühlmittels aus der Rinne in den Sumpf strömen kann.
Der Sumpf dient somit der Sammlung des ersten Kühlmittels, bevorzugt Stickstoff.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Kühlkanal so mit dem Sumpf verbindbar, dass der zweite Strom eines zweiten Kühlmittels nach Durchströmen des Kühlkanals in den Sumpf strömt.
So kann in vorteilhafter Weise der zweite Strom des zweiten Kühlmittels zum Speisen des ersten Stroms des ersten Kühlmittels genutzt werden, ohne dass es zu Verunreinigungen des Kühlkanals kommen kann. Bevorzugt kann dies so erfolgen, dass eventuelle Verdampfungsverluste des ersten Kühlmittels ausgeglichen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erste Kühlmittelfördereinheit mindestens eine archimedische Schraube umfasst.
Archimedische Schrauben haben sich als vorteilhaft zum Transport und zum Heben insbesondere von flüssigen Gasen wie beispielsweise flüssigem Stickstoff oder flüssigem Helium erwiesen. Insbesondere ist die archimedische Schraube so ausgebildet, dass sie ein erstes Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf fördern kann und so den ersten Strom des ersten Kühlmittels unterstützt oder gänzlich aufrecht erhält.
Bevorzugt umfasst die zweite Kühlmittelfördereinheit eine Kühlmittelquelle.
Unter einer Kühlmittelquelle wird hier eine Versorgungseinheit verstanden, die im Wesentlichen reines, bevorzugt vollständig reines zweites Kühlmittel zur Verfügung stellt, insbesondere mit weniger als 0,1 Gew.-% an Verunreinigungen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um reinen flüssigen Stickstoff. Die Kühlmittelquelle kann ein Leitungssystem und/oder ein Kühlmittelreservoir umfassen.
Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass die Kühlmittelquelle geeignet ist, einen solchen Druck des zweiten Kühlmittels im Kühlkanal zu gewährleisten, dass das zweite Kühlmittel den Kühlkanal aufgrund dieses Drucks durchströmen kann.
Insbesondere umfasst die Kühlmittelquelle ein Reservoir des zweiten Kühlmittels und/oder Fördermittel wie beispielweise mindestens eine Pumpe.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Druckausgleichsmittel in mindestens einem der folgenden Bauteile ausgebildet:

a) der Kühlmittelquelle und
b) der Zuleitung,

So können zeitliche Druckpulse weggedämpft werden, die ansonsten zu einer ungleichmäßigen Kühlleistung im Kühlkanal führen würden. Bevorzugt ist hierbei eine Ausgestaltung, bei der die Druckausgleichsmittel einen Druckausgleich basierend auf einer Rollmembran umfassen.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren erläuterten Details und Vorteile lassen sich in gleicher Weise auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen und anwenden und umgekehrt. Im Folgenden soll die Erfindung unter Verweis auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2: einen ersten Ausschnitt des Ausführungsbeispiels;
3: einen zweiten Ausschnitt des Ausführungsbeispiels;
4: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Zustand;
5: ein Detail des weiteren Ausführungsbeispiels in einem zweiten Zustand; und
6: ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Rinnen einen gemeinsamen Kühlkanal aufweisen.
1 zeigt eine schematische Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen von Objekten 5 im Längsschnitt. Die Vorrichtung 1 umfasst mindestens eine Rinne 2, die mit einer ersten Kühlmittelquelle 3 so verbindbar ist, dass ein erster Strom 4 eines ersten Kühlmittels durch die Rinne 2 strömen kann. Die zu kühlenden Objekte 5 stellen im vorliegenden Ausführungsbeispiel Tropfen einer zu gefrierenden pastösen oder flüssigen Masse dar, die durch einen Tropfenbildner 6 umfassende Mittel zum Einbringen der Objekte 5 in den ersten Strom 4 eingebracht werden, so dass die Rinne 2 von einem ersten Strom 4 eines ersten Kühlmittels durchströmt wird, in den die zu kühlenden Objekte 5 eingebracht sind und mit dem diese mitbewegt werden. Durch thermischen Kontakt der Objekte 5 mit dem Kühlmittel im ersten Strom 4 kühlen die Objekte 5 ab. Gleichzeitig erwärmt sich das erste Kühlmittel. Bei Verwendung von flüssigem Stickstoff als erstem Kühlmittel kann es zu einer zumindest teilweisen Verdampfung des Stickstoffs kommen.
Der Grad der erreichten Temperatur der Objekte 5 nach Durchströmen der Rinne 2 ist dabei abhängig von der Verweildauer in der Rinne 2, sowie der Temperatur des ersten Kühlmittels. Als erstes Kühlmittel kommt bevorzugt flüssiger Stickstoff zum Einsatz. Die Rinne 2 selbst wird unten im Detail anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Die erste Kühlmittelquelle 3 umfasst eine archimedische Schraube, mittels der flüssiger Stickstoff aus einem Stickstoffsumpf 7 förderbar ist. Objekte 5 im ersten Strom 4 bewegen sich mit diesem durch die Rinne 2. Nach Erreichen des Rinnenendes 8 werden der erste Strom 4 mit Objekten 5 auf die Trennungszuführung 9 gegeben, die das Gemisch aus erstem Strom 4 und Objekten 5 zum Produkttrenner 10 führen. Der Produkttrenner 10 ist Teil einer zweiten archimedischen Schraube 11. Durch diese zweite archimedische Schraube 11 wird ein Gemisch 12 aus Objekten 5 und Kaltgas geführt, welches durch die zumindest teilweise Verdampfung des flüssigen Stickstoffs entstanden ist. Der Produkttrenner 10 stellt dabei einen außenperforierten Bereich der zweiten archimedischen Schraube 11 dar, durch den aufgrund der wirkenden Fliehkraft und aufgrund der wirkenden Gravitationskraft der flüssige Stickstoff als erstes Kühlmittel aus der zweiten archimedischen Schraube 11 heraus und als Flüssigstickstoffstrom 13 in den Stickstoffsumpf 7 strömt. Am Ende der zweiten archimedischen Schraube 11 erfolgt eine Abführung eines Produktstroms 14, der die erfindungsgemäß gekühlten Objekte 5, insbesondere zumindest oberflächlich gefrorene Tropfen einer pastösen oder flüssigen Masse beispielsweise einer genieß- und/oder verzehrbaren Masse, enthält und eine Abführung eines Kaltgasstroms 15. Der Produktstrom 14 wird durch den Produktauslass 16 entnommen. Die gesamte Vorrichtung 1 ist in einem im Wesentlichen gasdichten Gehäuse 17 ausgebildet, welches das Austreten von verdampftem flüssigem Stickstoff verhindert, sowie eine thermische Isolation zur Reduktion des Kühlmittelverbrauchs darstellt. Weiterhin weist die Vorrichtung 1 zum Kühlen von Objekten 5 eine zweite Kühlmittelfördereinheit 23 auf. Die zweite Kühlmit telfördereinheit 23 umfasst eine Zuleitung 24, mittels derer zweites Kühlmittel 25 in den Kühlkanal leitbar ist. Hierzu ist die Zuleitung 24 mit einem nicht näher gezeigten Versorgungssystem für das zweite Kühlmittel 25, beispielsweise flüssigen Stickstoff, verbunden. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Tanksystem handeln, welches gegebenenfalls noch mit einer entsprechenden Fördereinheit mit einer Pumpe verbunden ist. Nach Durchströmen des Kühlkanals 20 verlässt das zweite Kühlmittel 25 den Kühlkanal 20 durch die Ableitung 26. Die Anbindung der Zuleitung 24 an den Kühlkanal 20 ist im Detail beispielhaft in 3 gezeigt. Die Anbindung der Ableitung 26 an den Kühlkanal 20 ist beispielhaft in 2 gezeigt.
Erfindungsgemäß strömt somit im Betrieb durch die Rinne der erste Strom des ersten Kühlmittels gemeinsam mit den zu kühlenden Objekten 5 während durch den Kühlkanal 20 der zweite Strom 21 des zweiten Kühlmittels 25 strömt. Hierbei wird der erste Strom 4 von einer ersten Kühlmittelfördereinheit 3 und der zweite Strom 21 von einer zweiten Kühlmittelfördereinheit 23 gespeist. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 haben den Vorteil, dass der zweite Strom 21 des zweiten Kühlmittels so gewählt werden kann, dass dieser höchsten Hygiene- und Sauberkeitsmaßstäben entspricht. Beispielsweise kann als zweites Kühlmittel reiner flüssiger Stickstoff gewählt werden. Da dieser zweite Strom von Stickstoff nicht mit den zu gefrierenden Objekten 5 in Kontakt kommt, wird dieser zweite Strom 21 auch nicht verschmutzt. Dies führt dazu, dass der Kühlkanal 20 im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, bei denen der Kühlkanal 20 von dem gleichen Kühlmittel wie die Rinne durchströmt wird, deutlich stärker verschmutzt wird und verblocken kann. Diese Verblockungen im Kühlkanal sind bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen nur sehr schwer aufzulösen, da eine Zugänglichkeit üblicherweise nicht gegeben ist. Dies erfordert einen zeitintensiven Einsatz von beispielsweise chemischen Reinigungsmitteln, die hohe Ausfallzeiten der entsprechenden Vorrichtun gen bedingen. Folglich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass hier längere Betriebszeiten und kürzere Wartungszeiten des Gerätes vorliegen und dass Hygienevorschriften viel leichter einzuhalten sind. Letzteres ist insbesondere beim Kühlen oder Gefrieren von Lebensmitteln von großer Bedeutung.
2 zeigt schematisch den zweiten Anbindungsbereich 28 im Detail. Es ist zu erkennen, wie der zweite Strom 21 des zweiten Kühlmittels 25 durch den Kühlkanal 20 strömt, um dann im Umlenkbereich 29 in die Ableitung 26 gelenkt zu werden. Der Kühlkanal 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf eine Unterseite 19 einer Wand 22 ausgebildet, während die Rinne 2 auf der Oberseite 18 der Wand 22 ausgebildet ist. Durch die Rinne 2 strömt der erste Strom 4 eines ersten Kühlmittels gemeinsam mit den hier nicht gezeigten zu gefrierenden Objekten 5.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des ersten Anbindungsbereich 27 schematisch im Detail. Die als Metallgewebeschlauch ausgebildete Zuleitung 24 ist in der Nähe des Rinnenendes 8 mit dem Kühlkanal 20 verbunden. Das zweite Kühlmittel 25 strömt durch die Zuleitung 24 in den Kühlkanal 20 und kühlt so die Rinne 2 von unten. Durch die Rinne 2 strömt der erste Strom 4 eines ersten Kühlmittels mit den zu kühlenden hier nicht gezeigten Objekten 5. Nach Erreichen des Rinnenendes, welches in Form eines Trichters 30 ausgeführt ist, wird der erste Strom 4 durch die Trennungszuführung 9 zum Produkttrenner 10 geführt.
4 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Kühlen von Objekten 5. Mit der Zuleitung 24 ist nunmehr eine Kühlmittelquelle 31 verbunden, die ein Kühlmittelreservoir 32 und ein Fördermittel 33 wie eine Pumpe umfasst. Weiterhin sind entsprechende den Durchfluss des Kühlmittels regelnde Ventile 34 mit entsprechenden Manometern 35 ausgebildet. Die zweite Kühlmittelfördereinheit 23 kann alternativ auch ohne Fördermittel, Ventile 34 und/oder Manometer 35 ausgebildet werden. Weiterhin umfasst die zweite Kühlmittelfördereinheit fakultative Druckausgleichsmittel 36. Diese umfassen eine Rollmembran 37, die gegen ein einstellbares Stellglied 38 beweglich ist. Durch Einstellung des Stellgliedes 38 kann die Kraft auf die Rollmembran 37 und damit der vorliegende Druck, um den herum ausgeglichen wird, eingestellt werden. Bei niedrigen vorliegenden Drücken hat die Rollmembran 37 beispielsweise eine Stellung entsprechend 4, während bei höheren Drücken eine Stellung entsprechend 5 vorliegen kann. Das Stellglied 38 kann beispielsweise durch eine Schraube verstellbar gegen eine Springfeder arbeitend ausgebildet sein.
Die Druckausgleichsmittel 36 können unabhängig von der genauen Ausbildung der Rinne 2 und den genauen Ausbildungen des Kühlkanals 20 und/oder der Rinne 2 ausgebildet sein.
6 zeigt schematisch eine Ausführungsform mehrerer Rinnen 2, die über einen gemeinsamen Kühlkanal 20 verfügen. Die Rinnen 2 sind dabei durch eine Wand 22 gebildet. Diese Wand ist aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, bevorzugt aus Edelstahl vom Typ 316 gemäß AISI ausgebildet. Um Verformungen dieser Wand 22 zu verhindern, sind Querschnittsstabilisatoren 39 ausgebildet. Der Kühlkanal 20 ist aus einem Basisbauteil 40 gebildet, welcher an einem Verbindungsbereich 41 mit der Wand 22 verbunden ist. Andere Formen der Rinne 2 sind möglich und erfindungsgemäß.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Kühlen von Objekten 5 erlauben eine einfache und effektive Kühlung insbesondere ein zumindest teilweises Gefrieren der Objekte 5, in dem ein zweiter Strom 21 eines zweiten Kühlmittels 25 durch einen Kühlkanal 20 strömen kann, welcher so ausgebildet ist, dass eine Kühlung einer Rinne 2, durch die ein erster Strom 4 ei nes ersten Kühlmittels strömen kann, welcher die entsprechenden Objekte 5 mit sich trägt, erfolgen kann. In vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem zweiten Strom 21 eines zweiten Kühlmittels 25 um einen hochreinen Kühlmittelstrom, der insbesondere im Wesentlichen reinen Stickstoff umfasst. Unter hochrein wird in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden, dass der zweite Strom 21 des zweiten Kühlmittels 25 keine Objekte 5 bzw. Reste von Objekten 5 oder sonstige Verunreinigungen mit sich trägt. Hierdurch bleibt der Kühlkanal 20 sauber und muss nicht aufwändig gereinigt werden. Bevorzugt wird der zweite Strom 21 des zweiten Kühlmittels 25 nach Durchströmen des Kühlkanals 20 mit dem ersten Strom 4 des ersten Kühlmittels zusammengeführt, beispielsweise in dem der zweite Strom 21 des Kühlmittels 25 in den Sumpf 7 eingeleitet wird.

1: Vorrichtung zum Kühlen von Objekten
2: Rinne
3: erste Kühlmittelfördereinheit
4: erster Strom
5: Objekt
6: Tropfenbildner
7: Stickstoffsumpf
8: Rinnenende
9: Trennungszuführung
10: Produkttrenner
11: zweite archimedische Schraube
12: Gemisch
13: Flüssigstickstoffstrom
14: Produktstrom
15: Kaltgasstrom
16: Produktauslass
17: Gehäuse
18: Oberseite
19: Unterseite
20: Kühlkanal
21: zweiter Strom
22: Wand
23: zweite Kühlmittelfördereinheit
24: Zuleitung
25: zweites Kühlmittel
26: Ableitung
27: erster Anbindungsbereich
28: zweiter Anbindungsbereich
29: Umlenkbereich
30: Trichter
31: Kühlmittelquelle
32: Kühlmittelreservoir
33: Fördermittel
34: Ventil
35: Manometer
36: Druckausgleichsmittel
37: Rollmembran
38: Stellglied
39: Querschnittsstabilisator
40: Basisbauteil
41: Verbindungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4843840 [0002]

Claims

Verfahren zum Kühlen von Objekten (5), bei dem die Objekte (5) in mindestens eine Rinne (2), die von einem ersten Strom (4) eines ersten Kühlmittels durchströmt wird, gegeben werden, wobei die Rinne (2) von einem zweiten Strom (21) eines zweiten Kühlmittels (25) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strom (4) von einer ersten Kühlmittelfördereinheit (3) und der zweite Strom (21) von einer zweiten Kühlmittelfördereinheit (23) gespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Kühlmittel nach Durchströmen der Rinne (2) in einem Sumpf (7) aufgefangen wird, nachdem es von den Objekten (5) getrennt wurde.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die erste Kühlmittelfördereinheit (3) den Sumpf (7) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das zweite Kühlmittel nach dem Kühlen der Rinne (2) dem Sumpf (7) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Richtung des ersten Stroms (4) und des zweiten Stroms (21) im wesentlichen entgegengesetzt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Strom (21) unterhalb der Rinne (2) strömt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Strom (21) des zweiten Kühlmittels (25) mit einem solchen Druck in den Kühlkanal (20) gespeist wird, dass der zweite Strom (21) aufrecht erhalten werden kann.
Vorrichtung (1) zum Kühlen von Objekten (5), umfassend mindestens eine Rinne (2), die mit einer ersten Kühlmittelfördereinheit (3) so verbindbar ist, dass ein erster Strom (4) eines ersten Kühlmittels durch die Rinne (2) strömen kann, wobei Mittel (6) zum Einbringen der Objekte (5) in den ersten Strom (4) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (2) einen Kühlkanal (20) aufweist, welcher mit einer zweiten Kühlmittelfördereinheit (23) so verbindbar ist, dass ein zweiter Strom (21) eines zweiten Kühlmittels (25) durch den Kühlkanal (20) strömen kann.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, bei der die Rinne (2) zumindest teilweise von mindestens einer Wand (22) begrenzt ist, wobei auf einer der Rinne (2) gegenüber liegenden Seite (19) der Kühlkanal (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der mindestens eines der folgenden Bauteile a) die Rinne (2); b) die Wand (22); und c) der Kühlkanal (20) aus mindestens einem der folgenden Werkstoffe ausgebildet sind: i) Edelstahl; ii) Aluminium; iii) Kupfer; iv) Titan; v) einem austenitischen Edelstahl; und vi) einem austenitischen Edelstahl vom Typ 316 (gemäß AISI).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Rinne (2) zumindest in Teilbereichen einen offenen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der der Kühlkanal (20) zumindest in Teilbereichen einen geschlossenen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der die Rinne (2) so mit einem Sumpf (7) verbunden ist, dass der erste Strom (4) eines ersten Kühlmittels aus der Rinne (2) in den Sumpf (7) strömen kann.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, bei der der Kühlkanal (20) so mit dem Sumpf (7) verbindbar ist, dass der zweite Strom (21) eines zweiten Kühlmittels (25) nach Durchströmen des Kühlkanals (20) in den Sumpf (7) strömt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei der die zweite Kühlmittelfördereinheit (23) eine Kühlmittelquelle (31) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, bei der die Kühlmittelquelle (31) geeignet ist, einen solchen Druck des zweiten Kühlmittels (25) im Kühlkanal (20) zu gewährleisten, dass das zweite Kühlmittel (25) den Kühlkanal (20) aufgrund dieses Druckes durchströmen kann.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, bei der Druckausgleichsmittel (36) in mindestens einem der folgenden Bauteile ausgebildet sind a) der Kühlmittelquelle (31) und b) der Zuleitung (24), die einen gleichmäßigen Druck des zweiten Kühlmittels (25) im Kühlkanal (20) unabhängig von einem Druck des zweiten Kühlmittels (25) stromaufwärts der Druckausgleichsmittel (36) gewährleisten.