DE102015100140B3 - Verfahren und Anlage zur Kryo-Aufbereitung großer biologischer Massen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein energieeffizientes und ökologisches Verfahren und eine Anlage zur kryogenen Aufbereitung großer biologischer Massen. Hierzu wird in einen Kippbehälter (7) eingebrachtes biologisches Ausgangsmaterial (8) zuerst durch Sprühkühlung mit Flüssigstickstoff (LN2) und anschließend durch Badkühlung in Flüssigstickstoff (LN2) auf eine Temperatur unterhalb –150 °C abgekühlt. Das derart tiefgefrorene biologische Ausgangsmaterial (8) wird sodann durch Kippen des Kippbehälters (7) unmittelbar in eine Zerkleinerungseinheit (2) überführt, wo es zu Granulat zerkleinert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein energieeffizientes und ökologisches Verfahren und eine Anlage zur kryogenen Aufbereitung großer biologischer Massen.
• Der hierin verwendete Begriff „kryogene Aufbereitung“ (bzw. „Kryo-Aufbereitung“) bezeichnet eine Behandlung (eines biologischen Stoffes) bei sehr tiefen Temperaturen zum Zwecke der Vorbereitung auf nachfolgende Prozessschritte. Unter sehr tiefen Temperaturen werden hierbei Temperaturen unterhalb –150°C verstanden.
• Die Erfindung basiert auf einem Tieftemperaturprozess, wobei durch Kälteeinwirkung biologisches Gewebe versprödet, das danach mit mechanischen Mitteln zu einem trocknungsfähigen Granulat verarbeitet wird. Nach einer Gefriertrocknung kann das entstandene wasser- und keimarme Granulat z. B. in geringer Erdtiefe (50 cm) bestattet werden, sodass eine Kompostierung, also aerobe Zersetzung der Überreste, stattfinden kann.
• Die Anwendung einer kryogenen Aufbereitung bietet sich besonders bei der Beseitigung biologischen Materials aus Schlachtbetrieben, Tierarztpraxen oder Krankenhäusern an. Zudem kann es bei tierischen Bestattungen oder auch als eine alternative Form der menschlichen Bestattung (bekannt als „Promession“) Anwendung finden. Da Fremdstoffe, wie Amalgamfüllungen oder künstliche Gelenke, nach der kryogenen Aufbereitung entfernt werden können, gehen die Überreste etwa innerhalb eines Jahres vollständig in den natürlichen Kreislauf über.
• Theoretische Überlegungen zum Einsatz einer Tieftemperaturbehandlung für ökologische Bestattungsanwendungen werden bereits seit einigen Jahren angestellt. Ein Demonstrator, Funktionsmuster oder gar eine größere Anlage zur Durchführung einer energieeffizienten Kryo-Aufbereitung großer biologischer Massen ist allerdings noch nicht realisiert worden.
• Die kommerziell zur Verfügung stehenden kryogenen Mahlsysteme, die auch im Bereich der Kaltvermahlung elastischer oder wärmeempfindlicher Materialien, wie z. B. ölhaltiger Lebensmittel, eingesetzt werden, sind auf die Anwendung von biologischer Masse mit kleinen Abmessungen spezialisiert, die bei tiefen Temperaturen stark verspröden. Zur Vorkühlung des Mahlguts werden einfache Systeme wie Drehrohr- oder Wirbelschneckenkühler verwendet, weshalb das Ausgangsmaterial eine gewisse Feinheit in der Größenordnung weniger Zentimeter aufweisen muss, um die Kühleinheit durchlaufen zu können. Der anschließende Mahlprozess ist üblicherweise auf sehr kleine Zielfeinheiten optimiert.
• Im Gegensatz dazu sind einfache Kühlsysteme aufgrund der großen Abmessungen und ungünstigen thermischen Eigenschaften (kleine Wärmeleitfähigkeit der Oberfläche, große Wärmekapazität der Gesamtmasse) der zu verwertenden biologischen großen Massen für die kryogene Aufbereitung nicht geeignet. Außerdem sind die zur Granulierung des biologischen Materials aufzuwendenden Kräfte höher und dessen Abmessungen vor Eintritt in die Granulierungseinheit deutlich größer als bei den Systemen des Stands der Technik.
• In EP 1234151 B1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von organischem Material beschrieben, welches eine Perforation (d. h. Zerteilung in kleine Quader) von vorzugsweise gefrorenem Gewebe mit z. B. Hochdruck-Wasserstrahlen und die anschließende Gefriertrocknung umfasst. Das gefriergetrocknete Gewebe soll dann zur Zerkleinerung einem leichten mechanischen Schock ausgesetzt und in einem biologisch abbaubaren Sarg bestattet werden.
• In WO 2008/147292 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Kryobehandlung biologischen Materials beschrieben. Diese umfasst das Gefrieren, z. B. durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff (LN₂ – Liquid Nitrogen), des biologischen Materials, welches in einen Behälter aus einem mineralischen Füllmaterial und einem Polyolefinbinder gefüllt wurde, die anschließende mechanische Zerkleinerung des Behälters mitsamt dem tiefgefrorenen biologischen Material zur Produktion eines Granulats, das vor oder nach der Entfernung nicht-biologischer Stoffe gefriergetrocknet und bestattet wird. Als Möglichkeiten der mechanischen Behandlung werden die Anwendung von Ultraschall, Vibrationen, Pressdruck oder einer nicht näher spezifizierten mechanischen Erschütterung genannt.
• Für biologische Proben ist bekannt, dass die mechanischen Eigenschaften für eine Granulierung mit steigender Gefriergeschwindigkeit beim Abkühlen der Proben auf kryogene Temperaturen günstiger werden. Dem Abkühlvorgang kann jedoch das Leidenfrost-Phänomen entgegen wirken, bei dem aufgrund der Ausbildung einer schützenden Dampfschicht ein Wärmeübergang von dem zu kühlenden Material auf die Kühlflüssigkeit verhindert oder deutlich reduziert wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage und ein Verfahren zur automatisierbaren Kryo-Aufbereitung (d. h. Granulierung im tiefgefrorenen Zustand) großer Massen biologischer Ausgangsstoffe bereitzustellen, das kontinuierlich und effizient unter Schonung energetischer Ressourcen große Mengen an biologischem Ausgangsmaterial, z. B. für einen nachfolgenden Gefriertrocknungsprozess, aufbereiten kann, wobei ein schnelles Abkühlen auf kryogene Temperaturen unter Vermeidung des Leidenfrost-Effektes möglich sein soll.
• Die hierin verwendete Bezeichnung „große Massen“ schließt sowohl großstückige biologische Ausgangsstoffe als auch große Mengen an biologischen Ausgangsmaterialien ein. Unter biologischen Ausgangsstoffen bzw. biologischen Ausgangsmaterialien werden für eine Entsorgung vorgesehene, tierische, pflanzliche oder menschliche Überreste verstanden. Dies schließt z. B. Schlachtgut oder Tierkadaver ein.
• Für die Durchführung des nunmehr vorgeschlagenen Verfahrens sind erfindungsgemäß eine spezielle Gefrierkammer mit um eine Horizontalachse kippbarem Behälter (d. h. eine Lore bzw. Kipplore), im Folgenden als „Kippbehälter“ bezeichnet, und eine darunter positionierte, speziell angepasste mechanische Zerkleinerungseinheit (z. B. in Form eines Backenbrechers) vorgesehen.
• Bei der Durchführung des Verfahrens werden folgende Verfahrensschritte abgearbeitet: das Beladen der Gefrierkammer mit dem Kippbehälter, in welchen zuvor eine Menge eines biologischen Ausgangsstoffes eingefüllt wurde, wobei der biologische Ausgangsstoff vorzugsweise eine Temperatur oberhalb 0° C aufweist, anschließend das Kühlen des Kippbehälters bzw. des in diesem eingebrachten biologischen Ausgangsstoffs, hierauf folgt das Ausschütten des tiefgefrorenen biologischen Ausgangsstoffs in die Zerkleinerungseinheit, und schließlich das Zerkleinern des biologischen Ausgangsstoffs in der Zerkleinerungseinheit sowie das Ausfahren des Kippbehälters aus der Gefrierkammer zum Zwecke der Neubeladung.
• Diese Verfahrensschritte werden in einer zyklischen Abfolge immer wieder hintereinander durchgeführt, sodass große Massen des biologischen Ausgangsstoffes kontinuierlich (und ggf. vollautomatisch) kryogen aufbereitet werden können.
• Erfindungswesentlich beim Kühlen der biologischen Ausgangsstoffe auf eine kryogene Temperatur ist ein zu Beginn des Kühlvorganges durchgeführtes Besprühen des Ausgangsstoffs mit flüssigem Stickstoff.
• Die erfindungsgemäße Anlage zur Kryo-Aufbereitung des biologischen Ausgangsmaterials umfasst eine im Wesentlichen quaderförmige Gefrierkammer mit Kippbehälter und eine unterhalb der Gefrierkammer angeordnete Zerkleinerungseinheit.
• Die Gefrierkammer weist vier Seitenwände, eine Bodenplatte und eine Deckplatte auf. Außerdem weist die Gefrierkammer mindestens drei verschließbare Öffnungen auf, wobei eine erste Öffnung in einer ersten Seitenwand, eine zweite Öffnung in der der ersten Seitenwand gegenüberliegenden Seitenwand und eine dritte Öffnung in der Unterseite, d. h. in der Bodenplatte, eingebracht ist. Jede dieser drei Öffnungen ist mittels einer Tür verschließbar, wobei vorgesehen sein kann, dass die zweite Öffnung (d. h. diejenige in der zweiten Seitenwand) und die dritte Öffnung (d. h. diejenige in der Bodenplatte) von nur einer (d. h. gemeinsamen) Tür verschließbar sind, wobei diese Tür derart ausgebildet ist, dass im geschlossenen Zustand der Tür beide Öffnungen verdeckt bzw. abgedeckt sind.
• Im Folgenden wird die Tür zum Verschließen der ersten Öffnung in der ersten Seitenwand der Gefrierkammer als „Beladungstür“, und die Tür zum Verschließen der zweiten verschließbaren Öffnung als „Entladungstür“ bezeichnet.
• Die Seitenwände, die Boden- und Deckplatte sowie die Türen der Gefrierkammer sind thermisch isolierend oder aus thermisch isolierendem Material gefertigt. In bevorzugter Weise sind die Türen, die Seitenwände und die Boden- und Deckplatte doppelwandig ausgeführt, wobei die dadurch gebildeten Hohlräume evakuiert oder mit einem thermisch isolierenden Material, beispielsweise Perlit, verfüllt sind.
• Innerhalb der Gefrierkammer und mit der Beladungstür über ein Kipp- bzw. Drehgelenk mechanisch fest verbunden ist der Kippbehälter angeordnet. Das Drehgelenk ist mit einer Federung ausgestattet, sodass eine Kipp- bzw. Drehbewegung des Kippbehälters gefedert, d. h. langsam, erfolgt. Bei geschlossenem Zustand aller Türen kontaktiert der Kippbehälter außerdem die Entladungstür, wobei die Entladungstür, z. B. mittels eines Greifarms oder eines Vorsprungs, derart unter den Boden des Kippbehälters greift, dass dieser in einer horizontalen Position mit der offenen Seite nach oben fixiert ist. Der Kippbehälter kann hierzu z. B. an seiner Unterseite einen Läufer aufweisen, der z. B. auf einer an einem Vorsprung der Entladungstür befestigten Schiene bewegbar aufliegt.
• Außerdem weist die Gefrierkammer im Inneren im oberen Bereich mehrere, vorzugsweise fünf, separate Stickstoffleitungen für Flüssigstickstoff (LN₂) auf. An ihrem jeweiligen ersten Endbereich sind die Stickstoffleitungen mit einem Verteiler für Flüssigstickstoff verbunden, an ihrem jeweiligen zweiten Endbereich weisen die Stickstoffleitungen jeweils eine Auslass-Düse auf. Die offenen Düsenenden der Auslass- Düsen weisen in Richtung des Kippbehälters, wobei die Stickstoffleitungen bzw. deren Endbereiche mit den daran angeordneten Auslass-Düsen derart innerhalb der Gefrierkammer angeordnet sind, dass die jeweils aus den Düsen austretenden Strahlen des Flüssigstickstoffs unter unterschiedlichen Winkeln und an unterschiedlichen Positionen auf ein in den Kippbehälter eingebrachtes Ausgangsmaterial treffen.
• Bevorzugt sind die Auslass-Düsen derart gestaltet, dass ein kegelförmig ausgebildeter Flüssigstickstoff-Sprühnebel in Richtung des in den Kippbehälter eingebrachten biologischen Ausgangsmaterials geblasen wird.
• Der Verteiler für Flüssigstickstoff kann an der Deckplatte der Gefrierkammer innerhalb oder außerhalb derselben angeordnet sein und ist über eine weitere Leitung, im Folgenden als „Zuführleitung“ bezeichnet, mit einem Reservoir für Flüssigstickstoff verbunden. In vorteilhafter Weise ist diese Zuführleitung thermisch gegenüber der Umgebung isoliert.
• Die Gefrierkammer und/oder der Kippbehälter können weiterhin, beispielsweise in ihrem Innenraum, einen oder mehrere Sensoren, z. B. Temperatursensoren zur Messung einer Temperatur, aufweisen.
• Die Zerkleinerungseinheit, deren Zuführöffnung für zu zerkleinerndes Material direkt unterhalb der Öffnung in der Bodenplatte der Gefrierkammer angeordnet ist, ist ausgebildet, beispielsweise mittels Brechwerkzeugen, das zugeführte (gefrierharte) Material in ein Granulat mit einer Korngröße von weniger als 20 Zentimetern, vorzugsweise von höchstens 1 cm, zu zerkleinern, wobei, ausgehend von der zuvor erreichten Endtemperatur, eine Temperaturerhöhung des biologischen Materials beim Zerkleinerungsvorgang von weniger als 50 K auftritt.
• In vorteilhafter Weise ist die Zerkleinerungseinheit ein, z. B. aus dem Bergbau bekannter, Backenbrecher (auch Backenquetsche genannt).
• Erfindungsgemäß sind die Brechwerkzeuge der Zerkleinerungseinheit mit einer scharfkantigen Struktur versehen, sodass das biologische Material beim Anschlagen eines drehbar gelagerten Brechwerkzeuges nicht nach oben rutschen kann. Zudem wird das Brechwerkzeug, beispielsweise also die Brechbacken eines Backenbrechers, mit Flüssigstickstoff vorgekühlt und während des gesamten Zerkleinerungsprozesses auf einer tiefen – bevorzugt kryogenen – Temperatur gehalten, da bei zu warmen Brechbacken die Oberfläche der gefrorenen biologischen Masse schnell auftauen würde und folglich deren Härte für eine Zerkleinerung nicht mehr ausreichend wäre.
• Da die oben beschriebene, erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konzipiert ist, wird im Folgenden das Verfahren im Rahmen der mit der Anlage durchzuführenden Verfahrensschritte und unter Bezugnahme auf die Anlage beschrieben.
• Zum Befüllen des Kippbehälters mit dem biologischen Ausgangsmaterial wird dieser durch Öffnen der Beladungstür aus der Gefrierkammer herausgezogen, wobei er sich in einer waagerechten Position, d. h. mit der Öffnung nach oben ausgerichtet, befindet. Nachdem das biologische Ausgangsmaterial in den Kippbehälter eingebracht wurde, wird der Kippbehälter durch Schließen der Beladungstür in die Gefrierkammer eingefahren, wobei er sich weiterhin in einer waagerechten Position befindet. Danach wird das in dem Kippbehälter befindliche biologische Ausgangsmaterial durch Flüssigstickstoff abgekühlt. Hierzu wird ein Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, das den Zustrom von Flüssigstickstoff durch die in der Gefrierkammer angeordneten Stickstoffleitungen und die an den jeweiligen Endbereichen der Stickstoffleitungen angeordneten Düsen regelt, geöffnet. Der Flüssigstickstoff wird also vermittels der Düsen aus mehreren unterschiedlichen Richtungen und mit jeweils unterschiedlichem Winkel auf das biologische Ausgangsmaterial gesprüht. Diese Art der Kühlung wird als Sprühkühlung bezeichnet.
• Sobald das biologische Ausgangsmaterial (und die Umgebung bzw. der Kippbehälter) kalt genug sind, beginnt sich der auf das Ausgangsmaterial gesprühte Flüssigstickstoff in dem Kippbehälter zu sammeln. In diesem Moment geht die Sprühkühlung in eine Badkühlung über, d. h. das biologische Ausgangsmaterial wird nun durch Immersion in Flüssigstickstoff weiter gekühlt. Mit Hilfe eines in dem Kippbehälter angebrachten Füllstandsmessers (z. B. eine Phalanx von Temperatursensoren) zur Bestimmung eines Füllstands von Flüssigstickstoff in dem Kippbehälter wird der Flüssigkeitspegel in dem Kippbehälter bestimmt. Überschreitet der Füllstands-Pegel einen vorgegebenen oberen Grenzwert, wird das Ventil geschlossen, sodass die Zufuhr von Flüssigstickstoff gestoppt wird. Unterschreitet der Pegel im weiteren Abkühlungsprozess der Badkühlung einen vorgegebenen unteren Grenzwert, so wird durch Öffnen des Ventils wieder Flüssigstickstoff in den Kippbehälter nachgefüllt. Durch diese Steuerung kann der Stickstoffverbrauch minimiert werden.
• Über eine Verdampfungsrate des in dem Kippbehälter befindlichen Flüssigstickstoffs ist eine Abschätzung der Temperatur des in den Kippbehälter eingefüllten und abgekühlten biologischen Ausgangsmaterials möglich. Eine Bestimmung der Verdampfungsrate ist z. B. über die Messung der Füllstandsabnahme, d. h. der zeitlichen Abnahme des Flüssigstickstoffpegels in dem Kippbehälter, möglich.
• Hat das biologische Ausgangsmaterial eine Kerntemperatur von –150 °C unterschritten, wird das tiefgefrorene Ausgangsmaterial in die unterhalb der Gefrierkammer angeordnete Zerkleinerungseinheit verbracht. Hierzu wird bei gestoppter Flüssigstickstoffzufuhr, d. h. geschlossenem Ventil in der Zuführleitung, die Entladungstür der Gefrierkammer, mittels der der Kippbehälter, beispielsweise über eine Schiene, in seiner waagrechten Position fixiert wurde, aufgezogen. Dadurch verliert der Kippbehälter seine Fixierung, beispielsweise indem ein an dem Kippbehälter befestigter Läufer aus der an der Entladetür fixierten Schiene gleitet, sodass der Kippbehälter nach unten klappt. Damit ist die Öffnung des Kippbehälters in einem Winkel zur Horizontalen angeordnet, sodass das biologische Ausgangsmaterial aufgrund der Einwirkung der Schwerkraft aus dem Kippbehälter rutschen kann.
• Gleichzeitig wird die in die Bodenplatte der Gefrierkammer eingebrachte Öffnung geöffnet, sodass eine Zuführöffnung zu der mechanischen Zerkleinerungseinheit, vorzugsweise eines Backenbrechers, freigegeben wird. Sowohl der aufgrund der Badkühlung noch in dem Kippbehälter verbliebene Flüssigstickstoff als auch das nunmehr tiefgefrorene biologische Ausgangsmaterial fallen in die Zerkleinerungseinheit, wobei der Flüssigstickstoff zur Vorkühlung der Zerkleinerungseinheit dient.
• Während die biologische Masse in der Zerkleinerungseinheit zerkleinert, d. h. granuliert, wird, kann an der Gefrierkammer durch Öffnen der Beladungstür, mit welcher der Kippbehälter fest verbunden ist, über eine Rückholvorrichtung, z. B. eine in der Gefrierkammer angebrachte Rolle, über welche das gefederte Drehgelenk beim Öffnen der Beladungstür gezogen wird, der Kippbehälter wieder in die waagerechte Ausgangsposition gebracht werden.
• Während nun der Kippbehälter erneut mit biologischer Masse bestückt werden kann, wird die Entladungstür der Gefrierkammer durch Zurückschieben bzw. Zurückfahren wieder geschlossen. Nachdem der Kippbehälter wieder gefüllt wurde, wird derselbe durch Schließen der Beladungstür wieder – in waagrechter Position – in die Gefrierkammer eingebracht; der Gefrierprozess beginnt von neuem.
• Der beschriebene Verfahrensablauf wird auch im Hinblick auf eine mögliche Desinfektion der Bauteile durchgeführt, indem eine Desinfektionslösung, z. B. auf Wasserstoffperoxid-Basis, in den Kippbehälter gefüllt wird.
• Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kryo-Aufbereitung großer Massen biologischen Ausgangsmaterials ist die direkte Überführung des zu prozessierenden Materials zwischen den Prozessschritten Kühlen und mechanische Zerkleinerung.
• Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die Kombination aus Sprühkühlung und Badkühlung zum Tiefgefrieren des biologischen Ausgangsmaterials, wodurch auch große Massen biologischen Ausgangsmaterials effektiv und schnell auf eine für die Zerkleinerung geeignete kryogene Temperatur gebracht werden können, wobei die dabei ausgebildete innere Struktur des tiefgefrorenen Materials hervorragende Zerkleinerungseigenschaften aufweist.
• Gemäß einer Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage zur Kryo-Aufbereitung biologischer Ausgangsmaterialien können die Türen, Seitenwände und/oder Deck- und Bodenplatten der Gefrierkammer und/oder der Zerkleinerungseinheit Kühlleitungen aufweisen, durch die im Betrieb der Anlage Flüssigstickstoff hindurchleitbar ist.
• Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Türen Schiebetüren sind, wobei die Entladungstür in einer Richtung senkrecht zu der zweiten Öffnung und die Beladungstür senkrecht zu der ersten (in der ersten Seitenwand der Gefrierkammer eingebrachten) Öffnung auf- bzw. zugezogen wird.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert. Hierzu zeigen die 1 bis 4 jeweils eine schematische Schnitt-Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage zur Kryo-Aufbereitung, wobei in jeder Figur jeweils ein Verfahrensschritt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist.
• In 1 ist die Anlage, umfassend die Gefrierkammer 1 und die Zerkleinerungseinheit 2, zum Zeitpunkt der Abkühlungsphase zu sehen. Die Gefrierkammer 1, aufweisend die Deckplatte 3, die Bodenplatte 4, die Beladungstür 5 und die Entladungstür 6, ist nach außen luftdicht abgeschlossen. Die Deckplatte 3 und die Bodenplatte 4 weisen jeweils den Hohlraum 9 auf, welcher evakuiert (d. h. luftleer) ist. Die beiden Türen 5 und 6 sind jeweils mit einer Perlit-Schüttung 10 gefüllt. Innerhalb der Gefrierkammer 1 befindet sich der Kippbehälter 7 mit dem biologischen Ausgangsmaterial 8. Über die Zuführleitung 11 wird Flüssigstickstoff (LN₂) in die (in diesem Beispiel drei) Stickstoffleitungen 12 gepumpt, der über an den Stickstoffleitungen 12 angeordnete Auslass-Düsen (nicht dargestellt) auf das biologische Ausgangsmaterial 8 gesprüht wird (durch die Pfeile versinnbildlicht).
• 2 zeigt die Anlage zum Zeitpunkt des Entladens. Die Entladungstür 6 wurde aufgezogen (durch den Pfeil veranschaulicht), wodurch der Kippbehälter 7 von dem Vorsprung 6.1 der Entladungstür 6 heruntergleitet und, da er über das gefederte Drehgelenk 13 drehbar mit der Beladungstür 5 verbunden ist, umkippt, sodass das tiefgefrorene biologische Ausgangsmaterial 8, das nun eine Temperatur von etwa – 160 °C aufweist, und der in dem Kippbehälter 7 angesammelte Flüssigstickstoff (LN₂) nach unten in die Zerkleinerungseinheit 2 fallen.
• Die Anlage zum Zeitpunkt der Granulierung ist in 3 dargestellt. Während das tiefgefrorene biologische Ausgangsmaterial 8 in der Zerkleinerungseinheit 2 zu Granulat verarbeitet wird (nicht dargestellt), wird die Beladungstür 5 durch Herausziehen aus der Gefrierkammer 1 (durch einen Pfeil veranschaulicht) geöffnet. Dadurch wird der Kippbehälter 7 von der Rolle 14 wieder in seine waagrechte Position gedreht und beim weiteren Aufziehen der Beladungstür 5 von der Rolle 14 abgestützt.
• In 4 ist die Anlage zum Zeitpunkt des Beladens der Gefrierkammer 1 zu sehen. Nachdem der Kippbehälter 7 erneut mit biologischem Ausgangsmaterial 8 bestückt wurde, wird zunächst die Entladungstür 6 wieder verschlossen. Dann kann die Beladungstür 5 zugeschoben werden, wobei der an dem Kippbehälter 7 angebrachte Läufer 7.1 wieder auf dem Vorsprung 6.1 der Entladungstür 6 zu liegen kommt und der Kippbehälter 7 dadurch waagerecht gehalten wird. Der Gefrierprozess kann nun von neuem beginnen.
• Bezugszeichenliste

1

Gefrierkammer

2

Zerkleinerungseinheit

3

Deckplatte

4

Bodenplatte

5

Beladungstür / erste Tür

6

Entladungstür / zweite Tür

6.1

Vorsprung / Schiene

7

Kippbehälter

7.1

Läufer

8

biologisches Ausgangsmaterial

9

Hohlraum

10

Perlit-Schüttung

11

Zuführleitung für Flüssigstickstoff

12

Stickstoffleitung

13

Drehgelenk

14

Rolle

LN₂

Flüssigstickstoff

Claims (9)

1. Verfahren zur Kryo-Aufbereitung großer biologischer Massen, dadurch gekennzeichnet, dass – ein in einem kippbaren Behälter (7) angeordneter biologischer Ausgangsstoff (8) mittels Besprühens mit flüssigem Stickstoff (LN₂) abgekühlt wird; – der biologische Ausgangsstoff (8) weiter mittels Einfüllens von flüssigem Stickstoff (LN₂) in den Behälter (7) auf eine Endtemperatur unterhalb –150°C abgekühlt wird; – nach Erreichen der Endtemperatur der tiefgefrorene Ausgangsstoff (8) und flüssiger Stickstoff (LN₂) durch Kippen des Behälters (7) unmittelbar in eine Zerkleinerungseinheit (2) überführt werden; – der tiefgefrorene Ausgangsstoff (8) in der Zerkleinerungseinheit (2) zu einem Granulat mit einer Korngröße im Bereich von 0 bis 20 cm zerkleinert wird, wobei sich die während des Zerkleinerns entstehenden Bruchstücken des tiefgefrorenen Ausgangsstoffs (8) um weniger als 50 K gegenüber der Endtemperatur erwärmen;
2. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der tiefgefrorene Ausgangsstoff (8) zu einem Granulat mit einer Korngröße von maximal 1 cm zerkleinert wird.
3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend eine Gefrierkammer (1), einen in die Gefrierkammer (1) einbringbaren Behälter (7) zur Aufnahme des biologischen Ausgangsmaterials (8) und eine Zerkleinerungseinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass – die Gefrierkammer (1) an einer ersten und einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Seitenwand jeweils eine mit einer Tür (5, 6) verschließbare Öffnung aufweist; – der Behälter (7) um eine horizontal verlaufende Kippachse kippbar mit einer ersten der beiden Türen (5, 6) derart verbunden ist, dass der Behälter (7) bei geschlossener Tür (5) vollständig innerhalb der Gefrierkammer (1) positioniert ist; – die zweite (6) der beiden Türen in geschlossenem Zustand den Behälter (7) derart kontaktiert, dass eine Kippbewegung desselben unterbunden ist; – die Gefrierkammer (1) an ihrer Bodenplatte (4) eine Austrittsöffnung, die mit einer Zuführöffnung der Zerkleinerungseinheit (2) verbunden ist, und an ihrer Deckplatte (3) eine Stickstoffleitungsdurchführungsöffnung, durch welche eine Stickstoffzufuhrleitung (11) geführt ist, aufweist; – im Inneren der Gefrierkammer (1) in ihrem oberen Bereich mehrere, jeweils an ihrem ersten Endbereich mit der Stickstoffzufuhrleitung (11) verbundene und an ihrem zweiten Endbereich jeweils eine Düse aufweisende Stickstoffleitungen (12) angeordnet sind, wobei die Düsen derart ausgerichtet sind, dass ihre Austrittsöffnungen unter unterschiedlichen Winkeln und/oder auf unterschiedliche Positionen auf den bei geschlossener erster Tür (5) in der Gefrierkammer (1) positionierten Behälter (7) gerichtet sind.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungseinheit (2) ein Backenbrecher mit Brechbacken ist, wobei die Brechbacken an ihren Zerkleinerungsflächen scharfe Kanten aufweisen.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen (5, 6), Seitenwände, Deckplatten (3) und/oder Bodenplatten (4) der Gefrierkammer (1) und/oder der Zerkleinerungseinheit (2) Flüssigstickstoff-Kühlleitungen aufweisen.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung in der Bodenplatte (4) der Gefrierkammer (1) mittels einer Falltür verschließbar ist, wobei die Falltür mit der zweiten Tür (6) der Gefrierkammer (1) derart gekoppelt ist, dass bei Öffnen der zweiten Tür (6) die Falltür geöffnet und bei Schließen der zweiten Tür (6) die Falltür geschlossen wird.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen (5, 6) Schiebetüren sind, wobei die erste Tür (5) in einer Richtung senkrecht zu der ersten, in der ersten Seitenwand der Gefrierkammer (1) eingebrachten Öffnung und die zweite Tür (6) in einer Richtung senkrecht zu der zweiten Öffnung auf- und zuziehbar ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Türen (5, 6) in geschlossenem Zustand jeweils mittels eines gegen die jeweilige Seitenwand der Gefrierkammer (1) pressbaren Elastomer-O-Rings luftdicht abdichtbar sind.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Behälters (7) zumindest im Bereich eines für die Beladung mit dem biologischen Ausgangsmaterial (8) vorgesehenen Innenraums antihaftbeschichtet ist.

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