DE1501076A1

DE1501076A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schnellgefrieren von Erzeugnissen,wie z.B. Nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE1501076A1
Application number: DE19661501076
Authority: DE
Inventors: Frederick Breyer; Wagner Richard Charles; Harper John David
Original assignee: INTEGRAL PROCESS SYST Inc
Current assignee: INTEGRAL PROCESS SYST Inc
Priority date: 1965-09-15
Filing date: 1966-09-15
Publication date: 1969-12-04
Also published as: CA973378A; US3431745A; BR6682861D0; NL6613057A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schnellgefrieren von Erzeugnissen, wie z.B. Nahrungsmitteln

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schnellgefrieren von Nahrungsmitteln oder anderen Erzeugnissen unter Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme einer Kühlflüssigkeit und der spezifischen Wärme des außerordentlich kalten Gases, das bei der Verdampfung entsteht.

Zum Schnellgefrieren von Nahrungsmitteln oder sonstigen Erzeugnissen ist es bekannt, das Gefriergut auf einer Behandlungsbahn durch eine wärmeisolierte Kammer zu führen und auf einer Teillänge der Behandlungsbahn der Einwirkung einer Kälteflüssigkeit, z.B„ flüssigem Stickstoff, auszusetzen, die sich mindestens teilweise in Gas verwandelt, das dann aus der Kammer ausströmt. Hierbei besteht der Nachteil, daß das Kühlvermögen des kanten Gases nur ungenügend ausgenutzt werden kann, da sich der Wärmeaustausch zwischen dem Gas und dem Gefriergut nur langsam vollzieht.

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Durch die Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, "bei dem das durch die Verdampfung entstehende Gas besser ausgenutzt wird. Demgemäß besteht das Verfahren nach der Erfindung im wesentlichen darin, daß die Kälteflüssigkeit in solcher Menge ausgespritzt wird, daß sie sich nur teilweise schnell in Gas verwandeln kann, und der Behandlungskammer zur Ergänzung der in Gas verwandelten Kälteflüssigkeit neue Kälteflüssigkeit in der hierfür erforderlichen Menge zugeführt wird, wobei die jeweils überschüssige Kälteflüssigkeit und die Ergänzungsflüssigkeit zum erneuten Aus sprühen in die Behandlungskammer zurückgeführt werden.

Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung, die, wie an sich bekannt, eine im wesentlichen wärmeisolierte Kammer sowie Sprühdüsen aufweist, die zum Besprühen des Gefriergutes auf einer Teillänge der Behandlungsbahn in der Kammer dienen, ergibt sich, wenn zum Sammeln der ausgesprühten, aber nicht in Gas verwandelten Kälteflüssigkeit eine Auffangvorrichtung sowie zur Zuführung von Ergänzungsflüssigkeit in die Behandlungskammer eine mit einem Vorratsbehälter verbundene Zuführungsleitung und zur Rückführung von Kälteflüssigkeit aus der Behandlungskammer ein mit der Auffangvorrichtung verbundener Zwischenbehälter mit einer ¥umpe angeordnet sind, deren Förderleitung mit Verteilerleitungen für die Sprühdüsen verbunden ist.

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Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert»

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen waagerechten Längsschnitt durch die Vorrichtung;

Fig. 2 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Teil der Vorrichtung, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Zuführungsende der Vorrichtung.

Die dargestellte, insbesondere mit flüssigem Stickstoff als Kälteflüssigkeit arbeitende Vorrichtung enthält in einem langgestreckten Gehäuse 100 eine wärmeisolierte Kammer 101, in der ein Förderband 102 angeordnet ist. Das Förderband 102 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Län^e der Kammer und dient dazu, das Gefriergut längs einer Behandiungsbahn zu bewegen, die sich gemäß Fig. 1 von rechts nach links durch die Behandlungekammer 101 erstreckt. Vor der Behandlungskammer ist gleichachsig zu ihr ein Zuführungsförderband 103 und hinter der Behandlungskammer ein Abgabeförderband 104 angeordnet. Das Gehäuse 100 weist einen ringförmigen Isolationsraum 105 auf, der die Behändlungskarnmer vollständig umschließt und normalerweise unter einen Vakuum f ehalte;- v-'.ri, das weniger als

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- 4 0,010 mm Quecksilbersäure .entspricht,»

Am Zuführungsende des Gehäuses 100 ist ein isoliertes Einlaßstück 106 mit einer engen Öffnung angeordnet, durch die das Zuführungsförderband 103 in die Kammer 100 hineinragt. Am anderen Gehäuseende ist ein ähnliches isoliertes Auslaßstück 107 angebracht, durch dessen enge Öffnung das Abgabeförderband 104 hindurchgeführt ist. Eine Leitung 108 zum Zuführen der Kälteflüssigkeit speist zwei obere Verteilerleitungen 108TJ und zwei untere Verteilerleitungen 108L (Fig. 2), die nahe dem Auslaßende der Behandlungskammer angeordnet sind und sich über etwa ein Drittel der Länge der Behandlungskammer erstrecken» Jede dieser Verteilerleitungen trägt sieben Spritzdüsen 109. Das Förderband 102 ist durchlässig, damit die über die Düsen der unteren Verteilerleitung 108L zugeführte Kühlflüssigkeit nach oben durch das Förderband hindurchströmen kann. Gemäß der Erfindung wird die Kälteflüssigkeit in einer Menge zugeführt, die erheblich größer ist, als es der Geschwindigkeit entspricht, mit der sich der flüssige Stickstoff in der Kammer in Gas verwandelt. Von dem flüssigen Stickstoff kann also nur ein Teil verdampfen. Die überschüssige Flüssigkeit wird in einer unter den Verteilerleitungen 108U und 108L angeordneten Auffangschale 110 gesammelt.

Zum Umwälzen der Kälteflüssigkeit dienen ein vakuum-909849/0169

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isoliertes Gefäß 111 sowie eine Kälteflüssigkeitspumpe 112, die in dem Gefäß 111 unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet ist. Die Antriebswelle 112S der Pumpe ist duroh einen Riemen 113B mit dem zugehörigen Motor 113 verbundene Eine Ablaufleitung 114 führt von der Auffangschale 110 zu dem Gefäß 111ι damit die überschüssige Kälteflüssigkeit zurückgeführt werden kann«, Weiterhin führt eine Förderleitung 115 von der Pumpe 112 zu einer Leitung 108, über welche die Verteilerleitungen gespeist werden. Die Menge'der sich in Gas verwandelnden Kälteflüssigkeit steht in einer Beziehung zu der durch die Behandlungskammer hindurchgeführten Menge des Gefrierguts und muß ständig ergänzt werden, damit die Kälteflüssigkeit stets in ausreichender Menge von den Spritzdüsen abgegeben werden kann. Die zur Ergänzung dienende Kälteflüssigkeit wird der Auffangschale 110 von einem nicht gezeigten Vorratsbehälter über eine Leitung 116 zugeführt, in die ein Magnetventil 116 V eingeschaltet ist. Da der Druck in dem Vorratsbehälter normalerweise höher ist als der Druck in der Auffangschale, führt die Zuführung der zusätzlichen Kälteflüssigkeit zu einer schnellen Verdampfung, so daß eine entsprechende Kühlwirkung erzielt wird»

Dem Einlaßstück/ist ein Gasumwälzsystem mit einem außerhalb der Kammer 101 angeordneten Gebläse 123 zugeordnet, " das durch einen Motor 124 angetrieben wird. An das Gebläse

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schließt sich eine Förderleitung 123D an, die sich in seitlicher Richtung'durch die Wandung des Einlaßstückes 106 erstreckt und unmittelbar am Zuführungsende des Gehäuses 100 in dieses mündet. Ferner ist eine Saugleitung 123S vorgesehen, die gemäß Fig. 3 teilweise innerhalb des.Einlaßstückes 106 verläuft und unten in seitlicher Richtung aus dem Einlaßstück 106 austritt,, Die Förderleitung 1233) des Gebläses verzweigt sich und speist eine Abgabeleitung 126 mit einem Ventil 127, mittels dessen die abgegebene Gasmenge zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in der Behandlungskammer und der gewünschten Druckverteilung in der gesamten Vorrichtung in Beziehung zu der Geschwindigkeit geregelt werden kann, mit der sich der flüssige Stickstoff in das Gas verwandelt. Bei der beschriebenen Vorrichtung wird die Behandlungskammer im wesentlichen auf Atmosphärendruck bzw» etwas über diesem gehalten, und die Geschwindigkeit der Gasabgabe kann geregelt werden, indem man entweder einen Bezugsdruck regelt, wobei man jedoch sehr empfindliche Geräte benötigt, oder indem man die Temperatur als Bezugsgröße verwendet.

Ein entsprechendes Gasumwälzsystem ist am Auslaßende der Behandlungskammer angeordnet und weist ein außerhalb der Kammer angeordnetes Umwälzgebläjise 128 auf, das durch einen-Motor 129 angetrieben wird. Die Förderleitung 128D dieses Gebläses tritt in seitlicher Richtung in das Auslaßstück 107

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ein. Die Ansaugleitung 128 S ist teilweise in das Auslaßstück 107 eingebaut und tritt an einer tiefer liegenden Stelle aus diesem Bauteil aus.

Im Suführungsende der Behandlungskammer 101 sind auf beiden Seiten des Förderbandes 102 zwei Seitenkammern 117 und 118 angeordnet, und zwei ähnliche Seitenkammern 119 und 120 flankieren den mittleren Teil des Förderbandes. Die vordere S ei teilkammer 117 und die mittlere Seitenkammer 119 sind auf entgegengesetzten Seiten des Förderbandes angeordnet und mit verstellbaren Austrittsdüsen 117n bzw. 119E versehen. Die anderen Seitenkammern 118 und 120 weisen Einlaßöffnungen 118R bzw. 120R auf.

jßie Seitenkammern 119 und 120 sind mit abgedeckten Wandabschnitten 119W und 120V/ versehen, die den Bereich flankieren, indem die Kühlflüssigkeit ausgespritzt wird und der an dem Auslaßstück 107 am Austrittsende mündet und mit der Förderleitung sowie der Absaugleitung des Gebläses 128 verbunden ist. Entsprechend münden die Seitenkammern 117 und 118 am vorderen Ende in das Einlaßstück 106 und stehen mit der Förderleitung bsw. der Ansaugleitung des Umwälzgebläses in Verbindung. Auf diese Weise werden in der Querrichtung verlaufende G-nsströrrie zwischen den Seitenkammern erzeugt, deren Richtung zwischen den Seitenkammern 117 und 118 durch die Pfeile 121 angedeutet ist. Diese Strömungsrichtung ist der Strömungs-

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. richtung zwischen den Seitenkammern 119 und 120 entgegengesetzt, wie'durch die Pfeile 122 angedeutet ist, so daß das Gas auf beide Seiten des Gefriergutes auftrifft, das durch die Behandlungskammer hindurchgeführt wird. Die Austrittsdüsen 117N und.119N können verstellt werden, um die Richtung der Querströmungen etwas zu variieren und so deren Neigung, sich in Richtung auf das vordere Ende zu bewegen, zu verstärken oder abzuschwächen.

Wie durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet, wird quer zur Mündung jedes der Bauteile 106 und 107 ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegender Gasstrom oder Vorhang erzeugt. Zu diesem Zweck sind die einander gegenüberliegenden Teile der Bauteile 106 und 107 mit einander zugewandten Öffnungen versehen, so daß ständig ein Gasstrom erzeugt wird, der sich im Bereich der betreffenden Mündung in der Querrichtung bewegt. Diese Gasvorhänge dienen dazu, das Eintreten von atmosphärischer Luft in die Behandlungskammer zu verhindern, und sind dann besonders wirkungsvoll, wenn die Behandlungskammer mit atmosphärischem Druck oder etwas über atmosphärischem Druck betrieben wird.

Bei der dargestellten Vorrichtung bildet sich dadurch, daß gasförmiger Stickstoff nach dem Zuführungsende zu über die Absaugleitung 126 abgesaugt se und frischer gasförmiger Stickstoff am hinteren Ende durch die Verwandlung von flüssigem Stickstoff in Gas zugeführt wird, ein Temperaturprofil

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aus, bei dem ein optimaler Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Gefriergut erzielt wird₀ Die Pfeile 131 am hinteren Ende der Behandlungskammer 101 deuten an, auf welche Weise sich das frisch zugeführte Gas mit dem Querstrom vereinigt, der durch im mittleren Bereich der Seitenkammern 119 und 120 erzeugt wird. Die Pfeile 132

veranschaulichen eine Strömung, welche die Hochdruckkammer 119 der mittleren Seitenkammern mit der Niederdruck-Seitenkammer 118 im Bereich des Zuführungsendes verbindet, so daß eine allmähliche Überführung von gasförmigem Stickstoff in Richtung auf das Zuführungsende der Behandlungskammer stattfindete

Durch die Erfindung wird ein optimaler Wärmeübergang erzielt, da das Gefriergut, wenn es seine höchste Temperatur hat, zunächst der Einwirkung von Gas ausgesetzt wird, das innerhalb der Vorrichtung etwas Kälte abgegeben hat, dann nach teilweiser Abkühlung von kälterem Gas umspült wird und schließlich nach weiterer Kühlung unmittelbar mit der Kälteflüssigkeit in Berührung kommt, wodurch der Gefriervorgang beendet wird,.

Bei der dargestellten Vorrichtung wird der flüssige Stickstoff den Verteilerleitungen 108U und 108L im gesättigten flüssigen Zustand, d.h. ausschließlich in verflüssigter Form, zugepumpt. Die Menge des auf das Gefriergut gespritzten flüssigen Stickstoffes übertrifft um das Zwei- bis Dreifache

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diejenige Menge, welche tatsächlich benötigt wird, um das Behandlungsgut zu gefrieren. Die überschüssige Menge wird gesammelt und den Verteilerleitungen und Spritzdüsen erneut zugeführt. Dieses fortschreitend v/irksam werdende Spritzverfahren führt dazu, daß das Gefriergut wiederholt mit Tropfen flüssigen Stickstoffs überspült wird, um einen schnellen Wärmeübergang zu fördern» Das Gas, das an der Oberfläche des Gefrierguts entsteht, wird von den Tropfen des flüssigen Stickstoffs durchdrungen, die zu diesem Zweck von den Spritzdüsen mit einer ausreichenden Geschwindigkeit abgegeben werden.

Bin genaues Zumessen des flüssigen Stickstoffs ist bei dem erfindungsgemäßen System nicht erforderlich· Die ^ Spiegelhöhe des flüssigen Stickstoffs in dem Behälter 111 wird durch einen einfachen, sich selbsttätig ein- und ausschaltenden Flüssigkeitsstandregler HlC geregelt.

Das Ziführungsförderband 103 und das Abgabeförderband 104 sind in isolierten Kanälen 133, 134 angeordnet, die jeweils von der Behandlungskammer weg nach oben geneigt sind und mit kaltem gasförmigem Stickstoff gefüllt gehalten werden, der eine erheblich größere Dichte besitzt als die Umgebungsluft. Die Behandlungskammer 101 wird unter einem Druck gehalten, der etwas höher ist als der Druck der Um- · gebungsluft, um das Hindurch strömen von gasförmigem Stickstoff

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durch die beiden Kanäle zu fördern. Hierdurch wird erreicht, daß keine Umgebungsluft in die Vorrichtung eintritt. Außerdem wird in dem Zuführungskanal 133 eine Vorkühlung und in dem Abgabekanal 134 eine Nachkühlung bewirkt. Die Aufteilung des abzuführenden Gases auf die beiden Kanäle kann dadurch variiert werden, daß die Düsen 117 N und 119 N entsprechend verstellt werden.

Patentansprüche:

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Claims

- 12 Patentansprüche

1. "Verfahren zum Schnellgefrieren von Erzeugnissen, bei dem das Gefriergut auf einer in einer im wesentlichen wärmeisolierten Behandlungskammer verlaufenden Behandlungsbahn entlang geführt und auf einer Teillärige der Behandlungsbahn mit einer sich schnell zu Gas verwandelnden Kälteflüssigkeit besprüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteflüssigkeit in solcher Menge ausgespritzt wird, daß sie sich nur teilweise schnell in Gas verwandeln kann, und der Behandlungskammer zur Ergänzung der in Gas verwandelten Kälteflüssigkeit neue Kälteflüssigkeit in der hierfür erforderlichen Menge zugeführt wird, wobei die jeweils überschüssige Kälteflüssigkeit und die Ergänzungsflüssigkeit zum erneuten Aussprühen in die Behandlungskammer zurückgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die überschüssige Kälteflüssigkeit in der Behandlungskammer gesammelt und die Ergänzungsflüssigkeit der aufgefangenen Kälteflüssigkeit mit einem höheren Druck als dem in der Behänd lungs kamm er herrschenden Druck zugeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer im wesentlichen wärmeisolierten

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Behandlungskammer und in einem Teilbereich der Behandlungskammer angeordneten Sprühdüsen zum Besprühen des Gefriergutes mit Kälteflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß zum Sammeln der ausgesprühten, aber nicht in Gas verwandelten Kälteflüssigkeit eine Auffangvorrichtung (110) sowie zur Zuführung von Ergänzungsflüssigkeit in die Behandlungskammer (lOl) eine mit einem Vorratsbehälter verbundene Zuführungsleitung (116) und zur Rückführung von Kälteflüssigkeit aus der Behandlungskammer ein mit der Auffangvorrichtung verbundener Zwischenbehälter (111) mit einer Pumpe (112) angeordnet sind, deren Förderleitung (115) mit Verteilerleitungen (108 U, 108 1) für die Sprühdüsen (109) verbunden ist.

4» Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (116) für die Ergänzungsflüssigkeit in offener Verbindung mit der Auffangvorrichtung (110) steht»

5ο-Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer (101) eine doppelschalige hohle Umfangswandung aufweist, deren Hohlraum mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Vakuums verbunden ist₀

6ο Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelschalige Umfangswand an jedem Ende der Behandlungskammer (101) mit einem Abschlusstück (106, 107) für die Kammer

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verbunden ist und durch eines der Abschlußstücke die Zu- und Rückleitungen (108, 114) für die Kälteflüssigkeit hindurchgeführt sind«

Der Patentanwalt

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