DE2012374A1 - Sohnellgefrier-Verfahren und -Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum schnellen Einfrieren von Gefriergut_o

Das Schnellgefrieren von Nahrungsmittelerzeugnissen mit Hilfe von Kälteflüssigkeiten und als Kühlmittel wirkenden Gasen, die durch das Verdampfen von Kälteflüssigkeiten entstehen, gewinnt eine ständig zunehmende wirtschaftliche Bedeutung. Bei Schnellgefriervorrichtungen ist eine hohle' Gehäusekonstruktion oder ein Tunnel vorgesehen, der über seine ganze Länge isoliert und an beiden Enden offen ist, und durch den Tunnel erstreckt sich eine Fördervorrichtung, mittels deren die Nahrungsmittelerzeugnisse in den Tunnel eingeführt, durch ihn hindurchgeführt und wieder aus dem Tunnel herausgeführt werden«, Innerhalb einer bestimmten Zone₉ die in der Bahn der Nahrungsmittelerzeugnisse liegt, kommen die Erzeugnisse in Berührung mit der Kälteerzeugungsflüssigkeit, so daß mindestens ein T^iI der Flüssigkeit verdampft, »wobei die beim Verdampfen verbrauchte latente Verdampfungswärme dazu dient, die Erzeugnisse zu kühlen bzw. einzufrieren. Bei den bis jetzt bevorzugten bekannten Schnellgefriervorrichtungen wird die Kälteflüssigkeit auf die auf der

0 0-9 840/1399.

Fördervorrichtung angeordneten Nahrungsmittelerzeugnisse aufgespritzt.

Innerhalb einer weiteren Zone innerhalt) der ^ehn der Nahrungsmittelerzeugnisse kommen die Erzeugnisse in Berührung mit einem sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Rückumwälzstrom eines Kühlgases, der sich teilweise aus frisch erzeugtem, bei dem erwähnten Verdampfen entstandenen Kühlgas und teilweise aus dem vorher erneut umgewälzten Kühlgas zusammensetzt. Der Rückumwälzweg umfaßt eine außerhalb des Tunnels bzw. der Gefrierkammer angeordnete Pumpe oder ein Gebläse, und das Kühlgas kann so durch die Kammer ^ oder einen Teil der Kammer geleitet werden, daß es sich im Gegenstrom zu den auf der Fördervorrichtung angeordneten Nahrungsmittelerzeugnissen oder in der gleichen Richtung oder aber quer zur Bewegungsrichtung der Erzeugnisse bewegt» Die Erfindung läßt sich bei Vorrichtungen anwenden, bei denen sich der Rückumwälzweg des Gases durch eine Kammer erstreckt, die der Bahn benachbart ist, längs deren die Nahrungsmittel bewegt werden, um schnell eingefroren zu werden.

Bekannte Vorrichtungen, bei denen die Erfindung anwendbar ist, S?na in den U.S.A.-ΡεtentSchriften 3 277 657 und 3 34-5 828 beschrieben.

Bei den bis Jetzt bekannten Schnellgefriervorrichtun-" gen sind Maßnahmen getroffen, um einen Teil des Kühlgases aus dem Rückumwälzweg bzw. aus den Rückumwälzwegen abzuziehen, wenn mehrere solche Umwälzwege vorgesehen sind, damit ein ausreichender Raum für das frisch erzeugte Kühlgas verfügbar ist, das der Vorrichtung durch das Verdampfen von Kälteflüssigkeit zugeführt wird. Da sich die beim Verdampfen der Kälteflüssigkeit entstehende Gasmenge nach der Menge der durch den Tunnel geführten Nahrungsmittelerzeugnisse richtet und daher unterschiedlich ist, ist es erforderlich, die jeweils abgezogene Menge des Kühlgases einzustellen, um den Betrieb der Vorrichtung den Änderungen des Kälteverbrauchs

009840/1399

• _ 3 -anzupassen.

Es hat sich als schwierig erwiesen, den Schnellgefriervorgang lediglich dadurch zu regeln und im Gleichgewicht zu halten, daß die Menge des abzuziehenden, erneut umgewälzten Gases eingestellt wird, denn bei einer minimalen Belastung der Vorrichtung ist selbst die kleinste aus dem Rückumwälzweg abziehbare Gasmenge größer als die während des Abziehens entstehende Menge des frischen Gases, so daß Luft, über das Austrittsende der Kammer in die Kammer einströmt.

Wenn atmosphärische Luft in die Vorrichtung einströmt, wird das Kühlgas verdünnt und erwärmt, und wenn dagegen eine zu große Gasmenge über das Austrittsende aus dem Tunnel entweicht, wird das Kühlgas nicht mitdem erwünschten hohen Wirkungsgrad ausgenutzt. Zwar ist es erwünscht, dafür zu sorgen, daß ständig ein kleiner Kühlgasstrom aus dem Austrittsende des !Tunnels bzw. der Kammer entweicht, doch ist es schwierig, einen solchen Betriebszustand aufrechtzuerhalten, wenn die Belastung der Vorrichtung erheblichen Änderungen unterworfan ist.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Teil des erneut umzuwälzenden Gases veranlaßt, einen "Kurzschlußweg" zu durchströmen; zu diesem Zweck wird der erwähnte Teil des Gases aus der Sammelkammer dem Tunnel so zugeführt, daß er sich nicht über die ganze Länge der Sammelkammer und des Tunnels bewegt, und daß jede Änderung der Belastung der Vorrichtung zu einer Änderung der Gasmenge führt, die längs des Kurzschlußweges umgeleitet wird. Wenn dieser umgelenkte Teil des Gases in den Tunnel eintritt, und mit dem sich bewegenden ^auptstrom des zirkulierenden Gases zusammentrifft, bewirkt es, daß eine turbulente Strömung und Wirbel erzeugt werden, wodurch die resultierende Geschwindigkeit des sich zum Einlaß des Gebläses bewegenden Hauptstroms verringert, wird, Da ein Teil es zirkulierenden Gases einen kürzeren Weg zurücklegt, kann außerdem die gleiche Aufnahmefähigkeit des Gebläses durch das

009840/1399

Zuführen einer kleineren Menge des erneut umzuwälzenden Gases befriedigt werden.

Die dem Hauptstrom entnommene Gasmenge wird mit Hilfe einer verstellbaren Öffnung zwischen der Sammelkammer und der Gefrierkammer geregelt, und der Querschnitt der Öffnung wird durch die Temperatur am Austrittsende des Tunnels geregelt.

Wenn als Kälteflüssigkeit flüssiger Stickstoff verwendet wird, ist nur eine kurze Strecke am Austrittsende des Tunnels vorhanden, die das frisch erzeugte Stickstoffgas, das sich auf einer Temperatur von etwa -195° C befindet, von der Luft

fc · der Atmosphäre trennt, die sich auf einer Temperatur von etwa 20 bis 26,5° C befindet. Bei einer typischen Betriebsweise wird eine Temperaturfühlvorrichtung am Austrittsende des Tunnels auf einer Temperatur von etwa -23° 0 bis etwa 12° C gehalten, und diese Tatsache zeigt an, daß ein kleiner Stickstoffgasstrom aus dem Tunnel entweicht. Wenn die Temperatur bis unter den genannten Bereich absinkt, betätigt die Temperaturfühlvorrichtung eine Steuervorrichtung, die ihrerseits einen Motor betätigt, durch den die verstellbare Öffnung weiter geschlossen wird, um den abgezweigten Gasstrom zu verkleinern oder zu unterbrechen. Umgekehrt bewirkt eine Erhöhung der Temperatur, daß die verstellbare Öffnung weiter geöffnet wird, um den sie passierenden Gasstrom zu vergrößern.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt.

Gemäß der Zeichnung ist eine Schnellgefrierkammer 11 vorgesehen, die einen Vorkühl abschnitt 12, einen Gefrierabschnitt 13 und einen Nachkühl- oder Ausgleichsabschnitt 14- ' umfaßt. Der Vorkühl abschnitt und der ITachkühl ab schnitt sind

009840/1399

_ 5 —

mit Doppelwänden 16 und 17 versehen, die mit einem Isoliermaterial von geringem spezifischem Gewicht, z.B. aufgeschäumtem Polystyrol oder Polyurethan, gefüllt sind. Der Gefrierabschnitt hat ebenfalls Doppelwände 18, und zwischen den inneren und äußeren Wandteilen wird ein hohes Vakuum aufrechterhalten.

Ferner ist eine Fördervorrichtung vorgesehen, die drei Abschnitte 19, 21 und 22 umfaßt und dazu dient, Nahrungsmittelerzeugnisse 24 von dem Eintrittsende 26 aus durch die Kammer hindurch zu ihrem Austrittsende 27 zu färdern. Die Ausdrücke "Bewegungsrichtung" und "Förderrichtung" bezeichnen im folgenden die Richtung, in der die Nahrungsmittelerzeugnisse durch die Fördervorrichtung bewegt werden.

Flüssiger Stickstoff wird der Gefiierkammer mit Hilfe einer Einrichtung zugeführt, die im ,einzelnen in der U.S.A.Patentanmeldung 487 559 vom 15. September 1965 beschrieben ist. Gemäß der Zeichnung umfaßt die Einrichtung zum Zuführen flüssigen Stickstoffs einen isolierten Vorratsbehälter 28, der flüssigen Stickstoff 29 enthält, ferner eine Kältemittelpumpe 31, die in den flüssigen Stickstoff in dem Behälter eingetaucht ist, sowie einen Antriebsmotor 32, der außerhalb des Behälters angeordnet ist und das obere Ende der Pumpenwelle 34 über einen Riemen 33 antreibt. Die Pumpe 31 hat die Form einer Schleuderpumpe und ist so ausgebildet, #ie es in der U.S.A.-Patentschrift 3 379 132 beschrieben ist.

Die Förderseite der Pumpe 31 ist über eine Rohrleitung 36 und ein Ventil 37 mit einer Verteilerleitung 38 verbunden, die mehrere Düsen 39 trägt, so daß mit Hilfe der Düsen ausgespritzter flüssiger Stickstoff in Berührung mit den unter den Düsen hindurchgeführten Nahrungsmittelerzeugnissen 24 kommt, wobei mindestens ein Teil des flüssigen Stickstoffs verdampft wird. Di.r überschüssige flüssige Stickstoff sammelt, sich in einer Schale 41, aus der er abgezogen und über eine mit einem Filter versehene Ablaufleitung 42 dem Behälter 28

009840/1399

wieder zugeführt wird, von dem aus der Stickstoff erneut umgewälzt wird. Frischer flüssiger Stickstoff, der die in der Kammer verdampfte Menge des flüssigen Stickstoffs ersetzt, wird über Rohrleitungen 43 und §6 zugeführt und kann über ein Magnetventil 67 und ein Regelventil 48 zu der"Schale 41 gelangen. Das Magnetventil 67 wird durch eine Standhöhen-Fühlvorrichtung 68 in dem Vorratsbehälter 28 gesteuert und wird entsprechend der Standhöhe des flüssigen Stickstoffs in dem Behälter ein- bzw. ausgeschaltet. Das Regelventil 48 regelt den Stickstoffdurchsatz der Leitung 66, wenn das Magnetventil 67 offen ist.

■ Im Fall einer Störung kann das Magnetventil 67 dadurch überbrückt werden, daß man den flüssigen Stickstoff durch eine weitere Leitung 46 mit einem Ventil 47 leitet. Ein weiteres Ventil 44 ermöglicht es beim Inbetriebsetzen der Vorrichtung, flüssigen Stickstoff den Düsen 39 direkt zuzuführen.

Der in der Zone unter den Düsen 39 verdampfte flüssige Stickstoff strömt in die Gasberührungszone, wobei er sich im Gegenstrom zu den Nehrungsmittelerzeugnissen 24 bewegt, wie es in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist. Die Temperatur des frisch erzeugten Stickstoffs ist niedriger als die Temperatur des zirkulierenden Stickstoffs, so daß sich ein Teil des frischen Stickstoffs längs des Bodens der Kejnmer unterhalb einer Trennwand 50 bewegt. Ferner wird sich ein Teil des frisch erzeugten Stickstoffs mit dem erneut umgewälzten Stickstoff mischen, der durch eine Trennwand 51 umgelenkt wird, nachdem er die Verteilerkammer 52 durchströmt hat; der hierbei entstehende Gesamtstrom bewegt sich in Richtung auf den Kammereinlaß oberhalb der Trennwand 50, da er durch ein ^ebläse 53 einer Saugwirkung ausgesetzt wird. Die Trennwand 50 dient dazu, den Querschnitt des Strömungsweges für den erneut umgewälzten Stickstoff zu verkleinern und so die Geschwindigkeit dieses Stickstoffstroms zu erhöhen.

Das Gebläse 53 saugt über seinen Einlaß 54· gasförmigen Stickstoff sowohl aus dem erneut umgewälzten Strom oberhalb

009840/1399

der (Trennwand 50 als auch aus dem frisch erzeugten Stickstoffstrom unterhalb dieser Trennwand an. Das über den Einlaß 54 angesaugte Gas strömt über eine hinter der Gefrierkammer angeordnete, nicht dargestellte Rohrleitung zu dem Gebläse

Ein L-förmiger Schieber 56, der mittels einer durch die isolierte Wand ragenden Stange 57 bewegt werden kann, regelt die Menge des erneut umgewälzten Gases und die Menge des frisch erzeugten Gases, die dem Gebläseeinlaß 54- zugeführt werden. Wird die Stange mit dem Schieber 56 gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, verringert sich die zu dem Gebläseeinlaß 54- gelangende Menge des erneut umzuwälzenden Gases, dem Vorkühlabschnitt 12 wird eine größere Gasmenge zugeführt, und außerdem vergrößert sich die Menge des frisch erzeugten Gases, das aus dem unteren Teil der Gefrierkammer in den Gebläseeinlaß einströmt.

Nachdem das zirkulierende ^i s in das Gebläse 53 eingetreten ist, wird es durch das ^uebläse durch die Verteilerkammer 52 zu der Trennwand bzw. dem Umlenkglied 51 gefördert, um erneut an dem Kreislauf teilzunehmen.

Gemäß der Erfindung ist eine Öffnung 58 in der die Verteilerkammer 52 von der Gefrierkammer trennden Wand ausgebildet, und die Breite der Öffnung 58 wird durch ein verstellbares Umlenkglied 59 bestimmt, das mittels einer durch einen Motor 62 betätigbaren Stange 61 verstellt werden kann. Der Motor 62 .wird durch eine schematisch dargestellte Steuervorrichtung 63 gesteuert, die ihrerseits durch eine Tenperaturfühlvorrichtung 64 im ifcustrittsende der Gefrierkammer gesteuert wird.

Nachdem die Vorrichtung in betrieb gesetzt worden ist, wobei überschüssiger Stickstoff vorhanden ist, der aus den Enden des Tunnels entweicht, wird der Schieber 56 so eingestellt, daß sich ein abgeglichener Gasstrom ausbildet, während das Umlenkglied 59 geschlossen ist und die Vorrichtung

009840/1399

mit Vollast arbeitet. Wenn sich die Gasströme im Gleichgewicht befinden, tritt keine Luft aus der Umgebung in daa Austrittsende 27 der Gefrierkammerein, und eine kleine Stickstoffmenge entweicht aus dem Tunnel; diese Tatsache wird dadurch angezeigt, daß im Bereich der Temperaturfühlvorrichtung 64 eine Temperatur von etwa -23 bis etwa +12° O herrscht.

Hierauf wird der Schieber 56 nicht mehr verstellt, und alle Einstellarbeiten, die erforderlich sind, um die Vorrichtung einer kleineren Last anzupassen, werden dadurch bewirkt, daß das Umlenkglied 58 in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen an dem Temperaturfühler 64 nach oben oder unten geschwenkt wird. Bei der kleinsten Last, die dann gegeben ist, wenn die Zufuhr von Nahrungsmittelerzeugnissen zeitweilig unterbrochen ist, da bei den Vorrichtungen zum Vorbereiten der Nahrungsmittel eine mechanische Störung aufgetrenten ist, oder da die Bedienungspersonen eine Arbeitspause einlegen, befindet sich das Umlenkglied 59 in seiner höehsten Stellung.

Unter diesen Umständen wird die Gasmenge verkleinert, die sich längs des ganzen Rückumwälzweges zu dem Umlenkglied 51 bewegt, und der größte Teil des Gases strömt länge des kürzeren Weges durch die Öffnung 58· Auf diese Weise wird ein kürzerer mittlerer G sströmungsweg bereitgestellt, und die zum erneuten Umwälzen eines mittleren Bruchteils der Gasmenge benötigte Zeitspanne wird verkürzt. Auf diese Weise wird der Gasbedarf des Rückumwälzgebläses 53 dadurch befriedigt, daß ihm während einer größeren Zahl von Arbeitsspielen Je Zeiteinheit Jeweils eine kleinere Gasmenge zugeführt wird; die kleinere Gasmenge, die für den Betrieb der Rückumwälζeinrichtung benötigt wird, gleicht die kleinere Gasmenge aus, die bei einer geringeren Belastung der Vorrichtung durch das Verdampfen von flüssigem Stickstoff entsteht.

Patentansprüche; 0098A0/1399

Claims (8)

PAT ENTAH SPRÜCHE

1.J Vorrichtung zum Schnellgefrieren von Erzeugnissen mit einer eine im wesentlichen thermisch isolierte Behandlungskammer abgrenzenden hohlen Gehäusekonstruktion in der Behandlungskammer angeordneten Fördermitteln, die die Erzeug-'nisse nacheinander längs einer in die Behandlungskammer hinein, durch sie hindurch und aus ihr heraus führenden Behandlungsbahn bewegen, .Düsenmitteln oder dergleichen, mittels deren eine eine, sehr tiefe Temperatur aufweisende Flüssigkeit innerhalb einer bestimmten Zone längs'der Behandlungsbahn in Berührung mit jedem Erzeugnis gebracht werden kann, um die Flüssigkeit mindestens teilweise zu einem Gas zu verdampfen und innerhalb der ^ehandlungskammer frisches Kühlgas zu erzeugen, sowie mit-Gebläsemitteln mit einem Ansaugeinlaß, der mit einem ersten '-i-'eil der Behandlungsbahn in der Bewegungsrichtung vor der.Zone in Verbindung steht, in der die Erzeugnisse mit der kalten Flüssigkeit in Berührung gebracht werden, sowie mit einem Auslaß, der mit einem zweiten Teil der Behandlungsbahn über eine ihr benachbarte Verteilerkammer in Verbindung steht, um einen sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Gasstrom zu erzeugen, der sich längs eines Eückumwälzweges von dem Auslaß der Gebläsemittel aus durch die Behandlungskammer zu dem Ansaugeinlaß erstreckt, dadurch g e ken η ze ich η e t , daß eine verstellbare Öffnung (58) zwischen der Verteilerkammer (52) und einem Teil der Bewegungsbahn vorgesehen ist, der zwischen einem ersten und einem zweiten Teil der Bewegungsbahn liegt.

009040/1399

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Teil der Bewegungsbahn in der Bewegungsrichtung hinter dem ersten Teil liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Schiebermittel (56) oder dergleichen vorgesehen sind, mittels deren ein Teil des sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Gasstroms dem Rückumwälzweg an einem Punkt zwischen dem ersten Teil der Behandlungsbahn und dem Ansaugeinlaß (54·) entnommen werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch.1, dadurch g e k e η η | zeichnet, daß Umlenkmittel (59) vorgesehen sind, um die Größe der Öffnung (58) in Abhängigkeit von der Temperatur am Austrittsende (27) der Behandlungskammer (11) einzustellen·

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Düsen (39) vorgesehen sind, um eine sehr kalte Flüssigkeit mit federn Erzeugnis (24) in Berührung zu bringen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Trennwftndmittel (50) oder dergleichen vorgesehen sind, die unter der Fördervorrichtung (21) und parallel zu ihr angeordnet sind und dazu dienen, die Geschwindigkeit des Kühlgasstroms zu erhöhen.

7. Verfahren zum Schnellgefrieren von Erzeugnissen in einer thermisch im wesentlichen isolierten Kammer, bei dem jedes Erzeugnis längs einer in die Kammer, durch sie hindurch und aus ihr heraus führenden Behandlungsbahn transportiert wird, bei dem eine sehr kalte !flüssigkeit in der Kammer in einer sich längs der Behandlungsbahn erstreckenden Zone in Berührung mit jedem Erzeugnis gebracht wird, um die Flüssigkeit mindestens teilweise zu Gas zu verdampfen und in der Kammer frisches Kühlgas zu erzeugen, bei dem Kühlgas aus einem ersten Teil der Kammer abgezogen wird, und bei dem das abgezogene Kühlgas einem zweiten Teil der Kammer längs eines

009840/1399

Rückumwälzweges wieder zugeführt wird, der eine der Behandlungsbahn benachbarte Verteilerkanmer umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasstrom dadurch abgeglichen bzw. im Gleichgewicht gehalten wird, daß ein Teil des erneut umgewälzten Kühlgases aus der Verteilerkanmer der Behandlungskammer an einem zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Behandlungsbahn liegenden Punkt zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Teils des erneut umgewälzten Kühlgases, der der Behandlungskammer aus der Verteilerkammer zugeführt wird, nach Maßgabe der Temperatur am Austritt sende der Behandlungskammer geregelt wird.

009840/1399

Leerseite