DE2441757A1

DE2441757A1 - Gefriervorrichtung

Info

Publication number: DE2441757A1
Application number: DE2441757A
Authority: DE
Inventors: Roger Alan Howells; David Jean Klee
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1973-09-20
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1975-04-03
Also published as: NL178720B; JPS5548233B2; DE2441757C3; FR2244973B1; DE2441757B2; FR2244973A1; GB1481452A; CA998538A; BE818982A; US3892104A; JPS5056646A; NL7411500A; NL178720C

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ING. GROENING DIPL. CHEM. DR₀DEUFEL DIPL-CHEM. DR. SCHON DI?L.-FHYS HfcnTEL

³ 0. /lug,

St/th - A 2385

& AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC.

P.O.Box 538, Allentown, Pennsylvania 18105

U.S.A.

Gefriervorrichtung

Priorität: 20. September 1973 USA
Nr. 399 769

509814/0281

Dr. Müller-Bore Dlpl.-Ing. Groenlng · Dr. Deutel · Dr. Schön · Dlpl.-Phys. Hartel Braunschweig, Am Bürgerpark β 8 München 22, Robert-Koch-StraBe Telefon (0531) 7 38 87 Telefon (089) 29 36 45. Telex 5-22 050 mbpat. Kabel: Muobopat München Bank: Zentralkauie Bayer. Volksbanken München, Kto.-Nr. 9822 - Postscheck: München 654 95 -

Die Erfindung betrifft eine Gefriervorrichtung mit einem langgestreckten Tunnel mit einem Einspritzsystem für eine Gefrierflüssigkeit und einer Anzahl von Gaskühlzonen, durch die ein Produkt unter Wärmeaustausch mit dem durch Verdampfung der eingesprühten Gefrierflüssigkeit gebildeten Gas hindurchgeführt wird, wobei die Gaskühlzonen jeweils Gebläseflügel zur Umwälzung des Gases in Berührung mit dem Produkt aufweisen.

Es sind zahlreiche Gefriervorrichtungen mit Gefriermittelkühlung entwickelt worden, durch die Gegenstände wie Nahrungsmittelprodukte mit Hilfe von flüssigem Stickstoff (LIN) oder mit Hilfe von anderen Gefrierflüssigkeiten wie flüssigem CO₂, flüssiger Luft und verschiedenen inerten, halogenierten Kohlenwasserstoffen gekühlt und/oder tiefgefroren werden. Bei derartigen Gefriervorrichtungen wird die Gefrierflüssigkeit mit dem Produkt in einem Flüssigkeitsbad oder einer Sprühzone, in der die Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand verdampft wird, in Berührung gebracht und das entstehende Gas gelangt sodann durch eine Anzahl von Vorkühlzonen im Gegenstrom-Wärmeaustausch mit dem Produkt, so daß das Produkt vor der Berührung mit der Gefrierflüssigkeit gekühlt und/oder teilweise tiefgefroren wird. Es ist jedoch lange Zeit schwierig gewesen, den Durchsatz und die Geschwindigkeit des Gasgesamtstromes durch den Tunnel in Richtung des Produkteinlaßendes genau zu steuern und zugleich zu verhindern, daß Umgebungsluft in das offene Ende der Gefriervorrichtung eintritt oder andererseits übermäßige Mengen kalten Gases aus dem Produktauslaßende der Gefriervorrichtung austreten. Alle diese Bedingungen sind zur Erzielung eines hohen thermischen Wirkungsgrades der Gefriervorrichtung von wesentlicher Bedeutung. Das schwierige Problem der Steuerung des Gasstromes zur kontinuierlichen Auffechterhaltung der obengenannten Bedingungen wird weiter kompliziert durch die Tatsache, daß die Menge des erzeugten Gases pro Zeiteinheit in der Sprühzone in einem sehr weiten Bereich veränderlich ist. Die pro Stunde in der Sprühzone erzeugte Gasmenge ändert sich in weitem Bereich als Ergebnis zahlreicher Faktoren, wie beispielsweise Veränderungen in der

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Art des Produktes, in der Anfangstemperatur des Produktes, in der gewünschten Endtemperatur des Produktes und in dem Produktdurchsatz zwischen einem maximalen Produktdurchsatz und einem Stillstand, wenn die Gefriervorrichtung plötzlich zeitweilig aus den verschiedensten Gründen angehalten wird.

Zahlreiche Versuche sind in der Vergangenheit unternommen worden, das zuvor erläuterte Gassteuerungsproblem zu lösen. Beispielsweise sind zur Gassteuerung Stauplatten oder Ablenkplatten verwendet worden. Diese Stau- oder Ablenksysteme zur Steuerung des Gasstromes erfordern jedoch relativ komplizierte elektromechanische Systeme und sie arbeiten vor allem deshalb wenig genau, da der Gasdurchsatz bei einer Stau- oder Dämmplatte mit veränderlicher Stellung nicht linear über den gesamten Verstellbereich der Bewegung der Platte von deren Stellung abhängt.

Die Erfindung ist gerichtet auf ein vereinfachtes und genaueres Gassteuersystem zur präzisen Steuerung des vorwärtsgerichteten Gasgesamtstromes in Richtung des Produkteinlaßendes der Gefriervorrichtung in genauer und automatischer Anpassung des Gasgesamtstromes in linearer Beziehung und in direkter Abhängigkeit von Veränderungen der in die Gefrierzone eingeleiteten Gefrierflüssigkeitsmenge, die ihrerseits direkt in Zusammenhang steht mit Veränderungen der Ausgangs- oder Endtemperatur des Produktes, der Art des Produktes und dem Produktdurchsatz.

Erfindungsgemäß ist eine zusätzliche Gebläseeinrichtung zur Steuerung des vorwärtsgerichteten Gasgesamtstromes durch die Gaskühlzonen vorgesehen, die mit veränderlicher Drehzahl durch einen regelbaren Motor angetrieben wird, sowie ein Steuersystem in Verbindung mit dem Motor und dem Sprühkopfsystem für das flüssige Gefriermittel zur automatischen Änderung der Drehzahl der Gebläseeinrichtung als Funktion der Menge der in die Gefriervorrichtung eingesprühten Gefrier-

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flüssigkeit.

Die Drehzahl des Motors wird geändert durch eine elektrische Steuerschaltung, die direkt auf den Druck in dem Sprühkopfsystem für die Gefrierflüssigkeit anspricht. Dieser Druck ist eine direkte und lineare Funktion der eingeleiteten Gefrierflüssigkeitsmenge, wie im folgenden genauer erläutert werden soll.

Die erfindungsgemäße Gefriervorrichtung weist somit ein vereinfachtes und erheblich verbessertes Steuersystem zur genaueren Steuerung des Gasgesamtstromes durch die Vorkühlzonen der Gefriervorrichtung in Wärmeaustausch mit dem Produkt auf.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht mit fortgelassenen Teilen zur Erläuterung einiger Bestandteile im Inneren der Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und veranschaulicht in strichpunktierten Linien die beweglichen Deckel- und Bodenabschnitte des Tunnels in der geöffneten Stellung;

Fig. 3 ist eine perspektivische Teildarstellung des Inneren eines feststehenden Tunnelabschnitts zur Veranschaulichung der Einzelheiten der Förderbandstützen, die lediglich in den feststehenden Abständen vorgesehen sind;

Fig. 4 ist ein vereinfachter Querschnitt durch mehrere Zonen der Gefriervorrichtung einschließlich eines Gas-Steuergebläses mit veränderlicher Drehzahl und veranschaulicht im übrigen die elektrische Schaltung, durch die die Drehzahl des Steuergebläses in direkter und linearer Beziehung zu Veränderungen in dem Druck des Sprühkopfsystems für die Gefrierflüssigkeit verändert wird.

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Das erfindungsgemäße Gassteuersystem kann auf zahlreiche Arten von Gefriervorrichtungen angewendet werden,soll jedoch im folgenden lediglich im Zusammenhang mit einer bestimmten Form beschrieben werden. In Fig. 1 und 2 ist die Gefriervorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie umfaßt einen Rahmen 12 mit Stützen 13, längsgerichteten Kastenträgern 14, 15 und Querträgern 16, die sich zwischen den Kastenträgern 14, 15 erstrecken.

Der Rahmen 12 trägt einen länglichen Tunnel 17, der durch eine Reihe von einander abwechselnden beweglichen Abschnitten 18 und feststehenden Abschnitten 19 gebildet wird. Die feststehenden Abschnitte haben zur Erleichterung der Reinigung eine geringe Länge. Die feststehenden Abschnitte 19 werden durch ein Paar senkrechter Stützpfosten 20, 21 abgestützt, die sich von den Kastenträgern 14, 15 aus nach oben erstrecken. Die Bodenbereiche 49 der beweglichen Abschnitte 18 werden durch Winkelrahmenanordnungen 22 abgestützt, die sich unter den Bodenbereichen 49 der beweglichen Abschnitte erstrecken und ihrerseits durch Hubspindeln 23 herkömmlicher Hubeinrichtungen 24 getragen werden, die auf den Querträgern 16 befestigt sind. Jede Winkelrahmenanordnung 22 kann sich über zwei bis fünf bewegliche Bodenbereiche erstrecken und vier der Hubspindeln 23 und Hubeinrichtungen 24 zugeordnet sein, durch die die Bodenbereiche der beweglichen Abschnitte 18 in senkrechter Richtung bewegt werden, so daß eine durchgehende Reinigung und überwachung möglich ist.

Die Gefriervorrichtung 10 umfaßt weiterhin ein Siebförderband 25, das sich durch den Tunnel 17 erstreckt und obere und untere Trums 26,27 aufweist. Das Siebförderband 25 läuft über Rollen 28, 29, 30 an der Eingangsseite des Tunnels (links in Fig. 1) und über eine Rolle 31 am Auslaßende des Tunnels 17 (rechts in Fig. 1). Das Siebförderband 25 wird mit Hilfe eines Motors 32 über eine nicht gezeigte Antriebsanordnung mit Ketten und Kettenzahnrädern angetrieben. Nahrungsmittel oder entsprechende Gegenstände, die durch den

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Tunnel 17 zur Behandlung hindurchgeführt werden sollen, werden auf das Siebförderband 25 in dessen Ladetischbereich 33 aufgebracht.

Eine Gefrierflüssigkeit wie etwa flüssiger Stickstoff gelangt in das Innere des Tunnels 17 durch eine Zufuhrleitung 34, die mit einem Sprühkopf 35 in Verbindung steht, der in einem feststehenden Abschnitt 19 in der Nähe des Ausgangsendes des Tunnels 17 angebracht ist. Die Gefrierflüssigkeit kann durch Sprühdüsen 36 direkt auf die durch den Tunnel 17 bewegten Gegenstände aufgesprüht werden, und sie verdampft sodann und geht in den gasförmigen Zustand über. Das Gas wird zwangsweise über eine Anzahl von Umwälzbahnen mit Hilfe von Radialgebläseflügeln 37 geführt, die in den feststehenden Abschnitten 19 montiert sind. Der" Aufbau und die Wirkungsweise der Radialgebläseflügel 37 ist im einzelnen in der US-PS 3 403 527 erläutert, auf die hier Bezug genommen wird. Die Erfindung kann jedoch im Zusammenhang mit einer beliebigen Art von Umwälzflügeln, beispielsweise einschließlich herkömmlicher Axialgebläseflügel verwendet werden. Die Radialgebläseflügel 37 werden durch Wechselstrommotoren 38, die ebenfalls an den feststehenden Abschnitten 19 befestigt sind, mit konstanter Drehzahl angetrieben. Quergerichtete Stauplatten 39 gehen von den Oberseiten der beweglichen Abschnitte 18 auf jeder Seite der Radialgebläseflügel 37 aus und bilden zwischeneinander Kühlzonen, während ein Teil des Gases unter den Stauplatten hindurch in die stromaufwärts angrenzende Zone in Kaskadeschritten übergehen kann. Flügel 40 gegen Wirbelbildungen können dazu vorgesehen sein, die Entstehung von Wirbeln in dem Gas um die Radialgebläseflügel 37 herum zu verhindern. Anstelle eines Austrittes des Gases in die Umgebung wird das Gas vorzugsweise aus dem Tunnel mit Hilfe einer Austrittsleitung 41 abgezogen, die am ersten feststehenden Abschnitt 19 vorgesehen ist und mit einem in einigem Abstand angeordneten Gebläse 42 verbunden ist, das keinen oder nur einen sehr geringen Einfluß auf die Bewegung des Gases durch den Tunnel 17 ausübt. Das Gebläse 42 wird

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vorwiegend aus Sicherheitsgründen, das heißt zum Ausschließen der Bildung eines gefährlichen Stickstoffkissens in dem Raum verwendet, in dem sich die Gefriervorrichtung und das Bedienungspersonal befindet.

Nunmehr soll im einzelnen auf Fig. 2 Bezug genommen werden. In Fig. 2 sind die Einzelheiten eines beweglichen Abschnitts 18 gezeigt. Jeder bewegliche Abschnitt 18 umfaßt ein Paar von mit Hilfe von Scharnieren angelenkten oberen Deckeln 43, 44, die obere Abschnitte 45 und seitliche Abschnitte 46 aufweisen. Die seitlichen Abschnitte 4 6 enden an geneigten Oberflächen 47, die dichtend mit entsprechenden geneigten Oberflächen 48 eines Bodenbereiches 4 9 in der geschlossenen Stellung eines beweglichen Abschnitts 18 zusammenwirken. Der Bodenbereich 49 wird durch die Winkelrahmenanordnung 22 abgestützt und festgehalten, so daß er mit Hilfe der Hubeinrichtungen 24, die in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet sind, in Abwärtsrichtung von den oberen Deckeln 43, 44 entfernt werden kann. Ein senkrecht angeordneter Führungsstab 50 erstreckt sich nach unten von der Winkelrahmenanordnung 22 aus und wirkt- gleitend mit einer Buchse 51 zusammen, die durch einen der Querträger 16 getragen wird, so daß eine seitliche Bewegung des Bodenbereiches 49 während der Auf- und Abbewegung verhindert wird.

Die Hubeinrichtungen 24 sind herkömmlich ausgebildet und können manuell, elektrisch oder pneumatisch betätigt sein.

Die oberen Deckel 43, 44 werden durch Hülsen 52 getragen, die auf Torsionsstäbe 53 aufgekeilt sind, die ihrerseits in mit Flanschen versehenen Halteblöcken 54 befestigt sind, die an den feststehenden Abschnitten 19 angebracht sind. Die Deckel 43, 4 4 können über einen Winkel von etwa 80° nach oben geschwenkt werden und werden in dieser oberen offenen Stellung durch die Torsionsstäbe 53 festgehalten. Die Deckel 43, 44 weisen weiterhin Handgriffe 55 auf, die die manuelle Öffnung und Schließung erleichtern. Weiterhin können nicht gezeigte Verschlußlaschen

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vorgesehen sein, die die Deckel 43, 44 in der geschlossenen Stellung festhalten.

Wie am besten aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, wird das obere Trum 26 des Siebförderbandes 25 auf Kunststoff-Tragleisten 57 abgestützt, die an quergerichteten Haltestangen 58 befestigt sind, die ihrerseits durch in Längsrichtung verlaufende Seitenschienen 59 festgehalten werden, die durch Klammern oder Arme 60 an den inneren Seitenwänden der feststehenden Abschnitte befestigt sind. Die Tragleisten 57 können aus jedem geeigneten Kunststoffmaterial mit hohem Molekulargewicht hergestellt sein, das den niedrigen Temperaturen standhält und die notwendigen Gleiteigenschaften aufweist. Beispielsweise kann Polytetrafluoräthylen mit Erfolg verwendet werden. Das untere Trum 27 des Siebförderbandes 25 wird andererseits durch nicht rostende Stahlstangen 61 getragen, die an senkrechten Stützen 62 befestigt sind, die sich nach oben durch die geneigten Oberflächen 63 des Bodens des feststehenden Abschnitts 19 erstrecken.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der bisher erläuterte Aufbau der beweglichen Abschnitte 18 eine vollständige öffnung dieser Abschnitte gestattet, so daß alle inneren Bereiche des Tunnels einschließlich der inneren Bereiche der kurzen feststehenden Abschnitte 19 zugänglich sind und der gesamte Tunnel gereinigt und durch Augenschein überprüft werden kann.

Wie aus Fig. 1 weiter hervorgeht, umfaßt das Gassteuersystem eine bewegliche, bogenförmige Stauplatte 64, durch die der Gasstrom der Radialgebläseflügel 37 in Richtung der Sprühzone in veränderlicher Weise behindert wird und ein reiner, vorwärtsgerichteter Gasstrom in Richtung des Einlaßendes der Gefriervorrichtung entsteht. Der vorwärtsgerichtete Strom ist veränderlich durch Änderung der Stellung der schwenkbaren Stauplatte 64. Während sich dieses Steuersystem bei einer bestimmten Größe der Gefriervorrichtungen, beispielsweise bei Gefrier-

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vorrichtungen mit einem 1,20 m breiten Förderband und einer Gesamtlänge in der Größenordnung von 12 m, gut bewährt hat, haben sich Schwierigkeiten gezeigt bei der Verwendung eines derartigen Systems mit einer beweglichen Stauplatte bei Gefriervorrichtungen erheblich größerer Länge und/oder erheblich engerem Querschnitt, beispielsweise bei Gefriervorrichtungen mit einer Förderbandbreite von 60 cm und einer Gesamtlänge von 15 m und mehr. Die Erfindung schlägt daher ein verbessertes Gassteuersystem vor, das bei allen Größen der Gefriervorrichtungen sehr wirksam arbeitet und das nicht den zuvor erwähnten nicht-linearen Eigenschaften der schwenkbaren •Stau- und Dämmplatten unterworfen ist. Außerdem spricht das erfindungsgemäße Gassteuersystem sehr schnell auf jede Änderung in der Menge der der Sprühzone zugeführten Gefrierflüssigkeit an, während bei bekannten Systemen, bei denen Temperaturabtasteinrichtungen verwendet werden, zwangsläufig ein erheblicher Zeitraum zwischen der Änderung der zugeführten Gefrierflüssigkeitsmenge und der erforderlichen Gässteuerungskorrektur liegt.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist erfindungsgemäß ein gesondertes Steuergebläse 70 mit veränderlicher Drehzahl zusätzlich zu den Radialgebläseflügeln 37 vorgesehen. Dieses Steuergebläse 70 umfaßt ein Spiralgehäuse 71, das an der inneren Oberfläche des oberen Bereiches eines der feststehenden Abschnitte 19 befestigt ist. Das Spiralgehäuse 71 schließt einen herkömmlichen Zentrifugalflügel 72 ein, der durch eine Welle 73 angetrieben wird, die sich durch den oberen Bereich des feststehenden Tunnel-Abschnitts 19 erstreckt und mit einem regelbaren Gleichstrommotor 74 verbunden ist, der ebenfalls an demselben feststehenden Tunnel-Abschnit 19 befestigt ist. Anstelle einer direkten Verbindung der Welle 73 mit dem Gleichstrommotor 74 kann ein zwischengeschalteter Riemenantrieb oder eine Getriebeeinheit vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Drehzahl des Zentrifugalflügels 72 anstelle durch den Motor geändert wird. Beispielsweise kann die zwischengeschaltete Getriebeeinheit

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entweder ein festes oder ein veränderliches Drehzahlverhältnis bei. Verwendung einer Riemen-, Ketten- oder Zahnradantriebseinheit liefern.

Zur Führung des kalten Stickstoffdampfes nach vorwärts in Richtung des Einlaßendes der Gefriervorrichtung ist eine relativ
kurze, waagerechte Trennwand 75 eines Trennwandpaares mit den beiden Seiten der Deckel-Abschnitte 43, 44 verbunden, und jeweils eine Ablenkplatte 76 eines Ablenkplattenpaares ist an der Unterseite des oberen Bereiches der Deckel 43, 44 angebracht. Auf diese Weise bilden bei geschlossenen Deckeln die Paare der Trennwände 75 und der Ablenkplatten 76 gemeinsam einen kurzen Kanal, der sich über die gesamte Breite der Gefriervorrichtung erstreckt und durch den das Gas mit Hilfe des Zentrifugalflügels 72 nach unten und vorwärts abgegeben wird.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist das Steuergebläse 70 zwischen zwei der Radialgebläseflügelzonen angeordnet, so daß ein Teil des Gases, das in der Radialflügelzone auf der rechten Seite des Steuergebläses 70 umgewälzt wird, in den
Mitteleinlaß des Steuergebläses gezogen und von dort in Richtung der Radialgebläsezone auf. der linken Seite des Steuergebläses abgegeben wird. Dadurch entsteht insgesamt ein vorwärtsgerrchteter Gasstrom durch die ungerichteten Radialgebläsezonen, in denen das Gas umgewälzt wird. Alternativ kann das Steuergebläse 70
unmittelbar angrenzend an die Sprühzone vorgesehen sein oder sich in irgendeinem oder mehreren der feststehenden Tunnel-Abschnitte 19 zwischen der Sprühzone und dem Einlaßende der Gefriervorrichtung für die zu behandelnden Produkte befinden. Es hat sich
jedoch gezeigt, daß die optimale Lage des Gas-Steuergebläses
oder der Gebläse an einer oder mehreren Stellen in dem Tunnel liegt, an denen die Temperatur des Gases zwischen -45,6°C und -56,7⁰C beträgt. In diesem Temperaturbereich ist das Gas kalt genug, um Gefrieransammlungen in dem Spiralgehäuse oder dem
Auslaßkanal zu verhindern, und andererseits nicht so kalt und damit so dicht, daß eine erheblich größere Leistung zur Betätigung des Gebläses innerhalb der bevorzugten Drehzahlbereiche

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erforderlich ist. Neben der Verwendung einer Anzahl von Gas-Steuergebläsen 70 in Abständen entlang der Länge des Tunnels können Paare-der Gas-Steuergebläse 70 in demselben feststehenden Tunnel-Abschnitt verwendet werden. Beispielsweise können zwei oder mehrere Gas-Steuergebläse 70 seitlich nebeneinander verwendet werden, sofern es sich beispielsweise um eine Gefriervorrichtung mit einer Förderbandbreite von 1,2 bis 2,4 m handelt.

Wie zuvor erwähnt wurde, wird die Geschwindigkeit des Gas-Steuergebläses 70 genau gesteuert als lineare Funktion der zu der Gefriervorrichtung durch das Sprühkopf-System 79 zugeführten Menge an flüssigem Stickstoff. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, daß eine kleine Druckabtastleitung 77 mit dem Sprühkopfsystem 75 stromabwärts des Hauptventils 78 zur Flüssigkeitssteuerung, das durch ein Betätigungsorgan 80 betätigt wird, verbunden wird. Das Betätigungsorgan 80 wird vorzugsweise vollständig automatisch durch das Steuersystem für den flüssigen Stickstoff gesteuert, wie es in der US-PS 3 613 386 beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen wird. Jedoch ist unabhängig von der Art der Steuerung des Hauptventils 78 für den flüssigen Stickstoff und auch bei manueller Betätigung oder jeglicher automatischer Betätigung der Druck des flüssigen Stickstoffs in dem Sprühkopfsystem stromabwärts des Hauptventils 78 im Bereich von 0 bis 0,7 atü (0 bis 10 p.s.i.g.) eine direkte und lineare Funktion der Menge der der Gefriervorrichtung zugeführten Menge der Gefrierflüssigkeit. Wenn daher der Strömungsdurchsatz des flüssigen Stickstoffs aus irgendeinem Grunde, wie beispielsweise bei Änderung des Produktionsausstoßes und/oder der Temperatur des eingeleiteten oder entnommenen Produktes geändert wird, paßt sich der Druck der Flüssigkeit zwischen den feststehenden Sprühdüsen 36 und dem Hauptventil 78 genau an eine derartige Änderung an.

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Die Druckabtastleitung 77 ist mit einer kleinen, verengten Drosselstelle 82 verbunden, die dazu dient, vorübergehende Änderungen in dem Druck des flüssigen Stickstoffs in dem Sprühkopfsystem zu glätten und aufzuheben. Das Drucksignal wird sodann durch die Leitung 84 einem herkömmlichen Meßwandler 86 zugeführt, der zur beispielshaften Erläuterung als druckempfindlicher Balg 87 dargestellt ist, der den beweglichen Kontaktschieber eines Potentiometers 88 betätigt. Auf diese Weise ändern die abgetasteten Änderungen in dem Druck der Flüssigkeit in dem Sprühkopfsystem das Ausgangsspannungssignal des Meßwandlers 86,das über Leitungen 99 an eine herkömmliche Gleichstromquelle 100 gelangt, die vorzugsweise durch einen siliciumgesteuerten Gleichrichter gebildet wird. Die Gleichstromquelle 100 nimmt eine Wechselstrom-Eingangsspannung über die Leitungen 103 auf und liefert eine konstante Gleichspannung durch die Leitungen 101 an das Motorfeld sowie eine veränderliche Gleichspannung über die Leitungen 102 an den Motorlaufer, so daß die Drehzahl des Gleichstrommotors 74 geändert wird. Demzufolge wird die Drehzahl des Gas-Steuergebläses 70 kontinuierlich und automatisch geändert, so daß ihre Pumpleistung stets genau der Menge des Gases entspricht, das aus der in die Sprühzone eingeführten Flüssigkeit entsteht. Daher wird der vorwärtsgerichtete Gesamtstrom des Gases durch die Gefriervorrichtung stets auf dem gleichen Wert gehalten, der dem in der Sprühzone erzeugten Gas entspricht, so daß die zuvor erläuterten, kritischen Gasströmungsbedingungen stets unabhängig von den erwähten Änderungen im Betrieb der Gefriervorrichtung aufrechterhalten werden.

Zusätzlich zu dem vollständig automatischen, zuvor beschriebenen Steuersystem ist eine Reserve-Handsteuerung in Form eines von Hand betätigbaren Potentiometers 104 vorgesehen, das über die Leitungen 106, in denen die Schalter 108 vorgesehen sind, mit den Leitungen 99 verbunden sind, in denen sich die Schalter 110 befinden. Die Schalter 108 und 110 sind vorzugsweise Relaisschalter, die durch ein Solenoid 111 betätigt werden,

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das die Schalter 110 schließt und die Schalter 108 öffnet, so daß sich das automatische Steuersystem in Betrieb befindet. Dieser automatische Betriebszustand wird durch eine Anzeigelampe 114 angezeigt. Wenn dagegen der Wählschalter 113 zur Auswahl der Betriebsweise geöffnet wird, oder wenn ein Fehler in der Relaisschaltung auftritt und somit das Solenoid 111 entregt wird, fallen die Schalter 110 in ihre offene Sicherheitsstellung und die Schalter 108 in ihre geschlossene Sicherheitsstellung, S₁O daß das Gas-Steuergebläse 70 nunmehr von Hand mit Hilfe des Potentiometers 104 gesteuert werden kann, das sodann die Drehzahl des Gleichstrommotors 74 regelt und damit die Drehzahl des Steuergebläses 70 mit Hilfe der Gleichstromquelle 100.

Erfindungsgemäß ist ebenfalls ein besonders empfindliches Höchstdrehzahlpotentiometer 116 vorgesehen, das die maximale Drehzahl des Steuergebläses 70 einstellbar begrenzt. Dieses Potentiometer weist wenigstens drei und vorzugsweise fünf bis zehn Windungen auf, so daß die Höchstdrehzahl des Steuergebläses 70 genau eingestellt werden kann, die die Beziehung herstellt zwischen dem Druck des flüssigen Stickstoffs in dem Sprühkopfsystem 79 und der geeigneten Drehzahl des Steuergebläses, die diesem Druck entspricht.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung das Sprühkopfsystem 79 als ein System für ein direktes Aufsprühen des flüssigen Stickstoffs auf das Produkt, beschrieben wurde, ist die Erfindung ebenfalls anwendbar auf Vorrichtungen, in denen der flüssige Stickstoff in eine oder mehrere der Gaszonen eingeleitet und dort verdampft wird. Das besagt, daß entweder anstelle von oder zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Sprühkopfsystem 79 flüssiger Stickstoff durch ein Sprühsystem eingeleitet werden kann, wie es in Fig. 4 strichpunktiert dargestellt und mit der Bezugsziffer 79A bezeichnet ist. Dieses System umfaßt eine Zufuhrleitung 34A, ein Hauptventil zur Steuerung des flüssigen Stickstoffs 78A und eine oder mehrere

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Sprühdüsen 36A, die den flüssigen Stickstoff in den relativ wärmeren Stickstoff einsprühen oder anderweitig einleiten, in dem der flüssige Stickstoff verdampft wird, ohne das Produkt direkt zu berühren. Der Hauptvorteil dieser Art der Einspritzung des flüssigen Stickstoffs liegt darin, daß sie für jede Art von Produkten einschließlich bestimmter Arten von empfindlichen Produkten verwendet werden kann, die durch direktes Aufsprühen beschädigt werden können. Bei Verwendung dieses Systems der Einspritzung der Gefrierflüssigkeit wird der Druck der eingespritzten Flüssigkeit durch eine Abtastleitung 77A abgetastet, die der Abtastleitung 77 gleicht. Alle übrigen Bestandteile des Gassteuersystems sind konstruktiv und funktionell gleich ausgebildet wie bei dem zuvor erläuterten System.

Aus der vorstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geht hervor, daß die Erfindung ein mechanisch einfaches und zuverlässiges Steuergebläse mit veränderlicher Drehzahl liefert, das genau und automatisch geregelt werden kann durch ein einfaches und sehr zuverlässiges elektrisches Steuersystem, so daß stets alle notwendigen und kritischen Gasströmungsbedingungen unabhängig von dem weiten Bereich der verschiedenen Betriebszustände in der Gefriervorrichtung aufrechterhalten werden können. Zusätzlich ändert sich der Druck in dem nicht gezeigten Speicherbehälter häufig während des Füllens des Behälters, und der hydrostatische Druck der Flüssigkeit in dem Speicherbehälter fällt während des Betriebes der Gefriervorrichtung ab. Diese Druckunterschiede in dem Speicherbehälter verändern den Strömungsdurchsatz der Flüssigkeit durch die Hauptventile 78 und/oder 78A. Die Druckunterschiede, die diese Veränderungen des Strömungsdurchsatzes hervorrufen, werden jedoch ebenfalls durch die Abtastleitungen 77 und/oder 77A ermittelt, und das Steuersystem stellt die Drehzahl des Gas-Steuergebläses 70 automatisch entsprechend derartigen Veränderungen der Menge der eingeeprühten Gefrierflüssigkeit ein.

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Claims

Patentansprüche

1.Gefriervorrichtung mit einem langgestreckten, isolierten Tunnel mit einem Einspritzsystem für eine Gefrierflüssigkeit und einer Anzahl von Gaskühlzonen, durch die ein Produkt unter Wärmeaustausch mit dem durch Verdampfung der eingesprühten Gefrierflüssigkeit gebildeten Gas hindurchgeführt wird, wobei die Gaskühlzonen jeweils Gebläseflügel zur Umwälzung des Gases in Berührung mit dem Produkt aufweisen, gek ennzeichnet durch eine zusätzliche Gebläseeinrichtung (70 bis 76) zur Steuerung des vorwärtagerichteten Gasgesamtstromes durch die Gaskühlzonen (19, 37, 38), die mit veränderlicher Drehzahl durch einen regelbaren Motor (74) angetrieben wird, und durch ein Steuersystem (77, 86, 99, 100, 101, 102) in Verbindung mit dem Motor (74) und dem Sprühkopfsystem (7 9) für das flüssige Gefriermittel zur automatischen Änderung der Drehzahl der Gebläseeinrichtung (70 bis 76) als Funktion der Menge der in die Gefriervorrichtung eingefprühten Gefrierflüssigkeit.

2.Gefriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem Druckabtasteinrichtungen (77, 77A, 82, 84, 87) in Verbindung mit dem Sprühkopfsystem (79, 79A) für das flüssige Gefriermittel aufweist, und daß ein Meßwandler (86) zur Umwandlung des abgetasteten Druckes der Gefrierflüssigkeit in ein elektrisches Steuersignal vorgesehen ist.

3.Gefriervorrichtung nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Gebläseeinrichtung (70 bis 76) ein Steuergebläse (70) innerhalb des isolierten Tunnels (17) mit einem Auslaß (75, 76) für das Gas in Richtung des Produkteinlaßendes der Gefriervorrichtung (10) umfaßt.

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4. Gefriervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Kanal in Verbindung mit dem Gebläse-Auslaß (75, 76) zur Führung des Gases in Richtung des Produkteinlaßendes der Gefriervorrichtung (10).

5. Gefriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseeinrichtung (70 bis 76) in einer Position des Tunnels (17) liegt, in der eine Temperatur unterhalb von -45,6⁰C (-50° F) herrscht.

6. Gefriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der regelbare Motor durch einen Gleichstrommotor (74) gebildet wird, und daß in dem Steuersystem eine Gleichstromquelle (100) mit veränderlicher Gleichstromausgangsspannung vorgesehen ist, die mit dem Gleichstrommotor (74) verbunden ist.

7. Gefriervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Höchstdrehzahlpotentiometer (116) in Verbindung mit der Gleichstromquelle (100), das wenigstens drei Wicklungen zur genauen Einstellung der maximalen Drehzahl des Gleichstrommotors (74) umfaßt.

8. Gefriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine von Hand betätigbare elektrische Steuerschaltung (104) zur manuellen Veränderung der Drehzahl des Steuergebläses (70), sowie durch einen Wählschalter (113) zur Umschaltung des Steuersystems zwischen manuellem und automatischem Betrieb.

9. Gefriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgleichseinrichtung (82) in Anschluß an das Sprühkopfsystem (79) und den Meßwandler (86) zur Unterdrückung vorübergehender

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Druckänderungen.

10. Gefriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeich net, daß das Sprühkopfsystem (79) einen Sprühkopf (35) zum direkten Aufsprühen der Gefrierflüssigkeit auf das Produkt und zum Verdampfen der Gefrierflüssigkeit als Gas umfaßt, und daß die Gaskühlzonen (19, 37, 38) Vorkühlzonen zwischen dem Produkteinlaßende des Tunnels (17) und dem Sprühkopfsystem (79) bilden.

11. Gefriervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das'Steuergebläse (70) zwischen zwei Gaskühlzonen liegt.

12. Gefriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t, daß das Sprühkopfsystem (79) Sprüheinrichtungen (36A) zum Einsprühen der Gefrierflüssigkeit in wenigstens eine der Gaskühlzonen und zur dort erfolgenden Verdampfung und Umwälzung umfaßt.

13. Gefriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (74) außerhalb des Tunnels (17) angeordnet und mit Hilfe einer Welle (73) mit dem Steuergebläse (70) verbunden ist, und daß zwischen Gleichstrommotor (74) und Steuergebläse (70) ein Getriebe zur Änderung der Drehzahl des Steuergebläses eingeschaltet ist.

14. Gefriervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine Änderung der Drehzahl des Steuergebläses (70) in Bezug auf die Drehzahl des Gleichstrommotors (74) gestattet.

5098U/0281

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