DE2906480C2

DE2906480C2 - Spray system for dispensing a cryogenic refrigerant

Info

Publication number: DE2906480C2
Application number: DE19792906480
Authority: DE
Inventors: Georg 8051 Neufahrn Göstl; Georg Ing.(grad.) 8023 Höllriegelskreuth Schmitt
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1979-02-20
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1986-11-13
Also published as: AT361522B; DE2906480A1; ATA444579A

Description

Die Erfindung betrifft ein Sprühsystem zur Abgabe eines kryogenen Kältemittels innerhalb eines isolierten Gefrierraumes mit einer Transporteinrichtung für Gefriergut und mit einer innerhalb des Gefrierraumes vorgesehenen Vorrichtung zur Trennung der flüssigen und gasförmigen Phase des Kältemittels.The invention relates to a spray system for dispensing a cryogenic refrigerant within an isolated one Freezer compartment with a transport device for frozen food and one provided within the freezer compartment Device for separating the liquid and gaseous phases of the refrigerant.

Ein Sprühsystem dieser Art ist in der DE-OS 31 012 beschrieben. In einem isolierten Gefrierraum, in dem einzufrierende Produkte auf einer Förderstrecke von einer Eintrittsöffnung zu einer Austrittsöffnung transportiert werden, ist über der Förderstrecke eine Verteilerleitung mit einer Vielzahl von Sprühdüsen angeordnet Flüssiger Stickstoff wird über die Verteilerleitung und die Sprühdüsen auf die Produkte gefördert.A spray system of this type is described in DE-OS 31 012. In an isolated freezer, in which products to be frozen are on a conveyor line from an inlet opening to an outlet opening are transported, a distribution line with a plurality of spray nozzles is arranged above the conveyor line Liquid nitrogen is pumped onto the products via the distribution line and the spray nozzles.

Die Verteilerleitung bildet z. B. eine Doppelschleife, die einen relativ langen Teil der Förderstrecke überspannen kann. Diese Anordnung ist erforderlich, damit sich die Sprühbereiche der jeweiligen Düsen überlappen und so die gesamte Fläche des überspannten Abschnittes überdecken.The distribution line forms z. B. a double loop that can span a relatively long part of the conveyor line. This arrangement is required in order for it to be the spray areas of the respective nozzles overlap and so the entire area of the spanned section cover.

Dieses Sprühsystem besitzt aber verschiedene Nachteile: Aufgrund der großen Länge der Verteilerleitung wird aus dem Gefrierraum eine relativ große Wärmemenge über die Verteilerleitung auf den flüssigen Stickstoff übertragen. Dies führt zur Ausbildung eines aus einer gasförmigen und einer flüssigen Phase bestehenden Zweiphasenstromes. Die Kühlkapazität der Gasphase ist aber wesentlich geringer als die der flüssigen-Phase, so daß die Abgabe von gasförmigem Kühlmittel zu einer langsameren bzw. ungenügenden Abkühlung der einzufrierenden Produkte führen kann. Zwar versucht man diesem umstand z. B. durch Gasentlüftungsdüsen in der Verteilerleitung entgegenzutreten, doch kann mit diesen zusätzlichen Vorrichtungen der Anteil der Gasphase am Flüssigphasenstrom höchstens reduziert, aber nicht ausgeschlossen werden, infolge des wesentlich größeren Volumens der Gasphase im Vergleich zur flüssigen Phase ist eine weitere negative Folge der Zweiphasenströmung eine unruhige Abgabe von flüssigern Stickstoff mit geringem Düsendurchsatz und einem kleinen Sprühbereich.However, this spray system has various disadvantages: Due to the great length of the distribution line a relatively large amount of heat is transferred from the freezer compartment to the liquid nitrogen via the distributor line transfer. This leads to the formation of one consisting of a gaseous and a liquid phase Two-phase current. The cooling capacity of the gas phase is much less than that of the liquid phase, so that the release of gaseous coolant leads to slower or insufficient cooling of the products to be frozen. Although one tries this circumstance z. B. by gas vent nozzles in the distribution line, but with these additional devices, the proportion the gas phase in the liquid phase stream can be reduced at most, but not excluded, as a result of the essential The larger volume of the gas phase compared to the liquid phase is another negative consequence of the Two-phase flow a restless discharge of liquid nitrogen with a low nozzle throughput and a small spray area.

Außerdem ist es schwierig, eine lange Verteilerleitung genau horizontal anzuordnen. Gerade für eine gleichmäßige Abgabe eines flüssigen Kältemittels, das einen gewissen Anteil einer gasförmigen Phase enthält, ist eine vollkommen waagerechte Ausrichtung der Verteilerleitung von Bedeutung, da sonst die flüssige Phase bevorzugt zur tieferliegenden Stelle, die gasförmige Phase jedoch zur höherliegenden Stelle der Verteilerleitung strömt. Dies führt zu einer ungleicc näßigen Kältemittelabgabe und einer geringeren Kühlkapazität. Im Extremfall kann sogar durch einen Teil der Düsen ausschließlich gasförmiges Kältemittel abgegeben werden. Aus den genannten Gründen ist für ein völliges Gefrieren der einzufrierenden Produkte ein sehr großes und fertigungstechnisch aufwendiges Sprühsystem erforderlich. In addition, it is difficult to place a long distribution pipe exactly horizontally. Just for one uniform delivery of a liquid refrigerant that contains a certain proportion of a gaseous phase, a perfectly horizontal alignment of the distribution line is important, otherwise the liquid phase preferably to the lower point, but the gaseous phase to the higher point of the distributor line flows. This leads to an uneven refrigerant delivery and a lower cooling capacity. In extreme cases, even some of the nozzles can be used exclusively gaseous refrigerant are released. For the reasons given, it is in favor of complete freezing the products to be frozen require a very large and technically complex spray system.

Durch die US-PS 40 75 869 ist es bekannt, eine kryogene Flüssigkeit, mit der Artikel in einem Kühltunnel gekühlt werden sollen, durch eine Vorrichtung zu leiten, in der die Flüssigkeit in einen gasförmigen und einen flüssigen Anteil getrennt wird. Die gasförmige Phase wiru in einer ersten Zone, die flüssige Phase in einer zweiten Zone verteilt. Jedoch wird bei dieser offenen Vorrichtung auf unwirtschaftliche Weise der Anteil der gasförmigen Phase durch Wärmezufuhr erhöht, da darauf abgezielt ist, einen möglichst großen Anteil des kryogenen Kühlmittels in Form eines tiefkalten Gases in den Gefrierraum abzugeben.From US-PS 40 75 869 it is known, a cryogenic liquid with the article in a cooling tunnel are to be cooled, to pass through a device in which the liquid in a gaseous and a liquid portion is separated. The gaseous phase is in a first zone, the liquid phase in one second zone distributed. However, in this open device in an uneconomical manner, the proportion of gaseous phase increased by the supply of heat, since the aim is to have as large a proportion of the Dispense cryogenic coolant in the form of a cryogenic gas into the freezer compartment.

Gemäß der CH-PS 3 51 910 sind Flachstrahldüsen mit ,einem Querschlitz bekannt, mit der Flüssigkeiten versprüht werden können. Mit den bekannten Düsen sollAccording to CH-PS 3 51 910, flat jet nozzles with a transverse slot are known with which liquids are sprayed can be. With the known nozzles should

: eine stärkere Strahlausbildung am Rand eines Flachstrahles erzielt werden. Die Flüssigkeitsmenge am Rand des Flachstrahls soll demnach gleich groß wie bzw. größer als die Flüssigkeitsmenge in der Strahlmitte sein. Diese Eigenschaft erschien aber als Nachteil für die Abgabe von kryogenem Kältemittel, da bei Anordnung: a stronger jet formation at the edge of a flat jet can be achieved. The amount of liquid on the edge of the flat jet should therefore be the same size as or greater than the amount of liquid in the center of the jet. However, this property appeared to be a disadvantage for the delivery of cryogenic refrigerant, since it was arranged

einer Vielzahl von Düsen in einer langen Verteilerleitung sich die Sprühbilder benachbarter Düsen ohnehin überlappen.a multitude of nozzles in a long manifold the spray patterns of adjacent nozzles overlap anyway.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Sprühsystem zu schaffen, bei dem eine wirtschaftliche effektive Ausnutzung des Kältemittels und eine günstige Beaufschlagung des Gefrierguts mit Kältemittel gewährleistet istThe invention is therefore based on the object of creating a simple spray system in which an economical Effective utilization of the refrigerant and a favorable application of refrigerant to the frozen food is guaranteed

Diese Aufgabe wird erfindungsgemä3 durch ein Sprühsystem der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Phasentrennung ein als geschlossener Behälter ausgebildeter Phasenabscheider vorgesehen ist, dem das Kältemittel mit überatmosphärischem Druck zugeführt wird, wobei an dem Phasenabscheider eine Verteilerleitung mit Sprühdüsen schlitzförmigen Öffnungsquerschnittes angeschlossen istThis object is achieved according to the invention by a spray system of the type described at the outset solved that the device for phase separation is designed as a closed container phase separator is provided, to which the refrigerant is supplied with superatmospheric pressure, with the phase separator a distribution line is connected with spray nozzles with a slot-shaped opening cross-section

Allein die Anordnung eines Phasenabscheiders, in dem die flüssige Phase des Kältemittels von der gasförmigen Phase getrennt und beide Phasen über eigene Ausgänge aus dem Phasenabscheider abgeleitet werden, innerhalb des Gefrierraumes und unmittelbar vor der Verteilerleitung des Sprühsystems ve-bessert das Verhältnis des Flüssigkeits- zum Gasanteii wesentlich, so daß in die Verteilerleitung praktisch ausschließlich Kältemittel in flüssiger Form gelangt. Da der Phasenabscheider innerhalb des Gefrierraumes, dessen Betriebstemperatur deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, angeordnet ist, ist die Isolierung des Phasenabscheiders wesentlich weniger anspruchsvoll zu gestalten als bei einer Anordnung außerhalb des Getrierraumes. Gegebenenfalls kann eine Isolierung völlig entfallen.Just the arrangement of a phase separator in which the liquid phase of the refrigerant is separated from the gaseous Phase separated and both phases are derived from the phase separator via their own outputs, This improves within the freezer and immediately in front of the distributor line of the spray system The ratio of the liquid to the gas is essential, so that it is practically exclusively in the distribution line Coolant arrives in liquid form. Since the phase separator is inside the freezer compartment, its operating temperature is well below the ambient temperature, is the insulation of the phase separator To be designed much less demanding than with an arrangement outside the locker room. If necessary, insulation can be omitted entirely.

Wichtig für einen sinnvollen Einsatz des Phasenabscheiders sind möglichst kurze Wege, die das Kältemittel vom Ausgang des Phasenabscheiders bis zu den Sprühdüsen zurücklegen muß, da auf diese Weise der Wärmeeintrag sehr klein gehalten und die erneute Ausbildung einer Zweiphasenströmung ausgeschlossen werden kann. Dazu ist eine möglichst kurze Verteilerleitung erforderlich. Diese Anforderung kann mit den bereits beschriebenen Sprühdüsen schlitzförmigen Öffnungsquerschnittes erfüllt werden. Daher wird die Funktion der Sprühdüsen durch einen Phasenabscheider wirkungsvoll unterstützt.The shortest possible paths for the refrigerant are important for a sensible use of the phase separator must travel from the exit of the phase separator to the spray nozzles, as in this way the The heat input is kept very small and the renewed formation of a two-phase flow is excluded can be. A distribution line that is as short as possible is required for this. This requirement can be matched with the already Spray nozzles described slot-shaped opening cross-section are met. Hence the The function of the spray nozzles is effectively supported by a phase separator.

Es ist festgestellt worden, daß mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verteilerleitung mit Sprühdüsen schlitzförmigen Öffnungsquersdinittes ein großer Spriihwinkel bei hohem Kältemitteldurchsatz erzielt werden kann. Vorteilhafterweise kann die Verteilerleitung daher sehr kurz sein, wodurch der Wärmeeintrag aus dem Gefrierraum L df das kryogene Kältemittel und damit die Bildung einer Zweiphasenströmung wesentlich verringert werden kann.It has been found that with the distributor line proposed according to the invention with spray nozzles, slit-shaped opening transverse dinits, a large spray angle can be achieved with a high refrigerant throughput. The distributor line can therefore advantageously be very short, as a result of which the heat input from the freezing space L df, the cryogenic refrigerant and thus the formation of a two-phase flow can be reduced significantly.

Ein Vergleich schlitzförmiger Düsen mit Düsen kreisförmigen Öffnungsquerschnittes ergibt folgendes: Wurden vom Hersteller für Runddüsen für die Abgabe von Wasser von 20° C, das mit einem Druck von 3 bar versprüht wird, ein Durchsatz von 3,10 l/min, und ein Sprühwinkel von 120° garantiert, so sanken beim Versprühen von flüssigem Stickstoff gleichen Druckes über diese Düsen der Durchsatz auf 2,50 l/min, und der Sprühwinkel auf 25°. überraschenderweise konnten bei xier Verwendung von schlitzförmigen Düsen erheblich bessere Werte für Durchsatz und Sprühwinkel gemessen werden. Wurden für Schlitzdüsen bei Abgabe von Wasser von 20°C unter einem Druck von 3 bar ein Sprühwinkel von 110° und ein Durchsatz von 3,10 l/min. gemessen, so änderten sich diese Werte beim Versprühen von flüssigem Stickstoff nur unwesentlich. Der Durchsatz stieg auf 3,27 I/min, während der Sprühwinkel 105° betrug. Vorteilhafte Folge dieses großen Sprühwinkels ist daß eine einzige Verteilerleitung genügt. Werden die schlitzförmigen Öffnungen dieser Sprühdüsen quer zur Bewegungsrichtung der Transporteinrichtung orientiert, so kann z. B. die gesamte Breite des Transportbandes mit einer Düse besprüht werden, während die Verwendung von Runddüsen, z. B. zwei parallel geführte Verteilerleitungen erforderlichA comparison of slot-shaped nozzles with nozzles with a circular opening cross-section reveals the following: Were from the manufacturer for round nozzles for the delivery of water at 20 ° C, which sprays at a pressure of 3 bar is guaranteed, a throughput of 3.10 l / min, and a spray angle of 120 °, so decreased during spraying of liquid nitrogen at the same pressure through these nozzles, the throughput to 2.50 l / min, and the Spray angle to 25 °. Surprisingly, slotted nozzles could be used considerably better values for throughput and spray angle can be measured. Were used for slot nozzles when dispensing Water at 20 ° C under a pressure of 3 bar, a spray angle of 110 ° and a throughput of 3.10 l / min. measured, these values changed only insignificantly when liquid nitrogen was sprayed. Of the Throughput increased to 3.27 l / min while the spray angle was 105 °. Beneficial consequence of this great Spray angle is that a single distribution line is sufficient. Will the slot-shaped openings of this Spray nozzles oriented transversely to the direction of movement of the transport device, so z. B. the whole Width of the conveyor belt can be sprayed with a nozzle, while the use of round nozzles, e.g. B. two parallel distribution lines required

ίο macht (bei gleichem Abstand Düsen-Transporteinrichtung). Auf diese Weise wird die Übertragung von Wärme auf den flüssigen Stickstoff in der Verteilerleitung sowie die Ausbildung einer Zweiphasenströmung wesentlich reduziert.ίο makes (with the same distance between nozzle and transport device). In this way, the transfer of heat to the liquid nitrogen in the distribution line occurs and the formation of a two-phase flow is significantly reduced.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Schlitzdüsen, diefür einen relativ großen Durchsatz von flüssigem Kältemittel geeignet sind, zu verwenden. Einerseits kann durch diese Maßnahme die Zahl der Sprühdüsen weiter verringert werden, wodurch nicht nur die Wärmeaufnähme über das entsprechend kürzere Verteilerrohr geringer ist, sondern auch der Arbw .saufwand. der beim Austausch der Düsen zur Anpassung an unterschiedliches Gefriergut entsteht, deutlich kleiner wiird. Andererseits bilden sich bei diesen Sprühdüsen FlüssigVeitstropfen mit einem größeren Radius als bei Düsen mit geringere...-· Durchsatz. Da die Gesamtoberfläche dieser Tropfen kleiner ist, als die vieler Tropfen kleineren Durchmessers, sinken die Verdampfungsverluste, die sich auf dem Weg der Tropfen zwischen Sprühdüse und Gefriergut ergeben. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der beschriebenen Sprühdüsen ist außerdem ihre Unempfindlichkeit gegenüber unterschiedlichem Durchsatz flüssigen Kältemittels, gegenüber Schmutzpartikeln sind gegebenenfalls anfallendem gasförmigem Kältemittel.It has proven advantageous to use slot nozzles for a relatively large throughput of liquid refrigerant are suitable to use. On the one hand can this measure further reduces the number of spray nozzles, which not only reduces heat absorption is lower via the correspondingly shorter distribution pipe, but also the labor. the at Exchanging the nozzles to adapt to different types of frozen food becomes significantly smaller. on the other hand Liquid droplets form at these spray nozzles with a larger radius than nozzles with smaller ...- · Throughput. Because the total surface of these droplets is smaller than that of many smaller droplets Diameter, the evaporation losses, which occur on the way of the droplets between the spray nozzle and, decrease Frozen food. Another advantageous property of the spray nozzles described is theirs Insensitivity to different throughputs of liquid refrigerant, to dirt particles are any gaseous refrigerants.

Insgesamt kann festgestellt werden, daß das erfindungsgemäße Spruhsystem eine fertigungstechnisch einfache Anordnung darstellt, mit der einzufrierende Produkte auf wirtschaftliche Weise gekühlt werden können, da auf das Kühlgut durch wenige, große Sprühdüsen mehr flüssiges Kältemittel gebracht werden kann als bisher. Dennoch ist der spezifische Verbrauch an flüssigem Kältemittel gegenüber herkömmlichen Anlagen geringer. Der G^rund dafür ist der gute Wärmeübergang der großen Flüssigkeitstropfen, die fast ohne Verdampfungsverluste durch die umgebende Gefnerraumatmosphäre auf das Gefriergut gelangen. Schließlich ist ein besseres und schnelleres Einstellen einer mit dem erfindungsgemäßen Sprühsystem ausgerüsteten Anlage auf unterschiedliches Kühlgut möglich, da die Sprühzone verkleinert urid die Anzahl der Sprühdüsen gegenüberherkömmlichen Anlagen verringert werden ka;;n.Overall, it can be stated that the spray system according to the invention represents a technically simple arrangement with which products to be frozen can be cooled in an economical manner, since more liquid refrigerant can be applied to the items to be cooled by a few, large spray nozzles than before. Nevertheless, the specific consumption of liquid refrigerant is lower compared to conventional systems. G ^r and this is the good heat transfer of large liquid droplets that get almost no evaporation losses by the surrounding Gefnerraumatmosphäre on the frozen food. Finally, a system equipped with the spray system according to the invention can be adjusted better and more quickly to different items to be cooled, since the spray zone is smaller and the number of spray nozzles can be reduced compared to conventional systems.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens mündet der Ausgang des Phasenabscheiders für die gasförmige Phase im Gefrierrpum. Auf diese Weise geht der Kälteinhalt der gasförmigen Phase nicht verloren, sondern kann zur Vorkühlung der einzufrierenden Produkte dienen.In an advantageous embodiment of the inventive concept, the outlet of the phase separator opens for the gaseous phase in the freezer pump. In this way the cold content of the gaseous phase does not go lost, but can be used to pre-cool the products to be frozen.

In einer weite "en Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sppihsystems besitzt der Phasenabscheider die Form eines Zylinders, in den eine zur Zylinderachse koaxiale .Zufuhrleitung für das kr^ogine' Kältemittel hineinragt Vorteilhafterweise ist oberhalb der unteren Grundfläche des Zylinders, in der sich der Ausgang für die flüssige Phase befindet, ein Schmutzfänger angeordnet. Der Schmutzfänger ist unmittelbar vor der Verteilerleitung angeordnet und siebt alle Verunreinigungen, die zu einer Verstopfung der Düsen führen könnte, aus.In a further embodiment of the invention Sppihsystems the phase separator has the shape of a cylinder, in one of the cylinder axis coaxial .feed line for the kr ^ ogine 'refrigerant Advantageously protrudes above the lower base of the cylinder in which the output for the liquid phase is located, a dirt trap is arranged. The dirt trap is immediately in front of the distribution line and sifts out any impurities that could block the nozzles.

Grundsätzlich ist es möglich, den Schmutzfänger auch vor dem Phasenabscheider anzuordnen, doch erfordert dieser Aufbau eine zusätzliche Isolierung. Außerdem ist es sinnvoller, die Entfernung eventuell vorhandener Schmutzpartikel unmittelbar vor dem Versprühen des Kältemittels über die Düsen durchzuführen, da so alle Verschmutzungen, die z. B. beim Lösen und Verbinden von Teilen des Zufuhrsystems für Kältemittel in den Kältemittelstrom gelangen können, den Schmutzfänger passieren müssen und zurückgehalten werden können.In principle, it is possible to arrange the dirt trap in front of the phase separator, but this is required this structure provides additional insulation. It also makes more sense to remove any Dirt particles carry out immediately before the refrigerant is sprayed over the nozzles, as so all Soiling that z. B. when releasing and connecting parts of the supply system for refrigerant in the Can get refrigerant flow, must pass the dirt trap and can be held back.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist es von Vorteil, den von der in den zylinderförmigen Phasenabscheider hineinragenden Zufuhrleitung und der zylinderförmigen Außenwand des Phasenabscheiders gebildeten Ringraum mit gasdurchlässigem Material, beispielsweise Kupferwolle zu füllen. Durch die Füllung werden Tropfen des flüssigen Kältemittels, die bei der Trennung der gasförmigen und der flüssigen Phas? in* Phn<;pnnh<;rhetder von der GasDhase mitgerissen werden, zurückgehalten. Außerdem tritt eine Beruhigung des Trennverfahrens ein. Nach einemweiteren Merkmal des Erfindungsgedankens ist der Ausgang für die gasförmige Düse im Bereich dieses Ringraumes angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß durch den genannten Ausgang nur die gasförmige Phase strömt.According to a further embodiment of the inventive concept, it is advantageous to use the one in the cylindrical Phase separator protruding supply line and the cylindrical outer wall of the phase separator formed annulus to fill with gas-permeable material, for example copper wool. Due to the filling, drops of the liquid refrigerant, which in the separation of the gaseous and the liquid phase? in * Phn <; pnnh <; rhetder von der GasDhase be carried away, held back. In addition, the separation process is calmed down. After another The feature of the inventive concept is the outlet for the gaseous nozzle in the area of this Annular space arranged. In this way it is ensured that only the gaseous Phase flows.

Eine Düse, mit der der oben angegebene Sprühwinkel erzielt werden kann, enthält eine Zufuhrleitung kreisförmigen Querschnittes und eine Nut in der Grundfläche der Düse. Diese Nut durchsetzt die Zufuhrleitung und besitzt einen V-förmigen Querschnitt, der sich zur Düsengrundfläche hin öffnet. Sprühwinkel bis zu etwa 120° lassen sich mit einer Düse erzielen, deren Nuttiefe etwa ³/& des Durchmessers der Zufuhrleitung beträgt, wobei die Zufuhrleitung bereits in einem Abstand von Vj des Durchmessers der Zufuhrleitung oberhalb der Düsengrundfläche endet und diese Mündung der Zufuhrleitung halbkugelförmig ausgebildet ist.A nozzle with which the spray angle indicated above can be achieved contains a feed line of circular cross-section and a groove in the base of the nozzle. This groove penetrates the supply line and has a V-shaped cross section which opens towards the nozzle base area. Spray angles of up to about 120 ° can be achieved with a nozzle whose groove depth is about ³ / & the diameter of the supply line, the supply line already ending at a distance of Vj of the diameter of the supply line above the nozzle base and this mouth of the supply line being hemispherical .

Ein weiterer Parameter, über den Einfluß auf das Sprühbild genommen werden kann, ist der Öffnungswinkel des V-förmigen Nutquerschnittes. Der Öffnungswinkel bestimmt die Breite des Sprühbildes. Beim Tiefgefrieren von Lebensmitteln hat es sich als besonders günstig erwiesen, einen Winkelbereich zwischen 20 und 40' einzuhalten, da in diesem Bereich die spezifische Flächenbenetzung für ein rasches Tiefgefrieren der Lebensmittel ausreichend groß ist.Another parameter that can be used to influence the spray pattern is the opening angle of the V-shaped groove cross-section. The opening angle determines the width of the spray pattern. When freezing of food, it has proven to be particularly beneficial to use an angle range between 20 and 40 'to be adhered to, as the specific Surface wetting is sufficient for rapid freezing of the food.

Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spruhsystems erläutert werden:In the following, using a schematic sketch, an embodiment of an inventive Spray system are explained:

In F i g. 1 ist ein a--s Phasenabscheider und Verteilerrohr bestehendes Sprühsystem dargestelltIn Fig. 1 is an a - s phase separator and manifold Existing spray system shown

Die F i g. 2a und 2b zeigen eine Sprühdüse mit schlitzförmigem Öffnungsquerschnitt.The F i g. 2a and 2b show a spray nozzle with a slit-shaped opening cross-section.

F i g. 2c zeigt ein Sprühbild einer erfindungsgemäßen Sprühdüse.F i g. 2c shows a spray pattern of a spray nozzle according to the invention.

Der in F i g. I abgebildete Phasenabscheider 1 besitzt im wesentlichen Kreiszylinderform. Durch die obere Grundfläche 14 ragt eine Zufuhrleitung 8 für flüssiges Kältemittel in den Zylinder hinein, deren Achse mit der Zylinderachse fluchtet Über einen Flansch 16 kann eine Versorgungsleitung 15 an die Zufuhrleitung 8 angeschlossen werden. An das im Phasenabscheider liegend? Ende der Zufuhrleitung 8 schließt eine kegelstumpfförmige Fläche 9 mit Öffnungen 10 an. Der durch die Zylindermantelfläche 18, eine obere Grundfläche 14, die Zufuhrleitung 8 und die Fläche 9 gebildete Ringraum 11 ist mit Kupferwolle gefüllt Außerdem ist im Zylindermantel 11 eine Fassung 5 vorgesehen, in die eine Düse zum Ableiten der gasförmigen Phase aus dem Ringraum 11 eingeschraubt werden kann. Der Phasenabscheider wird auf seiner Unterseite von einer unteren Grundfläehe 13 begrenzt, in der sich ein Ausgang für die flüssige Phase befindet. Die Grundfläche ist mittels Schrauben 17 an die Mantelfläche 18 anschraubbar. Außerdem ist auf die untere Grundfläche 13 ein Kreiszylinder 7 konzentrisch zur Mantelfläche 18 geschweißt. Dieser Kreiszylinder 7 bildet zusammen mit einem an seinem oberen Rand befestigten, trichterförmigen Sieb 6 einen Schmutzfänger. Die öffnungen 19 des Siebs 6 sind kleiner als die Üffnungsquerschnitte der weiter unten beschriebenen Sprühdüsen. Außerdem entspricht der Außendurchmesser des Kreiszylinders 7 dem Innendurchmesser des Phasenabscheiders, so daß den Phasenabscheider keine Schmutzpartikel verlassen, die zu einer Verlegung der Sprühdüsen führen könnten.The in F i g. I depicted phase separator 1 has a substantially circular cylinder shape. Through the upper A feed line 8 for liquid protrudes from the base 14 Refrigerant into the cylinder, the axis of which is aligned with the cylinder axis. Via a flange 16, a Supply line 15 can be connected to supply line 8. Lying in the phase separator? End of the supply line 8 closes a frustoconical Surface 9 with openings 10. The through the cylinder jacket surface 18, an upper base surface 14, the supply line 8 and the surface 9 formed annular space 11 is filled with copper wool In addition, is in the cylinder jacket 11 a socket 5 is provided, into which a nozzle for discharging the gaseous phase from the annular space 11 can be screwed in. The phase separator has a lower base on its underside 13 limited, in which there is an outlet for the liquid phase. The base is by means of screws 17 can be screwed onto the lateral surface 18. In addition, a circular cylinder 7 is concentric on the lower base area 13 welded to the jacket surface 18. This circular cylinder 7 forms together with one at its upper one Edge attached, funnel-shaped sieve 6 a dirt trap. The openings 19 of the screen 6 are smaller than the opening cross-sections of the spray nozzles described below. In addition, the outside diameter corresponds of the circular cylinder 7 the inner diameter of the phase separator, so that the phase separator no dirt particles leave which could lead to the spray nozzles being misplaced.

Ein kurzes Rohr 2 verbindet den Phasenabscheider mit einer Verteilerleitung 3, in der drei Fassungen 20 für Sprühdüsen vorgesehen sind. Auf der Innenseite der dargestellten Fassungen 20 befinden sich Schraubgewinde, über die die eigentlichen Sprühdüsen 4 an der Verteilerleitung 3 befestigt werden. An einer Stirnseite der Verteilerleitung 3 ist ein weiteres Schraubgewinde 12 eingelassen, in das ein Kugelventil eingeschraubt werden kann.A short pipe 2 connects the phase separator with a distribution line 3, in which three sockets 20 for Spray nozzles are provided. On the inside of the sockets 20 shown there are screw threads, Via which the actual spray nozzles 4 are attached to the distribution line 3. On one end Another screw thread 12 is let into the distribution line 3, into which a ball valve is screwed can be.

Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Düse kann man sich wie folgt vorstellen: In einen zylinderförmigen Rohling wird koaxial zur Zylinderachse eine Zufuhrleitung 21 eingebohrt, bis sich die Bohrerspitze in einer Entfernung von etwa V) des Durchmessers d der Zufuhrleitung 21 oberhalb der Grundfläche 23 befindet Die Bohrerspitze kann grundsätzlich ein beliebiges Profil besitzen, doch hat sich ein besonders gleichmäßiges Sprühbild ergeben, wenn das Profil der Bohrerspitze etwa halbkugelförmig war. Ein erfindungsgemäß vorgeschlagener schlitzförmiger Düsenofinungsqucrschnitt bildet sich nun, wenn in der Grundfläche 23 der Düse eine die Zufuhrleitung 21 durchsetzende Nut 22 eingebracht wird. Die Nut besitzt einen V-förmigen Querschnitt mit einem Öffnungswinkel α von ca. 30', eine Tiefe von ca. V₆ des Durchmessers der Zuführleitung und durchsetzt das halbkugelförmige Ende der Zufuhrleitung 21.The production of a nozzle according to the invention can be imagined as follows: A feed line 21 is drilled into a cylindrical blank coaxially to the cylinder axis until the drill tip is at a distance of approximately V) of the diameter d of the feed line 21 above the base 23 basically have any profile, but a particularly uniform spray pattern resulted when the profile of the drill tip was approximately hemispherical. A slot-shaped nozzle opening cross-section proposed according to the invention is now formed when a groove 22 penetrating the feed line 21 is made in the base area 23 of the nozzle. The groove has a V-shaped cross section with an opening angle α of approx. 30 ', a depth of approx. V _{6 of} the diameter of the feed line and penetrates the hemispherical end of the feed line 21.

Im Betrieb sind in ihrer Größe an das Gefriergut angepaßte Düsen 4 in die Düsenfassungen 20 eingeschraubt. Das Kugelventil 12, das nur zum Gasablaß während des Kaltfahrens des Phasenabscheiders dient ist geöffnet Flüssiges Kältemittel, z. B. flüssiger Stickstoff, gelangt über Leitungen 15 und 8 in den Innenr im des Phasenabscheiders und verdampft, so lange ein Temperaturunterschied zwischen dem Siedepunkt des Kältemittels und der Temperatur des Phasenabscheiders besteht Die gasförmige Phase strömt hauptsächlich über das geöffnete Kugelventil 12, aber auch über die in den Ausgang 5 geschraubte Düse sowie die Sprühdüsen 20 in den nicht dargestellten Gefrierraum. Sobald über das Kugelventil 12 flüssiges KältemittelIn operation, nozzles 4, which are matched in size to the frozen food, are screwed into the nozzle holders 20. The ball valve 12, which is only used for gas discharge during the cold start of the phase separator is open Liquid refrigerant, e.g. B. liquid nitrogen, passes through lines 15 and 8 in the Innenr of the phase separator and evaporates as long as there is a temperature difference between the boiling point of the Refrigerant and the temperature of the phase separator. The gaseous phase mainly flows via the opened ball valve 12, but also via the nozzle screwed into the outlet 5 and the Spray nozzles 20 in the freezer compartment, not shown. As soon as liquid refrigerant via the ball valve 12

strömt wird dieses Ventil geschlossen, über die Öffnungen 10 in der Fläche 9 strömt die aus dem Flüssigkeitsstrom abgeschiedene Gasphase in den Ringraum 11. wird durch Kupferwolle, die sich im Ringraum befindet, von Flüssigkeitstropfen befreit und verläßt über die in Fassung 5 eingeschraubte Düse den Ringraum. Durch die Wahl des Öffnungsquerschnittes der beschriebenen Düse kann die Höhe des Flüssigkeitsstandes beeinflußt werden. Je kleiner die Düsenöffnung ist desto niedrigerIf the flow is flowing, this valve is closed via the openings 10 in the surface 9, the gas phase separated from the liquid flow flows into the annular space 11. is freed of liquid droplets by copper wool, which is located in the annulus, and leaves via the in Version 5 screwed-in nozzle the annulus. By choosing the cross-section of the opening described Nozzle, the height of the liquid level can be influenced. The smaller the nozzle opening, the lower

ist der Flüssigkeitsstand und umgekehrt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, einen Pegelstand einzuhalten, der zwischen Schmutzabscheider 6 und Fläche 9 liegt. Auf diese Weise wird einerseits ein Mitreißen von Gas ip das Rohr 2 und andererseits ein Kontakt zwischen der Kupferwolle im Ringraum 11 und dem flüssigen Kältemittel vermieden. Zum Reinigen des Schmutzfängers 9 odc-jztim Austausch verschiedenlanger Verteilerleitungen sind lediglich die Schraubverbindungen 17 zu lösen und neu anzuziehen.is the fluid level and vice versa. It has proven to be advantageous to maintain a water level which lies between dirt separator 6 and surface 9. In this way, on the one hand, there is an entrainment of gas ip the pipe 2 and on the other hand a contact between the copper wool in the annular space 11 and the liquid refrigerant avoided. To clean the dirt trap 9 odc-jztim exchanging different length distribution lines all you have to do is loosen the screw connections 17 and retighten them.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4040

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Claims

Patent claims:

1. Spray system for dispensing a cryogenic refrigerant within an isolated freezer room with a transport device for frozen food and with a device provided within the freezer compartment for separating the liquid and gaseous Phase of the refrigerant, characterized in that the device for phase separation a phase separator (1) designed as a closed container (13, 14, 18) is provided is to which the refrigerant is supplied at superatmospheric pressure, with the phase separator (1) A distribution line (3) connected to spray nozzles (20) with a slit-shaped opening cross-section is

2. Spray system according to claim 1, characterized in that that the outlet (5) of the phase separator (11) for the gaseous phase in the freezer flows out.

3. Spray system according to one of claims i or 2, characterized in that the phase separator has the shape of a cylinder into which a supply line (8) coaxial to the cylinder axis for the cryogenic refrigerant protrudes, and that above the lower base (13) of the cylinder , in which the outlet (2) for the liquid phase is located, a dirt trap (6,7) is arranged.

^{4. Spray system according to claim 3, characterized in that the ring numeral (l? V} formed by the supply line (8) and the cylindrical outer wall (18) of the phase separator) is filled with gas-permeable material.

5. Spray system according to claim "or 4, characterized in that the outlet (5) for the gaseous Phabc in the area of the ring space ^ l / angeorunet is.

6. Spray system according to claim 1 with a spray nozzle, the supply line for the liquid refrigerant has a circular cross-section, characterized in that the feed line (21) in a groove with a V-shaped cross-section opens in the direction of the nozzle base area.

7. Spray system according to claim 6, characterized in that the opening angle of the V-shaped Cross-section has a value between 20 ° and 40 °, preferably about 30 °.

8. Spray system according to claim 6, characterized in that the groove depth t is approximately V ₆ d .

9. Spray system according to claim 6, characterized in that the supply line _{ends approximately at the level V 3} d above the base and its mouth is hemispherical.