DE2930644A1 - Verfahren und einrichtung zum kuehlen von wasserhaltigem gut - Google Patents

Description

Dpu ing. K. HOLZEK

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8900 AUGSBURG

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W. 1012

Augsburg, den 26. Juli 1979

BOC Limited,
Hammersmith House, London '.vS 9DX, England

Verfahren und Einrichtung zum Kühlen von wasserhaltigem Gut

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Kühlen von wasserhaltigem Gut, insbesondere von Lebensmitteln, wie beispielsweise geschlachteten Tieren bzw. Teilen davon, zur kurz- oder langfristigen Lagerung.

Bei einem gegenwärtig angewandten Verfahren zum Kühlen und Tiefkühlen von Leberismittelgütern verhältnismäßig kleiner Größe, beispielsweise mit einem Gewicht von unter 5 kg, werden

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die Güter durch einen Kühltunnel hindurchbefördert, in dessen Verlauf sie in ein kryogenes Flüssigkeitsbad eingetaucht oder mit einer kryogenen Flüssigkeit besprüht werden. Bei der verwendeten kryogenen Flüssigkeit handelt es sich gewöhnlich um flüssigen Stickstoff oder flüssiges Kohlendioxid. Dieses bekannte Verfahren hat sich jedoch bei größeren zu kühlenden Gütern, wie beispielsweise Rinderteilen, deren Gewicht beträchtlich mehr als 5 kg beträgt, als unwirtschaftlich erwiesen.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum Kühlen und Tiefkühlen von Gütern bis zu einem Gewicht von 5 kg werden die Güter zur schnellen Abkühlung in ein Kältebad aus einem Wasser-Glykol-Gemisch eingetaucht, bevor sie in einen Kühlraum gebracht werden, in welchem sie einem durch Gebläse erzeugten Kaltluftstrom ausgesetzt werden. Die Gebläse blasen die Luft durch einen Wärmetauscher hindurch, bei welchem es sich gewöhnlich um den Verdampfer einer mechanischen Kälteanlage handelt, welcher der Luft Wärme entzieht.

Alternativ dazu ist es bekannt, Güter, deren Gewicht beträchtlich größer als 5 kg ist, in einen Kühlraum einzubringen, der durch eine Kälteanlage mit Zwangsumwälzung der Kühlraumatmosphäre gekühlt wird, um die Temperatur der Güter zusammen mit der Kühlraumtemperatur auf den erforderlichen Wert abzusenken, was eine verhältnismäßig lange Zeit

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erfordert. Dabei muß die Luftströmungsgeschwindigkeit im Kühlraum sorgfältig gewählt werden, damit die als Wärmeträger dienende Luft mit ausreichender ümwälzungsrate durch den Wärmetauscher zirkuliert wird, um eine ausreichende Wärmeabfuhr von den zu kühlenden Gut zu erreichen.

Im allgemeinen finden Luftströmungsgeschwindigkeiten im Bereich von 2 m/s bis 10 m/s Anwendung, und wenn die zu kühlenden Güter unverpackt oder nicht gut verpackt sind, tritt dabei ein erheblicher Feuchtigkeitsverlust ein. Die zirkulierende Luft nimmt nämlich Feuchtigkeit von den Gütern auf und transportiert sie zum Wärmetauscher, auf dessen Wärmeaustauschflächen sie sich als Eis niederschlägt und dadurch die Wirksamkeit des Wärmetauschers und der Kälteanlage insgesamt zunehmend verschlechtert, was eine Verlängerung der erforderlichen Kühldauer und ein unerwünschtes Austrocknen der gekühlten Güter bedeutet.

Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf das Kühlen, Abkühlen und Tiefkühlen von frisch geschlachteten Tieren wie beispielsweise Rindern, Schafen, Schweinen oder Teilen davon, sowie Geflügel, beispielsweise Puter, die für den menschlichen Verzehr bestimmt sind. Das Abkühlen bzw. Tiefkühlen setzt den Verderb des Fleisches durch Bakterienwachstum auf ein Minimum herab und stellt daher einen

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notwendigen Schritt zur Weiterverarbeitung des Fleisches dar. Die bisher angewandten bekannten Kühlverfahren zur Verlängerung der möglichen Lagerzeit des Fleisches führen aber zu einem unerwünschten Feuchtigkeitsverlust des Fleisches durch Verdampfung.

Die chargenweise Abkühlung stellt die in den meisten Schlachthöfen angewandte Methode dar. Typischerweise wird dabei der Kühlraum während einer etwa zwei bis drei Stunden dauernden Beschickungszeit mit warmen Schlachttierkörpern bzw. Teilen davon gefüllt, die eine Temperatur von etwa 37 °C bis 40 ⁰C haben, während mit Hilfe von Zwangsumwälz-Kühleinheiten kalte Luft durch den Kühlraum zirkuliert wird. Diese Kaltluftzirkulation wird während etwa der nächsten zwanzig Stunden fortgesetzt, bis die abgekühlten Tierkörper bzw. Tierkörperteile zur weiteren Verarbeitung wieder aus dem Kühlraum herausgenommen werden, wobei sie eine Temperatur von etwa 10 °C haben.

Bei einem gut ausgelegten und zweckmäßig betriebenen Kühlraum beträgt der Feuchtigkeitsverlust durch Verdampfung an den Tierkörperoberflächen etwa 2 % des ursprünglichen Körpergewichts. Dieser als übermäßig groß anzusehende Gewichtsverlust ist in der fleischverarbeitenden Industrie

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- 7 von beträchtlicher wirtschaftlicher Eedeutung.

Von vielleicht noch größerer wirtschaftlicher Bedeutung ist die Tatsache, daß sich die von den gekühlten Tierkörpern abgegebene Feuchtigkeit als Eis auf den Iv'äririeaustausehflachen der Wärmetauscher der zur Kühlung dienenden mechanischen Kälteanlagen niederschlägt, v,as eine entsprechende Verminderung der Kühl-wirkung nacu sich zieht. Diese Verminderung des Wirkungsgrades bedeutet nicht nur eine Erhöhung des zum Betrieb der Anlage erforderlichen Energiebedarfs, sondern verlängert auch die Xühlsyklusdauer und vermindert dadurch den Ausnutzungsgrad der Anlage.

Ein bekannter Versuch zur Beherrschung dieser Schwierigkeit findet sich in der US-PS 4 028 77²J, geniäß Vielcher geschlachtete Tiere vor deir. Aufhängen in einem Kühlraum dadurch vorbehandelt werden, daß sie in einer. Kühltunnel kalter Luft mit einer Temperatur von -23 C bis -35 C ausgesetzt werden, um eine gefrorene Kruste auf den Tierkörpern zu erzeugen, die eine spätere Feuchtigkeitsabgabe der Tierkörper verhindert. Diese bekannte Möglichkeit ist jedoch nicht voll zufriedenstellend, da sie einen teuren, großen, liiechanisch gekühlten Kühltunnel erfordert und die Wärmeaustauscher in diesem Kühltunnel immer noch vereisen. Außerdem tritt immer noch ein beträchtlicher Gewichtsverlust während der anfänglichen Kühlphase beim Durch-

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- 8 laufen des Kühltunnels auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Feuchtigkeitsverlust insbesondere von zu kühlenden Nahrungsmittelgütern mit hohem Wassergehalt, der gewöhnlich mehr als 50 Gewichtsprozent beträgt, verhindert oder zumindest weitgehend herabgesetzt wird.

Dabei soll gleichzeitig der Eisansatz auf den Wärmeaustauschflächen der Zviangsumwälz-Kühleinheiten mechanischer Kälteanlagen, die zur Kühlung der genannten Güter Anwendung finden, herabgesetzt und dabei ihre Kühlwirkung verbessert bzw. während der ganzen Kühldauer eine hohe Kühlwirkung aufrechterhalten werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Maßnahmen gelöst.

Vorzugsweise findet die Kühlung in einem mit Kühleinheiten mit Zwangsumwälzung ausgestatteten Kühlraum statt und dem von den Gebläsen dieser Kühlaggregate ausgehenden Luftstrom wird, nachdem die zu kühlenden Güter in den Kühlraum eingebracht worden sind, während einer

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verhältnismäßigen kurzen Zeitdauer eine kryogene Flüssigkeit zugesetzt, um sicherzustellen, daß die gefrorene Oberflächenschicht der eingebrachten Güter nicht wieder durch den Wärmestrom vom Inneren der Güter zu deren Oberflächen auftaut, bevor im Kühlraum eine diese Möglichkeit ausschließende tiefe Temperatur erreicht worden ist. Diese Einleitung einer kryogenen Flüssigkeit in den Luftstrom verkürzt natürlich die Gesamtzeit, während welcher die zu kühlenden Güter bis zum Erreichen des gewünschten, vollständig gefrorenen Zustands im Kühlraum verbleiben müssen.

Unter dem Begriff "kryogene Flüssigkeit" ist hier eine Flüssigkeit zu verstehen, deren Siedepunkt bei normalem Luftdruck unter -50 ⁰C liegt. Solche Flüssigkeiten sind beispielsweise flüssiger Stickstoff und flüssiges Kohlendioxid.

Der Ausdruck "Kühlraum" bedeutet einen gekühlten Raum, in welchem die zu kühlenden Güter zur Herabsetzung ihrer Temperatur eingebracht werden können und welchem eine außerhalb desselben angeordnete mechanische Kälteanlage zugeordnet ist, die dem Wärmetauscher mindestens einer im Kühlraum angeordneten, mit Zwangsumwälzung arbeitenden Kühleinheit Kältemittel zuführt.

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Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart ausgeführt werden, daß frisch geschlachtete Tiere beispielsweise mittels einer Hängeförderbahn durch einen geeigneten Raum, in welchem die Tierkörper einer unmittelbaren Berührung mit einer kryogenen Flüssigkeit und dem sich daraus entwickelnden Flüssigkeitsdampf ausgesetzt werden, hindurchtransportiert werden. Die ilenge der jeweils rait den Tierkörpern in Berührung gebrachten kryogenen Flüssigkeit ist so bemessen, daß sie die Haut gefriert und damit im Sinne einer Verhinderung des Austritts von Feuchtigkeit aus dem Tierkörper verschließt. Danach wird der Tierkörper unmittelbar in einen Kühlraum weiterbefördert, wo er der Kühlung durch eine oder mehrere mit Zwangsumwälzung arbeitenden Kühleinheiten ausgesetzt wird, bis seine Temperatur auf einen Endwert von etwa 10 C abgesenkt worden ist. Sodann können einige oder alle Tierkörper zur Weiterverarbeitung, wie beispielsweise zum Ausbeinen, Zerlegen oder dergl., aus dem Kühlraum herausgenommen werden.

Falls die zur Weiterverarbeitung aus dem Kühlraum herausgenommenen Tierkörper anschließend zur weiteren Lagerung tiefgefroren werden sollen, können sie wieder in den Kühlraum bzw. vorzugsweise in einen anderen Kühlraum gebracht werden, gegebenenfalls zusammen mit unmittelbar aus dem erstgenannten Kühlraum in den weiteren Kühlraum eingebrachten Tierkörpern und anderen, tiefzukühlenden Lebensmittelgütern. Der genannte

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weitere Kühlraum ist vorzugsweise mit einer außerhalb desselben angeordneten kryogenen Flüssigkeitsquelle ausgestattet, von welcher eine an ihrem Ende offene oder mit einer Sprühdüse versehene Leitung zu den Gebläsen der im Kühlraum befindlichen, nit Zwangsumwälzung arbeitenden Kühleinheiten führt, "enn die tiefzugefrierenden Güter in den Kühlraum eingebracht worden sind, werden die Geblase der Kühleinheiten eingeschaltet und die Zufuhr von kryogener Flüssigkeit aufρ-enoramen, so daß durch die Verdampfung dieser kryogenen Flüssigkeit entstehender Kaltdampf durch den Kühlraun: hindurchzirkuliert und ;nit den Tierkörpern in Berührung gebracht wird. !Jach etwa einer Stunde wire die Zufuhr der kryogenen Flüssigkeit beendet und die iiiechanicche Kälteanlage kann in Betrieb gesetzt werden. Die ..alte Atmosphäre wird durch die Gebläse der Kühleinheiten umgewälzt una r.iit den Kühlschlangen der Kühleinheiten in Berührung gebracht, 30 daß die Temperatur der Kühlraur.iat.nospho.re und ihres Inhalts weiter herabgesetzt wird. Unter doryöo geschaffenen Bedingungen geht in Gegensatz zurri Betrieb kerkcnrlichei¹ KiTjI- OeE. Gefrierraune keine Feuchtigkeit von den Tierkcrpern usw. verloren und daher bleibt die Kühlraumutuobph^re trou±:e]i, :c daß die ^T;.^Türi;:etauecherschlan;?en oder dtr:j;l. der Külileinheiten eisfrei bleiben und ihre maximale Kälteleistung entwickeln können. Die Tierkörper werden dabei ei* und -Jie Tenperatur i;n Inneren der Tierkörper schcö ko: J.:t in etwa der Hälfte der bei Anwendunc.

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bekannter Verfahren erforderlichen Zeit ins Gleichgewicht. Ls uird also nicht nur eine Leibehaltunj äea Feuohtijksits- ,,eai.lts uer Tierkörper erreicht, sondern auch der Betrieb der Kühlrüuiiie an sich v.ird durch Arr.vendun,; der Erfindung in ;:;iiine einer Verrin.rerun_o -den Zeitbedarfs 2ur Erreichung des gewünschten Kühl^ustanus des Gutes wesentlich verbessert.

Die Erfindung -rirC: nachstehend ir.it LJezur; auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zei;-;t:

Fi^. 1 eine schenatische Darstellung des

Vorbereitungsrauries, eines Vorkühlrauines und eines Kühlraunes eines Schlachthauses zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Grundriß der in Fig. 1 gezeigten

Räume, und

Fig. 3 einen Kühlraum mit einer kryogenen

Flüssigkeitsversorgung, der ebenfalls zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

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Zunächst wird auf -lie Fig. 1 und 2 Bezug genommen. wach dem Töten eines Tieres in einem Schlachthaus viird der Tierkörper zur Vorbereitung vor der Abkühlen in einen Voroereitungsraura 3 gebracht. Dabei hängt der mit 5 bezeichnete Tierkörper an einer Hängeförderbahn 7, mittels welcher er zunächst zu einer sich an den Vorbeitungsraum anschließenden Vorkühlstation 9, wobei es sich um einen wärmeisolierten Hauni handelt, und sodann in einen Kühlraum 11 v/eitertransportiert wird.

Die Hängeförderbahn 7 kann aus mehreren gleichartigen Schienen bestehen, die je nach Bedarf mit einer gleichartigen Iiängeforderbahnschiene in der Vorkühlstation 9 und einer Anzahl solcher Schienen im Kühlraum 11 verbunden bzw. verbindbar ist. Der Einfachheit halber ist in der Darstellung eine einzige, durch alle Räume hindurchführende Schiene 7 dargestellt.

In der Vorkühlstation 9 befindet sich eine Einrichtung zur Zufuhr einer kryogenen Flüssigkeit auf den Tierkörper 5, v;ährend er durch die Vorkühlstation hindurchpassiert, um in den sich anschließenden Kühlraum 11 zu gelangen. Diese Einrichtung zur Zufuhr der kryogenen Flüssigkeit kann eine Leitung oder eine Anzahl von miteinander verbundenen Leitungen 13 aufweisen, die eine Sprühkopfanordnung bilden, von welcher eine

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Anzahl von kryogenen Flüssigkeitsstrahlen 15 auf den Tierkörper 5 gerichtet v/erden. Die Leitung 13 ist mit einem Vorratsbehälter 33 für die kryogane Flüssigkeit verbunden. Die Zufuhr der kryogenen Flüssigkeit zur Sprühkopfleitung 13 und zu den Sprühköpfen 15 hängt von der Größe der abzukühlenden Tierkörper und der Häufigkeit ab, mit welcher ein Tierkörper durch die Vorkühlstation hinaurchpassiert. Geeignete Ventile, Temperatursteuereinrichtungen, Zeitfolgesteuereinrichtungen und dergl. stellen eine jeweils geeignete Zufuhr kryogener Flüssigkeit zum Abkühlen der flaut des Tierkörpers bei wirtschaftlichem Verbrauch der kryogenen Flüssigkeit sicher.

Vorzugsweise wird die Wirkung des Aufsprühens der kryogenen Flüssigkeit mittels eines Zirkulationsgebläses 31 oder mehrerer solcher Gebläse in der Vorkühlstation verbessert, die in der Vorkühlstation eine Gasströmungsgeschwindigkeit von mindestens 2 m/s erzeugen.

Das durch Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit entstehende Gas, das aus der Vorkühlstation abgeführt werden nuß, wird vorteilhafterweise in einen Kühlraum abgeführt, in welchem gleichzeitig eine Kühlung von Gütern bzw. eine kühle Lagerung von zuvor gekühlten Gütern stattfindet.

Aus der Vorkühlstation 9 wird der Tierkörper mittels der Hängeförderbahn 7 oder gegebenenfalls auf andere i/eise in den

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- 15 Kühlraum 11 trariportiert.

LU die durch die kryo^ene Flüssigkeit erzeugte Kälte in del- Vcrkühlstatior; 3 ~u aalten, ist der Einjan.^ aus den; "vorbersiuuiijaraur.i 3 in uia Yorkühlstation vorzugsweise mit Vorhängen 32 oder dGr_tol. verseilen, die zv;ar den Mindurch- x.Yix\\z\,GvX, eines -ierkörpero gestatten, sieh danach aber uelb^täti.; .vicatr ^c-^liei^eri. ".Anliclie Vorhänge 33 kennen an- hin^aii,*; des iiuhlraum.? 11 vorgesehen sein, υβηη die Ri'uiie in der -Jari-ostellte : '"-ic-e ^iteinfaider verbunden sind. Alternativ dc^;.^u k"nnen Luftvorlii^:.n.;e an Eingang und Aus.xang ■ler 7ork;hilotation Ar.venöur r_ finden.

Der ^üLlraui.-. 11 \-eist isolierte .idnde auf und enthält eine Ansah! vor. -iit Z-rani/sunwulzung arbeitenden Kühleinheiten 17, die an eine nicl-:t dargestellte, außerhalb des Kviiilraui-o oefii:oliche neeharisehe Kälteanlage angeschlossen sind. Dei¹ Kühlraun ist außerde:;· mit einer isolierten Tür ausrestattet, u;, ihn nach den Füllen mit zu kühlenden Gütern auochlie.^en su ,tonnen, /ährend des Füllens mit zu kühlende:: Gut können ;hi£ Gebläse der Kühleinheiten betrieben werden, u.n eine ausreichende Zirkulation der Atmosphäre um die eingebrachten Güter cu erreichen.

üovo'il sich die vorstehende i3eSchreibung in der Hauptsache auf Tierkörper bt^ieht, kennen auch andere große,

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zu kühlende Güter beispielsweise in Körben, Karren oder dergl. durch die Vorkühlstation und in den Kühlraum transportiert werden,

ftach den Füllen des Kühlraums wird die Kühlraumtür fest verschlossen und die mechanische Kälteanlage in Betrieb gesetzt, um den Kühlrauminhalt auf die gewünschte tiefe Temperatur abzusenken. Danach v/erden die weiterzuverarbeitenden Güter, beispielsweise auszubeinende oder zu zerlegende Tierkörper, in einen geeigneten Weiterverarbeitungsraum gebracht. Die gekühlten Güter, die zusammen mit ebenfalls zu gefrierenden, v/eiterverarbeiteten Gütern tiefgefroren werden sollen, werden dann in einen als Gefrierraum dienenden weiteren Kühlraum transportiert.

Zweckmäßigerweise ist der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kühlraum 11 so ausgelegt, daß er auch als Gefrierraum betrieben werden kann. Ein Ausführungsbeispiel eines als Gefrierraum ausgelegten Kühlraums ist in Fig. 3 dargestellt.

Der in Fig. 3 gezeigte Gefrierraum 4 weist isolierte Wände 6, Kühleinheiten δ, eine Tür 10 und eine Hängeförderbahn 12 auf.

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Die Kühleinheiten S sind an eine nicht dargestellte mechanische Kälteanlage angeschlossen, die den Wärmetauscher-Schlangen 14 dieser Kühleinheiten ein Kältemittel zuführt. Mit Gebläsen 1β wird die Gefrierraumatmosphäre über die Wärmetauschersehlangen 14 zirkuliert, wobei der Raumatmosphäre Wärme entzogen und der Kälteanlage zugeführt wird.

Damit ein Kühlraum als Gefrierraum betrieben werden kann, ist er mit einem außerhalb angeordneten Vorratsbehälter 18 für kryogene Flüssigkeit ausgestattet, aus welchem über geeignete Ventile und isolierte Leitungen 20 kryogene Flüssigkeit zu einer Leitung 22 zugeführt werden kann, die an offenen Leitungsenden oder Sprühdüsen 24 endigt, um kryogene Flüssigkeit bzw·. daraus entstehendes Gas in den Bereich der Gebläse 16 der Kühleinheiten 8 einzuleiten.

Zud Ausgleich der Volumenvergrößerung der Gefrierraumatmosphäre durch sich aus der eingebrachten kryogenen Flüssigkeit entwiekelnden Dampf ist der Gefrierraum 4 mit einem Abzug 26 und einem Abgasgebläse 28 ausgestattet, das während der Zufuhrphasen der kryogenen Flüssigkeit in die Leitung 22 in Betrieb gesetzt wird.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   (Ο Verfahren ζ urn Kühlen xiasserhaltiger Güter, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine dünne Außenschicht des Gutes zwecks Einschlusses der im Gut enthaltenen Feuchtigkeit schnell gefroren wird, indem sie mit einer kryogenen Flüssigkeit in Berührung gebracht wird, und daß anschließend das Gut durch Einbringen in einen mechanisch gekühlten Kühlraum unter Aufrechterhaltung von Bedingungen vollständig durchgekühlt wird, die sicherstellen, daß die zuvor gefrorene Außenschicht während des weiteren Kühlvorgangs nicht mehr auftauen kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlraum eine mit Zwangsumwälzung arbeitende Kühleinheit Anwendung findet und daß zur Aufrechterhaltung der genannten Bedingungen mindestens während der Anfangsphase der weiteren Kühlung kryogene Flüssigkeit in den vom Gebläse der Kühleinheit ausgehenden Luftstrom eingeleitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gut nach einer anfänglichen Kühlphase zur weiteren Verarbeitung wieder aus dem Kühlraum herausgenommen und anschließend zur Vervollständigung des Kühlvorgangs wieder in den Kühlraum eingebracht und bei einer Temperatur gekühlt

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   wird, welche eine Verdampfung von Feuchtigkeit aus dem Gut selbst dann verhindert, wenn während der Weiterverarbeitung die gefrorene Außenschicht teilweise wieder aufgetaut sein sollte.
4. 4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kühlraum, der mit einer mit Zwangsumwälzung arbeitenden Kühleinheit und mit Mitteln zum Einleiten einer kryogenen Flüssigkeit in den von der Kühleinheit ausgehenden Luftstrom ausgestattet ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Abgasgebläse zur Entfernung von aus der kryogenen Flüssigkeit entstandenem Gas.

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