DE29623509U1

DE29623509U1 - Gefriereinrichtung

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Publication number: DE29623509U1
Application number: DE29623509U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-11
Filing date: 1996-05-11
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2006-05-12

Description

"Gefriereinrichtung"
Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gefriereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Tiefgefrieren von Suspensionen lebender Zellsubstanzen und dabei vorzugsweise von menschlichem Blut. Tiefgefrorenes menschliches Blut eignet sich u.a. zur Lagerung von Eigenblut einer Person, welche hierauf im

■f ' Bedarfsfall zur Vermeidung von Fremdblutkonserven zu

rückgreifen kann. In diesem Zusammenhang interessieren insbesondere Erythrozyten-Konzentrate mit Hydroxiethylenstärke als Gefrierschutzadditiv. Die Erfindung wird deshalb im folgenden hauptsächlich anhand dieser bevorzugten Anwendung beschrieben.

Es ist bekannt (DE 44 37 091 Al), Flachbeutel aus tieftemperaturbeständigem Kunststoff, welche die Zellsubstanz in wäßriger Lösung zumeist unter Zusatz eines Gefrierschutzadditivs in suspensierter Form enthalten, einzeln in einen Behälter einzuspannen und ^-~, anschließend in einem Container zu tauchen, der Ge

friermittel für die Tiefkühlung, vorzugsweise flüssigen Stickstoff enthält. Der Behälter stellt in erster Annäherung eine Presse dar, weil er den Flachbeutel zwischen seinem Deckel und seinem Boden mit Hilfe eines mechanischen Getriebes einspannt. Dadurch wird aus dem elastischen Flachbeutel eine im wesentlichen homogene Plattenform erreicht, so daß einerseits ein großes Oberflächen-/Volumenverhältnis erreicht wird und andererseits geometrische Inhomogenitäten wie Falten oder Auswölbungen vermieden werden, so daß ein verbesserter Wärmeübergang erzielt wird, gleichzeitig

aber auch ein unkontrolliertes Abkühlen durch geometrische Inhomogenitäten des Flachbeutels zuverlässig verhindert werden. Zudem ermöglicht das Pressen des Flachbeutels eine dünne homogene Plattenform seines tiefgefrorenen Inhaltes, die ihrerseits eine platzsparende Lagerung und ein schnelles Wiedererwärmen im Bedarfsfall gestattet. Als Preßwerkzeuge dienen dabei planparallele Platten, deren einander zugekehrte Flächen als Kühlflächen dienen, die bei geschlossener Presse auf die Flachseiten des Flachbehälters einwirken. Auf die den Kühlflächen gegenüberliegenden Plat- -^ tenseiten wirkt unmittelbar nach dem Eintauchen der

Presse in den Container das darin enthaltene flüssige Kältemittel ein. Eine Mechanik der Presse sorgt dafür, daß der Preßdruck während des Tiefgefrierens bis zur Entnahme des Flachbeutels aufrechterhalten wird.

Die bekannte Gefriereinrichtung führt in der Praxis jedoch zu einigen Schwierigkeiten. Die Kombination der Flachbeutelpresse mit einem das flüssige Kältemittel enthaltenden Container setzt voraus, daß dieser für das Tauchen und das Herausnehmen aus dem Kältemittel geöffnet ist. Da es sich bei dem Kältemittel in der Regel um flüssigen Stickstoff handelt, entste- C~~'' hen hierbei Risiken. Sie ergeben sich aus der mögli

chen Stickstoffüberfrachtung der Raumluft und aus der Verletzungsgefahr durch ungewollte Hautberührung an kalten Oberflächen und Flüssigkeiten.

Außerdem sind die Leistung eines mit derartigen Pressen durchzuführenden Tiefkühlverfahrens und damit der Ausnutzungsgrad der beschriebenen Baugruppen der vorbekannten Gefriereinrichtung ungenügend. Tatsächlich ist deren Verwendung auf den Labormaßstab beschränkt und damit für die Massenherstellung von tiefgefrorenen Konserven der beschriebenen Art ausgeschlossen.

Dementsprechend sind die Betriebskosten erheblich. Sie ergeben sich nicht nur aus den mit den Tauchvorgängen zwangsläufig verbundenen Verdunstungsverlusten an Kältemittel und die nur eingeschränkt mögliche Wärmeisolation zur Vermeidung von Energieverlusten. Diese Schwierigkeiten führen auch dazu, daß der Einsatz von unterkühltem Kältemittel, insbesondere von unterkühltem'Flüssigstickstoff ausgeschlossen ist, obwohl unter bestimmten Randbedingungen hierdurch eine Verbesserung des Wärmeüberganges auf das Gefriergut erzielt werden könnte.

Die Erfindung geht deshalb einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird durch den Einschluß des Kältemittels in den Preßwerkzeugen das Tauchen der Flachbeutel in das offene Kältemittel zu Gunsten eines nach außen abgeschlossenen Einschlusses des Kältemittels mit den Kühlflächen und den Preßwerkzeugen der Presse aufgegeben. Hierdurch lassen sich die beschriebenen Sicherheitsrisiken und Kältemittelverluste vermeiden und die Voraussetzungen für rationellen Einsatz von unterkühltem Kältemittel in der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung schaffen. Da erfindungsgemäß die Flachbeutel in einem zwischen den Kühlflächen freien Raum angeordnet sind, befinden sie sich auch stets außerhalb des Kältemittels, ohne daß dafür besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen. Dadurch ist es möglich, die Produktionsgeschwindigkeit des Tiefgefrierens mit der Gefriereinrichtung so weit zu steigern, daß die Massenherstellung von tiefgefrorenen Konserven mit vergleichsweise geringem Aufwand eröffnet wird. Die Ge-

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friereinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich dadurch u.a. in eine automatische bzw. halbautomatische Verarbeitungsanlage integrieren, bei der die Flachbeutel im Rhythmus ihrer eingangs beschriebenen Verarbeitung in der Presse dieser angeliefert und anschließend, d.h. nach Freigabe durch die Preßwerkzeuge unmittelbar von der Produktionsanlage in die Lagerung überführt werden können.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie die Voraussetzungen für eine rationelle Herstellung von insbesondere Blutkonserven vorzugsweise für eine Eigenblut-Kryobank schafft. Dabei kann in der Praxis damit gerechnet werden, daß an einem Standort vierstellige Zahlen von Flachbeuteln bearbeitet, d.h. tiefgekühlt werden können. Die Gefriereinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich als Modul einer kontinuierlich arbeitenden Tiefgefrieranlage ausführen, so daß auch mehrere erfindungsgemäße Gefriereinrichtungen in einer solchen Anlage zusammenarbeiten können. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, die Bedingungen, unter denen die Abkühlung der Flachbeutel bzw. des in ihnen enthaltenen Substrates stattfindet, nämlich insbesondere die Kühlraten zu steuern und damit die für die Tiefkühlung erforderlichen Zeiträume zu reduzieren und/oder das Gefriergut optimal zu bearbeiten.

Die Gefriereinrichtung gemäß der Erfindung erlaubt es auch, die Art der Kühlung im Einzelfall zu wählen. Insbesondere ist es nach Anspruch 2 möglich, das Kältemittel in den Preßwerkzeugen in hinter den Kühlflächen angeordneten großvolumigen Hohlräumen unterzubringen und das Tiefgefrieren wie nach dem Stand der Technik durch sogenanntes Behältersieden des Kühlmittels durchzuführen. Bei derart einfachen Abläufen des Tiefkühlens läßt sich gleichwohl der Prozeß optimie-

ren. Das kann mit den Merkmalen des Anspruches 3 durch bedarfsweise Wahl der Kühlflächen zur Anpassung an das spezielle Gefriergut geschehen, sofern unterschiedliche Abkühlbedingungen in der Gefriereinrichtung zweckmäßig erscheinen.

Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Gefriereinrichtung, die Wärmeübergangsraten von den Flachbeuteln auf das Kältemittel von dem jeweiligen Gefriergut anzupassen. Besteht die Kühlfläche aus Metall, insbesondere aus Kupfer, und wird diese glattflächig ausgeführt, so gelingt dies mit den Merkmalen des Anspruches 4. Zur Verwirklichung einer Vorrichtung, die zur Steigerung der Wärmeübergangsraten dient, bestehen mehrere Möglichkeiten, die auch gleichzeitig verwirklicht werden können. Nach Anspruch 5 sind zu diesem Zweck die Rückseiten der Kühlflächen mit Metallrippen versehen und/oder wenigstens teilweise mit einem Überzug aus mikroporösen Werkstoffen bedeckt. Die Merkmale des Anspruches 6 verbessern die Kühlflächen so, daß sie vor chemischem oder mechanischem Angriff geschützt sind und eine möglichst geringe Oberflächenrauhigkeit aufweisen. Das kann durch Verchromen geschehen und führt überdies zu einem harten, chemisch resistenten und gut wärmeleitenden Überzug der Kühlflächen.

Während nach Anspruch 7 bei dem Behältersieden die Kühlflächen senkrecht verlaufen und die Flachbeutel im freien Raum dadurch angeordnet sind, daß sie über den Kühlflächen in der Preßstellung aufgehängt sind, kann die erfindungsgemäße Gefriereinrichtung auch alternativ gestaltet werden. Das ermöglichen in erster Linie die Merkmale des Anspruches 8, mit denen die Tiefkühlung durch strömendes Kältemittel erreicht wird. Das kann mit den Merkmalen des Anspruches 9

verwirklicht werden, wobei die zweckmäßig rohrförmigen Strömungskanäle derart angeordnet werden, daß an jeder Stelle der Kühlfläche gleiche Strömungs- und Wärmeübergangsbedingungen erzielt werden. In diesen Fällen kann die Gefriereinrichtung so angeordnet werden, daß gemäß Anspruch 10 die Kühlflächen horizontal verlaufen. Hierdurch und durch die erwähnte Möglichkeit, die Kühlflächen vertikal anzuordnen, läßt sich im Einzelfall die jeweils zweckmäßige Anordnung der Kühlflächen wählen.

Wird die Erfindung mit strömendem Kältemittel verwirklicht, so läßt sich ferner mit den Merkmalen des Anspruches 11 eine Ausführungsform der Tiefkühlung wählen, die einen Betrieb unter hohen Kältemittel-Überdrücken gewährleistet. Bei Verwendung flüssigen Stickstoffes als Kältermittel kann die Zuführung im überkritischen Druckbereich (> 34,0 bar (a)) erfolgen, in dem extrem hohe Wärmeübergangswerte bei strömendem Medium erreicht werden.

Je empfindlicher das Gefriergut ist, desto höher wird man die Anforderungen an die Einhaltung einer genauen Einfrierkühlrate bei festliegender Gefriergutschichtdicke setzen. Dafür bietet die erfindungsgemäße Gefriereinrichtung unterschiedliche Betriebsweisen. Mit den Merkmalen des Anspruches 12 erfolgt die Kühlung der Kühlflächen nach gesteuerten Kühlraten des Kältemittels, was bei kontinuierlicher, aber auch diskontinuierlicher Kältemittelkühlung (im allgemeinen durch Beschickung mit Flüssigstickstoff) der Kühlflächen erreichbar ist. Bei einer diskontinuierlichen Kühlung erfolgt die Kältemittelzufuhr zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 14, nämlich im wesentlichen erst nach Anpressen der Kühlfläche an das Gefriergut. Dann werden die Kühlflächen zwischen den

Einfriervorgängen auf die Umgebungstemperatur erwärmt .

Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung der Kühlrate ergibt sich aus dem Anspruch 16 in Verbindung mit dem Anspruch 15. Denn bei dem drucklosen Betrieb des Kühlmittels ergibt sich gegenüber der Alternative des Anspruches 17, nach dem die selektive, d.h. auf das jeweilige Gefriergut abgestellte Kühlung mit kühlmittelseitigem Überdruck in den Preßwerkzeugen erfolgt, eine andere Einfrier-Kühlrate. Wenn diese Möglichkeiten nicht ausreichen, kann man die jeweils gewünschte Kühlrate auch durch voneinander abweichende Kühlflächengestaltungen erzielen. Z.B. eignet sich dafür die Ausführungsform nach Anspruch 18, die insbesondere für die Tiefkühlung von Erythrozytenkonzentraten in Frage kommt. In diesem Zusammenhang lassen sich aber auch die bereits erörterten Ausführungsformen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 4 und 5 vorteilhaft einsetzen. Schließlich kommen auch die im Anspruch 19 zum Ausdruck gebrachten Merkmale für eine selektive Kühlrate in Betracht.

Während die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung für fest einstellbare Einfrier-Kühlraten geeignet sind, lassen sich komplexere Funktionen der Einfrierkühlrate erfindungsgemäß auch durch eine Regelung verwirklichen. Das geschieht zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 20 dadurch, daß das Zusammenwirken von Kühlung und Heizung die Gefriereinrichtung gemäß der Erfindung sehr genau einer gegebenen Funktion angepaßt werden kann. Während man diese Möglichkeiten durch eine Gasheizung nach Anspruch 21 erhält, kommen für den gleichen Zweck auch Elektroheizungen gemäß Anspruch 22 in Frage. Mit diesen Ausführungsformen läßt sich ein be-

liebiger Abkühlverlauf des Gefriergutes realisieren. Die beschriebene Regelung erfolgt hierbei durch Thermoelemente in Verbindung mit einer Steuereinheit, der die empirisch ermittelte ideale Abkühlkurve des Gefriergutes als Temperatur-Sollkurve eingespeichert ist.

In manchen Fällen mag es zweckmäßig sein, die Erfahrungen des Laborbetriebes mit den eingangs als bekannt vorausgesetzten Gefriereinrichtungen, welche im Tauchbetrieb benutzt werden, unmittelbar auf eine Produktionsanlage im größeren Maßstab gemäß der Erfindung zu übertragen. Das ermöglichen die Merkmale des Anspruches 23. Dabei hat die Übereinstimmung der Kühlflächen wenigstens so weit zu gehen, daß gleiches Material, gleiche Materialstärke, Glattflächigkeit der Kühlfläche und gleiche mikroporöse Beschichtung auf der Kältemittelseite verwirklicht werden und daß das erfindungsgemäß nach Anspruch 2 mögliche Behältersieden angewandt wird. Dann entspricht der Einfriervorgang mit diskontinuierlicher Kältemittelzufuhr - gleiches Gefriergut mit gleicher Schichtdicke vorausgesetzt - verfahrenstechnisch genau dem Einfrieren im Tauchverfahren, das in Gefriercontainern durchgeführt wird.

Eine Steigerung der Produktionsraten ermöglichen die Merkmale des Anspruches 24. Bei Ausführung der Kühlflächen in größerer Materialstärke und kontinuierlicher Kältemittelzufuhr kann nämlich die Prozeßführung während der Abkühlung unter Ausnutzung der Wärmespeicherkapazität der Kühlfläche so erfolgen, daß zu Beginn der Abkühlung die Wärme vom Gefriergut in die Kühlfläche eingeleitet wird, ohne daß sich diese nennenswert erwärmt. Im sensibelsten Teil der Abkühlung, der im allgemeinen im Temperaturbereich zwischen O⁰C

und -30°C liegt, erfolgt hierdurch eine Wärmeabfuhr bei annähernd konstanter Kühlflächentemperatur, wodurch im Gefriergut hohe Kühlraten erzeugt werden können. Sofern die so erzielten Kühlraten zur Erreichung der gewünschten Zellüberlebensraten geeignet sind, können durch den so zeitlich verkürzten Einfriervorgang kurze Taktzeiten und damit eine hohe Produktionskapazität der neuen Gefriereinrichtung erreicht werden.

Die Merkmale des Anspruches 25 sind insbesondere für den Einsatz von unterkühltem Kältemittel geeignet. Wie zahlreiche Untersuchungen gezeigt haben (Gorenflo, Sakirai) läßt sich dadurch unabhängig von der Kühlflächengestaltung und anderen Parametern der Kältemittelführung (u.a. dem Betriebsdruck auf der Kältemittelseite) der Wärmeübergang bei Siedevorgängen erheblich verbessern. Wesentlich ist hierbei, daß durch Siedeerscheinungen im unterkühlten Kältemittel an "heißen" Oberflächen gebildeter Kältemitteldampf beim Aufsteigen durch unterkühlte Flüssigkeit rekondensiert, so daß der Bildung eines isolierenden geschlossenen Dampffilms auf der Kühlfläche entgegengewirkt wird. Sowohl der Übergang vom Filmsieden zum Blasensieden als auch der Wärmeübergang bei ausgebildetem Blasen- und Filmsieden werden hierdurch positiv beeinflußt. Der Einsatz einer mikroporösen Schicht auf der Kältemittelseite der Kühlfläche führt zu einer deutlichen Erhöhung der erzielbaren Wärmeströme, die nicht ursächlich auf den vergrößerten Temperaturunterschied zwischen Kühlfläche und Kältemittel zurückzuführen sind. In der Ausführungsform nach Anspruch 25 ist deswegen vorgesehen, das Kältemittel im unterkühlten Zustand durch die hinter den Kühlflächen liegenden Kammern sowie durch eine Vorrichtung zur Erzielung und Aufrechterhaltung der

Flüssigkeitsunterkühlung, einen sogenannten Unterkühler, zirkulieren zu lassen.

Eine demgegenüber alternative Möglichkeit sieht der Anspruch 26 vor. Dabei sind die Kühlflächen einschließlich der Betätigungsmechanik und der Baugruppen für die Kältemittelzuführung von einem Gehäuse umschlossen, das thermisch isoliert ist, um Verdampfungsverluste des Kältemittels durch Wärmeeinfall aus der Umgebung sowie das Eindringen von Feuchtigkeit zu reduzieren. Wenn gemäß Anspruch 27 eine weitgehend mechanisierte Zu- und Abführung der Flachbeutel für das Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung nach Anspruch 28 vorgesehen ist, erweist es sich deswegen als vorteilhaft, das Einführen und die Entnahme des Gefriergutes in ein isoliertes Gehäuse durch vorzugsweise automatisch betätigte Schleusen vorzunehmen, die luftdicht und ggf. feuchtigkeitsgeregelt arbeiten. Solche Ausführungsformen eignen sich natürlich auch für die manuelle Einführung des Gefriergutes in die Presse, sind aber besonders zweckmäßig bei höher mechanisierten Produktionsanlagen. In jedem Fall wird die Luftfeuchtigkeit innerhalb der Schleuse bis auf einen zulässigen Minimalwert reduziert und dann erst in Richtung auf die Gefriereinrichtung geöffnet. Das Gefriergut läßt sich dann zwischen den Preßwerkzeugen und den Kühlflächen richtig positionieren, welche dann zunächst den eingezogenen Beutel flach pressen. Nach Beendigung des Einfriervorganges werden die Kühlflächen automatisch vom Flachbeutel zurückgezogen und dieser wird durch die Fördereinrichtung aus dem Vorrxchtungsgehäuse in die Austrittsschleuse transportiert, deren vorrichtungsseitige Öffnung sich schließt. Danach wird der umgebungsseitige Verschluß der Austrittsseite geöffnet und der eingefrorene Flachbeutel an das Bedie-

nungspersonal oder eine weitere mechanische Vorrichtung übergeben. Nach erneutem Schließen der Schleusenöffnung wird wiederum die Luftfeuchtigkeit reduziert. Die Vorrichtung ist anschließend für den nächsten Einfriervorgang bereit.

Die Merkmale des Anspruches 29 sind geeignet, konvektive Wärmeverluste auf den Oberflächen jedes Preßwerkzeuges zu verhindern, die als Kühlflächen dienen. Bei diskontinuierlicher Kältemittelzufuhr erfolgt zwischen zwei Einfriervorgängen stets eine au-&ldquor;, tomatische, kontrollierte Erwärmung der Kühlflächen

auf Raumtemperatur. Dies kann entweder mit Hilfe der im Zusammenhang mit dem Anspruch 20 diskutierten Beheizungsvorrichtung erfolgen. Eine andere Möglichkeit für die Ausführungsform nach Anspruch 30 ist im Anspruch 31 wiedergegeben, die sich einer Heizplatte oder einer ähnlichen Vorrichtung bedient.

Der Pressenantrieb ist weitgehend beliebig. Dabei muß jedoch berücksichtigt werden, daß zu gewährleisten ist, daß der Druck im Inneren der Flachbeutel, welcher sich aus der Beutelfläche und dem Anpreßdruck der Preßwerkzeuge errechnet, mit ausreichender Si- C cherheit der zuvor festgelegten maximal zulässigen

Innendrücke bleibt. Dies wird zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 32 erreicht. Bei den handelsüblichen tieftemperaturgeeigneten Flachbeuteln beträgt der Berstdruck im allgemeinen ca. 200 mbar. Damit ist eine Grenze vorgegeben, unter der ein ausreichender Preßdruck liegt, um den wenig formstabilen Flachbeutel in die gewünschte plattenförmige Geometrie zu überführen und einen guten thermischen Kontakt zwischen Kühlflächen und Beuteloberfläche durch flächiges oder möglichst faltenfreies Anliegen des Beutelmaterials an den Kühlflächen zu gewährleisten.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren in den Zeichnungen, es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Preßwerkzeug gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die beiden Preßwerkzeuge in einer Gefriereinrichtung in Ansicht und teilweise im Schnitt,

Fig. 3 ein Preßwerkzeug im horizontalen Schnitt, Fig. 4 eine Einzelheit des Preßwerkzeuges nach Fig. 3 an der mit IV bezeichneten Stelle,

Fig. 5 eine Gefriereinrichtung zusammen mit dem Kältemittelkreislauf,

Fig. 6 eine andere Ausführungsform der Gefriereinrichtung im wesentlichen in der Fig. 5 entsprechender Darstellung,

Fig. 7 schematisch ein Preßwerkzeug gemäß der Erfindung für den Einsatz mit strömendem Kältemittel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform in einer im wesentlichen der Fig. 5 entsprechenden Darstellung,

Fig. 9 eine vereinfachte Ausführungsform im wesentlichen in der Fig. 8 entsprechender Darstellung und

Fig. 10 einen horizontalen Schnitt durch eine Produktionsanlage mit Gefriereinrichtung in Draufsicht .

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte erste Ausführungsform einer Gefriereinrichtung 1 besteht aus einer Presse mit zwei Preßwerkzeugen 2, 3, welche einen Flachbeutel 4 zunächst flach pressen, in dem das Gefriergut als menschliches Blut enthalten ist.

Die beiden Preßwerkzeuge 2, 3 sind spiegelsymmetrisch und weisen parallel zu der senkrecht verlaufenden Spiegelebene je eine Platte 5, 6 auf, deren Außenseiten 6, 7 zum Pressen des Beutels 4 unter Ausübung des Preßdrucks auf die Flachseiten des Beutels und zum Kühlen des Beutels 4 dienen. Jedes Preßwerkzeug ist als Hohlkammer 8 ausgeführt, die beutelseitig mit einer der Platten 5 bzw. 6 verschlossen ist. In der Hohlkammer steht flüssiges Kältemittel 9 an, das zum Tiefgefrieren des im Beutel 4 enthaltenen Gefriergutes dient. Zur Vergleichmäßigung des Temperaturverlaufes über die Kühlflächen 6, 7 tragen die Platten auf ihren den Kühlflächen 6, 7 abgewandten Seiten 10 eine Schicht 11 aus einem mikroporösen Werkstoff. Die Rückseiten 10 der Kühlflächen 6, 7 sind mit dem Kältemittel beaufschlagt. Das Kältemittel wird in unmittelbarer Nähe der Platten 5, 13 den Preßwerkzeugen durch eine wärmeisolierte Speiserohrleitung 12 zu- und hinter einem bis zur Oberkante 14 der Beschichtung 11 reichenden Wehr, das mit einer Trennwand 15 in der Kammer 8 verwirklicht ist, zwangsgeführt, so daß. das aus einer isolierten Abflußrohrleitung 16 abströmende und mit der Wärme aus dem Beutel 4 beladene Kältemittel im Gegenstrom verläuft. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Kältemittel durch die Abflußleitung 16 in einem in Fig. 2 nicht näher dargestellten Kühler zurückgeführt wird, der das Kältemittel unterkühlen kann. Durch das Sieden des Kältemittels entstehende Kaltgase werden nach oben durch eine Gasleitung 17 aus den Preßwerkzeugen abgeführt. Über eine in die Kältemittelrückführung der Kammer 8 mündende weitere Speiseleitung 18 kann aus einem nicht dargestellten Speicherbehälter weiteres Kühlmittel zugeführt werden, das die Verdampfungsverluste ersetzt .

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Wie aus der Darstellung der Fig. 2 ferner ersichtlich ist, befinden sich die Flachbeutel 4 im freien Raum zwischen den Kühlflächen 1, 2, d.h. sie werden nicht zusammen mit der Presse, welche die Gefriereinrichtung 1 bildet, in das Kühlmittel eingetaucht. Vielmehr werden die Preßwerkzeuge 2, 3 gemäß dem rechts in Fig. 2 eingetragenen Doppelpfeil im Rhythmus der Bearbeitungsvorgänge zum Öffnen und Schließen des Pressenspaltes 19 durch einen in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Antrieb bewegt. Der Beutel 4 läßt sich infolge der beschriebenen Anordnung daher bei geöffnetem Pressenspalt 19 senkrecht zur Zeichenebene frei bewegen, was z.B. mit Hilfe eines Überkopfförderers 20 erfolgen kann, an dessen beweglichem Förderorgan mehrere Beutel hintereinander angehängt sind und schrittweise durch den zwischen den Kühlflächen 6, 7 befindlichen Pressenspalt 19 bewegt werden.

Im Betrieb wird mit Hilfe der schrittweisen Förderung ein Flachbeutel 4 in den zunächst geöffneten Pressenspalt 19 eingebracht. Sobald der Beutel 4 richtig zwischen den Kühlflächen 6, 7 der Preßwerkzeuge 2, 3 positioniert ist, wird der Pressenspalt 19 geschlossen. Der Beutel 4 wird dadurch in eine flache faltenfreie Form überführt. Das Kältemittel 9 bringt die Kühlflächen 6, 7 auf die erforderliche Tieftemperatur, so daß der Gefriergutinhalt des Flachbeutels 4 tiefgefroren wird. Dabei halten die Preßwerkzeuge 2, 3 den Beutel unverändert unter Preßdruck. Nach dem Tiefgefrieren wird der Pressenspalt 19 geöffnet, wodurch der Beutel 4 wie vor dem Schließen des Pressenspaltes freihängt und durch einen weiteren Schritt des Förderers 20 aus der Presse herausbewegt wird. Durch den Beutelabstand ist gewährleistet, daß bei diesem Schritt der folgende tiefzufrierende Beutel in den geöffneten Preßspalt 19 eingezogen wird.

Die Kühlflächen 6, 7 bestehen zweckmäßig aus Kupfer und sind zur Verbesserung ihrer Oberflächeneigenschaften und Korrosionsbeständigkeit auf der Gefriergutseite verchromt.

Mit der beschriebenen Vorrichtung werden kontrollierte Einfriervorgänge durchgeführt, die einer zuvor empirisch bestimmten optimalen Abkühlkurve angepaßt sind. Sowohl die Temperaturverteilung als auch die lokalen Kühlraten im Inneren des Gefriergutes hängen bei aufgeprägter Kühlflächentemperatur nur von den physikalischen und geometrischen Gefrierguteigenschaften ab. Bei einer flächigen, plattenförmigen Geometrie, wie sie im Pressenspalt 19 für den Beutel 4 angedeutet ist, wird innerhalb des Gefriergutes zu jedem Zeitpunkt eine eindimensionale Temperaturverteilung anzunehmen sein, d.h. Temperaturunterschiede existieren nur normal (senkrecht) zur Kühlflächenebene. Die optimale Abkühlkurve wird daher in Abhängigkeit von der ggf. über mehrere Meßstellen zu ermittelnden Kühlflächentemperatur bestimmt.

Die obere Grenze der Energieabfuhr aus dem Gefriergut durch die Kühlflächen wird durch die Höhe des Wärmeausdehnungskoeffizienten auf der Kältemittelseite der Kühlfläche vorgegeben, so daß im theoretischen Idealfall auch die Gefriergutseite der Kühlfläche Kältemitteltemperatur annimmt. Dies wird jedoch während des realen Einfriervorganges nur zu dem Zeitpunkt der Fall sein, an dem die Kühlfläche mit dem Gefriergut in Kontakt gebracht wird. Anschließend wird die Kühlflächentemperatur in Abhängigkeit der vom Gefriergut zufließenden sowie der kältemittelseitig abgeführten Wärmemenge ansteigen. Sie ist außerdem eine Funktion der Wärmespeicherfähigkeit sowie der Wärmeleitfähig-

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keit der Kühlfläche und damit sowohl von der Masse als auch vom verwendeten Werkstoff abhängig. Für Abkühlvorgänge, die ungeregelt, bei möglichst hoher Kühlrate - insbesondere zu Beginn des Einfriervorganges - durchgeführt werden sollen, sind deswegen Kühlflächen mit hoher Masse (und damit hoher Wärmespeicherfähigkeit) sinnvoll. Ihre Oberflächentemperatur bleibt bei gleicher Wärmeaufnahme aus dem Gefriergut niedriger - und damit die zur Abkühlung erforderliche treibende Temperaturdifferenz höher - als bei einer vergleichbaren Kühlfläche geringerer Masse. Heizflächen geringerer Masse weisen demgegenüber bei geregelten Abkühlvorgängen Vorteile auf, da sie weniger träge auf die Energiezufuhr der Gegenbeheizung reagieren und daher auch einen geringeren Heizleistungsbedarf haben. Bei einem kontrollierten Abkühlvorgang stellt sich eine Kühlflächentemperatur ein, die stets kleiner oder gleich an dem jeweiligen Punkt der Abkühlkurve erforderlichen Kühlflächentemperatur ist. In die Platte 5 gemäß Fig. 1 ist deswegen eine elektrische Widerstandsheizung eingebaut, wobei die Heizdrähte nicht dargestellt sind. Über die Kühlfläche verteilt sind Meßpunkte, von denen einer bei 23 in Fig. 1 wiedergegeben ist.

Hierdurch entsteht eine Gegenbeheizungseinrichtung, welche durch eine automatische Steuerung der Heizleistung Temperaturdifferenzen auf der Kühlfläche ausgleicht. Hierzu wird einem Regler die Sollwertkurve der Abkühlung eingegeben. Abhängig von der durch die Thermoelemente bei 23 und den übrigen Meßpunkten gemessenen Abweichungen der Ist- von der Solltemperatur wird dann die elektrische Heizleistung entsprechend nach oben oder nach unten geregelt.

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Das Gehäuse 21 der Kammer 8 (Fig. 1) besteht aus Edelstahl. Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere Einzelheiten. Der Horizontalschnitt der Fig. 3 läßt erkennen, daß die Rückseite 21 der Platten 5, 6 mit einer Vielzahl senkrecht verlaufender Rippen 22 besetzt ist, die anstelle der Beschichtung 11 zur Vergleichmäßigung der Temperaturen auf den Kühlflächen 6, 7 verwendet werden. Diese beiden Vorrichtungen 11 und 22 sind in der Ausführungsform nach Fig. 4 miteinander kombiniert, da sich die Schicht 11 in den Lücken zwischen den Rippen 22 befindet. Die Fig. 4 läßt ferner erkennen, daß die Platten 5, 6 mit dem Kühlflächengehäuse 24 verschraubt sind. Dadurch lassen sich die Platten 5, 6 und damit die Kühlflächen leicht austauschen. Im übrigen erfolgt die Abdichtung der Kammer nach außen durch eine Weichstoffdichtung 25, beispielsweise aus einer PTFE-Folie.

Außerdem sind die Gehäuse 24 mit PU-Schaum oder geschäumtem Polystyrol wie bei 26 in Fig. 3 dargestellt isoliert. Das Isolationsmaterial wird außen wiederum von einer Stahlblechschale 27 umgeben, die zur Versteifung sowie Anbringung von Befestigungsblechen für den durch den Doppelpfeil in Fig. 2 angedeuteten An-/■""■""·-, trieb dient. Auf der Gefriergutseite ist die äußere

Stahlblechschale 27 nicht geschlossen, so daß ein thermischer Kontakt zur Kühlfläche und Wärmezufuhr durch direkte Wärmeleitung gering gehalten wird.

Die Rohrleitungsanschlüsse, welche im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben sind, sind zusätzlich im äußeren Bereich vakuumisoliert und so gestaltet, daß sie an handelsübliche vakuumisolierte Leitungen angeschlosen werden können (sogenannte Johnstonkupplungen).

Die Darstellung nach Fig. 5 läßt die Kältemittelführung im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 erkennen. Wie bereits im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert, sorgt das Wehr, welches von der Trennwand 15 gebildet wird, dafür, daß der durch die vakuumisolierte Leitung 12 zugeführte unterkühlte Stickstoff zunächst durch den Kammerraum 8 hinter den Kühlflächen 6, 7 bei 29 strömt, bevor er über, die Wände 15 in die rückwärtigen Kammerteile 28 überläuft, von wo aus er durch die vakuumisolierte Rücklaufleitung 16 mit Hilfe einer für tiefkalte Flüssigkeiten geeigneten Pumpe 30 zu einem Unterkühler 31 gefördert wird.

Der Einfriervorgang wird durch Betätigen des Anpreßmechanismus, der bei 32 schematisch dargestellt ist, eingeleitet. Hierdurch wird das bewegliche Preßwerkzeug 2 derart an den Beutel 4 angepreßt, daß dieser zwischen den Preßwerkzeugen 1 und 2 eingespannt wird und eine glattflächige, plattenförmige Geometrie annimmt. Eine Preßkraftbegrenzung im Anpreßmechanismus 32 bewirkt, daß der maximal zulässige Innendruck des Beutels nicht überschritten wird. Alle Verbindungsleitungen der Kühlkammern sind flexibel gestaltet, um eine freie Beweglichkeit des Preßwerkzeuges 2 zu gewährleisten. Die Füllstände beider Kältemittelkammern werden über das Prinzip kommunizierender Behälter ausgeglichen.

Durch die Wärmeabfuhr während des Einfriervorganges bildet sich auf der Kältemittelseite der Kühlflächen 6, 7 Gas, das durch die Abgasleitung 17 abgeführt wird. An dem justierbaren Druckhalteventil 32 kann der gewünschte Betriebsdruck in der Kältemittelkammer 8 eingestellt werden. Bei größeren Kühlflächengeometrien ist dieser Überdruck - aufgrund der auf minimale Werte zu begrenzenden Verwölbung der Kühlflächen

- jedoch im allgemeinen auf geringe Werte zu beschränken.

Das durch die Kältemittelverdampfung während des Einfriervorganges sowie durch die Niveauregelung im Unterkühler 31 bewirkte Absinken des Kältemittelfüllstandes in den Rücklaufkammerteilen 28 wird durch eine Niveauregelung in dem stationären Preßwerkzeug ausgeglichen. Dazu bewirkt eine Niveausonde 33 über einen Niveauregler 34 das Öffnen des in der Speiseleitung 18 vom Speichertank eingebrachte Magnetventil 35 sobald der Mindestfüllstand unterschritten wird.

'-... Bei Erreichen des Maximalfüllstandes wird das Magnet

ventil automatisch wieder geschlossen.

Der unterkühlte Flüssigkeitszustand in den Kühlkammern 8 wird durch eine Kreislaufführung des Stickstoffes durch den Unterkühler 31 erreicht. Der flüssige Stickstoff wird in Kammern 8 von unten auf der Rückseite der Kühlflächen 6, 7 durch die Leitung 12 zugeführt. Diese ist an den Unterkühler 31 angeschlossen. Der Unterkühler besteht aus einem gas- und flüssigkeitsdichten vakuumisolierten Edelstahlbehälter 36, in dessen Inneren sich &ldquor;ein Wärmetauscher 37 &zgr;--- befindet, der in einem Bad siedenden Flüssigstick

stoffes 38 ruht. Die Unterkühlung des Stickstoffes wird dadurch erreicht, daß der Umgebungsdruck im Inneren des Unterkühlers auf einen Wert zwischen Siede- und Trippelpunktsdruck (Trippelpunktszustand von N₂:63,15 K bei 125,3 mbar Absolutdruck) eingestellt wird. Die Druckabsenkung erfolgt durch Evakuierung des über dem Bad 38 liegenden Gasraumes 39 und Absaugen der anfallenden Stickstoffdämpfe mit Hilfe einer Vakuumpumpe 40. Im Stickstoffbad 38 stellt sich hierdurch ein Siedezustand nahe dem Gefrierpunkt des Stickstoffs ein. Der Betrieb der Vakuumpumpe 40 wird

abhängig von einer Druckmessung 41 im Unterkühler 31 geregelt. Zum Schutz der Vakuumpumpe 40, die im allgemeinen nicht für den Einsatz mit tiefkalten Gasen ausgelegt ist, wird Flüssigstickstoff verdampft. Zum Ausgleich des hierdurch erfolgenden Absinkens des Flüssigkeitsniveaus im Behälter ist der Unterkühler mit einer Niveauregelung 42 versehen, die den Flüssigkeitsstand zwischen einem vorgegebenen Mindest- und einem Höchstwert hält, die Füllstandsmessung erfolgt durch eine Niveausonde 43. Bei Erreichen des Minimalfüllstandes bewirkt der Niveauregler ein Öffnen des tieftemperaturtauglichen Magnetventils 44. Relativ zu dem mittels der Pumpe 40 durch die vakuumisolierte Leitung 16 unter geringem Überdruck in den Wärmeaustauscher 37 des Unterkühlers 36 geförderten Stickstoff herrscht in dem Bad 38 und dem Gasraum 39 des Unterkühlers ein Unterdruck. Beim Öffnen des Magnetventils 44 bewirkt das Druckgefälle zwischen dem Kreislaufstickstoff und dem Unterkühlerinnenraum ein Ausströmen des Stickstoffs aus dem Zulauf des Wärmetauschers 37 durch das Magnetventil 44 in das Kältemittelbad 7 des Unterkühlers. Bei Erreichen des erforderlichen Maximalfüllstandes im Unterkühler bewirkt der Niveauregler ein Schließen des Magnetventils.

Die Fig. 6 zeigt ein vereinfachtes Installationsschema einer Einfriervorrichtung mit Flüssigkeitsraum für Behälter 7, die mit siedendem Kühlmittel betrieben wird.

Durch die Wärmeabfuhr während des Einfriervorganges bildet sich auf der Kältemittelseite der Kühlflächen 6, 7 Gas, das durch die Abgasleitung 17 aus den Kühlkammern 8 der beiden Preßwerkzeuge entfernt wird. An dem justierbaren Druckhalteventil 46 kann der ge-

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wünschte geringfügige Betriebsüberdruck der Kältemittelkammern 8 eingestellt werden.

Das durch die Kältemittelverdampfung während des Einfriervorganges bewirkte Absinken des Kältemittelfüllstandes 47, 48 bewirkt über einen Niveauregler 49 das Öffnen des in der Zulaufleitung 12 vom Speichertank angebrachten Magnetventils 50, sobald der Mindestfüllstand unterschritten wird. Bei Erreichen des Maximalfüllstandes wird das Magnetventil automatisch wieder geschlossen. Die Füllstände 47 und 48 beider Kältemittelkammern werden über das Prinzip kommunizierender Behälter über die Verbindungsleitung 51 ausgeglichen.

Fig. 7 zeigt in einer Gesamtansicht ein Preßwerkzeug 5, dessen Pressen abweichend von den bis hierher beschriebenen Ausführungsformen mit rohrförmigen Strömungskanälen versehen sind. Dabei sind die zweckmäßig angebrachte Isolierung der Rückseite 51 sowie der Seitenränder und der Anschlußleitungen 12 und 17 der Platte nicht dargestellt. Das Kältemittel strömt über die Anschlußleitung 12 in die aus hochwärmeleitfähigem Material - vorteilhafterweise Kupfer - bestehende Platte hinter der Kühlfläche ein und wird dort über eine Vorlage 52 auf die parallelen Strömungskanäle 53 verteilt. Ein Sammler 54 vereinigt die Teilströme wieder und führt diese durch die Rücklaufleitung 17 aus der Kühlplatte 5 ab. Die mit dem Gefriergut in Kontakt stehende Kühlfläche 6 weist die gleichen Eigenschaften auf, die im Falle der Ausführung für das Behältersieden nach Fig. 6 erwähnt ist (geringe Oberflächenrauhigkeit, Korrosionsschutzbeschichtung). Die Wärmeübertragung an das Kältemittel erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 7 durch Strömungssieden. Zur Erhöhung der Wärmeübergangsraten kann das

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Kältemittel unter erhöhtem Druck durch die Kanäle 52, 53, 54 gefördert werden, da bei korrekter Dimensionierung der Strömungskanäle eine relevante Deformation der Kühlplatten 6, 7 infolge des Innendruckes nicht eintritt. Dabei verbessern sowohl eine hohe Strömungsgeschwindigkeit als auch ein hoher Absolutdruck - insbesondere im überkritischen Druckbereich die Wärmeübertragungsraten.

Die Fig. 8 zeigt in einer der Fig. 5 entsprechenden Darstellung eine Gefriervorrichtung mit Behältersieden, die mit unterkühltem flüssigen Stickstoff als Kältemittel betrieben wird. Kernstück sind auch hier die beiden zur Kühlung des Beutels dienenden Kühlplatten 5, 6. Der unterkühlte Stickstoff wird durch die vakuumisolierte Leitung 12 zugeführt, durchströmt die Strömungskanäle im Inneren der Kühlplatten (Fig. 7) und wird anschließend durch das Druckregelventil 55 und die vakuumisolierte Rücklaufleitung 16 mit Hilfe der Pumpe 30 zum Unterkühler 31 gefördert. An dem justierbaren Druckregelventil 55 kann der durch die Pumpe 30 aufzubringende Betriebsdruck in den Kühlplatten 5, 6 eingestellt werden.

Der Einfriervorgang wird durch Betätigen des Anpreßmechanismus 38 eingeleitet. Hierdurch wird das bewegliche Preßwerkzeug 2 derart an den Beutel 4 angepreßt, daß der Beutel zwischen Preßwerkzeugen 1 und 2 eingespannt und in eine glattflächige, plattenförmige Geometrie gepreßt wird. Eine Preßkraftbegrenzung im Anpreßmechanismus 38 bewirkt, daß der maximal zulässige Innendruck des Beutels 4 nicht überschritten wird. Alle Verbindungsleitungen der Preßwerkzeuge 1 und 2 sind flexibel gestaltet, um eine freie Beweglichkeit des Werkzeuges 2 zu gewährleisten.

zuschlössen.

Der durch die Kältemittelverdampfung während des Einfriervorganges sowie durch die Niveauregelung im Unterkühler 31 wie oben im Zusammenhang mit der Fig. beschrieben bewirkte Volumenverlust an Kältemittel im Kühlkreislauf wird durch einen niveaugeregelten vakuumisolierten Ausgleichsbehälter 56 kompensiert. Sobald der Mindestfüllstand im Ausgleichsbehälter unterschritten wird, bewirkt eine Niveausonde 57 über einen Niveauregler 58 das Öffnen des in der Zulaufleitung 55 zum Ausgleichsbehälter 56 angeordneten Magnetventils 60. Bei Erreichen des Maximalfüllstandes wird das Magnetventil 60 automatisch wieder ge-

Bedingt durch den Überdruck in den Kühlplatten 5, 6 ist eine Unterkühlung des Kältemittels durch die Siedetemperatur bei Atmosphärendruck nicht zwingend erforderlich, um in den Kühlplatten einen unterkühlten Flüssigkeitszustand zu erzeugen. Der Unterkühler kann daher auch ohne Vakuumpumpe, z.B. bei Atmosphärendruck, betrieben werden, wobei das Kältemittelbad dann die dem Unterkühlerinnendruck entsprechende Siedetemperatur annimmt. Neben der Vakuumpumpe 40 entfallen dann die Druckregelung 42 sowie die Begleitheizung 61, die auch in dem Kühlmittelschema nach Fig. 5 vorgesehen ist.

In dem Kühlmittelkreislauf nach Fig. 9 ist ein vereinfachtes Installationsschema einer Gefriervorrichtung mit den beschriebenen Kühlplatten nach Fig. 7 dargestellt, die mit siedendem Kältemittel betrieben werden. Das Kältemittel wird durch die Pumpe 62 und den vakuumisolierten Behälter 56 im Kreislauf geführt.

Das durch die Kältemittelverdampfung während des Einfriervorganges in den Kühlplatten gebildete Gas wird in einer Zweiphasenströmung zusammen mit dem unverdampften Kältemittel durch eine Leitung 63 in die Umgebung entlassen. Das Druckhalteventil 64 dient zur Einstellung des Druckniveaus im Kältemittelkreislauf.

Die Kältemittelverdampfung während des Einfriervorganges bewirkt ein Absinken des Füllstandes im Ausgleichsbehälter 56. Sobald der Mindestfüllstand unterschritten wird, bewirkt die Niveausonde 57 über den Niveauregler 58 das Öffnen des in der Zulaufleitung 59 angeordneten Magnetventils 60. Bei Erreichen des Maximalfüllstandes wird das Magnetventil 60 automatisch wieder geschlossen.

In der Fertigungsanlage nach Fig. 10 sind die Preßwerkzeuge 1, 2 in einem gasdichten, thermisch isolierten Gehäuse 66 untergebracht, welches Verdampfungsverluste des Kältemittels durch Wärmeeinfall aus der Umgebung sowie das Eindringen von Feuchtigkeit reduziert. Rechts in der Darstellung sind die Anschlüsse zur Kältemittelkonditionierung bei 67 und 68 angedeutet, links ist die Tankanschlußleitung 69 dargestellt. Das Einführen und die Entnahme des Gefriergutflachbeutels 4 erfolgen bei dieser Ausführung durch zur Umgebung hin luftdichte, feuchtigkeitsgeregelte, automatisch betätigte Schleusen 70, 71. Der Flachbeutel 7 wird manuell oder maschinell in die Schleuse eingeführt und dort an den mechanischen Überkopfförderer 20 übergeben, der im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert worden ist. Anschließend schließt sich die Schleusentür 71 durch Anheben und Absenken senkrecht zur Zeichenebene. Die Luftfeuchtigkeit innerhalb der Schleuse 70 wird bis auf einen zulässigen Minimalwert reduziert und dann der vor-

richtungsseitige Verschluß 73 der Schleusenkammer 70 geöffnet. Das Gefriergut wird in das Vorrichtungsgehäuse 74 eingezogen und dort mittels der mechanischen Förderereinrichtung 20, die den Beutel 4 zwischen Kühlflächen 6, 7 positioniert, die anschließend an den Beutel 4 angepreßt werden. Nach Beendigung des Einfriervorganges werden die Kühlflächen 6, 7 automatisch von dem Beutel 4 zurückgezogen, der Beutel 4 wird durch die Fördereinrichtung 20 aus dem Vorrichtungsgehäuse 74 in die Austrittsschleuse 71 transportiert, deren vorrichtungsseitige Öffnung 74 zunächst geöffnet ist und dann schließt. Danach wird der umgebungsseitige Verschluß 72 der Austrittsseite geöffnet und der eingefrorene Beutel 4a an das Bedienungspersonal oder eine weitere mechanische Vorrichtung übergeben. Nach erneutem Schließen der Schleusenöffnung 74 wird wiederum die Luftfeuchtigkeit reduziert. Die Gefriereinrichtung ist anschließend für den nächsten Einfriervorgang bereit.

Bei kontinuierlicher Kühlmittelkühlung werden die Kühlflächen zwischen zwei Einfriervorgängen durch die Anpreßmechanik 38 bis zum gegenseitigen Kontakt aneinander angenähert. Hierdurch werden konvektive Wärmeverluste auf den Oberflächen der Platten verhindert. Bei diskontinuierlicher Kühlmittelzuführung erfolgt zwischen zwei Einfriervorgängen stets eine automatische, kontrollierte Erwärmung der Kühlflächen auf Raumtemperatur. Dies kann entweder durch eine integrierte (Gegen-)Beheizungseinrichtung oder Energiezufuhr von außen, z.B. Heißgasanströmung, Zwischenlegen einer Heizplatte o.a., erfolgen.

Claims

Schutzansprüche

1. Gefriereinrichtung (1), bei der das in Flachbeuteln (4) eingeschlossene flüssige Gefriergut mit Preßwerkzeugen (1, 3), die den Beutel (4) flachpressen, während des Gefrierens unter Preßdruck gehalten und mit Hilfe von Kühlflächen (6, 7), die auf der Rückseite mit einem Kältemittel (9) beaufschlagt sind, tiefgefroren wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel (9) in den Preßwerkzeugen (1, 2) eingeschlossen ist und die Flachbeutel (4) während des Gefrierens zwischen den Kühlflächen (1, 2) im freien Raum angeordnet sind.

2. Gefriereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefgefrieren durch Behältersieden erfolgt.

3. Gefriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) austauschbar sind.

4. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) mit wenigstens einer auf der Rückseite der Kühlflächen (6, 7) angeordneten Vorrichtung (11, 21) zur Steigerung der Wärmeübergangsraten von den Flachbeuteln auf die Kältemittel versehen sind.

5. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf der Rückseite der Kühlflächen (6, 7) Metallrippen (22) und/oder einen Überzug aus mikroporösem Werkstoff (11) aufweist, der die Rückseite der Kühlflächen (6, 7) wenigstens teilweise bedeckt.

6. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) mit einem glättenden, korrosionsgeschützten, gut wärmeleitenden Überzug versehen sind.

7. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) senkrecht verlaufen und die Flachbeutel über dem Pressenspalt (19) aufgehängt sind.

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8. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der

vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel die Preßwerkzeuge (1, 2) durchströmt.

9. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Kühlflächen (6, 7) aufweisenden Platten (5, 13) der Preßwerkzeuge (1, 2) Strömungskanäle (52-54) für das Kältemittel vorgesehen sind.

10. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) horizontal angeordnet sind.

11. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (52-54) auf ein Kältemittel im überkritischen Bereich ausgelegt sind.

12. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Kühlflächen (6, 7) nach gesteuerten Kühlraten des Kältemittels erfolgt.

13. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) kontinuierlich mit dem Kältemittel gekühlt sind.

14. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine diskontinuierliche Kühlung der Kühlflächen nach dem Anlegen und Flachpressen der Beutel

' (4) durch Kältemittelzufuhr und Erwärmung der

^ Kühlflächen (6, 7) vorgesehen ist.

15. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Beutel (4) selektiv gemäß den Erfordernissen des Gefriergutes erfolgt.

16. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, daurch gekennzeichnet, daß die selektive Kühlung mit Hilfe des drucklosen Kältemittels vorgesehen ist.

17. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der (~~\ vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die selektive Kühlung mit drucklosem und unter Überdruck stehendem Kältemittel erfolgt.

18. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrate des Gefriergutes durch eine auf den Kühlflächen (6, 7) angeordnete Isolationsschicht vorgegeben ist.

19. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur selektiven Kühlung des Gefriergutes die Materialstärke der Kühlflächen (6, 7) und die kon-

tinuierliche Kältemittelzufuhr so gewählt sind, daß unter Ausnutzung der Wärmespeicherkapazität der Kühlflächen eine wesentliche Erwärmung der Kühlflächen (6, 7) zu Beginn der Kühlung ausgeschlossen ist.

20. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) mit einer Beheizungsvorrichtung versehen sind, die mit Hilfe einer Steuerung ihrer Wärmebeaufschlagung den Gefrierverlauf beeinflußt.

21. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) heißgasdurchströmte Kanäle als Beheizungsvorrichtung aufweisen.

22. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) mit einer Elektroheizung bestückt sind.

23. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) der Preßwerkzeuge (1, 2) mit den Kühlflächen von Tauchgefriereinrichtungen übereinstimmen und mit siedendem Kältemittel beaufschlagt sind.

24. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Materialstärke der Kühlflächen (6,

7) bei kontinuierlicher Kühlung die Wärmekapazität derart gewählt ist, daß zu Beginn des Gefrierens die Wärme von dem Gefriergut in die Kühlflächen ohne eine nennenswerte Erwärmung der Kühlflächen (6, 7) übergeht.

25. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel zur Beeinflussung des FiIm- und/oder Blasensiedens hinter den Kühlflächen (6, 7) und den Kammern (8) in einer Unterkühlvorrichtung (31) rückkühlbar ist.

26. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittellauf und die Vorrichtung zur Beeinflussung des Film- und/oder des Blasensiedens des Kältemittels in ein thermisch isoliertes Gehäuse (66) einschlossen sind, welches die Flachbeutel (4) durch Schleusen (70, 71) aufnimmt und entläßt.

27. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Flachbeutel (4) ein Stetigförderer (20) vorgesehen ist, der mit einem auf die Kühlung abgestimmten Schrittschaltwerk versehen und mit Öffnen und Schließen der Schleusen (70, 71) synchronisiert ist.

28. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen und Schließen der Schleusen mit einer Vorrichtung zur Reduzierung der Luftfeuchtigkeit in den Schleusenkammern (70, 71) synchronisiert ist.

29. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Bewegungsenergie zu den Preßwerkzeugen (1, 2) zwischen aufeinanderfolgenden Gefriervorgängen einen Pressenhub ausführt, bei dem die Kühlflächen bis zum gegenseitigen Kon-

takt einander angenähert werden, bevor ein Flachbeutel (4) gepreßt wird.

30. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) zwischen aufeinanderfolgenden Gefriervorgängen selbsttätig auf Raumtemperatur gegenbeheizbar sind.

31. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenheizung eine zwischen die Kühlflächen (6, 7) im Pressenspalt (19) einbringbare Heizplatte dient.

32. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßwerkzeuge (1, 2) einen Antrieb (38) aufweisen, der nach einem auf die Festigkeit der Flachbeutel abgestimmten Sollanpreßdruckwert der Preßwerkzeuge geregelt ist.

33. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressenantrieb (38) auf ein bewegliches Preßwerkzeug (2) wirkt, das im äquidistanten Abstand von einem feststehenden Pressenwerkzeug (1) angeordnet ist.