DE4109900C2 - Verfahren zur Kühlung von stückigem oder körnigem Gut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von stückigem oder körnigem Gut, wobei das stückige oder körnige Gut in um eine gemeinsame Achse sich drehenden Kammern durch ein Bad mit einem tiefsiedenden verflüssigten Gas gefördert wird.

Bekannte derartige Verfahren dienen beispielsweise dem Gefrieren von Lebensmitteln, dem Verspröden oder Verfestigen industrieller Produkte, die anschließend getrennt, zerkleinert oder gemahlen werden sollen. Insbesondere werden die Zerkleinerungs- und Mahlprozesse durch die beim Kühlen hervorgerufene Versprödung der Produkte erleichtert und die Zerkleinerungs- und Mahlmaschinen können mit geringerem Leistungsbedarf betrieben werden. Deshalb ist es erstrebenswert, solche Produkte bei der Förderung zu den Zerkleinerungs- und Mahlmaschinen abzukühlen.

Diese Kühlfördereinrichtungen sind je nach Bedarf unterschiedlich konzipiert. Bekannt sind beispielsweise Schneckenkühler, bei denen tiefkaltes Gas in eine Förderschnecke eingedüst wird, oder Tauchgefrierer, in denen ein mit dem Gefriergut beladenes Stahlgewebeband durch einen Behälter läuft, der mit einem tiefkalten, verflüssigten Gas gefüllt ist.

Bei der Kühlung von stückigem oder körnigem Gut ergeben sich jedoch je nach bekannter Kühlfördereinrichtung Nachteile technischer oder ökonomischer Art.

Der Schneckenkühler eignet sich nur für die Förderung von flüssigem, pastösem, weichem oder gemahlenem Gut, beim Transport von hartem stückigem Gut besteht die Gefahr von Verklemmungen, die zur Beschädigung der Förderschnecke und damit zum Betriebsstillstand mit hohen Ausfallkosten führen können.

Förderbänder aus Stahlgewebe haben den Nachteil, daß an den Ein- und Auslaufstellen der Produkte starke Verluste durch Austritt von verdampftem Kältemittel auftreten. Solche Förderbänder werden hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie eingesetzt und eignen sich vom technischen Aufbau her wenig zur Kühlung des hier angesprochenen industriellen stückigen Guts, wie Batterien, Dosen etc. oder körnigen Guts wie Gewürzsorten etc.

Bei vielen Kühlfördereinrichtungen müssen der Be- und Entladevorgang des stückigen oder körnigen Guts durch Schleusen geregelt werden, die zusätzlichen konstruktiven Aufwand erfordern. Außerdem sind die Antriebsvorrichtung und/oder die Lagerungen dieser Fördereinrichtungen meist direkt dem Kontakt mit dem Kältemittel ausgesetzt. Dies aber führt zu erhöhtem Verschleiß, erhöht die Anforderungen an die betreffenden Materialien und macht aufwendige Isolierungen notwendig.

Aus der DE-OS 26 13 298 ist eine Vorrichtung zum Tiefkühlen von Gegenständen bekannt, die ein senkrecht stehendes Mitnehmerrad aufweist, auf dessen Umfang einzelne Kammern verteilt sind. Die zu kühlenden Gegenstände werden mittels einer Zuführungseinrichtung in die Kammern hineingeschoben, mit den Kammern durch eine Tiefkühlflüssigkeit geführt und schließlich wieder aus den Kammern herausgeschoben. Zum Ein- beziehungsweise Ausbringen der Gegenstände aus den Kammern sind daher Zuführungs- beziehungsweise Austrittseinrichtungen notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung von stückigem oder körnigem Gut zu entwickeln, das zuverlässig, einfach und preiswert arbeitet und insbesondere die obengenannten Nachteile vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ebene in der sich die Kammern drehen um einen Winkel gegen eine Horizontale geneigt ist, der ungleich 90° ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das zu kühlende Gut ohne Gefahr von Verklemmungen in Kammern durch ein Bad mit einem Kältemedium geführt werden. Die Kammern sind dabei für das Kältemedium, nicht aber für das stückige oder körnige Gut, durchlässig. Als Trennwände dieser Kammern werden deshalb Gitter mit der entsprechenden Maschenweite verwendet. Diese Gitter sowie die übrigen Kammerwände sind aus kaltzähem, hochlegiertem Stahl hergestellt.

Die Kammern werden beim Beladevorgang teilweise oder ganz mit dem körnigen oder stückigen Gut gefüllt, während sie auf einem Kreis um die gemeinsame Achse umlaufen. Der Antrieb dieses Kammerrades erfolgt über diese Achse, die zusammen mit dem Antriebsmotor außerhalb des Bades mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas angebracht ist. Antriebseinrichtung und Lagerungen sind folglich nicht mit dem tiefkalten Medium im Kontakt, wodurch die Materialansprüche gesenkt und die Lebensdauer erhöht werden.

Die Kammern durchlaufen das Bad mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas, wobei vorzugsweise die Temperatur des stückigen oder körnigen Gutes über die Drehgeschwindigkeit der Kammern geregelt wird. Eine Herabsetzung der Drehgeschwindigkeit hat eine Erniedrigung der erzielten Temperatur des Gutes zur Folge. Die Kammern sollten in jedem Fall bei Durchlaufen des Bades vollständig mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas gefüllt sein, um eine gleichmäßige Abkühlung der gesamten Charge sicherzustellen.

Nach Durchlaufen der Kammern durch das Bad mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas erfolgt die Entleerung der Kammern, wonach eine erneute Beladung stattfinden kann. Damit ist der Verfahrenskreis geschlossen.

Erfindungsgemäß ist der Einsatz eines Inertgases als tiefsiedendes verflüssigtes Gas vorgesehen, wobei sich besonders Kohlendioxid und Stickstoff als Inertgase eignen.

Da in vielen Fällen das abgekühlte stückige oder körnige Gut zerkleinert oder gemahlen wird, ist es vorteilhaft, wenn das in den Kammern während der Förderung des stückigen oder körnigen Guts durch das Bad mit dem tiefsiedenden verflüssigten Inertgas entstehende verdampfte Inertgas aus den Kammern abgezogen und beim Zerkleinerungs- oder Mahlprozeß zum Inertisieren der dortigen Atmosphäre verwendet wird. Bei der Zerkleinerung, beispielsweise von Altbatterien oder Spraydosen, können nämlich chemisch reaktive und hochbrennbare Stoffe entweichen, die in Luft explodieren oder sich entzünden können. In einer Inertgasatmosphäre werden diese Gefahren beseitigt.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das in den Kammern entstehende verdampfte tiefsiedende Gas aus den Kammern abgezogen und zum zusätzlichen Kühlen des stückigen oder körnigen Guts verwendet wird. Verdampftes Gas kann durch Abgasstutzen, die oberhalb des Füllstandes des Bades mit dem verflüssigten Gas angebracht sind oder an den Ein- und Auslaßstellen für das zu kühlende Gut abgezogen werden. Dieses kalte Gas kann dann das stückige oder körnige Gut vor- und/oder nachkühlen. Im Fall von verflüssigtem Stickstoff kann nach der Aufnahme der Verdampfungswärme der gasförmige Stickstoff nochmals mehr als die gleiche Wärmemenge aufnehmen, bis der Stickstoff Raumtemperatur erreicht.

Diese Kühlkapazität kann erfindungsgemäß genutzt werden, indem das kalte Stickstoffgas das stückige oder körnige Gut auf dem Förderweg zur erfindungsgemäßen Kühleinrichtung vorkühlt und auf dem Weg von der Kühleinrichtung, beispielsweise zu einem Shredder nachkühlt.

Um das Verdampfen des tiefkalten verflüssigten Gases durch Wärmezufuhr aus der Umgebung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, die erfindungsgemäße Kühleinrichtung nach außen thermisch weitgehend zu isolieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders bei Recycling günstig einzusetzen, wenn die Produkte nach Abkühlen einem Shredder zugeführt werden. Die durch das Abkühlen hervorgerufene Versprödung des stückigen Gutes erleichtert die Zerkleinerung im Shredder. Die zerkleinerten Bestandteile der Produkte werden getrennt und können dann wiederverwendet, entsorgt oder neutralisiert werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere für das Recycling von Spraydosen oder Altbatterien, die nach genügend starker Versprödung mit einem Shredder zerkleinert werden. Auch körniges Gut, wie verschiedene Gewürzsorten, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Zerkleinern und Mahlen abkühlen. Dadurch kann der Mahlprozeß trocken erfolgen und Energie für die Mahlmaschinen eingespart werden.

Eine geeignete Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Kühlung von stückigem oder körnigem Gut besteht aus Kammern, die um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet sind, und deren Wände teilweise als Gitter ausgeführt sind, wobei die Ebene, in der sich die Kammern drehen, um einen Winkel gegen die Horizontale geneigt ist.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Einlaßkanal für das stückige oder körnige Gut und die Auslaßöffnung oberhalb des Füllstandes des Bades mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas angebracht sind.

Die unten und oben offenen Kammern drehen sich während des Verfahrens in einer hohlzylindrischen abgeschlossenen Vorrichtung. Wenn eine Kammer den Einlaßkanal passiert, ist sie oben für die Zufuhr des zu kühlenden Gutes geöffnet. Nach Aufgabe desselbigen läuft die Kammer in der hohlzylindrischen Vorrichtung im Kreis in einer zur Horizontalen geneigten Ebene durch das Bad mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas. Beim Durchlaufen des Bades dringt das tiefkalte Gas durch die Gitter der Kammern und kühlt das darin befindliche Gut ab. Das Bad mit dem tiefkalten verflüssigten Gas befindet sich im unteren Teil der gegen die Horizontale geneigten hohlzylindrischen Vorrichtung. Vorteilhafterweise ist der Neigungswinkel so groß, daß die gesamte Antriebsachse nicht mit dem verflüssigten Gas in Berührung kommt. Nach Durchlaufen des Bades passiert die Kammer die Auslaßöffnung in der hohlzylindrischen Vorrichtung, wodurch der Boden der Kammer freigegeben wird. Das gekühlte Gut fällt aus der Kammer, beispielsweise in einen Sammelbehälter oder auf ein Förderband. Einlaßkanal und Auslaßöffnung befinden sich dabei an der die Kammern führenden hohlzylindrischen Vorrichtung oberhalb des Füllstandes des Bades.

Beim Kühlverfahren erweist sich ein Winkel von etwa 45° der Drehebene zur Horizontalen als geeignet.

Anhand der schematischen Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß Erfindung näher besprochen werden.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine hohlzylindrische Vorrichtung 9 zur kreisförmigen Führung der Kammern 1 mit einer über die gemeinsame Drehachse 2 geführten Antriebseinrichtung 8 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Kammern 1 werden durch den Einzelkanal 4 mit dem zu kühlenden Gut gefüllt, während sie von der Antriebsvorrichtung 8 auf einen Kreis um die gemeinsame Achse 2 in einer weitgehend thermisch isolierten hohlzylindrischen Vorrichtung 9 im Umlauf gehalten werden. Im unteren Teil der hohlzylindrischen Vorrichtung 9 befindet sich das Bad 7 mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas. Die Achse der Antriebsvorrichtung 8 befindet sich außerhalb dieses Bades 7. Der Füllstand 6 des Bades 7 wird derart eingestellt, daß er unterhalb der Antriebsachse und oberhalb des oberen Kammerrandes liegt. In der Zeichnung sind minimaler und maximaler Füllstand 6 eingezeichnet.

Die Auslaßöffnung 5 in der hohlzylindrischen Vorrichtung 9 befindet sich oberhalb des Füllstandes 6 des Bades 7. Diese Auslaßöffnung 5 gibt den unteren Teil der Kammern frei, wodurch das abgekühlte Gut aus den Kammern herausfällt. Der Neigungswinkel der hohlzylindrischen Vorrichtung 9 gegen die Horizontale beträgt im Ausführungsbeispiel 45°.

Der Füllstand 6 des Bades 7 mit dem tiefsiedenden verflüssigten Gas wird mittels eines nicht eingezeichneten Temperaturreglers überwacht. Der Temperaturregler erzeugt beim Absinken des Füllstandes 6 eine Regeldifferenz, die durch Öffnen eines Magnetventils mit folgendem Nachströmen von verflüssigtem Gas aus einem Vorratsbehälter wieder beseitigt wird. Somit kann der Füllstand 6 während des Verfahrens konstant gehalten werden.

Verdampftes tiefsiedendes Gas wird im Ausführungsbeispiel durch den Einlaßkanal 4 und der Auslaßöffnung 5 durch nicht eingezeichnete Absaugleitungen aufgefangen und als Kühlmittel zur zusätzlichen Vor- und Nachkühlung des Gutes eingesetzt.

Im Ausführungsbeispiel sollen Altbatterien verschiedener Größe aus dem Haushaltsbedarf in einem Shredder zerkleinert werden. Dazu werden sie vorher mit Hilfe verflüssigten Stickstoffs auf unter -50° abgekühlt, um eine genügend starke Versprödung des Hüllmaterials und der Elektrolytpaste zu erzielen. Ein Teil des verdampften Inertgases wird in die Shredderanlage eingedüst und erzeugt dort eine chemisch inerte Atmosphäre, die Explosionen oder Entzündungen freigesetzter chemisch reaktiver Substanzen verhindert. Die Altbatterien werden durch den Einlaßkanal 4 in die Kammern 1 gegeben, deren Trennwände aus Gittern 3 bestehen. Die Maschenweite des Gitters 3 liegt genügend unterhalb der Abmessungen des Stückgutes. Die Drehgeschwindigkeit des Kammerrades wird so eingestellt, daß die erwünschte Temperatur der Altbatterien von unter -50° erreicht wird. Mit flüssigem Stickstoff mit einer Temperatur von etwa -196°C ist dies problemlos realisierbar.

Nachdem eine mit den Altbatterien beladene Kammer 1 durch das Stickstoffbad gefahren ist, passiert sie die Auslaßöffnung 5. Die abgekühlten Altbatterien fallen aus der Kammer in einen nicht dargestellten Trichter, der die Altbatterien auf ein Förderband leitet. Das Förderband führt zu der Shredderanlage, in der die Altbatterien zerkleinert und ihre Bestandteile getrennt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren spart Energie beim Shreddern, erhöht die Sicherheit und erleichtert den Zerkleinerungs- und Recyclingprozeß.

Claims (6)

1. Verfahren zur Kühlung von stückigem oder körnigem Gut, wobei das stückige oder körnige Gut in um eine gemeinsame Achse (2) sich drehenden Kammern (1) durch ein Bad (7) mit einem tiefsiedenden verflüssigten Gas gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene, in der sich die Kammern (1) drehen, um einen Winkel gegen eine Horizontale geneigt ist, der ungleich 90° ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des stückigen oder körnigen Gutes über die Drehgeschwindigkeit der Kammern (1) geregelt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als tiefsiedendes verflüssigtes Gas ein Inertgas verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kammern (1) entstehende verdampfte tiefsiedende Gas aus den Kammern (1) abgezogen und zum zusätzlichen Kühlen des stückigen oder körnigen Gutes verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stückige oder körnige Gut nach der Kühlung zerkleinert wird und das in den Kammern (1) entstehende verdampfte tiefsiedende Gas aus den Kammern (1) abgezogen und zum Inertisieren der Atmosphäre beim Zerkleinerungsprozeß verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene, in der sich die Kammern (1) drehen, um einen Winkel von etwa 45° gegen die Horizontale geneigt ist.