DE4410503A1

DE4410503A1 - Rotating freeze tunnel

Info

Publication number: DE4410503A1
Application number: DE4410503A
Authority: DE
Inventors: Peter Robert Wilymann
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1994-09-29
Also published as: GB9306285D0; GB9405995D0; CA2119994A1; ZA942132B; GB2276440A

Abstract

A rotary tunnel freezer (1) comprises a drum (2) which is rotatable about its longitudinal axis. In use, liquid nitrogen is introduced into the drum (2) through a spray header (6). Heat transfer throughout the drum (2) is enhanced by further nozzles (10) positioned at 500mm centres along the drum (2). The nozzles (10) are positioned to eject gaseous or liquid nitrogen substantially tangentially to the drum (2) a few centimetres from its inner surface. The nitrogen leaving the nozzles (10) vigorously stirs the atmosphere in the drum (2) and significantly enhances heat transfer thereby increasing the maximum production rate of existing rotary tunnel freezers or allowing shorter, and less costly, rotary tunnel freezers to be used for a given duty. <IMAGE>

Description

Diese Erfindung betrifft rotierende Gefriertunnel.This invention relates to rotating freeze tunnels.

Rotierende Gefriertunnel umfassen typischerweise eine Trom mel, die in einem Winkel von einigen Grad zur Horizontalen geneigt ist und die bei Verwendung um ihre Längsachse ge dreht wird.Rotating freeze tunnels typically include a trom mel at an angle of a few degrees to the horizontal is inclined and ge when used about its longitudinal axis is turning.

Das zu gefrierende Produkt wird in die Oberseite der Trom mel eingeführt und wird, während es durch die Trommel hin durchgeht, durch direkten Wärmeaustausch mit einem Tieftem peraturfluid, z. B. flüssiger und/oder kalter gasförmiger Stickstoff, abgekühlt. Der Strom des Tieftemperaturfluids und des Produktes durch die Trommel kann im Gleichstrom oder im Gegenstrom erfolgen.The product to be frozen is in the top of the trom mel introduced and is while it goes through the drum passes through direct heat exchange with a bass peraturfluid, e.g. B. liquid and / or cold gaseous Nitrogen, cooled. The flow of cryogenic fluid and the product through the drum can co-current or take place in countercurrent.

Typischerweise wird flüssiger Stickstoff durch einen Sprüh verteilerkopf eingeführt, der an dem einen oder dem anderen Ende der Trommel angeordnet ist, wie es z. B. in US-A- 1 601 298, US-A-1 492 488 und UK-A-1 474 471 beschrieben ist.Typically, liquid nitrogen is sprayed distributor head introduced, on one or the other End of the drum is arranged as z. B. in US-A- 1,601,298, US-A-1,492,488 and UK-A-1,474,471 is.

Obwohl es in dem Bereich, in dem der flüssige Stickstoff in die Trommel eingeführt wird, eine hervorragende Wärmeüber tragung zwischen dem kalten Stickstoff und dem zu gefrie renden Produkt gibt, nimmt der Betrag der Wärmeübertragung außerhalb dieses Bereiches sehr schnell ab. Although it is in the area where the liquid nitrogen is in the drum is inserted, an excellent heat transfer between the cold nitrogen and the frozen product, the amount of heat transfer increases outside of this range very quickly.

In UK-A-1 474 471 wird ein Produkt in einer drehbaren Trom mel im Gegenstrom zu einem Stickstoffstrom abgekühlt, der durch einen Sprühkopf neben dem Auslaß für das Produkt ein geführt wird. Ein Teil des kalten Stickstoffdampfes, der die Trommel am Einlaß für das Produkt verläßt, wird kompri miert und durch eine neben dem Auslaß für das Produkt be festigte Düse axial in die Trommel geblasen. Diese Anord nung weist verschiedene Nachteile auf. Insbesondere nimmt die Wirkung des Einblasens mit steigendem Abstand von der Düse äußerst schnell ab. Außerdem nimmt der Umlauflüfter Energie auf und verleiht gleichzeitig dem zirkulierenden Gas Wärmeenergie.In UK-A-1 474 471 a product is in a rotatable drum mel cooled in countercurrent to a stream of nitrogen which through a spray head next to the outlet for the product to be led. Part of the cold nitrogen vapor, the leaves the drum at the inlet for the product becomes kompri lubricated and by a be next to the outlet for the product solidified nozzle blown axially into the drum. This arrangement There are various disadvantages to this. In particular, takes the effect of blowing with increasing distance from the Nozzle very quickly. The circulation fan also takes Energy and at the same time gives the circulating Gas thermal energy.

Es wird eingeschätzt, daß die Installation von Lüftern in der drehbaren Trommel unpraktisch ist, die Ursache dafür liegt in der Rotation der Trommel, der Gefahr der Beschädi gung durch das Produkt und des Produktes und den herrschen den geringen Temperaturen.It is estimated that the installation of fans in the rotatable drum is impractical, the cause of this lies in the rotation of the drum, the risk of damage by the product and the product and the prevailing the low temperatures.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein rotierender Ge friertunnel bereitgestellt, der eine Trommel, die bei Ver wendung um ihre Längsachse drehbar ist, und eine Einrich tung zur Einführung eines Tieftemperaturfluids in ein Ende der Trommel umfaßt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Trommel mit einer Vielzahl von Düsen versehen ist, die in Abständen entlang des Hauptteils der Länge (F) der Trommel angeordnet sind, wodurch Tieftemperaturfluid in die Trommel eingeführt und die Atmosphäre in dieser Trommel bewegt wird.By the present invention, a rotating Ge freeze tunnel provided which is a drum used at Ver is rotatable about its longitudinal axis, and a Einrich device for introducing a cryogenic fluid into one end the drum, which is characterized in that the Drum is provided with a plurality of nozzles which in Distances along the main part of the length (F) of the drum are arranged, causing low temperature fluid into the drum introduced and the atmosphere in this drum moved becomes.

Die Einrichtung zur Einführung des Tieftemperaturfluids in das Ende der Trommel umfaßt einen Sprühverteilerkopf, und die Vielzahl der Düsen ist auf dessen Verlängerung angeord net. The device for introducing the cryogenic fluid into the end of the drum includes a spray head, and the large number of nozzles is arranged on its extension net.

Vorteilhafterweise sind die Düsen zur Bewegung der Atmo sphäre so angeordnet, daß sie das Tieftemperaturfluid im wesentlichen tangential und vorzugsweise dicht neben der radialen Innenoberfläche der Trommel in die Trommel einfüh ren.Advantageously, the nozzles for moving the atmosphere Sphere arranged so that the low-temperature fluid in the essentially tangential and preferably close to the insert the radial inner surface of the drum into the drum ren.

Die Düsen zur Bewegung der Atmosphäre sind geeigneterweise auf sich im allgemeinen nach außen erstreckenden Verlänge rungen angeordnet, die von einem gemeinsamen Zufuhrglied ausgehen.The nozzles for moving the atmosphere are suitable on generally extending extensions stanchions arranged by a common feeder going out.

Diese Düsen zur Bewegung der Atmosphäre sind typischerweise in Zentren von 250 bis 750 mm, vorzugsweise 400 bis 600 mm und vorteilhafterweise in Zentren mit 500 mm angeordnet.These nozzles for moving the atmosphere are typical in centers from 250 to 750 mm, preferably 400 to 600 mm and advantageously arranged in centers with 500 mm.

Die Düsen zur Bewegung der Atmosphäre sind vorzugsweise entlang von mindestens 70% der Gesamtlänge des Tunnels, noch bevorzugter entlang von mindestens 85% und vorteil hafterweise entlang des Teils der Trommel angeordnet, der nicht vom Sprühverteilerkopf eingenommen wird.The nozzles for moving the atmosphere are preferred along at least 70% of the total length of the tunnel, more preferably along at least 85% and advantage arranged along the part of the drum which is not taken up by the spray distributor head.

Der Sprühverteilerkopf umfaßt typischerweise eine Vielzahl von Düsen, die in Zentren mit 25 bis 50 mm getrennt sind. Der Ausstoß der Düsen im Sprühverteilerkopf und der Düsen zur Bewegung der Atmosphäre kann bei einem gegebenen Druck der gleiche sein, oder kann sich unterschei den. Die Düsen im Sprühverteilerkopf haben typischerweise einen Auslaßdurchmesser von 1,5 bis 3,0 mm, während die Düsen zur Bewegung der Atmosphäre einen Durchmesser des Auslasses von weniger als oder gleich 1 mm aufweisen kön nen.The spray head typically includes a variety from nozzles separated in centers of 25 to 50 mm. The output of the nozzles in the spray distributor head and the nozzles to move the atmosphere at a given time Pressure may be the same, or may differ the. The nozzles in the spray manifold typically have an outlet diameter of 1.5 to 3.0 mm, while the Nozzles for moving the atmosphere a diameter of Can have outlets of less than or equal to 1 mm nen.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um deren Durchführung zu zeigen, wird nachfolgend beispiels weise auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, die eine teilweise geschnittene schematische Perspektivansicht des erfindungsgemäßen rotierenden Gefriertunnels zeigt.For a better understanding of the present invention and around To show how they are carried out is shown below referred to the attached drawing, the one partially sectioned schematic perspective view of the revolving freezing tunnel according to the invention shows.

In der Zeichnung ist ein rotierender Gefriertunnel gezeigt, der allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist.In the drawing, a rotating freezer tunnel is shown, which is generally designated by the reference number 1 .

Der rotierende Gefriertunnel 1 umfaßt eine Trommel 2, die zur Rotation um ihre Längsachse auf Rollen 3 angeordnet ist. Ein Gurt 4 erstreckt sich um die Trommel 2 und um die Antriebswelle eines Elektromotors 5.The rotating freezer tunnel 1 comprises a drum 2 which is arranged on rollers 3 for rotation about its longitudinal axis. A belt 4 extends around the drum 2 and around the drive shaft of an electric motor 5 .

Ein Sprühverteilerkopf 6, der mit der Zufuhr für flüssigen Stickstoff (nicht gezeigt) verbunden ist, ist im Einlaßab schnitt 7 der Trommel 2 befestigt und erstreckt sich über eine Länge, die etwa 15% der Gesamtlänge F der Trommel gleicht. Der Sprühverteilerkopf 6 ist mit einer Vielzahl von Düsen mit Auslässen mit einem Durchmesser von 2 mm ver sehen, die in Zentren von 50 mm angeordnet sind.A spray distributor head 6 , which is connected to the supply for liquid nitrogen (not shown), is fixed in the inlet section 7 of the drum 2 and extends over a length which is approximately 15% of the total length F of the drum. The spray distributor head 6 is seen with a plurality of nozzles with outlets with a diameter of 2 mm, which are arranged in centers of 50 mm.

Ein Einlaßboden 8 neigt sich leicht nach unten in den Ein laßabschnitt der Trommel 2, die selbst in einem Winkel von etwa 3° zur Horizontalen nach unten gezeigt ist. Der Ein laßabschnitt 7 ist mit einer spiralförmigen Rippe versehen, die eine Vielzahl von Überläufen definiert.An inlet floor 8 slopes slightly down into the lass section of the drum 2 , which is shown down at an angle of about 3 ° to the horizontal. The inlet section 7 is provided with a spiral rib defining a plurality of overflows.

Zu Beginn des Gefrierverfahrens wird der Motor 5 angeschal tet, wodurch die Trommel 2 mit 1 bis 5 U/min gedreht wird, die typischerweise einen Außendurchmesser D von 1,25 bis 1,6 m aufweist.At the beginning of the freezing process, the motor 5 is switched on, whereby the drum 2 is rotated at 1 to 5 rpm, which typically has an outer diameter D of 1.25 to 1.6 m.

Danach wird das Ventil (nicht gezeigt) geöffnet, so daß der flüssige Stickstoff vom Sprühverteilerkopf 6 nach unten in den Einlaßabschnitt 7 gesprüht werden kann. The valve (not shown) is then opened so that the liquid nitrogen can be sprayed down from the spray distributor head 6 into the inlet section 7 .

Wenn sich die Trommel 2 abkühlt, bilden sich im Einlaßab schnitt 7 Ansammlungen von flüssigem Stickstoff, während der gasförmige Stickstoff nach unten fließt und den Rest der Trommel 2 kühlt.When the drum 2 cools, 7 accumulations of liquid nitrogen form in the inlet section while the gaseous nitrogen flows down and cools the rest of the drum 2 .

Wenn die Temperatur des stromabwärtigen Endes 9 der Trommel 2 den gewünschten Wert erreicht, stellt ein Regelsystem (nicht gezeigt) die Zufuhr an flüssigem Stickstoff nach Be darf ein.When the temperature of the downstream end 9 of the drum 2 reaches the desired value, a control system (not shown) stops the supply of liquid nitrogen as required.

Das zu gefrierende Produkt, z. B. Lebensmittelteilchen, die einzeln schnellgefroren werden sollen, wird anschließend durch den Einlaßboden 8 in den Einlaßabschnitt 7 einge führt. Das Produkt fällt in den flüssigen Stickstoff in den Überläufen und innerhalb weniger Sekunden bildet sich eine gefrorene Kruste. Aufgrund der Natur des Tauchgefrierens kleben die einzelnen Teilchen nicht leicht aneinander.The product to be frozen, e.g. B. food particles that are to be quickly frozen individually, is then leads through the inlet base 8 into the inlet section 7 . The product falls into the liquid nitrogen in the overflows and within a few seconds a frozen crust forms. Due to the nature of dip freezing, the individual particles do not stick together easily.

Wenn sich die Trommel 2 dreht, strömt das Produkt langsam in der Trommel 2 nach unten, während dieser Zeit gefriert es durch.As the drum 2 rotates, the product slowly flows down the drum 2 , during which time it freezes through.

Der Durchsatz des rotierenden Gefriertunnels wird weitest gehend von der Zeit bestimmt, die das Produkt in der Ge friervorrichtung bleiben muß, diese Zeit selbst wird durch den Betrag der Wärmeübertragung vom flüssigen und gasförmi gen Stickstoff auf das Produkt bestimmt.The throughput of the rotating freezer tunnel is increasing determined by the time that the product in the Ge freezer must remain, this time itself is through the amount of heat transfer from liquid and gaseous determined against nitrogen on the product.

Die so beschriebene Anordnung wird ebenfalls in unserer europäischen Patentschrift Nr. 0 372 354 beschrieben.The arrangement so described is also in our European Patent No. 0 372 354.

Damit der Betrag der Wärmeübertragung erhöht wird, ist die Trommel mit einer Rühreinrichtung versehen, die Düsen 10 umfaßt, die auf Armen 11 befestigt sind, die sich von einem Rohr 12 nach außen erstrecken, das mit dem stromabwärtigen Ende 13 des Sprühverteilerkopfes 6 in Verbindung steht.In order to increase the amount of heat transfer, the drum is provided with a stirrer which comprises nozzles 10 which are mounted on arms 11 which extend outwards from a tube 12 which is connected to the downstream end 13 of the spray distributor head 6 .

Außer daß der Stickstoff bei Verwendung nach unten auf den Einlaßabschnitt 7 gesprüht wird, wird er aus den Düsen 10 gesprüht, die einen Durchmesser des Auslasses von 0,75 mm aufweisen. Stickstoff dehnt sich um das etwa 700fache aus, wenn er von der flüssigen in die dampfförmige Phase über geht, und diese Ausdehnung bewegt die umgebende Atmosphäre in der Trommel kräftig, wodurch die Wärmeübertragung stark verbessert wird.Except that when used, the nitrogen is sprayed down onto the inlet section 7, it is sprayed out of the nozzles 10 , which have an outlet diameter of 0.75 mm. Nitrogen expands about 700 times as it changes from the liquid to the vapor phase, and this expansion vigorously moves the surrounding atmosphere in the drum, greatly improving heat transfer.

Zur maximalen Kühlung kann der Stickstoff als Flüssigkeit aus der Düse 10 gesprüht werden. Wenn es jedoch erforder lich ist, eine übermäßige Kühlung zu vermeiden, wird vor zugsweise zwischen dem Sprühverteilerkopf 6 und dem Rohr 12 ein Ventil (nicht gezeigt) angeordnet, um den Strom an flüssigem Stickstoff zu begrenzen und zu ermöglichen, daß der Stickstoff im Rohr 12 verdampft und die Düsen 10 als kalter Dampf verläßt.For maximum cooling, the nitrogen can be sprayed as a liquid from the nozzle 10 . However, if it is necessary to avoid excessive cooling, a valve (not shown) is preferably placed between the spray manifold 6 and the tube 12 to limit the flow of liquid nitrogen and allow the nitrogen in the tube 12 evaporates and leaves the nozzles 10 as cold steam.

Die Düsen 10 sind in Zentren mit 500 mm und so angeordnet, daß sie den Stickstoff etwa 10 cm von der Innenseite der Trommel im wesentlichen tangential zur Trommel 2 einführen.The nozzles 10 are arranged in centers of 500 mm and so that they introduce the nitrogen approximately 10 cm from the inside of the drum essentially tangentially to the drum 2 .

Anfangsversuche waren sehr ermutigend, und es wurde gefun den, daß das Produkt nun bei Produktmengen vollständig ge froren ist, bei denen es früher beim Verlassen der Trommel 2 nicht durchweg gefroren war.Initial attempts were very encouraging, and it was found that the product is now completely frozen in quantities of product where it was not consistently frozen when leaving drum 2 .

Es werden verschiedene Modifikationen der beschriebenen Ausführungsform in Betracht gezogen; während die Düsen 10 z. B. vorzugsweise einfache Sprühdüsen sind, können sie auch Luftantriebe umfassen. Diese Alternative wird jedoch nicht empfohlen, da sie zusätzliche Kosten verursacht.Various modifications to the described embodiment are contemplated; while the nozzles 10 z. B. are preferably simple spray nozzles, they can also include air drives. However, this alternative is not recommended as it involves additional costs.

Claims

1. Rotating freezer tunnel, which comprises a drum which is rotatable about its longitudinal axis when in use, and a device for introducing a low-temperature fluid into one end of the drum, characterized in that the drum ( 2 ) with a large number of nozzles ( 10 ) is provided, which are arranged at intervals along the main part of the length (F) of the drum ( 2 ), whereby low-temperature fluid is introduced into the drum ( 2 ) and the atmosphere in the drum is moved.

2. Rotating freezer tunnel according to claim 1, characterized in that the device ( 6 ) for introducing low-temperature fluid into the end of the drum ( 2 ) comprises a spray distributor head ( 6 ), and the plurality of nozzles ( 10 ) on its extension ( 12 ) is ordered.

3. Rotating freezer tunnel according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter of the outlet of the nozzles ( 10 ) for moving the atmosphere in the drum ( 2 ) is less than or equal to 1 mm.

4. Rotating freezer tunnel according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the nozzles ( 10 ) for moving the atmosphere are arranged so that the low-temperature fluid is introduced substantially tangentially into the drum ( 2 ).

5. Rotating freezer tunnel according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzles ( 10 ) for moving the atmosphere are arranged so that they introduce the low-temperature fluid close to the inner surface of the drum into the drum ( 2 ).

6. Rotating freezer tunnel according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzles ( 10 ) for moving the atmosphere are arranged on generally outwardly extending extensions ( 11 ) from a common supply member ( 12 ).

7. Rotating freezer tunnel according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzles ( 10 ) for moving the atmosphere are arranged in centers of 250 to 750 mm.

8. Rotating freezer tunnel according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzles ( 10 ) for moving the atmosphere along at least 70% of the total length (F) of the drum ( 2 ) are arranged.