DE60113738T2

DE60113738T2 - Gerät zum Kühlen und Gefrieren von Waren

Info

Publication number: DE60113738T2
Application number: DE60113738T
Authority: DE
Inventors: Michael Duane Hillsborough Newman; Stephen Warrington McCormick
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Linde LLC
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: EP1118824B1; US6434950B2; EP1118824A3; US6263680B1; ATE458971T1; EP1118824A2; DK1118824T3; DE60141422D1; ES2341553T3; US20010025495A1; ZA200100489B; ES2248237T3; DE60113738D1; EP1621830A2; EP1621830B1; EP1621830A3; DK1621830T3; ATE306060T1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gerät zum Kühlen und Gefrieren von Lebensmitteln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Anwendung des Geräts. Mehr im Einzelnen betrifft diese Erfindung ein Gerät, in welchem in flüssiger Phase und in Gasphase vorliegende Kryogene zum Kühlen und/oder Gefrieren von Lebensmitteln verwendet werden, die auf einem Band durch das Gerät bewegt werden. Die Wärmeübertragung von den Nahrungsmitteln auf den Kryogen wird durch Anwendung eines Verfahrens maximiert, bei welchem flüssiger Kryogen in einen Strom gasförmigen Kryogens eingesprüht wird, der um die Lebensmittel zirkuliert wird, während außerdem eine neue Auftreffplatte zur Erzeugung eines Kryogenstroms eingesetzt wird. Eine neue Konstruktion des Geräts steigert die Wärmeübertragung von den Lebensmitteln auf den Kryogen.
Kommerzielle Gefierer, wie sie beispielsweise durch die US-A-4 783 972 und die US-A-5 444 985 dargestellt sind, beruhen typischerweise auf der Wärmeübertragung von einem Nahrungsmittelprodukt, das zu kühlen oder zu gefrieren ist, unter Verwendung eines Lüfters oder Gebläses in Anordnung nahe einem Förderer, auf welchem das Lebensmittel befördert wird. Das in den Gefrierer eintretende Lebensmittelprodukt hat eine Grenzschicht aus Luft, die es umgibt und die das Lebensmittelprodukt in der umgebenden Atmosphäre isoliert. Herkömmliche Gefierer setzen Gebläse ein, die Kühldampfströme in vielen Richtungen erzeugen, so daß ein wesentlicher Teil des Dampfes nicht nur in senkrechter Richtung in Berührung mit dem Lebensmittelprodukt kommt. Unter diesen Bedingungen besitzt der Dampf, der mit dem Lebensmittelprodukt in Berührung kommt, oftmals nicht genügend Energie, um die Grenzschicht um die Oberfläche des Lebensmittelprodukts wesentlich zu reduzieren. Daher besteht ein Bedürfnis zum Erzeugen gerichteter Kühldampfstrahlen, um so die Grenzschicht zu zerstören.
Die US-A-4 479 776 beschreibt ein Gerät, das eine Mehrzahl vertikaler Rohre benutzt, um einen gleichgerichteten Luftstrom auf ein Lebensmittelprodukt zu erzeugen.
Die US-A-4 626 661 beschreibt die Verwendung einer Vielzahl von Düsen entlang des Förderwegs eines Lebensmittelprodukts zur Abgabe diskreter Strahlen gleichgerichteter Kühlluft.
Die Verwendung von Rohren oder Schlitzen zum Leiten von Luft in einem Kühl- oder Gefriergerät führt zu nur begrenztem Erfolg wegen des Aufbaus von Kondensation oder Eis in den Rohren oder Schlitzen, was schnell die Wirksamkeit des Geräts reduziert.
Die US-A-5 487 908 beschreibt ein Verfahren und ein Gerät zum Erwärmen oder Kühlen eines Lebensmittelprodukts auf einem sich bewegenden Substrat, bei welchem ein kontinuierlicher Kanal, der mindestens einen größeren Teil der Breite des sich bewegenden Substrats durchquert, eine Mehrrichtungsströmung in eine gleichgerichtete Strömung umwandelt. Ein solches Gerät leidet jedoch an dem Nachteil einer so gesteigerten Strömungsgeschwindigkeit, daß die Lebensmittelprodukte in die Strömung hineingezogen werden und eine gesteuerte Behandlung des Lebensmittels durch das Gerät schwierig wird.
Eine Steigerung der Geschwindigkeit des kryogenen Dampfstroms, der auf die Lebensmittel auftritt, steigert den mittleren Wärmeübertragungskoeffizienten in linearer Weise. An einem gewissen Punkt jedoch kann die Geschwindigkeit, wenn nicht der Auftreffstrom sorgfältig gesteuert wird, auch so groß sein, daß das Lebensmittelprodukt beschädigt wird oder das Lebensmittelprodukt vom Förderer herunter und zu unerwünschten Stellen irgendwo im Gefrierer gerissen wird.
Die Gesamtwärmeübertragungsraten sind abhängig von örtlichen Wärmeübertragungskoeffizienten, d.h. die Menge der von den Lebensmittelprodukten auf den Kryogen übertragene Wärmemenge ist abhängig von der örtlichen Wärmeübertragungsrate zwischen dem Kryogen und dem Lebensmittel. Die örtliche Wärmeübertragungsrate kann durch Steuerung der Distanz der Quelle der Auftreffstrahlen zum Lebensmittelprodukt, die Geschwindigkeit der Auftreffstrahlen, die Turbulenz im Strahl und die Effizienz der Kryogenströmung gesteuert werden.
Es verbleibt daher ein Bedarf für ein Gerät, das ein Lebensmittel schnell kühlen und/oder gefrieren kann, während die benötigte Kryogenmenge reduziert wird, indem die maximale Kühlwirkung aus einer gegebenen Kryogenmenge gezogen wird. Das Gerät muß auch in der Lage sein, Lebensmittel von einem Einlaß zu einem Auslaß ohne Beschädigung des Lebensmittelprodukts zu transportieren. Des weiteren muß das Gerät in der Lage sein, den Durchsatz der Lebensmittel zu steuern, und muß gegen Gefrieren und Verstopfen innerer Komponenten durch Schnee und Eisaufbau resistent sein.
Das Gerät und das Verfahren nach der Erfindung steigern im allgemeinen die von einem Gegenstand, insbesondere einem Lebensmittelprodukt, auf einen Kryogen übertragene Wärmemenge durch Erzeugen von Auftreffstrahlen, die in der Lage sind, die thermische Grenzschicht des Produkts zu durchdringen, die aber nicht in der Lage sind, das Produkt zu beschädigen.
Des weiteren beinhaltet die Erfindung das Auftreffen eines Kryogengasstrahls auf die Oberfläche von Lebensmittelprodukten, ohne ein Mitreißen der Lebensmittelprodukte in dem Auftreffstrahl zu verursachen.
Des weiteren beinhaltet die Erfindung einen effizienten Weg zur Rezirkulation kryogener Gase zurück zu den Gebläsemitteln, um so die Effizienz des Gefrierers zu steigern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist das Bereitstellen einer modularen Konstruktion, die dafür ausgelegt werden kann, eine Mehrzahl von Lösungen für Lebensmittelverarbeitungsanforderungen bereitzustellen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Verbindung der Module für ein kontinuierliches Auftreffen von Kryogengas auf Lebensmittel von deren Eintritt in den Gefrierer bis zu ihrem Austritt bewirkt.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist die Fähigkeit, die Austrocknung der Lebensmittel zu reduzieren, was durch das sofortige Gefrieren des äußeren des Produkts beim Eintritt in das Gerät bewerkstelligt wird.
Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung ist die Fähigkeit zum Bewirken eines ausreichenden Kühlens und/oder Gefrierens von Gegenständen über die Breite des Bands, auf welchem die Lebensmittel wandern.
Die Erfindung beinhaltet allgemein ein modulares Lebensmittelkühl- und/oder -Gefriergerät, das einen Eintrittsmodul, einen Austrittsmodul und einen oder mehrere Zwischenmodule umfasst. Jeder Modul enthält einen Bandabschnitt, auf welchem Lebensmittel transportiert werden. Jeder Modul enthält einen Auftreffstrahlerzeuger, der Hochgeschwindigkeitsstrahlen aus kryogenem Gas auf die oberen und unteren Oberflächen der Lebensmittel auftreffen lässt. Der Auftreffstrahlerzeuger kann eine Platte mit einer spezifischen Konfiguration gerundeter oder abgeschrägter Bohrungen aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Reihe von Kanälen benutzt. Ein Sprüher ist in einem oder mehreren Modulen vorgesehen, um Tröpfchen von flüssigem Kryogen in die Kryogengasstrahlen hineinzubefördern.
Vorzugsweise weist die Schnittstelle zwischen den Modulen eine Wand zur Steuerung der Druckdifferenz und zur Übertragung von Kryogen zwischen den Modulen auf.
Gemäß der Erfindung ist ein Gerät zum Kühlen oder Gefrieren von Lebensmitteln mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vorgesehen.
Das Gerät weist vorteilhafterweise weiter einen Zwischenmodul auf, der zwischen den Eintrittsmodul und den Austrittsmodul geschaltet werden kann und ein Band zum Fördern der Lebensmittel vom Eintrittsmodul durch den Zwischenmodul zum Austrittsmodul, eine Trennwand zum Fördern mindestens eines Teils des verdampften Kryogens vom Eintrittsmodul zum Zwischenmodel, ein Laufrad zum Zirkulieren des verdampften Kryogens oberhalb und unterhalb des Bands, und einen Auftreffstrahlerzeuger auf, der den zirkulierten verdampften Kryogen in Form einer Vielzahl von Auftreffstrahlen in die Nähe der Lebensmittel leitet.
Vorzugsweise wird ein pneumatisch betätigter Kugelventilvibrator benutzt, um den Aufbau von Schnee und Eis von den Auftreffstrahlplatten zu entfernen.
Vorzugsweise wird außerdem ein hydraulisches System benutzt, um einen leichten Zugang zum Inneren des Geräts zu ermöglichen.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nun lediglich beispielshalber auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen in denen zeigt:
1 einen Längsschnitt durch einen Gefrierer nach der Erfindung,
2 eine Ansicht des Gefrierers nach 1 vom Eintrittsende der 1 her gesehen, wobei die äußere Wand und der Einlaß entfernt sind,
3 einen Axialschnitt durch den Gefrierer nach 1 längs der Linie B-B,
4 eine perspektifische Darstellung einer Auftreffstrahlplatte und des pneumatisch betätigten Kugelventilvibrators,
5 eine Draufsicht eines Teils einer Auftreffstrahlplatte mit Löchern zur Verwendung in einem Gefrierer nach der Erfindung,
die 6 und 7 perspektivische Ansichten von oben und unten eines Teils der Auftreffstrahlplatte mit Löchern zur Verwendung in einem Gefrierer nach der Erfindung,
8 einen Schnitt durch einen Teil der Auftreffstrahlplatte nach den 6 und 7 längs der Linie 6-6,
9 einen Schnitt durch ein Kanalauftreffstrahlgerät zur Verwendung in einem Gefrierer nach der Erfindung,
10 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Zwischenmoduls der Erfindung.
Die Erfindung ist auf ein Gerät zum Kühlen und/oder Gefrieren von Lebensmittelprodukten gerichtet, wobei ein Lebensmittel auf einem Band oder einem anderen Substrat in eine Kammer befördert wird, in welcher das Lebensmittelprodukt aufgrund seiner Berührung mit Gasphasenkryogenen wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid gekühlt oder gefroren wird.
Die zur Kühlung oder zum Gefrieren der Lebensmittelprodukte führende Wärmeübertragung resultiert aus dem Auftreffen eines Kryogendampfstroms auf das Lebensmittel. Eine zusätzliche Wärmeübertragung wird durch Sprühen von flüssigem oder festem Kryogen in die Auftreffstrahlströme des Kryogendampfs erreicht.
Gemäß 1 bildet ein Eintrittsmodul 10, Zwischenmodule 20 und 30, und ein Austrittsmodul 40 eine Ausführungsform des Gefrierers nach der Erfindung. Der modulare Aufbau der Erfindung ermöglicht die Anordnung einer Gruppe von Modulen 10, 20, 30 und 40 zur Berücksichtigung spezifischer Gefrieranforderungen für verschiedene Lebensmittelarten. Der Eintrittsmodul 10 weist eine Flüssigkryogenleitung 24 und einen Sprüher 25 auf, der das Einsprühen eines Stroms flüssigen Kryogens in den innerhalb des Moduls 10 zirkulierenden Strahl aus gasförmigem Kryogen und auf ein Band 16 und Lebensmittel (nicht dargestellt) ermöglicht. Der Sprüher 25 sollte vorzugsweise eine Mehrzahl von Vollkegel-Sprühdüsen für niedrigen Strömungsdurchsatz haben. Die Verwendung des Sprühers 25 ermöglicht eine schnelle Wärmeübertragung vom Äußeren des Lebensmittels, was zu einer schnellen Kühlung und/oder Gefrierkrustenbildung der Lebensmittel führt, die in die Reihe von Modulen eintreten, und die Austrocknung der Lebensmittel vermindert. Der Sprüher 25 kann auch in jedem anderen Modul vorhanden sein, wenn eine zusätzliche oder kontinuierliche Gefrierkrustenbildung notwendig oder wünschenswert ist.
Ein Laufrad 32 des Moduls 10 steht in Strömungsverbindung mit einem Einlaufkegel 34 und erzeugt eine Kryogenströmung aus einem Auslaß 33, wodurch es eine Kryogendampfströmung durch das Innere des Moduls 10 entsprechend den in 2 durch Pfeile dargestellten Strömungsmustern zirkuliert. Der Kryogendampf strömt vom Auslaß 33 durch einen Auftreffstrahlerzeuger 17 am Sprüher 25 vorbei, wo flüssiger Kryogen in den Strom eingesaugt wird, und trifft dann auf Lebensmittel auf dem Band 16 auf. Eine Hochdruckströmung von Kryogen tritt in Hochdruckkammern 14 und dem Auftreffstrahlerzeuger 17 ein (der das obere Ende der Hochdruckkammer umfasst) und strömt unter und durch das Band 16, was Auftreffstrahlen auf die Unterseite der Lebensmittel auf dem Band 16 erzeugt. Das Band 16 ist ein standardmäßiges gewebtes Band aus rostfreiem Stahl, wie es typischerweise in Lebensmittelgefrierern verwendet wird. Die Kryogendampfströmung wird durch eine Niederdruckkammer 15 zum Einlaufkegel 34 des Flügelrads 32 zurückgeführt. Das Flügelrad 32 kann ein Zentrifugalgebläse mit 762 mm Durchmesser sein, das mit 283 m³ pro Minute bei 0,5 kPa statischem Druck arbeitet und einen invertergetriebenen Motor mit 7,45 kW hat, oder eine andere Art eines Gebläses mit ähnlichen Eigenschaften sein.
Die Leitung 24 ist an eine Zufuhr flüssigen Kryogens (nicht dargestellt) angeschlossen, so daß sie eine Leitung zur Zufuhr eines flüssigen Kryogens für den Sprüher 25 und eine Kryogendampfquelle zur Zirkulation innerhalb jedes Gefrierermoduls bildet.
Der Eintrittsmodul 10 weist eine Decke, einen Boden und vier Wände auf. In 1 ist eine Wand 6 des Moduls 10 so konfiguriert, daß sie einen Einlaß 11 aufweist. Eine Bodenplatte 5 und eine Deckplatte 8 bilden eine Decke und einen Boden des Eintrittsmoduls 10 sowie auch der anderen Module 20, 30 und 40. Auf der rechten Seite des Eintrittsmoduls 10 ist ein Trennblech 7 auf der Hochdruckseite des Auftreffstrahlerzeugers 17 vorhanden, das geöffnet und geschlossen werden kann, um die Menge des Kryogendampfs zu steuern, die von einem Modul zu einem anderen gelangt, sowie um die Größe des Innendrucks innerhalb der Module zu steuern. Die Gasströmung durch das System kann auch unter Verwendung eines auf der Kammer montierten Fühlers gesteuert werden. Dieser Fühler erfasst Änderungen des Gasdrucks in der Kammer und steht mit dem Flügelrad in Verbindung, um die Flügelraddrehzahl zu steigern oder zu vermindern und die Gasströmung durch das System zu regulieren. Dies verbessert auch die Gesamteffizienz des Systems. Bei einer Ausführungsform umfasst das Trennblech 7 eine oder mehrere Schiebeklappen, die manuell geöffnet und geschlossen werden können, um den Übertritt von Kryogen zwischen den Modulen zu steuern. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein elektromechanisch gesteuerter Dämpfer als Trennblech 7 verwendet. Die zwei letzten Wände des Eintrittsmoduls 10 sind in 2 als Wände 2 und 3 dargestellt, die in Rahmen 12 bzw. 13 enthaltene Schiebetürmechanismen sind und den Zugang zum Inneren des Geräts ermöglichen.
Die Zwischenmodule 20 und 30 haben eine ähnliche Konstruktion wie der Modul 10 insoweit, als sie einen Teil des Bands 16 enthalten, welches Lebensmittel durch den Modul befördert. Der Zwischenmodul 20 ist im Schnitt dargestellt, während der Zwischenmodul 30 so dargestellt ist, daß die äußeren Türen 18 gezeigt sind, die für einen Zugang zum Inneren unter Verwendung eines Gegengewichts 19 angehoben werden können. Im Zwischenmodul 20 oder 30 zirkuliert ein Flügelrad 20, das von einem Motor 22 angetrieben wird, Kryogendampf entsprechend den Pfeilen in 3, die einen Schnitt durch den Zwischenmodul 20 längs der Linie B-B in 1 zeigt. Die Bodenplatte 5 und die Deckplatte 8 bilden die Decke und den Boden des Moduls. Die Deckplatte 8 befindet sich auch, wo das Flügelrad 32 montiert und mit der Antriebswelle des Motors 22 verbunden ist. Wie in den anderen Modulen bilden Auftreffstrahlenerzeuger 17 Mittel zur Steigerung der Geschwindigkeit des kryogenen Gases zur Erzeugung von Auftreffstrahlen vor dem Auftreffen des Gases auf Lebensmittel auf dem Band 16. Lebensmittel gelangen von einem Modul durch eine Öffnung an der Niederdruckseite der Auftreffstrahlenerzeuger 17 hindurch, die das Band 16 kontinuierlich von einem Modul zu einem anderen passieren lässt.
Eine Reihe von Zwischenmodulen 20 und 30 kann benutzt werden, um eine gewisse Länge der Gefrierzeit zu erzeugen, je nach der Bandgeschwindigkeit oder erforderlichem Lebensmitteldurchsatz und der Zeitdauer, welche solche Lebensmittel in der kryogenen Umgebung zum Erreichen eines gewünschten Ziels benötigen. Der modulare Aufbau des Gefrierers ermöglicht jede Variation dieser Parameter.
Der Austrittsmodul 40 ist ähnlich den anderen Modulen mit der Ausnahme der Anordnung eines Auslasses 42 in der Seitenwand 6 und einer Reihe von Rollen 43 zum Rückführen des Bands 16 durch die Module. Der Austrittsmodul 40 weist auch eine nicht isolierte Kammer 44 auf, die an ihrem Äußeren befestigt ist, um Gas aufzufangen, das nach dem Austritt aus dem Modul absinkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gefriererauslaß in drei Abschnitte unterteilt. Diese separaten Abschnitte bilden einen zentralen Auslaß. Der Hauptauslaß führt etwa 80% des gesamten kryogenen Gases aus dem Niederdruckauslassende des Gefrierers ab. Die Sekundärauslässe fangen jeweils etwa 10% des kryogenen Gases vom Einlaß und Auslaß des Gefrierers auf. Dies ermöglicht sowohl eine Verringerung des Eindringens von Luft und erzeugt auch eine Gleichstromgasströmung entlang der Länge des Gefrierers. Das kryogene Gas kann bei wärmeren Temperaturen abgeführt werden, was die Gesamteffizienz der Gefrierereinheit steigert. Eine verringerte Vereisung der Auslasskanäle resultiert daraus ebenfalls. Des weiteren können Auslasskanäle mit kleinerem Durchmesser und kleinere Auslassgebläse bei Reduzierung von Ausgleichsluft eingesetzt werden.
Das Eintrittsende des Austrittsmoduls 40 ist ähnlich dem Eintrittsende der Zwischenmodule 20 und 30 insoweit, als ein Modultrennblech 7 für die Steuerung des Übertritts von Kryogen zwischen den Modulen sorgt. In gleicher Weise zirkuliert das Flügelrad 32 einen Strom von Kryogengas durch die Hochdruckkammer 14 und die Auftreffstrahlerzeuger 17 und auf die Lebensmittel. Ein Sprüher 25 und eine unterstützende Leitung 24 könnte auch zum Austrittsmodul 40 zugefügt werden, wenn eine zusätzliche Krustengefrierung notwendig ist.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Konstruktion des Auftreffstrahlerzeugers 17. Er könnte eine Auftreffstrahlplatte sein, von der ein Teil in 5 abgebildet ist, oder eine Reihe von Metallblechkanälen, die in 9 dargestellt ist. In Abhängigkeit von der Konfiguration des Moduls kann die Größe der Platte variieren. Jedoch sollte der gesamte offene Querschnitt des Auftreffstrahlerzeugers, das heißt der Lochquerschnitt, zwischen etwa 3% und 6% der Gesamtfläche des Auftreffstrahlerzeugers liegen. Der am meisten bevorzugte Öffnungsquerschnittsprozentsatz liegt bei 4 bis 5%. Bei der bevorzugten Ausführungsform nach 5 ist die axiale Teilung 51 und die seitliche Teilung 52 jeweils 1,875 Zoll bei einem Lochdurchmesser 54 von 0,5 Zoll. Auch sollte ein Versatz oder eine Staffelung 53 der Lochmitten etwa 0,625 Zoll bei der bevorzugten Ausführungsform betragen. Der Grund für den Versatz bzw. die Staffelung liegt darin, daß es sich gezeigt hat, daß man ein gleichmäßiges Kühlen oder Gefrieren des Produkts über der Breite des Bands erhält, wodurch Auftrefflinien auf den Lebensmitteln verringert oder eliminiert werden. Die Plattenversion des Auftreffstrahlerzeugers 17 ist bei bevorzugten Ausführungsformen aus 22-Gauge-Stahl hergestellt. Die Löcher in der Plattenversion des Auftreffstrahlerzeugers 17 sind mit 15% ausgerundet.
Die 6 und 7 zeigen die gerundeten Kanten der Löcher im Auftreffstrahlerzeuger 17. 8 zeigt einen Schnitt des Auftreffstrahlerzeugers 17 längs der Schnittlinie 6-6. Diese Konstruktion reduziert oder verhindert einen Eisaufbau innerhalb der Löcher und erzeugt einen Auftreffstrahl, der ein Geschwindigkeitsprofil hat, das zum Kühlen oder Gefrieren der Lebensmittel effektiver ist.
4 zeigt einen Auftreffstrahlerzeuger 17 der Plattenbauart, wie oben beschrieben. Jeder Auftreffstrahlerzeuger 17 weist vorteilhafterweise einen Vibrator 48 auf, der den Auftreffstrahlerzeuger 17 vibriert, der vorzugsweise in einem starren Rahmen freischwimmend angeordnet ist. Der Vibrator 48 kann elektrischer Bauart sein. Jedoch ist bei bevorzugten Ausführungsformen der Vibrator 48 ein Kugelventil, das pneumatisch durch Druckgas (beispielsweise Stickstoff) betätigt wird, das durch Leitungen 49 bei oder um 60 Pfund pro Quadratzoll entweder aus einer externen Quelle oder aus einem Verdampfer und Verdichter (nicht dargestellt) innerhalb des Geräts zugeführt wird. Die Frequenz und die Zeitintervalle, mit welchem der Vibrator 48 zum Vibrieren der Auftreffstrahlerzeuger 17 arbeitet, hängt von den Prozessbedingungen einschließlich des Feuchtigkeitsgehalts der Nahrungsmittel, der Feuchte der Umgebungsluft in und um das Gerät und der Temperatur des Moduls ab.
9 zeigt den Schnitt eines Auftreffstrahlerzeugers 17, der eine Reihe von aus Metallblech hergestellten Kanälen aufweist. Bei bevorzugten Ausführungsformen sollte die Kanalbreite 61 etwa 3 Zoll, die Kanalteilung 62 etwa 12 Zoll, die Kanaltiefe etwa 14 Zoll, und die Kanalöffnung 63 etwa 0,625 Zoll betragen.
Die Distanz von Auftreffstrahlerzeuger 17 zur Produktoberfläche sollte etwa 3 Zoll betragen, kann aber von etwa 1 Zoll bis etwa 5 Zoll variieren. Die Position und der Abstand der Löcher oder der Wirbel im Auftreffstrahlerzeuger 17 bestimmt die Gesamtwärmeübertragungsrate.
Durch die Verbindung einer Reihe von Modulen maximiert die gesamte Produktabdeckung entlang der gesamten Länge des Gefrierers (kontinuierlicher Wärmeübertragungsbereich ohne Unterbrechungen) die Gesamtwärmeübertragungsrate. Typische Gefriertemperaturen für ein Gerät nach der Erfindung sind minus 120°C im Eintrittsmodul 10 und minus 50°C am Austrittsmodul 40. Bei bevorzugten Ausführungsformen werden vier Module eingesetzt, die jeweils 3,048 m lang, 1,752 m breit und 3,150 m hoch sind. Die Bandbreite in der bevorzugten Ausführungsform beträgt 0,712 m. Module verschiedener Größe können gemäß der Erfindung aufgebaut werden.
Das Flügelrad 32 kann auch auf der Seite montiert werden, um die Höhe des Geräts zu verringern. Bei einer Ausführungsform mit niedrigerem Profil ist eine Mehrzahl von Flügelrädern 32 entweder an der Seite oder an der Decke. Die Verwendung einer Mehrzahl von Flügelrädern 32 geringerer Höhe ermöglicht eine Verringerung der Gesamthöhe der Konstruktion.
10 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ein Zwischenmodul 50 ist dargestellt, der aus zwei Teilen besteht. Ein oberer Teil 68 und ein unterer Teil 66 bilden zusammen eine Kammer. Ein Motor 22 ist über den oberen Teil 68 montiert, wo er mit einem Flügelrad 32 verbunden ist und dieses antreibt. Der Modul 50 weist ein Band 16, Auftreffstrahlerzeuger 17, einen Vibrator 48 und Leitungen 49 auf. Die Verwendung der zweiteiligen Konstruktion des Moduls 50 ermöglicht die Verwendung eines hydraulischen Hebers 69 zum Anheben und Absenken des oberen Teils 68, um die inneren Komponenten des Geräts reinigen und warten zu können.
Die Erfindung wird vorzugsweise mit flüssigem Stickstoff betrieben. Jedoch können andere Kryogene ebenfalls eingesetzt werden, wie beispielsweise synthetische flüssige Luft (SLA) und Kohlendioxid.
Im Standardbetrieb der Erfindung wird flüssiger Kryogen in den Eintrittsmodul des Geräts beim Anfahren eingesprüht. Wenn der flüssige Kryogen auf die Auftreffstrahlerzeuger 17 und das Band 16 auftrifft, verdampft ein Teil. Der verdampfte flüssige Kryogen wird dann durch das Flügelrad 32 aus der Niederdruckkammer 15 in die Hochdruckkammer 14 zirkuliert, wo es durch die Löcher oder Kanäle des Auftreffstrahlerzeugers 17 getränkt wird und dadurch die Auftreffstrahlen erzeugt. Die Auftreffstrahlen ziehen dann weiteren flüssigen Kryogen in sich ein, der von dem Sprüher 25 versprüht wird. Sämtlicher verdampfter Kryogen gelangt vom Eintrittsmodul zum Zwischenmodul oder Austrittsmodul durch die Niederdruckseite der Auftreffstrahlerzeuger, d.h. durch die Öffnung, die das Band 16 und die Lebensmittel von einem Modul zum anderen passieren lassen. Der größere Teil des verdampften Kryogens wird jedoch von einem Modul zum nächsten durch die Trennplatte 7 geleitet, welche die Steuerung der durchgelassenen Menge ermöglicht.

Claims

Modulares Gerät zum Kühlen oder Gefrieren von Lebensmitteln, das umfaßt: einen Eintrittsmodul (10) mit einer Deckwand, einem Boden und vier Wänden, mit: einem Einlaß (11) durch eine erste Wand zum Einführen von Lebensmitteln in den Eintrittsmodul, einem Band (16) zum Fördern der Lebensmittel von dem Einlaß (11) durch den Eintrittsmodul, ein Flügelrad (32) zum Zirkulieren von verdampften flüssigen Kryogen über und unter dem Band (16), und einem Sprüher (25) zum Bereitstellen mindestens eines Stroms flüssigen Kryogens, und einen Austrittsmodul (40) mit einer Deckwand, einem Boden und vier Wänden, mit: einem Band (16) zum Fördern der Lebensmittel, die durch den Eintrittsmodul gefördert werden, durch den Austrittsmodul, einem Trennblech (7) zur Steuerung der Überführung von verdampften Kryogen zum Austrittsmodul (40), einem Flügelrad (32) zum Zirkulieren des verdampften Kryogens über und unter dem Band, und einem Auslaß (42), der gekühlte oder gefrorene Lebensmittel aus dem Austrittsmodul (40) austreten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Eintrittsmodul (10) als auch der Austrittsmodul (40) ein Auftrefforgan (17) haben, das in der Lage ist, den zirkulierten verdampften Kryogen in eine Vielzahl von Auftreffstrahlen in die Nähe der Lebensmittel zu leiten, und der Sprüher (25) so angeordnet ist, daß er die kryogene Flüssigkeit in die Auftreffstrahlen in dem Eintrittsmodul (10) sprüht.
Gerät nach Anspruch 1, das weiter einen Zwischenmodul (20, 30) umfasst, der zwischen den Eintrittsmodul (10) und den Austrittsmodul (40) geschaltet werden kann, mit: einem Band (16) zum Fördern der Lebensmittel vom Eintrittsmodul (10) durch den Zwischenmodul zum Austrittsmodul (40), einem Trennblech (7) zur Steuerung der Überführung von verdampften Kryogen aus dem Eintrittsmodul (10) in den Zwischenmodul (20, 30), einem Flügelrad (32) zum Zirkulieren des verdampften Kryogens über und unter dem Band (16), und einem Auftrefforgan (17), welches den zirkulierten verdampften Kryogen in eine Vielzahl von Auftreffstrahlen in der Nähe der Lebensmittel leiten kann.
Gerät nach Anspruch 2, wobei mindestens der Zwischenmodul oder der Austrittsmodul einen Sprüher (25) zum Sprühen eines oder mehrerer Ströme flüssigen Kryogens in die Auftreffstrahlen aufweist.
Gerät nach Anspruch 2, wobei die Trennbleche (7) beide mindestens eine Schiebeklappe oder eine elektromechanisch gesteuerte Drossel aufweist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Modul (10, 20, 30, 40) mindestens eine Hochdruckkammer (14) aufweist, in welcher der verdampfte Kryogen durch das Flügelrad (32) dieses Moduls vor dem Eintritt in das Auftrefforgan (17) des betreffenden Moduls zirkuliert wird.
Gerät nach Anspruch 5, wobei ein Druckfühler in der Hochdruckkammer (15) montiert ist und in Verbindung mit dem Flügelrad (32) steht, um die Drehzahl dieses Flügelrads (32) zu steigern oder zu vermindern.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Modul (10, 20, 30, 40) weiter mindestens eine Niederdruckammer (15) aufweist, in welcher der verdampfte Kryogen nach dem Austritt aus dem Auftrefforgan (17) dieses Moduls gesammelt wird und durch welche der verdampfte Kryogen in das Flügelrad (32) dieses Moduls rezirkuliert wird.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Auftrefforgan (17) eine Platte mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern ist und die Ränder der Löcher abgeschrägt oder abgerundet sind.
Gerät nach Anspruch 8, wobei der Gesamtquerschnitt der Löcher zwischen etwa 3% und etwa 6% der Gesamtfläche der Platte ausmacht.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter mit einem Vibrator (48) zum Vibrieren jedes Auftrefforgans (17) zum Verringern oder Entfernen der Anhäufung von Schnee oder Eis auf dem Auftrefforgan.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Wände jedes Moduls (10, 20, 30, 40) aus mindestens zwei Teilen bestehen, so daß die oberen Teile mit der Deckwand des Moduls (10, 20, 30, 40) zusammen angehoben und abgesenkt werden können.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Austrittsmodul weiter eine in drei Abschnitte unterteilte Abgasleitung aufweist.
Verfahren zum Kühlen oder Gefrieren von Lebensmitteln, welches die Verwendung des Geräts nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfaßt.