DE68910481T2 - Gefriertunnel. - Google Patents

Gefriertunnel.

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zui Gefrieren von Material und auf einen Gefriertunnel.
  • Ein Gefriertunnel umfaßt üblicherweise einen länglichen Tunnel fit einem im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt. Bei Verwendung wird dieser Tunnel zur Horizontalen geneigt und um seine Längsachse gedreht. Partikel bzw. Teilchen des zu gefrierenden Materials werden in das obere Ende des Tunnels eingeführt. Die Rotation des Tunnels bewirkt, daß die Partikel entlang des Tunnels zum unteren Ende gehen, wo sie aufgefangen werden. Wenn sich die Partikel entlang des Tunnels bewegen, werden sie durch den Wärmeaustausch mit einem kalten Medium, z.B. flüssiger Stickstoff, gefroren.
  • Einer der Nachteile bekannter Gefriertunnel besteht darin, daß die Partikel dieses Materials dazu neigen, zu Klumpen zu gefrieren, wenn sie feucht sind.
  • Dieser Nachteil hat die Anwendung der Gefriertunnel auf Verfahren begrenzt, bei denen die Bildung von Klumpen ohne besondere Bedeutung ist, z.B. für ein spröde werdendes Material zum Tieftemperaturmahlen. Folglich wurden Gefriertunnel für die Herstellung einzeln schnell gefrosteter Lebensmittel init hoher Qualität nicht erfolgreich angewendet, z.B. gefrorene Garnelen und Sellerie.
  • GB-A-2 131 142 beschreibt eine Gefriervorrichtung für Lebensmittel, bei der die zu gefrierenden Partikel zuerst in ein Bad aus flüssigem Stickstoff fallen. Der verdampfende Stickstoff bildet um jedes Partikel eine dünne Schicht, die das Zusammenhaften der Partikel unterbindet. Die partikel bleiben eine ausreichende Zeit in dieser Flüssigkeit, damit die Oberfläche gefriert, und werden dann mit einem Bandschneckenförderer (ribbon auger) nach oben aus der Flüssigkeit abgezogen, der die Partikel durch den Kühltunnel befördert, wo sie im Kontakt mit kaltem Stickstoffdampf durchweg gefroren werden. Obwohl diese Anordnung äußerst erfolgreich arbeitet, ist diese Gefriervorrichtung für Lebensmittel aufgrund der Herstellungskosten dieses Bandschneckenförderers relativ teuer.
  • EP-A-0 245 708 beschreibt einen Gefriertunnel, der entweder mit Stickstoff oder Kohlendioxidschnee gekühlt werden kann. Im Falle von Stickstoff wird der Stickstoff an der Auslaßseite der Gefriervorrichtung eingeführt und strömt im Gegenstrom zu den zu gefrierenden Partikeln. Im Falle von Kohlendioxidschnee wird der Schnee mit den zu gefrierenden Partikeln am Einlaß des Tunnels eingeführt. Es sind Leitschaufeln vorgesehen, um den Schnee und die zu gefrierenden partikel entlang des Tunnels zu bewegen.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Gefrieren eines Materials geschaffen, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Schritte umfaßt:
  • (a) Bildung eines Speicherbeckens des Tieftemperaturfluids in der Nähe der oberen Einlaßseite des nach unten geneigten Gefriertunnels; und
  • (b) Einführung des zu gefrierenden Materials in das Speicherbecken.
  • Dieses Verfahren umfaßt vorzugsweise den Schritt der Beförderung des zu gefrierenden Materials in den Gefriertunnel auf einer Fördereinrichtung und des zwangsweisen Herunterfallens des Materials vom Ende der Fördereinrichtung in das Speicherbecken.
  • Vorteilhafterweise ist dieses Tieftemperaturfluid flüssiger Stickstoff.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ebenfalls einen Gefriertunnel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei dieser Gefriertunnel einen länglichen Tunnel umfaßt, der nach unten geneigt ist und der bei Verwendung um seine Längsachse gedreht werden kann, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Innenseite des Tunnels mit einem Überlauf versehen ist, der bei Verwendung in der Nähe der oberen Einlaßseite des Tunnels ein Speicherbecken des Tieftemperaturfluids auffängt, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um das zu gefrierende Material in das Speicherbecken einzuführen.
  • Der Gefriertunnel kann mit einer herkömmlichen Einlaßrutsche versehen sein, über die die zu gefrierenden Partikel eingeführt werden können. Noch bevorzugter wird jedoch eine Fördereinrichtung vorgesehen, die so angeordnet ist, daß die partikel in dieses Speicherbecken fallen. Eine solche Fördereinrichtung kann sich vorzugsweise im Verhältnis zu diesem Speicherbecken in Längsrichtung bewegen, so daß die Verweilzeit der Partikel im Speicherbecken je nach Anforderung verändert werden kann.
  • Wenn eine Fördereinrichtung verwendet wird, wird im Tunnel oberhalb der Fördereinrichtung vorzugsweise ein Sprühstab angeordnet, so daß das Tieftemperaturfluid auf die Partikel gesprüht werden kann, während sie sich auf der Fördereinrichtung befinden. Ein solcher Sprühstab kann die einzige Quelle des Tieftemperaturfluids für die Gefriervorrichtung darstellen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Tieftemperaturfluid direkt in das Speicherbecken eingeführt werden.
  • Bei Anwendung des Gefriertunnels werden die zu gefrierenden Partikel in das Tieftemperaturfluid eingeführt und ihre Oberflächen werden bei minimaler Zusaimenballung gefroren. Die Rotation des Tunnels befördert die Partikel entlang des Tunnels.
  • Obwohl diese Anordnung äußerst zufriedenstellend arbeiten kann, wenn die Zufuhr der zu gefrierenden Partikel relativ gleichmäßig ist, haben wir gefunden, daß die Partikel nicht gleichmäßig gefroren werden können, wenn die Beschickung unregelmäßig erfolgt. Dies kann der Fall sein, wenn die zu gefrierenden Partikel Lebensmittelteilchen sind.
  • Um dieses Problem zu verringern, haben wir herausgefunden, daß der Tunnel mit einem oder mehreren Überläufen versehen sein sollte.
  • Vorteilhafterweise werden diese Überläufe durch ein Spiralband gebildet, das auf der Innenseite des Tunnels befestigt ist. Bei Verwendung wird der Tunnel gedreht, so daß sich aufeinanderfolgende Speicherbecken des Tieftemperaturfluids fortlaufend in Richtung der Auslaßseite des Tunnels bewegen. Der Strom des zugeführten Tieftemperaturfluids kann im Hinblick darauf eingestellt werden, daß eine minimale Zusammenballung und ein angemessenes Gefrieren der Partikel erhalten wird.
  • Vorzugsweise sind Hubglieder vorgesehen, die sich zwischen dem Einlaß des Tunnels und dem dazu am nächsten liegenden Überlauf und/oder zwischen benachbarten überläufen erstrecken. Diese Hubglieder können z.B. mit einer Vielzahl von Löchern versehen sein, damit das Tieftemperaturfluid (jedoch nicht die partikel) in das zugehörige Speicherbecken zurückfließen kann. Alternativ können die Hubglieder mit einem geringen Abstand zur Innenseite des Tunnels angebracht sein, damit das Tieftemperaturfluid in das zugehörige Speicherbecken zurückfließen kann. Die Form und Anordnung der Hubglieder können so ausgewählt werden, daß die Bewegung der partikel entlang des Tunnels erleichtert wird, oder sie können so ausgewählt werden, daß einfach nur die Zusammenballung vermindert wird.
  • Wenn die Überläufe durch das Spiralband gebildet werden, können entlang der gesamten Länge dieses Spiralbandes oder nur entlang eines ausgewählten Abschnitts Hubglieder vorgesehen sein. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Spiralband über die gesamte Länge des Tunnels und die Hubglieder erstrecken sich vom unteren Ende bis zu einer Position in der Mitte zwischen der Einlaß- und der Auslaßseite.
  • Es wird auf die Ausscheidungsanmeldungen EP-A-0 519 578 und EP-A-0 519 579 Bezug genommen.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche zeigen:
  • Fig. 1: einen vereinfachten Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gefriertunnels bei dessen Verwendung;
  • Fig. 2: einen vereinfachten Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1; und
  • Fig. 3: eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gefriertunnels.
  • In Fig. 1 dieser Zeicnungen ist ein Gefriertunnel gezeigt, der allgemein durch die Bezugsziffer 1 gekennzeichnet ist. Dieser Gefriertunnel 1 umfaßt einen Tunnel 2 mit einem kreisförmigen Querschnitt. Der Tunnel 2 umfaßt ein Rohr 3 aus rostfreiem Stahl, das mit einer Isolation 4 ummantelt ist, um die Wärmeübertragung zu verringern.
  • Dieser Tunnel 2 ist zur Horizontalen geneigt und um seine Längsachse X-X drehbar. Der Tunnel 2 wird auf Lagern (nicht gezeigt) getragen und von einem Endlosband (nicht gezeigt) gedreht, das über ein mit dem Tunnel 2 verbundenes Zahnrad verläuft und von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit (nicht gezeigt) angetrieben wird.
  • Angrenzend an sein oberes Ende 5 ist der Tunnel 2 mit einem überlauf 6 versehen, der sich entlang des gesamten Innendurchmessers des Tunnels 2 erstreckt und radial nach innen vorsteht. Da der Tunnel 2 zur Horizontalen geneigt ist, wird zwischen dem Überlauf 6 und dem oberen Ende 5 des Tunnels 2 ein Speicherbecken 7 definiert.
  • Eine Fördereinrichtung 8 ragt in das obere Ende 5 des Tunnels 2 und kann bei Bedarf in Richtung der Pfeile B-B vor und zurück bewegt werden.
  • Ein Sprühstab 9, der durch die Leitung 10 mit der Quelle des flüssigen Stickstoffs verbunden ist, ist direkt oberhalb der Fördereinrichtung 8 angeordnet, wie es in dieser Figur gezeigt ist. Die Leitung 11, die ebenfalls mit der gleichen Quelle des flüssigen Stickstoffs verbunden ist, ist ebenfalls oberhalb des Speicherbeckens 7 angeordnet.
  • Bei Verwendung wird der Tunnel 2 um seine Längsachse X-X gedreht. Die zu gefrierenden Teilchen 12, z.B. zerschnittener Sellerie, Garnelen, Schinkenwurfel, Gemüse, Hackfleisch und Geflügelfleischwürfel, werden auf der Fördereinrichtung 8 in den Tunnel 2 eingeführt. Diese Teilchen werden zuerst durch den flüssigen Stickstoff geführt, der aus dem Sprühstab 9 gesprüht wird, und fallen anschließend in das Speicherbecken 7, das mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist.
  • Wenn die Teilchen in den flüssigen Stickstoff fallen, werden sie von einem dünnen Film aus siedendem Stickstoff umgeben, der es verhindert, daß benachbarte Teilchen zusammenkleben, während die Oberfläche gefroren wird.
  • Wenn sich der Tunnel 2 dreht, fallen die Teilchen über den überlauf 6 und bewegen sich in Richtung der Auslaßseite des Tunnels 2. Wenn sie sich entlang des Tunnels 2 bewegen, werden die Teilchen durch den Wärmeaustausch mit dem kalten stickstoffdampf aus dem Sprühstab 9 und dem Speicherbecken 7 weiter abgekühlt. Die Teilchen verlassen den Tunnel 2 an der Auslaßseite 13.
  • Es muß darauf hingewiesen werden, daß die beschriebene Anordnung im wesentlichen alle Vorteile des einzelnen Gefrierens einer Tauchgefriervorrichtung und die ökonomischen Vorteile des Gefriertunnels aufweist.
  • Aus Fig. 1 ist es ebenfalls ersichtlich, daß sich die Auslaßseite 13 des Tunnels 2 in eine Einfassung bzw. ein Gehäuse 14 erstreckt, das einen gemeinsamen Auslaß 15 für die gef rorenen Teilchen als auch den kalten Stickstoffdampf aufweist. Eine Platte 16 erstreckt sich entlang des gemeinsamen Auslasses 15 und ist mit einem Arm 17 verbunden, der um den Stift 18 schwenkbar ist. Auf diesem Arm 17 ist ein Gegengewicht 19 befestigt, es bewirkt eine Schrägstellung der Platte 16 in die gezeigte Position. Es muß darauf hingewiesen werden, daß die Platte 16 nicht fest im gemeinsamen Auslaß 15 sitzt.
  • Der gemeinsame Auslaß 15 ist in der Haube 20 enthalten, die mit einer Isolation versehen ist und einen Teil der Leitung bildet, die den Sauglüfter 21 enthält.
  • Die Einlaßseite 5 des Tunnels 2 ist mit einer Einfassung 22 versehen, die eine Öffnung 23 zur Aufnahme der Fördereinrichtung 8 aufweist.
  • Bei Verwendung fließt gasförmiger Stickstoff entlang des Tunnels 2 und gemeinsam mit den gefrorenen Teilchen nach unten zum gemeinsamen Auslaß. Die gefrorenen Teilchen sammeln sich auf der Platte 16, während der gasformige Stickstoff durch die Spalten zwischen dem Umfang der Platte 16 und dem gemeinsamen Auslaß 15 strömt. Ein Teil des gasförmigen Stickstoffs strömt auch durch die Öffnung 23.
  • In unmittelbarer Nähe der Öffnung 23 ist ein Temperatursensor 24 angeordnet, der die Temperatur überwacht und die Verdrängung durch den Lüfter 21 einstellt, damit die Temperatur etwas unterhalb der Raumtemperatur gehalten wird. Es wird eingeschätzt, daß diese Temperatur einem geringen Strom von Stickstoff vom Tunnel durch die Öffnung 23 nach außen entspricht.
  • Wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, läßt die Haube 20 sowohl Stickstoff vom gemeinsamen Auslaß 15 als auch etwas Umgebungsluft ab. Dies verringert die Gefrierprobleme in der Haube 20.
  • Es muß auch darauf hingewiesen werden, daß Dichtungen 25 und 26 vorgesehen sind, um das Eindringen von Luft zwischen dem Tunnel 2 und dem Gehäuse 14 bzw. zwischen dem Tunnel 2 und der Einfassung 22 zu unterbinden.
  • Schließlich wird darauf hingewiesen, daß der Tunnel mit vier Hubgliedern 27, 28, 29 und 30 versehen ist, die sich entlang des Tunnels 2 erstrecken und radial nach innen vorstehen.
  • Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Abschnitte der Hubglieder 27, 28, 29 und 30 zwischen dem Überlauf 6 und der Einlaßseite 5 des Tunnels 2 mit einer Vielzahl von kleinen Löchern 31 versehen, so daß der flüssige Stickstoff im Speicherbecken 7 bleibt, wenn sich die Trommel dreht. Diese Löcher 31 sind kleiner als die Teilchen.
  • Wie es aus Fig. 2 am besten ersichtlich ist, sind die Hubglieder 27, 28, 29 und 30 und der Überlauf 6 an ein dünnes Rohr 32 aus rostfreiem Stahl geschweißt. Das Rohr 32 und die Hubglieder 27, 28, 29 und 30 bilden zusammen eine Einlage, die allgemein durch die Bezugsziffer 33 gekennzeichnet ist. Diese Einlage 33 umfaßt auch einen Flansch 34, der durch Schrauben (nicht gezeigt) mit dem Tunnel 2 verschraubt ist.
  • Die in den Figuren gezeigte Einlage 33 kann einfach ersetzt werden, indem die Fördereinrichtung 8 und die Einfassung 22 entfernt werden. Die Schrauben (nicht gezeigt), die den Flansch 34 mit dem Tunnel 2 verbinden, werden entfernt, und die gesamte Einlage 33 wird herausgezogen. Danach kann eine neue Einlage in den Tunnel 2 eingesetzt und in ihrer Position festgeschraubt werden.
  • Gegenwärtig werden verschiedene Modifikationen der beschriebenen Anordnung in Betracht gezogen; die Einlage 33 kann z.B. eine Vielzahl von Einheiten umfassen, die vor dem Einsetzen in den Tunnel 2 aneinander befestigt werden können. Außerdem können zusätzliche Klemmeinrichtungen vorgesehen sein, die durch den Tunnel 2 ragen, um die Einlage 33 in ihrer Position zu halten.
  • Der Tunnel 2 wird typischerweise mit 0 bis 8 U/min gedreht und weist eine Neigung von der Horizontalen von 2 bis 6º, vorzugsweise 3 bis 4º auf.
    • Beispiel 1:
  • Ein Versuchstunnel 2 mit einem Innendurchmesser von 0,4 m und einer Länger von 3 m wurde mit 3,24º zur Horizontalen geneigt und mit 3,125 U/min gedreht. Mit diesem Tunnel 2 wurden unter Verwendung von 252 kg/h von flüssigem Stickstoff erfolgreich 180 kg/h geschnittener Sellerie gefroren.
    • Beispiel 2:
  • Ein Versuchstunnel 2 mit einem Innendurchmesser von 0,5 m und einer Länge von 5 in wurde mit 4º zur Horizontalen geneigt und mit 7,2 U/min gedreht. Mit diesem Tunnel wurden unter Verwendung von 85,8 kg/h an flüssigem Stickstoff erfolgreich 66 kg/h Petersilie gefroren. Ein unerwarteter Vorteil dieses Verfahrens war die nahezu vollständige Trennung der Blätter der Petersilie von den Stengeln und anderem holzigen Material.
  • In Fig. 3 ist ein Gefriertunnel gezeigt, der dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gefriertunnel im allgemeinen ähnlich ist. Die Teile in Fig. 3, die den in Fig. 1 und 2 gezeigten Teilen ähnlich sind, haben die gleichen Bezugsziffern mit einem Apostroph.
  • Der Gefriertunnel 1' unterscheidet sich in einigen Aspekten vom Gefriertunnel 1. Erstens wurde der Überlauf 6 durch ein Spiralband 6' ersetzt, das am dünnen Rohr angeschweißt ist, um die Einlage 33' zu bilden, die am Rohr 3' aus rostfreiem Stahl angebracht ist. Dieses Spiralband 6' erstreckt sich entlang der vollen Länge des Tunnels 2' und definiert eine Vielzahl von Überläufen. Eine Vielzahl von Hubgliedern 27' ist zwischen den benachbarten Überläufen von der Auslaßseite 13' des Gefriertunnels 1 bis zu einer Position vorgesehen, die etwa ein Fünftel des Abstandes von der Einlaßseite 5' zur Auslaßseite 13' des Tunnels 2' beträgt.
  • Die Auslaßseite 113' des Tunnels 2' erstreckt sich in das Gehäuse 14', das einen nach unten geöffneten Auslaß 35 für die gefrorenen Teilchen und ein Auslaßrohr 36 aufweist, das sich nach oben in die Absaugleitung 37 erstreckt, die einen Sauglüfter (nicht gezeigt) enthält. Zwischen dem Auslaßrohr 36 und der Absaugleitung 37 ist ein Spalt 38 vorgesehen, damit Umgebungsluft in die Absaugleitung 37 eintreten kann und die Bildung von Eis auf der Innenseite der Absaugleitung 37 verhindert.
  • Der Tunnel 2' ist vorzugsweise mit 1 bis 2 zur Horizontalen geneigt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Gefrieren von Material, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Schritte umfaßt:
(a) Bildung eines Speicherbeckens des Tieftemperaturfluids in der Nähe der oberen Einlaßseite des nach unten geneigten Gefriertunnels; und
(b) Einführung des zu gefrierenden Materials in das Speicherbecken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu gefrierende Material in das Speicherbecken fällt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt der Beförderung des zu gefrierenden Materials auf einer Fördereinrichtung in den Gefriertunnel und des zwangsweisen Herunterfallens des Materials vom Ende der Fördereinrichtung in das Speicherbecken umfaßt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tieftemperaturfluid flüssiger Stickstoff ist.
5. Gefriertunnel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei dieser Gefriertunnel einen länglichen Tunnel (2, 2') umfaßt, der nach unten geneigt ist und bei Verwendung um seine Längsachse (X-X) gedreht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Tunnels (2, 2') mit einem Überlauf (6, 6') versehen ist, der bei Verwendung in der Nähe der oberen Einlaßseite (5, 5') des Tunnels (2, 2') ein Speicherbecken (7, 7') des Tieftemperaturfluids auffängt, und eine Einrichtung (8, 8') vorgesehen ist, um das zu gefrierende Material in das Speicherbecken (7, 7') einzuführen.
6. Gefriertunnel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung eine Fördereinrichtung (8, 8') umfaßt, die so angeordnet ist, daß die zu gefrierenden Partikel (12, 12') in das Speicherbecken (7, 7') fallen, wenn die Gefriervorrichtung (1, 1') angewendet wird.
7. Gefriertunnel nach Anspruch 6, worin die Fördereinrichtung (8, 8') im Verhältnis zum Speicherbecken (7, 7') in Längsrichtung beweglich ist, so daß die Verweilzeit der Partikel (12, 12') im Speicherbecken (7, 7') verändert werden kann.
8. Gefriertunnel nach Anspruch 6 oder 7, der einen Sprühstab (9, 9') umfaßt, der oberhalb der Fördereinrichtung (8, 8') im Tunnel (1, 1') angeordnet ist, so daß das Tieftemperaturfluid auf die Partikel gesprüht werden kann, während diese sich auf der Fördereinrichtung (8, 8') befinden.
9. Gefriertunnel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens zwei Überläufe (6') umfaßt.
10. Gefriertunnel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Überläufe (6') durch ein Spiralband (6') gebildet werden, das auf der Innenseite des Tunnels (2') angebracht ist.
11. Gefriertunnel nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er Hubglieder (27, 28, 29, 30, 27') umfaßt.
12. Gefriertunnel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich diese Hubglieder (27, 28, 29, 30) zwischen der Einlaßseite (5) und der Auslaßseite (13) des Tunnels (2) erstrecken.
13. Gefriertunnel nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Hubglieder mit einem Abstand zur Innenseite des Tunnels befestigt sind.
14. Gefriertunnel nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubglieder (27, 28, 29, 30) mit einer Vielzahl von Löchern (31) versehen sind, damit das Tieftemperaturfluid in das Speicherbecken (7, 7') zurücklaufen kann, wenn die Gefriervorrichtung (1) angewendet wird.
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