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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum Gefrieren
von Produkten, und zwar insbesondere, aber nicht ausschließlich Nahrungsmittelprodukten.
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Herkömmliche
Gefriergeräte
zum Gefrieren großer
Anzahlen gesonderter Gegenstände
wie beispielsweise Nahrungsmittelprodukte umfassen im allgemeinen
einen Förderer
zum Befördern
der diskreten Gegenstände
in einen Gefrierbereich, wo die Gegenstände während einer vorgegebenen Zeitperiode
verbleiben, die ausreicht, um sie in dem gewünschten Maß zu gefrieren, und die gefrorenen
Gegenstände
werden dann aus dem Gefriergerät
herausbefördert.
Bei solchen kontinuierlichen Gefriersystemen werden die einzelnen
Gegenstände
gewöhnlich
kontinuierlich in den, durch den und aus dem isolierten Behälter befördert, der
auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, wobei die einzelnen
Gegenstände
durch Berührung
mit der Niedertemperaturatmosphäre
innerhalb des Behältnisses
gefroren werden. Um die notwendige Verweilzeit zu erhalten (d.h. die
Zeit, während
welcher jeder Gegenstand innerhalb der Niedertemperaturatmosphäre verbleibt),
während die
Produktdurchsatzrate maximiert und der von dem System in Anspruch
genommene Raum minimiert wird, weisen solche Gefriergeräte im allgemeinen
schraubenlinienförmige
oder spiralige Förderer
auf; wie beispielsweise im US-Patent Nr. 3 315 492 beschrieben.
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Ein
Problem mit solchen bekannten mechanischen Gefriergeräten liegt
darin, dass sie dafür
ausgelegt sind, einen maximalen Produktdurchsatz zu gefrieren, und
dass sie bei dem maximalen Durchsatz am effizientesten arbeiten,
aber bei irgendeiner anderen Durchsatzrate ineffizient sind. Dementsprechend
sind solche mechanischen Gefriergeräte unflexibel, da sie weder
Veränderungen
der Umgebungstemperatur noch Schwankungen im Produktdurchsatz zulassen
können.
Darüber
hinaus werden alle derartigen mechanischen Gefriergeräte mit der
Zeit weniger effizient mit der Folge, dass die maximale Produktdurchsatzrate
für eine
optimale Gefriererleistung mit der Zeit allmählich abnimmt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Probleme zumindest abzuschwächen und
möglicherweise
zu eliminieren.
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Die
GB-Patentschrift Nr. 1 385 717 bezieht sich auf die Verwendung einer
kryogenen Flüssigkeit
wie beispielsweise Flüssigstickstoff
zur schnellen Kühlung
von Nahrungsmittelprodukten, insbesondere für Gemüseprodukte wie beispielsweise
Gartenerbsen und Fla geoletbohnen. Sie behandelt eine spezielle Form
eines Geräts
mit einem gasdurchlässigen
Förderband
zum Tragen und Befördern
von Produkten durch eine Kühlzone.
Die dortige Erfindung besteht in dem Vorsehen mindestens eines Wellblechs
unter einem Teil des Bands, wobei die unteren Teile der Wellungen
horizontale Kanäle
bilden, die etwa parallel zur Richtung der Bandbewegung verlaufen.
Flüssigstickstoff
der als solcher durch das Band und die darauf getragenen Produkte
gelangt, fällt
in die Wellungen und wird durch das (relativ) warme Material des
Wellblechs verdampft, und unter Verwendung von Gebläsen und
Kühlkammern
zurück
in Kontakt mit dem Produkt gebracht.
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Nach
einem Aspekt beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Gerät zum Gefrieren
von Nahrungsmittelprodukten, mit einem isolierten Gehäuse, Mitteln
zum Halten des Inneren des Gehäuses
unterhalb Umgebungstemperatur, die Mittel zum Zirkulieren der Atmosphäre innerhalb
des Gehäuses
und in Berührung
mit den hindurchbeförderten
Produkten sowie einen Wärmetauscher
umfassen, der zum Abziehen von Wärme
aus der innerhalb des Gehäuses
zirkulierenden Atmosphäre
betreibbar ist, weiter mit Mitteln zum Befördern der Produkte durch das
Gehäuse
durch einen Einlaß und
einen Auslaß desselben,
um so die Produkttemperatur abzusenken, wobei am Gehäuseeinlaß ein eine
Kryogensprühzone
bildendes Vordach vorgesehen ist, und wobei innerhalb des Vordachs
Mittel zum Besprühen
der Produkte mit einem atembaren flüssigen Kryogen vorgesehen sind,
während
sie durch die Sprühzone
und in das Gehäuse
befördert
werden, und wobei Mittel zum Leiten mindestens eines Teils des Kryogens,
der nach Berührung
mit den Produkten verdampft ist, im Sinne eines Einführens in
das Gehäuse,
gekennzeichnet durch weitere Mittel zum Erfassen der Temperatur
der Atmosphäre,
während
sie in Berührung
mit dem Wärmetauscher
zirkuliert wird, und durch Mittel, die in Abhängigkeit von der erfassten
Temperatur zur Steuerung der Leitmittel so betätigbar sind, dass die Menge
des in das Gehäuse eingeführten verdampften
Kryogens verändert
wird.
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Das
Aufsprühen
eines flüssigen
Kryogens direkt auf das Produkt bewirkt, dass die Flüssigkeit
verdampft und die Oberfläche
des Produkts "gefrierverkrustet". Das Verdampfen
des flüssigen
Kryogens auf der Oberfläche
der Produkte führt
die latente Wärmeenergie
des flüssigen
Kryogens von dem Produkt ab und erhöht folglich die Gefrierkapazität des Gefrierers.
Das Gefrierverkrusten trägt
dazu bei, Feuchtigkeit in dem Produkt zu halten und verringert dadurch
Dehydrierungsverluste, die mit einem mechanischen Gefrieren ver bunden
sind, wie es bei herkömmlichen
Gefrierern bis zu 3 % des Produktgewichts der Fall ist. Der atembare
flüssige
Kryogen ist vorzugsweise ein Gemisch aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff
mit einer derjenigen von Luft ähnlichen
Sauerstoffkonzentration, da dies einer Bedienungsperson ermöglicht,
in den Gefrierer einzutreten, ohne dass Atem- oder sonstige Sicherheitsausrüstung erforderlich
ist.
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Das
am Einlaß des
Gehäuses
installierte Vordach definiert eine Kryogensprühzone, wobei die Kryogensprühmittel
innerhalb des Vordachs angeordnet und so ausgelegt sind, dass sie
die Produkte mit dem Kryogen besprühen, während sie durch die Sprühzone und
in das Gehäuse
hineinbefördert
werden.
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Wenn
der flüssige
Kryogen in Kontakt mit dem Produkt kommt, wird mindestens ein Teil
des flüssigen Kryogens
verdampft. Es sind Mittel vorgesehen, um mindestens einen Teil des
verdampften Kryogens nach der Berührung mit dem Produkt so zu
leiten, dass er direkt in das Gehäuse eintritt. Die Verwendung
des verdampften Kryogens, der in der Sprühzone freigesetzt wird, in
dieser Weise steigert die Gefrierkapazität und damit den maximalen Produktdurchsatz.
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Der
in das Gehäuse
eingeleitete verdampfte Kryogen wird vorzugsweise nahe dessen Auslaß eingeleitet.
Eine solche Anordnung, die zweckmäßigerweise durch Vorsehen eines
Gebläses
mit variabler Drehzahl in einen innerhalb des Gehäuses und
von der Sprühzone
zu einer nahe des Gehäuseauslasses
gelegenen Stelle führenden
Kanal bewerkstelligt wird, bringt den kalten Kryogendampf in Berührung mit
den Produkten unmittelbar vor deren Austritt aus dem Gehäuse (d.h.
wenn die Produkte an oder nahe der gewünschten niedrigen Temperatur
sind). Da es bei kontinuierlichen Gefriersystemen üblich ist,
eine Strömung
von Luft oder anderem Gas niedriger Temperatur im Gegenstrom zum
Strom der Produkte durch das Gefriergerät vorzusehen, reduziert die
Einleitung von verdampfen Kryogen in diese Strömung stromauf des zu gefrierenden
Produkts die Temperatur des Gases weiter und steigert folglich die
Gefrierkapazität
weiter.
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Wo,
wie es üblich
ist, der Gefrierer Mittel zum Zirkulieren der Atmosphäre innerhalb
des Gehäuses
und in Berührung
mit den hindurchbeförderten
Produkten und einen Wärmetauscher
umfaßt,
der zum Abziehen von Wärme
aus der im Gehäuse
zirkulierenden Atmo sphäre
betreibbar ist, um so das Innere des Gehäuses unterhalb Umgebungstemperatur
zu halten, sind vorzugsweise Mittel zum Erfassen der Temperatur
der Atmosphäre
vorgesehen, während
diese in Berührung
mit dem Wärmetauscher
zirkuliert, zusammen mit Mitteln, die in Abhängigkeit von der Temperatur
betätigbar
sind, um die Leitungsmittel so zu steuern, dass die Menge von verdampften
und in das Gehäuse
eingeleiteten Kryogen und/oder die Menge von auf die Produkte in
der Sprühzone
aufgesprühtem
Kryogen zu verändern.
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Mit
einer solchen Anordnung, wenn die Temperatur am Einlaß zum Wärmetauscher
ansteigt (dies würde
auftreten, wenn die Umgebungstemperatur außerhalb des Gehäuses ansteigt,
und/oder wenn beispielsweise der Produktdurchsatz gesteigert wird)
arbeitet der Wärmetauscher
weiter mit maximaler Kapazität,
führt aber
nicht ausreichend Wärme
von der zirkulierenden Luft ab, was bewirkt, dass das Produkt nur
unzureichend gefroren wird. Unter solchen Umständen kann der Betrieb des Wärmetauschers
auf maximaler Effizienz gehalten werden, indem die Menge von auf
die Produkte aufgesprühtem
Kryogen und/oder die Menge von in das Gehäuse eingeführtem verdampften Kryogen gesteigert
wird.
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Wenn
die Wärmetauschereinlasstemperatur
abnimmt (wenn die Umgebungstemperatur außerhalb des Gehäuses abnimmt,
oder wenn beispielsweise der Produktdurchsatz abnmmt), ist es notwendig,
die Menge von auf die Produkte aufgesprühtem Kryogen und/oder die Menge
von in das Gehäuse
eingeleitetem verdampften Kryogen so zu vermindern, dass der Wärmetauscher
weiter mit maximaler Effizienz arbeiten kann, ohne die Produkte übermäßig zu gefrieren
und/oder der Wärmetauscher
aufhört
zu arbeiten.
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Vorteilhafterweise
ist auch ein Mittel zum Einleiten eines atembaren flüssigen Kryogens
(welcher der gleiche wie der auf die Produkte aufgesprühte Kryogen
sein kann) direkt in das Gehäuse
vorgesehen. Dieses Mittel ist vorzugsweise so angeordnet, dass es
Kryogen in den Bereich angrenzend an den Gehäuseauslaß und nahe der Decke des Gehäuses einleitet.
Das Einleiten von Kryogen direkt in das Gehäuse auf diese Weise verringert
die Temperatur in dem Gehäuse
schnell und ermöglicht
es, dass das Gerät
schnell in Betrieb gesetzt werden kann. Es kann auch zur Unterstützung des
Betriebs eines Gefrierers eingesetzt werden, wenn eine plötzliche
Spitze im Produktdurchsatz auftritt, oder wenn die Umgebungstemperatur
außerhalb
des Gehäuses signifikant
ansteigt.
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Nach
einem zweiten Aspekt beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Gefrieren von Produkten, welches das Aufsprühen eines atembaren flüssigen Kryogens
auf die Produkte umfaßt,
während
sie durch eine Sprühzone
in den Einlaß eines
isolierten Gehäuses
eines Gefrierers mit mechanischem Förderer befördert werden, wobei mindestens
ein Teil des Kryogens durch Berührung
mit den Produkten verdampft wird, und wobei das Verfahren das Leiten
mindestens eines Teils des genannten verdampften Kryogens im Sinne eines
Einführens
in das Gehäuse
zur Zirkulation darin umfaßt,
und wobei der Gefrierer Mittel zum Zirkulieren der Atmosphäre innerhalb
des Gehäuses
und einen Wärmetauscher
aufweist, der zum Abziehen von Wärme aus
der im Gehäuse
zirkulierenden Atmosphäre
betreibbar ist, und wobei das Verfahren das Erfassen der Temperatur
der Atmosphäre,
während
sie zum Wärmetauscher
zirkuliert und das Erhöhen
oder Vermindern der Menge des verdampften Kryogens umfaßt, der
in das Gehäuse
eingebracht wird, je nachdem, ob die erfasste Temperatur eine vorgegebene
Temperatur übersteigt
oder darunter abfällt.
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Sehr
vorzugsweise wird mindestens ein Teil des Kryogens, der durch Berührung mit
den Produkten in der Sprühzone
verdampft wird, in das Gehäuse
zur Zirkulation darin eingeleitet.
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Die
Erfindung wird nunmehr beispielshalber und mit Bezug auf die anliegenden
Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Geräts
nach der Erfindung
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2 eine
vergrößerte schematische
Zeichnung eines Teils des Geräts
nach 1, und
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3 eine
schematische Darstellung eines Steuersystems für den Betrieb des Geräts nach 1.
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Bei
dem in 1 gezeigten Gerät werden Produkte durch ein
isoliertes Gefrierergehäuse 2 durch
einen Einlaß 4 befördert und
werden (wie durch die Pfeile in Volllinien gezeigt) durch einen
schraubenlinienförmigen
Pfad bzw. Schacht 6 befördert,
wie es auf dem Fach gebiet bekannt ist, bevor sie in gefrorenem Zustand durch
einen Auslaß 8 aus
dem Gehäuse 8 herausbefördert werden.
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Ein
Wärmetauscher
oder Verdampfer 10 ist vorgesehen, um die Temperatur in
dem Gehäuse 2 beträchtlich
unter der Umgebungstemperatur außerhalb des Gehäuses 2 zu
halten. Ein Gebläse 12 ist
vorgesehen, um die Atmosphäre
innerhalb des Gehäuses 2 und
durch den Wärmetauscher 10 zu
zirkulieren (die gasförmigen
Strömungen
innerhalb des Gehäuses 2 sind
durch Doppelpfeile in 1 dargestellt). Das Gebläse 12 zirkuliert
die kalte Luft aus dem Wärmetauscher 10 in
das obere Ende des Schachts 2, wo sie von dessen Boden
austritt und dann zurück
durch den Wärmetauscher 10 strömt.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Vordach 14 (siehe 2) am Einlaß 4 zum
Gehäuse 2 vorgesehen.
Dieses Vordach, das typischerweise eine Länge von etwa 2,5 m, 0,75 m
Breite und 1,5 m Höhe
hat, erstreckt sich über
beide Seiten der Wand des isolierten Gehäuses 2 und ist auf
dem außerhalb
des Gehäuses 2 hinausragenden
Teil isoliert. Durch das Vordach 14 verläuft ein
Förderband 16,
das auf den Förderer
(nicht dargestellt) zum Fördern
der Produkte entlang des schraubenlinienförmigen Schachts 6 zuführt oder
Teil desselben bilden kann. Das Band 16 wird innerhalb
des Vordachs 14 durch PTFE-Führungen getragen. Ein Flüssigkryogen-Sprühsystem 20 ist
innerhalb des Vordachs 14 angeordnet und sprüht einen
atembaren flüssigen
Kryogen aus einer Quelle S auf die entlang des Bands 16 und
durch das Vordach 14 geförderten Produkte in einer Sprühzone 22.
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Der
atembare flüssige
Kryogen ist vorzugsweise ein Gemisch aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff
mit einer absoluten Sauerstoffkonzentration anhand derjenigen von
Luft, nämlich
etwa 21 %. Die Verwendung eines solchen atembaren Kryogens wird
bevorzugt, da er keine der Sicherheitsgefahren mit sich bringt,
die anderen Kryogenen wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid
anhaftet. Die Verwendung eines atembaren Kryogens bedeutet, dass
die Wartung ausgeführt
werden kann, während
sich die Anlage noch in Betrieb befindet. Unter gewissen Umständen kann
es bevorzugt werden, eine niedrigere Konzentration an Sauerstoff
in dem flüssigen
Kryogen zu haben, um die Brandgefahr zu verringern; die niedrigste
Konzentration von Sauerstoff in einem Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch,
das atembar ist, beträgt
etwa 14 %. Eine Sauerstoffkonzentration zwischen etwa 15 % und etwa
18 % stellt einen geeigneten Kompromiß zwischen Atem barkeit und
Brandrisikoverringerung dar und lässt noch irgendwelche Mischfehler
oder Anreicherungen des Gemischs zu, die während der Lagerung austreten
können.
Da es möglich
ist, ein Flüssigsauerstoff/Flüssigstickstoff-Gemisch
zu erzeugen, das sehr wenig Wasserdampf enthält, hilft die Verwendung eines
solchen Kryogens auch eine Vereisung des Geräts zu vermeiden.
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Das
Aufsprühen
des flüssigen
Kryogens auf das Produkt "gefrierverkrustet" die Produkte, was
die Wärmeübergangsrate
der Produkte verbessert und die Gefrierkapazität beträchtlich steigert. Das Gefrierverkrusten
hält auch
etwaige Feuchtigkeit im Produkt, wodurch die bei herkömmlicher
mechanischer Kühlung
auftretenden Dehydrierungsverluste von bis zu 3 % des Produktgewichts
verringert werden.
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Wenn
Kryogen auf die entlang des Bandes 16 beförderten
Produkte aufgesprüht
wird, wird ein Teil des flüssigen
Kryogens verdampft. Dieser verdampfte Kryogen wird aus der Sprühzone mittels
eines Gebläses 26 mit
variabler Drehzahl durch einen Kanal 24 aus rostfreiem
Stahl abgezogen, der unten noch weiter beschrieben wird. Die Strömung von
verdampftem Kryogen entlang des Kanals 24 verläßt den Kanal 24 und
vermischt sich mit der Strömung
von innerhalb des Gehäuses 2 (aufgrund
des Betriebs des Gebläses 12)
zirkulierenden Luft im Bereich 28 am oberen Ende des Schachts 6 und
angrenzend an den Auslaß 8 des
Gehäuses 2.
Dieser verdampfte Kryogen reduziert die Temperatur der im Bereich 28 zirkulierenden
Luft beträchtlich
und trägt
zu der durch den Wärmetauscher 10 bereitgestellten
Gefrierkapazität
bei.
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Um
die Anfahrzeit des Gefrierers zu reduzieren, ist ein zweites Kryogenspraysystem 30 vorgesehen, das
mit einem atembaren flüssigen
Kryogen aus einer Quelle S versorgt wird (welche die gleiche Quelle
wie für
den atembaren flüssigen
Kryogen sein kann, der zur Sprühzone 22 zugeführt wird),
und ist so angeordnet, dass flüssiger
Kryogen direkt in das Gehäuse 2 zu
dessen oberen Ende hin und oberhalb des oberen Endes des Schachts 6 eingespritzt
wird. Der durch das Sprühsystem 30 (welches
den Kryogen in flüssiger
Form einspritzen kann oder welches mehr vorzugsweise einen Verdampfer
(nicht dargestellt) umfaßt,
um verdampften Kryogen in das Gehäuse 2 einzuführen) eingespritzte
flüssige
Kryogen vermischt sich mit der innerhalb des Gehäuses 2 zirkulierenden
Luft und reduziert schnell die Temperatur innerhalb des Gehäuses 2.
Dieses zweite Sprühsystem 30 kann auch
zur Unterstützung
des Betriebs des Gefrierers eingesetzt werden, wenn eine ungewöhnlich hohe
Belastung derselben erfolgt (z.B. wenn außerhalb des Gehäuses 2 eine
ungewöhnlich
hohe Umgebungstemperatur herrscht, und/oder wenn ein ungewöhnlich hoher
Produktdurchsatz stattfindet.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, wo ein Steuersystem
für das
Gerät nach
den 1 und 2 schematisch dargestellt ist,
uns so das Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung illustriert ist. Die Zufuhrrate von flüssigem Kryogen von der Quelle
S zu den Sprühsystemen 20, 30 wird
durch variable Steuerventile 40 bzw. 42 gesteuert.
Die Ventile 40, 42, von denen jedes durch einen
Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler) (nicht dargestellt)
betätigt
wird, sind durch Leitungen 44 bzw. 46 mit einem
Regler 48 verbunden, nämlich
einem Regler mit programmierbarer Logik, der eine Paradigma-Steuertafel oder
dergl. aufweist. Der Regler 48 ist auch über eine
Leitung 50 mit einem Temperaturführer 52 verbunden,
der neben dem Einlaß zum
Wärmetauscher 10 angeordnet
ist, und über
eine Leitung 54 mit Entlüftemitteln 56 zum
Entlüften
von Luft aus unterhalb des Bodens des Schachts 6 durch
eine Entlüftung 58.
Der Regler 48 ist auch über eine
Leitung 60 (und durch einen Gebläsedrehzahlregler, der nicht
dargestellt ist) mit dem Gebläse 26 mit
variabler Drehzahl verbunden.
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Der
Betrieb des Gefrierers ist folgendermaßen. Beim Anfahren des Gefrierers
wird Kryogen in das Gehäuse 2 durch
beide Sprühsysteme 20, 30 nach
den anfänglich
in die Steuertafel 48 eingegebenen Parametern eingesprüht. Anfänglich ist
die Strömungsrate
durch beide variablen Steuerventile 40, 42 auf
einem Maximum. Während
die Temperatur am Einlaß zum
Wärmetauscher 10,
die vom Fühler 52 erfaßt wird,
zu der erforderlichen Gefriererbetriebstemperatur abnimmt, werden
die variablen Steuerventile 40, 42 durch die Steuertafel 48 und
die PIN-Regler so betätigt,
dass sie die Strömungsrate
verringern, bis die erforderliche Temperatur erreicht wird. Wenn
die erforderliche Temperatur innerhalb des Gehäuses 2 erreicht ist,
werden beide Ventile 40, 42 geschlossen. Wenn
Produkte in das Gehäuse 2 zum
Gefrieren zugeführt
werden, erlaubt das Steuerventil 40 eine ausreichende Kryogenströmung durch
das Sprühsystem 20,
um ein Gefrierverkrusten der Produkte zu erzeugen. Während der
Schacht 6 sich mit Produkten füllt, erreicht der Wärmetauscher 10 allmählich seine
maximale Betriebskapazität.
Dies tritt entsprechend der Ablesungen des Temperaturfühlers 52 in
Erscheinung. An dieser Stelle betätigt der Regler 48 das
Gebläse 26 mit
variabler Drehzahl, um verdampften Kryogen aus der Verdampfungszone 22 zur
Zirkulation durch den Schacht 6 abzuziehen. Gleichzeitig
und insbesondere, wenn mehr Produkte in den Schacht 6 geladen
werden, oder wenn die Bewegungsgeschwindigkeit von Produkten durch
den Stapel 6 gesteigert wird, kann das Steuerventil 40 öffnen, damit
mehr flüssiger
Kryogen durch das System 20 aufgesprüht wird.
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Im
Falle eines vom Fühler 52 während des
normalen Betriebs erfassten plötzlichen
Temperaturanstiegs kann der Regler 48 das Ventil 42 so
betätigen,
dass Kryogen direkt in das Gehäuse 2 eingespritzt
wird. Zusätzlich
oder alternativ kann der Regler 48 Pumpmittel 56 betätigen, um
relativ warme Luft vom Boden des Schachts 6 über die
Entlüftung 58 abzuziehen
und diese in die Atmosphäre
zu entlüften.
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Für den Fachmann
ist klar, dass das Gerät
nach der Erfindung entweder bei der Konstruktion neuer Gefrierersysteme
oder auch als Nachrüstung
bei einem existierenden mechanischen Gefrierer umgesetzt werden
kann. Im folgenden Beispiel wurden Versuche an einem mechanischen
Spiralgefrierer durchgeführt,
der Fischfilets zum Gefrieren auf einen Temperatur vom weniger als –20°C verarbeitet.
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Beispiel
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Ein
Vordach aus rostfreiem Stahl mit etwa 2,5 m Länge und etwa 0,75 in Breite
und etwa 1,5 m Höhe wurde
am Produkteinlaß eines
mechanischen Spiralgefrierers (wie schematisch in den 1, 2 und 3 gezeigt
und oben beschrieben) installiert. Ein Kanal aus rostfreiem Stahl
wurde innerhalb des Gefrierers so installiert, dass der Kanal das
freigesetzte gasförmige
Kryogen aus der Sprühzone
in das obere Ende des Gefrierers leitet. Der Kanal enthielt ein
Gebläse
mit variabler Drehzahl und 350 mm Durchmesser zum Bewegen des Kryogens
in den Gefrierer. Die kryogene Flüssigkeit wurde in die Sprühzone über ein
Sprühsystem eingespritzt,
das über
dem festen Bandförderer
installiert wurde, und im Betrieb wurde die Gebläsedrehzahl so eingestellt,
dass der freigesetzte Kryogen aus der Sprühzone in das obere Ende des
Gefrierers ohne Einsaugen warmer Luft durch die Sprühzone befördert wurde.
Ein flüssiger
Kryogen mit nominell 21 % Sauerstoff und dem Rest Stickstoff wurde
auf die in den Gefrierer beförderten
Fischfilets aufgesprüht.
Der Gefrierer hatte einen Basisproduktdurchsatz (d.h. einen maximalen
Produktdurchsatz ohne Aufsprü hen
eines flüssigen
Kryogens) von etwa 380 kg/h. Es wurden dann vier Versuche mit gesteigertem
Produktdurchsatz durchgeführt,
und flüssiger
Kryogen wurde auf die Produkte aufgesprüht, um so die Produkte im gleichen
Maß gefroren
zu erhalten. Tafel 1 zeigt die theoretische Kryogenströmungsrate,
die von einem Computermodell erhalten wurde, und die Resultate der
tatsächlichen
Kryogenströmungsrate,
die aus dem Test erhalten wurden. Die Tafel zeigt auch den tatsächlichen
Produktdurchsatz und den prozentualen Zuwachs der Gefriererkapazität.
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Aus
den obigen Ergebnissen kann bestimmt werden, dass der maximale Zuwachs
des Produktdurchsatzes 75 % betrug. Es gab eine marginale Differenz
der Temperatur des Produkts am Auslaß, so dass der maximale Zuwachs
des Produktdurchsatzes tatsächlich
weniger als 75 % wäre.
Zur Steigerung des Produktdurchsatzes um 75 % war eine Kryogenströmungsrate
von etwa 450 kg/h erforderlich, was ein Verhältnis von Flüssigkeit
zu Produkt von 1,55 für
die Steigerung um zusätzliche
Gefrierkapazität
ergibt.
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Es
wurde festgestellt, dass die mittlere Lufftemperatur innerhalb des
Gefrierergehäuses,
wenn das drehzahlvariable Gebläse 26 mit
20 Hz lief –37°C betrug,
und während
der Zeitperiode, wenn das Gebläse
abgeschaltet war, betrug die mittlere Lufttemperatur etwa –35°C. Dies zeigt,
dass der von der Sprühzone
hergeführte
verdampfte Kryogen die zirkulierende Luft um etwa 2°C abkühlte.
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Während dieser
Versuche gab es keine Anzeichen eines Rücklaufs im Wärmetauscher
oder Verdampfer während
irgendeines der Produktversuche, und es gab minimale Anzeichen von
Eisaufbau im Gefrierer.
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Das
Gerät und
die Verfahren nach der Erfindung bieten signifikante Vorteile, nämlich vergrößerten Durchsatz
an zu gefrierendem Produkt, eine Verringerung der Gefriereranfahrzeiten,
sie bewältigen Änderungen
der Umgebungstemperatur, sie ermöglichen
ein effektives Ansprechen des Gefrierers auf Steigerungen des Produktspitzenbedarfs,
eine Verringerung der Dehydrierungsverluste, und es sind geringe
Kapitalkosten zum Nachrüsten
eines existierenden mechanischen Gefrierers. Obwohl oben im Zusammenhang
mit dem Gefrieren von Nahrungsmittelprodukten beschrieben, ist es
für den
Fachmann offensichtlich, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung
gleichermaßen
auf andere Produkte als Nahrungsmittelprodukte anwendbar sind, die
in großen
Anzahlen in einem kontinuierlichen Prozeß zu gefrieren sind. Während für den Kanal
rostfreier Stahl wegen seiner thermischen und Hygienequalitäten in Nahrungsmittelanwendungen
bevorzugt wird, können
andere Materialien bei Gefriersystemen für Nichtnahrungsmittel geeigneter
sein.
