DE8223912U1 - Vorrichtung zum kuehlen von losen produkten - Google Patents

Description

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DrVDie't'eY Weber Klaus Seiffert

Patentanwälte

Dlpl-Cbem. Dr. Sister Welter · Dlpl—Pbya. KIbUb Selftert Po.tf.oh O14JJ . 0200 Wiesbaden

Deutsches Patentamt' Zweibrückenstr.

8000 München

D-6200 Wiesbaden 1

Telefon 00121/872720

TalasTuimadreBs

Τβ1βχι4-1ββ247

Bank: Dresdner B«nk AO,Wie»b»den. Konlo-Nr. 87ββΟ7ΟΟ (BLÄ 0IOBOO0O)

Serie 2505

23. August 19'82 Sf/Wh

L'Air Liquide, Societe anonyme pour

I¹Etude et 1'Exploitation des Procedes

Georges Claude", 75, Quai d'Orsay,

F-75321 Paris

Vorrichtung zum Kühlen von losen
Produkten

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Priorität; Französische Patentanmeldung Nr. 81.17.156 vom
10. September 1981 '

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-20 Die Neuerung betrifft die Kühlung von losen Produkten.

lang hat man unterschiedliche Kühlmittel für .lose Produkte vorgeschlagen, die im allgemeinen aus thermisch isolierten Tunneln bestehen, denen Kühlmittel zugeordnet sind, z.B. die Einspritzung eines Tieftemperaturfließmittels und/oder

25 ein oder mehrere Transportbänder für' die losen Produkte,

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die an einem Ende des Bandes ausgeschüttet und am anderen Ende im gekühlten Zustand wieder aufgefa'ngen werden. Wenn man nur ein Transportband verwendet, kann man eine wirksame Kühlung nur bezüglich des oberen Bereiches der auf dem Band befindlichen Schicht des losen Produktes sicherstellen, und man kann in den meisten Fällen nicht mit einer in die Tiefe gehenden thermischen Verteilung rechnen; denn die fraglichen Produkte befinden sich im allgemeinen untereinander nicht in ausreichendem Kontakt und besitzen darüberhinaus eine schlechte innere Wärmeleitfähigkeit. Wenn es sich um Nahrungsmittel handelt, ist es nicht selten, daß sie / dann, wenn sie mehr oder weniger feucht sind, am Band haften, wodurch sie im Verlaufe ihres Auffangens am Tunnelende beeinträchtigt werden. Zur Ausschaltung dieser Nachteile ist bereits die Verwendung von Tunneln mit mehreren Bändernvorgeschlagen worden, die durch ihre Anordnung auch das Umwenden der losen Produkte auf sich selbst erlauben. Diese Anordnungen bzw. Einrichtungen sind absr kompliziert und teuer und erlauben überdies nicht die Beseitigung der schlechten eigenen Leitfähigkeit der Produkte.

Man hat auch schon die Schaffung von Transportvorrichtungen bis hin zum Eintauchen in ein Tieftemperaturfließmittelbad vorgeschlagen, wodurch ein thermischer Transport der Kältev 25 energie in der ganzen Schicht ermöglicht wird. Diese Art Tunnel hat aber einen schlechten thermischen Wirkungsgrad, so daß der Hauptteil der Temperaturabsenkung durch die latente Wärme der Zustandsänderung des Tieftemperaturfließmittels sichergestellt ist, welches im allgemeinen flüssiger Stickstoff ist.

Man hat auch schon Einrichtungen vorgeschlagen, bei denen man ein Fließfähigmachen der losen Produkte mit einem Gas sicherstellt, welches ein Tiefsttemperaturgas sein kann. Hier stößt man sich aber an den Nachteilen, die mit dem Prinzip der Fluidisierung bzw. dem Fließfähigmachen verbunden sind, wobei eine bestimmte Größe der fließfähig zu machenden Produkte verlangt wird. Dies schließt den größten

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Teil der Nahrungsmittel aus, außer wenn man sie in Teilchen mit einem Durchmesser von kleiner als 10 mm verkleinert.

Man hat auch schon die Verwendung einer Trommel vorgeschlagen, die für eine axiale Drehung angeordnet ist, mit einem Antriebsmotor, einem thermisch isolierten, umschlossenen Raum länglicher Form nach einer Trommelachse und mit diese einhüllenden Einspritzmitteln für ein Kühlfließmittel, im allgemeinen Kohlensäureschnee bzw. Trockeneis, und mit ga.sfÖrmigen Zirkulationsmitteln im Inneren des umschlossenen Raumes, aber der Aufbau der Apparatur und ihr Betrieb ver- / \ halten sich so, daß der thermische Wirkungsgrad äußerst mangelhaft ist, während die Apparatur selbst sehr kostspielig ist.
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Aufgabe der Neuerung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Kühlen, mit welcher die Möglichkeit geschaffen wird, die fortlaufende Tiefkühlung von Nahrungsmitteln sicherzustellen oder allgemein die Kühlung von Nahrungsmitteln oder industriellen losen Produkten mit einem besonders wirksamen thermischen Übergang in der Schicht der Produkte sicherzustellen, in der man alle Arten von Produkten behandelt, unbeachtlich ihrer Maße, Dichte und/oder thermischen Leitfähigkeit, bei welcher diese Unterkühlung derart schnell und \.) 25 tiefgreifend erfolgt, ohne daß deswegen ein Verkleben der Produkte, ein Abrieb oder eine andere mechanische Beeinträchtigung entsteht.

Bei der neuerungsgemäßen Kühlvorrichtung für die losen Produkte mit Drehtrommel, wie sie oben erwähnt wurde, sieht man die Kombination der zwei folgenden Maßnahmen vor:

a) Der umschlossene Raum ist läng.s in zwei längliche Abteile unterteilt, und zwar durch Wände, die sich in Berührung mit dieser Trommel in am Umfang beabstandeten Zonen erstrecken, und mindestens eine dieser Wände weist einen Durchgang auf, in welchem ein Gaszirkuliermittel angeordnet ist.

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b) Die Trommel weist über ihre ganze zylindrische Seitenwand verteilte Perforationen auf. '

Quer durch die Schicht, welche durch die Drehung der Trommel durchrührt wird, erlaubt die Kombination dieser Maßnahmen den Erhalt einer großen gasförmigen Zirkulation oder Umwälzung, ohne daß man deswegen eine Fließfähigkeit erreicht, die unerwünscht ist. Auf diese Weise stellt man eine schnelle Kühlung loser Produkte sicher, gegebenenfalls eine schnelle Tiefkühlung von losen Nahrungsmitteln, im wesentlichen durch Konvektion quer durch die Produktschicht, und { Λ man kann somit jede Produktart behandeln, unbeachtlich ihrer Form, Maße und Eigenschaften. Durch das Umrühren infolge * des Umwendens der Produkte stellt man eine bessere Tempera-

turhomogenisierung im Inneren der Produktschicht sicher und vermeidet gewißlich Anhaftungen und andere nachteilige Beeinträchtigungen für die gute Qualität der Produkte.

Neuerungsgemäß ist auch ein Kühiverfahren für lose Produkte zweckmäßig, bei welchem die zu kühlenden Produkte an einem Ende einer Drehtrommel ausgeschüttet und die gekühlten Produkte am anderen Ende aufgefangen werden, and zwar mit Umwälzung eines Kühlgases quer durch die Hasse der losen Produkte, mit dem Kennzeichen, daß die Umwälzung des Kühlgases

^ί: ·' 25 mit einem Gaskreislauf gebildet wird, der in seiner Gesamtheit die Trommel in einer allgemeinen Richtung durchquert, die senkrecht zur axialen Trommelrichtung liegt.

Die Merkmale und Vorteile der Neuerung ergeben sich im übrigen aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kühlvorrichtung gemäß der Neuerung,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht nach der Linie II-II der

Fig. 1 und
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III

der Fig. 1.

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Nach den Figuren weist die Kühlvorrichtung in einem geschlossenen Raum 1, der thermisch isoliert ist und längliche, parallelepipedische, rechteckige Form hat, eine Trommel
mit horizontaler Achse 2 auf, die auf einer Seite durch

ein Lager 3 an einer Wand 4 des umschlossenen Raumes und
am anderen Ende durch einen Endflansch 8 auf einer Welle
5 in einem Lager 6 angebracht ist, wobei sich die Welle
5 nach außerhalb des umschlossenen Raumes 1 erstreckt und
ein Antriebsmittel aufweist, von dem nur ein Zahnrad 7 dar-

gestellt ist. _i;-

r Auf der Seite des Lagers 3 und quer durch die Wand 4 des t

umschlossenen Raumes erstreckt sich eine Ablauf rinne 10, 'i

welche die fortlaufende Zufuhr loser Produkte erlaubt. An §

der anderen Wand 11 des Innenraumes gegenüber ist eine Vor- |

richtung zum dauernden Auffangen von behandelten Produkten f

angeordnet, die eine Abzugsrinne 12 unterhalb des Trommelzy- j

linders 2 aufweist, der gegenüber einem eingeengten zylin- H drischen Teil 13 angeordnet ist, der mit der Trommel 2 eine

Einheit bildet. Dieser eingeschnürte zylindrische Teil 13 i hat am Umfang eine oder mehrere begrenzte Öffnungen 14 der- | art, daß an jedem Durchgang der Öffnung 14 vor dem oberen J Ende bzw. der Mündung der Rinne 12 loses Produkt in diese .fr-Rinne 12 ablaufen kann. Die Trommel 2 ist auf ihrer ganzen f

ν 25 zylindrischen Wandung 15 mit einer sehr großen Zahl von fc

länglichen Perforationen 16 perforiert, deren großes Maß ;-

in Umfangsrichtung der Trommel verläuft und deren kleinstes ;

Maß parallel zur Trommelachse liegt. An der Ablaufrinne I

12 ist ein Zerstäubungsrohr für flüssigen Stickstoff 17 i

angebracht, welches sich in das Innere des umschlossenen |'

Raumes erstreckt und mit einer nicht dargestellten Quelle I

für Stickstoff unter Druck verbunden ist. |

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Der umschlossene Raum 2 ist in seinem Inneren durch einen §;

Satz von Wänden unterteilt, der eine Vertikalwand 20 auf- \

weist, die in geringem Abstand von der Seitenwand 21 des £

umschlossenen Raumes und in einer ausreichenden Höhe derart X

angeordnet ist, daß sie die Höhe der Welle 22 der Trommel \

-δ-2 weit überragt. Auf der Höhe dieser Welle 22 weist die Wand 20 eine horizontale Verlängerung 23 auf, die mit einem Kontaktarm 24 bzw. auch mit einer Bürste versehen ist, der bzw. die mit der Außenwand der Trommel 2 in Berührung kommt, während in einer am Umfang im Abstand befindlichen Zone längs der Trommel 2 eine zweite Wand 25 vorgesehen ist, die sich von der Seitenwand 26 des umschlossenen .Raumes in Form eines Blattes erstreckt und si< h mit sanfter Reibung gegen die Außenwand der Trommel 2 in Drehrichtung F der Trommel anlegt.

χ Die vertikale Wand 20 weist eine Öffnung 30 auf, in welcher ein Kranz mit Schaufeln 31 eines Gebläses 32 angeordnet ist, dessen Motor bei 33 dargestellt ist. Eine rand- oder I ringförmige Tülle 34 sichert die Dichtigkeit des umschlossenen Innenraumes nach außen hin.

Somit ist also eine Unterteilung des umschlossenen Raumes 1 in zwei längliche Abteile 40 und 50 vorgesehen, wobei

S das Abteil 40 den Fluß des Gases aufnimmt, welcher durch ^rr den Kranz 31 des Gebläses 32 angetrieben ist und das Gebläse zur Trommel 2 hin durchquert, und zwar gemäß dem angebotenen Querschnitt zwischen de ι Kontaktarm 24 bzw. der Bürste 24 und dem Ende der Wand 25. "

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Im Betrieb werden also die losen Produkte 60, die kontinuierlich durch die Rinne 10 ausgeschüttet und f ort-lau-f^nd durch die Abzugsrinne 12 aufgefangen werden, im Verlaufe der Drehung der Trommel in Form einer Schicht angeordnet, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist. Diese Schicht erstreckt sich praktisch vom Ende des Kontaktarmes 24 bzw. der Bürste bis zum Ende der Wand 25. Mit dieser Vorrichtung | durchquert der gesamte durch die Schaufeln 31 des Gebläses . f 32 umgewälzte Gasstrom die losen Produkte, die gleichzeitig wiederholten Umwendebewegungen unterworfen werden. Das Kon- « vektionsgas wird durch flüssigen Stickstoff gekühlt, welcher " durch das Rohr 17 eingespritzt wird, und man hat an einer geeigneten Stelle ein Überdruckventil vorgesehen, das den

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-Τ Ι Überschuß an Gas in die Atmosphäre abgibt, welcher sich

aus der Zufuhr von flüssigem Stickstoff ergibt. Das Kühlgas, . welches die Schicht der Produkte im Verlaufe der Kühlung durchquert hat, entweicht durch die andere Wand der Trommel und wird erneut von dem Abteilkanal 50 durch das Gebläse 32 angesaugt, welcher zwischen der Wand 20 und der Wand 21 des umschlossenen Raumes angeordnet ist. Wie man aus Fig. 1 sieht, gibt es vorzugsweise mehrere Gasumwälzmittel, wie z.B. 32 und 32', um im wesentlichen eine Quer umwälzung des Kühlgases zu erhalten. Die Anzahl der Umwälzeinrichtungen, wie z.B. der Einrichtungen 32 - 32', ist umso größer, /\ je langer der Tunnel ist. Man könnte auch jedes Gebläse in einem speziellen Abteil anordnen wegen der Anordnung der Querwände, wie z.B. in Fig. 1 bei 7Ü dargestellt ist, die jede Kammer 40, 50 in zwei Querkammern 40' - 40'' und 50' - 50'' aufteilt. In diesem Falle muß die Anordnung des Stickstoffeinspritzrohres 17 an der Produktentnahmesexte vorgesehen t,ein, um somit eine Bewegung des Kühlgases im Gegenstrom zur Verschiebebewegung der Produkte in der Kühltrommel 2 sicherzustellen.

Nach der bevorzugten Ausführvingsform haben die ovalen Perforationen in Umfangsrichtung eine Erstreckung, wodurch sich insofern ein großer Vorteil ergibt, als der Kontaktarm bzw. \) 25 die Bürste 24 somit leicht die fortlaufende Reinigung sicherstellen kann und som^t jegliche Verstopfung durch Partikel der losen Produkte vermeidet. Dieser Kontaktarm 24 bzw. die Bürste dient auch nicht nur dieser fortlaufenden Säuberung, sondern stellt auch eine ausreichende Dichtigkeit sicher, damit der Hauptgasfluß durch die in der Trommel 2 angeordneten Produkte hindurchgeht.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß die Breite der ovalen Löcher 16 der Größe des zu kühlenden Produktes angepaßt ist, wobei die Länge mindestens das Dreifache der Breite betragen muß, um eine gute Wirksamkeit der Entfrostungsbürste 24 zu ermöglichen.

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f\ 1 Der Grad der optimalen Perforation der Zylinderwand liegt zwischen 30 -und 50 %, wobei zur Erreichung des Zieles folgende Bedingungen in Einklang gebracht sein müssen:

§ ■ 5 - Sowohl der mechanische Widerstand der Siebtrommel,
- als auch die Beladungsverluste, die mit einer guten Verteilung des Gases, aber ohne Überschuß verträglich sein ' müssen, der sonst zu einem Überverbrauch des Gebläses

an Energie führen würde.
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Die Drehzahl der Trommel 2 muß ein ausreichendes Umrühren

_t \ des Produktes erlauben, ohne jedoch zu einer Zentrifug.i erwirkung zu führen. Eine Drehzahl! von 10 bis 50 U/Min, ent-

^: spricht diesen Anforderungen. Die Verteilung des Produktes

in der Trommel 2 geschieht auch mit diesem Umrühren, wodurch unter anderem der Transport erleichtert wird.

Die Aufenthaltsdauer der Produkte in der Trommel hängt von dem Betrieb ab, den man durchzuführen wünscht. Er steht in direkter Beziehung mit den physikalischen Eigenschaften des Produktes. Die Einrichtung bzw. Anpassung der Aufenthaltsdauer kann durch die zwei folgenden Techniken realisiert werden:

y 25 - Die Neigung der Trommel. Beispiel: Eine "steigende" Neigung von 5 cm/m linear erlaubt die Verdoppelung der Aufenthaltsdauer .

- Das Anordnen einer kreisrunden Verschlußvorrichtung am Ausgang der Trommel, die eine Schwelle, schafft und somit die Vergrößerung der Aufenthaltsdauer des Produktes erlaubt.

Das Gebläse, die Ventilation bzw. die Belüftung, muß in der Größenordnung von 2 bis 5 m/Sek. liegen, um einen guten Wärmeübergangskoeffizienten zu erhalten, während man eine annehmbare Ventilationsenergie aufrechterhält.

Die Gesamtventilationsleistung ergibt sich also in diesem

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Falle zu 5 bis 10 W/kg eines tiefzukühlenden Nahrungsmittelproduktes, welches die geometrische Form eines'Würfels .mit einer Kante von 7 mm hat.

Man kann auch jedes andere Kühlmittel verwenden.

Die Neuerung wird insbesondere für das Tiefgefrieren von losen Produkten angewendet, und insbesondere festen landwirtschaftlichen Produkten verhältnismäßig kleiner Maße, wie z.B.ί

/ - Ganze Pilze, in Scheiben, in Würfeln,

- Erbsen,

- Karotten in Scheiben,
- grüne Bohnen,

- in Scheiben oder Würfel geschnittene Kartoffeln,

- rote Früchte, insbesondere Erdbeeren, Heidelbeeren, schwarze Johannisbeeren, Johannisbeeren.

Die Neuerung wendet sich aber auch auf die Anwendung des Kühlens jedes anderen losen Industrieproduktes, wie z.B. zu versprödender oder abzugratender Stücke.

Die Neuerung richtet sich auf ein Verfahren zum Kühlen von V 25 losen Produkten, bei welchem die kühlenden Produkte an einem Ende einer Drehtrommel ausgeschüttet und am anderen Ende die gekühlten Produkte aufgefangen werden, mit Umwälzung eines Kühlgases quer durch die Masse des losen Produktes _t mit dem Kennzeichen, daß die Umwälzung des Kühlgases in einem Gasstrom gebildet wird, welcher insgesamt durch diese Trommel in einer Richtung hindurchgeht, die im allgemeinen senkrecht zur axialen Trommelrichtung ist. Dieses Kühlverfahren ist vorteilhaft weiter dadurch ausgestaltet, daß der Gasstrom die Trommel im aufsteigenden Sinne durchquert.

Weiter ist es hierbei zweckmäßig, wenn nach der Neuerung die Vorrichtung und das Verfahren beim Tiefgefrieren von Lebensmitteln angewendet werden.

Claims (5)

1. lJ Vorrichtung zum Kühlen von losen Produkten mit einer Trommel, die zur axialen Drehung angeordnet ist, mit einem Antriebsmotor für die Trommel, einem thermisch isolierten, umschlossenen Raum länglicher Form gemäß der Achse der Trommel, wobei die Kühlmittel die Trommel einhüllen, z.B. durch Einspritzen eines Kaltefließmittels in den umschlossenen Raum hinein, und die Gasumwälzmittel im Inneren des umschlossenen Raumes die Trommel umhüllen, , ■ gekennzeichnet durch die Kombination der zwei folgenden Maßnahmen:

   a) Der umschlossene Raum ist längs in zwei Längsabteile durch Wände unterteilt, die sich xn im wesentlichen dichter Berührung mit der Trommel erstrecken, und zwar in am Umfang im Abstand angeordneten Zonen, wobei mindestem eine Wand einen Durchgang aufweist, in welchem ein Gasumwälzmittel angeordnet ist;

   b) die Trommel weist auf ihrer gesamten zylindrischen Seitenwand verteilt Perforationen auf.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, j daß die Wand in im wesentlichen dichter Berührung mit : O 25 der Trommel einen länglichen Kontaktarm bzw. eine Bürste

   (24) in Längsberührung mit der Trommel aufweist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen der Trommel in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung als in Axialrichtung der Trommel ί haben.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Oberflächenverhältnis der Perforationen zur Seitenoberfläche der Trommel zwischen 30 % und 50 % liegt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch· gekennzeichnet,

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   Ι 1 daß der umschlossene Raum quer in so viele Querabteile

   unterteilt ist, wie dort Gasuirtwälzmittei vorhanden sind.

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