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Verfahren zum Herstellen einer Wärme- oder Kältequelle mittels fester,
flüssiger oder gasförmiger Stoffe, insbesondere zum Kühlen oder Gefrieren von Nahrungsmitteln
Um verschiedene Erzeugnisse, wie z. B. Nahrungsmittel, auf eine bestimmte hohe oder
niedrige Temperatur zu bringen und sie in diesem Zustand zu konservieren, insbesondere
um Nahrungsmittel, wie Fisch, Fleisch, Gemüse oder Obst, zu kühlen oder zu gefrieren,
benutzt man verschiedene Verfahren und Mittel, die mittelbar oder unmittelbar auf
die zu behandelnden Erzeugnisse einwirken, um sie durch einen mehr oder weniger
langen Wärmeaustausch auf die gewünschte Temperatur zu bringen.
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Was das Kühlen betrifft, so ist das älteste und weitverbreiteste Mittel
Eis oder Schnee, das den Wärmeaustausch durch direkte oder indirekte Berührung herbeiführt,
wenn das zu behandelnde Erzeugnis eine genügend lange Zeitspanne in dem mit Eis
bzw. Schnee gefüllten Apparat oder Raum verbleibt, bis die gewünschte Temperatur
des Erzeugnisses erreicht ist.
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Wünscht man Erzeugnisse, insbesondere Lebensmittel, zu gefrieren,
so kennt man verschiedene Verfahren, die alle dadurch gekennzeichnet sind, daB man
die Erzeugnisse so lange in den Gefrierapparaten beharren läßt, bis das völlige
bzw. teilweise Gefrieren der Erzeugnisse, z. B. Lebensmittel, eingesetzt hat. Im
allgemeinen, was das Gefrieren von Fisch, Fleisch, Gemüse oder Obst betrifft, schwankt
die Gefrierzeit, die von der zu
gefrierenden Masse, seiner spezifischen
Wärme und des angewandten Temperaturunterschiedes mit dein zu gefrierenden Erzeugnis
abhängt, von 3 bis 12 und mehr Stunden.
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Alle Gefrierverfahren können in zwei Gruppen eingeteilt werden, solche,
in denen man die Erzeugnisse, z. B. Lebensmittel, in einen Raum bringt, in dem stark
gekühlte Luft frei oder künstlich zirkuliert, was jedoch mit einer unvermeidlichen
Austrocknung, Gewichtsverlust und Oxydation der zu behandelnden Lebensmittel verbunden
ist, und solche, die als Kälteträger Sole benutzen.
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Endlich sind weiter sogenannte Soleverfahren bekannt, in denen das
zu behandelnde Erzeugnis entweder direkt in die Sole getaucht wird, wodurch es in
den meisten Fällen einen bestimmten Solegehalt aufnimmt, oder erst in eine metallische
Packung eingebracht wird, auf die dann die kalte Sole einwirkt. In diesem Fall findet
der Wärmeaustausch unter Zwischenschaltung der Packung statt, und da letztere nur
selten vollkommen mit dem zu behandelnden Erzeugnis in Berührung ist, so entstehen
einige Luftkissen, die sich auf die Wärmeübertragung hindernd auswirken.
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Sämtliche obengenannten Verfahren bedürfen einer wesentlichen Arbeitskraft
und in den meisten Fällen einer eigenen Packung für jedes Erzeugnis. Im Hinblick
auf Fische können sie praktisch nur auf festem Land ausgeführt werden, also nur
bei toten, nicht mehr sehr frischen Tieren. Die dazu nötigen Einrichtungen sind
voluminös, schwer und teuer und stellen im allgemeinen Zwillingsbetriebe dar, deren
einer zur Erzeugung der Kälte und ihrer Übertragung auf den benutzten Kälteträger,
wie Luft, Sole usw., und deren anderer zur Kälteübertragung vom Kälteträger zum
zu behandelnden Gegenstand dient.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
Kälte- oder auch einer Wärmequelle mittels fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe
sowie auch eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens zum Kühlen oder Gefrieren von
Nahrungsmitteln mittels einer erfindungsgemäßen Kältequelle.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen dieser eine Kälte- oder
Wärmequelle bildenden Stoffe ist dadurch gekennzeichnet, daß ein feinverteilter
fester Körper oder eine Flüssigkeit oder ein Ga.; er. einen Trägerstoff, im Fall
einer Kältequelle ein trockenes, schwer verflüssigbares Trägergas eingeführt wird,
das im Fall der Einführung einer Flüssigkeit durch seine zwischen ioo und Zoo m/sec
gelegene Geschwindigkeit eine Zerstäubung der Flüssigkeit in feine Tröpfchen von
der Größe eines ,li hervorruft. Der Trägerstoff weist gegenüber dem eingeführten
Stoff einen solchen Temperaturunterschied auf, daß er im Augenblick den feinverteilten
festen Körper auf die gewünschte hohe Temperatur bringt oder augenblicklich das
eingeführte Gas oder die Tröpfchen zu einzelnen Körnchen erstarrt und sie zugleich
auf eine niedrigere Temperatur von ungefähr -7o bis -2oo° bringt. Alsdann werden
die abgekühlten oder erwärmten kleinen festen Körperteilchen oder die erstarrten
und stark abgekühlten Körnchen vom Trägerstoff getrennt, um die herzustellende Kälte-
oder Wärmequelle zu bilden.
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Der Wärmeaustausch zwischen dem Trägerstoff und dem in ihn eingeführten
Körper erfolgt fast augenblicklich und fast ohne Wärmeverlust.
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Anstatt `'Wasser, Sole oder Sirup kann man in den trockenen, rasch
strömenden und kalten Trägerstoff ein leicht erstarrendes Gas, z. B. Kohlensäure,
einführen, wobei letzteres eine Zustandsänderung erfährt und in der Form von einzelnen
kalten Körnchen erstarrt, die, einmal dem Trägerstoff entzogen, leicht zu handhaben
sind. Die einzige Bedingung, die dabei berücksichtigt werden muß, ist, daß die Temperatur
des Trägerstoffes an der Stelle, wo das Gas eingeführt wird, niedriger ist als der
Erstarrungspunkt dioses Gases.
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Ist die erfindungsgemäße Wärmequelle durch Einführung eines festen
Stoffes hergestellt, so besteht letzterer vorzugsweise aus einem feinverteilten
Metall, wie Barium oder Aluminium.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Erwärmen oder Abkühlen
bzw. Gefrieren eines Erzeugnisses, insbesondere eines Nahrungsmittels, wie Fisch,
Obst, Fleisch usw. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der die erwärmten,
feinverteilten Körperchen bzw. die erstarrten und stark abgekühlten, ungefähr i
!i großen Körnchen mitführende Trägerstoff einem das zu erwärmende bzw. abzukühlende
Erzeugnis enthaltender, Behandlungsraum zugeführt wird. In diesem werden die erwärmten
Körperchen bzw. die stark abgekühlten Körnchen auf mechanischem oder elektrischem
Wege vom Trägerstoff abgeschieden, so claß sie sich auf den zu behandelnden Erzeugnissen
festsetzen und um diese eine völlig anhaftende, dünne, dichte, isolierende und elastische
Hülle bilden. Das so umhüllte, seine Anfangstemperatur noch besitzende Erzeugnis
wird aus dem Behandlungsraum herausgefördert und alsdann bei einer zur Erhaltung
dieser Hülle geeigneten Temperatur in einem Lagerrauen aufbewahrt. Die dünne, nur
einige Millimeter dicke Hülle besitzt eine genügende thermische Kapazität, um das
umhüllte Erzeugnis außerhalb des Behandlungsraumes auf die gewünschte Temperatur
zti bringen.
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Soll z. B. ein io cm dicker Tisch von einer Temperatur von z. B. i5°
auf eine unmittelbar unter o° gelegene Temperatur gebracht «erden, so genügt es,
diesen Fisch mit einer 5 min dicken Hülle zu beschicken, zu deren Herstellung Körnchen
angewandt worden sind, deren Temperatur man auf -ioo° gebracht hat. Dabei hat der
mit dieser Hülle beschickte Fisch heim Herausnehmen aus dem Behandlungsraum noch
praktisch seine Ausgangstemperatur und wird im Lagerraum, unter der alleinigen Wirkung
der die Kältequellen bildctiden Hüllen, auf die gewünschte Temperatur gebracht.
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Da das eigentliche Gefrieren des Fisches ausschließlich durch die
Hülle bedingt ist und außerhalb des Behandlungsrahmes stattfindet, so braucht der
Fisch nur eine ganz kurze, zum Beiden der Hülle
| notwen(li;@c Zeit in diesem Raum zu verweilen, so |
| daß dadurch (las Verfahren viel wirtschaftlicher ist |
| als die bis heute bekannten Verfahren, bei denen |
| ein solches Verweilen bis zum vollständigen Ge- |
| frieren notwendig ist und eine solche Ausstattung |
| einer Gefriereinrichtung gestattet. bei der ein un- |
| aufhörliches und nicht von der Kapazität des Ge- |
| frierraumes bedingtes Arbeiten möglich ist. |
| Eine solche Einrichtung besitzt einen Gaskom- |
| pressor und eine durch diesen Kompressor be- |
| schichte Turbine. in der das Gas sich entspannt, |
| wobei die dadurch erzeugte .Xrl>eit auf den Kom- |
| pressor rückgewonnen «-erden kann. Die Ausfluß- |
| seite der- Turbine ist mit einem Schneckengehäuse |
| ver.schen, welches eine Düse besitzt, in welcher das |
| als Trägerstoff dienende Gas seine höchste Cie- |
| schwindigkeit und niedrigste Temperatur erreicht. |
| Diese: Düse bildet einen Injektor, mittels welchem |
| (nie Stoffe in (las Gas eingeführt werden, die später |
| die K:ilte(luelle bilden. Durch eine Rohrleitung wird |
| das reit den kalten Körnchen durchsetzte Gas in |
| den Behandlungsraum geleitet, in welchem die |
| Körnchen vorn Gas abgeschieden werden. Eine |
| Rückleitung verbindet diesen Behandlungsraum mit |
| dem Kompressor. Zwischen dem zum Kompressor |
| aus dein Behandlungsraum einerseits und dem aus |
| denn Kompressor zur Entspannungsturbine strö- |
| menden Gas ist ein Wärmeaustauscher eilige- |
| schaltet. |
| Einte :\ttsfiihrung einer solchen Einrichtung wird |
| all Hand der "Zeichnung näher erläutert, und zwar |
| zeigt |
| Abb. i einen schematischen Anblick mit senk- |
| rechtem Schnitt durch die Behandlungskammer und |
| Abb. 2 einen Querschnitt durch Linie II-II von |
| Abb. i. |
| 1n der Abh. i ist mit i ein Motor bezeichnet, der |
| einen Kompressor 2 antreibt. Der Kompressor 2 |
| l)(escliickt durch die Leitungen 3, 1 eine schematisch |
| in #3 dargestellte und mit nicht dargestellter Be- |
| schaufeln itg versebene Turbine. Die vorn Kompres- |
| sor 2 verdichtete Luft entspannt sich in der Tur- |
| bine, indem sie eine gewisse Arbeit leistet, die man |
| zum Antrieb eines gestrichelt dargestellten Dynamo |
| verwenden kann oder die auch auf der Welle des |
| ;Motors i wieder-eNvonnen werden kann. |
| Die Turbine ;ist mit einem Schneckenausgangs- |
| gehättse 7 versehen. (las eilte Düse 8 enthält, in der |
| (las aus der Turbine austretende Gas seine höchste |
| Geschwindigkeit und seine niedrigste Temperatur |
| erreicht. |
| Mit 9 ist ein Injektor bezeichnet. In Gien raschen |
| und kalten Gasstrom, der all dieser Steile eine Ge- |
| schwindigkeit voll ungefähr Zoo bis 200 m/sec und |
| eine Temperatur v011 -70 bis -200° hat, wird der |
| Ausgangsstoff zur Bildung der kalten Wärmequelle |
| eingeführt. |
| Die Düse 8 ist durch die Leitung io mit denn |
| Behandlungsraum 13 verbunden, der seinerseits |
| mittels der Leitung i i mit dem Kompressor 2 in |
| Verbindung stellt, wobei ein Wärmeaustausch- |
| appürat 12 einerseits durch die vom Kompressor 2 |
| zur Turbine 5 verdichtete Luft und anderseits durch |
die vom Kompressor 2 aus der dem Behandlungsraum 13 lierausgesatigten Luft durchflossen
wird.
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Der Behandlungsraum 13 ist als ein zylindrisches Gehäuse 2o ausgestattet,
in dessen Achse eine hohle, mit Öffnungen 21 versehene feste Welle 22 gelagert ist,
wobei diese hohle Welle 22 an der Leitung io angeschlossen ist.
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Ferner ist zwischen der Rückleitung i i und der Leitung io eine Abzweigleitung
15 vorgesehen, welche mit zwei Gashähnen 16 und 17 in der Art versehen ist, daß
es möglich ist, unter Ausschaltung des Behandlungsraumes 13 das aus der Turbine
5 tierausströmende Gas direkt durch den Wärmeaustausclia.pparat 12 wieder vom Kompressor
2 anzusaugen.
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In Abb. 2 findet man das zylindrische Gehäuse 20, welches oben eine
Einlaßklappe 23 und unten eine Etrtleerlingskiahpe 24 besitzt. Auf der festen hohlen
Welle 22 ist eine zweite Welle 25 drehbar gelagert, die mit Längswänden 26, 27,
28, 29 USW. versehen ist, so daß Behandlungskammern 30, 31, 32, 33 usiv.
entstehen, wobei jede dieser Kammern durch eine Zuführungsöffniln.- 34, 35, 36,
37 usw. in der Welle 25 mit (lern durch die Welle 22 gebildeten Zuführungskanal
in Verbindung stellt.
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Aus Abb.2 ist leicht ersichtlich, daß beim Antrieb der Welle 25 durch
einen nicht dargestellten Elektromotor die zusammenarbeitenden Wellen 22 ttnd 25
einen Verteiler für das durch die Welle 22 strömende Gas bilden, das auf sehr niedrige
Temperatur herabgesetzte Körnchen mit sich führt.
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Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist die folgende: Beim Anlassen
steht die Welle 25 still, und die Hähne 16 und 17 werden in die Stellungen gebracht,
in denen die Leitung 15 unter Ausschließen des Behandlungsraumes 13 die Leitung
io direkt mit der Leitung i i verbindet. Während der Atilaßz:2it wird in das aus
der Turbine 7 strömende Gas bei 9 kein zur Bild-ing der kalten Körnchen gewählter
Stoff eingeführt.
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Dies vom KDmpressor ausströmende Gas fließt irn geschlossenen Kreis
vom Kompressor durch die Leitung 3, den Wärmeaustauschapparat 12, die Leitung.I,
die Turbine 5, das Ausgangsschneckengehäuse 7, die Düse 8, den Hahn 16, die Leitung
i5, . den Schieber 17, die Leitung i r, den Wärnieaustauschapparat 12 und wieder
zum Kompressor, wobei die Temperatur dieses Gases durch Entspannung in der Turbine
5 unter Arbeitsleistung bis zum gewünschten Grad gesenkt wird.
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Es ist natürlich klar, daß das vom Kompressor angesaugte Gas durch
eine nicht dargestellte Luft-oder Wasserkühlanlage gekühlt wird, sei es während
oder nach seiner Kompression, um dem adiabatisch komprimierten Gas die Kompressionswärme
zu entziehen.
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Findet die Abkühlung während der Kompression statt, so kann sie zwei
verschiedene Wärmestufen betragen, die schematisch mit T' und T" rechts
am Kompressor angedeutet sind.
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Ist die Temperatur des Gases in der Düse 8 auf -7o bis -200° gesenkt,
so werden die Häline 16 und 17 umgeschaltet und der Behandlungsraum 13
eingeschaltet.
Man führt bei 9 den für die Erzeugung der Körnchen gewählten Stoff in das rasche,
stark abgekühlte Gas ein, so daß dieser Stoff, z. B. Wasser, Sole, Sirup od. dgl.,
durch die Geschwindigkeit des Gases sofort in kleine, ungefähr i ii große Tröpfchen
aufgeteilt wird, die sofort im Gas eine Suspension bilden. Da dieses Gas auf eine
sehr niedrige Temperatur gebracht werden ist, so erstarren die suspendierten Tröpfchen
durch einfachen Wämeaustausch mit dem Gas, welches die geformten Körnchen durch
die Leitung io und die hohle Welle 22 in die Kammern 30 usw. mitnimmt; dabei
erfährt das Gas einen Geschwindigkeitsabfall, so daß die Körnchen sich dusch die
einf-"ehe Schwerkraft niederlassen, während das Gas durch die Öffnungen 41 und 42
den Behandlungsraum verläßt und durch die Lcititng 11 vom Kompressor 2 angesaugt
wird.
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Ist kein zu behandelndes Erzeugnis lizw. -Nahrungsmittel in die Kammern
30. 31 usw. eingeführt, so dienen die letzteren zum Anhäufen von Körnchen zum Bilden
eines Kältespeichers.
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Soll diese Einrichtung zum Gefrieren von z. B. Fischen dienen, so
wird die Welle 25 angetrieben und in jede der Kammern 30 usw. ein oder mehrere
Fische durch die Klappe 23 eingeführt. Während des Wunderns der Kammer 30, z. B.
von der Einlaßklappe 23 zur Entlcerungsklappe2q, wird sie durch den Verteiler mit
dem mit kalten Körnchen verseheneei Gas beschickt, wobei die Körnchen sich auf dem
r;sch niedersetzen und uni diesen eine kontinuierliche Hülle bilden. Dabei soll
der Weg von der Einlaßklappe 23 zur Entleerungsklappe so bemessen sein, daß der
Fisch mit der oben angeführten Hülle versehen ist, bevor er diese letzte Klappe
erreicht. Auch kann die den Fisch enthaltende Gefrierkamrner mehrfache Umdrehungen
machen, je nach der gewünschten Hüllendicke, mit der er versehen werden soll.
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Um einen rascheren Arbeitsgang herbeizuführen, ist es zweckmäßig,
die Fixztion der Körnchen auf dem Fisch auf elektrischem Wege herbeizuführen.
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In diesem Fall sind die Welle 25 und die Scheidewände 26, 27 usw.
aus einem elektroisolierenden Material hergestellt. Auf jeder ihrer Seiten sind
diese Scheidewände mit nicht dargestellten elektroleitenden Belägen versehen, die
mittels nicht dargestellter, aber leicht erdenklicher Mittel so geladen werden,
daß je zwei eine Kammer abgrenzende Beläge abwechselnd positiv und negativ geladen
werden, während die eine Leitung bildende Welle 22 dauernd dem positiven Pol einer
elektrischen Quelle angeschlossen ist. Die zu behandelnden Fische dagegen sind negativ
geladen, indem man die Klappe 23 oder den darüberliegenden Zufuhrkanal39 an den
negativen Pol dieser Quelle anschließt.
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Die von den aufeinanderfolgenden Kammern angenommenen Ladungen sowie
auch die des Zufuhrkanals und der Welle 22 sind durch entsprechende Zeichen in Abb.2
angegeben, aus welcher man entnehmen, kann, daß diejenigen Behandlungskammern 30,
31 usw., die mit der Welle oder Leitung 22 in Verbindung stehen, positiv geladen,
während die übrigen Kammern negativ geladen sind. Dabei besitzen die im Gas suspendierten
Körnchen eine positive Ladung.
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Ist ein negativ geladener Fisch durch die Klappe 23 in die Kammer
3o eingeführt, die mit pr,sitiv geladenen, im Gas suspendierten Körnchen beschickt
ist, so werden die positiv geladenen Körnchen direkt aus dem Gas herausgerissen
und vom Fisch angezogen, auf dem sie unter Ausgleich der Ladungen fest anhaften.
Nimmt die Kammer 3o die Stelle 31 ein, so nimmt der Fisch (und auch die an ihm anhaftenden
Körnchen), der mit den sich gegenüberliegenden negativ geladenen Belägen der Scheidewände
26 und 27 in Berührung steht, eine negative Ladung auf, die, wenn die Kammer 30
nun in die in 32 angedeutete Stellung kommt, dazu dient, die von neuem durch die
Öffnung 36 eindringenden, positiv geladenen Körnchen an den Fisch zu reißen. Dicsea
Vorgehen wiederholt sich bei jeder Teilumdrehung und kann so geregelt werden, daß
der Fisch, sobald die Kammer 3o vor die Entleerungsklappe 24 kommt, bereits so viel
Körnchen an sich gerissen hat, daß die mittels dieser Körnchen gebildete Hülle solch
eine Dicke und solch eine thermische Kapazität besitzt, daß der so uinhiillte Fisch,
der beim Austritt aus dein unter der Klappe 24 gelegenen Austrittskanal 4o noch
fast seine Ausgangstemperatur besitzt, außerhalb dieser zur HülleubildunL- dienenden
Einrichtung unter der alleinigen «'irkitng der thermischen Kapazität der Hülle vollkommen
eiri:;efi-oren wird. Vorzugsweise werden die umhüllten Fische in einem Lagerraum
bei einer zur Erhaltung der Hülle geeigneten Temperatur aufbewahrt.
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Sollte der Weg von der Klappe 23 zur Klappe 2-1 nicht zur Bildung
einer genügend dicken, den Fisch vollkommen einschließenden Hülle genügen, so muß
der Fisch noch während einer oder mehrerer Umdrehungen in seiner Kammer verweilen.