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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von feuchten oder flüssigen
Stoffen mit zwei oder mehr verschiedenen Temperaturen
Es ist bereits ein Verfahren
vorgeschlagen worden, hei dem eine Lösung zum Zweck der Einengung durch Ausfrieren
des Lösungsmittels nacheinander verschiedenen Kühltemperaturen ausgesetzt wird,
und im besonderen eine Gefrierwalze, deren umlaufender zylindrischer Mantel durch
eine feststehende I<ühlvorrichtung, welche im Innern des Mantels untergebracht
ist, mit mindestens zwei verschiedenen Temperaturen gekühlt wird. Am gekühltenAußenmantel
entstehen zwischen den beiden Zonen extremer Temperaturen infolge der Wärmekapazität
und Wärmeleitung Übergangszonen, so daß praktisch eine stufenlose Temperaturänderung
an der Oberfläche des umlaufenden Kühlmantels zustande kommt.
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Bei dem beschriebenen Verfahren besteht die Schwierigkeit einer zuverlässigen
Abdichtung zwischen der feststehenden Kühlvorrichtung im Innern des umlaufenden
Mantels und zWischen dem umlaufenden Mantel selber. Wird die Gefriervorrichtung,
sei es mit einer Kühlsole, sei es mit ver-. dampfendem Ammoniak gekühlt, so dürfen
natürlich
keine Spuren des fühlmittels an das Kühlgut, z. E. Fruchtsäfte,
gelangen. Aus diesem Grund muß die Abdichtung eine vollliommene sein.
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Erfindungsgemäß wird die Gefrierwalze mit einem gekühlten Doppelmantel
versehen der durch radiale Trennwände in eine Anzahl von Segmenträumen unterteilt
ist, welche mit Zu- und Ableitungen versehen sind, die ihrerseits zu an den Stirnwänden
axial angeordneten l,'mschaltvorrichtungen führen. Diese Umschaltvorrichtungen sind
mit äußeren Anschlüssen an mindestens zwei Kühlmittel verschiedener Temperaturen
versehen und wirken derart, daß bei umlaufender Kühlwalze die erwähnten Segmenträume
des Doppel mantels schrittweise von einem Kühlmittel auf das andere umgeschaltet
werden, so daß trotz Umlaufs der Kühlwalze an ihrer Oberfläche Kühl zonen gebildet
werden, welche die Drehung der Walze nicht mitmachen, sondern im Raum feststehen.
Hierdurch wird bewirkt, daß. der gekühlte bIantel das anfrierende Kühlgut mitnimmt
und den verschiedenen Kühltemperaturen, die ihm aufgedrückt werden, nacheinander
aussetzt. Da nach jeder Umschaltung eines Segmentraumes das frische Kühlmittel das
vorhergehende Kühlmittel hinausdrängen muß und so ein plötzlicher Temperatursprung
vermieden wird, da ferner die ärmekapazität undi Wärmeleitung des Kühlmantels ebenfalls
ausgleichend wirken, so hat die erflndungsgemäße Anordnung zur Folge, daß die Übergangszonen
zwischen den Gebieten verschiedener Temperaturen besonders günstig, d. h. dhne merkliche
Temperatursprünge verlaufen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur zum Kühlen und
Ausfrieren, sondern z. B. auch zum Troclinen empfindlicher Stoffe verwenden. An
Stelle der Kühlmittel kann dann z. B. warmes Wasser, heißer Dampf od. dgl. verwendet
werden.
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Ein besonders günstiger Fall tritt dann ein, wenn zwei Walzen fiir
Temperaturbehandlung, eine zum Kühlen und eine zum Heizen oder Trocknen in Verhindung
mit einer Kompressionsliältemaschine verwendet werden können, wobei z. B. die gekühlte
Walze als Verdampfer und die geheizte Walze als Kondensator der Isompressionskälteanlage
wirken können. Als Trockner kann statt der Walze auch eine andere Vorrichtung Anwendung
finden. Eine derartige Kombination ist gerade bei der Lebensmittelzubereitung und
Konservierung angebracht, wo die Konzentration von Fruchtsäften u. dgl. neben der
Trocknung von Obst und Gemüse durch Dörren usw. durchgeführt wird. Bei dem Trocknen
feuchter Obst- und Gemüseschnitzel u. dgl. sind erhebliche Wassermengen zu verdampfen,
deren Kiihkvirkung in der beschriebenen Weise den Betrieb der Kälteanlage besonders
wirtschaftlich gestaltet.
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Als Kühlmittel können z. B. Kühlsolen verschiedener Temperaturen
verwendet werden. Bei Verwendung einer I\Iompressionsl;ältemaschine kann das Kältemittel,
z. B. flüssiges Ammonial;, unter verschiedenen Drücken, z. B. bei 3,5 und 2,3 ata
entsprechend den Temperaturen von -7 und -in den Segmenträumen der Walze verdampft
werden, wobei sich die gewünschten Temperaturen vorher bestimmen und im Betrieb
einregulieren lassen.
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Ein Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert: Abb. I zeigt in schematischer
Form den Ouerschnitt einer Gefrierwalze, welche in Pfeilrichtung umläuft, mit dem
Doppelmantel I, 2, welcher durch die radialen Trennwände 3 in eine größere Anzahl
von Segmenträumen 4 unterteilt ist. Diese Segmenträume können ihrerseits in noch
kleinere Kanäle unterteilt werden, welche entweder zwecks gleichmäßiger Verteilung
des Kühlmittels parallel oder zwecks Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit hilltereinandergeschaltet
werden. Jedes dieser Segmente hat an einem Ende der Walze eine Zuleitung 5 zu einer
zentralen Verteilnngsvorrichtung 6 und am anderen Ende eine entsprechende nicht
gezeichnete .Zuleitung über eine gleichartige Verteilungsvorrichtung. Jede der Zuleitungen
5 führt zu je einem kleinen Umschaltventil 7 (Dreiweghahn), durch den die Verbindung
des betreffenden Segmentraumes entweder mit der Ringkammer 8 oder mit der Ringkammer
g hergestellt werden kann, welche ihrerseits durch die Verbindungen 10 und II mit
den konzentrischen Rohrräumen 12 und I3 der Hohlwelle 14 verbunden sind. ueber diese
Hohlwelle werden am einen Ende der Gefrierwalze die beiden Kühlmittel verschiedener
Temperaturen zugeführt und am anderen Ende in gleicher Weise wieder abgeführt. Je
nach der Stellung der Umschaltveutile 7 kann jeder Segmentraum 4 des umlaufenden
Kühl mantels entweder an die Zuleitung I2 oder an die Zuleitung I3 bzw. am anderen
Ende an die entsprechenden Ableitungen angeschlossen und auf diese Weise mit beiden
Kühlmitteln gekühlt werden. Welches der Kühlmittel für eine bestimmte Stellung der
Kühlwalze und für die einzelnen Segmenträume 4 in Frage kommt, läßt sich durch Stellung
der Umschaltventile7 nach Bedarf festlegen. Erfinduugsgemäß werden diese Ventile
durch feststehende äußere Anschläge beim Umlauf der Walze selbsttätig der Reihe
nach so umgeschaltet, daß die Segmenträume bei einer bestimmten räumlichen Lage
immer von dem gleichen Kühlmittel durchflossen werden. Auf diese Weise kann bei
zlveclientsprechender Umschaltung der Umschaltventile 7 z. B. erreicht werden, daß
alle Segmenträume oherhalb der Linie a-b mit der tieferen Temperatur, z. B. mit
- 160, und die unterhalb der Linie a-b liegenden Segmenträume mit der höheren Kühltemperatur,
z. B. mit 60, gekühlt werden. Wenn die Gefrierwalze in Pfeilrichtung umläuft und
ein Umschaltventil die Linie a passiert, so wird der angeschlossene Segmentraum
automatisch von dem Kühlmittel - 160 auf das Kühlmittel 6' umgeschaltet. Es ist
selbstverständlich, daß die betreffende Stelle des WIantels nicht sofort die neue
Temperatur annimmt, sondern erst nach einiger Zeit, während der die Rühllvalze gleichzeitig
weitergelaufen ist, also z.B. erst bei
der Linie c die neue Temperatur
erreicht. Das Gebiet von a bis c ist also ein ausgesprochenes Temperaturübergangsgebiet.
Von c bis b ist dann die Kühltemperatur von - 60 wirksam, hei b erfolgt die Umschaltung
auf - I60, von b bis d bildet sich wiederum ein Übergangsgebiet und von d bis a
befindet sich das Kühlgebiet der Temperatur 160.
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Diese Temperaturgebiete bleiben also trotz umlaufender Walze in ihrer
räumlichen Lage unverändert. Grundsätzlich ist es möglich, durch Verstellung der
Anschläge für die Ventilumschaltungen die Kühl zonen nach Belieben zu verschieben
bzw. zu verkleinern oder zu vergrößern.
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Die umlaufende Walze ragt mit ihrer unteren Hälfte in die Wanne I5,
der z. B. über den Anschluß I6 das flüssige Kühlgut zugeführt wird. Während des
Umlaufs friert das Kühlgut an der Oberfläche der Walze an, gelangt dann in die Tiefkühlzone
und wird schließlich durch den Abnehmer 17 von der Oberfläche abgenommen und darauf
der weiteren Verarbeitung zugeführt.
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Abb. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung in ihren grundsätzlichen
Einzelheiten.
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Die Hohlwelle 14 enthält eine zentrale Bohrung 12 und den RingraumI3.
Über eine Stopfbüchse 20 ist die Hohlwelle 14 mit den feststehenden Anschlüssen
I2a bis I2 und I3a bis I3b verbunden.
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Der Ringraum I3 und die Bohrung 12 der Hohlwelle 14 führen zu den
Anschlüssen 25 bzw. 26 der Dreiweghähne 7. Bei umlaufender Gefrierwalze treffen
ie Ventilsterne I8 der Dreiweghähne 7 auf die feststehenden Anschläge I9, welche
z. B. auf der Linie a-b (Abb. I) angeordnet sind. Hierdurch erfolgt der Rei'he nach
die Umschaltung der Ventile, und zwar bei Passieren der Liniea (Abb. I) vom Anschluß
25 auf den Anschluß 26, also von - I60 auf 60 und beim Passieren der Linie b vom
Anschluß 26 auf Anschluß 25, also von -6 auf - 160.
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Über die Leitungen 5 erfolgt die Weiterleitung des Kühlmittels in
die Segmenträume 4 (Abb. I), und in entsprechender Weise erfolgt über eine gleichartige
Umschaltvorrichtung am anderen Ende der Walze die Rückleitung der Kühlmittel zur
Kältemaschine. Die Dreiwegrhähne 7, die Ventilsterne I8 und die Anschläge 19 können
so angeordnet sein, daß die Umstellung des Ventils von einer Zone zur anderen durch
eine Drehung von 1800 in zwei Takten erfolgt, d. h. daß ein Anschlag 19 das Ventil
gegen das eine Kühlmittel abschließt und erst ein zweiter Anschlag 19 das Ventil
für das andere Kühlmittel öffnet, wie beispielsweise in Abb. 2 ans genommen ist.
Diese Anordnung wird man vorzugsweise dann wählen, wenn zwischen zwei Kühlgebiete
eine Erwärmungszone eingeschaltet werden soll, was unter Umständen für die Bildung
großer Eiskristalle günstig ist. Man verbindet in diesem Fall den Segmentraum über
das Eingangsventil mit der Druckleitung des Ammoniakkompressors und schließt gleichzeitig
das Ausgangsventil des Segmentraumes. Beim Übergang von der Erwärmungszone zum nächsten
Kühlgebiet wird dann das Eingangsventil mittels zweier nacheinander angeordneter
Anschläge 19 von der Druckleitung des Kompressors auf die Zuleitung des Kühlmittels
umgestellt und gleichzeitig auf der Austrittsseite des Segmentraumes das geschlossene
Ausgangsventil mittels eines einzigen Anschlages 19 wieder mit der Rückleitung des
Kühlmittels verbunden.
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Die Anordnung der Dreiweghähne 7, der Ventilsterne I8 und der Anschläge
19 kann jedoch auch so getroffen werden, daß die Umstellung der Ventile von einem
zum anderen Kühlmittel in einem einzigen Takt, also ohne Fixierung der »Geschlossen«-Stellung
erfolgt. In diesem Fall werden 4ie Dreiweghähne so gebohrt, tdaß die Umstellung
von einem zum anderen Kühlmittel mittels eines einzigen Anschlages Ig bereits durch
eine 9o0,-Drehung erfolgt.
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PATENTANSPRU-CHE I. Verfahren zur Behandlung von feuchten oder flüssigen
Stoffen mit zwei oder mehr verschiedenen Temperaturen an der Oberfläche einer umlaufenden
Walze, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze in radiale Kammern unterteilt ist,
denen während des Umlaufens der Walze über eine zweckmäßig axiale, feststehende
Zuführung mindestens zwei gasförmige oder flüssige Wärme- oder Kälteübertragungsmittel
verschiedener Temperaturen zugeleitet werden, welche infolge der Umdrehung der Walze
fortlaufend benachbarte Kammern speisen, so daß an der umlaufenden Walzenoberfläche
räumlich feststehende Gebiete verschiedener Temperaturen entstehen.