NO309912B1 - Ekspansjonsdyse for frembringelse av karbondioksidsnø - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en ekspansjonsdyse for frembringelse av karbondioksidsnø for besprøytning av kalde og dypfryste produkter.

Fra US patent nr. 3 815 377 er det kjent å kjøle eller sjokkdypfryse kalde eller dypfryste produkter, f.eks. matvarer, og besprøyte de kalde eller dypfryste produktene med kulldioksidsnø som fremstilles ved frigjøring av flytende kulldioksid i en ekspansjonsdyse. For dette befinner de kalde eller dypfryste produktene seg vanligvis i et kjøle- eller frysekammer hvori det fører en tilførselsledning for flytende kulldioksid, og ekspansjonsdysen er anordnet ved enden av ledningen i kjøle- eller frysekammeret. I tilførselsledningen er det på vanlig måte anordnet en doseringsventil som regulerer gjennomstrømningen. Kulldioksidet befinner seg normalt i flytende form i en lagertank, hvor det er i likevekt med CO2gassfasen over væsken i tanken. Trykket i tanken blir herved vanligvis holdt på ca. 18 bar, og temperaturen på ca. -23°C. Ved dette kjente anlegget fører på vanlig måte to rørledninger fra tanken og til kjøle- eller frysekammeret. I den ene ledningen strømmer det flytende CO2til kjøle- eller frysekammeret og besørger derved den nødvendige kuldeeffekt. Den andre rørledningen fører fra det øvre gassområdet i tanken til kjøle- eller frysekammeret og er like før innføringen i kjøle- eller frysekammeret over en sperrekran forbundet med den første ledningen. Tanken og den første ledningen er termisk isolert mot innfallende varme, og mot kuldetap ved hjelp av et tykt isolasjonssjikt, f.eks. av PU-skum. Gjennom den andre, ikke isolerte rørledningen, strømmer gassformet CO2til kjøle- eller frysekammeret. Dette tjener til å spyle delene av denne rørledningen og utslippsorganene som ligger bakenfor doseringsventilen. For å oppnå og beholde den ønskede driftstemperaturen i kjøle- eller frysekammeret, blir på vanlig måte CO2taktvis innsprøytet i kjøle- eller frysekammeret. For dette blir det gjennomført én temperaturmåling i kjøle-eller frysekammeret. Når temperaturen overskrider en innstilt grenseverdi, blir kjølemiddeltilførselen innkoblet, dvs. at ventilen for den flytende CO2i tilførselsledningen blir åpnet. Ved underskridelse av temperaturen slik at den kommer under en innstilt grenseverdi, blir kjølemiddeltilførselen avbrutt, det betyr at ventilen igjen blir lukket. Inn- og utkoblingen av kjølemiddeltilførselen skjer på vanlig måte ved hjelp av magnetventiler, som befinner seg i tilførselsledningen utenfor kjøle- eller frysekammeret. Etter utkoblingen av kjølemiddeltilførselen synker trykket i det tilsluttede røret og frigjøringsorganet til et omgivelsestrykk på ca. 1 bar. Når denne trykksenkningen under trippelpunkttrykket med 5,18 bar samtidig som det fremdeles er flytende CO2i tilførselsledningen, finner det sted en faseforvandling til fast C02-snø. Denne faste C02-snøen kan ikke trenge ut av frigjøringsorganene, og systemet tettes til. I et ugunstig tilfelle kan det skje en blokkering i ventilen og i ekstreme tilfeller til andre deler i hele rørledningen. Rørledningen må da lukkes i tanken og i flere etterfølgende timer opptines. I ekstreme tilfeller er det også fare fopr at ledningen kan briste under en slik blokkering, da det kan opptre trykk på inntil 60 bar. For å forhindre den type forstoppninger eller tetninger, blir ledningen for flytende gass, eller væskeledningen, bak ventilen, såvel som frigjøringsorganet etterspylt ved hjelp av gassformig CO2fra den andre ledningen. Den innstrømmende C02-gassen trykker væsken ut av ledningssystemet og forhindrer et trykkfall under trippelpunktet, så lenge det ennå befinner seg C02-væske i rørledningen.

En ulempe ved denne anordningen består i at ved spylingen av væskeledningen og opprettholdelsen av trykket i væskeledningen med CO2-gassen blir tilleggskjølemiddel forbrukt. Denne C02-gassen bidrar ikke til kjøleytelsen. C02-gassen som anvendes til etterspolingen tilleggsoppvarmer derimot atmosfæren i kjøle- og frysekammeret, slik at pausesyklusene, hvor det ikke blir innsprøytet kjølemiddel, blir forkortet, og det opptrer således i tillegg et uønsket høyere kjølemiddelforbruk. En ytterligere ulempe består i at temperaturen i kjøle- eller frysekammeret ikke er konstant over tid, men svinger stadig mellom en øvre og en nedre innstilt grenseverdi. Dermed oppstår det likeledes en temperaturfluktuasjon i de kalde eller dypfryste produktene, hvorved deres produktkvalitet blir påvirket. Denne temperatur fluktuasjonen lar seg riktignok reduse ved at den øvre og nedre grenseverdien innstilles i et smalt område, men da forringes igjen periodevarigheten til en kjølesyklus og derved koblingsfrekvensen for innsprøytingssyklusen. Da hver innsprøytningssyklus med C02-gass må etterfølges av en etterspyling, økes også tapene som følge av inntrekkingen av varm C02-gass. En sikker kontinuerlig dosering uten tilstopping av utslippsorganene er ikke mulig med de hittil kjente anordninger og ekspansjonsdyse med det trefasig opptredende kjølemidlet CO2.

Forøvrig skal det vises til publikasjonene SE 468489, US 5180105, EP 18280, WO 844528.

Publikasjon SE 468489 viser en doseringsventil der komprimert luft og trykksatt vann benyttes til to-stegs fremstilling av snø. Doseringsventilen i publikasjonen er utstyrt med et utløpsrør. Dette utløpsrøret skiller seg fra stråleformeren i den foreliggende oppfinnelsen både i funksjon og ved konstruktiv sammensetning.

I publikasjon US 5180105 vises også en doserinsventil hvor vann og luft trykksettes for å frembringe snø. Til forskjell fra foreliggende oppfinnelse mangler doseringsventilen et konstruksjonselement med stråleformerfunksjon anordnet ved doseringsventilens utløp.

Heller ikke doseringsventilen i publikasjon EP 018280 er utformet med en stråleformer som har konstruktive trekk som tilsvarer oppfinnelsen.

I publikasjon WO 844528 vises en anordning som skal benyttes ved fremstilling av polyaniliner. Anordningen har få likhetstrekk med den foreliggende oppfinnelsen.

Det er formålet med oppfinnelsen å fremskaffe en ekspansjonsdyse av den innledningsvis nevnte art, som er kostnadsgunstig ved at ekspansjonsdysen og hele kjøleanordningen har en enkel oppbygning slik at kjølemiddelforbruket blir redusert og temperaturfluktuasjonene i kjøle- eller frysekammeret kan unngås nærmest fullstendig slik at det oppnås en varig lik produktkvalitet.

Denne oppgaven blir i henhold til oppfinnelsen løst ved at ekspansjonsdysen har en integrert doseringsventil med en utstrømsåpning med et ventilsete på en tilstrømsside og en over dette ventilsete innstillbar ventilnål som lukker doseringsventilen i utstrømsretningen, og som rager inn i doseringsventilens utløpsåpning når den er i den stengte eller lukkede tilstanden.

Doseringsventilen er kjennetegnet ved at det til utstrømskanalen er tilsluttet en på den ene siden, i tverrsnitt utvidet dysedel utformet som en stråleformer fra hvilken stråleformer det flytende karbondioksid blir utmatet som en stråle, hvilken stråleformer på ventilsiden har en kort sylindrisk dysehals dannet av en kanal og et til denne tilsluttende rektangulært ekspansjonsområdemed et divergerende strømningstverrsnitt, hvis dimensjoner er valgt slik at de tilsvarer den ønskede stråleformen.

Med ekspansjonsdysen er det mulig å oppnå en kontinuerlig kjølemiddeltilførsel med vedvarende regulering i stedet for å tilføre karbondioksidet diskontinuerlig. Denne reguleringen finner sted direkte på utgangen til CC>2-tilførselsledningen. Det er dermed ikke lenger nødvendig med noen etterspyling med CC>2-gass. Dermed blir ikke bare kjølemiddelforbruket forminsket og fryseytelsen forhøyet, men gassledningen mellom forrådstanken og kjøle- eller frysekammeret kan også innspares ved oppbygningen av anordningen. Under den bestandige eller stødige kjølemiddeldoseringen oppnås en nøyaktigere og mer lik og tidsmessig konstant temperaturfordeling i kjøle- eller frysekammeret og dermed også i de kalde eller dypfryste produktene. Innsprøytemengden kan herved etter behag være fullkommen konstant eller variabel. Strålen er på fordelaktig måte rolig og ikke pulserende. Det er ikke nødvendig med en tilleggsinnretning for å opprettholde trykket i ekspansjonsdysen for derved å unngå å underskride trippelpunktet.

De uselvstendige patentkravene angir fordelaktige utførelsesformer og videreutviklinger av ekspansjonsdysen i henhold til oppfinnelsen.

Ventilsettet oppviser en i utstrømsretningen konisk avsmalnende utstrømstrakt og en til denne tilsluttet kort utstrømskanal. Doseringsventilen oppviser fortrinnsvis en ventilbasis med et på den ene siden åpent ventilkammer og en kjølemiddeltilslutningsåpning som fører til ventilkammeret. Kjølemiddeltilslutningsåpningen munner fortrinnsvis ut på den ene siden og i retning av utstrømningsåpnihgen på skrå i ventilkammeret. Det skrå leiet til kjølemiddeltilkoblingen sørger for at den flytende karbondioksiden delvis er tilpasset strømningsretningen i ventilbasisen og det tilsluttede ventilsetet.

Ventilnålen er forskyvbart opplagret i nålelengderetningen over den åpne siden til ventilkammeret i ventilbasisen og rager med sin spiss i det minste i lukkestillingen til ventilnålen ut av den åpne siden til ventilkammeret. I den sammensatte tilstanden av doseringsventilen er den åpne siden til ventilkammeret avdekket gjennom en ventilsitteplate og ventilsetet, hvilket fortrinnsvis er løsbart forbundet med ventilbasisen under innføring av en pakning. Ved denne oppbygningen er det mulig å få til en enkel utskifting av slitedelene, slik som ventilnålen og ventilsetet. Ved monteringen blir en innebygd ventilnål ventilsitteplaten på enkel måte skjøvet over nålespissen og sentrert automatisk tett lukkende på nålen. Når dette utføres, må en passe på at nålen under sammensetningen er fritt aksielt bevegelig for å forhindre en deformasjon av ventilnålen under monteringen.

Over ventilsetet er ventilnålen ført ut i en fra ventilkammeret ut løpende føringskanal fra ventilbasisen. Det ut fra ventilbasisen ragende ventilnålhode er koblet til en innstillingsanordning, f.eks. en skrittmotor. Ved hjelp av denne innstillingsanordningen kan ventilnålen beveges aksielt. Ved den aksielle bevegelsen av ventilnålen i ventilsetet lar strømningstverrsnittet seg variere spesielt fint. På denne måten er det mulig å få til reguleringer av kjølemiddelmassestrømmen. Samtidig overtar ventilnålen i forbindelse med ventilsetet oppgaven å avtette kjølemiddeltilførselsledningen, idet den blir trykt av innstillingsanordningen i dysesetet, hvorved det dannes en ringformet pakning.

Uten ytterligere etterkoblede byggedeler danner ventilen en sirkelformet kjølemiddelstråle bestående av C02-gass og C02-snø. Formen til strålen endrer seg med den avtagende avstand fra doseringsventilen. Den frie kjernen til den ringformede strålen forsvinner med tiltagende avstand, slik at det ut av sirkelringen dannes en ringformet stråle. Strømningstverrsnittet svarer så til strømningstverrsnittet til en vanlig dyse med sylinderformet strømningstverrsnitt. Ved en plassering av ekspansjonsdysen over et transportbånd med en strålingsretning på ca. 45° i forhold til vertikalretningen oppnås en elliptisk sprøyteflate på transportbåndet for de kalde eller dypfryste produktene. Tiden som et bestemt dypfryst produkt befinner seg i på transportbåndet i den kalde sprøytestrålen er altså avhengig av hvordan det ligger på transportbåndet, og derved kan også veien som det kalde eller dypfryste produktet tilbakelegger gjennom strålen bli endret, eksempelvis finner det sted en maksimal avkjøling når produktet føres gjennom midten av den ellipseformede sprøytestrålen, da veien gjennom sprøytestrålen har maksimal lengde. På kanten av sprøytestrålen er imidlertid de kalde eller dypfryste produktene bare utsatt for en mindre avkjøling, da kjølefasen som følge av den korte veien ikke varer så lenge.

Av denne grunnen er det spesielt fordelaktig når det i utstrømskanalen er tilsluttet en dyse med på den ene siden større tverrsnitt, i hvilket det flytende karbondioksidet blir strålerettet utløst.

Stråleformeren oppviser fortrinnsvis på ventilsiden en kort sylindrisk dysehalsdannende kanal og en til denne tilsluttende ekspansjonsområde med et divergerende strømningstverrsnitt, hvis dimensjoner svarer til den ønskede valgte strålingsform. For dette er det spesielt tilveiebragt et rektangelformet strømningstverrsnitt. Dette oppnås på fordelaktig måte eksempelvis ved et ekspansjonsområde som er tildannet som en spalte med to over hverandre liggende divergerende sider og to over hverandre liggende parallelle sider.

Tverrsnittet til dysehalsen er i avhengighet av den nominelle åpningen til doseringsventilen og de ønskede driftsparametrene i kjøle- eller frysekammeret, og lengden til dysehalsen i avhengighet av den nominelle åpningen til doseringsventilen, vinkelen til ventilnålen og forskyvningen eller slaglengden til innstillingsanordnignen til ventilnålen valgt slik at trykket til karbondioksidet som strømmer gjennom dysehalsen ikke synker under trippelpunktet inne i dysehalsen. Dysehalsen til stråleformeren og utstrømningskanalen til ventilsetet oppviser herved fortrinnsvis det samme tverrsnitt. I sammensatt tilstand lukker ekspansjonsdysen dysehalsen sømløst til utstrømningskanalen. Den fulle lengde av dysehalsen og utstrømningskanalen til sammen skal herved fortrinnsvis være angitt ved formelen

Her er D tverrsnittet til dysehalsen, henholdsvis utstrømningskanalen, og a vinkelen til nålespissen. Denne verdien kan dog under- eller overskrides med omtrent 10 %. Bare gassformet eller flytende karbondioksid strømmer gjennom dysehalsen slik at kjølemidlet kan doseres kontinuerlig, uten at det opptrer CO2tilstopning eller avlagring i dysehalsen, henholdsvis ved utstrømningskanalen til ventilsetet. Først inne i det divergerende ekspansjonsområdet synker trykket under trippelpunktet og det oppstår faste C02-snøpartikler under plutselig sterk forøket dannelse av C02-gass. Alternativt er det prinsippielt også mulig å utforme dysehalsen og/eller utstrømningskanalen slik at den totale lengden med leiet til ventilnålen tilkoblet kan forandres. Derved skal lengden til strømningskanalen ved åpen ventilnål tilsvare den mindre aksielle nålforskyvning.

Da ekspansjonsområdet er utformet divergerende, blir bevegelsesretningen til CC>2-snøpartikkelen rettet bort fra dysespalten og derved opptrer det ingen eller bare underordnede hastighetskomponenter i retning av spalteveggene. Derved unngås en tilstopping. Med stråleutvidelsen opptrer det imidlertid en hastighetsforhøyelse i den aksiale retningen og på tvers av denne. Derved får C02-snøpartiklene og den kalde C02-gassen en større impuls, slik at strålen etter at den forlater spalten bibeholder sin retning og utstrekning eller omfang. Ved utformingen av ekspansjonsområdet som spalte er det på fordelaktig måte mulig å oppnå en flatestråle med rektangelformet sprøytetverrsnitt. Strålen lar seg herved i prinsippet gjøres så bred at den strekker seg over hele bredden til transportbåndet.

I henhold til oppfinnelsen blir karbondioksidstrålen ved den spesielle anordning av doseringsventilen og den tilsluttede stråleformer i ekspansjonsdysen ført inne i ekspansjonsdysen og så ringformet om nålespissen i utstrømmingskanalen, henholdsvis dysehalsen, og der ført sammen og til slutt under dannelse av karbondioksidsnøen ført ut i en innrettet retning. På denne måten blir det unngått at trippelpunktet underskrides inne i utstrømningskanalen, henholdsvis dysehalsen.

Det er fordelaktig at doseringsventilen og stråleformeren passer sammen som modulære byggeenheter hvorved fortrinnsvis tilslutningsflaten til doseringsventilen og stråleformeren settes sammen ved sentrert innpasning. Det er derved mulig etter valg å utstyre doseringsventilen med den ønskede stråleformeren, f.eks. med den passende bredden.

En utførelsesform av oppfinnelsen omfatter en tilsvarende anordning for å kjøle eller sjokkdypfryse kalde eller dypfryste produkter med i det minste et kulde- eller frysekammer, hvor det er i det minste en tilførselsledning til kulde- eller frysekammeret for flytende karbondioksid med i det minste på en side i kulde- eller frysekammeret anordnet ekspansjonsdyse og en regulerbar doseringsventil for gjennomstrømningen i tilførselsledningen, hvorved ekspansjonsdysen omfatter doseringsventilen som en integrert bestanddel.

En ytterligere utføringsform i forbindelse med denne anordningen er knyttet til at det i tilførselsledningen for det flytende karbondioksidet er anordnet en gasskiller, som separerer gassdelene i det flytende karbondioksidet. En gassdannelse av kjølemidlet som er tatt ut av tanken er som følge av trykkfallet og varmestrømmen i rørledningen umulig uten ytterligere trykkforhøyelse eller kjøling av rørledningen. Det oppstår så små gassbobler i kjølemidlet som under den ytterligere rørgjennomstrømmingen som følge av et vesentlig større spesifisert volum vokser svært raskt og forener seg i større bobler. Det danner seg slik hele gassområder av kolbe og dråpebobler, og sogar lengre rørdeler er delvis fylt med gass. Spesielt ved tynne kjølemiddeltilførselsledninger er forholdet mellom dannet gass i forhold til den totale massestrømmen svært høyt. Som følge av de sterkt differensierte egenskapene til gass og væske vil det bli forskjellige strømningsforhold i rørledningen og den tilsluttede ekspansjonsdysen. Således er f.eks. strømningshastigheten og den dertil hørende volumstrømmen ved gassgjennomstrømning (inntil 220 m/s) vesentlig høyere enn ved væske gjennomstrømning (ca. mellom 15 m/s og 75 m/s). De opptredende hastighetsfluktuasjonene forårsaker et ikke stasjonært trykktap i kjølemiddeltilførselsledningen, hvorved effekten som danner større gassbobler blir forsterket. De pulsaktige utstøtene av kjølemiddelstrålen fra utløpsorganet fører videre til en forhøyet lydutsendelse i forhold til strømning av enfaset kjølemiddel. Et forhøyet lydbilde forårsaker ubehagelig . belastning på betjeningspersonalet. Dessuten er det ikke like lett å bli oppmerksom på forstyrrelser og faremomenter. Forhøyelsen av strømningshastigheten ved gassboblene medfører også fare for at ømfintlige svake kalde eller dypfryste produkter kan bli beskadiget. Dessuten kan lette produkter som påvirkes av en kraftig kjølemiddelstråle i frysekammeret bli kastet rundt og derved bli beskadiget eller ødelagt.

Ved å skille gassfasen fra væskefasen oppnås en enfasig strømning og derved unngås problemene med inhomogen strømning. Den midlere strømningshastigheten blir innstilt slik at trykkdifferansen på ventilsetet og i dysehalsen er mindre enn ved en inhomogen strømning. Derved foreligger det på enden av dysehalsen et høyere totalt trykk. Av denne grunn kan trykket i forrådstangen være innstilt lavere, dvs. under 18 bar, i forhold til når en har en strømning som består av gass-væske-blanding, uten at trykkpunktet i dysehalsen underskrides. Med reduseringen av tanktrykket økes igjen den ved ekspansjonen frembragte andel av fast C02-snø, hvilket igjen er forbundet med en høyere kjøleytelse ved lik kjølemiddelmengde. Den gassformede karbondioksid som er utskilt i gasskilleren kan fortrinnsvis føres over en separat gassledning i kjøle- eller frysekammeret, for å bidra til den totale kjøleytelsen til det tilførte kjølemiddelet. En ytterligere fordel ved denne gasskilleren ligger i at lydutsendelsen blir redusert.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere under henvisning til de medfølgende tegninger av utførelseseksempler. De viser: Fig. 1 en skjematisk fremstilling av anordningen i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 et snitt gjennom en doseringsventil i henhold til oppfinnelsen; Fig. 3a en rektangelformet spalteaktig stråleformer sett nedenfra; Fig. 3b et snitt gjennom stråleformeren på fig. 3a, på tvers av spaltelengderetningen; Fig. 3c et snitt gjennom stråleformeren på fig. 3a tatt langs spaltelengderetningen; Fig. 4 en skjematisk fremstilling av gasskilleren; Fig. 5 et skjematisk oppriss av et transportbånd utstyrt med kalde eller dypfryste produkter i kjøle- eller frysekammeret og strålegeometrien til karbondioksidstrålen som sprøytes på transportbåndet. Fig. 1 viser en anordning 1 for sjokkinnfrysning av kalde- eller dypfryste produkter 2 med et kjøle- eller frysekammer 3, en tilførselsledning 4 til kjøle- eller frysekammeret 3 for flytende karbondioksid CO2og en på den ene siden i kjøle- eller frysekammeret 3 anordnet ekspansjonsdyse 20 i henhold til oppfinnelsen, i hvilken det flytende karbondioksidet blir sendt ut. Den derved oppstående strålen av gassformet CO2og C02-snø blirsprøytet

på et transportbånd 5 som befinner seg i kjøle- eller frysekammeret 3, på hvilket de kalde eller dypfryste produktene 2 blir ført forbi ekspansjonsdysen 20.

Det flytende CO2befinner seg således i en lagertank 80. Det står her i likevekt med C02-gassfasen som ligger over væsken i tanken 80. Ved tanken 80 befinner det seg et styrt kjøleaggregat 85, som holder trykket i tanken 80 i et område på fortrinnsvis ca. 18 bar. Det foreligger da en temperatur på ca. -23°C. Ved tanken 80 befinner det seg videre en veieanordning 85, ved hvis hjelp tankinnholdet kan kontrolleres, slik at kjølemiddel, etter behov, kan bestilles til riktig tid. Tanken 80 er selv termisk isolert med et ca. 160-200 mm tykt isolasjonssjikt av PU-skum mot innfallende varme og dermed mot kuldetap.

Fra tanken 80 fører det en isolert rørledning 4 for den flytende CO2til ekspansjonsdysen 20 i kjøle- eller frysekammeret 3. Direkte bak tanken 80 befinner det seg et avsperringsorgan 82 i væskerørledningen 4. Ved det øvre området i tanken 80 fører det en gassledning 84 til rørledningen 4 bak avsperringsorganet 82.1 gassledningen 84 befinner det seg likeså direkte bak tanken 80 et avsperringsorgan 83 såvel som en overtrekksventil 87. Før en første oppstarting av anordningen blir mer lukket avsperringsorgan 83 i gassledningen 84 rørledningen 4 matet med gassformet CO2, dvs. at karbondioksidtilførselsledningen 4 blir satt under samme trykk som tanken 80. Ved tilkobling må avsperringskranen 83 igjen lukkes i gassledningen 84 og væskesperrekranen 82 kan åpnes. Uten denne forbelastningen med CO2-gass ville det ved åpning av væskesperrekranen 82 oppstå et så sterkt trykkfall at trippelpunktet til CO2på 5,18 bar inne i tilførselsledningen 4 ville bli underskredet og derved ville det dannes CC>2-snø i ledningen 4, og rørledningen 4 ville bli tilstoppet.

Foran kjøle- eller frysekammeret 3 er det i kjøletilførselsledningen 4 innkoblet en gasskiller eller separator 70.1 denne blir gassdelen i det flytende karbondioksid fraskilt.

Gasskilleren 70 består av et sylindrisk forskillekammer 71 med en sideveis og i det øvre området anordnet tilførselsstuss 73 for det tofasige karbondioksid og en i det nedre området anordnet utløpsstuss 74 for det avgassede flytende karbondioksid. Tilførselsdysen 73 er anordnet i en spiss vinkel, fortrinnsvis under 10°, i forskillekammeret 71 og er skråttstilt oppoverrettet og tangensielt til lengdeaksen til forskillekammeret (fig. 4). I det tangensielle nedover innstrømmende CO2oppstår det en rotasjonsstrømning. De opptredende sentrifugalkreftene bevirker at væsken legger seg an mot veggen til forskillekammeret 71 og gassen samler seg i midten, hvorfra den blir ført vekk gjennom et over forskillekammeret 71 anordnet styrehode 72 med en regulerbar utslippsventil. Forskillekammeret 71 er oppdelt i to delkammere 75, 76 ved at det under tilstrømningsstussen 73 er anordnet en horisontal skillevegg 77 med åpninger. Til dette brukes et nevnt hull eller spalteblikk. En ytterligere oppdeling i flere under hverandre liggende kamre ved hjelp av flere skillevegger er likeledes mulig. Ved disse foranstaltningene besørges at gassen samler seg i den øvre delen av forskillekammeret 71.

Styrehodet 72 består av et flottasjonskammer med en på ovresiden anordnet utløpsventil hvis lukkeelement er koblet til en flottør i flottasjonskammeret. Når det samler seg gass i styrehodet 72, synker flottøren og åpner ventilen slik at gassen kan slippe ut gjennom styrehodet 72. Den utskilte gassen blir via en separat tilførselsledning 78 med en på enden anordnet magnetventil 79 tilført kjøle- eller frysekammeret 3. Denne ledningen 78 er fortrinnsvis også isolert mot varme. Ved en spesielt foretrukket utførlsesform blir den flytende og den gassformede karbondioksiden fra gasskilleren 70 ført i en av to koaksiale i hverandre anordnede rør som danner en dobbeltrørledning til kjøle- eller frysekammeret 3, hvorved den gassformede karbondioksid blir ført gjennom det ytre ringformede røret. På denne måten blir kuldetapet minimalisert.

Foran kjøle- eller frysekammeret 3 kan det likeledes være anordnet en magnetventil (ikke vist) i kjølemiddeltilførselsledningen 4 for å stenge tilførselsledningen 4 ved en lengre driftspause.

Ekspansjonsdysen 20 i henhold til oppfinnelsen består av en på enden av tilførselsledningen 4 anordnet doseringsventil 30 og en etterkoblet stråleformer 60, hvilke som modulære byggeenheter 30, 60 er anordnet med flensforbindelse eller falset bak hverandre.

Doseringsventilen 30 består av en ventilbasis 40 med ett på den ene siden åpent, i hovedsak sylinderformet ventilkammer 41 og en kjølemiddeltilførselsåpning 42 som fører til ventilkammeret 41. Den åpne siden av doseringsventilens 30 ventilkammer 41 er tildekket av en ventilseteplate 36 som ved innsetning av en pakning 39 er løsbart forbundet med ventilbasisen 40.1 ventilseteplaten 36 befinner ventilsetet 33 seg, hvilket oppviser en utstrømstrakt 34 som avtar konisk i utstrømsretningen, og en med denne tilsluttet kort utstrømskanal 35. Utstrømskanalen 35 ligger koaksialt med lengdeaksen til ventilkammeret 41. Utstrømtraktens 34 tverrsnitt på ventilkammersiden tilsvarer tverrsnittet til ventilkammeret 41 i ventilbasisen 40.1 ventilbasisen 40 er det anordnet en ventilnål 31 som løper koaksialt gjennom ventilkammeret 41 og er opplagret forskyvbart i nållengderetningen. Denne rager i lukkestillingen med sin spiss ut av den åpne siden av ventilkammeret 41 og inn i utløpsåpningen 32 til doseringsventilen 30. Ventilnålen 3 ler ført over ventilsetet 33 i en fra ventilkammeret 41 løpende føringskanal 44 fra ventilbasisen 40. Det ut av ventilbasisen 40 ragende ventilnålhode 3 IK er koblet med en innstillingsanordning ved hjelp av hvilken ventilnålen 31 for regulering av kjølemiddelmassestrømmen beveges aksielt i doseringsventilen 30, og for avstengning av kjølemiddelledningen 4 blir trykket i ventilsetet 33.

Føringskanalen 44 er adskilt fra ventilkammeret 41 ved en ringformet innsnevring tildannet ved et radielt innoverstrekkende steg 45. Over ventilnålen 31 er det i føringskanalen 44 anordnet en første føringsbøssing 46, et fjærelement 49, en motring 50, flere i tverrsnitt takformede ringtetninger (pakninger) 48, en andre føringsbøssing med en mot den øvre pakningen 48 liggende sadelring 51. Disse elementene er i den angitte rekkefølgen fra ventilnålhodet 3 IK innskjøvet. I føringsbøssingene 46, 47, som fortrinnsvis er fremstilt av PTFE, holdes ventilnålen 31 radielt nærmest spillfri og aksielt bevegelig. Over den andre føringsbøssingen 47 er det skjøvet en pressbøssing 52 over ventilnålen 31. Ved hjelp av en låsemutter 53, som ovenfra er påskrudd ventilbasisen 40, blir trykkbøssingen 52, den andre føringsbøssingen 47 med sadlingen 51, pakningen 48 og motringen 50 trykket mot fjærkraften mot den på det ringformede steget 45 opplagrede første føringsbøssingen 46. Ved sammenstukningen av pakningen eller mansjetten 48 blir den indre kanten til pakningen 48 trykket tettende mot ventilnålen 31, og den ytre kanten til pakningen 48 tettende trykket mot innerveggen til føringskanalen 44. På denne måten oppnås en avtetning av ventilkammeret 41 mot utsiden som tåler et nominelt trykk på inntil 20 bar. Samtidig blir ventilnålen 31 ført gjennom mansjetten eller pakningen 48.1 stedet for mansjetten eller pakningen 48 kan det selvfølgelig også anvendes f.eks. vanlige stoppebøssinger til avtetningen.

Ventilseteplaten 36 blir ved hjelp av tre skruer skrudd direkte under ventilbasisen 40. Systemet er slik utformet at ventilseteplaten 36 har et radielt spill eller klaring ved rett løsning av festeskruene. Dermed lar ventilseteplaten 36 seg sentrere til ventilnålen 31. Ved monteringen av ventilen 30 blir først ventilnålen 31 innført i ventilbasisen 40 og beveget i aksial retning forbi dens senere posisjon ved lukket ventil 30. Ventilseteplaten 36 lar seg da trykke mot ventilnålen 31 under ventilbasisen 40 og sentrerer seg derved selvstendig med denne. Ventilnålen 31 skal etter tiltrekking av festeskruene til ventilseteplaten 36 være bevegelig i aksiell retning for å forhindre en deformasjon av ventilnålen 31. Mellom ventilseteplaten 36 og ventilbasisen 40 befinner det seg en pakning 39.

Ved utformingen av ventilsetet 33 som en konisk avtagende utstrømstrakt 34 som strekker seg i utstrømsretningen og en på denne tilsluttet kort utstrømskanal 35, er det sikret at det nås en lik akselerert strømning i ventilen. En åpningsvinkel på utstrømstrakten 34 på mellom ca. 56° og ca. 76°, fortrinnsvis 66°, har vist seg å være spesielt fordelaktig. Ventilnålen 31 har fortrinnsvis en spiss som danner en vinkel på mellom 16° og ca. 30°. Ventilsetet 33 er fortrinnsvis tildannet av et materiale som med sine elastiske egenskaper gjør det mulig å danne en tettende lukking med ventilnålen 31 og til tross for den myke utformingen ikke oppviser øket slitasje på grunn av abrassive faststoffpartikler. Ved valg blant vanlige materialer må det også tas hensyn til eventuell påvisning på matvarer og korrosjonsbestandigheten. Polykarbonat har vist seg spesielt egnet som materiale for ventilsetet.

Kjølemiddeltilslutningsåpningen 42 er ført på skrå og sideveis i retning av utstrømsåpningen 32 i ventilkammeret 41. Derved blir det innstrømmende kjølemidlet delvis tilpasset i strømningsretningen i ventilbasisen 40.

I ekspansjonsdysens 20 sammensatte tilstand går utstrømskanalen 35 til ventilsetet 33 sømløst over til en kort sylindrisk dysehals 61 til den deretter anordnede stråleformeren 60. Dysehalsen 61 slutter seg til et ekspansjonsområde 62 med et divergerende strømningstverrsnitt i hvilket det flytende karbondioksid blir sendt ut med rettet stråle og hvis utstrekning tilsvarer den valgte ønskede stråleformen. Ved monteringen er det viktig å passe på at spissen til ventilnålen 31 ikke rager inn i ekspansjonsområdet 62.

I henhold til figurene 3a-3c oppviser ekspansjonsområdet 62 et rektangelformet strømningstverrsnitt og er utformet som spalte 62 med to over hverandre liggende divergerende sider 64 og to over hverandre liggende parallelle sider 65.

Lengden og tverrsnittet til dysehalsen 61, henholdsvis også utstrømskanalen 35 til ventilsetet 33, er slik valgt at trykket til karbondioksidet som strømmer gjennom dysehalsen 61 ikke synker under trippeltrykkpunktet for CO2i dysehalsen 61, slik at det ikke dannes noen CC>2-snø. Den totale lengden L til dysehalsen 61 og utstrømskanalen 35 er gitt ved formelen

og det tåles et avvik på + 10 %, og D angir tverrsnittet til dysehalsen 61 henholdsvis også utstrømskanalen 35, og a er vinkelen til ventilnålspissen.

CO2strømmer fra dysehalsen 61 og inn i spalten 62 og oppfyller der hele spaltetverrsnittet. Inne i dysespalten synker så trykket til under trippelpunktet, hvorved det oppstår en faseforvandling fra flytende CO2til faste C02-snøpartikler under plutselig og sterkt økende dannelse av CO2-gass. Da dysespalten 62 er utformet divergerende, opptrer det ingen tilstopninger inne i dysespalten 62. Med stråleutvinningen opptrer det dessuten en hastighetsøkning i den aksielle retningen og på tvers av denne slik at C02-snøpartiklene og den kalde C02-gassen får en større impuls. Dette bevirker at strålen etter at den forlater spalten 62 bibeholder sin retning og utstrekning. Det er således mulig å oppnå en flatstråle med rektangulært sprøytetverrsnitt, som strekker seg over hele bredden til transportbåndet 5 i kjøle- eller frysekammeret 3.

Kjøle- eller fryseytelsen til en kjølemiddelstråle er avhengig av mengden avdampet C02-gass og mengden C02-snøpartikler. Dette gjelder såvel for hele stråler som også for hver enkelt vinkel av strålen. Dersom ikke fordelingen av gass og snø er lik over strålebredden, oppstår det områder med forskjellig avkjølingsintensitet på transportbåndet 5 og derved også i de kalde eller dypfryste produktene 2. Av denne grunn er sideveggene 64, 65 til stråleformeren 60 fortrinnsvis likt utformet. Prinsippielt er det likevel dog mulig å anordne de divergerende sideveggene 64 konkavt eller forsyne dem med flere til hverandre grensende konkave innbuktninger. Overgangen fra dysehalsen 61 til spalten 62 er utført med skarp kant for å unngå forhøyede snøkonsentrasjoner under bestemte strålevinkler. Utløpet til stråleformeren 60 er likeledes utformet med skarp kant. Derved avrives den utstrømmende C02-strålen mot kanten 67. Strålen beholder sin retning og form på grunn av den iboende impulsen. Strålegrensene lar seg derved innstilles svært nøyaktig. For å forhindre slitasje på veggen til spalten 62 til stråleformeren 60 som følge av fluidene og C02-snøpartiklene, bør spaltebredden på fordelaktig måte være større enn tverrsnittet til ventilsetet 33.

Den totale lengden til spalten 62 i stråleretningen velges i avhengighet av trykket foran dysen 20 og den totale massestrømmen.

Det er fordelaktig at den indre overflaten til spalten 62 er utformet med en minst mulig ruhet for å vanskeliggjøre at C02-snøpartiklene fester seg på overflaten.

Med stråleformeren 60 er det mulig å gi den trefasig oppredende kjølemiddelstrålen en ønsket form. Dette skjer ikke ved en avledning av strålen, men snarere ved selvdannelsen av kjølemiddelstrålen som følge av den rettede etterekspansjon. For å oppnå en lik stråle blir her strålen mot det egentlige målet ført sammen som en ringformet stråle som kommer ut av doseringsventilen 30, slik at strålen fordeler seg likt ut fra strømningskjernen.

Tilslutningsflaten 37 til doseringsventilen 30 er utstyrt med en pasning 38 slik at stråleformeren 60 kan forbindes sentrert over tre skruer med doseringsventilen 30. Disse tre skruene for å forbinde doseingsventilen med stråleformeren 60 ligger tilsvarende anordnet i forhold til de tre skruene som ventilseteplaten 36 er festet til ventilbasisen 40 med. Mellom stråleformeren 60 og doseringsventilen 30 kan det likeledes være anordnet en pakning 63.

Ved et foretrukket utførelseseksempel i henhold til fig. 5 er der i kjøle- eller frysekammeret 3 over transportbåndet 5 anordnet to ekspansjonsdyser 20 etter hverandre i transportretningen R. En av ekspansjonsdysene 20 er skråttstilt 45° nedover mot transportbåndet 5 i transportretningen og den andre av ekspansjonsdysene 20 er skråttstilt nedover mot transportinnretningen R rettet mot transportbåndet 5. Derved blir de kalde eller dypfryste produktene 2 også utsatt for sprøytestrålen på frem- og baksiden. Begge ekspansjonsdysene 20 har et rektangelformet strålingstverrsnitt som strekker seg nærmest over hele bredden til transportbåndet 5. De kalde eller dypfryste produktene 2 som ligger ved siden av hverandre på transportbåndet 5 får således uavhengig av stillingen på transportbåndet 5 alltid den samme veilengden gjennom sprøytestrålen, slik at det oppnås en lik kjøling av produktened 2. Det er selvfølgelig også mulig å anordne flere ekspansjonsdyser 20 på tvers av transportinnretningen R for å kunne besprøyte bredere transportbånd.

Det er selvfølgelig også mulig å utføre kjøle- eller frysekammeret 3 med bare en ekspansjonsdyse.

I kjøle- eller frysekammeret 3 er det anordnet ventilatorer 6 for å besørge en sterk omvirvling og dermed en god blanding av frysekammeratmosfæren. Derved oppnås en lik bakgrunnstemperatur. I kjøle- eller frysekammeret 3 er det likeledes anordnet en temperatursensor 7, som er forbundet med en styreanordning 8, som regulerer innstillingen til ekspansjonsdysen 20. For å bortlede det etter oppvarming tilstrømmende CO2fra kjøle- eller frysekammeret 3, har kammeret 3 et avtrekk med en ventilator 9.

Claims (10)

1. Ekspansjonsdyse (20) for frembringelse av karbondioksidsnø for besprøytning av kalde eller dypfryste produkter (2) hvilken ekspansjonsdyse (20) omfatter en integrert doseringsventil (30) med en utstrømsåpning (32) med et ventilsete (33) på inntakssiden og en over dette ventilsetet (33) innstillbar ventilnål (31) som er tilpasset for å lukke doseringsventilen (30) i utstrømsretningen og som i lukket tilstand rager inn i utløpsåpningen (32) til doseringsventilen (30), hvilket ventilsete (33) er utformet som en i utstrømsretningen konisk avsmalnende utstrømstrakt (34) med en til denne tilsluttet kort utstrømskanal (35), karakterisert vedat det til utstrømskanalen (35) er tilsluttet en på den ene siden, i tverrsnitt utvidet dysedel utformet som en stråleformer (60) fra hvilken stråleformer (60) det flytende karbondioksid blir utmatet som en stråle, hvilken stråleformer (60) på ventilsiden har en kort sylindrisk dysehals (61) dannet av en kanal og et til denne tilsluttende rektangulært ekspansjonsområde (62) med et divergerende strømningstverrsnitt, hvis dimensjoner er valgt slik at de tilsvarer den ønskede stråleformen.

2. Ekspansjonsdyse i henhold til krav 1, karakterisert vedat doseringsventilen (30) oppviser en ventilbasis (40) med ett på den ene siden åpent ventilkammer (41) og en kjølemiddeltilslutningsåpning (42) som fører til ventilkammeret (41), at ventilnålen (31) er opplagret forskyvbart over den åpne siden av ventilkammeret (41) i ventilbasisen (40) i nålens lengderetning, og hvor ventilnålens(31) spiss i det minste i ventilnålens (31) lukkestilling rager ut av den åpne siden (43) til ventilkammeret (41) og at den åpne siden (43) til ventilkammeret (41) er tildekket av en på ventilsetet (33) anordnet ventilseteplate (36), som er løsbart forbundet med ventilbasisen (40).

3. Ekspansjonsdyse i henhold til ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat utstrømstrakten (34) til ventilsetet (33) har en åpningsvinkel på mellom ca. 56° og ca. 76°, fortrinnsvis 66°.

4. Ekspansjonsdyse i henhold til ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat ventilnålen (31) har en spiss på mellom ca.

16° og ca. 30°.

5. Ekspansjonsdyse i henhold til et eler flere av kravene 1-4,karakterisert vedat ekspansjonsområdet (62) er utformet som en spalte (62) med to over hverandre liggende divergerende sider (64) og to over hverandre liggende parallelle sider (65).

6. Ekspansjonsdyse i henhold til et eller flere av kravene 1-5,karakterisert vedat tverrsnittet til dysehalsen (61) er valgt slik i avhengighet av den nominelle åpningen til doseringsventilen (30) og de ønskde driftsparametre i kjøle- eller frysekammeret (3) og lengden til dysehalsen (61) i avhngighet av den nominelle åpningen til doseringsventilen (30), vinkelen til ventilnålen (31) og forskyvningen eller slaglengden til innstillingsanordningen til ventilnålen (31), at trykket i det strømmende karbondioksid inne i dysehalsen (61) ikke synker under trippeltrykkpunktet for karbondioksidet.

7. Ekspansjonsdyse i henhold til et eller flere av kravene 1-6,karakterisert vedat dysehalsen (61) til stråleformeren (60) har det samme tverrsnitt som utstrømskanalen (35) til ventilsetet (33) og i montert tilstand slutter seg sømløst til dette, og at den totale lengden til dysehalsen (61) og utstrømskanalen (35) tilsvarer omtrent det halve tverrsnitt dividert med tangens til den halve nålvinkelen.

8. Ekspansjonsdyse i henhold til et eller flere av kravene 1-7,karakterisert vedat lengden til dysehalsen (61) og/eller utstrømskanalen (35) er foranderlig koblet til leiet til ventilnålen (31).

9. Ekspansjonsdyse i henhold til et eller flere av kravene 1-8,karakterisert vedat doseringsventilen (30) og stråleformeren (60) er utformet som modulære byggeenheter (30, 60) og sammenfalset eller satt flensvis mot hverandre i ekspansjonsdysen (20).

10. Ekspansjonsdyse i henhold til krav 9, karakterisert vedat tilslutningsflatene (37, 66) til doseringsventilen (30) og stråleformeren (60) under pasningen (38) innpasses sentrert i hverandre.