DE1501274B2

DE1501274B2 - Verfahren zum schnellgefrieren von lebensmitteln und dergleichen und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE1501274B2
Application number: DE1965K0056562
Authority: DE
Inventors: Harold M. Northbrook Hl. Rich (V.St.A.)
Original assignee: Chemetron Corp., Chicago, IH. (V.St.A.)
Priority date: 1964-10-27
Filing date: 1965-07-07
Publication date: 1976-04-15
Also published as: US3315480A; DE1501274A1; SE317989B; FR1453906A; GB1099470A; NL6508401A; NL145349B; DK118673B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schnellgefrieren von Lebensmitteln u. dgl. unter Verwendung von tiefsiedendem Flüssiggas als Kältemittel bei atmosphärischem Druck, bei dem ein Strom des Kältemittels in flüssigem Zustand verdampft und in gasförmigen Zustand zur Vorkühlung des sich kontinuierlich bewegenden Kühlguts verwendet wird.

Bei einem aus der US-PS 31 04 977 bekannten Verfahren dieser Art wird das Kühlgut im Verlauf des Vorkühlvorgangs nur auf eine über dem Gefrierpunkt liegende Temperatur abgekühlt. Mit der Anlage, in der das bekannte Verfahren angewendet wird, werden Portionspäckchen mit den zu gefrierenden Lebensmitteln zunächst vorgekühlt, und anschließend wird eine größere Anzahl dieser Päckchen in einen Karton eingefüllt. Erst dieser Karton wird dann dem eigentlichen Gefriervorgang durch Eintauchen in ein flüssiges Kältemittel unterzogen. Die einzelnen Portionspäckchen dürfen beim Vorkühlvorgang nicht unter den Gefrierpunkt abgekühlt werden, damit sie beim Einpacken in den Karton noch verformbar sind und sich eng aneinander anlegen. Der eigentliche Gefriervorgang erfolgt erst durch Eintauchen des gesamten Kartons in das flüssige Kältemittel.

Das bekannte Verfahren ist daher ein Tauchgefrierverfahren, bei dem sich nur ein Wirkungsgrad von annähernd 60% des wirklichen Wirkungsgrades erreichen läßt, da zum Gefrieren nur die Verdampfungswärme des Kältemittels ausgenutzt wird.

In der US-PS 24 47 249 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem das Kühlgut direkt mit flüssiger Luft besprüht wird. Dabei wird flüssige Luft in ein über dem Kühlgut befindliches Becken gepumpt, das an seiner Unterseite öffnungen aufweist, durch die die flüssige Luft auf das Kühlgut strömen kann. Beim Kontakt mit dem Kühlgut verdampft die flüssige Luft zwar und strömt auch durch die Kühlgutzufuhröffnung der Gefrierkammer nach außen, doch wird damit lediglich eine völlig Undefinierte Vorkühlung bewirkt, da der Querschnitt der Zufuhröffnung bei Kühlgütern mit unterschiedlichen Abmessungen jeweils mehr oder weniger freigegeben ist. Somit handelt es sich bei diesem Vorkühlvorgang um einen Nebeneffekt, der völlig unkontrollierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schnellgefrierverfahren der eingangs angegebenen Art derart zu verbessern, daß der Wirkungsgrad einer

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nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen schem Druck bei — 195,8° C und geht in den dampf-

Gefriereinrichtung wesentlich erhöht wird. förmigen Zustand über. Die Verdampfungswärme des

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Stickstoffs ist 48 kcal/kg flüssigen Stickstoffs, und

löst, daß das verdampfte Kältemittel zur Wärmeüber- seine spezifische Wärme ist 0,248 kcal je kg für jedes

tragung an dem noch flüssigen Kältemittel vorbei- 5 Grad Celsius über den Bereich vom Siedepunkt zur

geleitet wird, daß das gasförmige Kältemittel dann Umgebungstemperatur. Die gesamte verfügbare Küh-

dem frisch verdampften Kältemittel zugemischt wird lung über den Bereich von —196 bis -17,8⁰C, in

und daß die daraus entstehende Kältemittelmischung welchem ein Tiefkühlprozeß mit flüssigem Stickstoff

gegen das Kühlgut geleitet wird. vorzugsweise vor sich geht, umfaßt die Verdamp-

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also io fungswärme von 47,7 kcal plus einer gesamten, fühldas gasförmige Kältemittel, das bereits einmal am baren Wärme von 45,0 kcal je Kilogramm, wodurch Kühlgut vorbeigeströmt ist, wieder in Kontakt mit eine Gesamtsumme von 92,7 kcal je Kilogramm Stickdem noch flüssigen Kältemittel gebracht, so daß es stoff entsteht. Bei Tauchsystemen ist nur eine erfolgseine bei der Berührung mit dem Kühlgut aufgenom- reiche Verwendung von 56,0 kcal je Kilogramm flüsmene Wärme an das noch flüssige Kältemittel abgibt 15 sigen Stickstoff erreichbar, so daß derartige bekannte und sich dabei abkühlt. Das wiederabgekühlte Kälte- Anlagen nur einen Wirkungsgrad von annähernd mittel wird dann mit dem durch die Wärmezufuhr 60% des möglichen Wirkungsgrades erreichen. Die verdampften Kältemittel vermischt und erneut gegen Gesamtwirkungsgrade der Wärmeübertragung und das Kühlgut geleitet. Bei dem erfindungsgemäßen des Stickstoffverbrauchs der zu beschreibenden Ein-Verfahren wird also ein Kältemittelumlauf erzeugt, 20 richtung dagegen liegen bei 9O^fl/o.
bei dem die Kühlwirkung mehrfach ausgenutzt wird. Jeder Kubikmeter flüssigen Stickstoffs, der der An-Da außerdem nicht nur die Verdampfungswärme des lage zugeführt wird, erzeugt etwa 650 cbm Gas.
Kältemittels, sondern auch die bei der weiteren Er- Die Gefriereinrichtung 10 hat mehrere Abschnitte wärmung des gasförmigen Kältemittels dem Kühlgut 10 a, 10 b und 10 c, die jeweils eine Außenseite aus und der Umgebung des Kühlguts entzogene Wärme- 25 einer starren Isolierschicht, beispielsweise aus vermenge zur Kühlung benutzt wird, wird mit einer nach stärkter Glasfaser 11, aufweisen, die eine Unterlage, dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Ge- beispielsweise aus Polyurethanschaum 12, überdeckt, friereinrichtung ein wesentlich besserer Wirkungsgrad Die Abschnitte 10 a, 10 b und 10 c sind als abgeerreicht, als es bei bisher bekannten Einrichtungen schlossene Abschnitte ausgeführt, jedoch kann auch möglich war, 3° eine einzige Gehäuseeinheit mit trennenden, isolieren-

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen den Zwischenwänden 12 α verwendet werden.

Verfahren die gasförmige Kältemischung in Form Die abschnittweise Bauweise (F i g. 2) ergibt einen

eines mit hoher Geschwindigkeit strömenden Strahls doppelwandigen Aufbau zwischen dem Abschnitt

gegen das Kühlgut geleitet. Die Geschwindigkeit des 10 a, dem Vorkühlabschnitt 10 b und dem Tempe-

Strahls wird vorzugsweise auf etwa 1830 m/min ein- 35 raturausgleichsabschnitt 10 c, was für eine maximale

gestellt. Isolationsschutzschicht, da der Abschnitt 10 a ein

Nach der Erfindung ist die Einrichtung zur Durch- Abschnitt mit extremer Kälte ist, besonders günstig führung des Verfahrens nach einem der vorhergehen- ist. Im Abschnitt 10 α ist eine Kammer 15, innerhalb den Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß in einem des Abschnittes 10 b sind Kammern 13 und 14 und Abschnitt eines wärmeisolierten Gefriergehäuses eine 4° innerhalb des Abschnittes 10 c ist eine Kammer 16 mit flüssigem Kältemittel gespeiste Wärmeaustau- vorgesehen. Jede dieser Kammern ist mit der nächstscherschlange angebracht ist, deren oberes Ende zu folgenden über eine in der dazwischenliegenden Zwieiner innerhalb des Abschnitts liegenden Kammer hin schenwand befindliche öffnung 17, 18 bzw. 19 veroffen ist, daß in dem Abschnitt ein Ventilator ange- bunden.

bracht ist, dessen Einlaß mit einer Kammer in Ver- 45 Die schnell einzufrierenden Lebensmittel werden

bindung steht und dessen Auslaß mit einer Vielzahl mit einem Beladeförderer 20 zugeführt, der horizontal

von gegen das Kühlgut in dem Abschnitt des Ge- innerhalb eines eine Verlängerung der Einrichtung

friergehäuses gerichteten Strahldüsen verbunden ist, bildenden Aufgabetunnels 21 angeordnet ist. Die

und daß Vorrichtungen zum Lenken des Stroms des Lebensmittel laufen entlang eines Förderers 22 durch

gasförmigen Kältemittels derart ausgebildet sind, daß 5° die Kammern 13, 14, 15 und 16 zu einem Abgabe-

das Kältemittel nach dem Ausströmen aus den Strahl- förderer 23, der in einem Austragtunnel 24 läuft,

düsen am Kühlgut vorbei in die Kammer strömt und Vom Abgabeförderer 23 werden die Lebensmittel

sich mit dem frisch verdampften, dem offenen Ende einer Verpackungseinrichtung od. dgl zugeleitet. Die

der Wärmeaustauscherschlange entströmenden Kälte- Antriebskraft für den Beladeförderer 20, den För-

mittel vermischt. 55 derer 22 und den Abgabeförderer 23 kann von einem

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun Elektromotor 30 stammen, der mit dem Förderer 22

an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt über einen Treibriemen 31 verbunden ist. Vorzugs-

Fig. 1 eine Oberansicht einer Gefriereinrichtung, weise laufen diese drei Förderer synchron in bezug

F i g. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, auf ihre lineare Geschwindigkeit, und sie können des-

längs der Linie II-II von Fig. 1, 60 halb zum Antrieb direkt mit derselben Kraftquelle

F i g. 3 einen Querschnitt der Gefriereinrichtung verbunden sein.

nach Fig. 1 und 2, wobei der Schnitt längs der Eine Luftzirkulation oder eine von außen hinzu-

Linie III-III von F i g. 2 gelegt ist, und kommende Verunreinigung von der Umgebungsluft

F i g. 4 eine schematische Darstellung der verwen- her ist nicht möglich, es sei denn, daß solche Be-

deten Kältemittel-Steueranlage. 65 standteile mit dem Durchlauf der Lebensmittel beim

Die Gefriereinrichtung 10 wird beispielsweise zu- Aufgabetunnel 21 bzw. beim Austragtunnel 24 einsammen mit der Verwendung von flüssigem Stickstoff dringen. Dies wird jedoch beim Betrieb dadurch vererläutert. Flüssiger Stickstoff kocht bei atmosphäri- hindert, daß sich kontinuierlich ein feststehender

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Druck innerhalb der Gefrieranlage aufbaut. Dieser Druck schiebt praktisch gasförmiges Kältemittel nach außen durch den Aufgabetunnel 21 und durch den Austragtunnel 24. Leitungen 32 und 33 sichern die richtige Ableitung des gasförmigen Kältemittels, das am Einlauf und am Austrag von der Gefriereinrichtung abfließen will, an die Umgebungsluft.

Flüssiges Kältemittel wird der Gefriereinrichtung über eine Leitung 35 zugeführt, welche mit einem in der Nähe der Gefriereinrichtung angeordneten Speicherbehälter verbunden ist. Die Kühlflüssigkeit läuft durch eine von Elektromagneten 37 und 38 betätigte Steuereinrichtung 36 zu einem Wärmeaustauscher 40. Sie wird in dieser mit Hilfe eines Endschalters 42 auf einem bestimmten Niveau 41 gehalten, der auf eine Erniedrigung dieses Niveaus unter die untere Grenzstellung 43 anspricht und dann den Elektromagneten 38 veranlaßt, die Steuereinrichtung 36 zu öffnen. In der oberen Grenzstellung 44 des Niveaus 41 schließt der Endschalter 42 die Steuereinrichtung 36. Der Elektromagnet 38 ist in die geschlossene Stellung vorgespannt und wird durch ein Fallen des Niveaus 41 auf die untere Grenzstellung 43 erregt, so daß die Steuereinrichtung den Zufluß öffnet.

Im Ausführungsbeispiel wird der Wärmeaustauscher 40 mit flüssigem Stickstoff bei atmosphärischem Druck von einer Versorgungsstelle mit etwa 0,9 bis 3,6 kg Druck beliefert.

Die Austauscherschlange 45 des Wärmeaustauschers 40 ist an ihrem oberen Ende 45 α in Richtung auf einen innerhalb einer Kammer 47 gelegenen Bereich 46 zu offen. Der Wärmeaustauscher 40 ist in F i g. 2 gesehen an seiner dem Betrachter zu gerichteten Seite und in F i g. 4 gesehen auf der rechten Seite offen. Das gasförmige, in der Kammer 15 des Abschnitts 10 a befindliche Kühlmittel fließt von unterhalb des Förderers 22 in Richtung der Pfeile 48 und durch den Wärmeaustauscher 40, wobei es die Wärme an die Austauscherschlange abgibt. Es strömt zum Bereich 46 der Kammer 47, wo es sich mit dem Kühlmittel vermischt, das in Form von Dampf aus dem offenen Ende 45 α der Austauscherschlange 45 in Pfeilrichtung 48 a ausströmt. Die Steuerung des Flüssigkeitsniveaus des Kühlmittels schafft zwar eine temperaturbeeinflußte Steuerung der Anlage, jedoch kann zusätzlich eine Temperatursteueranlage 49 verwendet werden. Sie steuert mit Hilfe des Elektromagneten 37 die Steuereinrichtung 36 für den Fall, daß die Temperatur im Bereich 46 der Kammer 47 einen vorher festgelegten Wert erreicht. Wird als Kältemittel Stickstoff verwendet, so erregt der Elektromagnet vorzugsweise bei etwa — 184 ⁰C und öffnet die Steuereinrichtung 36. Liegt die Temperatur unter — 184° C, so wird der Elektromagnet 37 durch eine Feder od. dgl. so vorgespannt, daß die Steuereinrichtung 36 geschlossen ist. Die Antriebskraft zur Betätigung der Elektromagneten 37 und 38 kann von Leitungszuführungen 49 α bzw. 42 α geliefert werden.

Das im Bereich 46 befindliche gasförmige Kältemittel dehnt sich bei Erwärmung kontinuierlich aus. Diese Ausdehnung, gekoppelt mit der von einem Ventilator 50 α erzeugten Saugwirkung, läßt den gasförmigen Stickstoff aus dem Bereich 46 über einen Ventilatoreinlaß 50 a und einen Ventilatorauslaß 50 6 in einen unter Druck stehenden Speicherraum 51 strömen. Der Ventilator 50 wird mit seiner Ventilatorwelle 54 von einem Elektromotor 52 und einem Transmissionsriemen 53 mit hoher Geschwindigkeit angetrieben. Das im Speicherraum 51 befindliche, unter Druck stehende Gas wird über rohrförmige Strahldüsen 55 in Richtung von Pfeilen 56 nach unten geleitet und strömt gegen und rings um die auf dem Förderer 22 liegenden Lebensmittel 25. Es strömt durch den Förderer 22 nach unten und seitlich entlang des Bodens der Kammer 15 in Richtung der Pfeile 48, so daß es über den Wärmeaustauscher 40 zurück zum Speicherraum 51 und zu den Strahldüsen 55 wieder in Umlauf gesetzt wird. Die Geschwindigkeit von 1830 bis 2134 m/min, mit der das Gas auf das tiefzukühlende Produkt trifft, ergibt eine reibende und scheuernde Wirkung, wodurch eine sehr wirksame Wärmeübertragung von dem einzufrostenden Produkt auf das Stickstoffgas gegeben ist.

Es sind zwar besonders hohe Gefriergeschwindigkeiten mit immer größeren Zunahmen von Kältemittelgeschwindigkeit erreichbar, es werden aber trotzdem besonders gute Gefrierzeiten mit extrem hohen Mediumgeschwindigkeiten erreicht, die zwischen 1830 und 2134 m/min liegen. Der Ventilator 50 hat eine Kapazität und eine einstellbare Geschwindigkeit, die eine Mediumgeschwindigkeit durch die Strahldüsen 55 schaffen, die 2134 m/min über den ganzen Bereich der Strahldüsen beträgt, der die Bodenfläche des Speicherraumes 51 und die Breite des Förderers 22 umfaßt.

Durch den Betrieb des Ventilators 50 mit hoher Geschwindigkeit wird das Stickstoffgas in dem Abschnitt 10 a, der den Gefrierraum bildet, äußerst schnell wieder in Umlauf gesetzt. Beim kontinuierlichen Betrieb der Anlage ergab sich dadurch im Tiefkühlraum eine allgemeine Betriebstemperatur von — 173 bis -157⁰C. Dies wurde durch zusätzliche Anordnung eines oder mehrerer Vorkühlabschnitte 10 b und eines Temperaturausgleichsabschnittes 10 c erreicht. Das Stickstoffgas dehnt sich aus und strömt in Richtung der Bewegung des Förderers 22 und gegen diese Richtung durch die öffnungen 18 bzw. 19. Jeder Ventilator 50 ist mit einem nicht dargestellten Schieber in seinem Einlaß 50 α versehen, durch den die Menge des wieder in Umlauf gesetzten Stickstoffgases vor seinem Abströmen zur nächsten benachbarten Kammer gesteuert wird. Die zwischen den Kammern 13, 14,15 und 16 liegenden Zwischenwände können auch mit Schiebern in den öffnungen 17, 18 und 19 zur Veränderung des Gasstroms von einer Kammer zur nächsten versehen werden.

Durch die Verstellung der Schieber wird der Durchfluß des Stickstoffgases so. gesteuert, daß eine Temperatur von annähernd — 157° C entsteht, wenn das Kältemittel aus der Kammer 15 des Tiefgefrierabschnittes 10 a über die öffnungen 18 und 19 ausströmt. Es sind zwei Kammern 13 und 14 beim Vorkühlabschnitt 10 b vorgesehen. Jede dieser Vorkühlkammern sowie die Temperaturausgleichskammer 16 haben im wesentlichen denselben Aufbau mit Ventilatorengehäusen 70. Die Ventilatoren entsprechen dem Ventilator 50, und sie wirken jeweils mit einem Speicherraum 71 zusammen, der von ihm nach unten ragende Strahldüsen 75 hat, so daß der gasförmige Stickstoff gegen die einzufrierenden Produkte 25 gestrahlt wird, welche längs des Förderers 22 laufen. Für ein Maximum an Wirksamkeit können jedoch auch verschieden bemessene Ventilatoren, Speicherräume und Strahldüsen in den verschiedenen Kammern 13, 14, 15 und 16 vorgesehen werden.

Das einzufrierende Produkt wird beim Durch-

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laufen der ersten Vorkühlkammer 13 von einer Ein- ratur am Auslaß bis auf etwa -23⁰C oder etwas

ganstemperatur von 10° C am Beladeförderer 20 so- darunter; gleichzeitig fällt die Temperatur des Kerns

gleich auf eine Kerntemperatur von annähernd 4,4°C des Produktes allmählich auf annähernd dieselbe

abgekühlt. Temperatur. Indem eine geringe Menge der Haupt-

Die Temperatur des Gases in der Kammer 13 liegt 5 stickstoffzufuhr zum Temperaturausgleich des Prozwischen —45 und -18⁰C, und das einzufrierende duktes auf gesteuerte Weise verwendet wird, ist es Produkt wird mit einer Gasgeschwindigkeit bestri- beim Einfrieren des Produktes in der Tiefgefrierchen, die in Übereinstimmung mit seiner Beschaffen- kammer 15 nicht nötig, die Kerntemperatur weit unheit so hoch wie möglich ist. Bei einer Gasgeschwin- ter dem endgültigen erwünschten Wert herabzudrükdigkeit von 610 m/min können flüssige Produkte io ken, und es wird ein guter Übergang zwischen dem leicht nicht spritzend gekühlt werden. Nimmt jedoch Tiefgefrieren und der erwünschten endgültigen stadie Gasgeschwindigkeit zu, so neigen Produkte von bilen Temperatur des Produktes erreicht,
verhältnismäßig geringer Viskosität zum Spritzen. Die Die beschriebene Gefriereinrichtung ist eine im Gasgeschwindigkeit wird auf dem höchsten Wert ge- hohen Maße störungsfreie Einrichtung mit sehr guten halten, bei dem sich kein Spritzen ergibt, bis zu Ge- 15 Wärmeübertragungseigenschaften. Der ganze Hauptschwindigkeiten zwischen 1830 bis 2134 m/min. Läuft förderer 22 ist dauernd von der Anlage umschlossen, das Produkt in die Gefriereinrichtung in festem Zu- wogegen nur kurze Endförderer 20 und 23 Teile aufstand ein, so kann die maximale Gasgeschwindigkeit weisen, welche in den Bereich hinauslaufen, der die von 1830 bis 2134 m/min verwendet werden. Gefriereinrichtung umgibt. Die ganze Gefriereinrich-

Bei Einlauf des Produktes in die zweite Vorkühl- 20 tung ist äußerst kompakt und umschließt eine gekammer 14 wird die Temperatur des umlaufenden samte Länge von etwa 9.m, wobei eine Anlage vorgasförmigen Stickstoffs beträchtlich kälter und liegt ausgesetzt ist, die eine Produktionsgeschwindigkeit zwischen —45 und -129⁰C. Die Geschwindigkeit von 60 Einheiten je Minute bei einem gesamten das Gases, mit der es die Düsen verläßt, wird wieder- Wärmeerfordernis von 25 kcal ergibt. Bei einem Wirum so groß wie möglich sein. Bei Zufuhr von Pro- 25 kungsgrad von 100% ergäbe sich ein gesamtes Gasdukten geringer Viskosität und damit einer Gasge- volumen am Auslaß von etwa 13,6cbm/min und bei schwindigkeit von 610 m/min in der Kammer 13 kann einem Wirkungsgrad von 90 % ergäben sich 15 cbm/ die Gasgeschwindigkeit in der Kammer 14 etwas an- min. Die Einrichtung ist so einfach in ihrem Aufbau, gehoben werden, weil das Gut, bis es die Kammer 14 daß das Hinzufügen von weiteren Vorkühlabschnitten erreicht, abgekühlt sein wird. Die Abkühlung ist zwar 30 und/oder Temperabschnitten möglich ist, wenn es verhältnismäßig gering, jedoch verändern Visk'ositäts- bei gewissen Produkten nötig werden sollte, die änderungen über kleine Temperaturbereiche hinweg Fördergeschwindigkeit anzuheben und/oder die Geden Widerstand gegenüber einem Spritzen so stark, bläseeinrichtungen mit einer Geschwindigkeit zu bedaß die Geschwindigkeit des Stickstoffgases in der treiben, die eine wesentlich geringere Strahlgeschwin-Kammer 14 angehoben werden kann. Es soll jeden- 35 digkeit ergibt als die hohe bevorzugte Geschwindigkeit falls die maximal mögliche Geschwindigkeit erreicht von 1830 bis 2134 m/min. Die mechanische Energie, werden bis zu einem Maximalwert bei 2134 m/min. welche der Anlage von den Ventilatoren und vom

Wenn das einzufrierende Produkt durch die Kam- Förderer zugeführt wird, ergibt im wesentlichen die

mer 14 läuft, ist seine Kerntemperatur von annähernd einzigen Wärmeverluste. Diese Wärmeverlustmengen

4,4° C so weit gefallen, daß sie sich seinem Gefrier- 40 sind sehr gering, und die Gesamtwirkungsgrade der

punkt nähert. Das in der Kammer 14 befindliche Wärmeübertragung und des Stickstoffverbrauchs der

Stickstoffgas wird drei- bis zwölfmal in Umlauf ge- Anlage liegen bei 90%.

setzt, bevor es entgegen der Bewegungsrichtung des Das Förderband des Förderers 22 ist vorzugsweise Förderbandes zur Kammer 13 strömt. Die Förder- perforiert. Die Ausnehmungen des Förderbandes ergeschwindigkeit, die Umlaufgeschwindigkeit und die 45 möglichen einen Strom des gasförmigen Kältemittels Menge des umlaufenden Stickstoffgases, die Menge in dichter Berührung rings um das einzufrierende des flüssigen Stickstoffs, der der Anlage zugeführt Produkt. Die Natur des einzufrierenden Produktes wird, die Einlauftemperaturen des zu gefrierenden kann es jedoch mitunter verlangen, daß das Förder-Produktes und die Länge jeder Kühlkammer beein- band eine kontinuierliche, nicht perforierte Oberträchtigen jeweils das Gleichgewicht der Anlage. 50 fläche hat. Es kann auch ein zusammengesetztes Einer oder alle Faktoren sind veränderbar, so daß Förderband für den Förderer 22 verwendet werden, ein maximaler Umlauf des gasförmigen Kühlmittels das aus einer Grundschicht aus perforiertem Material in jedem Abschnitt relativ zu jedem Bestandteil des besteht, auf welcher zeitweise eine Deckschicht aus Produktes gegeben ist. nicht perforiertem Material befestigt wird.

Während des Durchlaufs des Produktes durch die 55 Es können auch Zweifach-Systeme von Strahl-Kammer 15 wird das in dem Produkt vorhandene düsen vorgesehen werden, derart, daß das gasförmige Wasser in Eis umgesetzt und das Produkt gefriert Kältemittel von einem kombinierten Speicherraum hart. Die Kerntemperatur des Produktes erreicht an- quer durch den Förderer 22 sowohl senkrecht nach nähernd — 18 ⁰C, wobei seine Oberflächentempera- oben als auch senkrecht nach unten gelenkt wird. Die türen der in der Kammer in Umlauf befindlichen 60 das Stickstoffgas nach oben abstrahlenden Strahl-Temperatur des Stickstoffgases entspricht, d. h. düsen könnten gleichzeitig oder in zeitlichen Abstän-— 157 bis -184⁰C. Beim Betrieb der Kammer 15 den zusammen mit den nach unten abstrahlenden kann die Geschwindigkeit des durch die Strahldüsen Strahldüsen verwendet werden. Eine solche Anlage gegen das Produkt gerichteten Stickstoffgases etwa ist bei verhältnismäßig dünnen Produkten vorteilhaft, 2134 m/min sein, weil sich das Produkt in einem ab- 65 die aus Materialien geringer Wärmeleitfähigkeit zusolut festen Zustand befindet. sammengesetzt sind. Eine solche Anordnung kann

Wenn das Produkt die Kammer 15 verläßt und in dadurch vorgesehen werden, daß der Speicherraum

die Kammer 16 einläuft, steigt die Oberflächentempe- 51 gemäß Fig. 3 an seiner rechten Seite bis nach

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ίο

unten unter den Förderer 22 weitergeführt wird und etwa zur linken Seite des Förderers 22 reicht. Weitere Strahldüsen leiten dann das Gas von einem derartig vergrößerten Speicherraum senkrecht nach oben in einer, den dargestellten Strahldüsen entgegengesetzten Richtung. Das aus all diesen Düsen ausströmende Gas fließt dann seitlich nach links gemäß F i g. 3 und wird von dem Ventilator 50 wieder in Umlauf gesetzt. Das in Umlauf befindliche gasförmige Kältemittel streicht über den Wärmeaustauscher 40 hinweg. Jedoch kann der Wärmeaustauscher auch von einem Sprühfilm flüssigen Stickstoffs ersetzt werden, wobei die Flüssigkeit zum Durchfluß durch die Strahldüsen verdampft. Es ist auch möglich, ein Kältemittelbett vorzusehen, bei dem kein beweglicher Förderer verwendet wird. Das gasförmige Kältemittel wird dann nach oben mit einem geringen Winkel in Längsrichtung der Gefriereinrichtung gedrückt, wodurch eine Lagerung für das zu gefrierende Produkt gegeben und dieses in Richtung des Gasstroms weiterbewegt wird. Diese Art ist besonders nützlich zum Einfrieren von kleinen festen Gegenständen. Die Anpassung der Einrichtung erfolgt dadurch, daß der Förderer 22 stillgelegt wird und unter dem Förderband Düsen 55 vorgesehen werden, welche senkrecht nach oben und in einem geringen Winkel, in F i g. 2 gesehen, nach rechts gerichtet sind. Als Alternativausführung kann der Förderer 22 vollständig durch ein festes Gitter ersetzt werden, das schräg nach oben verlaufende Öffnungen aufweist, über welche das einzufrostende Produkt direkt hinwegbewegt wird, indem es in abstützende Berührung mit dem Kältemittel kommt, das von einem unter dem Gitter liegenden Speicherraum nach oben strömt. Die Steuerung und der Umlauf

ίο des Kältemittels sind bei einer derartigen Ausführung dieselbe, wie sie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschrieben wurden.

In den Austragsleitungen 32 und 33 können auch Abgasventilatoren eingebaut werden, welche das Abströmen des gasförmigen Kältemittels unterstützen, wenn es die Gefriereinrichtung verläßt.

Die Einrichtung kann auch als eine erste Stufe bei einem Tiefkühltrockenverfahren verwendet werden. In einem solchen Fall wird das die Kammer 16 verlassende Produkt einem Unterdruck ausgesetzt, wodurch das Produkt auf den Tripelpunkt des Wassers sinkt, d. h. auf einen Druck von etwa 0,46 cm Hg und eine Temperatur von +0,0075⁰C, in welchem Zustand das gefrorene Wasser in dem Produkt sublimiert und dem Produkt das Wasser entzogen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

15 Ol 274 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schnellgefrieren von Lebensmitteln u. dgl. unter Verwendung von tiefsiedendem Flüssiggas als Kältemittel bei atmosphärischem Druck, bei dem ein Strom des Kältemittels in flüssigem Zustand verdampft und in gasförmigem Zustand zur Vorkühlung des sich kontinuierlich bewegenden Kühlguts verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte Kältemittel zur Wärmeübertragung an dem noch flüssigen Kältemittel vorbeigeleitet wird, daß das gasförmige Kältemittel dann dem frisch verdampften Kältemittel zugemischt wird und daß die daraus entstehende Kältemittelmischung gegen das Kühlgut geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Kältemittelmischung in Form eines mit hoher Geschwindigkeit strömenden Strahls gegen das Kühlgut geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Strahls auf etwa 1830 m/min eingestellt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abschnitt (10 a) eines wärmeisolierten Gefriergehäuses (10) eine mit flüssigem Kältemittel gespeiste Wärmeaustauscherschlange (45) angebracht ist, deren oberes Ende (45 a) zu einer innerhalb des Abschnitts (10 a) liegenden Kammer (47) hin offen ist, daß in dem Abschnitt (10 a) ein Ventilator (50) angebracht ist, dessen Einlaß (50 a) mit einer Kammer (47) in Verbindung steht und dessen Auslaß (50 b) mit einer Vielzahl von gegen das Kühlgut in dem Abschnitt (10 a) des Gefriergehäuses (10) gerichteten Strahldüsen (55) verbunden ist, und daß Vorrichtungen zum Lenken des Stroms (48) des gasförmigen Kältemittels derart ausgebildet sind, daß das Kältemittel nach dem Ausströmen aus den den Strahldüsen (55) am Kühlgut vorbei in die Kammer (47) strömt und sich mit dem frisch verdampften, dem offenen Ende (45 a) der Wärmeaustauscherschlange entströmenden Kältemittel vermischt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschnitt (10 α) ein Vorkühlabschnitt (10 b) des Gefriergehäuses (10) vorgeschaltet ist, der mit dem Abschnitt (10 a) über öffnungen (18) zum Durchfluß eines Teils des gasförmigen, aus diesem Abschnitt (10 a) abströmenden Kältemittels verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschnitt (10 a) ein Temperaturausgleichsabschnitt (10 c) nachgeschaltet ist, der mit dem Abschnitt (10 a) über öffnungen (19) zum Durchfluß eines Teils des gasförmigen, aus diesem Abschnitt (10 α) abströmenden Kältemittels verbunden ist.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Vorkühlabschnitt (10 b) und in dem Temperaturausgleichsabschnitt (10 c) weitere Ventilatoren (70) und Strahldüsen (75) vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilator (50) und in den Ventilatoren (70) Schieber eingebaut sind, die einen Teil des sich ausdehnenden gasförmigen Kältemittels zum Abströmen in den nächsten benachbarten Abschnitt des Gefriergehäuses steuern.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wärmeaustauscherschlange (45) ein Endschalter (36, 38, 42) zur Steuerung des Niveaus (41) des flüssigen Kältemittels eingebaut ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (47) eine Temperatursteueranlage (36, 37, 49) eingebaut ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (55) über und unter dem das Gefriergehäuse durchlaufenden Kühlgut angebracht sind.