DE19619152A1 - Gefriereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gefriereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Tief­ gefrieren von Suspensionen lebender Zellsubstanzen und dabei vorzugsweise von menschlichem Blut. Tiefge­ frorenes menschliches Blut eignet sich u. a. zur Lage­ rung von Eigenblut einer Person, welche hierauf im Bedarfsfall zur Vermeidung von Fremdblutkonserven zu­ rückgreifen kann. In diesem Zusammenhang interessie­ ren insbesondere Erythrozyten-Konzentrate mit Hydroxiethylenstärke als Gefrierschutzadditiv. Die Erfindung wird deshalb im folgenden hauptsächlich an­ hand dieser bevorzugten Anwendung beschrieben.

Es ist bekannt (DE 44 37 091 A1), Flachbeutel aus tieftemperaturbeständigem Kunststoff, welche die Zellsubstanz in wäßriger Lösung zumeist unter Zusatz eines Gefrierschutzadditivs in suspensierter Form enthalten, einzeln in einen Behälter einzuspannen und anschließend in einem Container zu tauchen, der Ge­ friermittel für die Tiefkühlung, vorzugsweise flüssi­ gen Stickstoff enthält. Der Behälter stellt in erster Annäherung eine Presse dar, weil er den Flachbeutel zwischen seinem Deckel und seinem Boden mit Hilfe eines mechanischen Getriebes einspannt. Dadurch wird aus dem elastischen Flachbeutel eine im wesentlichen homogene Plattenform erreicht, so daß einerseits ein großes Oberflächen-/Volumenverhältnis erreicht wird und andererseits geometrische Inhomogenitäten wie Falten oder Auswölbungen vermieden werden, so daß ein verbesserter Wärmeübergang erzielt wird, gleichzeitig aber auch ein unkontrolliertes Abkühlen durch geome­ trische Inhomogenitäten des Flachbeutels zuverlässig verhindert werden. Zudem ermöglicht das Pressen des Flachbeutels eine dünne homogene Plattenform seines tiefgefrorenen Inhaltes, die ihrerseits eine platz­ sparende Lagerung und ein schnelles Wiedererwärmen im Bedarfsfall gestattet. Als Preßwerkzeuge dienen dabei planparallele Platten, deren einander zugekehrte Flä­ chen als Kühlflächen dienen, die bei geschlossener Presse auf die Flachseiten des Flachbehälters einwir­ ken. Auf die den Kühlflächen gegenüberliegenden Plat­ tenseiten wirkt unmittelbar nach dem Eintauchen der Presse in den Container das darin enthaltene flüssige Kältemittel ein. Eine Mechanik der Presse sorgt da­ für, daß der Preßdruck während des Tiefgefrierens bis zur Entnahme des Flachbeutels aufrechterhalten wird.

Die bekannte Gefriereinrichtung führt in der Praxis jedoch zu einigen Schwierigkeiten. Die Kombination der Flachbeutelpresse mit einem das flüssige Kälte­ mittel enthaltenden Container setzt voraus, daß die­ ser für das Tauchen und das Herausnehmen aus dem Käl­ temittel geöffnet ist. Da es sich bei dem Kältemittel in der Regel um flüssigen Stickstoff handelt, entste­ hen hierbei Risiken. Sie ergeben sich aus der mögli­ chen Stickstoffüberfrachtung der Raumluft und aus der Verletzungsgefahr durch ungewollte Hautberührung an kalten Oberflächen und Flüssigkeiten.

Außerdem sind die Leistung eines mit derartigen Pres­ sen durchzuführenden Tiefkühlverfahrens und damit der Ausnutzungsgrad der beschriebenen Baugruppen der vor­ bekannten Gefriereinrichtung ungenügend. Tatsächlich ist deren Verwendung auf den Labormaßstab beschränkt und damit für die Massenherstellung von tiefgefrore­ nen Konserven der beschriebenen Art ausgeschlossen.

Dementsprechend sind die Betriebskosten erheblich. Sie ergeben sich nicht nur aus den mit den Tauchvor­ gängen zwangsläufig verbundenen Verdunstungsverlusten an Kältemittel und die nur eingeschränkt mögliche Wärmeisolation zur Vermeidung von Energieverlusten. Diese Schwierigkeiten führen auch dazu, daß der Ein­ satz von unterkühltem Kältemittel, insbesondere von unterkühltem Flüssigstickstoff ausgeschlossen ist, obwohl unter bestimmten Randbedingungen hierdurch eine Verbesserung des Wärmeüberganges auf das Ge­ friergut erzielt werden könnte.

Die Erfindung geht deshalb einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Gemäß der Erfindung wird durch den Einschluß des Käl­ temittels in den Preßwerkzeugen das Tauchen der Flachbeutel in das offene Kältemittel zu Gunsten eines nach außen abgeschlossenen Einschlusses des Kältemittels mit den Kühlflächen und den Preßwerkzeu­ gen der Presse aufgegeben. Hierdurch lassen sich die beschriebenen Sicherheitsrisiken und Kältemittelver­ luste vermeiden und die Voraussetzungen für rationel­ len Einsatz von unterkühltem Kältemittel in der er­ findungsgemäßen Gefriereinrichtung schaffen. Da er­ findungsgemäß die Flachbeutel in einem zwischen den Kühlflächen freien Raum angeordnet sind, befinden sie sich auch stets außerhalb des Kältemittels, ohne daß dafür besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen. Dadurch ist es möglich, die Produk­ tionsgeschwindigkeit des Tiefgefrierens mit der Ge­ friereinrichtung so weit zu steigern, daß die Massen­ herstellung von tiefgefrorenen Konserven mit ver­ gleichsweise geringeln Aufwand eröffnet wird. Die Ge­ friereinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich da­ durch u. a. in eine automatische bzw. halbautomatische Verarbeitungsanlage integrieren, bei der die Flach­ beutel im Rhythmus ihrer eingangs beschriebenen Ver­ arbeitung in der Presse dieser angeliefert und an­ schließend, d. h. nach Freigabe durch die Preßwerk­ zeuge unmittelbar von der Produktionsanlage in die Lagerung überführt werden können.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie die Voraus­ setzungen für eine rationelle Herstellung von insbe­ sondere Blutkonserven vorzugsweise für eine Eigen­ blut-Kryobank schafft. Dabei kann in der Praxis damit gerechnet werden, daß an einem Standort vierstellige Zahlen von Flachbeuteln bearbeitet, d. h. tiefgekühlt werden können. Die Gefriereinrichtung gemäß der Er­ findung läßt sich als Modul einer kontinuierlich ar­ beitenden Tiefgefrieranlage ausführen, so daß auch mehrere erfindungsgemäße Gefriereinrichtungen in einer solchen Anlage zusammenarbeiten können. Insbe­ sondere ermöglicht es die Erfindung, die Bedingungen, unter denen die Abkühlung der Flachbeutel bzw. des in ihnen enthaltenen Substrates stattfindet, nämlich insbesondere die Kühlraten zu steuern und damit die für die Tiefkühlung erforderlichen Zeiträume zu redu­ zieren und/oder das Gefriergut optimal zu bearbeiten.

Die Gefriereinrichtung gemäß der Erfindung erlaubt es auch, die Art der Kühlung im Einzelfall zu wählen. Insbesondere ist es nach Anspruch 2 möglich, das Käl­ temittel in den Preßwerkzeugen in hinter den Kühlflä­ chen angeordneten großvolumigen Hohlräumen unterzu­ bringen und das Tiefgefrieren wie nach dem Stand der Technik durch sogenanntes Behältersieden des Kühlmit­ tels durchzuführen. Bei derart einfachen Abläufen des Tiefkühlens läßt sich gleichwohl der Prozeß optimie­ ren. Das kann mit den Merkmalen des Anspruches 3 durch bedarfsweise Wahl der Kühlflächen zur Anpassung an das spezielle Gefriergut geschehen, sofern unter­ schiedliche Abkühlbedingungen in der Gefriereinrich­ tung zweckmäßig erscheinen.

Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Gefrierein­ richtung, die Wärmeübergangsraten von den Flachbeu­ teln auf das Kältemittel von dem jeweiligen Gefrier­ gut anzupassen. Besteht die Kühlfläche aus Metall, insbesondere aus Kupfer, und wird diese glattflächig ausgeführt, so gelingt dies mit den Merkmalen des An­ spruches 4. Zur Verwirklichung einer Vorrichtung, die zur Steigerung der Wärmeübergangsraten dient, beste­ hen mehrere Möglichkeiten, die auch gleichzeitig ver­ wirklicht werden können. Nach Anspruch 5 sind zu die­ sem Zweck die Rückseiten der Kühlflächen mit Metall­ rippen versehen und/oder wenigstens teilweise mit einem Überzug aus mikroporösen Werkstoffen bedeckt. Die Merkmale des Anspruches 6 verbessern die Kühlflä­ chen so, daß sie vor chemischem oder mechanischem An­ griff geschützt sind und eine möglichst geringe Ober­ flächenrauhigkeit aufweisen. Das kann durch Verchro­ men geschehen und führt überdies zu einem harten, chemisch resistenten und gut wärmeleitenden Überzug der Kühlflächen.

Während nach Anspruch 7 bei dem Behältersieden die Kühlflächen senkrecht verlaufen und die Flachbeutel im freien Raum dadurch angeordnet sind, daß sie über den Kühlflächen in der Preßstellung aufgehängt sind, kann die erfindungsgemäße Gefriereinrichtung auch al­ ternativ gestaltet werden. Das ermöglichen in erster Linie die Merkmale des Anspruches 8, mit denen die Tiefkühlung durch strömendes Kältemittel erreicht wird. Das kann mit den Merkmalen des Anspruches 9 verwirklicht werden, wobei die zweckmäßig rohrförmi­ gen Strömungskanäle derart angeordnet werden, daß an jeder Stelle der Kühlfläche gleiche Strömungs- und Wärmeübergangsbedingungen erzielt werden. In diesen Fällen kann die Gefriereinrichtung so angeordnet wer­ den, daß gemäß Anspruch 10 die Kühlflächen horizontal verlaufen. Hierdurch und durch die erwähnte Möglich­ keit, die Kühlflächen vertikal anzuordnen, läßt sich im Einzelfall die jeweils zweckmäßige Anordnung der Kühlflächen wählen.

Wird die Erfindung mit strömendem Kältemittel ver­ wirklicht, so läßt sich ferner mit den Merkmalen des Anspruches 11 eine Ausführungsform der Tiefkühlung wählen, die einen Betrieb unter hohen Kältemittel- Überdrücken gewährleistet. Bei Verwendung flüssigen Stickstoffes als Kältermittel kann die Zuführung im überkritischen Druckbereich (< 34,0 bar (a)) erfol­ gen, in dem extrem hohe Wärmeübergangswerte bei strö­ mendem Medium erreicht werden.

Je empfindlicher das Gefriergut ist, desto höher wird man die Anforderungen an die Einhaltung einer genauen Einfrierkühlrate bei festliegender Gefriergutschicht­ dicke setzen. Dafür bietet die erfindungsgemäße Ge­ friereinrichtung unterschiedliche Betriebsweisen. Mit den Merkmalen des Anspruches 12 erfolgt die Kühlung der Kühlflächen nach gesteuerten Kühlraten des Kälte­ mittels, was bei kontinuierlicher, aber auch diskon­ tinuierlicher Kältemittelkühlung (im allgemeinen durch Beschickung mit Flüssigstickstoff) der Kühlflä­ chen erreichbar ist. Bei einer diskontinuierlichen Kühlung erfolgt die Kältemittelzufuhr zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 14, nämlich im wesentli­ chen erst nach Anpressen der Kühlfläche an das Ge­ friergut. Dann werden die Kühlflächen zwischen den Einfriervorgängen auf die Umgebungstemperatur er­ wärmt.

Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung der Kühlrate ergibt sich aus dem Anspruch 16 in Verbindung mit dem Anspruch 15. Denn bei dem drucklosen Betrieb des Kühlmittels ergibt sich gegenüber der Alternative des Anspruches 17, nach dem die selektive, d. h. auf das jeweilige Gefriergut abgestellte Kühlung mit kühlmit­ telseitigem Überdruck in den Preßwerkzeugen erfolgt, eine andere Einfrier-Kühlrate. Wenn diese Möglichkei­ ten nicht ausreichen, kann man die jeweils gewünschte Kühlrate auch durch voneinander abweichende Kühlflä­ chengestaltungen erzielen. Z.B. eignet sich dafür die Ausführungsform nach Anspruch 18, die insbesondere für die Tiefkühlung von Erythrozytenkonzentraten in Frage kommt. In diesem Zusammenhang lassen sich aber auch die bereits erörterten Ausführungsformen der Er­ findung gemäß den Ansprüchen 4 und 5 vorteilhaft ein­ setzen. Schließlich kommen auch die im Anspruch 19 zum Ausdruck gebrachten Merkmale für eine selektive Kühlrate in Betracht.

Während die vorstehend beschriebenen Ausführungsfor­ men der Erfindung für fest einstellbare Einfrier- Kühlraten geeignet sind, lassen sich komplexere Funk­ tionen der Einfrierkühlrate erfindungsgemäß auch durch eine Regelung verwirklichen. Das geschieht zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 20 da­ durch, daß das Zusammenwirken von Kühlung und Heizung die Gefriereinrichtung gemäß der Erfindung sehr genau einer gegebenen Funktion angepaßt werden kann. Wäh­ rend man diese Möglichkeiten durch eine Gasheizung nach Anspruch 21 erhält, kommen für den gleichen Zweck auch Elektroheizungen gemäß Anspruch 22 in Frage. Mit diesen Ausführungsformen läßt sich ein be­ liebiger Abkühlverlauf des Gefriergutes realisieren. Die beschriebene Regelung erfolgt hierbei durch Ther­ moelemente in Verbindung mit einer Steuereinheit, der die empirisch ermittelte ideale Abkühlkurve des Ge­ friergutes als Temperatur-Sollkurve eingespeichert ist.

In manchen Fällen mag es zweckmäßig sein, die Erfah­ rungen des Laborbetriebes mit den eingangs als be­ kannt vorausgesetzten Gefriereinrichtungen, welche im Tauchbetrieb benutzt werden, unmittelbar auf eine Produktionsanlage im größeren Maßstab gemäß der Er­ findung zu übertragen. Das ermöglichen die Merkmale des Anspruches 23. Dabei hat die Übereinstimmung der Kühlflächen wenigstens so weit zu gehen, daß gleiches Material, gleiche Materialstärke, Glattflächigkeit der Kühlfläche und gleiche mikroporöse Beschichtung auf der Kältemittelseite verwirklicht werden und daß das erfindungsgemäß nach Anspruch 2 mögliche Behäl­ tersieden angewandt wird. Dann entspricht der Ein­ friervorgang mit diskontinuierlicher Kältemittel zu­ fuhr - gleiches Gefriergut mit gleicher Schichtdicke vorausgesetzt - verfahrenstechnisch genau dem Ein­ frieren im Tauchverfahren, das in Gefriercontainern durchgeführt wird.

Eine Steigerung der Produktionsraten ermöglichen die Merkmale des Anspruches 24. Bei Ausführung der Kühl­ flächen in größerer Materialstärke und kontinuierli­ cher Kältemittelzufuhr kann nämlich die Prozeßführung während der Abkühlung unter Ausnutzung der Wärmespei­ cherkapazität der Kühlfläche so erfolgen, daß zu Be­ ginn der Abkühlung die Wärme vom Gefriergut in die Kühlfläche eingeleitet wird, ohne daß sich diese nen­ nenswert erwärmt. Im sensibelsten Teil der Abkühlung, der im allgemeinen im Temperaturbereich zwischen 0°C und -30°C liegt, erfolgt hierdurch eine Wärmeabfuhr bei annähernd konstanter Kühlflächentemperatur, wo­ durch im Gefriergut hohe Kühlraten erzeugt werden können. Sofern die so erzielten Kühlraten zur Errei­ chung der gewünschten Zellüberlebensraten geeignet sind, können durch den so zeitlich verkürzten Ein­ friervorgang kurze Taktzeiten und damit eine hohe Produktionskapazität der neuen Gefriereinrichtung er­ reicht werden.

Die Merkmale des Anspruches 25 sind insbesondere für den Einsatz von unterkühltem Kältemittel geeignet. Wie zahlreiche Untersuchungen gezeigt haben (Goren­ flo, Sakirai) läßt sich dadurch unabhängig von der Kühlflächengestaltung und anderen Parametern der Käl­ temittelführung (u. a. dem Betriebsdruck auf der Käl­ temittelseite) der Wärmeübergang bei Siedevorgängen erheblich verbessern. Wesentlich ist hierbei, daß durch Siedeerscheinungen im unterkühlten Kältemittel an "heißen" Oberflächen gebildeter Kältemitteldampf beim Aufsteigen durch unterkühlte Flüssigkeit rekon­ densiert, so daß der Bildung eines isolierenden ge­ schlossenen Dampffilms auf der Kühlfläche entgegenge­ wirkt wird. Sowohl der Übergang vom Filmsieden zum Blasensieden als auch der Wärmeübergang bei ausgebil­ detem Blasen- und Filmsieden werden hierdurch positiv beeinflußt. Der Einsatz einer mikroporösen Schicht auf der Kältemittelseite der Kühlfläche führt zu einer deutlichen Erhöhung der erzielbaren Wärme­ ströme, die nicht ursächlich auf den vergrößerten Temperaturunterschied zwischen Kühlfläche und Kälte­ mittel zurückzuführen sind. In der Ausführungsform nach Anspruch 25 ist deswegen vorgesehen, das Kälte­ mittel im unterkühlten Zustand durch die hinter den Kühlflächen liegenden Kammern sowie durch eine Vor­ richtung zur Erzielung und Aufrechterhaltung der Flüssigkeitsunterkühlung, einen sogenannten Unterküh­ ler, zirkulieren zu lassen.

Eine demgegenüber alternative Möglichkeit sieht der Anspruch 26 vor. Dabei sind die Kühlflächen ein­ schließlich der Betätigungsmechanik und der Baugrup­ pen für die Kältemittelzuführung von einem Gehäuse umschlossen, das thermisch isoliert ist, um Ver­ dampfungsverluste des Kältemittels durch Wärmeeinfall aus der Umgebung sowie das Eindringen von Feuchtig­ keit zu reduzieren. Wenn gemäß Anspruch 27 eine weit­ gehend mechanisierte Zu- und Abführung der Flachbeu­ tel für das Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung nach Anspruch 28 vorgesehen ist, erweist es sich deswegen als vorteilhaft, das Einfüh­ ren und die Entnahme des Gefriergutes in ein isolier­ tes Gehäuse durch vorzugsweise automatisch betätigte Schleusen vorzunehmen, die luftdicht und ggf. feuch­ tigkeitsgeregelt arbeiten. Solche Ausführungsformen eignen sich natürlich auch für die manuelle Einfüh­ rung des Gefriergutes in die Presse, sind aber beson­ ders zweckmäßig bei höher mechanisierten Produktions­ anlagen. In jedem Fall wird die Luftfeuchtigkeit in­ nerhalb der Schleuse bis auf einen zulässigen Mini­ malwert reduziert und dann erst in Richtung auf die Gefriereinrichtung geöffnet. Das Gefriergut läßt sich dann zwischen den Preßwerkzeugen und den Kühlflächen richtig positionieren, welche dann zunächst den ein­ gezogenen Beutel flach pressen. Nach Beendigung des Einfriervorganges werden die Kühlflächen automatisch vom Flachbeutel zurückgezogen und dieser wird durch die Fördereinrichtung aus dem Vorrichtungsgehäuse in die Austrittsschleuse transportiert, deren vorrich­ tungsseitige Öffnung sich schließt. Danach wird der umgebungsseitige Verschluß der Austrittsseite geöff­ net und der eingefrorene Flachbeutel an das Bedie­ nungspersonal oder eine weitere mechanische Vorrich­ tung übergeben. Nach erneutem Schließen der Schleu­ senöffnung wird wiederum die Luftfeuchtigkeit redu­ ziert. Die Vorrichtung ist anschließend für den näch­ sten Einfriervorgang bereit.

Die Merkmale des Anspruches 29 sind geeignet, konvek­ tive Wärmeverluste auf den Oberflächen jedes Preßwerkzeuges zu verhindern, die als Kühlflächen dienen. Bei diskontinuierlicher Kältemittelzufuhr er­ folgt zwischen zwei Einfriervorgängen stets eine au­ tomatische, kontrollierte Erwärmung der Kühlflächen auf Raumtemperatur. Dies kann entweder mit Hilfe der im Zusammenhang mit dem Anspruch 20 diskutierten Be­ heizungsvorrichtung erfolgen. Eine andere Möglichkeit für die Ausführungsform nach Anspruch 30 ist im An­ spruch 31 wiedergegeben, die sich einer Heizplatte oder einer ähnlichen Vorrichtung bedient.

Der Pressenantrieb ist weitgehend beliebig. Dabei muß jedoch berücksichtigt werden, daß zu gewährleisten ist, daß der Druck im Inneren der Flachbeutel, wel­ cher sich aus der Beutelfläche und dem Anpreßdruck der Preßwerkzeuge errechnet, mit ausreichender Si­ cherheit der zuvor festgelegten maximal zulässigen Innendrücke bleibt. Dies wird zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 32 erreicht. Bei den han­ delsüblichen tieftemperaturgeeigneten Flachbeuteln beträgt der Berstdruck im allgemeinen ca. 200 mbar. Damit ist eine Grenze vorgegeben, unter der ein aus­ reichender Preßdruck liegt, um den wenig formstabilen Flachbeutel in die gewünschte plattenförmige Geome­ trie zu überführen und einen guten thermischen Kon­ takt zwischen Kühlflächen und Beuteloberfläche durch flächiges oder möglichst faltenfreies Anliegen des Beutelmaterials an den Kühlflächen zu gewährleisten.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren in den Zeichnungen, es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Preßwerk­ zeug gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die beiden Preßwerkzeuge in einer Gefrierein­ richtung in Ansicht und teilweise im Schnitt,

Fig. 3 ein Preßwerkzeug im horizontalen Schnitt,

Fig. 4 eine Einzelheit des Preßwerkzeuges nach Fig. 3 an der mit IV bezeichneten Stelle,

Fig. 5 eine Gefriereinrichtung zusammen mit dem Käl­ temittelkreislauf,

Fig. 6 eine andere Ausführungsform der Gefrierein­ richtung im wesentlichen in der Fig. 5 ent­ sprechender Darstellung,

Fig. 7 schematisch ein Preßwerkzeug gemäß der Erfin­ dung für den Einsatz mit strömendem Kältemit­ tel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform in einer im we­ sentlichen der Fig. 5 entsprechenden Darstel­ lung,

Fig. 9 eine vereinfachte Ausführungsform im wesent­ lichen in der Fig. 8 entsprechender Darstel­ lung und

Fig. 10 einen horizontalen Schnitt durch eine Produk­ tionsanlage mit Gefriereinrichtung in Drauf­ sicht.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte erste Ausfüh­ rungsform einer Gefriereinrichtung 1 besteht aus einer Presse mit zwei Preßwerkzeugen 2, 3, welche einen Flachbeutel 4 zunächst flach pressen, in dem das Gefriergut als menschliches Blut enthalten ist.

Die beiden Preßwerkzeuge 2, 3 sind spiegelsymmetrisch und weisen parallel zu der senkrecht verlaufenden Spiegelebene je eine Platte 5, 6 auf, deren Außensei­ ten 6, 7 zum Pressen des Beutels 4 unter Ausübung des Preßdrucks auf die Flachseiten des Beutels und zum Kühlen des Beutels 4 dienen. Jedes Preßwerkzeug ist als Hohlkammer 8 ausgeführt, die beutelseitig mit einer der Platten 5 bzw. 6 verschlossen ist. In der Hohlkammer steht flüssiges Kältemittel 9 an, das zum Tiefgefrieren des im Beutel 4 enthaltenen Gefrier­ gutes dient. Zur Vergleichmäßigung des Temperaturver­ laufes über die Kühlflächen 6, 7 tragen die Platten auf ihren den Kühlflächen 6, 7 abgewandten Seiten 10 eine Schicht 11 aus einem mikroporösen Werkstoff. Die Rückseiten 10 der Kühlflächen 6, 7 sind mit dem Käl­ temittel beaufschlagt. Das Kältemittel wird in unmit­ telbarer Nähe der Platten 5, 13 den Preßwerkzeugen durch eine wärmeisolierte Speiserohrleitung 12 zu- und hinter einem bis zur Oberkante 14 der Beschich­ tung 11 reichenden Wehr, das mit einer Trennwand 15 in der Kammer 8 verwirklicht ist, zwangsgeführt, so daß das aus einer isolierten Abflußrohrleitung 16 ab­ strömende und mit der Wärme aus dem Beutel 4 beladene Kältemittel im Gegenstrom verläuft. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Kältemittel durch die Ab­ flußleitung 16 in einem in Fig. 2 nicht näher darge­ stellten Kühler zurückgeführt wird, der das Kältemit­ tel unterkühlen kann. Durch das Sieden des Kältemit­ tels entstehende Kaltgase werden nach oben durch eine Gasleitung 17 aus den Preßwerkzeugen abgeführt. Über eine in die Kältemittelrückführung der Kammer 8 mün­ dende weitere Speiseleitung 18 kann aus einem nicht dargestellten Speicherbehälter weiteres Kühlmittel zugeführt werden, das die Verdampfungsverluste er­ setzt.

Wie aus der Darstellung der Fig. 2 ferner ersichtlich ist, befinden sich die Flachbeutel 4 im freien Raum zwischen den Kühlflächen 1, 2, d. h. sie werden nicht zusammen mit der Presse, welche die Gefriereinrich­ tung 1 bildet, in das Kühlmittel eingetaucht. Viel­ mehr werden die Preßwerkzeuge 2, 3 gemäß dem rechts in Fig. 2 eingetragenen Doppelpfeil im Rhythmus der Bearbeitungsvorgänge zum Öffnen und Schließen des Pressenspaltes 19 durch einen in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Antrieb bewegt. Der Beutel 4 läßt sich infolge der beschriebenen Anordnung daher bei geöffnetem Pressenspalt 19 senkrecht zur Zeichenebene frei bewegen, was z. B. mit Hilfe eines Überkopfförde­ rers 20 erfolgen kann, an dessen beweglichem Förder­ organ mehrere Beutel hintereinander angehängt sind und schrittweise durch den zwischen den Kühlflächen 6, 7 befindlichen Pressenspalt 19 bewegt werden.

Im Betrieb wird mit Hilfe der schrittweisen Förderung ein Flachbeutel 4 in den zunächst geöffneten Pressen­ spalt 19 eingebracht. Sobald der Beutel 4 richtig zwischen den Kühlflächen 6, 7 der Preßwerkzeuge 2, 3 positioniert ist, wird der Pressenspalt 19 geschlos­ sen. Der Beutel 4 wird dadurch in eine flache falten­ freie Form überführt. Das Kältemittel 9 bringt die Kühlflächen 6, 7 auf die erforderliche Tieftempera­ tur, so daß der Gefriergutinhalt des Flachbeutels 4 tiefgefroren wird. Dabei halten die Preßwerkzeuge 2, 3 den Beutel unverändert unter Preßdruck. Nach dem Tiefgefrieren wird der Pressenspalt 19 geöffnet, wo­ durch der Beutel 4 wie vor dem Schließen des Pressen­ spaltes freihängt und durch einen weiteren Schritt des Förderers 20 aus der Presse herausbewegt wird. Durch den Beutelabstand ist gewährleistet, daß bei diesem Schritt der folgende tiefzufrierende Beutel in den geöffneten Preßspalt 19 eingezogen wird.

Die Kühlflächen 6, 7 bestehen zweckmäßig aus Kupfer und sind zur Verbesserung ihrer Oberflächeneigen­ schaften und Korrosionsbeständigkeit auf der Gefrier­ gutseite verchromt.

Mit der beschriebenen Vorrichtung werden kontrol­ lierte Einfriervorgänge durchgeführt, die einer zuvor empirisch bestimmten optimalen Abkühlkurve angepaßt sind. Sowohl die Temperaturverteilung als auch die lokalen Kühlraten im Inneren des Gefriergutes hängen bei aufgeprägter Kühlflächentemperatur nur von den physikalischen und geometrischen Gefrierguteigen­ schaften ab. Bei einer flächigen, plattenförmigen Geometrie, wie sie im Pressenspalt 19 für den Beutel 4 angedeutet ist, wird innerhalb des Gefriergutes zu jedem Zeitpunkt eine eindimensionale Temperaturver­ teilung anzunehmen sein, d. h. Temperaturunterschiede existieren nur normal (senkrecht) zur Kühlflächen­ ebene. Die optimale Abkühlkurve wird daher in Abhän­ gigkeit von der ggf. über mehrere Meßstellen zu er­ mittelnden Kühlflächentemperatur bestimmt.

Die obere Grenze der Energieabfuhr aus dem Gefriergut durch die Kühlflächen wird durch die Höhe des Wärme­ ausdehnungskoeffizienten auf der Kältemittelseite der Kühlfläche vorgegeben, so daß im theoretischen Ideal­ fall auch die Gefriergutseite der Kühlfläche Kälte­ mitteltemperatur annimmt. Dies wird jedoch während des realen Einfriervorganges nur zu dem Zeitpunkt der Fall sein, an dem die Kühlfläche mit dem Gefriergut in Kontakt gebracht wird. Anschließend wird die Kühl­ flächentemperatur in Abhängigkeit der vom Gefriergut zufließenden sowie der kältemittelseitig abgeführten Wärmemenge ansteigen. Sie ist außerdem eine Funktion der Wärmespeicherfähigkeit sowie der Wärmeleitfähig­ keit der Kühlfläche und damit sowohl von der Masse als auch vom verwendeten Werkstoff abhängig. Für Ab­ kühlvorgänge, die ungeregelt, bei möglichst hoher Kühlrate - insbesondere zu Beginn des Einfriervorgan­ ges - durchgeführt werden sollen, sind deswegen Kühl­ flächen mit hoher Masse (und damit hoher Wärmespei­ cherfähigkeit) sinnvoll. Ihre Oberflächentemperatur bleibt bei gleicher Wärmeaufnahme aus dem Gefriergut niedriger - und damit die zur Abkühlung erforderliche treibende Temperaturdifferenz höher - als bei einer vergleichbaren Kühlfläche geringerer Masse. Heizflä­ chen geringerer Masse weisen demgegenüber bei gere­ gelten Abkühlvorgängen Vorteile auf, da sie weniger träge auf die Energiezufuhr der Gegenbeheizung re­ agieren und daher auch einen geringeren Heizlei­ stungsbedarf haben. Bei einem kontrollierten Abkühl­ vorgang stellt sich eine Kühlflächentemperatur ein, die stets kleiner oder gleich an dem jeweiligen Punkt der Abkühlkurve erforderlichen Kühlflächentemperatur ist. In die Platte 5 gemäß Fig. 1 ist deswegen eine elektrische Widerstandsheizung eingebaut, wobei die Heizdrähte nicht dargestellt sind. Über die Kühlflä­ che verteilt sind Meßpunkte, von denen einer bei 23 in Fig. 1 wiedergegeben ist.

Hierdurch entsteht eine Gegenbeheizungseinrichtung, welche durch eine automatische Steuerung der Heizlei­ stung Temperaturdifferenzen auf der Kühlfläche aus­ gleicht. Hierzu wird einem Regler die Sollwertkurve der Abkühlung eingegeben. Abhängig von der durch die Thermoelemente bei 23 und den übrigen Meßpunkten ge­ messenen Abweichungen der Ist- von der Solltemperatur wird dann die elektrische Heizleistung entsprechend nach oben oder nach unten geregelt.

Das Gehäuse 21 der Kammer 8 (Fig. 1) besteht aus Edelstahl. Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere Einzelhei­ ten. Der Horizontalschnitt der Fig. 3 läßt erkennen, daß die Rückseite 21 der Platten 5, 6 mit einer Viel­ zahl senkrecht verlaufender Rippen 22 besetzt ist, die anstelle der Beschichtung 11 zur Vergleichmäßi­ gung der Temperaturen auf den Kühlflächen 6, 7 ver­ wendet werden. Diese beiden Vorrichtungen 11 und 22 sind in der Ausführungsform nach Fig. 4 miteinander kombiniert, da sich die Schicht 11 in den Lücken zwi­ schen den Rippen 22 befindet. Die Fig. 4 läßt ferner erkennen, daß die Platten 5, 6 mit dem Kühlflächenge­ häuse 24 verschraubt sind. Dadurch lassen sich die Platten 5, 6 und damit die Kühlflächen leicht austau­ schen. Im übrigen erfolgt die Abdichtung der Kammer 8 nach außen durch eine Weichstoffdichtung 25, bei­ spielsweise aus einer PTFE-Folie.

Außerdem sind die Gehäuse 24 mit PU-Schaum oder ge­ schäumtem Polystyrol wie bei 26 in Fig. 3 dargestellt isoliert. Das Isolationsmaterial wird außen wiederum von einer Stahlblechschale 27 umgeben, die zur Ver­ steifung sowie Anbringung von Befestigungsblechen für den durch den Doppelpfeil in Fig. 2 angedeuteten An­ trieb dient. Auf der Gefriergutseite ist die äußere Stahlblechschale 27 nicht geschlossen, so daß ein thermischer Kontakt zur Kühlfläche und Wärmezufuhr durch direkte Wärmeleitung gering gehalten wird.

Die Rohrleitungsanschlüsse, welche im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben sind, sind zusätzlich im äußeren Bereich vakuumisoliert und so gestaltet, daß sie an handelsübliche vakuumisolierte Leitungen ange­ schlossen werden können (sogenannte Johnstonkupplun­ gen).

Die Darstellung nach Fig. 5 läßt die Kältemittelfüh­ rung im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 er­ kennen. Wie bereits im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert, sorgt das Wehr, welches von der Trennwand 15 gebildet wird, dafür, daß der durch die vakuumiso­ lierte Leitung 12 zugeführte unterkühlte Stickstoff zunächst durch den Kammerraum 8 hinter den Kühlflä­ chen 6, 7 bei 29 strömt, bevor er über die Wände 15 in die rückwärtigen Kammerteile 28 überläuft, von wo aus er durch die vakuumisolierte Rücklaufleitung 16 mit Hilfe einer für tiefkalte Flüssigkeiten geeigne­ ten Pumpe 30 zu einem Unterkühler 31 gefördert wird.

Der Einfriervorgang wird durch Betätigen des Anpreß­ mechanismus, der bei 32 schematisch dargestellt ist, eingeleitet. Hierdurch wird das bewegliche Preßwerk­ zeug 2 derart an den Beutel 4 angepreßt, daß dieser zwischen den Preßwerkzeugen 1 und 2 eingespannt wird und eine glattflächige, plattenförmige Geometrie annimmt. Eine Preßkraftbegrenzung im Anpreßmechanis­ mus 32 bewirkt, daß der maximal zulässige Innendruck des Beutels nicht überschritten wird. Alle Verbindungsleitungen der Kühlkammern sind flexibel gestaltet, um eine freie Beweglichkeit des Preßwerk­ zeuges 2 zu gewährleisten. Die Füllstände beider Käl­ temittelkammern werden über das Prinzip kommunizie­ render Behälter ausgeglichen.

Durch die wärmeabfuhr während des Einfriervorganges bildet sich auf der Kältemittelseite der Kühlflächen 6, 7 Gas, das durch die Abgasleitung 17 abgeführt wird. An dem justierbaren Druckhalteventil 32 kann der gewünschte Betriebsdruck in der Kältemittelkammer 8 eingestellt werden. Bei größeren Kühlflächengeome­ trien ist dieser Überdruck - aufgrund der auf mini­ male Werte zu begrenzenden Verwölbung der Kühlflächen - jedoch im allgemeinen auf geringe Werte zu be­ schränken.

Das durch die Kältemittelverdampfung während des Ein­ friervorganges sowie durch die Niveauregelung im Un­ terkühler 31 bewirkte Absinken des Kältemittelfüll­ standes in den Rücklaufkammerteilen 28 wird durch eine Niveauregelung in dem stationären Preßwerkzeug 1 ausgeglichen. Dazu bewirkt eine Niveausonde 33 über einen Niveauregler 34 das Öffnen des in der Speise­ leitung 18 vom Speichertank eingebrachte Magnetventil 35 sobald der Mindestfüllstand unterschritten wird. Bei Erreichen des Maximalfüllstandes wird das Magnet­ ventil automatisch wieder geschlossen.

Der unterkühlte Flüssigkeitszustand in den Kühlkam­ mern 8 wird durch eine Kreislaufführung des Stick­ stoffes durch den Unterkühler 31 erreicht. Der flüs­ sige Stickstoff wird in Kammern 8 von unten auf der Rückseite der Kühlflächen 6, 7 durch die Leitung 12 zugeführt. Diese ist an den Unterkühler 31 ange­ schlossen. Der Unterkühler besteht aus einem gas- und flüssigkeitsdichten vakuumisolierten Edelstahlbehäl­ ter 36, in dessen Inneren sich ein Wärmetauscher 37 befindet, der in einem Bad siedenden Flüssigstick­ stoffes 38 ruht. Die Unterkühlung des Stickstoffes wird dadurch erreicht, daß der Umgebungsdruck im In­ neren des Unterkühlers auf einen Wert zwischen Siede- und Trippelpunktsdruck (Trippelpunktszustand von N₂:63,15 K bei 125,3 mbar Absolutdruck) eingestellt wird. Die Druckabsenkung erfolgt durch Evakuierung des über dem Bad 38 liegenden Gasraumes 39 und Absau­ gen der anfallenden Stickstoffdämpfe mit Hilfe einer Vakuumpumpe 40. Im Stickstoffbad 38 stellt sich hier­ durch ein Siedezustand nahe dem Gefrierpunkt des Stickstoffs ein. Der Betrieb der Vakuumpumpe 40 wird abhängig von einer Druckmessung 41 im Unterkühler 31 geregelt. Zum Schutz der Vakuumpumpe 40, die im all­ gemeinen nicht für den Einsatz mit tiefkalten Gasen ausgelegt ist, wird Flüssigstickstoff verdampft. Zum Ausgleich des hierdurch erfolgenden Absinkens des Flüssigkeitsniveaus im Behälter ist der Unterkühler mit einer Niveauregelung 42 versehen, die den Flüs­ sigkeitsstand zwischen einem vorgegebenen Mindest- und einem Höchstwert hält. Die Füllstandsmessung er­ folgt durch eine Niveausonde 43. Bei Erreichen des Minimalfüllstandes bewirkt der Niveauregler ein Öff­ nen des tieftemperaturtauglichen Magnetventils 44. Relativ zu dem mittels der Pumpe 40 durch die vakuumisolierte Leitung 16 unter geringem Überdruck in den Wärmeaustauscher 37 des Unterkühlers 36 geför­ derten Stickstoff herrscht in dem Bad 38 und dem Gas­ raum 39 des Unterkühlers ein Unterdruck. Beim Öffnen des Magnetventils 44 bewirkt das Druckgefälle zwi­ schen dem Kreislaufstickstoff und dem Unterkühler­ innenraum ein Ausströmen des Stickstoffs aus dem Zu­ lauf des Wärmetauschers 37 durch das Magnetventil 44 in das Kältemittelbad 7 des Unterkühlers. Bei Errei­ chen des erforderlichen Maximalfüllstandes im Unter­ kühler bewirkt der Niveauregler ein Schließen des Magnetventils.

Die Fig. 6 zeigt ein vereinfachtes Installations­ schema einer Einfriervorrichtung mit Flüssigkeitsraum für Behälter 7, die mit siedendem Kühlmittel betrie­ ben wird.

Durch die Wärmeabfuhr während des Einfriervorganges bildet sich auf der Kältemittelseite der Kühlflächen 6, 7 Gas, das durch die Abgasleitung 17 aus den Kühl­ kammern 8 der beiden Preßwerkzeuge entfernt wird. An dem justierbaren Druckhalteventil 46 kann der ge­ wünschte geringfügige Betriebsüberdruck der Kältemit­ telkammern 8 eingestellt werden.

Das durch die Kältemittelverdampfung während des Ein­ friervorganges bewirkte Absinken des Kältemittelfüll­ standes 47, 48 bewirkt über einen Niveauregler 49 das Öffnen des in der Zulaufleitung 12 vom Speichertank angebrachten Magnetventils 50, sobald der Mindest­ füllstand unterschritten wird. Bei Erreichen des Maximalfüllstandes wird das Magnetventil automatisch wieder geschlossen. Die Füllstände 47 und 48 beider Kältemittelkammern werden über das Prinzip kommuni­ zierender Behälter über die Verbindungsleitung 51 ausgeglichen.

Fig. 7 zeigt in einer Gesamtansicht ein Preßwerkzeug 5, dessen Pressen abweichend von den bis hierher be­ schriebenen Ausführungsformen mit rohrförmigen Strö­ mungskanälen versehen sind. Dabei sind die zweckmäßig angebrachte Isolierung der Rückseite 51 sowie der Seitenränder und der Anschlußleitungen 12 und 17 der Platte nicht dargestellt. Das Kältemittel strömt über die Anschlußleitung 12 in die aus hochwärmeleitfähi­ gem Material - vorteilhafterweise Kupfer - bestehende Platte hinter der Kühlfläche ein und wird dort über eine Vorlage 52 auf die parallelen Strömungskanäle 53 verteilt. Ein Sammler 54 vereinigt die Teilströme wieder und führt diese durch die Rücklaufleitung 17 aus der Kühlplatte 5 ab. Die mit dem Gefriergut in Kontakt stehende Kühlfläche 6 weist die gleichen Eigenschaften auf, die im Falle der Ausführung für das Behältersieden nach Fig. 6 erwähnt ist (geringe Oberflächenrauhigkeit, Korrosionsschutzbeschichtung). Die Wärmeübertragung an das Kältemittel erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 7 durch Strömungssie­ den. Zur Erhöhung der Wärmeübergangsraten kann das Kältemittel unter erhöhtem Druck durch die Kanäle 52, 53, 54 gefördert werden, da bei korrekter Dimensio­ nierung der Strömungskanäle eine relevante Deforma­ tion der Kühlplatten 6, 7 infolge des Innendruckes nicht eintritt. Dabei verbessern sowohl eine hohe Strömungsgeschwindigkeit als auch ein hoher Absolut­ druck - insbesondere im überkritischen Druckbereich - die Wärmeübertragungsraten.

Die Fig. 8 zeigt in einer der Fig. 5 entsprechenden Darstellung eine Gefriervorrichtung mit Behältersie­ den, die mit unterkühltem flüssigen Stickstoff als Kältemittel betrieben wird. Kernstück sind auch hier die beiden zur Kühlung des Beutels dienenden Kühl­ platten 5, 6. Der unterkühlte Stickstoff wird durch die vakuumisolierte Leitung 12 zugeführt, durchströmt die Strömungskanäle im Inneren der Kühlplatten (Fig. 7) und wird anschließend durch das Druckregelventil 55 und die vakuumisolierte Rücklaufleitung 16 mit Hilfe der Pumpe 30 zum Unterkühler 31 gefördert. An dem justierbaren Druckregelventil 55 kann der durch die Pumpe 30 aufzubringende Betriebsdruck in den Kühlplatten 5, 6 eingestellt werden.

Der Einfriervorgang wird durch Betätigen des Anpreß­ mechanismus 38 eingeleitet. Hierdurch wird das beweg­ liche Preßwerkzeug 2 derart an den Beutel 4 ange­ preßt, daß der Beutel zwischen Preßwerkzeugen 1 und 2 eingespannt und in eine glattflächige, plattenförmige Geometrie gepreßt wird. Eine Preßkraftbegrenzung im Anpreßmechanismus 38 bewirkt, daß der maximal zuläs­ sige Innendruck des Beutels 4 nicht überschritten wird. Alle Verbindungsleitungen der Preßwerkzeuge 1 und 2 sind flexibel gestaltet, um eine freie Beweg­ lichkeit des Werkzeuges 2 zu gewährleisten.

Der durch die Kältemittelverdampfung während des Ein­ friervorganges sowie durch die Niveauregelung im Un­ terkühler 31 wie oben im Zusammenhang mit der Fig. 5 beschrieben bewirkte Volumenverlust an Kältemittel im Kühlkreislauf wird durch einen niveaugeregelten vakuumisolierten Ausgleichsbehälter 56 kompensiert. Sobald der Mindestfüllstand im Ausgleichsbehälter 56 unterschritten wird, bewirkt eine Niveausonde 57 über einen Niveauregler 58 das Öffnen des in der Zulauf­ leitung 55 zum Ausgleichsbehälter 56 angeordneten Magnetventils 60. Bei Erreichen des Maximalfüllstan­ des wird das Magnetventil 60 automatisch wieder ge­ schlossen.

Bedingt durch den Überdruck in den Kühlplatten 5, 6 ist eine Unterkühlung des Kältemittels durch die Sie­ detemperatur bei Atmosphärendruck nicht zwingend er­ forderlich, um in den Kühlplatten einen unterkühlten Flüssigkeitszustand zu erzeugen. Der Unterkühler kann daher auch ohne Vakuumpumpe, z. B. bei Atmosphären­ druck, betrieben werden, wobei das Kältemittelbad dann die dem Unterkühlerinnendruck entsprechende Sie­ detemperatur annimmt. Neben der Vakuumpumpe 40 ent­ fallen dann die Druckregelung 42 sowie die Begleit­ heizung 61, die auch in dem Kühlmittelschema nach Fig. 5 vorgesehen ist.

In dem Kühlmittelkreislauf nach Fig. 9 ist ein ver­ einfachtes Installationsschema einer Gefriervorrich­ tung mit den beschriebenen Kühlplatten nach Fig. 7 dargestellt, die mit siedendem Kältemittel betrieben werden. Das Kältemittel wird durch die Pumpe 62 und den vakuumisolierten Behälter 56 im Kreislauf ge­ führt.

Das durch die Kältemittelverdampfung während des Ein­ friervorganges in den Kühlplatten gebildete Gas wird in einer Zweiphasenströmung zusammen mit dem unver­ dampften Kältemittel durch eine Leitung 63 in die Um­ gebung entlassen. Das Druckhalteventil 64 dient zur Einstellung des Druckniveaus im Kältemittelkreislauf.

Die Kältemittelverdampfung während des Einfriervor­ ganges bewirkt ein Absinken des Füllstandes im Aus­ gleichsbehälter 56. Sobald der Mindestfüllstand un­ terschritten wird, bewirkt die Niveausonde 57 über den Niveauregler 58 das Öffnen des in der Zulauflei­ tung 59 angeordneten Magnetventils 60. Bei Erreichen des Maximalfüllstandes wird das Magnetventil 60 auto­ matisch wieder geschlossen.

In der Fertigungsanlage nach Fig. 10 sind die Preßwerkzeuge 1, 2 in einem gasdichten, thermisch isolierten Gehäuse 66 untergebracht, welches Ver­ dampfungsverluste des Kältemittels durch Wärmeeinfall aus der Umgebung sowie das Eindringen von Feuchtig­ keit reduziert. Rechts in der Darstellung sind die Anschlüsse zur Kältemittelkonditionierung bei 67 und 68 angedeutet, links ist die Tankanschlußleitung 69 dargestellt. Das Einführen und die Entnahme des Ge­ friergutflachbeutels 4 erfolgen bei dieser Ausführung durch zur Umgebung hin luftdichte, feuchtigkeitsgere­ gelte, automatisch betätigte Schleusen 70, 71. Der Flachbeutel 7 wird manuell oder maschinell in die Schleuse eingeführt und dort an den mechanischen Überkopfförderer 20 übergeben, der im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert worden ist. Anschließend schließt sich die Schleusentür 71 durch Anheben und Absenken senkrecht zur Zeichenebene. Die Luftfeuch­ tigkeit innerhalb der Schleuse 70 wird bis auf einen zulässigen Minimalwert reduziert und dann der vor­ richtungsseitige Verschluß 73 der Schleusenkammer 70 geöffnet. Das Gefriergut wird in das Vorrichtungs­ gehäuse 74 eingezogen und dort mittels der mechani­ schen Förderereinrichtung 20, die den Beutel 4 zwi­ schen Kühlflächen 6, 7 positioniert, die anschließend an den Beutel 4 angepreßt werden. Nach Beendigung des Einfriervorganges werden die Kühlflächen 6, 7 automa­ tisch von dem Beutel 4 zurückgezogen, der Beutel 4 wird durch die Fördereinrichtung 20 aus dem Vorrich­ tungsgehäuse 74 in die Austrittsschleuse 71 transpor­ tiert, deren vorrichtungsseitige Öffnung 74 zunächst geöffnet ist und dann schließt. Danach wird der umge­ bungsseitige Verschluß 72 der Austrittsseite geöffnet und der eingefrorene Beutel 4a an das Bedienungsper­ sonal oder eine weitere mechanische Vorrichtung über­ geben. Nach erneutem Schließen der Schleusenöffnung 74 wird wiederum die Luftfeuchtigkeit reduziert. Die Gefriereinrichtung ist anschließend für den nächsten Einfriervorgang bereit.

Bei kontinuierlicher Kühlmittelkühlung werden die Kühlflächen zwischen zwei Einfriervorgängen durch die Anpreßmechanik 38 bis zum gegenseitigen Kontakt an­ einander angenähert. Hierdurch werden konvektive Wär­ meverluste auf den Oberflächen der Platten verhin­ dert. Bei diskontinuierlicher Kühlmittelzuführung er­ folgt zwischen zwei Einfriervorgängen stets eine au­ tomatische, kontrollierte Erwärmung der Kühlflächen auf Raumtemperatur. Dies kann entweder durch eine in­ tegrierte (Gegen-)Beheizungseinrichtung oder Energie­ zufuhr von außen, z. B. Heißgasanströmung, Zwischenle­ gen einer Heizplatte o. ä., erfolgen.

Claims (33)

1. Gefriereinrichtung (1), bei der das in Flachbeu­ teln (4) eingeschlossene flüssige Gefriergut mit Preßwerkzeugen (1, 3), die den Beutel (4) flach­ pressen, während des Gefrierens unter Preßdruck gehalten und mit Hilfe von Kühlflächen (6, 7), die auf der Rückseite mit einem Kältemittel (9) beauf­ schlagt sind, tiefgefroren wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kältemittel (9) in den Preßwerk­ zeugen (1, 2) eingeschlossen ist und die Flachbeu­ tel (4) während des Gefrierens zwischen den Kühl­ flächen (1, 2) im freien Raum angeordnet sind.

2. Gefriereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Tiefgefrieren durch Behäl­ tersieden erfolgt.

3. Gefriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) austauschbar sind.

4. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) mit wenigstens einer auf der Rückseite der Kühlflächen (6, 7) angeord­ neten Vorrichtung (11, 21) zur Steigerung der Wär­ meübergangsraten von den Flachbeuteln auf die Käl­ temittel versehen sind.

5. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf der Rückseite der Kühlflä­ chen (6, 7) Metallrippen (22) und/oder einen Über­ zug aus mikroporösem Werkstoff (11) aufweist, der die Rückseite der Kühlflächen (6, 7) wenigstens teilweise bedeckt.

6. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) mit einem glättenden, korrosionsgeschützten, gut wärmeleitenden Überzug versehen sind.

7. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) senkrecht verlaufen und die Flachbeutel über dem Pressenspalt (19) aufge­ hängt sind.

8. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel die Preßwerkzeuge (1, 2) durchströmt.

9. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Kühlflächen (6, 7) aufweisenden Platten (5, 13) der Preßwerkzeuge (1, 2) Strö­ mungskanäle (52-54) für das Kältemittel vorgesehen sind.

10. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) horizontal angeordnet sind.

11. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (52-54) auf ein Kältemit­ tel im überkritischen Bereich ausgelegt sind.

12. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Kühlflächen (6, 7) nach ge­ steuerten Kühlraten des Kältemittels erfolgt.

13. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) kontinuierlich mit dem Kältemittel gekühlt sind.

14. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine diskontinuierliche Kühlung der Kühlflä­ chen nach dem Anlegen und Flachpressen der Beutel (4) durch Kältemittelzufuhr und Erwärmung der Kühlflächen (6, 7) vorgesehen ist.

15. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Beutel (4) selektiv gemäß den Erfordernissen des Gefriergutes erfolgt.

16. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Kühlung mit Hilfe des drucklosen Kältemittels vorgesehen ist.

17. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Kühlung mit drucklosem und unter Überdruck stehendem Kältemittel erfolgt.

18. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrate des Gefriergutes durch eine auf den Kühlflächen (6, 7) angeordnete Isolations­ schicht vorgegeben ist.

19. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur selektiven Kühlung des Gefriergutes die Materialstärke der Kühlflächen (6, 7) und die kon­ tinuierliche Kältemittelzufuhr so gewählt sind, daß unter Ausnutzung der Wärmespeicherkapazität der Kühlflächen eine wesentliche Erwärmung der Kühlflächen (6, 7) zu Beginn der Kühlung ausge­ schlossen ist.

20. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) mit einer Beheizungs­ vorrichtung versehen sind, die mit Hilfe einer Steuerung ihrer Wärmebeaufschlagung den Gefrier­ verlauf beeinflußt.

21. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) heißgasdurchströmte Kanäle als Beheizungsvorrichtung aufweisen.

22. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (5, 13) mit einer Elektrohei­ zung bestückt sind.

23. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) der Preßwerkzeuge (1, 2) mit den Kühlflächen von Tauchgefriereinrichtun­ gen übereinstimmen und mit siedendem Kältemittel beaufschlagt sind.

24. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Materialstärke der Kühlflächen (6, 7) bei kontinuierlicher Kühlung die Wärmekapazität derart gewählt ist, daß zu Beginn des Gefrierens die Wärme von dem Gefriergut in die Kühlflächen ohne eine nennenswerte Erwärmung der Kühlflächen (6, 7) übergeht.

25. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel zur Beeinflussung des Film­ und/oder Blasensiedens hinter den Kühlflächen (6, 7) und den Kammern (8) in einer Unterkühlvorrich­ tung (31) rückkühlbar ist.

26. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittellauf und die Vorrichtung zur Beeinflussung des Film- und/oder des Blasensiedens des Kältemittels in ein thermisch isoliertes Ge­ häuse (66) einschlossen sind, welches die Flach­ beutel (4) durch Schleusen (70, 71) aufnimmt und entläßt.

27. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Flachbeutel (4) ein Stetigförderer (20) vorgesehen ist, der mit einem auf die Kühlung abgestimmten Schrittschaltwerk versehen und mit Öffnen und Schließen der Schleusen (70, 71) syn­ chronisiert ist.

28. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen und Schließen der Schleusen mit einer Vorrichtung zur Reduzierung der Luftfeuch­ tigkeit in den Schleusenkammern (70, 71) synchro­ nisiert ist.

29. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Bewegungsenergie zu den Preßwerkzeugen (1, 2) zwischen aufeinanderfolgen­ den Gefriervorgängen einen Pressenhub ausführt, bei dem die Kühlflächen bis zum gegenseitigen Kon­ takt einander angenähert werden, bevor ein Flach­ beutel (4) gepreßt wird.

30. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflächen (6, 7) zwischen aufeinander­ folgenden Gefriervorgängen selbsttätig auf Raum­ temperatur gegenbeheizbar sind.

31. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenheizung eine zwischen die Kühlflächen (6, 7) im Pressenspalt (19) einbringbare Heiz­ platte dient.

32. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßwerkzeuge (1, 2) einen Antrieb (38) aufweisen, der nach einem auf die Festigkeit der Flachbeutel abgestimmten Sollanpreßdruckwert der Preßwerkzeuge geregelt ist.

33. Gefriereinrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressenantrieb (38) auf ein bewegliches Preßwerkzeug (2) wirkt, das im äquidistanten Ab­ stand von einem feststehenden Pressenwerkzeug (1) angeordnet ist.