[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Produkten, mit einem Zyklon,
der ein Gehäuse mit einem kreiszylinderförmigen Hinterabschnitt und einen sich daran
anschließenden, konisch zugeformten Vorderabschnitt aufweist, wobei auf der vom Vorderabschnitt
entgegengesetzten oberen Stirnseite des Hinterabschnitts ein Deckel mit einer durch
diesen konzentrisch hindurchgeführten, im Innern des Zyklons beabstandet vom Deckel
mit einer kreisförmigen Gasaustrittsöffnung ausmündenden Gasabzugsleitung angeordnet
ist, mit einer an einer Zuleitung für ein kryogenes Kältemittel angeschlossenen Zuführungsdüse,
die tangential in den Hinterabschnitt m Bereich der oberen Stirnseite einmündet, und
mit mindestens einer in den Hinterabschnitt einmündenden Zuleitung für ein zu kühlendes
Produkt.
[0002] Flüssige, pastöse oder pulverförmige Produkte, insbesondere Lebensmittel, wie Kuchenfüllungen,
Soßen und Marinaden, die bei hohen Temperaturen hergestellt werden, müssen häufig
nach ihrer Herstellung schnell gekühlt werden, um beispielsweise die innere Struktur
des Produkts zu erhalten oder einem Bakterienwachstum entgegenzuwirken. Eine Kühlung
kann beispielsweise mittels elektrisch betriebener, konventioneller Kühlaggregate
erfolgen, jedoch ist dies mit einem erheblichen Energieeinsatz verbunden. Als Alternative
bietet sich der direkte Kontakt des zu kühlenden Produkts mit einem kryogenen Kältemittel
an. Das Kältemittel nimmt einen Teil der Wärme des Produkts auf und verdampft oder
sublimiert dabei rückstandsfrei.
[0003] Als "kryogene Kältemittel" werden im Folgenden solche flüssigen, festen oder gasförmigen
Medien verstanden, die beim Kontakt mit dem zu kühlenden Produkt eine Temperatur von
-20°C und darunter aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei dem kryogenen Kältemittel
um ein verflüssigtes Gas, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff, oder um Kohlendioxid
in fester oder flüssiger Form.
[0004] Bei Verwendung von Kohlendioxid als kryogenem Kältemittel wird dieses üblicherweise
in flüssiger Form unter einem Druck von über 5,18 bar abs. herangeführt und an einer
Düse, der sogenannten Entspannungsdüse, auf Atmosphärendruck (1 bar) entspannt. Dabei
kühlt sich das Kohlendioxid auf eine Temperatur von minus 78,9°C (194 K) ab, wobei
ein Gemisch aus Kohlendioxidschnee und kaltem Kohlendioxidgas entsteht. Zumindest
die Kohlendioxidpartikel werden anschließend zum Kühlen von Produkten eingesetzt und
beispielsweise auf die Oberfläche eines zu kühlenden Produkts aufgetragen oder - im
Falle eines flüssigen, pastösen oder pulvrigen Produkts - in das Produkt eingemischt.
[0005] Aus der
EP 1734 320 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei dem ein zu kühlendes, pumpfähiges Produkt sowie
ein kryogenes Kältemittel, wie beispielsweise Flüssigstickstoff, flüssiges Kohlendioxid,
flüssiges Argon oder flüssige Luft, in einem Wirbelschneckenkühler in Kontakt gebracht
und innig durchmischt wird. Das Gemisch wird anschließend einer Trenneinrichtung zugeführt,
an der das verdampfte kryogene Kältemittel abgezogen wird. Das gekühlte Produkt steht
anschließend zur Verarbeitung in weiteren Verfahren oder zur Verpackung bereit.
[0006] Aus der
WO 2005/053440 A1 ist eine Vorrichtung zum Kühlen flüssiger Produkte bekannt, bei der in einen mit
dem zu kühlenden Produkt gefüllten Behälter ein kryogenes Kältemittel, beispielsweise
flüssiger Stickstoff oder flüssiges Kohlendioxid eingebracht wird. Das Kältemittel
verdampft beim thermischen Kontakt mit dem Produkt und wird an einem Kopfraum des
Behälters abgezogen. Nach dem Kühlvorgang wird das gekühlte Produkt über eine vom
Boden des Behälters abzweigende Leitung entnommen.
[0007] Die
WO 2016/060869 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen flüssiger Lebensmittel, wie beispielsweise Soßen.
Bei diesem Gegenstand wird das Produkt durch eine Rohrleitung geführt, in die an einer
oder mehreren Stellen ein kryogenes Kältemittel, beispielsweise flüssiger Stickstoff,
eingetragen wird. Die beschriebene Vorrichtung ist allerdings recht aufwändig im Aufbau,
zumal das beim Verdampfen stark expandierende Kältemittel eine druckstabile Ausgestaltung
der Rohrleitung erfordert.
[0008] In der
EP 3 234 485 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein zu kühlendes Produkt in einem Zyklon
mit expandierendem Kohlendioxid in Kontakt gebracht wird. Es bildet sich ein Gemisch
aus festen Kohlendioxidpartikeln und dem Produkt, das aus einer im Bodenbereich des
Zyklons angeordneten Austrittsöffnung abgezogen wird. Der nur kurze Kontakt von Produkt
und Kohlendioxidpartikeln führt allerdings nur zu einer vergleichsweise geringfügigen
Abkühlung des Produkts.
[0009] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine effiziente und einfach zu handhabende
Möglichkeit zum Kühlen von fließfähigen, insbesondere flüssigen oder pulverförmigen
Produkten anzugeben.
[0010] Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und durch ein Verfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
[0011] Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung ist erfindungsgemäß
also dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung des Vorderabschnitts mit einer
Produktausleitung für gekühltes Produkt strömungsverbunden ist, in der Mittel zum
Aufbau eines dem Strömungsdruck des durch die Produktausleitung abströmenden Produkts
entgegen wirkenden Gegendrucks angeordnet sind.
[0012] Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst also einen Zyklon, dessen Gehäuse in an
sich bekannter Weise einen zylinderförmigen Hinterabschnitt und einen sich daran anschließenden,
konisch zugeformten Vorderabschnitt aufweist, der in eine Austrittsöffnung ausmündet.
Auf der vom Vorderabschnitt entgegengesetzten Stirnseite des Hinterabschnitts ist
ein Deckel mit einer durch diesen hindurchgeführten, im Innern des Zyklons beabstandet
vom Deckel mit einer Gasaustrittsöffnung ausmündenden Gasabzugsleitung (auch Tauchrohr
genannt) angeordnet. Der Zyklon steht üblicherweise senkrecht, wobei die Austrittsöffnung
des Vorderabschnitts nach unten und die Gasaustrittsöffnung nach oben gerichtet ist.
In den Hinterabschnitt des Zyklons mündet tangential eine Zuleitung für ein Kältemittel
ein, die mit einer stirnseitigen Düsenöffnung ausgerüstet ist. Des Weiteren mündet
in den Hinterabschnitt eine Zuleitung zum Zuführen eines zu kühlenden Produkts ein.
Beispielsweise mündet die Zuleitung für das Produkt im wesentlichen senkrecht oder
in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung des Kältemittels in den Hinterabschnitt
und beabstandet von der Düsenöffnung der Zuleitung für das Kältemittel ein. Um ein
Anfrieren des Produkts an den Wänden des Zyklons zu vermeiden, können diese mit einer
- beispielsweise elektrischen - Heizeinrichtung ausgerüstet sein.
[0013] Im Einsatz der Vorrichtung wird im Zyklon aufgrund der Zuführung des Kältemittels
und dessen Entspannung und/oder Verdampfung ein erheblicher Strömungsdruck in Richtung
auf die Austrittsöffnung des Vorderabschnitts ausgeübt. Überraschend hat sich nun
herausgestellt, dass eine besonders effiziente Abkühlung des Produkts dann erzielt
werden kann, wenn gegen diesen Strömungsdruck ein gewisser Gegendruck aufgebaut wird.
Die Ursache für die Steigerung der Kühlleistung ist nicht restlos geklärt, möglicherweise
führt der Gegendruck zu einer längeren Verweildauer des Produkts im Zyklon und damit
zu einer längeren Kontaktzeit mit dem kryogenen Kältemittel. Die Erfindung sieht daher
vor, dass in einer sich an die Austrittsöffnung anschließenden Produktausleitung Mittel
zum Erzeugen eines solchen Gegendrucks angeordnet sind.
[0014] Die Mittel zum Aufbau eines Gegendrucks können dabei Strömungswiderstände innerhalb
der Produktausleitung, wie beispielsweise eine Blende oder sonstige Verengung des
freien Strömungsquerschnitts, umfassen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen
sie ein Drosselventil, mittels dem ein bestimmter zu erzielender Gegendruck eingestellt
werden kann. Diese Ausgestaltung empfiehlt sich insbesondere dann, wenn in der Vorrichtung
verschiedene Produkte zu kühlen sind und eine bestimmte Kühlleistung, abhängig von
Art und Eigenschaften des Produkts, wie beispielsweise Temperatur oder Viskosität
und/oder der einzustellenden Temperatur gefordert ist. Das Drosselventil kann auch
regelbar ausgestaltet sein und während des Kühlvorgangs einen Gegendruck in Abhängigkeit
von einem gemessenen Parameter, wie beispielsweise der ausgangsseitigen Temperatur
des Produkts, geregelt werden.
[0015] In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Mittel zum Aufbau des
Gegendrucks einen Abschnitt der Produktausleitung, die nach Art eines Siphons ausgebildet
ist und zumindest einen geodätisch nach oben verlaufenden Leitungsabschnitt umfasst.
Im Betrieb der Vorrichtung bildet sich in dem senkrecht nach oben verlaufenden Leitungsabschnitt
eine aus gekühltem Produkt bestehende Säule aus, deren Gewicht (bei flüssigen Produkten:
hydrostatischer Druck) als Gegendruck gegen den Strömungsdruck an der Austrittsöffnung
des Zyklons wirkt. Selbstverständlich können die Mittel zum Aufbau eines Gegendrucks
auch miteinander kombiniert werden, also beispielsweise eine Blende oder ein Drosselventil
in der Produktzuleitung mit einem senkrecht nach oben verlaufenden Leitungsabschnitt.
[0016] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor dass die Zuleitung
für das zu kühlende Produkt derart in den Hinterabschnitt einmündet, dass ein aus
ihr entströmender Produktstrom in den Strom des an der Zuführungsdüse eingetragenen
Kältemittels gerichtet ist. Dadurch wird bereits unmittelbar nach der Zuführung des
Produkts eine innige Durchmischung von Produkt und Kältemittel bewirkt.
[0017] Bevorzugt erfolgt dabei der Eintrag des Produkts über eine senkrecht zum Kältemittelstrom
einmündende Zuleitung, die beispielsweise durch den Deckel des Hinterabschnitts geführt
ist und zumindest mit ihrem Endabschnitt im wesentlichen parallel zu einer Längsachse
des Zyklons verläuft. Das Produkt wird in diesem Fall also im wesentlichen senkrecht
zur Strömungsrichtung des Kältemittels in den Zyklon eingetragen. Die Zuleitung für
das Produkt kann jedoch auch in einem spitzen Winkel in den Hinterabschnitt einmünden,
mit jeweils einer Richtungskomponente parallel und senkrecht zum Kältemittelstrom.
Im Übrigen kann die Zuleitung für das Produkt mündungsseitig auch mit einer Sprühdüse
ausgerüstet sein.
[0018] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mündet die Zuleitung
für das Produkt nicht unmittelbar vor der Zuführungsdüse für das Kältemittel in den
Hinterabschnitt aus, sondern axial beabstandet zu dieser. Bevorzugt mündet die Zuleitung
für das Produkt 1 cm bis 10 cm vor der Zuführungsdüse in den Hinterabschnitt ein,
besonders bevorzugt 2 cm bis 5 cm. Der Produktstrom trifft bei dieser Ausgestaltung
auf einen bereits verbreiterten Kältemittelstrom und wird von diesem mitgerissen.
[0019] Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Verfahren zum Kühlen von Produkten,
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit den Merkmalen des Patentanspruchs
7 gelöst. Dabei wird an einer in den Hinterabschnitt eines Zyklons einmündenden Zuführungsdüse
tangential ein kryogenes Kältemittel in den Zyklon eingetragen. Gleichzeitig wird
ein zu kühlendes Produkt in einem auf den Strom des eingetragenen Kältemittels gerichteten
Produktstrom zugeführt. Das Gemisch aus Kältemittel und Produkt wird im Zyklon getrennt,
wobei das Produkt über eine Produktausleitung, die aus einem sich an den Hinterabschnitt
anschließenden konisch zugeformten Vorderabschnitt ausmündet, abgeführt wird. Verdampftes
Kältemittel wird über eine Gasabzugsleitung im Hinterabschnitt des Zyklons abgeführt.
[0020] Erfindungsgemäß wird in der Produktausleitung abströmseitig ein dem Strömungsdruck
des abströmenden Produkts entgegenwirkender Gegendruck erzeugt. Der Gegendruck wird
mittels geeigneter Mittel auf einen vorgegebenen Wert eingestellt oder in Abhängigkeit
von einem gemessenen Wert geregelt. Als Mittel kann beispielsweise ein Drosselventil
oder eine Engstelle in der Produktausleitung oder die Aufrechterhaltung einer Flüssigkeitssäule,
gegen deren hydrostatischem Druck das Abströmen des gekühlten Produkts zu erfolgen
hat, zum Einsatz kommen. Durch das Anlagen des Gegendrucks werden die Strömungsverhältnisse
im Innern des Zyklons derart verändert, dass es zu einer längeren Kontaktzeit von
Produkt und Kältemittel und damit zu einer effizienteren Kühlung des Produkts kommt.
[0021] Bevorzugt wird der Gegendruck auf einen Wert von 0,03 bis 0,2 bar, besonders bevorzugt
auf einen Wert zwischen 0,05 und 0,1 bar eingestellt. Als kryogenes Kältemittel kommt
bevorzugt flüssiger Stickstoff oder flüssiges Kohlendioxid, das beim Eintritt in den
Zyklon zu einem Gemisch aus gasförmigem und festem Kohlendioxid entspannt, zum Einsatz.
[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Kühlung
flüssiger, fluidisierter oder pulverförmiger Produkt geeignet. Insbesondere wird die
erfindungsgemäße Vorrichtung wird zur Kühlung von Lebensmittelprodukten auf Fett-
oder Wasserbasis, insbesondere flüssiger Lebensmittelprodukte, wie beispielsweise
Soßen, Suppen oder Säfte, mit oder ohne feste Bestandteile, eingesetzt. Nach der Kühlung
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Produkt anschließend weiteren Verarbeitungsschritten
oder einer Verpackungseinheit zugeführt werden. Das beim Kühlvorgang entstehende gasförmige
Kältemittel, beispielsweise Kohlendioxidgas, wird an der Gasabzugsleitung abgezogen
und kann beispielsweise auch zur Vorkühlung des dem Zyklon zugeführten Kältemittels
eingesetzt werden.
Beispiel:
[0023] Der Hinterabschnitt des Zyklons einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besitze einen
Rohrdurchmesser von beispielsweise 250 mm bis 300 mm. In den Hinterabschnitt wird
ein wässeriges Produkt mit einem Mengenstrom zwischen 2,5 m
3/h eingetragen. Gleichzeitig wird flüssiges Kohlendioxid als Kältemittel mit einem
Mengenstrom von 1,2 t/h eingetragen. In der Produktausleitung wird beispielsweise
mittels eines Drosselventils ein Gegendruck zwischen 0,05 bar und 0,1 bar erzeugt.
Das am Ausgang der Produktausleitung entnommene Produkt besitzt eine Temperatur, die
um bis zu 40°C niedriger ist als die Temperatur des zugeführten Produkts.
[0024] Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
In schematischen Ansichten zeigen:
Fig. 1: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittansicht längs der Linie
I-I in Fig. 2,
Fig. 2: Die Vorrichtung aus Fig. 1 in einer Schnittansicht längs der Linie II-II in
Fig. 1,
[0025] Die in den Zeichnungen gezeigte Vorrichtung 1 zum Kühlen von Produkten umfasst einen
Zyklon 2, dessen Gehäuse in an sich bekannter Weise einen Hinterabschnitt 3 mit kreiszylinderförmigem
Querschnitt mit Radius Rz und einen sich daran anschließenden, konisch zugeformten
Vorderabschnitt 4 aufweist, der in einer Austrittsöffnung 5 mit Radius Rp ausmündet.
Der Zyklon 2 ist aus einem schlecht wärmeleitenden Material, wie Edelstahl oder Titan,
gefertigt und kann überdies, hier nicht gezeigt, mit einer thermisch isolierenden
Hülle ausgerüstet sein.
[0026] Auf seiner dem Vorderabschnitt 4 entgegengesetzten Stirnseite ist der Hinterabschnitt
3 mit einem Deckel 6 abgeschlossen. Eine zylinderförmige Gasabzugsrohr 7 mit Innenradius
R
G, das in hier nicht gezeigter Weise an einer Gasabzugsleitung angeschlossen ist, ist
durch den Deckel 6 mittig hindurchgeführt, wodurch zwischen der Außenwand des Gasabzugsrohrs
7 und der Innenwand des Hinterabschnitts 3 ein Ringraum 8 der Breite B
R besteht. Das Gasabzugsrohr 7 ist tief in das Innere des Zyklons 2 hineingeführt und
endet mit einer Gasaustrittsöffnung 11 ungefähr in Höhe der Ebene 12 des Übergangs
zwischen Hinterabschnitt 3 und Vorderabschnitt 4 des Zyklons 2. Der Hinterabschnitt
3, der Vorderabschnitt 4 und das Gasabzugsrohr 7 sind entlang einer gemeinsamen vertikalen
Achse 9 angeordnet, wobei die Austrittsöffnung 5 unten und das Gasabzugsrohr 7 oben
am Zyklon 2 angeordnet sind. Beispielsweise beträgt der Radius Rz zwischen 10 cm und
15 cm, der Radius R
G zwischen 5 cm und 10 cm und der Radius R
P zwischen 5 cm und 10 cm.
[0027] In den Hinterabschnitt 3 des Zyklons 2 mündet eine Zuführungsdüse 14 für ein kryogenes
Kältemittel ein, die über eine Zuleitung 15 mit einer hier nicht gezeigten Quelle
für ein kryogenes Kältemittel strömungsverbunden ist. Bei der Quelle handelt es sich
beispielsweise um einen Tank für tiefkalt verflüssigten Stickstoff oder für druckverflüssigtes
Kohlendioxid. Ein Endabschnitt der Zuleitung 15, an dessen Stirnseite sich die Zuführungsdüse
14 befindet, ist innerhalb einer tangentialen Zuführungsabschnitts 16 des Zyklons
2 und axial zu diesem angeordnet. Eine Flanschverbindung 17 sorgt für eine gasdichte
Verbindung zwischen Zuleitung 15 und Zuführungsabschnitt 16.
[0028] Weiterhin ist eine Produktzuleitung 18 vorgesehen, die an einer Austrittsöffnung
19 im Deckel 6 senkrecht oder schräg, mit einer zusätzlichen tangentialen Richtungskomponente,
in den Hinterabschnitt 3 einmündet. Die Austrittsöffnung 19 ist so angeordnet, dass
sie mit dem Endabschnitt der Zuleitung 15 fluchtet und um einen Abstand D von beispielsweise
2 cm bis 5 cm axial beabstandet vor der Zuführungsdüse 14 ausmündet.
[0029] An die Austrittsöffnung 5 des Vorderabschnitts 4 schließt sich eine Produktausleitung
20 zum Abführen von gekühltem Produkt an, die im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
durchgehend einen Querschnittsradius R
P besitzt, der dem Radius der Austrittsöffnung 5 des Zyklons entspricht. Die Produktausleitung
20 weist nach Art eines Siphons einen U-förmigen Leitungsabschnitt auf, der im Einsatz
der Vorrichtung 1 mit einem Krümmer 21 geodätisch nach unten und mit seinen Schenkeln
22, 23 nach oben gerichtet ist, wobei sich der Schenkel 22 unmittelbar an die Austrittsöffnung
5 anschließt. Krümmer 21 und Schenkel 22, 23 des U-förmigen Leitungsabschnitts so
dimensioniert, dass in ihm eine Flüssigkeitssäule der Höhe H von beispielsweise 500
mm bis 800 mm aufrecht erhalten werden kann.
[0030] Beim Betrieb der Vorrichtung 1 strömt ein kryogenes Kältemittel, beispielsweise druckverflüssiges
Kohlendioxid, das über die Zuleitung 15 mit einem Druck von mehr als 5,18 bar (abs.),
beispielsweise einem Druck zwischen 18 bis 20 bar (abs.), zur Zuführungsdüse 14 geführt
wird, in den Zyklon 2 ein. An der Zuführungsdüse 14 expandiert das Kohlendioxid unter
Bildung eines Stroms aus Kohlendioxidgas und Kohlendioxidschnee, der tangential in
den Ringraum 8 zwischen der Innenwand des Hinterabschnitts 3 und der Außenwand des
Gasabzugsrohrs 7 einströmt und dort auf eine in Richtung des Vorderabschnitts absinkende
spiralförmige Bahn 25 gezwungen wird, wie in Fig. 2 angedeutet. Anstelle von Kohlendioxid
kann im Übrigen auch ein anderes kryogenes Kältemittel, wie beispielsweise flüssiger
Stickstoff, zum Einsatz kommen.
[0031] Gleichzeitig mit dem Kältemittel wird ein zu kühlendes flüssiges Produkt über die
Produktzuleitung 18 zugeführt. Das Produkt vermischt sich vor der Ausmündung 19 innig
mit dem aus der Zuführungsdüse 14 eingetragenen Kältemittel und wird von dessen Strom
mitgerissen. Dabei nimmt das Kältemittel Wärme vom Produkt auf und verdampft bzw.
sublimiert dabei zumindest teilweise, wobei sich das Produkt abkühlt.
[0032] In an sich bekannter Weise transformiert die spiralförmige Bahn 25 des verdampften
Kältemittels auf Höhe der Gasaustrittsöffnung 11 in eine innerhalb des Gasabzugsrohrs
7 aufsteigende Spiralbahn. Das am Gasabzugsrohr 7 entweichende gasförmige Kältemittel
wird anschließend bevorzugt aufgefangen und beispielsweise zur Vorkühlung des zugeführten
Kältemittels in der Zuleitung 15 eingesetzt. Durch die kreisförmigen Strömungen innerhalb
des Zyklons 2 werden die Flüssigkeitstropfen bzw. Partikel des Produkts spätestens
nach einigen Umdrehungen aufgrund der Fliehkraft an die Innenwand des kegelförmigen
Vorderabschnitts 4 geschleudert und soweit abgebremst, dass sie sich aus der Strömung
lösen und nach unten in Richtung der Austrittsöffnung 5 laufen. Das flüssige Produkt
wird anschließend über den U-förmigen Leitungsabschnitt der Produktausleitung 20 abgeführt.
[0033] Die Zuführung und Expansion des Kältemittels im Zyklon 2 führt zu einem starken Strömungsdruck
des Produkts in Richtung auf die Produktausleitung 20. Beim Abströmen über die Produktausleitung
20 muss das Produkt jedoch den Schenkel 23 des U-förmigen Leitungsabschnitts und damit
einen der Höhe H entsprechenden hydrostatischen Druck überwinden, der als Gegendruck
zum Strömungsdrück des Produkts wirkt. Der Gegendruck von beispielsweise 0,05 bar
bis 0,08 bar führt zu einer längeren durchschnittlichen Kontaktzeit der Flüssigkeitströpfchen
des Produkts mit dem Kältemittel und damit zu einer wesentlich stärkeren Abkühlung
des Produkts im Vergleich zu einer direkt nach unten geführten Ausleitung. Im Übrigen
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in gleicher Weise auch zur Kühlung eines pulverförmigen
Produkts geeignet.
Bezugszeichenliste
[0034]
- 1.
- Vorrichtung
- 2.
- Zyklon
- 3.
- Hinterabschnitt
- 4.
- Vorderabschnitt
- 5.
- Austrittsöffnung
- 6.
- Deckel
- 7.
- Gasabzugsrohr
- 8.
- Ringraum
- 9.
- Achse
- 10.
- -
- 11.
- Gasaustrittsöffnung
- 12.
- Ebene
- 13.
- -
- 14.
- Zuführungsdüse
- 15.
- Zuleitung
- 16.
- Zuführungsabschnitt
- 17.
- Flanschverbindung
- 18.
- Produktzuleitung
- 19.
- Austrittsöffnung
- 20.
- Produktausleitung
- 21.
- Krümmer
- 22.
- Schenkel
- 23.
- Schenkel
- 24.
- -
- 25.
- Bahn
- BZ
- Breite des Ringspalts
- RG
- Innenradius Gasableitung
- RP
- Innenradius Produktausleitung
- RZ
- Innenradius Hinterabschnitt des Zyklons
- H
- Höhe einer Flüssigkeitssäule in der Produktausleitung
- D
- Abstand zwischen Zuführungsdüse und Produktzuleitung
1. Vorrichtung zum Kühlen von Produkten, mit einem Zyklon (2), der ein Gehäuse mit einem
kreiszylinderförmigen Hinterabschnitt (3) und einen sich daran anschließenden, konisch
zugeformten Vorderabschnitt (4) mit einer Austrittsöffnung (5) aufweist, wobei auf
der vom Vorderabschnitt (4) entgegengesetzten oberen Stirnseite des Hinterabschnitts
(3) ein Deckel (6) mit einer durch diesen konzentrisch hindurchgeführten, im Innern
des Zyklons (2) beabstandet vom Deckel (6) mit einer kreisförmigen Gasaustrittsöffnung
(11) ausmündenden Gasabzugsleitung (7) angeordnet ist, mit einer an einer Zuleitung
(15) für ein kryogenes Kältemittel angeschlossenen Zuführungsdüse (14), die tangential
in den Hinterabschnitt (3) im Bereich der oberen Stirnseite einmündet, und mit mindestens
einer in den Hinterabschnitt (3) einmündenden Zuleitung (18) für ein zu kühlendes
Produkt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Austrittsöffnung (5) des Vorderabschnitts (4) mit einer Produktausleitung (20)
für gekühltes Produkt strömungsverbunden ist, in der Mittel (21, 22, 23) zum Aufbau
eines dem Strömungsdruck des durch die Produktausleitung (20) abströmenden Produkts
entgegen wirkenden Gegendrucks angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (21, 22, 23) zum Aufbau eines Gegendrucks ein Drosselventil umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (21, 22, 23) zum Aufbau des Gegendrucks einen geodätisch nach oben verlaufenden
Leitungsabschnitt (23) der Produktausleitung (20) umfassen, in dem im Betrieb der
Vorrichtung eine Flüssigkeitssäule aufbaubar ist, deren hydrostatischer Druck als
Gegendruck wirkt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (18) für das Produkt derart in den Hinterabschnitt (3) einmündet, dass
ein aus ihr entströmender Produktstrom in den Strom des an der Zuführungsdüse (14)
eingetragenen Kältemittels gerichtet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (18) für das Produkt axial beabstandet von der Zuführungsdüse (14)
für das Kältemittel in den Hinterabschnitt (3) des Zyklons (2) einmündet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (18) für das Produkt zumindest mit ihrem in den Zyklon (2) einmündenden
Endabschnitt im wesentlichen parallel zu einer Längsachse (9) des Zyklons (2) angeordnet
ist.
7. Verfahren zum Kühlen von Produkten unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein kryogenes Kältemittel an einer Zuführungsdüse
(14) tangential in den Hinterabschnitt (3) des Gehäuses eines Zyklons (2) eingeleitet
wird, über eine in den Zyklon (2) einmündende Zuleitung (18) ein zu kühlendes Produkt
in den Strom des eingeleiteten Kältemittels eingetragen wird und sich mit diesem vermischt,
anschließend das Gemisch aus Kältemittel und Produkt im Zyklon (2) getrennt wird,
wobei das Produkt über eine aus einem sich an den Hinterabschnitt (3) anschließenden
konisch zugeformten Vorderabschnitt (4) ausmündende Produktausleitung (20) und verdampftes
Kältemittel über eine in den Hinterabschnitt (3) einmündende Gasabzugsleitung (7)
abgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der in der Produktausleitung (20) abströmseitig ein dem Strömungsdruck des abströmenden
Produkts entgegen wirkender Gegendruck erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck auf einen Wert von 0,03 bis 0,2 bar, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,1
bar eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als kryogenes Kältemittel flüssiges Kohlendioxid oder flüssiger Stickstoff zum Einsatz
kommt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt ein flüssiges oder pulverförmiges Produkt ist.