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Dokumentenidentifikation DE102006027561A1 20.12.2007
Titel Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums
Anmelder Messer France S.A.S, Asnières sur Seine Cédex, FR
Erfinder Beaugé, Claude, Eragny-Sur-Oise, FR
Vertreter Münzel, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 65779 Kelkheim
DE-Anmeldedatum 14.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027561
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F16K 1/34(2006.01)A, F, I, 20060614, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16K 1/12(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   F17C 13/04(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   F16K 15/06(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   
Zusammenfassung Zur Kühlung von Produkten ist es bekannt, ein kryogenes Medium, beispielsweise Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff oder flüssiges Kohlendioxid, in einen das Produkt enthaltenden Behälter einzudosieren. Die Einspeisung des kryogenen Mediums erfolgt dabei zumeist im Kopfraum des Behälters, um ein Vereisen im Bereich der Einspeisestelle zu vermeiden. Dadurch jedoch kommen Produkt und Kühlmedium nur unzureichend miteinander in Berührung und ein beachtlicher Teil des Kühlmediums geht ungenutzt verloren. Die Einspeisung in einen unteren Teil des Behälters oder in eine Produktzuleitung ist problematisch, da die Gefahr besteht, dass das Produkt aus dem Behälter bzw. der Zuleitung in das Ventil eindringen und zum Verschluss des Ventils führen kann.
Erfindungsgemäß wird die Einspeisung des kryogenen Mediums in einem Bereich des Behälters, in dem sich beim Einsatz das zu kühlende Produkt befindet, beispielsweise im Bodenbereich des Behälters ("Bottom injection") oder in eine Zuleitung dadurch ermöglicht, dass die Einspeisung mithilfe eines Differenzdruckventils erfolgt, das erst bei Vorliegen eines gewissen Überdrucks in der Zuführleitung für das kryogene Medium gegenüber dem Behälter- bzw. Leitungsinnern öffnet bzw. schließt. Bei der Einspeisung wird das kryogene Medium in Richtung der Behälterinnenwand abgelenkt, um eine möglichst breite Verteilung des kryogenen Mediums im Produkt zu gewährleisten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums mit wenigstens einem in der Wandung eines Behältnisses integrierten und mit einer Zuführleitung für das kryogene Medium verbindbaren Ventil zum Einleiten des kryogenen Mediums in das Behältnis.

In vielen industriellen Anwendungen werden kryogene Medien, insbesondere tiefkalte Flüssigkeiten oder Gase zum Kühlen oder Frosten von flüssigen, pastösen oder festen Produkten eingesetzt. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei entweder indirekt, also ohne stofflichen Kontakt zwischen dem zu kühlenden Produkt und dem kryogenen Medium, über Wärmetauscherflächen oder durch eine direkten Kontaktierung des Produkts mit dem kryogenen Medium.

Bei der direkten Kühlung wird üblicherweise das Produkt durch eine Leitung geführt oder in einem Behälter gesammelt und das kryogene Medium über geeignete Düsen oder Ventile in die Leitung oder in den Behälter eingebracht. Im Folgenden werden die Begriffe „Leitung" und „Behälter" unter dem Begriff „Behältnis" subsumiert.

Befindet sich das zu kühlende Produkt in einem Behälter, beispielsweise in einem Mischer, so bestehen verschiedene Möglichkeiten zum Einspeisen des kryogenen Mediums: Bei der Einbringung im Kopfraum des Behälters haben die Eintrittstellen für das kryogene Medium keinen oder nur einen geringen Kontakt mit dem zu kühlenden Produkt. Da zwischen dem Produkt und den Eintrittsstellen ein gewisser Abstand besteht, ist die Gefahr der Vereisung der Eintrittstellen gering. Es können daher einfach aufgebaute Ventile oder Düsen, verwendet werden – beispielsweise Sprühdüsen oder Kapillardüsen, die gegenüber dem Behälterinnern stets geöffnet sind. Nachteilig bei diesen Systemen ist jedoch, dass immer nur ein Teil des kryogenen Mediums mit dem Produkt in Kontakt kommt und diesem Wärme entziehen kann. Ein großer Teil des kryogenen Mediums geht somit ungenutzt verloren.

Um die Wärmeenergie besser auf das kryogene Medium übertragen zu können, wird alternativ das kryogene Medium unmittelbar in das Produkt eingebracht. Dazu befinden sich die Eintrittstellen für das kryogene Medium nicht im Kopfraum sondern in einem unteren Teil des Behälters, also in jenem Bereich, der während der Behandlung mit dem zu kühlenden Produkt gefüllt ist. Bei dieser, im Fachjargon auch als „Bottom-Injection" bezeichneten Vorgehensweise ist jedoch darauf zu achten, dass das Ventil verschließbar ist, um in solchen Phasen während der Behandlung, während denen kein kryogenes Medium eingebracht wird, ein Vereisen der Eintrittstellen oder ein Eindringen von Produkt in das Innere der Düse oder des Ventils zu verhindern.

Ein für diesen Einsatz geeignetes Ventil zum Eintragen eines kryogenen Mediums wird in der DE 101 52 764 A1 beschrieben. Das Ventil umfasst ein Ventilgehäuse, das in der Wand eines Behälters, beispielsweise eines Mischers, integriert ist. Im Ventilgehäuse ist eine Ventilöffnung mit geringem Öffnungsquerschnitt angeordnet, die mittels einer Ventilnadel derart verschließbar ist, dass bei geschlossenem Ventil die Stirnfläche der Ventilnadel mit dem Ventilgehäuse bzw. der Innenoberfläche des Behälters im Wesentlichen bündig abschließt. Beim Einsatz des Ventils wird die Ventilnadel zurückgezogen und das Kühlmittel, beispielsweise flüssiger Stickstoff, strömt durch die Ventilöffnung in das Behälterinnere hinein und bildet einen tief in das zu kühlende Produkt eindringenden Kühlmittelstrahl aus. Beim Schließen des Ventils wird die Ventilnadel in Richtung auf den Behälter zu bewegt, wodurch etwaig in die Ventilöffnung eingedrungenes Produkt herausgedrängt wird. Nachteilig ist diese Anordnung insofern, als die Ventilnadel unabhängig vom Gaseintrag betätigt werden muss und daher die Gefahr besteht, dass bei rascher Druckminderung an der Gaszuleitung Produktreste in das Innere des Ventils eindringen können. Insbesondere beim Einsatz zur Kühlung von Lebensmitteln oder pharmazeutischen Produkten besteht dadurch die Gefahr von Keimbildungen, der durch regelmäßige intensive Reinigung des Ventils begegnet werden muss. Zudem führt der scharfe, in das Produkt gerichtete Kühlmittelstrahl insbesondere bei zähflüssigen Produkten dazu, dass örtliche Unterkühlungen im Produkt stattfinden können, die zu Verklumpungen des Produkts und damit zu einer Qualitätsminderung führen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums zu schaffen, bei dem das Eindringen von Produkt in das Innere des Eintragsventils zuverlässig verhindert wird.

Gelöst ist diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung dadurch, dass das Ventil mit Mitteln ausrüstet ist, die oberhalb eines vorgegebenen Differenzdrucks zwischen dem Druck des kryogenen Mediums in der Zuführleitung und dem Druck im Behältnis die Einleitung des kryogenen Mediums in das Behältnis ermöglichen, bei Unterschreiten des vorgegebenen Differenzdrucks dagegen das Ventil sperren. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also erst bei Vorliegen eines bestimmten Überdrucks in der Zuleitung gegenüber dem Innendruck im Behältnis, also in dem Behälter oder in der Leitung, das Ventil freigegeben. Damit wird sichergestellt, dass kein Produkt aus dem Behältnis in den Innenbereich des Ventils eindringen kann. Die regelmäßige Reinigung des Ventils kann somit entfallen. Als Ventile kommen dabei beispielsweise handelsübliche Differenzdruckventile zum Einsatz, die erst oberhalb einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen zwei Punkten vor und hinter dem Ventil einen Strömungsweg freigeben. Als kryogenes Medium wird beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff in flüssigem oder kaltem gasförmigem Zustand eingesetzt. Stickstoff ist inert und besitzt gute Kühleigenschaften. Der Einsatz von kaltem Sauerstoff bei der Kühlung von Fleisch oder Fleischmasse führt nicht nur zu einer guten Kühlwirkung, sondern trägt zugleich zum Erhalt der roten Fleischfarbe bei. Ein gleichfalls vorteilhaftes kryogenes Medium ist Kohlendioxid, das unter Druck im flüssigen Zustand herangeführt und beim Eintritt in das Behältnis unter Erzeugung von Kohlendioxidschnee entspannt wird. Der pulverförmige Kohlendioxidschnee kann mit insbesondere mit einem gleichfalls pulverförmigen Produkt innig durchmischt werden, wodurch eine effiziente Kühlung erzielt wird.

Die Höhe des Differenzdrucks, ab dem das Ventil öffnet bzw. sperrt, ist insbesondere in Abhängigkeit vom eingesetzten kryogenen Medium und/oder von dem zu kühlenden Produkt zu wählen. Beispielsweise beträgt der Differenzdruck bei Flüssigstickstoff 2 bis 2,5 bar, bei Kohlendioxid 7 bis 9 bar.

Zweckmäßigerweise ist das Ventil mit Mitteln ausgerüstet, die das kryogene Medium beim Einleiten in das Behältnis in radiale Richtung, also Richtung der benachbarten Innenwände des Behältnisses ablenken. Das kryogene Medium wird also nicht, wie beim Gegenstand der DE 101 52 764 A1 durch einen engen Kanal unter Ausbildung eines Kühlmittelstrahls in das Produkt eingetragen, sondern breit und flächig im Behältnis verteilt. Auf diese Weise werden lokale Unterkühlungen aufgrund einer zu starken Fokussierung des Kühlmittels im Produkt vermieden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass das Ventil mit einem in einem Ventilgehäuse aufgenommenen, stirnseitig mit einem tellerförmigen Vorderabschnitt ausgestatteten Absperrglied ausgerüstet ist, welcher Vorderabschnitt das kryogene Medium in gegenüber der Einströmrichtung radiale Richtung ablenkt und im Schließzustand des Ventil auf einer Dichtfläche des Ventilgehäuses aufliegt. Der tellerförmige Vorderabschnitt des Absperrglieds dient also gleichzeitig zum Sperren der Strömungsverbindung und zum Ablenken des kryogenen Mediums beim Einströmen in das Behältnis. Zum Innern des Ventilkörpers hin kann der Vorderabschnitt des Absperrgliedes verschiedenartig, beispielsweise rechteckig oder konisch zugeformt sein, wobei die Dichtfläche des Ventilgehäuses entsprechend anzupassen ist. Insbesondere eine konische Form ist vorteilhaft, da sie einen vergleichsweise geringen Strömungswiderstand aufweist, jedoch beim Einströmen des kryogenen Mediums eine breite Verteilung des Mediums im Behältnis begünstigt und zudem keine Möglichkeit zur Anlagerung von Produkt bietet.

Das Absperrglied ist vorzugsweise gegen die Wirkung eines Federelements bewegbar ausgebildet, wobei in Öffnungsrichtung die Bewegung zum Inneren des Behältnisses hin erfolgt. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere zwei Vorteile: Zum einen kann die Dichtfläche für den tellerförmigen Vorderabschnitt des Absperrglieds auf der behälterseitigen Ausmündung des Ventilgehäuses angeordnet werden. Das Ventil wird also unmittelbar im Bereich der Wand des Behältnisses geöffnet oder geschlossen. Es keine längeren Leitungsstrecken vorhanden, in denen sich während der Schließphase des Ventils Produkt anlagern kann. Zum anderen wird der Differenzdruck, bei dem das Ventil öffnet bzw. schließt, im Wesentlichen durch die Rückstellkraft des Federelements bestimmt. Durch eine geeignete Wahl der Feder oder durch eine Variation des Federweges kann so der Differenzdruck leicht entsprechend den Anforderungen eingestellt werden.

Vorzugsweise ist das Absperrglied auf seiner vom tellerförmigen Abschnitt entgegen gesetzten Stirnseite mit einem Halteabschnitt ausgerüstet, und das als Spiralfeder ausgestaltete Federelement erstreckt sich zwischen dem Halteabschnitt und einem Federsitz des Ventilgehäuses. Der Federsitz des Ventilgehäuses ist dabei beispielsweise ungefähr in Höhe des tellerförmigen Abschnitts des Absperrglieds angeordnet, sodass sich die Feder zumindest teilweise parallel zum Absperrglied oder um dieses herum erstreckt und somit eine besonders kompakte Bauweise des Ventils erlaubt.

Zweckmäßigerweise ist die Dichtfläche des Ventilgehäuses derart zurückgesetzt in der Wand des Behältnisses angeordnet, dass das Absperrglied in einem Öffnungszustand im Wesentlichen bündig zu einer Innenoberfläche des Behältnisses verläuft. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, im Behältnis ein Misch- oder Schneidwerkzeug vorzusehen, dass sich bis unmittelbar an die Innenwand des Behältnisses erstreckt und vom geöffneten Ventil nicht behindert wird.

Vorzugsweise ist das Ventil lösbar mit der Innenwand des Behältnisses verbunden. Beispielsweise ist das Ventilgehäuse an seiner im bestimmungsgemäßen Einbau der Innenseite des Behältnisses zugewandten Abschnitt mit einem Gewinde versehen, das in ein entsprechendes Innengewinde in der Wand des Behältnisses oder in einer mit der Wand des Behältnisses verbundenen Ventilaufnahme eingeschraubt werden kann. Auf diese Weise lässt sich das Ventil einfach den jeweiligen Anforderungen anpassen und beim Wechsel des kryogenen Mediums oder des zu kühlenden Produkts leicht austauschen oder umrüsten.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Ventil nicht im Kopfraum eines Behälters, sondern in einem unteren Bereich des Behälters angeordnet ist. Als „unterer Bereich" des Behälters wird hier der Teil des Behälters verstanden, der beim Einsatz der Vorrichtung mit Produkt gefüllt ist. Bei einer solchen, auch als „bottom injection" bekannten Ausgestaltung kommt das kryogene Medium unmittelbar mit dem zu kühlenden Produkt in Berührung, wodurch eine sehr effiziente Kühlung bewirkt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für derartige Ausgestaltungen besonders, da bei dieser ein Eindringen von Produkt in das Ventilinnere zuverlässig vermieden wird.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Behältnis um eine Leitung zum Transport eines flüssigen oder gasförmigen Produkts. Derartige Systeme werden insbesondere zum Einleiten von verflüssigtem Kohlendioxid in Flüssigkeiten eingesetzt, beispielsweise in der Umwelttechnik zur Behandlung von Abwasser oder zum Auffrischen oder Entkeimen flüssiger Nahrungsmittel wie Wein, Säfte oder Milch. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert hier zuverlässig das Eindringen von Produkt in das Ventilinnere oder in die Zuleitung für das kryogene Medium, selbst im Falle von Druckschwankungen in der Leitung für das Produkt oder im Falle eines Druckabfalls in der Zuleitung für das kryogene Medium.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Behältnis in einer Mischeinrichtung zur Kühlung eines Produkts während des Mischvorgangs integriert ist. Bei dem Behältnis handelt es sich in diesem Fall beispielsweise um einen Behälter, in dem eine Rühreinrichtung angeordnet ist, oder um eine Leitung eines statischen Mischers.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

Die einzige Zeichnung (1) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums in einen Behälter.

Die Vorrichtung umfasst ein Ventil 1, das im Ausführungsbeispiel an einen Behälter 2 montiert ist. Anstelle des Behälters 2 kann das Ventil 1 jedoch ebenso gut an einer Gas- oder Flüssigkeitsleitung angeordnet werden. Das Ventil 1 weist einen aus zwei Gehäuseteilen 6, 7 bestehenden Ventilkörper. Das vordere Gehäuseteil 6 des Ventilkörpers ist lösbar in der Behälterwand 3 des Behälters 2 befestigt, beispielsweise verschraubt, und zwar derart, dass die behälterseitige Ausmündung 8 des Gehäuseteils 6 im wesentlichen bündig mit der Innenfläche 9 der Behälterwand 3 abschließt. Das hintere Gehäuseteil 7 des Ventilkörpers ist am vorderen Gehäuseteil 6 ebenfalls lösbar, beispielsweise durch Verschrauben, befestigt, wobei die dem hinteren Gehäuseteil 7 zugewandte Stirnseite des vorderen Gehäuseteils 6 mit einer Ringschulter 10 im Innern des hinteren Gehäuseteils 7 vorsteht. Auf seinem vom vorderen Gehäuseteil 6 entgegen gesetzten Ende weist das hintere Gehäuseteil 7 einen Anschluss 4 zum Verbinden mit einer hier nicht gezeigten Zuführleitung für ein kryogenes Medium auf. Der Anschluss 4 ist dabei an die Art der Zuführleitung für das kryogene Medium angepasst, und fallweise druck- und/oder tieftemperaturfest ausgelegt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Anschluss 4 um einen Gewindeanschluss oder einen Flansch. Als kryogenes Medium kommt beispielsweise ein verflüssigtes Gas wie Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff oder flüssiges Kohlendioxid oder auch ein kaltes Gas, beispielsweise tiefkalter gasförmiger Stickstoff, zum Einsatz. Generell kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu genutzt werden, Gas oder eine Flüssigkeit in ein Gas, eine Flüssigkeit oder in einen pastösen, pulverförmigen oder stückigen Stoff einzudosieren.

Im Innern der jeweils im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebauten Gehäuseteile 6, 7 des Ventilkörpers ist ein Absperrglied 11 axial beweglich aufgenommen, mittels dessen das Ventil 1 geschlossen und geöffnet werden kann. Das Absperrglied 11 umfasst einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Innenabschnitt 12, an dessen dem Behälter 2 zugewandten Stirnseite sich ein tellerförmiger, im Querschnitt konischer Vorderabschnitt 13 anschließt. Der Vorderabschnitt 13 des Absperrglieds 11 ist so ausgebildet, dass er im Schließzustand des Ventils 2 – wie in 1 gezeigt – auf einem entsprechend konisch geformten Ventilsitz 15 des vorderen Gehäuseteils 6 dichtend aufsitzt. Um die Dichtigkeit weiter zu verbessern kann – hier nicht gezeigt – ein Dichtring aus einem flexiblen Material in einer rund umlaufenden Nut im Ventilsitz 15 angeordnet sein. An der vom Behälter 2 abgewandten Seite des Innenabschnitts 12 des Absperrglieds 11 ist ein ringförmiger Hinterabschnitt 17 vorgesehen, der auf einem Halteabschnitt 18 des Innenabschnitts 12 lösbar aufmontiert, beispielsweise verschraubt ist. Der Außenradius des Hinterabschnitts 17 ist größer als der Innendurchmesser der Ringschulter 10 des Ventilkörpers. Beim Öffnen des Ventils 2 begrenzt somit die Ringschulter 10 die axiale Verschiebbarkeit des Absperrglieds 11 in Richtung auf das Innere des Behälters 2, im maximalen Öffnungszustand liegt der Hinterabschnitt 17 auf der Ringschulter 10 auf. Im Schließzustand des Ventils 2 ist der Hinterabschnitt 17 dagegen beabstandet von der Ringschulter 10 angeordnet. Um eine Strömungsverbindung im Innern des Ventilkörpers zu beiden Seiten des Hinterabschnitts 17 sicher zu stellen, auch wenn der Hinterabschnitt 17 an der Ringschulter 10 anliegt, ist der Innenabschnitt 12 des Absperrglieds 11 mit einer zentralen Bohrung 25 versehen, die etwa in der Mitte des Innenabschnitts 12 in eine Radialbohrung 26 einmündet, die wiederum radial außenseitig am Innenabschnitt 12 des Absperrglieds 11 endet.

Zwischen dem Hinterabschnitt 17 und einem Federsitz 20 am vorderen Gehäuseteil 6 des Ventilkörpers erstreckt sich rings um den Innenabschnitt 12 des Absperrglieds 11 herum eine spiralförmige Schließfeder 22. Die Schließfeder 22 ist derart zwischen Federsitz 20 und Hinterabschnitt 17 des Absperrgliedes 11 eingespannt, dass sie bereits in der Schließposition des Ventils 2 unter einer gewissen Vorspannung steht. Dadurch öffnet sich das Ventil 1 erst bei Vorliegen eines bestimmten, durch die Federkraft der Schließfeder 20 festgelegten Differenzwertes (Grenzdruck) zwischen dem Druck im Innern des Ventilkörpers und dem Druck im Behälterinnenraum. Bei Überschreiten des Grenzdrucks wird das Absperrglied 11 aufgrund des auf den tellerförmigen Vorderabschnitt 13 des Absperrglieds 11 wirkenden Überdrucks im Innern des Ventilkörpers gegen die Wirkung der Schließfeder 22 axial in Richtung auf das Behälterinnere verschoben. Dabei öffnet sich im Bereich des Vorderabschnitts 13 des Absperrglieds 11 ein Ringspalt und gibt so einen Strömungsweg in das Innere des Behälters 2 frei.

Die konische Zuformung des Vorderabschnitts 13 des Absperrglieds 11 führt dazu, dass das kryogene Medium beim Einströmen in den Behälter 2 in radialer Richtung abgelenkt wird und sich sehr breit im Behälter 2 verteilt. Auf diese Weise wird die Ausbildung eines scharfen Kühlmediumsstrahls, der zu einer lokalen Unterkühlung eines im Behälter 2 vorhandenen Produkts führen könnte, verhindert. Die durch den Abstand zwischen dem Hinterabschnitt 17 und der Ringschulter 10 im Schließzustand des Ventils festgelegte maximale Vorschub des Absperrglieds 11 ist dabei so gewählt, dass die Stirnfläche 24 des Vorderabschnitts 13 nicht weiter in das Innere des Behälters 2 vorsteht, als bis sie im Wesentlichen bündig mit der Innenoberfläche 9 der Behälterwand 3 angeordnet ist. Ein im Behälter 2 angeordnetes Rührwerk oder Schieber, das bzw. der bis zu den Behälterwänden ausgreift, wird durch das Ventil 1 also nicht behindert.

Unterschreitet der Druck im Innenraum 23 des Ventilkörpers den oben definierten Grenzdruck, so schließt das Ventil 1 automatisch dadurch, dass sich das Absperrglied 11 unter der Wirkung der Schließfeder 22 in seine Sperrposition begibt, in der der tellerförmige Vorderabschnitt 13 auf der Dichtfläche 15 aufliegt. Dazu ist keine externe Ansteuerung des Absperrglieds erforderlich; die Dosage der in den Behälter eingeführten Menge an kryogenem Medium erfolgt direkt durch die Änderung des Drucks in der Zuführleitung. Da der Grenzdruck aufgrund der Vorspannung der Schließfeder 22 größer als der Innendruck im Behälter 2 ist, kann kein Produkt aus dem Innenraum des Behälters 2 in den Innenraum 23 des Ventils 2 eindringen. Dies gilt insbesondere auch im Falle eines plötzlichen, unvorhergesehenen Druckabfalls in der Zuführleitung des kryogenen Mediums. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum „bottom injection" geeignet, also zur Anordnung in einem Bereich der Behälterwand 3, der beim Einsatz vom zu kühlenden Produkt benetzt wird. Natürlich kann das Ventil 1 jedoch auch im Kopfraum des Behälters 2 oder in einer Zuleitung angeordnet werden.

Die Gehäuseteile 6, 7 des Ventilkörpers, Absperrglied 11 und Feder 22 sind aus einem Material gefertigt, dass den tiefen Temperaturen und/oder den hohen Drücken des jeweils zum Einsatz kommenden kryogenen Mediums Rechnung trägt, beispielsweise aus einem geeigneten, tieftemperaturfesten Edelstahl. Zudem sind sie mit abgerundeten Kanten versehen, damit kein Produkt an den Ventilen anhaften und zu einer bakteriologischen Kontamination Anlass geben kann. Des weiteren sind die Teile 6, 7, 11 und 22 vorzugsweise lösbar miteinander und mit dem Behälter 2 verbunden, wodurch nicht nur eine etwaige Wartung erleichtert wird, sondern auch die Ventile dem eingesetzten kryogenen Medium und/oder der Behandlungsaufgabe angepasst werden können. Beispielsweise liegt der von der Vorspannung der Schließfeder 22 bestimmte Grenzdruck beim Einsatz von Flüssigstickstoff bei 0,5 bis 2 bar. Bei Verwendung von Kohlendioxid als Kühlmedium ist darauf zu achten, dass der Grenzdruck auf einen Wert eingestellt wird, der oberhalb des Tripelpunkts des Kohlendioxids liegt, um zu verhindern, dass sich innerhalb des Ventils 2 Trockeneis bildet, das unter Umständen zum Verschluss des Ventils führen kann. In diesem Fall ist beispielsweise ein Grenzdruck von 5 bis 8 bar oder mehr erforderlich. Um das Ventil 1 den geänderten Anforderungen anzupassen, wird das hintere Gehäuseteil 7 vom vorderen Gehäuseteil entfernt, die Feder 22 durch eine entsprechend härtere Feder bzw. Feder mit im Einbauzustand härteren Vorspannung ersetzt und der Ventilkörper verschlossen. Alternativ kann das Ventil auch komplett ausgetauscht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung genügt insbesondere den gehobenen hygienischen Anforderungen bei der Behandlung von Lebensmittel wie Teig, Mehl, Maische oder Fleischmasse zur Wurstherstellung, oder bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte, Vorprodukte und Inhaltsstoffe, da der Eintrag von Produkt aus dem Behälter bzw. der Leitung in das Ventil zuverlässig vermieden wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber ebenso gut zur Behandlung anderer Materialien geeignet, beispielsweise für Zuschlagstoffe der Bauindustrie wie Zement oder Beton geeignet. Ein weiteres Anwendungsgebiet betrifft die Eindüsung eines kryogenen Mediums in eine von einem Gas oder einer Flüssigkeit durchströmten Leitung, beispielsweise bei der Abwasserbehandlung oder der Behandlung von Wein, Säften oder Milch.

1
Ventil
2
Behälter
3
Behälterwand
4
Anschluss
5
6
vorderer Gehäuseteil des Ventilkörpers
7
hinterer Tei des Ventilkörpers
8
Ausmündung (des Ventils)
9
Innenoberfläche (der Behälterwand)
10
Ringschulter
11
Absperrglied
12
Innenabschnitt
13
Vorderabschnitt
14
15
Ventilsitz
16
17
Hinterabschnitt
18
Halteabschntitt
19
20
Federsitz
21
22
Schließfeder
23
Innenraum des Ventilkörpers
24
Stirnfläche
25
zentrale Bohrung
26
Radialbohrung


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums mit wenigstens einem in der Wandung (3) eines Behältnisses (2) integrierten und mit einer Zuführleitung für das kryogene Medium verbindbaren Ventil (1) zum Einleiten des kryogenen Mediums in das Behältnis (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) mit Mitteln (6, 7, 11, 22) ausrüstet ist, die oberhalb eines vorgegebenen Differenzdrucks zwischen dem Druck des kryogenen Mediums in der Zuführleitung und dem Druck im Behältnis (2) die Einleitung des kryogenen Mediums ermöglichen, bei Unterschreiten des vorgegebenen Differenzdrucks dagegen das Ventil (1) sperren. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) mit Mitteln ausgerüstet ist, die das kryogene Medium beim Einleiten in das Behältnis (2) in eine gegenüber der Einströmrichtung radiale Richtung ablenken. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) mit einem in einem Ventilgehäuse aufgenommenen, stirnseitig mit einem tellerförmigen Vorderabschnitt (13) ausgestatteten Absperrglied (11) ausgerüstet ist, welcher Vorderabschnitt (13) im Öffnungszustand des Ventils (1) das kryogene Medium in eine gegenüber der Einströmrichtung radiale Richtung ablenkt und im Schließzustand des Ventils (1) auf einer Dichtfläche (15) des Ventils (1) aufliegt. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (15) des Ventilgehäuses konisch, sich zum Innern des Behältnisses (2) hin erweiternd, zugeformt ist. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, das das Absperrglied (11) gegen die Wirkung eines Federelements (22) bewegbar, in Öffnungsrichtung zum Innern des Behältnisses (2) hin, ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (11) auf seiner vom Behältnis (2) abgewandten Stirnseite (18) mit einem Halteabschnitt (17) ausgerüstet ist und sich das als Spiralfeder ausgestaltete Federelement (22) zwischen dem Halteabschnitt (17) und einem Federsitz (20) des Ventilgehäuses erstreckt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (15) des Ventilgehäuses derart zurückgesetzt in der Wand (3) des Behältnisses (2) angeordnet ist, dass das Absperrglied (11) mit seinem tellerförmigen Vorderabschnitt (13) in Öffnungszustand des Ventils (1) im wesentlichen bündig zu einer Innenoberfläche (9) des Behältnisses (2) verläuft. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) lösbar mit der Wand (3) des Behältnisses (2) verbunden ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) in einem unteren Bereich eines Behälters (2) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ventil (1) in einer Leitung für ein flüssiges oder gasförmiges Produkt angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (2) in einer Mischeinrichtung für ein Produkt, insbesondere für ein Lebensmittel, integriert ist.






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