Mechanische Frostersysteme

Mechanisches Frostersystem

Hierzu zählen alle Systeme, die elektrischen Strom zur Herstellung von Kaltluft und somit zur Kühlung einsetzen. Die Kaltluft strömt kontinuierlich über die Lebensmittel und nimmt ihnen damit die Wärme. Mechanische Frostersysteme sind mit hohem Investitionsaufwand, erheblichen regelmäßigen Kosten für vorbeugende Instandhaltung und einem nicht unwesentlichen Platzbedarf verbunden. Andererseits wird die daraus resultierende Kälte zu einem Bruchteil der Verbrauchskosten der kryogenen Kühlung erzeugt. Kältesysteme sind eine etablierte Technologie und in praktisch jedem lebensmittelverarbeitenden Betrieb in irgendeiner Form vorhanden. Manchmal neigen mechanische Frostersysteme dazu, das Produkt auszutrocknen, also ihm Feuchtigkeit zu entziehen. Für einige Produkte ist dies unbedenklich. Bei anderen führt es wiederum zu erheblichen Qualitäts- oder Ertragsproblemen.

Mechanische Kühlung

Kühlung ist der Entzug von Wärme aus einem Raum entsprechend einem bestimmten Kühlbedarf, um eine Temperatur unter den Umgebungstemperaturen zu erreichen. Nachdem die Wärme abgeleitet wurde, wird sie in einen Verflüssiger geleitet und in Luft und Wasser abgebaut. Der Zweck von Kältesystemen in der Lebensmittelverarbeitung ist die Bewahrung der Qualität und verzögertes Verderben durch Wiederherstellung flüchtiger organischer Verbindungen, das Kondensieren und Erfassen schädlicher Dampfemissionen und in der Industrie für Flüssigerdgas die Erleichterung der Lagerung und des Transports.

90 Prozent der industriellen Kühlung in den USA wird durch mechanische Systeme abgedeckt

90 Prozent der industriellen Kühlung in den USA wird durch mechanische Systeme abgedeckt, die mit Ammoniak als Kältemittel arbeiten. Mechanische Gefrieranlagen sind spezielle Systeme, die in den einzelnen Fabriken installiert werden, im Besitz der Unternehmen sind und von diesen selbst betrieben werden. Die Kühlung wird erzielt, indem das Kühlmittel, das im System zirkuliert, die Wärmeenergie aus dem zu kühlenden Raum entzieht. Wärmeenergie (Verdampfungswärme) wird absorbiert, wenn das flüssige Kühlmittel in den gasförmigen Zustand wechselt. Diese Systeme sind aus vier Grundelementen zusammengesetzt und werden mit Rohrleitungen zu einem geschlossenen Kreislauf verbunden, in dem das Kühlmittel umläuft. Kompressoren verwenden (üblicherweise) motorgetriebene Gebläseräder, die sich drehen, um Gasdruck zu erzeugen. Das gasförmige Kältemittel tritt bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur in den Kompressor ein und bei hohem Druck und hoher Temperatur wieder aus. Im Spulensystem des Verflüssigers kondensiert das Kühlmittel und wird flüssig. Um den Phasenübergang zu erleichtern, leitet der Verflüssiger Wärmeenergie in die Umgebungsluft oder in Wasser ab. Das komprimierte Kühlmittel tritt bei niedriger Temperatur aus. Ein Expansionsventil regelt den Durchfluss des komprimierten, flüssigen Kältemittels zum Verdampfer. Wenn das Kältemittel durch das Expansionsventil strömt, wird es durch den Joule-Thompson-Effekt weiter gekühlt. Hierbei handelt es sich um den wissenschaftlichen Grundsatz, dass die Temperatur eines Stroms reduziert wird, wenn dieser durch eine enge Düse gedrosselt wird und sich ausdehnen kann. Im Verdampfer verdampft das flüssige Kältemittel und wird gasförmig. Die Verdampfung erfordert Wärmeenergie, die aus dem industriellen Prozessbedarf (den zu kühlenden Lebensmitteln) extrahiert wird. Das Kältemittel wird in den Verflüssiger zurückgeführt, um den Zyklus zu wiederholen.

Hochdruckwärmetauscher

Wärmetauscher sind Geräte, die Wärme von einer warmen in eine kalte Flüssigkeit übertragen. Die Barriere zwischen den zwei Flüssigkeiten ist eine Metallwand wie beispielsweise die einer Rohrleitung. In zahlreichen technischen Anwendungen ist es erstrebenswert, die Temperatur einer Flüssigkeit zu erhöhen und gleichzeitig diejenige einer anderen Flüssigkeit zu senken. Diese Doppelwirkung wird kostengünstig durch Spulen, Verdampfer, Verflüssiger und Kühler erreicht, die allesamt als Wärmetauscher bezeichnet werden können. Wärmetauscher werden mit unterschiedlichen Strömungsanordnungen konstruiert. Das konzentrische Rohrleitungsdesign verwendet ineinandergeschobene Rohre. Kalte Flüssigkeit strömt durch das innere Rohr, und warme Flüssigkeit strömt in derselben Richtung durch den Ringraum zwischen äußerem und innerem Rohr. Die Wärme wird von der warmen Flüssigkeit durch die Wand des inneren Rohres (die sogenannte Heizfläche) auf die kalte Flüssigkeit übertragen. Wärmetauscher mit konzentrischen Rohrleitungen können auch mit Gegenstrom verwendet werden, wobei die beiden Flüssigkeiten parallel, allerdings in entgegengesetzte Richtungen strömen. Das Mantel- und Rohrleitungsdesign verwendet ein Rohrbündel, durch das eine der Flüssigkeiten strömt. Diese Rohre sind in einen Mantel integriert, wobei die zweite Flüssigkeit durch die Freiräume zwischen den Rohren strömen kann. In den meisten Designs dieser Art strömt die freie Flüssigkeit in etwa senkrecht zu den Rohren, die die andere Flüssigkeit enthalten. Dies bezeichnet man als Querstromaustausch. Das Lamellendesign verwendet für die Weiterleitung des wärmeren Flüssigkeitsstroms, der gekühlt werden soll, zusammengelötete Metallbleche in internen Kanälen. Lamellen, die an der Außenseite dieser Kanäle angelötet sind, ermöglichen eine schnellere und effizientere Wärmeübertragung in den kalten Flüssigkeitsstrom an der Außenseite dieser Kanäle.
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