УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ, ТРАНСПОРТИРОВКИ И РАЗМОРАЖИВАНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД Российский патент 2011 года по МПК F28D1/02 F17C13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройству для замораживания, транспортировки и размораживания текучих сред, прежде всего стерильных жидкостей и суспензий для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, согласно п.1 формулы изобретения и способу размораживания таких жидкостей согласно п.9 формулы изобретения.

Описание предшествующего уровня техники

При производстве в химической, фармацевтической и биотехнологической промышленности, однако также и в пищевой промышленности растущая глобализация производственных процессов привела к возрастающим требованиям материально-технического обеспечения по хранению и доставке полуфабрикатов, например, из клеточных структур для последовательной переработки и выделения целевого продукта. Для того чтобы соответствовать этой проблематике вновь и вновь, необходимо замораживать меньшие или большие партии жидких полуфабрикатов и/или конечных продуктов и транспортировать замороженные партии. Для этого из уровня техники известны различные устройства, которые содержат в себе резервуар с устройством замораживания-размораживания, с помощью которых можно замораживать партии объемом от нескольких до многих сотен литров.

Например, из патента США 5524706 известно устройство с вертикально расположенным цилиндрическим резервуаром с воронкообразным дном и с центральным выпускным отверстием. Стенка и дно резервуара выполнены двустенными и в процессе замораживания через них проходит охлаждающее вещество. Для обеспечения щадящего и равномерного замораживания в резервуаре установлены множество холодильных элементов. Холодильные элементы представляют собой полые цилиндры, диаметр и длина которых так согласованы друг с другом, что они концентрически расположены по отношению друг другу и проходят через внутреннее пространство резервуара от верхней области, которая задана максимальным уровнем заполнения, почти до дна. Расстояние холодильных элементов от дна резервуара и их расстояние по отношению друг к другу везде одинаковое. Через расположенные на верхней стороне трубопроводы, которые соединяют все холодильные элементы, может осуществляться подвод и отвод охлаждающего вещества по расположенному на верхней стороне крышки единственному подводящему и отводящему трубопроводу. Соответственно, для размораживания через холодильные элементы направляется теплая среда и после полной конденсации содержимого резервуара резервуар опорожняется через центральное нижнее выпускное отверстие в области низшей точки резервуара. Так как согласно патенту США 5524706 холодильные элементы занимают большую часть объема резервуара и имеют очень большую поверхность, замораживание и размораживание может происходить быстро и в щадящем режиме, без необходимости использования дополнительных стадий технологического процесса. Однако из экономических соображений является желательным значительное уменьшение холодильных элементов для экономии расходов и для увеличения полезного объема резервуара.

Заявителем было разработано устройство замораживания и транспортировки, для которого процесс замораживания в своей временной и локальной характеристике количественно определялся температурами и фазовыми переходами в резервуаре. Устройство под товарным знаком FreezeContainer® изображено на фигурах 1а и 1b и при масштабируемом объеме до 300 литров имеет ряд преимуществ. Вес аппарата составляет на 10% меньше по сравнению с другими известными устройствами. Конструкция холодильных элементов обеспечивает по времени гомогенный фазовый переход по объему резервуара, что, с другой стороны, гарантирует короткое время процесса. Помимо этих преимуществ общая конструкция аппарата является достаточно изменчивой так, что устройство FreezeContainer® может быть интегрировано в сложные производственные процессы и при этом выполняет требования фармацевтической промышленности по эксплутационной и технологической безопасности.

Для размораживания теплая среда снова направляется через стенку резервуара, дно резервуара и охлаждающий змеевик. Процесс размораживания предпочтительно усиливается легким потряхиванием резервуара.

Закрытый резервуар заполняется сверху по закрепленной в крышке подводящей трубе текучими средами, прежде всего стерильными жидкостями и суспензиями для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, далее называемые продуктом. Подводящая труба входит точно над центральным выпускным отверстием в самой нижней точке дна таким образом, что продукт после полного размораживания может быть отобран через сливное отверстие в дне или через подводящую трубу.

Для того чтобы еще более увеличить и без того высокую степень функционального объема и приспособляемость к процессу, желательно наличие возможности перекачки продукта при размораживании, что с существующим оборудованием невозможно.

Сущность изобретения

Исходя из этого, задачей данного изобретения является создание устройства для замораживания, транспортировки и размораживания текучих сред, прежде всего стерильных жидкостей и суспензий для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, которое позволяет избежать недостатков известных устройств и позволяет наивысшую степень эксплуатационных возможностей. Следующей задачей изобретения является создание устройства и способа, с помощью которых можно быстрее и бережнее, чем раньше, размораживать замороженный продукт при одновременном упрощении перемешивания оттаявшего субстрата.

Эта задача решена посредством устройства по п.1 и способа по п.9 формулы изобретения, которые включают в себя обогреваемую заборную трубку, которая заранее размораживается и поэтому делает возможным перекачку, то есть отбор и возврат оттаявшего и предпочтительно предварительно нагретого продукта во время всего процесса размораживания. Недостатки известного способа устраняются, и достигается более быстрое размораживание.

Предлагаемое в изобретении устройство для замораживания, транспортировки и размораживания текучих сред, прежде всего стерильных жидкостей, растворов и суспензий для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, снабжено резервуаром, включающим в себя крышку, стенку и дно и по меньшей мере один теплообменный элемент, который находится в контакте с загруженными в резервуар текучими средами с возможностью их охлаждения или нагрева. При этом заборная труба находится в контакте с по меньшей мере одним теплообменным элементом на по меньшей мере одном участке ее протяженности, и на резервуаре в области над максимальной высотой заполнения, предпочтительно в крышке, расположен перепускной трубопровод так, что во время процесса размораживания сжиженная, отведенная через заборную трубу от низшей точки резервуара и предварительно нагретая текучая среда имеет возможность перекачки по перепускному трубопроводу сверху на еще замороженную текучую среду.

Таким образом, предлагаемое в изобретении устройство имеет по меньшей мере одну заборную трубу, которая находится в термическом контакте с теплообменными элементами на по меньшей мере участке ее протяженности, который предпочтительно простирается приблизительно от самой нижней точки резервуара до максимальной высоты заполнения. Максимальной высотой заполнения является высота заполнения, до которой резервуар заполняется подлежащим замораживанию продуктом, который может быть еще контролировано разморожен. Прежде всего, она определяется расположением теплообменных элементов, принимая во внимание объемное расширение теплообменных элементов вследствие изменений плотности. В представленных далее вариантах осуществления изобретения она находится между верхним краем резервуара и верхними составными частями теплообменных элементов. Предпочтительно, заборная труба находится в прямом контакте с по меньшей мере одним теплообменным элементом и является пассивно нагреваемой. При оттаивании сжиженный продукт можно отбирать через по меньшей мере одну обогреваемую заборную трубу, которая, в свою очередь, проходит предпочтительно сверху через внутреннее пространство резервуара и оканчивается над низшей точкой дна. По сравнению с известными устройствами с подводящей трубой, расположенной свободно во внутреннем пространстве резервуара и тем самым свободно в замороженном продукте, обогреваемая заборная труба обладает преимуществом, заключающимся в том, что замороженный продукт внутри заборной трубы очень быстро размораживается и отбор размороженного жидкого продукта заблокирован только в начальной фазе процесса размораживания. Кроме того, при отборе размороженный продукт при прохождении через заборную трубу бережно нагревается таким образом, что он при находящейся значительно выше точки замерзания температуре может подаваться предпочтительно сверху на еще замерзшие составные части продукта и ускорять процесс размораживания. Для этого в предпочтительной форме осуществления изобретения на внутренней стороне крышки резервуара расположены перепускные трубопроводы.

Нагревание оттаявшего продукта в заборной трубе во время отбора имеет существенное преимущество по сравнению с отбором на выпускном отверстии в дне. Если у известного из патента США 5524706 устройства оттаявший продукт отбирается через нижнее выпускное отверстие, то продукт имеет температуру лишь немного выше точки замерзания. Если эта холодная жидкость закачивается через расположенный в крышке заливной патрубок на замороженный продукт, то это едва ли приводит к ускорению процесса размораживания. Согласно данному изобретению теперь перекачанный продукт подается предварительно нагретым на еще замороженные составные части, что значительно ускоряет процесс размораживания. Кроме того, отвод оттаявшего продукта через выпускное отверстие в дне технически невыгодно.

Следующее преимущество нового устройства состоит в том, что путь, который должен проходить жидкий продукт при перекачке за пределами резервуара, может поддерживаться очень коротким, так как нет необходимости направлять его от сливного отверстия в дне к загрузке в крышке резервуара. Тем самым, с одной стороны, можно избежать нежелательных трубопроводов на внешней стороне резервуара, а с другой стороны, с новым устройством можно сверху удобно осуществлять заполнение и опорожнение, а также перекачку, так как все соединительные элементы могут располагаться в крышке или по меньшей мере в верхней области резервуара.

В частных предпочтительных вариантах осуществления изобретения заборная труба может обеспечивать сообщающееся соединение между первым нижним отверстием в области низшей точки внутри резервуара и вторым отверстием, расположенным с верхней стороны на резервуаре или на крышке.

Далее, заборная труба со звеном может находиться в термическом контакте с теплообменным элементом примерно от низшей точки резервуара до по меньшей мере максимальной высоты заполнения.

В предпочтительном исполнении теплообменный элемент включает в себя охлаждающий змеевик, а заборная труба на участке своей протяженности проложена соосно в звене охлаждающего змеевика и находится с ним в термическом контакте, предпочтительно в прямом контакте.

В этом случае звено заборной трубы в области, которая простирается примерно от максимальной высоты заполнения до низшей точки резервуара, может быть проложено вертикально и соосно в центральном участке охлаждающего змеевика и вдоль продольной оси. При этом звено заборной трубы может образовывать внутреннюю стенку имеющего форму полого цилиндра центрального участка охлаждающего змеевика так, что заборная труба и охлаждающий змеевик в этой области интегрально соединены между собой по принципу «труба в трубе».

Теплообменный элемент может включать в себя двойное дно и двойную стенку, а заборная труба на участке своей протяженности может быть проведена внутри или снаружи дна и стенки и может находиться с ними в термическом контакте, предпочтительно в прямом контакте.

Перепускной трубопровод может проходить сквозь крышку и оканчиваться по меньшей мере в одном, предпочтительно в двух разгрузочных отверстиях выше максимальной высоты заполнения, которые расположены таким образом, что перекачанная текучая среда направляется на верхние звенья теплообменных элементов, предпочтительно охлаждающего змеевика, и уменьшается ценообразование.

Предлагаемый в изобретении способ размораживания замороженных текучих сред, прежде всего стерильных жидкостей, растворов и суспензий для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, осуществляется в описанном выше устройстве и отличается тем, что теплую среду направляют через по меньшей мере один теплообменный элемент и размораживают замороженную текучую среду в заборной трубе, которая находится в термическом контакте с по меньшей мере одним теплообменным элементом, и затем оттаявшая текучая среда от низшей точки внутри резервуара через заборную трубу может быть отобрана и предварительно нагрета, до того как ее перекачивают по перепускному трубопроводу сверху на еще находящуюся в резервуаре текучую среду.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные формы осуществления смесителя согласно изобретению далее описываются на основании чертежей.

Фиг.1а - продольный разрез резервуара для замораживания и размораживания согласно уровню техники с холодильным элементом во внутреннем пространстве резервуара и донным выпускным отверстием.

Фиг.1b - вид сбоку резервуара согласно фиг.1а, на котором видна подводящая труба, при этом расположенные внутри устройства представлены пунктирными линиями.

Фиг.2а - продольный разрез резервуара устройства согласно варианту осуществления изобретения, при этом холодильный элемент и заборная труба изображены не в разрезе.

Фиг.2b - вид сверху под наклоном на заборную трубу согласно варианту осуществления изобретения в контакте с охлаждающим змеевиком, при этом показаны только составные части, которые оказываются расположенными внутри резервуара.

Фиг.3 - продольный разрез устройства согласно следующему варианту осуществления изобретения с проходящей со стороны стенки заборной трубой, при этом холодильный элемент снова изображен не в разрезе.

Фиг.4 - вид сбоку устройства согласно следующему варианту осуществления изобретения, на котором расположенные внутри устройства представлены пунктирными линиями.

Фиг.5а - вид снизу под наклоном на крышку устройства согласно фиг.2 с расположенными на ней холодильными, погружными и перепускными элементами.

Фиг.5b - вид сбоку крышки и холодильных, погружных и перепускных элементов согласно фиг.5а.

Подробное описание предпочтительных форм осуществления

На фигуре 1а изображен в продольном разрезе принадлежащий заявителю резервуар В для замораживания и размораживания. Как уже изложено выше, этот резервуар известен из уровня техники под названием FreezeContainer. Резервуар В плотно закрывается верхней крышкой BD. Вместе с нижним дном ВВ и боковой стенкой BS крышка BD задает внутреннее пространство I резервуара В, в котором расположен охлаждающий змеевик KS. Как показано на фиг.1а, охлаждающий змеевик находится в сообщающейся связи с внутренней двойной стенкой резервуара по изолированному охлаждающему трубопроводу KL. Охлаждающее вещество, которое подается по соответствующему подводящему трубопроводу AM к двойной стенке резервуара BW, после протекания по стенке резервуара BW и дну ВВ направляется по охлаждающему трубопроводу KL в охлаждающий змеевик KS. Для специалиста является очевидным, что при замораживании и оттаивании речь идет о технически обратимых процессах, которые можно осуществлять с помощью изображенного на фигуре 1 устройства и похожими по типу устройствами согласно изобретению. Поэтому, для простоты в последующем описании существенные элементы устройств описаны в первую очередь как пригодные для охлаждения. Если в последующем речь идет о холодильных элементах, охлаждающих змеевиках и схожих элементах, то ясно, что эти теплообменные элементы являются пригодными не только для пропускания холодного средства или среды при процессе замораживания, но и также для пропускания и взаимодействия с теплой жидкостью во время размораживания.

Геометрия охлаждающего змеевика KS определена множеством вертикально проходящих участков Е_V, каждый из которых соединен друг с другом посредством верхних или, соответственно, нижних горизонтальных участков Е_Н для оптимальной временной и локальной характеристики температур и фазовых переходов во внутреннем пространстве 1 резервуара. В то время как верхние и нижние горизонтальные участки Е_Н лежат, соответственно, приблизительно в одной плоскости, расположенный по центру в резервуаре вертикальный участок E_Z простирается дальше вниз до почти низшей точки резервуара. Тем самым обеспечивается заблаговременное оттаивание находящейся непосредственно над центральным спускным отверстием А в дне ВВ резервуара области. Это зарекомендовало себя как особенно благоприятно, так как в области донного выпускного отверстия размещение теплообменных элементов в дне резервуара является очень затруднительным. Обращенные к крышке BD верхние горизонтальные звенья Е_НО проходят в области, находящиеся непосредственно под максимальной высотой заполнения F_Н резервуара В, соответственно, они определяют максимальную высоту заполнения. Вертикальные звенья в начале и в конце охлаждающего змеевика проходят сквозь крышку BD резервуара и соединены, соответственно, с впуском ZM охлаждающего средства и с охлаждающим трубопроводом KL, а тем самым косвенно с выпуском AM.

Резервуар В для замораживания и размораживания согласно фиг.1 с полезным объемом 300 литров имеет по существу цилиндрическую форму с центральной продольной осью L. Известные из уровня техники резервуары В обычно имеют объем от нескольких до многих сотен литров.

На фиг.1b показан резервуар В для замораживания и размораживания согласно фиг.1а в виде сбоку, повернутом на 90°, на котором видна подводящая труба ZR, которая образует сообщающее соединение от верхней стороны крышки до почти низшей точки во внутреннем пространстве I резервуара В. Подводящая труба ZR с верхним вертикальным отрезком ZV трубы проведена между двумя вертикальными участками Е_V на практически равномерном удалении от них. Над нижним горизонтальным участком Е_HU она сгибается и со скошенным участком ZS проходит до низшей точки Т резервуара, где оканчивается в отверстии ZO.

Резервуар В предпочтительно в закрытом состоянии, то есть с надетой крышкой, наполняется продуктом, подлежащим замораживанию через подводящую трубу ZR. После достижения желаемой высоты заполнения соответствующий вентиль подачи на верхней стороне конца подводящий трубы закрывается и запускается процесс охлаждения, во время которого холодная среда направляется через контур охлаждения, который наряду с охлаждающим змеевиком, стенкой резервуара и дном резервуара включает в себя еще по меньшей мере не изображенный на чертеже насос, и также не изображенный холодильный агрегат или резервуар с охлаждающим средством, до тех пор пока продукт во внутреннем пространстве резервуара не будет контролированно заморожен и не будет достигнута желаемая отрицательная температура для хранения или транспортировки. В этом состоянии продукт, находящийся внутри подводящей трубы ZR, является замороженным и труба заблокирована. Для размораживания через контур охлаждения направляется теплая среда и для ускорения процесса размораживания резервуар, смонтированный на установочной плите Р, слегка встряхивается. Глубоко опущенный центральный вертикальный участок EZ обеспечивает, что область над центральным выпускным отверстием оттаивает относительно быстро. Хотя подводящая труба ZR оканчивается точно в этой области, оттаявший продукт можно отсасывать только тогда, когда оттает внутренний канал подводящей трубы. Как уже вкратце было изложено выше, это достигается только тогда, когда оттает практически весь продукт. Через нижнее центральное выпускное отверстие А, которое через спускной трубопровод AL соединено с соединительным выпускным элементом АА на торцевой стороне установочной плиты Р, может в процессе размораживания относительно рано сливаться оттаявший продукт. Но так как в известном резервуаре отсутствует возможность возвращения этого сжиженного продукта, то он не может быть перекачан. Кроме того, полученный через нижнее центральное выпускное отверстие А продукт является еще очень холодным и при возврате во внутреннее пространство резервуара едва ли способствует процессу размораживания.

На фиг.2 показан предпочтительный вариант осуществления устройства 1 для замораживания-размораживания согласно изобретению, которое основывается на вышеописанном резервуаре В для замораживания-размораживания.

В продольном разрезе на фиг.2 показано, что теперь в резервуаре 10 для замораживания-размораживания расположена заборная труба 60. Предпочтительно, заборная труба на своем первом конце над крышкой 20 несет арматуру 64, которая включает в себя соединительный элемент 65 для подачи и соединительный элемент 66 для отбора, соответствующие клапаны 67, 68 и запорный клапан 69. От арматуры 64 заборная труба 60 со своим первым вертикальным участком проложена вниз, проходит через крышку 20 и еще проходит над нижней кромкой 21 крышки под небольшим наклоном через радиальное звено 52 к центру почти цилиндрического внутреннего пространства 11 резервуара. При достижении продольной оси L резервуара заборная труба 60 снова отгибается и простирается со звеном 63 (второе центральное вертикальное звено) вдоль центральной оси L примерно до низшей точки внутреннего пространства резервуара и оканчивается там в отверстии 63о. Заборная труба 60 почти на всем протяжении вдоль продольной оси L концентрически окружена вертикальным звеном 51 холодильного элемента. Остальные составные части холодильного элемента по конфигурации следуют по существу зарекомендовавшему себя формообразованию, которое имеет известные из вышеописанных FreezeContainer заявителя охлаждающие змеевики. Стенка 40 и дно 30 резервуара 10 также снова сконструированы известным образом с двойными стенками и способствуют теплообмену. Посредством новых технических признаков согласно данному изобретению достигается то, что участок заборной трубы 60, который лежит между дном 30 резервуара и максимальной высотой заполнения F_MAX, находится в оптимальном контакте со свободно проходящим во внутреннем пространстве резервуара теплообменным элементом, т.е. с охлаждающим змеевиком 50.

Если для размораживания необходима перекачка, то с помощью описываемого расположения заборной трубы и охлаждающего змеевика и/или других теплообменных элементов обеспечивается, что внутренний канал заборной трубы очень скоро после начала пропуска теплой среды через контур охлаждения оттаивает. Оттаявший продукт, который снова собирается в низшей точке резервуара, может быть отобран наверх в ранний момент процесса размораживания через заборную трубу 60. В качестве второго чрезвычайно благоприятного эффекта добавляется то, что еще очень холодный сжиженный продукт нагревается при транспортировке через центральное звено 63, так как это звено омывается теплой средой.

Предпочтительно, звено 63 заборной трубы 60 образует внутреннюю стенку звена 51 охлаждающего змеевика, который имеет форму полого цилиндра таким образом, что заборная труба и охлаждающий змеевик интегрально соединены друг с другом в виде «труба в трубе» и заборная труба интегрирована в непосредственную термическую область воздействия охлаждающего элемента. Нижний участок 63' звена 63 заборной трубы не окружен далее вертикальным звеном 51 охлаждающего змеевика и на несколько сантиметров выступает из него. Нижний участок 63' может быть очень просто подогнан к размеру резервуара 10 посредством обрезания по размеру так, что обеспечивается, что нижнее отверстие заборной трубы и в теплом состоянии (т.е. при оттаивании и перекачке) еще находится на желательном незначительном расстоянии - предпочтительно 5 мм, однако по меньшей мере 1 мм, от дна резервуара или над нижним выпускным отверстием в дне. Существующие устройства можно, например, дооснастить комбинацией по изобретению из холодильного элемента и заборной трубы так, как она изображена на фигуре 2b с находящимися под крышкой составными частями, а длина заборной трубы может точно и просто подгоняться непосредственно на месте. Таким образом, можно минимизировать потерю продукта, который не может быть откачан из резервуара. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, как это показано на фигуре 2b, заборная труба имеет внутренний диаметр 18,1 мм и толщину стенки 1,6 мм. Центральное звено 51 охлаждающего змеевика имеет, например, для резервуара полезным объемом 300 литров диаметр 42,4 мм, остальные участки охлаждающего змеевика соответственно 21,3 мм. Тем самым свободное сечение потока поддерживается примерно одинаковым во всех звеньях. Отдельные участки заборной трубы и охлаждающего змеевика изготовлены предпочтительно из аустенитовой стали, например 4435/316L и сплава Хастеллой и сварены друг с другом вручную способом сварки вольфрамовым электродом в инертном газе. Для того чтобы по возможности эффективно создать соединение «труба в трубе» и обеспечить беспроблемную чистку, оказалось наиболее благоприятным закрыть верхнее место входа звена 63 заборной трубы 60 в центральное вертикальное звено 51 охлаждающего змеевика 50 и соответствующее нижнее выходное отверстие с помощью кольцеобразной заглушки 53. Среда теплообменника подводится и/или отводится от центрального вертикального звена 51 охлаждающего змеевика 50 через верхнее горизонтальное звено 56 и нижнее наклонное звено 57, каждое из которых сбоку оканчивается в вертикальном звене 51 в непосредственной близости от его соответствующих концов.

Заборная труба и охлаждающий змеевик могут быть целесообразно изготовлены из двух частей и быть вставлены друг в друга так, что стенка заборной трубы вступает в контакт с внутренней стенкой центрального звена 51. Для резервуаров, которые используются многократно, предлагается цельная (в виде единой детали) форма осуществления, так как ее чистка проходит существенно быстрее.

Далее, со ссылкой на фиг.2 описывается процесс размораживания и отбора оттаявшего продукта. Авторы исходят из того, что резервуар 10 для замораживания-размораживания заполнен замороженным продуктом до максимальной высоты заполнения F_MAX. Если же теплая среда направляется через охлаждающий змеевик, то субстрат S в области воздействия WB теплообменных элементов, то есть в области воздействия охлаждающего змеевика и двойной стенки резервуара и двойного дна резервуара, предпочтительно медленно оттаивает в щадящем режиме.

На фиг.2а показано, что глубоко опущенные составные части охлаждающего змеевика, а именно, нижние наклонное радиальное звено 57 охлаждающего змеевика и нижняя область центрального звена 51 обеспечивают, что при оттаивании продукт на низшей точке резервуара и вокруг нее оттаивает очень рано. Согласно изобретению внутренний канал центрального участка 63 заборной трубы 60 освобождается ото льда одной из первых областей во внутреннем пространстве резервуара. Оттаявший продукт, который собирается на низшей точке резервуара 10, может тем самым отбираться из резервуара 10 на самой ранней стадии процесса размораживания. Сжиженный продукт нагревается при транспортировке через центральный участок заборной трубы наверх и при открытых клапанах 69 и 68 подается через соединительный элемент 66 арматуры 64 для отбора на не изображенный на фигурах блок транспортировки текучей среды, предпочтительно транспортер или насос. От этого блока предварительно нагретый продукт снова подается вовнутрь резервуара 10 по перепускному трубопроводу 70, который показан на фиг.5 со своими составными частями на верхней стороне крышки и на нижней стороне крышки. На виде сбоку согласно фиг.5b на крышке 20 не изображены средство транспортировки (например, насос) и трубопроводы, которые над крышкой соединяют друг с другом соединительный элемент 66 арматуры 64 заборной трубы и соединительный элемент 71 для подачи. При открытом клапане 72 подогретый продукт возвращается назад в резервуар по перепускному трубопроводу 70, который вертикальным звеном 73 проходит сквозь крышку 20 и соединяется с расположенным под углом коленом 74. Концевое разгрузочное отверстие 75 колена 74 соединяется сбоку с вертикальным звеном охлаждающего змеевика над уровнем, определяющим максимальную высоту заполнения F_MAX. Предварительно нагретый продукт при перекачке подается сверху на замороженную поверхность продукта и тем самым содействует процессу размораживания. Размещение разгрузочного отверстия 75 колена 74 обусловлено тем, что перекачанный продукт направляется на вертикальное звено охлаждающего змеевика. Тем самым при перекачке продукта возможно значительно уменьшить пенообразование.

Сочетание отбора и предварительного нагрева оттаявшего продукта посредством погружного элемента 60 согласно изобретению с непосредственным возвратом по перепускному трубопроводу 70 в ранний момент времени, в который большая часть продукта во внутреннем пространстве 11 резервуара 10 является еще замороженной, позволяет осуществить быстрое и щадящее оттаивание.

Вместо прокладки заборной трубы так, как описано выше, через центральное звено охлаждающего змеевика, в следующей предпочтительной форме осуществления изобретения, которая изображена на фиг.4, она проводится альтернативно. В этом случае, заборная труба 60' проходит через звено 51' охлаждающего змеевика 50', который проходит в верхней области параллельно между стенкой 40 резервуара и продольной осью L, а в нижней области наклонена по направлению к низшей точке резервуара 10. Благодаря этой конструкции вновь обеспечивается, что заборная труба на всем расстоянии от низшей точки резервуара до максимальной высоты заполнения концентрически окружена соответственно подогнанным звеном 51' охлаждающего змеевика 50'.

В следующих вариантах осуществления изобретения заборная труба охватывает охлаждающий змеевик так, что при конструкции «труба в трубе» заборная труба находится снаружи и охлаждается или нагревается звеном охлаждающего змеевика, лежащим внутри. В отношении теплопроводности эти варианты осуществления являются менее предпочтительными. То же самое применимо к вариантам осуществления, в которых заборная труба и взаимодействующее с ней звено охлаждающего змеевика выполнены в виде примыкающих друг к другу половин трубы, при этом здесь добавляется также ухудшенная динамика потока.

На фиг.3 показан следующий вариант осуществления, в котором заборная труба 80 находится в соединении не с охлаждающим змеевиком KS, а с двойной стенкой резервуара 40' и двойным дном 30' резервуара. Для того чтобы не осложнять чистку внутреннего пространства резервуара, заборная труба 80 полностью утоплена в стенку 40' и дно 30' и оканчивается в нижнем отверстии 81 в области низшей точки резервуара 10', предпочтительно в центральном выпускном отверстии 31' в дне 30'. В верхней области стенки 40' резервуара заборная труба выступает наружу и через боковой соединительный элемент 82 образует сообщающееся соединение с внутренним пространством резервуара. Для того чтобы негативно не влиять на поток среды теплообменника в стенке резервуара и дне, заборная труба может быть проложена на наружных сторонах двойной стенки 40' резервуара и двойного дна 30', то есть по существу в изоляционном корпусе 12.

Идея изобретения соединить заборную трубу с теплообменными элементами не ограничивается уже конкретно описанными и изображенными на фигурах элементами, а может быть перенесена на множество других элементов. Элементы для замораживания-размораживания с расположенными в виде спирали теплообменниками можно также соединять с заборной трубой для отбора и предварительного нагрева продукта такими, как пластинчатые и звездообразные теплообменные элементы.

Решающим является то, что между теплообменным элементом и по меньшей мере участком заборной трубы, который лежит в области замороженного продукта, то есть примерно от самой низшей точки резервуара до максимальной высоты заполнения, соответственно в замороженном состоянии заполнен им, существует тепловой контакт. Прямой контакт между погружным элементом и теплообменным элементом согласно вышеуказанному выполнению «труба в трубе» и «труба в стене» не является обязательным, однако преимущественным.

Техническая идея изобретения может быть перенесена на одноразовые устройства, которые пользуются большой популярностью в силу их особой экономичности благодаря уменьшению расходов в области безразборной мойки и стерилизации оборудования (CIP/SIP). У таких «одноразовых» устройств, все устройство в своей настоящей одноразовой версии может быть изготовлено из подходящих синтетических материалов. В других вариантах осуществления изобретения термически пассивные составные части, т.е. по существу дно, крышка, стенка резервуара и заборная труба, изготавливаются из синтетического материала в виде «одноразовых», а теплообменные элементы - из металла и после использования отсоединяются от резервуара, очищаются и используются снова.

На фиг.5 изображен распылительный трубопровод 90, который при очистке/CIP резервуара используется вместе со своими встроенными элементами. Раствор для очистки подается через соединительный элемент 91, который в изображенном примере осуществления распыляется через распылительные головки, закрепленные на конце двух распылительных трубопроводов. Так как охлаждающий змеевик и заборная труба свободны от занимающих большую площадь стабилизаторов потока, встроенных элементов и направляющих щитков, то до минимума сокращаются не только подлежащие очистке поверхности, но также и труднодоступные для распыления места. Это также способствует тому, что очистка, безразборная мойка и стерилизация оборудования CIP/SIP осуществляются чрезвычайно просто и эффективно.

В следующем варианте осуществления изобретения заборная труба, которая по размерам и размещению по существу соответствует подводящей трубе ZR в устройстве согласно фиг.1b, является электрически или индуктивно нагреваемой. Для электрического варианта предпочтительно в стенке заборной трубы изолированно от продукта и окружающей среды расположены нагревательные провода, нагревательные катушки или другие нагревательные элементы. Для индуктивного варианта заборная труба по меньшей мере на важных участках изготавливается предпочтительно из ферромагнитного материала. Так как для электрического обогрева заборной трубы необходим источник напряжения и для индуктивного обогрева соответственно сильный магнитный источник, эти оба варианта используются только при определенных условиях.

Устройство (1, 1', 1'') для замораживания, транспортировки и размораживания текучих сред, прежде всего стерильных жидкостей, растворов и суспензий для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, содержит резервуар (10, 10'), включающий крышку (20, 20', 20''), стенку (40, 40'), дно (30, 30') и теплообменный элемент (50, 50'), который находится в контакте с загруженными в резервуар текучими средами с возможностью их охлаждения или нагрева. Заборная труба (60, 80) находится в контакте с теплообменным элементом (50, 50', 30, 30', 40, 40') на по меньшей мере одном участке ее протяженности. На резервуаре (10, 10') в области над максимальной высотой заполнения (F_MAX), предпочтительно в крышке (20, 20'), расположен перепускной трубопровод (70) так, что во время процесса размораживания сжиженная, отведенная через заборную трубу (60, 80) от низшей точки резервуара (10, 10') и предварительно нагретая текучая среда имеет возможность перекачки по перепускному трубопроводу (70) сверху на еще замороженную текучую среду. Использование изобретения обеспечивает ускорение процесса размораживания. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (1, 1', 1'') для замораживания, транспортировки и размораживания текучих сред, прежде всего стерильных жидкостей, растворов и суспензий для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, с резервуаром (10, 10'), включающим в себя крышку (20, 20', 20''), стенку (40, 40') и дно (30, 30') и по меньшей мере один теплообменный элемент (50, 50'), который находится в контакте с загруженными в резервуар текучими средами с возможностью их охлаждения или нагрева, отличающееся тем, что заборная труба (60, 80) находится в контакте с по меньшей мере одним теплообменным элементом (50, 50', 30, 30', 40, 40') на по меньшей мере одном участке ее протяженности, и что на резервуаре (10, 10') в области над максимальной высотой заполнения (F_MAX), предпочтительно в крышке (20, 20'), расположен перепускной трубопровод (70) так, что во время процесса размораживания сжиженная, отведенная через заборную трубу (60, 80) от низшей точки резервуара (10, 10') и предварительно нагретая текучая среда имеет возможность перекачки по перепускному трубопроводу (70) сверху на еще замороженную текучую среду.

2. Устройство (1, 1', 1'') по п.1, отличающееся тем, что заборная труба (60, 60', 80) обеспечивает сообщающееся соединение между первым нижним отверстием (81) в области низшей точки внутри резервуара (10, 10') и вторым отверстием (82), расположенным с верхней стороны на резервуаре (10, 10') или на крышке (20, 20', 20'').

3. Устройство (1, 1', 1'') по п.1, отличающееся тем, что заборная труба (60, 60', 80) со звеном (63) находится в термическом контакте с теплообменным элементом (50, 50', 30, 30', 40, 40') примерно от низшей точки резервуара до по меньшей мере максимальной высоты заполнения (F_MAX).

4. Устройство (1, 1', 1'') по п.1, отличающееся тем, что теплообменный элемент включает в себя охлаждающий змеевик (50, 50'), а заборная труба (60, 60') на участке своей протяженности проложена соосно в звене (51, 51') охлаждающего змеевика (50, 50') и находится с ним в термическом контакте, предпочтительно в прямом контакте.

5. Устройство (1, 1', 1'') по п.4, отличающееся тем, что звено (63) заборной трубы в области, которая простирается примерно от максимальной высоты заполнения (Р_MAX) до низшей точки резервуара (10), проложено вертикально и соосно в центральном участке (51) охлаждающего змеевика (50) и вдоль продольной оси (L).

6. Устройство (1, 1', 1'') по п.5, отличающееся тем, что звено (63) заборной трубы (60) образует внутреннюю стенку имеющего форму полого цилиндра центрального участка (51) охлаждающего змеевика (50) так, что заборная труба (60) и охлаждающий змеевик (50) в этой области интегрально соединены между собой по принципу «труба в трубе».

7. Устройство (1, 1', 1'') по п.1, отличающееся тем, что теплообменный элемент включает в себя двойное дно (30, 30') и двойную стенку (40, 40'), а заборная труба (60, 60') на участке своей протяженности проведена внутри или снаружи дна (30, 30') и стенки (40, 40') и находится с ними в термическом контакте, предпочтительно в прямом контакте.

8. Устройство (1, 1', 1'') по п.1, отличающееся тем, что перепускной трубопровод (70) проходит сквозь крышку (20, 20') и оканчивается по меньшей мере в одном, предпочтительно в двух разгрузочных отверстиях (76, 77) выше максимальной высоты заполнения (F_MAX), которые расположены таким образом, что перекачанная текучая среда направляется на верхние звенья теплообменных элементов (50, 50', 40, 40'), предпочтительно охлаждающего змеевика (50, 50'), и уменьшается пенообразование.

9. Способ размораживания замороженных текучих сред, прежде всего стерильных жидкостей, растворов и суспензий для химической, биотехнологической, фармацевтической и пищевой промышленности, в устройстве (1, 1', 1'') согласно одному из предшествующих пунктов формулы изобретения, отличающийся тем, что теплую среду направляют через по меньшей мере один теплообменный элемент (50, 50', 30, 30', 40, 40'), и размораживают замороженную текучую среду в заборной трубе (60, 80), которая находится в термическом контакте с по меньшей мере одним теплообменным элементом (50, 50', 30, 30', 40, 40'), и затем оттаявшая текучая среда от низшей точки внутри резервуара (10, 10') через заборную трубу может быть отобрана и предварительно нагрета, до того как ее перекачивают по перепускному трубопроводу (70) сверху на еще находящуюся в резервуаре текучую среду.