DE102023109505A1

DE102023109505A1 - Device for dosing a cryogenic medium

Info

Publication number: DE102023109505A1
Application number: DE102023109505.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Gockel; Denis Beil; Emir Tebib
Original assignee: Messer SE and Co KGaA; Messer France SAS
Current assignee: Messer SE and Co KGaA; Messer France SAS
Priority date: 2023-04-14
Filing date: 2023-04-14
Publication date: 2024-10-17
Also published as: WO2024213462A1

Abstract

Zur Kühlung von Produkten ist es bekannt, ein kryogenes Medium, beispielsweise Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff oder flüssiges Kohlendioxid, in ein das Produkt enthaltendes Behältnis einzudosieren. Die Einspeisung des kryogenen Mediums erfolgt dabei mittels einer Vorrichtung, die ein in der Wandung des Behältnisses montiertes und an einer Zuführleitung für das kryogene Medium angeschlossenes Ventil aufweist. Das Ventil ist mit einem sich in einem Ventilgehäuse aufgenommenen Absperrglied ausgerüstet, das in axialer Richtung gegen die Wirkung einer rückstellenden Feder aus einem Schließzustand in einen Öffnungszustand gebracht werden kann, in der an einer Düsenöffnung das kryogene Medium in das Behältnis einströmen kann. Erfindungsgemäß ist dabei das Absperrglied zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt und wirkt zum Bewegen in seine Öffnungsposition mit einem außenseitig am Ventilgehäuse angeordneten Elektromagneten zusammen.For cooling products, it is known to dose a cryogenic medium, for example liquid nitrogen, liquid oxygen or liquid carbon dioxide, into a container containing the product. The cryogenic medium is fed in by means of a device which has a valve mounted in the wall of the container and connected to a supply line for the cryogenic medium. The valve is equipped with a shut-off element accommodated in a valve housing, which can be moved in the axial direction against the action of a restoring spring from a closed state to an open state, in which the cryogenic medium can flow into the container at a nozzle opening. According to the invention, the shut-off element is made at least partially from a ferromagnetic material and cooperates with an electromagnet arranged on the outside of the valve housing to move it into its open position.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums in ein Behältnis, mit einem Ventil, das ein in der Wand des Behältnisses befestigbares Ventilgehäuse aufweist, welches mit einem Anschluss zum Anschließen einer Zuführleitung für das kryogene Medium sowie mit einer in einem Wandabschnitt des Ventilgehäuses angeordneten Düsenöffnung zum Einleiten des kryogenen Mediums in das Behältnis ausgerüstet und in dem ein Absperrglied derart axial beweglich aufgenommen ist, dass es aus einem Schließzustand, bei dem das Absperrglied mit einem Schließabschnitt die Düsenöffnung verschließt, in einen Öffnungszustand bringbar ist, in dem der Schließabschnitt beanstandet von der Düsenöffnung angeordnet ist und diese somit freigibt, und bei dem die axiale Bewegung des Absperrglieds aus seinem Schließzustand in den Öffnungszustand gegen die Wirkung eines rücktreibenden Federelements erfolgt.The invention relates to a device for dosing a cryogenic medium into a container, with a valve which has a valve housing which can be fastened in the wall of the container and which is equipped with a connection for connecting a supply line for the cryogenic medium and with a nozzle opening arranged in a wall section of the valve housing for introducing the cryogenic medium into the container and in which a shut-off element is accommodated in such an axially movable manner that it can be brought from a closed state in which the shut-off element closes the nozzle opening with a closing section into an open state in which the closing section is arranged at a distance from the nozzle opening and thus releases it, and in which the axial movement of the shut-off element from its closed state into the open state takes place against the action of a restoring spring element.

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 direkte Kontaktierung des Produkts mit dem kryogenen Medium, bei der üblicherweise das zu kühlende Produkt durch eine Leitung geführt oder in einem Behälter gesammelt und das kryogene Medium über geeignete Düsen, Ventile oder sonstige Dosierorgane in die Leitung oder in den Behälter eingebracht wird. Im Folgenden werden die Begriffe „Leitung“ und „Behälter“ unter dem Begriff „Behältnis“ subsumiert.In many industrial applications, cryogenic media, particularly cryogenic liquids or gases, are used to cool or freeze liquid, pasty or solid products. The heat transfer takes place either indirectly, i.e. without physical contact between the product to be cooled and the cryogenic medium via heat exchanger surfaces, or through direct contact between the product and the cryogenic medium, in which the product to be cooled is usually fed through a pipe or collected in a container and the cryogenic medium is introduced into the pipe or container via suitable nozzles, valves or other dosing devices. In the following, the terms "pipe" and "container" are subsumed under the term "container".

Befindet sich das zu kühlende Produkt in einem Behälter, beispielsweise in einem Mischer, so stehen verschiedene Möglichkeiten zum Einspeisen des kryogenen Mediums zur Verfügung: 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, während der übrige, oft größere Teil ungenutzt in die Atmosphäre entweicht oder über eine Ableitung weggeführt wird. Ein weiterer Nachteil von gegenüber dem Behälterinneren stets geöffneten Düsen ist, dass dort Reinigungsmittel oder Wasser eindringen können. Neben der Möglichkeit der Bildung von bakteriellen Nestern besteht so die Gefahr, dass bei Einleitung eines kryogenen Mediums die eingedrungene Flüssigkeit auskristallisiert und das Dosierorgan verstopft.If the product to be cooled is in a container, for example in a mixer, there are various options for feeding in the cryogenic medium: When introduced into the head space of the container, the entry points for the cryogenic medium have little or no contact with the product to be cooled. Since there is a certain distance between the product and the entry points, the risk of the entry points icing up is low. Simply constructed valves or nozzles can therefore be used - for example spray nozzles or capillary nozzles that are always open towards the inside of the container. The disadvantage of these systems, however, is that only part of the cryogenic medium comes into contact with the product and can extract heat from it, while the rest, often larger part, escapes unused into the atmosphere or is drained away. Another disadvantage of nozzles that are always open towards the inside of the container is that cleaning agents or water can penetrate there. In addition to the possibility of bacterial nests forming, there is also the risk that when a cryogenic medium is introduced, the liquid that has penetrated will crystallize and clog the dosing device.

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 stets verschließbar ist, um zu verhindern, dass die Eintrittstellen während der Behandlung durch gefrierendes Produkt vereisen und somit blockiert oder in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden. Weiterhin muss verhindert werden, dass Produkt in das Innere der Düse eindringt und sich dort dauerhaft anlagert, wodurch die Gefahr einer Kontamination gegeben wäre. Die hier angesprochene Problematik gilt sinngemäß auch bei der Injektion eines Kühlmittels in eine von einem flüssigen, oder allgemein fließfähigen, Produkt durchströmten Leitung.Alternatively, in order to better transfer the heat energy to the cryogenic medium, the cryogenic medium is introduced directly into the product. For this purpose, the entry points for the cryogenic medium are not in the head space, but in a lower part of the container, i.e. in the area that is filled with the product to be cooled during treatment. With this procedure, also known in technical jargon as "bottom injection", it is important to ensure that the valve can always be closed to prevent the entry points from freezing over during treatment due to freezing product and thus being blocked or impaired in their functionality. Furthermore, it must be prevented that product penetrates into the interior of the nozzle and permanently accumulates there, which would pose the risk of contamination. The problem addressed here also applies analogously to the injection of a coolant into a line through which a liquid, or generally free-flowing, product flows.

Ein für den Einsatz im Rahmen der „bottom injection“ 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 Behältnisses, 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 Vorderfläche der Ventilnadel mit dem Ventilgehäuse bzw. der Innenoberfläche des Behälters im Wesentlichen bündig abschließt. Nachteilig ist diese Anordnung insofern, als bei plötzlichem Druckabfall in der Kühlmittelzuleitung Produkt aus dem Behälter in das Innere des Ventils eindringen kann.A valve suitable for use in the context of “bottom injection” for introducing a cryogenic medium is described in the DE 101 52 764 A1 The valve comprises a valve housing which is integrated into the wall of a container, for example a mixer. A valve opening with a small opening cross-section is arranged in the valve housing, which can be closed by means of a valve needle in such a way that when the valve is closed, the front surface of the valve needle is essentially flush with the valve housing or the inner surface of the container. This arrangement is disadvantageous in that if there is a sudden drop in pressure in the coolant supply line, product from the container can penetrate into the interior of the valve.

In der WO 2008/007000 A2 wird eine andere Einrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums beschrieben. Diese Einrichtung umfasst ein Ventil mit einem kolbenförmigen Absperrglied, der in einem rohrförmigen Führungskanal gegen den Widerstand einer Feder axial beweglich aufgenommen und stirnseitig mit einem Schließteller ausgerüstet ist. Seitlich zu diesem Führungskanal sind mehrere Durchführungen zum Einbringen eines kryogenen Mediums vorgesehen, die mit einer Zuführleitung für das kryogene Medium strömungsverbunden sind. Die Mündungsöffnungen der Durchführungen sind derart angeordnet, dass sie mit dem Schließteller des Absperrglieds unter der Wirkung der Feder geschlossen werden können. Überschreitet der Druck in der Kühlmittelzuleitung, und damit in den Durchführungen, einen gewissen, durch die Federkraft bestimmten Grenzwert, öffnet sich das Ventil. Bei Nachlassen des Druckes in der Kühlmittelzuleitung bewegen sich Kolben und Schließteller unter der Wirkung der Feder automatisch in den Schließzustand.In the WO 2008/007000 A2 another device for metering a cryogenic medium is described. This device comprises a valve with a piston-shaped shut-off element, which is accommodated in a tubular guide channel so that it can move axially against the resistance of a spring and is equipped with a closing plate on the front side. Several passages for introducing a cryogenic medium are provided on the side of this guide channel, which are connected in terms of flow to a supply line for the cryogenic medium. The mouth openings of the passages are arranged in such a way that they can be closed with the closing plate of the shut-off element under the action of the spring. If the pressure in the coolant supply line, and thus in the bushings, reaches a certain limit determined by the spring force, the valve opens. When the pressure in the coolant supply line decreases, the piston and closing plate automatically move into the closed position under the action of the spring.

Aus der EP 1 867 902 A2 und der EP 2 309 160 A1 sind gleichfalls Vorrichtungen zum Eindosieren eines kryogenen Mediums in einen Behandlungsraum bekannt, bei dem ein mit einem Schließteller ausgerüstetes Absperrglied in einem Führungskanal axial begrenzt beweglich gegen die Wirkung einer Feder angeordnet ist. Der Führungskanal des Absperrglieds dient dabei zugleich als Strömungskanal für das kryogene Medium, wodurch der Aufbau des Ventils vereinfacht und die Gefahr eines Einfrierens vermindert wird.From the EP 1 867 902 A2 and the EP 2 309 160 A1 Devices for metering a cryogenic medium into a treatment chamber are also known, in which a shut-off element equipped with a closing plate is arranged in a guide channel so that it can move axially to a limited extent against the action of a spring. The guide channel of the shut-off element also serves as a flow channel for the cryogenic medium, which simplifies the construction of the valve and reduces the risk of freezing.

Problematisch bei den vorgenannten Gegenständen, bei denen das Ventil aufgrund des Überdrucks des einzudosierenden Kühlmittels gegen die Wirkung einer Feder bewegt wird ist jedoch, dass bei nur geringen Druckunterschieden die Funktionsfähigkeit des Ventils nicht ohne weiteres gegeben ist. Der Druck des einzudosierenden kryogenen Mediums muss daher stets einen gewissen Wert überschreiten, was zu einem zusätzlichen apparativen Aufwand führt.The problem with the aforementioned items, in which the valve is moved against the action of a spring due to the excess pressure of the coolant to be metered in, is that the valve does not automatically function properly if the pressure difference is small. The pressure of the cryogenic medium to be metered in must therefore always exceed a certain value, which leads to additional equipment costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums zu schaffen, die einfach in Aufbau und mit hoher Zuverlässigkeit auch für die Injektion des kryogenen Kühlmediums in einen unteren Bereich eines mit zu kühlendem Produkt befüllten oder von diesem durchströmten Behältnisses geeignet und auch bei geringen Druckunterschieden zwischen dem einzudosierenden kryogenen Medium und dem Umgebungsdruck störungsfrei einsetzbar ist.The object of the present invention is therefore to provide a device for dosing a cryogenic medium which is simple in construction and highly reliable, is also suitable for injecting the cryogenic cooling medium into a lower region of a container filled with the product to be cooled or through which this product flows, and can be used without problems even with small pressure differences between the cryogenic medium to be dosed and the ambient pressure.

Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung ist erfindungsgemäß also dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material besteht und zum Bewegen in seine Öffnungsposition mit einem außenseitig am Ventilgehäuse angeordneten Elektromagneten zusammenwirkt.A device of the type and purpose mentioned at the outset is therefore characterized according to the invention in that the shut-off element consists at least partially of ferromagnetic material and cooperates with an electromagnet arranged on the outside of the valve housing in order to move it into its opening position.

Erfindungsgemäß wird also die axiale Bewegung des Absperrglieds in seinen Öffnungszustand entgegen der Kraftwirkung des Federelements durch die Betätigung eines Elektromagneten bewirkt, der außenseitig am Ventilgehäuse, also ohne direkten Kontakt mit dem kryogenen Medium, angeordnet ist. Dazu ist das Absperrglied insgesamt, oder zumindest ein Teil davon, aus einem ferromagnetischen Material, wie beispielsweise ferromagnetischer, kälteresistenter Stahl, aufgebaut. Nach Verbringen des Absperrglieds in seine Öffnungsposition wird die Düsenöffnung freigegeben und das über die Zuführung herangeführte kryogene Medium kann in das Behältnis einströmen. Nach Abschalten des Magnetfeldes bewegt sich das Absperrglied unter der Wirkung des rücktreibenden Federelements selbsttätig in seine Schließposition. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert selbst im Falle von Druckschwankungen in der Zuführleitung für das kryogene Medium zuverlässig das Eindringen von Produkt in das Ventilinnere und sorgt auch bei geringen Druckunterschieden zwischen Zuführleitung und Behältnis zuverlässig für eine Zuführung des kryogenen Mediums in das Behältnis.According to the invention, the axial movement of the shut-off element into its open state is thus brought about against the force of the spring element by the actuation of an electromagnet which is arranged on the outside of the valve housing, i.e. without direct contact with the cryogenic medium. For this purpose, the shut-off element as a whole, or at least part of it, is made of a ferromagnetic material, such as ferromagnetic, cold-resistant steel. After the shut-off element is brought into its open position, the nozzle opening is released and the cryogenic medium supplied via the supply can flow into the container. After the magnetic field is switched off, the shut-off element moves automatically into its closed position under the effect of the restoring spring element. The device according to the invention reliably prevents product from penetrating into the interior of the valve even in the event of pressure fluctuations in the supply line for the cryogenic medium and reliably ensures that the cryogenic medium is supplied to the container even in the event of small pressure differences between the supply line and the container.

Als „Behältnis“ soll im Rahmen der Erfindung ein mit einem zu kühlenden Produkt gefüllter Behälter oder eine von einem solchen Produkt durchströmte Rohrleitung verstanden werden. Behälter dieser Art finden beispielsweise in der Lebensmittelindustrie oder in der pharmazeutischen Industrie für die chargenweise Herstellung eines Produkts oder Vorprodukts Verwendung; zur Durchführung der eingangs erwähnten „bottom injection“ ist das Ventil dabei bevorzugt in einem Bereich des Behälters angeordnet, der beim bestimmungsgemäßen Einsatz von einem im Behälter aufgenommenen Produkt benetzt wird, sodass das Kühlmedium direkt in das Produkt eingetragen und somit innig mit diesem durchmischt wird. Als Rohrleitung kann das Behältnis auch eine Druckleitung sein, durch die eine zu behandelnde Flüssigkeit strömt.In the context of the invention, a "container" is to be understood as a container filled with a product to be cooled or a pipe through which such a product flows. Containers of this type are used, for example, in the food industry or in the pharmaceutical industry for the batch production of a product or preliminary product; in order to carry out the "bottom injection" mentioned at the beginning, the valve is preferably arranged in an area of the container which, when used as intended, is wetted by a product held in the container, so that the cooling medium is introduced directly into the product and thus intimately mixed with it. As a pipe, the container can also be a pressure line through which a liquid to be treated flows.

Beispielsweise kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einleiten von Kohlendioxid oder Flüssigstickstoff zum Einsatz, beispielsweise in der Umwelttechnik zur Behandlung von Abwasser oder zum Auffrischen oder Entkeimen flüssiger Nahrungsmittel wie Wein, Säfte oder Milch.For example, the device according to the invention is used for introducing carbon dioxide or liquid nitrogen, for example in environmental technology for treating waste water or for refreshing or disinfecting liquid foods such as wine, juices or milk.

Es ist im Rahmen der Erfindung im Übrigen nicht erforderlich, wenngleich nicht ausgeschlossen, dass beim Betätigen des Ventils zugleich auch die Zuführung von kryogenem Medium zum Ventilgehäuse gesperrt oder geöffnet wird. Bevorzugt ist das Ventilgehäuse auch im Schließzustand des Ventils mit kryogenem Medium gefüllt, das unter einem gewissen Überdruck gegenüber dem Druck im Behältnis steht. Beispielsweise beträgt der Differenzdruck gegenüber dem Druck im Behältnis bei Flüssigstickstoff oder Flüssigsauerstoff zwischen 0,1 bar und 6 bar, bevorzugt zwischen 1,5 und 4 bar, bei Kohlendioxid entspricht der Druck in der Zuführleitung für das kryogene Medium mindestens dem Druck des Tripelpunkts (5,18 bar), bevorzugt 8 bis 20 bar, um das Kohlendioxid im flüssigen Zustand zu halten. Das Behältnis selbst wird dabei häufig drucklos betrieben, d.h. im Innern herrscht Umgebungsdruck, kann jedoch auch bei einem Druck betrieben werden, der nur wenig, beispielsweise zwischen 0,01 und 0,1 bar, geringer ist als der Druck des kryogenen Mediums im Ventilgehäuse selbst.It is not necessary within the scope of the invention, although it is not excluded, that when the valve is operated, the supply of cryogenic medium to the valve housing is blocked or opened at the same time. Preferably, even when the valve is closed, the valve housing is filled with cryogenic medium that is under a certain excess pressure compared to the pressure in the container. For example, the differential pressure compared to the pressure in the container for liquid nitrogen or liquid oxygen is between 0.1 bar and 6 bar, preferably between 1.5 and 4 bar; for carbon dioxide, the pressure in the supply line for the cryogenic medium corresponds to at least Pressure of the triple point (5.18 bar), preferably 8 to 20 bar, to keep the carbon dioxide in the liquid state. The container itself is often operated without pressure, ie the pressure inside is ambient, but can also be operated at a pressure that is only slightly lower than the pressure of the cryogenic medium in the valve housing itself, for example between 0.01 and 0.1 bar.

Bevorzugt ist das Absperrglied so im Ventilgehäuse eingebaut, dass der Schließabschnitt des Absperrglieds im Schließzustand des Ventils durch einen im Innern des Ventilgehäuses wirkenden Druck des kryogenen Mediums gegen den die Düsenöffnung aufweisenden Wandabschnitt des Ventilgehäuses gepresst und zum Öffnen des Ventils gegen diesen Druck in das Innere des Ventilgehäuses bewegt wird. Zu Überwindung des im Innern des Ventilgehäuses herrschenden Drucks des kryogenen Mediums, der das Ventil zusätzlich zur Kraft des Federmittels in seinem Schließzustand hält, ist der Elektromagnet daher bevorzugt überspannungsfähig ausgebildet, d.h. er kann, ohne Schaden zu nehmen, kurzzeitig mit einem kurzen starken Strompuls betrieben werden, der die zum Öffnen des Absperrglieds entgegen dem Überdruck des kryogenen Mediums erforderliche magnetische Kraftwirkung entfaltet. Ist das Ventil erst geöffnet, genügt ein geringerer elektrischer Strom, der ausreicht, um eine die Federkraft kompensierende magnetische Kraftwirkung zu erzeugen und das Ventil in Offenstellung zu halten. Die Stärke dieser beiden elektrischen Ströme hängt von der jeweiligen Situation, insbesondere vom Druck des zugeführten kryogenen Mediums und von der Rückstellkraft des Federmittels ab.The shut-off element is preferably installed in the valve housing in such a way that the closing section of the shut-off element, when the valve is closed, is pressed against the wall section of the valve housing having the nozzle opening by a pressure of the cryogenic medium acting inside the valve housing and is moved into the interior of the valve housing against this pressure to open the valve. In order to overcome the pressure of the cryogenic medium prevailing inside the valve housing, which holds the valve in its closed state in addition to the force of the spring means, the electromagnet is therefore preferably designed to be capable of overvoltage, i.e. it can be operated for a short time with a short, strong current pulse without being damaged, which develops the magnetic force required to open the shut-off element against the excess pressure of the cryogenic medium. Once the valve is open, a lower electrical current is sufficient to generate a magnetic force that compensates for the spring force and to hold the valve in the open position. The strength of these two electrical currents depends on the respective situation, in particular on the pressure of the supplied cryogenic medium and on the restoring force of the spring means.

Die Düsenöffnung bildet bevorzugt die direkte Strömungsverbindung zwischen dem Innern des Ventilgehäuses und dem Innern des Behältnisses; der die Düsenöffnung aufweisende Wandabschnitt des Ventilgehäuses bildet also zugleich einen Wandabschnitt des Behältnisses. In diesem Fall sind keine längeren Leitungsstrecken vorhanden, in denen sich während der Schließphase des Ventils Produkt aus dem Behältnis anlagern kann. Die Düsenöffnung weist bevorzugt einen Öffnungsquerschnitt auf, der so bemessen ist, dass während des normalen Betriebsablaufs im Öffnungszustand stets ein vorgegebener minimaler Überdruck im Ventilgehäuse gegenüber dem Behältnis verbleibt, der somit wiederum das Eindringen von Produkt in das Ventilgehäuse unterbindet.The nozzle opening preferably forms the direct flow connection between the interior of the valve housing and the interior of the container; the wall section of the valve housing having the nozzle opening thus simultaneously forms a wall section of the container. In this case, there are no longer pipe sections in which product from the container can accumulate during the closing phase of the valve. The nozzle opening preferably has an opening cross-section that is dimensioned such that during normal operation in the open state a predetermined minimum overpressure always remains in the valve housing compared to the container, which in turn prevents product from penetrating the valve housing.

In einer besonders kompakten Bauweise der Vorrichtung ist der Elektromagnet als röhrenförmiger Hubmagnet ausgebildet, in dessen röhrenförmigem Innenraum zumindest ein Teil des Ventilgehäuses aufgenommen ist.In a particularly compact design of the device, the electromagnet is designed as a tubular lifting magnet, in whose tubular interior at least part of the valve housing is accommodated.

Das Federelement ist aus einem kältefesten Material gefertigt, das auch bei den im Ventilkörper herrschenden kryogenen Temperaturen eine gewisse Elastizität behält, um im Einsatz des Ventils die rückstellende Kraftwirkung aufrecht erhalten zu können, etwa Edelstahl. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement eine Spiralfeder aufweist, die sich im Ventilgehäuse, zwischen einem Federsitz, der in einer dem Wandabschnitt mit der Düsenöffnung abgewandten Seite des Ventilgehäuses angeordnet ist, und einem hinteren, d.h. einem dem Schließabschnitt abgewandten Abschnitt des Absperrglieds erstreckt. Bevorzugt ist das Federelement lösbar im Ventilgehäuse aufgenommen, um im Falle einer Beschädigung oder im Falle einer geforderten anderen Rückstellkraft leicht ausgetauscht werden zu können.The spring element is made of a cold-resistant material that retains a certain elasticity even at the cryogenic temperatures prevailing in the valve body in order to be able to maintain the restoring force effect when the valve is in use, such as stainless steel. A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the spring element has a spiral spring that extends in the valve housing between a spring seat that is arranged in a side of the valve housing facing away from the wall section with the nozzle opening and a rear section of the shut-off element, i.e. a section facing away from the closing section. The spring element is preferably detachably accommodated in the valve housing in order to be easily replaced in the event of damage or if a different restoring force is required.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Düsenöffnung um eine zylindrische Bohrung, die zum Schließen des Ventils mit einem gleichfalls zylindrisch geformten Schließabschnitt des Absperrglieds zusammenwirkt, der zu diesem Zweck in die Düsenöffnung eingeführt wird. Auf diese Weise wird ein Zufrieren der Düsenöffnung wirkungsvoll verhindert.In an advantageous embodiment of the invention, the nozzle opening is a cylindrical bore which, in order to close the valve, cooperates with a likewise cylindrically shaped closing section of the shut-off element which is introduced into the nozzle opening for this purpose. In this way, freezing of the nozzle opening is effectively prevented.

Eine gleichfalls vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der die Düsenöffnung aufweisende Wandabschnitt des Ventilgehäuses auf seiner dem Innern des Ventilgehäuses zugewandten Innenseite konisch, sich zur Düsenöffnung hin verengend, zugeformt ist und zum Schließen des Ventils mit einer entsprechenden konischen Zuformung des Schließabschnitts des Absperrglieds zusammenwirkt. Bei dieser Ausgestaltung kann der Strömungsquerschnitt eines sich zwischen den beiden konischen Begrenzungen bestehenden Ringkanals durch eine Änderung des Abstandes des Absperrglieds von der Düsenöffnung variiert und somit der Strom des dem Behältnis zugeführten kryogenen Mediums eingestellt werden. Im Übrigen sind auch andere Ausgestaltungen des Schließabschnitts des Absperrglieds oder des Absperrglieds insgesamt vorstellbar, wie beispielsweise ein kugelförmiges Absperrglied, das selbst durch den Elektromagneten bewegt wird.An equally advantageous embodiment of the invention provides that the wall section of the valve housing having the nozzle opening is conically shaped on its inner side facing the interior of the valve housing, narrowing towards the nozzle opening, and cooperates with a corresponding conical shape of the closing section of the shut-off element to close the valve. In this embodiment, the flow cross-section of an annular channel between the two conical boundaries can be varied by changing the distance of the shut-off element from the nozzle opening and thus the flow of the cryogenic medium supplied to the container can be adjusted. Furthermore, other embodiments of the closing section of the shut-off element or of the shut-off element as a whole are also conceivable, such as a spherical shut-off element which is itself moved by the electromagnet.

Bevorzugt ist das Ventilgehäuse lösbar mit der Wand des Behältnisses verbunden. Dies kann beispielsweise durch Einschrauben in ein in einer Öffnung der Wand des Behältnisses angeordnete Gewinde erfolgen. Insbesondere im Lebensmittelbereich sieht eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Ventilgehäuse über einen Anschlussstutzen mit den Behältnis verbunden ist, der seinerseits fest, beispielsweise durch Verschweißen, mit der Wand des Behältnisses verbunden ist. Das Ventilgehäuse wird mit seinem die Düsenöffnung aufweisenden Vorderabschnitt in den Anschlussstutzen eingeführt und an der vom Behältnis abgewandten Ende des Anschlussstutzens lösbar mit diesem verbunden, beispielsweise mittels einer Klemmflanschverbindung oder nach Art eines Ingoldstutzens mittels einer Überwurfmutter. Bevorzugt sorgt dabei ein geeignetes, zwischen der Innenfläche des Anschlussstutzens und dem eingeführten Vorderabschnitt angeordnetes Dichtelement, etwa ein Dichtring, dafür, dass möglichst kein Produkt aus dem Innern des Behältnisses in den Ringspalt zwischen Anschlussstutzen und Vorderabschnitt eindringen kann. Bei dieser Ausgestaltung besteht eine besonders geringe Gefahr, dass sich Produktreste aus dem Behältnis dauerhaft in Spalten und Öffnungen der Ventilbefestigung anlagert.Preferably, the valve housing is detachably connected to the wall of the container. This can be done, for example, by screwing it into a thread arranged in an opening in the wall of the container. In the food sector in particular, a particularly preferred embodiment of the invention provides that the valve housing is connected to the container via a connecting piece, which in turn is firmly connected, for example by welding, to the wall of the container. The valve housing is connected with its The front section, which has a nozzle opening, is inserted into the connecting piece and is detachably connected to the connecting piece at the end of the connecting piece facing away from the container, for example by means of a clamping flange connection or in the manner of an Ingold connector by means of a union nut. Preferably, a suitable sealing element, such as a sealing ring, arranged between the inner surface of the connecting piece and the inserted front section ensures that as little product as possible from the inside of the container can penetrate into the annular gap between the connecting piece and the front section. With this design, there is a particularly low risk of product residues from the container permanently accumulating in gaps and openings in the valve fastening.

Eine abermals vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Ventil mit Mitteln zum Regeln des dem Behältnis zugeführten Mengenstroms an kryogenem Medium ausgerüstet ist. Mittels einer Steuereinheit kann so in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Programm und/oder von gemessenen Parametern, wie beispielsweise einer Temperatur im Behältnis, die Zufuhr an kryogenem Medium geregelt werden.Another advantageous embodiment of the invention provides that the valve is equipped with means for regulating the flow rate of cryogenic medium supplied to the container. The supply of cryogenic medium can thus be regulated by means of a control unit depending on a predetermined program and/or measured parameters, such as a temperature in the container.

Um im Schließzustand des Ventils ein Eindringen von Produkt aus dem Behältnis in das Ventilgehäuses zuverlässig zu unterbinden, ist zweckmäßigerweise ein Dichtelement vorgesehen, das in dem die Düsenöffnung aufweisenden Wandabschnitt des Ventilgehäuses und/oder im Schließabschnitt des Absperrglieds angeordnet ist. Das Dichtelement ist aus einem tieftemperaturbeständigen Material, wie Teflon, gefertigt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen in einer rundumlaufenden Nut des Wandabschnitts oder des Schließabschnitts aufgenommenen Dichtring, oder der Schließabschnitt des Absperrglieds kann selbst aus Teflon aufgebaut sein und wird im Schließzustand als Ganzes gegen den die Düsenöffnung aufweisenden Wandabschnitt gepresst. In order to reliably prevent product from entering the valve housing from the container when the valve is closed, a sealing element is expediently provided which is arranged in the wall section of the valve housing having the nozzle opening and/or in the closing section of the shut-off element. The sealing element is made of a low-temperature-resistant material such as Teflon. This is, for example, a sealing ring accommodated in a circumferential groove in the wall section or the closing section, or the closing section of the shut-off element can itself be made of Teflon and is pressed as a whole against the wall section having the nozzle opening when the valve is closed.

Als bevorzugtes kryogenes Medium kommt ein verflüssigtes Gas wie Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff oder flüssiges Kohlendioxid oder auch ein kaltes Gas, beispielsweise tiefkalter gasförmiger Stickstoff, Lachgas (NO2) oder Argon, 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. Tiefkalt verflüssigter Stickstoff ist ein effizientes und in der Regel inertes Kühlmedium. Lachgas wird als sterilisierend wirkendes Gas häufig in Lebensmittelanwendungen eingesetzt. Der Einsatz von kaltem Sauerstoff bei der Kühlung insbesondere 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 flüssig über die Zuführleitung herangeführt und beim Eintritt in das Behältnis unter Erzeugung von Kohlendioxidschnee und kohlendioxidgas entspannt.The preferred cryogenic medium is a liquefied gas such as liquid nitrogen, liquid oxygen or liquid carbon dioxide or a cold gas, for example cryogenic gaseous nitrogen, nitrous oxide (NO2) or argon. In general, the device according to the invention can be used to dose gas or a liquid into a gas, a liquid or into a pasty, powdery or lumpy substance. Cryogenic liquefied nitrogen is an efficient and generally inert cooling medium. Nitrous oxide is often used as a sterilizing gas in food applications. The use of cold oxygen when cooling meat or meat mass in particular not only leads to a good cooling effect, but also helps to maintain the red color of the meat. Another advantageous cryogenic medium is carbon dioxide, which is supplied in liquid form via the supply line and expands when it enters the container, producing carbon dioxide snow and carbon dioxide gas.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

1: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums in einen Behälter im Längsschnitt in einer ersten Ausführungsform,
2: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eindosieren eines kryogenen Mediums in einen Behälter in einem ausschnittsweise dargestellten Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsform.

An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Schematic views show:

1 : A device according to the invention for dosing a cryogenic medium into a container in longitudinal section in a first embodiment,
2 : A device according to the invention for dosing a cryogenic medium into a container in a partial longitudinal section in a second embodiment.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst ein Ventil 2, das an einem Behältnis 3, etwa einem für die Aufnahme eines zu kühlenden Produkts bestimmten Behälters oder einer fluidführenden Rohrleitung, montiert ist. Das Ventil 2 weist ein aus zwei Gehäuseteilen, einem Vorderabschnitt 4 und einem Hinterabschnitt 5 aufgebautes Ventilgehäuse 6 auf.The in 1 The device 1 shown comprises a valve 2 which is mounted on a container 3, for example a container intended for receiving a product to be cooled or a fluid-carrying pipe. The valve 2 has a valve housing 6 constructed from two housing parts, a front section 4 and a rear section 5.

Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist das Ventil 2 durch Verschrauben mit dem Behältnis 3 verbunden, nämlich durch Einschrauben des Vorderabschnitts 4 in einer mit einem Gewinde 7 versehenen Öffnung in einer Wand 8 des Behältnisses 3. Der Vorderabschnitt 4 sollte dabei in seinem Einbauzustand derart in der Wand 8 aufgenommen sein, dass er, wie hier gezeigt, bündig mit einer Innenoberfläche 10 der Wand 8 abschließt. Eine alternative Befestigungsmöglichkeit mittels eines Anschlussstutzens mit Klemmverbindung ist in 2 gezeigt, die unten näher erläutert wird.In the embodiment according to 1 the valve 2 is connected to the container 3 by screwing, namely by screwing the front section 4 into an opening provided with a thread 7 in a wall 8 of the container 3. The front section 4 should be accommodated in the wall 8 in its installed state in such a way that it is flush with an inner surface 10 of the wall 8, as shown here. An alternative fastening option using a connection piece with a clamp connection is shown in 2 which is explained in more detail below.

Der Vorderabschnitt 4 des Ventilgehäuses 6 ist im wesentlichen rohrzylinderförmig ausgebildet und an seinem im Einbauzustand dem Innen des Behältnisses 3 zugewandten Wandabschnitt - hier Vorderfläche 9 genannt - mit Ausnahme einer Düsenöffnung 11 geschlossen. Weiterhin ist der Vorderabschnitt 4 mit einem Gewinde 12 zum lösbaren Befestigen des Hinterabschnitts 5 ausgerüstet.The front section 4 of the valve housing 6 is essentially tubular-cylindrical in shape and is closed at its wall section facing the inside of the container 3 in the installed state - here called front surface 9 - with the exception of a nozzle opening 11. Furthermore, the front section 4 is equipped with a thread 12 for detachably fastening the rear section 5.

Beabstandet von der Vorderfläche 9 ist in einer Seitenwand des Vorderabschnitts 4 eine - im hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Gewinde ausgerüstete - Anschlussbohrung 13 zum Anschließen einer Zuführleitung 14 für ein kryogenes Medium angeordnet. Anstelle eines Gewindes können im Übrigen auch andere Befestigungsmittel zum Verbinden der Zuführleitung 14 mit dem Vorderabschnitt 4 vorgesehen sein, beispielsweise eine Flanschverbindung; die Art des Anschlusses ist dabei dem eingesetzten kryogenen Medium angepasst und fallweise druck- und/oder tieftemperaturfest ausgelegt.A connection bore 13 for connecting a supply line 14 for a cryogenic medium is arranged in a side wall of the front section 4 at a distance from the front surface 9 - in the embodiment shown here equipped with a thread. Instead of a thread, other fastening means for connecting the supply line 14 to the front section 4 can also be provided, for example a Flange connection; the type of connection is adapted to the cryogenic medium used and is designed to be pressure and/or low temperature resistant in some cases.

Als kryogenes Medium kommt beispielsweise ein verflüssigtes Gas wie Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff oder flüssiges Kohlendioxid oder auch ein kaltes Gas, beispielsweise tiefkalter gasförmiger Stickstoff, Lachgas oder Argon, 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.A liquefied gas such as liquid nitrogen, liquid oxygen or liquid carbon dioxide or a cold gas, such as cryogenic gaseous nitrogen, nitrous oxide or argon, is used as a cryogenic medium. In general, the device according to the invention can be used to dose gas or a liquid into a gas, a liquid or into a pasty, powdery or lumpy substance.

Der gleichfalls rohrförmige Hinterabschnitt 5 des Ventilgehäuses 6 ist mit einem Befestigungsabschnitt 15 gasdicht und druckfest am Vorderabschnitt 4 montiert, im hier gezeigten Beispiel im Gewinde 12 eingeschraubt, und an seinen vom Befestigungsabschnitt 15 entgegengesetztem Stirnseite unter Ausbildung eines Federsitzes 16 geschlossen ausgebildet. Der Hinterabschnitt 5 besteht bevorzugt aus einem unmagnetischen oder paramagnetischem Material, beispielsweise aus einem unmagnetischen Edelstahl.The rear section 5 of the valve housing 6, which is also tubular, is mounted to the front section 4 in a gas-tight and pressure-tight manner with a fastening section 15, screwed into the thread 12 in the example shown here, and is closed on its end face opposite the fastening section 15 to form a spring seat 16. The rear section 5 is preferably made of a non-magnetic or paramagnetic material, for example of a non-magnetic stainless steel.

Im Innern des Ventilgehäuses 6 ist ein Absperrglied 18 axial beweglich aufgenommen, mittels dessen das Ventil 2 geschlossen und geöffnet werden kann. Das Absperrglied 18 besteht im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Schließkörper aus einem ferromagnetischen Material, auf dessen der Vorderfläche 9 zugewandten Seite ein zylindrischer Schließabschnitt 19 angeordnet ist, der dem Innenquerschnitt der gleichfalls zylindrischen Düsenöffnung 11 derart angepasst ist, dass er im Schließzustand des Ventils 2 dichtend oder nahezu dichtend in dieser aufgenommen ist.A shut-off element 18 is accommodated in an axially movable manner inside the valve housing 6, by means of which the valve 2 can be closed and opened. In the embodiment shown here, the shut-off element 18 consists of a substantially cylindrical closing body made of a ferromagnetic material, on the side of which facing the front surface 9 a cylindrical closing section 19 is arranged, which is adapted to the inner cross section of the likewise cylindrical nozzle opening 11 in such a way that it is accommodated in a sealing or almost sealing manner in the closed state of the valve 2.

Zwischen einer vom Schließabschnitt 19 entgegengesetzten Stirnseite 20 des Absperrglieds 18 und dem Federsitz 16 des Hinterabschnitts 5 ist ein Federmittel 21, hier eine Spiralfeder, angeordnet. Das Federmittel 21 steht unter Vorspannung und presst im Schließzustand des Ventils 2 das Absperrglied 18 gegen die Vorderfläche 9 des Vorderabschnitts 4. Um die Dichtigkeit weiter zu verbessern, ist ein Dichtmittel aus einem flexiblen und kältebeständigen Material, wie Teflon, vorgesehen, beispielsweise ein Dichtring 22, der in einer in der Vorderfläche 9 rund umlaufenden Nut aufgenommen ist.A spring means 21, here a spiral spring, is arranged between a front side 20 of the shut-off element 18 opposite the closing section 19 and the spring seat 16 of the rear section 5. The spring means 21 is under pre-tension and presses the shut-off element 18 against the front surface 9 of the front section 4 when the valve 2 is closed. In order to further improve the tightness, a sealing means made of a flexible and cold-resistant material, such as Teflon, is provided, for example a sealing ring 22, which is accommodated in a groove running around the front surface 9.

Radial außenseitig am Hinterabschnitt 5 befindet sich ein rohrförmiger Elektromagnet 23, der den gesamten Hinterabschnitt 5, zumindest unterhalb des Befestigungsabschnitts 15, umschließt. Der Elektromagnet 23 dient in der im Folgenden beschriebenen Weise zum Betätigen des Ventils 2.A tubular electromagnet 23 is located radially on the outside of the rear section 5 and encloses the entire rear section 5, at least below the fastening section 15. The electromagnet 23 serves to actuate the valve 2 in the manner described below.

Ohne Betätigung des Elektromagneten 23, d.h. ohne wirkendes magnetisches Feld, befindet sich das Ventil 2 in seinem Schließzustand, d.h. das Absperrglied 18 wird aufgrund der Kraft des Federmittels 21 gegen die Vorderfläche 9 gepresst. Der Schließabschnitt 19 erstreckt sich in diesem Zustand durch die Düsenöffnung 11 hindurch und schließt zur Innenseite des Behältnisses 3 hin bündig mit der Innenwand 10 ab. Durch Öffnen eines Ventils 25 in der Zuführleitung 14 strömt kroygenes Medium über die Zuführleitung 14 in das Innere des Ventilgehäuses 6 ein und trägt aufgrund seines Überdrucks gegenüber dem Druck im Behältnis 3 zum Anpressen des Absperrglieds 18 gegen die Vorderfläche 9 bei.Without actuation of the electromagnet 23, i.e. without an active magnetic field, the valve 2 is in its closed state, i.e. the shut-off element 18 is pressed against the front surface 9 due to the force of the spring means 21. In this state, the closing section 19 extends through the nozzle opening 11 and is flush with the inner wall 10 towards the inside of the container 3. By opening a valve 25 in the supply line 14, cryogenic medium flows into the interior of the valve housing 6 via the supply line 14 and, due to its excess pressure compared to the pressure in the container 3, contributes to pressing the shut-off element 18 against the front surface 9.

Zum Öffnen des Ventils 2 wird der Elektromagnet 23 betätigt. Dieser erzeugt im Innern des Ventilgehäuses 6 ein magnetisches Feld, das auf das ferromagnetische Absperrglied 18 eine Kraft ausübt, die der Kraft des Federmittels 21 entgegengesetzt ist. Übersteigt die magnetische Kraft des Elektromagneten 23 die vereinigte Kraft von Federmittel 21 und der durch den Überdruck des kryogenen Mediums erzeugten Kraft auf das Absperrglied 18, verschiebt sich das Absperrglied in Richtung auf den Federsitz 16 und gibt somit die Düsenöffnung 11 frei (Öffnungszustand des Ventils 2). In diesem Öffnungszustand kann das über die Zuführleitung 14 herangeführte kryogene Medium in das Innere des Behältnisses 3 einströmen. Da im Öffnungszustand des Ventils 2 kein Überdruck mehr besteht, der das Absperrglied 18 gegen die Vorderfläche 9 presst, genügt zur Aufrechterhaltung des Öffnungszustandes ein geringeres magnetisches Kraftfeld. Demzufolge wird der Elektromagnet 23 bevorzugt so betrieben, dass zu Beginn ein kurzer, starker Strompuls gegeben wird, der das Absperrglied 18 in seine Öffnungsposition bewegt. Im Anschluss daran genügt ein geringerer Dauerstrom zur Erzeugung eines Magnetfelds, das ausreicht, um das Absperrglied 18 in seiner Öffnungsposition zu halten. Nach Abstellen des Elektromagneten 23 gelangt das Absperrglied 18 aufgrund der Wirkung des Federmittels 21 selbststätig in seine Schließposition zurück.To open the valve 2, the electromagnet 23 is actuated. This generates a magnetic field inside the valve housing 6, which exerts a force on the ferromagnetic shut-off element 18 that is opposite to the force of the spring means 21. If the magnetic force of the electromagnet 23 exceeds the combined force of the spring means 21 and the force on the shut-off element 18 generated by the excess pressure of the cryogenic medium, the shut-off element moves in the direction of the spring seat 16 and thus releases the nozzle opening 11 (open state of the valve 2). In this open state, the cryogenic medium supplied via the supply line 14 can flow into the interior of the container 3. Since in the open state of the valve 2 there is no longer any excess pressure that presses the shut-off element 18 against the front surface 9, a smaller magnetic force field is sufficient to maintain the open state. Accordingly, the electromagnet 23 is preferably operated in such a way that a short, strong current pulse is initially given, which moves the shut-off element 18 into its open position. After this, a lower continuous current is sufficient to generate a magnetic field that is sufficient to hold the shut-off element 18 in its open position. After the electromagnet 23 is switched off, the shut-off element 18 automatically returns to its closed position due to the effect of the spring means 21.

Aufgrund des ständigen Überdrucks des kryogenen Mediums in der Zuführleitung 14 bzw. im Innern des Ventilgehäuses 6 gegenüber dem Innendruck im Behältnis 3 wird gewährleistet, dass kein Material aus dem Behältnis 3 in die Zuführleitung 14 eindringen kann. Mithilfe einer hier nicht gezeigten automatischen Regelung kann sichergestellt werden, dass der Elektromagnet 23 automatisch abgestellt und das Ventil somit geschlossen wird, sobald ein gewisser Druckwert in der Zuführleitung 14 unterschritten wird, sodass auch in diesem Falle kein Material aus dem Behältnis 3 in die Zuführleitung 14 eindringen kann.Due to the constant overpressure of the cryogenic medium in the supply line 14 or inside the valve housing 6 compared to the internal pressure in the container 3, it is ensured that no material from the container 3 can penetrate into the supply line 14. With the help of an automatic control system (not shown here), it can be ensured that the electromagnet 23 is automatically switched off and the valve is thus closed as soon as a certain pressure value in the supply line 14 is undershot, so that in this case too, no material from the container 3 can penetrate into the supply line 14.

Das Ventilgehäuse 6, das Absperrglied 19 und das Federmittel 22 sind aus einem Material gefertigt, das den tiefen Temperaturen und/oder den hohen Drücken des jeweils zum Einsatz kommenden kryogenen Mediums Rechnung trägt, beispielsweise aus einem geeigneten, tieftemperaturfesten Edelstahl. Des weiteren sind die Teile 4, 5, 18, 21, 22 vorzugsweise lösbar im Ventil 2 montiert, wodurch nicht nur eine etwaige Wartung erleichtert wird, sondern auch das Ventil 2 an das jeweils eingesetzte kryogene Medium und/oder die Behandlungsaufgabe angepasst werden kann.The valve housing 6, the shut-off element 19 and the spring means 22 are made of a material that takes into account the low temperatures and/or the high pressures of the cryogenic medium used in each case, for example from a suitable, low-temperature-resistant stainless steel. Furthermore, the parts 4, 5, 18, 21, 22 are preferably mounted detachably in the valve 2, which not only facilitates any maintenance, but also allows the valve 2 to be adapted to the cryogenic medium used in each case and/or the treatment task.

Die in 2 gezeigte Vorrichtung 25 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 in 1 lediglich durch die andere Gestaltung im Bereich der Düsenöffnung und ist daher nur in einem Ausschnitt gezeigt. Im Übrigen gleich wirkende Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei der Vorrichtung 1.The in 2 The device 25 shown differs from the device 1 in 1 only by the different design in the area of the nozzle opening and is therefore only shown in a section. Otherwise, components with the same effect are provided with the same reference numerals as in device 1.

Die Vorrichtung 25 weist ein Ventil 26 mit Absperrglied 28 auf, bei dem ein Schließabschnitt 27 des Absperrglieds 28 konisch zugeformt ist und zum Schließen einer Düsenöffnung 31 des Ventils 26 mit einer ebenfalls konisch zugeformten Innenfläche einer Vorderfläche 29 des Ventilgehäuses 30 zusammenwirkt. Im Unterschied zur Vorrichtung 1 ist hier eine Dichtung nicht in Form eines in einer Nut der Vorderfläche 9 angeordneten Dichtrings vorgesehen, sondern in Gestalt eines über den Schließabschnitt 27 gezogenen Dichtringes 32. Im Übrigen können jedoch auch andere geeignete Möglichkeiten zur Abdichtung eingesetzt werden.The device 25 has a valve 26 with a shut-off element 28, in which a closing section 27 of the shut-off element 28 is conically shaped and cooperates with a likewise conically shaped inner surface of a front surface 29 of the valve housing 30 to close a nozzle opening 31 of the valve 26. In contrast to the device 1, a seal is not provided here in the form of a sealing ring arranged in a groove of the front surface 9, but in the form of a sealing ring 32 pulled over the closing section 27. However, other suitable options for sealing can also be used.

Die konische Zuformung von Vorderfläche 29 und Schließabschnitt 27 führt dazu, dass die Breite des Ringspalts 33 zwischen Vorderfläche 29 und Schließabschnitt 27 durch die Änderung der axialen Position des Absperrglieds 28 verändert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, den aus der Düsenöffnung 32 austretenden Strom an kryogenem Medium in Abhängigkeit von der Position des Absperrglieds 28, d.h. des an den Elektromagneten 23 angelegten Stroms, zu variieren. Mittels einer geeigneten Steuereinrichtung (hier nicht gezeigt) kann in diesem Fall der Zufluss von kryogenem Medium in Abhängigkeit von einem gemessenen Parameter, beispielsweise der Temperatur im Behältnis 3, variiert werden.The conical shape of the front surface 29 and closing section 27 means that the width of the annular gap 33 between the front surface 29 and closing section 27 can be changed by changing the axial position of the shut-off element 28. In this way, it is possible to vary the flow of cryogenic medium emerging from the nozzle opening 32 depending on the position of the shut-off element 28, i.e. the current applied to the electromagnet 23. In this case, the inflow of cryogenic medium can be varied depending on a measured parameter, for example the temperature in the container 3, by means of a suitable control device (not shown here).

Um die hygienischen Verhältnisse zu verbessern, ist das Ventil 26 mit einem Vorderabschnitt des Ventilgehäuses 30 in einem Anschlussstutzen 34, der in der Wand 8 des Behältnisses 3 eingeschweißt ist, aufgenommen und mittels einer Flanschverbindung mit Klemmring 35 lösbar mit dem Anschlussstutzen 34 verbunden. Auch hier schließt die Vorderfläche behälterseitig bündig mit der Innenoberfläche 10 der Wand 8 ab. Zwischen der Außenwand des Vorderabschnitts des Ventilgehäuses 30 und der Innenfläche des Anschlussstutzens 34 ist ein Dichtelement, beispielsweise ein Dichtring 36 aus Teflon in entsprechenden Nuten des Ventilgehäuses 30 bzw. des Anschlussstutzens 34 angeordnet, um das Eindringen von Produkt aus dem Innern des Behältnisses 3 in den Ringspalt zwischen Ventilgehäuse 30 und Anschlussstutzen 34 zu vermeiden. Anstelle des hier gezeigten Anschlussstutzens 34 mit Klemmring 35 kann im Übrigen auch ein (hier nicht gezeigter) Ingoldstutzen zum Einsatz kommen, der in an sich bekannter Weise mit einer Überwurfmutter zum Befestigen des Ventils 26 ausgerüstet ist.In order to improve the hygienic conditions, the valve 26 is accommodated with a front section of the valve housing 30 in a connecting piece 34 which is welded into the wall 8 of the container 3 and is detachably connected to the connecting piece 34 by means of a flange connection with a clamping ring 35. Here too, the front surface on the container side is flush with the inner surface 10 of the wall 8. Between the outer wall of the front section of the valve housing 30 and the inner surface of the connecting piece 34, a sealing element, for example a sealing ring 36 made of Teflon, is arranged in corresponding grooves in the valve housing 30 or the connecting piece 34 in order to prevent product from the interior of the container 3 from penetrating into the annular gap between the valve housing 30 and the connecting piece 34. Instead of the connection piece 34 with clamping ring 35 shown here, an Ingold connection piece (not shown here) can also be used, which is equipped in a manner known per se with a union nut for fastening the valve 26.

Die Vorrichtungen 1, 25 genügen insbesondere den gehobenen hygienischen Anforderungen bei der Behandlung von Lebensmitteln wie Teig, Mehl, Maische oder Fleischmasse zur Wurstherstellung, oder bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte, Vorprodukte oder Inhaltsstoffe. Ein weiteres Anwendungsgebiet betrifft die Eindosierung 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.The devices 1, 25 meet the high hygienic requirements in particular when treating foodstuffs such as dough, flour, mash or meat mass for sausage production, or when producing pharmaceutical products, intermediate products or ingredients. Another area of application concerns the dosing of a cryogenic medium into a line through which a gas or liquid flows, for example in waste water treatment or the treatment of wine, juices or milk.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11: Vorrichtungdevice
22: Ventilvalve
33: Behältniscontainer
44: Vorderabschnittfront section
55: Hinterabschnittposterior segment
66: Ventilgehäusevalve housing
77: Gewindethread
88: WandWall
99: Vorderflächefront surface
1010: Innenoberflächeinner surface
1111: Düsenöffnungnozzle opening
1212: Gewindethread
1313: Anschlussbohrungconnection hole
1414: Zuführleitungsupply line
1515: Befestigungsabschnittfastening section
1616: Federsitzspring seat
1717: --
1818: Absperrgliedshut-off element
1919: Schließabschnittclosing section
2020: Stirnseitefront side
2121: Federmittelspring means
2222: Dichtringsealing ring
2323: Elektromagnetelectromagnet
2424: Ventilvalve
2525: Vorrichtungdevice
2626: Ventilvalve
2727: Schließabschnittclosing section
2828: Absperrgliedshut-off element
2929: Vorderflächefront surface
3030: Ventilgehäusevalve housing
3131: Düsenöffnungnozzle opening
3232: Dichtringsealing ring
3333: Ringspaltannular gap
3434: Anschlussstutzenconnecting piece
3535: Klemmringclamping ring
3636: Dichtringsealing ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10152764 A1 [0005]
WO 2008007000 A2 [0006]
EP 1867902 A2 [0007]
EP 2309160 A1 [0007]

Claims

Device for dosing a cryogenic medium into a container (3), with a valve (2, 25) which has a valve housing (6, 30) which can be fastened in the wall (8) of the container (3), which is equipped with a connection (13) for connecting a feed line (14) for the cryogenic medium and with a nozzle opening (11, 31) arranged in a wall section (9, 29) of the valve housing (6, 30) for introducing the cryogenic medium into the container (3), and in which a shut-off element (18, 28) is accommodated in such an axially movable manner that it can be brought from a closed state in which the shut-off element (18, 28) closes the nozzle opening with a closing section (19, 27) into an open state in which the closing section (19, 27) is spaced from the nozzle opening (11, 31) and thus releases it, and in which the axial movement of the shut-off member (18, 28) from its closed state to the open state takes place against the action of a restoring spring element (22), characterized in that the shut-off member (18, 28) consists at least partially of ferromagnetic material and cooperates with an electromagnet (23) arranged on the outside of the valve housing (6; 30) to move it into its open position.

device according to claim 1 , characterized in that the shut-off member (18, 28) is installed in the valve housing (6, 30) in such a way that the closing section (19, 27) of the shut-off member (18, 28) is pressed from the inside against the wall section (9, 29) of the valve housing (6, 30) having the nozzle opening (11, 31) by a pressure of the cryogenic medium acting inside the valve housing (6, 30).

device according to claim 1 or 2 , characterized in that the electromagnet (23) is tubular and encloses the valve housing (6, 30) at least in sections.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (22) has a spiral spring which extends in the valve housing (6, 30) between an end face (20) of the shut-off element (18, 28) facing away from the container (2) and a spring seat (16) of the valve housing (6, 30).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle opening (11, 31) is designed as a cylindrical bore extending through the wall section (9, 29) of the valve housing (6, 30) which cooperates with a cylindrically shaped closing section (19, 27) of the shut-off member (18) to close the valve (2, 25).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wall section (9, 29) of the valve housing (6, 30) having the nozzle opening (11, 31) is conically shaped on the inside, narrowing towards the nozzle opening (11, 31), and cooperates with a corresponding conical shaping of the closing section (19, 27) of the shut-off element (28) to close the valve (2, 25).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the valve housing (6, 30) is detachably connected to the wall (8) or to a connecting piece (34), for example an Ingold piece, which is firmly mounted on the wall (8) of the container (3).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the valve (2, 25) is equipped with means for regulating the flow rate of cryogenic medium supplied to the container (3).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a circumferential sealing element, such as a sealing ring (19) received in a circumferential groove, is provided in the front surface (9, 29) of the valve housing (6, 30) and/or in the closing section (19, 27) of the shut-off member (18, 28).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that liquid or gaseous nitrogen, liquid or liquid carbon dioxide, liquid or gaseous argon or liquid or gaseous nitrous oxide is used as the cryogenic medium.