1. Manuals
  2. Brands
  3. Air Liquide Manuals
  4. Freezer
  5. ULTRA-FREEZE
  6. Operation and maintenance manual

Air Liquide ULTRA-FREEZE Operation And Maintenance Manual

Liquid nitrogen cryogenic freezer
Hide thumbs
Table of Contents

Advertisement

Quick Links

Download this manual
Operation and Maintenance Manual 
Liquid Nitrogen Cryogenic Freezer
 
 
 
 
 
For service or support, please call: 
 
 
RS CRYO EQUIPMENT, INC. 
629 Grove Street 
Manteno, IL 60950  
Phone: (866) 305‐1300 
Fax: (708) 946‐3251 
http://www.rscryo.com 
 
 
 
ULTRA‐FREEZE® 
 
 
Manuf. for: 
Model: 
Size: 
Serial No: 
Date: 
 
 
 
 
 
 
 
 

Advertisement

Table of Contents
loading
Need help?

Need help?

Do you have a question about the ULTRA-FREEZE and is the answer not in the manual?

Questions and answers

Summary of Contents for Air Liquide ULTRA-FREEZE

  • Page 1   Operation and Maintenance Manual    ULTRA‐FREEZE®  Liquid Nitrogen Cryogenic Freezer                   For service or support, please call:    Manuf. for:      RS CRYO EQUIPMENT, INC.  Model:    629 Grove Street  Size:    Manteno, IL 60950   Phone: (866) 305‐1300  Serial No:    Fax: (708) 946‐3251  http://www.rscryo.com  Date:       ...

  • Page 2: Table Of Contents

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®      TABLE OF CONTENTS     Page  TABLE OF CONTENTS..........................1 1. General Overview.......................... 3 1.1. Inspection ............................. 3 1.2. Symbols & Identifiers ........................3 2. Safety Precautions......................... 4 2.1. Safety Considerations Before Operation..................4 2.2. General Guidelines ........................4 2.3. Safety Devices..........................5 2.4. Liquid Nitrogen Hazards ....................... 6 3. About the ULTRA‐FREEZE® ......................7 3.1.
  • Page 3       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    6.6. Freezer Control Variables ......................25 7. Operating Instructions......................... 27 7.1. Important Operating and Maintenance Pointers............... 27 7.2. Daily Start‐Up and Operation ..................... 27 7.3. Production Interruptions......................29 7.4. Vapor Exhaust Collection and Discharge..................29 7.5. Product Temperature Equilibration ................... 30 7.6. Shutdown ........................... 31 7.7. Emergency Shut Down ....................... 31 8. Cleaning ............................32 8.1. Pre‐Cleaning Checklist ........................ 32 8.2.

  • Page 4: General Overview

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    1. General Overview    This  manual  describes  the  installation  and  operation  of  ULTRA‐FREEZE®  tunnel  freezers  using  liquid  nitrogen.    The  installation  described  herein  comprises  the  cryogenic  storage  system,  the  supply  pipes,  the application‐specific installation, as well as auxiliary equipment and accessories.    The information applies to the various models such as those with 30” wide or 48” wide conveyor belts,  single pass and three tier freezers, as well as those with optional variable speed fans.  When necessary  for clarification, special comments will be included for a specific variation.      1.1. INSPECTION   ...

  • Page 5: Safety Precautions

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    2. Safety Precautions    To ensure your safety, and the safety of those around you, carefully read through the safety precautions  in this section.        2.1. SAFETY CONSIDERATIONS BEFORE OPERATION    The  ULTRA‐FREEZE®  freezer  has  been  designed  to  operate  in  as  safe  a  manner  as  possible  with  an  exhaust system to assure the efficient removal of nitrogen gas.    It  is  emphasized  that  the  room  in  which  the  freezer  will  be  installed  shall  be  large  enough  and  have  sufficient air changes, preferably with high and low level ventilation, to prevent a build‐up of nitrogen ...

  • Page 6: Safety Devices

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    2.3. SAFETY DEVICES  The  ULTRA‐FREEZE®  is  equipped  with  several  safety  devices,  designed  with  the  operator’s  safety  in  mind. The following is a list of engineered safety controls.    Oxygen Level Interlock  The ULTRA‐FREEZE® is equipped with an optional oxygen interlock that is tied into the emergency stop  loop.    An  oxygen  monitor  with  a  beacon  and  an  audible  alarm  should  be  purchased  to  monitor  the  oxygen ...

  • Page 7: Liquid Nitrogen Hazards

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    2.4. LIQUID NITROGEN HAZARDS    Inform  all  personnel  about  the  potential  hazards  related  to  the  use  of  liquid  nitrogen  in  chilling  equipment!    COLD BURNS: The freezer operates on liquid nitrogen, which can reach temperatures as low as –196 °C/  –320.8 °F. Physical contact with the liquid nitrogen can cause cold burns and tissue damage. Avoid any  direct contact with liquid nitrogen or mediums/metal in direct contact with liquid nitrogen by wearing  suitable safety gear (safety glasses, facial shield, long‐sleeved clothes, long pants, appropriate thermal  insulated gloves). The surface of the product leaving the freezer is at sub‐zero temperature and should  not  be  handled  without  sufficient  protection.  This  also  applies  to  the  internal  surfaces  of  the  freezer  when just opened. ...

  • Page 8: About The Ultra-Freeze

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    3. About the ULTRA‐FREEZE®     3.1. EQUIPMENT SPECIFICATIONS    SPECIFICATIONS  ULTRA‐FREEZE TUNNELS  Conveyor Width  30” width  48” width  Width of Freezer    Door Closed  4’‐10”  6’‐2”    Doors Open  6’  7’‐6”  ± Product Loading Height (  1½”)   1 Tier  35”  35”    3 Tier  40 ½”  40 ½”  ± Product Discharge Height (  1½”)    1 Tier  23 ½”  23 ½”   ...

  • Page 9: The Ultra-Freeze® Process

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    3.2. THE ULTRA‐FREEZE® PROCESS    The three basic principles of the Ultra‐Freeze® process are:  The use of fans to circulate the cold gases at high velocity  Accurate control of temperature  Belt speed control to set required “time exposure”, or “tunnel dwell time”    The ULTRA‐FREEZE® process utilizes the “wind chill” effect to increase the freeze rate for products.  The  high velocity gas flow created by the circulating fans, continually removes the thin insulating envelope of  static gas that normally surrounds the product to be frozen.  This allows the super cold nitrogen gases to  be  in  very  close  contact  with  the  surface  of  the  food  product.    The  rapid  freeze  achieved  by  the  high  velocity gas flow reduces product shrinkage and moisture loss, as well as maintains final quality of the  product.    The liquid nitrogen from the injection nozzles is rapidly converted to cold gas due to absorption of the  heat introduced by the food product.  The secret to the efficient operation of the ULTRA‐FREEZE® tunnel  is  accurate  temperature  control  of  the  modules  and  constant  uninterrupted  injection  during  the  processing period. ...

  • Page 10: Conveyor(S) / Belt(S)

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    attached to the modules are anchored to the inner steel framework through the use of threaded rivet  type fasteners.    The fiberglass parts are high strength hand lay‐up molded fiberglass parts, coated with a USDA accepted  food grade gel coat.  All joints in the fiberglass are on the outside surfaces where they are not subject to  temperature  shocks  or  expansion  and  contraction.    The  doors  are  insulated  with  foam‐in‐place  closed  cell polyurethane foam for high insulating value and high structural strength.  The module is insulated  with  staggered  layers  of  preformed  polyurethane  foam  to  allow  for  minor  expansion  and  contraction.   There  are  no  direct  metal  heat  conduction  paths  to  the  outside  of  the  freezer.    The  door  gaskets  are  preformed ...

  • Page 11: Control Panel

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    WARNING!  Do not manually override the brake, or  injury  could  occur  due  to  someone  reaching  inside  the module before the fan stops rotating.      Variable speed fan freezers do not have brakes.  The 1/2HP 1200 rpm motors also stop almost instantly  by using electric dynamic braking.  Whenever any upper door is raised, the safety limit switch will shut  all circulating fan motors off, as well as cryogen injection in the freezer.    WARNING!    If  electrical  power  is  shut‐off  to  controller, or if fan stop button is pushed while fans  are rotating, there is no effective electronic braking.   Therefore, the fans will coast to a stop and may still    be rotating even with the doors open.      3.6. CONTROL PANEL    The freezer controls are conveniently located on the front panel of the NEMA 12 rated control cabinet.   The controls are the following:  1. Main motor disconnect switch handle (230 VAC, 3 phase, 60 Hz)  2.

  • Page 12: Injection Headers

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®      3.7. INJECTION HEADERS    Each assembly feeds the cryogen through the bottom of the apparatus box down into the center of a  freezer module.  Each drop can control injection of LN2 into either one or two modules through the use  of extension headers.  A single module drop supplies liquid nitrogen to the right or left side extension  piping with cross pipes of nozzles to be fed from both sides with liquid.  The nozzles are threaded into  the cross piping for replacement with plugs where nozzles are not required.    Nozzles  are  added,  or  removed  and  replaced  with  pipe  plugs,  to  control  the  total  amounts  of  liquid  nitrogen injected into the modules.    Those  drops  that  require  the  use  of  extension  headers  have  piping  run  to  either  the  preceding  or  following module with a duplicate header system in those modules.  For optimal freezing capacity, the ...

  • Page 13: Installation & Assembly

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    4. Installation & Assembly    4.1. SITE SELECTION REQUIREMENTS    The installation site of the ULTRA‐FREEZE® must meet the following requirements for safe operation:  Located in close proximity to the Liquid Nitrogen (LN ) tank or vessel.  Supply Voltage/Frequency: 460 or 230 VAC+ Ground, 3 phase, 60Hz   Located in a large, well ventilated room  The exhaust duct piping from the ULTRA‐FREEZE® must run outside in order to ensure removal  of the N  gas from the processing room.  Note: Avoid exhausting to outside areas where people  typically congregate (e.g. break areas, smoke areas, etc)  Rooms underneath the installation site must be adequately ventilated.  Warning  or  hazard  signs  are  posted  around  the  freezer  for  safety  purposes  are  highly  recommended.    CAUTION:   Keep Nitrogen gas out of lower lying    spaces, channels and shafts.     ...

  • Page 14: Unloading The Ultra-Freeze

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    Overall  freezer  dimensions,  in‐feed  height,  exit  height,  etc.  can  be  found  in  Section  3.1  ‐  Equipment  Specifications.    Utilize  this  data  to  make  height  adjustments  of  freezer  and/or  processing  line  equipment.      4.2. UNLOADING THE ULTRA‐FREEZE®     Professional  riggers  are  recommended  when  unloading  the  freezer.    Professional  riggers  have  the  experience and equipment to unload the freezer and move it into the desired location in minimal time.  ...

  • Page 15: Connecting Freezer Sections And Sealing

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    4.4. CONNECTING FREEZER SECTIONS AND SEALING    A) Move the freezer sections into their proper relative positions on the floor (the exit vestibule has  the drive motors mounted on its sides).  The module crates are designed to be moved by fork lift  or pallet trucks and can be rolled or skidded.  Lifting should be done only along the 2x10’s that  form the perimeter of the crate.  DO NOT lift the upper 2x4’s on the trusses.    B) Check with the wiring diagrams to determine proper placement of each crate before assembly  (for 2 and 3 module tunnels proceed to step J).    C) Uncrate the first section to be assembled.  Each module end needs to be fully supported before  completely  removing  the  lower  2x10  support  braces.    Screw  down  the  adjustable  plastic  pedestal legs to meet the floor and raise the modules off the crating slightly before removal.    D) Attach the end pedestal to the module just uncrated, unless it was shipped that way.    E) Push the second group of modules up to the end of the first and uncrate the end only.  The first  module of the second crate should be positioned to extend about 2” onto the exposed pedestal  half mounting surface.    F) Uncrate the modules. ...

  • Page 16: Installation Of The Conveyor Belts

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    4.5. INSTALLATION OF THE CONVEYOR BELTS    Set the box containing the conveyor about 18” from the exit end of the freezer and line up the conveyor  belt with the sprockets on the bottom conveyor shaft.  If the belt is rolled, it will be necessary to unroll  the belt and restack it as folded pile for easier installation.    NOTE:    Three  tier  freezers  have  three  precut  conveyors,  each  of  a  different  length.    The  longest  is  the  top  belt;  the  shortest  is  the  middle  belt.    Make  sure  the  proper  one  is  selected for each conveyor.  Carefully check the orientation ...

  • Page 17: Exhaust Trough And Blower

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    clearance height.  Check the clearance between door and the module frame as well as gasket fits.  The  module can be twisted slightly if the leveling screws are not properly adjusted causing the doors to bind.    The  exhaust  troughs  should  be  installed  as  soon  as  the  machine  is  leveled  so  that  the  sheet  metal  contractor can install the exhaust piping and blowers (see Section 6 – Auxiliary Connections).    4.7. EXHAUST TROUGH AND BLOWER    The  exhaust  troughs  should  be  installed  as  soon  as  the  machine  is  leveled  so  that  the  sheet  metal  contractor can install the exhaust piping and blowers.  If a trough ends up supporting the weight of the ...

  • Page 18: Auxiliary Connections

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    5. Auxiliary Connections    To  ensure  proper  supply  connections,  take  into  account  any  restrictions  as  provided  in  Appendix  B  –  Reference Drawings when designing the supply connections.  To allow for proper installation once the  freezer is in place, make sure the following is made available at the in‐plant freezer location:    provisions for electrical power supply and connection;  provisions for LN  supply and connection;  provisions for proper installation and connection of exhaust duct;  floor drains and corresponding floor pitch as required for drainage of cleaning water.    The liquid nitrogen piping and electrical conduits should be well protected against accidental damage.  To  minimize  liquid  nitrogen  consumption,  avoid  elbows  where  possible  and  ensure  piping  runs  are  as  short and direct as possible.   ...

  • Page 19: Ln Supply Connection

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    of the controller and shielded wire should be as remote as possible relative to any AFC  generating unit controller to prevent pick‐up of RF noise.  Six inches is too close.    1. Earth Ground – Earth ground must be attached to the unit’s chassis to make it  noise free    2. Neutral – It is necessary to assure that neutral is at, or near, ground potential.   A voltmeter check between neutral and ground should show no more than 50  millivolts.    In Conduit, Pipe or EMT    A. Control  wires  (115V)  and  power  wires  up  to  600  volts  (including  DC)  can  be  contained  in  the  same conduit unless specified otherwise by local code regulation!  This conduit terminates on a  designated apparatus box, usually the number 1 module.    B. Signal wires for the RTD temperature probes (very low voltage and amperage).  In our case, this  is the 3‐wire shielded cable which must be run in its own conduit.  Each conduit should originate  from ...

  • Page 20: Exhaust System Installation

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    It is recommended that the LN ‐supply line is purged before final hook‐up to the freezer by opening the  main supply valve at the tank slowly. Purge the LN ‐line for approximately 30 seconds, and then close  the main supply valve.      5.3. EXHAUST SYSTEM INSTALLATION    The  freezer  exhaust  system,  if  properly  installed  and  tuned,  will  ensure  an  efficient  removal  of  all  superfluous nitrogen gas.      IMPORTANT:  Air Liquide highly recommends the use  of  Oxygen  monitoring  systems  in  any  room  that  utilizes nitrogen.  Please contact your local Air Liquide   ...
  • Page 21       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®          Importance of Vapor Balance  A correct vapor balance is related to the amount of gas flowing out of the freezer. If properly adjusted,  only a small amount of nitrogen gas will arrive in the production area.    This slight spill of gas ensures that no room air is drawn into the ULTRA‐FREEZE® freezer.  Room air can  bring  moisture  into  the  freezer,  therefore  affecting  the  efficiency  and  economical  operation  of  the  freezer.      - 20 - Rev 0   ...

  • Page 22: Initial Start-Up And Tuning

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    6. Initial Start‐up and Tuning    The  ULTRA‐FREEZE®  was  factory  tested  before  delivery.  All  efforts  have  been  made  to  simulate  the  operating conditions when testing and calibrating the freezer. However, operating conditions may vary  once  the  ULTRA‐FREEZE®  freezer  is  installed,  therefore  requiring  fine‐tuning  of  the  equipment.  The  guidelines presented here should help during initial start‐up/tuning of the freezer.      6.1. PRE‐STARTUP CHECKLIST    1.

  • Page 23: Initial Start-Up

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    6.2. INITIAL START‐UP    1. Clean the ULTRA‐FREEZE® thoroughly, prior to the initial start‐up. Refer to Section 8: Cleaning  for detailed information.  Normally, the ULTRA‐FREEZE® doors are left in the open position after  cleaning, to continue drying overnight.    2. Turn the main disconnect switch into the ON position.    3. Check that all of the door limit switches are working properly.  Limit switches are wired normally  open (NO) so fans should only energize if the doors are closed.      Alternately  open  each  upper  module  door  and  check for proper operation of safety fan shut‐off  switches.    Adjust  as  required.    Do  not  operate  the  freezer  unless  all  safety  door  switches   ...

  • Page 24: Ln Injection - Tuning And Adjustment

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    6.3. LN  INJECTION – TUNING AND ADJUSTMENT    System Description    The  LN   injections  system  in  a  freezer  has  one,  two  or  three  injection  header  bars  in  each  module  (except for the end module).  A typical freezer requires no more than two to three bars per module to  properly freeze the product.  Hot or cooked product may require larger nozzles in the first few modules  in  order  to  be  able  to  maintain  the  desired  set  point  temperature.    Because  of  these  variable  parameters, the ULTRA‐FREEZE® has a system to “tune” or adjust the LN2 flow rate that is required for ...

  • Page 25: Injection System Tuning Procedure

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    6.4. INJECTION SYSTEM TUNING PROCEDURE    Preliminary Settings    1. Set the ball valve in the apparatus box for each LN2 drop to maintain approximately 80% of the  upstream gauge reading on the downstream gauge (AMBER light on only).  2. At full production runs, the RED light should be on 50% of the time.    Final Settings    1. Cool down the freezer.  It should reach operating temperature in 30 to 45 minutes.  If a morning  line vapor dump valve is added, the cool down time can be reduced to 5 or 10 minutes.  2. Set  the  temperature  controllers  on  the  control  cabinet  to  ‐125°F  or  the  required  set  point  freezer temperature.  3. Load  the  freezer  at  the  expected  production  capacity.    Monitor  the  lights  on  the  temperature  controllers.  The RED light should be on at least 40‐60% of the time.  If the RED rarely or never ...

  • Page 26: Freezer Control Variables

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    The  liquid  nitrogen  is  converted  into  a  mist  (water‐like  droplets)  by  the  spray  nozzles.    The  available  cooling from the LN2 is achieved by the droplets expanding from the heat of the product and vaporizing  to a gas.  The remainder of the cooling is gained by warming the resulting cold gases to the exhaust gas  discharge temperature.    Even though LN2 is ‐320°F at the nozzle, we prefer to control the temperature in the freezer to no colder  than ‐180°F for the prevention of damage to equipment, efficient economics and safety to personnel.    The high velocity circulating fans in the ULTRA‐FREEZE® promote the rapid cooling and best efficiency of  the  cryogen.  All  the  circulating  fans  must  be  operating;  otherwise  the  high  velocity  gas  will  not  repeatedly pass the cryogen over the product to enhance the cooling effect.  If the product being frozen ...
  • Page 27       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    Variable  speed  fans  –  This  option  provides  another  control  for  the  freezer  operator.    A  standard  fan  speed setting can be established for light weight or heavy items to take advantage of the heat transfer  improvement contributed by velocity of the cold LN2 vapor circulating over the product.    Setting  the  fan  speed  too  high  can  cause  products  to  move  off  of  the  belt,  potentially  jamming  the  belt   ...

  • Page 28: Operating Instructions

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    7. Operating Instructions    7.1. IMPORTANT OPERATING AND MAINTENANCE POINTERS  The following synopsis is intended to be a handy reference of specific, important, Operation, Cleaning,  and Maintenance Factors, requiring most frequent attention.  However, familiarity and understanding of  the detailed explanations and descriptions in the manual is essential.    Operation    1. Temperature setting must not be lower than ‐205°F  2. Develop a procedure for temporary shutdown of freezer    Cleaning    1. Cover motors and control cabinet to protect them from splash water.  Uncover motors to run  fans or conveyor.  2. Do not abuse door gaskets  3. Dry out freezer as well as possible after clean‐up.  Leave all freezer doors open between shifts.    Maintenance    1. Check if all fan motors are running daily  2. Check adjustable baffles for free action daily  3. Check solenoid valve operation at least weekly  4. Check conveyor belt slack frequently  5. Change conveyor drive gear box oil as specified   ...
  • Page 29       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    2. Open  the  manual  shut‐off  valve  (main  valve)  of  the  LN ‐supply  at  the  storage  tank  if  it  is  not  already open.    3. Close and latch all module doors.  Check for loose tools or parts on conveyors.    4. Close all exhaust trough cleanout doors and replace cleanout caps on exhaust ducts.    5. Close and install all entry and exit covers and curtains.    6. Turn the main disconnect to the ON position.  It is recommended to leave the disconnect switch  on constantly.  This keeps the field windings of the DC conveyor drive motors warm to prevent  burnouts and moisture damage.    7. START the exhaust blowers.  Check for proper operation.  Adjust the exhaust flow if required.   ...

  • Page 30: Production Interruptions

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®      17. Start  loading  food  product.  Adjust  the  flow  rate  of  the  exhaust  system  to  ensure  only  the  required minimum of nitrogen vapor is coming out of freezer (correct vapor balance).    18. Check the temperature and condition of the food coming out of the freezer. Make one or more  of the following adjustments if required:  a. belt speed  b. production rate  c. nitrogen throttling valve (HV‐201)      7.3. PRODUCTION INTERRUPTIONS    Shutdown  of  the  freezer  for  relatively  short  production  interruptions  such  as  breaks,  lunch  period  or  production ...

  • Page 31: Product Temperature Equilibration

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    7.5. PRODUCT TEMPERATURE EQUILIBRATION    Equilibration is the process of equalizing the temperature of the center and outside of the product.  This  occurs with time; the amount of time depending on the thickness of the product.    When a product is frozen in a cryogenic freezer, a frozen crust will quickly form on the outside surface,  and this will become thicker and colder with time.  The center of the product will freeze last, and there  will be an appreciable difference in the temperature of the outer shell and the center of the product.    If a product is to be frozen to X° at the core, it is evident that the product need not reach X° at the core  in the freezer.  There will be a point that can be determined by trial, at which the frozen outside shell  will  be  thick  enough  and  cold  enough  to  absorb  the  remaining  heat  in  the  core  wo  the  entire  mass  equilibrates to the required X°.    When the frozen product is quickly packed together after discharge from the freezer, there is little loss  of the refrigeration in the frozen shell.  Equilibration occurs in the package where the refrigeration of all  pieces compliments each other.      - 30 - Rev 0 ...

  • Page 32: Shutdown

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    7.6. SHUTDOWN    At the end of a production shift, the freezer should be shut down in the following sequence:    1. Stop loading food products.    2. Wait until all food products have exited the ULTRA‐FREEZE®.    3. Turn OFF the Instrument power.    4. To defrost, run all fans and the conveyor for a while until the bottom doors open easily.  Open  the bottom doors and let the freezer defrost for 10 to 15 minutes.    IMPORTANT:  Open  doors  cautiously  to  prevent  damage  to  the  door  gaskets.    If  it  is  evident  that  the  door  gaskets  are  frozen  to  the  module,  the  freezer  should ...

  • Page 33: Cleaning

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    8. Cleaning    8.1. PRE‐CLEANING CHECKLIST    Safety Precautions    Before cleaning the ULTRA‐FREEZE®, the following safety precautions should be considered to prevent  personal injury or damage.  Close and properly secure all electrical enclosures and conduit covers on the freezer and those  in the cleaning area.  Protect electrical components from water/moisture damage with plastic bags, if possible.  Wear gloves and safety glasses to avoid personal injury from high‐pressure hot water or steam  jets.  Remove  or  secure  loose  fitting  clothing  to  prevent  them  from  being  caught  in  moving  freezer  components during clean up.    Equipment and Products Required    To properly clean the ULTRA‐FREEZE®, provide the following equipment and cleaning products:    steam hose for high pressure cleaning;  air hose for high pressure cleaning and drying;  food‐safe detergents compatible with stainless steel, Teflon and polyester ...
  • Page 34       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    5. Hose down the interior of the freezer with the conveyor running.  Plastic bags must be removed  from conveyor motor(s).  Give particular attention to the sills under the conveyor belt where the  modules join and along the door gasket strips.      6. The moving conveyor belt can be scrubbed and hosed down at the exit or entry end.      7. The design of the freezer allows wash water to drain out of the freezer freely.      8. To  assist  in  drying  out  the  inside  of  the  freezer  and  to  blow  clinging  water  from  the  conveyor  belt, close all upper doors, open all lower doors, and run the conveyor and all fans for about 1/4  hour.  The plastic bags must be removed from the fan and conveyor drive motors at any time  during operation.      9.

  • Page 35: Maintenance

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    9. Maintenance    This section provides information for corrective and preventive maintenance of the various subsystems  of the ULTRA‐FREEZE®. For maintenance of specific more specific information, the appendices and other  sections should be consulted.  For more specific information about the equipment components, please  refer to the manufacturers’ literature in Appendix C – Component Manuals.    Care should be taken when performing maintenance on the freezer.  The following safety considerations  are listed to protect you from injury:    Maintenance should only be performed by qualified personnel.      Always  de‐energize  the  control  panel  before  opening  and  working  on  any  components  inside.   Follow Lock Out Tag Out (LOTO) procedures where applicable.      Isolate the cryogen by closing the shutoff valve at the tank and the shutoff valve at the freezer  (HV‐100).  Bleed any excess nitrogen trapped between the valves with a bleed valve.  It is not  good practice to use the safety relief valve as a bleed valve.      Remember to replace all guards after performing maintenance.        9.1.

  • Page 36: Conveyor And Conveyor Drive

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    9.3. CONVEYOR AND CONVEYOR DRIVE    Conveyor Belt    Inspect the belt daily for the first several days of operations and semi‐monthly afterwards.  If local wear  is apparent, determine the cause and correct the problem.    A  tensioning  device  is  in  place  for  the  conveyor  belt  of  a  single  pass  freezer,  and  the  top  and  mid‐ conveyor belt of the three tier design.  The slack in the bottom (of 3 tier) conveyor belt at the exit end is  the required catenary to compensate for expansion and contraction and needs to take‐up.    The conveyor belt will wear in and stretch with use.  Therefore, if this slack becomes excessive, it will be  necessary to shorten the conveyor belt by removing drive links and cross rods.  Too much slack is readily  determined by the conveyor almost dragging on the floor of the ext end section when warm, and often  by a jerking or hesitation of the travel of the conveyor under power.    The 3‐tier freezer has a conveyor belt tensioning mechanism for the top belt and another for the second  belt.  The slack should be minimized by tensioning with the tensioning devices.   ...

  • Page 37: Safety Relief Valves

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    Conveyor Drive Gear Reducer    Change oil after the first 80 hours, 250 hours, and then after every 1,000 hours of operation.  Use Mobil  600W cylinder oil or equivalent.    Conveyor Drive Chain    Grease this chain every three months after installation.  Use food compatible lightweight grease.  The  tension arm must be adjusted to control slack in the drive chain.  Check periodically to be sure tension  arm is correctly positioned and bolt is tight.    9.4. SAFETY RELIEF VALVES    Safety  Relief  Valves  should  be  located  between  any  two  shutoff  valves,  and  changed  every  5  years  or  upon any signs of leakage for preventative maintenance.    9.5. MODULE JOINTS    Remove and replace silicone as needed, or when a sanitation issue becomes present.  Replace module  joint tape when cracked or peeling.   ...

  • Page 38: Headers And Orifices

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    Door Seals  The door seals or gaskets are precut, spun polyester strips.  They are attached with stainless steel hold‐ down  strips  and  screws.    Should  a  gasket  become  excessively  warped,  cut,  or  cracked,  allowing  vapor  leakage, it should be replaced.    See  Section  11  ‐  Spare  Parts  List  for  the  specific  gasket  required.    To  replace  it,  remove  screws  hold‐ down strips and screws.  After making sure the gasket guide is clean, install new gasket in its place, with ...

  • Page 39: Temperature Controller

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®      To  clean  the  orifices,  remove  the  nozzle.    Probe  the  orifice  in  the  nozzle  with  a  fine  pin  and  tap  the  nozzle lightly to remove the foreign material from inside.  Replace the nozzle, making sure to point the  orifices the same as they were.      9.10. TEMPERATURE CONTROLLER    FDC‐4300  Fuzzy  Logic  plus  PID  microprocessor‐based  controller,  incorporates  a  bright,  easy  to  read  4‐ digit ...
  • Page 40       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    To Replace Fan Shaft Bearing Only    Remove fan blade by first loosening the two cross bolts on it.  Remove hex cap screw and thrust  washer and slide fan blade and key off shaft.    Remove the clamping collar.    Force flat point of a screwdriver or similar tool in one of the slits in the bearing housing to pry  slightly apart.  Remove bearing sleeve and bearing.  A short bent wire may be helpful to reach  up in bearing housing and catch the top of the bearing to pull it out.    To  reassemble  with  new  bearing,  install  clamping  collar  loosely  on  bearing  housing.    Insert  bearing on the fan shaft and push up in to bearing housing.    Grease* the fan shaft holes in the fan blade.  Install fan blade with curve “hump” up.  Cross bolts  and  nuts  are  to  be  just  tight,  not  forced  tight.    Tighten  set  screw  in  clamping  collar  after  fan  blade is mounted.  (*refer to Fan Assembly sketch located at the end of Section 4) ...
  • Page 41       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    To Repair Variable Speed Motor or Fan Shaft    (Refer to Fan Assembly sketch located at end of the Section)    1. Disconnect power and then disconnect motor electrical cable from inside the apparatus box and  free the cable.    2. Remove fan blade by first loosening the two cross bolts on it.  Remove hex cap screw and thrust  washer and slide fan blade and key off the shaft.    3. Remove the clamping collar.    4. Force flat point of screwdriver or similar tool in one of the slits in bearing housing to pry slightly  apart.    Remove  bearing  sleeve  and  bearing.    A  short  bent  wire  may  be  helpful  to  reach  up  in  bearing housing and catch the top of the bearing to pull it out.    5.

  • Page 42: Trouble Shooting

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    10. Trouble Shooting    This section helps the maintenance or reliability team troubleshoot the freezer and take the appropriate  actions.  Additional  information  on  the  various  components  can  be  found  in  the  appendices.    Troubleshooting should only be carried out by qualified personnel.    10.1. ELECTRICAL POWER SUPPLY    The ULTRA‐FREEZE® has been designed to operate from a 3‐phase, 60 Hz electrical power supply. Use  the electrical schematic in Appendix B – Reference Drawings for more information with respect to the  voltage requirements and other specifications.  The variation in supply voltage to the freezer should not  exceed +10 % to ‐5 % of the nominal value. In case of any operating problems, first check the voltage at  the main disconnect switch on the side of the electrical enclosure.      10.2. LIQUID NITROGEN SUPPLY    Check if the amount of liquid nitrogen in the storage tank is adequate for the intended operating period.  If the product exiting the freezer is not completely frozen, check the position of the LN ‐control valve.  If  the LN ‐control valve is full open, check the storage tank pressure is sufficient. When the storage tank  pressure is lower than the minimum required pressure (20 psi), insufficient quantity of liquid nitrogen  will flow to the freezer through the supply piping. The normal operating pressure is 40 psig, but may be ...

  • Page 43: Troublshooting Table

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    10.4. TROUBLSHOOTING TABLE    TROUBLE  PROBABLE CAUSE  REMEDY  LN2 vapor flowing over  Exhaust blower not operating  Check blower and correct cause  exhaust troughs  or wrong rotation  Clogged exhaust pipe or full  Check and correct cause  blast gate in piping  Too much air drawn in from  Check curtain.  Check directional  opposite end of freezer  baffle  Negative pressure of room  Room needs positive pressure (bring  in make‐up air)  If exhaust (entrance) opening  Loosen thumb screw to lower  is blocked at top (conveyor,  opening by dropping slide plate  etc.)  adjust  Uneven draw across belt  Adjust slope baffle at bottom, by  (entrance & exit)  reversing of changing open draw  area  Exhaust system failure  Check the exhaust system (motor,    blades, shaft, etc.) and replace if  necessary.  Both AMBER and RED lights  Over injection of LN2 ...
  • Page 44       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    TROUBLE  PROBABLE CAUSE  REMEDY  freezer  curtains  Relay or solenoid valve  Check relay or solenoid valve.   Correct cause or replace item(s), if  necessary  Temperature indicator  Liquid solenoid valve stuck  Check for foreign material on valve  overshooting  open  seat.  Correct cause or replace parts,  if necessary  Temperature controller or  Refer to Manual on controller.   sensing element  Check settings, sensing element and  its wiring and controller.  Correct  cause or replace sensing element or  controller if necessary  Sensor projection too short  Extend projection  Liquid nitrogen running on  Nozzle shooting over edge of  Adjust nozzle inwards so that spray  floor under freezer  conveyor  of nozzles are on product or on  conveyor area  Conveyor will not operate  Power supply  Check and restore power    Electrical short in motor or  Check motor and drive controller.  drive controller or fuse blown ...
  • Page 45       OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    TROUBLE  PROBABLE CAUSE  REMEDY  Product exits freezer too  Freezer not sufficiently cooled  Wait a few more minutes before  warm at start‐up of  down.  correcting.  production.  Steady state not reached.  Product residence time too  Reduce belt speed.  short.  No LN ‐injection.  Check if all valves are open and  working properly.  No power at control panel or  Main disconnect not switched  Turn main disconnect into ON  components.  on.  position.    Main fuses failed.  Identify cause and replace if    required.    Power supply of plant failed.  Check power supply up‐stream of  machine.  Product exits freezer too cold.  Product residence time too  Increase the belt speed.  long.  Exhaust fan not running  Exhaust system not switched ...

  • Page 46: Spare Parts List

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    11.  Spare Parts List    The following list of spare parts apply to ULTRA‐FREEZE® Freezers with 30” or 48” wide belts, and 1 or 3  tiers.  To obtain spare parts for items not listed below, please contact RS CRYO at (866) 305‐1300.      11.1. MOTOR AND FAN ASSEMBLY PARTS    Part Number   Part Description   30‐570212  Motor, Fan, 1 HP, 1140 RPM, 230V, 3 PH, 60 Hz (Fixed Speed Only)  30‐570009‐M  Motor, Fan, 1 HP, 1140 RPM, 230V, 3 PH, 60 Hz (Variable Speed Only)  30‐570210 Obsolete  Brake, Fan Motor (Fixed Fan Speed Models Only) [pre 3/93]  30‐570582  Brake, Fan Motor (Dodge) NEW STYLE as of 3/93  30‐551385  Shaft, Fan  30‐570263  Coupling, Fan Shaft Split (5/8” I.D.)  30‐570354  Bearing, Fan Shaft  30‐550561  Sleeve, Bearing  30‐570303  Fan, Blade P1171 (High Pitch)  30‐570207  Fan, Blade P1179 (Low Pitch)      11.2. CONTROL CABINET PARTS    Part Number   Part Description  ...

  • Page 47: Other Parts

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    11.3. OTHER PARTS    Part Number   Part Description   30‐570010  LN2 Injection Solenoid Valve  30‐570360  Sensor, Temperature (RTD type)  30‐570005  Motor, Conveyor Drive, ¾ HP (DC)  30‐570004  Motor, Conveyor Drive, 1 HP (DC)  30‐550491  Gasket, Door Curved, Spun Polyester  30‐550490  Gasket, Door Straight, Spun Polyester  30‐550489  Guide Strip, Door Gasket, Stainless Steel  30‐550087  Latch Assembly, Door with Striker Plate (550082)  30‐550082  Striker Plate, Door Latch  30‐550003  Shim Plate, Door Latch  30‐570085  Knob, Door Latch  30‐550056  Plunger Assembly, Lower Door  30‐550032  Plunger Assembly, Upper Door              - 46 - Rev 0 ...

  • Page 48: Appendices

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®    12. Appendices      Appendix A    Liquid Nitrogen MSDS    - 47 - Rev 0   ...

  • Page 49: Appendix B - Reference Drawings

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®        Appendix B    Reference Drawings    - 48 - Rev 0   ...

  • Page 50: Appendix C - Component Manuals

          OPERATION & MAINTENANCE MANUAL                                                                                      ULTRA‐FREEZE®        Appendix C    Component Manuals    - 49 - Rev 0   ...

Table of Contents