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Verfahren und Vorrichtung zum Auftauen und Erwärmen tiefgekühlter Lebensmittel
In wachsendem Masse gewinnen Tiefkühlung und Gefrierkonservierung von Lebensmitteln für die Lagerhaltung und für den Schutz vor Verderb als natürlichste Art der Haltbarmachung technische Bedeutung.
Für wichtige Sektoren der Gastronomie werden durch die Kombination von Tiefkühl-bzw. Gefrierkonservierungsverfahren mit Auftau-und Erwärmungsverfahren ganz neue, früher ungeahnte Möglichkeiten er- öffnet.
Wenn aber auf die Erhaltung der natürlichen Geruchs- und Geschmackswertesowieaufdiegewohnte Konsistenz der Speisen und Lebensmittel besonderer Wert gelegt wird, kommt es besonders auf die Verfahrensführung beim Auftauen und beim Erwärmen an. Für die Anwendung dieser Lebensmittelbehandlungsverfahren in saison-und wetterabhängigen sowie stark mit Stossbetrieb arbeitenden Gaststätten und für Flugzeugküchen wird vor allem gefordert, dass verhältnismässig grosse Mengen vorbereiteter Speisen oder Backwaren gleichzeitig und dennoch mit gleichmässiger Durchwärmung, aber auch möglichst schnell ohne einen Küchenbetrieb grösseren Ausmasses hergerichtet werden können.
Vor allem ist eine im wesentlichen gleichmässige Temperatur der Speisen eine Vorbedingung für ihre Tafelfertigkeit. So einfach dieses Problem zu sein scheint, stellen sich doch der Lösung in der Praxis bei allen in Betracht kommenden Auftauverfahren mannigfache Schwierigkeiten in den Weg, die zu beheben damit eine dringliche Aufgabe wird. Die vorliegende Erfindung entstand aus dieser Aufgabenstellung.
An sich kommt auch die Strahlungsbeheizung für das Auftauen in Betracht. Infolge der geradlinigen Ausbreitung der Wärmestrahlung werden jedoch die diesen unmittelbar ausgesetzten Teile derLebensrÍ1it- tel bzw. der Speisenbehälter zu stark, hingegen die im Schatten liegenden im wesentlichen nur durch Wärmeleitung oder eine nur unzureichende natürliche Konvektion zu wenig erwärmt. Eine für alle gestapelten Speisenbehälter bzw. Lebensmittel gleichmässige Verteilung der Wärmestrahlungsquellen ist kaum möglich, da dazu vor allem ein erheblicher Raum benötigt würde.
Gegenüber der Strahlungsheizung hat sich aber das Auftauen mittels eines umgewälzten, an elektrischen Heizkörpern erhitzten Warmluftstromes, der zwischen den mit Abstand übereinander gestapelten Horden eines Auftauofens durchgeleitet wird, als besonders geeignet erwiesen, um die auf den Horden nebeneinander angeordneten Lebensmittel bzw. Behälter mit fertigen und tiefgekühlten Speisen gleichmässig zu durchwärmen. Solche Geräte sind heute bereits auf dem Markt und ihrer Weiterentwicklung gilt vor allem das Ziel der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass das durch künstlich umgewälzte Warmluft bewirkte Auftauen eingefrosteter Lebensmittel, Speisen usw. ganz wesentlich verbessert werden kann, wenn die physikalischen Bedingungen während des Auftauvorganges dauernd verändert'werden. Eine wesentliche Ursache der ungleichmässigen Erwärmung liegt bei den bekannten Auftauverfahren darin, dass die Warmluft lediglich in einer Richtung umgewälzt wird.
Bei Wärmeschränken ist es bereits bekannt geworden, eine bessere und vor allem raschere Erwärmung des Inhaltes dadurch zu erreichen, dass die Richtung des Luftstromes, welcher über das zu erwärmende Gut geblasen wird, während des Betriebes umgekehrt wurde. Aber auch diese Massnahme brachte noch nicht den erwarteten Erfolg, da sich infolge der blossen Richtungsumkehr der Luftströmung an jenen Seiten des
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zu erwärmenden Gutes, die niemals vom Luftstrom unmittelbar angeströmt wurden, schlecht oder nur langsam erwärmbare Stellen ergaben.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird nun vorgeschlagen, bei einem Verfahren zum Auftauen und Erwärmen tiefgekühlter Lebensmittel, insbesondere fertig zubereiteter Speisen, die in einer beheizten Auftaukammer auf übereinander befindlichen Etagen liegen, mittels eines durch die waagrechten Räume zwischen den Etagen durchgeführten, zwangsweise umgewälzten Warmluftstromes erfindungsgemäss die Richtung des Warmluftstromes stetig oder schrittweise im Sinne einer Drehung in der Horizontalen zu ändern. Die Bildung nicht von der Strömung erfasster Luftpolster im Auftauofen lässt sich in dieser Weise leicht vermeiden und erreichen, dass wenigstens im Zeitmittel alle Teile des Auftauraumes und das Auftaugut mit Warmluft gleichmässig in Berührung kommen.
In eleganter Weise wird so dem Umstand Rechnung getragen, dass auch bei einer gleichmässigen Anordnung der Heizkörper in den Leitkanälen für die umzuwälzende Warmluft sich notwendigerweise ein Temperaturgefälle über dem Strömungsweg ausbildet und dies zu einer Unsymmetrie in den Temperaturverhältnissen führt. Dieses gilt umsomehr, als wegen der geforderten Kürze der Behandlungszeit in Auftaugeräten von zirka 15 bis 4G min, vorzugsweise 18-25 min, welche Dauer aber von der Art und der Dicke des Behandlungsgutes abhängt, ein voller Temperaturausgleich allein auf Grund der Wärmeleitung nur Schwer möglich ist.
Es ist versucht worden, mit zusätzlichen Heizkörpern die vom bereits abgekühlten Luftstrom bestrichenen Lebensmittel zusätzlich zu erwärmen und die unsymmetrische Temperam. rven. silung zu kompensieren. Jedoch ist diese Lösung mit den angeführten Mängeln der Strahlungsbeheizung behaftet, so dass sie nicht als ausreichend angesehen werden kann. Demgegenüber hat die von der Erfindung vorgeschlagene Lösung den Vorzug, dass im wesentlichen nur konvektive Erwärmung angewendet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezieht sich ausdrücklich nur auf das Auftauen tiefgekÜl1lter Le. bens- mittel und hat nichts mit sonstigen Prozessen zu tun, die z. B. zur Reifebehandlung von Früchten oder von Fleisch üblich sind, um die Lagerzeit dieser Produkte bis zur Genussfertigkeit zu verkürzen, welche Behandlungen auch viele Stunden bis zu Tagen dauern. Deshalb ist bei diesen andern Verfahren, die hier nicht in Betracht kommen, der Temperaturausgleich an sich schon allein durch Wärmeleitung gewährleistet, obwohl dabei die Produkte von der umgewälzten, zumeist befeuchteten und auf der Reifetemperatur gehaltenen Luft oft von verschiedenen Seiten beaufschlagt werden.
Die Richtung des Warmluftstromes kann sich entweder schrittweise, d. h. unstetig, oder stetig ändern.
Die senkrechten Luftleitschächte der Auftaukammer führen dann abwechselnd Warmluft zu oder Warmluft ab und sind in den dazwischen liegenden neutralen Phasen nicht unmittelbar an das Gebläse angeschlossen.
Die Geschwindigkeit des Richtungswechsels der umgewälzten Warmluft kann auch der jeweiligen Auftauphase entsprechend angepasst werden. Am Anfang des Auftauens sind z. B. längere Wechselintervalle zulässig, da es dann vornehmlich auf eine schnelle, wenn auch ungleichmässige Durchwärmung ankommt, während gegen Ende die Herstellung einer möglichst homogenen Temperatur Verteilung vordringlich ist, wozu sich eine schnellere Folge von Richtungswechseln besser eignet.
Die Länge der Periode des Richtungswechsels kann Bruchteile von Minuten bis mehrere Minuten betragen. Schliesslich kann das Verfahren auch noch durch Ändern der Strömungsgeschwindigkeit selbst ergänzt werden, vornehmlich mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit gegen Ende des Auftau-bzw. Aufwärmvorganges.
Bei einer Auftaukammer zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung, welche mit zumindest einem Gebläse, Heizeinrichtungen und Luftzuführungs-und Luftabfuhrungskanälen versehen ist, ist
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strom zugeordnet, welche den vom Gebläse gelieferten und den zum Gebläse rückkehrenden Luftstrom fortschreitend über jeweils andere einander gegenüberliegende Luftkanäle lenkt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Steuervorrichtung in Form eines durch eine senkrecht zur Achse durchgehenden Scheidewand in zwei Kammern unterteilten, um seine Längsachse drehbaren Hohlzylinders ausgebildet, dessen eine Kammer durch eine Öffnung stets mit der Druckseite, dessen andere Kammer stets mit der Saugseite des Gebläses verbunden ist und dessen beide Kammern je eine in bezug auf die Achse des Drehschiebers diametral gegenüberliegende Öffnung im Zylindermantel besitzen, durch die sie abwechselnd mit gegenüberliegenden Luftschächten der Auftaukammer verbunden werden.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist darin gelegen, dass durch Scheidewände getrennte bzw. weiter unterteilte Luftschächte in oder an den Seitenwänden der Kammer vorhanden sind, welche Schächte abwechselnd stetig oder schrittweise über den Drehschieber mit der Saugseite und der Druckseite des Ge-
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bläses verbunden bzw. in den Zwischenintervallen blind geschlossen werden.
Eine weitere Massnahme gemäss der Erfindung liegt darin, dass in jedem der Schächte selbsttätig einund abschaltbare elektrische Heizkörper vorgesehen sind, welche, wenn der Luftschacht, indem sie sich befinden, als Abluftkanal geschaltet ist, von der Stromzufuhr getrennt werden.
Mit folgenden Figuren werden verschiedene Möglichkeiten für den Wechsel der Richtung der Warmluftströmung weiter erläutert : Es zeigen Fig. la schematisch einen Auftauofen im Längsschnitt mit unterhalb der Auftaumuffel angeordnetem Radialgebläse und einer Strömungsumlenkvorrichtung, Fig. lb einen Querschnitt längs der Linie A-B von Fig. la, wobei die Umlenkvorrichtung jedoch vereinfacht dargestellt ist, Fig. 2 den unteren Teil des Auftauofens mit in die Strömungsumlenkvorrichtung eingebautem Geblä- serad, Fig. 3a einen Querschnitt längs C-D von Fig. 2, Fig. 3b einen Querschnitt längs E-F von Fig. 2, Fig. 4a einen Querschnitt entsprechend Fig. 3a, jedoch mit einer Ausbildung des Auftauofens für eine umlaufende schrittweise oder stetige Änderung der-Strömungsrichtung, Fig.
4b einen entsprechenden Querschnitt gemäss Fig. 3b und Fig. 5 die Schaufelausbildung eines zur Umschaltung der Strömungsrichtung geeigneten Axialgebläses.
Ein zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung geeigneter Auftauofen hat beispielsweise einen rechteckigen Grundriss. Innerhalb eines wärmeisolierenden Aussenmantels 1 liegt die Auftaumuffel 2 mit dem fest eingebauten oder einschiebbaren Hordengerüst 3. Die aufzutauenden und zu erwärmenden Lebensmittel, beispielsweise in Schälchen 8, die oben mit einer Metallfolie abgedeckt sind, bevorrateten, tiefgekühlten Speisen sind auf den mit Zwischenräumen 12 übereinander liegenden Horden 3a angeordnet.
In den seitlichen Luftschächten 4 erstrecken sich die Heizwiderstände 9, an welchen sich die vorbeistreichende Warmluft erhitzt. Zur Erzwingung einer Luftumwälzung dient ein unterhalb der Auftaumuffel angeordnetes Gebläse 10, z. B. ein Radialgebläse. Bei Anwendung eines Axialgebläses, dessen Rotationsrichtung umgekehrt oder dessen Achse um 180 geschwenkt werden kann, kann es unmittelbar unterhalb des Hordengerüstes liegen. Zum Regulieren der Temperatur, der Auftauzeit, der Umlaufgeschwindigkeit und des Wechsels der Umlaufrichtung, sowie zur Betriebskontrolle dienen Schaltknebel 5, Schaltuhren 6 und Kontrollampen 7, die etwa an einer Schalterleiste im oberen Teil der Vorderwand des Auftauofens zusammengefasst sind.
Zur Umlenkung der Strömungsrichtung der umgewälzten Warmluft dient beispielsweise ein Umlenkdrehschieber 13 in der Form einer hohlzylindrischen Hülse, die durch beiderseitige Stirnwände 13d, 13e abgeschlossen und durch eine mittlere, achsensenkrechte Scheidewand 13c in zwei Kammern 13a, 13b unterteilt lit. Bei jeder Kammer fehlt ein Teil des Zylindermantels. Die dadurch gebildete Öffnung erstreckt sich auf einen Sektorwinkel von etwa 90 bis 1800. Die Öffnungen der beiden Kammern liegen sich diametral gegenüber.
Nach einer für die Unterbringung des Schaufelrades des Radialgebläses ausserhalb des Umlenkdrehschiebers dienenden Bauart hat jede Stirnwand eine Öffnung, mit welcher beispielsweise die obere Kammer des Drehschiebers über die Zwischenkammer 15 und die Leitung 14 an. die Druckseite des Gebläses 10, die untere Kammer dagegen an die Saugseite ständig angeschlossen ist. Über die Öffnungen im Mantel des zylindrischen Drehschiebers werden dagegen die beiden Kammern abwechselnd mit je einem der gegenüberliegenden Luftleitschächte 4a, 4b verbunden.
Der Fig. lb ist eine vereinfachte Ausführung des Drehschiebers zugrundegelegt, indem seine Stirnwände fortgelassen sind, so dass lediglich die Mantelteil des Drehschiebers und die Zwischenwand die Luftführung mit abwechselnder Verbindung zu den seitlichen Kanälen der Auftaumuffel gewährleisten.
Einbauten 16, die sich dicht an den Drehschieber anschmiegen, sind zur gegenseitigen Trennung der Luftleitschächte 4a und 4b erforderlich.
Eine selbsttätige Drehung des Umlenkdrehschiebers 13 kann einmal mittels einer Reibungskupplung zwischen der Motorwelle des Gebläses 10 oder mittels eines Untersetzungsgetriebes, das mit dem Motor gekuppelt ist, erreicht werden. Für eine taktweise Umstellung des Drehschiebers genügt beispielsweise ein Einzahngetriebe. Schliesslich kann man auch, wie die Figur zeigt, einen separatenAntrieb mittels des Motors 17 wählen, wobei ein hülsenförmiger Ansatz 13f an der unteren Stirnwand 13e des Drehschiebers als Hohlnabe für den Riemen- und Zahnradantrieb dient. Die Hohlnabe ist zweckmässig über den Verbindungskanal 18 zwischen der Saugseite. des Gebläses und der unteren Kammer des Drehschiebers geschoben.
Der Drehschieber selbst ist zweckmässig über der Achse 19 etwa am Boden des Hordengerüstes befestigt.
Die Bauweise wird vereinfacht, wenn gemäss Fig. 2 das Schaufelrad 10a des Radialgebläses innerhalb einer der beiden Kammern, vorzugsweise der unteren Kammer 13b des Drehschiebers, zentrisch zu ihm angeordnet ist. Die obere Kammer 13a ist dann über eine Öffnung in der Scheidewand 13c und eine flache Manschettenhülse mit der Saugseite des Gebläserades verbunden. während die untere Kammer die radial fortgeschleuderte Luft über ihre Öffnung im Mantel nach aussen abführt. Bei dieser Anordnung kann
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der Motor lOb ebenfalls unterhalb der Auftaumuffel und damit vor Hitzeeinwirkung geschützt untergebracht sein. Eine Welle 10c verbindet ihn mit dem Gebläserad 10a.
Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Phase der Stellung des Drehschiebers, wobei die obere Kammer 13a zum rechten Luftleitschacht4b und die untere Kammer 13b zum linken Luftleitschacht 4a geöffnet ist, so dass die Warmluft zuerst in den linken Luftleitschacht gelangt.
Um die Richtung des Warmluftstromes in Querkanälen zwischen den Horden 3a stetig ändern zu können, sind zweckmässig, wie Fig. 4a und 4b im Querschnitt zeigt, an allen vier Seiten des Hordenstapels senkrechte Luftleitschächte 4a, 4b, 4c und 4d angeordnet, und durch in den Querschnittsdiagonalen verlaufende Wände 20 getrennt und gegebenenfalls durch weitere Scheidewände 21 unterteilt. Während sich das Gebläserad 10a stetig dreht, kann für den Drehschieber 13 sowohl eine stetige als auch eine unstetige, etwa schrittweise Drehung vorgesehen sein, so dass jeweils immer von lediglich zwei gegenüberliegenden Luftleitschächten einer an die Druckseite und einer an die Saugseite des Gebläses angeschlossen ist.
Die Öffnungen im Mantel der beiden Kammern des Drehschiebers erstrecken sich dann zweckmässig über einen Winkelbereich, welcher der Breite der einzelnen seitlichen Luftschächte entspricht.
Wenn ei1J. Axialgebläse zur Erzeugung der erzwungenen Warmluftkonvektion benutzt wird, kann der Drehschieber entfallen, wenn der Drehsinn des Gebläserades umgekehrt wird. Das gelingt ohne Herabset-
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be des Gebläserades sind zwei Schaufelkränze 22,23 vorgesehen, deren Schaufeln gleichen Eintrittswinkel haben. Jedoch sind die LaufradschaufelndereinzelnenKränze versetzt und sich gegenseitig überlap- pend angeordnet. Mit dieser Anordnung kann ein Stossverlust vermieden werden. Schaufeln mit einfachem S-förmigen Profil eignen sich aber ebenfalls für eine Drehung in beiden Richtungen.
Wenn für verschiedene Lebensmittel und Speisen die Arftauzeiten, die Warmlufttemperatur und die Frequenz des Richtungswechsels der Warmluftströmung erfahrungsgemäss festgelegt wird, so erhält man die
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lassen sich durch eine vollautomatische Programmschaltung in vorteilhafter Weise ergänzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Auftauen und Erwärmen tiefgekühlter Lebensmittel, insbesondere fertig zubereite- ter Speisen, die in einer beheizbaren Auftaukammer auf übereinander befindlichen Etagen iiegen, mittels eines durch die waagrechten Räume zwischen den Etagen durchgeführten, zwangsweise umgewälzten Warmluftstromes, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Warmluftstromes stetig oder schrittweise im Sinne einer Drehung in der Horizontalen geändert wird.