Vorrichtung zum Erzeugen von Rauch, insbesondere zum Räuchern von Nahrungsmitteln
Im Hauptpatent ist ein Verfahren zur Erzeugung von Rauch, insbesondere zum Räuchern von Nahrungsmitteln, unter Wärmebehandlung von zerkleinertem Holz beschrieben, bei welchem das in einem kontinuierlichen Strom geführte, zerkleinerte Holz unter mindestens teilweisem Luftabschluss zur Einleitung einer trockenen Destillation des Holzes durch Strahlungswärme auf mindestens 2700 C direkt erhitzt wird, wobei dem durch den oberhalb 2700 C einsetzenden, exothermen Prozess erzeugten rauchförmigen Destillationsprodukt zusätzlich Wasser oder Wasserdampf zugegeben wird und die höchste Prozesstemperatur auf etwa 3500 C begrenzt wird.
Das Hauptpatent bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.
Diese Vorrichtung weist eine erste abgeschlossene Kammer, in welche ein erstes Förderorgan für das zerkleinerte Holz mündet, und welche mit Heizmitteln zur Erzeugung von Strahlungswärme für das vom ersten Förderorgan zugeführte Holz sowie mit mindestens einer Einlassöffnung für Dampf oder Wasser versehen ist, und eine zweite abgeschlossene Kammer auf, die mit der ersten Kammer durch ein rohrförmiges Element verbunden ist, in welchem mindestens ein zweites Förderorgan zur Weiterförderung des erhitzten Holzes und des erzeugten Rauch-Dampfgemisches in die zweite, einen Auslass für das Rauch-Dampfgemisch und einen Auffangbehälter für das durch die Erhitzung abgebaute Holz aufweisende Kammer angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung der genannten Vorrichtung, welche erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Förderorgane als mehrteilige, senkrecht angeordnete, angetriebene Welle ausgebildet sind, die mit schraubenflächenförmigen Förderelementen versehen ist, und dass die Welle im Bereich des die erste Kammer mit der zweiten Kammer verbindenden rohrförmigen Elementes einen doppelkegelartigen Verdrängungskörper aufweist, an welchen sich das zweite Förderorgan anschliesst, das in einem einen kleineren Durchmesser als das rohrförmige Element aufweisenden Rohransatz liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigelegten Schnittzeichnung beschrieben.
Die dargestellte Raucherzeugungsvorrichtung weist einen Einfüll- und Vorratstrog 1 für zerkleinertes Holz, z. B. Holzspäne oder Sägemehl, auf, der in seinem oberen Teil mit einem aufklappbaren Deckel 2 versehen ist, der auch abnehmbar ausgebildet sein kann oder weggelassen sein kann. Der Vorratstrog 1 ist trichterförmig ausgebildet und setzt sich an seinem unteren, verjüngten Ende in einem rohrförmigen Ansatz 3 fort, der in eine erste Kammer 4, die Vorreaktionskammer, mündet und der zur Förderung des im Vorratstrog befindlichen zerkleinerten Holzes vorgesehen ist. Die Förderung des zerkleinerten Holzes erfolgt durch eine koaxial zum Rohr 3 angeordnete, durchgehende Förderschnecke 5. Die Förderschnecke 5 bildet einen Teil einer mehrteiligen, senkrecht angeordneten Welle 6, die durch einen steuerbaren oder für die vorgesehene Vorrichtung fest ausgelegten Getriebemotor 7 angetrieben ist.
Mit dem im Vorratstrog 1 befindlichen Teil der Welle 6 ist eine Rührvorrichtung 6a fest verbunden, welche eine Brückenbildung des im Vorratstrog 1 befindlichen zerkleinerten Holzes verhindert und eine kontinuierliche Zufuhr des Holzes zur Förderschnecke 5 ermöglicht.
Zur Behandlung des aus dem unteren Ende des Rohres 3 austretenden zerkleinerten Holzes ist die Vorreaktionskammer 4 mit einer elektrischen Strahlungsheizung 8 versehen. Ferner wird in die Vorreaktionskammer 4 Wasser oder Dampf eingelassen, wozu ein Anschluss 9 dient. Hierbei kann die Wasser- oder Dampfeinspritzung an einer oder mehreren Stellen der Vorreaktionskammer 4 erfolgen, und es können die entsprechenden Einlässe auch an anderen Stellen als an der dargestellten, z. B. näher dem Ende des das zerkleinerte Holz zuführenden Rohres 3, angeordnet werden. Zur Umwälzung des in der Vorreaktionskammer 4 befindlichen Gases ist ein Gebläse 10 vorgesehen, welches das Gas über einen ersten Rohrstutzen 11 und ein erstes Ventil 12 ansaugt und über einen zweiten Rohrstutzen 13 wieder in die Vorreaktionskammer 4 bläst.
Die Ansaugleitung des Gebläses 10 weist zudem eine zweite Zuführung 14 auf, die über ein zweites Ventil 15 verschliessbar ist und zum Ansaugen von Frischluft vorgesehen ist, sowie eine dritte Zuführung 16, welche über ein drittes Ventil 17 an eine weitere, nachstehend beschriebene Kammer angeschlossen ist.
Die ganze Vorreaktionskammer 4 ist allseitig mit wärmeisolierenden Wänden versehen. Sie ist zudem mindestens angenähert luftdicht abgeschlossen, so dass bei geschlossenen Ventilen 15 und 17 Frischluft höchstens in sehr geringem Umfang über das durch die Förderschnecke 5 zugeführte zerkleinerte Holz in die Kammer gelangen kann.
Unterhalb der Vorreaktionskammer 4 ist eine weitere, ebenfalls wärmeisolierte Kammer 18, die Rauchabzugkammer, angeordnet. Über ein Trichterrohr 19, das in der die Vorreaktionskammer 4 von Rauch abzugkammer 18 trennenden, nicht näher bezeichneten Zwischenwand angeordnet ist, gelangt das zerkleinerte und durch die erzeugte Wärme behandelte Holz von der Vorreaktionskammer 4 in die Rauchabzugkammer 18.
Zur Weiterförderung des frisch aus dem Rohr 3 geförderten bzw. des bereits behandelten Holzes, das im Trichterrohr 19 liegt, weist der untere Teil der Welle 6 einen doppelkegelartigen Verdrängungskörper 20 auf, der bewirkt, dass das Holz über eine möglichst grosse Fläche der Strahlungswärme und dem durchtretenden Rauch-Dampfgemisch ausgesetzt wird. Unter dem Verdrängungskörper 20 befindet sich ein trichterförmiger Sieb- oder Lochblecheinsatz 21, der zwar die Gase und Dämpfe, aber nicht das Holz durchlässt. Das Holz wird unterhalb des Verdrängungskörpers 20 wieder mittig zur Welle gefördert und dort mit einem letzten, ebenfalls schneckenförmigen Wellenteil 22 durch einen Rohransatz 23 in einen Auffangbehälter 25 ausgeworfen.
Zur Auflockerung des auf den Siebeinsatz 21 gelangenden Holzes ist der untere, ebenfalls kegelförmige Teil des Verdrängungskörpers 20 mit Stiften oder Flacheisen 24 versehen.
Durch das Trichterrohr 19 wird ebenfalls der in der Vorreaktionskammer 4 gemäss den nachfolgenden Erläuterungen erzeugte Rauch in die Rauchabzugskammer 18 geführt und von der letzteren über eine Rohrleitung 27 zum Räuchergut abgeführt. Wie bereits erwähnt, ist die Rauchahzugkammer 18 über die Zuführung 16 mit dem Gebläse 10 verbunden, wobei die Zuführung durch das Ventil 17 verschliessbar ist. Innerhalb des Trichterrohrs 19 ist ferner ein Zündstab 28 angeordnet, dessen Bedeutung später erläutert wird.
Die Vorreaktionskammer 4 und die Rauch abzug- kammer 18 sind durch zwei getrennte, wärmeisolierte Türen 29, 30 zugänglich, so dass eine Kontrolle und Wartung der in diesen Kammern eingebauten Organe leicht möglich ist. Die separate Türe 30 ermöglicht es, auch während des Betriebes der dargestellten Vorrichtung den Auffangbehälter 25 zu entleeren.
Die ganze Vorrichtung ist auf einen Sockel 31 gestellt, wobei der Block der zwei Kammern 4, 18 und des Gebläses 10 über Stützen 32 den Vorratstrog 1 der der seinerseits den Motor 7 mit der mehr- teiligen Welle 6 trägt.
Zum Betrieb der dargestellten Vorrichtung sind weitere, nicht dargestellte Einrichtungen vorgesehen, beispielsweise eine Steuereinrichtung zur Regelung der Drehzahl des Motors 7, eine Steuer- und Regeleinrichtung mit Thermostaten zur Beeinflussung der elektrischen Strahlungsheizung 8, die auf Vollast und Teillast und in stufenlos veränderbaren Intervallen betrieben werden kann, eine Steuereinrichtung für die Zufuhr von Wasser oder Dampf in die Vorreaktionskammer 4, eine Steuereinrichtung für das Gebläse 10, Steuereinrichtungen für die Ventile 12, 15 und 17.
Im folgenden werden verschiedene Verfahrensmöglichkeiten zur Raucherzeugung mittels der dargestellten Vorrichtung beschrieben.
In einer ersten Betriebsweise wird der Vorratstrog 1 mit zerkleinertem Holz, das die Form von Holzspänen oder Sägemehl haben kann, gefüllt. Zur Aufheizung der geschlossenen Vorreaktionskammer 4 wird die elektrische Strahlungsheizung 8 eingeschaltet. Ferner wird das Gebläse 10 zur Beschleunigung der Aufheizung eingeschaltet und auf Umwälzbetrieb geschaltet, d. h.
die Ventile 15 und 17 bleiben geschlossen, während das Ventil 12 geöffnet wird. Der Getriebemotor 7 wird in Gang gesetzt, so dass mittels der Förderschnecke 5 nun zerkleinertes Holz in einem kontinuierlichen, unkomprimierten Strom vom Vorratstrog zum Trichterrohr 19 vertikal nach unten geführt wird und das Trichterrohr anfüllt. Sobald das in der Vorreaktionskammer 4 der Strahlungswärme und sekundär der Konvektionswärme der umgewälzten Luft ausgesetzte zerkleinerte Holz die Temperatur von etwa 270 C erreicht, beginnt ein intensiver, exothermer Prozess der trockenen Destillation unter Rauchbildung. Für die genaue Steuerung der Zeit des Rauchbeginns wird die Vorreaktionskammer 4 vorerhitzt, ohne dass das Gebläse 10 läuft.
Bei heisser Vorreaktionskammer (etwa 3600 C) kann dann praktisch unmittelbar nach dem Einschalten auf Umwälzbetrieb auch Rauch erzeugt und entnommen werden.
Wenn die Temperatur in der Vorreaktionskammer 4 etwa 3000 C erreicht hat, wird z. B. mit Hilfe eines Temperaturfühlers durch Öffnen des Dampfeinlasses 9 dem Rauch Wasserdampf zugegeben, welcher der Umwandlung, der Reinigung und der Befeuchtung des Rauchs dient. Die Dampfzugabe verändert die extrahierten Destillate sowie die unmittelbar nach ihrer Entstehung ablaufenden vielfältigen chemischen und physikalischen Reaktionen bzw. Vorgänge derart, dass ein für das Räuchern von Lebensmitteln geeigneter Rauch entsteht. Die Dampfzugabe dient auch zur Konditionierung, also unter anderem auch der für den Räuchervorgang notwendigen Rauchbefeuchtung. Infolge der durch das Gebläse bewirkten Umwälzung entsteht ein gleichmässiges Rauch-Dampfgemisch.
Die Schnecke 5 fördert zerkleinertes Holz nach unten, das kontinuierlich einerseits durch die Strahlungswärme der Strahlungsheizung 8 und anderseits durch die thermomolekulare Bewegung des umewälz- ten, bereits erzeugten Rauch-Dampfgemisches als auch die Wärmezugabe durch die im Trichterrohr 19 stattfindende exotherme Reaktion auf die nötige Tempera tur von über 2700 C gebracht wird. Der im Trichterrohr 19 befindliche doppelkegelartige Verdrängungskörper 20 der Welle bewirkt, dass das Holz iiber einer grossen Fläche der Strahlungswärme und dem durchtretenden Rauch-Dampfgemisch ausgesetzt wird. Durch die Drehung der Welle und den Austrag mittels der unteren Förderschnecke 22 wird das Holz nach unten gefördert und kann dabei gleichmässig und vollständig abgebaut bzw. verkohlt werden.
Das frisch in das Trichterrohr 19 herabfallende Holz ist jeweils der intensivsten Wärmezufuhr ausgesetzt. Bei etwa 300 bis 3500 C Prozesstemperatur, was einer Kammertemperatur von etwa 350 bis 4000 C entspricht, wird die Strahlungsheizung durch einen nicht dargestellten Thermostaten in kurzen vorwählbaren Intervallen ein- und ausgeschaltet, wodurch die Prozesstemperaturen konstant bleiben.
Das in der Vorreaktionskammer 4 erzeugte Rauch Dampfgemisch wird durch das verschieden stark abgebaute zerkleinerte Holz und durch die Siebbleche 21 in die Rauchabzugkammer 18 geleitet und verlässt diese über die Rohrleitung 27. Der befeuchtete Rauch ist unter einer Temperatur von 1000 C (über 00 C) kondensierbar, so dass ein Kamin nicht vorgesehen werden muss.
In der Rauchabzugkammer 18 wird die trockene Destillation beendet, wenn das zerkleinerte Holz völlig verkohlt ist. Das verkohlte Holz wird durch das Rohr 23 mittels des auf der Welle 6 befestigten Schneckengewindes 22 in den Auffangbehälter 25 befördert.
Bei einer weiteren Betriebsweise der dargestellten Vorrichtung wird bei Beginn des exothermen Prozesses oberhalb 2700 C eine zeitlich dosierte Menge Wasser durch den Einlass 9 in die Strahlungszone der Vorreak tionskamrner 4 gespritzt. Das eingespritzte Wasser verdampft zum Teil sofort und reagiert bzw. mischt sich mit dem erzeugten Rauch wie bei der vorgängig beschriebenen Betriebsweise mit einer Dampfzugabe. Teilweise befeuchtet das eingespritzte Wasser aber auch die heissen Holzteilchen und entzieht diesen die Verdampfungswärme. Durch diesen Wärmeentzug wird die durch die exotherme Destillation hervorgerufene Temperaturerhöhung vermindert, so dass die Holztemperatur auf keinen Fall 3700 C übersteigt und dadurch die Erzeugung schädlicher Bestandteile des Rauchgases in vorteilhafter Weise verhindert wird.
Die bei der Einspritzung von Wasser eintretende Kühlwirkung auf den exothermen Prozess kann in kleinerem Ausmass auch bei der vorbeschriebenen Dampfeinspritzung erzielt werden, wenn Dampf mit einer Temperatur von wenig über 1000 C eingespritzt wird, so dass sich der Dampf am zerkleinerten Holz auf etwa 300 bis 3500 C erwärmen muss.
Auf die vorteilhafte Wirkung einer intensiven Umwälzung des Rauch-Dampfgemisches zur Beschleunigung der Aufheizung des durch die Förderschnecke 5 kontinuierlich zugeführten zerkleinerten Holzes und zur Erzielung eines gleichmässig zusammengesetzten und befeuchteten Rauches ist bereits hingewiesen worden.
Eine weitere Stabilisierung des beschriebenen Raucherzeugungsverfahrens lässt sich in einfacher Weise dadurch erzielen, dass ein Teil des zur Ausgangsrohrleitung 27 geführten Rauchs, d. h. ein Teil des in der Rauchabzugskammer 18 befindlichen Rauches, über das Gebläse 10. in die Vorreaktionskammer 4 zurückgeführt wird. Zu diesem Zweck wird das in der Zuführleitung 16 angeordnete Ventil teilweise oder ganz geöffnet und gegebenenfalls das Ventil 12 teilweise geschlossen.
Eine weitere Betriebsweise der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, dass der exotherme Prozess der Raucherzeugung in der Vorreaktionskammer 4 nicht unter Luftabschluss, d. h. bei geschlossenem Ventil 15, sondern unter Zuführung von Frischluft, also mit teilweise geöffnetem Ventil 15, durchgeführt wird. Gleichzeitig wird eine grössere Menge Dampf oder Wasser pro Zeiteinheit durch den Einlass 9 ein gespritzt und die Strahlungsheizung 8 eingeschaltet, um eine Temperatur von etwa 3000 C aufrechtzuerhalten. Durch diese Massnahmen, d. h. insbesondere durch die Frischluftzufuhr, wird der bisher beschriebene Verkohlungsprozess stark beschleunigt und bewirkt eine besonders intensive Raucherzeugung. Von Vorteil ist diese Betriebsweise dann, wenn in einer vorliegenden Vorrichtung in sehr kurzer Zeit grösste Rauchmengen zur Verfügung stehen müssen.
Die Luftzufuhr muss genau dosiert und dem Betrieb angepasst sein, damit kein Glimmprozess einsetzt und Rauch, der nicht mehr kondensierbar ist, erzeugt wird. Ein Vorteil liegt darin, dass die Zündung des zerkleinerten Holzes und die Aufrechterhaltung des Prozesses bei niedrigeren Temperaturen in der Reak- tionszone möglich ist als bei der Erzeugung eines reinen Glimmrauches oder dass eine geringere Wärmemenge erforderlich ist als bei Erzeugung eines Kondensa- dampfrauches mit hoher Dampfüberhitzungstemperatur.
Bei nicht zu grossem Luftanteil wird auch immer noch eine weitgehende Kondensierbarkeit des Rauches erhalten. Auch ermöglicht die kombinierte Betriebsweise den Einsatz der Vorrichtung als Heiss- und Kaltrauchanlage. Bei der beschriebenen Betriebsweise ist es auch von Vorteil, das Ventil 17 in der Rückführleitung von der Rauchabzugskammer 18 teilweise zu öffnen, um die durch die Luftansaugleitung angesaugte kalte Luft vorzuwärmen.
Es versteht sich, dass die beschriebene Vorrichtung auch zur Erzeugung eines reinen Glimmrauches einsetzbar ist. Hierzu wird die Zündung des zerkleinerten Holzes durch den elektrischen Zündstab 28 vorgenommen. Zur Erzeugung eines heissen Glimmrauches kann zusätzlich die Strahlungsheizung 8 eingeschaltet werden.
Die für den Glimmprozess notwendige Luftzufuhr erfolgt durch das eingeschaltete Gebläse 10, wobei das Luftansaugventil 15 geöffnet ist. Durch die beginnende exotherme, mit einem starken Temperaturanstieg verbundene Reaktion mit Luftzugabe beginnt das zerklei nerte Holz zu glimmen. Zur Verstärkung der Rauchentwicklung bzw. zur Konditionierung des Rauches wird noch zusätzlich Wasser oder Dampf eingespritzt. Auch bei dieser Anwendung kann die Heizung nach Erreichen der notwendigen Temperatur vom Thermostaten ans geschaltet werden.
Die Vorrichtung eignet sich auch zur Erzeugung von Kondensat- oder Dampfrauch. Hierzu darf das Gebläse nicht eingeschaltet werden. Der Dampf wird der Vorreaktionskammer unter Druck zugeführt und in dieser auf etwa 4000 C überhitzt. Dieser Druck des Dampfes ist notwendig, damit kein Rauch in die Vorreaktionskammer entweicht. Der überhitzte Dampf durchdringt das frische, zerkleinerte Holz und baut dieses ab.
Schliesslich kann die beschriebene Vorrichtung auch als Holzdestillator eingesetzt werden, wozu die Dampfbzw. Wassereinspritzung wegfällt, das Gebläse jedoch in der Umwälzschaltung ohne Frischluftzufuhr zum besseren Wärmeausgleich betrieben wird. Bei 2700 C und dem Einsetzen der exothermen Reaktion ist die Strahlungsheizung nur noch zeitweise notwendig.