DE10111322A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines zum Kühlen eines Koch- oder Bratgerätes dienenden Eisbreis - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines zum Kühlen von Koch- oder Bratgeräten dienenden Eisbreis, mit einem Eisbreispeicher (1) mit einer ersten Kammer (2) und einer von der ersten Kammer (2) thermisch isolierten zweiten Kammer (3), einer Kältemaschine (4), die über einen mit einer ersten Pumpe (5) versehenen Vorlauf und einem Rücklauf mit der ersten Kammer (2) verbunden ist, und einem Koch- oder Bratgefäß (6), das mit einem Zwischenraum (7) zwischen seiner Innenwandung und seiner Außenwandung, einem mit einer zweiten Pumpe (19) versehenen, von der ersten Kammer (2) zu dem Zwischenraum (7) führenden Vorlauf und einem von dem Zwischenraum (7) zu der zweiten Kammer (3) führenden Rücklauf versehen ist, und einer die erste Kammer (2) mit der zweiten Kammer (3) verbindende Pumpe (9).

Description

In gewerblichen und industriellen Großküchen, z. B. in Kantinen für die Essenszubereitung, bei der Produktion portionierter Le­ bensmittel und Menüs, bei der Herstellung von Fertig- und Halb­ fertiggerichten (nachfolgend als "Lebensmittel" bezeichnet) usw. werden Koch-, Gar- und Bratgeräte verwendet, die im An­ schluss an die thermische Behandlung der Lebensmittel auch zur Abkühlung der Lebensmitteln herangezogen werden können oder - aus hygienischen Gründen - sogar müssen.

Derartige Koch-, Gar- und Bratgeräte (nachfolgend als "Kochge­ rät" bezeichnet) sind oftmals konstruktionsbedingt in der Lage, kaltes Fluid auf der lebensmitselabgewandten Seite aufzunehmen, womit die gewünschte und gezielte Abkühlung dieser Lebensmittel ohne Entnahme, Umpumpen, Zwischenlagerung usw. möglich wird. Damit wird das Lebensmittel nicht nur mechanisch geschont son­ dern wird physikalisch, chemisch und biologisch weitaus weniger kontaminiert als dies bei den vorbeschriebenen nachgeschalteten Manipulationen der Fall wäre.

Insbesondere sind für die Abkühlung solche Kochgeräte geeignet, welche eine doppelwandige Koch-, Gar- oder Bratwanne oder -mulde haben (nachfolgend als "Zwischenraum" bezeichnet). In diesen Doppelwand-Zwischenraum kann eine Kühlflüssigkeit z. B. durch Pumpen eingeführt und nach Wärmeaufnahme abgeführt wer­ den, welche das Lebensmittel abkühlt. Üblicherweise wird hierzu kaltes Wasser verwendet, welches typischerweise als Stadtwas­ ser, Brunnenwasser oder als gekühltes Kreislaufwasser (nachfol­ gend als "Kühlwasser" bezeichnet) zur Verfügung steht.

Die Kühlung erfolgt dadurch, dass sich das Kühlwasser durch die Wärmezufuhr aus dem Lebensmittel aufwärmt. Damit ist das Kühl­ wasser einem Temperaturanstieg unterworfen, welches die nutzba­ re Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung verringert, und zwar um so mehr, je höher die Aufwärmung ist (d. h. die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz wird geringer).

Da Lebensmittel oftmals nicht nur aus Gründen zeitlicher Ökono­ mie nach dem Kochvorgang so schnell wie möglich abgekühlt wer­ den sollen, sondern auch - und in vielen Fällen insbesondere - wegen der Vermeidung der Entstehung und/oder Vermehrung von Keimen, Bakterien und anderer mikrobiologischer Erreger sogar rasch gekühlt werden müssen, ist die Anwendung eines effizien­ ten Kühlmittels sinnvoll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung an­ zugeben, die auf ein geeignetes Kühlfluid zur Verfügung stellt.

Dies Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung an.

Die rasche Abkühlung wird dadurch erreicht, dass man anstelle des Kühlwassers eine Suspension von Eiskristallen in einer wässrigen Flüssigkeit zuführt (nachfolgend als "Eisbrei" be­ zeichnet). Dieser Eisbrei ist nicht nur kälter als Kühlwasser, sondern enthält durch die Anwesenheit von Eiskristallen latente Energie (Schmelzenthalpie). So lange der Eisbrei im Zwischen­ raum des Kochgerätes nicht vollständig aufgeschmolzen wird, än­ dert sich dessen Temperatur nicht (genau besehen erhöht sich die Temperatur beim Abschmelzen von Eiskristallen thermodyna­ misch bedingt - allerdings - unwesentlich). Damit wird die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz auf zweifache Weise erhöht: a) Der Eisbrei ist kälter als konventionelles Kühlwas­ ser und b) Der Eisbrei erwärmt sich nicht.

Da sich Eisbrei als Fluid sehr einfach speichern lässt, ist es möglich, selbst für hohe Kühlleistungen nur eine vergleichswei­ se geringe Kälteleistung für den Eisbreierzeuger vorzusehen. Während der Kochzeit, oder außerhalb der Schichtzeiten, d. h. zu Zeiten ohne Kühlung, kann ein Eisbrei-Vorrat angelegt werden, der während der Abkühlung mit hoher Kühlleistung entnommen wird. Damit sind derartige Eisbreianlagen vergleichsweise klein gegenüber Direktkühlanlagen ohne Kältespeicherung.

Somit ist der Eisbrei ein ideales Kühlmittel für Kochgeräte. Das Eisbreifluid kann in einem geschlossenen Kreislauf gefahren werden, womit sich ein Ablassen des Fluides erübrigt. Aller­ dings ist die Abkühlung eines heißen Kochgerätes bei Eisbrei­ entnahme aus einem Speicher dann kritisch, wenn in den Eisbrei­ speicher - wegen des geschlossenen Kreislaufs - das ganz oder teilweise abgeschmolzene Fluid zurückgeführt wird. Erstens ver­ ringert sich der Eisanteil im Fluid durch Abschmelzen im Zwi­ schenraum, zweitens wird - insbesondere dann, wenn das Kochgerät anfangs noch sehr heiß ist - durch gleichzeitige Aufwärmung eiskristallfreien Fluids der Eisanteil im Eisbreispeicher zu­ sätzlich verringert.

Die Verringerung des Eisanteils im Eisbreivorrat des Eisbrei­ speichers ist nicht nur schädlich, sondern verhält sich zum Ab­ kühlverhalten des Lebensmittels sogar gegenläufig. Eine Abküh­ lung verläuft immer nach einer e-Funktion mit negativer Stei­ gung. Dies bedeutet praktisch, dass die Kühlgeschwindigkeit (z. B. in "K/sec") mit abnehmender Temperatur des Lebensmittels immer mehr abnimmt. Die Gesamtkühldauer wird wesentlich davon bestimmt, wie tief das Lebensmittel abgekühlt werden muss, da die "letzten Temperaturgrade" sehr viel mehr Zeit benötigen als die "ersten" bei noch heißem Lebensmittel.

Eine biologische Schädigung durch Bakterien, Keime, Pilze usw. findet - je nach Spezies - bevorzugt im Temperaturbereich zwi­ schen 40°C und 10°C statt, weil die Wachstums- und Vermehrungsbedingungen dann ideal sind. Zu heiß und zu kalt bieten keine oder nur ungenügende Lebensbedingungen. Daher ist der ob­ genannte Temperaturbereich nach Möglichkeit schnell zu durch­ fahren, um die Zeitdauer für mikrobiologisches Leben und Wachs­ tum so kurz wie möglich zu halten. Genau dann hat aber der Eis­ breispeicher einen immer geringer werdenden Eisanteil, wodurch sich die Kühlleistung ebenfalls verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeich­ nungen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Der Eisbreispeicher 1 besteht im wesentlichen aus zwei - ther­ misch untereinander entkoppelten, d. h. wärmegedämmten - Kammern 2 und 3. Dabei ist die Kammer 2 für die Bevorratung von Eisbrei mit möglichst hohem Eisanteil vorgesehen (die Obergrenze des bevorrateten Eisanteils im Fluid wird durch die Forderung nach Homogenisierbarkeit und/oder Pumpfähigkeit bestimmt). Eine Käl­ temaschine 4, welche Eisbrei erzeugen kann, fördert diesen Eis­ brei in einem geschlossenen Kreislauf mittels einer Pumpe 5 in die Kammer 2. Mit zunehmender Betriebsdauer der eisbreierzeu­ genden Kältemaschine wird der Eisanteil im Fluid immer mehr zu­ nehmen bis sich ein Maximalwert des Eisanteils einstellt, bei dem die Eisbreierzeugung gezielt abgebrochen werden muss. Die­ ser Eisbrei steht nun für die Kühlung des Kochgerätes 6 zur Verfügung, indem dieser in den Zwischenraum 7 des Kochgerätes gefördert wird.

Im Kochgerät 6 wird der Eisanteil des Eisbreis durch Wärmeüber­ tragung vom Lebensmittel 8 verringert. Anfänglich kommt noch hinzu, dass nicht nur der Eisbrei aufgeschmolzen wird, sondern eine Erwärmung stattfinden kann, wodurch sich die Temperatur des Fluides erhöht. Zudem ist es aus ablauftechnischen Gründen und aus Gründen der zu bevorzugenden Fahrweise in einem ge­ schlossenen Kreislauf möglich, dass sich anfänglich noch heißes Kochwasser im Zwischenraum 7 des Kochgerätes 6 befindet, wel­ ches sich mit dem Eisbrei vermischt und aus dem Zwischenraum 7 durch laufende Zufuhr von Eisbrei verdrängt wird. Dadurch er­ wärmt sich das Eisbreifluid zusätzlich.

Der Eisanteil des Eisbreifluids nach der Kühlung im Zwischen­ raum 7 des Kochgerätes 6 nimmt nicht nur ab, sondern das Eisbreifluid erwärmt sich dabei noch. Würde man diesen erwärm­ ten oder wenig eishaltigen Rücklauf in die Kammer 2 zurückschi­ cken, so würde sich der Eisanteil des dort befindlichen Eis­ breis durch Vermischen anfänglich am stärksten, später mit ab­ nehmender Tendenz, verringern. Es ist aber am vorteilhaftesten, wenn sich Eisanteile im Vorlauf zum und im Rücklauf vom Kochge­ rät befinden, weil dann die (mittlere logarithmische) Tempera­ turdifferenz am höchsten ist und somit die höchstmögliche Ab­ kühlleistung erreicht werden kann.

Dem Wunsch nach Eisanteilen im Vor- und Rücklauf des Kochgerä­ tes 6 wird am besten entsprochen, wenn der Eisbrei ausreichend "dick" ist, d. h. wenn der Eisanteil des Eisbreifluides so hoch wie technisch sinnvoll ist. Aus diesem Grund wird der "schädli­ che" Rücklauf des eisanteilarmen bzw. sogar erwärmten Eisbreifluids nicht in die Kammer 2 zurückgeführt, sondern in die Kammer 3 des Eisbreispeichers 1 gegeben. Diese Kammer 3 ist bestimmungsgemäß zu Anfang des Abkühlprozesses leer oder so leer wie möglich. Die Kammer 3 füllt sich mit zunehmender Ab­ kühlung mit Eisbreifluid, während das Füllvolumen der Kammer 2 entsprechend abnimmt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Eisanteil im Vorlauf zum Kochgerät 6 so hoch wie möglich ist und nahezu konstant hoch bleibt. Damit wird dem Wunsch nach höchstmöglicher Abkühlgeschwindigkeit Rechnung getragen.

Während der Kühlung des Lebensmittels 8 befindet sich in der Kammer 2 des Eisbreispeichers 1 weniger Eisbreifluid mit hohem Eisanteil, während in der Kammer 3 des Eisbreispeichers 1 an Eiskristallen abgereichertes oder sogar erwärmtes Eisbreifluid vorliegt. Da die Kältemaschine 4 während ihres Betriebes konti­ nuierlich den Eisanteil des Eisbreis in der Kammer 2 des Eis­ speichers 1 erhöht, wird ein Maximalwert des Eisanteils im Eis­ brei erreicht, bei dem die Kältemaschine 4 bestimmungsgemäß ab­ schalten soll. Bevor dies geschieht wird aus der Kammer 3 eine Teilmenge des dort enthaltenen Eisbreifluids mit der Pumpe 9 in die Kammer 2 gefördert, wodurch der maximale Eisanteil des Eis­ breis verringert wird und die Kältemaschine 4 bestimmungsgemäß weiterlaufen kann, da der Grenzwert nicht (mehr) erreicht wur­ de.

Auf diese Weise ist es möglich, durch gezielte Zufuhr von Eisbreifluid aus der Kammer 3 den Betrieb der Kältemaschine 4 aufrecht zu erhalten und damit einen gewünschten hohen Eisan­ teil im Eisbrei der Kammer 2 sicherzustellen. Damit ist - bei geeigneter Dimensionierung der Volumina der Kammern 2 und 3 des Eisbreispeichers 1 - ein stets hoher Eisanteil zur Abkühlung des Lebensmittels 8 verfügbar. Es ist natürlich möglich, sofern sich im Rücklauf Eis oder genügend kaltes Eisbreifluid befin­ det, diesen in die Kammer 2 zu führen, wodurch sich die Totvo­ lumina der Kammern 2 und 3 verringern.

Die Kammer 2 des Eisbreispeichers 1 kann in einer bevorzugten Ausführung so ausgeführt werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Das anfänglich möglicherweise erwärmte Eisbreifluid, wel­ ches aus dem Zwischenraum 7 des Kochgerätes 6 in die Kammer 3 zurückgeführt wird, kann zu Schwadenbildung führen, was in ei­ nem Lebensmittel verarbeitendem Betrieb aus hygienischen und thermischen Gründen unerwünscht ist. Um Schwaden zu kondensie­ ren wird Binäreisfluid, welches aus der Kältemaschine 4 in die Kammer 2 gefördert wird, über eine Abdeckung 10 der Kammer 3 geführt, wodurch sich eine Kondensationsfläche ergibt, welche den Schwaden zumindest deutlich verringert. Eine Öffnung 11 in den Raum der Kammer 2 hinein sorgt dafür, dass die verdrängte Atmosphäre der Kammer 3 abfließen kann.

Der Eisbreispeicher 1 ist mit einer Abdeckung 12 versehen. Die­ se ist so ausgestaltet, dass Atmosphärendruck im Eisspeicher 1 herrscht, indem der Deckel Öffnungen besitzt (nicht näher be­ schrieben), durch welche ein Druckausgleich erfolgen kann.

Eine weitere Bauart eines Eisspeichers zeigt Fig. 2. Hierbei handelt es sich um einen sehr platzsparenden Speicher 13, da "Totvolumen" in Form leerer oder halbleerer Kammern 2 und 3 wie beim zuvor beschriebenen Eisspeicher 1 nicht vorkommen kann. Die verschiedenen Eisbreifluide "mit hohem Eisanteil" 14 und mit "niedrigem Eisanteil und/oder erwärmt" 15 sind durch eine wärmegedämmte Abtrennung 16 voneinander separiert, wobei das Gesamtvolumen sich nur wärmeausdehnungsbedingt oder bedingt durch Füllung oder Entleerung des Zwischenraums 7 des Kochgerä­ tes 6 verändert. Vorzugsweise befinden sich die beider Eisbreifluide 14 und 15 übereinander, das an Eisanteilen rei­ chere Fluid 14 wiederum bevorzugt oben (wegen der Homogenisie­ rung durch ein Rührwerk) und das an Eisanteilen ärmere Fluid 15 unten. Die Abtrennung 16 kann dabei aus einer steifen Platte, aber auch aus einer wärmegedämmten Membrane bestehen. Die Rege­ lung des Eisbreispeichers 13 und der Kältemaschine 4 kann wie im vorigen Beispiel erfolgen, ebenso kann die Förderung von Fluid 15 in das Fluid 14 wie im vorigen Beispiel durch eine Pumpe 18 erfolgen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines zum Kühlen von Koch- oder Bratgeräten dienenden Eisbreis, gekennzeichnet durch einen Eisbreispeicher (1, 13) mit einer ersten Kammer (2, 14) und einer von der ersten Kammer (2, 14) thermisch isolierten zweiten Kammer (3, 15), eine Kältemaschine (4), die über einen mit einer ersten Pumpe (5) versehenen Vorlauf und einem Rücklauf mit der ersten Kammer (2, 14) verbunden ist, und ein Koch- oder Bratgefäß (6), das mit einem Zwischenraum (7) zwischen seiner Innenwandung und seiner Außenwandung, einem mit einer zweiten Pumpe (19) versehenen, von der ersten Kammer (2, 14) zu dem Zwischenraum (7) führenden Vorlauf und einem von dem Zwischenraum (7) zu der zweiten Kammer (3, 15) führenden Rücklauf versehen ist, und eine die erste Kammer (2, 14) mit der zweiten Kammer (3, 15) verbindende Pumpe (9, 18).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (2, 14) mit einem Homogenisator (17) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (2) mit einer schrägen Abdeckung (10) und einer in deren oberen Bereich angeordneten Öffnung (11) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (2, 14) mit einer sich bei Überdruck abhebenden Abdeckung (12) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (14) oberhalb der zweiten Kammer (15) angeordnet ist.