DE10111322B4

DE10111322B4 - Vorrichtung zum Erzeugen eines zum Kühlen eines Koch- oder Bratgerätes dienenden Eisbreis

Info

Publication number: DE10111322B4
Application number: DE10111322A
Authority: DE
Inventors: Joachim Paul
Original assignee: Integral Energietechnik GmbH
Current assignee: INTEGRAL INTERNATIONAL GMBH, 24941 JARPLUND-WEDING
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: DE10111322A1; WO2002073103A1; EP1366329A1

Abstract

Vorrichtung zum Bereitstellen eines zum Kühlen eines Koch- oder Bratgefäßes (6), das einen mit einem Vorlauf und mit einem Rücklauf versehenen, durch eine Innenwandung und eine Außenwandung begrenzten Zwischenraum (7) aufweist, dienenden, von einer Kältemaschine (4) erzeugten, in einem Speicher (1, 13) gespeicherten wässrigen Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß
das wässrige Fluid eine Suspension von Eiskristallen (Eisbrei) ist,
der Eisbreispeicher (1, 13) mit einer ersten Kammer (2, 14) und einer von der ersten Kammer (2, 14) thermisch isolierten zweiten Kammer (3, 15) versehen ist,
die Kältemaschine (4) in die erste Kammer (2, 14) mittels einer ersten Pumpe (5) in einem geschlossenen Kreislauf Eisbrei fördert,
der Zwischenraum (7) zwischen der Innenwandung und der Außenwandung des Koch- oder Bratgefäßes (6) über seinen mit einer zweiten Pumpe (19) versehenen Vorlauf mit der ersten Kammer (2, 14) und über seinen Rücklauf mit der zweiten Kammer (3, 15) verbunden ist und...

Description

In gewerblichen und industriellen Großküchen, z.B. in Kantinen für die Essenszubereitung, bei der Produktion portionierter Lebensmittel und Menüs, bei der Herstellung von Fertig- und Halbfertiggerichten (nachfolgend als "Lebensmittel" bezeichnet) usw. werden Koch-, Gar- und Bratgräte verwendet, die im Anschluss 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 "Kochgerät" bezeichnet) sind oftmals konstruktionsbedingt in der Lage, kaltes Fluid auf der lebensmittelabgewandten 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, sondern 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).

Ein derartiges Kochgerät wird in der DE 195 45 215 A1 gezeigt. Dabei wird in den Doppelwand-Zwischenraum nacheinander Leitungswasser und Eiswasser durch Pumpen eingeführt und nach Wärmeaufnahme abgeführt. Die Kühlung erfolgt dadurch, dass sich das Kühlwasser durch die Wärmezufuhr aus dem Lebensmittel aufwärmt. Dabei ist das Eiswasser einem Temperaturanstieg unterworfen, welches die nutzbare Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung verringert, und zwar um so mehr, je höher die Aufwär mung ist (d.h. die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz wird geringer).

Da Lebensmittel oftmals nicht nur aus Gründen zeitlicher Ökonomie nach dem Kochvorgang so schnell wie möglich abgekühlt werden 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 effizienten Kühlmittels sinnvoll.

Die Verwendung eines Eisbreis ist beispielsweise aus der DE 199 04 463 A1 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die eine schnellere Kühlung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Die rasche Abkühlung wird dadurch erreicht, dass man anstelle des Eiswassers eine Suspension von Eiskristallen in einer wässrigen Flüssigkeit zuführt (nachfolgend als "Eisbrei" bezeichnet). Dieser Eisbrei enthält durch die Anwesenheit von Eiskristallen latente Energie (Schmelzenthalpie). So lange der Eisbrei im Zwischenraum des Kochgerätes nicht vollständig aufgeschmolzen wird, ändert sich dessen Temperatur nicht (genau besehen erhöht sich die Temperatur beim Abschmelzen von Eiskristallen thermodynamisch bedingt allerdings unwesentlich). Damit wird die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz auf zweifache Weise erhöht: a) Der Eisbrei ist kälter als konventionelles Kühlwasser 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. Allerdings ist die Abkühlung eines heißen Kochgerätes bei Eisbreientnahme aus einem Speicher dann kritisch, wenn in den Eisbreispeicher – wegen des geschlossenen Kreislaufs – das ganz oder teilweise abgeschmolzene Fluid zurückgeführt wird. Erstens verringert sich der Eisanteil im Fluid durch Abschmelzen im Zwischenraum, zweitens wird -insbesondere dann, wenn das Kochgerät anfangs noch sehr heiß ist – durch gleichzeitige Aufwärmung eiskristallfreien Fluids der Eisanteil im Eisbreispeicher zusätzlich verringert.

Die Verringerung des Eisanteils im Eisbreivorrat des Eisbreispeichers ist nicht nur schädlich, sondern verhält sich zum Abkühlverhalten des Lebensmittels sogar gegenläufig. Eine Abkühlung verläuft immer nach einer e-Funktion mit negativer Steigung. 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 zwischen 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 genannte Temperaturbereich nach Möglichkeit schnell zu durchfahren, um die Zeitdauer für mikrobiologisches Leben und Wachstum so kurz wie möglich, zu halten. Genau dann hat aber der Eisbreispeicher einen immer geringer werdenden Eisanteil, wodurch sich die Kühlleistung ebenfalls verringert.

Der Eisanteil des Eisbreifluids nach der Kühlung im Zwischenraum des Kochgerätes nimmt nicht nur ab, sondern das Eisbreifluid erwärmt sich dabei noch. Würde man diesen erwärmten oder wenig eishaltigen Rücklauf in die erste Kammer zurückschicken, so würde sich der Eisanteil des dort befindlichen Eisbreis durch Vermischen anfänglich am stärksten, später mit abnehmender Tendenz, verringern. Es ist aber am vorteilhaftesten, wenn sich Eisanteile im Vorlauf zum und im Rücklauf vom Kochgerät befinden, weil dann die (mittlere logarithmische) Temperaturdifferenz am höchsten ist und somit die höchstmögliche Abkühlleistung erreicht werden kann.

Dem Wunsch nach Eisanteilen im Vor- und Rücklauf des Kochgerätes 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 "schädliche" Rücklauf des eisanteilarmen bzw. sogar erwärmten Eisbreifluids nicht in die erste Kammer zurückgeführt, sondern in die zweite Kammer des Eisbreispeichers gegeben. Diese zweite Kammer ist bestimmungsgemäß zu Anfang des Abkühlprozesses leer oder so leer wie möglich. Die zweite Kammer füllt sich mit zunehme der Abkühlung mit Eisbreifluid, während das Füllvolumen der ersten Kammer entsprechend abnimmt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Eisanteil im Vorlauf zum Kochgerät so hoch wie möglich ist und nahezu konstant hoch bleibt. Damit wird dem Wunsch nach höchstmöglicher Abkühlgeschwindigkeit Rechnung getragen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel, und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
Der Eisbreispeicher 1 besteht im wesentlichen aus zwei – thermisch 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 Kältemaschine 4, welche Eisbrei erzeugen kann, fördert diesen Eisbrei in einem geschlossenen Kreislauf mittels einer Pumpe 5 in die Kammer 2. Mit zunehmender Betriebsdauer der eisbreierzeugenden Kältemaschine 4 wird der Eisanteil im Fluid immer mehr zunehmen bis sich ein Maximalwert des Eisanteils einstellt, bei dem die Eisbreierzeugung gezielt abgebrochen werden muss. Dieser Eisbrei steht nun für die Kühlung des Kochgerätes 6 zur Verfügung, indem dieser in den Zwischenraum 7 des Kochgerätes 6 gefördert wird.
Im Kochgerät 6 wird der Eisanteil des Eisbreis durch Wärmeübertragung 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 geschlossenen Kreislauf möglich, dass sich anfänglich noch heißes Kochwasser im Zwischenraum 7 des Kochgerätes 6 befindet, welches sich mit dem Eisbrei vermischt und aus dem Zwischenraum 7 durch laufende Zufuhr von Eisbrei verdrängt wird. Dadurch erwärmt sich das Eisbreifluid zusätzlich.
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 kontinuierlich den Eisanteil des Eisbreis in der Kammer 2 des Eisspeichers 1 erhöht, wird ein Maximalwert des Eisanteils im Eisbrei erreicht, bei dem die Kältemaschine 4 bestimmungsgemäß abschalten 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 Eisbreis verringert wird und die Kältemaschine 4 bestimmungsgemäß weiterlaufen kann, da der Grenzwert nicht (mehr) erreicht wurde.
Auf diese Weise ist es möglich, durch gezielte Zufuhr von Eisbreifluid aus der Kammer 3 den Betrieb der Kältemaschine 4 auf recht zu erhalten und damit einen gewünschten hohen Eisanteil 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 befindet, diesen in die Kammer 2 zu führen, wodurch sich die Totvolumina der Kammern 2 und 3 verringern.
Die Kammer 2 des Eisbreispeichers 1 kann in einer bevorzugten Ausführung so ausgeführt werden, wie dies in 1 gezeigt ist. Das anfänglich möglicherweise erwärmte Eisbreifluid, welches aus dem Zwischenraum 7 des Kochgerätes 6 in die Kammer 3 zurückgeführt wird, kann zu Schwadenbildung führen, was in einem Lebensmittel verarbeitenden Betrieb aus hygienischen und thermischen Gründen unerwünscht ist. Um Schwaden zu kondensieren 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. Diese ist so ausgestaltet, dass Atmosphärendruck im Eisspeicher 1 herrscht, indem der Deckel Öffnungen besitzt (nicht näher beschrieben), durch welche ein Druckausgleich erfolgen kann.
Eine weitere Bauart eines Eisspeichers zeigt 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 Kochgerätes 6 verändert. Vorzugsweise befinden sich die beiden Eisbreifluide 14 und 15 übereinander, das an Eisanteilen reichere Fluid 14 wiederum bevorzugt oben (wegen der Homogenisierung 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 Regelung 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

Vorrichtung zum Bereitstellen eines zum Kühlen eines Koch- oder Bratgefäßes (6), das einen mit einem Vorlauf und mit einem Rücklauf versehenen, durch eine Innenwandung und eine Außenwandung begrenzten Zwischenraum (7) aufweist, dienenden, von einer Kältemaschine (4) erzeugten, in einem Speicher (1, 13) gespeicherten wässrigen Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß das wässrige Fluid eine Suspension von Eiskristallen (Eisbrei) ist, der Eisbreispeicher (1, 13) mit einer ersten Kammer (2, 14) und einer von der ersten Kammer (2, 14) thermisch isolierten zweiten Kammer (3, 15) versehen ist, die Kältemaschine (4) in die erste Kammer (2, 14) mittels einer ersten Pumpe (5) in einem geschlossenen Kreislauf Eisbrei fördert, der Zwischenraum (7) zwischen der Innenwandung und der Außenwandung des Koch- oder Bratgefäßes (6) über seinen mit einer zweiten Pumpe (19) versehenen Vorlauf mit der ersten Kammer (2, 14) und über seinen Rücklauf mit der zweiten Kammer (3, 15) verbunden ist und eine die erste Kammer (2, 14) mit der zweiten Kammer (3, 15) verbindende Pumpe (9, 18) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (2, 14) mit einem Homogenisator (17) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (3) mit einer schrägen Abdeckung (10) und einer in deren oberen Bereich angeordneten Öffnung (11) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (2, 14) mit einer sich bei Überdruck abhebenden Abdeckung (12) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (14) oberhalb der zweiten Kammer (15) angeordnet ist.