DE10160275B4

DE10160275B4 - Cutting food with LPG

Info

Publication number: DE10160275B4
Application number: DE2001160275
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hoffmanns; Stefan Kosock; Friedrich Moser; Friedhelm Potthast
Original assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2021-12-08
Also published as: DE10160275A1

Abstract

Verwendung eines Hochdruckstrahles, erzeugt aus einem tiefkalt verflüssigten Gas, zum Schneiden von Lebensmitteln.use a high-pressure jet, generated from a cryogenic liquefied Gas, for cutting food.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Hochdruckstrahles, erzeugt aus einem tiefkalt verflüssigten Gas, zum Schneiden von Lebensmitteln.The The invention relates to a use of a high-pressure jet generated from a cryogenic liquefied Gas, for cutting food.

Zum Schneiden von Lebensmitteln (z.B. extrudiertes Speiseeis, Torten, Teige, Fleischprodukte, Gemüse) werden mechanische Verfahren wie das Schneiden mit beheizten Drähten eingesetzt. Nachteil dieses Verfahrens ist das Reißen der Drähte während der Produktion und der damit verbundene Produktionsausfall, das Verschmutzen der Drähte und der Produkte und eine teilweise Verformung des zu schneidenden Gutes.To the Food cutting (e.g., extruded ice cream, pies, Doughs, meat products, vegetables) Mechanical methods such as cutting with heated wires are used. Disadvantage of this method is the tearing of the wires during production and the associated production failure, the fouling of the wires and the Products and a partial deformation of the material to be cut.

Ferner sind Wassersschneidsysteme für Kunststoffe bekannt (Römpp Chemie Lexikon, 9. Auflage, Band 5, PI-S, Stichwort "Schneiden", Paperback-Ausgabe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1995, Seite 4044-4045). Nachteile dieser Verfahren sind die Verformung der Produkte, Verschmutzung der Produkte und des Anlagenequipments, sowie die Aufbereitung und Entsorgung des Wassers.Further are water cutting systems for plastics known (Römpp Chemie Lexikon, 9th edition, volume 5, PI-S, keyword "cutting", paperback edition, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1995, pages 4044-4045). disadvantage These methods are the deformation of the products, pollution of the products and the equipment, as well as the processing and Disposal of the water.

Aus der JP 06-328398 A ist ein Schneidverfahren von Werkstücken bekannt, in dem ein Hochdruckstrahl eines verflüssigten Gases eingesetzt wird.Out JP 06-328398 A discloses a cutting method of workpieces, in which a high-pressure jet of a liquefied gas is used.

In der DE 3827417 C1 wird ein Verfahren zum autogenen Brennschneiden mit Flüssigsauerstoff beschrieben. Auch aus der DE 4105558 A1 ist ein Schneidverfahren mittels eines Flüssigkeitsstrahles, z.B. ein Strahl aus Flüssigsauerstoff, bekannt.In the DE 3827417 C1 describes a method for autogenous flame cutting with liquid oxygen. Also from the DE 4105558 A1 is a cutting method by means of a liquid jet, for example, a jet of liquid oxygen, known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schneiden von Lebensmitteln zu verbessern.Of the Invention is based on the object of cutting food to improve.

Gelöst wurde die Aufgabe durch die Verwendung eines Hochdruckstrahles, erzeugt aus einem tiefkalt verflüssigten Gas, zum Schneiden von Lebensmitteln.Was solved the task by the use of a high-pressure jet generated from a cryogenic liquefied Gas, for cutting food.

Die Vorrichtung für das Schneiden von Objekten, insbesondere Lebensmitteln, mit Hilfe eines Flüssigkeitshochdruckstrahles eines tiefkalt verflüssigten Gases enthält eine Quelle für das tiefkalt verflüssigte Gas, ein Mittel zum Erzeugen eines Hochdruckes wie eine Hochdruckpumpe und mindestens eine Strahldüse. Durch einen Strahl eines tiefkalt verflüssigten Gases, der vorzugsweise gebündelt ist, wird unter erhöhtem Druck das Produkt geschnitten (getrennt).The Device for the cutting of objects, especially food, with the help a high-pressure liquid jet a cryogenic liquefied Gases contains one Source for the cold-liquefied Gas, means for generating a high pressure such as a high pressure pump and at least one jet nozzle. By a jet of a cryogenic liquefied gas, preferably bundled is under increased Print the product cut (separated).

Als Quelle für das tiefkalt verflüssigte Gas dienen in der Regel isolierte Vorratsbehälter, wie sie üblicherweise für tiefkalte, verflüssigte Druckgase verwendet werden, mit einem tiefkalt verflüssigten Gas. Solche Behälter sind z.B. vakuumisoliert oder weisen eine sogenannte Superisolierung auf.When Source for the cold-liquefied Gas usually serve insulated storage containers, as they usually do for cold, liquefied Compressed gases can be used with a cryogenic liquefied gas. Such containers are e.g. vacuum insulated or have a so-called super insulation on.

Als tiefkalt verflüssigtes Gas (Flüssiggas) werden vorzugsweise tiefkalte, verflüssigte Druckgase wie Stickstoff, Sauerstoff oder Argon eingesetzt, vorteilhaft Stickstoff oder Argon. Diese Flüssiggase sind inert und gut verfügbar.When cryogenic liquefied Gas (LPG) preferably cryogenic, liquefied Compressed gases such as nitrogen, oxygen or argon used, advantageous Nitrogen or argon. These liquefied gases are inert and readily available.

Die Schneidleistung des Hochdruck-Flüssiggasstrahles wird verbessert durch Zusatz von Partikeln aus einem kälteverfestigten Medium wie Eis oder vorzugsweise festes Kohlendioxid. Die Größe der Partikel muß unterhalb des Durchmessers der Strahldüse sein, damit die Strahldüse nicht durch die Partikel verstopft wird. Beispielsweise werden Eispartikel durch Ausfrieren eines Wasserdampf-gesättigten Gases erzeugt. Partikel aus festem Kohlendioxid werden z.B. durch Entspannen von Kohlendioxid aus einem Hochdruckbehälter erhalten.The Cutting performance of the high-pressure liquid gas jet is improved by the addition of particles from a cold-strengthened Medium such as ice or preferably solid carbon dioxide. The size of the particles must be below the diameter of the jet nozzle its for the jet nozzle not clogged by the particles. For example, ice particles generated by freezing a water vapor-saturated gas. particle of solid carbon dioxide are e.g. by relaxing carbon dioxide from a high pressure vessel receive.

Der Flüssiggas-Hochdruckstrahl oder Hochdruckflüssigkeitsstrahl wird im allgemeinen mit Hilfe einer Hochdruckpumpe erzeugt, die im Druckbereich von 500 bis 1000 bar, vorteilhaft im Bereich von 800 bis 1000 bar arbeitet. Einsetzbar sind Flüssigkeitshochdruckpumpen, insbesondere Hochdruckkolbenpumpen, die für tiefkalt verflüssigte Gase ausgelegt sind. Solche Pumpen sind kommerziell erhältlich, z.B. von der Firma Krythem, Willich. Die Pumpen sind vorzugsweise mit einem Kühlmantel (Doppelmantel mit durchfließender Kühlflüssigkeit wie Flüssigstickstoff) ausgestattet.Of the LPG high pressure jet or high pressure liquid jet is generally generated by means of a high-pressure pump, the in the pressure range from 500 to 1000 bar, advantageously in the range of 800 to 1000 bar works. It is possible to use high-pressure liquid pumps, in particular High pressure piston pumps for refrigerated liquefied Gases are designed. Such pumps are commercially available, e.g. from the company Krythem, Willich. The pumps are preferably with a cooling jacket (Double jacket with flowing through coolant like liquid nitrogen) fitted.

Die Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung, insbesondere Teile der Vorrichtung wie Hochdruckpumpe, Rohrleitung oder Strahldüse, werden vorteilhaft gekühlt, wobei die Kühlung z.B. mit flüssigem Stickstoff von –196°C bei 1 bar absolut bei Anwendung von tiefkalt verflüssigtem Stickstoff als Flüssiggas erfolgt. Besonders vorteilhaft ist die Kühlung des Düsenkopfes mit der Strahldüse, wodurch die Bildung von Gas durch verdampfendes Flüssiggas im Düsenkanal wirkungsvoll vermieden werden kann. Die bevorzugte Strahldüse besteht aus einem Düsenkopf mit einem Düsenkanal mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser der Austrittsöffnung der Düse entspricht, und einer Kühleinrichtung. Als Kühleinrichtung hat sich ein Doppelmantel (Kühlmantel) am Düsenkopf bewährt, durch den ein flüssiges Kühlmedium wie tiefkalt verflüssigter Stickstoff geleitet wird. Der Düsenkopf besteht in der Regel aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl. Der Düsenkanal besteht bevorzugt aus härteren Materialien, z.B. Rubin. Der Düsenkanal ist z.B. eine Bohrung im Düsenkopf. Der Düsenkanal hat z.B. eine Länge von 15 bis 20 mm und einen Durchmesser von 0,2 mm bei einem Flüssiggas wie tiefkalt verflüssigter Stickstoff.The device or parts of the device, in particular parts of the device such as high-pressure pump, pipe or jet nozzle, are advantageously cooled, wherein the cooling, for example, with liquid nitrogen of -196 ° C at 1 bar absolute when using cryogenic liquefied nitrogen as liquid gas. Particularly advantageous is the cooling of the nozzle head with the jet nozzle, whereby the formation of gas can be effectively avoided by vaporizing LPG in the nozzle channel. The preferred jet nozzle consists of a nozzle head with a nozzle channel having a diameter which corresponds to the diameter of the outlet opening of the nozzle, and a cooling device. As a cooling device, a double jacket (cooling jacket) has been proven on the nozzle head through which a liquid cooling medium as cryogenic liquefied nitrogen is passed. The nozzle head is usually made of metal, preferably stainless steel. The nozzle channel is preferably made of harder materials, such as ruby. The nozzle channel is eg a hole in the nozzle head. The nozzle channel has, for example, a length of 15 to 20 mm and a diameter of 0.2 mm in one LPG as well as cryogenic liquefied nitrogen.

Das zu schneidende Produkt (Objekt) sind Lebensmittel, insbesondere Lebensmittel mit einer Temperatur im Bereich von 0°C bis Raumtemperatur und gefrorene oder tiefgefrorene Lebensmittel. Lebensmittel sind z.B. Speiseeis, Torten, Teige, Fleisch, Fleischprodukte, Wurst, Käse, Geflügel, Obst, Gemüse. Die Lebensmittel sind beim Schneiden in der Regel unverpackt. In der Praxis eignet sich das Verfahren zum Schneiden von verschiedenen Produkten oder Objekten mit einer vergleichbaren Festigkeit. Solche Objekte sind z.B. lebendes oder totes Gewebe, Pflanzenteile.The to be cut product (object) are food, in particular Food with a temperature in the range of 0 ° C to room temperature and frozen or frozen foods. Foods are e.g. Ice cream, cakes, dough, meat, meat products, sausage, cheese, poultry, fruit, Vegetables. The food is usually unpacked when cutting. In In practice, the method is suitable for cutting various Products or objects with comparable strength. Such Objects are e.g. living or dead tissue, plant parts.

Vorteile des Flüssiggas-Strahlschneidens sind ein besseres Schnittbild, längere Standzeiten und ein geringer Verschmutzungsgrad durch das rückstandsfreie Verdampfen des Flüssiggases (z.B. Flüssig-Stickstoff) im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.advantages of the LPG jet cutting are a better cut, longer Service life and a low degree of contamination due to the residue-free Evaporation of the liquefied gas (e.g., liquid nitrogen) compared to conventional methods.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert.The Invention will be further explained with reference to the drawing.

1 zeigt ein Schema einer Vorrichtung für das Flüssiggas-Strahlschneiden. 1 shows a schematic of a device for the LPG jet cutting.

Die Vorrichtung und das Verfahren werden anhand des Beispieles in 1 beschrieben.The apparatus and method will be described by way of example in FIG 1 described.

Tiefkalt verflüssigter Stickstoff befindet sich in einem Lagerbehälter 1 (Speicherbehälter) als Flüssiggas-Quelle. In dem Lagerbehälter herrscht bei dem Betrieb der Vorrichtung in der Regel ein Überdruck (Siededruck), z.B. ein Druck von um 3 bar (absolut). Über eine Leitung 2 für das Flüssiggas wird einem Unterkühler 3 Flüssiggas (Flüssigstickstoff, LN₂) zugeführt, wo das Flüssiggas vorzugsweise auf minus 196°C abgekühlt wird. Am Unterkühler 3 ist vorteilhaft ein Abblasventil oder Absperrelement 4 (Ventil) zur Druckentspannung im Kühlsystem angeordnet. Der Unterkühler 3 ist eine Art Wärmetauscher, der über die Leitung 5 mit Flüssiggas als Kühlmittel gespeist wird. Der Unterkühler ist z.B. ein Behälter mit dem Kühlmittel, in dem eine Kühlschlange (Rohrwendel) angeordnet ist, durch die das von der Leitung 2 kommende Flüssiggas geleitet wird. Im Fall von Flüssigstickstoff als Flüssiggas hat der Flüssigstickstoff in der Leitung 2 (Niederdruckleitung) in der Regel eine Temperatur von um minus 180°C bei einem Druck von 3 bar (Vordruck). Im Unterkühler wird vorteilhaft durch Entspannen von Flüssigstickstoff als Kühulmedium (durch Öffnen des Ventiles 4) auf Atmosphärendruck eine Temperatur von minus 196°C erzeugt. Vom Unterkühler 3 gelangt das abgekühlte Flüssiggas zu der Hochdruckpumpe 6. Die Leitung zwischen dem Ausgang des Unterkühlers 3 und dem Eingang der Hochdruckpumpe 6 sollte möglichst kurz sein. Die Hochdruckpumpe 6 erzeugt einen Flüssigkeitsdruck (Hinterdruck) vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1000 bar in der Leitung (Hochdruckleitung) zur Schneiddüse 10. In dieser Leitung ist vorteilhaft ein Druckfühler 9 angeordnet. Vor der Strahldüse 10 ist vorteilhaft ein Leitungsausgang mit einem Absperrelement 7 (Absperrventil, z.B. kryogenes Magnetventil), womit sich das System vor dem eigentlichen Schneidbetrieb kaltfahren läßt, und ein optionaler Leitungsausgang mit einem Absperrelement 8, der z.B. Teil von einem Bypass ist. Der Schneiddüse 10 wird in der Regel ein weiteres, nicht gezeigtes Absperrelement vorgeschaltet. Die Schneiddüse 10 (Strahldüse) besteht aus einem Düsenkopf, vorzugsweise aus Edelstahl, der einen Düsenkanal vorzugsweise aus Rubin (z.B. eine Bohrung) mit einer Länge von z.B. 15 bis 20 mm und einem Durchmesser von z.B. 0,2 mm aufweist. Das Ende des Düsenkanales bildet die Austrittsöffnung der Düse. Der Düsenkopf weist vorzugsweise einen Doppelmantel (Kühlmantel) zur Kühlung mit durchfließendem Kühlmittel (z.B. Flüssigstickstoff, –196°C, 1 bar). Die Kühlung des Düsenkopfes verhindert eine Dampfbildung im Düsenkanal. Durch die Schneiddüse 10 wird das Flüssiggas gepreßt, wobei z.B. ein gebündelter Flüssigstickstoff-Strahl von etwa 80 mm Länge erzeugt wird. Der erzeugte Flüssiggas-Strahl 11 wird zum Schneiden auf das Objekt (z.B. Lebensmittel, im Versuch eine geschälte Banane) gerichtet. Der Abstand der Düse 10 zum zu trennenden Objekt (Schneidgut) beträgt z.B. 5 mm. Der Flüssiggas-Strahl erzeugt einen sehr sauberen Schnitt in dem Lebensmittel, wobei das Schneidgut sehr schonend und ohne Verschmutzung getrennt wird.Refrigerated liquefied nitrogen is stored in a storage tank 1 (Storage tank) as a liquid gas source. In the storage container prevails in the operation of the device usually an overpressure (boiling pressure), for example, a pressure of about 3 bar (absolute). About a line 2 for the LPG is a subcooler 3 Liquefied gas (liquid nitrogen, LN ₂ ) supplied where the liquefied gas is preferably cooled to minus 196 ° C. At the subcooler 3 is advantageous a blow-off or shut-off 4 (Valve) arranged for pressure relief in the cooling system. The subcooler 3 is a kind of heat exchanger, over the line 5 is fed with LPG as coolant. The subcooler is for example a container with the coolant, in which a cooling coil (coiled tubing) is arranged, through which the from the line 2 upcoming liquefied gas is passed. In the case of liquid nitrogen as liquefied gas, the liquid nitrogen in the line 2 (Low pressure line) usually a temperature of minus 180 ° C at a pressure of 3 bar (pre-pressure). In the subcooler is advantageous by relaxing liquid nitrogen as Kühulmedium (by opening the valve 4 ) At atmospheric pressure a temperature of minus 196 ° C generated. From the subcooler 3 the cooled LPG reaches the high-pressure pump 6 , The pipe between the outlet of the subcooler 3 and the input of the high pressure pump 6 should be as short as possible. The high pressure pump 6 generates a liquid pressure (back pressure) preferably in the range of 800 to 1000 bar in the line (high pressure line) to the cutting nozzle 10 , In this line is advantageous a pressure sensor 9 arranged. In front of the jet nozzle 10 is advantageous a line outlet with a shut-off 7 (Shut-off valve, eg cryogenic solenoid valve), which allows the system to cool down before the actual cutting operation, and an optional line outlet with a shut-off element 8th that is, for example, part of a bypass. The cutting nozzle 10 As a rule, another, not shown shut-off upstream. The cutting nozzle 10 (Jet nozzle) consists of a nozzle head, preferably made of stainless steel, which has a nozzle channel preferably made of ruby (eg a bore) with a length of eg 15 to 20 mm and a diameter of eg 0.2 mm. The end of the nozzle channel forms the outlet opening of the nozzle. The nozzle head preferably has a double jacket (cooling jacket) for cooling with coolant flowing through (eg liquid nitrogen, -196 ° C., 1 bar). The cooling of the nozzle head prevents vapor formation in the nozzle channel. Through the cutting nozzle 10 the liquid gas is pressed, for example, a bundled liquid nitrogen jet of about 80 mm in length is generated. The generated liquid gas jet 11 is aimed for cutting on the object (eg food, in trial a peeled banana). The distance of the nozzle 10 to be separated object (cutting material) is for example 5 mm. The LPG jet produces a very clean cut in the food, whereby the food is cut very gently and without contamination.

Selbstverständlich sind die Teile der Vorrichtung für den Flüssiggas-Einsatz entsprechend kälte-isoliert. Für die Niederdruckleitungen werden vorzugsweise vakuumisolierte Rohre, insbesondere aus Edelstahl, verwendet. Die Niederdruckleitungen haben z.B. einen inneren Durchmesser von 14 mm (DN 14). Die Hochdruckleitungen haben z.B. einen inneren Durchmesser von 4 bis 8 mm. Vorteilhaft werden Teile der Vorrichtung gekühlt, insbesondere mit Kühlflüssigkeit wie Flüssigstickstoff. Beispielsweise wird als Pumpe 6 eine Hochdruckpumpe mit Kühlmantel eingesetzt. Die Kühlung der Düse 10 wurde bereits erwähnt.Of course, the parts of the device for the use of liquid gas are correspondingly cold-insulated. For the low-pressure lines, preferably vacuum-insulated pipes, in particular of stainless steel, are used. The low-pressure lines have, for example, an inner diameter of 14 mm (DN 14). The high-pressure lines have, for example, an inner diameter of 4 to 8 mm. Advantageously, parts of the device are cooled, in particular with cooling liquid such as liquid nitrogen. For example, as a pump 6 a high-pressure pump with cooling jacket used. The cooling of the nozzle 10 has already been mentioned.

Claims

Use of a high-pressure jet, generated from a deeply liquefied Gas, for cutting food.

Use according to claim 1, characterized that the Foods are frozen or frozen foods.

Use according to claim 1 or 2, characterized that the Food ice cream, pies, doughs, meat, meat products, Sausage, cheese, poultry, fruit or vegetables are.

Use according to one of Claims 1 to 3, characterized that this refrigerated liquefied Gas contains ice particles or particles of a cold-strengthened medium.