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Die
Erfindung betrifft ein Kochkessel, insbesondere für Großküchen, mit
dessen Hilfe Speisen zubereitet werden können.
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Ein
Kochkessel weist eine Kesselwand auf, die ein Kochvolumen ausbildet.
Insbesondere bei Großküchen kann
das Kochvolumen 40 bis 1000 Liter betragen. Um derartig große Mengen
mit Hilfe eines Herds zu erhitzen, ist ein hoher Zeitaufwand erforderlich,
der nachteilig für
die Qualität
der Zubereitung, insbesondere für
den Geschmack ist. Ferner werden in Großküchen häufig die Speisen nicht fertig gekocht,
sondern lediglich für
ein späteres
kurzzeitiges Erhitzen vorbereitet („Convinience Food”). Deswegen
ist es erforderlich die mit dem Kochkessel gekochten Speisen anschließend zu
kühlen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung ein Kochkessel insbesondere für Großküchen, sowie
ein Verfahren zur Speisenzubereitung zu schaffen, bei denen die
zu kochenden Speisen schnell geheizt und schnell gekühlt werden
können.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Kochkessel mit
dem Merkmal des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Der
erfindungsgemäße Kochkessel
zur Speisenzubereitung, der insbesondere für Großküchen geeignet ist, weist eine
Kesselwand zur Ausbildung eines Kochvolumens auf.
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Erfindungsgemäß weist
der Kochkessel einen Heizkanal zum Heizen des Kochvolumens und einen
Kühlkanal
zum Kühlen
des Kochvolumens auf.
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Dadurch,
dass der Kochkessel selbst ein Heizkanal und einen Kühlkanal
aufweist kann das Heizen und Kühlen
der im Kochvolumen angeordneten Speisen unmittelbar durch den Kochkessel
erfolgen. Eine außerhalb
des Kochkessels vorgesehene Heizeinrichtung oder Kühleinrichtung
ist nicht zwingend erforderlich. Eine externe außerhalb des Kochkessels angeordnete
Heizeinrichtung oder Kühleinrichtung
kann als eher unterstützende
Maßnahme vorgesehen
sein. Da die Hitze und Kälte
von dem Kochkessel selbst bereitgestellt wird, wird ein Wärmeübergangswiderstand
von einer externen Heizeinrichtung oder Kühleinrichtung auf den Kochkessel
eliminiert oder zumindest reduziert. Stattdessen ist es möglich den
Heizkanal und/oder den Kühlkanal
in direktem Kontakt zur Kesselwand vorzusehen, so dass der Wärmeübergang
im Wesentlichen durch Wärmeleitung
bestimmt wird, die entsprechend schnell realisiert werden kann.
Isolierende Luftpolster, die zu einer Erhöhung des Wärmeübertragungswiderstands führen, zwischen
einer extern Heizeinrichtung bzw. externen Kühleinrichtung und der Kesselwand
werden dadurch vermieden. Ferner kann ein größerer Bereich der Kesselwand
als nur der Bodenbereich durch den Heizkanal geheizt und/oder durch
den Kühlkanal
gekühlt
werden. Dadurch ergibt sich eine deutlich größere Wärmeübertragungsfläche, so
dass ein deutlich größerer Wärmestrom
zum Heizen und/oder Kühlen
bereitgestellt werden kann.
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Vorzugsweise
weist die Kesselwand eine Außenwand
und eine Innenwand auf, wobei zwischen der Außenwand und der Innenwand ein
Hohlraum ausgebildet ist. Insbesondere sind der Heizkanal und/oder
der Kühlkanal
in dem Hohlraum angeordnet. Der Heizkanal oder der Kühlkanal
können
dadurch als integraler Bestandteil der Kesselwand ausgebildet sein.
Ferner kann durch die Außenwand
und die Innenwand der Hohlraum abgeschlossen sein, so dass ein konvektiver
Wärmeübergang
bei dem Heizkanal und/oder bei dem Kühlkanal deutlich reduziert werden
kann. Stattdessen ist es möglich
den maßgeblichen
Wärmeübergang
auf den Wärmetransport zwischen
dem Heizkanal und dem Kochvolumen und/oder zwischen dem Kühlkanal
und dem Kochvolumen zu konzentrieren.
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Besonders
bevorzugt sind der Heizkanal und/oder der Kühlkanal mit der Kesselwand
insbesondere mit einer Innenwand der Kesselwand, derart verbunden,
dass die Kesselwand einen Teil des Heizkanals und/oder des Kühlkanals
ausbildet. Dadurch kann ein Heizmedium des Heizkanals und/oder ein Kühlmedium
des Kühlkanals
in direktem Kontakt mit der Kesselwand gelangen, so dass ein besonders guter
Wärmeübergang
zwischen dem Heizmedium bzw. dem Kühlmedium und der Kesselwand
erfolgt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind der Heizkanal und der Kühlkanal
spiralförmig
ausgebildet. Der Heizkanal weist hierbei mindestens zwei Heizkanalsegmente
auf, die einen Winkelbereich von ca. 360° umschließen. Entsprechend weist der
Kühlkanal
mindestens zwei Kühlkanalsegmente
auf, die einen Winkelbereich von ca. 360° umschließen. Insbesondere sind mindestens
zwei Heizkanalsegmente und mindestens zwei Kühlkanalsegmente alternierend
zueinander angeordnet. Durch die spiralförmige Ausbildung des Heizkanals
und des Kühlkanals
ist es möglich
nur genau einen Heizkanal und nur genau einen Kühlkanal vorzusehen, die einen
großen
Höhenbereich
insbesondere die gesamten Höhe
der Kesselwand abdecken. Durch die alternierende Anordnung der verschiedenen
Heizkanalsegmente zu den verschiedenen Kühlkanalsegmenten können der Heizkanal
und der Kühlkanal
in Umfangsrichtung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, so
dass sich für
den Heizkanal und den Kühlkanal
ein gleichguter Wärmeübergang
zum Kochvolumen ergibt. Insbesondere ist es möglich den Heizkanal und den Kühlkanal
gleichzeitig zu betreiben, so dass sich in dem Kochvolumen zwischen
einem geheizten und einem gekühlten
Innenwandbereich der Kesselwand deutliche Temperaturunterschiede
ergeben, die zu einer natürlichen
Strömung,
insbesondere einer turbulenten Strömung, innerhalb des Kochvolumens führen. Dies
führt zu
einer besseren Durchmischung des Kochvolumens und einen schnelleren
Wärmetransport
von einem radial äußeren Bereich
des Kochvolumens zu einem radial inneren Bereich des Kochvolumens.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind mindestens zwei Heizkanäle
und mindestens zwei Kühlkanäle alternierend
zueinander angeordnet. Die Heizkanäle und/oder die Kühlkanäle können sich
insbesondere im Wesentlichen ringförmig erstrecken. Durch die
alternierende Anordnung der Heizkanäle und der Kühlkanäle ist es
möglich
bei einem gleichzeitigen Betrieb der Heizkanäle und der Kühlkanäle eine
Vermischung des Kochvolumens zu fördern und dadurch den Wärmetransport
zu verbessern. Ferner ist es möglich
die einzelnen Heizkanäle
und die einzelnen Kühlkanäle jeweils
unabhängig
voneinander zu betreiben. Dadurch ist es beispielsweise möglich die
Heizleistung oder die Kühlleistung
an die eingefüllte
Menge anzupassen. Beispielsweise werden nur die Heizkanäle oder
nur die Kühlkanäle betrieben,
die sich in Höhe
der eingefüllten
Speisen befinden. Die oberhalb der eingefüllten Speisen angeordneten Heizkanäle und Kühlkanäle werden
nicht betrieben, wodurch der erforderliche Energieeinsatz gering
gehalten wird. Insbesondere beim Abkühlen des Kochkessels wird dadurch
eine Kondensation von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft minimiert.
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Vorzugsweise
sind mindestens zwei Heizkanäle
und/oder zwei Kühlkanäle vorgesehen,
wobei die mindestens zwei Heizkanäle mit einer gemeinsamen Heiz-Sammelleitung
und/oder die mindestens zwei Kühlkanäle mit einer
gemeinsamen Kühl-Sammelleitung
verbunden sind. Insbesondere sind die mindestens zwei Heiz-Sammelleitungen
und/oder zwei Kühl-Sammelleitungen für unterschiedliche
Höhenbereiche
der Kesselwand vorgesehen. Über
die Heiz- bzw. Kühl-Sammelleitungen
können
jeweils mehrere Heizkanäle
bzw. Kühlkanäle über einen
gemeinsamen Zulauf bzw. Ablauf betrieben werden. Die Heizkanäle und/oder
die Kühlkanäle können dadurch
geometrisch einfach ausgebildet sein und gleichzeitig über die
jeweilige Sammelleitung einfach betrieben werden. Die jeweilige
Sammelleitung wird vorzugsweise bei Bedarf nach dem Tichelmann-Prinzip
angeschlossen, um eine gleichmäßige Durchströmung der
einzelnen Kanäle
sicherzustellen. Insbesondere wenn mehrere Heiz-Sammelleitungen und/oder mehrere Kühl-Sammelleitungen
vorgesehen sind, ist es möglich
für einen
bestimmten Höhenbereich
der Kesselwand über
die Sammelleitungen unterschiedliche Wärmeleistungen einzustellen.
Insbesondere ist es möglich
bei einem nur teilweise gefüllten
Kochkessel nur einen unteren Bereich zu betreiben und einen oberen
Bereich abzuschalten.
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Insbesondere
sind der Heizkanal und/oder der Kühlkanal zumindest teilweise
durch einen von der Kesselwand verschiedenes gemeinsames Begrenzungselement,
insbesondere ein geformtes Blech ausgebildet. Dadurch ist es möglich mit
der Kesselwand einerseits und im Begrenzungselement andererseits
mehrere Heizkanäle
und/oder mehrere Kühlkanäle, insbesondere
sämtliche
Heizkanäle und/oder
sämtliche
Kühlkanäle auszubilden.
Beispielsweise kann ein Wellblech vorgesehen sein, dass an einer
Innenseite oder einer Außenseite
der Kesselwand stoffschlüssig,
insbesondere durch Schweißen
oder Löten
befestigt ist, so dass die durch die Wellen ausgebildeten Hohlräume zwischen
dem Wellblech und der Kesselwand mehrere Kanäle ausbilden, die als Heizkanal
und/oder Kühlkanal
verwendet werden können.
Das Begrenzungselement kann auch aus mehreren einzelnen Blechen,
die beispielsweise miteinander verlötet oder verschweißt sind, ausgebildet
werden.
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Vorzugsweise
ist das Begrenzungselement zur Begrenzung eines einzelnen Heizkanals und/oder
Kühlkanals
im Querschnitt im Wesentlichen dreieckförmig, teilrohrförmig oder
rechteckförmig ausgebildet.
Durch diese Formgebung lässt
sich bei einem geringen Materialeinsatz ein vergleichsweise hoher
Kanalquerschnitt einfach realisieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Kühlkanal
ein Kühlmedium
mit einer Kühltemperatur
auf. Die Kühltemperatur
liegt insbesondere unterhalb der aktuellen Temperatur der in das
Kochvolumen eingefüllten
Speisen. Dass Kühlmedium
weist insbesondere Kühlwasser,
Eisbrei, mindestens einen verdampfbaren Bestandteil oder Frostschutzmittel auf.
Der Eisbrei ist insbesondere eine Mischung aus Kühlwasser, das gefrorene Partikel
aufweist. Die gefrorenen Partikel können beim Kühlen aufschmelzen und dadurch
dem Kochvolumen Wärme
entziehen ohne dass sich die Temperatur des Eisbreis wesentlich ändert. Entsprechend
können
die verdampfbaren Bestandteile beim Kühlen verdampfen und dem Kochvolumen
Wärme entziehen
ohne die Temperatur innerhalb des Kühlkanals wesentlich zu ändern. Mit
Hilfe von Frostschutzmitteln kann beispielsweise Kühlwasser
auf Temperaturen unterhalb 0°C
gekühlt werden
ohne dass das Kühlwasser
in dem Kühlkanal gefriert.
Dadurch lässt
sich eine besondere niedrige Temperatur des Kühlmediums erreichen, so dass eine
besonders schnelle Abkühlung
des Kochvolumens erfolgen kann.
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Besonders
bevorzugt weist der Heizkanal ein Heizmedium mit einer Heiztemperatur
auf. Die Heiztemperatur liegt insbesondere oberhalb der aktuellen
Temperatur der in das Kochvolumen eingefüllten Speisen. Das Heizmedium
weist insbesondere Heißwasser,
Heißdampf
und/oder Thermoöl
auf. Durch den Heißdampf
lassen sich besonders hohe Temperaturen erreichen, so dass das Kochvolumen geheizt
werden kann. Dass Thermoöl
kann auf Temperaturen deutlich oberhalb von 100°C erwärmt werden ohne zu verdampfen,
so dass das Thermoöl
auf einem hohen Temperaturniveau eine hohe Wärmemenge transportieren kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Rührer
zum Rühren
des Kochvolumens vorgesehen, wobei der Rührer insbesondere mit Hilfe
der Kesselwand gelagert ist. Der Rührer kann beispielsweise eine
Rührerwelle
aufweisen, die in einem Bodenbereich der Kesselwand gelagert ist.
Der Rührer
kann mit Hilfe eines Motors, insbesondere eines Elektromotors, betrieben
werden, der oberhalb und/oder unterhalb der Kesselwand angeordnet
ist. Durch den Rührer
kann das Kochvolumen, das insbesondere 40 bis 1000 Liter beträgt, gemischt
werden, so dass sich eine möglichst
gleichmäßige Temperaturverteilung im
Kochvolumen ergibt. Insbesondere ist es durch den Rührer möglich durch
einen konvektiven Stofftransport den Wärmeübergang von der Kesselwand zum
Kochvolumen und/oder von dem Heizkanal bzw. von dem Kühlkanal
zum Kochvolumen zu verbessern.
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Insbesondere
weist der Rührer
mindestens einen Rühr-Heizkanal
zum Heizen des Kochvolumens und/oder einen Rühr-Kühlkanal zum Kühlen des
Kochvolumens auf. Dadurch ist es möglich nicht nur über die
Kesselwand sondern auch über
den Rührer
das Kochvolumen zu heizen und/oder zu kühlen. Der Rührer kann insbesondere eine
Rührerwelle aufweisen,
die als Hohlwelle ausgebildet ist. Von der Rührerwelle können sich Rührelemente, beispielsweise
Rührerblätter, nach
radial außen
erstrecken. Die Rührelemente
können
zumindest teilweise hohl ausgeführt
sein, um den Rührer-Heizkanal
und/oder den Rührer-Kühlkanal
auszubilden. Besonders bevorzugt weist die Rührerwelle an einer Stelle oberhalb
der Kesselwand und an einer Stelle unterhalb der Kesselwand ein
Zulauf und/oder ein Ablauf auf, so dass es möglich ist den Rührer von
oben nach unten und/oder von unten nach oben mit einem Heizmedium
und/oder einem Kühlmedium
zu durchströmen.
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Besonders
bevorzugt weisen der Rühr-Heizkanal
und der Heizkanal ein gleiches Heizmedium auf. Zusätzlich oder
alternativ kann der Rühr-Kühlkanal
und der Kühlkanal
ein gleiches Kühlmedium
aufweisen. Dadurch ist es möglich
sowohl den Rühr-Heizkanal
als auch den Heizkanal von einer gemeinsamen Quelle aus mit dem
gleichen Heizmedium zu betreiben. Entsprechend kann sowohl der Rühr-Kühlkanal
als auch der Kühlkanal
aus derselben Quelle mit dem gleichen Kühlmedium betrieben werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Speisenzubereitung,
das insbesondere bei Großküchen angewendet
wird. Bei dem Verfahren wird ein Kochkessel verwendet, der wie vorstehend
beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Insbesondere bei
Großküchen, bei
denen Kochkessel mit einer Größe mit 40
bis 1000 Litern verwendet werden, kann durch die Verwendung des
vorstehend beschriebenen Kochkessels erreicht werden, dass die in
dem Kochvolumen vorgesehenen Speisen schnell geheizt und schnell
gekühlt
werden können.
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Vorzugsweise
wird mit dem Heizkanal geheizt und gleichzeitig mit dem Kühlkanal
gekühlt,
insbesondere zur Erhöhung
der Turbulenz im Kochvolumen. Durch die sich zwischen dem Kühlkanal
und dem Heizkanal ergebenen Temperaturunterschied wird eine natürliche Konvektion
innerhalb des Kochvolumens erreicht, die zu einer verbesserten Durchmischung
des Kochvolumens und zu einem schnelleren Wärmetransport zwischen dem Kochvolumen und
dem Heizkanal sowie Kühlkanal
führt.
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Besonders
bevorzugt werden die Kühlleistung
und Heizleistung des Kochkessels zur Erreichung einer definierten
Temperatur innerhalb des Kochvolumens aufeinander abgestimmt. Insbesondere
werden die Kühlleistungen
und die Heizleistung während
des Aufheizens und/oder während
des Abkühlens
variiert, um ein definiertes zeitabhängiges Temperaturprofil im
Kochprofil zu regeln. Dadurch ist es beispielsweise möglich je
nach Kochrezept für eine
bestimmte Speise die Temperatur im Kochvolumen entsprechend anzupassen.
Dadurch kann berücksichtigt
werden, dass während
des Kochvorgangs zu unterschiedlichen Zeitpunkten weitere Zutaten
in das Kochvolumen eingefüllt
werden, welche die Temperatur im Kochvolumen beeinflussen. Ferner
kann je nach Empfindlichkeit der Speisen im Kochvolumen ein Anbrennen
oder vergleichbare Qualitätseinbußen beim
Kochen vermieden werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
anhand bevorzugter Ausführungsbeispielen
exemplarisch erläutert:
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Kochkessels in einer ersten Ausführungsform,
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2 eine
schematische Schnittansicht eines Kochkessels in einer zweiten Ausführungsform,
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Kochkessels in einer dritten Ausführungsform,
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4 eine
schematische Schnittansicht einer Kesselwand in einer ersten Ausführungsform,
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5 eine
schematische Schnittansicht einer Kesselwand in einer zweiten Ausführungsform,
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6 eine
schematische Schnittansicht einer Kesselwand in einer dritten Ausführungsform,
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7 eine
schematische Schnittansicht einer Kesselwand in einer vierten Ausführungsform,
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8 eine
schematische Schnittansicht eines Kochkessels in einer vierten Ausführungsform und
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9 eine
schematische Schnittansicht des Kochkessels aus 8.
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Der
in 1 dargestellte Kochkessel 10 weist eine
Kesselwand 12 auf, durch die ein Kochvolumen 14 ausgebildet
wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die Kesselwand 12 eine Außenwand 16 und eine
Innenwand 18 auf, zwischen denen ein Hohlraum 20 ausgebildet
wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist in einem Bodenbereich 22 der Kesselwand 12 ein
Heizkanal 24 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
bildet der Heizkanal 24 gleichzeitig ein zum Kochvolumen 14 weisende
Bodenseite 26 der Kesselwand 12 aus. Ferner ist
ein Kühlkanal 28 vorgesehen
mit dessen Hilfe der Inhalt des Kochvolumens 14 schnell
gekühlt
werden kann. Es ist beispielsweise möglich, dass nur der Kühlkanal 28 in
einem Wandbereich 30 der Kesselwand 12 innerhalb
des Hohlraums 20 angeordnet ist (linke Seite). Ferner ist
es möglich,
dass mehrere Heizkanäle 24 und
mehrere Kühlkanäle 28 in
dem Hohlraum 20 alternierend angeordnet sind (rechte Seite).
Die Kesselwand 12 weist ferner Anschlüsse 32 zum Befüllen und/oder
Entleeren des Heizkanals 24 und/oder Kühlkanals 28 auf.
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Bei
dem in 2 dargestellten Kochkessel 10 ist im
Bodenbereich 22 ein Heizkanal 24 vorgesehen und
im Wandbereich 30 ein einzelner spiralförmiger Kühlkanal 28. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
weist der Kühlkanal 28 mehrere
Anschlüsse 32 auf,
die auf unterschiedlichen Höhen
angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Kühlmedium am unteren Anschluss 32 eingeleitet
werden und je nach Füllgrad
des Kochkessels 10 am mittleren Anschluss 32 oder
am oberen Anschluss 32 entnommen werden.
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Bei
dem in 3 dargestellten Kochkessel 10 sind im
Wandbereich 30 der Heizkanal 24 und der Kühlkanal 28 vorgesehen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind im Wandbereich 30 genau ein Heizkanal 24 und
genau ein Kühlkanal 28 vorgesehen,
die jeweils spiralförmig
ausgebildet sind und zueinander alternierend angeordnet sind.
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Bei
der in 4 dargestellten Kesselwand 12 ist mit
der Innenwand 18 ein Begrenzungselement 34 verbunden.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist das Begrenzungselement 34 mehrere rechtwinklig umgebogene
Blechelemente 36 auf, die an einer Seite mit der Innenwand 18 und einer
anderen Seite mit dem nächsten
Blechelement 36 über
eine Verbindungsnaht 38 verschweißt und/oder verlötet sein
können.
Zwischen der Innenwand 18 und dem Begrenzungselement 34 werden mehrere
Hohlräume
ausgebildet, welche als Heizkanal 24 und/oder als Kühlkanal 28 verwendet
werden können.
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Dass
Begrenzungselement kann auch als gefalztes Blech ausgeführt sein,
das ein im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist
(5). Ferner kann das Begrenzungselement 34 als
winkelförmiger
Blechstreifen (6) oder halbrunde Rohrschale
(7) ausgestaltet sein.
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Bei
dem in 8 dargestellten Kochkessel 10 ist in
dem Kochvolumen 14 ein Rührer 40 vorgesehen,
der über
einen Elektromotor 42 über
eine Rührerwelle 44 in
Drehung versetzt werden kann. Der Rührer 40 weist ein
oder mehrere Rührblätter 46 auf,
die jeweils ein Rühr-Heizkanal 48 und/oder
ein Rühr-Kühlkanal 50 aufweisen
können.
Die Rührerwelle 44 ist
insbesondere als Hohlwelle ausgeführt, um die Rühr-Heizkanäle 48 und/oder
die Rühr-Kühlkanäle mit einem Heizmedium bzw.
Kühlmedium
zu versorgen.
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Insbesondere
ist es möglich
die Reihenfolge der Rühr-Heizkanäle 48 und
der Rühr-Kühlkanäle 50 in radialer
Richtung bei verschiedenen Rührblättern 46 zu
variieren (9). Dadurch wird ein homogeneres
Heizen und/oder Kühlen
erreicht.