DE102013212115A1 - A method for cooling thermally treated cargo or containers and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen von thermisch behandeltem Stückgut oder Gebinden mit folgenden Schritten: – Das Stückgut bzw. die Gebinde werden in eine Kammer eingebracht und dort einer thermischen Behandlung unterzogen – nach der thermischen Behandlung erfolgt in der Kammer eine Abkühlung, bei dem die Abkühlung des Stückguts bzw. der Gebinde trocken erfolgt, wobei das Stückgut bzw. die Gebinde direkt oder mittelbar mit flüssigem CO2 besprüht werden.The invention relates to a method for cooling thermally treated general cargo or containers with the following steps: The piece goods or the containers are introduced into a chamber and there subjected to a thermal treatment - after the thermal treatment takes place in the chamber, a cooling, in which the Cooling of the piece goods or the container takes place dry, whereby the general cargo or the containers are sprayed directly or indirectly with liquid CO2.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von thermisch behandeltem Stückgut oder Gebinden. Dabei wird das Stückgut bzw. die Gebinde (Produkte) in eine Kammer eingebracht und dort einer thermischen Behandlung unterzogen. Nach der thermischen Behandlung erfolgt in der Kammer eine Kühlung. The invention relates to a method for cooling thermally treated general cargo or containers. Here, the cargo or the container (products) is introduced into a chamber and subjected there to a thermal treatment. After the thermal treatment, cooling takes place in the chamber.
In der industriellen Produktion, z. B. für Werkstoffe aber auch zur Herstellung von Verbundglasscheiben sowie für die Forschung und für die Produktion von Lebensmitteln sowie im medizinischen und biologischen Bereich sind thermische Behandlungen, insbesondere Autoklavierverfahren, bekannt.In industrial production, eg. As for materials but also for the production of laminated glass as well as for research and for the production of food and in the medical and biological fields are thermal treatments, especially autoclaving known.
Weitere thermische Verfahren sind insbesondere Verfahren zum Sterilisieren oder Pasteurisieren, aber auch thermische Härteverfahren etc. Bei diesen Verfahren wird ein bestimmtes Temperatur-/ Zeitprofil sowie je nach Verfahren ein Temperatur-Zeit- und Druckprofil gefahren, dem die zu behandelnden Produkte unterzogen werden.Further thermal processes are in particular processes for sterilization or pasteurization, but also thermal curing processes etc. In these processes, a specific temperature / time profile and, depending on the process, a temperature-time and pressure profile are run, to which the products to be treated are subjected.
Bei einer Reihe von Verfahren, insbesondere beim Autoklavieren, erfolgt eine thermische Behandlung nicht in einer kontinuierlichen, sondern einer Batcharbeitsweise.In a number of processes, especially in autoclaving, a thermal treatment is carried out not in a continuous, but a batch mode.
Bei der Batcharbeitsweise ist dabei grundsätzlich die begrenzte Kapazität sowie der Zeitverlust durch das Aufheizen und Abkühlen sowie das neue Beladen und Entladen der Kammer in der die thermische Behandlung erfolgt, nachteilig.In the batch mode, the limited capacity and the loss of time due to the heating and cooling and the new loading and unloading of the chamber in which the thermal treatment takes place are disadvantageous.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Kühlen von thermisch zu behandelnden Gütern bekannt.Various methods for cooling goods to be thermally treated are known in the prior art.
So erfolgt beispielsweise bei der Verwendung von Vollwasserautoklaven zur thermischen Behandlung eine Kühlung entweder über das Herunterkühlen des Autoklavenwassers mit einem externen Wärmeübertrager oder über den Austausch des Autoklavenwassers gegen kaltes Wasser. Thus, for example, when using full-water autoclaves for thermal treatment, cooling takes place either by cooling down the autoclave water with an external heat exchanger or by exchanging the autoclave water for cold water.
Bei der Verwendung von Berieselungsautoklaven und Dampf/Luftautoklaven zur thermischen Behandlung erfolgt die Kühlung über das Berieseln der eingebrachten Waren mit kaltem Wasser.When using sprinkler autoclaves and steam / air autoclaves for thermal treatment, the cooling takes place via the sprinkling of the introduced goods with cold water.
Insbesondere sofern Lebensmittel als thermisch zu behandelnde Güter eingebracht werden, kann es notwendig sein, das Lebensmittel in verpackter Form einzubringen, da das Berieseln mit Wasser zu einem Auswaschen von Nährstoffen, aber auch Geschmacksstoffen, führen kann.In particular, if food is introduced as thermally treated goods, it may be necessary to bring the food in packaged form, since the sprinkling with water can lead to a leaching of nutrients, but also flavors.
Darüber hinaus ist ein Kühlverfahren, z. B. bei medizinischen Produkten, bekannt, bei dem eine trockene Kühlung in Form einer indirekten Luftkühlung im Zusammenspiel mit einem externen Wärmetauscher erfolgt. Dabei wird die Luft aus dem Innenraum eines Autoklaven mittels Ventilator abgezogen und durch einen Wärmeübertrager geführt. Hierbei kann es sich zum Beispiel um einen Platten- oder Rohrbündelwärmeübertrager handeln. Die Sekundärseite des Wärmeübertragers wird entweder mittels Wasser/Sole oder Kühlmittel gekühlt. Die so abgekühlte Luft wird dann wieder dem Autoklaven zugeführt.In addition, a cooling method, for. As in medical products, known in which a dry cooling takes place in the form of an indirect air cooling in interaction with an external heat exchanger. The air is withdrawn from the interior of an autoclave by means of a fan and passed through a heat exchanger. This may be, for example, a plate or tube bundle heat exchanger. The secondary side of the heat exchanger is cooled by either water / brine or coolant. The thus cooled air is then returned to the autoclave.
Grundsätzlich ist es dabei aufgrund der ohnehin bestehenden Zeitverluste eines Batchverfahrens gegenüber einem kontinuierlichen Verfahren wünschenswert, die Abkühlphase bei einem thermischen Verfahren so kurz wie möglich zu gestalten. Die oben beschriebene trockene Kühlung mittels indirekter Luftkühlung ist vergleichsweise langsam. Darüber hinaus werden dabei separate Kühlvorrichtungen und externe Wärmeübertrager benötigt.Basically, it is desirable because of the already existing time losses of a batch process over a continuous process to make the cooling phase in a thermal process as short as possible. The above-described dry cooling by means of indirect air cooling is comparatively slow. In addition, separate cooling devices and external heat exchangers are needed.
Insbesondere sofern es sich um Lebensmittel als zu kühlende Güter handelt, sollen keine toxischen bzw. nachteiligen Kühlmittel mit dem Produkt in Kontakt kommen und die Kontaminationsgefahr so gering wie möglich gehalten werden. Eine solche ist zum Beispiel bei Einsprühen mit Wasser nicht auszuschließen. Insbesondere kann es bei einem Berieseln oder Besprühen mit Wasser zu einer Korrosion oder Verkalkung innerhalb der Kammer, in der das thermische Verfahren durchgeführt wird, kommen, was zu Standzeiten derselben führen kann. In particular, in the case of foodstuffs as goods to be cooled, no toxic or disadvantageous refrigerants should come into contact with the product and the risk of contamination should be kept as low as possible. This can not be ruled out, for example, when sprayed with water. In particular, sprinkling or spraying with water can lead to corrosion or calcification within the chamber in which the thermal process is carried out, which can lead to service lives of the same.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kühlen von thermisch behandeltem Stückgut oder Gebinden bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile reduziert oder vermeidet.It is therefore an object of the present invention to provide a method for cooling thermally treated piece goods or containers, which reduces or avoids the disadvantages mentioned above.
Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11.The invention is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 11.
Da ist vorgesehen, dass nach der thermischen Behandlung in der Kammer eine Abkühlung dadurch erfolgt, dass das Stückgut bzw. das Gebinde trocken gekühlt wird, wobei das Stückgut bzw. die Gebinde direkt oder indirekt mit flüssigem CO2 besprüht werden. Bei einem mittelbaren bzw. indirekten Besprühen des Stückguts bzw. des Gebindes wird das flüssige CO2 in die Kammer eingesprüht, ohne zielgerichtet auf das Stückgut oder die Gebinde aufgesprüht zu werden. Das Kohlendioxid verdampft dabei und kühlt dadurch den Kammerinnenraum sowie die Produkte.Since it is provided that after the thermal treatment in the chamber cooling takes place in that the cargo or the container is cooled dry, the cargo or the containers are sprayed directly or indirectly with liquid CO 2 . In indirect or indirect spraying of the piece goods or the container, the liquid CO 2 is sprayed into the chamber without being targeted sprayed on the cargo or the container. The carbon dioxide evaporates thereby cooling the chamber interior and the products.
Auf diese Weise kann eine Abkühlung bis nah an null Grad Celsius oder sogar darunter erreicht werden und zugleich können Korrosionsschäden an der Kammer, insbesondere am Autoklaven verhindert werden, wobei gleichzeitig eine schnelle Abkühlung, d. h. schnellere Prozesszeiten, für einen Batchprozess erreicht werden können als dies mit einer indirekten Luftkühlung möglich ist. Ein Auswaschen von Nähr- oder Geschmacksstoffen aus Lebensmitteln wird sicher verhindert, sofern Lebensmittel dem thermischen Prozess zugeführt werden.In this way, a cooling to close to zero degrees Celsius or even reached below And at the same time corrosion damage to the chamber, in particular the autoclave can be prevented, at the same time a rapid cooling, ie faster process times can be achieved for a batch process than is possible with an indirect air cooling. Leaching of nutrients or flavorings from food is safely prevented if food is supplied to the thermal process.
Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das vorliegende Verfahren bei Lebensmitteln angewandt werden soll.It is particularly preferred that the present method should be applied to food.
Die Kammer kann dabei vorzugsweise verschließbar und das Verfahren als Batchverfahren durchgeführt werden.The chamber can preferably be closed and the process can be carried out as a batch process.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass es sich bei dem thermischen Verfahren um ein solches handelt, bei dem ein Autoklave, vorzugsweise ein Dampf/Luftautoklave vorgesehen ist. In this case, it is provided in particular that the thermal method is one in which an autoclave, preferably a steam / air autoclave, is provided.
Neben dem Autoklavierverfahren kann das Verfahren auch bei weiteren thermischen Verfahren wie einer Sterilisation und / oder einer Pasteurisation etc. eingesetzt werden.In addition to the autoclaving method, the method can also be used in other thermal processes such as sterilization and / or pasteurization, etc.
Sofern ein Autoklavierverfahren als thermisches Verfahren zugrunde liegt, wird der Autoklave in vorgegebener Weise entlüftet, mit Sattdampf gefüllt und auf eine vorgegebene Temperatur gebracht (Aufheizphase). Das Stückgut bzw. die Gebinde werden in dem Autoklaven über eine vorgegebene Zeit (Haltephase) einem bestimmten Druck oder einer bestimmten Temperatur ausgesetzt und danach wird das vorbeschriebene Kühlverfahren durchgeführt.If an autoclaving process is used as the thermal process, the autoclave is vented in a predetermined manner, filled with saturated steam and brought to a predetermined temperature (heating phase). The piece goods or the containers are exposed in the autoclave over a predetermined time (holding phase) a certain pressure or a certain temperature and then the above-described cooling method is performed.
Wenn die Stückgüter unverpackt in die Kammer eingebracht werden, ist dies besonders bevorzugt. Alternativ können das Stückgut sowie die Gebinde jedoch in sterilisierbaren, bzw. autoklavierbaren Verpackungen oder sonstigen Verpackungen, die zur jeweiligen thermischen Behandlung geeignet sind, in die Kammer eingebracht werden.If the piece goods are introduced unpacked into the chamber, this is particularly preferred. Alternatively, however, the packaged goods and the packs can be introduced into the chamber in sterilizable or autoclavable packagings or other packagings which are suitable for the respective thermal treatment.
Bei einer bisher verwendeten Berieselung mit kaltem Wasser zur Verhinderung beispielsweise des Auswaschens von Nähr- und Geschmacksstoffen aus Lebensmitteln war es zum Teil notwendig, eine Verpackung der Lebensmittel vorzusehen, die zugleich sterilisierbar ausgebildet sein musste, um einen direkten Kontakt zwischen Lebensmitteln und Flüssigkeit zu verhindern. Aufgrund des Wärmeübergangs von der Umgebung im Autoklaven auf das zu behandelnde Gut bei einem Autoklavierprozess sowie der Sterilisierbarkeit und den Einbringmöglichkeiten in den Autoklaven waren jedoch nur geringe Gebindegrößen möglich. Mit dem vorliegenden Verfahren gemäß der Erfindung können nun Lebensmittel stets unverpackt sterilisiert werden, wobei dies auch für weitere Stückgüter gilt, so dass dann im Anschluss an den Sterilisierprozess bzw. allgemein an den thermischen Behandlungsprozess eine Verpackung in beliebige Gebindegrößen, insbesondere Großgebinde, wie sie insbesondere auch für industriell weiterverarbeitbare Produkte oder Stückgüter, vorzugsweise Lebensmittel, vorteilhaft sind, erfolgen kann.In a previously used Sprühlung with cold water to prevent, for example, the washing out of nutrients and flavorings from food, it was sometimes necessary to provide a package of food, which had to be made sterilizable at the same time to prevent direct contact between food and liquid. Due to the heat transfer from the environment in the autoclave to the material to be treated in an autoclaving process as well as the sterilizability and the Einbringmöglichkeiten in the autoclave, however, only small container sizes were possible. With the present method according to the invention, foods can now always be sterilized unpacked, this also applies to other piece goods, so that then following the sterilization process or generally to the thermal treatment process, a package in any container sizes, especially large containers, as in particular also for industrially processed products or general cargo, preferably food, are advantageous, can take place.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abkühltemperatur möglichst nah bei null Grad Celsius liegt, aber insbesondere im Bereich von < 30 Grad Celsius, vorzugsweise < 20 Grad Celsius, und insbesondere im Bereich von 2 Grad Celsius bis 7 Grad Celsius. Grundsätzlich können aber auch Temperaturen unter 0° C als Abkühltemperatur realisiert werden.It is particularly advantageous if the cooling temperature is as close as possible to zero degrees Celsius, but especially in the range of <30 degrees Celsius, preferably <20 degrees Celsius, and especially in the range of 2 degrees Celsius to 7 degrees Celsius. In principle, however, temperatures below 0 ° C can be realized as a cooling temperature.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass bei der Behandlung von Lebensmitteln, insbesondere in einem Autoklaven in der Sterilisationsphase Temperaturen zwischen 106 Grad Celsius bis rund 121 Grad Celsius verwendet werden. Die Haltezeit kann dabei zwischen 15 und 90 Minuten liegen, und der Druck kann zwischen 1,5 Bar und 3,5 Bar (Überdruck) eingestellt werden.In particular, it may be provided that in the treatment of foods, in particular in an autoclave in the sterilization phase temperatures between 106 degrees Celsius be used to about 121 degrees Celsius. The hold time can be between 15 and 90 minutes, and the pressure can be set between 1.5 bar and 3.5 bar (overpressure).
In der Kühlphase kann die Temperatur von über 100 Grad Celsius bis auf 30 Grad Celsius innerhalb von 10 Minuten heruntergekühlt werden.In the cooling phase, the temperature can be cooled down from over 100 degrees Celsius down to 30 degrees Celsius within 10 minutes.
Dabei werden als Berieselungsmengen ca. 2 Kilogramm CO2 pro Kilogramm zu kühlendem Stückgut bzw. Gebindengewicht eingesetzt. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von Lebensmitteln als Stückgut. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, lediglich 0,8 bis 1 Kilogramm CO2 pro Kilogramm Stückgut oder Gebinde, insbesondere Lebensmittel in Stückgutform, einzusetzen.Approximately 2 kilograms of CO 2 per kilogram of cool cargo or container weight are used as sprinkling amounts. This is especially true when using food as general cargo. However, it can also be provided to use only 0.8 to 1 kilogram of CO 2 per kilogram of cargo or container, in particular food in Stückgutform.
Die einzusetzende Menge ergibt sich dabei abhängig von Volumen- und Oberflächenverhältnissen, Schüttdichten sowie Wassergehalte der zu kühlenden und thermisch behandelten Waren. The amount to be used depends on the volume and surface conditions, bulk densities and water contents of the goods to be cooled and thermally treated.
Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, verschiedene Abkühlverfahren miteinander zu kombinieren. So kann beispielsweise vorgesehen sein, eine Abkühlung mittels dem Berieseln durch Wasser, wobei das Wasser vorzugsweise dicht an einem vorgesehenen Ventilator eingesprüht werden kann mit einer Abkühlung wie vorstehend mittels CO2 beschrieben ist zu kombinieren. So kann besonders bevorzugt eine Abkühlung in der ersten Phase von 100°C bis ca. 30°C über das Wasser erfolgen und eine spätere Abkühlung von 30°C auf zum Beispiel 10°C oder in den Bereich von 0°C mittels dem Einsatz von CO2. In addition, it can also be provided to combine different cooling methods with each other. Thus, for example, be provided, a cooling by sprinkling through water, the water can preferably be sprayed close to a designated fan with a cooling as described above by means of CO 2 to combine. Thus, cooling in the first phase from 100 ° C. to about 30 ° C. above the water is particularly preferred, and subsequent cooling from 30 ° C. to, for example, 10 ° C. or into the range of 0 ° C. by means of the use of CO 2 .
Weiter bevorzugt erfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Stückgut bzw. Gebinden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, das vorstehend beschrieben ist, umfassend eine Kammer mit einer Regelung und/oder Steuerung zur Bestimmung, zur Regelung und/oder Steuerung eines Temperatur- und/oder Druckverlaufs über eine vorgegebene Zeit, wobei Auslassventile für flüssiges CO2 vorgesehen sind, über die nach der thermischen Behandlung in einem Abkühlprozess die in der Kammer befindlichen Stückgüter bzw. Gebinde mit flüssigem CO2 direkt oder indirekt besprühbar und hierdurch kühlbar sind.More preferably, the invention covers a device for the thermal treatment of general cargo or containers, in particular for carrying out the method described above, comprising a chamber with a control and / or control for determining, for controlling and / or controlling a temperature and / or pressure curve over a predetermined time, with outlet valves for liquid CO 2 are provided, over which after the thermal treatment in a cooling process the piece goods or containers in the chamber with liquid CO 2 directly or indirectly besprühbar and thereby be cooled.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Auslassventile in unmittelbarer räumlicher Nähe zu den zu kühlenden Lebensmitteln vorgesehen sind, und weiterhin kann ein Ventilator zur Verteilung des CO2 sowie zum Ausgleich der Temperatur des Temperaturprofils vorgesehen sein. Ebenfalls vorgesehen ist ein geregeltes Entlüftungsventil, welches einen plötzlichen Druckanstieg ausgleicht. Unter Gesichtspunkten der Sicherheitstechnik kann darüber hinaus ein Überdruckventil vorgesehen sein.Furthermore, it can be provided that exhaust valves are provided in close proximity to the food to be cooled, and further, a fan for distributing the CO 2 and to compensate for the temperature of the temperature profile can be provided. Also provided is a controlled vent valve which compensates for a sudden increase in pressure. From the point of view of safety technology, a pressure relief valve can be provided beyond.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, in der Vorrichtung Mittel zum Einbringen von Wasser, insbesondere zum Einsprühen von Wasser nah am Ventilator vorzusehen.In addition, it can be provided to provide in the device means for introducing water, in particular for spraying water close to the fan.
Insbesondere kann ein späteres Verpacken in sogenannte Großgebinde erfolgen.In particular, a later packaging can be done in so-called large container.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den übrigen Anmeldeunterlagen. Die Merkmale sind dabei in beliebiger Kombination Gegenstand der Erfindung. Further advantages and features emerge from the other registration documents. The features are in any combination subject of the invention.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt die einzige Figur einen Autoklaven, der mit dem Bezugszeichen
Zudem sind ein Überdruckablassventil
In der Kühlphase wird nun CO2 über Ventile
Zur Verteilung des CO2 und zur zusätzlichen Kühlung ist ein Ventilator
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- 2013-06-25 DE DE102013212115.6A patent/DE102013212115A1/en not_active Ceased
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