DE1910744B2 - Vorrichtung zum hitzebehandeln von lebensmitteln - Google Patents

Vorrichtung zum hitzebehandeln von lebensmitteln

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Description

Die Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung zur Behandlung von festen Materialien, insbesondere Lebensmittel wie Obst, Gemüse, Körner, gepackt oder in Behandlungsmedien, bei über- oder unteratmosphärischem Druck.
Obwohl im folgenden die Anwendung der Erfindung bei mit Überdruck arbeitenden Anlagen hervorgehoben wird, ist die Erfindung auch bei Anlagen anwendbar, die mit unteratmosphärischem Druck betrieben sind. Bei der Behandlung mannigfaltiger Waren ist es üblich, einen oder mehrere Behandlungsabschnitte unter Druck vorzunehmen. Typische Beispiele hierfür sind das Kochen von Kartoffeln oder Kornfrüchten, das Sterilisieren von eingedösten oder in anderer Weise verpackten Nahrungsmitteln usw. Wenn die Vorrichtung für die Behandlung unter Druck kontinuierlich arbeitet, ist es erforderlich, eine Einrichtung vorzusehen, die es ermöglicht, das Material ohne Druckverlust in die Druckzone und aus dieser heraus zu befördern. Unter den herkömmlichen Vorrichtungen für diesen Zweck sind Pumpen zu nennen. Pumpen aber sind in erster Linie zur Förderung von Flüssigkeiten oder Gemischen von Flüssigkeiten und höchstens kleinen Gegenständen, wie Getreidekörnern, geeignet. Die Anwendung von Pumpen bei großen und empfindlichen Gegenständen, beispielsweise Kunststoffbeuteln mit Lebensmitteln kommt nicht in Frage. Die Verwendung hoher Wassersäulen, sogenannter Barometersäulen, ist zwar möglich, jedoch sind diese sehr sperrig. Beispielsweise würden für eine Druckkammer mit einem Betriebsdruck von 0,7 atü zwei solche Flüssigkeitssäulen, eine für das Einbringen und eine für das Ausbringen des zu behandelnden Gutes, von je mindestens 7 m Höhe,
■> erforderlich. Druckschleusen gibt es zwar, sie haben jedcch den Nachteil, daß sie komplizierte und teure Mechanismen darstellen.
Aus der OE-PS ist eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art
ίο bekannt. Dort sind die Druckausgleichsvorrichtungen aufrechtstehende kommunizierende Gefäße, die· mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sind zum Einstellen der erforderlichen Drücke in den Behandlungskammern. Die in der Vorrichtung notwendige Transporteinrichtung weist endlose Förderketten auf, die mit Körben oder anderen Förderelementen und den dazu notwendigen Antriebsorganen versehen sind. Diese Vorrichtung erfordert viel Raum und ist wegen der besonderen Transporteinrichtung sehr störanfällig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die diese Schwierigkeiten beseitigt werden. Das System der Erfindung ermöglicht das Einbringen von Gütern in die Druckbzw. Vakuumzone und das Ausbringen derselben aus dieser nicht nur in wirksamer, sondern auch in schonender Weise, selbst dann, wenn es sich um empfindliche Güter, wie Beeren, Pfirsichspalten, anderes Obst und Gemüse und in Beutel oder Packungen aus Kunststoff, Folie od. dgl. abgepackte Güter handelt.
jo Außerdem ist das System gemäß der Erfindung von verhältnismäßig einfacher Bauweise und ermöglicht eine weit gedrungenere Anordnung.
Gelöst wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Zum technischen Fortschritt wird geltend gemacht:
Gemäß der Erfindung wird das Behandlungsgut lediglich dem Eingang einer Wendel zugeführt, die völlig selbsttätig als Druckausgleichsvorrichtung dient, da beim Drehen derselben das Behandlungsgut automatisch nachgefördert wird und sich aufgrund der Schwerkraft jeweils so weit im unteren Teil der Einzelwendeln anordnet, daß das Behandlungsgut selbst hierbei ab Sperrmedium dient und der Innendruck in der Behandlungskammer aufrechterhalten werden kann.
Zur Erfindungshöhe wird geltend gemacht:
Die Erfindung ist auch keineswegs nahegelegt, da die Entgegenhaltung auf zweierlei Weise völlig von der Erfindung abweicht: einerseits muß ein behandlungsgutfremdes Sperrmedium verwendet werden, das jeweils in die einzelnen Segmente der Druckausgleichsvorrichtung einzugießen ist. Andererseits muß eine zusätzliche durch sämtliche Segmente der Druckausgleichsvorrichtung mäanderförmig hindurchgeführte Förderanlage zur Verfügung gestellt werden, um das Behandlungsgut durch diese hindurch in die eigentliche Behandlungskammer zu förde-n.
Selbst wenn die Erfindung auf an sich bekannte Aggregate, nämlich wendelförmig verlaufende Rohrzüge, zurückgreift, kann die Erfindung nicht nahegelegt sein, da solche Aggregate seit Jahrzehnten bekannt sind, ohne für die Lösung der vorliegenden Aufgabe bisher verwendet worden zu sein. Außerdem erfüllen die Förderwendeln eine Doppelfunktion, nämlich nicht nur zum Befördern des Behandlungsgutes, sonderen auch zum Druckausgleichen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
F i g. 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig.2 ist eine Schemazeichnung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Rohrwendelpumpe;
Fig.3 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung der Auswahl der Kenngrößen des Rohrwendel- Pumpsystems für einen gegebenen Druck;
Fig.4 ist eine ausschnittsweise Darstellung zur Veranschaulichung einer abgewandelten Form der Vorrichtung gemäß F i g. 1 für den Vakuumbetrieb.
Die in d^f vorliegenden Beschreibung angeführten Drücke sind in Überdruckeinheiten (atü) ausgedrückt, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine mit 1 bezeichnete Rohrwendelpumpe als Beschickungspumpe, eine Behandlungskammer 2 und eine Rohrwendelpumpe 3 als Ausführpumpe auf.
Die Wendelrohrpumpe 1 weist eine um eine Trommel 5 tierum angebrachte Rohrwendel 4 auf. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Wendel 4 durch Wiedergabe einiger Windungen zur Veranschaulichung angedeutet. In der Praxis hängt die Zahl der Windungen jedoch von solchen Faktoren wie dem Wendeldurchmesser, den Druckbedingungen usw. in noch zu beschreibender Weise ab. In ähnlicher Weise gelten auch die Windungszahlen der Wendel 25 sowie der Wendel gemäß F i g. 2 lediglich als Beispiel.
An den Enden der Trommel 5 sind Zahnkränze 6 befestigt, die mit auf der Welle 8 aufgekeilten Zahnrädern 7 kämmen. Für den Antrieb der Welle 8 und somit den Drehantrieb der Wendel 4 in der durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung ist eine geeignete Antriebseinrichtung, beispielsweise ein elektrischer Regelmotor (nicht dargestellt) vorgesehen.
Der linke Teil der Wendel 4 ist durch das Lager 9 hindurchgetührt und ragt in den Trichter 10. Für die Aufnahme von Wasser und zu behandelndem Gut ist die Wendel 4 mit einem Ausschnitt und einer Guteinlaßöffnung 11 versehen. Das Ende der Wendel 4 ist mittels einer Kappe 12 abgeschlossen.
Zum Einbringen von Wasser und Gut im vorherbestimmten Verhältnis in die Wendel 4 über die Einlaßöffnung 11 sind Gutdosiervorrichtungen 13 bzw. 14 und Leitungen 15 bzw. 16 vorgesehen. Überschüssiges Material, das nicht in das Beschickungssystem eintritt, kann an einem Auslaßstützen 17 des Trichters 10 gesammelt und der Dosiervorrichtung wieder zugeführt werden. Natürlich braucht die Beschickungseinrichtung 16 nicht notwendigerweise in Form eines einfachen Leitungsrohres zu sein. Wenn es sich bei dem zu behandelnden Gut um abgepackte Nahrungs- oder Genußmittel handelt, kann diese Einrichtung vorzugsweise aus einem Förderband bestehen.
Da die Einlaßöffnung U ein Teil der Wendel 4 selbst ist, befindet sie sich bei jeder Umdrehung der Wendel 4 einmal in der in F i g. 1 gezeigten, nach oben gewendeten Stellung. Dies hat zur Folge, daß das Wasser und das Material in der Wendel 4 in Einzelportionen aufgenommen werden. Außerdem ist der Bereich der Einlaßöffnung 11 so bemessen, daß jede (aus Wasser und zu behandelndem Gut bestehende) Portion ein Volumen besitzt, das die Hälfte des Volumens einer Windung der Wendel 4 beträgt. Diese Begrenzung des Volumens der Einzelportionen und der Umstand, daß jede solche Portion von der nächsten durch ein gleich großes Volumen an Luft getrennt ist (die in die Wendel 4 eintritt, während sich die Einlaßöffnung in gegenüber der Beschickungsstellung verdrehten Stellungen befindet), bedeutet, daß bei Drehung der Wendel 4 diese Einzelportionen eine Reihe von hydrostatischen Säulen bilden und der entwickelte Gesamtdruck der Summe dieser Flüssigkeitssäulen
■3 gleich ist. Der Zustand, der in der Wendel 4 herrscht, ist in F i g. 2 veranschaulicht. Beispielsweise ist mit Hi der wirksame, in der dritten Windung rti der Wendel entwickelte Druck bezeichnet. Der entwickelte Gesamldruck entspricht der Summe der Einzeldrücke oder der
ίο hydrostatischen Säulen in den fünf Windungen /j|, n2, /Jj, nt, und /75. Da die Drehung kontinuierlich erfolgt, ergibt sich, daß bei einer Drehung der Wendel um 180° die in der Windung n5 befindliche Portion abgegeben wird, und daß bei Fortdauer der Drehbewegung um weitere 180° die Einzelportionen sich jeweils um eine Windung dem Austrittsende der Wendel nähern und eine neue Portion aus dem Eintrittsende in die erste Windung n\ eintritt.
Das Material und das Wasser werden mittels der Wendel 4 durch das gasdichte Lager 18 in die Behandlungskammer 2 eingeführt (F i g. 1).
Die Kammer 2 ist von druckfester Bauart und weist ein mit Mitnehmern besetztes Förderband 19 auf, das mittels Walzen 20 angetrieben ist. Diese Walzen sind ihrerseits mittels einer beliebigen geeigneten Einrichtung, beispielsweise mittels Wellen, angetrieben,, die über gasdichte Lagerungen nach außerhalb der Trommel 2 vorspringen.
Die Antriebseinrichtung ist mit derjenigen der
so Wendel 4 abgestimmt, so daß auf dem Förderband 19 das Gut mit der gleichen Geschwindigkeit vorwärts bewegt wird, wie durch die Wendel 4.
Zum Aufrechterhalten einer vorherbestimmten Temperatur in der Kammer 2 ist ein Wärmeaustauscher 21 vorgesehen. Durch den Wärmeaustauscher 21 wird über Leitungen 22 und 23 Dampf, Heißwasser od. dgl. umgewälzt. Beispielsweise wird zum Sterilisieren von nichtsauren Nahrungsmitteln in Kunststoffbeuteln die Kammer 2 auf einer Temperatur von ca. 115°C, entsprechend einem Druck von 0,7 atü, gehalten.
Die Kammer 2 ist ferner mit herkömmlichen Hilfseinrichtungen (nicht dargestellt) ausgestattet, zu denen ein Manometer, ein Auslaß für überschüssige Luft oder sonstige eingeschlossene Gase, eine Einrichtung zum Beseitigen von Kondensat usw. gehören.
Das aus der Wendel 4 in die Kammer 2 eintretende Gut wird auf dem Förderband i9 aufgenommen und von diesem durch die Kammer zur Wendel 25 der Rohrwendelpumpe 3 befördert. Die Kammer 2 ist bis zu dem durch die Linie 24 angedeuteten Niveau mit Wasser gefüllt, und dieser Flüssigkeitsspiegel wird aufrechterhalten, währnd Wasser durch die Beschikkungspumpe 1 zugeführt bzw. in gleichen Mengen mittels der Gutentnahmepumpe 3 ausgebracht wird.
Hier kann bemerkt werden, daß, obwohl bei dem System gemäß der Erfindung im allgemeinen Wasser als Trägerflüssigkeit verwendet wird, auch andere Flüssigkeiten in Frage kommen. Beispielsweise kann die Flüssigkeit, wenn diese mit der Fläche des Gutes selbst in Berührung gelangt, wie beim Braten von Kartoffelstücken, ein Glyceridöl oder -fett sein. Wenn die Flüssigkeit als Wärmeaustauschmedium verwendet weHen soll, wie beim Sterilisieren von eingedösten Nahrungs- oder Genußmitteln, kann sie eine genießbare oder ungenießbare hochsiedende Flüssigkeit, beispielsweise Glykol, Glycerin, Silikonöl, Kohlenwasserstofföl usw. sein. Für solche Anwendungsfälle wie für das Imprägnieren von Obstschnitten kann die Flüssigkeit
ein Zuckersirup, ein Fruchtsaft, ein Fruchtsaftkonzentrat od. dgl. sein.
Die Rohrwendelpumpe 3, die die Entnahmepumpe bildet, weist eine Rohrwendel 25 auf, die um eine Trommel 26 gewickelt ist und die, wie die Wendel 4 zeitlich auf die Drehung der Wendel 4 abgestimmt, über einen Zahnkranz und ein Zahnrad angetrieben ist. Die Wendel 25 weist eine Einlaßöffnung 30 auf, die in gleicher Weise arbeitet wie die Einlaßöffnung 11 der Wendel 4 und wie diese das Wasser und das behandelte Gut portionsweise aufnimmt. Die Drehung der Wendel 25 hat die gleiche Wirkung, die im Zusammenhang mit der Wendel 4 oben beschrieben wurde, nur daß nun das Wasser und das behandelte Gut aus der Kammer 2 ausgebracht werden und durch das offene Ende 27 der Wendel 25 austreten. Es ist ersichtlich, daß die Gutentnahmepumpe 3 ebenfalls als Abdichtung wirkt, die ein Absinken des in der Kammer 2 herrschenden Druckes verhindert.
Die Kammer 2 ist vorzugsweise mit einem Dampfeinlaßrohr 28 und einem Ventil 29 ausgestattet. Mit diesen Einrichtungen kann bei Betriebsbeginn in die Kammer 2 Dampf eingelassen werden und der Druck auf den gewünschten Wert gebracht werden. Auch während des Betriebes kann das Ventil 29 mittels eines herkömmlichen Druckfühlers gesteuert sein und einen gleichmäßigen Druck in der Kammer 2 aufrechterhalten, d. h. etwaige Druckschwankungen ausgleichen, die durch das Einbringen der Einzelportionen in die Kammer mittels der Rohrwendel 4 auftreten.
Die Wendeln 4 und 25 sind aus Rohrmaterial von rundem oder Kreisquerschnitt gebildet. Sie können jedoch von elliptischem, rechteckigem oder sonstigem Querschnitt sein, der sich für die Beförderung des betreffenden Gutes eignet. Die Wendeln können außerdem ummantelt oder mit Einrichtungen zum Erhitzen oder Kühlen des durch die Wendeln hindurchgeführten Materials ausgestattet sein.
Fig.3 zeigt, wie die Kenngrößen des Rohrwendelpumpsystems zur Erzielung eines gewünschten Druckes auszuwählen sind. Die Figur zeigt sieben getrennte Kurven, die je einem bestimmten Wendeldurchmesser D, gemessen in Metern, entsprechen. Der Wendeldurchmesser ist dabei der Durchmesser der Wendel als Einheit, nicht zu verwechseln mit dem Durchmesser des Rohrmaterials, aus dem die Wendel hergestellt ist.
Die Figur zeigt beispielsweise, daß, wenn ein Wendeldurchmesser von 0,3 m gewählt wird, zur Erzeugung eines Druckes von 9,1 m Wassersäule 40 Windungen benötigt werden. Andererseits kann der gleiche Druck bei einem Wendeldurchmesser von 1,5 m mit nur 8 Windungen erzielt werden.
Es ist wichtig zu bemerken, daß weder die Drehzahl der Wendel noch der Durchmesser des Rohrmaterials, aus dem die Wendel hergestellt ist, bei der Druckerzeugung irgendeine Rolle spielen. Diese Größen beeinflussen nur den Druchsatz durch das System. ]c größer der Durchmesser des Rohrmaterials und je höher die Drehzahl ist, um so höher ist auch der Durchsatz durch das System. Es ist auch einleuchtend, daß der Durchmesser des Rohrmaterials für den leichten Durchtritt des jeweiligen zu behandelnden Gutes ausreichend groß gewählt werden muß.
Beim Auslegen der ganzen Anlage werden eine Bcschickungswendcl und eine Gutentnahmewendel verwendet, deren jede den gleichen Druck liefert. Wenn also die Bchundhingskninmer 2 beispielsweise mit α atü betrieben wird, müssen die Kenngrößen für die Wendeln 4 und 25 so gewählt sein, daß sie einem Druck von χ atü entsprechen, obwohl in dem Gesamtsystem nur die Wendel 4 zur Druckerzeugung verwendet wird während die Wendel 24 lediglich dem Druck Widerstand leistet (d. h. den Druckverlust am Austrittsende des Systems verhindert).
Für die Ermittlung von Kenngrößen, die in F i g. 3 nicht enthalten sind, kann folgende Formel angewendet werden:
P- =
· P0
Darin sind:
Pn der von der Wendel entwickelte Druck in m Flüssigkeitssäule,
R der Radius der Wendel in m, :u η die Zahl der Windungen der Wendel, P0 der (absolute) Druck am Eintrittsende der
Wendel in m Flüssigkeitssäule, Pn-1 der in der π-1-ten-Windung entwickelte Druck in m Flüssigkeitssäule.
Der letztere Wert wird dadurch ermittelt, daß die verschiedenen Werte für Pi, P2, P3 usw. nacheinandei ermittelt werden, bis man bei der Summe angelangt ist. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann bei aller
jo Arten von Behandlungsverfahren Anwendung finden bei denen ein Gut unter über- bzw. unteratmosphärischen Drücken behandelt werden soll. Typische Beispiele für die Behandlung bei überatmosphärischem Druck sind das Kochen und Blanchieren von Lebensmit-
υ teln, das Sterilisieren von abgepackten Lebensmitteln usw. Typisch für Behandlungen unter unteratmosphärischem Druck sind das Durchtränken von Obstschnitter oder Spalten mit Zuckersirup oder anderen Flüssigkeiten, die Süßmittel, Würzmittel, Konservierungsmittel u.dgl. enthalten; das Entgasen von Obstscheiben und -spalten oder anderen Nahrungsmitteln vor dem Verpacken; das Tränken von Bohnen, Getreide oder anderen Nahrungsmitteln mit Lösungen, die Konservierungsmittel, Erweichungsmittel od. dgl. enthalten. Es isl offensichtlich, daß, wenn die Behandlung es erfordert daß die Nahrungsmittel mit Sirup oder anderer Flüssigkeiten zur Berührung gebracht werden, wie oben erwähnt, solche Flüssigkeiten auch als Trägerflüssigkeit anstelle von Wasser, wie oben im Zusammenhang mit der Beschreibung zu F i g. 1 erwähnt, verwendet werden können.
F i g. 4 zeigt eine Anwandlung der Erfindung für den Betrieb bei unteratmosphärischem Druck. Die Vorrichtung gleicht der gemäß Fig. 1 mit folgender Abwei-
■>5 ellung:
Der Dampfeinlaß 21 und das Ventil 29 sind durch eine Leitung 31 ersetzt, die an einer herkömmlichen Vakuumpumpe 32 angeschlossen ist. Bei Betriebsbeginn wird die Vakuumpumpe 32 in Betrieb gesetzt und der
ho Druck in der Kammer 2 auf das gewünschte Niveau gesenkt. Während des Betriebes wird die Vakuumpumpe nach Bedarf zum Entfernen von Luft und möglicherweise in die Kammer 2 eintretenden sonstigen Gasen und zum Einhalten des gewählten Wertes des
hri Vakuums betrieben. Bei solchem Vakuumbetrieb sind die Wendeln 4 und 25 so konstruiert und arbeiten so, wie dies im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach F i g. 1 oben beschrieben wurde. Auch bei der Wahl der
Kenngrößen der Wendeln gelten die gleichen Grundsätze. Wenn beispielsweise die Kammer 2 bei einer halben Atmosphäre betrieben werden soll, werden die Kenngrößen der Wendeln 4 und 25 so gewählt, daß jede fähig ist, eine halbe Atmosphäre, oder in anderen Worten einen Druck von ca. 5 m Wassersäule, zu liefern. Es ist auch offensichtlich, daß beim Betrieb im Vakuumsystem die Wendel 4 dem Druck Widerstand leistet, während die Wendel 25 zur Druckerzeugung herangezogen wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Hitzebehandeln von Lebensmitteln, mit einer unter Über- oder Unterdruck setzbaren Behandlungskammer und mit je einer der Behandlungskammer vor- und nachgeschalteten Druckausgleichsvorrichtung, die sektionsweise den Druck in der Behandlungskammer an den Außendruck angleicht, indem untere Teile der Sektionen mit einem Sperrmedium gefüllt sind, und durch die das Behandlungsgut mittels einer Transporteinrichtung von einer Eingangsstelle am Anfang der vorgeschalteten bis zu einer Ausgangsstelle am Ende der nachgeschalteten Druckausgleichsvorrichtung hindurchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsvorrichtungen als drehbare Förderwendeln (4,25) ausgebildet sind und als Transporteinrichtungen für das Behandlungsgut dienen, welches das Sperrmedium bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderwendeln (4,25) aus um eine Trommel (5, 26) gewickelten Rohren bestehen und daß die Trommeln (5, 26) mit Zahnkränzen (6) versehen sind, an denen der Wendelantrieb angreift.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Förderwendeln (4, 25) durch die Lager (9, 18) der Trommeln (5, 26) hindurchgeführt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das Lager (9, 18) hindurchgeführte Rohrende stirnseitig mit einer Kappe (12) verschlossen ist und am Umfang einen Ausschnitt aufweist, der als Einlaßöffnung (11) für das Behandlungsgut dient.
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