DE19702674C2 - Vorrichtung zur Abkühlung von Produkten, die flüchtige Komponenten, insbesondere Wasser enthalten, durch beschleunigte Abkühlung mittels Vakuum - Google Patents

Vorrichtung zur Abkühlung von Produkten, die flüchtige Komponenten, insbesondere Wasser enthalten, durch beschleunigte Abkühlung mittels Vakuum

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannt ist, daß das Verdunsten von Wasser einen erheblichen Energieaufwand erfordert, und daß ein Körper aus dem Wasser verdunsted, und dem diese Energie nicht wieder zugeführt wird, abkühlt. Bekannt ist weiterhin, daß die Verdunstung von Wasser aus einem Körper bei einem geringeren Temperaturniveau mit gleicher Geschwindigkeit abläuft, wenn der Gesamtdruck der Umgebung entsprechend gesenkt wird. Weiterhin ist als bekannt vorauszusetzen, daß der Druck einer Atmosphäre aus reinem Wasserdampf durch die kälteste Stelle der Wand eines umgebenden Gehäuses determiniert ist, wenn sich das System in stationärem Gleichgewicht befindet.
Die genannten Tatsachen werden insbesondere in dem europäischen Patent EP 0535291 B1 zum Trocknen von Leder im Vakuum sowie in dem im Patent DE 26 57 041 A1 beschriebenen Vakuum-Trockner und anderen bereits angewendet. Auch der Einsatz der Kondensation zur Vakuumerzeugung wird u. a. im amerikanischen Patent US 3224109 A erwähnt.
Neu ist die Anwendung der eingangs erwähnten physikalischen Prinzipien zum Kühlen von Lebensmitteln, insbesondere Brot, mit einer gleichzeitig möglichen Regulierung der Endfeuchte des Produktes.
Bekannt ist weiterhin ein mechanischer Transport durch eine Vakuumkammer mittels eines selbstdichtenden Gurtsystems gemäß EP 0535291 B1.
Neu ist der Transport des Gutes durch ein differentielles Vakuum (Druckzonen mit fallendem Druck), durch die Förderkörbe mittels der Druckdifferenzen hindurchgesaugt werden.
Neu ist weiterhin, daß nur in der ersten Druckzone die im System vorhandene Luft mittels einer elektromechanischen Vakuumpumpe entfernt wird, während in den weiteren Druckzonen der gewünschte Druck durch Kondensation von Wasserdampf an geregelt temperierten Oberflächen eingestellt wird.
Der natürliche Kühlprozeß durch Verdampfen eines Teils des im Produkt enthaltenen Wasser oder eines anderen flüchtigen Stoffes wird beschleunigt, indem Luft kontrollierbar abgesaugt wird und sich im dabei entstehenden Vakuum eine Atmosphäre aus (Wasser-)Dampf bildet, deren Druck eine Funktion der Kühlfluidtemperatur im jeweiligen Segment der Kondensationseinrichtung nach Anspruch 2 ist. Je nach Systemauslegung und Art des Gutes kann so eine erhebliche Verringerung der Kühldauer beispielsweise um rund den Faktor 10 erreicht werden.
Vorrichtung
Die zu kühlenden Güter werden in spezielle Behälter nach Anspruch 1 (Abb. 2) gege­ ben, die die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 (Abb. 1) wie Rohrpost­ kapseln durchlaufen und durch den anliegenden Unterdruck gefördert werden. Die Beschic­ kung der Transportkörbe nach Anspruch 1 kann automatisiert sein. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 (Abb. 1) ist gekennzeichnet durch eine geeignete Anzahl von Druckstufen. Jede Druckstufe besitzt ein Kondensationssegment nach Anspruch 2, das auch für mehrere Stränge von Vorrichtungen nach Anspruch 1 ausgelegt sein kann, für den aus dem Gut zu entfernenden Dampf. Dampf, der nicht in der Kondensationseinrichtung nach Anspruch 2 kondensiert wurde, kann durch den optionalen Verdichter (11) verdichtet und mit dem Kondensator (12) bei höherem Temperaturniveau auskondensiert werden. Die Vakuum­ pumpe (13) dient zum Entfernen der beim Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1 nach­ strömenden Luft sowie zum Beseitigen von Restluft. Vakuumpumpe (10) dient zur Aufrechterhaltung des differentiellen Vakuums sowie zur Förderung des Kondensats bei Einsatz eines Kompaktkodensators nach Anspruch 3 (Abb. 3).
In der Ausschleusungsstufe der Vorrichtung nach Anspruch 1 werden die Kolben (2) gegen den Atmosphärendruck mittels der Vorrichtung nach Anspruch 6 herausgezogen (5) und durch kontrollierten Eintritt von Luft oder Inertgas auf Normaldruck gebracht. Das zum Belüf­ ten eingesetzte Gas kann gemäß Anspruch 12 bei Bedarf keimfrei gefiltert sein. Anschlie­ ßend wird das Gut aus den an die Kolben angehängten Förderkörben entnommen und diese werden zur Neubefüllung an den Eingang der Vorrichtung nach Anspruch 1 zurücktranspor­ tiert, um wieder eingesetzt zu werden. Die Entnahme aus den Förderkörben und die Rück­ führung der Kolben mit Förderkörben können automatisiert sein und eine Reinigung oder Desinfektion der Förderkörbe einschließen.
Der Abtransport der Wärme in der Vorrichtung nach Anspruch 2 (Abb. 1 und 3) geschieht durch Kühlwasser oder ein anderes Kühlfluid. Soweit Kühlwasser eingesetzt wird, kann dieses anschließend als warmes Brauchwasser eingesetzt werden, nach Durchlaufen einer geeigneten Kühleinrichtung wieder eingesetzt werden oder als Abwasser abgegeben werden. Die Kühlwasseraustrittstemperatur und die benötigte Kühlwassermenge können durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10 sowohl auf den Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1 als auch an die weitere Verwendung des Kühlwassers angepaßt werden. Nach Anspruch 11 arbeitet die Vorrichtung nach Anspruch 2 im Gegenstromprinzip. Das Kühlfluid kann zuerst den auf den Verdichter (11) folgenden Kondensator (12), und dann die Druck­ stufen der Vorrichtung nach Anspruch 2 von niedrigem zu höheren Druck und somit zu höhe­ rer Temperatur durchfließen oder diese Teile der Vorrichtung nach Anspruch 2 unabhängig voneinander kühlen. Die Vorrichtung nach Anspruch 2 kann gemäß Abb. 3 als Kompaktkondensator (Anspruch 3) ausgeführt sein. Zu jeder Druckstufe können eine oder mehrere Kondensationsschlangen gehören.
Güter, die durch eine entsprechende Oberflächenstruktur dem Durchtritt von (Wasser-) Dampf durch die Oberfläche einen, für den Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 1, zu großen Widerstand entgegen setzen, können durch eine Vorrichtung nach Anspruch 7 perfo­ riert werden. Güter, die gegenüber dem angelegten Vakuum nicht formstabil sind, können durch geeignete Förderkörbe nach Anspruch 13 stabilisiert sein.
Einzelne Druckstufen der Vorrichtung nach Anspruch 1 können beheizbar sein, um die Kondensation von Wasserdampf an der Innenwand zu verhindern. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 kann teilweise oder vollständig thermisch isoliert sein (Anspruch 9).
Beispiele 1. Kühlung ofenfrischer Backwaren
Die konventionelle Kühlung von ofenfrischen Backwaren durch Zwischenlagerung erfolgt überwiegend durch das Verdampfen von in den Backwaren vorhandenen Wassers. Dabei sinkt der Wassergehalt bei Brot von ca. 45% auf 40%, die Kerntemperatur von 96 Grad auf 40 Grad. Mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 können ofenfrische Backwaren, insbeson­ dere Brot in einem Bruchteil der Zeit in gleichem Maße abgekühlt werden und der Wasserge­ halt wird nicht wesentlich stärker reduziert als bei konventioneller Abkühlung. Der Kühlwas­ serbedarf beträgt ca. 1.2 Liter pro kg Backwaren, der Energiebedarf ca. 5 Wh/kg.
2. Vorkühlung von Fertiggerichten
Die Kühlung von gekochten Fertiggerichten, kann durch Verdunstungskühlung ebenfalls um einen erheblichen Faktor beschleunigt werden. Dazu werden die Gerichte in Schalen gefüllt, durch die Anlage nach Anspruch 1 gekühlt und anschließend verschlossen. Vorteilhaft ist dabei der Zeitgewinn oder die entsprechende Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen Verfahren. Die Förderkörbe nach Anspruch 1 werden in ihrer Form dem zu kühlenden Gut angepaßt.
3. wasserhaltige pharmazeutische und kosmetische Zubereitungen
Die Kühlung von bei erhöhten Temperaturen produzierten pharmazeutischen und kosmeti­ schen Produkten durch beschleunigte Verdunstungskühlung ermögliche einen Zeitgewinn oder eine entsprechende Energieeinsparung. Die Förderkörbe nach Anspruch 1 werden in ihrer Form dem zu kühlenden Gut angepaßt.
4. technische Produkte
Alle bei erhöhter Temperatur produzierten porösen oder pastösen technischen Produkte, die Wasser oder andere flüchtige Stoffe enthalten, können durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 mit weniger Energieaufwand oder in kürzerer Zeit gekühlt werden. Die Förderkörbe nach Anspruch 1 werden in ihrer Form dem zu kühlenden Gut angepaßt.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur schnellen Abkühlung von Produkten, die bei erhöhten Temperaturen produziert wurden, und die Wasser oder andere flüchtige Stoffe enthalten, insbesondere Lebensmittel und Pharmaka, wobei durch Unterdruck die Verdunstung von im Produkt enthaltenem Wasser oder anderen flüchtigen Stoffen beschleunigt wird, und die dabei entstehende Verdunstungskälte das Produkt abkühlt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein röhrenförmiges Vakuumgefäß (1) ist, durch das das Produkt mittels eines Kolbens mit angebautem Förderkorb (2) durch den Unterdruck durch mehrere Druckzonen gesaugt wird, deren Unterdruck zunimmt und eine quasikontinuierliche Bearbeitung ermöglicht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Unterdruckzonen mit Kondensationseinrichtungen (3) abnehmenden Temperaturniveaus über Regelventile (4) verbunden sind, in die der freiwerdende Wasserdampf durch Kondensation gefördert wird; der Verdichter (11) fördert Restdampf zum Kondensator (12), die Vakuumpumpe (10) entfernt Restluft; die Vakuumpumpe (13) entfernt die Luft, die beim Beschicken der Vorrichtung nach Anspruch 1 eintritt; die Kondensatpumpe (14) fördert das Kondensat aus der Kondensationseinrichtung heraus; in die Rohrleitungen zwischen Vakuumgefäß (1) und Kondensationseinrichtung (3) sind Dampfmengen-Regelglieder (4) eingebaut.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) ein Kompaktkondensator ist und die Vakuumpumpe (10) das Kondensat aus den Kondensationsschlangen fördert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß das anfallende Kondensat entsorgt oder wiederaufbereitet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bauartbedingt keinerlei Ver­ schlüsse notwendig sind, da die Förderkörbe mit Kolben die Dichtfunktion übernehmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausschleusen der Förder­ körbe mit Kolben eine Zugvorrichtung (5) existiert, die das Gut gegen den atmosphärischen Druck in die Belüftungszone und nach dem Belüften aus der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 fördert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer geeigneten Perforati­ onsvorrichtung (6) Produkte, deren Oberfläche den Durchtritt von Wasserdampf behindern, perforiert werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Produkt entzogene Wärme auf Kühlwasser oder ein anderes Kühlfluid übertragen wird (7).
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Vakuum-Zonen beheizbar (8) und daß sie ganz oder teilweise thermisch isoliert sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Kühlwasser­ begrenzer (9) ausgerüstet ist, der durch ein thermostatgesteuertes Drosselventil die Kühl­ wasseraustrittstemperatur regelt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Gegenstromprinzip arbeitet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft oder das Inertgas zum Belüften des Gutes vor der Ausschleusung aus der Vorrichtung keimfrei gefiltert ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderkörbe so geformt sind, daß sie Güter, die unter dem herrschenden Druck nicht formstabil sind, stabilisieren.
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