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 VakuumInfo
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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.
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).
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (2)
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DE1997124398 DE19724398C2 (de) | 1997-01-25 | 1997-11-03 | Vorrichtung zur Abkühlung von Produkten, die flüchtige Komponenten, insbesondere Wasser enthalten, durch beschleunigte Verdunstung mittels Vakuum |
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Publications (2)
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