DE19820588A1

DE19820588A1 - Vorrichtung zum Einbringen von CO¶2¶-Schnee in Behälter zur Kühlung des Behälterinhaltes oder des Behälters

Info

Publication number: DE19820588A1
Application number: DE19820588A
Authority: DE
Inventors: Klaus Loesche; Gerhard Dirksen; Ralf Wiesmann; Dirk Sikken
Original assignee: Verein Zur Foerderung Des Tech
Current assignee: ENGELBRECHT, GERD, 27619 SCHIFFDORF, DE
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2018-05-09
Also published as: EP1076798A1; WO1999058913A1; DE19820588C2; ES2183574T3; DE59902944D1; ATE225489T1; EP1076798B1; US6427482B1

Abstract

Vorrichtung zum Einbringen von CO¶2¶-Schnee in Behälter zur Kühlung des Behälterinhalts oder des Behälters, mit DOLLAR A - CO¶2¶-Schnee-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von CO¶2¶-Schnee, DOLLAR A - einer mit der CO¶2¶-Schnee-Erzeugungseinrichtung verbundenen CO¶2¶-Schnee-Injektionseinrichtung mit einem Schneerohr zum Injizieren des erzeugten CO¶2¶-Schnees in den Behälter, DOLLAR A - einer CO¶2¶-Gas-Separiereinrichtung zur Separierung von CO¶2¶-Gas und CO¶2¶-Schnee im Bereich des Schneerohres und DOLLAR A - einer CO¶2¶-Gas-Absaugeinrichtung zum Absaugen von separiertem CO¶2¶-Gas, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A die CO¶2¶-Gas-Separiereinrichtung ein das Schneerohr umgebendes und dazu koaxial angeordnetes Außenrohr umfaßt, das an der CO¶2¶-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres über selbiges in Längsrichtung vorragt und im Bereich der gegenüberliegenden Seite mit der CO¶2¶-Gas-Absaugeinrichtung verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von CO₂-Schnee in Be hälter zur Kühlung des Behälterinhalts oder des Behälters, mit einer CO₂-Schnee- Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von CO₂-Schnee, einer mit der CO₂-Schnee- Erzeugungseinrichtung verbundenen CO₂-Schnee-Injektionseinrichtung mit einem Schnee rohr zum Injizieren des erzeugten CO₂-Schnees in den Behälter, einer CO₂-Gas- Separiereinrichtung zur Separierung von CO₂-Gas und CO₂-Schnee im Bereich des Schnee rohres und einer CO₂-Gas-Absaugeinrichtung zum Absaugen von separiertem CO₂-Gas. Un ter Erzeugung von CO₂-Schnee ist hierin zu verstehen, daß Bedingungen geschaffen werden, bei denen CO₂-Schnee entsteht.

Bei vielen technischen Prozessen muß das zu bearbeitende Gut innerhalb eines bestimmten Berei ches temperiert werden, um eine Schädigung oder schlechtere Verarbeitbarkeit des Gutes zu ver meiden. Durch den Eintrag mechanischer Energie, beispielsweise in Form von Mischen oder Ho mogenisieren, steigt die Temperatur im Behälter und damit auch des Gutes an. Einige Materialien weisen während des Bearbeitungsprozesses eine geringe Wärmeleitfähigkeit, eine große Schicht dicke, eine hohe Viskosität oder andere Eigenschaften auf, die eine direkte Kühlung erfordern. Bei der Herstellung von Teigen in einer Bäckerei sind beispielsweise die Temperaturen in Abhän gigkeit von den verschiedenen Gebäckarten im Bereich von 23°C bis 30°C (beispielsweise 24°C ± 0,5°C) möglichst konstant zu halten, um die biologischen, enzymatischen und chemischen Pro zesse, die für die Teigbereitung ausschlaggebend sind, unvermindert beherrschen zu können. Selbst Temperaturschwankungen von 1 bis 2°C führen bereits zu signifikant veränderten Pro dukteigenschaften. Dies liegt unter anderem an dem engen Temperaturoptimum der enthaltenen Enzyme sowie der zugesetzten Backhefe. So ist die Atmungsaktivität und somit die CO₂-Bil dungsrate der Hefe direkt von der Prozeßtemperatur abhängig. Auch die Dispersion der Fest stoffe, die Gaslöslichkeit, der Gasdruck, die plastischen, elastischen oder viskosen Eigenschaften werden von der Temperatur beeinflußt. Bisher wird zum direkten Kühlen vielfach Wasser in Form von Scherben-, Bruch- oder Chipseis eingesetzt. Diese Kühlmethode hat jedoch eine physikali sche Grenze, da durch verstärktes Kühlen stets auch der Wasseranteil im Produkt erhöht wird. Durch den vorgegebenen Wasseranteil im Produkt kann Wasser als Eis maximal in dieser Grö ßenordnung zugesetzt werden. Während in einer Fleischerei während des Prozesses des Kutterns bis zu 100% des zugesetzten Wassers als Eis zugegeben werden, können in einer Bäckerei ledig lich 10 bis 20% des zugesetzten Wassers als Eis zugegeben werden, da der restliche Anteil bereits zu Beginn der Teigstrukturierung (Anteigen) als Flüssigkeit vorliegen muß (Quellung, Stabilisie rung).

Nicht nur im Lebensmittelbereich sondern auch im Bereich von Pharmaka und Kosmetika setzt eine direkte Kühlung von Rohstoffen, Zwischen- und Endprodukten eine Unbedenklichkeit des Kühlmittels im zu bearbeitenden Gut voraus. Ferner ist es wichtig, daß durch den Kühlprozeß keine Verdünnung oder anderweitige Änderung der Konzentrationen, wie sie bei einer direkten Kühlung mit Wassereis möglich ist, im Gut auftritt. Eine direkte Kühlung mit CO₂-Schnee erfüllt diese Kriterien.

Durch den Einsatz von CO₂-Schnee beim direkten Kühlen des Produktes kann der Energietrans port von der Menge des eingesetzten Wasser entkoppelt werden. Da durch die hohe Verdamp fungsenthalpie des CO₂ beim Phasenübergang fest/gasförmig (Sublimation) dem Produkt (bei spielsweise Teig) sehr viel Energie entzogen wird, ist eine direkte Kühlung mit CO₂-Schnee somit sehr effektiv. Aufgrund einer Anreicherung von CO₂ in der Gasphase kommt es jedoch zu einer Verringerung des Sauerstoffpartialdrucks im Kopfraum des Behälters. Für die Prozesse der oxi dativen Festigung des Klebergerüstes durch die Wechselwirkung von Thiol- und Disulfidgruppen z. B. bei der Teigherstellung ist ein bestimmter Sauerstoffpartialdruck notwendig. Durch die Ab saugung des gasförmigen CO₂ aus dem Kopfraum kann der notwendige Sauerstoffpartialdruck zur Gewährleistung dieser oxidativen Prozesse eingehalten werden.

Die einleitend genannte bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß bereits vorhandene Geräte, wie z. B. Teigrührer, nur mit einem relativ großen konstruktiven Aufwand mit einer Teig- bzw. Behälterkühlung nachrüstbar sind.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung dahingehend weiter zuentwickeln, daß bereits vorhandene Geräte mit einer Teig- bzw. Behälterkühlung leicht nach rüstbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die CO₂-Gas-Separiereinrichtung ein das Schneerohr umgebendes und dazu koaxial angeordnetes Außenrohr umfaßt, das an der CO₂-Schnee- Abgabeseite des Schneerohres über selbiges in Längsrichtung vorragt und im Bereich der gegenüberliegenden Seite mit der CO₂-Gas-Absaugeinrichtung verbunden ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die CO₂-Schnee-Erzeugungseinrichtung eine Zuleitungseinrich tung zur Zuleitung von flüssigem CO₂ und eine Verdampfungseinrichtung zum Verdampfen des flüssigen CO₂ umfaßt.

Günstigerweise ist die Verdampfungseinrichtung im Bereich der der CO₂-Schnee-Abgabeseite gegenüberliegenden Seite des Schneerohres angeordnet.

Vorteilhafterweise umfaßt die Verdampfungseinrichtung eine Düse.

Günstigerweise enden das Schneerohr und das Außenrohr im Kopfraum des Behälters.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Schneerohr und das Außenrohr vertikal angeordnet sind.

Andererseits kann auch vorgesehen sein, daß das Schneerohr und das Außenrohr unter einem der artigen Winkel angeordnet sind, daß der CO₂-Schnee in den Behälter fällt.

Günstigerweise ist das Schneerohr an der CO₂-Schnee-Abgabeseite aufgeweitet. Damit wird ein gleichmäßigeres Austragen des CO₂-Schnees in den Behälter gewährleistet.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Außenrohr an seinem an der CO₂-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres befindlichen Ende aufgeweitet ist.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Schneerohr und/oder das Außenrohr konisch gestaltet ist/sind.

Günstigerweise umfaßt die Absaugeinrichtung einen Verdichter.

Entsprechend einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Temperaturregeleinrichtung zur Regelung der Temperatur des Behälterinhaltes oder des Behälters selbst durch Injektion einer entsprechenden Menge des CO₂-Schnees.

Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Sauer stoffpartialdruckregeleinrichtung zur Regelung des Sauerstoffpartialdruckes im Kopfraum des Behälters durch Absaugung einer entsprechenden Menge des CO₂-Gases.

Alternativ kann eine besondere Ausführungsform gekennzeichnet sein durch eine Kohlendi oxidpartialdruckregeleinrichtung zur Regelung des Kohlendioxidpartialdruckes im Kopfraum des Behälters durch Messung des Kohlendioxidpartialdruckes und Absaugung einer entsprechenden Menge des CO₂-Gases. Bei dieser Ausführungsform wird gegenüber der Ausführungsform mit Sauerstoffpartialdruckregeleinrichtung der CO₂-Gasanteil direkt gemessen.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß der Behälter ein Behälter zum Kneten von Brot- oder Ku chenteig ist.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die konzentrische Anord nung des Schneerohres und des umgebenden Außenrohres der Separiereinrichtung lediglich ein Doppelrohr resultiert und somit zum Nachrüsten von vorhandenen Geräten mit der Teig- oder Behälterkühlung nur an einer Stelle des Behälterdeckels ein konstruktiver Eingriff zum Hindurch führen des Doppelrohres vorgenommen werden muß. Darüber hinaus ermöglicht das gegenüber dem Außenrohr kürzere Schneerohr eine Absaugung, bevor CO₂-Gas überhaupt in den Behälter eintritt, was eine bessere Überwachung und Einstellung des Sauerstoffpartialdruckes im Kopf raum des Behälters ermöglicht und ferner einen Eintrag von CO₂-Gas in das im Behälter befindli che Gut sowie einen Kontakt mit selbigem verhindert. Außerdem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch den Zyklon-Effekt einen sehr hohen CO₂-Schnee-Erzeugungswirkungsgrad auf, der nahezu dem theoretischen Wirkungsgrad von 60% entspricht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfol genden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen im einzelnen er läutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Teigknetmaschine mit einer besonderen Ausführungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht, wobei der Knetbehälter der Teigknet maschine transparent dargestellt ist;

Fig. 2 einen Ausschnitt der Teigknetmaschine von Fig. 1, der die besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail zeigt;

Fig. 3 die Vorrichtung von Fig. 2 zum Zeitpunkt der CO₂-Schnee-Erzeugung und

Fig. 4 die Vorrichtung von Fig. 2 zum Zeitpunkt des Absaugens von CO₂-Gas aus dem Knetbe hälter nach der CO₂-Schnee-Zugabe.

Fig. 1 zeigt eine Teigknetmaschine mit einem Knetbehälter 10, einem Behälterdeckel 12 und ei nem Knetarm 14. Neben dem Knetarm 14 befindet sich eine besondere Ausführungsform der er findungsgemäßen Vorrichtung 16 zum Einbringen von CO₂-Schnee in den Knetbehälter 10 zur Kühlung eines in dem Knetbehälter 10 befindlichen Brotteiges (nicht gezeigt). Die erfindungsge mäße Vorrichtung 16 weist eine Versorgungsleitung 18 zur Zuleitung von flüssigem CO₂, ein Außenrohr 20 mit einem inneren Schneerohr (nicht gezeigt) zum Injizieren von in der Vorrich tung 16 erzeugtem CO₂-Schnee in den Knetbehälter 10 sowie eine Abgasleitung 22 zum Abführen von CO₂-Gas auf.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 16 von Fig. 1. In dem Außenrohr 20 befindet sich ein koaxial angeordnetes Schneerohr 21, dessen oberes Ende über eine Düse 24 und ein Magnetventil 26 mit der Versorgungsleitung 18 verbunden ist. Das Außenrohr 20 und das Schneerohr 21 sind konisch gestaltet, wobei die Querschnitte des Außen- 20 und des Schneeroh res 21 zur CO₂-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres 21 hin zunehmen. Das obere Ende des Au ßenrohres 20 ist über einen Verdichter 28 mit der Abgasleitung 22 verbunden. Das untere Ende des Außenrohres 20 ragt in Längsrichtung über das Schneerohr 21 vor.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung während der Erzeugung von CO₂-Schnee. Über die Versorgungsleitung 18 und eine entsprechende Ansteuerung des Magnetventils 26 wird flüssi ges CO₂ durch die Düse 24 in das Schneerohr 21 injiziert. Durch Entspannung ändert sich der Aggregatzustand des flüssigen CO₂ und es entsteht CO₂-Schnee (durch Flocken gekennzeichnet) und CO₂-Gas (durch schwarze Punkte gekennzeichnet). Der CO₂-Schnee dient zum direkten Kühlen des Brotteiges, indem er sedimentiert und Wärme aus dem Knetbehälter 10 und dem darin befindlichen Brotteig aufnimmt. Bei diesem Wärmeübergang tritt der CO₂-Schnee in die gasför mige Phase über. Das CO₂-Gas, das gleichzeitig mit der Erzeugung des CO₂-Schnees aus dem Schneerohr 21 austritt, wird von dem Verdichter 28 in der durch die Pfeile gekennzeichneten Ab saugrichtung angesaugt und über die Abgasleitung 22 abgeführt.

Fig. 4 zeigt die Absaugung des durch den Kühlvorgang entstehenden CO₂-Gases nach Beendi gung der CO₂-Schnee-Injektion in den Behälter mittels des Verdichters 28 in der durch die Pfeile gekennzeichneten Absaugrichtung.

Eine Temperaturregeleinrichtung (nicht gezeigt) zur Regelung der Temperatur des Behälterinhalts regelt durch eine entsprechende Ansteuerung des Magnetventils 26 und damit der Menge von zugegebenem CO₂-Schnee die Temperatur des zu kühlenden Gutes im Bereich von -30°C und 60°C. Mittels einer Sauerstoffpartialdruckregeleinrichtung (nicht gezeigt) wird der Sauerstoffpar tialdruck im Kopfraum des Knetbehälters 10 durch Messung des Sauerstoffpartialdruckes und entsprechende Ansteuerung des Verdichters 28 und damit Absaugung einer entsprechenden Men ge des CO₂-Gases geregelt.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offen barten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesent lich sein.

Bezugszeichenliste

10

Knetbehälter

12

Behälterdeckel

14

Knetarm

16

Vorrichtung

18

Versorgungsleitung

20

Außenrohr

21

Schneerohr

22

Abgasleitung

24

Düse

26

Magnetventil

28

Verdichter

Claims

1. Vorrichtung zum Einbringen von CO₂-Schnee in Behälter (10) zur Kühlung des Be hälterinhalts oder des Behälters, mit

- einer CO₂-Schnee-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von CO₂-Schnee,
- einer mit der CO₂-Schnee-Erzeugungseinrichtung verbundenen CO₂-Schnee- Injektionseinrichtung mit einem Schneerohr (21) zum Injizieren des erzeugten CO₂-Schnees in den Behälter,
- einer CO₂-Gas-Separiereinrichtung zur Separierung von CO₂-Gas und CO₂-Schnee im Bereich des Schneerohres (21) und
- einer CO₂-Gas-Absaugeinrichtung zum Absaugen von separiertem CO₂-Gas,

dadurch gekennzeichnet, daß
die CO₂-Gas-Separiereinrichtung ein das Schneerohr (21) umgebendes und dazu koaxial an geordnetes Außenrohr (20) umfaßt, das an der CO₂-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres (21) über selbiges in Längsrichtung vorragt und im Bereich der gegenüberliegenden Seite mit der CO₂-Gas-Absaugeinrichtung verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Schnee- Erzeugungseinrichtung eine Zuleitungseinrichtung (18) zur Zuleitung von flüssigem CO₂ und eine Verdampfungseinrichtung zum Verdampfen des flüssigen CO₂ umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungseinrichtung im Bereich der der CO₂-Schnee-Abgabeseite gegenüberliegenden Seite des Schneerohres (21) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsein richtung eine Düse (24) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneerohr (21) und das Außenrohr (20) im Kopfraum des Behälters (10) enden.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneerohr (21) und das Außenrohr (21) vertikal angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnee rohr (21) und das Außenrohr (20) unter einem derartigen Winkel angeordnet sind, daß der CO₂-Schnee in den Behälter (10) fällt.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneerohr (10) an der CO₂-Schnee-Abgabeseite aufgeweitet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (20) an seinem an der CO₂-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres (21) befindli chen Ende aufgeweitet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneerohr (21) und/oder das Außenrohr (20) konisch gestaltet ist/sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet, daß die Absaug einrichtung einen Verdichter (28) umfaßt.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Tem peraturregeleinrichtung zur Regelung der Temperatur des Behälterinhaltes oder des Behälters (10) selbst durch Injektion einer entsprechenden Menge des CO₂-Schnees.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sauer stoffpartialdruckregeleinrichtung zur Regelung des Sauerstoffpartialdruckes im Kopfraum des Behälters (10) durch Messung des Sauerstoffpartialdruckes und Absaugung einer entspre chenden Menge des CO₂-Gases.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Kohlendi oxidpartialdruckregeleinrichtung zur Regelung des Kohlendioxidpartialdruckes im Kopfraum des Behälters (10) durch Messung des Kohlendioxidpartialdruckes und Absaugung einer ent sprechenden Menge des CO₂-Gases.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) ein Behälter zum Kneten von Brot- oder Kuchenteig ist.