EP1076798B1 - Vorrichtung zum einbringen von co2-schnee in behälter zur kühlung des behälterinhaltes order des behälters - Google Patents

Vorrichtung zum einbringen von co2-schnee in behälter zur kühlung des behälterinhaltes order des behälters Download PDF

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EP1076798B1
EP1076798B1 EP99929097A EP99929097A EP1076798B1 EP 1076798 B1 EP1076798 B1 EP 1076798B1 EP 99929097 A EP99929097 A EP 99929097A EP 99929097 A EP99929097 A EP 99929097A EP 1076798 B1 EP1076798 B1 EP 1076798B1
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EP
European Patent Office
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dry ice
container
snow
gas
pipe
Prior art date
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EP99929097A
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English (en)
French (fr)
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EP1076798A1 (de
Inventor
Klaus LÖSCHE
Gerhard Dirksen
Ralf Wiesmann
Dirk Sikken
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Craft Tech GbR
Original Assignee
Craft Tech GbR
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/12—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using solidified gases, e.g. carbon-dioxide snow

Definitions

  • the present invention relates to a device for introducing CO 2 snow into a container for cooling the contents of the container or the container, with a container, a CO 2 snow generating device for producing CO 2 snow, one with the CO 2 snow Production device connected CO 2 snow injection device with a snow tube for injecting the generated CO 2 snow into the container, a CO 2 gas separation device for separating CO 2 gas and CO 2 snow in the area of the snow tube and a CO 2 gas extraction device for extracting separated CO 2 gas, the CO 2 gas separating device comprising an outer tube surrounding the snow tube and arranged coaxially therewith, which in the region of the side of the snow tube opposite the CO 2 snow discharge side with the CO 2 gas extraction device is connected.
  • a device is known for example from US-A-4,415,346.
  • the goods to be processed must be tempered within a certain range in order to avoid damage or poorer processability of the goods.
  • the introduction of mechanical energy for example in the form of mixing or homogenizing, increases the temperature in the container and thus also the goods.
  • Some materials have low thermal conductivity, high layer thickness, high viscosity or other properties that require direct cooling during the machining process.
  • the temperatures depending on the different types of pastries, must be kept as constant as possible in the range from 23 ° C to 30 ° C (for example 24 ° C +/- 0.5 ° C), in order to keep the to be able to master the enzymatic and chemical processes that are crucial for the preparation of the dough undiminished.
  • direct cooling of raw materials, intermediate and end products requires that the coolant in the material to be processed is not harmless. It is also important that the cooling process does not cause any dilution or any other change in the concentration, as is possible with direct cooling with water ice, in the material. Direct cooling with CO 2 snow fulfills these criteria.
  • the invention is therefore based on the object of the known device to further develop that the aforementioned disadvantages avoided, or at least reduced become.
  • this object is achieved in that the outer tube protrudes over the same in the longitudinal direction on the CO 2 snow discharge side of the snow tube.
  • the CO 2 snow production device comprises a supply device for supplying liquid CO 2 and an evaporation device for evaporating the liquid CO 2 .
  • the evaporation device is advantageously arranged in the region of the side of the snow tube opposite the CO 2 snow discharge side.
  • the evaporation device advantageously comprises a nozzle.
  • the snow tube and the outer tube advantageously end in the head space of the container.
  • the snow tube and the outer tube are arranged vertically are.
  • the snow tube and the outer tube are arranged at such an angle that the CO 2 snow falls into the container.
  • the snow tube on the CO 2 snow discharge side is advantageously widened. This ensures a more even discharge of the CO 2 snow into the container.
  • the outer tube is widened at its end located on the CO 2 snow discharge side of the snow tube.
  • the snow tube and / or the outer tube is conical is / are designed.
  • the suction device advantageously comprises a fan.
  • the device is characterized by a temperature control device for controlling the temperature of the container contents or the container itself by injecting a corresponding amount of the CO 2 snow.
  • the temperature control device is a target temperature input device, a temperature sensor for measuring the actual temperature of the Container contents, a temperature comparison device for comparing the actual temperature with the target temperature and a control device for controlling one in the supply line 18 arranged valve comprises.
  • Another particular embodiment of the invention is characterized by an oxygen partial pressure control device for controlling the oxygen partial pressure in the head space of the container by suctioning off a corresponding amount of the CO 2 gas.
  • a special embodiment can be characterized by a carbon dioxide partial pressure control device for controlling the carbon dioxide partial pressure in the head space of the container by measuring the carbon dioxide partial pressure and extracting a corresponding amount of the CO 2 gas.
  • the CO 2 gas fraction is measured directly compared to the embodiment with an oxygen partial pressure control device.
  • the container is a container for kneading bread or Cake batter is.
  • the invention is based on the surprising finding that the relative to the outer tube shorter snow tube allows extraction of the non-converted CO 2 snow CO 2 before CO entering 2 gas at all in the container, which results in better monitoring and adjusting the oxygen partial pressure in the head space enables the container, and also prevents displacement of oxygen and an entry of CO 2 gas into the material in the container and prevents contact with the same.
  • the device according to the invention has a very high CO 2 snow production efficiency, which corresponds almost to the theoretical efficiency of 60%.
  • the CO 2 gas-suction device may be used in combination with the outer tube 2 snow injection phase also be used after the CO to suck the replicated from the CO 2 snow CO 2 gas.
  • the device according to the invention thus enables a particularly good cooling of reaction processes by means of the cold content of CO 2 snow, without the material to be cooled coming into significant contact with CO 2 gas and being damaged.
  • the device according to the invention can also be very helpful in maintaining the cold chain when transporting food and other sensitive materials.
  • a suitable insulating container for example, a suitable insulating container (container) can be "snowed” with CO 2 snow very easily. If this is carried out on the upper part of the container, the snow is evenly distributed from top to bottom, which is distributed very evenly on the packaged food (boxes, etc.).
  • the desired transport or intermediate storage temperature of, for example, -18 ° C can thus be maintained for a long time (for example 8 hours).
  • the device 16 has a supply line 18 for supplying liquid CO 2 , an outer tube 20 with an inner snow tube (not shown) for injecting CO 2 snow generated in the device 16 into the kneading container 10 and an exhaust line 22 for removing CO 2 gas on.
  • FIG. 2 shows details of the device 16 according to the invention from FIG. 1.
  • the outer tube 20 there is a coaxially arranged snow tube 21, the upper end of which is connected to the supply line 18 via a nozzle 24 and a solenoid valve 26.
  • the outer tube 20 and the snow tube 21 are designed conically, the cross sections of the outer tube 20 and the snow tube 21 increasing towards the CO 2 snow discharge side of the snow tube 21.
  • the upper end of the outer tube 20 is connected to the exhaust pipe 22 via a fan 28.
  • the lower end of the outer tube 20 protrudes in the longitudinal direction over the snow tube 21.
  • FIG 3 shows the device according to the invention during the production of CO 2 snow.
  • Liquid CO 2 is injected through the nozzle 24 into the snow tube 21 via the supply line 18 and a corresponding control of the solenoid valve 26. Relaxation changes the physical state of the liquid CO 2 and creates CO 2 snow (indicated by flakes) and CO 2 gas (indicated by black dots).
  • the CO 2 snow serves to cool the bread dough directly by sedimenting it and absorbing heat from the kneading container 10 and the bread dough located therein. During this heat transfer, the CO 2 snow passes into the gaseous phase.
  • the CO 2 gas which emerges from the snow pipe 21 at the same time as the CO 2 snow is being produced, is drawn in by the fan 28 in the suction direction indicated by the arrows and discharged via the exhaust line 22.
  • FIG. 4 shows the suction of the CO 2 gas produced by the cooling process after the CO 2 snow injection has ended in the container by means of the fan 28 in the suction direction indicated by the arrows.
  • a temperature control device for controlling the temperature of the container contents regulates the temperature of the material to be cooled in the range of -30 ° C. and by measuring the temperature of the container contents and correspondingly controlling the solenoid valve 26 and thus the amount of CO 2 snow added 60 ° C.
  • the oxygen partial pressure in the head space of the kneading container 10 is regulated by means of an oxygen partial pressure control device (not shown) by measuring the oxygen partial pressure and correspondingly controlling the fan 28 and thus extracting a corresponding amount of the CO 2 gas.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a dough kneading machine with a further special embodiment of the device according to the invention in side view, the kneading container of the dough kneading machine being shown transparently.
  • the dough kneading machine has a kneading container 10, a container lid 12 and a kneading arm 14.
  • the particular embodiment of the device 16 according to the invention for introducing CO 2 snow into the kneading container 10 for cooling the dough is an integral part of a switch box 30 (see FIG. 6) for a central control unit of the dough kneading machine.
  • the device 16 has a supply line 18 for supplying liquid CO 2 from a CO 2 container 19, an outer tube 20 with an inner snow tube 21 for injecting CO 2 snow generated in the device 16 into the kneading container 10 and an exhaust gas line 22 Removal of CO 2 gas.
  • the supply of liquid CO 2 is made possible or prevented by a solenoid valve 26.
  • the CO 2 snow formation is brought about by a nozzle 24 in the form of a full jet nozzle.
  • a control panel 32 serves to display the target or actual temperature of the dough and to set the same.
  • the actual temperature of the dough during the kneading is detected by a temperature sensor 34 in the form of an infrared temperature probe. 6 shows these aforementioned details.
  • the container lid 12 of the Kneading container 10 are attached in such a way that the outer tube 20 with its dimensions protrudes into the kneading container 10.
  • the outer tube 20 may not with the Kneading arm 14 come into contact.
  • the temperature sensor 34 should be on the container lid 12 or the outer tube 20 are mounted so that it only with its infrared beam Surface of the dough and not that of the kneading arm 14 or the kneading container 10 reached. This must be ensured even when the kneading container 10 is filled to a minimum. Further The temperature sensor 34 must not come into contact with the dough.
  • the process-controlled dough cooling during the kneading takes place as follows: The temperature of the dough (actual temperature) during the kneading is continuously detected via the temperature sensor 34. The actual temperature is compared with the desired dough temperature (target temperature), which was manually entered at the beginning of the kneading process via the control panel 32 of a relay (not shown).
  • the relay controls the solenoid valve 26. Liquid CO 2 is supplied to the solenoid valve 26 via the supply line 18 in the form of a supply hose.
  • the relay opens the solenoid valve 26, and when the setpoint temperature is undershot, the solenoid valve 26 remains closed.
  • the resulting CO 2 gas is separated in the injection phase via the outer tube 20.
  • the fan switches to the second stage with the solenoid valve 26 closed at the same time.
  • the separated CO 2 gas and the simulated CO 2 gas are thus conducted outside by means of the fan via the exhaust line 22.
  • the device 16 can advantageously be controlled via the central control unit of the dough kneading machine. It can thus be achieved that the injection of the CO 2 snow takes place only after the mixing phase. This is expedient because CO 2 snow is poorly distributed in the dough in the mixing phase. Furthermore, the injection of the CO 2 snow can be stopped at the same time as or shortly before the kneading time expires. The second variant also ensures a distribution of the CO 2 snow injected shortly before the kneading time expires.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von CO2-Schnee in einen Behälter zur Kühlung des Behälterinhalts oder des Behälters, mit einem Behälter, einer CO2-Schnee-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von CO2-Schnee, einer mit der CO2-Schnee-Erzeugungseinrichtung verbundenen CO2-Schnee-Injektionseinrichtung mit einem Schneerohr 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 und einer CO2-Gas-Absaugeinrichtung zum Absaugen von separiertem CO2-Gas, wobei die CO2-Gas-Separiereinrichtung ein das Schneerohr umgebendes und dazu koaxial angeordnetes Außenrohr umfaßt, das im Bereich der der CO2-Schnee-Abgabeseite gegenüberliegenden Seite des Schneerohres mit der CO2-Gas-Absaugeinrichtung verbunden ist. Eine solche Vorrichtung ist z.B aus der US-A-4 415 346 bekannt.
Bei vielen technischen Prozessen muß das zu bearbeitende Gut innerhalb eines bestimmten Bereiches temperiert werden, um eine Schädigung oder schlechtere Verarbeitbarkeit des Gutes zu vermeiden. Durch den Eintrag mechanischer Energie, beispielsweise in Form von Mischen oder Homogenisieren, steigt die Temperatur im Behälter und damit auch des Gutes an. Einige Materialien weisen während des Bearbeitungsprozesses eine geringe Wärmeleitfähigkeit, eine große Schichdicke, 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 Abhängigkeit 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 Prozesse, die für die Teigbereitung ausschlaggebend sind, unvermindert beherrschen zu können. Selbst Temperaturschwankungen von 1 bis 2°C führen bereits zu signifikant veränderten Produkteigenschaften. Dies liegt unter anderem an dem engen Temperaturoptimum der enthaltenen Enzyme sowie der zugesetzten Backhefe. So ist die Atmungsaktivität und somit die CO2-Bildungsrate der Hefe direkt von der Prozeßtemperatur abhängig. Auch die Dispersion der Feststoffe, 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 physikalische 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 Größenordnung 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 lediglich 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, Stabilisierung).
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 Energietransport von der Menge des eingesetzten Wasser entkoppelt werden. Da durch die hohe Verdampfungsenthalpie des CO2 beim Phasenübergang fest/gasförmig (Sublimation) dem Produkt (beispielsweise 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 oxidativen Festigung des Klebergerüstes durch die Wechselwirkung von Thiol- und Disulfidgruppen z.B. bei der Teigherstellung ist ein bestimmter Sauerstoffpartialdruck notwendig. Durch die Absaugung des gasförmigen CO2 aus dem Kopfraum kann der notwendige Sauerstoffpartialdruck zur Gewährleistung dieser oxidativen Prozesse eingehalten werden.
Die aus der US-4,415,346 bekannte gattungsgemäße Vorrichtung weist die Nachteile auf, daß nicht in CO2-Schnee umgewandeltes CO2 in den Behälter eintreten kann und der Sauerstoffpartialdruck im Kopfraum des Behälters sich nur unzureichend einstellen läßt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß die vorgenannten Nachteile vermieden, zumindest aber reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Außenrohr an der CO2-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres über selbiges in Längsrichtung vorragt.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die CO2-Schneerzeugungseinrichtung eine Zuleitungseinrichtung 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 derartigen 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 Ventilator.
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.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Temperaturregeleinrichtung eine Soll-Temperatur-Eingabeeinrichtung, einen Temperatursensor zur Messung der Ist-Temperatur des Behälterinhaltes, eine Temperaturvergleichseinrichtung zum Vergleichen der Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur sowie eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern eines in der Versorgungsleitung 18 angeordneten Ventils umfaßt.
Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Sauerstoffpartialdruckregeleinrichtung 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 Kohlendioxidpartialdruckregeleinrichtung 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 Kuchenteig ist.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß das gegenüber dem Außenrohr kürzere Schneerohr eine Absaugung des nicht in CO2-Schnee umgewandelten CO2 ermöglicht, bevor CO2-Gas überhaupt in den Behälter eintritt, was eine bessere Überwachung und Einstellung des Sauerstoffpartialdruckes im Kopfraum des Behälters ermöglicht, und ferner eine Verdrängung von Sauerstoff sowie einen Eintrag von CO2-Gas in das im Behälter befindliche 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. Die CO2-Gas-Absaugeinrichtung kann in Kombination mit dem Außenrohr nach der CO2-Schnee-Injektionsphase auch dazu verwendet werden, das aus dem CO2-Schnee nachgebildete CO2-Gas abzusaugen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine besonders gute Kühlung von Reaktionsprozessen mittels des Kältegehalts von CO2-Schnee, ohne daß das zu kühlende Gut in nennenswertem Maße mit CO2-Gas in Kontakt kommt und geschädigt wird.
Beispiele für Reaktionsprozesse in der Lebensmittelherstellung, bei denen die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden kann, sind:
  • 1. Kneten von Weizenteigen: Ein Prozeß, der essentiell aerob und oxidativ sein muß sowie bei dem zusätzlich Reibungswärme abgeführt werden muß (Erreichen einer bestimmten Teigtemperatur, z.B. 24,0° C). Würde CO2-Gas in den Teig gelangen, könnte unter anderem die notwendige Oxidation der Kleberproteine (die Thiolgruppen im Protein verbleiben im reduzierten Zustand) nicht eintreten und die angestrebte Teigentwicklung stark vermindert sein. Ein entsprechender Teig wäre nicht elastisch, ins Graue verfärbt, und die Qualität des Gebäcks wäre extrem verschlechtert.
  • 2. Fermentationsbrühen: Aerobe Fermentationen (z.B. Hefegewinnung) benötigen Sauerstoff. Gleichzeitig muß als Folge des Stoffwechselgeschehens Wärme abgeführt werden. Gelangt CO2-Gas in erhöhten Konzentrationen in das Medium, wechselt die Zelle zu einem anaeroben Stoffwechsel mit der Folge, daß sie ihre Vermehrung verlangsamt oder einstellt (Pasteur-Effekt). Die Folgen sind unter Umständen dramatische Ausbeuteverluste an Biomasse. In einem anderen Fall müssen Gärungsansätze von der Gärungstemperatur auf Lagertemperatur oder Verarbeitungstemperatur rasch gekühlt werden (beispielsweise Sauerteig). Die Eintragung überhöhter Mengen von CO2-Gas in Sauerteig (CO2-Löslichkeit steigt dramatisch mit niedriger Temperatur) verschlechtert die sensorischen (stickiger Geruch und Geschmack), hygienischen (Gefahr des Wachstums von Anaerobiem) und die rheologischen Eigenschaften (erhöhtes Fließen). Im Falle von Weizensauerteigen werden zusätzlich Oxidationsvorgänge minimiert, wichtige Farbstoffe nicht ausgebildet (Carotinoide) oder Protein-SH-Gruppen an ihrer Oxidation behindert.
  • 3. Obst- und Gemüseprocessing: Geschälte Äpfel oder geschälte Kartoffeln, aber auch Salate (Eisbergsalat etc.) können durch speziell mit CO2-Schnee gesättigte Wassertauchbäder (Niedrigdruckbehälter) konserviert werden. Dadurch kann ein Einsatz von Konservierungsmitteln (Sulfit etc.) vermieden werden. Ziel ist es einerseits ≥ 7,0 g CO2/kg Wasser einzutragen und andererseits einen Kühleffekt zu nutzen. Die hohe CO2-Konzentration ermöglicht sowohl antimikrobielle Effekte (Reduktion der Keimzahl) als auch die Minimierung von enzymatischen Prozessen ("enzymatischen Bräunung" durch Phenoloxidasen) durch O2-Verdrängung u.a.m. Die notwendige CO2-Konzentration bei gleichzeitigem Kühleffekt kann durch Trockeneis (CO2-Schnee) erreicht werden. Die Absaugung von CO2-Gas ist daher auch für diesen Prozeß erforderlich.
  • 4. Getreidemaischen: In der Mälzerei wird Getreide in Keimkästen oder ähnlichem bei höheren Wassergehalten und höherer Temperatur zur Keimung gebracht (ca. 5 bis 7 Tage). Das Herunterkühlen dieser Maischen auf Weiter-Verarbeitungs- bzw. Lagertemperatur darf nicht den Wassergehalt der Maischen ändern und soll rasch (aufgrund der mikrobiellen Risiken), aber ohne CO2-Gas möglich sein (um anaerobe Prozesse zu vermeiden, um nachteilige Solubilierungs- oder auch Extraktionsvorgänge, die durch CO2-Gas in Lösung eintreten, zu vermeiden). In einer ähnlichen Anwendung können sogenannte "Brühstücke" (gekochtes Getreide) in der Bäckerei ohne Änderung der Teigausbeute (Wassergehalt) und ohne CO2-Gas-Eintragung sehr rasch auf Weiterverarbeitungs- bzw. Lagertemperatur gekühlt werden.
  • 5. Emulgatoren: Die Herstellung von Emulsionen (Wasser in Öl, Öl in Wasser, mehrphasige Emulsionen) erfordert in hohem Maße die Eintragung von mechanischer Energie mit Hilfe spezifischer Homogenisier-Apparate. Die Abführung der Reibungswärme, die Emulgierung bei definierten Temperaturen und aerobe Bedingungen (z.B. 15°C) sind wesentliche Voraussetzungen für die Reaktionsführung. Eine Verdrängung von Luft-Sauerstoff während der Reaktionsführung durch CO2-Gas würde die Reaktivitäten an den Phasengrenzflächen verändern und das Emulgierziel gefährden.
  • 6. Fleischbrät: Die Herstellung eines Fleischbräts erfolgt im Kutter. Für diesen Prozeß müssen große Summen an Reibungswärme (Zerkleinerungsarbeit) abgeführt werden und andererseits muß bei niedriger Temperatur (z.B. +4°C) gearbeitet werden (hygienische Aspekte, technologische Gründe). Die Eintragung von CO2-Gas hingegen (CO2-Löslichkeit in wasserhaltiger und proteinreicher Wurstmasse ist unerwünscht und führt zu hygienischen, technologischen (Konsistenz etc.) und sensorischen Nachteilen.
    • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch sehr gut bei der Aufrechterhaltung der Kühlkette beim Transport von Lebensmitteln und anderen empfindlichen Materialien behilflich sein. Mit Hilfe der nicht ortsfesten Vorrichtung kann beispielsweise sehr leicht ein geeigneter Isolierbehälter (Container) mit CO2-Schnee "beschneit" werden. Wird diese am oberen Teil des Containers durchgeführt, findet eine gleichmäßige Verteilung des Schnees von oben bis unten statt, der sich auf den umverpackten Lebensmitteln (Kartons etc.) sehr gleichmäßig verteilt. Dadurch kann die gewünschte Transport- oder Zwischenlagertemperatur von z.B. -18°C über lange Zeit (z.B. 8 Stunden) aufrechterhalten werden. Auch hier ist die aktive Entfernung des "in statu nascendi" entstehenden CO2-Gases nötig, um ausreichend Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit zu gewährleisten (die Anreichung von CO2-Gas in der Umgebung ist aus Gründen des Arbeitsschutzes intolerabel). Sind unverpackte Lebensmittel im Isolierbehälter zu kühlen und zu transportieren (z.B. offene Sahneprodukte, Bäckereiprodukte mit nicht durchgebackener Füllung ,Backwaren, Wurstwaren etc.), so kann eine Beschneiung mit Trockeneis erfolgen. CO2-Gas (Wasser sowieso) ist hier zu vermeiden, einerseits, um keine Qualitätsänderung der Produkte zu bekommen (Geschmack, Farbe, etc.) und andererseits um Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit einzuhalten.
    Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Teigknetmaschine mit einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht, wobei der Knetbehälter der Teigknetmaschine 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-Schneerzeugung;
  • Fig. 4 die Vorrichtung von Fig. 2 zum Zeitpunkt des Absaugens von CO2-Gas aus dem Knetbehälter nach der CO2-Schnee-Zugabe;
  • Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Teigknetmaschine mit einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht, wobei der Knetbehälter der Teigknetmaschine transparent dargestellt ist und
  • Fig. 6 einen Ausschnitt von Fig. 5 im Detail.
    • Fig. 1 zeigt eine Teigknetmaschine mit einem Knetbehälter 10, einem Behälterdeckel 12 und einem Knetarm 14. Neben dem Knetarm 14 befindet sich eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 16 zum Einbringen von CO2-Schnee in den Knetbehälter 10 zur Kühlung eines in dem Knetbehälter 10 befindlichen Brotteiges (nicht gezeigt). Die erfindungsgemäße 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 Vorrichtung 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 Schneerrohres 21 zur CO2-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres 21 hin zunehmen. Das obere Ende des Außenrohres 20 ist über einen Ventilator 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 flüssiges 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 gasförmige Phase über. Das CO2-Gas, das gleichzeitig mit der Erzeugung des CO2-Schnees aus dem Schneerohr 21 austritt, wird von dem Ventilator 28 in der durch die Pfeile gekennzeichneten Absaugrichtung angesaugt und über die Abgasleitung 22 abgeführt.
    Fig. 4 zeigt die Absaugung des durch den Kühlvorgang entstehenden CO2-Gases nach Beendigung der CO2-Schnee-Injektion in den Behälter mittels des Ventilators 28 in der durch die Pfeile gekennzeichneten Absaugrichtung.
    Eine Temperaturregeleinrichtung (nicht gezeigt) zur Regelung der Temperatur des Behälterinhalts regelt durch Messung der Temperatur des Behälterinhalts und 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 Sauerstoffpartialdruck im Kopfraum des Knetbehälters 10 durch Messung des Sauerstoffpartialdruckes und entsprechende Ansteuerung des Ventilator 28 und damit Absaugung einer entsprechenden Menge des CO2-Gases geregelt.
    Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Teigknetmaschine mit einer weiteren besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht, wobei der Knetbehälter der Teigknetmaschine transparent dargestellt ist Die Teigknetmaschine weist einen Knetbehälter 10, einen Behälterdeckel 12 und einen Knetarm 14 auf. Die besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 16 zum Einbringen von CO2-Schnee in den Knetbehälter 10 zur Kühlung des Teiges ist ein integraler Bestandteil eines Schaltkastens 30 (siehe Fig. 6) für eine zentrale Steuerungseinheit der Teigknetmaschine. Die Vorrichtung 16 weist eine Versorgungsleitung 18 zur Zuleitung von flüssigem CO2 aus einem CO2-Behälter 19, ein Außenrohr 20 mit einem inneren Schneerohr 21 zum Injizieren von in der Vorrichtung 16 erzeugtem CO2-Schnee in den Knetbehälter 10 sowie eine Abgasleitung 22 zum Abführen von CO2-Gas auf. Die Zufuhr von flüssigem CO2 wird über ein Magnetventil 26 ermöglicht bzw. verhindert. Die CO2-Schneebildung wird durch eine Düse 24 in Form einer Vollstrahldüse bewirkt. Ein Bedienungsfeld 32 dient zur Anzeige der Soll- bzw. Ist-Temperatur des Teiges sowie zur Sollwerteinstellung derselben. Über einen Temperatursensor 34 in Form einer Infrarot-Temperatur-Sonde wird die Ist-Temperatur des Teiges während des Knetens erfaßt. Fig. 6 zeigt diese vorgenannten Details.
    Für eine effiziente Funktion der Vorrichtung 16 muß diese auf dem Behälterdeckel 12 des Knetbehälters 10 in der Weise angebracht werden, daß das Außenrohr 20 mit seinen Abmessungen in den Knetbehälter 10 hineinragt. Das Außenrohr 20 darf hierbei nicht mit dem Knetarm 14 in Berührung kommen. Der Temperatursensor 34 sollte an dem Behälterdeckel 12 bzw. dem Außenrohr 20 derart montiert werden, daß er mit seinem Infrarotstrahl nur die Oberfläche des Teiges und nicht diejenige des Knetarmes 14 bzw. des Knetbehälters 10 erreicht. Dies muß auch bei minimaler Befüllung des Knetbehälters 10 gewährleistet sein. Ferner darf der Temperatursensor 34 nicht mit dem Teig in Berührung kommen.
    Die prozeßgesteuerte Teigkühlung während des Knetens läuft wie folgt ab: Über den Temperatursensor 34 wird die Temperatur des Teiges (Ist-Temperatur) während des Knetens ständig erfaßt. Die Ist-Temperatur wird mit der gewünschten Teigtemperatur (Soll-Temperatur) verglichen, welche zu Beginn des Knetprozesses über das Bedienfeld 32 eines Relais (nicht gezeigt) manuell eingegeben wurde. Das Relais steuert das Magnetventil 26 an. An das Magnetventil 26 wird über die Versorgungsleitung 18 in Form eines Versorgungsschlauches flüssiges CO2 herangeführt. Bei Überschreitung der Soll-Temperatur wird durch das Relais das Magnetventil 26 geöffnet, wobei bei Unterschreitung der Soll-Temperatur das Magnetventil 26 geschlossen bleibt Bei geöffnetem Magnetventil 26 wird somit flüssiges CO2 über die Düse 24 in das Schneerohr 21 iajiziert, bis die Soll-Temperatur wieder unterschritten wird. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrmals, so daß bis zum Knetende die Soll-Temperatur beibehalten wird. Das Schneerohr 21 leitet den aus der Düse 24 austretenden bzw. sich dort bildenden CO2-Schnee direkt in Knetbehälter 10, während das CO2-Gas, das schwerer als Luft ist, über das Außenrohr 20 mittels eines Ventilators 28 über eine Abgasleitung 22 entfernt wird. Der zwei Leistungsstufen aufweisende Ventilator wird ebenfalls über das Relais angesteuert. Die erste Stufe des Ventilators zeichnet sich gegenüber der zweiten Stufe des Ventilators durch eine geringere Absaugleistung aus. Der Ventilator wird gleichzeitig mit dem Öffnen des Magnetventils 26 mit geringer Absaugleistung gefahren. Durch die geringe Absaug- leistung wird über das Außenrohr 20 das entstehende CO2-Gas in der Injektionsphase separiert. Für die Absaugung des aus dem CO2-Schnee nachgebildeten CO2-Gases im Knetbehälter 10 schaltet der Ventilator bei gleichzeitig geschlossenem Magnetventil 26 auf die zweite Stufe um. Das separierte CO2-Gas und das nachgebildete CO2-Gas werden somit mittels des Ventilators über die Abgasleitung 22 ins Freie geleitet.
    Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung 16 über die zentrale Steuerungseinheit der Teigknetmaschine anzusteuern. Damit läßt sich erreichen, daß die Injektion des CO2-Schnees erst nach der Mischphase erfolgt Dies ist zweckmäßig, weil sich CO2-Schnee in der Mischphase nur schlecht im Teig verteilt. Des weiteren kann zeitgleich mit bzw. kurz vor dem Ablauf der Knetzeit die Injektion des CO2-Schnees beendet werden. Die zweitgenannte Variante gewährleistet auch noch eine Verteilung des kurz vor dem Ablauf der Knetzeit injizierten CO2-Schnees.
    Für die Effektivität der Teigkühlung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei wesentliche Faktoren von essentieller Bedeutung. Zum einen ist diese von der erreichten CO2-Schneebildungsrate abhängig und zum anderen von der Separation des CO2-Gases zum Zeitpunkt der CO2-Schneebildung. Die CO2-Schneebildungsrate und die Separation sind hierbei von mehreren Faktoren abhängig:
    • von den Lagerbedingungen des flüssigen CO2 im Versorgungstank:
    • vorzugsweise bei einer Temperatur um -20°C und bei einem Druck um 19 bar
    • Bei der Zufuhr des flüssigen CO2 vom Versorgungstank zur Düse muß gewährleistet sein, daß keine frühzeitige CO2-Schneebildung durch Strömungsabriß stattfindet. Dies wird durch die spezifischen Abmessungen des Durchmessers des Versorgungsschlauches, der Nennweite des Magnetventils und der Bohrung der Düse erreicht. Als vorteilhaft haben sich ein Durchmesser des Versorgungsschlauches von 8 mm, eine Nennweite des Magnetventils von 8 mm und eine Bohrung der Düse von 2,1 mm erwiesen.
    • Die verwendete Düse zeichnet sich durch die Erzeugung eines geschlossenen Vollstrahls aus und wird in der Fachsprache als Vollstrahldüse bezeichnet.
    • Das Verhältnis zwischen der Düsenbohrung und dem Innendurchmesser des Schneerohres, wobei sich eine Bohrung der Düse von 2,1 mm und ein Innendurchmesser des Schneerohres von 40 mm als vorteilhaft erwiesen haben.
    • Das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Schneerohres und dessen Länge, wobei sich ein Innendurchmesser des Schneerohres von 40 mm und eine Länge des Schneerohres von 460 mm als vorteilhaft erwiesen haben.
    • Das Verhältnis zwischen der Länge des Schneerohres und des Außenrohres sowie die Ventilatorleistung regulieren unter anderem die Austrittsgeschwindigkeit des CO2-Schnees. Vorzugsweise beträgt die Länge des Schneerohres 460 mm, die Länge des Außenrohres 530 mm und ist die Ventilatorleistung bei der Separation gering.
    Bezugszeichenliste
    10
    Knetbehälter
    12
    Behälterdeckel
    14
    Knetarm
    16
    Vorrichtung
    18
    Versorgungsleitung
    19
    CO2-Behälter
    20
    Außenrohr
    21
    Schneerobr
    22
    Abgasleitung
    24
    Düse
    26
    Magnetventil
    28
    Ventilator
    30
    Schaltkasten
    32
    Bedienungsfeld
    34
    Temperatursensor

    Claims (16)

    1. Vorrichtung zum Einbringen von CO2-Schnee in einen Behälter zur Kühlung des Behälterinhalts oder des Behälters, mit
      einem Behälter (10),
      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,
      wobei
      die CO2-Gas-Separiereinrichtung ein das Schneerohr (21) umgebendes und dazu koaxial angeordnetes Außenrohr (20) umfaßt, das im Bereich der der. CO2-Schnee-Abgabeseite gegenüberliegenden Seite des Schneerohres mit der CO2-Gas-Absaugeinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (20) an der CO2-Schnee-Abgabeseite des Schneerohres (21) über selbiges in Längsrichtung vorragt.
    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 Verdampfungseinrichtung 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 (20) vertikal angeordnet sind.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneerohr (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 (21) 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) befindlichen 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 Absaugeinrichtung einen Ventilator (28) umfaßt.
    12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperaturregeleinrichtung zur Regelung der Temperatur des Behälterinhaltes oder des Behälters (10) selbst durch Injektion einer entsprechenden Menge des CO2-Schnees.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregeleinrichtung eine Soll-Temperatur-Eingabeeinrichtung, einen Temperatursensor (34) zur Messung der Ist-Temperatur des Behälterinhaltes, eine Temperaturvergleichseinrichtung zum Vergleichen der Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur sowie eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern eines in der Versorgungsleitung 18 angeordneten Ventils umfaßt.
    14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sauerstoffpartialdruckregeleinrichtung zur Regelung des Sauerstoffpartialdruckes im Kopfraum des Behälters (10) durch Messung des Sauerstoffpartialdruckes und Absaugung einer entsprechenden Menge des CO2-Gases.
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Kohlendioxidpartialdruckregeleinrichtung zur Regelung des Kohlendioxidpartialdruckes im Kopfraum des Behälters (10) durch Messung des Kohlendioxidpartialdruckes und Absaugung einer entsprechenden Menge des CO2-Gases.
    16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) ein Behälter zum Kneten von Brot- oder Kuchenteig ist.
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