FI126676B - Menetelmä suurtalouspadan jäähdyttämisen tehostamiseksi ja jäähdytettävä suurtalouspata - Google Patents

Description

Menetelmä suurtalouspadan jäähdyttämisen tehostamiseksi ja jäähdytettävä suurtalouspata

Keksinnön kohteena on menetelmä suurtalouspadan jäähdyttämisen tehostamiseksi, jossa menetelmässä käytetään pataa, jossa on sisävaippa ja ulkovaippa, joiden väliin on muodostettu välitila, johon jäähdytysväliaine on järjestetty syötettäväksi syöt-töelimillä ja poistettavaksi siitä poistoelimillä, jossa menetelmässä jäähdytysvä-liainetta syötetään välitilaan olennaisesti sama määrä kuin siitä otetaan pois. Keksinnön kohteena on lisäksi jäähdytettävä suurtalouspata, jossa on sisävaippa ja ulkovaippa, joiden väliin on muodostettu välitila, johon jäähdytysväliaine on järjestetty syötettäväksi syöttöelimillä ja poistettavaksi siitä poistoelimillä.

Suurkeittiöissä, kuten sairaala- ja keskuskeittiöissä, sekä ravintoloissa, leipomoissa ja elintarviketeollisuudessa valmistetaan isoja määriä ruokaa kerrallaan yleisesti suurtalouspadoissa, jotka ovat tilavuudeltaan tyypillisesti alueessa noin 40-500 I. Ruokaa on usein tarpeen jakaa kaikkina viikonpäivinä, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi käyttämällä "valmista ja jäähdytä" ("Cook and Chili") -menettelyä. Tällöin ruokia valmistetaan vain työpäivinä, ja samalla esivalmistetaan myös viikonlopuksi tarvittavat annokset. Esivalmistettujen ruokaerien valmistuksen jälkeen nämä jäähdytetään alle 8 °C lämpötilaan ja varastoidaan sopivassa lämpötilassa. Tämän jälkeen ruokaerä voidaan myöhemmin lämmittää kerralla tai annoksittain kulutusta varten. Ongelmana "Cook and Chili" -menetelmässä on se, että koska ruoat varastoidaan niiden lämmitykseen saakka, tästä voi aiheutua hygieniaongelmia. Tällöin kriittistä ei ole niinkään varastointi alle 8 °C lämpötilassa, koska näissä lämpötiloissa eivät mikro-organismit, kuten bakteerit ja sienet, helposti lisäänny. Kriittisenä muuttujana on pidettävä jäähdytysvaihetta, jonka aikana ruokien lämpötila laskee 55 °C:sta alle 8 °C:een loppulämpötilaan. Tällä lämpötila-alueella esivalmistetussa ruoassa on mikro-organismeilla optimaaliset lisääntymisolosuhteet, ja ne voivat näin ollen lisääntyä erityisen voimakkaasti jäähdytysvaiheen aikana.

Mikro-organismien lisääntymisen pitämiseksi jäähdytysvaiheen aikana siedettävissä rajoissa on välttämätöntä, että esivalmistetut ruoat jäähdytetään loppulämpötilaan mahdollisimman lyhyessä ajassa. Jäähdytysvai he on pyrittävä toteuttamaan alle 120 minuutissa, erityisesti alle 90 minuutissa.

Normaalisti padan jäähdytys on järjestetty siten, että kylmää nestettä syötetään höyryvaippaan joko vesiverkostosta tai erillisestä jääpankista. Nesteen sisääntulo on vaipan pohjassa ja ulostulo vaipan yläosassa. Tehokkaan virtausnopeuden aikaansaaminen vaipassa on vaikeaa tällaisessa tunnetussa ratkaisussa, josta johtuen lämmönsiirtokerroin vaipassa jää suhteellisen pieneksi.

Julkaisussa KR20110041837Aon esitetty jäähdytettävä suurtalouspata, jossa on sisävaippa ja ulkovaippa, joiden väliin on muodostettu välitila, johon jäähdytysväli-aine on järjestetty syötettäväksi syöttöelimillä ja poistettavaksi siitä poistoelimillä. Välitilaan on järjestetty ohjaussiivekkeet, jotka toimivat jäähdytysripoina. Julkaisussa FI123987 on esitetty ratkaisu, jossa sekoitusakselin koteloon johdetaan lämmitystä! jäähdytysväliainetta. Julkaisu GB331606 esittää jäähdytettävän sekoitusastian, jonka ympärillä on lämmönsiirtonesteelle sovitettu vaippa, johon lämmönsiirtoneste on syötettävissä pyörivässä liikkeessä.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada ratkaisu, jolla virtausnopeutta vaipassa saadaan tehostettua suhteellisen yksinkertaisella tavalla. Tämän päämäärän saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle suurtalouspadan jäähdyttämiseksi on tunnusomaista se, että menetelmässä jäähdytysväliaineen virtausnopeutta välitilassa lisätään käyttämällä välitilan yhteyteen järjestettyä pumppua, jolla välitilasta otetaan jäähdytysväliainetta välitilan ulkopuoliseen lisäkiertoon ja palautetaan välitilaan.

Lisäkiertoon menevä määrä on jäähdytysnestettä käytettäessä edullisesti alueessa n. 5 l/min - n. 200 l/min.

Edullisesti jäähdytysväliainetta otetaan lisäkiertoon välitilan yläosasta ja syötetään takaisin välitilaan välitilan alaosan alueessa. Lisäkierrosta tuleva jäähdytysväliaine syötetään välitilaan edullisesti olennaisesti tangentiaalisesti.

Keksinnön mukaiselle jäähdytetylle suurtalouspadalle on puolestaan tunnusomaista se, että välitilan yhteyteen on järjestetty pumppu, jolla välitilassa olevan jäähdytys-väliaineen virtausnopeutta saadaan lisättyä huomattavasti lisäämättä välitilaan syötettävän tuoreen jäähdytysväliaineen määrää. Pumpun sisäänmeno on edullisesti yhdistetty välitilan yläosan alueeseen ja pumpun ulostulo on liitetty välitilan alaosan alueeseen.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saadaan tehostettua padan lämmönsiirtoa huomattavasti lisäämällä jäähdytysväliaineen virtausnopeutta välitilassa lisäämättä jäähdy-tysväliaineen kulutusta. Lämmönsiirron tehokkuuteen vaikuttaa erityisesti väliaineen virtausnopeus sisemmän vaipan seinämän vieressä.

Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaista ratkaisua suurtalouspadan jäähdyttämiseen kaaviollisena pystyleikkauskuvana, ja kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaista ratkaisua suurtalouspadan jäähdyttämiseen kaaviollisena sivusta nähtynä kuvana, ja kuvio 3 esittää suurtalouspadan vaakasuuntaista leikkausta lisäkierron paluulii-tännän korkeudelta.

Kuviossa 1 on esitetty tavanomaiseen tapaan toteutettu kaksoisvaippaisen padan 1 jäähdytys käyttäen vettä jäähdytysnesteenä. Sisävaippa 3 määrittää padan sisäpuolisen ruoanvalmistustilan, jossa sijaitsee tyypillisesti sekoituselimet (ei esitetty), joita pyöritetään tyypillisesti padan alapuolisten moottorielimien (ei esitetty) avulla. Ulko-vaippa 4 on sijoitettu välin päähän sisävaipasta 3, jolloin niiden väliin muodostuu välitila 2, johon voidaan syöttää ruoanvalmistuksen aikana höyryä tai muuta lämmi-tysväliainetta ruoan kypsentämisen tehostamiseksi. Välitilassa sijaitsee tyypillisesti myös kuumennusvastukset 10 padan kuumentamiseksi. Kypsennyksen päätyttyä ruoka jäähdytetään mahdollisimman nopeasti kääntämällä kuumennusvastukset pois päältä ja johtamalla sen jälkeen kylmää jäähdytysvettä välitilaan 2 esim. nopeudella 25 l/min jäähdytysveden lämpötilan ollessa esim. 0,5 °C.

Kylmää jäähdytysvettä syötetään sisävaipan 3 ja ulkovaipan 4 väliseen välitilaan 2, joko vesijohtoverkostosta tai erillisestä jääpankista. Jäähdytysvettä syötetään sisään jäähdytysvaipan alaosasta syöttöyhteen 5 kautta ja lämmennyttä jäähdytysvettä poistetaan vaipan yläreunasta poistoputken 6 kautta. Kylmää jäähdytysvettä syöte tään välitilaan jatkuvatoimisesti sama määrä kuin siitä poistetaan. Jäähdytysveden virtaus on tällä tapaa järjestetyssä jäähdytyksessä melko pieni tehokkaan virtausnopeuden aikaansaamiseksi välitilassa, josta johtuen lämmönsiirtoteho vaipassa jää pieneksi. Jäähdytysveden syöttömäärää lisäämällä virtausnopeutta ja siten lämmönsiirron tehokkuutta voidaan parantaa, mutta samalla lisääntyy jäähdytysveden kulutus.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen ratkaisun eräs suoritusmuotoesimerkki. Siinä normaalin jäähdytyskierron 5, 6 rinnalle lisätään padan ulkopuolelle pumppu 9, joka imee lämmennyttä jäähdytysvettä välitilan yläosasta putken 7 kautta ja kierrättää sen alemmas välitilaan putken 8 kautta. Lisäkiertoon otetaan jäähdytysvettä edullisesti enemmän kuin välitilaan syötetään tuoretta jäähdytysvettä. Esimerkiksi jäähdytysveden syöttömäärän ollessa 50 l/min lisäkiertoon otetaan määrä, joka on edullisesti alueessa 751/min - 150 l/min. Vesi syötetään takaisin välitilaan suurella nopeudella tangentin suuntaisesti yhdestä tai useammasta yhteestä, joka saa aikaan nesteen pyörimisen välitilan sisällä laajalta alalta. Kuviossa 3 on esitetty kaaviollises-ti poikkileikkausta padasta lisäkierron paluuliitännän 8 kohdalta. Paluuliitäntä on järjestetty suuntamaan paluukierosta tuleva jäähdytysvesi olennaisesti tangentiaali-sesti välitilaan 2 aikaansaamaan välitilassa olevan veden kiertoliikkeen nuolien osoittamaan suuntaan. Tämä parantaa lämmönsiirtoa merkittävästi ja pienentää jäähdytykseen käytettyä aikaa lisäämättä jäähdytysveden kulutusta. Vaihtoehtoisesti voidaan pienentää jäähdytykseen käytettyä vesimäärää. Käytettäessä jäähdytysvetenä verkostovettä voidaan jäähdytysveden virtausta lisäksi optimoida venttiilin avulla ja säästää lisää vettä. Keksinnön mukaisen ratkaisun lisäetuna on se, että välitilaan ulkopuolisesta kierrosta palaava vesi on lämmennyt jossain määrin, jolloin se ei pyri vajoamaan välitilan pohjalle ja hidastamaan siten veden kiertoa välitilan alaosassa. Jäähdytystä voidaan tehostaa järjestämällä välitilaan ohjaussiivekkeet (ei esitetty), jotka aikaansaavat jäähdytysveden nousemisen spiraalimaisesti välitilassa. Ohjaus-siivekkeet toimivat samalla jäähdytysripoina tehostaen osaltaan jäähdytystä. Lisäksi jäähdytystä voidaan tehostaa käyttämällä apuna padassa olevaa sekoitinta (ei esitetty), joka voi olla muodostettu jäähdyttävänä sekoittimena, kuten esim. esillä olevan hakemuksen hakijan aiemmassa patentissa EP1357806 on kuvattu. Tällöin padassa olevan ruoan jäähtyminen kauttaaltaan tehostuu lisää.

Keksinnön mukaisen ratkaisun vaikutusta jäähdytystehoon tutkittiin laskennallisesti (CFD-simulaatiossa (Computational fluid dynamics)) käyttäen lähtökohtana pataa, jonka sisätilavuus oli 3001. Padassa olevan välitilan tilavuus oli 1001. Jäähdytysväli-aineena oli vesi. Vaippamateriaalina oli haponkestävä teräs.

Simulaatiossa havaittiin, että keksinnön mukainen ratkaisu paransi lämmönsiirtote-hoa olennaisesti. Esimerkiksi jäähdytysveden syöttönopeuden välitilaan ollessa 501/min ja padan lämpötilan ollessa 60 °C saatiin keksinnön mukaisella ratkaisulla, jossa lisäkiertoon ohjattiin jäähdytysvettä määrässä 1001/min, laskennallisesti parannettua kokonaislämmönsiirtoa n. 30 % nykyiseen tavanomaiseen tapaan nähden. Padan lämpötilan ollessa 5 °C parannus samalla jäähdytysveden syöttönopeudella välitilaan ja samalla lisäkierron määrällä oli n. 45 %.

Edellä keksintöä on kuvattu käyttämällä jäähdytysveden kiertonopeutta lisäävänä välineenä pumppua, joka aikaansaa välitilan ulkopuolisen lisäkierron, mutta keksintö voidaan ajatella toteutettavaksi muullakin jäähdytysväliaineen virtausnopeutta lisäävällä välineellä, kuten esim. välitilan sisäpuolelle järjestetyllä propellilla tai siipipyö-rällä tai männällä. Vaihtoehtoina voidaan ajatella myös välitilan ympäri pyörivä lapaa tai väliaineen nopeuden lisäämistä paineilman avulla.

Padan lämmönsiirtoa voidaan tehostaa edelleen jonkin verran tekemällä välitilassa olevat tukirakenteet mahdollisimman virtausta haittaamattomiksi ja viemällä tuoreen jäähdytysveden syöttöyhde lähemmäksi vaipan keskiosaa ja lähemmäksi padan alareunaa.

Kuuma vesi poistetaan edullisesti välitilasta ennen jäähdytyksen aloitusta, mikä parantaa osaltaan jäähdytysnopeutta. Jäähdytyksen päätyttyä jäähdytysvesi voidaan poistaa pumpun avulla välitilasta.

Keksintöä on edellä kuvattu padan jäähdytyksen yhteydessä, mutta sitä voidaan hyödyntää myös lämmityksen tehostamisessa käytettäessä nestemäistä lämmönsiir-toväl lainetta. Lämmönsiirtoväliaineena voi olla edellä esimerkeissä käytetyn veden asemesta myös esim. glykoli, öljy, erityinen lämmönsiirtoneste, kaasu tai erilaisten lämmönsiirtoai-neiden yhdistelmä.

Viitenumerolista: 1 Pata 2 Välitila 3 Sisävaippa 4 Ulkovaippa 5 Syöttö välitilaan 6 Ulostulo välitilasta 7 Tulo pumpulle välitilasta 8 Syöttö pumpulta välitilaan 9 Pumppu

Claims (9)

1. Menetelmä suurtalouspadan jäähdyttämisen tehostamiseksi, jossa menetelmässä käytetään pataa (1), jossa on sisävaippa (3) ja ulkovaippa (4), joiden väliin on muodostettu välitila (2), johon jäähdytysväliaine on järjestetty syötettäväksi syöttöelimil-lä (5) ja poistettavaksi siitä poistoelimillä (6), jossa menetelmässä jäähdytysvä-liainetta syötetään välitilaan olennaisesti sama määrä kuin siitä otetaan pois, tunnettu siitä, että menetelmässä jäähdytysväliaineen virtausnopeutta välitilassa lisätään käyttämällä välitilan yhteyteen järjestettyä pumppua (9), jolla välitilasta otetaan jäähdytysväliainetta välitilan ulkopuoliseen lisäkiertoon ja palautetaan välitilaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä jäähdytysväliainetta otetaan lisäkiertoon välitilan (2) yläosasta ja syötetään takaisin välitilaan (2) välitilan alaosan alueessa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä lisäkierrosta tuleva jäähdytysväliaine syötetään välitilaan (2) olennaisesti tangentiaa-lisesti.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä jäähdytysväliainetta otetaan lisäkiertoon n. 51/min - n. 2001/min.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä välitilaan järjestetään ohjaussiivekkeet, jotka aikaansaavat jäähdytysväliaineen spiraalimaisen liikkeen välitilan alaosasta välitilan yläosaan ja toimivat samalla jäähdytysripoina.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä jäähdytysväliaineena käytetään vettä, glykolia, öljyä, lämmön-siirtonestettä, kaasua tai niiden yhdistelmää.

7. Jäähdytettävä suurtalouspata (1), jossa on sisävaippa (3) ja ulkovaippa (4), joiden väliin on muodostettu välitila (2), johon jäähdytysväliaine on järjestetty syötettäväksi syöttöelimillä (5) ja poistettavaksi siitä poistoelimillä (6), tunnettu siitä, että välitilan yhteyteen on järjestetty pumppu (9), jolla välitilasta otetaan jäähdytys-väliainetta välitilan ulkopuoliseen lisäkiertoon ja palautetaan välitilaan, jolloin välitilassa olevan jäähdytysväliaineen virtausnopeutta saadaan lisättyä huomattavasti lisäämättä välitilaan syötettävän tuoreen jäähdytysväliaineen määrää.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jäähdytettävä suurtalouspata (1), tunnettu siitä, että pumpun sisäänmeno (7) on yhdistetty välitilan yläosan alueeseen ja pum-pun(9) ulostulo (8) on liitetty välitilan alaosan alueeseen.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen jäähdytettävä suurtalouspata (1), tunnettu siitä, että välitilaan on lisäksi järjestetty ohjauselimet, jotka aikaansaavat jäähdytysväliaineen spiraalimaisen nousevan liikkeen välitilassa välitilan alaosasta välitilan yläosaan ja toimivat samalla jäähdytysripoina. Patentkrav