WO2006007617A1 - Regelungsverfahren für die klimabehandlung von produkten - Google Patents

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WO2006007617A1
WO2006007617A1 PCT/AT2005/000266 AT2005000266W WO2006007617A1 WO 2006007617 A1 WO2006007617 A1 WO 2006007617A1 AT 2005000266 W AT2005000266 W AT 2005000266W WO 2006007617 A1 WO2006007617 A1 WO 2006007617A1
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temperature
product
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control method
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Siegfried Marx
Martin Marx
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Siegfried Marx
Martin Marx
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric

Definitions

  • the invention relates to a control method for the climatic treatment of products in which a characteristic temperature of the product is measured cyclically in definable Zeitab ⁇ states and then some environmental parameters are automatically adjusted in the treatment chamber.
  • the climatic treatment of products can be used in a variety of ways and for many products. This can range from the relatively simple defrosting or intensive cooling to the drying, for example of wood, but also of foods such as sausage and meat products, to the maturing and smoking of foods.
  • climate defrosting When defrosting, a distinction is made between natural defrosting and climate defrosting, whereby the climate defrosting in various processes such as fresh air circulating air exhaust air defrosts in conjunction with heat pump defrosts or as vacuum defrost with different energy sources such as steam, directly or indirectly via heat exchangers or with costly electric heaters etc. is realized.
  • the temperature and the relative humidity in the circulating air of the air system are regulated in each case, thereby defrosting the product depending on the product type.
  • the intensive cooling is usually carried out in a comparable manner, but the control is regulated according to the core temperature of the product and the room temperature.
  • the pH of a pilot object in the treatment room is continuously measured and, depending on the measured pH, the temperature in the treatment room is continuously controlled, with the pH being about 5.8 of the material to be treated Beginning of the treatment is carried out with a temperature in the order of 24 0 C, which is lowered during the decrease of the pH to about 5.3 continuously to a temperature of about 2O 0 C.
  • This method is limited exclusively to the measurement of the pH, which is used to control the temperature in the respective treatment space / ripening room. Other factors are not included in this control process.
  • a process for treating fumigant, in particular meat and Wurst ⁇ goods, with a mixture of air and referred to as liquid smoke, water-soluble liquid with a smoke smell and taste, which is sprayed into the air of a smokehouse, is from the DE 42 43 656 C2 became known.
  • This method is characterized in that pure liquid smoke is sprayed directly into the air sucked from a smokehouse into a separate mixing area, swirled in this mixing area under pressure increase and then fed back into the smokehouse.
  • This process for the treatment of sausages serves both the maturing, but in particular a thermal treatment for the formation of special taste notes, which only has an influence on the ripening process.
  • raw sausages are produced via internal and external processes by discharging water, lowering the pH value, controlling the temperature of the process and substance-related properties, influenced by recipes or their distribution into cut-resistant long-life sausages.
  • the external process sequences escape the sausages' water through temperature, time and humidity control, form the basis for the internal microbiological processes and, together with the substance preparation, the additives and recipes, have a holistic effect on the process flow.
  • the external parameters refer to the relative or absolute humidity of the air, the air velocity and the temperatures that influence the internal processes.
  • to control the humidity usually a relative, deprived of air due to cooling water. This air is dried, heated in a further process, and water is added to control the degree of desiccation.
  • air-drying can be carried out in various processes, such as, for example: a) fresh air exhaust air drying (conventional wood drying) b) heat pump drying (condensation principle) c) vacuum drying
  • DE 199 51 627 also shows a method and a device for drying, in particular of wood, in which an overpressure is set in the drying chamber, but which purely serves the purpose of maintaining or maintaining an air flow in the system and for the drying itself is secondary.
  • the type of regulation and the reference variables used for this purpose are not disclosed.
  • the object of the present invention was a control method of the type mentioned at the outset, in which the treatment process proceeds automatically and gently after specification of the end parameter of the desired final state of the respective product, whereby all product factors and the external factors are as optimal as possible for the fast, gentle and nevertheless Energy and time compared to conventional procedures saving treatment can be regulated.
  • control method is characterized in that actual values for the characteristic temperature of the product, the temperature of the air in the treatment chamber and the temperature of the supply air and the moisture of the product are measured in each cycle, that the desired state of the product is defined based on characteristic parameters at least at the beginning of the treatment process, that desired values for the measured parameters for the next cycle are automatically determined from the measured and defined parameters and compared with the respective actual values in the next measurement cycle.
  • the new invention is characterized by the fact that with a low expenditure of energy, in conjunction with a constant air compression, a uniform distribution of the air in the entire area around the product to be treated and thus a faster uniform heating or cooling of the product is achieved , No additional humidification by injection of water vapor and no dehumidification via cold registers is required.
  • the period of time to reach the necessary characteristic temperature, preferably the core temperature of the respective product is dependent on the initial temperature and other product parameters, for example the thickness of the wood to be dried, and the water content in the core to the edge, and results depending on these product properties automatically.
  • a control method is particularly vor ⁇ geous, which is characterized according to a further feature of the invention characterized in that the moisture content of the supply and exhaust air of the treatment chamber measured Setpoint values for the next cycle are automatically determined and also compared with the respective actual values in the next measurement cycle.
  • the air pressure in the treatment chamber is regulated.
  • the air pressure around the product will normally be higher than in the core, so that premature dehydration at the edge of the product is avoided and the actual water discharge is initiated after reaching the optimum characteristic temperature.
  • the vapor pressure of the air in the treatment chamber can also be regulated.
  • the moisture content of at least the product is determined by its conductivity.
  • the temperature of the return air is regulated from the treatment chamber, it can be optimally acted on in terms of energy and control technically to the conditions in the treatment chamber.
  • a further advantageous embodiment provides that heat or cold is recovered from the return air from the treatment chamber before the temperature control.
  • these additional substances may include, for example, liquid smoke, inert gases, etc.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an exemplary plant for defrosting using the method according to the invention
  • FIG. 2 is a Huaweidia ⁇ program of the control method according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of an exemplary drying plant be ⁇ according to the inventive method be ⁇ 4 shows a schematic representation of an intensive cooling system for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 5 is an illustration of a maturing chamber which is also operated with the method according to the invention.
  • a defrosting process contains frozen products which are to be thawed to a predefinable end temperature.
  • a temperature sensor 2 and a device 3 for measuring conductivity the core temperature of the product and its water content are determined and transmitted to the control device 4.
  • the temperature of the air in the drying chamber and the temperature of the supply air, exhaust air and return or circulating air are measured.
  • the pressure in the drying chamber 1 is monitored via a pressure transmitter 9.
  • a first step A the desired final state of the product is defined based on characteristic parameters at least once at the beginning of the treatment process.
  • setpoint values for the measured parameters for the sensor are automatically measured in a further step C from the parameters measured via the sensors 2 to 9 and the parameters defined in step A. next cycle and compared in the next measurement cycle and the process step D with the respective actual values.
  • control device 4 a software algorithm is implemented which converts all variable physical calculations into a control process and, in the event of deviations of actual and desired values, controls control devices in a further step E and thereby gives the product the necessary environment for a gentle and energy-optimal treatment process creates.
  • the control loop begins again at step B with the determination of the actual values of the product, which is repeated until the values of the characteristic parameters set for the desired final state have been reached.
  • a frequency-controlled ventilator 10 for generating a return or circulating air flow and a frequency-controlled exhaust air ventilator 11 are actuated via the control device 4, which in conjunction with a fresh air flap 12, Recirculation damper 13, exhaust damper 14, outside air / room damper 15, as well as in larger systems with an additional flap 16 for the injection air into the treatment chamber 1, the ambient air density and the humidity in the treatment chamber 1 determine.
  • the automatic calculation of the water content from the core also flows into the control of the process, whereby the predefined end parameters determine the time corridor and the technical system uses all controls as required .
  • temperature sensors 17, 18 may be provided for the outside air and the fresh air.
  • the amount of fresh air and exhaust air amount taking into account the actual value and the setpoint of the degree of drying, in conjunction with the respective predetermined core temperature and actual temperature and setpoint temperature is received, is a continuous controlled product ambient air density maintained with a saturation of Artsumge ⁇ ambient humidity, through which the product to be thawed can derive optimal amount of cold, starting from the core to the product edge, the biological limits of the cooling discharge without loss of product water are observed.
  • the necessary external measuring devices are selected depending on the product and integrated into the software algorithm.
  • the actual temperature output can be done in one or more facilities for cold recovery 19, so that a separate refrigeration register 20 operated sparingly or even completely avoided, can.
  • the targeted admixture of fresh air or Kunststoff ⁇ air again can help that a lower heating power of the heater 21 is required be ⁇ to adjust the temperature of the supply air to the required value.
  • the control method can be extended and thus optimized in particular for the gentle and energy-efficient drying of products, for example of wood.
  • Additional temperature sensors 6a, 7a, 8a in combination with the temperature sensors 6, 7, and 8 in addition to the temperature and the humidity of the supply, return and exhaust air are measured. These measured moisture values and, if appropriate, certain further calculated values are advantageously also incorporated into the control algorithm in the control device 4, thereby providing the product with the necessary environment for a gentle and energy-optimal drying process.
  • the amount of fresh air and exhaust air taking into account the actual value and the target value of the degree of drying, in conjunction with the respective predetermined core temperature and actual temperature and setpoint temperature, the given and calculated Vapor saturation in the supply air, recirculation air and exhaust air is maintained a constant controlled product ambient air density with the corresponding calculated saturation, through which the product can gently release the water, starting from the core to the product edge.
  • the actual release of water from the return air takes place by relaxing the air (condensation).
  • the cold register 20 can also be operated sparingly sam or even completely avoided, as well as by targeted admixture of fresh air or room air, a lower heating power of the heater 21 is required to keep the supply air to temperature.
  • any wood to be dried can be controlled with respect to the delivery of water to the percentage accuracy and product-determining period.
  • the external measuring point devices required for this purpose are selected depending on the product and incorporated into the software algorithm.
  • a system as shown in Fig. 4 is operated with the control method according to the invention.
  • the temperature output from the return air takes place first via one or more devices 19a for heat recovery.
  • the cold register 20 can also be operated sparingly sam or even completely avoided, as well as by targeted admixture of fresh air or room air, a lower heating power of the heater 21 is required to keep the supply air to temperature.
  • a smoke generator 22 is provided and bound ein ⁇ together with a smoke flap 23 and a Umrauchklappe 24 in the control algorithm.
  • acidification by the definition of a minimum pH value is also counteracted.
  • the release of the acid takes place in conjunction with the water and thus the desired degree of ripeness of a cut-resistant raw sausage is achieved, whereby the actual pH value and the pH setpoint control the water content loss.
  • the optimal process control of the process a shortening of the drying time of up to 30% was achieved, the products having no biobacterially hazardous substances, the drying from the core to the edge giving a uniform residual water content, the natural reddening from the core to the edge and also the bonding of the fabric began, smoking phases were included shortened in a receptive product conditions, which again gives a better taste with less tar content, and the technological end parameters meet the standards.

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Abstract

Ein Steuerverfahren für die Klimabehandlung von Produkten misst zyklisch in definierbaren Zeitabständen die Produkttemperatur und regelt danach einige Umgebungsparameter in der Behandlungskammer automatisch ein. Um den Prozeß automatisch und schonend zu gestalten, und darüber hinaus Energie und Zeit gegenüber herkömmlichen Verfahren einzusparen, werden in jedem Zyklus Istwerte für eine charakteristische Temperatur des Produkts, die Temperatur der Luft in der Behandlungskammer und die Temperatur der Zuluft gemessen, wird zumindest zu Beginn des Behandlungsvorganges der gewünschte Endzustand des Produktes anhand charakteristischer Parameter definiert, und werden aus den gemessenen und definierten Parametern automatisch Sollwerte für die gemessenen Parameter für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen.

Description

REGELUNGSVERFAHREN FÜR DIE KLIMABEHANDLUNG VON PRODUKTEN
Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für die Klimabehandlung von Produkten bei welchem eine charakteristische Temperatur des Produktes zyklisch in definierbaren Zeitab¬ ständen gemessen und danach einige Umgebungsparameter in der Behandlungskammer automatisch eingeregelt werden.
Die Klimabehandlung von Produkten kann in vielfältiger Weise und für vielerlei Pro¬ dukte Anwendung finden. Das kann von der relativ einfachen Defrostung bzw. Intensivab¬ kühlung bis hin zur Trocknung, beispielsweise von Holz aber auch Lebensmitteln wie etwa Wurst- und Fleischwaren, bis zur Reifung und Räucherung von Lebensmitteln gehen.
Beim Defrosten unterscheidet man zwischen dem natürlichen Defrosten sowie der Klimadefrostung, wobei die Klimadefrostung in verschiedenen Verfahren wie etwa Frischluft- Umluft-Abluftdefrosten in Verbindung mit Wärmepumpendefrosten oder als Vakuumdefro- sten mit unterschiedlichen Energieträgern wie zum Beispiel mit Dampf, direkt oder indirekt über Wärmetauscher oder mit kostspieligen Elektroheizungen etc. realsiert wird. Bei allen bis jetzt bekannten Verfahren wird jeweils nach der Temperatur und der relativen Feuchte in der Umluft des Luftsystems geregelt und dadurch das Produkt je nach Produktart zeitab¬ hängig defrostet. Auch die Intensivabkühlung wird meist in vergleichbarer Weise durchge¬ führt, wobei jedoch die Regelung nach der Kerntemperatur des Produktes und der Raum¬ temperatur geregelt wird.
Auf dem Gebiet der Behandlung von beispielsweise Rohfleisch oder Rohwurst, die zu einem biologisch gewünschten Trocknungs- und/oder Reifegrad gebracht werden sollen, wurde die lange Zeit übliche Naturreife (Trocknung) von der Klimareife abgelöst, da damit unabhängig von den vorhandenen klimatischen Bedingungen in entsprechenden Reifeanla¬ gen beispielsweise Rohwurst unabhängig von den natürlichen Bedingungen hergestellt wer¬ den kann. In bekannten herkömmlichen modernen Reifungsanlagen lässt sich eine pro¬ grammierte Reifung auf Grund der langjährigen Erfahrungswerten mit genauer zeitlicher Einstellung sämtlicher Reifungsabläufe durchführen. Dabei werden verschiedene Verfahren angewendet, die darauf ausgerichtet sind, bestimmte Bedingungen bei der Reifung von Le¬ bensmitteln auszunutzen bzw. zu beeinflussen.
Die Herstellung verschiedener Lebensmittel wie beispielweise Wurst und Käse erfor¬ dern eine Reifebehandlung, bei der die Lebensmittel für eine vorbestimmte Zeitdauer be¬ stimmten Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt werden. Würste werden nach dem Abfüllen der Grundmasse in Natur- oder Kunstdärme auf Transportwagen aufgehängt, in Reifekammern verbracht und in diesen Reifekammern einer Trocknungsbehandlung un¬ terworfen. So beschreibt die DE 33 19 528 C2 ein Verfahren zur Reifung und Trocknung von Wurst o.a. Lebensmitteln, bei dem dem zu behandelnden Gut durch die Zuführung von kon¬ ditionierter Luft Wasser entzogen wird, bis der gewünschte Trocknungs - und Reifegrad er¬ reicht ist und wobei während der Behandlung des Gutes dessen pH - Wert bestimmt und als Bezugsgröße zur Behandlung des Gutes eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird der pH- Wert eines Pilotobjektes in dem Behandlungsraum kontinuierlich gemessen und in Abhängig¬ keit vom gemessenen pH-Wert wird die Temperatur im Behandlungsraum kontinuierlich ge¬ steuert, wobei bei pH-Werten von etwa 5,8 des zu behandelnden Gutes zu Beginn der Be¬ handlung mit einer Temperatur in der Größenordnung von 240C gearbeitet wird, die wäh¬ rend der Abnahme des pH-Wertes auf etwa 5,3 kontinuierlich auf eine Temperatur von etwa 2O0C abgesenkt wird. Dieses Verfahren beschränkt sich ausschließlich auf die Messung des pH-Wertes, welcher zur Steuerung der Temperatur in dem jeweiligen Behandlungs¬ raum/Reiferaum, genutzt wird. Weitere Faktoren fließen in diesen Steuerungsprozess nicht ein.
Ein Verfahren zum Behandeln von Räuchergut, insbesondere von Fleisch- und Wurst¬ waren, mit einem Gemisch aus Luft und einer als Flüssigrauch bezeichneten, wasserlöslichen Flüssigkeit mit Rauchgeruch und -geschmack, die in die Luft einer Räucherkammer einge¬ sprüht wird, ist aus der DE 42 43 656 C2 bekannt geworden. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass reiner Flüssigrauch direkt in die aus einer Räucherkammer in einen ge¬ sonderten Mischbereich gesaugte Luft eingesprüht, in diesem Mischbereich unter Druckerhö¬ hung verwirbelt und anschließend wieder in die Räucherkammer geführt wird. Dieses Verfah¬ ren zur Behandlung von Wurstwaren dient sowohl der Reifung, aber insbesondere einer thermischen Behandlung zur Herausbildung besonderer Geschmacksnoten, welches nur be¬ dingt auf den Reifeprozess Einfluss nimmt.
Aus der DE 195 11 223 A 1 ist ein Verfahren zur Reifung von Lebensmitteln bekannt geworden, so auch für Rohwürste, bei dem die Lebensmittel in einem abgeschlossenen Be¬ handlungsraum bei kontrollierter Raumtemperatur und Raumfeuchte bis zur Erreichung des gewünschten Reifegrades aufbewahrt werden. Dem Behandlungsraum wird aus einem Vor¬ ratstank ein Gas- oder Gasgemisch zugeführt, das einen wesentlich höheren Inertgasgehalt als Luft aufweist. Durch Steuerung der Gas- oder Gasgemischzufuhr soll im Behandlungs¬ raum ein dem Reifungsverlauf angepasster Restsauerstoffgehalt eingestellt werden. Ein der¬ artiges Klimakammerverfahren erfordert einen erheblichen Aufwand zur Aufbereitung und Bereitstellung eines geeigneten Gases bzw eines Gasgemisches, wobei auch mit diesem Ver¬ fahren nur auf ganz bestimmte Verfahrensabläufe bei der Reifung von Lebensmitteln Einfluss genommen wird. Bekannt sind ferner Verfahren, bei denen die Gewichtsreduzierung der zu behandeln¬ den Produkte als Steuergrößen für den Reifeprozess genutzt werden, so in der DE 35 37 373 A 1 beschrieben, und auch ein Verfahren zur Reifung und Trocknung von Rohwürsten unter Einstellung des aw-Wertes, wie aus der DE 43 26 688 C 2 bekannt geworden. Auch diese bekannten Verfahren stützen sich lediglich auf einzelne Prozessgrößen bei der Behandlung und Reifung von Rohwürsten, weiter Einflussgrößen bleiben weitestgehend unberücksichtigt.
So kann allgemein ausgeführt werden, dass Rohwürste, durch Wasserabgabe, pH- Wert-Absenkung, Temperaturführung des Verfahrens sowie stoffbezogener Eigenschaften, beeinflusst von Rezepturen bzw deren Verteilung zu schnittfesten Dauerwurstwaren über interne und externe Prozessabläufe hergestellt werden. Die externen Prozessabläufe entzie¬ hen durch Temperatur, Zeit und Feuchtegradsteuerung den Würsten das Wasser, bilden die Basis für die internen mikrobiologischen Prozesse und wirken mit der Stoffvorbereitung, den Zusätzen und Rezepturen gesamtheitlich auf den Prozessablauf ein. Die externen Parameter beziehen sich auf die relative oder absolute Feuchte der Luft, die Luftgeschwindigkeit und die Temperaturen, die die inneren Prozessabläufe beeinflussen. So wird zur Steuerung der Feuchte, meist eine relative, der Luft infolge Kühlung Wasser entzogen. Diese Luft wird ge¬ trocknet, in einem weiteren Prozess erwärmt und Wasser zugesetzt, um den Abtrocknungs- grad zu steuern. Damit entsteht der gewollte relative Feuchtegrad in der Luft und die Luft wird beispielweise mit Ventilatoren durch die Reifekammer/Rauchkammer befördert. Die Ge¬ schwindigkeit der Luft und ihre Parameter müssen dabei immer den Abtrocknungs- bzw. Wasserabgabebedingungen des Produktes entsprechen, um Trockenränder bei der auszurei¬ fenden Rohwurst zu vermeiden. Eine zweite Form der Steuerung der Luftparameter geht davon aus, dass die Luft bereits einen bestimmten Feuchtegrad besitzt, der nur noch auf die Wasserabgabebedingungen der Produkte eingestellt werden muss. Dies ist zu erreichen, indem die Eigenschaft des Produktes Wasser abzugeben unter Anwendung eines Umluftver¬ haltens mit intervallmäßiger Frischluftzuführung, zur Steuerung des Feuchtegrades genutzt wird. Dabei entfallen die Verfahrensschritte Wasserentzug mit intensiver Luftkühlung und eine Neuanfeuchtung weitestgehend durch externe Prozessführung der Luftparameter.
Dieses Verfahren geht davon aus, dass eine vorhergehende Minimalkühlung den Feuchtegehalt in der Luft auf eine bestimmte Temperatur standardisiert. Dabei ist zu berück¬ sichtigen, dass allein die Jahreszeiten hier keine konstanten Bedingungen sichern. Zusätzlich muss beachtet werden, dass die Rohwurst als Wasserspender bei Temperatursteigerung den zusätzlichen Feuchtebedarf deckt. Sowohl die Luftkonstanz, als auch das Produktverhalten hat bedeutend mehr Variable, so dass der technisch einfache Regelansatz nur begrenzt für ein bestimmtes Produkt unter definierten Außenluftbedingungen wirkt, aber den allgemeine¬ ren wesentlich breiteren Prozess nicht ohne Fehlprodukte, so können Randaustrocknung in¬ folge zu hohen Wasserabzuges durch Wasserdampfmangel bzw auch Überschuss mit Schwitzerscheinungen auftreten, erfüllen kann. So sind Schwitzerscheinungen der Würste dafür verantwortlich, dass besonders in der Startphase des Prozesses eine hohe Zunahme des Keimwachstums von Bakterien und Keimflora auf der Sauerstoffbasis zu verzeichnen sind.
Bei der Holzbehandlung schließlich unterscheidet man zwischen der Naturtrocknung sowie der Klimatrocknung, wobei die Klimatrocknung in verschiedenen Verfahren durchge¬ führt werden kann, wie zum Beispiel als: a) Frischluft-Ablufttrocknung ( Konventionelle Holztrocknung ) b) Wärmepumpentrocknung ( Kondensationsprinzip ) c) Vakuumtrocknung
Dabei können alle diese Varianten in verschiedenen mechanisch/technischen Ausfüh¬ rungsarten angewendet werden. Bei allen bis jetzt bekannten Verfahren wird jeweils nach der relativen Feuchte in der Umluft, genannt Gleichgewichtsfeuchte des Holzes, geregelt und dadurch das Holz je nach Sorte zeitabhängig getrocknet.
In der EP 429 947 ist ein Steuerverfahren für die Holztrocknung beschrieben, bei dem wie eingangs dargestellt als alleiniger führender Meßwert nur die Holztemperatur in definier¬ baren Zeitabständen ermittelt und auf dieser Basis die Lufttemperatur sowie die Luftfeuchte in der Trocknungskammer eingeregelt wird. Diese beiden letzteren Parameter werden durch ebenfalls manuell eingebbare Proportionalitätsfaktoren "schärfer" oder "sanfter" mit der Füh¬ rungsgröße der aktuellen Holztemperatur verknüpft.
Auch die DE 199 51 627 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen, ins¬ besondere von Holz, bei welcher ein Überdruck in der Trocknungskammer eingestellt wird, welcher aber rein der Einrichtung bzw. Aufrechterhaltung einer Luftströmung im System dient und für die Trocknung an sich zweitrangig ist. Die Art der Regelung und der dafür ver¬ wendeten Führungsgrößen ist nicht geoffenbart.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war ein Steuerverfahren der eingangs ange¬ gebenen Art, bei welchem nach Vorgabe der Endparameter des gewünschten Endzustandes des jeweiligen Produktes der Behandlungsvorgang automatisch und schonend abläuft, wobei sämtliche Produktfaktoren sowie die externen Faktoren möglichst optimal für die schnelle, schonende und dennoch Energie und Zeit gegenüber herkömmlichen Verfahren einsparende Behandlung geregelt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Steuerverfahren erfindungsgemäß dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in jedem Zyklus Istwerte für die charakteristische Temperatur des Produk¬ tes, die Temperatur der Luft in der Behandlungskammer und die Temperatur der Zuluft, so¬ wie die Feuchte des Produktes gemessen werden, daß zumindest zu Beginn des Behand¬ lungsvorganges der gewünschte Zustand des Produktes anhand charakteristischer Parameter definiert wird, daß aus den gemessenen und definierten Parametern automatisch Sollwerte für die gemessenen Parameter für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzy¬ klus mit den jeweiligen Istwerten verglichen werden. Die neue Erfindung zeichnet sich da¬ durch aus, daß mit geringem Energieaufwand, in Verbindung mit einer ständigen anpassen¬ den Luftverdichtung, eine gleichmäßigen Verteilung der Luft im gesamten Bereich um das zu behandelnde Produkt und damit ein schnelleres gleichmäßiges Erwärmen oder Abkühlen des Produktes erreicht wird. Dabei wird keine zusätzliche Befeuchtung durch Einspritzen von Wasserdampf und auch keine Entfeuchtung über Kälteregister benötigt. Der Zeitraum zum Erreichen der notwendigen charakteristischen Temperatur, vorzugsweise der Kerntemperatur des jeweiligen Produktes, ist abhängig von der Anfangstemperatur und weiteren Produktpa¬ rameter, beispielsweise der Dicke zu trocknenden Holzes, sowie dem Wassergehalt im Kern bis zum Rand, und ergibt sich je nach diesen Produkteigenschaften automatisch.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß aus den Istwerten für die charakteristische Temperatur des Produkts, die Temperatur der Luft in der Behand¬ lungskammer und die Temperatur der Zuluft, sowie die Feuchte des Produktes weitere abge¬ leitete Ist-Parameter bestimmt werden, und daß aus einigen gemessenen und abgeleiteten sowie den definierten Parametern automatisch Sollwerte für diese gemessenen und abgelei¬ teten Parameter für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den je¬ weiligen Istwerten verglichen wird. Mit Steuerverfahren dieser Art können besonders vorteil¬ haft Defrostungskammern betrieben werden.
Für die Intensivabkühlung von Produkten, die Holztrocknung aber auch die Reife- und/oder Trocknungsbehandlung von Lebensmitteln ist ein Steuerverfahren besonders vor¬ teilhaft, welches gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Feuchte auch der Zu- und Abluft der Behandlungskammer gemessen werden und auch dafür automatisch Sollwerte für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Mess¬ zyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen werden.
Auch hier kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß auch aus der Feuchte der Zu- und Abluft weitere abgeleitete Ist-Parameter bestimmt und auch dafür automatisch Sollwerte für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen werden.
Vorteilhafterweise wird bei allen Verfahren gemäß einem der vohergehenden Absätze der Luftdruck in der Behandlungskammer geregelt. Solange der Prozessabschnitt auf die vorgegebene eingestellte Kerntemperatur stattfindet, wird hierbei der Luftdruck um das Pro¬ dukt normalerweise höher sein als im Kern, so daß ein frühzeitiges Austrocknen am Rand des Produktes vermieden und die eigentliche Wasserabgabe nach Erreichen der optimalen charakteristischen Temperatur eingeleitet wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann auch der Dampfdruck der Luft in der Behandlungskammer geregelt werden.
Vorzugsweise wird die Feuchte zumindest des Produktes über dessen Leitfähigkeit bestimmt.
Wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Temperatur der Rückluft aus der Behandlungskammer geregelt wird, kann damit energie- und steuerungs¬ technisch optimal auf die Bedingungen in der Behandlungskammer eingewirkt werden.
Um bestmögliche Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zu ge¬ währleisten, sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vor, daß Wärme oder Kälte aus der Rückluft aus der Behandlungskammer vor der Temperaturregelung rückgewonnen wird.
Wenn der Zuluft zur Behandlungskammer Substanzen beidosiert werden, kann ein weites Spektrum von Reifebehandlungen, speziell von Lebensmitteln, durchgeführt werden. Diese zusätzlichen Substanzen können beispielsweise Flüssigrauch, Inertgase, etc. umfassen.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh¬ rungsbeispiele unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungsfiguren näher erläutert werden.
Dabei zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anlage zur Defrostung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ist ein Ablaufdia¬ gramm des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens, Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Trocknungsanlage, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren be¬ trieben wird, Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Intensivabkühlungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 5 ist eine Darstellung einer Reife¬ kammer, die ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
In einer dicht abgeschlossenen Behandlungskammer 1 befinden sich für beispielswei¬ se einen Defrostungsvorgang tiefgekühlte Produkte, die auf eine vordefinierbare End- Kemtemperatur aufgetaut werden sollen. Über einen Temperatursensor 2 und eine Vorrich¬ tung 3 zur Leitfähigkeitsmessung werden die Kerntemperatur Produktes und dessen Wasser¬ gehalt bestimmt und der Steuereinrichtung 4 übermittelt. Über weitere Temperatursensoren 5, 6, 7, 8 werden die Temperatur der Luft in der Trockenkammer und die Temperatur der Zuluft, Abluft und Rück- bzw. Umluft gemessen. Vorteilhafterweise wird auch der Druck in der Trocknungskammer 1 über einen Drucktransmitter 9 überwacht.
Wie im Ablaufschema der Fig. 2 deutlich dargestellt ist, wird in einem ersten Schritt A zumindest einmal zu Beginn des Behandlungsvorganges der gewünschte Endzustand des Produktes anhand charakteristischer Parameter definiert. Weiters werden in einem weiteren Schritt B, der vor, gleichzeitig oder auch nach dem Schritt A erfolgen kann, aus den über die Sensoren 2 bis 9 gemessenen und den im Schritt A definierten Parametern automatisch in einem weiteren Schritt C Sollwerte für die gemessenen Parameter für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus und dem Ablaufschritt D mit den jeweiligen Istwerten verglichen. In der Steuereinrichtung 4 ist ein Softwarealgorithmus realisiert, der sämtliche variable physikalische Berechnungen in einen Steuerungsprozeß umwandelt und bei Abwei¬ chung von Ist- und Sollwerten in einem weiteren Schritt E Regeleinrichtungen ansteuert und dadurch dem Produkt die notwendige Umgebung für einen schonenden und energieoptima¬ len Behandlungsprozeß schafft. Nach Einstellung der Regeleinrichtungen, aber auch bei Übereinstimmung von Ist- und Sollwerten beginnt die Regelschleife von Neuem bei Schritt B mit der Ermittlung der Ist-Werte des Produktes, welche sich bis zum Erreichen der für den gewünschten Endzustand eingestellten Werte der charakteristischen Parameter wiederholt.
Zur Regelung der Umgebungsparameter für eine schonende Defrostung der Produkte in der Behandlungskammer 1 wird über die Steuereinrichtung 4 ein frequenzgesteuerter Ven¬ tilator 10 zur Erzeugung einer Rück- bzw. Umluftströmung und ein frequenzgesteuerter Ab¬ luftventilator 11 angesteuert, die in Verbindung mit einer Frischluftklappe 12, Umluftklappe 13, Abluftklappe 14, Außenluft-/Raumluftklappe 15, sowie bei größeren Anlagen mit einer zusätzlichen Wechselklappe 16 für die Einblasluft in die Behandlungskammer 1 die Umge¬ bungsluftdichte als auch die Feuchte in der Behandlungskammer 1 bestimmen. Dabei fließen auch die automatische Berechnung des Wassergehaltes vom Kern (ermittelt über die Leitfä¬ higkeit durch die Einrichtung 3) in die Steuerung des Prozesses ein, wodurch die vorgegebe¬ nen Endparameter den Zeitkorridor bestimmen und die technische Anlage sämtliche Steue¬ rungen je nach Bedarf einsetzt. Vorzugsweise können noch Temperaturfühler 17, 18 für die Außenluft und die Frischluft vorgesehen sein.
Da aus der über den Algorithmus in der Steuereinrichtung 4 erfolgenden Abstimmung der Umluftdichte und - menge, der Frischluftmenge und Abluftmenge, in Berücksichtigung des Istwertes und des Sollwertes des Trocknungsgrades, in Verbindung mit der jeweiligen vorgegebenen Kerntemperatur sowie Isttemperatur und Solltemperatur, eingeht, wird eine ständige kontrollierte Produktumgebungsluftdichte mit einer Sättigung der Produktumge¬ bungsfeuchte aufrechterhalten, durch welche das aufzutauende Produkt im optimaler Menge Kälte ableiten kann, ausgehend vom Kern bis hin an den Produktrand, wobei die biologischen Grenzen der Kälteabgabe ohne Verlust von Produktwasser beachtet sind. Die dafür notwen¬ digen externen Messteileneinrichtungen werden je nach Produkt ausgewählt und in den Softwarealgorithmus eingebunden.
Die eigentliche Temperaturabgabe kann in einer oder mehreren Einrichtungen zur Kälterückgewinnung 19 erfolgen, so daß ein separates Kälteregister 20 sparsam betrieben oder gar ganz vermieden werden, kann. Die gezielte Beimischung von Frischluft oder Raum¬ luft wieder kann dazu beitragen, daß eine geringere Heizleistung der Heizeinrichtung 21 be¬ nötigt wird, um die Temperatur der Zuluft auf den benötigten Wert einzustellen.
Die technischen Größenauslegungen von Ventilatoren, Luftkanälen, Heizung, Kälte etc. hängen nur von der jeweiligen Kapazität und der spezifischen Eigenschaften der zu be¬ handelnden Produkte ab, hat eigentlich keinen gravierende Rückwirkung auf die Prozess¬ steuerungstechnik und ist so gewählt, dass ein guter Wirkungsgrad erreicht wird. Bis zu 50% Energieanschlußeinsparungen sowie bis zu 70% Betriebsenergieeinsparungen gegenüber herkömmlichen Anlagen kann dabei erreicht werden.
Für die in Fig. 3 dargestellte Anlage kann das Steuerverfahren noch erweitert und damit insbesondere für die schonende und energieeffiziente Trocknung von Produkten, bei¬ spielsweise von Holz, optimiert werden. Über zusätzliche Temperatursensoren 6a, 7a, 8a werden in Kombination mit den Temperatursensoren 6, 7, und 8 neben der Temperatur auch die Feuchte der Zu-, Rück- und Abluft gemessen. Diese gemessenen Feuchte-Werte und allenfalls unter deren Verwendung bestimmte weitere berechnete Werte gehen vorteilhaft¬ erweise auch in den Regelalgorithmus in der Steuereinrichtung 4 ein, wodurch dem Produkt die notwendige Umgebung für einen schonenden und energieoptimalen Trocknungsprozeß geschaffen wird.
Da aus der über den Algorithmus in der Steuereinrichtung 4 erfolgenden Abstimmung der Umluftdichte und - menge, der Frischluftmenge und Abluftmenge, in Berücksichtigung des Istwertes und des Sollwertes des Trocknungsgrades, in Verbindung mit der jeweiligen vorgegebenen Kerntemperatur sowie Isttemperatur und Solltemperatur, auch die gegebene und errechnete Dampfsättigung in der Zuluft, Umluft und Abluft eingeht, wird eine ständige kontrollierte Produktumgebungsluftdichte mit der dementsprechenden errechneten Sättigung aufrechterhalten, durch welche das Produkt schonend das Wasser abgeben kann, ausgehend vom Kern bis hin an den Produktrand. Die eigentliche Wasserabgabe aus der Rückluft erfolgt durch Entspannen der Luft (Kondensation). Damit kann das Kälteregister 20 gleichfalls spar¬ sam betrieben oder gar ganz vermieden werden, ebenso wie durch gezielte Beimischung von Frischluft oder Raumluft eine geringere Heizleistung der Heizeinrichtung 21 benötigt wird, um die Zuluft auf Temperatur zu halten.
Durch das erfindungsgemäße Steuerverfahren kann beispielsweise jegliches zu trock¬ nende Holz bezüglich der Wasserabgabe auf Prozentgenauigkeit und produktbestimmenden Zeitraum gesteuert werden. Die dafür notwendigen externen Messtelleneinrichtungen wer¬ den je nach Produkt ausgewählt und in den Softwarealgorithmus eingebunden.
Für eine schonende Intensivabkühlung hochtemperativer Produkte, bei welchen die biologischen Grenzen der Wärmeabgabe ohne Verlust von Produktwasser nicht überschritten werden sollen, und welche Behandlung auch energiesparend erfolgen soll, wird eine Anlage wie in Fig. 4 dargestellt mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren betrieben.
Wieder erfolgt über den Algorithmus in der Steuereinrichtung 4 die Abstimmung der Umluftdichte und - menge, der Frischluftmenge und Abluftmenge, in Berücksichtigung des Istwertes und des Sollwertes des Trocknungsgrades, in Verbindung mit der jeweiligen vor¬ gegebenen Kerntemperatur sowie Isttemperatur und Solltemperatur. Ebenfalls geht auch wieder die gegebene und errechnete Dampfsättigung in der Zuluft, Umluft und Abluft ein, durch welche die optimale und dennoch schonende Wärmeabgabe durch Aufrechterhaltung einer ständige kontrollierten Produktumgebungsluftdichte mit der dementsprechenden er¬ rechneten Sättigung erfolgt.
Die Temperaturabgabe aus der Rückluft erfolgt zuerst über eine oder mehrere Ein¬ richtungen 19a zur Wärmerückgewinnung. Damit kann das Kälteregister 20 gleichfalls spar¬ sam betrieben oder gar ganz vermieden werden, ebenso wie durch gezielte Beimischung von Frischluft oder Raumluft eine geringere Heizleistung der Heizeinrichtung 21 benötigt wird, um die Zuluft auf Temperatur zu halten.
Für die Reifebehandlung von Lebensmitteln können neben den bereits oben erläuter¬ ten Anlagen- und Steuerungsmerkmalen noch zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden, so dass bei zum Räuchern bestimmten Waren die Räucherphasen in einen Trocknungspro- zess so eingebunden werden können, daß auch ohne zusätzliche Wasseraufnahme des Pro¬ duktes der Rauchgeschmack bis in den Kern transportiert wird und die Produkte erst am Ende des Trocknungsvorganges dieses biologisch-physikalische Verhalten aufweisen. Dazu ist beispielsweise wie in Fig. 5 dargestellt ein Rauchgenerator 22 vorgesehen und zusammen mit einer Rauchklappe 23 sowie einer Umrauchklappe 24 in den Steuerungsalgorithmus ein¬ gebunden. Vorteilhafterweise wird bei der Reifebehandlung von Lebensmitteln durch Einfluß des Softwarealgorithmus auch einer Absäuerung durch die Definierung eines minimalen pH- Wertes entgegengewirkt. Jedoch findet die Abgabe der Säure in Verbindung des Wassers statt und wird dadurch der gewünschte Reifegrad einer schnittfesten Rohwurst erreicht, wo¬ bei der pH-Istwert sowie der pH-Sollwert den Wassergehaltsverlust steuern. Durch die pro¬ duktoptimale Steuerung des Verfahrens wurde hierbei eine Verkürzung der Trocknungszeit bis zu 30% erreicht, wobei die Produkte keine biobakteriell gefährliche Substanzen aufwei¬ sen, die Trocknung vom Kern bis zum Rand einen gleichmäßigen Restwassergehalt ergibt, die natürliche Umrötung vom Kern zum Rand und auch die Bindung des Gewebes einsetzte, Räucherphasen bei einer aufnahmefähigen Produktgegebenheiten verkürzt eingebunden wurden, was wieder einen besseren Geschmack bei weniger Teergehalt ergibt, und wobei die technologischen Endparameter den Normen entsprechen.

Claims

Patentansprüche:
1. Steuerverfahren für die Klimabehandlung von Produkten bei welchem eine charakte¬ ristische Temperatur des Produktes zyklisch in definierbaren Zeitabständen gemessen und danach einige Umgebungsparameter in der Behandlungskammer automatisch eingeregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zyklus Istwerte für die charakteristische Temperatur des Produktes, die Temperatur der Luft in der Behand¬ lungskammer und die Temperatur der Zuluft, sowie die Feuchte des Produktes ge¬ messen werden, daß zumindest zu Beginn des Behandlungsvorganges der gewünsch¬ te Zustand des Produktes anhand charakteristischer Parameter definiert wird, daß aus den gemessenen und definierten Parametern automatisch Sollwerte für die gemesse¬ nen Parameter für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen werden.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Istwerten für die charakteristische Temperatur des Produkts, die Temperatur der Luft in der Behandlungskammer und die Temperatur der Zuluft, sowie die Feuchte des Produk¬ tes weitere abgeleitete Ist-Parameter bestimmt werden, und daß aus einigen gemes¬ senen und abgeleiteten sowie den definierten Parametern automatisch Sollwerte für diese gemessenen und abgeleiteten Parameter für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen wird.
3. Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte auch der Zu- und Abluft der Behandlungskammer gemessen werden und auch dafür automatisch Sollwerte für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen werden.
4. Steuerverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch aus der Feuch¬ te der Zu- und Abluft weitere abgeleitete Ist-Parameter bestimmt und auch dafür au¬ tomatisch Sollwerte für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen werden.
5. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdruck in der Behandlungskammer geregelt wird.
6. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck der Luft in der Behandlungskammer geregelt wird.
7. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte zumindest des Produktes über dessen Leitfähigkeit bestimmt wird.
8. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Rückluft aus der Behandlungskammer geregelt wird.
9. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme oder Kälte aus der Rückluft aus der Behandlungskammer vor der Temperatur¬ regelung rückgewonnen wird.
10. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluft zur Behandlungskammer Substanzen beidosiert werden.
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