WO2017216266A1 - Vakuumkühlanlage sowie verfahren zum betrieb einer solchen vakuumkühlanlage - Google Patents

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WO2017216266A1
WO2017216266A1 PCT/EP2017/064626 EP2017064626W WO2017216266A1 WO 2017216266 A1 WO2017216266 A1 WO 2017216266A1 EP 2017064626 W EP2017064626 W EP 2017064626W WO 2017216266 A1 WO2017216266 A1 WO 2017216266A1
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vacuum chamber
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PCT/EP2017/064626
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Christian Vetterli
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Aston Foods International Ag
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    • A21—BAKING; EDIBLE DOUGHS
    • A21D—TREATMENT, e.g. PRESERVATION, OF FLOUR OR DOUGH, e.g. BY ADDITION OF MATERIALS; BAKING; BAKERY PRODUCTS; PRESERVATION THEREOF
    • A21D15/00—Preserving finished, partly finished or par-baked bakery products; Improving
    • A21D15/02—Preserving finished, partly finished or par-baked bakery products; Improving by cooling, e.g. refrigeration, freezing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/36—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23L3/363—Freezing; Subsequent thawing; Cooling the materials not being transported through or in the apparatus with or without shaping, e.g. in form of powder, granules, or flakes
    • A23L3/364—Freezing; Subsequent thawing; Cooling the materials not being transported through or in the apparatus with or without shaping, e.g. in form of powder, granules, or flakes with packages or with shaping in form of blocks or portions
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
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    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/123—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially or approximately radially from the rotor body extending tooth-like elements, co-operating with recesses in the other rotor, e.g. one tooth
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/10—Temperature; Pressure
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    • F04C2220/10—Vacuum
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    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle

Definitions

  • the present invention relates to the field of vacuum cooling. It relates to a vacuum cooling system according to the preamble of claim 1.
  • Bakery products are to be understood in a broader sense as pastry products of various kinds, e.g. Bread, rolls, other biscuits, pizzas and cakes that get essential properties through a thermal treatment (baking). But also included are products that are thawed and baked as frozen dough pieces and products that are first pre-baked to a certain percentage and then baked, for example, in retail outlets or by end customers.
  • the bread offered in the retail outlets should be fresh and have a crunchy crust.
  • the bread should also be cut on customer request, to be cut immediately before the sale in the presence of the customer.
  • the baked product is deprived of a few percent of the total weight of product moisture. This dehumidification can be compensated by appropriate process adjustment of the baking process, for example, by shorter baking times, but this often draws disadvantages of other kinds. So it may be z. B. happen that shortened baking times and the formation is mainly reduced by roasting aromas in the crust. These aromas are due to the well-known Maillard reaction, a non-enzymatic browning reaction responsible for the typical aroma and coloration of protein-rich roasted, baked and fried foods in the last few minutes of a baking phase.
  • This solution is based on the common technique for controlling fluid flows (gas or liquids) and takes into account the fact that the relatively large vacuum pumps have a correspondingly high mass moment of inertia.
  • fluid flows gas or liquids
  • oil lubricated rotary vane pumps or dry screw pumps are used.
  • the combination of a condenser and a smaller vacuum pump is advantageous if a water-cooled vacuum pump is used anyway because the necessary water cooler (chillier) can also be used to cool the condenser.
  • the savings made by the smaller pump and the additional costs for the condenser result in a total saving.
  • EP 2 832 242 A1 discloses a method for controlling a vacuum cooling device for cooling a foodstuff, in particular hot baked goods.
  • the vacuum cooling device includes a vacuum chamber for receiving the food. This vacuum chamber is charged with food to be cooled, wherein the food is assigned a cooling program, the vacuum chamber is closed, a vacuum pump is put into operation to evacuate the vacuum chamber.
  • the pressure in the vacuum chamber is detected with a pressure gauge or a temperature measurement is carried out in the vacuum chamber and the pressure is controlled based on the temperature measurement.
  • the pressure gauge converts the pressure into a pressure measurement signal.
  • the pressure measurement signal is fed to a control unit.
  • the control unit contains a storage element, wherein the storage element contains the cooling program for each food to be cooled.
  • the cooling program contains a desired pressure profile, wherein the desired pressure curve corresponds to the desired pressure curve of the vacuum cooling for the food to be cooled during the cooling period, wherein at least one time within the cooling period, the pressure measuring signal is compared with the target pressure at this time.
  • the target pressure is assigned a target speed of the vacuum pump.
  • the vacuum pump is equipped with a tachometer to measure the speed of the vacuum pump, wherein at least one time the speed of the vacuum pump is compared with the target speed and an adjustment element is provided to adjust the speed to the target speed.
  • EP 2 832 242 A1 makes no specific information about the type of pump, but in practice water-cooled dry screw pumps are used. This type of pump can be operated at different speeds. However, the possible variation of the speed is limited both in terms of the usable speed range ( ⁇ ) and with respect to the speed change speed (du / dt).
  • the present invention makes use of the fact that recently vacuum pumps, in particular in the form of so-called claw vacuum pumps, are available which on the one hand are also dry-compressing and on the other hand have a dynamic servo drive.
  • the design-related much lower mass moment of inertia of the claw vacuum pumps, coupled with a dynamic servo drive, allows new Methods for pressure control.
  • the previously necessary valve flaps for responsive (dynamic) pressure control are no longer necessary.
  • the invention is based on a vacuum cooling system with a closable vacuum chamber, the interior of which can be fed with cooled dough pieces, with at least one vacuum pump connected to the interior of the vacuum chamber via a suction line, and with a chamber control, by means of which the pressure in the vacuum chamber and / or or the temperature in the dough may be changed as a function of time along a given curve
  • the at least one vacuum pump is a motor-driven, speed-controlled, dry-compressing claw vacuum pump, that the chamber controller controls the speed of the at least one vacuum pump via a motor controller, and that the input of the at least one vacuum pump fluidly directly with the interior of the vacuum chamber connected is.
  • Such motor-driven, variable-speed, dry-compressing claw vacuum pumps are manufactured and offered, for example, by the company Busch, Maulburg (DE), under the name "Mink.” These claw vacuum pumps have a high intake capacity and operate absolutely oil-free and non-contact Extremely high efficiency, which has a positive effect on energy consumption and performance. Thanks to its non-contact operation, these vacuum pumps are virtually maintenance-free. If the claw vacuum pumps are driven by a direct-mounted synchronous motor powered by a frequency converter, operation with the frequency converter will adjust the pumping speed to suit the process, with rated speeds varying, for example, from 1,200 to 4,200 revolutions per minute can. Depending on the type, the nominal pumping speeds of these claw vacuum pumps are, for example, between 40 m 3 / h and 1 200 m 3 / h.
  • An embodiment of the vacuum cooling system according to the invention is characterized in that the at least one vacuum pump is an air-cooled, dry-compressing claw vacuum pump.
  • the vacuum cooling system according to the invention can be operated particularly flexibly if a plurality of speed-controlled, air-cooled and dry-compressing claw vacuum pumps are fluidly connected to the interior of the vacuum chamber.
  • a further embodiment of the invention is characterized in that in the vacuum chamber, a Temperaturaufillon is provided for the dough, which is connected to the chamber control.
  • the recorded temperature can be used to control the cooling process.
  • Another embodiment of the invention is characterized in that a pressure sensor is provided in the vacuum chamber, which is connected to the chamber controller.
  • the recorded pressure can be used to control the cooling process, in particular also for controlling the vacuum pumps.
  • the inventive method for operating a vacuum cooling system is characterized by the following steps: a. Opening the vacuum chamber; b. Introducing the cooled, hot baked goods into the interior of the vacuum chamber; c. gastight closure of the vacuum chamber filled with dough pieces; d. Cooling the baking material along a predetermined cooling curve by pumping the vacuum chamber by means of the at least one variable speed claw vacuum pump by correspondingly changing the speed of the claw vacuum pump; e. Establish a pressure equalization in the vacuum chamber by introducing a
  • Fig. 1 shows the simplified system diagram of a vacuum cooling system according to a
  • Embodiment of the invention with a single variable speed, dry compressing claw vacuum pump shows the simplified system diagram of a vacuum cooling system according to another embodiment of the invention with two parallel speed-controlled, dry-compressing claw vacuum pumps of the same type; and Fig. 3 shows the simplified system diagram of a vacuum cooling system according to another embodiment of the invention with two series-connected speed-controlled, dry-compressing claw vacuum pumps of different performance.
  • Fig. 1 shows the simplified system diagram of a vacuum cooling system according to an embodiment of the invention with a single variable speed, dry compressing claw vacuum pump.
  • the vacuum cooling system 1 0 of Fig. 1 comprises a vacuum chamber 1 1, the interior 1 1 a via a (not shown) lockable door is accessible from the outside and open door with the dough 1 6 (breads, rolls, croissants, etc.) on several superimposed planes 1 7 can be filled.
  • the dough 1 6 can be pre-baked or even baked.
  • a speed-controlled, dry-compressing claw vacuum pump 1 2 is connected via a suction line 23 with sufficiently large cross section, the gases and moisture from the vacuum chamber 1 1 sucks, compressed and emits via an exhaust pipe 24.
  • the claw vacuum pump 1 2 is driven by a frequency-controlled drive, which is controlled by a motor controller 1 4.
  • the desired cooling curve of the hot in the vacuum chamber 1 1 introduced backbone 1 6 is achieved by a corresponding pressure reduction curve.
  • the instantaneous pressure in the vacuum chamber 1 1 by means of a with the interior 1 1 a ver Tied pressure sensor continuously measured and passed the measured pressure to a chamber controller 1 3, the pressure in the vacuum chamber 1 1 in accordance with a stored in a memory 1 5 pressure reduction curve on the engine control 1 4 and the drive frequency or speed of the jaw vacuum pump 1 second controls.
  • the pressure reduction curve may be steadily decreasing, but may also drop in steps or have inflection points and intermediate maxima.
  • gases or gas mixtures or ambient air can be introduced into the vacuum chamber 11 during or at the end of the cooling phase in order to influence the pressure drop and / or to moderate the processes taking place in the dough.
  • external gas sources 21, 22 may be connected via corresponding controllable valves V1 to the vacuum chamber 11.
  • Ambient air can be admitted into the vacuum chamber 11, in particular after filtering, via the controllable valve V2.
  • a temperature sensor 1 8 can be provided in the vacuum chamber 1 1, which is introduced into the baked goods 1 6 to be cooled.
  • This temperature sensor 1 8 is connected to the chamber control 1 3, so that at the same time the actual pressure in the baking material 1 6 adjusting (inner) temperature can be determined and controlled when the predetermined pressure reduction curve and optionally can be used for a corrective intervention in the curve.
  • a humidity sensor 1 9 it is conceivable to attach a humidity sensor 1 9 to the vacuum chamber 1 1 and connect to the controller 1 3.
  • the moisture in the chamber can be monitored and if necessary moisture, e.g. in the form of steam, if necessary.
  • the structure of the system is simplified by the fact that speed-controlled or frequency-controlled claw vacuum pumps with air cooling are used.
  • the use of a dynamic and speed-controlled or claw vacuum pump with air cooling is new in the history of vacuum cooling, because the previously available claw vacuum pumps could not reach the required minimum ultimate pressure needed for vacuum cooling.
  • the requirements for the pressure curve, the pressure change rate and the final pressure can be elegantly and cost-effectively met. In particular, eliminates the costly expense of the control valves and the liquid cooling.
  • Fig. 2 shows the simplified system diagram of a vacuum cooling system 1 0 'according to another embodiment of the invention with two parallel speed-controlled, dry compacting claw vacuum pumps 1 2a and 1 2b of the same type and performance
  • Fig. 3 shows the simplified system diagram of a vacuum cooling system 1 0th According to a further embodiment of the invention with two series-connected speed-controlled, dry-compacting claw vacuum pumps 1 2a and 1 2b different size and power.
  • the combination of 2 or more claw vacuum pumps allows a simple increase of the pumping speed without thermal overload due to air cooling.
  • two (or more) similar smaller jaw vacuum pumps 1 2 a, 1 2 b having a nominal suction capacity of z. B. 2 x 80m 3 / h are connected in parallel.
  • different sized pumps 1 2a, 1 2b eg 1 ⁇ 400 m 3 / h + 1 ⁇ 1 200 m 3 / h
  • the larger pump 1 2b can also be replaced by several smaller pumps connected in parallel (eg 1 x 400 m 3 / h + (2 x 630 m 3 / h)).
  • the larger pump 1 2b can also be replaced by several smaller pumps connected in parallel (eg 1 x 400 m 3 / h + (2 x 630 m 3 / h)).
  • all pumps run at the same time and share the work. So that the moisture present in the exhaust air can be specifically collected at the outputs of the pumps, it is expedient to arrange a condensate collector in the exhaust pipe 24 and to provide the line sections leading thereto with a heat insulation.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vakuumkühlanlage (10) mit einer verschliessbaren Vakuumkammer (11), deren Innenraum (11a) mit abzukühlendem Backgut ( 16) beschick- bar ist, mit wenigstens einer über eine Ansaugleitung (23) mit dem Innenraum (11a) der Vakuumkammer (11) in Verbindung stehenden Vakuumpumpe (12), sowie mit einer Kammersteuerung (13), mittels derer der Druck in der Vakuumkammer (11) und/oder die Temperatur im Backgut ( 16) in Abhängigkeit von der Zeit entlang einer vorgegebenen Kurve verändert werden kann. Ein vereinfachter Aufbau der Anlage wird dadurch erreicht, dass die wenigstens eine Vakuumpumpe (12) eine motorgetriebene, drehzahlgeregelte, trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpe ist, dass die Kammersteuerung (13) über eine Motorsteuerung (14) die Drehzahl der wenigstens eine Vakuumpumpe (12) steuert, und dass der Eingang der wenigstens eine Vakuumpumpe (12) direkt mit dem Innenraum (11a) der Vakuumkammer (11) fluidtechnisch verbunden ist.

Description

VAKUUMKÜHLANLAGE SOWIE VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER SOLCHEN VAKUUMKÜHLANLAGE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Vakuumkühlung. Sie betrifft eine Vakuumkühlanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vakuumkühlanlage. STAND DER TECHNIK
Die Abkühlung von gebackenen oder vorgebackenen Backwaren in einer Vakuumkammer durch verdampfendes Absaugen der in den Backwaren enthaltenen Feuchtigkeit ist in der Backtechnologie seit langem bekannt.
Unter Backwaren sollen dabei im weiteren Sinne Gebäckprodukte verschiedenster Art verstanden werden, z.B. Brot, Brötchen, sonstiges Kleingebäck, Pizza und Kuchen, die wesentliche Eigenschaften durch eine thermische Behandlung (Backen ) bekommen. Eingeschlossen sind aber auch Produkte, die als tiefgefrorene Teiglinge aufgetaut und gebacken werden und Produkte, die zunächst zu einem bestimmten Prozentsatz vorgebacken und dann, beispielsweise in Verkaufsfilialen oder auch von Endkunden , fertig gebacken werden.
An solche Backwaren werden verschiedene Anforderungen gestellt. Beispielsweise soll das in den Verkaufsfilialen angebotene Brot frisch sein und eine knusprige Kruste aufweisen. Außerdem sollte das Brot auch auf Kundenwunsch schnittfähig sein, um unmittelbar vor dem Verkauf im Beisein des Kunden geschnitten zu werden. Beim auf das Backen folgenden Kühlprozess werden dem Backprodukt einige Prozent des Gesamtgewichtes an Produktfeuchte entzogen. Dieser Feuchtigkeitsentzug kann durch entsprechende Prozessanpassung des Backprozesses, beispielsweise durch kürzere Backzeiten, kompensiert werden, was jedoch häufig Nachteile anderer Art nach sich zieht. So kann es z. B. passieren, dass durch verkürzte Backzeiten auch die Bildung vor allem von Röstaromen in der Kruste reduziert wird. Diese Aromen entstehen aufgrund der bekannten Maillard-Reaktion, einer nichtenzymatischen Bräunungsreaktion, die für das typische Aroma und die Färbung von eiweißreichem Gerösteten , Gebackenen und Gebratenen verantwortlich erst, in den letzten M inuten einer Backphase.
Die üblichen auf dem Markt erhältlichen Vakuumkühlsysteme zum Abkühlen von Lebensmitteln, insbesondere heissen Backwaren, weisen ein wesentliches gemeinsames Merkmal auf: Der Druckverlauf wird mit einem Ventil geregelt, das im Verbindungsrohr zwischen der Vakuumkammer und der Vakuumpumpe angeordnet ist, während die Vakuumpumpe mit konstanter oder nur wenig ändernder Drehzahl läuft (siehe z.B. die GB 1 41 3 481 A oder die EP 0 006 290 A 1 oder DE 25 07 003 A1 ) .
Diese Lösung basiert auf der gängigen Technik zum Regeln von Fluidströmen (Gas bzw. Flüssigkeiten ) und nimmt auf die Tatsache Rücksicht, dass die relativ grossen Vakuumpumpen ein entsprechend grosses Masseträgheitsmoment besitzen. Typischerweise werden ölgeschmierte Drehschieberpumpen oder Trockenschraubenpumpen eingesetzt.
Viele Vakuumkühlanlagen arbeiten auch mit Kondensatoren. So wird ein Teil des während des Vakuumkühlprozesses anfallenden Dampfes mittels eines aktiv gekühlten Kondensators ausgeschieden, was die Arbeitslast für die Vakuumpumpe reduziert, weil nicht die gesamte Dampfmenge über die Pumpe abtransportiert zu werden braucht. Der Kondensator befindet sich im Dampfstrom zwischen Vakuumkammer und Vakuumpumpe (siehe z.B. die EP 2 1 77 851 A1 ).
Der Einsatz eines Kondensators erlaubt es, kleinere und günstigere Vakuumpumpen zu verwenden; die thermische Abkühlarbeit wird aber nicht reduziert ( 1 . Hauptsatz der Thermodynamik), dem geringeren Energiekonsum der kleineren Pumpe steht ein höherer Energiebedarf durch die aktive Kühlung des Kondensators gegenüber.
Ökonomisch ist die Kombination von Kondensator und kleinerer Vakuumpumpe vorteilhaft, sofern ohnehin eine wassergekühlte Vakuumpumpe eingesetzt wird, weil sich der nötige Wasserkühler (Chilier) auch zur Kühlung des Kondensators verwenden lässt. Die Einsparung durch die kleinere Pumpe und die Mehrkosten für den Kondensator ergeben insgesamt eine Einsparung.
Die Nachteile des Kondensators sind die höhere Komplexität des ganzen Systems, verbunden mit zusätzlichem Reinigungsaufwand. Aus hygienischer Sicht ist ein Kondensator nicht die erste Wahl, weil die Feuchtigkeit im Kondensatbehälter grundsätzlich ein Verschmutzungsrisiko darstellt.
Die für die Vakuumkühlung notwendige hochdynamische Druckregelung ausschliesslich über die Variation der Pumpendrehzahl zu realisieren, ist wegen des Trägheitsmomentes obiger Pumpentypen nur begrenzt möglich.
So offenbart die Druckschrift EP 2 832 242 A1 ein Verfahren zur Regelung einer Vakuumkühlvorrichtung zur Kühlung eines Lebensmittels, insbesondere von heissen Backwaren. Die Vakuumkühlvorrichtung enthält eine Vakuumkammer zur Aufnahme des Lebensmittels. Diese Vakuumkammer wird mit zu kühlenden Lebensmitteln beschickt, wobei dem Lebensmittel ein Kühlprogramm zugeordnet wird, die Vakuumkammer geschlossen wird, eine Vakuumpumpe in Betrieb genommen wird, um die Vakuumkammer zu evakuieren. Der Druck in der Vakuumkammer wird mit einem Druckmessgerät erfasst, oder es erfolgt eine Temperaturmessung in der Vakuumkammer und aufgrund der Temperaturmessung wird der Druck geregelt. Das Druckmessgerät wandelt den Druck in ein Druckmesssignal um. Das Druckmesssignal wird einer Regeleinheit zugeführt. Die Regeleinheit enthält ein Speicherelement, wobei das Speicherelement das Kühlprogramm für jedes zu kühlende Lebensmittel enthält. Das Kühlprogramm enthält einen Solldruckverlauf, wobei der Solldruckverlauf dem gewünschten Druckverlauf der Vakuumkühlung für das zu kühlende Lebensmittel während der Kühlperiode entspricht, wobei zu mindestens einem Zeitpunkt in- nerhalb der Kühlperiode das Druckmesssignal mit dem Solldruck zu diesem Zeitpunkt verglichen wird. Dem Solldruck ist eine Solldrehzahl der Vakuumpumpe zugeordnet. Die Vakuumpumpe ist mit einem Drehzahlmessgerät ausgestattet, um die Drehzahl der Vakuumpumpe zu messen, wobei zu dem mindestens einen Zeitpunkt die Drehzahl der Vakuumpumpe mit der Solldrehzahl verglichen wird und ein Anpassungselement vorgesehen ist, um die Drehzahl an die Solldrehzahl anzupassen.
Die in der EP 2 832 242 A1 beschriebene Lösung macht keine konkreten Angaben über den Pumpentyp, in der Praxis werden jedoch wassergekühlte Trockenschraubenpumpen eingesetzt. Dieser Pumpentyp lässt sich mit unterschiedlichen Drehzahlen betreiben. Allerdings ist die mögliche Variation der Drehzahl sowohl hinsichtlich des nutzbaren Drehzahl- bereichs (ω) als auch bezüglich der Drehzahländerungsgeschwindigkeit (du/dt) limitiert.
Die vorliegende Erfindung macht sich zunutze, dass seit neuestem Vakuumpumpen, insbesondere in Form von sogenannten Klauen-Vakuumpumpen, verfügbar sind, die einerseits ebenfalls trockenverdichtend sind und andererseits über einen dynamischen Servoantrieb verfügen. Das konstruktiv bedingte viel geringere Masseträgheitsmoment der Klauen-Vakuumpumpen, gepaart mit einem dynamischen Servoantrieb, ermöglicht neue Methoden zur Druckregelung. Die bisher nötigen Ventilklappen zur reaktionsschnellen (dynamischen ) Druckregelung sind nicht mehr nötig.
Ferner entwickeln diese neuen, weiterentwickelten Typen von Klauen-Vakuumpumpen weniger Verlustwärme, was es erlaubt, auch bei grossem Saugvermögen ausschliesslich mit Luft zu kühlen. Die übliche Flüssigkeitskühlung (Wasser, Öl) entfällt.
Insgesamt liesse sich so bei Vakuumkühlanlagen die Systemkomplexität signifikant reduzieren. Der Wegfall von Regelventil und Flüssigkeitskühlung erhöhte die Zuverlässigkeit. Die Verwendung der konstruktiv und herstellungstechnisch einfacheren Vakuumpumpen reduzierte die Herstellungskosten. Weiterhin reduzierte der Verzicht auf einen hygienetechnisch fragwürdigen Kondensator die Reinigungs- und Wartungskosten.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumkühlanlage zu schaffen, welche eine signifikant reduzierte Systemkomplexität aufweist.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumkühlanlage zu schaffen, welche sich du rch eine erhöhte Zuverlässigkeit auszeichnet.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumkühlanlage zu schaffen, welche mit reduzierten Kosten herzustellen und zu betrieben ist.
Es ist schliesslich eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vakuumkühlanlage anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 1 0 gelöst. Die Erfindung geht aus von einer Vakuumkühlanlage mit einer verschliessbaren Vakuumkammer, deren Innenraum mit abzukühlendem Backgut beschickbar ist, mit wenigstens einer über eine Ansaugleitung mit dem Innenraum der Vakuumkammer in Verbindung stehenden Vakuumpumpe, sowie mit einer Kammersteuerung, mittels derer der Druck in der Vakuumkammer und/oder die Temperatur im Backgut in Abhängigkeit von der Zeit entlang einer vorgegebenen Kurve verändert werden kann
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumpumpe eine motorgetriebene, drehzahlgeregelte, trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpe ist, dass die Kammersteuerung über eine Motorsteuerung die Drehzahl der wenigstens eine Vakuumpumpe steuert, und dass der Eingang der wenigstens eine Vakuumpumpe direkt mit dem Innenraum der Vakuumkammer fluidtechnisch verbunden ist.
Das konstruktiv bedingte viel geringere Masseträgheitsmoment der Klauen-Vakuumpumpen, gepaart mit einem dynamischen Servoantrieb, ermöglicht neue Methoden zur Druckregelung. Die bisher nötigen Ventilklappen zur reaktionsschnellen (dynamischen) Druckregelung sind nicht mehr nötig.
Derartige motorgetriebene, drehzahlgeregelte, trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpen werden beispielsweise von der Firma Busch, Maulburg ( DE), unter der Bezeichnung„Mink" hergestellt und angeboten. Diese Klauen-Vakuumpumpen haben eine hohe Ansaugleistung und arbeiten absolut öl- und berührungsfrei. Sie haben einen äußerst hohen Wirkungsgrad, der sich positiv auf den Energieverbrauch und die Leistung auswirkt. Durch den berührungsfreien Betrieb arbeiten diese Vakuumpumpen nahezu wartungsfrei. Werden die Klauen-Vakuumpumpen von einem direkt montierten Synchronmotor angetrieben, der über einen Frequenzumrichter mit Strom versorgt wird, kann durch den Betrieb mit dem Frequenzumrichter das jeweilige Saugvermögen an den Prozess angepasst werden, wobei die Nenndrehzahlen beispielsweise zwischen 1 200 und 4200 Umdrehungen pro Minute variieren können. Die Nenn-Saugvermögen dieser Klauen-Vakuumpumpen liegen dabei je nach Typ beispielsweise zwischen 40 m3/h und 1 200 m3/h.
Eine Ausgestaltung der Vakuumkühlanlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumpumpe eine luftgekühlte, trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpe ist.
Da die zur Verfügung stehenden Klauen-Vakuumpumpen weniger Verlustwärme abgeben, ist es möglich, auch bei grossem Saugvermögen ausschliesslich mit Luft zu kühlen. Die übliche Flüssigkeitskühlung (Wasser, Öl) entfällt, wodurch die Anlage vereinfacht und die Betriebskosten verringert werden.
Besonders flexibel lässt sich die Vakuumkühlanlage nach der Erfindung betreiben, wenn mehrere drehzahlgeregelte, luftgekühlte und trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpen mit dem Innenraum der Vakuumkammer fluidtechnisch verbunden sind.
Dabei können mehrere Klauen-Vakuumpumpen parallel geschaltet sein.
Es können aber auch die mehreren Klauen-Vakuumpumpen in Serie geschaltet sein.
In beiden Fällen ist es denkbar, dass die mehreren Klauen-Vakuumpumpen gleichartig sind, also gleich Grösse und gleich Leistung haben. Hierdurch werden Wartung und Reparatur vereinfacht. Es ist aber auch in beiden Fällen denkbar, dass die mehreren Klauen-Vakuumpumpen unterschiedliche Leistungen aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer ein Temperaturaufnehmer für das Backgut vorgesehen ist, welcher mit der Kammersteuerung verbunden ist.
Die aufgenommene Temperatur kann dabei zur Steuerung des Abkühlprozesses verwendet werden.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer ein Drucksensor vorgesehen ist, welcher mit der Kammersteuerung verbunden ist.
Der aufgenommene Druck kann dabei zur Steuerung des Abkühlprozesses, insbesondere auch zur Steuerung der Vakuumpumpen, verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb einer Vakuumkühlanlage nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a. Öffnen der Vakuumkammer; b. Einbringen des abzukühlenden, heissen Backgutes in den Innenraum der Vakuumkammer; c. gasdichtes Verschliessen der mit Backgut gefüllten Vakuumkammer; d. Abkühlen des Backgutes entlang einer vorgegebenen Abkühlkurve durch Abpumpen der Vakuumkammer mittels der wenigstens einen drehzahlgeregelten Klauen-Vakuumpumpe durch entsprechendes Verändern der Drehzahl der Klauen- Vakuumpumpe; e. Herstellen eines Druckausgleichs in der Vakuumkammer durch Einlassen eines
Gases oder Gasgemischs in die Vakuumkammer; f. Öffnen der Vakuumkammer; und g. Entnehmen des abgekühlten Backgutes aus der Vakuumkammer.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 das vereinfachte Anlagenschema einer Vakuumkühlanlage gemäss einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer einzelnen drehzahlgeregelten, trockenverdichtenden Klauen-Vakuumpumpe; Fig. 2 das vereinfachte Anlagenschema einer Vakuumkühlanlage gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei parallel arbeitenden drehzahlgeregelten, trockenverdichtenden Klauen-Vakuumpumpen gleicher Art; und Fig. 3 das vereinfachte Anlagenschema einer Vakuumkühlanlage gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei in Serie geschalteten drehzahlgeregelten, trockenverdichtenden Klauen-Vakuumpumpen unterschiedlicher Leistung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt das vereinfachte Anlagenschema einer Vakuumkühlanlage gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer einzelnen drehzahlgeregelten, trockenverdichtenden Klauen-Vakuumpumpe.
Die Vakuumkühlanlage 1 0 der Fig. 1 umfasst eine Vakuumkammer 1 1 , deren Innenraum 1 1 a über eine (nicht gezeigte) schliessbare Tür von aussen zugänglich ist und bei geöffneter Tür mit dem Backgut 1 6 (Brote, Brötchen, Croissants etc.) auf mehreren übereinander angeordneten Ebenen 1 7 befüllt werden kann. Das Backgut 1 6 kann dabei vorgebacken oder auch fertig gebacken sein.
An die Vakuumkammer 1 1 ist über eine Ansaugleitung 23 mit ausreichend grossem Querschnitt eine drehzahlgeregelte, trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpe 1 2 angeschlossen, die Gase und Feuchtigkeit aus der Vakuumkammer 1 1 absaugt, verdichtet und über eine Abgasleitung 24 abgibt. Die Klauen-Vakuumpumpe 1 2 wird durch einen frequenzgeregelten Antrieb angetrieben, der über eine Motorsteuerung 1 4 gesteuert wird.
Die gewünschte Abkühlkurve des heiss in die Vakuumkammer 1 1 eingebrachten Backgutes 1 6 wird durch eine entsprechende Druckabsenkungskurve erreicht. Hierzu wird der momentane Druck in der Vakuumkammer 1 1 mittels eines mit dem Innenraum 1 1 a ver- bundenen Drucksensors fortlaufend gemessen und der gemessene Druck an eine Kammersteuerung 1 3 weitergegeben, die den Druck in der Vakuumkammer 1 1 nach Massgabe einer in einem Speicher 1 5 abgelegten Druckabsenkungskurve über die Motorsteuerung 1 4 und die Antriebsfrequenz bzw. Drehzahl der Klauen-Vakuumpumpe 1 2 steuert.
Die Druckabsenkungskurve kann stetig fallend sein, kann aber auch stufenartig abfallen oder Wendepunkte und Zwischenmaxima aufweisen. Insbesondere können während oder am Ende der Abkühlungsphase Gase oder Gasgemische oder Umgebungsluft in die Vakuumkammer 1 1 eingelassen werden, um den Druckabfall zu beeinflussen und/oder die im Backgut stattfindenden Prozesse zu moderieren. Hierzu können externe Gasquellen 21 , 22 über entsprechende steuerbare Ventile V1 an die Vakuumkammer 1 1 angeschlossen sein. Umgebungsluft kann (insbesondere nach einer Filterung) über das steuerbare Ventil V2 in die Vakuumkammer 1 1 eingelassen werden.
In der Vakuumkammer 1 1 kann zusätzlich ein Temperaturaufnehmer 1 8 vorgesehen werden, der in das abzukühlende Backgut 1 6 eingeführt wird. Dieser Temperaturaufnehmer 1 8 ist mit der Kammersteuerung 1 3 verbunden, so dass beim Abfahren der vorgegebenen Druckabsenkungskurve gleichzeitig die sich tatsächlich im Backgut 1 6 einstellende (innere) Temperatur feststell- und kontrollierbar ist und gegebenenfalls für einen korrigierenden Eingriff in den Kurvenverlauf herangezogen werden kann. Weiterhin ist es denkbar, einen Feuchtesensor 1 9 an der Vakuumkammer 1 1 anzubringen und mit der Steuerung 1 3 zu verbinden. Hiermit kann die Feuchte in der Kammer überwacht und gegebenenfalls Feuchtigkeit, z.B. in Form von Dampf, zugeführt werden, wenn dies erforderlich ist.
Der Aufbau der Anlage vereinfacht sich dadurch, dass drehzahl- bzw. frequenzgeregelte Klauen-Vakuumpumpen mit Luftkühlung eingesetzt werden. Der Einsatz einer dynamischen und drehzahl- bzw. frequenzgeregelten Klauen-Vakuumpumpe mit Luftkühlung ist neu in der Geschichte der Vakuumkühlung, weil die bisher verfügbaren Klauen-Vakuumpumpen nicht den nötigen minimalen Enddruck zu erreichen vermochten, der für die Vakuumkühlung nötig ist. Durch die Kombination von zwei oder mehreren Klauen-Vakuumpumpen gleicher oder unterschiedlicher Baugrösse lassen sich die Anforderungen an den Druckverlauf, die Druckänderungsgeschwindigkeit und den Enddruck elegant und kostengünstig erfüllen. Insbesondere entfallen die teuren Aufwände für die Regelventile und die Flüssigkeitskühlung.
Fig. 2 zeigt das vereinfachte Anlagenschema einer Vakuumkühlanlage 1 0' gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei parallel arbeitenden drehzahlgeregelten, trockenverdichtenden Klauen-Vakuumpumpen 1 2a und 1 2b gleicher Art und Leistung, und Fig. 3 zeigt das vereinfachte Anlagenschema einer Vakuumkühlanlage 1 0" gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei in Serie geschalteten drehzahlgeregelten, trockenverdichtenden Klauen-Vakuumpumpen 1 2a und 1 2b unterschiedlicher Baugrösse und Leistung.
Die Kombination von 2 oder mehr Klauen-Vakuumpumpen erlaubt eine einfache Vergrös- serung des Saugvermögens, ohne dass es wegen der Luftkühlung zu einer thermischen Überlastung kommt. Für kleine Vakuumkammern 1 1 können gemäss Fig. 2 zwei (oder mehr) gleichartige kleinere Klauen-Vakuumpumpen 1 2a, 1 2b mit einem Nenn-Saugver- mögen von z. B. 2 x 80m3/h parallel geschaltet werden. Für grössere Vakuumkammern, die im Batchbetrieb betrieben werden, können gemäss Fig. 3 aus denselben Gründen unterschiedlich grosse Pumpen 1 2a, 1 2b (z.B. 1 x 400 m3/h + 1 x 1 200 m3/h) in Serie geschaltet werden, wobei die grössere Pumpe 1 2b auch durch mehrere parallelgeschaltete kleinere Pumpen ersetzt werden kann (z.B. 1 x 400 m3/h + (2 x 630 m3/h) ). Im Betrieb laufen üblicherweise alle Pumpen gleichzeitig und teilen sich die Arbeit. Damit an den Ausgängen der Pumpen die in der Abluft vorhandene Feuchtigkeit gezielt aufgefangen werden kann, ist es zweckmässig, in der Abgasleitung 24 einen Kondensatsammler anzuordnen und die dahin führenden leitungsabschnitte mit einer Wärmeisolation zu versehen.
Bezugszeichenliste
10,10',10" Vakuumkühlanlage
11 Vakuumkammer
11a Innenraum
12 Klauen-Vakuumpumpe
12a,b Klauen-Vakuumpumpe
13 Kammersteuerung
14 Motorsteuerung (Vakuumpumpe)
15 Speicher
16 Backgut
17 Ebene
18 Temperaturfühler (zum Einbringen
19 Feuchtesensor (Vakuumkammer)
20 Drucksensor (Vakuumkammer)
21,22 Gasquelle
23 Ansaugleitung
24 Abgasleitung
V1,V2 Ventil

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumkühlanlage (10, 10', 10") mit einer verschliessbaren Vakuumkammer (11), deren Innenraum ( 11 a) mit abzukühlendem Backgut (16) beschickbar ist, mit wenigstens einer über eine Ansaugleitung (23) mit dem Innenraum (11a) der Vakuumkammer (11) in Verbindung stehenden Vakuumpumpe (12; 12a, 12b), sowie mit einer Kammersteuerung (13), mittels derer der Druck in der Vakuumkammer (11) und/oder die Temperatur im Backgut (16) in Abhängigkeit von der Zeit entlang einer vorgegebenen Kurve verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumpumpe (12; 12a, 12b) eine motorgetriebene, drehzahlgeregelte trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpe ist, dass die Kammersteuerung (13) über eine Motorsteuerung (14) die Drehzahl der wenigstens eine Vakuumpumpe (12; 12a, 12b) steuert, und dass der Eingang der wenigstens eine Vakuumpumpe (12; 12a, 12b) direkt mit dem Innenraum (11a) der Vakuumkammer (11) fluidtechnisch verbunden ist.
2. Vakuumkühlanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vakuumpumpe ( 12; 12a, 12b) eine luftgekühlte, trockenverdichtende Klauen- Vakuumpumpe ist.
3. Vakuumkühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere drehzahlgeregelte, luftgekühlte und trockenverdichtende Klauen-Vakuumpumpen ( 12a, 12b) mit dem Innenraum (11a) der Vakuumkammer (11) fluidtechnisch verbunden sind.
4. Vakuumkühlanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Klauen-Vakuumpumpen ( 12a, 12b) parallel geschaltet sind.
5. Vakuumkühlanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Klauen-Vakuumpumpen ( 12a, 12b) in Serie geschaltet sind.
6. Vakuumkühlanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Klauen-Vakuumpumpen ( 12a, 12b) gleichartig sind.
7. Vakuumkühlanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Klauen-Vakuumpumpen ( 12a, 12b) unterschiedliche Leistungen aufweisen.
8. Vakuumkühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer ( 11 ) ein Temperaturaufnehmer ( 18) für das Backgut (16) vorgesehen ist, welcher mit der Kammersteuerung (13) verbunden ist.
9. Vakuumkühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer (11) ein Drucksensor (20) vorgesehen ist, welcher mit der Kammersteuerung (13) verbunden ist.
10. Verfahren zum Betrieb einer Vakuumkühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a. Öffnen der Vakuumkammer (11 ); b. Einbringen des abzukühlenden, heissen Backgutes (16) in den Innenraum (11a) der Vakuumkammer; gasdichtes Verschliessen der mit Backgut (16) gefüllten Vakuumkammer (11);
Abkühlen des Backgutes (16) entlang einer vorgegebenen Abkühlkurve durch Abpumpen der Vakuumkammer (11) mittels der wenigstens einen drehzahlgeregelten Vakuumpumpe (12; 12a, 12b) durch entsprechendes Verändern der Drehzahl der Vakuumpumpe (12; 12a, 12b);
Herstellen eines Druckausgleichs in der Vakuumkammer ( 11 ) durch Einlassen eines Gases oder Gasgemischs in die Vakuumkammer (11);
Öffnen der Vakuumkammer (11); und Entnehmen des abgekühlten Backgutes (16) aus der Vakuumkammer (11).
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