AT9109U1 - Verfahren zur intensivabkühlung von hochtemperierten produkten - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren für die Intensivabkühlung von hochtemperierten Produkten wird beschrieben, bei welchem zumindest zu Beginn des Behandlungsvorganges der gewünschte Zustand des Produktes anhand von Zielwerten für die Kerntemperatur und den Wassergehalt definiert wird, die Temperatur und die Feuchte des Produktes zyklisch und auch die Temperatur der Luft in der Behandlungskammer gemessen und danach einige Umgebungsparameter in der Behandlungskammer automatisch eingeregelt werden. Um den Prozeß automatisch und schonend zu gestalten, und darüber hinaus Energie und Zeit gegenüber herkömmlichen Verfahren einzusparen, werden in jedem Zyklus darüber hinaus die Temperatur der Zuluft in die Behandlungskammer, die Temperatur der aus der Behandlungskammer abgezogenen Abluft bzw. Rückluft, sowie die Feuchte der Zu- und Abluft gemessen, und werden aus den gemessenen Werten und den definierten Zielwerten automatisch Sollwerte für die Kerntemperatur und den Wassergehalt für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen.

Description

AT 009 109 U1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Intensivabkühlung von hochtemperierten Produkten, bei welchem zumindest zu Beginn des Behandlungsvorganges der gewünschte Zustand des Produktes anhand von Zielwerten für die Kerntemperatur und den Wassergehalt definiert wird, die Temperatur und die Feuchte des Produktes zyklisch und auch die Temperatur der Luft in 5 der Behandlungskammer gemessen und danach einige Umgebungsparameter in der Behandlungskammer automatisch eingeregelt werden.

Die Klimabehandlung von Produkten kann in vielfältiger Weise und für vielerlei Produkte Anwendung finden. Das kann von der relativ einfachen Defrostung bzw. Intensivabkühlung bis hin io zur Trocknung, beispielsweise von Holz aber auch Lebensmitteln wie etwa Wurst- und Fleischwaren, bis zur Reifung und Räucherung von Lebensmitteln gehen.

Beim der Abkühlung unterscheidet man zwischen der natürlichen Abkühlung sowie der Klimaabkühlung, wobei die Klimabkühlung in verschiedenen Verfahren wie etwa Frischluft-Umluft-15 Abluftkühlung in Verbindung mit Wärmepumpenabkühlung oder als Vakuumabkühlung mit unterschiedlichen Energieträgern wie zum Beispiel mit Kälte, direkt über Wärmetauscher oder mit kostspieligen Kälteträgern etc. realisiert wird. Bei allen bis jetzt bekannten Verfahren wird jeweils nach der Kerntemperatur und der Raumtemperatur geregelt und dadurch das Produkt je nach Produktart zeitabhängig abgekühlt. 20

So beschreibt die DE 100 03 128 A1 ein Verfahren zum Schnellkühlen von Lebensmitteln mit einer Temperatur zwischen 75 und 100°C in einem isolierten Kühlraum mit eingebauter Umluftventilation. Der Prozeß wird durch einen Kühlraum- und einen Kerntemperaturfühler überwacht und das Schnellkühlen elektronisch über die beschleunigten Luftströme mit Werten bis zu 5 m/s 25 Luftgeschwindigkeit gesteuert. Die EP 422 280 A1 wieder offenbart ein Verfahren zum Kühlen und Gefrieren von wasserhaltigen Lebensmitteln, wobei bei einem eingestellten Überdruck Kaltgas in flüssigem Zustand in eine Kühlkammer eingesprüht und mittels Ventilatoren über die Lebensmittel geblasen wird. Der Abkühlprozess wird durch die Kaltgaszufuhr über einen in der Kühlkammer integrierten Gasdruckmesser sowie Temperaturfühler im Kern und der Rand-30 Schicht der Lebensmittel gesteuert. Der höhere Gasdruck lässt eine schnellere Abkühlung zu.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, bei welchem nach Vorgabe der Endparameter des gewünschten Endzustandes des jeweiligen Produktes der Behandlungsvorgang automatisch und schonend abläuft, wobei sämtliche 35 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 Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in 40 jedem Zyklus darüber hinaus die Temperatur der Zuluft in die Behandlungskammer, die Temperatur der aus der Behandlungskammer abgezogenen Abluft bzw. Rückluft, sowie die Feuchte der Zu- und Abluft gemessen werden, und daß aus den gemessenen Werten und den definierten Zielwerten automatisch Sollwerte für die Kerntemperatur und den Wassergehalt für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen 45 werden. Die neue Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mit geringem Energieaufwand, in Verbindung mit einer ständigen anpassenden Luftverdichtung, eine gleichmäßigen Verteilung der Luft im gesamten Bereich um das zu behandelnde Produkt und damit ein schnelleres gleichmäßiges Abkühlen des Produktes erreicht wird. Dabei wird keine zusätzliche Befeuchtung durch Einspritzen von Wasserdampf und auch keine Entfeuchtung über Kälteregister benötigt, so Der Zeitraum zum Erreichen der notwendigen charakteristischen Temperatur, vorzugsweise der Kerntemperatur des jeweiligen Produktes, ist abhängig von der Anfangstemperatur und weiteren Produktparametern, beispielsweise dem Wassergehalt im Kern bis zum Rand, und ergibt sich je nach diesen Produkteigenschaften automatisch. 55 Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß aus den Istwerten für die AT 009 109 U1

Kerntemperatur und den Wassergehalt des Produkts, die Temperatur der Luft in der Behandlungskammer und die Temperatur der Zuluft, sowie die Feuchte des Produktes weitere abgeleitete Ist-Parameter bestimmt werden, und daß aus einigen gemessenen 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. Für die Intensivabkühlung von Produkten ist eine Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, welche 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 Messzyklus 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 vorhergehenden Absätze der Luftdruck in der Behandlungskammer geregelt. Solange der Prozessabschnitt auf die vorgegebene eingestellte Kerntemperatur stattfindet, wird hierbei der Luftdruck um das Produkt 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 steuerungstechnisch optimal auf die Bedingungen in der Behandlungskammer eingewirkt werden.

Um bestmögliche Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens zu gewährleisten, 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 Behandlungen, speziell von Lebensmitteln, zusätzlich durchgeführt werden. Diese zusätzlichen Substanzen können beispielsweise Flüssigrauch, Inertgase, etc. umfassen.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungsfiguren näher erläutert werden.

Dabei zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Intensivabkühlungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Für eine schonende Intensivabkühlung hochtemperierten 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. 1 dargestellt mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren gemäß Fig. 2 betrieben.

In einer dicht abgeschlossenen Behandlungskammer 1 befinden sich für den Intensivabküh- AT 009 109 U1 lungsvorgang hochtemperierte Produkte, die auf eine vordefinierbare niedrigere End-Kerntemperatur gebracht werden sollen. Über einen Temperatursensor 2 und eine Vorrichtung 3 zur Leitfähigkeitsmessung werden als charakteristische Parameter die Kerntemperatur Produktes und dessen Wassergehalt bestimmt und der Steuereinrichtung 4 übermittelt. Über weitere Temperatursensoren 5, 6, 7, 8 werden die Temperatur der Luft in der Kammer und die Temperatur der Zuluft, Abluft und Rück- bzw. Umluft gemessen. Vorteilhafterweise wird auch der Druck in der Kammer 1 über einen Drucktransmitter 9 überwacht. Über zusätzliche Sensoren 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 vorteilhafterweise auch in den Regelalgorithmus in der Steuereinrichtung 4 ein, wodurch dem Produkt die notwendige Umgebung für einen schonenden und energieoptimalen Abkühlungsprozeß geschaffen wird.

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 der gewünschten Werte für die charakteristischen Parameter Kerntemperatur und Wassergehalt 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 der Kerntemperatur und des Wassergehaltes 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 Abweichung von Ist- und Sollwerten in einem weiteren Schritt E Regeleinrichtungen ansteuert und dadurch dem Produkt die notwendige Umgebung für einen schonenden und energieoptimalen 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 in der Behandlungskammer 1 wird über die Steuereinrichtung 4 ein frequenzgesteuerter Ventilator 10 zur Erzeugung einer Rück- bzw. Umluftströmung und ein frequenzgesteuerter Abluftventilator 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 Umgebungsluftdichte als auch die Feuchte in der Behandlungskammer 1 bestimmen. Dabei fließen auch die automatische Berechnung des Wassergehaltes vom Kern (ermittelt über die Leitfähigkeit durch die Einrichtung 3) in die Steuerung des Prozesses ein, wodurch die vorgegebenen Endparameter den Zeitkorridor bestimmen und die technische Anlage sämtliche Steuerungen je nach Bedarf einsetzt. Vorzugsweise können noch Temperaturfühler 17, 18 für die Außenluft und die Frischluft vorgesehen sein. Die Temperaturabgabe aus der Rückluft erfolgt zuerst über eine oder mehrere Einrichtungen 19a zur Wärmerückgewinnung. Damit kann das Kälteregister 20 gleichfalls sparsam 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. Über den Algorithmus in der Steuereinrichtung 4 erfolgt die 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. Ebenfalls geht auch wieder die gegebene und errech-nete 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 errechneten Sättigung erfolgt.

Claims (10)

1. Al 009 109 U1 Die technischen Größenauslegungen von Ventilatoren, Luftkanälen, Heizung, Kälte etc. hängen nur von der jeweiligen Kapazität und der spezifischen Eigenschaften der zu behandelnden Produkte ab, hat eigentlich keinen gravierende Rückwirkung auf die Prozesssteuerungstechnik und ist so gewählt, dass ein guter Wirkungsgrad erreicht wird. Bis zu 50% Energieanschluß-5 einsparungen sowie bis zu 70% Betriebsenergieeinsparungen gegenüber herkömmlichen Anlagen kann dabei erreicht werden. Ansprüche: 10 1. Verfahren für die Intensivabkühlung von hochtemperierten Produkten, bei welchem zumindest zu Beginn des Behandlungsvorganges der gewünschte Zustand des Produktes anhand von Zielwerten für die Kerntemperatur und den Wassergehalt definiert wird, die Temperatur und die Feuchte des Produktes zyklisch und auch die Temperatur der Luft in der 15 Behandlungskammer gemessen und danach einige Umgebungsparameter in der Behand lungskammer automatisch eingeregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zyklus darüber hinaus die Temperatur der Zuluft in die Behandlungskammer, die Temperatur der aus der Behandlungskammer abgezogenen Abluft bzw. Rückluft, sowie die Feuchte der Zu- und Abluft gemessen werden, und daß aus den gemessenen Werten und den defi- 20 nierten Zielwerten automatisch Sollwerte für die Kerntemperatur und den Wassergehalt für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit den jeweiligen Istwerten verglichen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Istwerten für die Kern- 25 temperatur und den Wassergehalt des Produkts, die Temperatur der Luft in der Behand lungskammer und die Temperatur der Zuluft, sowie die Feuchte des Produktes weitere abgeleitete Ist-Parameter bestimmt werden, und daß aus einigen gemessenen und abgeleiteten sowie den definierten Parametern automatisch Sollwerte für diese gemessenen und abgeleiteten Parameter für den nächsten Zyklus bestimmt und im nächsten Messzyklus mit 30 den jeweiligen Istwerten verglichen wird.
3. 3. Verfahren 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 jeweili- 35 gen Istwerten verglichen werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 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 Ist- 40 werten verglichen werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdruck in der Behandlungskammer geregelt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf druck der Luft in der Behandlungskammer geregelt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte zumindest des Produktes über dessen Leitfähigkeit bestimmt wird. 50
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Rückluft aus der Behandlungskammer geregelt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme aus 55 der Rückluft aus der Behandlungskammer vor der Temperaturregelung rückgewonnen 5 e Al 009 109 LJ1 wird.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluft zur Behandlungskammer Substanzen beidosiert werden. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55