DE4106348A1 - Vorrichtung zum erhitzen von nahrungsmitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Medium, mit einem Erhitzungs­ behälter für das Medium und die Nahrungsmittel, einer Heizvorrichtung, mittels der der Inhalt des Erhitzungs­ behälters auf eine gewünschte Erhitzungstemperatur zu bringen ist, und einem Kondensor für die beim Erhitzen entstehenden Dämpfe, der ein in mindestens einen Behälter eingeschlossenes Latentwärmespeichermittel enthält.

Das Erhitzen der Nahrungsmittel erfolgt z. B. durch Kochen oder Fritieren. Als Nahrungsmittel kommen z. B. Kartoffeln, Gemüse, Fleisch und Käse in Betracht. Das Medium ist vorzugsweise flüssig, es besteht z. B. aus Wasser oder wasserhaltigen Flüssigkeiten wie z. B. Milch oder Fleisch­ brühe, oder aus Fett, insbesondere Speiseöl.

Die eingangs beschriebene Vorrichtung läßt sich demnach vereinfacht als Fritiergerät oder Friteuse oder als Koch­ gerät bezeichnen. Die beim Betrieb derartiger Geräte entstehenden Dämpfe führen unter anderem zu einer Geruchs­ belästigung. Eine Möglichkeit, dieser Geruchsbelästigung entgegenzuwirken, besteht darin, die Dämpfe zu konden­ sieren. Damit wird zugleich vermieden, daß die Dämpfe sich an Wänden, Fenstern, Möbeln usw. niederschlagen.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus EP-B-00 95 797 bekannt. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Kondensation der Dämpfe durch einen Latentwärmespeicher, indem die Dämpfe an der Außenwand des Behälters für das Latentwärmespeichermittel entlang geleitet werden. Das dabei entstehende Kondensat wird in einem zusätzlichen Gefäß aufgefangen oder in den Erhitzungsbehälter zurück­ geführt. Die Menge an Latentwärmespeichermittel, die der Kondensor dieser Vorrichtung enthält, ist so bemessen, daß seine Schmelzwärme der zu kondensierenden Wassermenge wenigstens äquivalent ist.

Die Wirksamkeit und die Leistung eines Wärmespeichers hängt unter anderem auch von einem guten thermischen Kontakt zwischen dem Wärmeträger und dem Speichermittel ab. Dieses Problem entsteht vor allem bei Latentwärme­ speichern, deren Speichermittel während des Phasen­ übergangs auch eine Volumenänderung zeigt. Dies ist beispielsweise bei allen Salzhydraten der Fall, deren Volumen beim Kristallisieren kleiner wird. Man kann dieses Problem teilweise dadurch lösen, indem man das Speicher­ mittel in flexible Gefäße mit möglichst dünnen Wandstärken füllt.

Ein Wärmespeicher, dessen Speichermittel in einem Gefäß aus Kunststoff oder Metall verpackt ist, hat im allge­ meinen zunächst einen schlechten Wärmeübergang von außen nach innen, da beim Phasenübergang vom festen in den flüssigen Zustand der Übergang von der Wand auf das Speichermedium zu überwinden ist. Dies wird weiter unten an Hand eines typischen Aufschmelzvorgangs näher erläutert.

Aus DE-C-27 20 188 ist ein Wärmespeicher mit mindestens einem Behälter mit einer wärmedurchlässigen Wand bekannt. Der Behälter enthält ein Latentwärmespeichermittel, das über die wärmedurchlässige Behälterwand Wärme austauschen kann. Außerdem sind in dem Behälter ein Wärmetransport­ medium und eine geschmeidige, bewegliche Trennwand zwischen dem Latentwärmespeichermittel und dem Wärme­ transportmedium vorhanden. Um den Wärmeübergang von der das Latentwärmespeichermittel abschließenden Trennwand auf die wärmedurchlässige Behälterwand während des Schmelzens und Erstarrens des Latentwärmespeichermittels konstant hoch zu halten, wird ein Wärmetransportmedium gewählt, das bei Betriebstemperatur flüssig ist und bei dieser Temperatur nicht verdampft. Dieses Wärmetransportmedium ist derart und in solchen Mengen in dem Behälter angeordnet, daß es beim Erstarren des Latentwärme­ speichermittels den Raum zwischen der Trennwand und der Behälterwand vollkommen ausfüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit und die Leistung des Kondensors von Vorrichtungen der eingangs genannten Art zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der das Latentwärmespeichermittel enthaltende Behälter ein zusätzliches Wärmespeichermittel enthält, welches bei der Betriebstemperatur des Kondensors flüssig ist und bei dieser Temperatur nicht verdampft, daß zwischen dem Latentwärmespeichermittel und dem zusätzlichen Wärme­ speichermittel eine flexible, dünne Trennwand angeordnet ist, daß das zusätzliche Wärmespeichermittel derart und mindestens in einer solchen Menge in dem Behälter angebracht ist, daß es den beim Erstarren des Latentwärme­ speichermittels entstehenden Raum zwischen der Trennwand und der Behälterwand vollkommen ausfüllt, und daß das zusätzliche flüssige Speichermittel 10 bis 45% der Wärme­ menge aufzunehmen vermag, welche vom Latentspeichermittel aufnehmbar ist.

Diese und andere Gesichtspunkte der Erfindung werden in den nachfolgenden Ausgestaltungen der Erfindung offenbart und erläutert.

Ferner sind Ausführungsbeispiele des Standes der Technik und der Erfindung in einer Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 schematisch einen typischen Aufschmelzvorgang in einem Latentwärmespeicher nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Friteuse und

Fig. 3 schematisch einen Speicher in geladenem und in entladenem Zustand.

Ein typischer Aufschmelzvorgang nach dem Stand der Technik ist in Fig. 1 dargestellt. Zwischen Gefäßwand 1 und festem Speichermittel 2 bildet sich wegen der beim Phasenübergang auftretenden Volumenänderung meist ein Luftspalt 3 (Fig. 1.1). Daher ist der Wärmeübergang und damit die Funktion des Wärmespeichers zunächst schlecht (Wärmeleitfähigkeit Luft: etwa 0,08 kJ/m×h×K, für den Wärmeübergang wirksame Fläche: etwa 30% der Gesamtfläche). Erst nachdem eine erste Schicht 4 des Speichermittels geschmolzen ist, die wirksame Austauschfläche größer geworden ist (z. B. auf 70% der Gesamtfläche ansteigt) und damit ein besserer thermischer Kontakt hergestellt ist (Fig. 1.2), wird der Wärmeübergang besser (Fig. 1.3) und sogar gut, wenn in dieser ersten flüssigen Schicht eine durch Pfeile 5 angedeutete Zirkula­ tion des Speichermittels 4 auftritt (Fig. 1.4), bis schließlich das Speichermittel völlig geschmolzen ist (Fig. 1.5). Bei diesem Aufschmelzvorgang ist zu berücksichtigen, daß die thermische Leitfähigkeit von flüssigen Hydraten ähnlich der des Wassers ist und im Bereich von 1 bis 2 kJ/m×h×K liegt. Die Werte für feste Hydrate liegen jedoch im Bereich von 2 bis 8 kJ/m×h×K. Aus diesem Grunde sollten bei Niedrigtemperaturspeichern mit geringen Temperaturdifferenzen und bei Wärmeflüssen im Bereich von 10 bis 20 W/m2×K die Speichergefäße nur eine Dicke von einigen Zentimetern haben.

Fig. 2 zeigt das Prinzip der Kondensation von Dämpfen in einer Friteuse. In einem Erhitzungsbehälter 6 werden Nahrungsmittel 7 mit Hilfe einer Heizvorrichtung 8 erhitzt und die dabei entstehenden Dämpfe 9 werden über einen (Luft)-Kanal 10 dem Raum mit den Speichergefäßen 11 zugeführt. Jedes Speichergefäß besteht aus einem Hauptspeicher 12 (im geladenen Zustand fest) und einem Vorspeicher 13 (immer flüssig). Hauptspeicher 12 und Vorspeicher 13 sind durch eine flexible dünne Wand 14 getrennt. Die gesamte Außenoberfläche 15 des Speichers steht immer zum Wärmeaustausch zur Verfügung. An dieser Fläche kondensieren die Dämpfe und werden als Kondensat in einem Vorratsbehälter 16 aufgefangen.

Fig. 3 zeigt einen Speicher in geladenem und in entladenem Zustand. Im geladenen Zustand (Fig. 3.1) sind durch Volumenverminderung beim Erstarren des Hauptspeichers 12 Luftspalte 3 entstanden. Das feste Speichermittel des Hauptspeichers 12 liegt daher nur teilweise an der flexiblen, dünnen Trennwand 14 an und der Wärmeübergang zwischen dem festen Speichermittel des Hauptspeichers 12 und dem flüssigen Speichermittel des Vorspeichers 13 ist schlecht. Im entladenen Zustand (Fig. 3.2) haben sich jedoch alle Luftspalte aufgefüllt und das flüssige Speichermittel des Hauptspeichers 12 hat guten Wärme­ übergang mit dem flüssigen Vorspeicher 13. Sowohl im geladenen als auch im entladenen Zustand steht die gesamte Außenoberfläche 15 des Speichers zum Wärmeaustausch zur Verfügung.

Die Erfindung beruht daher auf dem Grundgedanken, daß die Wirksamkeit des Kondensors eines Fritier- oder Kochgeräts verbessert werden kann, wenn dem Wärmespeichermittel zum Erreichen einer gleichmäßigeren Wärmeübertragung ein zusätzlicher "flüssiger Speicher" (Vorspeicher) 13 vorge­ schaltet wird, der die Kondensationswärme zunächst auf­ nehmen kann, bevor der Hauptspeicher 12 selbst zu schmelzen beginnt (Fig. 2) und der gleichzeitig als Wärmetransportmedium zum Hauptspeicher dient (z. B. Wasser). Im Gegensatz zu einem Latentspeicher ohne flüssigen Vorspeicher, bei welchem Luftspalte 3 zwischen Wand 1 und Speichermaterial 2 entstehen (Fig. 1.1), steht hier immer die gesamte Oberfläche des Wärmespeichers zum Wärmeaustausch zur Verfügung. Versuche haben gezeigt, daß dies vor allem zu Beginn der Kondensation wichtig ist, weil dann die Dampferzeugung sehr groß ist und daher die Wärmespeicherleistung auch hoch sein muß.

Das gesamte Speichersystem besteht erfindungsgemäß aus einem vorgeschalteten Flüssigspeicher mit großer wirksamer Austauschfläche und dadurch gutem Wärmekontakt zum Auffan­ gen der ersten Kondensationswärme (Vorspeicher) und einem nachgeschalteten Latentspeicher zum Auffangen der Haupt­ menge der Kondensationswärme (Hauptspeicher). Dabei können die Mengen des flüssigen Vorspeichers und des latenten Hauptspeichers in großen Bereichen variiert werden.

Da der Kondensor gemäß der Erfindung im Vergleich zu dem gemäß EP-B-00 95 797 ein zusätzliches Wärmespeichermittel enthält, kann die Menge an Latentwärmespeichermittel kleiner sein.

Gegenüber der durch die DE-C 27 20 188 bekannten Anordnung wirkt das flüssige Medium nicht nur als Wärmetransportmedium, sondern wirkt wegen des beträchtlichen Mengenanteils auch in erheblichem Umfang als Wärmespeichermittel. Das flüssige Speichermedium bietet als Vorspeicher bereits eine genügende Wärmeaufnahmefähigkeit für die Anfangszeit, solange der Wärmeübergang zum noch festen Hauptspeicher noch behindert ist.

Berechnung von Speichermengen für die Dampf- und Geruchskondensation

Auslegung: Zu kondensieren in 2 Durchgängen: 400 g Wasserdampf (in 16 bis 20 Min)

Speicher-Material

Zu kondensieren

Erforderliche Speichermengen

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Erhitzen von Nahrungsmitteln in einem Medium, mit einem Erhitzungsbehälter für das Medium und die Nahrungsmittel, einer Heizvorrichtung, mittels der der Inhalt des Erhitzungsbehälters auf eine gewünschte Erhitzungstemperatur zu bringen ist, und einem Kondensor für die beim Erhitzen entstehenden Dämpfe, der ein in mindestens einen Behälter eingeschlossenes Latentwärme­ speichermittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der das Latentwärme­ speichermittel enthaltende Behälter (11) ein zusätzliches Wärmespeichermittel (13) enthält, welches bei der Betriebstemperatur des Kondensors flüssig ist und bei dieser Temperatur nicht verdampft, daß zwischen dem Latentwärmespeichermittel (12) und dem zusätzlichen Wärme­ speichermittel (13) eine flexible, dünne Trennwand (14) angeordnet ist, daß das zusätzliche Wärmespeichermittel derart und mindestens in einer solchen Menge in dem Behälter (11) angebracht ist, daß es den beim Erstarren des Latentwärmespeichermittels entstehenden Raum zwischen der Trennwand und der Behälterwand vollkommen ausfüllt, und daß das zusätzliche flüssige Speichermittel (13) 10 bis 45% der Wärmemenge aufzunehmen vermag, welche vom Latentspeichermittel (12) aufnehmbar ist.