DE4319201A1

DE4319201A1 - Verfahren zur Bestimmung der benötigten Energiemenge eines Gerätes bei der Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE4319201A1
Application number: DE4319201A
Authority: DE
Inventors: Hans Heerig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-09
Filing date: 1993-06-09
Publication date: 1993-11-18

Description

Für die Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln, z. B. für das Auftauen tiefgefrorener Nahrungsmittel oder für das Kochen, Backen oder Braten von Lebensmittel oder von Speisen, mittels Heißluft, mittels Dampf oder mittels eines Dampf Luft-Gemisches werden besonders in Gastronomiebetrieben Geräte verwendet, welche ein Gehäuse mit einer Tür aufweisen. Der Innenraum des Gehäuses ist in einen Installationsraum und in einen Behandlungsraum unterteilt. Im Installationsraum ist ein Dampferzeuger angeordnet, der an eine Wasserzuleitung angeschlossen ist und dessen Dampfauslaßöffnung über eine Verbindungsleitung mit dem Behandlungsraum verbunden ist. Der Dampferzeuger wird durch eine steuerbare Wärmequelle beheizt. Im Behandlungsraum ist ein Gebläse angeordnet, welches das im Behandlungsraum vorhandene Fluid aus Luft und/oder Dampf umwälzen kann. Im Behandlungsraum ist außerdem eine Heizung angeordnet, mit der das dort vorhandene Fluid erwärmt werden kann. Diese Heizung wird über einen Temperaturfühler gesteuert, welcher im Behandlungsraum angebracht ist. Am Boden des Behandlungsraumes ist eine Auslaßöffnung vorhanden, an die eine Abflußleitung angeschlossen ist, durch die die tropfbaren Fluide, wie z. B. Kondensat oder aus den Nahrungsmitteln aus tretende Flüssigkeiten, abgeleitet werden können. Im oberen Bereich des Behandlungsraumes ist eine zweite Auslaßöffnung vorhanden, an welcher ebenfalls eine Ableitung angeschlossen ist, durch welche die nichttropfbaren Fluide des Behandlungsraumes, z. B. Dampf oder Luft nach außen geleitet werden können.

Alle bekannten Geräte dieser Art arbeiten bei reinem Heißluftbetrieb zufriedenstellend. Das Auftauen und Erwärmen von Nahrungsmitteln oder das Kochen oder Dämpfen von Nahrungsmitteln wird im allgemeinen mit reinem Dampf durchgeführt, weil man dabei die Kondensationswärme des Dampfes ausnutzen kann um die Nahrungsmittel rasch zu erwärmen und zu garen. Beim Kondensieren des Naßdampfes auf den zumindest anfänglich kälteren Nahrungsmitteln ist der Wärmeübergang auf die Nahrungsmittel wesentlich intensiver als bei Heißluft. Zu diesem Zweck wird die zu Beginn im Behandlungsraum noch vorhandene Luft durch intensive Dampfzufuhr durch die im oberen Bereich des Behandlungsraumes angeordnete Auslaßöffnung hindurch aus dem Behandlungsraum verdrängt, so daß die weitere Wärmebehandlung in mehr oder minder reiner Dampfatmosphäre bei Siedetemperatur oder bei Kondensiertemperatur erfolgt.

Das Garen von Nahrungsmitteln bei höheren Temperaturen ist mit Sattdampf nicht möglich. Das kann nur im Heißluftbetrieb oder im Mischbetrieb, d. h. mit einem Gemisch aus Heißluft und Heißdampf, erfolgen. Dazu wird die Luft im Behandlungsraum und etwa vorhandener Dampf durch die Heizung im Behandlungsraum auf die gewünschte Gartemperatur gebracht und mittels des Gebläses im Behandlungsraum umgewälzt. Ein bestimmter Dampfgehalt im Fluid des Behandlungsraumes ist bei manchen Garvorgängen und bei manchen Nahrungsmitteln deshalb erforderlich, damit bei der höheren Gartemperatur in den Nahrungsmitteln deren Feuchtigkeitsgehalt nicht allmählich verdampft und sie dadurch zumindest oberflächlich aus trocknen wobei unter Umständen durch Ausbleichen auch ihr Aussehen leidet. Das wird im Mischbetrieb dadurch vermieden, daß der Dampfgehalt im Behandlungsraum zumindest nahe dem Sättigungszustand des Fluids aus Heißluft und Heißdampf gehalten wird. So wird der Flüssigkeitsaustritt aus den Nahrungsmitteln weitestgehend vermieden.

Bei den bekannten Geräten treten beim Dampfbetrieb und beim Mischbetrieb mit einem Dampf-Luft-Gemisch einige Nachteile auf.

Für die Steuerung der Heizung des Dampferzeugers ist in einem sogenannten Meßfühlerrohr, das den Behandlungsraum mit der Umgebung des Gerätes verbindet, ein Temperaturfühler angeordnet. Dieser Temperaturfühler mißt in der Anfangsphase die Temperatur der Luft die vom einströmenden Dampf aus dem Behandlungsraum verdrängt wird. In dem Maße, in dem im Behandlungsraum der Luftanteil abnimmt und der Dampfanteil zunimmt, steigt infolge der unvermeidlichen Vermischungsvorgänge die Temperatur des verdrängten Fluids an und nähert sich allmählich der Dampftemperatur. Wenn beim Erreichen eines bestimmten eingestellten Temperaturwertes vom Temperaturfühler aus die Heizung des Dampferzeugers unterbrochen oder verringert wird, geht wegen der thermischen Trägheit aller Teile die Dampferzeugung noch etwas weiter. Der Dampfüberschuß entweicht durch das Meßfühlerrohr und durch andere Auslaßöffnungen ins Freie. Durch die anfänglich kühleren Nahrungsmittel im Behandlungsraum wird ein Teil des Dampfes kondensiert, wodurch sich das Volumen des im Behandlungsraum vorhandenen Fluids verringert. Der dadurch entstehende Unterdruck im Behandlungsraum sorgt dafür, daß Umgebungsluft in das Meßfühlerrohr eintritt. In Abhängigkeit von dem Hohlraumvolumen des Meßfühlerrohrs, von der Größe seiner Innenoberfläche, von seiner Wärmekapazität und von der Lage des Temperaturfühlers im Meßfühlerrohr erwärmt sich die die einströmende Frischluft mehr oder minder stark.

Der Temperaturfühler mißt demnach den durch die einströmende Frischluft verursachten Temperaturabfall mit einer gewissen Zeitverzögerung. Hinzu kommt, daß für das Ein-, Aus- oder Umschalten der Heizung des Dampferzeugers ein bestimmter Temperaturunterschied zwischen den beiden Schaltpunkten unvermeidlich ist, wodurch eine weitere Verzögerung bis zum Schalten der Heizung im Dampferzeuger eintritt. Wegen der schon erwähnten thermischen Trägheit aller Teile des Dampferzeugers vergeht eine weitere Zeitspanne bis wieder Dampf entsteht und in den Behandlungsraum überströmen kann. Dort muß der Dampf zuerst wieder die eingedrungene Frischluft verdrängen und alle durch die Frischluft inzwischen etwas abgekühlten Teile einschließlich der Nahrungsmittel wieder aufheizen.

Die bekannten Geräte haben demnach eine große Hysterese hinsichtlich der Dampferzeugung und auch hinsichtlich des Temperaturverlaufes im Behandlungsraum. Die Auswirkungen der Temperaturschwankungen und die Schwankungen in der Dampfzufuhr auf den Garvorgang der im Behandlungsraum vorhandenen Nahrungsmittel läßt sich nicht genau angeben, zumal sie sehr stark von der Art, insbesondere von der Temperatur, der Masse und dem Wassergehalt und damit von der Wärmekapazität der Nahrungsmittel abhängen. Das intermitierende Auftreten von Überschußdampf in merklichen Mengen wirkt sich stark auf den Energieverbrauch der Geräte, d. h. auf deren Wirtschaftlichkeit, aus. Die austretenden Dampfmengen belasten die Umgebung der Geräte und stellen unter Umständen auch eine gewisse Gefahrenquelle dar.

Die vorgeschlagen gerätetechnischen Abwandlungen und das vorgeschlagene Verfahren vermindert diese Nachteile oder beseitigt diese.

Im Behandlungsraum werden zwei Temperaturfühler angeordnet. Hierfür ist es sinnvoll, den Behandlungsraum durch eine oder mehrere Trennungen so zu Gestalten, daß eine Aufheizzone und ein Garraum entsteht. Ein Temperaturfühler erfaßt die Temperatur des vom Gebläse angesaugten Fluids wenn es in die Aufheizzone strömt. In der Aufheizzone überträgt die Heizung ihre Energie auf das Fluid. Der zweite Temperaturfühler erfaßt die Temperatur des durch die Heizung in der Aufheizzone erwärmten Fluids wenn es in den Garraum zurückströmt.

Durch den gemessenen Temperaturunterschied kann man genau feststellen, welche Energiemenge im Garraum dem Fluid entzogen wird und welche Energiemenge bei aktiver Heizung in der Aufheizzone von der Heizung an das Fluid übertragen wird.

Dar Energieentzug im Garraum ist abhängig von der Temperatur, der Masse und dem Wassergehalt und damit von der Wärmekapazität der Nahrungsmittel welche sich im Garraum befinden.

Die Energiemenge welche in der Aufheizzone an das Fluid übertragen wird ist abhängig von der wirksamen Heizleistung.

Durch Leistungshalbleiter kann die Energiezufuhr zur Aufheizzone, z. B. mit einer Impulspaketsteuerung, praktisch stufenlos geregelt werden.

So wird bei leerem Ofen für jede Temperatur ein Energieverlust ermittelt. Bei einer idealen Isolierung ist die Wärmeabgabe gleich Null. Bei einer normalen Isolierung entzieht das Gehäuse des Garraums dem Fluid Wärmeenergie und strahlt sie nach außen ab. Die Größe der Energieabstrahlung wird bestimmt durch die Güte der Isolierung und dem Temperaturgefälle zwischen der Temperatur des Fluids und der Raumtemperatur. Je höher die Temperatur des Fluids, desto mehr Leistung wird benötigt um das Fluid auf dieser Temperatur zu halten. So kann man eine Wärmeverlust-, oder Energieverlustkurve für ein bestimmtes Gerät ermitteln.

Nach Ermittlung der Wärmeverlustkurve, welche die Energieabstrahlung des Gerätes bei verschiedenen Temperaturen angibt, geht man davon aus, daß die darüber hinaus dem Fluid entzogene Energie vom Gargut aufgenommen wird.

Beschickt man nun den Garraum des Ofens mit Gargut, so wird das Gargut dem Fluid Wärmeenergie entziehen und die Temperatur des Fluids im Garraums wird sinken. Steigert man nun die Energiezufuhr stufenlos, so wird ein Punkt erreicht werden, bei dem die im Aufheizraum auf das Fluid übertragene Energie die gleiche Größe hat wie die Energiemenge, welche das Gargut dem Fluid im Garraum entzieht. Die Menge der eingespeisten Energie welche über der Wärmeverlustkurve des Kombidämpfers liegt ist also die Energieaufnahme des Gargutes.

Die Nahrungsmittel, welche sich im Garraum befinden, sind unabhängig von der Temperatur, der Masse und dem Wassergehalt und damit von der Wärmekapazität, Bestandteil eines Regelkreises. Es ist möglich die noch auf zubringende Energiemenge bis zu einem bestimmten Gargutzustand festzustellen. Ein zu starkes Erhitzen des Garraumes über die eingestellte Temperatur hinaus kann mit diesem Verfahren verhindert werden.

Mit dieser Art der Steuerung und Regelung kann man die Energieaufnahme, also den Zustand des Gargutes ermitteln. Die Menge und die Temperatur des Gargutes bestimmt also die Energiemenge welche dem Ofen zugeführt wird.

Leitet man Wasserdampf in den heißen Garraum, so wird der Dampf im heißen Garraum nicht kondensieren und der Dampf muß den Garraum als Wasserdampf wieder verlassen. Die von den zwei Temperaturfühlern gemessenen Werte werden unabhängig von ihrem Wert annähernd identisch sein. Es wird also kein Dampf benötigt.

Beschickt man nun den Ofen mit Gargut und leitet Wasserdampf in den heißen Garraum, so wird der Dampf im heißen Garraum am kalten Gargut kondensieren. Beschickt man den Ofen mit einer großen Menge Gargut, wird an dieser großen Menge viel Wasserdampf kondensieren. Ebenso bei einer kleinen Menge von sehr kaltem, gefrorenen Gargut.

Die Nahrungsmittel welche sich im Garraum befinden, sind also abhängig von der Temperatur, der Masse und dem Wassergehalt und damit von der Wärmekapazität bestimmend für die Menge des an ihr kondensierenden Wasserdampfes.

Dieser kondensierende Wasserdampf kühlt das Fluid im Garraum ab, so das ein Temperaturunterschied zwischen dem aus der Aufheizzone in den Garraum einströmendem Fluid und dem aus dem Garraum in die Aufheizzone strömenden Fluid entsteht. Dieser Temperaturunterschied ist ein Maßstab für die kondensierte Dampfmenge.

Im Gegensatz zu den bekannten Methoden der Dampfmengenbestimmung erlaubt das hier beschriebene Verfahren eine genaue Dosierung der Dampfmenge und eine frühzeitige Erkennung des zu erwarteten Dampfmengenüberschusses.

Mit Bestimmung der Energieaufnahme des Gargutes ist auch die Menge des Kondensierenden Dampfes auf dem Gargut bekannt und die zu produzierende Dampfmenge kann den Erfordernissen angepaßt werden.

Claims

1. Gerät für die Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln, mit den Merkmalen:

- es ist ein Gehäuse (1) mit einer Tür (2) vorhanden,
- in dem Gehäuse sind durch wenigstens eine gasdichte Trennwand (3) wenigstens zwei Räume, Installationsraum (4) und Behandlungsraum (5), voneinander abgetrennt,
- in dem Installationsraum ist ein Dampferzeuger (6) angeordnet,
- der durch eine steuerbare Wärmequelle (7) heizbar ist,
- dessen Dampfauslaßöffnung (8) über eine Verbindungsleitung (9) mit dem Behandlungsraum (5) in Verbindung steht,
- der Behandlungsraum (5) ist durch eine Trennwand (10) in eine Aufheizzone (11) und in einen Garraum (12) unterteilt,
- in der Aufheizzone (11) ist ein Gebläse (13) angeordnet,
- mittels dessen das im Behandlungsraum (5) vorhandene Fluid umwälzbar ist,
- in der Aufheizzone (11) ist eine Heizung angeordnet,
- mittels derer sich das sich in der Aufheizzone (11) befindliche Fluid erwärmen läßt,
- am Boden des Behandlungsraumes (5) befindet sich eine Auslaßöffnung (15),
- an die eine Abflußleitung (16) insbesondere für die tropfbaren Fluide des Behandlungsraumes (5) angeschlossen ist,
- im oberen Bereich des Behandlungsraumes (5) ist eine Auslaßöffnung (17) vorhanden,
- an die eine Abführleitung (18) insbesondere für die nichttropfbaren Fluide des Behandlungsraumes (5) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch das Merkmal:
- die Energieaufnahme der Nahrungsmittel wird zur Steuerung der Energiemenge benutzt welche auf das Fluid übertragen wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die Heizung im Behandlungsraum ist mit einer Steuerung verbunden, welche ein stufenlos es Steuern der Heizleistung ermöglicht.

3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die Heizung im Dampferzeuger ist mit einer Steuerung verbunden, welche ein stufenlos es Steuern der Dampfmenge ermöglicht.

4. Gerät nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die Energieaufnahme der Nahrungsmittel wird durch eine Temperaturdifferenz an den Punkten (Punkte 19 + 20) ermittelt.

5. Gerät nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die Energieaufnahme der Nahrungsmittel wird durch eine Strömungsdifferenz an den Punkten (Punkte 19 + 20) ermittelt.

6. Gerät nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die Energieaufnahme der Nahrungsmittel wird durch eine Druckdifferenz an den Punkten (Punkte 19 + 20) ermittelt.

7. Gerät nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die Energieaufnahme der Nahrungsmittel wird durch eine Optische Einrichtung ermittelt.