DE2023167A1

DE2023167A1 - Trocknungsverfahren fuer Lebensmittel

Info

Publication number: DE2023167A1
Application number: DE19702023167
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: TERMOELECTRONICA GENIA
Current assignee: TERMOELECTRONICA GENIA
Priority date: 1969-05-12
Filing date: 1970-05-12
Publication date: 1970-11-19
Also published as: ZA703219B; GB1304407A; DE2023167C3; DE2023167B2; ES379040A1; FR2047662A5; IT954067B

Description

PROF. DR. DR. J. REITSTÖTTER DR. - ING. W. BUNTE

DR K. G. LÖSCH
0-8 MÜNCHEN 13, BAUERSTR. 22

München, 12. Mai 197ο M/11139

TERMOELECTRONICA-GENIA, LIMITADA Lissabon, Portugal

Trocknungsverfahren für Lebensmittel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von Lebensmitteln.

Eines der ältesten Verfahren zum Haltbarmachen bzw. Kons er« vieren von Lebensmitteln, das noch bei der Konservierung von Erzeugnissen wie Fisch, Fleisch, Getreide usw. verwendet wird, besteht darin, diese Produkte zu trocknen. Die Trocknung wird in vielen Ländern nicht nur verwendet, weil sie ein billiges Konservierverfahren für Lebensmittel darstellt, sondern auch insbesondere weil die so behandelten Produkte auf einfache Weise bei niedrigen Kosten gelagert werden können. Diese Faktoren bestimmten über Jahre die Nahrungsbeschaffenheit . Trotz der nun zur Verfügung stehenden besseren Konservierverfahren wird die Trocknung auch noch in technisch fortgeschrittenen Ländern verwendet, um der traditionell gewordenen Nahrungsmittelbeschaffenheit zu genügen»

Die Trocknung wird bei bestehenden Anlagen durch Verwendung von Wärme erreicht. Entsprechend der verwendeten Wärmequelle können die Anlagen klassifiziert werden, nämlich in natür·« lieh oder künstlich« Sie werden als natürlich bezeichnet,

wenn die Wärmequelle die Sonnenstrahlung ist, als künstlich werden sie bezeichnet, wenn direkt oder indirekt mittels einer Wärmequelle, die sich durch die Verbrennung eines normalen Brennstoffes ergibt, erwärmte Luft verwendet wird. Sowohl die natürlichen als auch die künstlichen Systeme basieren auf der Eigenschaft, welche die feuchte Luft hat, nämlich daß sie bei einer gegebenen Temperatur eine bestimmte Wassermenge absorbiert, und auch auf ihrer Fähigkeit, sich in Berührung mit einer feuchten Oberfläche schnell zu sättigen. Es ist bekannt, daß die Wassermenge, die von der Luft absorbiert werden kann, von deren Temperatur und Feuchtigkeit abhängt.

Bei einer natürlichen Trocknungsanlage sind die Ergebnisse eindeutig von den atmosphärischen Bedingungen abhängig. Da letztere sich häufig ändern, variieren demzufolge die Ergebnisse auch von null bei Regenwetter bis zu einem Maximum bei mäßigen Temperaturen und trockenen Winden.

Bei einer künstlichen Trocknungsanlage sind die Ergebnisse, wenn auch in geringerem Ausmaß, ebenfalls von den atmosphärischen Bedingungen insoweit abhängig, daß es bei einer hohen Umgebungstemperatur und hoher relativer Feuchte,ohne daß man Gefahr läuft, das Produkt zu zerstören, nicht möglich ist, die Temperatur als Mittel zur Erzielung niedriger relativer ' Feuchtegrade weiter zu erhöhen, so daß das natürliche Wasser des Produkts absorbiert werden kann. Stark verderbliche Produkte, insbesondere Fisch, kann Trocknungstemperaturen über 3o°C ohne die Gefahr des Verderbens nicht aushalten. Dies macht es unmöglich, eine künstliche Trocknung, wie sie bisher praktiziert wird, in all denjenigen geographischen Gebieten zu verwenden, wo sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit der Luft sehr hoch sind. Eine derartige Sachlage ist umso bedauerlicher, da diese Gegenden zu den Entwicklungsländern in der Welt zählen und demzufolge dort ein größerer

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Bedarf für Trockennahrung besteht, tun eine regelmäßige Eiweissversorgung sicherzustellen, die für das Überleben und den Nahrungsausgleich ihrer Bevölkerungen erforderlich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues und wirtschaftliches Trocknungsverfahren, welches die oben erwähnten Schwierigkeiten beseitigt und welches wegen seiner Unabhängigkeit von den atmosphärischen Bedingungen die Durchführung von Trocknungsvorgängen überall in der Welt erlaubt, ganz gleich zu welcher Jahreszeit oder unter welchen klimatischen Bedingungen.

Das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren beruht auf den vorstehend erwähnten Eigenschaften von feuchter Luft. Anstelle direkt aus der Atmosphäre kommender Luft wird jedoch in einer als Wärmepumpe wirkenden Klimatisieranlage vorbehandelte Luft * verwendet, die dann in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dieser Anlage tind dem zu trocknenden Produkt umgewälzt wird.

Bekanntermaßen versteht man unter einer Wärmepumpe ein System, welches in der Lage ist, Wärme von einem gegebenen thermischen Niveau zu einem höher gelegenen zu pumpen. Man verwendet sie insbesondere dort, wo eine freie Wärmequelle mit einem niedrigen Wärmewert verfügbar ist, da diese dann bei geringem Energieaufwand dazu verwendet werden kann, Wärme auf einem thermischen, für industrielle Zwecke geeigneten Niveau zu er<-< zieleno Da die Bezeichnung "Wirkungsgrad" nicht anwendbar ist, ist die Wirkung, die von der auf diese Weise verbrauchten Energie hervorgerufen wird, international als Leistungsko«· effizient (CP) bekannt. Dieser Leistungskoeffizient hängt maßgeblich von dem thermischen Niveau der zugeführten und wiedergewonnenen Wärme ab. Sein Wert erhöht sich, wenn dieser Unterschied abnimmt. Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens

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liegt der Wert sehr nahe bei 4,5 _s <*♦ h. mit anderen Worten, daß man für jede verbrauchte Wärmeeinheit 4,5 Wärmeeinheiten erhält (CP - 4,5).

Die Wärmepumpe verwendet im Falle der vorliegenden Erfindung als freie Wärmequelle genau die Wärmemenge, welche in dem während des Trocknens aus dem Produkt entfernten Wasser enthalten ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher veranschaulicht.

Fig» 1, 2 und 4 zeigen schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie jeweils einen Trocknungsvorgang in einem t,x-Diagramm für feuchte Luft.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Schaltbild der Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens_o

In den Figuren 1, 2 und 4 bedeuten A die in den Trockner mit +25 C/4o % eintretende Luft, A' die aus dem Trockner mit +18,5 C/80 % austretende Luft, B die gekühlte gesättigte Luft von +11,5 G/95 %i C den Kondensator, Cp den Kompressor, E den Verdampfer5 El die Einrichtung für die Beseitigung von Tropfen, R den Kühlmittelspeicher, die schraffierte Fläche in dem Diagramm den theoretischenArbeitszyklus der Trocknungsluft und O den Taupunkt„

In Fig» 3 ist mit C der Hauptkondensator, mit C^a der Hilfskondensator, mit Cp der Kompressor, mit E der Verdampfer, mit El die Einrichtung zur Beseitigung von Tropfen, mit F der Ent« wässerungsfilter, mit H das Handregulierventil, mit R der Kühlmittelspeichel', mit Sa das Hilfsmagnetventil für die

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Flüssigkeit, mit Sp das Hauptmagnetventil für die Flüssigkeit, mit Sg das Magnetventil für das Gas, mit V der Ventilator, mit X das Expansionsventil, mit Hg der Hygrostat und mit T der Umgebungsthermostat bezeichnet. Die gestrichelten Linien zeigen die elektrischen Schaltkreise.

Die Wärmequelle ist durch den Enthalpieunterschied zwischen den Punkten A¹ und B in Figur 1 (Feuchtigkeitsdiagramm) dargestellt. Wenn die für ein bestimmtes Produkt erforderlichen Trocknungsbedingungen beispielsweise eine Temperatur von 25 C und eine relative Feuchte von ko % betragen, sollte die Luft diesen Zustand haben, wenn sie das zu trocknende Produkt erreicht, sie soll also beim Verlassen der Klimatisieranlage den in Figur 1 durch "A" bezeichneten Zustand haben. Wenn die Luft das Produkt umgibt, absorbiert sie entsprechend der Linie konstanter Naßtemperatur bzw. der Linie konstanter Enthalpie A-A¹ in Figur 1 dessen Feuchtigkeit und erreicht beim Verlassen des Produkts bei A¹ 8o % relative Feuchtigkeit. In A¹ beträgt die absolute Feuchtigkeit der Luft bzw. der Feuchtegrad lo,7 g/kg. Die Luft kommt mit der kalten Oberfläche des Verdampfers in Berührung und kühlt sich auf eine Temperatur unterhalb ihres Taupunktes (O « 15»3 C) ab, so daß längs der Linie A¹ - B von Figur 1 kondensiert wird»

In B erreicht die Luft eine Temperatur von 11,5 C und hat eine relative Feuchtigkeit von 95 %_t dem eine absolute Feuchte von 8 g/kg entspricht. Der Unterschied zwischen den absoluten Feuchtegraden bei A* und B, nämlich lo,7 minus 8 =s 2,7 g/kg, gibt die genaue Wassermenge wieder, die pro kg Luft aus dem Produkt in jedem Trocknungszyklus entfernt und aus der Maschine über eine entsprechende Vorrichtung abgeführt wird. Nach Verlassen des Verdampfers kommt die Luft in eine Kammer "B"-, wo sie die von dem Kältemaschinenkompressor freigesetzte Wärme aufnimmt, strömt durch den Kondensator C, wo das Kühl-

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mittel kondensiert und die Luft,die sich ergebende Wärme absorbiert und wieder eine Temperatur von +25⁰C bei einer relativen Feuchte von ko % erreicht. Dieser Vorgang ist durch die von B nach A gehende Linie veranschaulicht. Dadurch ist der Trocknungszyklus, der sich aufeinanderfolgend so lange wiederholt, bis das Produkt den gewünschten Trocknungsgrad erreicht, geschlossen.

Nach dem oben beschriebenen System wäre es nicht möglich, die Trocknungstemperaturen und Feuchtigkeiten konstant zu halten, da die von dem Kondensator C freigesetzte Wärmemenge gleich der des Verdampfers E plus der Wärmemenge entsprechend der von dem Kompressor Cp gebrachten Arbeit ist. Dies würde tatsächlich die Temperatur erhöhen und die relative Feuchte verringern, wie aus Figur 2 ersehen werden kann.

Da es für jedes zu trocknende Produkt eine optimale Temperatur und relative Feuchte gibt, ist es erforderlich, erfindungsgemäß eine Regeleinrichtung vorzusehen, um die Temperatur und die relative Feuchte in den gewünschten Grenzen zu halten. Diese Regelung wird erfindungsgemäß durch einen von einem Thermostat gesteuerten Hilfskondensator erreicht, der durch Temperatüränderungen im Luftstrom betätigt wird.

Bei Normalbedingungen fördert der Kompressor Cp das Kühlmittal in den Kondensator C, wie aus Figur 3 zu sehen ist, wo es kondensiert und in den Kühlmittelspeicher R über ein Magnetventil Sp zurückfließt. Wenn die Lufttemperatur über einen vorher festgelegten Wert ansteigt, unterbricht der Thermostat T die Energiezufuhr zu dem Magnetventil Sp und führt dem Magnetventil Sa Energie zu. In dem Kondensator C geht die Kondensation des Kühlmittels weiter j da es jedoch nicht durch das .Ventil Sp strömen kann, fließt es weiterhin in den Kondensa tor, so daß dessen Kondensationsoberfläche allmählich verringert wird. Mittlerweile arbeitet der Hilfskondensator C¹

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mit voller Kapazität, wobei ein Teil der Kondensationswärme an die Atmosphäre abgeführt wird. Wenn die Lufttemperatur auf einen vorher festgelegten Wert fällt, unterbricht der Thermostat die Energiezufuhr zu dem Ventil Sa und führt dem Ventil Sp Energie zu. Dies hat zur Folge, daß sich der Hilfskondensator mit flüssigem Kühlmittel füllt und deshalb keine Kondensationsoberfläche mehr hat, während der Hauptkondensator mit voller Kapazität arbeitet. Dadurch erreicht man eine abgestimmte Regelung, welche die Trocknungsluft auf einem konstanten Temperaturniveau hält.

Da die Feuchtigkeit innerhalb des Trockners abnimmt, wenn dem Produkt Wasser entzogen wird, und da es erforderlich ist, sie in bestimmten Grenzen zu halten, führt erfindungsgemäß ein Bypass das gasförmige Kühlmittel von den Kondensatoren zu dem Verdampfer E über ein Magnetventil Sg, das, wie in Figur 3 gezeigt, von einem Hygrostaten gesteuert wird. Ein zwischen dem Magnetventil Sg und dem Verdampfer angeordnetes Nadelventil H sorgt für die Feineinstellung des Gasstromes, so daß die Regulierung des Durchsatzes zwischen geraden bzw« fortlaufenden Grenzen möglich ist.

Wenn die relative Feuchte abnimmt, führt der Hygrostat dem Magnetventil Sg Energie zu, so daß es aufmacht und das Kühlmittelgas in den Verdampfer eintritt, wo es sich mit der kalten Flüssigkeit vermischt, die dadurch bei Verbrauch seiner Eigenwärme in den gasförmigen Zustand übergeführt wird, so daß die Temperatur im Verdampfer zum Ansteigen gebracht wird. Andererseits wird, wenn der Kondensator weniger Warmluft aufnimmt, eine derart hohe Temperatur nicht erreicht und die Luft hat deshalb beim Verlassen eine höhere relative Feuchte. Demzufolge ist der erzielte Entfeuchtungsgrad nicht so hoch und die relative Feuchte innerhalb des Trockners nimmt zu, wie aus Figur k zu ersehen ist.

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die Feuchtigkeit einen vorher festgelegten Wert erreicht, unterbricht der Hygrostat die Energiezufuhr zu dem Ventil Sg, welches dadurch den Durchlaß von warmem Gas in den Verdampfer unterbricht.

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Claims

_ 9 — PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Trocknung von Lebensmitteln unabhängig von dem Zustand der Außenatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der Waren mittels einer Wärmepumpe, die als primäre Wärmequelle das natürliche Wasser der zu trocknenden Produkte verwendet, und mittels der Verwendung von Reguliereinrichtungen erreicht wird, um die Trocknungsbedingungen auf einem konstanten Niveau zu halten.

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmregulierung.der Trocknungstemperatur mittels eines Hilfskondensators erreicht wird, der die überschüssige Wärme an die Atmosphäre abführt und durch einen Thermostaten gesteuert wird, der durch die Temperaturänderungen in Luftstrom betätigt wird,

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmwirkung der Trocknungstemperatur mittels zweier Magnetventile erreicht wird, die in das Flüssigkeitsabflußrohr zwischen dem Haupt- und Hilfskondensator und dem Speicher für flüssiges Kältemittel eingesetzt sind.

i. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feineinstellung der Feuchtigkeit durch Injizieren des erwärmten gasförmigen Kühlmittels in den Verdampfer erreicht wird, das mittels eines Nadelventils mit Mikrometereinstellung über ein Magnetventil zugeführt wird, das von einem elektronischen Hygroetaten gesteuert wird.

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