DE60125779T2

DE60125779T2 - Kühlverfahren

Info

Publication number: DE60125779T2
Application number: DE60125779T
Authority: DE
Inventors: Gregery Graeme MAIDMENT
Original assignee: South Bank University Enterprises Ltd
Current assignee: South Bank University Enterprises Ltd
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2021-08-17
Also published as: EP1309261B1; AU2001278621A1; WO2002015752A1; DE60125779D1; US20040011077A1; GB0020171D0; ATE349935T1; EP1309261A1; JP2004506463A; US20060278369A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Kalthalten von Gegenständen, insbesondere von Lebensmitteln.
Wenn Lebensmittel ausgelegt werden, die kühl oder kalt gehalten werden müssen, können sie in einem gekühlten Gehäuse ausgelegt werden, das eine offene Vorderseite oder eine Glasvorderseite oder eine Vorderseite aus durchsichtigem Kunststoff besitzt. Bei herkömmlichen Gehäusen werden die Lebensmittel auf Tabletts oder Fachböden ausgelegt und durch kalte Luft gekühlt, die von innerhalb des Gehäuses zugeführt wird. Die Luft wird durch das Gehäuse zirkuliert, indem Gebläse verwendet werden, und die Luftmasse wird in den Auslagebereich als ein Strahl geführt, der einen Luftvorhang über der Gehäuseöffnung bildet. Hierauf wird die Luft in dem Gehäuse zirkuliert, in dem sie durch einen Lamellen- und Rohr-Wärmetauscher gekühlt wird, der ein Tieftemperatur-Kältemittel mit einer Kältemittel-Sättigungstemperatur von etwa –7 °C enthält. Der Verdampfer steht üblicherweise in einer Gegenströmung mit der Luft, die in den Verdampfer mit etwa 5 °C eintritt und aus ihm mit etwa –5 °C austritt, wobei sich die genauen Temperaturen mit der Ausführung und Art des Gehäuses ändern. Die Temperaturänderungen können beispielsweise ±3 K betragen.
Es wurde herausgefunden, dass es in der Praxis schwierig ist, Auslagegehäuse bei niedrigen Temperaturen, z. B. unter 5 °C, zu halten und im Ergebnis werden Lebensmittel in einer Auslage bei höheren Temperaturen gelagert. Das kommt daher, dass Konvektion jedoch kein wirksamer Kühlungsmechanismus ist. Dies ist zum Teil wegen des niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten, der durch Luft mit niedriger Geschwindigkeit verursacht wird, es kommt jedoch auch daher, dass die Luft nahe der Gehäusevorderseite wegen eines Lufteintritts warm ist. Im Ergebnis weisen Konvektionskühlungssysteme eine große Temperaturstreubreite in dem Gehäuse auf, wobei sich die Lebensmittel mit höherer Temperatur nahe der Vorderöffnung befinden. Niedrigere Lebensmitteltemperaturen sind mit herkömmlichen Systemen erzielbar, dies erfordert jedoch die Verwendung von Luft mit niedrigerer Temperatur, und aufgrund der großen Temperaturstreubreite in dem Gehäuse führt Luft mit niedriger Temperatur zu einem örtlichen Gefrieren einiger Lebensmittelprodukte und zu einer Frostbeschädigung bei Lebensmitteln.
Eine Schaffung von leistungsfähigeren Kühlungssystemen, die auch kostenaufwändiger sind, kann zu einem örtlichen Gefrieren und zu einer Eisbildung führen, so dass ein Abtauen erforderlich ist.
Obwohl die Lebensmittel üblicherweise bei der erforderlichen Lebensmittel-Lagerungstemperatur an das Gehäuse geliefert werden, ist ein Kühlen erforderlich, um Erwärmungen bei den Lebensmitteln auszugleichen, die nur ein Ergebnis eines Strahlungsaustauschs zwischen den Lebensmitteln und der äußeren Supermarkt- oder Ladenumgebung sind. Die Kühlleistung, die erforderlich ist, um diese Erwärmungen auszugleichen, beträgt nur einen Bruchteil dessen, was an das Gehäuse geliefert wird. Bestenfalls hat diese geringe Wärmeübertragungsrate einen übermäßigen Energieverbrauch, hohe Gerätekosten und eine verringerte Lebensdauer von Lebensmitteltabletts zur Folge. Schlimmstenfalls kann die geringe Wirksamkeit ein Versagen beim Einhalten von Lebensmittelhygienetemperaturen zur Folge haben, was Probleme mit der Lebensmittelsicherheit darstellen kann.
Es wurde vorgestellt, eine erhebliche zusätzliche Kühlung der Lebensmittel zu schaffen, indem die Lebensmittel direkt in Kontakt mit einer kalten Basis angeordnet werden. Dies wurde durch ein Auslegen der Lebensmittel auf einer Basis erzielt, die in Kontakt mir dem Verdampfer steht. Eine erhebliche Erhöhung der Wärmeübertragung an die Lebensmittel auf diese Weise ermöglicht es, dass das Gehäuse wirksamer arbeitet und dies hat erhebliche Verringerungen des Energieverbrauchs sowie Verbesserungen in der Lebensmittelqualität und -sicherheit zur Folge. Da jedoch die meisten gekühlten Gehäuse einstellbare Tabletthöhen nutzen, ist ein Erzeugen einer Wärmeleitung durch Auslegen der Lebensmitteltabletts auf eine feste Verdampferoberfläche keine praktische Möglichkeit.
Das französische Patent FR-A-2 755 359 offenbart die Verwendung eines Wärmeübertragungsrohrs, um Lebensmittel zu kühlen, die auf einem Tablett abgelegt sind, indem das Wärmeübertragungsrohr in dem Tablett enthalten ist. Dieses Patent offenbart jedoch nicht die Verwendung eines Wärmeübertragungsrohrs, um zur Konvektionskühlung von Lebensmitteln beizutragen, die in einem kühlen Gehäuse gelagert sind.
Nun wurde ein neues Verfahren zum Schaffen einer Kühlung von Lebensmitteln durch Wärmeleitung entworfen, das jedoch noch einstellbare Tabletthöhen beibehält.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen von Lebensmitteln in einem Gehäuse geschaffen, bei dem Lebensmittel auf einem Tablett oder Fachboden im Gehäuse angeordnet werden, wobei das Tablett oder der Fachboden ein Wärmeübertragungsrohr aufweist, wobei wenigstens ein Teil des Wärmeübertragungsrohrs gekühlt wird und Wärme durch die Kühlungswirkung des Wärmeübertragungsrohrs vom Lebensmittel abgeleitet wird, und wobei die Lebensmittel, die auf dem Tablett oder Fachboden abgelegt sind, außerdem durch Konvektionskühlungsmittel gekühlt werden.
Die Erfindung schafft außerdem ein Gerät zum Kühlhalten von Lebensmitteln, wobei das Gerät ein Gehäuse umfasst, das wenigstens ein Tablett oder einen Fachboden, auf denen Lebensmittel abgelegt werden können, enthält, wobei das Tablett oder der Fachboden ein Wärmeübertragungsrohr aufweisen und ein Kühlungsmittel vorhanden ist, um wenigstens einen Teil des Wärmeübertragungsrohrs zu kühlen, und wobei, wenn auf dem Tablett Lebensmittel angeordnet sind, eine Wärmeleitung von dem Lebensmittel zu dem Tablett erfolgt und wobei außerdem ein Konvektionskühlungsmittel vorhanden ist, um auf dem Tablett oder Fachboden abgelegte Lebensmittel zu kühlen.
Das Wärmeübertragungsrohr wird verwendet, da es einen passiven, sehr wirksamen Wärmeübertragungsmechanismus mit einer berichteten Leitfähigkeit darstellt, die etwa dem 500-fachen jener von Kupfer entspricht. Wärmeübertragungsrohre sind stabile, einfache und wartungsfreie Vorrichtungen, die isothermisch arbeiten, keine Pumpleistung erfordern und Wärme über eine weite Strecke übertragen können. Wärmeübertragungsrohre sind in einem Artikel von P.D. Dunn und D.A. Reay in Heat Pipes, vierte Auflage (1994), S. 1-3, 100 bei Elsevier Sciene GmbH, Oxford, Großbritannien, beschrieben.
Bei Gebrauch werden die Lebensmittel auf dem Tablett abgelegt, das das Wärmeübertragungsrohr enthält und vorzugsweise wird das Ende des Wärme übertragungsrohrs an der Rückseite des Tabletts gekühlt, z. B. durch Blasen von kalter Luft von dem Kühlungssystem des Gehäuses über das Rohr. Das Wärmeübertragungsrohr kühlt das Tablett und hält die Lebensmittel durch Leitung von dem Tablett zu den Lebensmitteln kühl.
Das Tablett kann ein flaches Wärmeübertragungsrohr oder eine Reihe von verbundenen Wärmeübertragungsrohren umfassen.
Vorzugsweise sind die Kühlungsmittel ein herkömmliches Kühlungssystem, bei dem Luft in dem Gehäuse zirkuliert wird, wobei sie durch einen Lamellen- und Rohr-Wärmetauscher gekühlt wird, der ein Tieftemperatur-Kältemittel z. B. mit einer Kältemittel-Sättigungstemperatur von etwa –7 °C enthält. Der Verdampfer steht in einer Gegenströmung mit der Luft, die in den Verdampfer mit etwa 5 °C eintritt und aus ihm mit etwa –5 °C austritt.
In Gebrauch besteht in einem Gehäuse zum Kühlhalten von Lebensmitteln eine herkömmliche Konvektionskühlung, die durch Wärmeübertragung durch Wärmeleitung ergänzt wird, die durch einen Tablettkühlungsmechanismus geschaffen wird, der ein Wärmeübertragungsrohr umfasst, so dass das Tablett verwendet wird, um die Lebensmittel auszulegen und um außerdem Wärme von ihnen an die Gehäuseluftzufuhr-Rohrleitung zu übertragen.
Vorzugsweise ist das Tablett als ein Wärmeübertragungsrohr konstruiert und es wird durch die Rückwandplatte des Auslagebereichs in der Luftzufuhr-Rohrleitung angeordnet, die etwa –5 °C aufweist.
In den Tabletts oder in deren Umgebung können Phasenänderungsmaterialien vorhanden sein, um so im Fall eines Stromausfalls oder eines anderen Ausfalls eine zusätzliche Kühlkapazität zu schaffen, so dass die Phasenänderung bei einem derartigen Ausfall eine Kühlwirkung erzeugt.
Die Erfindung kann bei herkömmlichen Gehäusen angewendet werden, indem die vorhandenen Tabletts durch Tabletts ersetzt werden, die ein Wärmeübertragungsrohr oder Wärmeübertragungsrohre enthalten, und es ist ein Merkmal der Erfindung, dass dies zu niedrigeren Lebensmittel-Kerntemperaturen beitragen kann, z. B. bis zu etwa 2,5 bis 3 K, was zu erheblichen Verringerungen der Energie- und Kapitalkosten sowie zu Verbesserungen der Lebensmittelqualität und der Tablettlebensdauer führen würde. Ferner kann eine Verwendung von Wärmeübertragungsrohr-Tabletts ein Vermeiden von elektrischem Abtauen zur Folge haben, das energieaufwändig ist.
Die Erfindung kann in jeglicher Art von Gehäuse verwendet werden, z. B. bei Gehäusen mit offener Vorderseite, bei geschlossenen Gehäusen und bei allen Arten von Gehäusen für gefrorene Lebensmittel.
Die Erfindung wird in der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der:
1 das Funktionsprinzip des einfachen Wärmeübertragungsrohrs zeigt
2 ein herkömmliches Kühlgehäuse zeigt
3 ein Gehäuse zeigt, das die Erfindung enthält, und
4 ein Tablett ausführlich zeigt.
In 1 umfasst ein Wärmeübertragungsrohr ein abgedichtetes Rohr (1), das einen Docht (2) und ein Arbeitsmittel enthält. Wenn Wärme zugeführt wird, verdampft das Arbeitsmittel, um Dampf (5) bei einer Wärmequelle (4) zu bilden, und bewegt sich zu der Wärmesenke (3), bei der es kondensiert. Der Docht führt hierauf die kondensierte Flüssigkeit durch Kapillarwirkung zu der Wärmequelle (4) zurück.
In 2 enthält ein übliches Kühlgehäuse ein isoliertes Gehäuse (15) mit einer durchsichtigen oder offenen Vorderseite. An dem Boden des Gehäuses befinden sich ein Verdampfer (10) und ein Gebläse (11). Lebensmittel sind auf Tabletts (12) gelagert. In Gebrauch bläst das Gebläse (11) Luft über den Verdampfer (10), der die Luft kühlt, und kalte Luft von z. B. etwa –5 °C verläuft über die Rückseite der Tabletts in eine Rohrleitung (14) und wie gezeigt über die Lebensmittel, um die Lebensmittel zu kühlen. Die Lebensmittel werden durch Strahlungswärme erwärmt, die hierauf an die Kühlungsluft übertragen wird, die über dem Verdampfer zirkuliert wird, um sie zu kühlen.
In 3 sind das Gehäuse (21), der Verdampfer (22) und das Gebläse (23) genauso wie in 2, die Tabletts wurden jedoch durch Tabletts (20) ersetzt, die ein Wärmeübertragungsrohr enthalten, das ausführlich in 4 gezeigt ist. Die Enden der Wärmeübertragungsrohre (20a) ragen durch die Rückseite des Auslageabschnitts in eine Rohrleitung heraus, durch die gekühlte Luft von dem Verdampfer verläuft. Ebenso wie die Kühlwirkung der Luft entfernt das Wärmeübertragungsrohr Wärme von den Lebensmitteln auf Tabletts (20) und unterstützt dadurch die Konvektionskühlwirkung. Die Luft wird wie in 2 zirkuliert.
In 4 sind auf den Tabletts (20), die ein Wärmeübertragungsrohr (23) enthalten, Lebensmittel (21) abgelegt. Wärme von den Lebensmitteln wird durch das Wärmeübertragungsrohr zu der Rückseite (20a) des Wärmeübertragungsrohrs geleitet, das sich in dem Kaltluftstrom des Verdampfers (22) befindet. Das Wärmeübertragungsrohr leitet Wärme schnell von den Lebensmitteln zu dem kalten Teil des Wärmeübertragungsrohrs (20a) und unterstützt folglich die Konvektionskühlung der Lebensmittel.

Claims

Gerät zum Kühlhalten von Lebensmitteln, wobei das Gerät ein Gehäuse (21) umfasst, das wenigstens ein Tablett oder einen Fachboden (20), auf denen Lebensmittel abgelegt werden können, enthält, wobei das Tablett oder der Fachboden (20) ein Wärmeübertragungsrohr (23) aufweisen und ein Kühlmittel vorhanden ist, um wenigstens einen Teil (20a) des Wärmeübertragungsrohrs zu kühlen, so dass dann, wenn auf dem Tablett Lebensmittel angeordnet sind, eine Wärmeleitung von dem Lebensmittel zu dem Tablett erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Konvektionskühlungsmittel vorhanden ist, um auf dem Tablett oder Fachboden abgelegte Lebensmittel zu kühlen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel vorhanden sind, um das Ende des Wärmeübertragungsrohrs (20a) am hinteren Ende des Tabletts oder Fachbodens, das von der Vorderseite des Gehäuses beabstandet ist, zu kühlen.
Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungsmittel Mittel sind, um kalte Luft von einem Kühlungssystem (23) über das Wärmeübertragungsrohr zu blasen.
Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Rückwandplatte besitzt, hinter der sich eine Rohrleitung für die Zufuhr von Kühlungsluft befindet, wobei das Tablett oder der Fachboden als ein Wärmeübertragungsrohr konstruiert ist und das Ende des Wärmeübertragungsrohrs durch die Gehäuse-Rückwandplatte in die Rohrleitung für die Zufuhr kalter Luft verläuft.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um die Luft in dem Gehäuse zirkulieren zu lassen, und das Kühlungsmittel ein Rohr-Wärmetauscher ist, der ein Tieftemperatur-Kältemittel enthält und einen Verdampfer umfasst, der mit der Luft in einer Gegenströmung steht.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass in den Tabletts oder Fachböden oder in deren Umgebung Phasenänderungsmaterialien vorhanden sind, um eine zusätzliche Kühlkapazität zu schaffen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tabletthöhe einstellbar ist.
Verfahren zum Kühlen von Lebensmitteln in einem Gehäuse (21), bei dem Lebensmittel auf einem Tablett oder Fachboden (20) im Gehäuse angeordnet werden, wobei das Tablett oder der Fachboden ein Wärmeübertragungsrohr aufweist, wobei wenigstens ein Teil (20a) des Wärmeübertragungsrohrs gekühlt wird und Wärme durch die Kühlungswirkung des Wärmeübertragungsrohrs vom Lebensmittel abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lebensmittel, die auf dem Tablett oder Fachboden abgelegt sind, außerdem durch Konvektionskühlungsmittel gekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 zum Kühlen von Lebensmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Lebensmittel auf dem Tablett oder Fachboden (20) abgelegt werden, das bzw. der das Wärmeübertragungsrohr enthält, dessen Ende am hinteren Ende des Tabletts oder Fachbodens, das von der Vorderseite des Gehäuses (20a) beabstandet ist, durch Blasen von kalter Luft von einem Kühlungsmittel im Gehäuse (22) über das Rohr gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dass Phasenänderungsmaterialien, die in den Tabletts oder Fachböden oder in deren Umgebung vorhanden sind, eine zusätzliche Kühlkapazität schaffen.