Produktkühlung mittels Eiswasser

Produktkühlung mittels Eiswasser- oder Eis-Wärmestoffübertragung

Sind Sie als Ingenieur oder Berater für die Planung von Kühlsystemen für Lebensmittel zuständig und suchen die beste Lösung für die direkte Kühlung von Lebensmitteln? Können Sie sich vorstellen, wie wärmeübertragungsintensiv 0,5°C kaltes Wasser sein kann, wenn es zur direkten Kühlung von Produkten verwendet wird?

Wir erläutern Ihnen die Vorteile der direkten Kühlung von Lebensmitteln mit Eiswasser und warum sie im Vergleich zu herkömmlichen Luftkühlungs- und Schockfrostungskonzepten eine überlegene Option darstellt.

Die direkte Kühlung von Lebensmitteln mit Eiswasser ist die ideale Wahl für jedes Projekt, das eine optimale Leistung in Bezug auf Kosteneinsparungen durch geringeren Energieverbrauch, Frische, effizienten und stabilen Betrieb erfordert.

 

Hydrokühler Animation

Funktionsprinzips eines Hydrokühlers

Eine Anschauung, wie effizient und automatisch Produkte wie Obst, Gemüse, Fleisch, Fisch, Fertiggerichte oder Soßen am Fließband mittels von "berieselndem" Eiswasser gekühlt werden können

  • Eiswasserkühlung ist um ein Vielfaches schneller als die Luftkühlung
  • Farbe und Frische bleiben erhalten, die Produkte trocknen nicht aus
  • effizienter und prozesssicherer Betrieb - auch bei Produktkerntemperaturen von 1°C
Hydrokühler Außenaufstellung
Hydrokühler Außenaufstellung
Hydrokühler Innenaufstellung
Hydrokühler Innenaufstellung
Eiswasserberieselung des Fließbandes mit Kühlprodukt
Eiswasserberieselung des Fließbandes mit Kühlprodukt
Produktkühlung weißer Spargel
Produktkühlung weißer Spargel
Produktkühlung Fertigsalat geschnitten
Produktkühlung Fertigsalate geschnitten
Eisscherbe 6-8mm dick und mit einer Temperatur von -0.5°C
Eisscherbe 6-8mm dick und mit einer Temperatur von -0.5°C

Eiswasseranlagen als Waschstrasse für Obst und Gemüse

In allen Obst und Gemüse verarbeitenden Betrieben wird für die Waschstrassen Eiswasser benötigt. Dieses Eiswasser soll dann meist mit einer nach dem heutigen Stand der Technik gewählten Kälteanlage produziert und die Waschstrassen mit einer konstanten Temperatur von +1°C versorgt werden. In den gleichen Betrieben wird meist ebenfalls Warmwasser zu Reinigungszwecken benötigt. Die Abklärung des Leistungsbedarfes der Kälteanlage betrachtet den Eiswasser- und Warmwasserbedarf. Meist stellt sich lokal heraus, dass dieser je Jahreszeit stark schwankt.

Im Fall direkter Wärmestoffübertragung mittels Eiswasser stellen wir die thermodynamischen Berechnungen und die Anlagenkomponenten zur Verfügung. Folglich ist beides auf Funktionalität und Effizienz, aber auch auf die Wertbeständigkeit des jeweiligen Anwendungsbereiches zugeschnitten.

Das Gesamtprodukt ist eine Kombination aus der Wärmeübergangsberechnung des Endproduktes und der Berechnung der Wirtschaftlichkeit dieser Wärmeüberträger. Beides sind daher entscheidene Bestandteile der Gesamtanlage, welche nicht zu vernachlässigen sind.

Im Bereich des Engineerings und der Beratung gibt es keine Einheitslösung für alle. Verschiedene Unternehmen benötigen je nach ihren Bedürfnissen unterschiedliche Lösungen, die eine möglichst effiziente Nutzung der Ressourcen gewährleisten.

In der Auswahl der Kältemittel fällt die heutige Wahl zum einen auf natürliche Kältemittel wie NH3, CO2 oder Propan, zum anderen auf  Kältemittel wie z.B. R448A, R449A, R407A, R407C oder R507C. Zudem werden verstärkt Anlagen mit Kälteträgern wie Propylen – und Ethlenglykol-Wassergemische in verschiedenen Konzentrationen betrieben. Bei der Wahl des Kältekonzeptes wird bei Kältemitteln meist ein überflutetes System aus Gründen der niedrigen Betriebskosten gewählt. Bei Kältemitteln mit Temperaturgleit werden alle Apparate für die Trockenexpansion (dx-Betrieb) ausgelegt. Hier finden überflutete Verdampfer keine Anwendungen.

Systemvergleich Eisspeicher / Rieselkühler

Es gibt nicht viele Abkühlsysteme, die eine Wasserabkühlung auf +0.5°C ermöglichen. Meist kommt es zur Auswahl von nur zwei Alternativen, dem Rieselkühler und dem Eisspeicher. Dabei wird schnell klar, dass ein Eisspeicher durch Ausnutzen der günstigen Niedertarifzeit energetisch besser betrieben werden kann. Jedoch stehen diesem Argument direkt die weitaus geringeren Investititionskosten des Rieselkühlers gegenüber.

Nach Untersuchung der Laufzeit der Kälteanlage gibt es meist Anzeichen, dass sich das optimale Gleichgewicht zwischen Investitionskosten und Betriebssicherheit für eine Aufladung eines bestimmten kW-Wertes für einen Eisspeicher ergibt, jedoch überwiegt das Argument, welches eigentlich über alles entscheidet, wie hoch die jeweils notwendige, stündliche Abnahme von Eiswasser im Verrabeitungsprozess und Überschneidungen der Abnahme mit Niedertarifzeiten. Abschließend, um die richtige Entscheidung zu treffen, müssen viele Einzelaspekte betrachtet, bewertet und berechnet werden. Dies gibt dann am Ende den Ausschlag für die Auswahl eines Rieselkühlers oder eben eines Eisspeichers, je errechnetem Vorteil aufgrund aktueller Daten.

  • Beide Systeme erfüllen die Bedingungen
  • Investitionskosten von Rieselkühlern sind weitaus geringer
  • Kein Teillastbetrieb (Leistungsschwankungen) bei der Eisspeichervariante
  • Energiekosteneinsparung (Nachtaufladung) mit der Eisspeichervariante pro Jahr
  • Längere Amortisationszeit der Mehrinvestition der Eisspeichervariante

Wir berechnen zusätzlich die notwendigen Eiswasser- oder Eismengen im Anwendungsfall der direkten Produktkühlung als Wärmestoffübertragung. Vorrangig sind für uns allerdings in dieser Wärmeübergangsberechnung die Komponenten Eiswasser (0.5°C) und/oder Brucheis (-0.5°C). Die hergestellten Produkte, welche dies generieren sind der Rieselkühler (Eiswasser 0.5°C) und der industrielle Eiserzeuger (Brucheis -0.5°C), um die folgende Produkte industrieller Lebensmittelkühlung zu bedienen:

  • Fisch, Fleisch, Geflügel
  • Obst, Gemüse
  • Fertiggerichte
  • Getränkeproduktion, Saucen

Wenn Eiswasser im Kühlprozess nicht ausreicht und Eiskühlung erfolgen muss

Bei der Herstellung von Eis haben wir die Effizienz im Vordergrund.
Wir produzieren unser Eis zu der Hälfte der elektrischen Kosten einer konventionellen Trommeleismaschine!

Dafür produzieren wir Industrieplatteneis mit unseren indsutriellen Eismaschinen und einer Verdampfungstemperatur T0= -10°C, so dass Eis bei einer Temperatur von T= -0,5°C bis -1,0°C erzeugt.

Erst durch das Schmelzen des Eises wird die Wärme zur Kühlung des Wassers aus der Umgebung entnommen. Eis schmilzt bei einer Temperatur von 0°C zu Wasser und liefert 335 kj pro kg Eis.

Scherbeneises in konventionellen Trommelanlagen erreicht Temperaturen von bis zu T= -8°C und weist weitere Nachteile auf wie:

  • das Eis ist mit T= -8°C unterkühlt (Gefahr von Gefrierbrand)
  • das Eis hat Scharfe Kanten (Beschädigung des Endproduktes)
  • das Eis verklumpt und kann nicht einfach gehandhabt werden

Dieses unterkühlte Eis hat eine ca. 8% höheren Schmelzleistung – Leider haben diese konventionellen Trommeleisanlagen jedoch auch einen doppelten hohen Energieverbrauch: 

Wir konzentrieren uns auf die höchste Kühlleistung bei minimalem Energieeinsatz, so ist es völlig unerheblich ob Eis bei T= -0,5°C oder bei T= -8°C hersgetsellt wird, die größte Wärmeübetragung findet bei 0°C mit  335 kj/kg statt!

Energieeinsparung unserer Industrie-Eismaschinen

Herstellungskosten von unserem Eis und Trommel-Eismschinen-Eis

Energiekostenvergleich zwischen einer industriellen Eismaschine und eines herkömmlichen Trommelsystems
Beispiel: 30 to Eis / Tag

Erforderliche Kälteleistung inklusive Verluste: ca. 150 kWref
Elektrische Leistung für den Antrieb der Kältemaschine:
-30 / 35 °C mit COP = 1,8 Pel = 84 kWel – Trommelanlage-Scherbeneis
-10 / 35 °C mit COP = 3,6 Pel = 42 kWel – BUCO Ice Pack
Zusätzliche Antriebe: 6 kW
Preis für Strom: 0,15 € / kWhel
Betriebskosten bei -30 °C: 324 € / Tag oder 11 € / Eis – Trommel-System
Laufende Kosten bei -10 °C: 173 € / Tag oder 6 € / Eis – BUCO Ice Pack
Ersparnis: 151 € / Tag
für 300 Tage Produktion: 45.300,- € / Jahr Einsparung von Stromkosten

Kundenfragen und Anwendungsfälle im Bereich Produktkühlung:

Kühlen von Lebensmitteln mit hohen hygienischen Anforderungen aus Edelstahl

Lebensmittel kühlen?

Dann ist der Einsatz von Eiswasser mit 0,5 °C, damit das Produkt niemals gefriert und die Wahl unseren offenen BUCOdelot Rieselfilmkühler ideal. Mehr erfahren…

[Translate to Deutsch:]

Fleisch oder Fisch kühlen?

Für diesen Fall ist unser BUCO-Eis-Erzeuger empfehlenswert, welcher durch Eis immer ausreichend Kühlleistung zur Verfügung stellt. Mehr erfahren…

[Translate to Deutsch:]

Ihre Produkte auf Eis präsentieren?

Dazu braucht man dicke Eisstücke von nicht unterkühltem Eis, welche die Kühlleistung langsam, über einen längeren Zeitraum abgeben. Mehr erfahren…

Automatisierte Eisausförderung aus Eismschine

Kühlung bei Kutter-Zerkleinerung?

In diesem Fall zeigen Versuche eines führenden deutschen Fleischverarbeiters, dass das Eis des BUCO-Eis-Erzeuger hervorragend geeignet ist. Mehr erfahren…

Ingenieurwissenschaft und Thermodynamik optimal in die verschiedenen Fertigungstechniken überführen.

Thermodynamiker, Maschinenbauingenieure und Schweißfachingenieure definieren Auslegungen, Konstruktion und Herstellung kundenspezifisch gefertigter Wärmeaustauschplatten und -systeme aus Normalstahl und austenitischen Stählen bis zu Titan und gewährleisten den weltweit erfolgreichen Vertrieb Ihrer Leistung.

Dabei greift man zurück auf fertigungstechnische Erkenntnisse und Berechnungen, welche innerhalb der letzten 100 Jahre erarbeitet wurden und weiterhin stetig optimiert werden.

In der Wahrnehmung unserer Kunden steht ein Bucoprodukt für:

Technical and process-oriented consulting
Thermodynamic efficiency
Quality and longevity