MINIKONFERENIA ÉS WORKSHOP ELŐADÁSOK MINICONFERENCE AND WORKSHOP PRESENTATIONS

SZENT ISTVÁN EGYETEM GÖDÖLLŐ, MAGYARORSZÁG SZENT ISTVÁN UNIVERSITY GÖDÖLLŐ, HUNGARY

MINIKONFERENIA ÉS WORKSHOP ELŐADÁSOK MINICONFERENCE AND WORKSHOP PRESENTATIONS Szerkesztő Editor VÁRSZEGI TIBOR 2012. OKTÓBER 17. 17TH OF OCTOBER, 2012

“FRISBEE” Minikonferencia és Workshop előadások Miniconference and Workshop presentations

Szerkesztő –Editor: Várszegi Tibor

Kiadja a Szent István Egyetemi kiadó 2100 Gödöllő Páter Károly u. 1. Felelős kiadó: Dr. Solti László rector Kiadó vezető: Lajos Mihály igazgató ISBN 978-963-269-316-3

Gödöllő, 2012 2

TARTALOMJEGYZÉK CONTENTS A FRISBEE MINIKONFERENCIA ÉS WORKSHOP TÉMÁI MAGYAR NYELVEN 1. Program

5

2. A Frisbee - projekt általános bemutatása

6

Várszegi Tibor, SZIE, Gödöllő, Hungary 3. Nemzetközi Virtuális Hűtőlánc Platform - COLDCHAIN – Adatbázis és szoftver.

11

Eleni Gogou, NTUA, Athens, Greece 4. Mágneses hűtés elve, mágneses hűtőgép szerkezete

25

Neil Wilson, CAMFRIDGE, Cambridge, UK 5. Húsipari termékek (sertéshúsok, halak) "túlhűtése/ szuperhűtése (supercooling/superchilling)".

38

Ingrid Camilla Claussen, SINTEF, Trondheim, Norway; Judith Evans, LSBU, Langford, UK; Tim Brown, LSBU, Langford, UK Gary Stonehouse, LSBU, Langford, UK 6. Hűtési energia tárolása, megtakarítása PCM anyagok alkalmazásával. Denis Leducq, P. Schalbat, G. Alvarez, IRSTEA, Antony, France

49

FRISBEE MINICONFERENCE AND WORKSHOP PRESENTATIONS IN ENGLISH LANGUAGE 7. Programme

57

8. Frisbee – project - general introduction

58

Tibor Várszegi, SZIE, Gödöllő, Hungary

9. International Virtual Cold-chain Platform

3

63

TARTALOMJEGYZÉK CONTENTS – COLDCHAIN – Database and software. Eleni Gogou, NTUA, Athens, Greece Theory of magnetic refrigeration and construction of a magnetic refrigerator Neil Wilson, CAMFRIDGE, Cambridge, UK

10.

92

Supercooling/superchilling of meat products (pork, fishes). Ingrid Camilla Claussen, SINTEF, Trondheim, Norway; Judith Evans, LSBU, Langford, UK; Tim Brown, LSBU, Langford, UK Gary Stonehouse, LSBU, Langford, UK

105

Saving and storage the cold energy by means of application of PCMs.

116

11.

12.

Denis Leducq, P. Schalbat, G. Alvarez, IRSTEA, Antony, France

4

PROGRAM 9.00 - 10.00 – Regisztráció. A részvétel ingyenes! 10.00 – 10.15 - Megnyitó.

Levezető: Dr. Géczi Gábor egyetemi docens.

A Frisbee - projekt általános bemutatása.

Előadó: SZIE, Gödöllő, Magyarország

10.15 – 11.15 - Nemzetközi Virtuális Hűtőlánc Platform - COLDCHAIN – Adatbázis és szoftver. Előadó: NTUA, Athén, Görögország. (A Platformhoz csatlakozó szervezetek hozzáférhetnek a COLDCHAIN Adatbázishoz, amely különböző élelmiszerek minőségére, hűtőláncuk energiafelhasználására, és környezeti hatásaikra vonatkozó adatokat, illetve várható élettartamuk előrejelzésére alkalmas szoftvert tartalmaz.)

11.15 – 11.30 - Kávészünet 11.30 – 12.30 - Mágneses hűtés elve, mágneses hűtőgép szerkezete. Előadó: CAMFRIDGE, Cambridge, UK. (A mágneses hűtés a jelenlegi párakompresszoros hűtőgépeknél jobb energetikai és környezetterhelési paraméterekkel rendelkezik, háztartási hűtőgépeknél 2015-re jelzik a kereskedelmi forgalmazásban való megjelenését)

12.30 – 13.30 – Büfé ebéd.

Előzetes regisztráció szükséges a kontakt email címen 10. 10. –

ig.

13.30 – 14.30 - Húsipari termékek (sertéshúsok, halak) "túlhűtése/ szuperhűtése (supercooling/superchilling)". Előadó: SINTEF, Trondheim, Norvégia (Ezek az eljárások a termékek fagyáspont alá való hűtését teszik lehetővé, jégkristályok keletkezése nélkül (supercooling) vagy a termék minőségét nem rontó mennyiségű és minőségű jégkristály keletkezése mellett (superchilling)).

14.30 -14.45 – Kávészünet 14.45 – 15.45 - Hűtési energia tárolása, megtakarítása PCM anyagok alkalmazásával. Előadó: IRSTEA, Antony (Párizs), Franciaország. (A PCM ún. „fázisváltós anyag (Phase Change Material), pl. eutektikum", amely lehetővé teszi: a hidegenergia tárolását, hűtőberendezésekbe beépítve a hőmérséklet váltakozásának csökkentését, az elpárologtatási hőmérséklet növelését, ezáltal az energiafelhasználás csökkentését.)

15.45 – 16.00 – Bezárás A rendezvény nyelve: magyar, azaz fordítást biztosítunk. Az egy-egy témára szánt angol nyelvű előadás nettó időtartama: kb. 25 perc az előadásra + 5 perc a kérdésekre.

Kontakt: [email protected], [email protected] Frisbee - projekt koordinátor: Graciela Alvarez, IRSTEA, Antony, Franciaország, [email protected]

5

A FRISBEE - PROJEKT ÁLTALÁNOS BEMUTATÁSA

A FRISBEE - PROJEKT ÁLTALÁNOS BEMUTATÁSA Összeállította: Dr. Várszegi Tibor Szent István Egyetem, Gödöllő, Magyarország

PROJEKT ÁLTALÁNOS ADATAI PROJEKT MEGNEVEZÉSE, IDŐTARTAMA, HONLAPJA „Élelmiszerhűtési innovációk az élelmiszerbiztonságért, a fogyasztói előnyökért, a környezeti hatásokért és az energia optimalizálásáért az európai élelmiszerláncban” EU - FP7 keretprogram, 2010. 09. 01. – 2014. 08. 31. www.frisbee-project.eu, www.frisbee.szie.hu

PROJEKT RÉSZTVEVŐI Összesen: 26 intézmény 12 EU - tag és 1 tagságra pályázó országból. A z intézményekből: 13 - vállalkozás, 6 – egyetem, 5 – kutató intézet, 2 - nemkormányzati (koordináló) szervezet, (szövetség) KOORDINÁTOR Graciela Alvarez Frisbee Project coordinator Irstea (Cemagref) Research Unit GPAN Parc de Tourvoie, BP 44, 92163 Antony Cedex, FR ANCE +33 140 966 017 / [email protected]

6

MAGYAR KAPCSOLATTARTÓ Várszegi Tibor Szent István Egyetem (SZIE) Gépészmérnöki Kar 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. +36 28 522 080 [email protected]

A FRSIBEE – PROJEKT ÁLTALÁNOS BEMUTATÁSA

MUNKACSOMAGOK: WP1 ÉS WP2 „WP1” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA Projekt menedzsment „WP2” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA A hűtőlánc teljesítmény és a fogyasztói elvárások értékelése Európában Azonosítani és analizálni az európai fogyasztók, ipari szervezetek és kormányok igényeit és szokásait a hűtésre vonatkozóan Betekintést nyerni az európai és a világ további része hűtési technológiái jelenlegi helyzetébe A hűtőlánc jelenlegi helyzetének értékelése az élelmiszerbiztonság és –minőség fokozása, a fogyasztói jólét és elvárás, az energiahatékonyság és a környezeti hatás alapján Hivatkozásokat, referenciákat képezni a többi munkacsomaghoz

MUNKACSOMAG: WP3 „WP3” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA Értékelő eszközök létrehozása: a létező és az újszerű technológiák és koncepciók értékelésére és javítására Szoftver: a hűtési eljárások alatt előforduló hő- és anyagtranszportokra Szoftver: a hűtési eljárások energiafogyasztására Szoftver: a kiválasztott referencia-élelmiszerek (alma, spenót, sertéshús, lazac, jégkrém) minőségi és mikrobiológiai terhelésének értékelésére Szoftver: a hűtési technológiák és a hűtőláncok optimalizálására Szabályozott berendezés a hűtőlánc szimulálására Vezeték-nélküli hőmérséklet szenzor a hűtőlánc megfigyelésére

7


MUNKACSOMAG: WP4 „WP4” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA A létező hűtési technológiák energiafogyasztásának csökkentése A hűtési rendszerek és eljárások szabályozása az energia (az energiafogyasztás csökkentése) és az élelmiszerminőség, mint kritérium alapján. Olyan rendszerek fejlesztése és tervezése, amelyek megengedik az ütemkülönbséget (deszinkronitást) a hideg termelése és a hőenergia használata között, azért, hogy elősegítsék a hulladékenergiák (valószínűleg nem hagyományos energiák) használatát A javasolt megoldások hatásának értékelése, egyrészt az energia és a környezet kritériumra, másrészt az élelmiszer minőségére és biztonságára.

MUNKACSOMAG: WP5 „WP5” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA Újszerű hűtési technológiák fél-üzemiméretű berendezéseinek létrehozása Rendszer sertéshús szuperhűtésére (túlhűtésére) Mágneses hűtés háztartási hűtésre Levegő – hűtőkörű berendezés gyorsfagyasztásra, tárolásra és szállítóeszközökre Okos csomagolás: VIP-ek , mikro- és nanokapszulás fázisváltó anyagok (Phase Change Materials, PCMs) felhasználásával Nanorészecskék felhasználásával javított hűtési rendszerek

8

A FRSIBEE – PROJEKT ÁLTALÁNOS BEMUTATÁSA

MUNKACSOMAG: WP6 „WP6” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA Élelmiszerhűtés új alkalmazásai : A jövő számára legmegfelelőbb hűtési technológiák kifejlesztéséhez hozzájáruló számos döntő fontosságú hűtési eljárás kifejlesztése és bemutatása, Optimális hűtőlánc kifejlesztése: sertéshús, lazac, alma, paraj (spenót) és jégkrém számára, az energiafogyasztás, az élelmiszerbiztonság és minőség, a fogyasztói elvárások és a gazdasági megvalósíthatóság alapján, Ezen technológiák prototípusainak létrehozása, amelyek azután továbbfejleszthetők üzemi méretű bemutatókká a WP7 keretében.

MUNKACSOMAGOK: WP7 ÉS WP8 „WP7” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA Demonstrációs tevékenységek Demonstrálni a WP2-7 keretében kifejlesztett technológiákat és eredményeket „WP8” MEGNEVEZÉSE ÉS TARTALMA Ismeretek terjesztése (dissemination) A projekt eredményeinek hasznosítása a fő innovációs eredmények terjesztésével az élelmiszergazdaság és a hűtés területén lévő fogyasztók, ipar, oktatás + kutatás, és a politikai döntéshozók felé. A projekt ismertségének növelése nagyobb közéleti szervezetek és a népesség körében, mint: Élelmiszeripari Szövetségek, Energia Ügynökségek, Fogyasztói Szövetségek, és Ellenőrző Hatóságok.

9


MUNKACSOMAGOK VEZETŐI ÉS ELÉRHETŐSÉGÜK •WP1 – Jacques Bertrand, Belgium, [email protected] •WP2 – Petros Taoukis, Görögország (Athén), [email protected] •WP3 – Annemie Geeraerd, Belgium, [email protected] •WP4 – Denis Leducq, Franciaország, [email protected] •WP5 – Judith Evans, UK, [email protected] •WP6 – Edo Wissink, Hollandia, [email protected]

•WP7 – Erlend Indergärd, Norvégia, [email protected] •WP8 – Christophe Cotillon, Franciaország, [email protected]

Köszönöm a figyelmüket!

10

NEMZETKÖZI VIRTUÁLIS HŰTŐLÁNC PLATFORM – COLDCHAIN ADATBÁZIS ÉS SZOFTVER

Nemzetközi Virtuális Hűtőlánc Platform COLDCHAIN Adatbázis és Szoftver FRISBEE Minikonferencia és Workshop Szent István Egyetem, Gödöllő, Magyarország, 2012. Október 17.

Eleni Gogou Chemical Engineer, PhD National Technical University of Athens Laboratory of Food Chemistry & Technology [email protected]

FRISBEE Projekt-Feladatok Európai Unió által támogatott 4-éves Projekt „Élelmiszerhűtési innovációk az élelmiszerbiztonságért, a fogyasztói előnyökért, a környezeti hatásokért és az energia optimalizálásáért az európai élelmiszerláncban”

 Új eszközöket, koncepciókat és megoldásokat biztosít a hűtési technológiák javítására az európai, élelmiszeripari hűtőlánc mentén  Új innovatív matematikai modelleket fejleszt ki az alábbi területeken Élelmiszer minőség és biztonság Energia Környezeti és gazdasági szempontok Az élelmiszerminőség és biztonság előrejelzése és szabályozása a hűtőláncban

11


FRISBEE Projekt-Partnerek 26 partner, 12 EU - tag, társult és jelölt országból 13 társaság (vállalat)

2 nem-kormányzati szervezet 6 kisvállalkozás

A hűtőlánc - teljesítmény értékelése Feladatok  Információt, adatot biztosítani a projekt többi része számára  Átfogó adatbázis kifejlesztése az európai hűtőláncra vonatkozóan  Az élelmiszeriparban jelenleg alkalmazott hűtési technológiák és hűtési igények azonosítása  Az élelmiszeripari hűtőláncra vonatkozó fogyasztói igények és elvárások vizsgálata

12


Az 1. Európai Hűtőlánc Adatbázis A hűtőláncra vonatkozó adatok gyűjtése Különböző termékekről, a hűtőlánc minden állomásán (a termeléstől a fogyasztásig) adatokat gyűjtöttek az ellátási lán mentén különböző európai régiókban

Saját konzorciumi adatok Irodalmi adatok

Ipar és a hűtőlánc más tagjai (nagykereskedők, kiskereskedők) Szövetségek Kutatási projektek

Működési próba az európai piac hűtőláncaiban Az élelmiszer fajtája és formája

A vizsgálatba belevont országok

 Füstölt húsipari termékek (szeletelt sonka, pulyka felvágottak)  Miniatűr hőmérséklet adatgyűjtő a termék belsejébe helyezve UK

 Hűtés a termeléstől a fogyasztóig

Belgium Franciaország

Görögország

13


Működési próba Görögországban … folyamatban DATALOGGER (ADATRÖGZÍTŐ) Mini Nomad RFID hőmérséklet logger Omega Engineering Inc. ÉLELMISZER Termék: füstölt pulyka felvágott Élettartam: 2 hónap Csomagolás: Egy átlátszó külső konténer, amelyen belül a szeletek vákuumcsomagban, mint második csomagolóanyagban, helyezkednek el GYAKOLATI PRÓBA TERVE 2012 június 240 termék, 24 sszupermarket , 12 görög város

Működési próba terve A működési próba hűtőlánc állomásai Termelés/Termelői hűtőház ~12 óra Logisztikai hűtőház 2 logisztikai központ Szupermarket tároló és árusító hely 24 szupermarket tároló 12 városban Fogyasztói szállítás Fogyasztó hűtőszekrénye

Folyamatban…

A fogyasztók érdekelté tétele ajándék kuponnal: ha véletlenül, olyan terméket vásárolt, amely adatrögzítőt tartalmazott, és visszajuttatta

14


Képek a működési próbákról

0

5

10

15

20

25

o

Temperature ( C)

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

Hőmérséklet (oC)

Temperature (oC)

Hőmérséklet (oC)

Működési próbák idő-hőmérséklet görbéi Teljes hűtőlánc-Visszajuttatott görbe 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

30

0

2

4

time (days)

2

4

6

8

8

10

12

Temperature (oC)

Idő (nap)

Hőmérséklet (oC)

Temperature ( C)

Hőmérsékleto (oC)

Idő (nap) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

6

time (days)

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

4

8

12 time (days)

time (days)

Idő (nap)

Idő (nap)

15

16

20

24


Működési próbák hőmérsékleti görbéi Teljes hűtőlánc-Visszajuttatott görbe Fogyasztói szállítás

Logisztikai központ Szállítás a szupermarketbe

Szállítás a logisztikai Distribution Center központba

20 18

Transportation by consumer

Transportation to supermarket

Transportation to Distribution Center

Hőmérséklet (oC)

Temperature (oC)

16 14

Production Warehouse

Supermarket Warehouse

Supermarket Outlet (open fridge)

Consumer domestic refrigerator

Termelői hűtőtároló

szupermarket hűtőtároló

Szupermarket eladótér (nyitott hűtőgép)

Fogyasztó háztartási hűtőszekrénye

12 10 8 6 4 2 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Time (days) Idő (nap)

 A Frisbee működési próbák minden visszajuttatott adata bekerül a COLDCHAIN adatbázisba

COLDCHAIN Adatbázis…számokban! Adatgyűjtés folyamata… 3230 adat

10/2011

4430 adat

04/2012

4940 adat

07/2012

16

Folytatódik…

26

27

28


COLDCHAIN Adatbázis…számokban! Az adathalmazok teljes száma: 4940 Adatszolgáltatók: 30 Source of Data

Conferences (0,3%)

Adatok forrása

Age of Data

Konferenciák

Az adatok kora Az összes adat %-a

Nem ismert Not defined (23,2%)

Kutatási programok Data from Research Projects (35,0%)

Tudományos publikációk Scientific publications (3,7%)

Saját mérés Own Data measurements (37,8%)

Idő (év)

COLDCHAIN Adatbázis…számokban! Élelmiszer fajtája

Származási hely

Country of origin

Közép Amerika

Central America (1%)

Norvégia

Norway (1%)

Ausztria

Austria (1%)

Food product type

Olaszország

Nem definiált

Italy (1%) Belgium Belgium (2%)

Not defined (20%)

Észak Amerika

Hús és hústermék

Vegyes

North America (12%)

Meat and meat products (43%)

Mixed (3%)

Franciaország

Egyesült Királyság

UK (6%)

France (39%)

Hollandia

Tej és tejtermék Milk and milk products (26%)

Neherlands (3%) Hungary (0.2%)

Magyarország Zöldség Vegetables (3%)

Hal és haltermék Fruit and fruit

Gyümölcs és products gyümölcstermék

Greece Görögország 34%

(2%)

17

Fish and fish products (3%)


COLDCHAIN Adatbázis…számokban! Teljes hűtőlánc

Complete cold chain Fogyasztói szállítás (2,3%) Transportation by consumer (22,9%)

Fogyasztó háztartási hűtőszekrénye

Consumer domestic refrigerator (32,0%)

Szállítás

Transportation (9,6%) Logisztikai hűtőtároló

Distribution warehouse (6,4%)

Szupermarket

Supermarket (5,5%) Retail warehouse (0,9%)

Zöldséges, raktáráruház

Kereskedelmi tároló

Retail display (8,4%) Kereskedelmi hűtőbútor

Production warehouse (6,0%)

Grocery, Hard discounter Hypermarket (0,5%) (1,9%) Production stage Hipermarket (1,6%)

Gyártó tároló

Élelmiszergyártó üzem

Hol találom az 1. Európai Hűtőlánc Adatbázist (COLDCHAIN)?

http://www.frisbee-project.eu/

http://www.frisbee-project.eu/coldchaindb

18


Hogyan léphetek be az 1. Európai Hűtőlánc Adatbázisba (COLDCHAIN)? http://www.frisbee-project.eu/coldchaindb

Írja be„felhasználó nevét” és „jelszavát” majd nyomja meg a „Login” gombot! Felhasználó név Jelszó

Ha még nem lépett be először itt létesítsen új „account”-t!

Hogyan léphetek be az 1. Európai Hűtőlánc Adatbázisba (COLDCHAIN)? http://www.frisbee-project.eu/coldchaindb

Saját adatok feltöltése

Belépés az adatbázisba

Contribute Data

Enter Database

19


A saját adatok feltöltése az adatbázisba Az 1. Európai Hűtőlánc Adatbázis most került kibocsátásra!

Rendszerezze és kezelje a saját hűtőlánca adatait A hűtőlánc jellemzők, az ún „Meta adatok” analízise

Járuljon hozzá a saját hűtőlánca adataival

és

Végezze el az előző dián leírt belépést az adatbázisba!

nyerjen egyéni hozzáférést az adatbázishoz

Vizualizálja az adatait a Hűtőlánc Adatbázis Kezelő Eszközök-kel(„Cold Chain Database tools”) Szerezzen jogot a Hűtőlánc Előrejelző Szoftver („Cold Chain Predictor Software”) használatához

COLDCHAIN adatbázis kezelő eszközök: Visualize & manage your own data Vizualizálja és kezelje saját adatait

Search within almost 5000 profiles of the European Food Cold Chain Database

Kutasson az Európai Élelmiszer Hűtőlánc Adatbázisban lévő csaknem 5000 adathalmazban

20


COLDCHAIN adatbázis kezelő eszközök: Tervezze meg a hűtőlánc hőmérséklet profilját Visualize & manage your own data

Vizualizálja és kezelje saját adatait

Tervezze meg a hűtőlánc hőmérséklet profilját

Build Cold Chain Scenario Profiles



COLDCHAIN adatbázis kezelő eszközök: Határozza meg a termék minőségét a hűtőláncban Visualize & manage your own data

Vizualizálja és kezelje saját adatait

Határozza meg a termék minőségét a hűtőláncban

Determine food product quality along the cold chain



21


Cold Chain Database Demonstration COLDCHAIN ADATBÁZIS HASZNÁLATI BEMUTATÓ

Option I: Search within database I. BEMUTATÓ: Kutatás az adatbázisban Lásd az angol nyelvű szöveg: 24.-32. dia http://www.frisbee-project.eu/coldchaindb

Cold Chain Database Demonstration COLDCHAIN ADATBÁZIS HASZNÁLATI BEMUTATÓ

Option II: Build Cold Chain Scenario Profiles II. BEMUTATÓ: Tervezze meg a hűtőlánc hőmérséklet-lefutását Lásd az angol nyelvű szöveg: 34.-47. dia


22


Cold Chain Predictor Software Demonstration

COLDCHAIN ADATBÁZIS HASZNÁLATI BEMUTATÓ

Option III: Determine food quality along the cold chain III. BEMUTATÓ: Határozza meg a termék minőségét a hűtőláncban Lásd az angol nyelvű szöveg: 49.-57. dia


Az 1. Európai Hűtőlánc Adatbázis most került kibocsátásra!

Járuljon hozzá a saját hűtőlánca adataival

és

Tegyünk közös erőfeszítést az 1. Európai Hűtőlánc Adatbázis bővítésére

Join forces

nyerjen egyéni hozzáférést az adatbázishoz

1st

23

to expand the European Cold Chain Database!!!


Köszönöm hogy meghallgattak!


24

MÁGNESES HŰTÉS ELVE, MÁGNESES HŰTŐGÉP SZERKEZETE

Camfridge Cool, green and gas-free (Hűvös, zöld és gázmentes)

Dr. Neil Wilson Frisbee mini-konferencia és workshop, Gödöllő, Magyarország. Október 17., 2012 Camfridge Ltd. Lower Court 1 Copley Hill Business Park Cambridge Road Babraham, Cambridge CB22 3GN www.camfridge.com Company Confidential – all rights reserved

1

Kik vagyunk?

Company Confidential – all rights reserved

2

25


 A Camfridge piacvezető a világban az energia-hatékony és gázmentes hűtőgép technológiában, erős IP - vel  Széleskörű alkalmazhatóság az egyes hűtő és fagyasztó piaci áruféleségek területén.  A Camfridge 2005-ben kezdte működését a Cambridge Egyetem ből kialakulva, mint ún. spin-off vállalkozás  Vállalkozó társaság  Az első komplett rendszert a Whirlpool –lal indította


3

Sajtó, Díjak és Támogatások

Díjak

A legjobb 100 privát társaságnak adott „Európai Tiszta Technológia” díj ( Guardian újság)

“Legjobb technológia egy tisztább bolygóért” globális lista

Sajtó tudósítások

30 legjobb UK tiszta technológia kezdeményezés

Támogatások    

EUFP7 (Frisbee, SSEEC, DRREAM) UK Carbon Trust UK Technology Strategy Board UK National Endowment for Science, Technology and Arts  East of England Development Agency  Cambridge Enterprise

 Chemistry World (Feb 2012)  Naked Scientist, BBC Radio (Oct 2011)  Technology Review, Zeitschrift (Jan 2011)  Professional Engineer (Nov 2010)  Financial Times / Daily Telegraph / Guardian  BBC Radio 4 / BBC World Service


26


Piaci alapelv és ésszerűség


Fejlesztési célok: háztartási hűtés

A Camfridge-nél a célunk: a nagy hatékonyságú háztartási hűtőgépek

 Erős jogalkotói hajtóerő a hatékonyságra  A leghatékonyabb eszközök nyerik el a piacot  A Camfridge gyártmány versenyképes árban

 Erős versenyképességi előnyök  Gázmentes  Új innovációs kínálati potenciál


6

27


Jogalkotói hajtóerők (követelmények, programok)

Japan: Top runner

USA: Energy Star

Europe: A+++ [EC C(2010) 6481 final]


7

A leghatékonyabb eszköz piacot nyer

Bár Európában a piac egésze változatlan, az új hatékony eszközök erős növekedése tapasztalható Company Confidential – all rights reserved

8

28


Ár versenyképes A hatékonyság drágábbá válik a jelenlegi technológiával Energia osztály

Befektetési költség

Fejlesztési technika

A

Megjegyzés A legalacsonyabb osztály 2011-ig megengedett

A+

X

Jobb elektronika

A ++

10 X

Változtatható sebességű kompresszor

A +++

100 X

Vákuum szigetelő panelek

Az új osztály 2011-től bevezetett az EU-ban

 A mágneses gép kevesebbe kerül, mint $100  A ritka földfém mágnes helyett ferromágnes alkalmazása drámaian csökkenti az árakat

 Ez a fejlődés a Camfridge fejlett modellezésén, és a hűtőközegei, valamint a hűtőközeg feldolgozása gyors fejlesztésén keresztül valósult meg (optimális méretek)


Versenyelőnyök: A mágneses hűtés tökéletes a háztartási hűtésre; elkerüli a gázkompresszorok valamennyi problémáját Legmagasabb COP Legalacsonyabb COP Kompresszor hatékonysága/ hűtőteljesítmény

Magnetic Solution

Gas Compressors

(Hagyományos) Gázkompresszoros

Teljesítmény tényező, COP

Mágneses

Hűtőteljesítmény

 A mágneses hűtésnek erős technikai versenyképességi előnye van a gázkompresszorokkal szemben, olyan alacsony hűtőenergia-igényű alkalmazásoknál, mint a háztartási hűtés


10

29


A mágneses hűtés forradalmat eredményezhet a hűtőgép gyártásban

A hűtőgép innováció egy másik piacmozgató kulcs lehet


11

A mágneses hűtés elvi háttere


12

30


Mágneskalorikus hatás: a mágneses hűtés alapja

Hőmérsékletváltozás

Lemágnesezés (Fel)mágnesezés

1 T mágneses indukció változás

(Hőmérséklet (K))

A hőmérséklet reverzibilis változása


13

Mágneskalorikus hatás eredete

Mágnsezettség

Alacsony entrópiájú ferromágneses

Adiabatikus hőmérsékletváltozás (1T)

Entrópiaváltozás (1T)

Magas entrópiájú paramágneses

Hőmérséklet Hőmérséklet

H2

S

0 H1

M T

Hőmérséklet

H2

T

dH

0 H1

H

T C p (T , H )

M T

dH H

Entrópia-hőmérséklet diagram

Mágnesezés Magnetisation

Relatív entrópia

ST Diagram

Hőmérséklet

Hőmérséklet Company Confidential – all rights reserved

14

31

MÁGNESES HŰTÉS ELVE, MÁGNESES HŰTŐGÉP SZERKEZETE A mágneses hűtés alapvető megoldásai

Hőelvonás

Mágnesezés

A mágnesek szabványos állandó mágnesek (mint a villanymotorban)

Lehűlés

3

Hőmérséklet

4

Egy különlegesebb ún. regeneratív hűtési ciklus, amely hatékonyabb hűtést eredményez a megkívánt tartományban

Entrópia

Entrópia

2

Entrópia

1

Entrópia

Hőelnyelés

Lemágnesezés

Felmelegedés

Hőmérséklet

Hideg hőcserélő

Mágneses hűtőközeg ki

Meleg hőcserélő

Mágneses hűtőközeg be

Hőmérséklet

Hőmérséklet

15


Regeneratív hűtési ciklus: Az Aktív Mágneses Regeneratív (AMR) ciklus

Hőcserélő folyadék Hideg vég

Meleg vég

Rövid idő után egy hőhíd ível át a hűtőközegen

Entrópia

Porózus szerkezetű hűtőközeg

Kezdetben az egész hűtőközeg hőmérséklete Tinit

Hőmérséklet


16

32


Növekvő működési „hőhíd” (hőmérsékletkülönbség)

Forrás: Data: Vacuumschmelze

Span ~ 35C Hőhíd

Hőhíd

Hőmérséklet Egy anyagú regenerátor kb. 15 oC-os hőhidat hoz létre

A single material regenerator delivers ~15C operating span

Hőmérséklet Többfokozatú kaszkád regenerátor kb. 35 oC-os vagy nagyobb hőhidat tud létrehozni

By cascading multiple material span can be extended to ~35C or more

Egy anyagú regenerátor

Több anyagú regenerátor

Single material regenerator

Hideg

Multi material regenerator

Meleg

Hideg

Egy anyagú regenerátor adott Curie hőmérséklettel

Meleg

Növekvő Curie hőmérséklet Company Confidential – all rights reserved

17

Regenerátorok A „Késes Regenerátor” egy adott hűtőközeg anyag lapot (kést) kombinál egy hőcserélő folyadék csatornával a hűtőenergia hatékony szállításához, egy széles „hőhíd” létrehozásához

A megcélzott működési tartománynak megfelelő különböző Curie hőmérsékletű anyagokból készült blokkok anyagai halmazba vannak összerendezve.

Hűtőközeg anyag

Refrigerant Material Channel (Folyadék) Csatorna

1st Curie temperature Első Curie hőmérséklet

2nd Curie temperature Második Curie hőmérséklet


18

33


Anyagok és anyag-feldolgozás Magas minőségű, nagy mennyiségben - az ipari szintű termeléshez - most folyamatosan használja a Camfridge. Ingots

Öntecs, tuskó

A hűtőközegek három fő családja:

Az anyag különböző formákban beszerezhető. Pontosan beállított Curie hőmérséklet széles tartománya

•Gd + alloys (Gadolinium + ötvözők) •LaFeSiCo, LaFeSiH Plates

lemezek

•MnPFeSi, MnPFeAs

(kerek) „részecske por”

A beszállítóink több száz kg-at képesek gyártani az anyagból A Camfridge fejlett anyagfeldolgozási és regenerátor összeszerelési technikákat fejlesztett ki, amelyek magas minőségűek, különböző méretűek, és alacsony költségűek.

“spherical” powder


19

Elemek és rendszer


20

34


Most összehasonlíthatjuk a jelenlegi gázkompresszorok méretével és súlyával

A Camfridge mágneses hűtőmotorja ugyanolyan méretű és súlyú, mint a neki megfelelő gázkompresszoré

Egy mágneses hűtőmotor háztartási hűtőbe beépítve hozni fogja az A+++ teljesítményt egy A+ szekrénnyel – vákuumos szigetelés (VIP) nélkül Háztartási hűtőszekrényben, a hatékonyság nem egyszerűen a mágneses motortól, hanem az egész rendszer optimális tervezésétől függ. Company Confidential – all rights reserved

21

A rendszer produkálni tudja a megkövetelt működési hőmérséklet tartományt

Idő (másodperc)

A hűtési ciklus és a hűtőközegek optimalizálásával, bármilyen működési hőmérséklet-tartomány tervezhető

Etrópiaváltozás

Hőmérséklet

Működési paraméterek 4 anyagú regenerátorban

Forrás : Data: Vacuumschmelze

Hőmérséklet


35


Fejlett, optimalizált hőcserélők, amelyek könnyen illeszthetők a berendezésekhez

Egy hőcserélőfolyadék (pl. víz+glikol) kerül áramoltatásra a hűtőmotorból a hideg , illetve a meleg hőcserélőkhöz. A hőcserélők egyszerűen folyadék/levegő készülékek.


Fejlett modellezés Párhuzamos lemezes regenerátorok jobbak, mint a por-ágyas regenerátorok (kisebb nyomásesés)

Exergia hatékonyság

Az ilyen regenerátor az entrópia fejlődés minimalizálásával optimalizálható

Tényleges Diffúzió szilárd anyagban (x-irány) Diffúzió szilárd anyagban (y-irány) Folyadékos hővezetés Viszkózus hőszóródás

Folyási sebesség

Ábra: a veszteség ábrázolása a tényleges regenerátor teljesítménytől a Carnot rendszerhez viszonyítva

Az entrópia fejlődés modellezésében elért eredményeink azok, amelyek ahhoz vezettek , hogy most olcsóbb ferromágneseket használunk a drágább Neo mágnesek helyett. Company Confidential – all rights reserved

24

36


Összefoglalás  A mágneses hűtés környezetbarát technológia, ami találkozik a valódi piaci követelményekkel.  Camfridge direkt a nagy hatékonyságú háztartási eszközökre koncentrál.  Egy A+ szekrényt A+++ megoldássá alakítunk át; a Camfridge 3 európai hűtőgép gyártóval működik együtt.  A mi megoldásunk ára versenyképes az alternatív változatokéval.  A mágnese hűtés hűtőközeg anyaga ma már széles körben beszerezhető.  Mi mindig érdeklődünk a háztartási hűtőgépek, az italhűtők területén vagy más területeken való együttműködés, partnerség iránt.

Köszönöm a figyelmüket! Neil Wilson: [email protected]


25

37

HÚSIPARI TERMÉKEK (SERTÉSHÚSOK, HALAK) „TÚLHŰTÉSE/SZUPERHŰTÉSE (SUPERCOOLING/SUPERCHILLING)”

FRISBEE Minikonferencia and Workshop Szent István Egyetem, Gödölló, 2012. Október 17.

Húsipari termékek (sertéshúsok, halak) "túlhűtése/ szuperhűtése (supercooling/superchilling)" Ingrid Camilla Claussen, SINTEF Energy Research, Norway; [email protected] Judith Evans, LSBU (London South Bank University),UK; [email protected] Tim Brown, LSBU (London South Bank University), UK Gary Stonehouse, LSBU (London South Bank University), UK

SINTEF Energy Research

1

Tartalom • • • • • • •

Túlhűtés (Supercooling) elve, perfúzió (perfusion) Sertéshús túlhűtése (Supercooling) – Kísérleti eredmények Szuperhűtés (Superchilling) elve Kísérleti eredmények Folyamat optimalizálása Túlhűtés/szuperhűtés (Superchilling/supercooling) a FRISBEE-ben Következtetések


38

2


Túlhűtés (Supercooling)

• Gyors hűtésre lehetőség a perfúziós eljárás (az érrendszeren keresztül történő testhűtés) alkalmazása • A hagyományos hűtés :a hő felületről légárammal való elszállításán alapul • Ez lassú és a konvekció (hőáramlás) korlátozza • A hűtőanyag érrendszeren belüli áramoltatása közvetlenebb , gyorsabb és energetikailag is hatékonyabb

Hagyományos

Perfúziós


A perfúzió előnyei a hűtés gyorsaságára • Tipikusan csak az üzem hűtőteljesítményének 60 %-a származik a termékből • Gyorsabb hűtés a következőket eredményezi: • Nagyobb teljesítőképesség (ugyanakkora „környezeti lábnyomnál”) • A szakaszos helyett nagyobb a lehetőség a folyamatos feldolgozásra • Kisebb párolgási veszteség • Kisebb csepegési veszteség • A termék felületének vagy belsejének kisebb szennyeződése patogén mikroorganizmusokkal • Leggyorsabb hűtés – alacsony hőmérsékletű (-10°C tól - –70°C - ig) egy vagy többfokozatú léghűtéssel, bemerítéses (immerziós) vagy kriogén rendszerekkel (rendszerint a felület megfagyása)


39


Perfuziós eljárás • Finom jégkristályokból és NaCl folyadékból álló (szivattyúzható) szuszpenzió • Szivattyúzás az érrendszerbe • A jég olvadása következtében létrejövő látens hő (olvadáshő) felgyorsítja a hűtési potenciált , a tiszta hideg folyadékkal történő hűtéssel összehasonlítva

Star’s Flo-iceTM as perfusate SINTEF Energy Research

Szuperhűtő (hűtő)szuszpenzió alkalmazása

A hőt az álllati testből az érrendszerbe szivattyúzott és azon átfolyó hűtőszuszpenzió vonja el

A hűtőfolyadékot folyamatosan cirkuláltatják a hideg front frissítésére

1. változat A hőt érrendszeri perfúzióval vonják el

A műbél traktust feltöltik hűtőszuszpenzióval A hideg idővel bediffundál a test más részeibe a hűtőszuszpenzióval feltöltött részből (műbélrendszerből)

A hűtőszuszpenziót recirkuláltató rendszerbe szivattyúzzák. 2. változat Műbélen keresztül történő (Gastrointestinal) perfúzió


40


Túlhűtési (Supercooling) eljárás • •

• • •

Nincs jégkristály, de a hűtés fagypont alá történik A folyamat időbeli stabilitását, pontos hőmérséklet szabályozást igényel Energia hatékony miután nincs fagyás ( látens hő) A minőség potenciálisan nagy, miután nincs a jég okozta sejtkárosodás A következőkkel valósítható meg: 1. A hűtési sebesség szabályozása 2. Fagyásgátló használata •

•

Többféle nevű/fajtájú élelmiszer adalék van, amely segíti a túlhűtést : fagyásgátló fehérjék/glucoproteinek, fagyáspont csökkentő anyagok, hő-hiszterézises fehérjék, fagyásgátlók, fagyásgátlást fokozó fehérjék Példa az ilyen adalékokra: NaCl, szacharóz, poldextróz (szőlőcukor), szorbit , ír/izlandi moha SINTEF Energy Research

Túlhűtés (Supercooling) - példák Almák Brokkoli Sárgarépa

A túlhűtés foka(°C) 4 2.3 1.1

Túlhűtési pont(°C)

1.5 0.6

-2.8

Diehl (1924) James et al (2011) James et al (2011) Fuller & Wisniewski (1998) James et al (2011) James et al (2011) James et al (2009) Lucas (1954) James et al (2011) James et al (2011) Lucas (1954) Lucas (1954) James et al (2011)

3.8

-5.9

James et al (2011)

4.6

-6.5

James et al (2011)

3.8 6.6

-5.4 -8.6

-4.4 -2.7

Karfiol Karfiol Tőkehal Fokhagyma Szőlőfélék Hering Póréhagyma Citromfélék Narancsfélék Paszternák Prawns (rákféle) (előzetesen fagyasztott) – “jumbo” Prawns (rákféle) előzetesen fagyasztott – “large” Shallot hagyma Tintahal

Referencia

-6.5 to -9.5 3.7 3.9 10.3 3 5.6 1.4

-5.2 -5.3 -13.0 -9.2 -3.3 -6.1

James et al (2011) James et al (2011) Martins and Lopes -0.3 to -4.6 SINTEF Energy (2007) Research -4.3 to -4.5 Cox & Moore (1997)

Szamóca Paradicsom

41


Sertéshús túlhűtése (Supercooling) – kísérleti adatok 3 eset (sertéshús): Túlhűtés (Supercooling) Felület Mag Hűtőanyag fagyasztás

Hőmérséklet

Azonnali/késleltetett túlhűtés (super cooling) Hőmérséklet

Idő

Felület

Mag

Hűtőanyag

Hőmérséklet

Azonnali

Felület

Idő

Mag

Hűtőanyag

Idő

Idő


Supercooling – rate of cooling Túlhűtés (Supercooling)hűtési sebesség

Hűtőanyag <-4.5°C = fagyás

Hőmérsékl et

-2.5°C = túlhűlés -2.5°C - -4.5°C a túlhűlés

Túlhűtött

függ a hűtési sebességtől

Lassú hűtés = kiterjesztett

Túlhűl és fagy

túlhűtés (supercooling)

Idő


42


Szuperhűtés (Superchilling) kísérleti eredmények • • • • •

•

A termék hőmérséklete 1-2 ºC – al a fagyáspontja alá kerül Alacsony hőmérsékletű hideg levegő , nagy sebesség és rövid idő Eredmény; vékony jégréteg keletkezett - “kéregfagyasztás” A jég kiegyenlítődik (elolvad) a tárolás alatt és elnyeli a termék belső hőjét Halra a jégfrakció 5 and 30 % között van 10 to 15 % jégfrakció a “normalis” A szuperhűtés (Superchilling ) csökkenti a mikroorganizmusok szaporodását és növeli a termék élettartamát


11

Szuperhűtés (Superchilling) kísérleti eredmények • • • •

•

Le Danois már az 1920-as években leírta 1970-es és 1980 – as évek - a hal szállítása a tengereken Az elképzelés folyamatos fejlesztése az elmúlt 20 évben A norvég élelmiszeripar jelenleg elfogadja a szuperhűtés koncepcióját , de csak saját használatra; a következőkre : • Az élettartam növelésére, a termelés és a tárolás tervezésére • A friss termékek eladási idejének kiterjesztésére (hús) • A halfilé termelés mennyiségének és minőségének növelésére A hosszabb élettartamra vonatkozó előnyök még nem teljesen feltártak


43

12


Élettartam (nap)

Szuperhűtés (Superchilling) kísérleti eredmények

Hűtött

Szuperhűt ött

Csirke

Lazac

Tőkeh al

Csirkehúsra. a tárolási élettartam 15 napról (hűtött) 30 napra nőtt (szuperhűtött) Lazacra ; a tárolási élettartam 15 napról (hűtött) 30 napra nőtt (szuperhűtött) Tőkehalra; a tárolási élettartam 12 napról (hűtött) 25 napra nőtt (szuperhűtött)


13

Szuperhűtés (Superchilling) kísérleti eredmények Víz-megtartó kapacitás– Lazac filé WHC2 oC = 0,0164x + 97,1 R² = -0,306 WHC0 oC = -0,0128x + 97,1 R² = 0,0495 WHC-1 oC = -0,1318x + 97,1 R² = 0,8622

99 98 Water holding capacity, WHC [%]

• • •

• Hűtött és szuperhűtött csirkehús, lazac és tőkehal mikrobiológiai élettartama • A mikrobiológiai minőségi határ: 1x107 CFU/g (CFU= colony forming unit or total count) volt

97

WHC-1,4 oC = -0,1631x + 97,1 R² = 0,7549 WHC-1,7oC = -0,2984x + 97,1 R² = 0,921

96

95 94

2ºC 0ºC -1ºC -1,4ºC -1,7ºC

93 92 91 90 0

5

10 15 Storage time, t [days]

20

25

Lazacfilék százalékos víz-megtartó kapacitása: 10%, 15% and 30% jégkristállyal, -1.0, -1.4 és 1.7°C tárolási hőmérsékleten, és a hűtött referencia minták 0°C és2°C tárolási hőmérsékleten SINTEF Energy Research

44

14


Szuperhűtés (Superchilling) kísérleti eredmények 2,5

Szuperhűtött lazac filé csöpögési vesztesége a tárolás során [% vagy g víz / 100 g termék], -1.0, 1.4 és 1.7°C fokon, és a hűtött referencia minták 0°C és 2°C fokon tárolva

2ºC 2

0ºC

Weight loss [%]

Tömegvesztes ég

-1.0 ºC 1,5

-1.4 ºC -1.7 ºC

1

0,5

0 -2

3

8

13

Storage time [days]

•

18

Tárolási idő (nap)

23

A csöpögési veszteség felolvasztás után és további tárolásnál kicsit magasabb (~3 %) összehasonlítva a jégen tárolt hűtött termékével Van bármilyen különbség a 945% és 97% víztartalmú termékek érzékszervi minősége között ?

•


15

Szuperhűtés (Superchilling) kísérleti eredmények

• •

A csöpögési veszteség felolvasztás után és további tárolásnál kicsit magasabb (~3 %) összehasonlítva a jégen tárolt hűtött termékével Van bármilyen különbség a 945% és 97% víztartalmú termékek érzékszervi minősége között ?


45

16


Folyamat optimalizálás

•

Az ipari, szabályozott szuperhűtési vonalat kombinálni kell a jó minőségű alapanyag óvatos kezelésével, hogy az energia hatékonyságra, magas kapacitásra, és a minőségre vonatkozó követelménynek megfeleljen.

•

Három különböző , friss tőkehal szuperhűtő vonal optimalizálási fejlesztéséből: nagy ingadozás adódott a feldolgozási időre, a kézi munkára, a filézési hibákra és a teljesítményre vonatkozóan. SINTEF Energy Research

17

Folyamat optimalizálás Módszer Method

Alt. 1 (Ice-slurry/SuperchillingCBC/Skinning Skaginn) Alt. 2 (Superchilling Impingement/ Skinning Bader59) Alt. 3 (Skinning Baader59/ Superchilling Impingement)

• • • •

Friss Teljesítmén végtermé y k Share for Yield

Filézési hiba

Termelési idő (perc)

Munkaerő száma

fresh end product [%]

[%]

Skinning defect [%]

Production time [min]

Number of operators

85,6

92

6

25

7-11

80,6

95

30

20

2

81,9

91

1

5

2

1. változat (Alt 1) = ahogyan az működött ma a speciális kísérleti üzemben CBC- contact blast chiller (kontakt léghűtő, fagyasztó) Skinning Baader59/ skinning Skaginn = kétfajta haltisztító (filéző) gép Impingement – hideglevegős fagyasztó, nagy légsebesség


46

18


Életciklus analízis (Life Cycle Analisys, LCA) •

Előzmények • Több mint 400 teherautó/hét friss hal Norvégiából Európába • A hűtött halat dobozokba csomagolják kb. 30 % jéggel, a hőmérsékletemelkedés megakadályozására • A jég mennyisége kb. 130 teherautót foglal el • A szuperhűtött hal nem igényel jeget a szállításkor a dobozokba

•

Összehasonlító életciklus analízis a hűtési és szuperhűtési ciklusok összehasonlítására a környezetterhelés alapján

•

Eredmények • Potenciális éves csökkenéshez egy autó éves környezetszennyezését, mint referenciát használják • A GWP csökkenés 77925454 kg éves CO2, amely megfelel kb. 24.000 autó éves kibocsátásának SINTEF Energy Research

19

Túlhűtés (Supercooling) és szuperhűtés (Superchilling) és a FRISBEE • • • • •

Szuperhűtés értékelése a sertéshús és a lazac minőségének értékelésén keresztül Ajánlás és az optimális tartósítási eljárási feltételeinek kidolgozása a sertéshús és a lazac szuperhűtésére A termékminőség és az eljárás energia-felhasználásának értékelése Ajánlások a kereskedelmi bevezetésre Szuperhűtés és a perfúziós hűtés kombinálása


47

20


Következtetések •

•

•

A szuperhűtés képes biztonságos, magas minőségű és hosszú tárolhatóságú élelmiszereket termelni A szuperhűtés fő előnyei: 1. Megnövelt élettartam 2. Magasabb termelési kapacitás 3. Nagyobb teljesítmény és profit 4. Egyszerűsített termelés tervezés 5. Új termékek és piacok 6. Környezetbarát hűtőlánc A szuperhűtés képes biztonságos, magas minőségű és hosszú tárolhatóságú élelmiszereket termelni


21

Köszönöm a figyelmüket !

www.frisbee-project.eu The research leading to these results has received funding from the European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement nº 245288. The study was also supported by the Norwegian Research Council, grant no 178280/10 Competitive Food Processing in Norway and grant no 195182/S60 CREATIV.


48

22

HŰTÉSI ENERGIA TÁROLÁSA, MEGTAKARÍTÁSA PCM ANYAGOK ALKALMAZÁSÁVAL

WP4 : Improvement of existing technologies

Denis Leducq, P. Schalbat, G. Alvarez [email protected]

EGY SZABÁLYOZOTT HŰTŐLÁNC: HŐENERGIA TÁROLÁS ÉS ELŐREJELZŐ SZABÁLYOZÓK Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

Hőenergia tárolás: kulcs - technológia az élelmiszer hűtőlánc szabályozására • Mert: – Ez az egyik leghatékonyabb módja az energiafogyasztás csökkentésének – Nem igényli a meglévő rendszerek teljes átalakítását – Olcsó – A hőtehetetlenség (a szükséges alacsony tárolási hőmérséklet megléte) alapvető tényező a termék biztonsága, de a minősége szempontjából is.

Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

49


Hőenergia tároló anyagok (Thermal Energy Storage, TES)

• Fő követelmények a TES - sel szemben – Nagy fázisváltozási hő (látens hő)

• Fázisváltós anyagok (Phase Change Materials, PCM)

– Megfelelő fázisváltási (pl. olvadási) hőmérséklet • 5°C - tól -40°C (Frisbee-ben)

– – – –

« ciklus stabilitás » Kis túlhűlés (supercooling) Jó hővezető képesség Műszaki követelmények • Kémiai stabilitás • Kompatibilitás más anyagokkal

– Alacsony ár – Környezetbarát tulajdonság (újrahasznosíthatóság)

Photo by Cristopia


Alacsony olvadáspontú fázisváltós anyagok Szervetlen anyagok:

Szerves anyagok:  Paraffinok (alkánok)  Nem parafinnok: észterek, zsírsavak , alkoholok és glikolok

Sóhidrátok

 Előnyök: állandó olvadáspont, nem korrozívak  Hátrányok: rossz hővezető képesség, erősen gyúlékonyak, változóan mérgezőek , nem kompatibilisek bizonyos műanyag tárolóedényekkel és áruk az olaj árától függ

 Előnyök:nagy halmazsűrűség, elfogadható hővezető képesség, nem mérgező, nem gyúlékony és elfogadható ár  Hátrányok: korrozív, nemazonos olvadáspont (terméktől függ) és túlhűlésre hajlamos


50


Anyagok hidegenergia tárolására PCM-ek hűtőlánchoz PCMs for cold chain 350

Szerves Organic Latent heat (kJ/kg)

Látens hő (olvadáshő)

300

Non organic

250

Szervetlen 200

150

100 -40,0

-35,0

-30,0

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

Melting temperature (°C)

-5,0

0,0

5,0

10,0

Olvadáspont


Frisbee PCM adatbázis •

PCM - adatbázis áll rendelkezésre a hűtőlánchoz használható anyagokra – Fizikai tulajdonságok

•

Szoftver áll rendelkezésre a fizikai jellemzők számítására – Matlab - ban • Szubrutin készlet

Fázisdiagram

– Adatokat ad a 6 oC olvadáspont alatti PCM - ekre • Jégszuszpenziók különböző koncentrációval – készek (szerves és szervetlen)

• Eutektikus sóoldatokra • Tiszta paraffinokra • Kétkomponensű paraffin keverékekre


51


Alkalmazási lehetőségek: ipari rendszerektől háztartási hűtőgépekig FRISBEE alkalmazások: háztartási hűtőgépekre, kereskedelmi és elárusító hűtőbútorokra és alacsony hőmérsékletű tárolókra (hűtőkamrákra, hűtőtermekre) Egy példa : a háztartási hűtőgép

Hagyományos berendezés

PCM – mel szerelt berendezés (FRISBEE) Most az

5mm PCM lap

Az elpárologtatónak csak egyik oldala aktív

h~8W/m². C h~8W/m². C 4C

4C

elpárologtató mindkét oldala aktív : /e = 25~100W/m². C (A PCM-lap vastagságától függ)

Tev ~ ?

Tev ~ -19 C

COP ~ ? ON/OFF ~?

COP ~ 1 ON/OFF ~ 45’ Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

On / off ciklus (körfolyamat) PCM-el Folyékony PCM Szilárd PCM

Elpárologtató

Amikor a kompresszor működik • A hűtőtérből a hőt az elpárologtató szállítja el • A PCM szilárdul (megfagy)

Hűtőtér

Szilárd PCM

Folyékony PCM Elpárologtató

Amikor a kompresszor ki van kapcsolva • A hűtőtérből a hőt a PCM szállítja el és ezáltal megolvad

Hűtőtér


52


A hőenergia tároló (TES) hatása a hűtőgép teljesítményére Tlevegő PCM-el

Az on-off ciklusok számának jelentős csökkenése

Tlevegő PCM nélkül

Tair with PCM

Tair without PCM

10

8,4 hours

8,4 óra

Temperature [°C]

Hőmérséklet

8

A hűtőtér-hőmérséklet fluktuációjának jelentős csökkenése

6

8,4 óra folyamatos működés elektromos energia nélkül

4

plelp PCM nélkül

plelp PCM-el

Pe without PCM

Pe with PCM

2

2 1,8

0 0

100

200

300

400

500

600

700

1,6

Magasabb elpárologtató nyomás. 0, 2 bar (6K) emelkedés Ez 15 % csökkenés az áramfogyasztásban

Nyomás

Idő (perc)

Pressure [bar]

Time [mn] 1,4 1,2 1

0,2 bar 0,8 0,6 0

100

200

0,2 bar 300

400

Time [mn]


500

600

700

Idő (perc)

Hőenergia tárolás és szabályozás Előrelátható események

Középtávú meteorológiai előrejelzés

Gyártóvonal terhelése Energia beszerezhetősége és ára

A hidegenergia tárolás egy plusz szabadságfokot ad a szabályozásban. Az idő (energia termelés és felhasználás) deszinkronizálása most lehetővé válik.

TESD-vel való „okos szabályozás-nak”, a magas hőtehetetlenség miatt , « előrejelző-nek kell lennie » Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

53

Rövidtávú (éjszaka/nappal) klímaváltozás

Hűtőtárolás


Előrejelző - model szabályozás : alkalmazás TES-el Változtatható sebességű ventilátorok Tejhűtő Baltimore VLC 200

Baltimore VXC 360

SMC112

Baltimore VXC N 205

Grasso RC311 Grasso RC311 Grasso RC69

SMC112

I2

I3

Változtatható sebességű kompresszorok

Alfa Laval MK15-BWFGR

Alfa Laval A15-BWFGR

150 m3/h

300 m3/h

Változtatható sebességű 5 C szivattyúk

Baltimore VXC N 205

1 C

I1

Grasso RC411

víz

300 m3/h

Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October 0 C Jeges víz 0 C

Jég

Előrejelző szabályozók építése •

Előrejelző - model szabályozó (Model Predictive Control, MPC) : A szabályozási módszerek fajtái: – Szabályozás a jövő előzetes értékelésére vonatkozó modell használatával – Iteratív optimalizálás egy végtelen horizonton (N lépés) – Csak az első lépés ismert – Új iteráció új mérések alapján (zárt hurok), tovább növelni a horizontot Szabályozott változó

előrejelzés

Határértékek

mérések

Beavatkozó jel


54


Előrejelző – modell szabályozó (Model predictive controller, MPC) •

Blokk diagram

Előírt adatok (műszaki feltételek, termék…) Előre jelezhető változók (időjárás gyártóvonal, energia ára…)

QEEAT : Minőség, Energia, Környezet (Quality, Energy, Environment)

Optimizálás kritériumai

Optimalizálás algoritmusa

Üzem dinamikus működési modellje (Élelmiszer, hűtőrendszer TESD modellek…)

Állapot értékelő

Üzem

Zárt húrok szabályozás


MPC megvalósítása hidegenergia tárolással • Tejhűtő szabályozása – Jég és víz tárolás – 3 hűtőgép rendszer – Előrejelző szabályozóval, ami csak a termelés előrejelzésén alapul – Első előzetes tesztek: az energiafogyasztás 8% - os csökkenése Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

55

Mérések


Következtetések • A hidegenergia – tárolás egy kulcs – technológia a hűtőláncban – Nagyobb biztonságot ad a tartósításnak, és nagyobb hőmérséklet stabilitást a terméknek – Az energia-felhasználás és előállítás szétválasztásával csökkenti az energiafogyasztást

• Az előrejelző-szabályozás módszerével párosulva – Figyelembe veszi az előrelátható eseményeket – Elősegíti a megújuló és váltakozó hozamú energiaforrások használatát

• Egy innovatív és biztonságosabb Frisbee megközelítés az összes létező hűtőláncnak


Köszönjük a figyelmüket !

www.frisbee-project.eu Az ezekhez az eredményekhez vezető kutatás támogatást kapott az EU FP7 Program 245288 számú projektje keretében.


56

PROGRAMME 9.00 - 10.00 – Registration. Participation is free of charge! 10.00 – 10.15 - Opening. Chairman: Dr. Gábor Géczi associate professor Frisbee – project - general introduction. Lecturer: SZIE, Gödöllő, Hungary 10.15 – 11.15 – International Virtual Cold-chain Platform COLDCHAIN – Database and software. Lecturer: NTUA, Athens, Greece. (Organisations joining to the Platform can touch COLDBASE database and software which provide data on quality, energy consumption and environmental effect in their cold-chain of different foodstuffs, furthermore the software makes possible to calculate their self life.)

11.15 – 11.30 – Coffee break 11.30 – 12.30 – Theory of magnetic refrigeration and construction of a magnetic refrigerator. Lecturer: CAMFRIDGE, Cambridge, UK. (Magnetic refrigeration has better energy and environmental parameters than those of currently most commonly used vapour pressure refrigerators. Magnetic refrigerators are predicted to be used in domestic refrigerators being available at commercial level by 2015.)

12.30 – 13.30 – Buffet lunch.

Pre-registration is required for lunch on email contact

address until 10/10.

13.30 – 14.30 – Supercooling/superchilling of meat products (pork, fishes). Lecturer: SINTEF, Trondheim, Norway. (These processes are suitable to reduce the temperature of the products below their freezing-point without forming ice crystallites – that process is named supercooling – or with forming some ice crystallites no deteriorating the product quality – that is called as superchilling.)

14.30 -14.45 – Coffee break 14.45 – 15.45 - Saving and storage the cold energy by means of application of PCMs. Lecturer: IRSTEA, Antony (Paris), France. (PCMs are so called “Phase Change Materials” for example like the eutectics. These make possible to storage cold energy and - applying them in refrigerators - to reduce the alternation and maximum value of evaporating temperature which reduces the energy consumption as well.)

15.45 – 16.00 – Closing Language: Hungarian, namely translation is provided. Net time for each presentation in English: about 25 minutes for presentation + 5 minutes for questions.

Contact: [email protected], [email protected] Frisbee – project coordinator: Graciela Alvarez, IRSTEA, Antony, France [email protected]

57

FRISBEE – PROJECT GENERAL INTRODUCTION

FRISBEE – PROJECT GENERAL INTRODUCTION Compiled by Tibor Várszegi Szent István University, Gödöllő, Hungary

PROJECT GENERAL DATA PROJECT TITLE, DURATION, WEBPAGE „Food Refrigeration Innovations for Safety, consumers’ Benifit, Environmental impact and Energy optimisation along the cold chain in Europe” EU - FP7 No. 245288 , 01/09/2010– 31/08/2014 www.frisbee-project.eu, www.frisbee.szie.hu

PROJECT PARTNERS In total: 26 partners from 12 EU member, associated and candidate countries Within the consortium: 13 - companies, 6 – universityies ,5 – research institutes, 2 non-govermental (coordinator) organizations (federations) COORDINATOR Graciela Alvarez Frisbee Project coordinator Irstea (Cemagref) Research Unit GPAN Parc de Tourvoie, BP 44, 92163 Antony Cedex, FR ANCE +33 140 966 017 / [email protected]

58

HUNARIAN CONTACT PERSON Tibor Várszegi Szent István University(SZIU) Mechanical Engineering Faculty 2100 Gödöllő, Páter Károly u. 1. +36 28 522 080 [email protected]

FRISBEE – PROJECT – GENERAL INTRODUCTION

WORK PACKAGES: WP1 & WP2 „WP1” – TITLE AND CONTENT Project management „WP2” - TITLE AND CONTENT Assessment of cold chain performance and consumer expectation in Europe To identify and analyze the needs and attitude of European consumers, industry and government with respect to refrigeration. To get insight into the current state-of-the-art of refrigeration technology in Europe and rest of the world. Ti evaluate the current status of the cold chain performance in terms of food quality and safety enhancement, consumer well being and acceptance, energy efficiency and environmental impact. To provide a frame of reference for further work packages

WORK PACKAGE: WP3 „WP3” - TITLE AND CONTENT Development of new tools for evaluation of energy consumption, quality and sustainability of refrigeration technologies Software: for heat and mass transfer during refrigeration Software: : for energy consumption of cooling processes Software: : for evaluation of quality and safety loads of selected reference foodstuffs (apple, spinach, pork, salmon, ice cream) Software: : to optimize the energy consumption of the refrigeration technologies and cold chains Development of controlled equipment for simulation of cold-chain Development of a wireless temperature sensor

59


WORK PACKAGE : WP4 „WP4” - TITLE AND CONTENT Improvement of existing concepts and refrigeration technologies To control the refrigeration systems and processes on energy criteria (reduction of energy consumption and on food quality criteria To develop and design systems permitting the desyncronisation between the cold production and thermal energy use in the purpose to promote the use of intermittent (possibly non-conventional) energies To assess the impact of proposed solution, on one hand on energy and environmental criteria, and the other hand, on the food quality and safety

WORK PACKAGE : WP5 „WP5” - TITLE AND CONTENT Emerging refrigeration technologies at laboratory scale System for supercooling/superchilling the pork and the salmon Magneticc refrigeration for domestic refrigerator Air cycle refrigerator for deep freezing, frozen storage and transport vehicles Smart packaging,: using VIPs (vacuum Insulated Panels). Micro- and nano-capsulated Phase Change Materials, PCMs Improved refrigeration systems using nano-particles

60

FRISBEE – PROJECT – GENERAL INTRODUCTION

WORK PACKAGE : WP6 „WP6” - TITLE AND CONTENT Development of food refrigeration technologies: To develop and showcase a number of decisive technological contributions to the development of the most suitable refrigeration technologies for the future To develop optimised cold chains for pork, salmon, apples, spinach and ice cream in terms of energy consumption, food quality and safety, consumer acceptance and economic feasibility To create prototypes of these technologies that can the be further developed into full scale demonstrations in WP7

WORK PACKAGES: WP7 & WP8 „WP7” - TITLE AND CONTENT Demonstration activities To demonstrate the technologies and results of WP2 and WP6 „WP8” - TITLE AND CONTENT Dissemination To ensure the exploitation of project results by disseminating the main innovative findings to consumers, industry, academia and policy makers involved in the refrigeration and food sector To raise awareness of the project to a larger public audience such as Food Industrial Associations and Energy Agencies, Consumers’ Associations and Regulations Authorities

61


WP – LEADERS AND THEIR ACCESSIBILITY • WP1 – Jacques Bertrand, Belgium, [email protected] • WP2 – Petros Taoukis, Görögország (Athén), [email protected] • WP3 – Annemie Geeraerd, Belgium, [email protected] • WP4 – Denis Leducq, France, [email protected] • WP5 – Judith Evans, UK, [email protected] • WP6 – Edo Wissink, The Netherlands, [email protected]

• WP7 – Erlend Indergärd, Norway, [email protected] • WP8 – Christophe Cotillon, France [email protected] • Project leader: Graciela Alvarez, France, [email protected]

Thank you for your attention!

62

INTERNATIONAL VIRTUAL COLD-CHAIN PLATFORM COLDCHAIN DATABASE AND SOFTWARE

International Virtual Cold-chain Platform COLDCHAIN Database & Software FRISBEE Miniconference & Workshop Szent István University, Gödöllő, Hungary 17th of October, 2012


FRISBEE Project-Objectives European Union funded 4-year Project Food Refrigeration Innovations for Safety, consumers’ Benefit, Environmental impact and Energy optimization along the cold chain in Europe

 Provide new tools, concepts and solutions for improving refrigeration technologies along the European food cold chain  Develop new innovative mathematical modeling tools Food quality & safety Energy Environmental & economic aspects Predict & control food quality and safety in the cold chain

63

INTERNATIONAL VIRTUAL COLD-CHAIN PLATFORM COLDCHAIN DATABASE & SOFTWARE

FRISBEE Project-Partners 26 partners from 12 EU member, associated and candidate countries 13 companies

2 non governmental organizations 6 SME partners

Assessment of cold chain performance Objectives  Construct the framework for the rest of the project  Develop a comprehensive database of the cold chain in Europe  Identify refrigeration needs and available current technologies in the food industry  Investigate consumer needs and expectations with respect to the food cold chain.

64


The 1st European Cold Chain Database Cold Chain Data Collection Data from all stages of the cold chain (from production to consumption) were collected along the supply chain for products in different European regions.

Consortium own data Published data

Industry and cold chain parties (distributors, retailers) Associations Research projects

Field Test in Cold Chain in European Market Food Product and Formulation

Countries Involved

 Smoked meat products (sliced ham, turkey slices)  Incorporate miniature temperature recorders inside the food product UK

 From production to consumer

Belgium

refrigerator

France

Greece

65


Field Test in Greece…in progress DATALOGGER Mini Nomad RFID temperature logger Omega Engineering Inc. FOOD PRODUCT Product: Smoked turkey slices Shelf life: 2 months Packaging: An outside plastic transparent container within which the slices are placed in vacuum packed (skin packed) in a second film FIELD TEST DESIGN Conducted in June, 2012 240 products, 24 supermarket stores, 12 cities in Greece

Field Test Design Field Test Cold Chain Stages Production/Production Warehouse ~12 hours Distribution Warehouse 2 distribution centers Supermarket Warehouse and Display 24 supermarkets stores in 12 cities Consumer transport Consumer domestic refrigerator

In progress…

Rewarding the consumers with a Gift coupon: a free product like the one they purchased and contained the logger.

66


Field Test Photos

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

o

Temperature ( C)

Temperature (oC)

Field test time temperature profiles Complete Cold Chain-Retrieved profiles

0

5

10

15

20

25

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

30

0

2

4

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

2

4

6

6

8

time (days)

Temperature (oC)

Temperature (oC)

time (days)

8

10

12

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

4

8

12 time (days)

time (days)

67

16

20

24


Field test time temperature profiles Complete Cold Chain-Retrieved profile Distribution Center Transportation to supermarket

20

Transportation by consumer

Transportation to Distribution Center

18

Temperature (oC)

16

Production Warehouse

14

Supermarket Warehouse

Supermarket Outlet (open fridge)

Consumer domestic refrigerator

12 10 8 6 4 2 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

Time (days)

 All retrieved profiles from the FRISBEE Field Tests will be uploaded to the Cold Chain Database

Cold Chain Database….in numbers! Data collection progress… 3230 profiles

10/2011

4430 profiles

04/2012

4940 profiles

07/2012

68

On going…

27

28


Cold Chain Database….in numbers! Total number of Records: 4940 Contributors: 30 Source of Data

Age of Data

Conferences (0,3%)

Not defined (23,2%)

Data from Research Projects (35,0%)

Scientific publications (3,7%)

Own Data measurements (37,8%)

Cold Chain Database….in numbers!

Food product type

Country of origin Central America (1%) Norway (1%)

Austria (1%)

Italy (1%)

Not defined (20%)

Belgium (2%)

North America (12%)

Meat and meat products (43%)

Mixed (3%)

UK (6%)

France (39%) Milk and milk products (26%)

Neherlands (3%) Hungary (0.2%)

Vegetables (3%)

Greece 34%

69

Fruit and fruit products (2%)

Fish and fish products (3%)


Cold Chain Database….in numbers!

Transportation by consumer (22,9%)

Complete cold chain (2,3%) Consumer domestic refrigerator (32,0%)

Transportation (9,6%) Distribution warehouse (6,4%)

Supermarket (5,5%) Retail warehouse (0,9%) Retail display (8,4%)

Production warehouse (6,0%)

Grocery, Hard discounter Hypermarket (0,5%) (1,9%) Production stage (1,6%)

Where can I find the 1st European Cold Chain Database?

http://www.frisbee-project.eu/


70


How can I have access to the 1st European Cold Chain Database? http://www.frisbee-project.eu/coldchaindb

How can I have access to the 1st European Cold Chain Database? http://www.frisbee-project.eu/coldchaindb

Contribute Data

Enter Database

71


Contribute your own data to the Cold Chain Database Organize & Manage your cold chain data Meta data analysis Get privileged access to the Database Visualize your data through Cold Chain Database tools Get privileged access to the Cold Chain Predictor Software

Cold Chain Database tools: Visualize & manage your own data


72


Cold Chain Database tools: Build Cold Chain Scenario Profiles Visualize & manage your own data Build Cold Chain Scenario Profiles


Cold Chain Database tools: Build Cold Chain Scenario Profiles Visualize & manage your own data Determine food product quality along the cold chain


73


Cold Chain Database Demonstration Option I: Search within database



74




75




76




77



78


Cold Chain Database Demonstration Option II: Build Cold Chain Scenario Profiles http://www.frisbee-project.eu/coldchaindb

79


80


81


82


83


84


85


Cold Chain Predictor Software Demonstration Option III: Determine food quality along the cold chain


Cold Chain Predictor Software Concept

Cold Chain Database

Representative t-T Profile along the Cold chain

Quality & Shelf Life Data

Safety & Quality Modeling

Determination of the product quality status and shelf life at the different stages of the cold chain

86


87


88


89


90


Join forces 1st

to expand the European Cold Chain Database!!!

Köszönöm hogy meghallgattak!


91

THEORY OF MAGNETIC REFRIGERATION AND CONSTRUCTION OF MAGNETIC REFRIGERATOR

Camfridge Cool, green and gas-free Dr. Neil Wilson Frisbee mini-conference and workshop, Gödöllő, Hungary. 17th October, 2012 Camfridge Ltd. Lower Court 1 Copley Hill Business Park Cambridge Road Babraham, Cambridge CB22 3GN www.camfridge.com Company Confidential – all rights reserved

1

Who we are


2

92


 Camfridge is a world-wide leader in energy-efficient and gas-free magnetic refrigeration technology with strong IP.  Wide range of applicability across a range of cooling and refrigeration markets.  Camfridge Started operation in 2005, as a spin-off from the University of Cambridge  Venture backed company.  Launch first complete system with Whirlpool


3

Press, Awards and Support

Awards

Top 100 privately held European clean technology companies (the Guardian Newspaper)

“Top technology for a cleaner planet” global list.

Press Coverage

Top 30 UK clean technology start-ups

Support    

EUFP7 (Frisbee, SSEEC, DRREAM) UK Carbon Trust UK Technology Strategy Board UK National Endowment for Science, Technology and Arts  East of England Development Agency  Cambridge Enterprise

 Chemistry World (Feb 2012)  Naked Scientist, BBC Radio (Oct 2011)  Technology Review, Zeitschrift (Jan 2011)  Professional Engineer (Nov 2010)  Financial Times / Daily Telegraph / Guardian  BBC Radio 4 / BBC World Service


93


Market Focus and Rationale


Application Development: Domestic Refrigeration

At Camfridge our Focus is high-efficiency domestic refrigeration appliances

 Strong legislative drivers for efficiency Most efficient appliances win the market  Camfridge solution is cost competitive

 Strong competitive advantage  Gas Free  Offers new innovation potential


6

94


Legislative Drivers

Japan: Top runner

USA: Energy Star

Europe: A+++ [EC C(2010) 6481 final]


7

Most Efficient Appliance wins market

Although in Europe the total market is constant, new efficient appliances experience strong growth Company Confidential – all rights reserved

8

95


Cost Competitive Efficiency is becoming more expensive with the current technology. Efficiency Class

Incremental Cost

Product Improvement

A

Comment Lowest class allowed from 2011

A+

X

Better electronics

A ++

10 X

Variable Speed Compressor

A +++

100 X

Vacuum panels

New class introduced from 2011 in EU

 Magnetic solution will cost < $100  Replacing Rare Earth Magnets with Ferrites dramatically reduces costs

 This development is achieved through Camfridge’s advanced modelling and rapid advances in refrigerants and refrigerant processing (to optimal geometries).


Competitive advantage: A magnetic cooling solution is perfect for domestic cooling; avoids all the problems with the gas compressor

Magnetic Solution

Gas Compressors

 Magnetic cooling has a strong technical competitive advantage over the gas compressor for low cooling power applications like the domestic refrigerator.


10

96


Magnetic Refrigeration could enable an appliance revolution

Appliance innovation may be another key market driver


11

Background to magnetic refrigeration


12

97


Magnetocaloric Effect: Basis for magnetic refrigeration

Reversible change in temperature


13

Origin of Magnetocaloric Effect Entropy Change (1T)

H2

S

0 H1

M T

Adiabatic Temperature Change (1T)

H2

dH

T

0 H1

H

T C p (T , H )

M T

dH H

ST Diagram

Magnetisation


14

98


Basic magnetic refrigeration concepts

Magnets are standard permanent magnets (like those found in electric motors).

1

2

3

4

A more sophisticated regenerative refrigeration cycle delivers efficient cooling over desired operating range.

15


Regenerative Cooling Cycle: The Active Magnetic Regenerative cycle


16

99


Increasing Operating Span

Data: Vacuumschmelze

Span ~ 35C

A single material regenerator delivers ~15C operating span

By cascading multiple material span can be extended to ~35C or more

Single material regenerator

Multi material regenerator


17

Regenerators Blade Regenerators combine a single refrigerant material and exchange fluid pathways to efficiently deliver cooling over a wide temperature range.

Multiple blocks, of different materials with Curie temperatures over the target working range are stacked together.

Refrigerant Material Channel

1st Curie temperature

2nd Curie temperature


18

100


Materials and Material Processing High quality, high through-put industrial scale production now being used by Camfridge. Ingots

Three main families of refrigerants:

Wide range of precisely tuned Curie Temperatures.

•Gd + alloys •LaFeSiCo, LaFeSiH •MnPFeSi, MnPFeAs

Material in different forms are available.

Plates

Our (multiple) suppliers are capable of producing >100s kg of material. Camfridge has developed advanced processing and regenerator assembly techniques, that are high quality, scalable and low cost.

“spherical” powder


19

Components and System


20

101


Can now match the size, weight of the current gas compressor solution

The Camfridge magnetic cooling engine is the same size and weight to the equivalent gas compressor

In a domestic refrigerator a magnetic cooling device will deliver A+++ performance with an A+ cabinet – without VIP. In domestic refrigeration, efficiency is not simply about the efficiency of the magnetic cooling engine, but also about the optimal design of the appliance. Company Confidential – all rights reserved

21

The system can also deliver the required operating temperature ranges

By optimising the cooling cycle and the refrigerants, any operating temperature range can be designed.

Data: Vacuumschmelze


102


Developed optimised heat exchangers which interface easily with appliances

A heat-exchange liquid (e.g. water + glycol) is pumped from the cooling engine to hot and cold exchangers. The exchangers are simple liquid / air devices.


Advanced Modelling Parallel plate regenerators are superior to powder bed regenerators (lower pressure drop). Such a regenerator can be optimised using entropy generation minimisation.

Figure: Loss mapping from actual regenerator performance to Carnot Equivalent system

Through our advances in entropy generation modelling that we can now use low cost ferrite magnetic rather than expensive Neo magnets. Company Confidential – all rights reserved

24

103


Summary  Magnetic Cooling is an environmental technology that meets a real market need.  Camfridge’s immediate focus is on high-efficiency domestic appliances.  We can transform an A+ cabinet into an A+++ solution; Camfridge collaborates with 3 European Refrigeration manufacturers.  Our solution is price competitive compared to the alternatives.  Refrigerant materials are now widely available.  We are always interested in collaboration or partnerships in domestic appliances, beverage cooling or other areas.

Thank-you for your attention. Neil Wilson: [email protected]


25

104

SUPERCOOLING/SUPERCHILLING OF MEAT PRODUCTS (PORK, FISHES)

FRISBEE Mini Conference and Workshop Szent István University, Gödölló, 17th of October 2012

Supercooling/superchilling of meat products (pork, fishes) Ingrid Camilla Claussen, SINTEF Energy Research, Norway; [email protected] Judith Evans, LSBU (London South Bank University),UK; [email protected] Tim Brown, LSBU (London South Bank University), UK Gary Stonehouse, LSBU (London South Bank University), UK


1


2

Outline • • • • • • •

Supercooling concept and perfusion Supercooling of pork - Experimental results Superchilling concept Experimental results Process optimisation Superchilling and supercooling in FRISBEE Conclusions

105


Supercooling

• Option to cool fast using perfusion process • Conventional chilling is based on convection of heat from surfaces • This is slow and limited by conduction from within • Circulating a coolant through the vascular system cools more directly, and is quicker and more energy efficient

Conventional

Perfusion


Advantages of perfusion for rapid chilling • Typically only 60% of the heat load on the refrigeration plant is heat from the product • Faster chilling offers: • Increased throughput (for same footprint) • Possibility of continuous rather than batch operation • Reduced evaporative weight loss • Reduced drip loss • Reduced growth of pathogenic or food spoilage organisms on or in the meat • Most fast chilling - low temperatures (-10°C to –70°C) in single/multistage air, immersion or cryogenic systems (usually surface freezing)


106


Perfusion process • Suspension of fine ice particles in NaCl brine (pumpable) • Pump into carcass vascular system • Latent heat taken in to melt ice greatly boosts chilling potential compared with cold fluid alone

Star’s Flo-iceTM as perfusate SINTEF Energy Research

Application of superchilled brine slurry

Heat is removed from the carcass through pumping of brine and draining through vascular system Perfusate constantly pumped refreshing cold front

Gastrointestinal tract is filled with superchilled brine

Cold diffuses through the carcass over time from the ice reservoir

Superchilled brine pumped into circulatory system Concept 1 Heat is removed from the carcass through vascular perfusion

Concept 2 Gastrointestinal perfusion


107


Supercooling process • •

• • •

No ice crystals, but below initial freezing point Stability of process over time, accuracy of temperature control required Energy efficient as no freezing (latent heat) Quality potentially high as no cell damage due to ice crystal formation Can be achieved by: 1. Controlling cooling rate 2. Use of cryoprotectants •

•

Several names/classifications for food additives that promote supercooling: anti freeze proteins/glycoproteins, freezing point depressing substances, thermal hysteresis proteins, cryoprotectants, anti freeze protein enhancers Examples of such additives: NaCl, sucrose, polydextrose, sorbitol, carrageenan SINTEF Energy Research

Supercooling - examples

Apples Broccoli Carrot

Degrees of supercooling (°C) 4 2.3 1.1

Supercooling point (°C) Reference

1.5 0.6

-2.8

Diehl (1924) James et al (2011) James et al (2011) Fuller & Wisniewski (1998) James et al (2011) James et al (2011) James et al (2009) Lucas (1954) James et al (2011) James et al (2011) Lucas (1954) Lucas (1954) James et al (2011)

3.8

-5.9

James et al (2011)

4.6

-6.5

James et al (2011)

Cauliflower Cauliflower Cod Garlic Grapes Herring Leek Lemons Oranges Parsnip Prawns (previously frozen) – “jumbo” Prawns (previously frozen) – “large” Shallot Squid

-4.4 -2.7 -6.5 to -9.5

3.7 3.9 10.3 3 5.6 1.4

-5.2 -5.3 -13.0 -9.2 -3.3 -6.1

3.8 6.6

-5.4 James et al (2011) -8.6 SINTEF Energy James etResearch al (2011) Martins and Lopes -0.3 to -4.6 (2007)

Strawberries

108


Supercooling of pork – experimental results 3 situations (pork): Super cooling

Immediate/delayed super cooling

Immediate freezing


Supercooling Supercooling–- rate rate of of cooling cooling

Cooling medium <-4.5°C = freeze -2.5°C = supercool -2.5°C to -4.5°C supercooling

dependent on cooling rate Slow cooling = extended supercooling


109


Experimental results • • • • • • •

Product temperature is reduced 1-2 ºC below Ti, product Cold air at low temperature, high speed and short time Result; a small thin layer of ice is formed - “shell freezing” The ice equalizes during storage and serves as a heat sink for the product Ice fraction between 5 and 30 % ok for fish 10 to 15 % ice-fraction is “normal” Superchilling reduces microbiological growth and expands the product shelf life


11

Experimental results • • • •

•

Described already in the 1920’s by Le Danois In 1970’s and 1980’s - transportation of fish at sea Continuous development of the concept during the last 20 years Norwegian food industry is currently taking on the superchilling concept but only for “in-house” use for; • Expand shelf life to ease production and storage planning • Extend the sales period for fresh product (meat) • Increase product yield and quality of fish fillets Advantages related to prolonged shelf life is not fully exploited


110

12


Experimental results • Microbial shelf life of superchilled and chilled chicken, salmon and cod. • The microbial quality limit was set to 1x107 CFU/g (CFU= colony forming unit or total count)

•

•

For chicken ; shelf life extended from 15 days of storage (chilled) to 30 days storage (superchilled) For Salmon ; shelf life extended from 15 days of storage (chilled) to 30 days storage (superchilled) For Cod; shelf life extended from 12 days of storage (chilled) to 25 days storage (superchilled) SINTEF Energy Research 13

Experimental results Water holding capacity – Salmon fillets WHC2 oC = 0,0164x + 97,1 R² = -0,306 WHC0 oC = -0,0128x + 97,1 R² = 0,0495 WHC-1 oC = -0,1318x + 97,1 R² = 0,8622

99 98 Water holding capacity, WHC [%]

•

97

WHC-1,4 oC = -0,1631x + 97,1 R² = 0,7549 WHC-1,7oC = -0,2984x + 97,1 R² = 0,921

96

95 94

2ºC 0ºC -1ºC -1,4ºC -1,7ºC

93 92 91 90 0

5

10 15 Storage time, t [days]

20

25

Percentile water-holding capacity of salmon fillets with ice level of 10%, 15% and 30% stored at -1.0, -1.4 and 1.7°C, respectively, and chilled reference samples at 0°C and 2°C during storage. SINTEF Energy Research

111

14


Experimental results Drip loss [% or gram water / 100 g product] of superchilled salmon fillets stored at -1.0, -1.4 and 1.7°C, respectively, and chilled reference samples at 0°C and 2°C during storage

2,5 2ºC 2

0ºC -1.0 ºC

Weight loss [%]

-1.4 ºC 1,5

-1.7 ºC

1

0,5

0 -2

3

8

13

18

23

Storage time [days]

• •

Drip-loss after thawing and further storage is somewhat higher (~3 %) compared with chilled products stored on ice Is there any sensory differences in products with 97 % and 94 % water content ? SINTEF Energy Research

15

Experimental results

•

•

Drip-loss after thawing and further storage is somewhat higher (~3 %) compared with chilled products stored on ice Is there any sensory differences in products with 97 % and 94 % water content ?


112

16


Process optimisation

•

An industrial, automated superchilling process line needs to combine the requirement for gentle handling of a valuable raw material with demands for energy efficiency, high capacity and product quality

•

Results from process optimisation development of three alternative process lines for superchilled processing of fresh cod showed large variation with respect to processing time, need for manual operations , skinning errors and yield SINTEF Energy Research

17

Process optimisation

Method

Alt. 1 (Ice-slurry/SuperchillingCBC/Skinning Skaginn) Alt. 2 (Superchilling Impingement/ Skinning Bader59) Alt. 3 (Skinning Baader59/ Superchilling Impingement)

• • •

•

Share for fresh end product [%]

Yield [%]

Skinning defect [%]

Production time [min]

Number of operators

85,6

92

6

25

7-11

80,6

95

30

20

2

81,9

91

1

5

2

Alt 1 = how it is today at the specific example plant CBC- contact blast chiller Skinning Baader59/ skinning Skaginn = two different skinning machines for fish fillets production Impingement – cold air freezer, high air velocity


113

18


LCA analysis •

Background • More than 400 trucks/week from Norway to Europe with fresh fish • Chilled fish is packed in boxes with approx. 30 % ice to prevent temperature increase • The amount of ice is equivalent to approx. 130 trucks • Superchilled fish do not need ice in the transport boxes

•

Comparative life cycle assessment to compare chilling and superchilling processes in terms of environmental performance.

•

Results • Potential reductions per year using annual environmental impacts from a car as reference • GWP reduction of 77925454 kg CO2 Equiv. per year corresponding to emissions from approx. 24.000 cars per year SINTEF Energy Research

19

Supercooling and Superchilling in FRISBEE • • • • •

Superchilling methodology to assess quality of pork and salmon Recommendation and optimum preservation process conditions for superchilling of pork and salmon Evaluation on product quality and energy use during production Recommendations for commercialisation Superchilling combined with perfusion


114

20


Conclusions • •

Superchilling enable safe, high quality and long term storage of foods Main advantages of superchilling are 1. Extended shelf life 2. Increased production capacity 3. Increased yield and profit 4. Simplified production planning 5. New products and markets 6. Environmental friendly cold chain

•

Supercooling enable high quality and energy efficient processing and storage of foods


21

Thank you for your attention !

www.frisbee-project.eu The research leading to these results has received funding from the European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement nº 245288. The study was also supported by the Norwegian Research Council, grant no 178280/10 Competitive Food Processing in Norway and grant no 195182/S60 CREATIV.


115

22

SAVING AND STORAGE THE COLD ENERGY BY MEANS OF APPLICATION OF PCMs

WP4 : Improvement of existing technologies

Denis Leducq, P. Schalbat, G. Alvarez [email protected]

A cold chain under control : thermal energy storage Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October and predictive controllers

Thermal energy storage : a key technology for the control of food cold chain • Because – It is one of the most efficient ways to reduce energy consumption – It doesnt require many modifications of existing systems – It’s cheap – The thermal inertia is a factor of safety for the product, but also a factor of quality


116


Thermal Energy Storage material • Main requirements for TES materials – Large phase change enthalpy • Phase Change Materials (PCM)

– Suitable phase change temperature • from 5°C to -40°C in Frisbee

– – – –

« Cycling stability » Little supercooling Good thermal conductivity Technical requirements • chemical stability • compatibility with other materials

– Low price – Environmental impact (recyclability)

Photo by Cristopia


Low temperature phase-change materials Inorganic materials:

Organic materials:  Paraffins (alkanes)  Non paraffins: esters, fatty acids, alcohols and glycols

 Advantages: congruent melting, non corrosiveness  Disadvantages: low thermal conductivity, high flammability, varying level of toxicity , non compatibility with certain plastic containers and cost linked to oil’s price

Salt hydrates  Advantages: high storage density, acceptable thermal conductivity, non toxicity, non flammability and cost acceptable  Disadvantages: corrosion, incongruent melting (depending on product) and supercooling


117


Materials for cool thermal energy storage PCMs for cold chain 350

300

Latent heat (kJ/kg)

Organic Non organic

250

200

150

100 -40,0

-35,0

-30,0

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

Melting temperature (°C)


Frisbee PCM database •

A database of the PCM available for cold chain – Physical properties

•

A software tool to calculate physical properties – On Matlab platform • Set of subroutines

– Provides data for PCM with a melting temperature under 6°C • For ice slurries as a function of concentration – done (organic and non-organic)

• For eutectic salt solutions • For pure paraffins • For binary mixtures of paraffins


118

5,0

10,0


Potential applications from industrial systems to household refrigerator FRISBEE : application to the household refrigerator, retail and display cabinets and low temperature storage cold room An example : the household refrigerator

Classic appliance

PCM equipped appliance (FRISBEE) The other side of

5mm PCM slab

Only one side of the evaporator is active

h~8W/m². C h~8W/m². C

the evaporator is now active : /e = 25~100W/m². C (Depends on thickness)

4C

4C Tev ~ ?

Tev ~ -19 C

COP ~ 1 ON/OFF ~ 45’ Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

On / off cycles with the PCM

When compressor is on • Heat is removed from the refrigerated cell through the evaporator • PCM is solidifying

When compressor is off • Heat is removed from the refrigerated cell during the PCM melting


119

COP ~ ? ON/OFF ~?


Influence of TES on the refrigerator performance Tair with PCM

A significant decrease in the number of on/off cycles

Tair without PCM

10

8,4 hours

Reduction of the temperature fluctuations in the refrigerated cell

Temperature [°C]

8

6

8, 4 hours of continuous operation without electrical supply

4

Pe without PCM

Pe with PCM

2

2 1,8

0 0

100

200

300

400

500

600

700

1,6

A higher evaporating pressure an increase of 0, 2 bar (6K) it is 15 % reduction of the energy consumption

Pressure [bar]

Time [mn] 1,4 1,2 1

0,2 bar 0,8 0,6 0

100

200

300

400

500

600

700

Time [mn]


Thermal energy storage and Control Foreseeable events

Mid-term meteorological forecast

Load of the production line Energy availability and price

Cold storage adds a degree of freedom for control. Time desynchronization is now possible A smart control of systems with TESD, because of the high thermal inertia, needs to be « predictive » Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

120

Short-term (night/day) climatic variation

Cold storage


Model Predictive Control : application with TES Variable speed fans Dairy chiller Baltimore VLC 200

Baltimore VXC 360

SMC112

Variable speed compressor

Baltimore VXC N 205

Grasso RC311 Grasso RC311 Grasso RC69

SMC112

I2

I3

Alfa Laval MK15-BWFGR

Alfa Laval A15-BWFGR

150 m3/h

300 m3/h

Variable speed pumps 5 C

Baltimore VXC N 205

1 C

I1

Grasso RC411

water

300 m3/h

Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October 0 C Water 0 C

Ice

Construction of predictive controllers •

Model Predictive Control (MPC) : Class of control methods – Minimizing an objective function on a receding control horizon using the model to predict the future evolutions – Iterative optimization in a finite horizon (N steps) – Only the first step is applied – New iteration, based on new measurements (closed loop), shifting forward the prediction horizon


121


MPC : Model predictive controller •

Block diagram

Constraints (technical, product…)

Predictable events (weather, production line, energy price…)

QEEAT : Quality, Energy, Environment

Optimization criterion

Optimization algorithm

Dynamic plant model (Food, refrigeration system TESD models…)

State estimator

Plant

Measurements

Closed loop control


MPC implementation with cold storage • Dairy chiller control – Ice and chilled water storage – 3 refrigerating systems – with a predictive controller only based on production load anticipation – First preliminary tests : 8% reduction of energy consumption Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

122


Conclusion • Cold thermal energy storage is a key technology for the cold chain – Providing more safety for the preservation, more temperature stability for the product – Reducing energy consumption by desynchronizing the demand from the production

• Coupled with a predictive approach – To take into account foreseeable events – To facilitate the use of renewable and intermittent energy sources

• An innovative and safer approach in Frisbee for the whole existing cold chain Frisbee workshop/miniconference in Gödöllő-Hungary 17th of October

Thank you for your attention !

www.frisbee-project.eu The research leading to these results has received funding from the European Community‘s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement n° 245288.


123

MINIKONFERENIA ÉS WORKSHOP ELŐADÁSOK MINICONFERENCE AND WORKSHOP PRESENTATIONS

Recommend Documents