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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erhitzung von Flüssigkeiten, umfassend einen Kreislauf für einen flüssigen Wärmeträger, welcher Kreislauf aus einer Zusammenschaltung von einem Wärmetauscher, einer Einrichtung zur Erhitzung des Wärmeträgermediums und einer Umwälzpumpe gebildet ist.
Mit Hilfe solcher Einrichtungen können Flüssigkeiten im Durchlauf erhitzt werden. Häufig muss dabei die zu erhitzende Flüssigkeit relativ genau auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden. Insbesondere dann, wenn diese Flüssigkeit diskontinuierlich durch den Wärmetauscher gefördert wird, muss die durch das Wärmeträgermedium in den Wärmetauscher transportierte Wärmeenergie feinfühlig und genau geregelt werden.
Eine derartige Anlage wurde beispielsweise durch die DE 1 617 968 A bekannt. Hier wird die zu behandelnde Flüssigkeit mittels einer Pumpe von einem Behälter über entsprechende Rohrleitungen durch die Primärseite eines ersten, der Erhitzung der Flüssigkeit dienenden Wärmetauschers sowie anschliessend durch die Primärseite eines zweiten, der Abkühlung der Flüssigkeit dienenden zweiten Wärmetauscher gefördert. Für die Wärmezufuhr ist ein vom Flüssigkeitskreislauf getrennter Wärmemedienkreislauf vorgesehen, der einen Wärmemedienbehälter sowie die Sekundärseiten der schon angesprochenen Wärmetauscher und eine das Wärmeträgermedium erhitzende Einrichtung umfasst.
Eine ähnliche Anlage wurde durch die US 4 997 662 A bekannt. Die wiederum in einem Behälter gesammelte Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe durch einen Wärmetauscher gefördert. Die Erwärmung in diesem Wärmetauscher geht so vor sich, dass die eintretende Rohflüssigkeit in der ersten Sektion zunächst durch bereits ausreichend erhitzte, schon wieder abzukühlende Flüssigkeit vorgewärmt und anschliessend durch einen Heisswasserkreislauf auf die notwendige Temperatur geheizt wird. Der Heisswasserkreislauf umfasst hier nur ein elektrisch beheiztes Reservoir, eine Sektion des Wärmetauschers und eine Pumpe, welche Komponenten zu einem geschlossenen Ring, in dem das Medium zirkuliert zusammengefügt sind.
In beiden der bekannten Anlagen wird die Heizleistung der den Wärmeträger erhitzenden Einrichtung, die nach der DE 1 617 968 A durch einen mit Dampf betriebenen Wärmetauscher und nach der US 4 997 662 A durch einen elektrischen Heizkörper gebildet ist, alternativ dazu aber auch ein Gas- od. Öl-Flamme od. dgl. sein kann, geregelt. Soll eine derartige Regelung sehr genau und schnell sein, so wie dies z. B. bei einer Pasteurisier-Anlage vonnöten ist, so ist diese sehr aufwendig und kostspielig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit welcher eine Flüssigkeit auf einfache Weise genau auf eine vorgebbare Temperatur erhitzbar ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Erhitzungseinrichtung mit ihrem einen Ende über die Umwälzpumpe mit dem ersten Ende des Wärmetauschers sowie mit einem ersten und einem zweiten Drosselventil verbunden ist, wobei das erste Drosselventil mit dem anderen Ende der Erhitzungseinrichtung verbunden und das zweite Drosselventil über eine weitere Pumpe mit dem zweiten Ende des Wärmetauschers verbunden ist, und dass das erste und das zweite Drosselventil über eine steuerbare Ventilanordnung miteinander verbunden sind.
Damit kann dem Wärmetauscher eine Mischung aus heissem, von der Erhitzungsvorrichtung kommenden, und abgekühlten, vom Wärmetauscher kommenden Wärmeträger zugeführt werden. Durch Wahl des Mischungsverhältnisses kann die Temperatur dieses Gemisches und somit die Temperatur der erhitzten Flüssigkeit sehr genau eingestellt werden.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die steuerbare Ventilanordnung durch eine Parallelschaltung von n Absperrventilen gebildet ist.
Derartige Absperrventile sind einfach ansteuerbar, sodass eine Anlage zu ihrer Ansteuerung einfach und damit kostengünstig aufgebaut sein kann.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die steuerbare Ventilanordnung durch eine Parallelschaltung von drei Absperrventilen gebildet ist.
Durch diese geringe Anzahl von Absperrventilen kann bereits eine relativ gute, den meisten Anforderngen genügende Regelgenauigkeit erzielt werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die steuerbare Ventilanordnung bzw. die Absperrventile elektromagnetisch betätigbar sind.
Solche Ventile sind wenig störanfällig und auf besonders einfache Weise ansteuerbar.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann sein, dass der Wärmetauscher durch zwei ineinanderliegende Rohre gebildet ist, wobei die zu erhitzende Flüssigkeit vorzugsweise durch das Innerrohr und das Wärmeträgermedium durch das Aussenrohr geführt ist.
Ein derartiger Wärmetauscher kann besonders platzsparend aufgebaut werden. Es wird dabei ein besonders guter Wärmeübergang vom Wärmeträgermedium auf die zu erhitzende Flüssigkeit und damit eine effiziente Ausnutzung der zugeführten Wärmeenergie erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung ;
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Fig. 2 als Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung eine Pasteurisieranlage schematisch im Aufriss ; Fig. 3a-d bekannte, mittels Dreiwegventile arbeitende Erhitzungseinrichtungen ;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des mittleren Temperaturverlaufes des Wärmeträgermediums bei
Durchfliessen des Wärmetauschers und
Fig. 5 die Darstellung nach Fig. 4, ergänzt um den Verlauf der im Tauscher gespeicherten Wärmeenergie.
Wie am besten in Fig. 1 zu ersehen ist, ist die Erhitzungsvorrichtung gebildet aus einem Wärmetauscher 2, dessen Wärmemedienkreislauf 1 im wesentlichen aus einer Erhitzungseinrichtung 3 und einer Umwäl- zumpe 4 besteht. Dabei ist die Erhitzungseinrichtung 3 mit ihrem einen Ende 31 über die Umwälzpumpe 4 mit dem ersten Ende 21 des Wärmetauschers 2 verbunden. Weiters steht die Umwälzpumpe 4 über ein erstes Drosselventil 5 mit dem anderen Ende 32 der Erhitzungseinrichtung 3 und über ein zweites Drosselventil 6 und eine weitere Pumpe 7 mit dem zweiten Ende 22 des Wärmetauschers 2 in Verbindung.
Die beiden Drosselventile 5 und 6 sind miteinander durch eine dritte steuerbare Ventilanordnung 8 verbunden.
Die Umwälzpumpe 4 hat die Aufgabe, die Temperaturdifferenz zwischen Eintritt 32 und Austritt 31 der Erhitzungseinrichtung 3 über das Drosselventil 5 zu verkleinern und wirkt gleichzeitig als Durchflussbremse für die wesentlich stärkere Pumpe 7, um eine Gesamtnetzdruckübersteuerung zu vermeiden.
Die beiden Drosselventile 5 und 6 können händisch betätigt werden und sind im Normalfall so eingestellt, dass durch sie ein im Vergleich zur von der Pumpe 4 geförderten Menge geringer Durchsatz an Wärmeträgermedium möglich ist.
Zur Erklärung der Funktionsweise wird vorerst angenommen, dass die Ventilanordnung 8 vollkommen geöffnet ist. Die beiden Pumpen 4 und 7 sind In Betrieb und fördern das Wärmeträgermedium von der Erhitzungsvorrichtung 3 durch den Wärmetauscher 2 und von dort wieder der Erhitzungsvorrichtung 3 zu, sodass bei gleichbleibender Wärmeerzeugung durch die Erhitzungsvorrichtung 3 das Wärmeträgermedium und damit auch die zu erhitzende Flüssigkeit 10 ständig wärmer wird.
Übersteigt die Temperatur der Flüssigkeit 10 einen bestimmten Vorgabewert, so wird die Ventilanordnung 8 etwas geschlossen. Dadurch wird nun der Anteil des vom Wärmetauscher 2 austretenden Wärmeträgermediums, das einer erneuten Erhitzung zugeführt wird, verringert, während der Anteil des ungeheizt über das Drosselventil 6 wieder in den Wärmetauscher 2 zugeführten Wärmeträgermediums erhöht wird. Somit kann durch Festlegung bzw. Änderung des Mischungsverhältnisses die Temperatur des durch den Wärmetauscher 2 fliessenden Wärmeträgers und damit jene der zu erhitzenden Flüssigkeit geregelt werden.
Für die bisher erwähnte Regelung der Temperatur einer zu erhitzenden Flüssigkeit 10. die eine konstante Fliessgeschwindigkeit hat. können auch Wärmekreisläufe mit ein oder mehreren Dreiweg-Ventilen eingesetzt werden. Einige Beispiele dafür sind in den Fig. 3a-d dargestellt.
Insbesondere bei Pasteurisieranlagen mit veränderlichem Massendurchsatz, so wie dies besonders bei Klein-Anlagen für die Abhof-Vermarktung von Most, Fruchtsäften, Milch od. dgl. vorkommt, ist allerdings ein besonders schnell und exakt arbeitendes Regelkonzept erforderlich.
Fig. 3a zeigt eine einfache Dreiweghahnregelung mit einer Pumpe. Es wird hier lediglich der Wärmestrom geregelt, die Austrittstemperatur ist sehr schwankend.
Bei der Dreiweghahnregelung mit zwei Pumpen nach Fig. 3b wird in den Wärmekreisen zwar eine kleinere Temperaturdifferenz erreicht, auch Druck und Wärmeträgermenge ändern sich in beiden Teilkreisen. Bei ungleicher Abnahme der zu erhitzenden Flüssigkeit arbeitet das Regelventil jedoch zu langsam, Wärmestrom und Netzdruck können nicht schnell genug angepasst werden.
Bei der Variante nach Fig. 3c werden beide Teitkreise-Wärmeerzeuger und Tauscher - geregelt, jedoch können Wärmestrom und Druck nicht angepasst werden ; die Dreiwegventile übersteuern sich.
Die letzte Möglichkeit nach Fig. 3d verhält sich wie die Variante nach Fig. 3b ; zusammenfassend sind also sämtliche Realisierungen mit Dreiwegventilen zur Erfüllung der Anforderungen einer Pasteurisieranlage mit veränderlichen Abgabemengen ungeeignet.
Die Erfindung hingegen ist besonders gut für die Erhitzung von veränderlichen Flüssigkeitsmengen geeignet, was nachstehend näher erläutert wird.
Es wird angenommen, dass die zu erhitzende Flüssigkeit 10 bereits die erforderliche Temperatur aufweist und ihr Durchsatz durch den Wärmetauscher 2 verringert wird. Durch die daraus resultierende geringere Fliessgeschwindigkeit erfolgt bei gleichbleibender Wärmezufuhr durch den Wärmeträger eine Überhitzung der Flüssigkeit 10, woraufhin-wie bereits beschrieben- die Ventilanordnung 8 etwas geschlossen wird. Dadurch wird der Wärmestrom aber auch der Druck in der Teilstrecke 9 reduziert. Da die Pumpe 7 wesentlich stärker ist als die Pumpe 4, erhöht sich der Wärmeträgerstrom und der Druck durch das Drosselventil 6 und im gesamten Teilkreislauf Wärmetauscher 2-Pumpe 7-Drosselventil 6, sodass sich die
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Temperaturdifferenz im Wärmetauscher 2 zwischen Eintritt 21 und Austritt 22 wesentlich verkleinert.
Sollte die Fliessgeschwindigkeit der zu erhitzenden Flüssigkeit 10 weiter verringert werden, wird die Ventilanordnung 8 noch weiter geschlossen, die Temperaturdifferenz zwischen Ein- 21 und Austritt 22 am Wärmetauscher 2 wird noch geringer. Das Schliessen der Ventilanordnung 8 kann soweit führen, dass diese vollständig geschlossen ist, wodurch zwei separate Wärmemedienkreiseläufe ausgebildet werden. Im ersten, aus Wärmetauscher 2, Pumpe 7 und Drosselventil 6 gebildeten Kreislauf, kühlt der Wärmeträger durch das Aufheizen der Flüssigkeit 10 kontinuierlich ab, während im anderen, aus Erhitzungsvorrichtung 3, Pumpe 4 und Drosselventil 5 gebildeten Kreislauf das Wärmeträgermedium erhitzt oder zumindest auf konstanter Temperatur gehalten wird.
Reicht die im ersten Kreislauf gespeicherte Wärmeenergie nicht mehr aus, um die Flüssigkeit 10 auf die Vorgabetemperatur zu erwärmen, so wird Ventilanorndung 8 wieder geöffnet und somit eine Energieübertragung von Erhitzungseinrichtung 3 auf den Wärmetauscher 2 wieder ermöglicht.
Die Ventilanordnung 8 kann durch eine Parallelschaltung von n, so wie in der Zeichnung beispielsweise dargestellt durch eine Parallelschaltung von drei Absperrventilen 81 gebildet sein. Diese Absperrventile 81 weisen nur zwei Schaltzustände, nämlich vollständig geöffnet und vollständig geschlossen, auf. Durch ihre Paralleischaltung kann die Funktion eines Drosselventiles mit n Schaltzuständen nachgebildet werden.
Fig. 4 zeigt für die Ausführungsform mit drei Absperrventilen 81 schematisch den Temperaturverlauf des Wärmeträgers beim Durchfliessen des Wärmetauschers 2. Fläche A gilt dann, wenn alle drei Absperrventile 81 geöffnet sind (grosse Abnahmemenge = > grosse Wärmezufuhr erforderlich), geringe Fliessgeschwindigkeit des Wärmeträgers und Wärmeabgabe an die Flüssigkeit 10 bewirken starkes Absinken der Temperatur des Wärmeträgers (angedeutet durch sich in Fliessrichtung verringernden Abstand zwischen den Flächenbegrenzungen a, b). Im Fall von Fläche B ist ein Absperrventil 81 geschlossen, die Temperatur am Eintritt 21 rückt näher an die Temperatur am Austritt 22 (Fliessgeschwindigkeit des Wärmeträgers höher, Wärmebedarf der Flüssigkeit 10 geringer).
Die beiden verbleibenden Flächen C und D repräsentieren den Temperaturverlauf bei zwei bzw. drei geschlossenen Absperrventilen 81.
Fig. 5 ist im wesentlichen ident mit Fig. 4, hier ist zusätzlich der Verlauf der im Wärmetauscher 2 vorgespeicherten Energie bei den jeweiligen Absperrventil-Schaltstellungen mit strichlierten Linien eingetragen.
Mit der erfindungsgemässen Regelung wird nicht nur der Wärmeträgerstrom verändert, sondem auch der Rohrnetzdruck in den Teilkreisen rasch erhöht oder gesenkt, sodass die mittlere Tauschertemperatur bei jeder Ventilschaltung sich sofort verschiebt und nicht träge arbeitet, wie bei zur Zeit bekannten Regelungen.
Der Tauscher übernimmt nicht nur seine Tauschfunktion, sondern arbeitet auch als Temperaturschwankungsdämpfer. Die Ergebnisse sind besonders exakt.
Die Erwärmung des Wärmeträgermediums in der Erhitzungseinrichtung 3 kann mit Hilfe unterschiedlicher Einrichtungen, wie z. B. elektrische Heizwendeln, Tauchsieder, od. dgl. erfolgen. Besonders bevorzugt wird hiezu ein Gasbrenner eingesetzt, da auf diese Weise einerseits Wärmeenergie besonders effektiv erzeugt und andererseits einfach geregelt werden kann. (z. B. mittels eines Zweipunkt-Reglers : kleine Flamme, grosse Flamme).
Als Beispiel für die Verwendung einer erfindungsgemässen Erhitzungseinrichtung zeigt Fig. 2 eine Anlage zur Pasteurisierung von Flüssigkeiten.
Die wesentlichen Bestandteile der Anlage sind die Erhitzungseinrichtung 30 und die Abkühleinrichtung 40. Die zu pasteurisierende Flüssigkeit 10 wird mittels einer Pumpe 11 von einem Behälter 12 durch den Wärmetauscher 2 gefördert. Dieser ist durch zwei ineinanderliegende Rohre 23,24 gebildet, wobei die zu erhitzende Flüssigkeit durch das Innenrohr 23 und das Wärmeträgermedium durch das Aussenrohr 24 gefördert wird.
Beim Verlassen des Wärmetauschers 2 wird die Temperatur der Flüssigkeit 10 erfasst. Liegt diese unter dem zur ordnungsgemässen Pasteurisierung notwendigen Vorgabewert, so wird sie über die Ableitung 13 wieder in den Behälter 12 zurückgeleitet und erneut erhitzt. Ist die Solltemperatur erreicht, erfolgt die Weiterleitung durch die Abkühleinrichtung 14 in ein Auffangbehältnis 15. In Abhängigkeit der Flüssigkeitstemperatur werden weiters die Absperrventile 81 in oben beschriebener Weise betätigt, sodass die Vorgabetemperatur der Flüssigkeit erreicht bzw. gehalten werden kann.
In Serie zu jedem Absperrventil 81 ist jeweils ein Vorventil 82 vorgesehen. Der Öffnungsquerschnitt jedes Vorventiles 82 kann händisch verändert werden, sodass damit die Menge des durchfliessenden Wärmeträgermediums bei vollständig geöffnetem Absperrventil 81 eingestellt werden kann. Diese Vorventile 82 sind jedoch nicht zwingend vorzusehen und können so wie in Fig. 1 auch entfallen.
Sämtliche Steuerorgane, insbesondere die Absperrventile 81 sind elektromagnetisch betätigbar ausgeführt und werden von einer elektrischen Steuereinheit bedient. Die Erhitzungseinrichtung 30 ist gemäss der Erfindung aufgebaut, und erzeugt die zur Erhitzung des Wärmeträgermediums notwendige Wärme durch
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Verbrennung von Gas.
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The invention relates to a device for heating liquids, comprising a circuit for a liquid heat transfer medium, which circuit is formed from an interconnection of a heat exchanger, a device for heating the heat transfer medium and a circulation pump.
With the help of such devices, liquids can be heated continuously. Often, the liquid to be heated must be brought to a certain temperature relatively precisely. In particular, if this liquid is conveyed discontinuously through the heat exchanger, the thermal energy transported into the heat exchanger by the heat transfer medium must be carefully and precisely controlled.
Such a system was known for example from DE 1 617 968 A. Here, the liquid to be treated is conveyed by means of a pump from a container via corresponding pipelines through the primary side of a first heat exchanger that serves to heat the liquid and then through the primary side of a second heat exchanger that serves to cool the liquid. For the supply of heat, a heat medium circuit separate from the liquid circuit is provided, which comprises a heat medium container as well as the secondary sides of the already mentioned heat exchangers and a device that heats the heat transfer medium.
A similar system has become known from US 4,997,662 A. The liquid, again collected in a container, is pumped through a heat exchanger. The heating in this heat exchanger takes place in such a way that the incoming raw liquid in the first section is preheated by liquid that has already been sufficiently heated and has to be cooled again, and is then heated to the necessary temperature by a hot water circuit. The hot water circuit here only comprises an electrically heated reservoir, a section of the heat exchanger and a pump, which components are combined to form a closed ring in which the medium circulates.
In both of the known systems, the heating power of the device which heats the heat transfer medium, which according to DE 1 617 968 A is formed by a steam-operated heat exchanger and according to US 4 997 662 A, is formed by an electric heating element, but alternatively also a gas od. oil flame or the like., regulated. Such a scheme should be very accurate and fast, such as this. B. is required in a pasteurizing system, this is very complex and expensive.
The object of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned at the outset with which a liquid can be heated in a simple manner precisely to a predefinable temperature.
This is achieved according to the invention in that the heating device is connected at its one end via the circulating pump to the first end of the heat exchanger and to a first and a second throttle valve, the first throttle valve being connected to the other end of the heating device and the second throttle valve via Another pump is connected to the second end of the heat exchanger, and that the first and the second throttle valve are connected to one another via a controllable valve arrangement.
In this way, a mixture of hot heat medium coming from the heating device and cooled heat medium coming from the heat exchanger can be fed to the heat exchanger. By choosing the mixing ratio, the temperature of this mixture and thus the temperature of the heated liquid can be set very precisely.
In a further development of the invention it can be provided that the controllable valve arrangement is formed by a parallel connection of n shut-off valves.
Shut-off valves of this type can be controlled easily, so that a system for controlling them can be constructed simply and therefore inexpensively.
In this connection it can be provided that the controllable valve arrangement is formed by a parallel connection of three shut-off valves.
With this small number of shut-off valves, a relatively good control accuracy that meets most requirements can already be achieved.
Furthermore, it can be provided that the controllable valve arrangement or the shut-off valves can be actuated electromagnetically.
Such valves are less prone to failure and can be controlled in a particularly simple manner.
Another feature of the invention can be that the heat exchanger is formed by two tubes lying one inside the other, the liquid to be heated preferably being led through the inner tube and the heat transfer medium through the outer tube.
Such a heat exchanger can be constructed in a particularly space-saving manner. A particularly good heat transfer from the heat transfer medium to the liquid to be heated and thus an efficient use of the heat energy supplied is achieved.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawings. Show it :
1 shows a block diagram of a device according to the invention;
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FIG. 2 shows schematically an elevation of a pasteurizing system as an application example of a device according to the invention; 3a-d known heating devices operating by means of three-way valves;
Fig. 4 is a schematic representation of the average temperature profile of the heat transfer medium
Flow through the heat exchanger and
5 shows the representation according to FIG. 4, supplemented by the course of the thermal energy stored in the exchanger.
As can best be seen in FIG. 1, the heating device is formed from a heat exchanger 2, the heat medium circuit 1 of which essentially consists of a heating device 3 and a circulation pump 4. The heating device 3 is connected at its one end 31 to the first end 21 of the heat exchanger 2 via the circulation pump 4. Furthermore, the circulation pump 4 is connected to the other end 32 of the heating device 3 via a first throttle valve 5 and to the second end 22 of the heat exchanger 2 via a second throttle valve 6 and a further pump 7.
The two throttle valves 5 and 6 are connected to one another by a third controllable valve arrangement 8.
The circulation pump 4 has the task of reducing the temperature difference between the inlet 32 and outlet 31 of the heating device 3 via the throttle valve 5 and at the same time acts as a flow brake for the much stronger pump 7 in order to avoid a total network pressure overload.
The two throttle valves 5 and 6 can be actuated manually and are normally set so that a low throughput of heat transfer medium is possible as a result of the amount conveyed by the pump 4.
To explain the mode of operation, it is initially assumed that the valve arrangement 8 is completely open. The two pumps 4 and 7 are in operation and convey the heat transfer medium from the heating device 3 through the heat exchanger 2 and from there back to the heating device 3, so that the heat transfer medium and thus also the liquid 10 to be heated are constantly warmer while the heat generation 3 remains the same becomes.
If the temperature of the liquid 10 exceeds a certain preset value, the valve arrangement 8 is closed somewhat. As a result, the proportion of the heat transfer medium emerging from the heat exchanger 2, which is supplied for renewed heating, is now reduced, while the proportion of the heat transfer medium supplied unheated via the throttle valve 6 is again increased in the heat exchanger 2. The temperature of the heat carrier flowing through the heat exchanger 2 and thus that of the liquid to be heated can thus be regulated by specifying or changing the mixing ratio.
For the previously mentioned regulation of the temperature of a liquid to be heated 10. which has a constant flow rate. can also be used with one or more three-way valves. Some examples of this are shown in FIGS. 3a-d.
Particularly in the case of pasteurizing systems with variable mass throughput, as is particularly the case with small systems for the marketing of must, fruit juices, milk or the like, a particularly fast and precisely working control concept is required.
3a shows a simple three-way valve control with a pump. Only the heat flow is regulated here, the outlet temperature is very fluctuating.
With the three-way valve control with two pumps according to FIG. 3b, a smaller temperature difference is reached in the heating circuits, but the pressure and the amount of heat transfer medium also change in both sub-circuits. If the liquid to be heated is drawn unevenly, the control valve operates too slowly, heat flow and network pressure cannot be adjusted quickly enough.
In the variant according to FIG. 3c, both switching circuits - heat generator and exchanger - are regulated, however heat flow and pressure cannot be adjusted; the three-way valves override each other.
The last possibility according to FIG. 3d behaves like the variant according to FIG. 3b; In summary, all implementations with three-way valves are unsuitable for fulfilling the requirements of a pasteurizing system with variable dispensing quantities.
The invention, however, is particularly well suited for heating variable amounts of liquid, which is explained in more detail below.
It is assumed that the liquid 10 to be heated is already at the required temperature and its throughput through the heat exchanger 2 is reduced. The resulting lower flow velocity results in the liquid 10 overheating while the heat transfer from the heat transfer medium remains constant, whereupon — as already described — the valve arrangement 8 is closed somewhat. As a result, the heat flow but also the pressure in the section 9 is reduced. Since the pump 7 is much stronger than the pump 4, the heat carrier flow and the pressure through the throttle valve 6 and in the entire partial circuit heat exchanger 2-pump 7-throttle valve 6 increases, so that the
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Temperature difference in the heat exchanger 2 between the inlet 21 and outlet 22 is significantly reduced.
If the flow rate of the liquid 10 to be heated is further reduced, the valve arrangement 8 is closed even further, the temperature difference between the inlet 21 and outlet 22 at the heat exchanger 2 becomes even smaller. The closing of the valve arrangement 8 can result in the fact that it is completely closed, whereby two separate heat medium circuits are formed. In the first circuit formed by heat exchanger 2, pump 7 and throttle valve 6, the heat carrier cools continuously by heating the liquid 10, while in the other circuit formed by heating device 3, pump 4 and throttle valve 5 the heat transfer medium heats or at least at a constant temperature is held.
If the thermal energy stored in the first circuit is no longer sufficient to heat the liquid 10 to the preset temperature, valve arrangement 8 is opened again and energy transfer from heating device 3 to heat exchanger 2 is thus made possible again.
The valve arrangement 8 can be formed by a parallel connection of n, as shown in the drawing, for example, by a parallel connection of three shut-off valves 81. These shut-off valves 81 have only two switching states, namely fully open and completely closed. The function of a throttle valve with n switching states can be simulated by its parallel connection.
4 for the embodiment with three shut-off valves 81 schematically shows the temperature profile of the heat transfer medium when the heat exchanger 2 flows through it. Area A applies when all three shut-off valves 81 are open (large purchase quantity => large heat input required), low flow rate of the heat transfer medium and heat dissipation to the liquid 10 cause the temperature of the heat transfer medium to drop sharply (indicated by the distance between the surface boundaries a, b decreasing in the direction of flow). In the case of surface B, a shut-off valve 81 is closed, the temperature at the inlet 21 moves closer to the temperature at the outlet 22 (flow rate of the heat transfer medium higher, heat requirement of the liquid 10 lower).
The two remaining areas C and D represent the temperature profile with two or three closed shut-off valves 81.
Fig. 5 is essentially identical to Fig. 4, here the course of the energy pre-stored in the heat exchanger 2 is entered in the respective shut-off valve switch positions with dashed lines.
With the control according to the invention, not only is the heat carrier flow changed, but also the pipe network pressure in the partial circuits is rapidly increased or decreased, so that the average exchanger temperature shifts immediately with each valve switching and does not work sluggishly, as in the case of currently known controls.
The exchanger not only performs its exchange function, but also works as a temperature fluctuation damper. The results are particularly precise.
The heating of the heat transfer medium in the heating device 3 can be carried out using different devices, such as. B. electric heating coils, immersion heaters, or the like. A gas burner is particularly preferably used for this purpose, since on the one hand heat energy can be generated particularly effectively in this way and on the other hand it can be easily regulated. (e.g. using a two-point controller: small flame, large flame).
As an example of the use of a heating device according to the invention, FIG. 2 shows a system for pasteurizing liquids.
The essential components of the system are the heating device 30 and the cooling device 40. The liquid 10 to be pasteurized is conveyed by a pump 11 from a container 12 through the heat exchanger 2. This is formed by two nested pipes 23, 24, the liquid to be heated being conveyed through the inner pipe 23 and the heat transfer medium through the outer pipe 24.
When leaving the heat exchanger 2, the temperature of the liquid 10 is recorded. If this is below the preset value required for proper pasteurization, it is fed back into the container 12 via the discharge line 13 and heated again. Once the setpoint temperature has been reached, it is passed on through the cooling device 14 into a collecting container 15. Depending on the liquid temperature, the shut-off valves 81 are also actuated in the manner described above, so that the preset temperature of the liquid can be reached or maintained.
A series valve 82 is provided for each shut-off valve 81. The opening cross section of each pre-valve 82 can be changed manually, so that the amount of the heat transfer medium flowing through can be adjusted with the shut-off valve 81 fully open. However, these pre-valves 82 are not mandatory and, as in FIG. 1, can also be omitted.
All control elements, in particular the shut-off valves 81, are electromagnetically actuable and are operated by an electrical control unit. The heating device 30 is constructed in accordance with the invention, and generates the heat necessary for heating the heat transfer medium
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Combustion of gas.