Vorrichtung zum Entkeimen von flüssigen Nahrungsmitteln und Getränken. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entkeimen von flüssigen Nahrungs mitteln oder Getränken, bestehend aus einer Erhitzungseinrichtung, welche mindestens einen von der Flüssigkeit unter erhöhtem Druck durchströmten Kanal besitzt, dessen Wandung mindestens eine Einführöffnung für einen gas- oder dampfförmigen Wärme träger aufweist, wobei an den Kanal eine Entspannungseinrichtung zur schnellen Ab kühlung der Flüssigkeit unter Drucksenkung anschliesst.
Die Vorrichtung nach der Er findung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal durch ein einsatzloses Rohr gebildet wird, in dessen Wandung keine Öffnungen ausser den für die Einführung des Wärme trägers bestimmten vorhanden sind.
Zweckmässig ist der Kanal der Er hitzungseinrichtung so ausgebildet, dass er keine einspringenden )Vandungsteile und keine Ausbuchtungen aufweist. Der Kanal weist zweckmässig über seine ganze Länge eine solche Form auf, dass die Mittelpunkte der Krümmungsradien der Begrenzungs kurven der Querschnittsflächen ausnahmslos in das Kanalinnere fallen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung besitzt vorteilhaft eine Mehrzahl v an @Väim e träger-Einführöffnungen, welche in einer Schraubenlinie über mindestens ein Teilstück der Wandung des Kanals der Erhitzungsein- richtung verteilt sind. Zweckmässig weisen die- \V ärmeträger-Einführöffnungen rnit wach sender Entfernung von der Einmündungs- stelle der zu behandelnden Flüssigkeit in den Kanal der Erhitzungseinriehtung einen ab nehmenden Querschnitt auf. Die Kanal w andung besitzt am besten die Form eines Rotationskörpers.
Die Zufuhrkanäle für den Wärmeträger können derart gerichtet sein, dass die Eintrittsrichtung des Wärmeträgers in die Flüssigkeit jeweils einen spitzen Winkel mit der durch die Längsachse des Kanals und die entsprechende Einführöff- nung für den Wärmeträger bestimmten Ebene bildet. Mindestens ein Teil der den Strömungsweg des zugeführten Wärme trägers begrenzenden Organe der Er hitzungseinrichtung kann mit einem wärme isolierenden Material ausgekleidet sein.
In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsformen der erfindungsgemässen Vor richtung veranschaulicht.
Fig.1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Erhitzungseinrichtung, Fig.2 einen in Fig.1 durch die Linie A -A angedeuteten Querschnitt und Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Erhitzungseinrichtung nach Fig. 1, welche insbesondere für die Entkeimung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten ge eignet ist, besitzt einen geraden Kanal 1,. welcher über seine ganze Länge einen kon stanten kreisförmigen Durchflussquerschnitt für die zu behandelnde Flüssigkeit aufweist.
An der Eintrittsöffnung 2 der Erhitzungs- vorrichtung ist eine nicht gezeichnete An- schlussleitung befestigt, welche zur Speisung der Erhitzungseinrichtung mit der zu be handelnden Flüssigkeit dient. Zur Aufrecht erhaltung einer kontinuierlichen Strömung im Kanal 1 ist im Strömungsweg der Flüssig keit vor der Erhitzungseinrichtung ein nicht dargestelltes Förderorgan angeordnet. Es empfiehlt sich, die Flüssigkeit vorgängig der Erhitzung in der Erhitzungseinrichtung auf eine erhöhte Temperatur vorzuwärmen, bei spielsweise auf annähernd 100 C.
Der Kanal 1 ist durch einen rohrförmigen Körper 3 gebildet, welcher in seiner Aussenwand eine sich über ein Teilstück erstreckende Aus- sparung 4 aufweist. Der rohrförmige Körper 3 ist in ein Mantelrohr 5 eingeschoben. Die beiden Teile 3 und 5 sind aus korrosiorkks- festem Stahl hergestellt.
In der Innenfläche des Kanals 1. ist eine Reihe von Öffnungen 6 angeordnet, welche mit dem durch die Aussparung 4 gebildeten Hohlraum 7 zwischen dem rohrartigen Kör per 3 und dem Mantelrohr 5 durch Zufuhr kanäle 8 für den Wärmeträger verbunden sind. Am Mantelrohr 5 ist. ein Stutzen 19 angebracht, durch welchen Wasserdampf unter erhöhtem Druck in den Hohlraum 7 geleitet und durch die Kanäle 8 und die Öffnungen 6 weiter in die durch den Kanal 1 strömende Flüssigkeit eingeführt werden kann. Das Verhältnis der pro Zeiteinheit durch den Kanal strömenden Flüssigkeits menge zu der gleichzeitig eingeführten Dampfmenge kann durch nicht dargestellte Durchflussregelorgane beliebig eingestellt werden.
Damit lässt sich die für die Ent- keimung der verschiedenen zu behandelnden Flüssigkeiten erforderliche Temperatur leicht einstellen. Diese kann beispielsweise für die Behandlung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten 170-220 C betragen, wobei die Anwendung von Temperaturen über 200 C besondere Vorteile bietet. Die ein zelnen Dampfeinführöffnungen 6 sind in einer Schraubenlinie auf der Innenwand des Kanals 1 verteilt, was eine gleichmässige Er hitzung sämtlicher Flüssigkeitsteilchen ge währleistet. Die Zufuhrkanäle 8 für den Dampf sind in Strömungsrichtung der Flüs sigkeit geneigt.
Dadurch wird erreicht, dass der Wärmeträger eine in die Strömungs richtung fallende Strömungskomponente be sitzt, was wesentlich zur Erzielung einer gl.eichmässigenDurchflussgesch indigkeit der Flüssigkeit durch den Kanal 1 beiträgt.
Das Mantelrohr 5 ist an seinen beiden Enden ausgeweitet. In den dabei entstande nen Ringräumen sind zwei Stopfbüchsen 9 bzw. 9' angeordnet, welche ein Austreten des Dampfes aus dem Ringraum 7 verhindern.
Der rohrförmige Körper 3 trägt an seinem in der Zeichnung oben befindlichen Ende einen fest mit ihm verbundenen Flansch 10, dessen Bund 11 in die ringför mige Ausweitung des Mantelrohres 5 an der Stopfbüchsenpartie 9' hineinragt. Der Flansch 10 ist durch Zugschrauben 12 mit. einem auf der erwähnten ringförmigen Ausweitung des Mantelrohres 5 angeordneten Flansch 13 verbunden. Die von den Schrauben 12 ausgeübte Zugkraft zieht das auf den ring förmigen Körper 3 spielfrei aufgeschobene Mantelrohr nach oben; dabei wird das Dich tungsmaterial der Stopfbüchse 9' gegen den festen Bund 11 des Flansches 10 gepresst und verhindert das Entweichen von Dampf aus dem Hohlraum 7.
Am gegenüberliegen den Ende ist das Mantelrohr mit einem Flansch 14 versehen, welcher mittels Zug schrauben 15 mit einem lose auf den rohr- förmigen Körper 3 aufgeschobenen Flansch 16 verbunden ist. Dieser besitzt einen Bund 17, welcher in analoger W eise in die ring förmige Ausweitung des Mantelrohres 5 an der Stopfbüchsenpartie 9 hineinragt und deren Dichtungsmaterial zusammenpresst.
Die einzelnen Dampfeinführöffnungen 3 sind derart ausgebildet, dass sie mit wachsen der Entfernung von der Eintrittsöffnung 2 des Kanals 1 einen abnehmenden Durch flussquerschnitt und einen zunehmenden Ab stand voneinander aufweisen. Damit kann erreicht werden, dass trotz verminderter Tem peraturdifferenz zwischen Dampf und Flüs sigkeit mit wachsender Entfernung von der Eintrittsöffnung des Kanals 1 die durch die letzten Öffnungen eingeführten verminder ten Dampfmengen vollständig kondensieren, was wesentlich zur Erzielung einer konti nuierlichen Strömung der Flüssigkeit und damit zu einer gleichmässigen Erwärmung sämtlicher Flüssigkeitsteilchen beiträgt.
Der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt durch die Erhitzungsvorriehtung ist in Fig.1 durch die strichpunktierte Linie A-A angedeutet. Die Bezugszeichen haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1. Die Zuführkanäle 8 sind derart gerichtet, da.ss die Eintrittsrich tung des Dampfes in den Kanal 1 jeweils einen spitzen Winkel mit der durch die Längsachse des Kanals und die entspre chende Eintrittsöffnung bestimmten Ebene bildet.
Diese Anordnung gestattet, die kine tische Energie des eingeführten Dampfes zur Erteilung eines Drallimpulses an die ein zelnen Flüssigkeitsteilchen auszunützen, was die Turbulenz der Flüssigkeitsströmung er höht und damit ebenfalls zu einer gleich mässigen Erhitzung aller Flüssigkeitsteilchen beiträgt.
Die schnelle Drucksenkung erfolgt in einer an die Austrittsöffnung des Kanals 1 angeschlossenen, nicht dargestellten Ent spannungseinrichtung, in welcher die er hitzte Flüssigkeit auf Atmosphärendruck oder einen wenig darüber liegenden Druck entspannt wird. Durch Verwendung geeigne ter Vakuumeinrichtungen kann die Flüssig keit auch auf einen unterhalb des Atmosphä rendruckes liegenden Druck entspannt wer den. Dabei erfolgt eine schnelle Temperatur senkung auf den entsprechenden Siedepunkt, wobei gleichzeitig wieder Dampf entweicht.
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung wird zweckmässig so eingestellt, dass die Dauer der Wärmebehandlung durch Er hitzung bis zur Drucksenkung in der Ent spannungseinrichtung weniger als 1 Sekunde beträgt, was bei der erfindungsgemässen Vor richtung in der Regel auch zur Vernichtung der hitzeresistentesten Keime genügt.
Die geschilderte Formgebung des Kanals der Erhitzungseinrichtung gewährleistet eine gleichmässige Erhitzung sämtlicher Flüssig- keitsteilchen ohne nachteilige Veränderung der Eigenschaften der Flüssigkeit.
Die Ab wesenheit von Einsatzkörpern und von Ein sprüngen und Ausbuchtungen verhindert das Entstehen von Strömungsbereichen, in wel chen die Geschwindigkeit imd die Turbulenz der Flüssigkeit derart vermindert sind, dass einzelne Flüssigkeitsteilchen auf den Ober fläehen der Einsatzkörper zum Anbrennen neigen, und fördert eine gleichmässige Ge. sehwindigkeitsverteilung über den ganzen Durchfhissquerschnitt.
In gewissen Fällen empfiehlt es sich, durch Verwendung von Material verminder ten Wärmeleitvermögens den Wärmetransport von der Innenwand der Wärmeträger-Zuführ- kanäle an benachbarte metallische Teile, welche mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, zii vermindern. Fig. 3 zeigt im Quer schnitt eine derartige Ausführung, bei der die Zuführkanäle 8 und die den Hohlraum 7 be grenzende Oberfläche des ringförmigen Körpers 3 mit einem wärmeisolierenden Material 18 - beispielsweise keramisches Material - ausgekleidet sind.
Der Quer schnitt des Kanals der Erhitzungsvorrichtung kann rund, drei- oder mehreckig oder auch leicht gewellt geformt sein.
Device for sterilizing liquid food and beverages. The invention relates to a device for sterilizing liquid food or beverages, consisting of a heating device which has at least one channel through which the liquid flows under increased pressure, the wall of which has at least one inlet opening for a gaseous or vaporous heat carrier Channel connects to a relaxation device for rapid cooling of the liquid while lowering the pressure.
The device according to the invention is characterized in that the channel is formed by an insert-free tube, in the wall of which there are no openings other than those intended for the introduction of the heat carrier.
The channel of the heating device is expediently designed so that it has no protruding wall parts and no bulges. The channel expediently has a shape over its entire length such that the center points of the radii of curvature of the limiting curves of the cross-sectional areas fall without exception into the interior of the channel.
The device according to the invention advantageously has a plurality of carrier insertion openings which are distributed in a helical line over at least a portion of the wall of the duct of the heating device. The cross-section of the carrier-carrier introduction openings expediently decreases with increasing distance from the point where the liquid to be treated flows into the channel of the heating unit. The channel wall is best in the form of a solid of revolution.
The supply channels for the heat carrier can be directed in such a way that the direction of entry of the heat carrier into the liquid forms an acute angle with the plane defined by the longitudinal axis of the channel and the corresponding insertion opening for the heat carrier. At least some of the organs of the heating device that limit the flow path of the supplied heat can be lined with a heat-insulating material.
In the drawing, some embodiments of the inventive device are illustrated approximately.
FIG. 1 shows a longitudinal section through a heating device, FIG. 2 shows a cross section indicated in FIG. 1 by the line A-A, and FIG. 3 shows a cross section through a further embodiment of the invention. The heating device according to FIG. 1, which is particularly suitable for sterilizing milk and liquids containing milk, has a straight channel 1. which has a constant circular flow cross-section for the liquid to be treated over its entire length.
A connection line, not shown, is attached to the inlet opening 2 of the heating device and serves to supply the heating device with the liquid to be treated. To maintain a continuous flow in the channel 1, a conveying member, not shown, is arranged in the flow path of the liquid in front of the heating device. It is advisable to preheat the liquid to an elevated temperature in the heating device before it is heated, for example to approximately 100 C.
The channel 1 is formed by a tubular body 3 which has a recess 4 extending over a section in its outer wall. The tubular body 3 is pushed into a jacket tube 5. The two parts 3 and 5 are made of corrosion-resistant steel.
In the inner surface of the channel 1. a number of openings 6 is arranged, which are connected to the cavity 7 formed by the recess 4 between the tubular Kör by 3 and the jacket tube 5 by supply channels 8 for the heat carrier. On the jacket pipe 5 is. a nozzle 19 is attached through which water vapor can be passed under increased pressure into the cavity 7 and through the channels 8 and the openings 6 can be introduced further into the liquid flowing through the channel 1. The ratio of the amount of liquid flowing through the channel per unit of time to the amount of steam introduced at the same time can be set as desired by flow regulating elements (not shown).
This makes it easy to set the temperature required for sterilizing the various liquids to be treated. For example, for the treatment of milk and milk-containing liquids, this can be 170-220 C, the use of temperatures above 200 C offering particular advantages. The individual vapor inlet openings 6 are distributed in a helical line on the inner wall of the channel 1, which ensures uniform heating of all liquid particles. The supply channels 8 for the steam are inclined in the flow direction of the liq fluid.
This ensures that the heat transfer medium has a flow component falling in the direction of flow, which makes a significant contribution to achieving an even flow rate of the liquid through channel 1.
The jacket tube 5 is widened at both ends. Two stuffing boxes 9 and 9 ', which prevent the steam from escaping from the annular space 7, are arranged in the annular spaces created in the process.
The tubular body 3 carries at its end located at the top in the drawing a flange 10 firmly connected to it, the collar 11 of which protrudes into the ringför-shaped expansion of the casing tube 5 at the stuffing box section 9 '. The flange 10 is connected by tension screws 12. a flange 13 arranged on the aforementioned annular expansion of the jacket tube 5. The tensile force exerted by the screws 12 pulls the casing tube pushed onto the ring-shaped body 3 without play upwards; In the process, the sealing material of the stuffing box 9 ′ is pressed against the fixed collar 11 of the flange 10 and prevents steam from escaping from the cavity 7.
At the opposite end, the casing tube is provided with a flange 14 which is connected by means of tension screws 15 to a flange 16 loosely pushed onto the tubular body 3. This has a collar 17 which protrudes in an analogous manner into the ring-shaped expansion of the jacket tube 5 on the stuffing box section 9 and compresses the sealing material.
The individual steam introduction openings 3 are designed in such a way that as the distance from the inlet opening 2 of the channel 1 increases, they have a decreasing flow cross-section and an increasing distance from one another. In this way it can be achieved that, despite the reduced temperature difference between steam and liquid, with increasing distance from the inlet opening of the channel 1, the reduced amounts of steam introduced through the last openings condense completely, which is essential to achieve a continuous flow of the liquid and thus to a uniform heating of all liquid particles contributes.
The cross section through the heating device shown in FIG. 2 is indicated in FIG. 1 by the dash-dotted line A-A. The reference symbols have the same meaning as in FIG. 1. The feed channels 8 are directed such that the direction of entry of the steam into the channel 1 forms an acute angle with the plane defined by the longitudinal axis of the channel and the corresponding inlet opening.
This arrangement allows the kinetic energy of the introduced vapor to be used to issue a swirl pulse to the individual liquid particles, which increases the turbulence of the liquid flow and thus also contributes to uniform heating of all liquid particles.
The rapid pressure reduction takes place in a connected to the outlet opening of the channel 1, Ent voltage device, not shown, in which he heated liquid is relaxed to atmospheric pressure or a little above pressure. By using suitable vacuum devices, the liquid can also be relaxed to a pressure below atmospheric pressure. The temperature drops rapidly to the corresponding boiling point, with steam escaping again at the same time.
The speed of the liquid flow is expediently set so that the duration of the heat treatment by heating up to the pressure drop in the relaxation device is less than 1 second, which in the device according to the invention is usually sufficient to destroy the most heat-resistant germs.
The described shape of the channel of the heating device ensures uniform heating of all the liquid particles without any disadvantageous change in the properties of the liquid.
The absence of inserts and indentations and bulges prevents the creation of flow areas in which the speed and turbulence of the liquid are reduced to such an extent that individual liquid particles tend to burn on the surface of the inserts, and promotes a uniform surface. Speed distribution over the entire cross section.
In certain cases it is advisable to reduce the heat transport from the inner wall of the heat carrier supply ducts to neighboring metallic parts which come into contact with the liquid by using material with reduced thermal conductivity. Fig. 3 shows in cross-section such an embodiment in which the feed channels 8 and the surface of the annular body 3 bordering the cavity 7 be with a heat insulating material 18 - for example ceramic material - are lined.
The cross-section of the channel of the heating device can be round, triangular, polygonal or slightly corrugated.