DE102004012607A1

DE102004012607A1 - Vorrichtung und Verfahren zur thermischen Behandlung einer Süßwarenmasse

Info

Publication number: DE102004012607A1
Application number: DE200410012607
Authority: DE
Inventors: Reinhard Mergelsberg; José de Vilchez
Original assignee: Kloeckner Haensel Processing GmbH
Current assignee: Kloeckner Haensel Processing GmbH
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-13
Also published as: DE102004012607B4

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen hat ein Mantelrohr (10) und einen axial angeordneten Zentralzylinder (20), der sich über den größten Teil der Länge des Mantelrohrs (10) erstreckt. Der Zentralzylinder (20) wird an seinem einen ende von der ersten Abschlussplatte (15) und an seinem gegenüberliegenden Ende von der zweiten Abschlussplatte (16) überdeckt, die sich jeweils bis zum Mantelrohr (10) erstreckt. Wärmeleitrohre (30) treten parallel zur Achse des Mantelrohres (10) durch die erste und zweite Abschlussplatte (15, 16). Die erste Abschlusshaube (17) überdeckt die erste Abschlussplatte (15) und ermöglicht die Zufuhr von Wärmeträgerfluid zu jedem der Wärmeleitrohre (30). Am gegenüberliegenden Ende des Mantelrohrs (10) treten die Wärmeleitrohre (30) durch die zweite Abschlussplatte (16) und ermöglichen die Ableitung des Wärmeträgerfluids zwischen der zweiten Abschlussplatte (16) und der zweiten Abschlusshaube (18). Das Arbeitsvolumen wird durch das wendelförmige Strömungsleitelement (40) mit der Wendelhöhe (41) zu einem wendelförmigen Kanal geformt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmasse, insbesondere Bonbonmasse auf Basis von Saccharose, wahlweise mit einem Anteil an Glucose und/oder Glucosesirup, oder von Zuckeraustauschstoffen, von Fondant, Gelee oder anderer Süßwarenmasse. In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei Verwendung der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmasse zur Erwärmung dieser, beispielsweise beim Kochen von Hart- oder Weichbonbonmasse, wird die Vorrichtung gemeinhin auch als Kocher bezeichnet.
Mit Bezug auf die thermische Behandlung von Bonbonmassen auf Basis von Zucker oder Zuckeraustauschstoffen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Kochen einer eingesetzten wässrigen Lösung von Zucker und/oder Zuckeraustauschstoffen, wobei eine Ausgangslösung von 20 bis 80 °C kontinuierlich auf etwa 100 bis 150 °C erwärmt wird. Zur Verminderung der erforderlichen Maximaltemperatur kann ein Vakuum am Auslauf des Kochers angelegt sein, sodass Wasserdampf bei niedrigerer Temperatur als unter Umgebungsdruck als sogenannte Brüden abgezogen wird, um den Gehalt an Trockensubstanz auf die erforderliche Höhe von etwa 90% bis auf mehr als 99% zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur thermischen Behandlung, d.h. Erwärmung oder Kühlung temperaturempfindlicher Süßwarenmassen, bei denen ein großer Temperaturgradient innerhalb der Vorrichtung zu unerwünschten Veränderungen der Masse führen würde. Derartige unerwünschte Veränderungen durch einen großen Temperaturgradienten können beispielsweise das Ausfrieren von Bestandteilen einer Süßwarenmasse oder deren Phasentrennung beim Kühlen sein oder kann die thermische Zersetzung oder Veränderung, wie beispielsweise eine Saccharose-Inversion beim Erwärmen sein.

Aus der US 4 724 754 ist ein Rohrbündelwärmetauscher zur Kochung von Hartbonbonmassen bekannt, bei dem Heizmedium durch ein Rohrbündel geführt wird und die zu erwärmende Bonbonmasse im Gegenstrom außen um das Rohrbündel geführt wird. Dabei wird die Bonbonmasse durch senkrecht zum Rohrbündel angeordnete Umlenkbleche so zwangsgeführt, dass die Bonbonmasse stufenweise Abschnitte des Rohrbündels umströmt. Dies wird dadurch erreicht, dass die aufeinander folgenden Umlenkbleche an jeweils gegenüberliegenden Seiten eine Aussparung aufweisen, die den einzig möglichen Strömungsweg für die Bonbonmasse darstellt, die Umlenkbleche zu umströmen.

Aus der EP 1 266 576 A2 ist ein Kocher für Zuckerwaren bekannt, bei dem ähnlich der US 4 724 754 Umlenkbleche die zu behandelnde Masse in einem Rohrbündelwärmetauscher so führen, dass die Masse das Rohrbündel abschnittsweise in Stufen umströmt. Entsprechend weisen die aufeinander folgenden Umlenkbleche jeweils gegenüberliegende Ausnehmungen auf, um die Masse stufenweise um das Rohrbündel herum zu führen. Optional werden Verstellsegmente erwähnt, die so beweglich angeordnet sind, dass die Ausnehmungen in den Umlenkblechen verändert werden können, um das Strömungsverhalten der Masse zu beeinflussen.

An diesen bekannten Rohrbündelwärmetauschern zur Behandlung von Bonbonmassen ist nachteilig, dass die Masse das Rohrbündel stufenweise umströmt.

Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen bereit, mit der eine stufenweise Erwärmung vermieden wird, indem eine gleichmäßigere Anströmung des Rohrbündels realisiert wird, und in der Folge ein niedrigerer Temperaturgradient zwischen der Außenseite des Rohrbündels, das das Wärmeträgerfluid führt, und der zu behandelnden Süßwarenmasse eingestellt wird. Daher eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das damit ausgeführte erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Erwärmung oder Kühlung temperaturempfindlicher Süßwarenmassen.

Zusammenfassend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen ein Mantelrohr und einen axial darin angeordneten Zentralzylinder auf, der sich über die Länge des Mantelrohrs erstreckt. Der Zentralzylinder wird an seinem einen Ende von einer ersten Abschlussplatte und an seinem gegenüberliegenden Ende von einer zweiten Abschlussplatte überdeckt, die sich jeweils bis zum Mantelrohr erstreckt. Die Wärmeleitrohre treten parallel zur Achse des Mantelrohrs durch die erste und zweite Abschlussplatte. Eine erste Abschlusshaube überdeckt die erste Abschlussplatte und ermöglicht die Zufuhr von Wärmeträgerfluid zu jedem der Wärmeleitrohre. Am gegenüberliegenden Ende des Mantelrohrs treten die Wärmeleitrohre durch die zweite Abschlussplatte und ermöglichen die Ableitung des Wärmeträgerfluids zwischen der zweiten Abschlussplatte und einer zweiten Abschlusshaube. Das Arbeitsvolumen wird durch das wendelförmige Strömungsleitelement mit der Wendelhöhe zu einem wendelförmigen Kanal geformt, durch den die Süßwarenmasse ohne abrupte Umlenkung stetig hindurchströmen kann und dabei erwärmt oder gekühlt wird. Das Arbeitsvolumen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt mit der Strömungsgeschwindigkeit die mittlere Verweilzeit der Süßwarenmasse, d.h. die Dauer der thermischen Behandlung. Die Querschnittsfläche des wendelförmigen Kanals bestimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Süßwarenmasse darin.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen im Gegenstrom oder Gleichstrom von Süßwarenmasse und Wärmeträgerfluid eingesetzt werden. Im Gegenstrom ist es bevorzugt, dass die Süßwarenmasse unten in die vertikal angeordnete Vorrichtung eintritt und das Wärmeträgermittel oben in die Vorrichtung eintritt, beim Gleichstrom ist es bevorzugt, dass sowohl Süßwarenmasse als auch Wärmeträgerfluid unten eintreten.

Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung so zu betreiben, dass die zu behandelnde Süßwarenmasse durch die als Wärmeleitrohre bezeichneten Rohrleitungen geführt wird und das Wärmeträgerfluid außen um die sogenannten Wärmeleitrohre durch das wendelförmige Arbeitsvolumen geführt wird. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Süßwarenmasse durch das wendelförmige Arbeitsvolumen strömt und das Wärmeträgerfluid im Gegenstrom durch die Wärmeleitrohre geführt wird. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung einer Süßwarenmasse eingesetzt wird, ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung vertikal angeordnet ist, die Süßwarenmasse von unten eintritt und oben austritt, während das Wärmeträgerfluid von oben nach unten durch die Wärmeleitrohre geführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen und das mit ihr ausgeführte Verfahren zeichnen sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass die zu behandelnde Süßwarenmasse stetig, d.h. ohne abrupte Richtungsänderung durch die Vorrichtung geführt wird und die besondere Führung der Süßwarenmasse mittels des wendelförmigen Strömungsleitelements einen niedrigen Temperaturgradienten zwischen Süßwarenmasse und Wärmeleitrohren entstehen lässt, sodass eine gleichmäßige und schonende thermische Behandlung der Süßwarenmasse ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen hat weiterhin zum Vorteil, dass die zu behandelnde Süßwarenmasse stetig durch die Vorrichtung strömen kann. Stetig bedeutet in diesem Zusammenhang eine Durchströmung mit konstanter mittlerer Massen-Geschwindigkeit über die gesamte Länge der Passage durch den Strömungsweg der Vorrichtung, oder in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Durchströmung der Vorrichtung mit einer nicht konstanten mittleren Massen-Geschwindigkeit, was durch eine bereichsweise Veränderung des Strömungsweges erzielt wird, um eine bereichsweise abweichende Massen-Geschwindigkeit zu erreichen.

Die Durchströmung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit konstanter mittlerer Massen-Geschwindigkeit wird dadurch erreicht, dass die Steigung des wendelförmigen Strömungsleitelements konstant ist, was beispielsweise für Süßwarenmassen vorteilhaft ist, die bei der thermischen Behandlung keine Volumenänderung durchlaufen, wie beispielsweise die Erwärmung einer Zuckerlösung bis zu einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur.

Als weiteres Beispiel für die Durchströmung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Süßwarenmasse bei konstanter mittlerer Massen-Geschwindigkeit, deren Volumen bei der thermischen Behandlung nicht konstant bleibt, kann die Erwärmung einer Zuckerlösung auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes entsprechend dem auf Seiten der Auslauföffnung eingestellten Druck genannt werden. In diesem Falle tritt eine Volumenerhöhung durch Bildung von Brüden nach Erreichen der jeweiligen Siedetemperatur auf und die konstante mittlere Massen-Geschwindigkeit kann dadurch beibehalten werden, dass die Steigung des wendelförmigen Strömungsleitelements erhöht wird.

Als Beispiel für die Durchströmung mit nicht konstanter mittlerer Massen-Geschwindigkeit durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Erwärmung einer Zuckerlösung bis zu einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur, d.h. einer Süßwarenmasse ohne wesentliche Volumenveränderung infolge der thermischen Behandlung genannt werden. In diesem Falle kann die Durchströmung mit nicht konstanter mittlerer Strömungs- Massen-Geschwindigkeit dadurch erreicht werden, dass die Steigung des wendelförmigen Strömungsleitelements ebenfalls nicht konstant ist.

Als ein Beispiel für die Durchströmung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Süßwarenmasse bei nicht konstanter mittlerer Massen-Geschwindigkeit kann ebenfalls die Durchströmung mit einer Süßwarenmasse genannt werden, deren Volumen sich mit der thermischen Behandlung ändert, wie beispielsweise die Erwärmung einer Zuckerlösung auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunkts, sodass sich das Volumen durch Bildung von Brüden jenseits der Siedetemperatur erhöht. In diesem Falle führt eine konstante Steigung das wendelförmigen Strömungsleitelements dazu, dass sich die Volumenänderung infolge der thermischen Behandlung unmittelbar auf die Strömungsgeschwindigkeit auswirkt und die mittlere Massen-Geschwindigkeit nicht konstant bleibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen weist ein Mantelrohr mit einer Innenseite und einer Außenseite auf, das einen kreisförmigen Querschnitt hat und einen zentral axial in dem Mantelrohr angeordneten Zentralzylinder. Das Mantelrohr und der Zentralzylinder werden durch eine erste und zweite voneinander beabstandete Abschlussplatte, die jeweils senkrecht zur gemeinsamen Achse von Mantelrohr und Zentralzylinder angeordnet ist, verschlossen. Im wesentlichen parallel zur Achse von Zentralzylinder und Mantelrohr treten Wärmeleitrohre durch die erste und zweite Abschlussplatte durch den ringförmigen Raum, der zwischen Zentralzylinder und Innenseite des Mantelrohrs gebildet wird. Die Wärmeleitrohre bilden zusammen ein Rohrbündel und führen im Betrieb ein Wärmeträgerfluid.

Der Zentralzylinder dient zur Verdrängung eines Teils des Raumes, der von der Innenseite des Mantelrohrs zwischen der ersten und zweiten Abschlussplatte gebildet wird, sodass ein ringförmiger Raum entsteht. Der Zentralzylinder grenzt mit seinen Enden jeweils an eine der Abschlussplatten an und ist mit diesen dicht verbunden, um das Eindringen von Süßwarenmasse zu verhüten. Der Innenraum des Zentralzylinders ist auch gegenüber den Wärmeleitrohren verschlossen, sodass kein Wärmeträgerfluid durch den Zentralzylinder treten kann. Im einfachsten Falle wird dies dadurch erreicht, dass die erste und zweite Abschlussplatte den Innenraum des Zentralzylinders abschließen, beispielsweise dadurch, dass der Zentralzylinder auf die erste und zweite Abschlussplatte aufgeschweißt ist.

Das Arbeitsvolumen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von den ringförmigen Raum zwischen Innenseite des Mantelrohrs und Zentralzylinder abzüglich der von dem Rohrbündel und dem Strömungsleitelement eingenommenen Volumina gebildet. Dieses Arbeitsvolumen wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch nur ein einziges wendelförmiges Strömungsleitelement unterteilt, das senkrecht auf Zentralzylinder und Innenseite des Mantelrohrs steht und wendelförmig, wie beispielsweise in Form einer Wendeltreppe ohne Stufen, das Arbeitsvolumen zu einem wendelförmigen Strömungsweg formt. Das wendelförmige Strömungsleitelement ist nach Art eines ringförmigen Bandes mit seinem größeren Radius mit der Innenseite des Mantelrohrs verbunden und mit seinem kleineren Radius mit dem Zentralzylinder. Die Wärmeleitrohre treten durch Öffnungen des wendelförmigen Strömungsleitelements hindurch und sind mit diesem im wesentlichen strömungsdicht verbunden.

Die Durchtrittsöffnungen des wendelförmigen Strömungsleitelements für die Wärmeleitrohre können sich formschlüssig um die Wärmeleitrohre legen und mit diesen, beispielsweise durch Schweißen, verbunden sein oder einen Ringspalt um das Wärmeleitrohr bilden. Ein solcher Ringspalt, der oval oder kreisförmig ist, kann im Zusammenhang mit der Erfindung als im wesentlichen strömungsdicht gelten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die thermisch zu behandelnde Süßwarenmasse eine so große Viskosität aufweist, dass sie durch den Ringspalt, der zwischen Wärmeleitrohr und wendelförmigen Strömungsleitelement gebildet wird, nicht oder in zu vernachlässigendem Ausmaß hindurchtritt. Dies ist der Fall, wenn das Verhältnis des Durchmessers der Wärmeleitrohre zu dem Durchmesser der Wärmeleitrohr-Durchführungen durch das wendelförmige Strömungsleitelement größer ist als 0,8, bevorzugt größer als 0,95, noch bevorzugter größer als 0,99.

Die Wärmeleitrohre treten durch die erste und zweite Abschlussplatte hindurch und sind dort zur Durchleitung des Wärmeträgerfluids offen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die erste und zweite Abschlussplatte jeweils von einer Abschlusshaube überdeckt werden, durch deren Stutzen Wärmeträgerfluid auf der einen Seite zugeführt und auf der anderen Seite abgeführt werden kann. Es ist auch möglich, einzelne Wärmeleitrohre oder Gruppen von Wärmeleitrohren mit einem Verteiler zu verbinden, sodass die Wärmeleitrohre einzeln oder in Gruppen gesteuert mit Wärmeträgerfluid durchströmt werden können.

Die Wärmeleitrohre können gleichmäßig über die Querschnittsfläche der Abschlussplatten mit Ausnahme des Bereichs verteilt sein, der vom Zentralzylinder abgedeckt wird. Die Wärmeleitrohre können beispielsweise auf konzentrischen Kreisen zwischen Zentralzylinder und Mantelrohr gleichmäßig beabstandet angeordnet sein. Alternativ können die Wärmeleitrohre auf konzentrischen Kreisen zwischen Zentralzylinder und Mantelrohr so angeordnet sein, dass auf jedem Kreis gleiche Abstände der Wärmeleitrohre gegeben sind, mit zunehmendem Durchmesser des Kreises die Abstände zwischen den einzelnen Wärmeleitrohren jedoch zu- oder abnehmen. Es ist bevorzugt, dass die Wärmeleitrohre in flächenmäßig dichter Packung angeordnet sind, wie dies mit Bezug auf die Figuren dargestellt ist. Die unterschiedliche Anordnung der Wärmeleitrohre, die das Rohrbündel bilden, ermöglicht, das Volumen und die Geometrie des Arbeitsvolumens und den Strömungswiderstand innerhalb des Arbeitsvolumens gezielt zu beeinflussen. Es ist insbesondere bevorzugt, die Wärmeleitrohre so anzuordnen, dass die Strömung innerhalb des Arbeitsvolumens so beeinflusst wird, dass die Rate der Temperaturerhöhung oder -erniedrigung im Wesentlichen über den Radius des Arbeitsvolumens gleich ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Wärmeleitrohre auf konzentrischen Kreisen zwischen Zentralzylinder und Mantelrohr angeordnet sind und jeweils den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Bevorzugt werden die Wärmeleitrohre in flächenmäßig dichter Packung angeordnet; bevorzugt ist auch ein Verhältnis des Abstands der Wärmeleitrohre zu deren Außendurchmesser von 0,4 bis 0,6, bevorzugter von 0,5.

Alternativ lassen sich zur Beeinflussung der Wärmeübertragung auch Wärmeleitrohre verschiedenen Außendurchmessers oder gleichen Außendurchmessers mit verschiedener Wandstärke abhängig von ihrer radialen Position zwischen Zentralzylinder und Mantelrohr einsetzen.

Für die Durchleitung der thermisch zu behandelnden Süßwarenmasse weist die erfindungsgemäße Vorrichtung noch mindestens jeweils eine Öffnung in dem Bereich der ersten bzw. zweiten Abschlussplatte auf, wo das wendelförmige Strömungsleitelement an die jeweilige Abschlussplatte angrenzt, um eine Auslauföffnung und eine Zulauföffnung für die zu behandelnde Süßwarenmasse zu bilden. Die Zulauf- bzw. Auslauföffnung ist in dem Mantelrohr angrenzend an den Bereich angeordnet, wo das wendelförmige Strömungsleitelement an die jeweilige Abschlussplatte angrenzt. Vorzugsweise ist das wendelförmige Strömungsleitelement in dem Bereich, wo es an eine Abschlussplatte angrenzt, so geformt, dass durch die Anordnung der Zulauf- bzw. Auslauföffnung im Mantelrohr keine Bereiche entstehen, wo die Süßwarenmasse eine gegenüber der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit in der Vorrichtung wesentlich abweichende Strömungsgeschwindigkeit hat, d.h. dass keine Bereiche mit verengtem Querschnitt oder Toträume mit unkontrolliert langer Verweilzeit entstehen.

Das wendelförmige Strömungsleitelement endet bei gleichbleibender oder größerer Steigung in einer Verbindung mit der jeweils endständig angeordneten Abschlußplatte. In bevorzugter Ausführung ist das wendelförmige Strömungsleitelement im Bereich angrenzend an die Abschlußplatten jeweils auf diese zu gebogen, um den ersten Umlauf des wendelförmigen Arbeitsvolumens an der Abschlußplatte beginnen zu lassen. Weiterhin dient diese Biegung des Strömungsleitelements in Richtung auf die jeweilige Abschlußplatte dazu, einen ausreichenden Abstand zwischen dem Beginn der Steigung des Strömungsleitelements und der Abschlußplatte herzustellen, so dass Süßwarenmasse ungehindert durch die in diesem Bereich angeordneten Einlauf- bzw. Auslauföffnungen strömen kann. Besonders bevorzugt ist eine Biegung des Strömungsleitelements auf die jeweilige Abschlußplatte so, dass es die Biegung die Rohrwandung der Einlauf- bzw. Auslauföffnung anteilig weiterführt. Weiterhin ist bevorzugt, dass die der Einlauf- bzw. Auslauföffnung abgewandte Seite des Strömungsleitelements aufgefüllt wird, um nicht durchströmte Bereiche zu verhindern. Ein solcher aufgefüllter Bereich führt auch auf der der Einlauf- bzw. Auslauföffnung abgewandten Seite des Strömungsleitelements dessen Steigung in dem Bereich fort, wo das Strömungsleitelement die Biegung in Richtung auf die angrenzende Abschlußplatte aufweist.

Zusätzlich zur Zulauf- und Auslauföffnung können weitere Zulaufstutzen durch das Mantelrohr treten, um der Süßwarenmasse während der thermischen Behandlung weitere Bestandteile hinzuzufügen.

Das wendelförmige Strömungsleitelement bildet mindestens einen vollständigen Umlauf vorzugsweise 3, 4, 5, 6, 7 bis 12 oder mehr Umläufe. Dabei können auch anteilige Umläufe von weniger als 360° auftreten, um die Zulauföffnung und Auslauföffnung gegenüberliegend, übereinander liegend oder versetzt am Radius des Mantelrohrs anzuordnen.

Die Steigung des wendelförmigen Strömungsleitelements kann variieren, beispielsweise aus Richtung der Zulauföffnung zur Auslauföffnung zu- oder abnehmen, um eine schnellere Umströmung der Wärmeleitrohre bei einer Erwärmung der Süßwarenmasse zu erreichen, um deren Volumen- oder Viskositätsänderung auszugleichen. Eine solche Viskositätsänderung ist beispielsweise eine Viskositätserhöhung, die in Richtung auf die Auslauföffnung durch Wasserverlust, d.h. Abdampfen von Brüden entsteht, insbesondere bei Einwirkung eines Vakuums von Seiten der Auslauföffnung. Eine solche Viskositätserhöhung kann durch Veränderung der Steigung des wendelförmigen Strömungsleitelements ausgeglichen werden. In der bevorzugten Ausführungsform weist das wendelförmige Strömungsleitelement jedoch über die Länge des Mantelrohrs die gleiche Steigung auf, sodass einzelne Abschnitte des wendelförmigen Strömungsleitelements, beispielsweise ganze, halbe oder viertel Umläufe identisch hergestellt werden können und beim Zusammenbau aneinander gefügt werden, um die Durchtrittsöffnungen für die Wärmeleitrohre in einer Linie parallel zur Achse von Zentralzylinder und Mantelrohr auszurichten.

Es kann ebenfalls vorgesehen sein, die Wendelhöhe bzw. die Steigung des wendelförmigen Strömungsleitelements abschnittsweise unterschiedlich auszuführen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Temperaturen der Süßwarenmasse verändert werden soll, um beispielsweise auftretenden Phasentrennungen entgegenzuwirken oder Volumen- oder Viskositätsänderungen auszugleichen.

Das Mantelrohr weist bevorzugt eine Geometrie auf, bei der das Verhältnis von Innendurchmesser des Mantelrohrs zu dessen Länge ca. 0,4 bis 0,6, bevorzugter kleiner oder gleich 0,5 beträgt.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der Figuren beispielhaft beschrieben.
Dabei zeigen im einzelnen
1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2a–e schematisch die Anordnung der Wärmeleitrohre 30 in den Abschlußplatten 15, 16.
Genaue Beschreibung der Figuren:
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen mit einem Mantelrohr 10 mit einer Innenseite 11 und einer Außenseite 12 und einem axial angeordneten Zentralzylinder 20, der sich über die gesamte Länge des Mantelrohrs 10 erstreckt. Der Zentralzylinder 20 weist den Außendurchmesser D1 auf. Der Zentralzylinder 20 wird an seinem einen Ende von der ersten Abschlussplatte 15 und an seinem gegenüberliegenden Ende von der zweiten Abschlussplatte 16 abgeschlossen, die sich jeweils bis zum Mantelrohr 10 erstrecken. Die erste und zweite Abschlussplatte 15, 16 ist jeweils senkrecht zur Achse des Mantelrohrs 10 bzw. der identischen Achse des Zentralzylinders 20 ausgerichtet und schließt dicht mit der Innenseite 11 des Mantelrohrs 10 ab. Die Wärmeleitrohre 30 treten parallel zur Achse des Mantelrohrs 10 durch die erste und zweite Abschlussplatte 15, 16 und sind nur außerhalb des Arbeitsvolumens, d.h. in Richtung auf die Abschlußhaube 17 bzw. 18 offen. Die erste Abschlusshaube 17 überdeckt die erste Abschlussplatte 15 und ermöglicht die Zufuhr von Wärmeträgerfluid zu jedem der Wärmeleitrohre 30. Am gegenüberliegenden Ende des Mantelrohrs 10 treten die Wärmeleitrohre 30 durch die zweite Abschlussplatte 16 und ermöglichen die Ableitung des Wärmeträgerfluids zwischen der zweiten Abschlussplatte 16 und der zweiten Abschlusshaube 18. Das Arbeitsvolumen wird von der Innenseite 11 des Mantelrohrs 10 und dem Zentralzylinder 20, der den Außendurchmesser D1 aufweist, abzüglich der von den Wärmeleitrohren 30 und von dem wendelförmigen Strömungsleitelement 40 verdrängten Volumina zwischen der ersten Abschlussplatte 15 und der zweiten Abschlussplatte 16 begrenzt. Dieses Arbeitsvolumen wird durch das wendelförmige Strömungsleitelement 40 mit der Wendelhöhe 41 zu einem wendelförmigen Kanal geformt.
Die Zulauföffnung 13 und die Auslauföffnung 14 sind hier als Rohrstutzen dargestellt, die von dem Mantelrohr 10 abgehen. Die Zulauföffnung 13 und die Auslauföffnung 14 liegen radial zum Mantelrohr einander gegenüber. Aus zeichnerischen Gründen sind nur wenige Wärmeleitrohre 30 dargestellt.
Im Bereich der Einlauföffnung 13 ist das wendelförmige Strömungsleitelement 40 so auf die Abschlußplatte 16 zu gebogen und mit dieser verbunden, dass die Rohrwandung der Einlaufs bereichsweise von dem Strömungsleitelement 40 fortgesetzt wird. Auf diese Weise wird ein Einlaufbereich geschaffen, in dem der Abstand der regelmäßigen Steigung des Strömungsleitelements von der Abschlußplatte etwa gleich dem Innendurchmesser der Einlauföffnung ist. Der Bereich des Strömungsleitelements an der Auslauföffnung 14 ist mit einer solchen spiegelverkehrten Biegung mit der Abschlußplatte 15 verbunden.
Die 2a–e zeigen auschnittsweise verschiedene mögliche Anordnungen der Wärmeleitrohre 30 in einer Aufsicht auf eine der identischen Abschlussplatten 13 bzw. 14. In 2a und 2b sind die Wärmeleitrohre 30 regelmäßig auf den Schnittpunkten rechtwinklig aufeinander stehender Linien gleichen Abstands angeordnet. In den 2c und 2d sind die Wärmeleitrohre 30 auf den Schnittpunkten von Linien gleichen Abstands angeordnet, die im Winkel von jeweils 60° aufeinander stehen. Die Anordnungen gemäß 2a–d sind von der Kreisgeometrie des Mantelrohrs 10 unabhängig. In 2e sind die Wärmeleitrohre 30 auf konzentrischen Kreisen gleichen Abstands (gestrichelter Kreise) zwischen dem Bereich des Zentralzylinders 20 und dem Mantelrohr 10 angeordnet und haben auf jedem Kreis gleiche Abstände zueinander. Alternativ können die konzentrischen Kreise, auf denen die Wärmeleitrohre 30 angeordnet sind, auch unterschiedliche Abstände, beispielsweise von innen nach außen abnehmende Abstände, aufweisen. Weiterhin können alternativ oder zusätzlich die Abstände der Wärmeleitrohre 30 auf einem konzentrischen Kreis gleich sein, jedoch gegenüber den anderen konzentrischen Kreisen verändert sein. Als Beispiel können die Wärmeleitrohre 30 mit zunehmendem Durchmesser der konzentrischen Kreise auf diesen in kleineren Abständen angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Gleichstrom von Wärmeträgerfluid und Süßwarenmasse, bevorzugt jedoch im Gegenstrom betrieben werden. Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung grundsätzlich in jeder Position, horizontal, geneigt oder vertikal angeordnet werden kann, ist es bevorzugt, die Vorrichtung in vertikaler Stellung anzuordnen und zu betreiben. Im Falle der Kochung einer Süßwarenmasse ist die Zulauföffnung 13 vorzugsweise am unteren Ende des Mantelrohrs angeordnet und die Auslauföffnung 14 am oberen Ende, sodass die entstehenden Brüden in Strömungsrichtung der Süßwarenmasse durch die Auslauföffnung 14 austreten können.

10: Mantelrohr
11: Innenseite
12: Außenseite
13: Zulauföffnung
14: Auslauföffnung
15: Erste Abschlussplatte
16: Zweite Abschlussplatte
17: Erste Abschlusshaube
18: Zweite Abschlusshaube
20: Zentralzylinder
30: Wärmeleitrohr
40: Wendelförmiges Strömungsleitelement
41: Wendelhöhe

Claims

Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Süßwarenmassen mit einem Mantelrohr (10) und einem Bündel aus parallel zur Achse des Mantelrohrs angeordneten Wärmeleitrohren (30) zum Durchtritt eines Wärmeträgerfluids mit einer Zulauföffnung (13) am einen Ende des Mantelrohrs (10) zur Zuleitung der Süßwarenmasse in das Arbeitsvolumen und einer am gegenüberliegenden Ende des Mantelrohrs (10) angeordneten Auslauföffnung (14) zur Ableitung der Süßwarenmasse aus dem Arbeitsvolumen, das innerhalb des Mantelrohrs (10) gebildet ist, mit Strömungsleitelement, das das Arbeitsvolumen unterteilt, gekennzeichnet durch einen axial innerhalb des Mantelrohrs (10) angeordneten Zentralzylinder (20) und dadurch, dass nur ein einziges Strömungsleitelement (40) vorhanden ist und dieses wendelförmig ausgebildet ist und mit seinem Außenradius an der Innenseite (11) des Mantelrohrs (10) und mit seinem Innenradius am Zentralzylinder (20) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Abschlußplatte (15, 16) im wesentlichen senkrecht zur Achse des Mantelrohrs (10) angeordnet sind und mit jeweils einem Ende des Zentralzylinders (20) und dem Mantelrohr (10) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wendelförmige Strömungsleitelement im Bereich der Zulauföffnung (13) und/oder der Auslauföffnung (14) mit der angrenzenden Abschlußplatte (15, 16) verbunden ist.
Vorrichtung nach angehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wendelförmige Strömungsleitelement im Bereich der Zulauföffnung (13) und/oder der Auslauföffnung (14) in Richtung auf die jeweilige Abschlußplatte gebogen verläuft und mit dieser verbunden ist, so dass es die Biegung der Rohrwandung der Zulauföffnung (13) und/oder der Auslauföffnung (14) anteilig weiterführt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulauföffnung (13) und/oder die Auslauföffnung (14) durch das zylindrische Mantelrohr treten.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement eine konstante Wendelhöhe (41) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement im Bereich der Auslauföffnung eine vergrößerte Wendelhöhe (41) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitrohre 30 regelmäßig auf den Schnittpunkten rechtwinklig aufeinander stehender Linien gleichen Abstands oder auf den Schnittpunkten von Linien gleichen Abstands, die im Winkel von 60° zueinander verlaufen, angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitrohre auf konzentrischen Kreisen zwischen Zentralzylinder 20 und Mantelrohr 10 angeordnet sind und jeweils gleiche Abstände zueinander aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitrohre auf konzentrischen Kreisen zwischen Zentralzylinder 20 und Mantelrohr 10 angeordnet sind und auf den Kreisen größeren Durchmessers in geringerem Abstand zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitrohre auf konzentrischen Kreisen gleichen Abstands angeordnet sind.
Verfahren zur Kühlung einer Süßwarenmasse, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zum Erwärmen einer Süßwarenmasse, gekennzeichnet durch Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zum Erwärmen einer Süßwarenmasse auf Basis von Zucker und/oder Zuckeraustauschstoffen, gekennzeichnet durch Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung vertikal angeordnet ist, die zuckerhaltige Ausgangslösung durch die unten liegende Zulauföffnung (13) zugeführt und durch die oben liegende Auslauföffnung (14) abgeführt wird und das Wärmeträgerfluid im Gegenstrom geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid Dampf ist.
Verfahren zum Kühlen einer Süßwarenmasse auf Basis von Zucker und/oder Zuckeraustauschstoffen, gekennzeichnet durch Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung vertikal angeordnet ist, die zuckerhaltige Ausgangslösung durch die unten liegende Zulauföffnung (13) zugeführt und durch die oben liegende Auslauföffnung (14) abgeführt wird und das Wärmeträgerfluid im Gegenstrom geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid Kaltwasser oder Kühlsole ist.