DE1042362B - Milchpasteurisieranlage - Google Patents

Milchpasteurisieranlage

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DE1042362B
DE1042362B DEB26126A DEB0026126A DE1042362B DE 1042362 B DE1042362 B DE 1042362B DE B26126 A DEB26126 A DE B26126A DE B0026126 A DEB0026126 A DE B0026126A DE 1042362 B DE1042362 B DE 1042362B
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DE
Germany
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heat exchanger
milk
heater
temperature
heating
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Pending
Application number
DEB26126A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Werner Dahlke
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HUBERTUS DIERS
MINDENER MOLKEREI E GmbH
Schmidt K G W
Original Assignee
HUBERTUS DIERS
MINDENER MOLKEREI E GmbH
Schmidt K G W
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23CDAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C3/00Preservation of milk or milk preparations
    • A23C3/02Preservation of milk or milk preparations by heating
    • A23C3/03Preservation of milk or milk preparations by heating the materials being loose unpacked
    • A23C3/033Preservation of milk or milk preparations by heating the materials being loose unpacked and progressively transported through the apparatus

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Dairy Products (AREA)

Description

  • Milchpasteurisieranlage Die Erfindung betrifft eine Milchpasteurisieranlage, bestehend aus Wärmeaustauscher, Erhitzer und einer zusätzlichen Beheizung.
  • Bei solchen Anlagen dient der Wärmeaustauscher bekanntlich dazu, einen Teil der der Flüssigkeit übergebenen Wärmemenge zurückzugewinnen und damit bei, gleicher Gesamtleistung die Heizleistung des Erhitzers herabzusetzen. Im Wärcneaustauscher wird die aufzuwärmende Flüssigkeit an der abzukühlenden im Gegenstrom vorbeigeführt und dadurch der gewitnschte Wärmeaustausch herbeigeführt.
  • So erwünscht einerseits die Einsparung von Heizleistung und Kühlleistung durch einen möglichst wirksamen Wärmeaustauscher ist, so störend kann sich andererseits die durch den Austauscher hervorgerufene »Rüclckopplung« auswirken. Unter Rückkopplung wird hier die bekannte Erscheinung verstanden, daß jede Schwankung der Ausgangstemperatur des Erhitzers durch den Wärmeaustauscher wieder auf die Eingangstemperatur des Erhitzers übertragen wird. Da die Flüssigkeitsteilchen bei ihrem Lauf vom Eintritt in den Wärmeaustauscher über den Erhitzer und wieder zurück in den anderen Strang des Wärmeaustauschers eine endliche Zeit benötigen, die häufig sogar durch Einschaltung einer Heißhaltestrecke noch vergrößert wird, tritt die genannte Rückkopplung mit einer zeitlichen Verzögerung auf. Das hat zur Folge, daß eine einmal in dem System. auftretende Störung sich periodisch wiederholt und erst nach einer längeren Zeit zum Abklingen kommt.
  • Sofern man nun Wert darauf legt, die Behandlungstemperatur, d. h. die am Austritt des Erhitzers sich einstellende Temperatur, zeitlich möglichst konstant zu halten, muß man die Heizleistung des Erhitzers mit Hilfe eines automatischen Reglers von der genannten Austrittstemperatur her regeln. Solche Einrichtungen zur vorübergehenden Steigerung der Heizleistung des eigentlichen Erhitzers, insbesondere während der Anlaufzeit der Vorrichtung, sind z. B. in Form zusätzlicher elektrischer Widerstandsheizungen bekannt. Damit lassen sich jedoch die vorbeschriebenen und andere Nachteile solcher Anlagen nicht beseitigen. Eine regelbare Vorrichtung zur Erhöhung der Heizleistung des Erhitzers wird vielmehr, besonders infolge der Wärmeträgheit des Erhitzers, erst mit einer gewissen Nacheilung den Sollwert der Austrittstemperatur herstellen. Plötzliche Schwankungen der Eingangstemperatur des Erhitzers werden aber stets gewisse Schwankungen der Austrittstemperatur zur Folge traben. Die durch die obengenannte Rückkopplung erzeugte Vervielfachung einer jeden Störung wird also die Schwierigkeiten nach erhöhen. Es ist also aus diesem Grunde erwünscht, dem Heizer die Flüssigkeit mit möglichst konstanter Eingangstemperatur zuzuführen und die verzögerte Rückkopplung des Wärmeaustauschers durch andere geeignete Maßnahmen zu verhindern oder wenigstens zu vermindern.
  • Darüber hinaus tritt beim Aufbau von Milcherhitzern zuweilen eine weitere Schwierigkeit auf, die der Forderung einer möglichst konstanten Eingangstemperatur im Erhitzer entgegenwirkt. Bei den heute üblichen Milcherhitzerschaltungen befindet sich im allgemeinen hinter dem Erhitzer ein Umschaltventil. Dieses wird automatisch von der Austrittstemperatur der Milch so gesteuert, daß bei Unterschreitung einer bestimmten Solltemperatur der Milchstrom nicht mehr durch den Wärmeaustauscher geleitet wird, sondern über eine sogenannte Umlaufleitung zur Eingangsseite zurückgeleitet wird. Bei Überschreitung der Solltemperatur am Erhitzeraustritt lenkt das Umschaltventil dagegen die Milch durch den Wärmeaustauscher, wo sie im Gegenstrom einen Teil ihrer Wärme an die kalte Eingangsmilch abgeben kann. Es ist ersichtlich, daß das Anfahren einer solchen Anlage und das Umschalten regelungstechnisch Schwierigkeiten bereiten muß. Im ersteren Falle, d. h. solange die Milch über die Umlaufleitung zurückläuft, trägt der Wärmeaustauscher nicht zur Vorwärmung der kalten Milch bei, so daß der Erhitzer die gesamte Heizleistung aufbringen muß. Nach dem Umschalten fließt plötzlich heiße Milch durch den Wärmeaustauscher, die Eingangsmilch wird vorgewärmt, und damit steigt die Eingangstemperatur am Erhitzer relativ schnell an. Der Regler des Erhitzers muß also, um Temperaturschwankungen zu vermeiden, die Heizleistung ebenso schnell um ein Beträchtliches- verringern. Abgesehen von den hohen Anforderungen, die man dabei an den Regler stellen muß, muß der Erhitzer entsprechend überdimensioniert werden.
  • Bei Milcherhitzeranlagen schwankt außerdem in der Praxis häufig die Eingangstemperatur verhältnismäßig schnell aus folgendem Grunde: Die morgens gemolkene und nicht mehr beim Bauern gekühlte Milch wird in der Molkerei in einen Sammelbehälter gefüllt und aus diesem der Erhitzeranlage zugeleitet. Die am Abend vorher gemolkene und während der Nacht beim Bauern gekühlte Milch befindet sich in einem anderen Sammelbehälter. Sobald nun die Milch aus dem ersten Sammelbehälter verarbeitet ist, wird während des Betriebes auf den anderen Sammelbehälter umgeschaltet, so daß die Milchtemperatur am Eintritt in den Wärmeaustauscher schlagartig und nicht selten um etwa 10° C absinkt.
  • Zur Beseitigung der vorbeschriebenen Mängel besteht die Erfindung darin, dem Wärmeaustauscher eine automatisch- gesteuerte, zusätzliche Beheizung zwecks Konstanthaltung der Eingangstemperatur der zu behandelnden Flüssigkeit beim Eintritt in den Erhitzer zuzuordnen. Ein solcher erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher enthält also außer den beiden Strängen für die vorzuwärmende kalte und die abzukühlende heiße Flüssigkeit noch eine geeignete Heizvorrichtung, die ein- und ausgeschaltet und/oder in ihrer Leistung geregelt werden kann. Die Heizvorrichtung kann auf verschiedene Weise gespeist werden, z. B. durch Elektrizität, Heizgas, Heizflüssig-]zeit od. dgl. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf eine besondere Art der Beheizung; es wird jedoch, insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen, vorzugsweise vorgeschlagen, eine Heizflüssigkeit zu verwenden, die durch einen dritten Strang des Wärmeaustauschers geleitet wird, der mit dem Strang für die eintretende kalte Flüssigkeit in innigem Wärmekontakt steht. Der Einfachheit halber wird die Beschreibung im folgenden auf diese spezielle Art der Beheizung bezogen, die auch in der Figur beispielsweise dargestellt ist.
  • In der Figur, die die Anordnung der Bauteile und die Leitungsführung grobschematisch darstellt, fließt die Milch bei d zu und gelangt mit der Eingangstemperatur T, in den mittleren Strang II des Wärmeaustauschers WA; sie tritt aus diesem mit der Temperatur T" aus, die von dem weiter unten zu beschreibenden Temperaturfühler TF gemessen wird. Von hier aus tritt sie mit der Temperatur To in den Erhitzer H ein. Wenn zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Erhitzer keine Wärmeverluste auftreten, dann ist To= T,. Im Erhitzer wird die Milch auf die Austrittstemperatur T1 erwärmt, die durch einen - nicht eingezeichneten - Regler möglichst konstant auf einem Sollwert gehalten wird. Von hier strömt die Milch direkt oder, wie in der Zeichnung punktiert angedeutet, über ein Umschaltventil Uh zu dem Strang 1_ des Wärmeaustauschers, in den sie mit der Temperatur T2 eintritt. Zwischen dem Erhitzer und dem Strang I des Wärmeaustauschers können sich außer dem Umschaltventil UV auch noch andere Bauelemente, z. B. eine Heißhaltestrecke, befinden, ohne daß das Prinzip der Schaltung dadurch geändert wird. Wenn zwischen dem Erhitzer und dem Strang I des Wärmeaustauschers keine Wärmeverluste auftreten, ist T2 = Ti. Im Wärmeaustauscher wird die Milch auf die Temperatur T: abgekühlt, mit der sie den Strang I verläßt und in den Kühler K eintritt. Letzterer kühlt die :Milch schließlich auf die Temperatur T4 ab, mit der sie die Anlage bci c \-(!rläßt.
  • Falls die Anlage, wie eben erwähnt, ein Umschaltventil enthält, so wird die den Erhitzer verla:uw1u Milch zeitweise durch das Umschaltventil dellt Weg l) zugeleitet, so daß während dieser Zeit der Stra»g 1 des Wärmeaustauschers nicht durchflossen wird.
  • Erfindungsgemäß erhält der Wärmeaustauscher eine Fremdbeheizung, die beispielsweise in der Figur durch den Strang III angedeutet ist. Bei dieser Art der Beheizung wird eine Heizflüssigkeit bei d zugeführt und tritt nach Passieren des Ventils 1' mit der Temperatur T" in den Strang III des Wärmeaustauschers, um ihn mit der tieferen Temperatur Ts, zu verlassen und über e abzufließen. Die Heizflüssigkeit gibt ihre Wärme teilweise an die im Strang II fließende kältere Flüssigkeit ab.
  • In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil L' ein von Hand bedientes einfaches Sperrventil oder eine Drossel.
  • Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird das Ventil V automatisch durch einen Regler gesteuert, dessen Temperaturfühler TF am Austritt des Stranges II sitzt. Der Regler kann ein einfacher Ein-Aus-Regler sein, der also bei Unterschreitung des Sollwertes für die Temperatur T" das Ventil h öffnet bzw. es bei Überschreitung schließt. In einer verbesserten Ausführungsform wird der Regler jedoch den Strom der bei d eintretenden Heizflüssigkeit stufenweise oder kontinuierlich durch eine geeignete verstellbare Drosseleinrichtung regeln.
  • Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Fremdbeheizung automatisch dann eingeschaltet, wenn das genannte Umschaltventil die heiße Milch über b ableitet, so daß diese nicht durch den Strang I des Wärmeaustauschers fließt und demnach dort auch nicht einen Teil ihrer Wärme an die im mittleren Strang II fließende kalte Flüssigkeit abgeben kann. Die Größe der Fremdbeheizung kann so eingestellt werden, daß sie dieselbe Temperaturerhöhung von T, auf T" zur Folge hat, wie sie bei der anderen Stellung des Umschaltventils durch die durch Strang I fließende heiße Flüssigkeit erzeugt wird. Es kann aber auch in diesem Falle ein Temperaturfühler TF verwendet werden, der die Größe der Fremdbeheizung steuert.
  • Zweckmäßigerweise wird die Fremdbeheizung dann eingeschaltet, wenn die Eingangstemperatur T, der kalten Milch, gemessen durch einen weiteren, nicht eingezeichneten Temperaturfühler, unter einen Sollwert sinkt. Hierdurch wird ein früherer Einsatz der Regelung der Fremdbeheizung erreicht.
  • Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird die Fremdbeheizung dann eingeschaltet, wenn die Ausgangstemperatur T" des Wärmeaustauschers sinkt, d.-h., es wird der zeitliche Differentialquotient dieser Temperatur (dl;.) zur Regelung verwendet. Die meßtechnische Bildung des genannten Differentialquotienten wird erfindungsgemäß nicht beansprucht; es wird lediglich darauf hingewiesen, daß eine derartige Differentialquotientenbildung z. B. bei elektrischen Temperaturfühlern (Widerstandsthermometern u. dgl:),die eine der Temperatur entsprechende Spannung liefern, durch eine einfache Schaltung eines Kondensators mit einem Widerstand, einen sogenannten RC-Glied mit einer bestimmten Zeitkonstante, realisiert werden kann. Es können aber auch geeignete, auf andere Weise (z. B. mechanisch) wirkende Schaltelemente zur Differenzierung verwendet werden. Erfindungsgemäß kann eine derartige Differentialquotientenregelung auch auf die Eingangstemperatur T, bzw. ihren zeitlichen Verlauf erstreckt werden. Vorteilhaft wird man hierbei den Meßfühler sogar möglichst weit vor den Eingang des Wärmeaustauschers in Richtung zum Flüssigkeitseintritt a hin verlegen, um Schwankungen der Eingangstemperatur möglichst frühzeitig erfassen und ausregeln zu können.
  • Abschließend sei noch erwähnt, daß der Strang III, der die Fremdbeheizung liefert, bzw. das irgendwie geformte Heizelement unbedingt mit dem Strang II in Wärmekontakt sein muß, während ein solcher Kontakt mit dem Strang I nicht erforderlich ist. Im Falle eines konzentrischen Rohraustauschers wird also das innerste Rohr den Strang I darstellen, der Zwischenraum zwischen diesem und einem Mantelrohr den Strang II, während der Strang III durch den Zwischenraum zwischen diesem Mantelrohr und einem zweiten, weiteren Mantel gebildet wird.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene und vorstehend beschriebene Fremdbeheizung des Wärmeaustauschers einer Durchlauferhitzeranlage besitzt außer den genannten Vorteilen auch noch den Vorzug, daß in dem Strom der zu behandelnden Flüssigkeit keine zusätzlichen Ventile od. dgl. angeordnet werden, wie es z. B. bei der bekannten Regelung von Wärmeaustauschern durch Umwegleitungen der Fall ist. Insofern bietet die erfindungsgemäße Regelung von Wärmeaustauschern besonders vorteilhafte Möglichkeiten in allen den Fällen, in denen man aus Gründen der Verschmutzungsmöglichkeit Ventile, Hähne oder andere Absperr- oder Drosselorgane im Strom der zu behandelnden Flüssigkeit möglichst vermeiden will.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Milchpasteurisieranlage, bestehend aus Wärmeaustauscher, Erhitzer und einer zusätzlichen Beheizung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmeaustauscher (WA) eine automatisch gesteuerte, zusätzliche Beheizung (III) zwecks Konstanthaltung der Eingangstemperatur der zu behandelnden Flüssigkeit beim Eintritt in den Erhitzer zugeordnet ist.
  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des mittleren, die zu erwärmende Milch führenden Stranges (II) des Wärmeaustauschers ein Temperaturfühler zur Steuerung bzw. Regelung der Zusatzbeheizung (III) des Wärmeaustauschers angeordnet ist.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingang des mittleren Stranges (II) des Wärmeaustauschers ein weiterer, die Eingangstemperatur der zu erwärmenden Milch messender und ebenfalls die Zusatzbeheizung (III) des Wärmeaustauschers steuernder Temperaturfühler angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 646 097, 861-6-3-6; dänische Patentschrift Nr. 58 476; französische Patentschrift Nr. 989 988.
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