DE1096389B

DE1096389B - Erhitzer fuer die Erwaermung von Mitteln mit hoher Viskositaet, die durch einen schraubenfoermigen Kanal gefuehrt werden

Info

Publication number: DE1096389B
Application number: DES52892A
Authority: DE
Inventors: Georg Seelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-03-27
Filing date: 1957-03-27
Publication date: 1961-01-05

Description

Erhitzer für die Erwärmung von Mitteln mit hoher Viskosität, die durch einen schraubenförmigen Kanal geführt werden In Süßmostereien und ähnlichen Betrieben sieht man sich vor die Aufgabe gestellt, breiige Stoffe, wie Obstmaischen, zu erhitzen, wobei gleichmäßige Erwärmung unter Vermeidung örtlicher Überhitzung Voraussetzung ist. Es wird hierfür ein kontinuierlich arbeitender Apparat benötigt, der diese Forderungen erfüllt, geringen Druckverlust hat und bei kleinen Abmessungen leicht restlos zu reinigen ist. Die hohe Viskosität der zu erwärmenden Stoffe setzt im Interesse eines erträglichen Druckverlustes der zu wählenden Durchflußgeschwindigkeit enge Grenzen, wodurch bei geradliniger Bewegung laminare Strömung auch bei vorgeschrittener Erwärmung auftritt. Um die damit verbundenen Nachteile - niedrige Wärmeübergangszahlen, ungleiche Erwärmung der Maische, große Abmessungen der Erhitzer - zu vermeiden, ist es erforderlich, turbulente Strömung zu erzwingen. Dies kann durch Anordnung des Durchflußweges als gekrümmte Bahn erreicht werden, wenn beispielsweise die Maische schraubenförmig durch den Ringraum von zwei konzentrischen Rohren geführt wird.
Für die Erwärmung zäher Flüssigkeiten sind Apparate dieser Art in Gebrauch, bei denen das Durchsatzgut radial oder tangential dem Ringraum der beiden Zy linder zugeleitet und hier durch schraubenförmige Leitrippen zu dem axial oder radial angeordneten Ausgangsstutzen geführt wird. Die beiden Zylinder sind meist durch Flansche miteinander verbunden, und die Beheizung (vorwiegend Dampf) erfolgt von innen oder innen und außen.
Bei Obstmaischen, die bei hoher Viskosität meist auch einen gewissen Anteil fester Stoffe und faseriger Bestandteile aufweisen, versagen diese Apparate, da sie häufig beim Eingangsstutzen, fast immer aber beim Ausgangsstutzen plötzliche Richtungsänderungen und tote Winkel aufweisen, wodurch es zu Stauungen kommt, die bei Flüssigkeiten von geringer Bedeutung sind, bei Maischen jedoch neben erhöhtem Druckverlust außer zu örtlichen Überhitzungen und Festbrennen der Maische auch zu Verstopfungen des Apparates führen.
Es galt, einen Erhitzer für Maischen und ähnliche Stoffe (nachfolgend stets Maische genannt) zu entwickeln, der, klein in den Abmessungen, es gestattet, auch bei Verwendung von Dampf als Heizmittel die Maische gleichmäßig zu erwärmen, wobei die Überhitzung einzelner Teilchen ausgeschlossen ist, und der mit wenigen Handgriffen zum Zwecke der Reinigung auseinandergenommen werden kann. Der Durchflußkanal war so zu gestalten, daß sich geringer Durchflußwiderstand ergibt und tote Winkel, die das Reinigen erschweren und Verstopfen und Festbrennen begünstigen, vermieden werden. Der nachstehend beschriebene Erhitzer entspricht diesen Forderungen: Von der Erkenntnis ausgehend, daß bei geradem Verlauf des Durchflußkanals bei der Zähigkeit der Maische stets laminare Strömung auftritt, wurde die Ausführung des stehend angeordneten Apparates so gewählt, daß die Maische in an sich bekannter Weise nach der unten erfolgenden tangentialen Zuführung schraubenförmig durch den Ringraum zweier konzentrischer Zylinder geleitet wird, die von innen oder außen oder von innen und außen beheizt werden, und sich dabei erwärmt. Die gekrümmte Bahn und der gewählte Querschnitt des Durchflußkanals als Reckteck oder Trapez mit kleinem hydraulischem Radius erzwingen turbulente Strömung der Maische auch bei höherer Viskosität, so daß eine rollende Bewegung entsteht, die Relativgeschwindigkeit sich erhöht, die Maische sich innig mischt, wobei die einzelnen Teilchen jeweils nur kurzfristig mit der Heizfläche in Berührung kommen, ohne daß es zu Überhitzungen und Festbrennen kommt.
Die schraubenförmigen Leitrippen sind in bekannter Weise entsprechend dem Wärmeleitvermögen des verwendeten Materials so stark dimensioniert, daß sie hohen Wärmefluß zulassen, dadurch als zusätzliche Heizfläche wirken und damit der Forderung nach Kleinhaltung der Abmessungen entgegenkommen.
Durch die tangentiale Anordnung des Eingangsstutzens, den stetigen gleichmäßigen Verlauf des Durchflußkanals zwischen den Leitrippen, den langsamen C'bergang zu dem oben axial angeordneten Ausgangsstutzen durch kegelige Verjüngung der beiden konzentrischen Zylinder in ihrem oberen Teil sowie die allmähliche Überleitung der schraubenförmigen Leitrippen in parallel zur Erhitzerachse verlaufende Richtung ergibt sich bei Vermeidung. von plötzlichen scharfen Richtungsänderungen eine strömungstechnisch günstige Führung der Maische. Der dadurch bedingte geringe Druckverlust läßt höhere Durchflußgeschwindigkeiten zu, womit gleichzeitig größere Wärmeübergangszahlen und damit wiederum größere Leistung des Erhitzers bewirkt wird. Tote Winkel im Verlauf des Durchflußkanals, welche Verstopfungen begünstigen, in denen die Maische festbrennen kann und die nur schwer zu reinigen sind, fehlen vollständig.
Der Einsatz in Lebensmittelbetrieben setzt voraus, daß der Erhitzer ohne Mühe restlos gereinigt werden kann. Bei geschlossenen Durchflußkanälen ist die Reinigung schwierig, die Überprüfung des Reinigungseffektes praktisch unmöglich. Der Durchflußkanal wurde daher in an sich bekannter Weise teilbar ausgeführt, und zwar dergestalt, daß er mit seinen Längsseiten von den beiden Zylindern, mit den Querseiten von den Leitrippen begrenzt ist. Die beiden Zylinder sind wie bei bekannten Ausführungen nur durch einen Flansch miteinander verbunden, so daß nach Lösung dieses Flansches der äußere Zylinder haubenartig abgehoben werden kann, wodurch der Durchflußkanal zur Ermöglichung restloser Reinigung freiliegt.
Der Erhitzer besteht im wesentlichen gemäß Abb. 1 aus dem Außenzylinder a und dem als Rippenrohr ausgebildeten, konzentrisch dazu angeordneten Innenzylinder b mit den ein- oder mehrgängig ausgeführten schraubenförmigen Leitrippen c, die mit b homogen verbunden sind. Außenzylinder a ist haubenartig über b gestülpt und mit demselben lediglich durch Flansch f verbunden, wodurch Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung vermieden werden.
Der schraubenförmig verlaufende Durchflußkanal hat entsprechend Abb. 2 annähernd rechteckigen Querschnitt, dessen Höhe k (Differenz der Radien von d und b) und Breite 1 (Steigung s minus Rippenstärke t) beträgt. Der tangential angeordnete Zugang befindet sich am allgemeinen unten, während der axiale Abgang oben angebracht ist. Der im Ringraum von a und b verlaufende Durchflußkanal wird durch Verjüngung der beiden Zylinder im oberen Abschnitt kegelförmig zum Ausgangsstutzen übergeleitet. Im kegeligen Abschnitt wird die Steigung t der Schraubenrippen allmählich vergrößert, um der Maische im Ausgangsstutzen wieder geradlinige Bewegung zu verleihen, wozu die Leitrippe am Ende parallel zur Erhitzerachse verlaufende Richtung bekommt.
Die Wärmequelle (im allgemeinen Dampf) befindet sich je nach Betriebsweise entweder im Innern von b oder in dem von a und d gebildeten äußeren Mantel oder in beiden Räumen. Dadurch ist es möglich, den gleichen Apparat für verschiedene Wärmeleistungen einzusetzen. Wärmeabgebende Flächen sind die Außenwand von b, die Innenwand von a sowie bis zu einem gewissen Maße die Leitrippen c, deren Stärke t sich nach dem Wärmeleitvermögen des verwendeten Baustoffes richtet.
Das System ist geeignet für die Erhitzung und den Wärmeaustausch, unter Umständen auch für die Kühlung von Maische (vor allem Obstmaischen), Breien u. dgl. sowie von Flüssigkeiten aller Art bis zu hoher Viskosität. Für seinen Einsatz kommt in erster Linie die Lebenmittelindustrie (hier in vorwiegendem Maße Süßmostereien) sowie die chemische Industrie in Frage.

Claims

PATENTANSPRUCH: Erhitzer für die Erwärmung von Maischen oder Flüssigkeiten mit hoher Viskosität mit durch ein-oder mehrgängige Leitrippen erzwungener schraubenförmiger Führung durch den Ringraum zweier konzentrischer Zylinder, mit Beheizung von innen und/oder außen, wobei die Maischen oder Flüssigkeiten tangential dem Ringraum zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden konzentrischen Zylinder (ra, b) in ihrem oberen Teil durch kegelförmige Verjüngung zu dem axial angeordneten Ausgangsstutzen überleiten, während die Leitrippen allmählich zur Rohrachse parallele Richtung erhalten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 815 805, 804 502, 642957, 642 878,.71215, 7916; schweizerische Patentschriften Nr. 242 928, 45 549; USA.-Patentschrift Nr. 1455164.