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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halterohr für eine Wärmebehandlungsanlage mit Injektionserwärmung, umfassend
einen ersten feststehenden Abschnitt, welcher aus einem Rohr von
vorbestimmter Länge
besteht, und auch ein Konstantgegendruckventil.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
Wärmebehandlung
von Lebensmittelprodukten für
verlängerte
Haltbarkeit ist ein gut bekanntes und oft eingesetztes Verfahren.
Die Lebensmittelprodukte können
zum Beispiel verschiedene Milchprodukte wie Milch, Obers oder Joghurt
umfassen.
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Die
Wärmebehandlung
kann auf eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wegen, direkten oder
indirekten, umgesetzt werden. Indirekte Verfahren sind zum Beispiel
Erhitzen mittels unterschiedlicher Arten von Wärmetauschern. Es gibt zwei
Haupttypen von direkten Verfahren, Injektion oder Infusion, wo das Erhitzen
mittels Dampf stattfindet. Durch Einsetzen eines direkten Verfahrens
wird ein äußerst schnelles Erhitzen
erzielt. Schnelles Erhitzen ist heute erstrebenswert, wenn ein Produkt
von langer Haltbarkeit angestrebt wird und wenn gleichzeitig die
Absicht vorliegt, ein Produkt mit verbesserten Geschmackseigenschaften
zu erzielen. Das schnelle Erhitzen erlaubt Erhitzen auf erhöhte Temperaturen
für kurze Zeitspannen,
was die thermische Belastung für
das Produkt verringert und dadurch das Risiko der übermäßigen Behandlung
vermindert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Erhitzen mittels Injektion. Heutzutage
ist die Injektion ein übliches
Erhitzungsverfahren in kommerziellen Wärmebehandlungsanlagen, welche
direkte Erhitzung einsetzen.
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Das
Erhitzen durch Injektion setzt voraus, dass das Produkt, zum Beispiel
Milch, auf ungefähr 80°C vorerwärmt ist
und unter Druck steht. Das Produkt tritt gemeinsam mit dem Heißdampf in
einen Injektor ein und wird miteinander vermengt, normalerweise
mit Hilfe von ringförmigen,
konzentrischen Düsen.
Der Dampf wird kondensiert und die Wärme wird auf das Produkt übertragen,
welches durch solche Mittel sehr schnell auf die angestrebte Temperatur
erhitzt wird.
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Alle
modernen Wärmebehandlungen
von Lebensmittelprodukten müssen
für ihre
Zwecke einerseits das Produkt auf eine gewisse vorbestimmte Temperatur
erhitzen und andererseits das Produkt auf dieser Temperatur für eine gewisse
vorbestimmte Zeitspanne halten. Während dieses Zeitintervalls bleibt
das Produkt in einem sogenannten Halterohr. Durch Auswählen unterschiedlicher
Temperaturen und unterschiedlicher Verweilzeiten werden Produkte erzielt,
welche aseptisch sind oder welche eine verlängerte Haltbarkeit aufweisen.
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Für Wärmebehandlungsanlagen,
welche Injektionserhitzung verwenden, wird die Verwendung getrennter
Halterohre ausgenutzt, welche einen schraubenartigen Kanal von vorbestimmter
Länge oder
einen Abschnitt geraden Kanals von vorbestimmter Länge umfassen
können.
Alternativ kann das Halterohr aus einer Verbindung von schraubenartigem
und geradem Kanal bestehen.
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Unabhängig von
der Gestaltung solcher Halterohre können sie nicht angepasst werden.
Die Kapazität,
für welche
die Wärmebehandlungsanlage – und folglich
auch das Halterohr – normalerweise
berechnet ist, steht im Verhältnis
zu einer Anzahl von Abfüllmaschinen
zum Verpacken des Produkts in Verbraucherpackungen. Wenn eine oder
mehrere dieser Abfüllmaschinen
möglicherweise
auf Grund einer Betriebsunterbrechung ausfallen, wird der Durchfluss
verringert und es tritt schnell eine überlange Verweildauer im Halterohr
auf, was dazu führt, dass
das Produkt übermäßig behandelt
wird. Es wird daher in dieser Technik angestrebt, dass das Halterohr
schnell angepasst werden kann, so dass die Verweildauer konstant
gehalten werden kann. Ebenso, wenn die Absicht besteht, dass man
in der Lage ist, die Produktion zu verändern, um unterschiedlichen Lebensmitteln
gerecht zu werden, welche unterschiedliche Verweilzeiten erfordern,
kann ein anpassbares Halterohr verwendet werden. Ohne solch eine
Möglichkeit
des Veränderns
der Verweildauer muss die Anlage umgerüstet werden oder alternativ ein übermäßig behandeltes
Produkt toleriert werden.
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Ein
veränderbares
Halterohr ist in der Schwedischen Patentbeschreibung SE 510797 offenbart.
Dieses Halterohr weist einen oder mehrere gekühlte Abschnitte auf, welche
schrittweise, wenn notwendig, eingekuppelt werden können. Ein
Nachteil, welcher diesem Halterohr innewohnt, besteht darin, dass
die Schritte, um welche das Halterohr verringert werden kann, feststehen,
und in gewissen Anwendungen können
die Schritte zu groß sein.
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AUFGABEN DER
ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halterohr zu gestalten,
welches stufenlos anpassbar ist und welches ein verlässliches
und definiertes Verweilvolumen für
das Produkt bietet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das
Halterohr einfach und ökonomisch
herzustellen ist und auf befriedigende Weise gemeinsam mit der übrigen Ausrüstung in
der Anlage gewaschen werden kann.
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LÖSUNG
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Diese
und andere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung gelöst,
indem dem Halterohr der Art, wie als Einleitung beschrieben, das kennzeichnende
Merkmal gegeben wurde, dass das Halterohr auch einen zweiten, anpassbaren
Abschnitt umfasst, welcher aus einem Zyklon und einem geneigten
Rohr von vorbestimmter Länge
als auch von einer Vorrichtung besteht, welche angeordnet ist, um
ein definiertes Flüssigkeitsniveau
im Rohr aufrecht zu erhalten.
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Bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wurden des Weiteren die kennzeichnenden
Merkmale gegeben, wie sie in den angeschlossenen Unteransprüchen dargelegt
sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER BEGLEITENDEN ZEICHNUNG
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun detaillierter hierin im Folgenden
unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, wobei:
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1 ein
Seitenaufriss der vorliegenden Erfindung ist, welche in einem Teil
einer Wärmebehandlungsanlage
angeordnet ist.
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Die
Zeichnung zeigt nur jene Teile und Details, welche wesentlich für ein Verständnis der
vorliegenden Erfindung sind, und die übrigen Teile der wärmebehandlungsanlage – wie sie
einer Fachperson auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt sind – wurden
weggelassen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
einen Teil einer Wärmebehandlungsanlage
für Injektionserhitzung.
Ein Injektor 1 weist einen Einlass 2 für das Produkt,
welches wärmebehandelt
werden soll, und einen Einlass 3 für den Heißdampf auf. Der Injektor 1 weist
auch einen Auslass 4 für
das Produkt vermischt mit dem Dampf auf.
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Das
Halterohr ist unmittelbar nach dem Injektor 1 angeordnet.
Das Halterohr umfasst einen ersten, feststehenden Abschnitt. Der
feststehende Abschnitt besteht teilweise aus einem geraden Rohr 5 von
vorbestimmter Länge.
In der Figur ist das Rohr 5 vertikal angeordnet. Das Rohr 5 kann
mit gleicher Wirkung horizontal angeordnet sein. Der feststehende
Abschnitt des Halterohrs besteht auch aus einem Konstantgegendruckventil 6,
welches den Druck im Rohr 5 aufrechterhält.
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Das
Halterohr umfasst auch einen zweiten, einstellbaren Abschnitt. Der
einstellbare Abschnitt beginnt mit einem Zyklon 7, welcher
ein relativ geringes Volumen aufweist. Der Zyklon 7 weist
einen tangentialen Einlass 8 für das erhitzte Produkt auf.
Der Auslass 9 des Zyklons 7 ist direkt mit dem
verbleibenden Teil 10 des einstellbaren Abschnitts des
Halterohrs verbunden.
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Der
Teil 10 des einstellbaren Abschnitts des Halterohrs besteht
aus einem geneigten Rohr von vorbestimmter Länge. Die Neigung kann beliebig zwischen
einem geraden vertikalen Rohr mit einer Neigung von 90° zur horizontalen
Ebene zu einer Neigung von ungefähr
12° liegen.
Die bevorzugte Neigung beträgt
20-30°.
Die Neigung sollte ungefähr einheitlich über das
gesamte Rohr sein, um dem Produkt die gleiche Durchflussrate zu
erlauben, aber in geeigneter weise besteht der Halterohrabschnitt
abwechselnd aus geraden Rohrlängen
und Rohrkrümmungen,
wie in der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung umfasst der Teil 10 des
einstellbaren Abschnitts des Halterohrs die Teilkomponenten 10a, 10b, 10c, 10d und 10e.
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Das
Halterohr ist des Weiteren mit einem Niveauanzeiger 11 herkömmlicher
Bauart ausgestattet. Der Niveauanzeiger 11 kann Ultraschall,
Schwimmer, Laser oder andere geeignete Verfahren einsetzen und umfasst
tatsächlich
Höhenmaßstäbe 12, 13 auf zwei
unterschiedlichen Niveaus. Die Messpunkte 12, 13 liegen
oberhalb beziehungsweise unterhalb jener Niveaus, wo der Niveauanzeiger 11 tätig ist.
Der Wert des Niveauanzeigers 11 wird durch einen Regler 14 herkömmlicher
Bauart registriert, welcher angeordnet ist, um ein herkömmliches,
aseptisches Regelventil 15 zu steuern.
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1 zeigt
auch einen Vakuumkessel 16, welcher unmittelbar nach dem
Regelventil 15 angeordnet ist. Der Vakuumkessel 16 weist
einen tangentialen Einlass 17 für das wärmebehandelte Produkt und einen
Produktauslass 18 auf, welcher im unteren Bereich des Vakuumkessels 16 angeordnet
ist. Der Auslass 18 des Vakuumkessels 16 ist normalerweise mit
einer druckerhöhenden
Pumpe 19 verbunden.
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Das
Produkt, welches in einer Anlage, für welche das Halterohr der
vorliegenden Erfindung gedacht ist, wärmebehandelt werden soll, tritt
in den Injektor 1 durch den Produkteinlass 2 ein.
Das Produkt ist flüssig
und kann zum Beispiel aus einem Molkereiprodukt wie Milch bestehen.
Normalerweise wird das Produkt in einem frühen Stadium des Produktionsvorgangs
auf ungefähr
80°C vorerhitzt
und befindet sich auf erhöhtem
Druck.
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Gleichzeitig
wird Heißdampf
in den Injektor 1 durch den Dampfeinlass 3 zugeführt. Innerhalb
des Injektors 1 werden das Produkt und der Dampf durch enge
ringförmige
Düsen gepresst.
Die ringförmigen Düsen sind
konzentrisch angeordnet und sie vermengen das Produkt und den Dampf.
Der Dampf kondensiert im Produkt und überträgt Wärme auf selbiges. Das dampfvermischte
Produkt tritt aus dem Injektor 1 durch den Auslass 4 aus.
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Das
erste gerade Rohr 5 stellt einen Teil des ersten feststehenden
Abschnitts des Halterohrs dar. Gleichzeitig ist diese gerade Rohrlänge 5 notwendig, um
eine vollständige
Kondensation des Dampfs zu erzielen, so dass das Produkt auf der
angestrebten Temperatur behandelt wird. Das Rohr 5 sollte
von ausreichender Länge
sein, um eine zufriedenstellende Kondensation sicherzustellen. Das
Konstantgegendruckventil 6, welches auch einen Teil des
feststehenden Abschnitts des Halterohrs darstellt, stellt sicher,
dass der Druck im Rohr 5 aufrecht erhalten wird. Um eine
richtige Verweildauer im Halterohr zu erzielen, muss das Rohr 5 vollständig mit
dem Produkt gefüllt
sein.
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Nach
dem Konstantgegendruckventil 6 wird das Produkt durch den
tangentialen Einlass 8 in den Zyklon 7 eingeleitet.
Im Zyklon 7 findet ein kleineres Aufkochen gleichzeitig
mit einer Entlüftung
des Produkts statt, was eine Dampf-Luft-Mischung erzeugt. Um die
Menge der Dampf-Luft-Mischung zu überwachen, ist der Zyklon 7 in
seinem oberen Bereich mit einer herkömmlichen Dampffalle 20 verbunden,
welche ihrerseits mit dem Einlass 17 in den Vakuumkessel 16 verbunden
ist. Wenn die Menge an Dampf-Luft ein gegebenes, angestrebtes Niveau übersteigen würde, öffnet sich
die Dampffalle 20 und der überschüssige Dampf wird zurück zum das
Produkt enthaltenden Dampf geleitet.
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Das
Produkt verlässt
den Zyklon 7 durch den Auslass 9 und erreicht
danach den einstellbaren Abschnitt des Halterohrs, welches das geneigte
Rohr 10 umfasst. Das Rohr 10 wird mit dem Produkt
bis zu einem definierten Flüssigkeitsniveau 21 gefüllt. Über dem
Flüssigkeitsniveau 21 füllt die
Dampf-Luft-Mischung, welche im Zyklon 7 erzeugt wird, den
verbleibenden Raum im Rohr 10 aus und übt einen statischen Druck auf
die Flüssigkeitsoberfläche aus.
Die Dampf-Luft-Mischung bietet die Möglichkeit, eine definierte
Flüssigkeitsoberfläche 21 zu
erzielen, und der statische Druck – welcher größer als
der Druck ist, bei welchem die Flüssigkeit kocht – verhindert
dadurch das Kochen im Halterohr. Der Durchmesser des Rohres 10 im
einstellbaren Abschnitt des Halterohrs ist so ausgewählt, dass
die Produktdurchflussrate unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 21 bei
maximalem Durchfluss 0,45 m/s nicht übersteigt.
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Das
definierte Flüssigkeitsniveau 21 liegt zwischen
einem Minimalniveau 22 und einem Maximalniveau 23 und
ist zwischen diesen zwei Niveaus 22, 23 einstellbar.
Das Minimalniveau 22 ist im Rohr 10e genau vor
dem Regelventil 15 angeordnet. Das Maximalniveau ist genau
unterhalb des Auslasses 9 vom Zyklon 7 her angeordnet.
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Das
definierte Flüssigkeitsniveau 21 wird
unter Einsatz einer beliebigen Bauart eines herkömmlichen Niveauanzeigers 11 gemessen.
Der Niveauanzeiger 11 kann zum Beispiel Messungen des Drucks in
zwei Punkten 12, 13 nutzen. Der obere Punkt 11 sollte über dem
Maximalniveau 23 angeordnet sein und ist geeigneterweise
im oberen Bereich des Zyklons 7 angeordnet. Der untere
Punkt 13 sollte unter dem Minimalniveau 22 angeordnet
sein und liegt geeigneterweise unmittelbar vor dem Regelventil 15.
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Der
Wert des Niveauanzeigers 11 wird durch den herkömmlichen
Regler 14 erfasst, welcher das Regelventil 15 steuert.
Das Regelventil 15 kann ein herkömmliches, aseptisches Drosselventil
umfassen, welches sich öffnet
und schließt,
so dass das definierte Flüssigkeitsniveau 21 andauernd
aufrecht erhalten bleibt. Der Niveauanzeiger 11, der Regler 14 und
das Regelventil 15 gemeinsam stellen eine Vorrichtung zum
Aufrechterhalten des definierten Flüssigkeitsniveaus 21 dar.
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Nach
dem Regelventil 15 setzt das Produkt (welches nun auf der
angestrebten Temperatur und über
das angestrebte Zeitintervall hinweg wärmebehandelt worden ist) seinen
Weg in den Vakuumkessel 16 fort. Das Produkt, welches Wasser
und Wasserdampf enthält,
tritt in den Vakuumkessel 16 durch den tangentialen Einlass 17 ein.
Das Wasser, welches dem Produkt zugeführt wurde, wird abgesiedet und
das fertigbehandelte Produkt tritt aus dem Vakuumkessel 16 durch
den Auslass 18 aus. Mittels einer druckerhöhenden Zentrifugalpumpe 19 wird
das Produkt weiter zu zusätzlicher
Behandlung oder zum Verpacken in Verbrauchspackungen für Konsumenten
befördert.
Das Verpacken des Produkts kann in Abfüllmaschinen für aseptische
Einwegwegwerfverpackungen umgesetzt werden.
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Das
definierte Flüssigkeitsniveau 21 ist
ein Normwert, welcher in Bezug mit der weiteren Ausrüstung in
der Wärmebehandlungsanlage
gesetzt ist, so mit der Anzahl von Abfüllmaschinen, welchen die Anlage
das Produkt zustellen muss. Der Normwert, welcher ausgewählt werden
muss, bestimmt auch den angestrebten Grad an Wärmebehandlung, wie Behandlung
in ein aseptisches Produkt oder in ein Produkt mit verlängerter
Haltbarkeit.
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So,
wie das Halterohr in 1 gezeigt ist, stellt der feststehende
Abschnitt ungefähr
25% des Halterohrs dar und der einstellbare Abschnitt macht 75%
aus. Wenn zum Beispiel eine Abfüllmaschine aus
der Produktion genommen wird, kann das Halterohr schnell eingestellt
werden, um nur die verbleibenden Abfüllmaschinen mit Produkt zu
versorgen, ohne Stehzeit und mit einem Minimum an Produktrückführung. Das
Halterohr gemäß der vorliegenden Erfindung
kann natürlich
so konstruiert werden, um eine unterschiedliche Aufteilung zwischen
dem feststehenden Abschnitt und dem einstellbaren Abschnitt aufzuweisen.
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Für die Waschfunktionalität im Zyklon 7 kann dieser
einfach mit einem Waschrohr 24 verbunden werden, welches
so angeordnet ist, um den Vakuumkessel 16 zu waschen. Mittels
eines Ventils 25 und einer Waschdüse 26 im oberen Bereich
des Zyklons ist der Zyklon 7 mit dem Waschrohr 24 verbunden.
Die Waschdüse 26 kann
dann als ein Auslass für überschüssigen Dampf
vom Zyklon 7 ausgenutzt werden und ein T-Rohrstück 27,
welches vor dem Ventil 25 angeordnet ist, führt den überschüssigen Dampf
zur Dampffalle 20.
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Wie
aus der vorangehenden Beschreibung hervorgegangen sein wird, verwirklicht
die vorliegende Erfindung ein Halterohr, welches für den Einsatz bei
Injektionserhitzen gedacht ist, das einfach ist und relativ ökonomisch
herzustellen ist. Das Halterohr ist einstellbar auf Veränderungen
in der Produktion oder auf unterschiedliche Verweilzeiten. Das Halterohr
ist verlässlich
und weist als ein Ergebnis seiner Gestaltung einen eingebauten Schutz
gegen Kochen des Produkts im Halterohr auf.