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Einrichtung zur Erhitzung von Milch Es ist bekannt, Milch und andere
Flüssigkeiten dadurch zu erhitzen, daß die Flüssigkeit mit auf irgendeine beliebige
Weise erhitzten Heizflächen in Berührung gebracht wird. Die Heizflächen geben hierbei
ihre Wärme an die mit ihnen in Berührung stehenden Flüssigkeitsteilchen unmittelbar
durch Wärmeleitung ab, worauf die Wärme von diesen Flüssigkeitsteilchen auch auf
die übrigen von der Heizfläche weiter entfernt liegenden Flüssigkeitsteilchen durch
Wärmeleitung oder durch Konvektion übergeht. Heizvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise
Kochtöpfe oder elektrische Tauchsieder.
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Es ist ferner bekannt, Milch und andere Flüssigkeiten dadurch zu erhitzen,
daß in die zu erhitzende Flüssigkeit eine elektrische Glühlampe hineingetaucht wird.
Die Flüssigkeit wird hierbei teils durch direkte Wärmeleitung von dem heißen Glaskolben
der Glühlampe geheizt, teils aber auch durch Wärmestrahlen, welche unmittelbar in
das Innere der Flüssigkeit hineindringen und diese von innen heraus aufheizen. An
sich ist eine Beheizung# durch in die Flüssigkeit eindringende Wärmestrahlung sehr
vorteilhaft, doch ist die Verwendbarkeit von mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden
elektrischen Glühlampen als Wärmestrahlungsquelle wegen der gleichzeitigen Wärmeleitung
und der dadurch verbundenen Nachteile (Anbrenngefahr usw.) erheblich beschränkt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erhitzung von Milch
und anderen Flüssigkeiten, welche praktisch ausschließlich mit Wärmestrahlung arbeitet.
Auch bei der Einrichtung nach der Erfindung erfolgt die Erhitzung der Flüssigkeit
mittels elektrischer Glühlampen oder anderer elektrischer oder nichtelektrischer
Heizvorrichtungen, deren Heizenergie durch Wärmestrahlung auf die zu erhitzende
Flüssigkeit übertragen wird. Erfindungsgemäß wird jedoch zwischen der Heizvorrichtung,
beispielsweise also der Wandung einer elektrischen Glühlampe, und der zu erhitzenden
Flüssigkeit eine Zwischenschicht aus schlecht wärmeleitendem, jedoch für Wärmestrahlen
(rote Strahlung) durchlässigen Stoff vorgesehen. Hierdurch wird erreicht; daß die
direkte Wärmeleitung von der Heizvorrichtung zur Flüssigkeit unterbunden wird, so
daß also lediglich die die
Zwischenschicht durchdringende Wärmestrahlung
auf die Milch erhitzend einwirkt.
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Für die praktische Ausführung der Einrichtung nach der Erfindung gibt
es zahlreiche Möglichkeiten. Einige Ausführungsbeispiele sind in den Fig. i bis
q. der -Zeichnung dargestellt.
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In Fig. i ist angenommen, daß die Heizvorrichtung nach der Erfindung
bei einer Milchflasche handelsüblicher Form angewendet werden soll. Als Heizvorrichtung
ist hierbei eine röhrenförmige elektrische Glühlampe vorgesehen, bestehend aus dem
Heizdraht i und einer Hülle?, aus Glas oder einem anderen für Wärmestrahlen
durchlässigen Stoff. An Stelle des Heizdrahtes i kann auch ein beliebiger anderer
elektrischer Widerstandskörper vorgesehen werden. Die Glühlampe steckt in einem
Fassungssockel 3 und ist an die Stromzuführungsleitung ¢ angeschlossen. Die Glühlampe
hängt in die Milchflasche 6 hinein, wobei ihr Sockel 3 mit dem Flansch 7 auf den
Flaschenhals aufgestützt ist. Ein Thermometer 8 dient zum überwachen der Flüssigkeitstemperatur
und ist mit dem Sockel 3 bzw. mit der Heizvorrichtung derart zusammengebaut, daß
es zusammen mit der Heizvorrichtung bequem durch die Flaschenöffnung hindurchgeführt
werden kann. Soll die Regelung der Heizvorrichtungstemperatur in Abhängigkeit von
der Temperatur der behandelten Flüssigkeit selbsttätig erfolgen, so kann das Thermometer
8 als ein Kontaktthermometer ausgebildet werden, welches selbsttätig durch Vergrößerung
oder Verminderung des Heizstromes die gewünschte Temperatur der Heizvorrichtung
und somit mittelbar auch der Flüssigkeit einhält.
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Erfindungsgemäß ist nun um die Hülle 2 herum noch eine zweite Hülle
2' aus gleichem oder ähnlichem Stoff angeordnet. Zwischen den beiden Hüllen 2 und
2' befindet sich ein schlecht wärmeleitendes Gas, beispielsweise hochverdünnte Luft.
Zwischen der heißen Hülle :2 und der als Heizvorrichtung vorgesehenen Glühlampe
und der in der Flasche 6 befindlichen zu erhitzenden Milch befindet sich also erfindungsgemäß
eine Zwischenschicht aus schlecht wärmeleitendem, jedoch für Wärmestrahlen (rote
Strahlung) durchlässigen Stoff, nämlich die Hülle 2' samt der schlecht wärmeleitenden
Gasfüllung zwischen den beiden Hüllen.
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Beim Anschluß der Heizvorrichtung an eine elektrische Stromquelle
wird der Heizdraht der Glühlampe erwärmt. Die Wärme des Heizdrahtes wird hierbei
durch Strahlung durch die Hüllen 2 und 2' sowie deren gasförmige Zwischenschicht
hindurch an die in der Flasche 6 befindliche Flüssigkeit weitergegeben. Eine Wärmeübertragung
durch Wärmeleitung ist durch die schlecht wärmeleitende Gasschicht zwischen den
Hüllen 2 und ?,'verhindert oder zum mindesten auf ein praktisch unbedeutendes
Maß herabgesetzt. Außerdem kann durch geeignetes Material der Hüllen 2 und 2' noch
dafür gesorgt werden, daß diese möglichst gut die roten Strahlen, d. h. Wärmestrahlen
hindurchlassen, also für rote Strahlung möglichst wenig absorbierend wirken.
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Die Eindringtiefe der Wärmestrahlen in die Flüssigkeit ist je nach
der Wellenlänge der Strahlen verschieden. Das Spektrum ist weitgehend abhängig von
der Temperatur der Heizvorrichtung. Durch Regelung dieser Temperatur kann daher
auch die Eindringtiefe der Wärmestrahlen in die Flüssigkeit geregelt und je nach
der Art sowie nach der Schichtdicke ,der Flüssigkeit beliebig festgelegt werden.
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Wie Fig. i zeigt, ist die röhrenförmige Ausbildung der als Heizvorrichtung
vorgesehenen Glühlampe besonders dann von Vorteil, wenn die Heizvorrichtung in Gefäßen
mit engen Öffnungen verwendet werden soll. Naturgemäß kann die Heizvorrichtung auch
jedem beliebigen anderen Flüssigkeitsbehälter bzw. dessen Öffnung in ihrer Form
angepaßt werden, beispielsweise einer Milchtransportkanne, einem Fasse bzw. dessen
Spundöffnung, einer Korbflasche usw.
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Fig. 2 zeigt die' Verwendung der in Fig. i dargestellten, als elektrische
Glühlampe ausgebildeten Heizvorrichtung, in Verbindung mit einem Durchflußerhitzer.
Die Teile i bis qsind die gleichen wie bei Fig. i. Die Heizvorrichtung ist mittels
ihres Flansches 7' in die eine Stirnseite eines Durchlauferhitzerbehälters g von
beispielsweise zylindrischer Form eingelassen. An den beiden Enden des Behälters
g ist je ein Einlaßstutzen io bzw. Auslaßstutzen i i zum Ein- bzw. Auslassen der
zu behandelnden Flüssigkeit vorgesehen. In dem Auslaßstutzen ist ein Thermometer
8 vorgesehen, welches wiederum zur überwachung der erzielten Flüssigkeitstemperatur
dient.
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Die Regelung der Flüssigkeitstemperatur kann wiederum durch Steuerung
des Heizstromes erfolgen, sie kann aber auch, wie es bei dem Erhitzer nach Fig.
2 angenommen ist, durch Regelung der den Erhitzer in der Zeiteinheit durchlaufenden
Flüssigkeitsmenge erfolgen. Hierzu ist in den Einlaßstutzen io ein Drosselorgan
12 eingebaut, welches von einem Regler 13 verstellt werden kann. Die Steuerung
dieses Reglers kann selbsttätig durch das entsprechend ausgebildete Thermometer
8 erfolgen.
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Zur Beschleunigung der Aufheizung der gesamten Flüssigkeitsmenge können
an sich
bekannte Umwälzeinrichtungen verwendet werden, die ständig
neue Flüssigkeitsteilchen in die Nähe der Heizkörperhülle bringen, wo die Wirkung
der in die Milch eindringenden Wärmestrahlen am größten ist. Diese Umwälzeinrichtungen
können beispielsweise in Leitflächen bestehen, die einen Kreislauf der Flüssigkeit
unter dem Einfluß des natürlichen Wärmeauftriebs fördern, es können aber auch, namentlich
bei größeren Flüssigkeitsbehältern, besondere Rührwerke verwendet . werden. Zweckmäßig
können die Heizvorrichtungen selbst als Rührwerke ausgebildet werden.
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Die erfindungsgemäß zwischen der Heizvorrichtung und der zu erhitzenden
Flüssigkeit angeordnete Zwischenschicht aus schlecht wärmeleitendem, jedoch für
rote Strahlung durchlässigem Stoff ist bei den in Fig. r und .2 dargestellten Ausführungsbeispielen
eine abgeschlossene ruhende Gasmenge. Diese Zwischenschicht kann aber auch ein.
strömendes Kühlmittel, zweckmäßig ein strömendes Gas, z. B. Luft, sein. Hierdurch
wird besonders zuverlässig verhindert, daß die Heizvorrichtungswärme auf die zu
behandelnde Flüssigkeit durch Wärmeleitung übertritt. Ein Ausführungsbeispiel ist
in Fig. 3 dargestellt.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise des in Fig.3 gezeigten Erhitzers
entspricht im wesentlichen dem in Fig. 2 gezeigten Erhitzer: Die zu behandelnde
Flüssigkeit durchläuft wiederum einen zylindrischen Behälter g, in welchem eine
röhrenförmige Strahlungsheizvorrichtung angeordnet ist. Die die Glüh-Lampe 2 mit
Abstand umgebende zweite Hülle 2" hat jedoch in diesem Falle die Form eines Rohres,
welches an beiden Stirnenden offen ist. Der Zwischenraum der beiden Hüllen steht
also an beiden Enden mit der Außenluft in Verbindung. Wird der Erhitzer in Betrieb
gesetzt, so wird durch die heiße Glashülle 2 der Glühlampe auch die in dem Zwischenraum
der beiden Hüllen befindliche Luft erwärmt. Die warme Luft steigt in natürlichem
Auftrieb hoch und entweicht aus der oberen Öffnung des Rohres 2' ; während von unten
frische Luft nachströmt. Somit wird der Zwischenraum der beiden Hüllen ständig von
frischer Luft durchspült, und eine Wärmeleitung vom Heizkörper zur Flüssigkeit wird
vermieden. Statt die Luft durch ihren natürlichen Wärmeauftrieb die Doppelwandung
durchstreichen zu lassen, kann sie gegebenenfalls auch mittels eines Gebläses o.
dgl. hindurchgetrieben werden. Auch können beliebige andere gasförmige oder auch
flüssige Kühlmittel verwendet werden.
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Zu einer möglichst weitgehenden Ausnutzung der Strahlungsenergie ist
es vorteilhaft, die - Oberfläche der Heizvorrichtungshülle recht groß zu machen.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die äußere Oberfläche der erfindungsgemäß
anzuordnenden Zwischenschicht in Form der bekannten Kühlrippen gewellt wird, wie
es in Fig. 4. dargestellt ist.
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Der Wirkungsgrad der Erwärmung durch Strahlung läßt sich ferner noch
dadurch erhöhen, daß die Wellenlänge der Wärmestrahlung dem zu erhitzenden Gut angepaßt
wird. Bei Milch oder ähnlichen emulsionsartigen Flüssigkeiten ist es beispielsweise
zweckmäßig, die Wellenlänge so zu bemessen, daß '/,Wellenlänge gleich dem mittleren
Abstand der Schwebeteilchen oder Tröpfchen der Emulsion ist. Bei jeder Emulsion
gibt es eine bestimmte Wellenlänge, bei der ein Optimum der Durchdringung der Wärmestrahlen
erreicht wird.
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Da die Wärmestrahlen mit zunehmender Eindringtiefe in die Flüssigkeit
mehr und mehr aufgezehrt werden, kann es zweckmäßig sein, die Erhitzer so auszubilden,
daß die mit der Heizvorrichtungshülle in Berührung stehende Flüssigkeit nur eine
geringe Schichtdicke aufweist. Andererseits kann auch je nach der vorhandenen Schichtdicke
der zu behandelnden Flüssigkeit die Wellenlänge der Strahlung so gewählt werden,
daß die Flüssigkeitsschicht möglichst in ihrer gesamtenDicke von der Strahlungsaufheizung
erfaßt wird.
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Alsdann können zur Verbesserung der Strahlungsausnutzung die Wandungen
des die Flüssigkeit enthaltenden Behälters mit einem nach innen spiegelnden Anstrich
o. dgl. versehen werden, so daß diejenigen Wärmestrahlen, die die Flüssigkeit vollkommen
durchdringen, durch 'die spiegelnden Flächen wieder zurückgeworfen und hierdurch
weiter nutzbar gemacht werden.
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Die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 durch das Kühlmittel abgeführte
Wärmemenge kann noch dadurch nutzbar gemacht werden, daß sie zur Vorwärmung der
dem Erhitzer zuzuführenden Flüssigkeit verwendet wird. Dies kann in irgendwelchen
an sich bekannten Wärmeaustauschapparaten geschehen. Das Kühlgas kann aber auch
unmittelbar in die vorzuwärmende Flüssigkeit eingeblasen werden. Bei einer solchen
Ausnutzung der in dem Kühlmittel angesammelten Wärmemenge braucht also die Strahlungsbeheizung
nicht mehr die gesamte Wärmemenge aufzubringen, welche zur Aufheizung der zu behandelnden
Flüssigkeit bis zu der gewünschten Endtemperatur erforderlich ist, sondern entsprechend
der erzielten Vorwärmung derFlüssigkeit nur einen geringeren Wärmebetrag.
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Der Strahlungserhitzer nach der Erfindung kann auch mit Erhitzern
beliebiger anderer Art in Reihe geschaltet werden. Da der Erhitzer
nach
der Erfindung in besonders einfacher Weise ein zuverlässiges Einhalten gewünschter
Höchsttemperaturen ohne Gefährdung der Flüssigkeit durch Übertemperatur ermöglicht,
ist es zweckmäßig, bei einer solchen Reihenschaltung des Strahlungserhitzers mit
anderen Erhitzern dem Strahlungserhitzer die Endaufheizung der Flüssigkeit zu überlassen,
während die anderen Erhitzer als Vorwärmer benutzt werden. Insbesondere kann man
die Wärme der behandelten Milch zur Vorwärmung der noch unbehandelten Milch in Wärmeaustauschern
ausnutzen.
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Bei allen bisher besprochenen Ausführungsbeispielen der Einrichtung
nach der Erfindung sind lediglich solche elektrischen Heizvorrichtungen besprochen
worden, deren Heizquelle in einem Glühdraht oder einem anderen an eine Stromquelle
angeschlossenen Widerstandskörper besteht. Es können jedoch auch elektro-induktiv
beheizte Strahlungskörper und selbst elektrische Entladungsstrecken als Strahlungsquelle
verwendet werden. Darüber hinaus können sogar beliebige andere Heizquellen zur Strahlungserzeugung
verwendet werden, beispielsweise gasbeheizte Strahlungskörper. Diese können z. B.
so eingerichtet sein; daß eine Gasflamme als Strahlungsquelle dient, wobei die heißen
-Abgase zweckmäßig zur Vorwärmung der zu erhitzenden Flüssigkeit verwendet werden.
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Die Einrichtung nach der Erfindung- ist vorstehend in ihrer Anwendung
für die Erhitzung von Milch beschrieben worden: Sie ist auch bei allen anderen,
insbesondere organischen Flüssigkeiten sehr vorteilhaft, bei denen die genaue Einhaltung
bestimmter Höchsttemperaturen von Wichtigkeit ist. Vornehmlich kommen hierfür alle
flüssigen Nahrungs- und Genußmittel in Betracht, welche durch Erhitzung haltbar
gemacht werden, also beispielsweise Obstsäfte, in Fruchtsaft eingemachte Früchte,
Bier, Wein, ferner aber auch (Öle, Lacke, Leim, flüssige Isolierstoffe u. a. m.