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Temperaturregler für Milcherhitzer Zusatz zum Patent 66z?63 Die Erfindung
bezieht sich auf einen Temperaturregler für Milcherhitzer, insbesondere für Plattenmilcherhitzer,
und bezweckt eine weitere Ausgestaltung und Ausbildung der im Patent 662 2,63
geschützten Erfindung.
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Das Hauptpatent bezieht sich im wesentlichen auf dampfbeheizte Milcherhitzer
mit einem Wärmefühlersystem, bei dem ein in die Milchausflußleitung eingebauter
Thermostat mittels eines bei Temperaturschwankungen sich ausdehnenden bzw. zusammenziehenden
Stoffes einen das Heizmittelregelventil betätigenden Arbeitskörper steuert.
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Gemäß dem Hauptpatent ist der Arbeitskörper des Thermostaten in einem
hinter dem Heizdampfventil in die Heizdampfleitung eingeschalteten Ausgleichs- oder
Expansionsgefäß angeordnet, durch welches unabhängig von der vom Thermostaten gesteuerten
Ventilstellung des Heizdampfventils stets eine gewisseGrunddampfmengehindurchgeht.
Dadurch wird erreicht, daß der Arbeitskörper in einem Raum arbeiten kann, in welchem
stets eine konstante Temperatur aufrechterhalten bleibt. Der Arbeitskörper des Thermostaten
ist dadurch ständig einer gleichbleibenden Temperatur ausgesetzt und wird infolgedessen
von den oft sehr erheblichen Schwankungen der Außentemperatur nicht mehr in seiner
Arbeitsweise beeinträchtigt. Dadurch
wird eine wichtige Fehlerquelle
beseitigt. _auch kann der Thermostat dann leichter arbeiten und bereits auf die
geringsten Temperaturschwankungen reagieren, weil er nur noch Uie Spitzenregulierung
zu übernehmen hat.
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Durch die Erfindung wird nun bezweckt, den Grundgedanken des Hauptpatents
auf Temperaturregler für solche Milcherhitzer zu übertragen, die mit flüssigen,
gegebenenfalls durch Dampf angeheizten Wärmeübertragungsmitteln arbeiten, wobei
der den Arbeitskörper steuernde Thermostat in die zum Erhitzer führende Heizmittelleitung
eingebaut ist.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der Arbeitskörper
des Thermostaten in einem nach außen abgeschlossenen, von dem in seiner Temperatur
geregelten und vorzugsweise bereits durch den Erhitzer hindurchgeflossenen Heizmittel
durchströmten Arbeitsgehäuse untergebracht ist.
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Dadurch wird erreicht, daß der Arbeitskörper des Thermostaten, der
ebenso wie der Thermostat selbst mit dem temperaturempfindlichen Stoff gefüllt ist,
den Einflüssen der ihn umgebenden schwankenden Außentemperatur vollständig entzogen
ist, wodurch eine bestimmte Regelgrundlage erzielt wird. Denn durch die Unterbringung
des Arbeitskörpers indem vom Heizmittel durchströmten Arbeitsgehäuse kann der Arbeitskörper
stets in einem Raum von geregelter und kontrollierbarer Temperatur arbeiten. Er
kann auf diese Weise das Regelventil in einer Grundstellung halten, die der Normaltemperatur
in dem Arbeitsgehäuse entspricht und die sich lediglich dann ändert, wenn die Normaltemperatur
im Arbeitsgehäuse verändert wird. Der Thermostat, welcher in die zum Erhitzer führende
Heizstoffzuflußleitung eingebaut ist, kann nunmehr die Temperatur des zufließenden
Heizstoffes durch Verstellung des Regelventils auf der Grundlage der dein Regelventil
vom Arbeitskörper aufgezwungenen Grundstellung regeln.
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Der Arbeitskörper, an dein das Regelventil angeschlossen ist, und
der Thermostat werden zweckmäßig dicht neben- oder untereinander angeordnet und
bilden eine zentrale Regeleinheit, wobei der Arbeitskörper einerseits und der Thermostat
andererseits in zwei benachbarten Gehäusen untergebracht sind, an «-elche die an
dieser Zentralstelle zusammenlaufenden, vom Erhitzer kommenden bzw. zum Erhitzer
führenden Heizstoffleitungen angeschlossen sind. Durch diese Ausbildung werden weiterhin
zwei Vorteile erzielt. Erstens fällt das lange Kapillarrohr vom Thermostaten zum
Erhitzer praktisch fort, so daß die Gefahr einer Beschädigung dieses Kapillarrohres
nicht mehr besteht, und zweitens wird damit -auch der nachteilige Einluß beseitigt,
den die Schwankungen der Außentemperatur auf den Inhalt dieses Kapillarrohres bisher
ausüben konnten.
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Die Impulsübertragung vom Thermostaten zum Arbeitskörper kann bei
der Zusammenfassung der Regelteile zu einer zentralen Einheit durch eine starre
Verbindungsleitung oder auch durch ein ganz kurzes Kapillarrohr geschehen, welches
zum Schutz gegen äußere Einflüsse durch eine besondere Schutzhaube gesichert sein
kann.
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Durch die Unterbringung des Arbeitskörpers in einem vorn abfließenden,
geregelten Heizstoff durchflossenen Arbeitsgehäuse ergibt sich eine kontrollierbare
und bei gleichbleibender Abflußtemperatur konstante Regelgrundlage. Bei Plattenmilcherhitzern
führt aber die Beibehaltung einer solchen konstanten Regelgrundlage bei längerem
Betrieb des Erhitzers zu unrichtigen Ergebnissen. Bei einer längeren Dauer der Erhitzungsperiode
beschlagen nämlich in den meisten Fällen die Heizplatten im Erhitzer, da sich, an
der Milchseite der Heizplatten eine Hautschicht absetzt, die den Wärmedurchgang
verschlechtert, so daß bei gleichbleibender Zuflußtemperatur des Heizstoffes - die
ausfließende Milch um einige Temperaturgrade weniger erhitzt ist. Bisher hat man
sich damit beholfen, daß man durch Öffnen eines Handventils mehr Heizstoff eintreten
ließ, um die Erhitzertemperatur zu erhöhen und damit die Milchtemperatur wieder
auf den erforderlichen Wert zubringen.
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Durch die Unterbringung des Arbeitskörpers in dem vom ausfließenden
Heizstoff durchströmten Arbeitsgehäuse ist es i möglich, diese Regelung selbsttätig
durchzuführen, indem man die Tatsache ausnutzt, daß die abfließende Heizstofftemperatur
wegen der verringerten Wärmeabgabe an die Milch um einige Temperaturgrade ansteigt,
wodurch die Regelgrundlage, auf welcher der Arbeitskörper des Temperaturreglers
arbeitet, verändert wird. Dies geschieht dadurch, daß der Arbeitskörper bei normaler
im Arbeitsgehäuse herrschender Abflußtemperatur das Regelventil lediglich unter
der Wirkung der vom Thermostaten ausgeübten Impulse entsprechend den im Thermostatgehäuse
auftretenden Schwankungen der normalen Zuflußtemperatur mehr oder weniger schließt
bzw. öffnet, dagegen bei einem Ansteigen der Abflußtemperatur im Arbeitsgehäuse
über den Normalwert eine zusätzliche Öffnung des Regelventils bewirkt, indem die
Ventilstange mit ihrem freien Ende gegen einen normalerweise auf seinem Ventilsitz
ruhenden Ventilkegel stößt und letzteren
von seinem Sitz abhebt,
wodurch ein zusätzlicher Ventildurchgang geöffnet wird.
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Die Dichtflächen der Ventilverschlußteile werden vorzugsweise möglichst
schmal gehalten. Insbesondere werden die Ränder der Ventilscheibe und des zugehörigen
Ventilsitzringes zugespitzt, um schmale Dichtflächen zu erhalten. Dadurch wird erreicht,
daß sich Schmutzteilchen nicht an den Ventilteilen ansetzen und Störungen hervorrufen
können.
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Schließlich kann die Regeleinrichtung noch durch eine Signalvorrichtung
ergänzt werden, die bei eintretendem Mangel an Heizstoff oder an erhitztem Stoff
(Milch) in Tätigkeit versetzt wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeit Fig. i in Seitenansicht und teilweisem Schnitt eine
Temperaturregeleinrichtüng für einen Plattenmilcherhitzer, der durch mittels Dampf
aufgeheiztes Heißwasser erhitzt wird, während Fig. a im Schnitt und in vergrößertem
Maßstab ein Regelventil für sich tierausgezeichnet darstellt.
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Bei dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel besteht
der Erhitzer aus einem Plattenmilcherhitzer i mit einer Milchleitung z. Die - Erhitzung
der Heizplatten des Plattenerhitzers i geschieht durch Heißwasser, das mittels Dampf
aufgeheizt wird. Der Heizdampf strömt durch eine Dampfleitung 3 zu, wobei er einen
Druckregler .4 passiert, durch den der Dampfdruck ständig auf einer konstanten Höhe
erhalten wird. Der Heizdampf gelangt dann in ein Regelventil s, welches die Menge
des zugeführten Dampfes entsprechend der gewünschten Temperatur des Heizstoffes
einstellt. Nach Verlassen des Regelventils 5 tritt der Heizdampf in eine Mischdüse
6 ein, wo er die Aufheizung des durch den Erhitzer i 7irkulierenden Heißwassers
vornimmt.
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Die Zirkulation des Heißwassers wird durch eine Pumpe 7 aufrechterhalten,
die das vom Erhitzer kommende Wasser durch eine Leitung 8 nach der Mischdüse 6 befördert.
Nach der Vermischung und Aufheizung durch den Heizdampf strömt das Heißwasser. durch
eine Zuflußleitung 9 an der Stelle io in den Plattenerhitzer i ein, wo es durch
die aufeinanderliegenden Heizplatten des Erhitzers hindurchfließt und die Milch
auf die gewünschte Temperatur bringt. Sodann verläßt das Heißwasser den Plattenerhitzer
i an der Stelle i i und fließt durch eine Abflußleitung i2 zu der Pumpe 7 zurück,
wo der Kreislauf von neuem beginnt.
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In :die Zuflußleitung 9 ist ein Thermostatgehäuse 13 eingeschaltet,
in welches ein in bekannter Weise z. B. mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllter
Thermostat 14 taucht. Der Thermostat 14. kann :ebenfalls in bekannter Weise mit
einer Regulier- und Sicherheitsvorrichtung 15 versehen sein, die eine Einstellung
der gewünschten Regeltemperatur ermöglicht und ein Überdrücken des Thermostaten
verhindert.
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_ Der Thermostat 14 ist durch eine Impulsübertragungsleitung, beispielsweise
durch ein kurzes Kapillarrohr 16, mit einem Arbeitskörper 17 verbunden, der in bekannter
Weise in seinem Innern mit einem Kolben oder Federrohr versehen ist und über einen
nach außen ragenden Arbeitsstift 18 die Ventilstange i9 des Regelventils 5 betätigt.
Der Arbeitskörper 17 ist nun ähnlich wie der Thermostat 14. in einem nach außen
.abgeschlossenen Arbeitsgehäuse :2o untergebracht, welches in die Abflußleitung
1a eingeschaltet und von dem abfließenden Heizwasser durchströmt wird.
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Das Arbeitsgehäuse 2o, das an das Regelventil 5 angeschlossen ist,
ist dicht neben dem Thermostatgehäuse 13 angeordnet, so daß die beiden Gehäuse 13
und 2o, die den Thermostaten i4 und den Arbeitskörper 17 enthalten, zusammen mit
dem Regelventil s eine zentrale Regeleinheit bilden. Infolgedessen kann das Kapillarrohr
16 ganz kurz ausfallen. An Stelle eines Kapillarrohres kann übrigens auch eine starre
Verbindung gewählt werden, indem der Thermostat 14 mit dem Arbeitskörper 17 z. B.
durch eine Impulsleitung verbunden wird, :die durch den Boden 21 des Thermostatgehäuses
13 und durch den Boden 22 des Arbeitsgehäuses 2o hindurchgeführt werden kann. Auf
jeden Fall kann diese Verbindung, im Ausführungsbeispiel das Kapillarrohr 16, durch
eine besondere Schutzhaube 23 gegen äußere Einflüsse gesichert werden.
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Infolge der Zusammenfassung sämtlicher Regelteile müssen die Heizstoffleitungen
9 und 12 derart geführt werden, daß sie an dieser Zentralstelle zusammenlaufen,
wo sie entsprechend an das Thermostatgehäuse und an das Arbeitsgehäuse 2o angeschlossen
werden.
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Die von dem Thermostatgehäuse, dem Arbeitsgehäuse und dem Regelventil
gebildete Regeleinheit wird zweckmäßig derart mit den verschiedenen Leitungen verbunden,
daß die Rohrleitungen keine unnötigen Krümmungen aufweisen und einen möglichst geringen
Leitungswiderstand hervorrufen. Zu diesem Zweck können die Anschlüsse der Leitungen
an die Gehäuse an beliebiger Stelle seitlich, vorn oder hinten je nach den örtlichen
Verhältnissen vorgesehen werden. Die Regeleinheit selbst kann ebenfalls je nach
den Verhältnissen
beispielsweise auf einem besonderen Fuß oder
auch alt der Wand oder in sonstiger Weise aufgestellt werden.
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Das Regelventils wird erfindungsgenläl) derart ausgebildet und von
dein Arbeitskö rper 17 betätigt, daß der Arbeitskörper 17 bei normalerAbflußtemperatur
im Arbeitsgehäuse 2o das Regelventil lediglich unter der Wirkung der Impulse betätigt,
die vom Thermostaten 1.I entsprechend den im Thermostatgehäuse 12 auftretenden Schwankungen
der normalen Zuflußternperatur auf den Inhalt des Arbeitskörpers 17 ausgeübt werden.
Der Arbeitskörper 17 arbeitet also auf einer voll äußeren Einflüssen unabhängigen
Regelgrundlage, die auf der an sich konstalit zu haltenden Temperatur im Arbeitsgehäuse
2o basiert. Wenn sich nun aber diese Grundlage dadurch ändert,daß die Temper atur
iin Arbeitsgehäuse 2o über den Normalwert ansteigt, was nach längerer Betriebszeit
des Erhitzer durch Beschlagen der Heizplatten geschehen kann, so bewirkt der Arbeitskörper
eine zusätzliche üffnung des Regelventils und damit eine Heraufsetzung auch dies
Normalwertes der Zuflußtemperatur.
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Dies wird in einfacher Weise z. B. dadurch ermöglicht, daß der Normaldurchfluß
des Regelventils 5 durch einen Hauptv entildurchgang 2.I erfolgt, dessen Durchgangsquerschnitt
mittels einer Ventilscheibe 25 geregelt wird, deren Durchmesser derart bemessen
ist, daß sie frei durch den Hauptventildurchgang 24 hindurchschiebbar ist, der von
dem Ventilsitzring 26 umgeben ist. Die Dichtflächen der Ventilverschlußteile werden
besonders schmal gehalten, damit sich kein Schmutz ansetzen und Störungen hervorrufen
kann. Aus diesem Grunde ist die Ventilscheibe 25 als dünne, an ihrem Rande zugespitzte
Scheibe ausgebildet, während der zugehörige Ventilsitzring 26 ebenfalls einen nach
innen spitz -zulaufenden Rand aufweist.
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Um nun weiterhin einen zusätzlichen Durchfluß durch das P"egelventil-5
zu erllalten, ist ein Zusatzv entildurchgang 27 zweckmäßig oberhalb des -Hauptventildurchgallgs
2d. in dem Regelventil 5 vorgesehen. Der Zusatzventildurchgang 27 wird voll einem
Ventilsitzring 28 gebildet, finit dem ein Ventilkegel29 zusammenarbeitet, der normalerweise
durch eine Belastungsfeder 3o auf seinen Sitz gedrückt wird. Die Feder 30 kann in
einfacher Weise in einer auf dem Ventilkegel 29 vorgesehenen Schutzhülse 31 geführt
sein und sich lilit ihrem oberen Ende gegen einen Schraubdeckel 32 des Regelventils
5 stützen.
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Der Ventilkegel 29 ist mit der die Ventilscheibe 25 tragenden Ventilstange
1g nicht fest verbunden und wird normalerweise voll letzterer gar nicht beeinflußt.
Die Ventiltange ig ist zwecks Regelung ihres Abstandes ' -,oni Ventilkegel 29 mit
einem aufschraubbaren Anschlußkopf 33 versehen, der sich ar, der Stelle 34 lediglich
lose von unten gegen den Ventilkegel 29 legen kann. Der 33 bleibt während der normalen
Regelarbeit jedoch in einem bestimmten Abstand von denn Ventilkegel 29 und stößt
erst bei einem Anstieg der Abflußtemperatur im Arbeitsgehäuse 2o unter der Wirkung
des alsdann vorstoßenden Arbeitskörpers 17 gegen den Ventilkegel 29. Entsprechend
der gewünschten Heraufsetzung der Zuflußtemperatur wird dann der Ventilkegel 29
von seinem Sitz 28 abgehoben. Die Ventilscheibe 25 kann sich bei dieser weiteren
Hebung der `"entilstange ig einfach durch den Hauptventildurchgang 2q: hindurch
nach oben bewegen, da ihr Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser
des Ventilsitzringes 26 gehalten ist. Die Dichtflächen des Zusatzv entilkegels 29
und des zugehörigen Sitzringes 28 sind ebenfalls möglichst schmal gehalten, um Störungen
durch Ansetzen von Schmutzteilchen an den Dichtflächen möglichst zu verhindern.
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Unter normalen Verhältnissen möge die Temperatur in der Zuflußleitung
g und damit in dem Thermostatgehäuse 13 beispielsweise auf 75° C gehalten werden,
wobei die Temperatur in der Abflußleitung 12 und damit in dem Arbeitsgehäuse 2o
normalerweise 68° C beträgt. Zunächst arbeitet die Regeleinrichtung derart, daß
der Thermostat 14 das Regelventil s entsprechend der gleichzuhaltenden Zuflußtemperatur
von 75° C betätigt. Während dieser Zeit ist lediglich der Hauptventildurchgang 2:I
im Ventilgehäuse 5 geÖffnet, und die Ventilscheibe 25 bewegt sich lediglich auf
der Austrittsseite unter der Einwirkung der vom Thermostaten 1,4 ausgeübten Regelimpulse,
wobei sie sich bei der Ausführung nach Fig. 2 von unten her dem Haüptventildurchgang
24 mehr oder weniger nähert, um den zur Aufrechterhaltung der Zuflußtemperatur erforderlichen,
Durchgangsquerschnitt für den zuströmenden Dampf freizugeben.
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Nach längerer Betriebszeit beschlagen nun die Heizplatten im Erhitzer
i, so daß weniger Wärme an die Milch abgegeben wird und die Abflußtemperatur in.
der Abflußleitung 12 um einige Grade ansteigt. Die Regelgrundlage, auf der -der
Arbeitskörper 17 arbeitet, wird dadurch verändert. Dieser Veränderung trägt die
Einrichtung gemäß der Erfindung dadurch Rechnung, daß der Arbeitskörper 17 infolge
der entsprechend der Temperaturzunahme im Arbeitsgehäuse 2o eintretenden Ausdehnung
der in ihm befindlichen Flüssigkeit
seinen Arbeitsstift 18 und
damit die Ventilstange ig um einen merklichen Betrag vorschiebt. Hierbei stößt der«
Anschlagkopf 33 der Ventilstange ig gegen den, Ventilkegel 29 und hebt letzteren
von seinem Sitz 28 ab. Auf diese Weise wird der Zusatzventildurchgang 27 geöffnet,
und zwar in einem solchen Maße, daß beispielsweise io bis 2o '/.Dampf mehr
als normalerweise durchströmt. Infolgedessen wird die Temperatur in der Zuflußleitung
g um einige Grade über die Normaltemperatur von 75° C erhöht, so daß trotz der im
Erhitzer i beschlagenen Heizplatten wieder genügend Wärme an die Milch abgegeben
wird. Falls die Heizplatten bei weiterer Erhitzungsdauer noch stärker beschlagen,
so erhöht sich die Temperatur in der Abflußleitung 12 entsprechend, und der Arbeitskörper
17 öffnet den zusätzlichen Ventildurchgang 27 noch weiter. Außerdem wird aber auch
die Ventilscheibe 25 auf die entgegengesetzte Seite des Ventildurchgangs 2q., in
Fig: 2 also nach oben geschoben, wodurch auch der Hauptventildurchgang 2q. weiter
geöffnet wird. Dadurch wird das Nachlassen der Erhitzerleistung infolge Beschlagens
der Heizplatten selbsttätig ausgeglichen.
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Wenn die Anlage außer Betrieb gesetzt wird, so kühlen sich der Thermostat
14 und der Arbeitskörper 17 ab, die Ventilstange ig bewegt sich wieder nach unten
und der Zusatzventilkegel 2g wird durch die Feder 30 wieder fest auf seinen Sitz
28 gedrückt.