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Wärmeaustausch-Apparat für Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich
auf Verbesserungen in modernen Pasteurisierapparaten zur Behandlung von Milch und
anderen Flüssigkeiten für Trinkzwecke u. dgl., welche vier Kammern aufweisen, nämlich
eine Regenerativkammer, eine Pasteurisierkammer, eine Vorkühlungs- und eine Tiefkühlungskammer.
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In der Regenerativkammer wird die Wärme der pasteurisierten Flüssigkeit
zum Erwärmen der rohen Milch verwendet. In der Pasteurisierkammer wird die Flüssigkeit
so hoch erhitzt, daß der erforderliche bakteriologische Effekt erreicht ist, und
in den beiden Kühlkammern, die die pasteurisierte Flüssigkeit nach der Regenerativkammer
durchläuft, wird diese so tief abgekühlt, daß der bakteriologische Effekt genügend
lange aufrechterhalten bleibt. Die Temperatur, mit der die Flüssigkeit der Pasteurisierkammer
zugeführt wird, hängt teils von der Regenerativwirkung und teils von der Eintrittstemperatur
der Flüssigkeit ab. Die letzte Temperatur schwankt insbesondere bei Milch stark,
z. B. zwischen o und 25°, und es ist klar, daß diese starken Temperaturschwankungen
einen großen Einfluß auf die Wirksamkeit der Pasteurisierkammer ausüben. Im Hinblick
hierauf hat man z. B. vorgeschlagen, eine Temperaturregulierkammer zwischen der
Regenerativkammer und der Pasteurisierkammer einzuschalten, so daft die schwankende
Eintrittstemperatur auf einen vorher bekannten festen Wert gebracht wird, wodurch
die Pasteurisierkammer unter gleichförmigen Bedingungen arbeitet.
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Neuerdings ist üblich geworden, die Wirksamkeit eines Pasteurisierapparates
durch die Menge der
während des Wärmevorganges zerstörten Phosphatase
zu messen.
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Die Menge der vernichteten Phosphatase hängt von derTemperatur und
der Zeit ab, wobei die letztere von dem Eintritt der Flüssigkeit in die Pasteurisiereinheit,
in der die Flüssigkeit eine vorbestimmte Temperatur aufweist, bis zu dem Austritt
aus dieser Einheit gerechnet wird, wo die Flüssigkeit dieselbe Temperatur hat. Diese
Zeitdauer kann durch Messen des Volumens und der Kapazität der Pasteurisierkammer
bestimmt werden.
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Die Temperatur steigt von der Eintrittstemperatur bis zu einem Maximum,
der Pasteurisiertemperatur, an, worauf sie auf die Austrittstemperatur fällt, und
während dieses Verlaufes wird die Phosphatase beständig vernichtet. Hieraus ist
zu folgern, daß bei gleicher Zeitdauer und bei gleichem Anwachsen und Abfallen der
Temperatur nach der gleichen Kurve es möglich sein wird, dieselben Mengen Phosphatase
zu vernichten, was bedeutet, daß die Wirksamkeit der Pasteurisierkammer konstant
gehalten werden kann. Dies ist für moderne Molkereien wichtig, da man mehr und mehr
dazu übergeht, eine hohe Pasteurisiertemperatur und eine entsprechend kürzere Pasteurisierzeit
anzuwenden.
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Bei den älteren Pasteurisierapparaten mit einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur wurde nur die Eintrittstemperatur der Milch in die Pasteurisierkammer
reguliert, wogegen die Regulierung der Austrittstemperatur für nicht wichtig gehalten
wurde. Hierbei ist die Pasteurisierzeit verhältnismäßig lang, und das Abkühlen der
Flüssigkeit auf natürliche Weise in der Regenerativkammer geschah gegenüber der
Pasteurisierdauer verhältnismäßig schnell.
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Bei den modernen Vorrichtungen mit sehr kurzer Pasteurisierzeit ist
es jedoch auch notwendig, den Abkühlvorgang zu kontrollieren, da die hierfür aufgewendete
Zeit im Vergleich zu der Pasteurisierzeit nun verhältnismäßig lang sein muß.
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Gegenstand der Erfindung ist die Einschaltung einer Temperaturregulierkammer
nach der Pasteurisierkammer, aber zu Beginn der Regenerativkammer. In dieser Temperaturregulierkammer
kann die Flüssigkeit unabhängig von der Regenerativkammer für eine abgegrenzte Zeit
auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt werden, wobei die Wirksamkeit der Pasteurisierkammer
innerhalb absolut feststehender Grenzen festgelegt werden kann, und zwar unabhängig
sowohl von der Temperatur der kalten Flüssigkeit als auch von der Regenerativwirkung.
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Man hat bisher vorgeschlagen, eine Kühlkammer nach der Pasteurisierkammer
vorzusehen, aber man bezweckte damit, die Flüssigkeit um einige Grade auf eine Temperatur
abzukühlen, die noch innerhalb des Pasteurisiergebietes lag, so daß diese Kühlkammer
tatsächlich zur Pasteurisiereinheit gehört, da mit der bekannten Kühlkammer die
Flüssigkeit nur um höchstens 8° unterhalb der höchsten Pasteurisiertrmperatur gekühlt
werden konnte. Außerdem bezweckte man dadurch eine selbsttätige Verlänge rung der
Pasteurisierdauer. Die Erfindung ist auf ein ganz anderes Ziel gerichtet, nämlich
so schnell wie möglich die Temperatur der Flüssigkeit außerhalb der Pasteurisierregion
zu bringen, was durch die Anwendung der höchstmöglichen I'asteurisiertemperatur
bedingt ist.
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Für das Pasteurisieren von Milch bezieht sich das Vorstehende sowohl
auf die Behandlung von Milch für den Verbrauch, d. h. von Milch, die nach Passieren
der letzten Kammer des Pasteurisierapparates abgelassen und an den `'erbraucher
verkauft wird, als auch auf die Behandlung von Produktenmilch, d. h. Milch, aus
der Butter hergestellt wird.
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Wegen der hohen Gestehungskosten möchten die meisten Molkereibesitzer
denselben Apparat für die Behandlung von Milch für den Verbrauch als auch für die
Behandlung von Produktenmilch verwenden können, und bei Produktenmilchwird gefordert,
daß der in Butter zu verwandelnde Rahm und- die abgerahmte Milch, die zur Fütterung
des Viehes verwendet wird, auf den Storch-Test negativ reagieren sollen.
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Ein Apparat mit einer sehr kurzen Pasteurisierdauer kann bisher dieser
Forderung nicht entsprechen und die Vorrichtungen sind deshall> mit einer Nebenleitung
zu einer eingeschalteten Haltekammer versehen worden, in der die Pasteurisierdauer
bei einer geeigneten Temperatur verlängert werden konnte, zu dem Zweck, daß die
Milch auf den Storch-Test negativ reagiert.
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Diese Einrichtung kann nun nicht bei Apparaten mit sehr kurzer Pasteurisierdauer
verwendet werden, da die angebrachten Nebenvorrichtungen das Durchflußvolumen des
Pasteurisierapparates so stark vergrößert, daß die Pasteurisierdauer zu lang werden
wird. Dadurch kann die gewünschte hohe Temperatur nicht in derselben Zeit erzielt
werden, in der sie bei der erfindungsgemäßen Arbeitsmethode erhalten wird.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Pasteurisierapparate bestand darin,
daß die eingeschaltete Haltekammer so lange überflüssig wurde, wie Milch für den
direkten Verbrauch behandelt wurde. Die in der Haltekammer befindliche Milch mußte
entweder abgelassen werden oder verblieb bis zum Ende der Arbeitsperiode, und dies
war natürlich im Hinblick auf die bakteriologische Wirkung nicht zufriedenstellend.
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Die bakteriologische Wirkung wird also einerseits bei einem Apparat
zur Behandlung von Milch für den unmittelbaren Verbrauch in der Pasteurisierkammer
des Apparates erzielt, anderseits tritt die gewünschte Wirkung bei einem Pasteurisierapparat
für Produktenmilch teils in der Pasteurisierkammer des Apparates, teils in einer
nachfolgenden Haltekammer ein.
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Die Erfindung hat deshalb als Ziel eine Haltekammer in Verbindung
mit einer Temperaturregulierkammer an einer solchen Stelle des Apparates anzuordnen,
daß die Haltekammer hei Verwendung des Apparates zum Pasteurisieren von Milch für
den unmittelbaren Verbrauch keinen Einfluß auf die Pasteurisation ausübt, d. h.
keine Wirkung auf die Vernichtung der Phosphatase hat, wogegen, wenn
der
Pasteurisierapparat zur Behandlung von Produktenmilch verwendet werden soll, es
möglich ist, die Milch vor ihrer normalen Funktion zu einem solchen Pasteurisiergrad
zu bringen, daß sie auf den Storch-Test negativ reagiert.
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Dies wird gemäß der Erfindung durch- Anordnung einer Haltekammer vor
dem letzten Teil einer mehrteiligen Regenerativkammer erreicht.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht, in der Fig. t
einen Apparat zum Pasteurisieren von Milch für den direkten Verbrauch und Fig. 2
dieselbe Vorrichtung für die Behandlung von Produktenmilch zeigt.
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Die in Fig. r dargestellte Vorrichtung umfaßt sieben Kammern, die
mit A, B, C, D, E, F und G bezeichnet sind. Kammer A ist eine Tiefkühlungskammer
und B der Vorkühler. C ist der erste Teil einer Regenerativkammer, die, wie beschrieben,
in zwei Abteilungen aufgeteilt ist. D bezeichnet eine Temperaturhaltevorrichtung,
E ist der andere Teil der Regeiierativkammer, zugehörig zu C. G stellt eine Temperaturregulierkammer
dar, die vor der Pasteurisierkammer angeordnet ist, und I# ist schließlich die Pasteurisierkammer.
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Die zu behandelnde Milch bei der Temperatur von o° fließt in den ersten
Teil der Regenerativkammer C, wie durch Pfeil I angedeutet ist, und von dort durch
den letzten Teil der Regenerativkammer E, wo sie auf eine Temperatur b erwärmt wird.
Danach fließt sie durch die Temperaturregulierkammer G, in vier die Temperatur der
Flüssigkeit so reguliert wird, daß diese beim Eintritt in die Pasteurisierkammer
F eine vorbestimmte Höhe aufweist.
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In der letzten Kammer wird die Milch auf die Pasteurisiertemperatur
a gebracht, wonach sie unter Umgehung der Temperaturregulierkammer G zu dem letzten
Teil der Regenerativkammer E fließt.
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Dabei wird die Milch auf eine Temperatur c abgekühlt, und während
des Haltens dieser Temperatur fließt sie durch die Temperaturhaltevorrichtung D
und durch den ersten 'feil C der Regenerativkammer, wo sie den Wärmeüberschuß an
die dort eingeführte rohe Milch abgibt. Danach gelangt die Milch durch den Vorkühler
B zu dem Tiefkühler A
und wird aus dein Apparat an der mit 1I bezeichneten
Stelle abgelassen.
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Das für die Vorkühlung verwendete Frischwasser tritt an dem Vorkühler
an der Stelle III ein und verläßt diesen an der Stelle IV, wogegen die für die Tiefkühlung
verwendete Sole in den Tiefkühler bei V eintritt und bei VI verläßt. Die Temperatur
c, die die Milch nach der Regenerativkammer e angenommen hat, ist so niedrig, daß
keine Phosphatase in der Milch beim Durchgang durch diese Kammer zerstört wurde.
Deshalb kann die Wirkung der Temperaturhaltevorrichtung nicht durch einen Phosphatasetest
bestimmt werden.
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Unter der Annahme, daß die in die Regenerativkammer C eintretende
Milch gemäß dem Pfeil I eine Temperatur von 25° besitzt, wird sie auf die Temperatur
b plus ungefähr 7° in den beiden Regenerativkammern C und F_ erwärmt.
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Mit dieser Temperatur fließt sie in die Temperaturregulierkanimer
G, wo sie eine vorbestimmte Temperatur erhält, bevor sie in die Pasteurisierkammer
F gelangt, in der die Milch auf die Pasteurisiertemperatur a erwärmt wird. Die pasteurisierte
Milch fließt danach unter Umgehung der Kammer G in den letzten Teil E der Regenerativkammer
und verläßt die letztere mit einer Temperatur c plus 7°. Die Erwärmungs- und Abkühlungskurve,
die den Pasteurisiervorgang ausmacht, liegt dadurch auf einem etwas höheren Niveau,
was gleichbedeutend mit der Tatsache ist, daß die Pasteurisierzeit länger sein wird.
"Zur Erreichung desselben Effektes und um die Pasteurisation der Milch zu beschleunigen,
muß deshalb die Pasteurisiertemperatur herabgesetzt werden.
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Da es im voraus nicht bekannt ist, wie groß dies. Reduzierung sein
muß, ist es natürlich wichtig, daß der Temperaturverlauf in der Pasteurisationsregion
sich nicht ändert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Mittel zum Einführen
eines Kühlmediums in die Regenerativkammer E an der Stelle VII vorgesehen werden,
wodurch die Temperatur um die genannten 7° ermäßigt wird, so daß die Austrittstemperatur
der Milch nach der Regenerativkammer E wieder c° sein wird. Mit dieser Temperatur
gelangt die Milch sodann durch die Temperaturhaltevorrichtung, so daß, wie bereits
erwähnt, keine Wirkung durch einen Phosphatasetest festgestellt werden kann.
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Fig. 2 veranschaulicht den gleichen Apparat wie in Fig. i, nur unter
Verwendung von Temperaturen für die Behandlung von Produktenmilch. Unter derselben
Annahme wie oben, daß die kalte Milch in den Apparat an der Stelle I mit einer Temperatur
von o° eintritt und den ersten Teil C der Regenerativkammer und dann den zweiten
Teil F_ durchlauft, nimmt danach die :Milch die Temperatur von d° an. Die Milch
fließt alsdann durch die Temperaturregulierkammer G in die Pasteurisierkammer F,
wo sie auf die Pasteurisiertemperatur a, gebracht wird. Sie gelangt sodann unter
Umgehung der Kammer G in den letzten Teil E der Regenerativkammer, wo sie ihre Wärme
an die aus der ersten Kammer C der Regenerativkammer kommende rohe Milch abgibt,
bevor sie in die Temperaturhaltevorrichtung D eintritt.
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Die pasteurisierte Milch wird danach auf die Temperatur f minus ungefähr
i i' abgekühlt, und die Temperatur ist so niedrig, daß bei gewöhnlicher Zeitdauer,
währepd deren die Milch in der Haltevorrichtung verbleibt, keine negative Reaktion
auf den Storch-Test erzielt werden kann.
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Dieser Nachteil wird durch Anwendung eines Wärmemediums in der letzten
Kammer E der Regenerativkammer vermieden, wobei das Medium an der Stelle VII eingeführt
wird und eine Steigerung der Temperatur der pasteurisierten Milch um i i' eintritt.
Die Temperatur der rohen Milch beim Eintritt in die Temperaturregulierkammer G wird
dann d plus etwa i i° sein. Die pasteurisierte Milch durchläuft
nun
die Temperaturhaltevorrichtung D mit der Temperatur von f', wobei eine negative
Reaktion auf den Storch-Test erzielt wird.
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Wenn anderseits die rohe Milch in den Apparat mit einer Temperatur
von etwa 25° eintritt, wird sie, nachdem sie die beiden Regenerativkammern C und
E durchlaufen hat, die Temperatur von d plus 8° aufweisen. Wenn die Pasteurisiertemperatur
noch a° ist und die pasteurisierte Milch in den letzten Teil E der Regenerativkammer
mit dieser Temperatur gebracht wird und Wärme an die rohe Milch abgibt, wird sie
auf eine Temperatur von f minus etwa 8° gekühlt werden. Damit die Milch in der Temperaturhaltevorrichtung
dieselbe Temperatur wie im ersten Fall aufweist, d. h. f', muß die pasteurisierte
Milch 8° Wärme in der Regenerativkammer E annehmen, bevor sie in die Temperaturhaltevorrichtung
gelangt. Zu gleicher Zeit wird die rohe Milch entsprechend erwärmt, mit dem Ergebnis,
daß die Temperatur d plus i6° sein wird. Dadurch ist erreicht, daß die in dem letzten
Teil der Regenerativkammer hinzugefügte Wärme in der Pasteurisierkammer F genutzt
werden kann, so daß der Wärmeaufwand nicht größer sein wird.