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Plattenwärmeaustauscher mit Heißhaltezellen Beim Pasteurisieren von
Milch und anderen Flüssigkeiten ist es üblich, die Pasteurisiertemperatur nach dem
Erhitzen während einer gewissen Zeit aufrechtzuerhalten. Man läßt deshalb die Flüssigkeit
aus dem Erhitzerteile der Pasteurisiereinrichtung in einen Raum von solcher Größe
einströmen, daß sie zu dessen Durchströmen die erforderliche Zeit braucht. Dieser
Raum wird durch sog. Heißhaltezellen gebildet. In Plattenwärmeaustauschern ist neben
den Plattenpaketen die erforderliche Anzahl solcher Heißhaltezellen vorgesehen.
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Bisher hat man die Heißhaltezellen hauptsächlich massiv ausgebildet,
indem sie als gegossene Rahmenstücke ausgeführt wurden. Die Heißhalteräume werden
im Plattenwärmeaustauscher dadurch gebildet, daß die Zellen nebeneinander mit dazwischenliegenden
ebenen Blechen bzw. Platten angebracht werden, welche gegen die Rahmenstücke durch
Gummipackungen abgedichtet sind, die in gefrästen Rillen des Rahmenstücks liegen.
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Es hat sich als wünschenswert erwiesen, sowohl die Heißhaltezellen
als auch die Wärmeaustauschplatten aus rostfreiem Stahl auszuführen. Dabei bedingt
aber die massive Ausführung einen bedeutenden Mehraufwand an Werkstoff und Arbeit
für die Haltezellen.
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Nach der Erfindung erhält man Heißhaltezellen mit sämtlichen Wänden
aus rostfreiem Stahl dadurch, daß der Rahmen der Zelle durch Führungsnuten oder
Nasen, welche in oder an denjenigen Platten oder Teilen angebracht sind, die die
Haltezelle von dem
benachbarten Teil des Plattenwärmeaustauschers
abgrenzen, in seiner richtigen Lage im Austauscher befestigt und gehalten wird.
Die Führungsnuten können zweckmäßig gleichzeitig als Packungsrillen für die Abdichtung
zwischen dem Rahmenstück und dem benachbarten Teile dienen. Das vorzugsweise aus
dünnem Blech ausgebildete Rahmenstück kann dabei durch in derartigen Rillen liegende
Gummipackungen mit den beiden angrenzenden Platten verbunden und gegen diese abgedichtet
sein, oder man kann die eine der Platten durch Schweißen mit dem Rahmen verbinden.
Die letztere Ausführung dürfte im allgemeinen die vorteilhaftere sein, indem die
halbe Anzahl der Gummipackungen eingespart werden kann und das Rahmenstück durch
die feste Verbindung mit der Platte auch nach dem Ausbau auf der einen Seite versteift
ist. Die an die Heißhaltezellen angeschlossenen Platten können zweckmäßig dieselbe
Form wie die Wärmeaustauschplatten haben. In der Heißhaltezelle sind oft von der
Rahmenseitenwand abwechselnd in den Innenraum hineinragende Zungen angeordnet, die
einen zickzackförmigen Kanal bilden. Auch diese Zungen können aus Blech gemacht
und an den Rahmen und gegebenenfalls auch an die eine Platte geschweißt sein, welche
dann ebenfalls an den Rahmen angeschweißt ist.
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Die Zeichnung stellt einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
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Abb. i zeigt einen Schnitt durch zwei hintereinander angeordnete Heißhaltezellen,
während Abb. 2 eine solche Zelle in der Draufsicht zeigt; Abb. 3 stellt ein anderes
Ausführungsbeispiel und Abb. 4 eine Einzelheit der in den Abb. i und 2 gezeigten
Anordnung dar; Abb.5 und 6 veranschaulichen eine Abänderung der in Abb.4 gezeigten
Anordnung und Abb. 7, 8 und 9 weitere Ausführungsbeispiele der ,Erfindung.
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Die Platte (Abb. i und 2), die in dieselbe Form wie die Wärmeaustauschplatten
des Apparats gepreßt ist, ist durch Schweißung mit einem Rahmen 2 verbunden, der
aus einem sich um die Platte i erstreckenden Blechstreifen, wie in Abb. 2 mit gestrichelten
Linien angedeutet ist, besteht. Der Rahmen 2 trägt Zungen 3, die seinen Innenraum
in einen zickzackförmigen Kanal aufteilen, der sich von der Einlauföffnung 4 zur
Ablauföffnung 5 erstreckt. Auch die Zungen 3 sind durch Schweißungen bei 6 mit der
Platte i verbunden (Abb. i).
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Die freie Kante 7 des Blechstreifens 2 ist rechtwinklig umgebogen,
um einen Anschlag für eine Packung 8 in einer Packungsrille zu bilden, die in der
angrenzenden, zur Nachbarzelle gehörigen Platte 9 angeordnet ist. Die Zungen 3 können
an ihrer freien Kante derart ausgebildet sein, daß sie Packungen io festhalten können,
welche gegen Falten ii der Platte 9 anliegen. Die Packungen io können jedoch auch
fehlen, da die Zungen 3 nur die Aufgabe haben, den Milchstrom durch die Zelle zu
steuern, so daß die Fuge zwischen der Zunge und der Platte nicht völlig dicht zu
sein braucht.
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Die Packung 8 liegt zweckmäßig in einer Rille, die eine bedeutend
größere Tiefe als die Packungsstärke hat. Die umgebogene Kante 7 stützt sich hierdurch
gegen die Wand der Packungsnut, so daß sie von dem Flüssigkeitsdruck in der Zelle
nicht verformt wird. Wenn die Packungsrillen nicht so tief sind, daß die Kante 7
hier gestützt wird, sind zweckmäßig an der Platte 9 besondere Anschläge für die
Kante 7 vorzusehen, die z. B. aus angeschweißten Blechstücken bestehen können.
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Ein zickzackförmiger Kanal innerhalb der Heißhaltezelle ist unter
der Voraussetzung für seine Aufgabe gut geeignet, daß sich die Flüssigkeit von unten
nach oben bewegt. Etwaige Luft- oder andere Gasbläschen werden dann von dem Flüssigkeitsstrom
zur Ablauföffnung mitgenommen. Es ist indessen weniger geeignet, die Flüssigkeit
in einem solchen Kanal nach unten strömen zu lassen. Dieser ist für eine niedrige
Strömungsgeschwindigkeit bemessen, und die Bedingung für den Strömungsquerschnitt
ist nur die, daß die Geschwindigkeit genügt, um eine einigermaßen gleichmäßige Strömung
aufrechtzuerhalten. Bei dieser Geschwindigkeit werden indessen etwaige Gasbläschen
abgetrennt und sammeln sich an der Unterseite der horizontalen Zungen. Damit solche
Bläschen in der Richtung nach unten mitgenommen werden, muß der Querschnitt des
Strömungskanals bedeutend kleiner gehalten werden. Dazu kann es zweckmäßig sein,
eine Zelle mit einem entsprechend schmäleren Rahmen 2 einzuschalten oder, wie in
Abb. i links gezeigt wird, zwei gleiche Platten mit einem Zwischenraum von derselben
Größenordnung wie in den Wärmeaustauschabteilen zusammenzustellen. Abb. i zeigt
also einen von der schon genannten Platte i und einer gleichen Platte 12 gebildeten
Kanal 13, welcher zurr Führen der behandelten Flüssigkeit in der Richtung nach unten
bei einer solchen Geschwindigkeit bestimmt ist, daß etwaige Gasbläschen dem Flüssigkeitsstrom
zum Ablauf folgen. Der Ein- und Ablauf dieses Kanals ist ebenso wie der Ein- und
Ablauf der Haltezelle selbst nicht in Abb. i, sondern in Abb. 2 gezeigt, wo hierfür
die Öffnungen 4, 5, 14 oder 15 in den Platten 1, 9 bzw. 12 vorgesehen sind. Die
Platte 12 ist in gewöhnlicher Weise durch eine Randpackung 16 gegen die Platte i
abgedichtet. Die Platte 12 kann durch eine andere ähnliche Randpackung 17 entweder
an den Rahmenteil 2 einer Heißhaltezelle der beschriebenen Art oder an eine Wärmeaustauschplatte
angeschlossen sein.
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Die Aufgabe der Heißhaltezelle besteht wie erwähnt in der Aufrechterhaltung
der Pasteurisiertemperatur , während der Zeit, während der die Flüssigkeit die Zelle
durchströmt. Mit Rücksicht auf diese Aufgabe kann es zweckmäßig sein, die Haltezelle
nicht unmittelbar an einen Heizraum des Wärmeaustauschers angrenzen zu lassen. In
diesem Raum wird nämlich die Temperatur bei Strömung der Flüssigkeit vom Ein- zum
Ablauf geändert. Um die Heißhaltezelle von solchen Behandlungsräumen abzugrenzen,
kann man zweckmäßig zwischen diesen Räumen eine Wärmeisolierschicht vorsehen. Eine
solche erhält man, wenn man den Kanal 13 leer läßt und ihn nicht als Zirkulationskanal
verwendet. Eine noch bessere Isolierung kann man erhalten, wenn der Raum 13 mit
einem geeigneten Isolierstoff gefüllt wird.
Wenn die Blechwand 2
nicht wärmeisoliert ist, tritt jedoch während der Strömung der Flüssigkeit durch
die Heißhaltezelle eine Kühlung ein. Diese kann indessen dadurch vermieden werden,
daß die Wärmeabteilung durch die Wand 2 durch Zufuhr von Wärme durch die Platte
i ausgeglichen wird. Eine solche Wärmezufuhr kann dadurch erfolgen, daß durch den
Kanal 13 ein Temperierungsmittel geleitet wird. Wenn die Strömungsrichtung in der
Haltezelle von unten nach oben ist, läßt man das Temperierungsmittel zweckmäßig
von oben nach unten strömen.
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Gemäß Abb. 2 sind die Öffnungen 14 und 15 von besonderen, kleineren
Blechrahmen 18 und i9 umgeben. Diese Rahmen sind grundsätzlich in derselben Weise
wie der Rahmen 2 ausgeführt, so daß sie an die Platte i geschweißt und ihre freien
Kanten nach außen umgebogen sind, um gegen Packungen in der Platte 9 anzuliegen.
Sie bilden Durchströmkanäle, durch welche Flüssigkeit an der Heißhaltezelle vorbeigeleitet
wird. Ihr Aussehen im Schnitt geht aus Abb.4 hervor. Der Rahmen 18 hat wie ersichtlich
eine umgebogene Kante 2o, die gegen eine Packung 21 in der Platte 9 anliegt.
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Wie aus Abb. 3 hervorgeht, können die Zungen 3 in verschiedener Weise
ausgeführt sein. Statt die Packung io am Rande der Zunge 3 zu befestigen, kann eine
entsprechende Packung 22 in einer Falte 23 der Platte 9 befestigt sein. Die Zungen
3 können, wie im oberen Teil der Abb. 3 gezeigt wird, gegen die Hauptebene der Platten
geneigt verlegt sein, so daß eine gewisse Federung zwischen den Platten entsteht;
auch können sie, wie unten bei 24 gezeigt ist, mit größerem Halbmesser nach außen
gebogen werden, so daß sie hierdurch federnd werden. Die Zunge kann schließlich
an der freien Kante mit einer angeschweißten massiven Leiste 25 versehen sein, die
einen Anschlag für die Packung 22 bildet.
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Am untersten Teil der Heißhaltezelle kann der Rahmen 2 zweckmäßig
mit einem Ablaßhahn 26 versehen sein. Am obersten Teil der Zelle kann ein ähnlicher
Hahn oder ein Ventil 43 (Abb. 8) zum Ablassen von Luft vorhanden sein.
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Wie in den Abb. 5 und 6 gezeigt, kann sich der Rahmen 2 um sämtliche
vier Öffnungen 4, 5; 14 und 15 erstrecken. Da die Öffnungen 14 und 15 zu Durchströmkanälen
gehören, muß der entsprechende Raum zwischen den Platten i und 9 durch eine besondere
Wand von dem übrigen Teil der Zelle abgesperrt sein. Diese Wand besteht gemäß Abb.
5 und 6 aus einem doppelt gebogenen Blechstück 27, das zweckmäßig an die Platte
i angeschweißt ist. Der Raum zwischen den beiden Schenkeln des Blechteils 27 kann
mit einem geeigneten Werkstoff, z. B. einem Holzklotz 28, ausgefüllt sein.
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Abb. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Der Rahmen
29 ist hier an beiden Seiten mit den angrenzenden Platten in der Weise verbunden,
daß er in Nuten 30 jeder dieser Platten eingeschoben ist. Jede Nut ist mit
einer Gummipackung 8 versehen. Die Zungen 31 des Rahmens sind in diesem Falle zweckmäßig
an jeder Kante mit einem umgebogenen Teil 32 versehen, der sich in ähnlicher Weise
wie die Zunge 24 gemäß Abb. 3 an die angrenzenden Platten 33 und 34 anschließt.
Die Platte 34 ist hier zweckmäßig mit einer spiegelbildlich ähnlichen Platte 35
zusammengeschweißt.
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Der Zwischenraum zwischen den Platten 33 und 34 ist verhältnismäßig
breit, so daß die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend gering wird. Ein solcher
Kanal kann vor allem dann verwendet werden, wenn die Flüssigkeit in der Richtung
nach oben strömen soll. Bei Strömung nach unten verkleinert man zweckmäßig den Zwischenraum
dagegen um so viel, daß etwaige Gasbläschen dem Flüssigkeitsstrom nach unten folgen.
Der Zwischenraum zwischen den Platten 35 und 36 ist in diesem Sinne bemessen.
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Links von der Platte 33 liegt eine Anzahl untereinander gleicher Platten
37, 38, 39. Der Zwischenraum zwischen den Platten 33 und 37 kann zur Wärmeisolierung
des Inhalts der Heißhaltezelle zweckmäßig mit Luft gefüllt sein, während die übrigen
Plattenzwischenräume für den Wärmeaustausch im Apparat verwendet werden können.
Die Platten 38 und 39 dienen somit als Wäimeaustauschplatten.
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Abb. 8 zeigt eine Abänderung der Anordnung gemäß Abb. 7; der Unterschied
besteht im wesentlichen darin, daß die Zungen 4o durchlocht und durch in Rillen
verlegte Gummipackungen 8 an entsprechende Platten 41 und 42 angeschlossen sind.
Diese Rillen sind hier mit demselben Profil wie die Randpackungen ausgeführt, wie
in Abb. 9 näher gezeigt wird. Wenn durchlochte Zungen verwendet werden, können sie
sich quer über den ganzen Zellenraum von der einen Rahmenwand zur entgegengesetzten
erstrecken.