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Verfahren und Vorrichtung zum Pasteurisieren von Flüssigkeiten, insbesondere
Milch Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pasteurisieren von Flüssigkeiten,
insbesondere Milch, indem die Flüssigkeit durch eine Heizvorrichtung hindurchgeleitet'und
dann einem Sammelbehälter zugeführt wird, wobei die Temperatur der Flüssigkeit an
einer Stelle ihres Strömungsweges nach dem Verlassen der Heizvorrichtung gemessen
und eine Umleitung der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperaturkontrolle bewirkt
wird, sobald die gemessene Temperatur unter einen bestimmten Wert sinkt.
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Bei Ausführung solcher Verfahren ist es abgesehen von der sehr wichtigen
Aufbewahrungszeit notwendig, die Temperatur der durch die Pasteurisiereinrichtung
fließenden Milch mit einem hohen Grad von Genauigkeit zu kontrollieren. Nach den
gegenwärtig in Großbritannien geltenden Bestimmungen ist es beispielsweise notwendig,
die Milch für eine Zeit von 15 Sekunden auf eine Temperatur von nicht unter 73°
C zu bringen. Die Bestimmung der wirklichen Temperatur dieser Milch ist sehr schwierig,
weil diese sehr schnellen Temperaturschwankungen unterworfen ist und nur die am
schnellsten ansprechenden Temperaturmeßgeräte, wie z. B. mit Elektronenverstärker
verbundene Thermoelem.ente, geeignet -s-ind, den schnellen Temperaturschwankungen
der Milch zu folgen. Diese Temperaturschwankungen betragen nach vorgenommenen Ermittlungen
manchmal etwa 5,5 bis
r r° C pro Sekunde und erfolgen demnach etwa
zehnmal schneller, als von den Sachverständigen angenommen wird. Dies ist jedoch
nicht das einzige hierbei auftretende Problem.
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Bei den gegenwärtig gebräuchlichen Pasteurisierapparaten wird die
Temperatur, auf Grund welcher die Umlenkung der Flüssigkeit gesteuert wird, in dem
Flüssigkeitsbehälter gemessen. Bei dieser Anordnung mischt sich die Milch jedoch
in dem Samtnel-Behälter mit anderer Milch, welche zu anderer Zeit pasteurisiert
wurde, so daß zwei Gruppen von Milchpartikelchen mit verschiedenem Temperaturverlauf
gemischt werden und die Mischung kein Kriterium dafür liefert, welche tatsächliche
Temperatur jede Gruppe vor dem Eintritt in den Sammelbehälter erreicht hat. So kann
mit dem Temperaturanzeiger, wenn er in dem Flüssigkeitssammelbehälter eingebaut
ist, eine falsche Anzeige und eine falsche Arbeitsweise der Strömungsumlenkung für
die Flüssigkeit verursacht werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zum Pasteurisieren
einer Flüssigkeit so durchgeführt, daß die Flüssigkeit eine Heizvorrichtung durchströmt
und dann einem Sammelbehälter zugeführt wird, wobei die Temperatur der Flüssigkeit
an einer Stelle ihres Strömungsweges nach Verlassen der Heizvorrichtung gemessen
und die Umlenkung der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der so gemessenen Temperatur
bewirkt wird, sobald diese Temperatur unter einen bestimmten Wert sinkt. Das Kennzeichen
der Erfindung besteht darin, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
nach ihrem Verlassen der Heizvorrichtung über eine bestimmte Strömungsweglänge auf
einem Wert gehalten wird, der nicht wesentlich niedriger als die Durchschnittsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit beim Verlassen der Heizvorrichtung ist und daß die Temperaturmessung,
auf Grund deren die Steuerung der Umlenkung der Flüssigkeit durchgeführt wird, an
einer Stelle innerhalb der vorbezeichneten Strömungsweglänge erfolgt.
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Falls erwünscht, kann die ganze Länge der Verbindungsleitung zwischen
der Heizvorrichtung in dem Flüssigkeitsbehälter mit dem gleichen Durchschlußquerschnitt
wie der Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit beire Verlassen der Heizvorrichtung
ausgeführt werden. Solange aber der Temperaturanzeiger in der von der Austrittsstelle
der Heizvorrichtung ausgehenden Verbindungsleitung angebracht ist, welche den gleichen
Durchflußquerschnitt wie der Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit beim Verlassen
der Heizvorrichtung aufweist, kann der hinter der Einbaustelle des Temperaturanzeigers
liegende Teil der Verbindungsleitung nach dem Sammelbehälter eine Durchflußquerschnittsänderung
erhalten, wenn dies erwünscht ist. Die Durchflußquerschnittsänderung darf dann jedoch
nicht allzu dicht hinter der Temperatürmeßstelle beginnen, so daß eine Mischung
der Milchteilchen schon an dem Temperaturanzeiger oder dicht davor eintreten kann.
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Obgleich es vorzuziehen ist, die Durchschnittsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit über die bestimmte Strömungsweglänge, in welcher die Temperatur-Messung
durchgeführt wird, auf einen Wert zuhalten, welcher der Durchschnittsgeschwindigkeit
an der Austrittsstelle der Flüssigkeit aus der Heizvorrichtung entspricht, kann
die Durchschnittsgeschwindigkeit über diese Strömungsweglänge ohnewesentliche Nachteile
etwas gesteigert «erden, ohne jedoch dadurch eine Mischung der relativ heißen und
kalten Flüssigkeitsteilchen herbeizuführen.
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Im Bedarfsfalle können auch zwei oder mehrere Temperaturanzeiger eingebaut
werden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel
derselben in Anwendung an einen Milchpasteurisierapparat in der Zeichnung schematisch
dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. r eine schematische
perspektivische Darstellung einer Heizvorrichtung und eines Sammelbehälters mit
einer Verbindungsleitung rechteckigen Querschnittes , Fig. 2 eine ähnliche Darstellung
der Heizvorrichtung Lind des Behälters mit einer Verbindungsleitung quadratischen
Querschnittes, Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung der Heizvorrichtung
und des Behälters mit einer Verbindungsleitung kreisförmigen Querschnittes, Fig..I
eine andere Ausführungsform der Heizvorrichtung und des Behälters nach Fig. 2 mit
einer @Terbindungsleitung, welche den gleichen Durchflußquerschnitt wie der Strömungsquerschnitt
der Flüssigkeit in der Heizvorrichtung hat, Fig. 5 eine andere Einzelheit der gleichen
Anordnung mit einem Strömungsumlenkungsventil in der Verbindungsleitung, Fig.6 schematisch
eine -Ausführungsform der Verbindungsleitung in Draufsicht, Fig. 7 die gleiche Verbindungsleitung
im Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6.
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In der in Fig. z gezeigten Konstruktion bezeichnet z den Milcherhitzer
in Form eines Durchflußerhitzers, dem die Milch durch die Leitung zugeführt wird.
In dem Erhitzer beschreibt die Milch den durch diegestrichelteLinie _dangedeuteten
Weg durch die mit B bezeichneten Kammern, welche durch die Kanäle C miteinander
verbunden sind.
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Während ihres Durchganges durch den Erhitzer wird die Milch in bekannter
Weise durch heißes Wasser beheizt, welches in den Erhitzer aus der Leitung 3 eintritt
und die Kammern D nach der gestrichelten Linie E durchströmt. Die Kammern D sind
durch die Leitungen F miteinander verbunden. Das heiße Wasser verläßt den Erhitzer
durch -die Leitung q..
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Nach Verlassen des Erhitzers gelangt die Milch in den Sammelbehälter
5, der durch eine Leitung 6 mit dem Auslaß der Milch aus dem Erhitzer i verbunden
ist.
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Die Verbindungsleitung 6 besitzt einen rechteckigen Querschnitt, welcher
die gleiche Größe wie der letzte Strömungsquerschnitt BI der Milch in dem Erhitzer
hat. In der Verbindungsleitung 6 ist ein Temperaturanzeiger, wie z. B. ein bei 7
angedeutetes Thermoelement, angebracht, welches dazu benutzt wird, ein Strömungsumlenkungsventil
zu beeinflussen,
wenn die Temperatur der Milch in der Verbindungsleitung
6 unterhalb eines bestimmten Wertes sinkt.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Abwandlung der Anordnung
nach Fig. i, wobei der Durchflußquerschnitt der Verbindungsleitung 6 quadratisch
gestaltet, in der Größe aber ebenso groll wie der Austrittsströmungsquerschnitt
der Milch aus dem Erhitzer i gehalten ist.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Abänderung der Anordnung, wobei die kurze
Verbindungsleitung 6 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der ebenfalls in
der Größe mit dem Durchflußquerschnitt 131 am Ausgang des Erhitzers i übereinstimmt.
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Bei der Ausführung nach Fig..l sind mit Rücksicht auf die große Breite
der Verbindungsleitung 6 im Verhältnis zu ihrer Dicke mehrere Temperaturanzeiger
7, z. B. drei, angeordnet.
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Bei der Darstellung in Fig. 5 bezeichnet wieder i den Durchflußerhitzer
und 5 den Milchsammelbehälter. Der Erhitzer i ist in üblicher Weise konstruiert
und besitzt bandartige Durchflußkanäle (etwa 52 cm breit und o,63 cm hoch) für die
Milch, an deren Wänden auf der anderen Seite das Heizmedium, wie z. B. heißes Wasser,
entlangströnit. Die Milchkanäle in dem Erhitzer i sind mit dem Sammelbehälter 5
durch eine kurze Verbindungsleitung 6a, 6b verbunden, welche gemäß der Erfindung
im Durchschnittsquerschnitt so gestaltet und bemessen ist, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit
derMilch inihrgleichderDurchschnittsgescliwindigkeit der Milch in den bandförmigen
Durchflußkanälen des Erhitzers i ist.
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Aus diesem Grunde ist der Verbindungskanal 6a, 611 wie in den
Fig. 6 und 7 schematisch angedeutet gestaltet. Hierin ist der bandartige Kanal für
die Milch in dem Erhitzer mit io bezeichnet und hat einen mit ioa bezeichneten Durchflußquerschnitt.
Die Verbindungsleitung besteht aus zwei Teilen 6a und 6b, von denen der Teil 6b
kreisförmigen Querschnitt hat und die gleiche Größe aufweist wie der bandförmige
Kanal io. Der Kanalteil 6a ist innen so geformt, daß er in allen Ouerschnittsebenen
parallel zur Linie c-d die gleiche Ouerschnittsgröße hat, welche mit der Durchflußquerschnittsgröße
des Bandkanals io und damit auch mit derjenigen des Leitungsteils 6b übereinstimmt.
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Somit ist die Durchschnittsgeschwindigkeit der Milch in den Leitungsteilen
6a und 6b die gleiche wie im Kanal io, In dem Teil 6b der Verbindungsleitung wird
die Temperatur der Milch mit einem Thermoeleinent gemessen, welches schematisch
bei 7 angedeutet ist und dazu dient, ein Strömungsumlenkungsventil 37 zu steuern,
daß im Teil 6b der Verbindungsleitung angeordnet ist, um die Milch durch eine Rohrleitung
37a zurück nach dem Erhitzer i umzuleiten, falls die gemessene Temperatur der Milch
einen bestimmten Wert unterschreitet.
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Der Steuerstromkreis für das Strömungsumleitungsventil 37 ist in Fig.
5 bei ioo angedeutet und kann der gleiche sein, wie er in der britischen Patentschritt
565 215 beschrieben ist. Bei der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Konstruktion
ist die Durchflußquerschnittsgröße der verhältnismäßig kurzen Verbindungsleitung
6a, 6b die gleiche wie diejenige des Wärmeaustausch- oder Erhitzungskanals io im
Erhitzer i. Demzufolge bleibt die Durchflußgeschwindigkeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen
beim Übergang'von dem Wärmeaustauschkanal io nach der verhältnismäßig kurzen Verbindungsleitung
6 unverändert und, da die Strömungsgeschwindigkeit jedes Flüssigkeitsteilchens in
der kurzen Verbindungsleitung konstant bleibt, wird eine Mischung relativ kalter
Flüssigkeitsteilchen mit relativ heißen Flüssigkeitsteilchen verhütet.
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Falls notwendig, kann die verhältnismäßig kurze Verbindungsleitung
6 wärmeisoliert werden, um die Temperatur der sie durchströmenden Flüssigkeit konstant
zu halten.
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Bei der im vorhergehenden beschriebenen und in den Fig. 5 bis 7 gezeigten
Konstruktion ist zwar der kreisförmige Teil 6b der kurzen Verbindungsleitung
mit dem bandförmigen Kanal io durch einen über seine ganzeLänge den gleichen Strömungsquerschnitt
wie der bandartige Kanal io aufweisenden Teil 6a verbunden. Der kreisförmige Teil
6b kann aber auch mit dem bandartigen Kanal io durch einen Leitungsteil 6a verbunden
werden, dessen Durchflußquerschnittsgröße über seine Länge nicht gleichbleibend
gestaltet ist.
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In diesem Fall ist es unvermeidlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeitsteilchen eine gewisse Änderung erfährt, wenn die Form der Flüssigkeitsströmung
sich von einem bandförmigen Querschnitt in einen kreisförmigen Querschnitt umwandelt.
Jedoch bleibt in der Verbindungsleitung selbst die Durchschnittsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit ungefähr die gleiche wie in dem bandförmigen Kanal. Gewisse unvermeidliche
Lageänderungen der Flüssigkeitsteilchen in der Strömung sind hierbei unbeachtlich
im Vergleich zu den in den bisher gebräuchlichen Konstruktionen dieser Art auftretenden
Änderungen. Bei diesen bekannten Komstruktionen wurde die Temperatur der Flüssigkeit
erst gemessen, nachdem die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Aufnahmebehälter
beträchtlich reduziert und in vielen Fällen der Flüssigkeitsstrom durch in den Strömungsweg
eingeschaltete Gitter unterbrochen wurde.
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Gegebenenfalls kann die verhältnismäßig kurze Verbindungsleitung durch
eine Ausdehnung des bandartigen Kanals io über die eigentliche Erhitzungszone hinaus
gebildet werden. Der Teil lib kann auch eine Ouerschnittsform erhalten, welche von
der Kreisform abweicht, wie z. B. eine elyptische oder rechteckige, wobei der Durchflußquerschnitt
gleich demjenigen des bandförmigen Wärmeaustauschkanals io ist.
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Der Durchflußquerschnitt des Teiles hb des kurzen Verbindungskanals,
in welchem der Temperaturanzeiger angeordnet ist, kann erforderlichenfalls auch
etwas kleiner als der Durchflußquerschnitt des bandartigen Kanals io ausgeführt
werden, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Milch in der
Verhindungsleitnng
gegenüber ihrer Strölnuilgsgeschwi@dig@eit im Durchflußerhitzer i etwas ansteigt.
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Bei Anwendung der Erfindung an rohrförmigen Durchlauferhitzern kann
ihre Ausführung mit einfachen -Mitteln lediglich durch Einfügung eines Rohrstückes
erfolgen, «-elches nicht mehr dein Fleizm.edium ausgesetzt ist und lall,- genug
ist, den Temperaturanzeiger richtig wirken zu lassen, l)evor die Flüssigkeit in
den Aufnahinehehälter eintritt.
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Obwohl es sehr wichtig ist, dah die Flüssigkeit sich im Durchlauferhitzer
weitestgehend vermischt und dies oft durch eine besondere Form des Durchlaufkanals
für die Flüssigkeit gefördert wird, «-ende( die vorliegende Erfindung -Mittel an,
durch welche relativ kalte und relativ heikle Flüssigkeitsteilchen sich nicht mischen,
bevor sie die Temperaturmel,ieinrichtung erreicht haben. Eine solche Mischung der
kalten und heißen Flüssigkeitsteilchen würde eine irreführende Anzeige darüber ergehen,
welcher Temperatur die einzelnen Flüssigkeitsteilchen während ihres Durchganges
durch den Erhitzer i ausgesetzt wurden, so daß unpasteurisierte Flüssigkeitsteilchen
in den 1#lüssigkeitshehälter gelangen können.
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Die Erfindung ist besonders geeignet für die Pasteurisierung voll
Milch. Sie kann jedoch mit gleichem Erfolg für die Pasteurisierung beliebiger anderer
Flüssigkeiten verwendet werden, welche in ähnlicher -'eise und mit der gleich(-ii
Geschwindigkeit wie -Milch Temperaturschwankungen unterliegen, wenn sie Pasteurisierungstemperaturen
ausgesetzt sind.