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Einrichtung zur Erhitzung von Milch und anderem Gut durch die Wärmestrahlung
einer elektrischen Heizvorrichtung Es ist bekannt, Milch durch Erhitzung zu pasteurisieren
oder auch zu sterilisieren. Es@ ist auch bekannt, die Erhitzung von Milch mittels
elektrischer Glühlampen oder anderer elel@trischer oder nichtelektrischer Heizvorrichtungeni
durchzuführen, deren Heizenergie durch Wärmestrahlung auf die zu erhitzende Flüssigkeit
übertragen wird. Auch die Erhitzung mannigfachen anderen flüssigen, festen oder
auch gasförmigen Gutes durch Wärmestrahlung ist bekannt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erhitzung von Milch
und anderem Gut durch die Wärmestrahlung einer elektrischen Heizvorrichtung. Gegenüber
bekannten Einrichtungen dieser Art unterscheidet sie sich durch hohe Wirtschaftlichkeit
und Widerstandsfähigkeit und durch die Möglichkeit, hohe Strahlungsenergien mittels
verhältnismäßig kleiner Strahlungsquellen zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird als
Strahlungsquelle eire von elektrischem Strom durchflossener Leiter zweiter Klasse
oder ein anderer Leiter ähnlich. geringer Leitfähigkeit vorgesehen. Vorteilhaft
können hierfür oxydische Leiter, beispielsweise Leiter aus Zirkonoxyd, vorgesehen
werden. Auch Leiter aus 1`Z,gO oder A1203 können vorteilhaft verwendet werden.
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Oxydische Leiter sind als. Strahlungsquelle für Beleuchtungszwecke
in der früher vielfach verwendeten Nernst-Lampe bekannt, doch sind sie in der Beleuchtungstechnik
später durch die für diesen Zweck vorteilhaftere Metallfadenglühlampe alIgemein
verdrängt worden. Nicht erkannt hat man
jedoch bisher, daß solche
Strahlungsquellen ausgezeichnet als Wärmestrahlungsquellen zur Erhitzung von Milch
und anderem Gut geeignet sind.
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Bei Verwendung oxydischer Leiter ist man nicht bezwungen, die Glühkörper,
wie bei metallischen Leitern oder bei Kohlefadenlampen, im Vakuum oder in einem
Schutzgas brennen zu lassen, sondern man kann den strahlenden Leiter unmittelbar
in Sauerstoff bzw. in Luft brennen lassen. Der Durchmesser dieser Leiter, die einen
wesentlich höheren Widerstand haben als Kohle oder Metall, ist wesentlich größer
als bei Kohlefaden- oder Metalldrahtlampen. Entsprechend ist auch die abstrahlende
Oberfläche ein Vielfaches gegenüber den bisher zur Wärmestrahlung verwendeten Lampen.
Das Verhältnis des spezifischen Widerstandes eines oxydischen Leiters sowie allgemein
eines, Leiters zweiter Klasse zu seiner Länge un:d seinem Ohmschen Gesamtwiderstand
ist für die- Abgabe von Wärmestrahlung wesentlich günstiger als bei Wärmestrahlungsquellen
mit metallischen Leitern. Bei der bekannten, Nernst-Lampe haben. diese Überlegungen
seinerzeit keine Rolle gespielt, da es. bei ihr nur- darauf ankam, einen; Strahler
möglichst hoher Schmelzpunktlage und daher auch möglichst hoher Lichtausbeute zu
bekommen. Die Erfindung ,-ermöglicht es daher, auf kleinem Raum sehr viel größere
Strahlungsenergie unterzubringen als bisher. Dadurch ist es ferner möglich, ein
verhältnismäßig kleines, billiges Strahlungsgerät zu bauen, das ähnlich wie ein
Tauchsieder beispielsweise unmittelbar in handelsübliche Milchflaschen oder beliebige
andere kleine oder enghalsige Gefäße eingeführt werden kann. Trotzdem wird der Vorteil
gegenüber den Tauchsiedern. und ähnlichen Heizmitteln dadurch gewahrt, daß die Wärme
unmittelbar im Innern der zu beheizenden Flüssigkeit, entsteht und Übertemperaturen
und Anbrennen der Flüssigkeit weitgehend vermieden werden.
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Die Betriebsweise der zur Wärmestrahlung: zu verwendenden beispielsweise
stabförmigen oxydis.chen Leiter ist die gleiche wie bei den bekannten Nernst-Lampen,
indem der im kalten Zustand zunächst praktisch nicht leitende oxydischeStoff durch
mittelbare Erhitzung mittels einer Heizwendel od. dgl. zunächst aufgeheizt wird
und dann leitend wird. Auch sonstige, für den Betrieb der Nernst-Lampen bekannte
Hilfsmittel, z. B. eine magnetische Abschaltung der Heizwendel beim Leitendwerden
des oxydischen Leiters oder ein selbsttätig spannung- und strombegrenzender Eisenwasserstoffvorsch
aliwiderstand im Stromkreis des Leiters, können sinngemäß für die Einrichtung nach
der Erfindung verwendet werden.
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Die Wärmestrahlung der oxydischen Leiter kann gemäß der weiteren Ausbildung
der Erfindung dadurich erheblich verbessert werden, daß der als Strahlungsquelle
dienende oxydische Körper hohl ausgebildet wird und vorzugsweise die Fozm eines
Rohres erhält. Der hierdurch erzielte Vorteil besteht darin, daß der rohrförmige
Leiter gegenüber einem stabförmigen: Leiter bei gleichem leitendem Querschnitt eine
größere Außenoberfläche hat und daher, wenn eine bestimmte Strahlungsleistung gefordert
wird, weniger hach aufgeheizt- zu werden braucht. Die geringere Aufheizung bringt
aber eine höhere mechanische Festigkeit und eine höhere Lebensdauer mit sich. Ein
weiterer, sehr wesentlicher Vorteil eines rohrförmig ausgebildeten oxydischen Leiters
besteht darin, daß die bei .der bekannten Nernst-Lampe außen angebrachte Heizwendel
im Innern des Rohres angeordnet werden kann; während, bei der Nernst-Lampe durch
die außen aufgebrachte Heizwendel etwa die Hälfte der Heizleistung der Heizwendel
nach außen und daher verlo@renging, wird sie bei der Anordnung der Heizwendel im
Innern des Rohres voll zum Aufheizen des Rohres nutzbar gemacht. Hierdurch kommt
der rohrförmige Leiter schneller auf einen bestimmten;, für die Wärmestrahlung günstigeren
Temperaturwert, Außerdem ist die Heizwendel durch die Anordnung im Innern des Rohres
mechanisch: besser geschützt. Ferner kommt als Vorteil hinzu, daß die ganze Außenoberfläche
des Strahlungsrohres als Strahlungsquelle wirkt, während 'bei der bekannten Nernst
Lampe die Abstrahlung durch die außenliegende; nach erfolgter Zündung abgeschaltete
und daher kältere Heizwendel behindert wird. Besitzt der als Strahlungsquelle dienende
Leiter einen Vorschaltwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, so kann
auch dieser im Innern des hohlen Leiters angeordnet werden.
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Statt oxydischer Leiter können gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung
auch andere Leiter mit ähnlich geringer Leitfähigkeit verwendet werden; beispielsweise
Leiter, die ganz oder teilweise aus Siliciumkarbid bestehen, da für diese das Verhältnis
des spezifischen Widerstandes des Leiters, zu seiner Länge und seinem Ohmschen Gesamtwiderstand
hinsichtlich seiner Wärmestrahlung ähnlich günstig wie bei den oxydischen Leitern
ist. Bei Verwendung solcher Leiter mit möglichst geringer Leitfähigkeit bietet sich
der Vorteil, daß die bei den oxydischen und anderen Leitern zweiter Klasse erforderlichen
Heizwendeln und sonstigen Hilfsmittel wegfallen. Allenfalls wird man, je nach der
Wärmeabhängigkeit der Leitfähigkeit dieser Leiter, einen Begrenzungsvorschaltwider-,stand
beibehalten können.
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Einige Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung sind
in 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. Die Strahlungsquelle
ist hierbei eine röhrenförmige Lampe, sie besteht aus dem Strahlungskörper i, beispielsweise
einem oxydischen Leiter, und-einer Hülle z aus Quarzglas oder einem anderen für
Wärmestlen durchlässigen Stoff. Die Lampe steckt in einem Fassungssockel 3 und ist
an die Stromzuführungsleitung q. angeschlossen. Die Lampe 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 Lampe derart zusammengebaut, daß es zusammen:
mit der Lampe bequem durch die Flaschenöffnung hindurchgeführt werden kann. Soll
die Regelung der Lampentemperatur in Abhängigkeit von der Temperatur der behandelten
Flüssigkeit selbsttätig erfolgen, so kann das Thermometer 8 als ein Kontaktthermometer
. ausgebildet werden, das selbsttätig durch Vergrößerung oder Verminderung des Heizstromes
die gewünschte Temperatur der Lampe und somit mittelbar auch der Flüssigkeit einhält.
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Um die Hülle 2 herum ist 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, der Lampe und der in der Flasche 6 befindlichen zu erhitzenden, Milch befindet
sich also eine Zwischenschicht aus schlecht wärmeleitendem, jedoch für Wärmestrahlen,
(rote Strahlung) durchlässigem Stoff, nämlich die Hülle 2' samt der schlecht wärmeleitenden
Gasfüllung zwischen den beiden Hüllen.
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Beim Anschluß ider Heizvorrichtung an eine elektrische Stromquelle
kommt der Strah:lungs- . körper zum Glühen. Seine Wärme wird durch Strahlung durch
die Hüllen :z 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 z' verhindert oder zum mindesten auf ein praktisch unbedeutendes Maß herabgesetzt.
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Fig. 2 zeigt die Verwendung der in: Fig. i dargestellten, als elektrische
Lampe ausgebildeten. Strahlungsquelle in: Verbindung mit einem Durchflußerhitzer.
Die Teile i bis 4 sind die gleichen wie bei Fig. i. Die Lampe ist mittels ihres
Flansches 7' in die eine Stirnseite eines Durchlauferhitzerbehälters, 9 von beispielsweise
zylindrischer Form eingelassen. An den beiden Enden des Behälters 9 ist je ein Einlaßstutzen
io bzw. Auslaßstutzen i i zum Ein- bzw. Auslassen der zu behandelnden Flüssigkeit
vorgesehen. In dem Auslaßistutzen 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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Die bei den Beispielen der Fig. i undi 2 zwischen den beiden Hüllen
befindliche Zwischenschicht, die eine direkte Wärmeleitung hindert, kann gegebenenfalls
auch ein strömendes Kühlmittel, zweckmäßig ein strömendes Gas, z. B. Luft, sein.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig.3 dargestellt. Der Aufbau und die Wirkungsweise
dieses Erhitzers entsprechen im wesentlichen dem in Fig. 2 gezeigten Erhitzer: Die
zu behandelnde Flüssigkeit durchläuft wiederum einen zylindrischen Behälter 9, in
welchem eine röhrenförmige Strahlun:gsheizvorrichtun@g angeordnet ist. Die die 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 Hülle 2 der Lampe 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?,", 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 Auftrieb die Doppelwandung durchstreichen
zu lassen, kann: sie gegebenenfalls auch mittels eines Gebläses o4. dgl. hindurchgetrieben
werden. Auch. können beliebige andere gasförmige oder auch flüssige Kühlmittel verwendet
werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist noch in Fig. 4 wesenhaft gezeigt.
Ein. topfförmiges Flüssigkeitsgefäß, 14 ist mit einem Deckel 15 versehen. und steht
auf einem Heizuntersatz 16, der eine oder mehrere Strahlungslampen 17 nach,
der Erfindung enthält. Die Teile 14 und 15 sind als Dewarsches Gefäß mit hohlen,
ausgepumpten Wandungen versehen. Auch der Untersatz 16 kann, derart ausgebildet
sein; er wird dann zweckmäßig mit einer spiegelhden Reflektorfläche versehen. Statt
dessen können geeignete Reflektoren auch innerhalb der Strahlungslampen, 17 angeordnet
werden und beispielsweise als Stütze für die in der Lampe im Vakuum befindliche
Strahlungsquelle dienen.
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Die Einrichtung nach, der Erfindung, ist nicht auf die Anwendung zur
Wärmebestrahlung von Milch beschränkt, sondern: kann auch. zur Wärmebestrahlung
beliebigen anderen flüssigen sowie auch festen oder gasförmigen: Gutes, bei dem
eine Wärrnebestrahl'ung vorteilhaft ist, angewendet werden, beispielsweise zur Erhitzung
von Lebensmitteln jeglicher Art, z. B. Obst- und Gemüsesäften, zum Trocknen von
Lacken usw. Auch die Form der Heizgeräte, in denen die Strahlungsquellen nach. der
Erfindung Verwendung finden, kann mannigfach abgewandelt werden.