DE967786C - Verfahren zur Vakuumheizung fuer hitzeempfindliche Fluessigkeiten, beispielsweise Milch, Bier usw. mittels niedergespanntem Dampf - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 12. DEZEMBER 1957

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Um Flüssigkeiten, die für Lebensmittel oder Genußzwecke dienen, beispielsweise Milch oder Bier, von den in ihnen befindlichen unerwünschten Bakterien zu befreien, werden sie erhitzt. Je nach dem Grade der angewendeten Temperatur treten jedoch Schädigungen auf, da gewisse wertvolle Bestandteile hohe Temperaturen nicht vertragen und diese den ursprünglichen Charakter der Flüssigkeit in nachteiligem Sinne verändern. So wendet man z. B. bei der Keimfreimachung von Milch zwei Verfahren an, um die Schonung ihrer guten Eigenschaften sicherzustellen. Das eine ist die sogenannte Dauererhitzung, bei der die Milch eine halbe Stunde auf einer Temperatur von 65° erhalten bleibt, das andere wird mit Kurzzeiterhitzung bezeichnet, bei der die Milch 40 Sekunden lang einer Temperatur von 71 bis 74 ° ausgesetzt ist. Dabei wird außerdem noch angestrebt, das Heizmittel (Dampf oder Wasser) nicht mit einer zu großen Temperaturdifferenz an die Milch heranzubringen, weil dadurch ebenfalls Schädigungen entstehen. Man hält etwa 5⁰ Differenz zwischen der Milch bei ihrer höchsten Temperatur und dem Heizmittel für vorteilhaft. Dies ergibt beispielsweise bei der Dauererhitzung für das Heizmitel 70⁰, bei der Kurzzeiterhitzung für das Heizmittel 79°. Die Verwendung von Heißwasser gestattet ohne weiteres die Wahl der angegebenen Tempe-

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raturen. Bei Dampf als Heizmittel entstehen jedoch gewisse Schwierigkeiten, weil die niedrigen Temperaturen unter der Atmosphäre liegende Dampfdrücke erfordern. Trotzdem wäre man geneigt, den Dampf vorzuziehen, denn seine Zuleitung ist einfacher als die des Wassers, das die Benutzung einer Zentrifugalpumpe von verhältnismäßig großer Leistung nötig macht. Auch verliert das Wasser bei der Wärmeabgabe an Temperaturgraden, ίο während der Dampf sie beibehält und lediglich durch Kondensation seinen Wärmeinhalt nutzbringend weitergibt, wodurch die Verwendung von Dampf kleinere Heizflächen zuläßt. Schwierigkeiten bietet hier nur der Umstand, daß das Kondensat wieder, meist mit Hilfe einer besonderen Pumpe nach außen, in den Bereich der Atmosphäre mit ihrem höheren Druck befördert werden muß. Dieser Mangel wird durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung beseitigt, die in der beigefügten Abbildung dargestellt ist. Darin bedeutet ι den Wärmeaustauscher für Milch oder eine andere empfindliche Flüssigkeit. Die Art des Wärmeaustausches für diesen Zweck kann beliebig sein; wenn es sich um Milch oder Bier handelt, verwendet man heute meist die Plattenwärmeaustauscher wie dargestellt. Die Milch tritt bei 2 in den Erhitzer ein und bei 3 wieder aus, nachdem sie einen Wärmefühler 4 passiert hat. Der niedergespannte Heizdampf gelangt bei 5 in den Apparat, durchströmt das Heizflächenpaket in der Pfeilrichtung und verläßt als Kondensat den Wärmeaustauscher 1 bei 6 wieder. Der Wärmeaustauscher 1 wirkt hierbei als Oberflächenkondensator, wobei die Milch als Kühlmittel wirkt. Mit 7 ist ein zweiter Wärmeaustauscher, ebenfalls beliebiger Ausführung, bezeichnet, der in diesem Fall die Rolle eines Dampfentwicklers übernimmt und als Röhrenbündelwärmeaustauscher dargestellt ist. Es wird mit höhergespanntem Dampf aus dem Betriebsdampfkessel gespeist. Der Dampfeintritt erfolgt bei 8, der Kondensataustritt mit Hilfe eines Kondensatabieiters 10 bei 9.

Der Wärmeaustauscher 7 ist in seinem Röhrenteil vor Beginn des Betriebes mit Wasser gefüllt. Der sich während des Betriebes in ihm bildende Dampf verläßt den Apparat bei 11, strömt durch den Wärmeaustauscher 1, wobei sich die Temperatur der Milch erhöht, und wird laufend durch das sich dadurch bildende Kondensat ersetzt. Da es sich um ein geschlossenes System handelt, in dem überall annähernd Gleichgewicht herrscht, so fällt das Kondensat durch seine eigene Schwere in den Wärmeaustauscher 7 zurück. Selbst wenn eine Höhendifferenz beider Wärmeaustauscher in solcher Höhe wie gezeichnet nicht bestände, wäre doch keine Gefahr für die genügende Füllung des Wärmeaustauschers 7 mit Wasser (Kondensat) vorhanden, da das in den Röhren sich aufhaltende Dampf-Wasser-Gemisch ein wesentlich geringeres spezifisches Gewicht als das Kondensat besitzt. Nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren befindet sich deshalb während des Betriebes der Spiegel in der Kondensatleitung 13 niedriger als in dem Wärmeaustauscher 7. Für den Eintritt des Hochdruckdampfes in den Wärmeaustauscher 7 ist noch ein Regelventil 12 vorgesehen, das seinen Impuls von dem Fühler 4 erhält, der in den Strom der erhitzten Milch bei ihrem Austritt aus dem Erhitzer ι eingebaut ist. Bei sinkender Milchtempe-. ratur öffnet das Ventil 12 mehr, bei fallender drosselt es den Dampfzufluß ab. Dadurch wird mittelbar auch der Druck (Vakuum) im Dampfraum des Wärmeaustauschers 1 geregelt und abhängig davon ebenfalls die Dampftemperatur, wodurch die Möglichkeit besteht, eine Temperatur des Dampfes unter ioo° zu erhalten entsprechend dem vorhandenen Vakuum. Druck und Temperatur sind außerdem abhängig von der Größe der Heizfläche, so daß es durch ihre Bemessung möglich ist, die gewünschte niedrige Temperaturdifferenz zwischen Heizmittel und zu erwärmender Flüssigkeit herzustellen. Bei größerer Heizfläche sinkt die Tempelaturdifferenz, und umgekehrt.

Bei hohem Kesseldruck, wenn der Regelbereich des durch den Wärmefühler beeinflußten Ventils 13 übermäßig groß wird, kann dem letzteren ein Druckminderungsventil vorgeschaltet werden. Auf diese Weise verbessert sich die Genauigkeit der Regelung.

Da der im Wärmeaustauscher 7 erzeugte Dampf stets gesättigt und niemals überhitzt ist, was bei Druckreduzierung stets eintritt, so besteht die unbedingte Sicherheit, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Heizdampf und der zu überhitzenden Flüssigkeit niemals die gewollte Höchstgrenze überschreitet.

Da der Wärmeaustauscher 1 meist täglich oder in kürzeren Zwischenräumen zwecks Reinigung auseinandergenommen wird, so befindet sich nach der Wiederzusammensetzung im Heizraum Luft, die vor dem Betrieb entfernt werden muß. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß bei der Inbetriebsetzung das unmittelbar über dem Wasserspiegel in der Kondensatleitung angeordnete Ventil 14 kurzzeitig geöffnet wird, damit der Dampf die Luft austreibt. Wenn das Ventil 14 wieder geschlossen wird, bildet sich ein Dampfdruck, der von der Stundenleistung im Heizraum, dem Wärmedurchgangskoeffizienten, der Heizflächengröße und der zulässigen Höchsttemperatur der zu erhitzenden Flüssigkeit abhängt. Statt des einfachen Abschlußventils 14 kann auch ein Dampfstrahlluftsauger angeordnet werden, der bei Beginn des Betriebes das erforderliche Vakuum herstellt und dabei die Luft entfernt. Der Sauger findet auch Verwendung, wenn während des Betriebes durch eine plötzlich auftretende Undichtigkeit das Vakuum vorübergehend nachläßt. Ein Rückschlagventil 16 verhindert den Austritt von Wasser, wenn das Ventil 14 bei Beginn des Betriebes zur Entlüftung geöffnet wird, während der Kreislauf des Heizdampfes in der Zeit des Betriebes nur in der ;ezeichneten Richtung vor sich geht.

Wenn Milch als Wärmeempfänger angenommen wird, dann ist konstant: die stündlich durchlaufende Menge, die durch einen besonderen

Mengenbegrenzer geregelt wird, ferner die Heizflächengröße, außerdem der Wärmedurchgangskoeffizient und schließlich die Anzahl der zu übertragenden Kalorien, da diese von der verlangten Höchsttemperatur und der Temperatur der eintretenden Milch bestimmt werden. Diese sind ebenfalls, abgesehen von jahreszeitlich bedingten Änderungen der unteren Grenze, auch immer die gleichen. Da mit Hilfe des Fühlers 4 die einströmende Dampfmenge entsprechend der einzuhaltenden Höchsttemperatur genau begrenzt wird, so entsteht im Heizraum ein stets gleichbleibender Dampfdruck mit der zugehörigen Temperatur, die dann zusammen mit der mittleren Temperatur der Milch die zur Übertragung der verlangten Kalorien erforderliche Temperaturdifferenz bildet. Je größer die Heizfläche gewählt wird, um so kleiner fällt damit die Temperaturdifferenz aus, was als Ziel der schonenden Erhitzung eingangs erwähnt wurde. Soll die Größe der Heizfläche bestimmt werden, so muß als bekannte Größe die Temperaturdifferenz angenommen werden.

Um den Wasserraum des als Dampferzeuger verwendeten Wärmeaustauschers 7 auffüllen zu können, ist noch ein Hahn 15 mit Trichter oder eine andere Möglichkeit, beispielsweise ein Wasseranschluß, vorzusehen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Vakuumheizung von hitzeempfindldchen Flüssigkeiten, beispielsweise Milch, Bier usw., mit in einem besonderen Wärmeaustauscher (7) erzeugten niedriggespannten Dampf von einer Temperatur unter ioo°, der seinen Wärmebedarf aus einem Dampfkessel mit höhergespanntem Dampf mit einer darüberliegenden Temperatur erhält, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat aus dem Wärmeaustauscher (1) für niedriggespannten Dampf in den Wasserraum des Wärmeaustauschers (7) für hochgespannten Dampf selbsttätig zurückläuft.
2. 2. Verfahren zur Vakuiumheiziung für hitzeempfindliche Flüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dampfregelventil (12), welches die in den Wärmeaustauscher (7) eintretende Dampfmenge regelt, durch die Temperatur der zu erhitzenden Flüssigkeit seinen Impuls erhält.
3. 3. Verfahren zur Vakuumheizung für hitzeempfindliche Flüssigkeiten nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf des Heizdampfes für den Wärmeaustauscher (1) vermittels des in die Kondensatleitung (13) eingebauten Rückschlagventils (16) nur in der Richtung zu den beiden Wärmeaustauschern (1 und 7) erfolgen kann.
4. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens mach den Ansprüchen r bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Höhe des Wasserspiegeln im Wärmeaustauscher (7) ein Entlüftungsventil (14) oder an anderer Stelle ein Dampfstrahlluftsauger zum Entfernen der Luft aus dem Heizraum angebracht ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Chemiker-Zeitung« 1932, S: 136/137;
   Kalender für Heizungs.-, Lüftungs- und Badetechniker, 49. Jahrg., 1950, S. 151.

   Hierzu r Blatt Zeichnungen