WO2014202174A1 - Verfahren und injektor zum einleiten eines dampfförmigen wärmeträgers in ein flüssiges produkt - Google Patents

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WO2014202174A1
WO2014202174A1 PCT/EP2014/001411 EP2014001411W WO2014202174A1 WO 2014202174 A1 WO2014202174 A1 WO 2014202174A1 EP 2014001411 W EP2014001411 W EP 2014001411W WO 2014202174 A1 WO2014202174 A1 WO 2014202174A1
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WO
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injector
liquid product
heat carrier
product
vaporous heat
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PCT/EP2014/001411
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Inventor
Andreas Schmied
Jürgen GEHLING
Stephan STOCKHORST
Uwe Schwenzow
Ludger Tacke
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Gea Tds Gmbh
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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
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    • A23L3/18—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by heating loose unpacked materials while they are progressively transported through the apparatus
    • A23L3/22—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by heating loose unpacked materials while they are progressively transported through the apparatus with transport through tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
    • A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing a vaporous heat carrier into a liquid product, in particular a food or drink, and here in particular viscous products, such as desserts, sauces or concentrates, in which the vaporous heat carrier, the liquid product to form a germ-free product heated and in which the flow of either the vaporous heat carrier is caused by pressure drop caused by the velocity of the liquid product or the liquid product by pressure drop caused by the velocity of the vaporous heat carrier, as well as the further features of the preamble of the claim 1.
  • the subject of the invention is an injector with the features of the preamble of claim 4 for performing the method.
  • the aim is to further improve the heat transfer conditions in the direct process of the type in question, which then inevitably leads to a lower required temperature difference between steam and steam. like to carry heat transfer medium and the liquid product to be heated, thus further promoting the gentle treatment of the product.
  • a method of the generic type and an injector for its implementation are known from DE 10 2007 017 704 A1.
  • the method and the injector relate only to a constellation in which the flow of the vaporous heat carrier is caused by pressure drop, which is caused by the speed of the liquid product.
  • the present invention is also intended, with reference to the method, to extend to a constellation in which the flow of the liquid product is caused by pressure drop, which results from the velocity of the vaporous heat carrier.
  • the tendency to form deposits is product-specific and is particularly significant for viscous products. Due to deposits on the pro- Duct wetted components inevitably change the product speed and the heat input in the annular channel-shaped mixing chamber and the heat transfer performance of the injector decreases. These changes have an effect on the temperature and thus on the pressure of the vaporous heat carrier at the inlet to the injector; both state variables increase, which further increases the tendency for deposits to form.
  • the vaporous heat transfer medium is saturated steam or superheated steam.
  • the enthalpy of the vapor can generally not be completely transferred to the injector.
  • the condensation section within the annular channel-shaped mixing chamber in the injector is not enough.
  • a higher temperature of the product often results at the end of a hot holding path downstream of the injector from the exit from the injector. This deficiency is known as so-called. After evaporation and undesirable.
  • the inventive concept of solution is based on the recognition that the radial extension of the annular channel-shaped mixing chamber of the injector, which layer thickness and thedaleeintrag- and heat transfer conditions of the vaporous heat transfer medium on the liquid product to be heated decisively influenced and which in turn is significantly changed by the product deposits, is used as a control variable for controlling and / or regulating the heat transfer performance.
  • the said radial extent can be formed by axial displacement of a mandrel-shaped displacement body, which in the known manner in the region of the mixing chamber, seen in the flow direction, tapers conically and corresponds to a likewise conically tapered injector, which encloses the displacer , to be changed.
  • a displacement of the displacer in the flow direction thus causes a reduction and a displacement against the flow direction causes an enlargement of the passage cross-sections of the mixing chamber.
  • the solution of the object according to the invention is that as indicators for the formation of product deposits three detectable in the operation of the injector physical variables come into question, of which at least one is detected, depending on one or more of these physical measures a automatically controlled axial Ver displacement of the displacer is performed in such a way that the heat transfer performance of the vaporous heat transfer medium in the liquid product remains the same.
  • the product layer thickness in the annular channel-shaped mixing chamber can be changed, particularly in the case of viscous products, and thus the product speed and the heat input and heat transfer conditions can be decisively influenced.
  • the product layer thickness can be optimally adjusted so that a complete condensation of the saturated steam is achieved. Due to the automated axial adjustment of the mandrel-shaped displacement body, it is possible to adjust or regulate the product layer thickness during production in its radial extent. As a result, the product layer thickness can also be set and regulated individually for each product.
  • the signal resulting from the vibrations and / or the temperature and / or the pressure difference is supplied to a control unit.
  • the control unit moves the displacement body axially in such a way that it is moved a little way out of the annular channel-shaped mixing chamber, whereby its radial extension, limited in time, increases and inevitably reduces the product speed correspondingly. This then leads to the removal of product deposits, and the measured variable used for control or regulation changes.
  • the forced oscillations are used as manipulated or controlled variable, then these sound off.
  • the adjustment of the displacer is precisely controlled or regulated, for example, with an accuracy of 0.1 mm.
  • the displacer may then be returned to its original position after this limited period of time, and the above-described control cycle may start again, resulting in a longer continuous production time.
  • the oscillation frequency as a control or control variable
  • this temperature difference is measured.
  • the increase in temperature difference indicates increasing product deposits in the injector.
  • the temperature of the vaporous heat carrier If the radial extent of the annular channel-shaped mixing chamber is increased during production, for a limited time, which results in a change in the product speed by automatically extending the displacer, the vaporous heat carrier can more easily penetrate into the product. This leads to the pressure reduction on the steam side and thus in turn to a lower steam temperature. The lower the steam temperature, the less product deposits are formed.
  • the pressure difference described above is measured.
  • the increase in pressure difference also indicates product deposits in the injector. Again, the displacer is automatically extended, the vapor pressure is lowered, thereby reducing the pressure difference. Thus, the temperature difference is inevitably reduced and the product deposits are reduced or minimized.
  • the product output at the start of production is significantly lower than the nominal output of the drying plant.
  • the adjustment of the displacer according to the invention can ensure that despite changed performance, the heating power in the injector remains the same. This measure ensures the condensation processes and the continuous production time.
  • product-specific parameters can be stored in the control program.
  • the necessary adjustment of the displacer body can be fully automatically matched to individual products, and the predetermined dependencies can be maintained during the entire production time.
  • the injector is operated with superheated steam, the enthalpy of the steam, starting from the saturated steam region, can generally not be completely transferred to the injector.
  • the condensation section within the injector is usually not enough.
  • This deficiency is remedied, as the invention provides, by performing the above-described automatically controlled displacement of the displacer body when the temperature at the exit of the heat retention path from the exit temperature of the heated liquid product exiting the injector by a predetermined allowable temperature difference, crizspiels- 1 ° C, is exceeded. This intervention helps to reduce the temperature difference.
  • the invention further proposes that the heating of the liquid product by the vaporous heat carrier in more than one mixing chamber, which are connected in series in the flow direction takes place.
  • the method according to the invention can also be applied to multi-stage injectors.
  • a injector which is suitable in principle for carrying out the method according to the invention in the constellation designated (a) in claim 1 is known from DE 10 2007 017 704 A1, because there is already provided a motorized adjustment of the displacer.
  • the invention provides, starting from an injector of this type, that the displacer is connected via an adjusting rod with an actuator, that a control unit is provided, in which the physical quantities oscillation frequency and / or temperature difference and / or pressure difference are stored and in the Control program is deposited.
  • the control unit takes over the actuator an automatically controlled or controlled axial adjustment of the adjusting rod according to specification by the control program and in dependence on one or more of the physical parameters before.
  • a vibration sensor is arranged directly or indirectly on the injector housing. Since the forced oscillations caused by the product deposits are significantly pronounced on the mandrel-shaped displacement body, it is provided that the vibration sensor is in direct or indirect connection to the adjustment rod.
  • Figure 2 is a perspective view of a cut in its meridian plane multi-stage injector according to the invention.
  • FIG. 3 shows a meridian section through the injector according to FIG. 2 (viewing direction perpendicular to the sectional plane of FIG. 2).
  • a liquid product P flows vertically from above onto a first inlet 6.3 (dome) with a product inlet P (E) and is passed via a cylindrical first inlet space 2.1 into the rear-valued space of the injector 1 *, an inlet chamber 2.2, where it is evenly distributed over the circumference and from there a first Beaufschlagungsraum 2 is supplied.
  • a uniform product layer tion takes place in an annular gap, an inner first annular space 2.3, which is formed between a displacer 5.1 of a dome 5 and the displacer 5.1 bounding, product side first housing ring 7.1 of an inner housing 7.
  • the inner first annular space 2.3 is part of the first Beaufschlagungs- space 2.
  • the latter is formed between the displacement body 5.1 and the inner housing 7, consisting of the first housing ring 7.1 and a second housing ring 7.2, on its entire axial length.
  • the product P leaves the inner first annular space 2.3 on its further flow path and enters a ring-channel-shaped mixing space 2.4.
  • the mixing chamber 2.4 begins, seen in the flow direction, in the region from the transition of the cylindrical to the conical design of the displacement 5.1.
  • a vaporous heat transfer medium D preferably saturated steam impinges on the liquid product P, the flow of the vaporous heat transfer medium D being caused by pressure drop caused by the velocity of the liquid product P at the transition from the nozzle-shaped inner first annulus 2.3 arises in the annular channel-shaped mixing chamber 2.4.
  • the vaporous heat transfer medium D reaches this area when it enters at a vapor inlet D (E) via a second inlet 6.4 into a second loading space 3, which concentrically surrounds the first admission space 2, and from there via a distributor ring 9 within the interior Housing 7 the mixing chamber 2.4 circumferentially from the outside via a (first) annular nozzle 4.1 applied.
  • the conically tapering mixing chamber 2.4 opens into a cylindrical outlet space 2.5, a so-called condensation section, and leads to this two-phase mixture of liquid product P and not yet condensed vaporous heat transfer medium D.
  • the heated liquid product P leaves the cylindrical outlet space 2.5 at a product outlet P (A) formed by an outlet 6.6. which is preferably formed as a piece of straight pipe.
  • PEEK polyether ether ketones
  • the mandrel 5 consists, on the one hand, of the displacer 5.1 ending in front of the cylindrical outlet space 2.5 and, on the other hand, of an adjusting rod 5.2 integrally formed on the displacer 5.1.
  • This is passed directly or via a positive and / or non-positively connected extension by a firmly connected to the injector 6 lantern housing 10 and a subsequent attachment member 11 and connected to an actuator 100 which is mounted on the mounting part 11.
  • the adjusting rod 5.2 and thus the displacer 5.1 can be moved in the axial direction by an adjustment v.
  • this adjusting movement v the displacer 5.1 can be moved very sensitively, for example with an accuracy of 0.1 mm, into or out of the mixing space 2.4.
  • a vibration sensor 200 is arranged, with the occurring at or in the injector 1 * vibrations, for example their Vibration frequency f, are detected.
  • the arrangement can be suitably made such that the vibration sensor 200 is in direct or indirect connection to the adjusting rod 5.2, at which forced oscillations excited by the flow and the thermal conditions in the injector 1 * are expressed in a particular way.
  • This vibration sensor 200 may for example also be designed as a vibration switch, which merely determines whether vibrations (vibrations) occur, and which generates a switching signal when a predetermined amplitude is exceeded or undershot.
  • Vibration sensor 200 and actuator 100 are connected to a control unit 300, in which a control program 300a is stored.
  • a control program 300a product-specific parameters for controlling or regulating the adjustment movement v are stored with which the axial displacement of the displacer body 5.1 can be automatically controlled or regulated such that the heat transfer capacity from the vaporous heat carrier D to the liquid product P remains the same ,
  • a temperature difference ⁇ and / or a pressure difference ⁇ between the second inlet 6.4 and the product outlet P (A) are measured and, like the information about the oscillations generated via the vibration sensor 200, supplied to the control unit 300 or . become.
  • a multi-stage injector 1 (hereinafter referred to in each case to the most appropriate of Figures 2 or 3 and position information refers to the representation position of the injector 1) is bounded on the outside by a tubular injector 6, which with a cylindrical shell portion 6a an annular inner housing 7 concentric encloses the latter on the left and front sides with a collar part 6b partially surrounds and ends on the right side in an unspecified flange which is radially sealed on the inside in the region of the right-hand end of the inner housing 7 relative to the latter via a third housing seal 18c (Figure 3).
  • an outer annular space 3.3 is formed, which is part of a second Beauftschungsraumes 3 for providing and distributing a vaporous heat carrier D.
  • This is in particular water vapor, preferably so-called culinary steam in the saturation state (saturated steam)
  • the second Beauftschungsraum 3 starting from a steam inlet D (E), via a second inlet 6.4, the inside a preferably cylindrical second inlet space 3.1 is formed, and an aligned subsequent preferably conical expansion port 6.5, which forms a correspondingly flared space 3.2 inside, supplied becomes.
  • the longitudinal axis of the extension piece 6.5 opens a piece to the right of the center of the axial length of the second Beauftschungsraumes 3 in the latter.
  • the second Beauftschungsraum 3 is sealed at its left-hand end via a second housing seal 18 b, which is axially / radially clamped between the injector 6 and the inner housing 7, to the outside.
  • the right-hand end of the inner housing 7 protrudes a piece beyond the right-side end face of the flange on the injector 6 and is there axially sealed against the front side against an inlet housing 6.1 via a fourth housing seal 18d.
  • the inlet housing 6.1 forms at the sealing point with the inner housing 7 an unspecified flange, which is bolted to the corresponding flange on the injector 6.
  • annular inner housing 7 engages a mandrel 5 displaceable in the axial direction from the right, which is formed in its left-hand part in the form of a predominantly conical, rotationally symmetrical displacement body 5.1 tapering towards the left-hand end (FIG. 2). Between the displacement body 5.1 and the latter enclosing annular inner housing 7, a ring-channel-shaped mixing chamber 2.4 is formed, which is part of a first Beaufschlagungsraumes 2 for a liquid product P.
  • the inlet housing 6.1 has a first inlet 6.3 for the supply of the liquid product P, which preferably forms a cylindrical first inlet space 2.1 on the inside, the latter being directly connected to the inlet chamber 2.2.
  • a product P (E) in the first Beaufschlagungsraum 2 thus takes place at the first inlet 6.3 and the liquid product P then passes through the inlet space 2.1, the subsequent inlet chamber 2.2, the nozzle-like tapered inner first annular space 2.3 in the annular mixing chamber 2.4 to this via a preferably cylindrical outlet space 2.5, which is formed in an outlet 6.6 adjoining the collar part 6b on the left side, to be read out.
  • the outlet space 2.5 extends into a preferably equal diameter pipe section, which serves as a so-called. Condensation section.
  • the condensation section opens into a pipe extension 6.7, via which a product outlet P (A) takes place in a laxative pipeline of a downstream process plant.
  • a trained at the outlet 6.6, unspecified flange is preferably bolted to the collar part 6b and this flange is axially sealed against a corresponding end face boundary surface of the inner housing 7 via a first housing seal 18a.
  • the collar part 6b is thus between the flange at the outlet 6.6 and the inner housing 7 fixed both axially and radially positive manner and the entire aggregation, consisting of the parts 6, 6.6 with 6.7, 7 and 6.1 with 6.3, by the screw held together between the flange on the injector 6 and the flange on the inlet housing 6.1, clamped in itself and sealed at the aforementioned sealing points 18a to 18d to the outside.
  • a first clamping bushing 16 engages from the right into the bore in the flange on the injector housing 6, contacts the third housing seal 18c at its local end and comprises the flange on the injector housing 6 with a collar.
  • the first clamping bush 16 is screwed on the inside to a second clamping bush 17, the latter engages at its right-hand end with an unnamed collar in a non-designated groove-shaped recess between the end face of the inner housing 7 and the flange on the inlet housing 6.1 radially inwardly form-fitting manner.
  • the first Beaufschlagungsraum 2 takes place at the right-hand end of the inlet housing 6.1 its conclusion via a cover 6.2, the sealed via a fifth housing seal 18e in an opening in the inlet housing 6.1 and there preferably via a clamping flange unspecified on a later nengeophuse 10 by means of a first clamping ring 14 is fixed positive and non-positive.
  • an adjusting rod 5.2 is screwed on the right side, which is sealed at the screwing by means of a seal 21 against the displacer 5.1.
  • the adjusting rod 5.2 consists in its left-hand part of a larger diameter guide rod 5.2a and in its right-hand part of a smaller diameter mounting rod 5.2b ( Figure 2).
  • the guide rod 5.2a penetrates the cover 6.2 and the flange on the lantern housing 10 via a rod seal 19 and a subsequent guide ring 20.
  • a fastening part 11 is flange-mounted on the right side, wherein this connection with a second clamping ring 15, similar to that between cover 6.2 and lantern housing 10, is formed.
  • the adjusting rod 5.2 is connected to the fastening rod 5.2b with the actuator 100, as shown in Figure 1.
  • the actuator 100 may be an electrically, pneumatically or hydraulically operating actuator, which generates a rotative or translational adjustment movement causally act.
  • a first annular nozzle 4.1 is formed at the right-hand end, which is radially outwardly connected to the outer annular space 3.3 of the second Beauftschungsraumes 3 and the radially inwardly via an unnamed annular gap-shaped first outlet opening into the mixing chamber 2.4.
  • the vaporous heat carrier D coming from the vapor inlet D (E)
  • the nozzle-like manner Deten inner first annular space 2.3, acting as a propulsion jet stream of the liquid product P, which is introduced via the product inlet P (E) sucked.
  • the suction is generated by a pressure drop in the liquid product P, which is generated by increasing the velocity in the passage cross section of the mixing chamber 2.4 in the region of the annular gap-shaped first outlet opening.
  • the nozzle-shaped inner first annular space 2.3 generally generates an increase in speed in the region of the annular gap-shaped first outlet opening, which is significantly enhanced by a special measure in the outlet end of the inner first annular space 2.3.
  • This measure consists in that, on the inner housing 7 or on the first housing ring 7.1, viewed in the flow direction of the liquid product P, an annular first nose 7.1a is formed directly in front of the annular gap-shaped first outlet opening, which constricts a first passage cross-section radially on the outside in such a way. that this, as seen in the flow direction of the liquid product P, compared to the upstream passage cross-section of the inner annular space 2.3 is reduced.
  • the same structure in this area is also realized in the single-stage injector 1 * according to FIG.
  • the annular gap-shaped first outlet opening opens from the side of the enclosing inner housing 7, from radially outside, at an inclination angle ⁇ in the same direction to the flow direction of the liquid product P in the mixing chamber 2.4 a. It is measured against the perpendicular to the longitudinal axis of the mixing chamber 2.4, wherein it has proved to be advantageous if, for the tilting angle kel ⁇ a value in the range 30 to 45 degrees, preferably a value of 35 degrees, is provided.
  • the downstream-side boundary surface of the annular gap-shaped first outlet opening merges into a circumferential first bevel 7.2b on the inner housing 7, wherein the first bevel 7.2b has a greater inclination against the longitudinal axis of the mixing chamber 2.4 than the first
  • the boundary between the downstream side boundary surface of the annular gap-shaped first outlet opening and the associated first chamfer 7.2b is rounded with a relatively large radius to the first bevel 7.2b subsequent boundary surface of the inner housing.
  • annular gap-shaped second outlet opening an annular second one Nose 7.2a and a circumferential second bevel 7.3b in connection with the second annular nozzle 4.2 and an annular gap-shaped third outlet opening
  • annular third nose 7.3a and a circumferential third chamfer 7.4b in connection with the third annular nozzle 4.3 a forms a second passage cross-section immediately before entering the mixing space 2.4
  • the third annular nose 7.3a forms a corresponding third passage cross-section which constricts the mixing space 2.4 at the respective point in such a way that, in the flow direction of the liquid product P seen, against is reduced over the respective upstream passage cross-section of the mixing chamber 2.4.
  • the annular inner housing 7 (FIG.
  • the nozzle-shaped inner first annular space 2.3 is formed in cooperation with a preferably cylindrical section of the displacement body 5.1, while the second housing ring 7.2, the third housing ring 7.3 and the fourth housing ring 7.4, seen in the flow direction of the liquid product P and in each case Cooperation with the behind the first annular nozzle 4.1 and approximately parallel to the inner frusto-conical boundary surface of the respective associated housing ring 7.2 to 7.3 tapered displacement 5.1, inside an inner second annulus 2.4.1 and an inner third annulus 2.4.2 or form an exit chamber 2.4.3, which together form the mixing chamber 2.4.
  • the first admission chamber 2 in its extension region penetrated by the displacement body 5.1, this region tapers continuously, as viewed in the flow direction of the liquid product P.
  • the respective inlet of the annular nozzle 4.1, 4.2, 4.3 is enclosed by the radially in the inner housing 7 radially engaging distributor ring 9, which, distributed over its circumference, a plurality of preferably uniformly spaced apart annular bores 9a, each having the annular nozzle 4.1 , 4.2, 4.3 connect to the second admission space 3.
  • the most uniform possible distribution of the vaporous heat carrier D is achieved within the respectively associated annular nozzle.
  • baffle 8 with a plurality arranged in a sieve Distributor holes 8a provided that almost completely fills the passage cross section of the extension piece 6.5.
  • the baffle 8 is preferably folded in a V-shape and the folded edge preferably extends in the plane of the largest diameter of the cone-shaped expansion socket 6.5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in ein flüssiges Produkt, insbesondere ein Nahrungsmittel oder Getränk, und hier insbesondere viskose Produkte, beispielsweise Desserts, Soßen oder Konzentrate, bei dem der dampfförmige Wärmeträger das flüssige Produkt zur Bildung eines keimfreien Produkts erhitzt sowie einen Injektor zur Durchführung des Verfahrens. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und einen Injektor zu seiner Durchführung zu schaffen, mit denen insbesondere ein Absinken der Wärmeübertragungsleistung des Injektors über die gesamte Produktionszeit verhindert wird. Dies wird verfahrenstechnisch dadurch erreicht, dass als Indikatoren für die Bildung von Produktablagerungen drei im Betrieb des Injektors erfassbare physikalische Messgrößen in Frage kommen, von denen wenigstens eine erfasst wird, und dass in Abhängigkeit von einer oder mehreren dieser physikalischen Messgrößen eine automatisch gesteuerte axiale Verschiebung des Verdrängerkörpers in der Weise durchgeführt wird, dass die Wärmeübertragungsleistung von dem dampfförmigen Wärmeträger (D) in das flüssige Produkt (P) gleichbleibt.

Description

Verfahren und Injektor zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in ein flüssiges Produkt
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in ein flüssiges Produkt, insbesondere ein Nahrungsmittel oder Getränk, und hier insbesondere viskose Produkte, beispielsweise Desserts, Soßen oder Kon- zentrate, bei dem der dampfförmige Wärmeträger das flüssige Produkt zur Bildung eines keimfreien Produkts erhitzt und bei dem das Strömen entweder des dampfförmigen Wärmeträgers durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des flüssigen Produkts entsteht, oder des flüssigen Produkts durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des dampfförmigen Wärmeträgers entsteht, sowie mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus ist Gegenstand der Erfindung ein Injektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs den Anspruchs 4 zur Durchführung des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
Im Hinblick auf die Wärmebehandlung eines flüssigen Produkts der vorg. Art kann qualitativ einwandfreier Wasserdampf von Trinkwasserqualität, vorzugsweise sog. kulinarischer Wasserdampf im Sättigungszustand, verwendet werden, um das flüssige Produkt schnell und effizient zu erwärmen. Eines der zum direkten Injizie- ren von Dampf in das flüssige Produkt angewendeten Verfahren besteht in der Verwendung eines Injektors. Infolge dieses schnellen Verfahrens kann die Behandlungszeit verringert werden, was insgesamt zu einer verringerten Wärmeeinwirkung auf das Produkt führt und wodurch ein Produkt erhalten wird, das vor allem im Hinblick auf den Geschmack ein höheres Qualitätsniveau behält. Die schnelle und schonende Wärmebehandlung beim direkten Erwärmungsverfahren wird um den Preis eines höheren Energieaufwandes gegenüber dem indirekten Erwärmungsverfahren, beispielsweise mittels Rohrbündel-Wärmeaustauscher, erkauft. Daher ist man bestrebt, die Wärmeübergangsbedingungen beim direkten Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern, was dann zwangsläu- fig zu einer geringeren erforderlichen Temperaturdifferenz zwischen dampfförmi- gern Wärmeträger und dem zu erwärmenden flüssigen Produkt führt und damit die schonende Behandlung des Produkts weiter begünstigt.
Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und ein Injektor zu seiner Durchführung sind aus der DE 10 2007 017 704 A1 bekannt. Das Verfahren und der Injektor betreffen allerdings nur eine Konstellation, bei der das Strömen des dampfförmigen Wärmeträgers durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des flüssigen Produkts entsteht. Die vorliegende Erfindung soll sich mit Blick auf das Verfahren auch auf eine Konstellation erstrecken, bei der das Strömen des flüssigen Produkts durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des dampfförmigen Wärmeträgers entsteht.
In der DE 10 2007 017 704 A1 ist bereits offenbart, dass die axiale Verschiebung des Verdrängerkörpers manuell oder motorisch vorgenommen wird. Die manuelle Verschiebung erfolgt beispielsweise über ein arretierbares (beispielsweise konterbares) Spindel-Mutter-System. Eine motorische Verschiebung kann beispielsweise über ein motorisch angetriebenes Spindel-Mutter-System erfolgen, wobei der Stellantrieb beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben wird und die notwendige Drehbewegung der Spindel generiert.
Es ist hinlänglich bekannt, dass sich bei den bekannten Injektoren, bedingt durch die thermische Erhitzung des Produkts, mit der Produktionszeit und mit unterschiedlicher Intensität Produktablagerungen im Injektor, insbesondere an den mit dem Produkt in Berührung kommenden heißen Bauteilen, bilden können. Beson- ders kritisch ist hier der ringkanalförmige Mischraum, der zwischen dem dornför- migen Verdrängerkörper und dem diesen umgebenden produktbeaufschlagten Injektorgehäuse gebildet wird. Die radiale Erstreckung des Mischraumes bestimmt die Schichtdicke des zu erhitzenden Produkts und somit entscheidend auch die Wärmeeintrag- und Wärmeübergangsbedingungen vom dampfförmigen Wärme- träger in das Produkt.
Die Neigung zur Bildung von Ablagerungen ist produktspezifisch und zeigt sich besonders signifikant bei viskosen Produkten. Durch Ablagerungen auf den pro- duktberührten Bauteilen verändern sich zwangsläufig die Produktgeschwindigkeit und der Wärmeeintrag im ringkanalförmigen Mischraum und die Wärmeübertragungsleistung des Injektors sinkt. Diese Veränderungen haben Rückwirkung auf die Temperatur und damit auf den Druck des dampfförmigen Wärmeträgers am Eintritt in den Injektor; beide Zustandsgrößen steigen an, wodurch die Neigung zur Bildung von Ablagerungen weiter ansteigt. Bei dem dampfförmigen Wärmeträger handelt es sich um Sattdampf oder um überhitzten Dampf.
Wird überhitzter Dampf verwendet, so kann in der Regel die Enthalpie des Damp- fes, ausgehend vom Sattdampfgebiet, nicht vollständig in dem Injektor übertragen werden. Dafür reicht die Kondensationsstrecke innerhalb des ringkanalförmigen Mischraumes im Injektor nicht aus. Aus diesem Grund ergibt sich oft eine höhere Temperatur des Produkts am Ende einer dem Injektor nachgeordneten Heißhaltestrecke gegenüber dem Austritt aus dem Injektor. Dieser Mangel ist als sog. Nachverdampfung bekannt und unerwünscht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und einen Injektor zu seiner Durchführung zu schaffen, mit denen den Nachteilen und Mängeln des Standes der Technik abgeholfen und insbesondere ein Ab- sinken der Wärmeübertragungsleistung des Injektors über die gesamte Produktionszeit verhindert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Injektor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 4 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausführungsformen des Injektors sind Gegenstand der zugeordneten Unter- ansprüche.
Der erfinderische Lösungsgedanke basiert auf der Erkenntnis, dass die radiale Er- streckung des ringkanalförmigen Mischraums des Injektors, die die Produkt- schichtdicke ausbildet und die Wärmeeintrag- und Wärmeübergangsbedingungen vom dampfförmigen Wärmeträger auf das zu erhitzende flüssige Produkt entscheidend beeinflusst und die wiederum signifikant von den Produktablagerungen verändert wird, als Stellgröße zur Steuerung und/oder Regelung der Wärmeüber- tragungsleistung herangezogen wird. Die besagte radiale Erstreckung kann durch axiale Verschiebung eines dornförmig ausgebildeten Verdrängerkörpers, der in an sich bekannter Weise im Bereich des Mischraumes, in Strömungsrichtung gesehen, konisch sich verjüngend ausgebildet ist und mit einem sich ebenfalls konisch sich verjüngenden Injektorgehäuse korrespondiert, das den Verdrängerkörper um- schließt, verändert werden. Eine Verschiebung des Verdrängerkörpers in Strömungsrichtung bewirkt somit eine Reduzierung und eine Verschiebung entgegen der Strömungsrichtung bewirkt eine Vergrößerung der Durchtrittsquerschnitte des Mischraums. Aufbauend auf dieser Erkenntnis besteht die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe darin, dass als Indikatoren für die Bildung von Produktablagerungen drei im Betrieb des Injektors erfassbare physikalische Messgrößen in Frage kommen, von denen wenigstens eine erfasst wird, wobei in Abhängigkeit von einer oder mehreren dieser physikalischen Messgrößen eine automatisch gesteuerte axiale Ver- Schiebung des Verdrängerkörpers in der Weise durchgeführt wird, dass die Wärmeübertragungsleistung von dem dampfförmigen Wärmeträger in das flüssige Produkt gleichbleibt.
Bei diesen physikalischen Messgrößen handelt es sich
· um eine von der Strömung im Injektor erzeugte und erzwungenen Schwingungsfrequenz des gesamten Injektors oder eines ausgewählten Teiles desselben oder
• um eine Temperaturdifferenz zwischen der Eintrittstemperatur des dampfförmigen Wärmeträgers am Eintritt in den und der Austrittstemperatur des erhitz- ten flüssigen Produkts am Austritt aus dem Injektor oder
• um eine Druckdifferenz zwischen dem Eintrittsdruck des dampfförmigen Wärmeträgers am Eintritt in den und dem Austrittsdruck des erhitzten flüssigen Produkts am Austritt aus dem Injektor. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen verfahrenstechnischen Merkmale kann insbesondere bei viskosen Produkten die Produktschichtdicke in dem ring- kanalförmigen Mischraum verändert und damit können die Produktgeschwindigkeit und die Wärmeeintrag- und Wärmeübergangsbedingungen entscheidend beein- flusst werden. So kann in besonders vorteilhafter und wirksamer Weise bei Konzentraten die Produktschichtdicke optimal so eingestellt werden, dass eine vollständige Kondensation des Sattdampfes erreicht wird. Durch die automatisierte axiale Verstellung des dornförmigen Verdrängerkörpers ist es möglich, die Pro- duktschichtdicke während der Produktion in seiner radialen Erstreckung zu verstellen bzw. zu regulieren. Die Produktschichtdicke kann dadurch auch für jedes Produkt einzeln gezielt eingestellt und geregelt werden.
Nach einer nicht exakt vorhersehbaren Produktionszeit können sich, bedingt durch die thermische Erhitzung des Produkts, Produktablagerungen an den produktberührten Bauteilen des Injektors ergeben. Diese bewirken im weiteren zeitlichen Ablauf
• einen Anstieg der vorstehend genannten Temperaturdifferenz und
• einen Anstieg der von dieser Temperaturdifferenz abhängigen vorstehend ge- nannten Druckdifferenz und
• ein Auftreten von erzwungenen Schwingungen des gesamten Injektors oder an Teilen desselben, denen man bislang im Stand der Technik keine Beachtung geschenkt und/oder deren ursächlichen Zusammenhang mit der Bildung von Produktablagerungen der in Rede stehenden Art die Fachwelt bislang nicht er- kannt hat.
Das Auftreten von diesen erzwungenen Schwingungen durch sich im Injektor verändernde strömungsmechanische und thermische Bedingungen wird von der vorliegenden Erfindung explizit aufgegriffen und zur Steuerung bzw. Regelung der Wärmeübertragungsleistung genutzt. Dies geschieht dadurch, dass diese Schwingungen erfasst und zur Auslösung eines Signals zur automatisch gesteuerten bzw. geregelten Verschiebung des Verdrängerkörpers herangezogen werden. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine eigenständige Erfindung dar.
Das Signal, resultierend aus den Schwingungen und/oder der Temperatur- und/oder der Druckdifferenz, wird einer Steuereinheit zugeführt. Diese Steuereinheit verfährt nach Maßgabe eines in ihr hinterlegten Steuerprogramms den Verdrängerkörper axial in der Weise, dass er ein Stück weit aus der ringkanalförmigen Mischkammer herausgefahren wird, wodurch sich deren radiale Erstreckung, zeitlich begrenzt, vergrößert und zwangsläufig die Produktgeschwindigkeit entspre- chend verringert. Dies führt dann zum Abtrag der Produktablagerungen, und die zur Steuerung bzw. Regelung herangezogene Messgröße verändert sich.
Werden die erzwungenen Schwingungen als Stell- bzw. Regelgröße herangezogen, dann klingen diese ab. Die Verstellung des Verdrängerkörpers wird dabei beispielsweise mit einer Genauigkeit von 0,1 mm präzise gesteuert bzw. geregelt. Der Verdrängerkörper kann nach diesem begrenzten Zeitraum alsdann wieder in seine Ausgangslage zurückgeführt werden und der vorstehend beschriebene Steuerungs- bzw. Regelungszyklus kann erneut beginnen, wodurch sich eine längere kontinuierliche Produktionszeit ergibt.
Alternativ oder ergänzend zur Verwendung der Schwingungsfrequenz als Regeloder Steuerungsgröße wird auch vorgeschlagen, die vorstehend beschriebene Temperaturdifferenz heranzuziehen. Bei laufender Produktion wird diese Temperaturdifferenz gemessen. Der Anstieg der Temperaturdifferenz deutet auf die wachsenden Produktablagerungen im Injektor hin. Bei steigender Temperaturdifferenz steigt auch die Temperatur des dampfförmigen Wärmeträgers. Wird nun während der Produktion, zeitlich begrenzt, die radiale Erstreckung des ringkanalförmigen Mischraumes vergrößert, was eine Änderung der Produktgeschwindigkeit zur Folge hat, indem der Verdrängerkörper automatisch ausgefahren wird, so kann der dampfförmige Wärmeträger leichter in das Produkt eindringen. Das führt zur Druckabsenkung auf der Dampfseite und damit wiederum zu einer niedrigeren Dampftemperatur. Je niedriger die Dampftemperatur ist, umso weniger Produktablagerungen bilden sich. Alternativ oder ergänzend zur Verwendung der Schwingungsfrequenz als Regeloder Steuerungsgröße wird auch vorgeschlagen, die vorstehend beschriebene Druckdifferenz heranzuziehen. Bei laufender Produktion wird diese Druckdifferenz gemessen. Der Anstieg der Druckdifferenz deutet ebenfalls auf Produktablagerungen im Injektor hin. Auch hier wird der Verdrängerkörper automatisch ausgefahren, der Dampfdruck wird dadurch abgesenkt, wodurch sich die Druckdifferenz verringert. Damit wird zwangsläufig die Temperaturdifferenz verringert und die Produktablagerungen werden reduziert bzw. minimiert.
Bei Erhitzungsanlagen für Trockentürme ist die Produktleistung am Anfang der Produktion deutlich niedriger als die Nennleistung der Trocknungsanlage. Auch hier kann die erfindungsgemäße Verstellung des Verdrängerkörpers dafür sorgen, dass trotz veränderter Leistung die Erhitzungsleistung im Injektor gleichbleibt. Die- se Maßnahme sichert die Kondensationsprozesse und die kontinuierliche Produktionszeit.
Für jede Rezeptur können produktspezifische Parameter im Steuerprogramm hinterlegt werden. So kann vollautomatisch die notwendige Verstellung des Verdrän- gerkörpers auf einzelne Produkte abgestimmt und die vorher festgelegten Abhängigkeiten können während der gesamten Produktionszeit eingehalten werden.
Wird der Injektor mit überhitztem Dampf betrieben, so kann in der Regel die Enthalpie des Dampfes, ausgehend vom Sattdampfgebiet, nicht vollständig in dem In- jektor übertragen werden. Dafür reicht die Kondensationsstrecke innerhalb des Injektors meist nicht aus. Aus diesem Grund ergibt sich oft eine höhere Temperatur am Austritt einer dem Injektor nachgeordneten Heißhaltestrecke gegenüber der Austrittstemperatur des erhitzten flüssigen Produkts am Austritt aus dem Injektor. Diesem Mangel wird, wie dies die Erfindung vorsieht, dadurch abgeholfen, dass die vorstehend beschriebene automatisch gesteuerte Verschiebung des Verdrängerkörpers durchgeführt wird, wenn die Temperatur am Austritt der Heißhaltestrecke gegenüber der Austrittstemperatur des erhitzten flüssigen Produkts am Austritt aus dem Injektor um eine vorgegebene zulässige Temperaturdifferenz, beispiels- weise 1 °C, überschritten ist. Dieser Eingriff hilft, die Temperaturdifferenz zu reduzieren.
Die Erfindung schlägt weiterhin vor, dass sich die Erhitzung des flüssigen Pro- dukts durch den dampfförmigen Wärmeträger in mehr als einem Mischraum, die in Strömungsrichtung in Reihe geschaltet sind, erfolgt. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch auf mehrstufige Injektoren Anwendung finden kann. Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der im Anspruch 1 mit (a) bezeichneten Konstellation im Grundsatz geeigneter Injektor ist aus der DE 10 2007 017 704 A1 bekannt, weil dort bereits eine motorische Verstellung des Verdrängerkörpers vorgesehen ist. Die Erfindung sieht vor, ausgehend von einem Injektor dieser Art, dass der Verdrängerkörper über eine Verstellstange mit einem Stellantrieb verbunden ist, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, in der die physikalischen Messgrößen Schwingungsfrequenz und/oder Temperaturdifferenz und/oder Druckdifferenz gespeichert werden und in der ein Steuerprogramm hinterlegt ist. Die Steuereinheit nimmt über den Stellantrieb eine automatisch gesteuerte bzw. geregelte axiale Verstellbewegung der Verstellstange nach Vorgabe durch das Steuerprogramm und in Abhängigkeit von einer oder mehreren der physikalischen Messgrößen vor.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Schwingungssensor unmittelbar oder mittelbar am Injektorgehäuse angeordnet. Da sich in signifikanter Weise die durch die Produktablagerungen bedingten erzwungenen Schwingungen am dorn- förmigen Verdrängerkörper ausprägen, ist vorgesehen, dass der Schwingungssensor in unmittelbarer oder mittelbarer Verbindung zur Verstellstange steht.
Die Produktablagerungen lösen sich leichter von den produktbeaufschlagten Bau teilen des Injektors bei gleichzeitig hoher Temperatur- und Reinigungsmittelbe ständigkeit, wenn diese Bauteile aus Polyether Ether Ketone (PEEK) bestehen. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Während die Erfindung in den verschiedensten Ausgestaltungen eines Ver- fahrens und in Gestalt eines einstufigen und eines mehrstufigen Injektors zu seiner Durchführung realisiert ist, werden in der Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen der beiden Injektoren zur Durchführung bevorzugter Ausgestaltungen des Verfahrens beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen Meridianschnitt durch einen einstufigen Injektor gemäß der Erfindung;
Figur 2 in perspektivischer Darstellung einen in seiner Meridianebene aufgeschnittenen mehrstufigen Injektor gemäß der Erfindung und
Figur 3 einen Meridianschnitt durch den Injektor gemäß Figur 2 (Blickrichtung senkrecht auf die Schnittebene der Figur 2).
BESCHREIBUNG
Einstufiger Injektor (Figur 1)
Die grundsätzliche Wirkungsweise eines Injektors der gattungsgemäßen Art wird zunächst anhand eines einstufigen Injektors 1* gemäß Figur 1 beschrieben. Einzelheiten in seinem Aufbau, die dort zwar gezeigt, nicht aber bezeichnet und beschrieben sind, lassen sich der Beschreibung zu einem mehrstufigen Injektor 1 nach den Figuren 2 und 3 entnehmen. Die Bezugszeichen und die zugeordneten Bezeichnungen werden in allen Figuren einheitlich verwendet.
Ein flüssiges Produkt P strömt, auf die Zeichnungslage bezogen, von oben senkrecht einem an einem Injektorgehäuse 6 zentrisch angeordneten ersten Einlass 6.3 (Dom) mit einem Produkteintritt P(E) zu und gelangt über einen zylindrischen ersten Eintrittsraum 2.1 in den rückwertigen Raum des Injektors 1*, eine Eintrittskammer 2.2, wo es über deren Umfang gleichmäßig verteilt und von dort einem ersten Beaufschlagungsraum 2 zugeführt wird. Eine gleichmäßige Produktschich- tung erfolgt in einem Ringspalt, einem inneren ersten Ringraum 2.3, der zwischen einem Verdrängerkörper 5.1 eines Doms 5 und einem den Verdrängerkörper 5.1 umgrenzenden, produktseitigen ersten Gehäusering 7.1 eines inneren Gehäuses 7 gebildet ist. Der innere erste Ringraum 2.3 ist Teil des ersten Beaufschlagungs- raumes 2. Letzterer wird zwischen dem Verdrängerkörper 5.1 und dem inneren Gehäuse 7, bestehend aus dem ersten Gehäusering 7.1 und einem zweiten Gehäusering 7.2, und zwar auf dessen gesamter axialer Länge, ausgebildet. Das Produkt P verlässt auf seinem weiteren Strömungsweg den inneren ersten Ringraum 2.3 und gelangt in einen ringkanalförmigen Mischraums 2.4. Der Mischraum 2.4 beginnt, in Strömungsrichtung gesehen, im Bereich vom Übergang der zylinderförmigen zur konischen Ausführung des Verdrängerkörpers 5.1.
In dem Mischraum 2.4 trifft ein dampfförmiger Wärmeträger D, vorzugsweise Sattdampf, auf das flüssige Produkt P, wobei das Strömen des dampfförmigen Wär- meträgers D durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des flüssigen Produkts P beim Übergang vom düsenförmig verjüngten inneren ersten Ringraum 2.3 in den ringkanalförmigen Mischraumes 2.4 entsteht. Der dampfförmige Wärmeträger D gelangt in diesen Bereich, wenn er an einem Dampfeintritt D(E) über einen zweiten Einlass 6.4 in einen zweiten Beaufschla- gungsraum 3, der den ersten Beaufschlagungsraum 2 konzentrisch umgibt, eintritt und von dort über einen Verteilerring 9 innerhalb des inneren Gehäuses 7 den Mischraum 2.4 umfänglich von außen über eine (erste) Ringdüse 4.1 beaufschlagt. Im Mischraum 2.4 kommt es zu einer effektiven Vermischung des flüssigen Produkts P mit dem dampfförmigen Wärmeträger D bei gleichzeitiger Kondensation des dampfförmigen Wärmeträgers D, und das zu erhitzende flüssige Produkt P wird dort prozessbedingt beschleunigt, wodurch die Vermischung forciert wird. Der konisch sich verjüngende Mischraum 2.4 mündet in einen zylindrischen Austritts- räum 2.5, eine sog. Kondensationsstrecke, ein und führt dieser das Zweiphasengemisch aus flüssigem Produkt P und noch nicht kondensiertem dampfförmigen Wärmeträger D zu. Das erhitzte flüssige Produkt P verlässt an einem durch einen Auslass 6.6 gebildeten Produktaustritt P(A) den zylindrischen Austrittsraum 2.5, der vorzugsweise als ein Stück gerades Rohr ausgebildet ist. Als Werkstoff für den zylindrischen Austrittsraum 2.5, wie auch für andere mit dem heißen Produkt P in Kontakt kommende Bauteile des Injektors 1*, wird vorzugsweiseaus Polyether Ether Ketone (PEEK) verwendet. Dieser Werkstoff reduziert durch seine speziel- len Eigenschaften die Neigung zu Produktablagerungen und -anbrennungen und ist nachweislich temperatur- und reinigungsmittelbeständig.
Der Dorn 5 besteht einerseits aus dem vor dem zylindrischen Austrittsraum 2.5 endenden Verdrängerkörper 5.1 und andererseits aus einer an dem Verdränger- körper 5.1 angeformten Verstellstange 5.2. Diese ist unmittelbar oder über eine mit ihr form- und/oder kraftschlüssig verbundene Verlängerung durch ein mit dem Injektorgehäuse 6 fest verbundenes Laternengehäuse 10 und ein sich diesem anschließendes Befestigungsteil 11 hindurchgeführt und mit einem Stellantrieb 100 verbunden, der an dem Befestigungsteil 11 gehaltert ist. Mit Hilfe des Stellantriebs 100 können die Verstellstange 5.2 und damit der Verdrängerkörper 5.1 in axialer Richtung um eine Verstellbewegung v verfahren werden. Mit dieser Verstellbewegung v kann der Verdrängerkörper 5.1 sehr feinfühlig, beispielsweise mit einer Genauigkeit von 0,1 mm, in den Mischraum 2.4 hinein- oder aus diesem herausgefahren werden.
Unmittelbar am Injektorgehäuse 6 oder, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, mittelbar am Injektorgehäuse 6, und zwar vorzugsweise im Verbindungsbereich des Befestigungsteils 11 mit dem Stellantrieb 100, ist ein Schwingungssensor 200 angeordnet, mit dem am oder im Injektor 1* auftretende Schwingungen, beispiels- weise deren Schwingungsfrequenz f, erfasst werden. Die Anordnung kann zweckmäßig so getroffen werden, dass der Schwingungssensor 200 in unmittelbarer oder mittelbarer Verbindung zur Verstellstange 5.2 steht, an der sich durch die Strömung und die thermischen Bedingungen im Injektor 1* angeregte erzwungene Schwingungen in besonderer Weise ausprägen. Dieser Schwingungssensor 200 kann beispielsweise auch als Vibrationsschalter ausgeführt sein, der lediglich feststellt, ob Schwingungen (Vibrationen) auftreten, und der bei Überschreiten und Unterschreiten einer vorgegebenen Amplitude jeweils ein Schaltsignal generiert. Schwingungssensor 200 und Stellantrieb 100 sind mit einer Steuereinheit 300 verbunden, in der ein Steuerprogramm 300a hinterlegt ist. In diesem Steuerprogramm 300a sind produktspezifische Parameter zur Steuerung bzw. Regelung der Verstellbewegung v hinterlegt, mit denen die axiale Verschiebung des Verdrän- gerkörpers 5.1 automatisch so gesteuert bzw. geregelt werden kann, dass die Wärmeübertragungsleistung von dem dampfförmigen Wärmeträger D in das flüssige Produkt P gleichbleibt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Temperaturdifferenz ΔΤ und/oder eine Druck- differenz Δρ zwischen dem zweiten Einlass 6.4 und dem Produktauslass P(A) gemessen und ebenso wie die Informationen zu den Schwingungen, generiert über den Schwingungssensor 200, der Steuereinheit 300 zugeführt wird bzw. werden.
Mehrstufiger Injektor (Figuren 2 und 3)
Ein mehrstufiger Injektor 1 (nachfolgend wird jeweils auf die geeignetste der Figuren 2 oder 3 Bezug genommen und Lageangaben beziehen sich auf die Darstellungslage des Injektors 1 ) wird außenseits von einem rohrförmigen Injektorgehäuse 6 begrenzt, das mit einem zylindrischen Mantelteil 6a ein ringförmiges inneres Gehäuse 7 konzentrisch umschließt, letzteres links- und stirnseitig mit einem Kragenteil 6b teilweise umgreift und rechtsseitig in einem nicht näher bezeichneten Flansch endet, der innenseits im Bereich des rechtsseitigen Endes des inneren Gehäuses 7 gegenüber letzterem über eine dritte Gehäusedichtung 18c radial abgedichtet ist (Figur 3). Zwischen der äußeren Mantelfläche des inneren Gehäuses 7 und dem Mantelteil 6a ist ein äußerer Ringraum 3.3 ausgebildet, der Teil eines zweiten Beaufschlagungsraumes 3 zur Bereitstellung und Verteilung eines dampfförmigen Wärmeträgers D ist. Bei diesem handelt es sich insbesondere um Wasserdampf, vorzugsweise um sog. kulinarischen Wasserdampf im Sättigungszustand (Sattdampf)), der dem zweiten Beaufschlagungsraum 3, ausgehend von ei- nem Dampfeintritt D(E), über einen zweiten Einlass 6.4, der innenseits einen vorzugsweise zylindrischen zweiten Eintrittsraum 3.1 ausbildet, und einen sich fluchtend anschließenden vorzugsweise konischen Erweiterungsstutzen 6.5, der innenseits einen entsprechend konisch erweiterten Raum 3.2 ausbildet, zugeführt wird. Die Längsachse des Erweiterungsstutzens 6.5 mündet ein Stück rechts von der Mitte der axialen Länge des zweiten Beaufschlagungsraumes 3 in letzteren ein. Der zweite Beaufschlagungsraum 3 ist an seinem linksseitigen Ende über eine zweite Gehäusedichtung 18b, die zwischen dem Injektorgehäuse 6 und dem inneren Gehäuse 7 axial/radial eingespannt ist, nach außen abgedichtet. Das rechtsseitige Ende des inneren Gehäuses 7 ragt ein Stück über die rechtsseitige Stirnfläche des Flansches am Injektorgehäuse 6 hinaus und ist dort stirnseitig gegen ein Eintrittsgehäuse 6.1 über eine vierte Gehäusedichtung 18d axial abgedichtet. Das Eintrittsgehäuse 6.1 bildet an der Abdichtungsstelle mit dem inneren Gehäuse 7 einen nicht näher bezeichneten Flansch aus, der mit dem korrespondierenden Flansch am Injektorgehäuse 6 verschraubt ist.
In das ringförmige innere Gehäuse 7 greift von rechts ein in axialer Richtung verschieblicher Dorn 5 ein, der in seinem linksseitigen Teil in Form eines überwie- gend konusförmigen, zum linksseitigen Ende sich verjüngenden, rotationssymmetrischen Verdrängerkörpers 5.1 ausgebildet ist (Figur 2). Zwischen dem Verdrängerkörper 5.1 und dem letzteren umschließenden ringförmigen inneren Gehäuse 7 wird ein ringkanalförmiger Mischraum 2.4 gebildet, der Teil eines ersten Beaufschlagungsraumes 2 für ein flüssiges Produkt P ist. An den Mischraum 2.4 schließt sich rechtsseitig ein zwischen dem rechtsseitigen Ende des inneren Gehäuses 7 und dem Verdrängerkörper 5.1 gebildeter innerer erster Ringraum 2.3 an, der gleichfalls Teil des ersten Beaufschlagungsraumes 2 ist, sich düsenförmig in Richtung des Mischraumes 2.4 verjüngt und mit einer im Eintrittsgehäuse 6.1 ausgebildeten Eintrittskammer 2.2 unmittelbar verbunden ist. Das Eintrittsgehäuse 6.1 besitzt einen ersten Einlass 6.3 für die Zufuhr des flüssigen Produkts P, der innenseits vorzugsweise einen zylindrischen ersten Eintrittsraum 2.1 ausbildet, wobei letzterer mit der Eintrittskammer 2.2 unmittelbar verbunden ist. Ein Produkteintritt P(E) in den ersten Beaufschlagungsraum 2 erfolgt somit am ersten Einlass 6.3 und das flüssige Produkt P gelangt anschließend über den Eintrittsraum 2.1 , die sich anschließende Eintrittskammer 2.2, den düsenartig verjüngten inneren ersten Ringraum 2.3 in den ringförmigen Mischraum 2.4, um diesen über einen vorzugsweise zylindrisch ausgeführten Austrittsraum 2.5, der in einem sich linksseitig an das Kragenteil 6b anschließenden Auslass 6.6 ausgebildet ist, zu verlas- sen. Der Austrittsraum 2.5 verlängert sich in ein vorzugsweise durchmessergleiches Rohrstück, das als sog. Kondensationsstrecke dient. Die Kondensationsstrecke mündet in eine Rohrerweiterung 6.7 aus, über die ein Produktaustritt P(A) in eine abführende Rohrleitung einer nachgeordneten Prozessanlage erfolgt.
Ein am Auslass 6.6 ausgebildeter, nicht näher bezeichneter Flansch ist mit dem Kragenteil 6b vorzugsweise verschraubt und dieser Flansch ist gegen eine korrespondierende stirnseitigen Begrenzungsfläche des inneren Gehäuses 7 über eine erste Gehäusedichtung 18a axial abgedichtet. Der Kragenteil 6b ist somit zwi- sehen dem Flansch am Auslass 6.6 und dem innerem Gehäuse 7 sowohl axial als auch radial formschlüssig festgelegt und die gesamte Aggregation, bestehend aus den Teilen 6, 6.6 mit 6.7, 7 und 6.1 mit 6.3, wird durch die Schraubverbindung zwischen dem Flansch am Injektorgehäuse 6 und dem Flansch am Eintrittsgehäuse 6.1 zusammengehalten, in sich verspannt und an den erwähnten Abdichtungs- stellen 18a bis 18d nach außen gedichtet.
Eine erste Spannbuchse 16 greift von rechts in die Bohrung im Flansch am Injektorgehäuse 6 ein, kontaktiert an ihrem dortigen Ende die dritte Gehäusedichtung 18c und umfasst mit einem Bund den Flansch am Injektorgehäuse 6. Die erste Spannbuchse 16 ist innenseits mit einer zweiten Spannbuchse 17 verschraubt, wobei letztere an ihrem rechtsseitigen Ende mit einem nicht bezeichneten Kragen in eine nicht bezeichnete nutförmige Ausnehmung zwischen der Stirnfläche des inneren Gehäuses 7 und dem Flansch am Eintrittsgehäuse 6.1 radial nach innen formschlüssig eingreift. Mit dieser Spannbuchsenanordnung 16/17 lassen sich im Zusammenwirken mit der Verschraubung zwischen dem Flansch am Injektorgehäuse 6 und dem Flansch am Eintrittsgehäuse 6.1 der Anpressdruck der Gehäusedichtungen 18a, 18b und 18c sowie der axiale Anpressdruck zwischen den nachstehend noch beschriebenen Gehäuseringen, aus denen das innere Gehäuse 7 zweckmäßig zusammengesetzt ist, einstellen. Darüber hinaus zentriert der Kragen an der zweiten Spannbuchse 17 das Eintrittsgehäuse 6.1 gegenüber dem inneren Gehäuse 7, wobei das Eintrittsgehäuse 6.1 unter Einschluss der vierten Gehäusedichtung 18d metallisch am inneren Gehäuse 7 anliegt. Der erste Beaufschlagungsraum 2 findet am rechtsseitigen Ende des Eintrittsgehäuses 6.1 seinen Abschluss über einen Deckel 6.2, der über eine fünfte Gehäusedichtung 18e in einer Öffnung im Eintrittsgehäuse 6.1 abgedichtet und dort vorzugsweise über einen nicht näher bezeichneten Klemmflansch an einem Later- nengehäuse 10 mittels eines ersten Spannringes 14 form- und kraftschlüssig festgelegt ist. In den Verdrängerkörper 5.1 ist rechtsseitig eine Verstellstange 5.2 eingeschraubt, die an der Verschraubungsstelle mittels einer Dichtung 21 gegen den Verdrängerkörper 5.1 abgedichtet ist. Die Verstellstange 5.2 besteht in ihrem linksseitigen Teil aus einer durchmessergrößeren Führungsstange 5.2a und in ih- rem rechtsseitigen Teil aus einer durchmesserkleineren Befestigungsstange 5.2b (Figur 2). Die Führungsstange 5.2a durchdringt den Deckel 6.2 und den Flansch am Laternengehäuse 10 über eine Stangendichtung 19 und einen sich anschließenden Führungsring 20. An das Laternengehäuse 10 ist rechtsseitig ein Befestigungsteil 11 angeflanscht, wobei diese Verbindung mit einem zweiten Spannring 15, ähnlich jener zwischen Deckel 6.2 und Laternengehäuse 10, ausgebildet ist. Die Verstellstange 5.2 ist mit der Befestigungsstange 5.2b mit dem Stellantrieb 100 verbunden, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Durch diese Anordnung ist der Dorn 5 in die notwendige axiale Lage im Mischraum 2.4 motorisch zu verschieben und schließlich unverrückbar festzulegen. Bei dem Stellantrieb 100 kann es sich um einen elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch arbeitenden Aktor, der eine ro- tative oder translatorische Verstellbewegung ursächlich generiert, handeln. Die Anordnung eines Schwingungssensors 200 und einer Steuereinheit 300 mit einem dort hinterlegten Steuerprogramm 300a wurde in Figur 1 dargestellt und beschrieben. Die dortigen Ausführungen sind sinngemäß auch auf den mehrstufigen Injektor 1 zu übertragen. Dies betrifft auch die Verstellstange 5.2, die in gleicher Weise, wie in Figur 1 dargestellt, ausgeführt sein kann.
Im ringförmigen inneren Gehäuse 7 ist am rechtsseitigen Ende eine erste Ringdüse 4.1 ausgebildet, die radial außenseits mit dem äußeren Ringraum 3.3 des zwei- ten Beaufschlagungsraumes 3 verbunden ist und die radial innenseits über eine nicht bezeichnete ringspaltförmige erste Austrittsöffnung in den Mischraum 2.4 ausmündet. Über diese erste Ringdüse 4.1 wird der dampfförmige Wärmeträger D, von dem Dampfeintritt D(E) kommend, von dem aus dem düsenartig ausgebil- deten inneren ersten Ringraum 2.3 austretenden, als Treibstrahl fungierenden Strom des flüssigen Produkts P, das über den Produkteintritt P(E) herangeführt wird, angesaugt. Die Ansaugung wird durch einen Druckabfall im flüssigen Produkt P erzeugt, der durch Geschwindigkeitserhöhung im Durchtrittsquerschnitt des Mischraumes 2.4 im Bereich der ringspaltförmigen ersten Austrittsöffnung generiert wird. Der düsenartig ausgebildete innere erste Ringraum 2.3 erzeugt im Bereich der ringspaltförmigen ersten Austrittsöffnung generell eine diesbezügliche Geschwindigkeitserhöhung, die durch eine besondere Maßnahme im Austrittsende des inneren ersten Ringraums 2.3 deutlich verstärkt wird. Diese Maßnahme besteht darin, dass am inneren Gehäuse 7 bzw. am ersten Gehäusering 7.1 , in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, unmittelbar vor der ringspaltförmigen ersten Austrittsöffnung eine ringförmige erste Nase 7.1a ausgebildet ist, die dort einen ersten Durchtrittsquerschnitt radial außenseits derart einschnürt, dass dieser, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, gegenüber dem vorgeordneten Durchtrittsquerschnitt des inneren Ringraumes 2.3 verkleinert ist. Der gleiche Aufbau in diesem Bereich ist auch beim einstufigen Injektor 1* gemäß Figur 1 realisiert.
Die ringförmige erste Nase 7.1 a und auch z.B. weitere Nasen 7.2a, 7.3a bei weite- ren stromabwärts angeordneten Ringdüsen 4.2, 4.3 zwingen den ringförmigen Treibstrahl (flüssiges Produkt P) im Bereich der jeweiligen ringspaltförmigen Aus- trittsöffnung in eine Strömungsform, deren Strömungsquerschnitt, bezogen auf eine durch die Längsachse des Mischraumes 2.4 verlaufende Ebene, in radialer Richtung eine Erstreckung aufweist, die klein gegenüber einer orthogonalen zwei- ten Richtung ist, wobei letztere im Wesentlichen mit der Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P übereinstimmt.
Die ringspaltförmige erste Austrittsöffnung mündet von der Seite des umschließenden inneren Gehäuses 7, von radial außenseits, unter einem Neigungswinkel α gleichsinnig zur Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P in den Mischraum 2.4 ein. Er wird gegen die Senkrechte auf die Längsachse des Mischraumes 2.4 gemessen, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, wenn für den Neigungswin- kel α ein Wert im Bereich 30 bis 45 Grad, bevorzugt ein Wert von 35 Grad, vorgesehen ist.
Bezogen auf die Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P geht die stromab- wärtsseitige Begrenzungsfläche der ringspaltförmigen ersten Austrittsöffnung in eine umlaufende erste Anschrägung 7.2b am inneren Gehäuse 7 über, wobei die erste Anschrägung 7.2b eine größere Neigung gegen die Längsachse des Mischraumes 2.4 besitzt als die sich an die erste Anschrägung 7.2b anschließende Begrenzungsfläche des inneren Gehäuses 7. Der Übergang zwischen der stromab- wärtsseitigen Begrenzungsfläche der ringspaltförmigen ersten Austrittsöffnung und der zugeordneten ersten Anschrägung 7.2b ist mit einem relativ großen Radius abgerundet.
Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors 1 weist, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, hinter der ersten Ringdüse 4.1 zwei weitere Ringdüsen 4.2 und 4.3 auf, die dampfförmigen Wärmeträger D aus dem äußeren Ringraum 3.3 des zweiten Beaufschlagungsraumes 3 in den unverzweigt bleibenden Strom des flüssigen Produkts P jeweils unter dem Neigungswinkel α einbringen. Das Umfeld der zweiten Ringdüse 4.2 und der dritten Ringdüse 4.3 ist jeweils identisch zur ersten Ringdüse 4.1 ausgebildet, wobei dieser vorstehend beschriebene Bereich der Ringdüse 4.1 in Figur 3 mit„X" gekennzeichnet ist. Dies bezieht sich auf eine ringspaltförmige zweite Austrittsöffnung, eine ringförmige zweite Nase 7.2a sowie eine umlaufende zweite Anschrägung 7.3b im Zusammenhang mit der zweiten Ringdüse 4.2 und auf eine ringspaltförmige dritte Austrittsöffnung, eine ringförmige dritte Nase 7.3a sowie eine umlaufende dritte Anschrägung 7.4b im Zusammenhang mit der dritten Ringdüse 4.3. Die ringförmige zweite Nase 7.2a bildet dabei unmittelbar vor Eintritt in den Mischraum 2.4 einen zweiten Durchtrittsquerschnitt und die ringförmige dritte Nase 7.3a bildet einen entsprechenden dritten Durchtrittsquerschnitt aus, der je- weils an der jeweiligen Stelle den Mischraum 2.4 derart einschnürt, dass dieser, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, gegenüber dem jeweils vorgeordneten Durchtrittsquerschnitt des Mischraumes 2.4 verkleinert ist. Das ringförmige innere Gehäuse 7 (Figur 2) besteht aus separaten Gehäuseringen 7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, die, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, aneinandergereiht und über jeweils einen Verteilerring 9 im Bereich der jeweiligen Ringdüse 4.1 , 4.2, 4.3 axial voneinander beabstandet sind, wobei die je- weilige innere Begrenzungsfläche der Gehäuseringen 7.1 , 7.2, 7.3, 7.4 kegel- stumpfförmig ausgebildet ist. Die jeweilige axiale Beabstandung der Gehäuseringe 7.1 , 7.2, 7.3, 7.4 erzeugt jeweils einen umlaufenden Ringspalt, der die jeweilige Ringdüse 4.1 , 4.2, 4.3 bildet. Im ersten Gehäusering 7.1 ist im Zusammenwirken mit einem vorzugsweise zylindrisch ausgeführten Abschnitt des Verdrängerkörpers 5.1 der düsenförmige innere erste Ringraum 2.3 ausgebildet, während der zweite Gehäusering 7.2, der dritte Gehäusering 7.3 und der vierte Gehäusering 7.4, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen und jeweils im Zusammenwirken mit dem sich hin- ter der ersten Ringdüse 4.1 und näherungsweise parallel zur inneren kegelstumpf- förmigen Begrenzungsfläche des jeweils zugeordneten Gehäuserings 7.2 bis 7.3 verjüngenden Verdrängerkörpers 5.1 , innenseits einen inneren zweiten Ringraum 2.4.1 bzw. einen inneren dritten Ringraum 2.4.2 bzw. eine Austrittskammer 2.4.3 ausbilden, die zusammen den Mischraum 2.4 bilden. Durch die vorstehend be- schriebene Ausgestaltung des ersten Beaufschlagungsraumes 2 in seinem von dem Verdrängerkörper 5.1 durchdrungenen Erstreckungsbereich verjüngt sich, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, dieser Bereich fortlaufend.
Der jeweilige Eintritt der Ringdüse 4.1 , 4.2, 4.3 ist von dem in das innere Gehäuse 7 außenseits radial eingreifenden Verteilerring 9 umschlossen, der, über seinen Umfang verteilt, eine Vielzahl von vorzugsweise gleichmäßig voneinander beab- standeten Ringbohrungen 9a aufweist, die jeweils die Ringdüse 4.1 , 4.2, 4.3 mit dem zweiten Beaufschlagungsraum 3 verbinden. Dadurch wird eine möglichst gleichmäßige Verteilung des dampfförmigen Wärmeträgers D innerhalb der jeweils zugeordneten Ringdüse erreicht.
Um eine gleichmäßige Verteilung des dampfförmigen Wärmeträgers D vom äußeren Ringraum 3.3 des zweiten Beaufschlagungsraumes 3 auf die parallel ange- schlossenen Ringdüsen 4.1 , 4.2 und 4.3 sicherzustellen, ist, in Strömungsrichtung des dampfförmigen Wärmeträgers D gesehen und vor dessen Eintritt in den zweiten Beaufschlagungsraum 3, in dem sich an den zweiten Einlass 6.4 anschließenden konusförmigen Erweiterungsstutzen 6.5 ein Leitblech 8 mit einer Vielzahl sieb- förmig angeordneter Verteilerbohrungen 8a vorgesehen, das den Durchtrittsquerschnitt des Erweiterungsstutzens 6.5 fast vollständig ausfüllt. Das Leitblech 8 ist dabei vorzugsweise V-förmig gefaltet und die Faltkante verläuft vorzugsweise in der Ebene des größten Durchmessers des konusförmigen Erweiterungsstutzens 6.5.
BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN
1* einstufiger Injektor
1 mehrstufiger Injektor 2 erster Beaufschlagungsraum (Produkt)
2.1 zylindrischer erster Eintrittsraum
2.2 Eintrittskammer
2.3 innerer erster Ringraum 2.4 Mischraum (ringkanalförmig)
2.4.1 innerer zweiter Ringraum
2.4.2 innerer dritter Ringraum
2.4.3 Austrittskammer 2.5 zylindrischer Austrittsraum
3 zweiter Beaufschlagungsraum (Wasserdampf)
3.1 zylindrischer zweiter Eintrittsraum
3.2 konisch erweiterter Raum
3.3 äußerer Ringraum
4.1 erste Ringdüse
4.2 zweite Ringdüse
4.3 dritte Ringdüse
5 Dorn
5.1 Verdrängerkörper
5.2 Verstellstange
5.2a Führungsstange
5.2b Befestigungsstange
6 Injektorgehäuse
6a Mantelteil Kragenteil
Eintrittsgehäuse
Deckel
erster Einlass
zweiter Einlass
Erweiterungsstutzen
Auslass
Rohrerweiterung inneres Gehäuse
erster Gehäusering
zweiter Gehäusering
dritter Gehäusering
vierter Gehäusering ringförmige erste Nase ringförmige zweite Nase ringförmige dritte Nase umlaufende erste Anschrägung umlaufende zweite Anschrägung umlaufende dritte Anschrägung
Leitblech
Verteilerbohrung
Verteilerring
Ringbohrung
Laternengehäuse
Befestigungsteil
erster Spannring 15 zweiter Spannring
16 erste Spannbuchse
17 zweite Spannbuchse
18a erste Gehäusedichtung
18b zweite Gehäusedichtung
18c dritte Gehäusedichtung
18d vierte Gehäusedichtung
18e fünfte Gehäusedichtung
19 Stangendichtung
20 Führungsring
21 Dichtung 100 Stellantrieb
200 Schwingungssensor
300 Steuereinheit
300a Steuerprogramm
D dampfförmiger Wärmeträger (Wasserdampf; kulinarischer Sattdampf);
zweites Arbeitsfluid
D(E) Dampfeintritt P flüssiges Produkt; erstes Arbeitsfluid
P(E) Produkteintritt
P(A) Produktaustritt
T(D(E)) Eintrittstemperatur des dampfförmigen Wärmeträgers D
T(P(A)) Austrittstemperatur des flüssigen Produkts P
ΔΤ Temperaturdifferenz (ΔΤ = T(D(E)) - T(P(A))) α Neigungswinkel
f Schwingungsfrequenz p(D(E)) Eintrittsdruck des dampfförmigen Wärmeträgers D p(P(A)) Austrittsdruck des erhitzten flüssigen Produkts P
Δρ Druckdifferenz (Δρ = p(D(E)) - p(P(A))) v Verstellbewegung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren mit einem Injektor zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in ein flüssiges Produkt, insbesondere in ein Nahrungsmittel oder Getränk, bei dem der dampfförmige Wärmeträger (D) das flüssige Produkt (P) zur Bildung eines keimfreien Produkts erhitzt, bei dem das Strömen
(a) entweder des dampfförmigen Wärmeträgers (D) durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des flüssigen Produkts (P) entsteht, oder
(b) des flüssigen Produkts (P) durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des dampfförmigen Wärmeträgers (D) entsteht,
und bei dem das aus dem flüssigen Produkt (P) und dem dampfförmigen Wärmeträger (D) bestehende Zweiphasengemisch wenigstens einen sich in einer gemeinsamen Strömungsrichtung erstreckenden ringkanalförmigen Mischraum durchströmt und dieser wenigstens eine Mischraum zwischen einem Gehäuse des Injektors und einem dornförmig ausgebildeten Verdrängerkörper, der in Strömungsrichtung axial verschiebbar ist, gebildet ist, wobei eine Verschiebung des Verdrängerkörpers in Strömungsrichtung eine Reduzierung und eine Verschiebung entgegen der Strömungsrichtung eine Vergrößerung der Durchtrittsquerschnitte des Mischraums bewirkt,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens
• eine von der Strömung im Injektor erzeugte und erzwungenen Schwingungsfrequenz (f) des gesamten Injektors oder eines ausgewählten Teiles desselben oder
• eine Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen der Eintrittstemperatur des dampfförmigen Wärmeträgers T(D(E)) am Eintritt in den und der Austrittstemperatur des erhitzten flüssigen Produkts T(P(A)) am Austritt aus dem Injektor oder
• eine Druckdifferenz (Δρ) zwischen dem Eintrittsdruck des dampfförmigen Wärmeträgers p(D(E)) am Eintritt in den und dem Austrittsdruck des erhitzten flüssigen Produkts p(P(A)) am Austritt aus dem Injektor erfasst wird,
und dass in Abhängigkeit von einer oder mehreren dieser physikalischen Messgrößen eine automatisch gesteuerte axiale Verschiebung des Verdrängerkörpers in der Weise durchgeführt wird, dass die Wärmeübertragungsleistung von dem dampfförmigen Wärmeträger (D) in das flüssige Produkt (P) gleichbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Erhitzung des flüssigen Produkts (P) durch den dampfförmigen Wärmeträger (D) in mehr als einem Mischraum, die in Strömungsrichtung in Reihe geschaltet sind, erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die automatisch gesteuerte Verschiebung des Verdrängerkörpers durchgeführt wird, wenn die Temperatur am Austritt aus einer dem Injektor, in Strömungsrichtung des Produkts (P) gesehen, nachgeordneten Heißhaltestrecke gegenüber der Austrittstemperatur des erhitzten flüssigen Produkts (P) am Austritt aus dem Injektor um eine vorgegebene zulässige Temperaturdifferenz überschritten ist.
4. Injektor zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in ein flüssiges Produkt, insbesondere ein Nahrungsmittel oder Getränk, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der dampfförmige Wärmeträger (D) das flüssige Produkt (P) zur Bildung eines keimfreien Produkts erhitzt und bei dem das Strömen des dampfförmigen Wärmeträgers (D) durch Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des flüssigen Produkts (P) entsteht, mit einem Injektorgehäuse (6), das einen ersten Einlass (6.3) für das flüssige Produkt (P) und einen zweiten Einlass (6.4) für den dampfförmigen Wärmeträger (D) aufweist, mit einem im Injektorgehäuse (6) einen Auslass (6.6) aufweisenden ersten Beaufschlagungsraum (2), der eintrittsseitig düsenförmig ausgebildet und mit dem ersten Einlass (6.3) verbunden ist, mit einem ringkanalförmigen Mischraum (2.4), der Teil des ersten Beaufschlagungsraumes (2) ist und der zwischen einem rotationssymmetrischen, in axialer Richtung verschieblichen Verdrängerkörper (5.1 ) einerseits und einem letzteren umschließenden ringförmigen inneren Gehäuse (7) andererseits gebildet wird, mit einem zwischen dem inneren Gehäuse (7) und dem dieses umschließenden Injektorgehäuse (6) gebildeten ringförmigen zweiten Beaufschlagungsraum (3), der mit dem zweiten Einlass (6.4) verbunden ist, mit wenigstens einer Ringdüse (4.1 , 4.2, 4.3, ...), die, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts (P) gesehen, bei Mehrfachanordnung im Abstand hintereinander angeordnet, jeweils vom dampfförmigen Wärmeträger (D) beaufschlagbar, im oder am inneren Gehäuse (7) ausgebildet und mit dem zweiten Beaufschlagungsraum (3) verbunden ist/sind und die von der Seite des umschließenden inneren Gehäuses (7) in den Mischraum (2.4) einmündet/einmünden, und mit einem motorisch verstellbaren Verdrängerkörper (5.1 ),
dadurch gekennzeichnet,
• dass der Verdrängerkörper (5.1 ) über eine Verstellstange (5.2) mit einem Stellantrieb (100) verbunden ist,
• dass eine Steuereinheit (300) vorgesehen ist, in der die physikalischen Messgrößen Schwingungsfrequenz (f), Temperaturdifferenz (ΔΤ) und Druckdifferenz (Δρ) gespeichert werden und in der ein Steuerprogramm (300a) hinterlegt ist,
• und dass die Steuereinheit (300) über den Stellantrieb (100) eine axiale Verstellbewegung (v) der Verstellstange (5.2) nach Vorgabe durch das Steuerprogramm (300a) und in Abhängigkeit von einer oder mehreren der physikalischen Messgrößen (f; ΔΤ; Δρ) vornimmt.
5. Injektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass unmittelbar oder mittelbar am Injektorgehäuse (6) ein Schwingungssensor (200) angeordnet ist. Injektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwingungssensor (200) in unmittelbarer oder mittelbarer Verbin dung zur Verstellstange (5.2) steht.
Injektor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass produktberührte Bauteile des Injektors (1*; 1 ) aus Polyether Ether Keto ne (PEEK) bestehen.
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