DE835007C - Vorrichtung zum Temperieren von eiweisshaltigen Naehrfluessigkeiten, insbesondere Milch in Durchflussapparaten - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Temperieren von eiweißhaltigen Nährflüssigkeiten, insbesondere Milch in Durchflußapparaten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhitzen bzw. Kühlen von eiweißhaltigen Nährflüssigkeiten in Durchflußwärmeaustauschern mit feststehenden Austauschflächen.
• Zur Wärnnehehandlung von Flüssigkeiten, wie z. B. Milch, Bier, Fruchtsäfte, Öle u. d@gl., sind Platten-, Trommel- und Röhrenapparate gebräuchlich, in denen die Wärme von dem in einem Raum oder Kanalsystem strömenden Heizmittel durch dünne Wandungen hindurch auf die in einem anderen Kanalsystem strömende zu erwärmende Flüssigkeit übertragen wird. Die Querschnitte der Strömungskanäle in diesen Apparaten sind im allgemeinen innerhalb eines ganzen Apparates oder einer Abteilung gleich, so daß die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeiten vom Eintritt bis zum Austritt etwa gleich sind.
• Es ist nun,die -durch eine Flächeneinheit der Austauschflächen übertragene Wärmemenge abhängig von dem Temperaturunterschied zwischen den austauschenden Flüssigkeiten. Dieser Unterschied muß :bei höheren Temperaturen finit Rücksicht auf Ansatzbilidung an den Austauschflächen bzw. Überhitzung oder Anbrennen einzelner Flüssigkeitsteilchen kleingewählt werden, andererseits macht dran sie, um zu erträglichen Abmessungen oder Ausbauschfläc'hen zu gelangen, wieder größer im niedrigen Temperaturgebiet, was man dadurch erreicht, dati z. B. das Heizmittel in der mehrfachen :Menge der zu beheizenden Flüssigkeit durch den Austauschapparat fließt. Dadurch wird dann aber die durch eine Flächeneinheit übertragende Wärmemenge im heißen Teil des Apparates infolge der geringeren Temperaturdifferenz erheblich kleiner als im kälteren Teil, was eine schlechte Ausnutzung der Wärmeaustauschfläche bedeutet.
• Die Wärmeübertragung ist andererseits abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, mit der die austauschenden Flüssigkeiten an den Übertragungsflächen entlang strömen; im allgemeinen nehmen die Wärmeübergangszahlen mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit gesetzmäßig zu. Andererseits steigt aber auch wieder der Durchflußwiderstand eines Kanals reit zunehmender Strömungsgeschwindi@gkeit ian. Hierdurch ist die Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit begrenzt.
• ,Beim Durchfließen der Kanäle bilden sich an den Kanalwandungen verzögerte Randschichten, die infolge der höheren Wandungstemperaturen zum Anbrennen (Ansetzen) neigen. Um dies bei Plattenapparaten zu vermeiden, hat man folgende Einrichtung vorgeschlagen: In einem Plattenapparat, bestehend aus einer Anzahl mit Strömungskanälen versehener Platten, deren Strömungsseiten ;für die zu beheizende (zum Ansetzen neigende) Flüssi@z,@keit hintereinander, deren Seiten für das Heizmittel jedoch parallel geschaltet sind, werden im Gebiet der höheren Temperaturen die Kanalquerschnitte für das Heizmittel .kleiner als die für die zu beheizende Flüssigkeit gemacht, während sie im Gebiet der niedrigeren Temperaturen etwa gleich sind. Dadurch wird z. B. erreicht, daß die im heißeren Apparatteil durch eine Platte strömende Heiß-Nvassermenge geringer ist als im kühleren, während gleichzeitig die Geschwindigkeit der zu beheizenden Flüssigkeit verringert wird. Durch die infolgedessen eintretende Verminderung des Wärmedurchgangs soll die Gefahr des Ansetzens verringert werden. Nachteilig ist dabei die schlechte Ausnutzung,der Wärmeübertragungsfläche.
• Es ist .nun möglich, die Verringerung der übertragenen Wärmemenge infolge verringerten Temperaturunterschiedes durch Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit ganz oder teilweise auszugleichen. Dies läßt sich z. B. in einem Plattenapparat durch verschiedene Ausbildung der Durchfluß- bzw. Kanalquerschnitte erreichen.
• ,Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauschapparate mit feststehenden Austauschflächen, bei der die durch Pressen, Fräsen od. dgl. so ausgeführten Strömungskanäle auf der Seite der zu beheizenden Flüssigkeit eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit vom kälteren nach dem wärmeren Teil hin ergeben, während die Strömungsgeschwindigkeit des Heizmittels auf der anderen Seite der Heizfläche vom 'heißeren nach dem kälteren Teil hin abnimmt.
• Die Erfindung erstreckt sich also .darauf, die Strömungsgeschwindigkeit in einem Durchflußwärnieaustauscher mit fallendem Temperaturunterschied zwischen Heizmittel und zu erhitzender Flüssigkeit vom kälteren nach (lern wärmeren Teil hin so zu steigern, daß die durch eine Flächeneinheit übertragene Wärmemenge im heißeren Teil gleich oder nahezu so groß ist wie im kälteren Teil. Dadurch wird gleichzeitig erreicht, d-aß die Gefahr des Ansetzens oder Aasbrennens einzelner Flüssigkeitsteile weitgehend verringert wird, weil durch die Turbulenzsteigerung im heißeren Teil die Bildung verzögerter Randschichten erschwert wird. Weiterhin ist es durch diese Maßnahme möglich, die Wärmeaustauschflächen infolge der gleichmäßigen und wirksamen Wärmeübertragung zu verringern. Dies würde sich beispielsweise bei Plattenapparaten mit einer großen Anzahl von Austauschflächen sehr vorteilhaft auswirken.
• Eine übermäßige Steigerung des Durchflußwiderstandes ist bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ,deswegen nicht zu erwarten, da die Viskosität der meisten Flüssigkeiten mit steigender Temperatur abnimmt. Sie ist unter allen Umständen wesentlich niedriger, als sie sich bei einer gleichmäßigen Steigerung der Durchflußgeschwindig'keit im kälteren und wärmeren Apparatteil ergeben würde. Daher wird ein gegebener Flüssigkeitsdruck in einem nach dem oben geschilderten Prinzip gebauten Durchflußwärmeaustauscher besser ausgenutzt als in einem solchen mit überall gleicher Durchflußgeschwindigkeit.
• In der Zeichnung sind in den :111b. i und 2 Ausführungsbeispiele dargestellt.
• Abb. i zeigt eine Kanalplatte a eines Plattenerhitzers, die z. B.,bei Parallelschalten der einzelnen Platten zur Anwendung gelangt. Die zu beheizende Flüssigkeit tritt bei b in den Apparat und strömt dann durch die Kanäle c im Zickzack über die Platte und tritt bei d wieder aus. Auf der anderen Seite der Platte tritt die Heizflüssigkeit hei e ein und strömt ebenfalls im Zickzack über die Platte (s. gestrichelte Pfeile) und tritt hei f aus dem Apparat.
• ,Gemäß der Erfindung sind nun die Kanäle c so gestaltet, daß der Querschnitt sich vom Eintritt b nach dem Austritt d 'hin verkleinert, d. h. also, die Durchflußgeschwindigkeit der zu beheizenden Flüssigkeit steigert sich vom kälteren Teil der Platte bzw. des Apparates zum heißeren Teil. Bei der Heizflüssigkeit ist es gerade umgekehrt. Die Strömungsgeschwindigkeit ist zu Anfang groß, nimmt ab vom heißen nach dem kälteren Teil. Hierdurch wird erreicht, daß die Strömungsgeschwindigkeit im heißen Teil, also dort, wo die Kanäle den kleineren Ouerschnitt aufweisen, bei beiden Flüssigkeiten Sam größten wird. Die Ausbildung bzw. .die Veränderung der Querschnitte der Kanäle c vom 'kälteren nach dem heißeren Teil ,kann kontinuierlich oder stufenweise angeordnet werden, wobei z. B. die Breite der Kanäle (s. Ahb. i) verengt oder die Tiefe des Kanals verringert wird. Die Wärmedurchgangszahl wird also nach dem heißeren Teil hin vergrößert.
• Abb.2 zeigt ein Plattenpaket im Prinzip, bei dem die einzelnen Platten hintereinandergeschaltet werden. Es sind g die Platten, wobei dann heim zusammengebauten Paket die Zwischenräume de entstehen. Die zu beheizende Flüssigkeit tritt bei i in den Apparat und tritt bei k wieder aus, während die Heizflüssigkeit (s. gestrichelte Pfeile) bei r einströmt und bei m wieder austritt. Es ist also hier der linke Teil des Apparates der kältere und der rechte Teil der heißere Teil. Erfindungsgemäß wird z. . der Abstand der Platten bzw. der Querschnitt der Zeichenräume h so ausgebildet, daß er sich von links nach rechts stufenweise oder kontinuierlich verringert. Die zu beheizende Flüssigkeit wird also bei Hintereinanderschaltun ,der Platten vom kälteren zum heißeren Teil beschleunigt, während es bei der Heizflüssigkeit gerade umgekehrt ist. Man erhält also bei dieser Anordnung dieselbe Wirkung wie nach A.bl>. r.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: t. Im Gegenstrom arbeitender Wärmeaustauscher für eiweißhaltige Nährflüssigkeiten, insbesondere Milch, dadurch gekennzeichnet, ,daß zum Ausgleieh der Wärmeaustauschwirkung über idie ganze Heizfläche mit abnehmendem Temperaturunterschied zwischen dem zu beheizenden> und dem heizenden Mittel ,die Querschnitte der Strömungskanäle bei einem oder beiden Mitteln abnehmen.
2. 2. Im Gegenstrom arbeitender Wärmeaustauscher für eiweißhaltige Nährflüssigkeiten, insbesondere Milch, nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Strömungskanäle gleichmäßig oder absatzweise abnehmen. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr.55453, 410779; österreichische Patentschrift Nr. 105 152; schweizerische Patentschrift Nr. 29 28o; USA.-Patentschriften Nr. i 578 830, r 759 36o, 1 825 32r.