SE461566B - Saett vid kontinuerlig vaermebehandling av en vaetska vars floede varierar - Google Patents

Description

461 566' 2 l0 15 20 25 30 Den enskilda kon ger vid varje mjölkning en totalmängd som är beroende av hur lång tid som förflutit sedan kon kalvat. I regioner där kalvningen sker under en viss del av året måste man därför räkna med stora säsong- variationer i mjölkflödet. Även om kalvningen genom seminbehandling fördelas mera likformigt över året brukar kor som för tillfället är högproducerande mjölkas först.

Mjölkflödet blir då avsevärt högre i början av varje mjölkning än i slutet då de för tillfället lågproducerande korna mjölkas. Tiden för att mjölka en ko förändras däremot inte påtagligt med den mjölkmängd kon ger.

När man vill värmebehandla mjölk med en utrustning som är direkt kopplad till mjölkningsutrustningen måste värmebehandlingsutrustningen därför vara utförd så att behandlingsresultatet blir likformigt även när produktflödet varierar.

Den flödesvariation som beror på att pumpen i den förut omtalade slut- enheten arbetar periodiskt kan enkelt avhjälpas genom tekniska åtgärer.

Den flödesvariation som beror på kornas fysiologiska egenskaper måste man däremot acceptera.

En enkel lösning är att samla all mjölk i en förrådstank. Vid lämplig tidpunkt startas värmebehandlingsutrustningen och den får sedan arbeta med sin egen, av mjölkningen oberoende, avverkning för att avsluta sin process strax efter mjölkningens slut.

Ett sådant förfarande strider dock mot det allmänna önskemålet att mjölken inte bör lagras okyld under de två till tre timmar som mjölk- ningen pågår. Mjölkens medeluppehållstid i tanken kan visserligen göras kortare, men man riskerar ändå en mikrobiell tillväxt i tanken med försämrad mjölkkvalitet som följd- Syftet med vïrmebehandlingen ör just att förbättra mjölkens kvalitet och det vore därför mycket olyckligt om utrustningen genom sin uppbyggnad skulle påverka mjölken negativt. n; 10 15 20 25 30 3 461 566 Värmebehandlingen av t.ex. mjölk vid varierande produktflöde ger upphov till två skilda problem.

Det första problemet är att produktens hålltid vid värmebehandlings- temperaturen blir omvänt proportionell mot produktflödet när värme- behandlingsutrustningen har en hållarcell med konstant volym (längd). Att variera hållarcellens längd under pågående värmebehandling har visat sig vara tekniskt komplicerat. Om en varierande hålltid accepteras, kan värmebehandlingstemperaturen istället anpassas till hålltiden, dvs. till produktflödet. En förutsättning är emellertid att flödesförändringen sker långsammare än temperaturförändringen.

Det flödesreglerande systemet måste med andra ord ha större tröghet än temperaturregleringen. Det är naturligtvis möjligt att åstadkomma en sådan reglerutrustning med flödesmätare, regulator och reglerventil. Man finner emellertid att regleringen mycket enkelt kan utföras med en varv- talsstyrd positiv pump som således styr mjölkflödet. Pumpen behandlar mjölken mycket skonsamt och pumpvarvtalet kan förändras långsamt så att värmebehandlingens tid-temperatursamband blir det önskade. Styrsignalen till pumputrustningen kan också på ett enkelt sätt bringas att styra temperaturregleringen.

Den flödesreglerande pumpen kan sedan regleras kontinuerligt mellan noll och värmebehandlingsutrustningens maximiflöde eller också arbeta på ett antal bestämda flödesnivåer med åtföljande temperaturnivåer.

Det andra problemet hänger samman med att mjölkflödet i bland upphör helt därför att en ko ger problem som förorsakar avbrott i mjölkningen. Under avbrottet arbetar värmebehandlingsutrustningen normalt så länge det finns mjölk att tillgå men reglerar sedan ned kapaciteten och stannar slut- ligen. Den mjölk som då finns i hållarcellen kallnar trots värme- isolering runt cellen. När utrustningen sedan återstartar kommer kallare mjölk än normalt att passera hållarcellen för att sedan i värmeväxlarens regenerativsektion förvärma inkommande mjölk. För att trots den låga 461 56-6' 4 10 15 20 25 30 35 temperaturen åstadkomma rätt värmebehandlingstemperatur krävs en upp- värmningseffekt som är mångdubbelt större än under ett fortvarighets- tillstånd. Uppvärmningen är av reglertekniska skäl vanligen elektrisk och en stor anslutningseffekt ger alltid problem på en gård.

En annan möjlighet är att ge slutupphettaren stor värmekapacitet så att det momentana effektbehovet vid återstart kan täckas med upplagrad värme- effekt. Tyvärr ger detta också stor tröghet åt temperaturregleringen och försvårar den tidigare behandlade temperaturflödesanpassningen.

Sättet enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Enligt uppfinningen kan man alltså i en förutbestämd grad värmebehandla en vätska vars flöde varierar. Detta är en stor fördel mot tidigare teknik som krävde mellanlagring av vätskan. Om vätskan utgöres av mjölk erhålles den vid mjölkningen med en temperatur av omkring 35°C, vilket är en ur bakteriell synpunkt synnerligen besvärlig temperatur eftersom många mikroorganismer växer maximalt i detta temperaturområde. Om vätskan istället består av fruktsaft eller fruktkoncentrat framställt i en eller flera batchprocesser, erbjuder uppfinningen enligt patentkraven stora fördelar också vad avser dessa produkters bakteriella hållbarhet.

Vid värmebehandling av mjölk och liknande produkter vid varierande flöde kan produktflödet variera kontinuerligt eller stegvis mellan noll och ett för utrustningen definierat maximiflöde. Mellan noll och maximiflödet finns minst ett mellanliggande steg. Produktens behandlingstemperatur styrs av flödet så att värmebehandlingens tid-temperatursamband blir konstant och flödesoberoende.

Produktflödet styrs av en positiv pump vars kapacitet anpassas till medelnivån på det aktuella produktflödet och vars flöde förändras i en sådan takt att värmebehandlingens tid-temperatursamband i huvudsak kan upprätthållas också vid förändring av flödet.

Förändring av flödet sker så långsamt att utrustningen är i termisk balans och yttre värmetillförsel inte överskrider den maximala värme- effekten. 10 15 20 25 30 35 5 461 see Värmebehandlingsutrustningen står i förbindelse med värmemagasin som ger den tillskottseffekt som behövs när produktflödet förändras.

Värmebehandlingsutrustningen har en sektion för slutupphettning som är dimensionerad för att motsvara behovet vid flödesförändring och tempera- turen regleras genom shuntkoppling till ett värmemagasin.

Värmebehandlingsutrustningen har en hjälpsektion mellan regenerativ- sektionen och slutupphettarsektionen. Slutupphettaren behöver här inte vara vattenvärmd. Hjälpsektionen står i förbindelse med värmemagasin som har stor momenten kapacitet t.ex. varmvattenberedare eller tappvatten- system.

Hjälpsektionen aktiveras vid start, vid flödesförändring eller när det värmeöverförande mediets temperatur avviker från önskat värde.

Varmvatten får strömma genom hjälpsektionen vid start; då flödet ökar eller då det värmeöverförande mediets temperatur är för låg. Kallvatten får strömma genom hjälpsektionen när produktflödet minskar eller det värmeöverförande mediets temperatur är för hög.

Slutupphettaren värms elektriskt direkt eller med eluppvärmt cirkulerande varmvattenflöde på känt sätt. Processtemperaturen regleras genom styrning av tillförd eleffekt- Värmebehandlingstemperaturen regleras genom att temperaturen i det värme- överförande mediet mäts och mätvärdet korrigeras för det temperaturfall till produkten som det aktuella produktflödet ger.

Värmebehandlingstemperaturen regleras av temperaturgivare i produktflödet under normal drift. När inget mjölkflöde finns regleras temperaturen genom att det värmeöverförande mediets temperatur övervakas och regle- ras. Det värmeöverförande mediet kan vara vatten eller annan vätska. Det kan också bestå av väggen 1 den strömningskanal som omger mjölken.

Temperaturen vid start och driftavbrott kan väljas fritt i förhållande till tidigare nämnda tids- och temperatursammanhang. 461 566' 6 10 '15 20 25 30 Temperaturen på mjölken regleras genom att en större eller mindre mängd hetvatten från denna ackumulator leds in i ett vattenflöde som cirkulerar genom värmeväxlaren. Enkla ventiler för sådan shunbreglering är dock svåra att ställa om för att ge den tidigare omtalade temperatur- flödesanpassningen. Man finner dock att varmvatten från den varmvatten- beredare - varmvattenackumulator som används för diskning av mjölknings utrustningen och därför är inreglerad på 75-80°C kan användas för att täcka det momentana behovet vid âterstart. Varmvattnet leds genom en hjälpsektion i värmeväxlaren mellan den förut omtalade regenerativ- sektionen och slutupphettaren. En ventil öppnar och släpper igenom varm- vatten ett antal sekunder innan mjölkpumpen återstartar och temperaturen på mjölken som lämnar hjälpsektionen grovregleras genom att nämnda ventil öppnas och stängs.

Hjälpsektionen har visat sig så effektiv att värmebehandlingsutrustningen kan direktstartas. Den behöver således inte ha omkastarventil som pastöriseringsutrustning och följaktligen leds ingen produkt tillbaka till tanken för obehandlad mjölk. Detta är av speciellt stor betydelse om värmebehandlingsutrustningen föregås av utrustning för t.ex. ultra- filtrering av mjölk och endast koncentratet värmebehandlas.

Den beskrivna värmebehandlingsutrustningen är speciellt utformad för att anslutas till mjölkningsutrustning. Produktflödet varierar avsevärt och levande djur är involverade i processen vilket t.ex. kan medföra att produktflödet upphör helt och utrustningen måste återstartas fylld med mjölk.

Den beskrivna utrustningen kan dock också användas i andra, mindre krävande sammanhang när man arbetar mer eller mindre satsvis, som exempel kan nämnas värmebehandling av fruktjuice från satsvis arbetande frukt- processer.

Anordningen för värmebehandling av vätska vars flöde varierar beskrives närmare med hänvisning till bifogade ritning. 10 15 20 25 30 35 7 461 see Värmebehandlingsutrustningen är kopplad till en icke visad balanstank som endera är en modifierad slutenhet hos mjölkningsutrustningen eller en separat tank med tillräcklig volym för att utjämna pulsationer i produktflödet. Från balanstanken transporteras produkten av en positiv pump l, vars hastighet styrs av nivågivare efter medelnivån i balans- tanken. Produkten strömmar in i den regenerativa värmeväxlarsektionen 2, där inkommande produkt värms av utströmmande redan värmebehandlad produkt. I värmeväxlarsektionen 3 förvärms produkten. I värmeväxlar- sektionen 4 värms produkten av ett cirkulerande vattenflöde till önskad värmebehandlingstemperatur. Vattnet värms av elelementet 5 i vatten- värmaren 6 och cirkuleras genom värmeväxlarsektionen 4 av pumpen 7. Under normal drift övervakas produktens temperatur av temperaturgivaren 8. Ett reglerdon 9 styr eleffekten i värmeelementet 5 som bestäms av ärvärdes- signalen från 8 och börvärdessignalen från ett styrdon 10 som styr kapaciteten hos pumpen 1.

Värmebehandling av produkten sker i hållarcellen 4.

Vid uppvärmning av utrustningen före start regleras temperaturen i värmaren 6 av temperaturgivaren 12 som finns i vattenflödet. När pumpen 1 startar sker en omkoppling från temperaturgivaren 12 till temperatur- givaren 8. Om mjölkflödet upphör sker omkoppling till temperaturgivaren 12 när pumpen 1 stannar.

När pumpen l arbetar, används temperaturgivaren 12 för att övervaka temperaturen hos returvattnet från värmeväxlarsektionen 3. Om denna temperatur i samband med start, âterstart eller snabb ökning av produkt- flödet underskrider en bestämd temperaturgräns öppnas ventilen 13 så att varmvatten strömmar genom sektionen 2 och förvärmer produkten. Ventílen l3 är öppen till dess returvattnets temperatur återigen överskrider en temperaturgräns och ventilen 13 stänger.

I de fall då man önskar snabb flödesreglering hos pumpen 1, exempelvis när balanstanken har liten volym så att pumpens avverkning måste minskas snabbt när mjölkflödet upphör, utnyttjas kallvatten från ventilen 14 för 461 566' 8 10 15 20 25 30 35 att motverka övertemperatur. ventilen 14 kan öppnas när temperaturgivaren 8 registrerar en övertemperatur. Som regel får dock detta reglersystem alltför lång tidskonstant när produktflödet minskar. Man föredrar därför att också i detta fall övervaka temperaturen hos returvattnet, som alltid strömmar med hög hastighet, med temperaturgivaren 12 och öppna ventilen 14 när returvattnets temperatur överskrider bestämda gränsvärden.

För att öka snabbheten i hela reglersystemet föredrar man i vissa fall att reglera temperaturen med enbart temperaturgivaren l2 1 vattenflödet.

Genom att korrigera signalen från temperaturgivaren för temperatur- skillnaden mellan värmeväxlarens produktsida och vattensida samt för den temperatursänkning som vattnet, vid det flöde pumpen 7 ger, kan produkt- temperaturen 1 hållarcellen 11 regleras. Båda dessa korrektioner är för en given produkt t.ex. mjölk beroende av produktflödet. Korrektionen kan därför bli en del av det tid-temperatursamband som tidigare behandlades- Reglernoggrannheten blir dock sämre än om temperaturgivaren 8 används och flödesförändringen sker långsamt.

I ett alternativt uförande är slutupphettarens cirkulerande vattenflöde ersatt med en fast kropp av värmeledande material som överför värme från ett elelement till en eller flera strömningskanaler för produkten. För att hindra påbränning i strömningskanalen övervakas den värmeöverförande kroppens temperatur av en eller flera temperaturgivare.

Ventilerna för varmt och kallt vatten 13 och 14 påverkas i ett sådant fall av signaler från en temperaturgivare placerad i produktflödet.

En utrustning för värmebehandling av max 750 1/h mjölk behandlar tre olika flöden 750, 500 och 375 l/h. Hàximiflödet utnyttjades när en övre nivå i balanstanken överskreds. Mellan denna nivå och en mellannivâ var flödet S00 l/h och under mellannivân arbetade utrustningen vid 375 l/h.

Balanstanken hade också en avkännare för låg nivå och när denna under- skreds gick värmebehandlingsutrustningen in 1 ett vänteläge.

Före mjölkning startades vattenvärmaren 6 och cirkulationspumpen 7 och l0 15 20 25 30 35 9 461 566 temperaturen i cirkulationskretsen reglerades av givaren 12 till lämplig temperatur för vänteläge. När mjölknivån 10-15 min senare nådde balans- tankens mellannivâ öppnades varmvattenventilen 10 ca 20 sek innan pumpen startades med kapaciteten 500 l/h. Mjölk från balanstanken förtränger därvid det vatten som finns i värmeväxlarsektionerna och hållarcellen.

Vattnet i slutupphettarsektionen 4 har en temperatur som mosvarar vänte- läge och detta vatten når givaren 8 som sedan pumpen l startat är aktiv.

Signalen från givaren gör att vattentemperaturen i värmaren börjar öka till ett värde som motsvarar 500 l/h.

Mjölken som kommer in i värmeväxlarsektionen 2 möter kallt vatten från övre delen av hållarcellen ll och värms inte förrän den når sektionen 3 och där möter varmvattenflödet- Vattnet som förträngs från sektionen 2 och passerar 3 har, liksom det vatten som vid start fanns i 3, normal drifttemperatur när det når sektionen 4 och där upphettas till värme- behandlingstemperatur.

Genom hållarcellen ll kommer därför ett pluggflöde av varmt vaten som sedan följs av varm mjölk i en andra plugg. Det varma vattnet och där- efter mjölken, från hållarcellen passerar regenerativsektionen 2 som nu börjar överta förvärmningen av tillflödet samtidigt som utgående flöde kyls. När den regenerativa värmningen når full effekt ökar temperaturen på den produkt som lämnar 3 och strömmar in i 4. Detta registreras av temperaturgivaren 12 som känner en högre temperatur hos returvattnet och då stänger varmvattenventilen 13.

Under start leds vattnet som förträngs från värmeväxlare och hållarcell genom en ventil (ej visad i fig) till avlopp men ca 60 sek efter start av pumpen har gränsskiktet mellan vatten och mjölk passerat denna ventil som då stängs så att mjölken leds vidare till kyltank.

Hållarcellen i värmebehandlingsutrustningen var dimensionerad för att ge 15 sek hålltid vid 750 l/h. Temperaturen var vid tillfället injusterad till 72°C vilket motsvarar lågpastörisering av mjölk. Vid flödet 500 1/h blir hålltiden 20 sek och motsvarande temperatur var då justerad till 461 566' m 7l°C. Vid flödet 375 l/h är hålltiden 30 sek och temperaturens börvärde var inställt på 70°C.

När mjölkflödet tillfälligt upphörde stannade utrustningen i ett vänte- 5 läge där givaren l2 reglerade ned vattentemperaturen till 67°C. Figuren visar temperaturen vid ingången till hållareellen där produkten kallnar oberoende av hur vattentempersturen regleras. När ny mjölk kommer in i balanstanken och pumpen l startas märks tydligt hur varmvattenventilen 13 öppnas och ger ett kraftigt tillskott till värmeeffekten. "x (I

Claims (4)

1. o ~ovs~n I nas; v -u-.oa s o ~ oss 10 15 20 25 35 ll 461 566 Patentkrav , 1. varvid vätskan först förvärmes av redan värmebehandlad vätska och sedan Sätt vid kontinuerlig värmebehandling av vätska, vars flöde varierar, upphettas till en förutbestämd temperatur-tid-effekt av ett värme- avgivande medium i ett andra steg, k ä n n e t e c k n a t a v att flödet av inksmmande vätska svkännes, att flödet in i en värmebehand- lingsenhet kontrolleras av en pump med variabel kapacitet, att mängden värme som krävs för att uppnå den önskade uppvärmningseffekten pâverkas av en kontrollenhet så att uppvärmningseffekten anpassas till vätska- flödet genom ökning/sänkning av temperaturen hos det värmeavgivande mediet eller ökning/minskning av flödet av detta medium från ett värme- magasin. .

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t. a v att det värme- avgivande mediet utgöres av varmvatten från ett förråd med stor värme- kapacitet.

3. Sätt enligt krav 1-2, k ä n n e t e c k n a t a v att mängden tillgängligt varmvatten är tillfyllest för att snabbt öka den överförda värmemängden.

4. Sätt enligt krav l-2, k ä n n e t e c k n a t a v att varm- vattenförrådets temperatur snabbt kan höjas eller sänkas. S. sedan den passerat förvärmningssteget bringaa att passera en hjälp- Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att vätskan sektion, där ytterligare värme kan till- eller bortföras från vätskan. 60 som tillföras vätskan erhålles med hjälp av en uppvärmd kropp försedd Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att det värme med kanaler genom vilka vätskan bringas att passera. 7. k ä n n e t e c k n a t att temperaturen hos vätskan och/eller det värmeavgivande mediet avkännes Sätt enligt krav 1, a v och påverkar uppvärmningen av det värmeavgivande mediet.