Doppelrohrwärmetauscher im Baukastensystem
Mit Unterstützung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie, sowie der ZIM (Euronorm) hat die Fa. Schumacher Verfahrenstechnik GmbH ein neuartiges innovatives Rohrkühlsystem in Form eines Baukasten-Prinzipes entwickelt.
Dieser Wärmetauscher basiert auf zwei Technologien:
- der eines Gegenstrom-Wärmetauschers kombiniert mit
- der Technik eines statischen Mischers.
Statisches Mischen — die Grundlagen
Statische Mischer sind Rohrleitungsarmarturen mit komplexen, speziell ausgelegten und konstruierten Strömungskörpern, welche die Aufgabe haben, das durchströmende Medium in der Rohrleitung immer wieder schonend umzuwälzen und zu durchmischen.
- Hierbei wird keine mechanische Energie in das Medium eingebracht und das Produkt geschont.
- Es gibt keine beweglichen Teile und somit weder Verschleiß noch Wartung.
- Der Prozess muss nicht unterbrochen werden und das System kann ganz normal im Spülprozess gereinigt werden.
- Es sind keine Demontage oder zusätzlichen Reinigungsarbeiten notwendig.
- Die Mischelemente sind fest in der Rohrleitung verbaut und bewegen sich nicht.
- Der Umwälzprozess erfolgt lediglich durch den von dem Pumpaggregat angetriebenen Förderstrom.
- Der Druckverlust bei diesen speziellen Mischketten ist äußerst gering, so dass ein Pumpaggregat keine nennenswerte zusätzliche Leistung erbringen muss.
In einfachen Rohrleitungen strömen die meisten flüssigen Medien immer mit derselben Grenzschicht an der Rohrwandung vorbei (laminare Strömung). Hier reicht der Grenzflächenkontakt für einen effektiven Warme-/Kälteaustausch nicht aus. Durch den Einsatz von speziell geformten statischen Mischern wird dem Medium ein Teil der Fließenergie (Pumpenergie des Pumpaggregates) in Form eines geringen Druckverlustes entzogen und in eine zusätzliche Bewegungsenergie umgesetzt, was im konkreten Fall dazu führt, dass das Fluid in der Rohrleitung immer wieder schonend umgewälzt wird. Hierdurch wird der Grenzflächenkontakt mit der kühlenden Rohrwand um ein Vielfaches erhöht, was zu einer wesentlichen Steigerung der Kühlleistung und einen sehr hohen Wirkungsgrad führt.
Das Funktionsprinzip des Rohrkühlers
Unser Rohrkühlsystem basiert auf einem sog. Baukastenprinzip. Das bedeutet, das sich jeder anhand der Anforderungen und Vorortbedingungen den Rohrkühler entsprechend zusammenstellen kann. Wir führen lagermäßig Bauteile, mit denen die Rohrkühler hinsichtlich Streckenlänge (Wärmeaustauschfläche), Durchflussmenge (Q-Max), bauliche Anforderung (gerade Strecke, Schlangenform zur Wandmontage, Ringleitung zur Deckenmontage, Unterflurinstallation etc.), variabel angepasst und zusammengestellt werden können.
Bei unzureichender Kühl- oder Wärmeleistung kann die Strecke einfach durch eine modulare Erweiterung mit Rohrkühlelementen verlängert und das Resultat entsprechend dem Wunsch verbessert werden. Sollte die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Durchflussmenge und des vorhandenen Leitungsdurchmessers zu hoch sein, ist es möglich den Milchfluss durch spezielle Verteiler und Sammelstücke auf beliebig viele Parallelstrecken aufteilen. Selbstverständlich gibt es dazu auch Rohrbögen in 45°, 90° und 180° sowie Übergangsstücke auf sämtliche gängige Verschraubungen und Flansche.
Der Systembaukasten
Um ein höchstmögliches Maß an Sterilität, Druckfestigkeit und Bedienerfreundlichkeit zu erzielen, haben wir für unser Baukastensystem ein spezielles Verbindungsklemmsystem SVAV (Ähnlich Tri-Clamp) entwickelt. Das bekannte Tri-Clamp-System wurde durch uns weiterentwickelt, um sowohl die Dichtfläche als auch Auflagepunkte zu modifizieren. Durch diese Veränderung konnte die Belastung durch mikrobiologische Ablagerungen deutlich reduziert und die mechanische Stabilität der Verbindung erhöht werden.
Die bei anderen Verbindungssystemen eingesetzte Flachdichtungen, wurde durch eine spezielle O-Ring-Dichtung mit FDA-Zulassung (Lebensmmittelecht) ersetzt.
Die SVAV Verbinder wurden so konstruiert, dass der O-Ring bei festschrauben der Verbindungsklammer exakt mit dem Innendurchmesser der Leitung abschließen und eine absolut spaltfreie Verbindung herstellen.
Dieses mechanische Prinzip hat den weiteren Vorteil, dass bei der Montage der Rohleitungssegmente auf keine Einbaurichtung geachtet werden muss.
Alle Elemente unseres Baukastensystems werden untereinander mit dem gleichen Klemmsystem verbunden. Für den Ein- und Austritt in bzw. aus unserem Rohrkühlsystem heraus, gibt es Übergangsstücke auf jedes auf dem Markt befindliche Verbindungssystem (egal ob Verschraubung, Tri-Clamp Original, Flansch, Gewinde oder Schweißanschluss).
Zu Inspektions- oder Wartungszwecken, können die Streckenelemente und Zubehörteile im Bedarfsfall einfach aus der Leitung genommen und wiedereingesetzt werden, ohne dass die Dichtigkeit der Rohrkühlstrecke beeinflusst wird.
Hygiene / Reinigung /Wartung
Die Reinigung kann durch herkömmliche und gängige Methoden erfolgen (Spültechnik). Aufgrund der Materialbeschaffenheit, können sowohl Reinigungsmittel als auch Heißdampf verwendet werden.
Aufgrund der konstruktiven Eigenschaften, dürfen jedoch keine Spülschwämme oder andere mechanische Hilfsmittel im Innenbereich der Rohre verwendet werden.
Es ist unbedingt auf die Unversehrtheit der Dichtflächen an den Enden der Rohre zu achten, da dortige Beschädigungen zu Undichtigkeiten führen können. Beschädigte Dichtflächen sind kein Garantiefall und sind auch ausdrücklich davon ausgenommen.
Der Rohrkühler ist im Normalbetrieb wartungsfrei und neigt nicht zu Verstopfung oder ,,Fouling” (Anhaften von Medienrückständen an der Rohrwand oder den Einbauten), da die Mischelemente speziell für diesen Einsatzzweck entwickelt wurden. Kleinere Verunreinigungen, wie Euteranhaftungen oder Halmreste in der Rohmilch, sind unproblematisch.
Allgemeine informationen
Für die Bedienung des Rohrkühlers sind keine speziellen Kenntnisse oder Anleitungen erforderlich. Der Rohrkühler arbeitet vollkommen selbstständig und erfordert während dem Betrieb keinerlei Bedienungen. Hinsichtlich der Effektivität und der Wartung sind jedoch einige Punkte zu beachten.
- Ein optimales Kühlergebnis ist von unzähligen Faktoren abhängig (Fließgeschwindigkeit der Milch, Fließgeschwindigkeit des Wassers, Eingangstemperatur des Wassers, Rheologie der Milch, Außentemperatur etc.) welche sich immer wieder ändern. In Versuchen wurde das beste Kühlergebnis bei einem Milch Kühlwasserverhältnis von 1 : 3 – 1 : 4 erzielt. Dieses ist aber unterschiedlich und sollte immer individuell ermittelt werden
- Das Kühlergebnis kann mit dem Kühlmitteldurchfluss beeinflusst werden. Thermodynamische Parameter, Materialbeschaffenheit und Physikalischer Staudruck im Rohr begrenzen dieses jedoch bis zu einem bestimmen Punkt.
- Vor der ersten Inbetriebnahme muss der Kühler in jedem Fall gespült werden, um eventuelle Produktionsrückstände zu entfernen, die trotz sorgfältiger Reinigung noch vorhanden sein können.
- Es dürfen zur Reinigung keine Spülschwämme oder sonstige feste Gegenstände verwendet werden, da diese sich vor die statischen Mischer setzen und den Rohrkühler verstopfen.
- Je nach Brunnenwasserqualität und dem Eisengehalt empfehlen wir den Einsatz eines Wasserfilters, da ein hoher Eisengehalt zu einer Art Oxydschicht auf dem Innenrohr führen kann, welcher nach einer gewissen Zeit den Wärme / Kälteübergang hemmt und somit die Leistung des Kühlers mit der Zeit nachlassen kann. Bei sehr hohem Eisengehalt empfiehlt sich auch zusätzlich alle paar Monate den Kühlkreislauf mit einem Reinigungsmittel zu spülen. Den Wasserfilter, sowie die notwendigen Reinigungsmittel können Sie ebenfalls über uns beziehen.
- Sollten Sie zusätzlich an einer effektiven Erwärmung des Kühlwassers interessiert sein, empfiehlt sich der Einbau eines Wassermagnetventiles am Wassereinlass, welches über die Milchpumpe angesteuert wird. Dieses öffnet den Wassereinlauf erst wenn auch tatsächlich Milch gefördert wird, was zu einer erheblichen Verringerung des Wasserverbrauches und effektiveren Erwärmung des Kühlwassers führt.
Hierbei ist es ratsam, sich an die optimale Durchflussmenge des Kühlwassers langsam ran zu tasten. Je weniger Kühlwasser fließt umso geringer ist die Fließgeschwindigkeit des Wassers und umso höher ist der Wärmeübergang. Dieses kann aber bei zu geringer Fließgeschwindigkeit zu Lasten der Kühlleistung gehen. Hierbei empfiehlt sich in jedem Falle der Einsatz zweier Temperaturmessstellen um die optimale Ausbeute zu erzielen. Eine Temperaturmessstelle sollte dabei an den Milchausgang (Eingang zum Kühltank) und die zweite Temperaturmesstelle an den Ausgang des Kühlwassers verbaut werden. Die Temperaturmessstelle für den Kühlwasserausgang kann mit unserem Anschluss SVAV bezogen werden.
- Im Winter ist unbedingt auf Frostfreiheit zu achten. Die Kühlwasserverbindungsleitungen könnten bei extrem niedrigen Temperaturen zufrieren. Sollte die Gefahr einer Vereisung bestehen, wird empfohlen zwischen den Melkvorgängen den Kühlwasserkreislauf zu entleeren. Diese kann bei unklarer Steigung auch mit Druckluft unterstützt werden.
- Die Leistung des Kühlers lässt sich zusätzlich noch steigern indem der Milchausgang entsprechend gestaut wird. Dieses kann mittels herkömmlichen Kugelhähnen gemacht werden, muss aber in jedem Falle ausgetestet werden um einen zu hohen Staudruck im Rohrkühler zu verhindern. Zusätzlich ist eine Staudrossel mit Filterelement beziehbar.