CN101995177B - 改进的具有同心管的换热器 - Google Patents

Abstract

一种同心管换热器，包括循环待处理产品的至少一个圆筒形管，设置有产品的带法兰入口和带法兰出口；中空体，换热流体在其内循环，同心地布置在管内部，在中空体的内部限定分别用于换热流体的出流和回流的约束路径，具有设置在中空体同一端部且邻近管的一端部的换热流体的入口和出口；带法兰的入口连接器，将产品引入管中，入口连接器法兰与管入口的入口法兰连接；带法兰的出口连接器，从管中排出产品，出口连接器法兰与管出口的出口法兰连接；中间法兰与中空体设有换热流体入口和出口的端部稳固连接，中间法兰从管伸出，设有待处理产品的通道孔和换热流体的入口嘴和出口嘴，其分别与换热流体的出流和回流连接；通道孔、入口嘴和出口嘴不相互连接。

Description

改进的具有同心管的换热器

技术领域

本发明涉及具有改进的同心管的换热器。本发明具体涉及用于流质食物产品的加热或冷却处理的换热器，该流质食物产品或者含有固体件或者不含有固体件但是在任何情况下易于泵送，其中待处理产品在长的圆筒形管中循环，该管的外部设置有加热/冷却覆盖层，通常已知为换热流体的加热或冷却流体在该加热/冷却覆盖层中循环。换热流体通常是热水或冷却水。在这些类型的换热器中，在产品循环的管内部设置有轴向中空体，换热流体被引入该轴向中空体中。该中空体通常被构造成限定了优选路径，该优选路径分别用于换热流体出流和回流，并且该中空体被构造成具有布置在中空体的相同端部处的用于换热流体的入口和出口，同时中空体的另一端闭合。概括地说，在这种类型的换热器中，待处理产品在环形截面腔体中循环，该环形截面腔体限定在用于产品循环的圆筒形管的内壁与布置在管内部的中空体的外壁之间。在循环管的外部设置有覆盖层，使得产品从管的外侧和从管的内侧接收或释放热。

背景技术

为了防止产品循环的管长度过长，从图1中可以看到，换热器通常包括串联布置的多个直的部分，产品穿过这些部分，产品进入第一部分，离开第一部分以便进入下一个部分等等，直到该产品从最终部分离开；但是这些部分均可以为几米长。设置有用于产品进入换热器的入口连接件，其布置在换热器自身的第一部分的开始处。当换热器部分保持彼此平行时，中间连接器设置在换热器的多个部分之间并且大致为U形，该连接器将待处理产品从一个部分带到下一个部分。这些中间连接器设置有法兰，该法兰能够连接到在产品循环管上对应的法兰上。在法兰之间设置有环形密封件，这确保了连接的密封。自然，在加热器仅仅具有一个部分的少数情况下，U形连接器不是必需的(实现管的一个部分的出口连接件和下一个部分的入口连接件)，而是具有连接到圆筒形管的端部上的用于产品的入口连接器和出口连接器。

在多个外覆盖层中循环的换热流体被插入多个覆盖层中，并且毫无问题地从一个覆盖物通过到另一个覆盖物，因为覆盖层的外结构不涉及产品的轨迹。因为产品穿过的管中具有的中空体的结构是完全处于产品流内部并且将换热流体带入中空体中的管必须穿过产品流，所以更复杂的是将换热流体引入到多个中空体中和将换热流体从该多个中空体中排出。

为了解决上述问题，已知类型的换热器将中心中空体延长至使其离开待处理产品的路径；延长部通常是从中间连接器离开。这样，换热流体可以引入中心中空体中和从该中心中空体中排出，而流体不会与产品流干涉。自然，中空体的延长部与中间连接器的壁之间的干涉区域必须完全密封，以便防止产品的泄露。这是通过在连接器壁上形成中间中空体的延长部进入的孔并且通过将延长部的外壁焊接到连接器中形成的孔的周边而非常简单地获得的。

已知的方案存在一些缺陷。在构造阶段期间，因为连接器的内部不容易到达，所以不是非常容易在中空体的延长部与连接器壁之间进行正确焊接。在加热器运行期间，产品频繁地淤塞在中空体的延长部与连接器壁之间的接触区域中的死点处；这使得必须频繁地进行产品路径的清理操作，如果产品能够自由地循环且不存在易于淤塞的区域，那么这种清理操作的频率就会低很多。此外，当需要更换密封件以确保法兰之间的密封(这必须相当频繁地进行)时，与连接器焊接成单个部件的中空体必须从圆筒形管中完全取出，以便能够从中空体的自由侧插入密封件或者能够将密封件插入与圆筒形管连接的法兰中，该自由侧处于与从连接器伸出的端部相对的端部处。密封件的清理和更换操作均会使得中空体被从圆筒形管中取出。因为中空体具有支撑件，该支撑件能够维持中空体与中空体所插入的管同轴，所以这种取出可能导致在圆筒形管内部形成划痕。最后，因为U形连接器将换热器的两个部分连在一起，所以为了在一个单独的部分中执行密封件的清理和更换操作，必须从相应的圆筒形管中取出通过U形连接器连接的加热器的两个部分的中空体。

发明内容

本发明的目的在于，通过提供一种简单地构造、清理、安装和拆卸以便执行必要的维护的换热器来消除上述缺陷。

本发明的优点在于，其能够快速、简单和紧固地固定构成本发明的元件。

本发明的另一个优点在于，减少在待处理产品循环的管和连接器内进行清理操作的次数。

通过以所附权利要求为特征的本发明来获得所有的这些和其它的目的和优点。

附图说明

从以下借助附图中非限制性例子示出的本发明实施例的详细说明中，将会更好地示出本发明的其它特征和优点，其中：

图1是本发明的多部分换热器的竖向正视图；

图2是本发明的换热器的圆筒形的管之间的连接区域-入口或出口、连接器和中心中空体；

图3是本发明的换热器的中间法兰的前视图。

具体实施方式

换热器包括用于产品循环的圆筒形的管1，该管1设置有用于产品的带法兰的入口11和带法兰的出口12。入口设置有法兰11a，出口设置有法兰12a。这些法兰例如通过焊接稳固地连接到管的相应端部。换热器具有用于将产品引入管1中的带法兰的入口连接器3和用于将产品从管1中排出的带法兰的出口连接器4。入口连接器和出口连接器均设置有分别用3a和4a表示的法兰，这些法兰分别与管的入口11的法兰11a和管的出口12的法兰12a连接。

在这些换热器中，因为待处理的产品在其中循环的管必须具有相当长的长度，所以为了防止单个管的长度太长，从图1中可以看到，这些换热器通常包括串联布置的多个直的部分，产品穿过这些部分，产品进入第一部分，离开第一部分以便进入第二部分，等等，直到该产品从最终部分离开。这些部分均可以为几米长。在这种情况下，在换热器的各个部分之间设置有大致为U形的中间连接器，该中间连接器用作用于管的出口连接器和用于下一个管的入口连接器。以下的说明涉及被认为是独立元件的入口连接器和出口连接器，均制成为U形且具有相似的形式，例如中空螺旋管形或中空圆筒形，并且相互之间成90°角地进行连接。

在这种类型的换热器中，设置有中空体2，该中空体2同心地布置在管1的内部；加热流体在该中空体内部循环，该中空体通常由圆筒形的管构成。中空体被构造成使得其内部限定了约束路径，该约束路径分别用于换热流体的出流和回流。换热流体的入口和出口也布置在同一端部处，并且在管1的端部附近。如图所示，通常是通过使中空体具有两个同心管来获得这种构造，其中外管2a在一端开口且在另一端闭合，而内管2b在该外管的闭合端处为开口端，并且远离外管的开口端的内管2b的另一端也是开口的。这样，换热流体流入在外管和内管之间限定的冠部中，直到到达外管的闭合端，进入内管并且通过从外管的开口端伸出的内管的端部离开该中空体；自然，换热流体的流动还可以沿着相反的方向。

在这些换热器中还设置有包围所述管1的加热/冷却覆盖层50(在换热器具有多于一个的部分的情况下可以使用多于一个的覆盖层来覆盖各个管1)，换热流体在该加热/冷却覆盖层50中流动；这个覆盖层通常焊接到管1的外侧并且设置有用于换热流体的入口嘴51和出口嘴52。在这些换热器中，产品从管的外侧、从在覆盖层中循环的流体以及从管的内侧、从在中空体中循环的流体接收或释放热；在这些换热器中使用的流体通常是水。

以上是该类型换热器的构造的部分现有技术。

在本发明的换热器中，中空体的各端均设置有用于流体的入口和出口，中间法兰5通常通过焊接稳固地连接到从管1伸出的中空体上。

法兰5设置有用于待处理产品的通道孔5c；该法兰还设置有用于换热流体的入口嘴5a和出口嘴5b，该入口嘴5a和出口嘴5b分别连接至换热流体的出流和回流。通道孔5c、入口嘴5a和出口嘴5b彼此不连接。

中间法兰5具有中心毂6，该中心毂6分为彼此隔开的两个区域，这两个区域分别连接到换热流体的出流(即中空体外部的管)以及换热流体的回流(即中空体内部的管)。中心毂6通过两个辐条7a和7b连接到外冠部7上，该外冠部7的内径等于管1的内径。

用于换热流体的入口嘴5a和出口嘴5b分别设置在各自的辐条7a、7b内部；这些嘴由径向孔构成，该径向孔分别在中空体的外管和内管的内部开口。两个辐条7a、7b的与待处理产品流接触的外表面是渐缩的和圆形的。

用于待处理产品的通道孔5c设置在通槽中，该通槽沿轴向方向穿过中间法兰，并且由中心毂6、外冠部7以及辐条7a和7b界定；这些元件的形状限定了两个具有豆形截面的槽。

中心毂6在与面对管1内侧的一侧相对的一侧上被拱形盖10闭合，该拱形盖10防止换热流体从中空体的内管向待处理产品的路径流出。该拱形盖的拱形形状与辐条的渐缩和圆形形状一起提供了对流体流动的低阻力，防止出现过度的湍流，并且不会导致停滞时间，从而防止产品淤塞。

在外冠部7的每个侧向表面上设置有至少一个环形腔体，该环形腔体布置在冠部7的内径附近，即布置成紧邻管1的内表面，环形腔体被指定用来接收密封环8；对于无菌应用，如图所示的实施例，在外冠部7的每个侧向表面上设置有两个环形腔体，第一个腔体布置在外冠部的内径附近，第二个腔体布置在距第一个腔体一定径向距离处，该径向距离等于每个腔体的宽度的大约两倍，所有的这些腔体被指定用来接收密封环。同心双密封件确保了更好的密封，并且能够在容纳密封件的沟槽之间设置另一个环形沟槽，无菌流体可以在该环形沟槽中循环(已知为无菌屏障的构造)，这将在下面更完整地解释。为了容纳密封环，还有一种可能的方案是开口沟槽，即直接位于法兰的内边缘上的沟槽，其能够使密封件面对产品。

使外冠部7的径向厚度以及由此中间法兰的外径为容纳环形腔体且确保冠部的机械抗力所需的最小值。换言之，由于将在下文中更好地解释的原因，期望的是中间法兰的外径比密封环的直径大尽可能地小的量。

在中间法兰的侧向表面上且在入口嘴5a和出口嘴5b处形成有两个平坦区域55、56，该平坦区域55、56彼此平行。平坦区域55、56能够使得入口嘴5a和出口嘴5b容易地连接到换热流体的输送和排放管，并且能够使得中间法兰具有较小的径向宽度。

在本发明的换热器的优选实施例中，连接器的法兰通过四个贯通螺栓9连接到管1的法兰上，该贯通螺栓9将法兰彼此锁定并且布置在方形的角上。中间法兰5固定在上述法兰之间且由于存在密封环而确保连接器与管1之间的连接密封，该中间法兰5的直径尺寸使其容纳在所述方形(螺栓9设置在该方形的角上)的理想周界内部：这使得中间法兰具有极小的径向尺寸并且在任何情况下都大大小于连接器和管1两者的法兰的径向尺寸。更一般地，n(例如6或8)个螺栓可以布置在多边形的角上，该多边形的理想周界内部可以容纳中间法兰的外径。

在这种类型的换热器中，如本文所述，管1和中空体2相当长(长达5-6米)；设置突片60以使维持中空体同心地处于管1内部，该突片60稳固地连接到中空体的外壁上，这防止中空体在管内部进行径向运动，并且确保管内部的湍流，从而提高换热率。由于将在下文中更完全地解释的原因，这些突片具有无棱边的轮廓。

因为所有需要焊接的区域都很容易接近，所以本发明的换热器的构造相当简单。

换热器的安装非常简单，以下将参考单个连接区域来说明换热器的安装，在该单个连接区域中具有用于流体进入中空体的入口和流体从中空体离开的出口；这种类型的所有其它连接区域都是相同的。

将一端连接中间法兰的中心体从另一端插入管1的内部，直到中间法兰与管1的法兰接触。中空体的突片60的轮廓没有棱边，这个事实防止了或至少有力地限制了在管1的内表面上形成划痕的可能性。

然后，将产品的入口(或出口)连接器靠近中间法兰，并且通过螺栓9将这两个部件固定在一起，连接器和管的两个法兰包围中间法兰，中间法兰的密封环确保连接密封。然后，将换热流体输送和排放管道连接到中间法兰的入口和出口嘴；此外，换热流体的输送和排放管道连接到外加热覆盖层的入口嘴和出口嘴上。注意到，在多部分换热器的情况下，具有中空体中流体的入口和出口的连接区域将全部位于相同侧，并且一个部分的出口连接器与相继部分的入口连接器将为典型的U形。

本发明的换热器的构造不存在待处理产品可能淤塞的死点，使得换热器能够长时间运行，完全不需要进行频繁的清理操作，而采用已知类型的换热器则会出现这种情况。

当需要相当频繁地执行密封环更换操作时，本发明的换热器结构是尤其有利的。为了执行这种更换，只要断开换热流体输送和排放管道与中间法兰的入口和出口嘴的连接，并且通过松开螺栓9断开连接器与管法兰的连接，从而释放中间法兰，这就足够了。通过将中间法兰-即中空体的中间法兰朝向外侧稍稍移动，中间法兰就从管的法兰释放(在连接器拆除之后相对的壁就已经释放了)，从而在中间法兰和管法兰之间形成小的间隔。假定中间法兰的外径与密封环的直径之间的差有限，通过利用密封环的天然弹性，能够使得密封环稍稍变宽并且使密封环在中间法兰上穿过，然后将密封环定位在法兰与中空体连接的壁中。这不需要将中空体从管1中完全取出，而采用已知的换热器则需要完全取出，以便能够从中空体的自由端插入密封件。除了使得密封环的更换更加快速和容易之外，这还防止了尽管突片60的轮廓没有棱边也可能导致的划痕，无论如何，这极大地减小了在中空体相对管运动之后形成划痕的可能性。对于具有多个串联部分的换热器，通过将中间法兰从连接法兰的输送和排放管道拆下，获得中空体与各个部分的中间法兰完全独立，使得能够在一个部分上执行任何操作而不用对与其连接的部分做任何操作。

Claims (8)

1.一种改进的同心管换热器，包括：

用于循环待处理产品的至少一个圆筒形的管(1)，所述至少一个圆筒形的管(1)设置有用于产品的带法兰的入口(11)和带法兰的出口(12)；

中空体(2)，换热流体在所述中空体(2)内循环，所述中空体同心地布置在所述管(1)的内部，所述中空体被构造成在所述中空体的内部限定分别用于换热流体的出流和回流的约束路径，并且所述中空体被构造成具有设置在中空体的同一端部处并且邻近所述管的一端部的用于所述换热流体的入口和出口；

带法兰的入口连接器(3)，其用于将产品引入所述管(1)中，所述入口连接器的法兰(3a)与所述管的入口(11)的入口法兰(11a)连接；

带法兰的出口连接器(4)，其用于从所述管(1)中排出产品，所述出口连接器的法兰(4a)与所述管的出口(12)的出口法兰(12a)连接；

其特征在于：

中间法兰(5)与所述中空体的设置有用于所述换热流体的入口和出口的端部稳固地连接，所述中间法兰(5)从所述管(1)伸出，并且设置有用于待处理产品的通道孔(5c)和用于换热流体的入口嘴(5a)和出口嘴(5b)，所述入口嘴(5a)和所述出口嘴(5b)分别与换热流体的出流和回流的路径连接；所述通道孔(5c)、所述入口嘴(5a)和所述出口嘴(5b)不相互连接。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述中间法兰(5)具有中心毂(6)，所述中心毂(6)被分为彼此隔开的两个区域，这两个区域分别与换热流体的出流路径和回流路径连接；所述中心毂(6)通过两个辐条(7a、7b)与外冠部(7)连接，所述外冠部(7)的内径等于所述管(1)的内径，所述用于换热流体的入口嘴(5a)和出口嘴(5b)设置在所述两个辐条内部；所述通道孔(5c)设置在由所述中心毂(6)、所述外冠部(7)以及所述辐条(7a、7b)界定的通槽中。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，在所述外冠部(7)的每个侧向表面上设置有至少一个环形腔体，所述环形腔体邻近所述外冠部(7)的内径布置并且被指定用来容纳密封环(8)；使所述外冠部(7)的径向厚度为用于容纳所述环形腔体且确保所述外冠部的机械抗力所需的最小值。

4.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，在所述外冠部(7)的每个侧向表面上设置有至少两个同心的环形腔体，所述至少两个环形腔体中的第一个环形腔体邻近所述外冠部(7)的内径布置，所述至少两个环形腔体中的第二个环形腔体位于距所述第一个腔体一定径向距离处，所述径向距离等于每个腔体的宽度的两倍，各个环形腔体被指定用来容纳密封环(8)；使所述外冠部(7)的径向厚度为用于容纳所述环形腔体且确保所述外冠部的机械抗力所需的最小值。

5.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述中心毂(6)在与面对所述管(1)内侧的一侧相对的一侧上被拱形盖(10)闭合；所述两个辐条(7a、7b)的与待处理的产品流接触的外表面是渐缩的和圆形的。

6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，在所述中间法兰的侧向表面上且在所述入口嘴(5a)和所述出口嘴(5b)处形成有两个彼此平行的平坦区域(55、56)。

7.根据权利要求1所述的换热器，其中所述连接器的法兰通过贯通螺栓(9)与所述管的法兰连接，所述贯通螺栓(9)将法兰紧固在一起并且被布置在多边形的角上，所述中间法兰(5)的直径尺寸使所述中间法兰(5)容纳在所述螺栓(9)位于其角上的所述多边形的理想周界内部。

8.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述中空体(2)通过突片(60)被维持在所述管(1)内部与所述管(1)同心的位置，所述突片(60)稳固地连接到所述中空体的外壁上并且具有无棱边的轮廓。

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