CN102313464A - 二重管式热交换器 - Google Patents

Abstract

一种具有多个外管与插设在各外管内的内管，且进行在内管内流动的流体与在外管内壁及内管外壁之间的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器。热交换器用固定装置固定各个外管的两端，用固定装置的一端固定从多个外管的同侧的一端延伸出的内管的一端。除端部设有导入流体的入口端与排出流体的排出端的内管端部，将其它内管端部用U形管连接使多个内管成相连的一体。在固定装置的另一侧紧密接触盖体，以此在固定装置的另一方与盖体之间形成用于密封容纳上述U形管的内部空间。设在内部空间内的U形管可安装拆卸的紧密接触在内管的端部。内部空间可以容纳因热交换中的温度差引起的外管与内管之间的相对伸缩量。

Description

二重管式热交换器

技术领域

本发明涉及一种具有多个外管及插设在各外管内的多个内管，且用于进行交换在内管内流动的流体与在内管与外管之间形成的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器。

背景技术

现在对食品、药品、化妆品等工作(process)液体进行加热冷却杀菌处理，常使用管式、金属板式等热交换器。该工作液体的种类有从低黏度到高黏度的液体、也有含有固形物的浆状流体、也有不遵守牛顿定律(Newton’s law)的液体等。对于饮料等低黏度工作液体，常使用金属板式或者多管式热交换器。

最近，代替金属板式热交换器常使用管式等热交换器，该管式等热交换器渐渐成为热交换器的主流。这是因为管式等热交换器具有更换密封垫(gasket)及维护保养(maintenance)容易，且使用波纹管(corrugate)的优点。

上述管式等热交换器一般用于饮料等低黏度工作液体，需要处理大量液体时一般使用具有多个传热管的多管式热交换器。该多管式热交换器的壳体(shell)内设有多根传热管，工作液体在传热管内流动，高温加热媒体或低温冷却媒体(下面总称为热媒)在该壳体内流动，借此制造干净卫生的产品。

最近为呼应节能能源的政策，热量回收成为重要的课题。现有技术为满足干净及卫生指标，使用使工作液体在该传热管内流动的方法，此举可以增加热交换器的传热面积。

为提高现有管式热交换器(多管式热交换器)的热量交换效率，应采用使壳体内的工作液体定向流动的方法，即采用使在管子内流动的工作液体与在壳体内流动的工作液体按相反方向流动的热交换方法。然，将此方法用于多管式热交换器时，会产生壳体内的清洁度变差的问题。为解决此问题，一专利文献1提出相关的技术方案。

即，该专利文献1提出一种尽量降低壳体内的间隙，借此提高圆筒内的清洁度的多管式热交换器。该专利文献1为日本专利公开第[特开2006-038377号]公报。

然，在专利文献1具有下列缺点，即补助传热管的补助支撑材料会成液体残留的原因、清洗的效果难以提高、难以用肉眼检查传热管内部等。

发明内容

为解决现有技术方案存在的技术问题，本发明提供一种进行工作液体之间的热交换、用肉眼即可检查传热管内部、且清洗方便及防污染效果好的二重管式热交换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，本发明提供一种具有多个外管(15)与插设在各外管(15)内的内管(11)，且进行在内管(11)内流动的流体与在外管(15)内壁及内管(11)外壁之间的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器(1、1A)。该二重管式热交换器(1、1A)用固定装置(12、13及16、17)固定各个外管(15)的两端，用固定装置(12、13及16、17)的一端(12、13)固定从多个外管(15)的同侧的一端延伸出的内管(11)的一端。除端部设有导入流体的入口端(11a)与排出流体的排出端(11b)的内管(11)端部，将其它内管(11)端部用U形管(20a、20b、24)连接使多个内管(11)成相连的一体。在固定装置(12、13及16、17)的另一端(16、17)紧密接触盖体(10、10A)，以此在固定装置(12、13及16、17)的另一端(16、17)与盖体(10、10A)之间形成用于密封容纳上述U形管(20a、20b)的内部空间。设在内部空间内的U形管(20a、20b)可安装拆卸的紧密接触在内管(11)的端部。内部空间可以容纳因热交换中的温度差引起的外管(15)与内管(11)之间的相对伸缩量。

为解决现有技术方案存在的技术问题，本发明提供另一种具有多个外管(15)与插设在各外管(15)内的内管(11)，且进行在内管(11)内流动的流体与在外管(15)内壁及内管(11)外壁之间的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器(1、1A)。该二重管式热交换器(1、1A)具有固定各个外管(15)两端的固定装置(12、13及16、17)、与紧密接触在固定装置(12、13及16、17)的一端(17)并与固定装置(16、17)形成密封的内部空间的盖体(10)。除端部设有导入流体的入口端(11a)与排出流体的排出端(11b)的内管(11)端部，将其它内管(11)端部用U形管(20a、20b、24)连接使多个内管(11)成相连的一体，从多个外管(15)的同侧的一端延伸出的内管(11)的一端被固定在固定装置(12、13及16、17)的一端(12、13)。形成在盖体(10)与固定装置(16、17)之间的内部空间用于容纳在多个外管(15)一端外侧被U形管(20a、20b)连接的内管(11)，并连通形成在内管(11)与在外管(15)内壁之间的流路，内部空间可以容纳因热交换中的温度差引起的外管(15)与内管(11)之间的相对伸缩量。内部空间内的U形管(20a、20b)可安装拆卸的接触在该内管(11)的端部。

在上述二重管式热交换器(1、1A)，形成在盖体(10)与固定装置(16、17)之间的内部空间内装设有U形管(20a、20b)，内部空间内设有使在内管(11)与在外管(15)之间的流路的流体流动且由多个切断板(21a、21b、21c、21d)形成的流路空间(110b、110d)。

在上述二重管式热交换器(1、1A)，内管(11)与外管(15)是按照波纹螺纹状形成的波纹成形管。

在上述二重管式热交换器(1、1A)，在内管(11)与外管(15)中，各管内部的底部的至少一部分设计成沿管子方向形成的直线平面部。

为解决现有技术方案存在的技术问题，本发明提供另一种二重管式热交换器(1、1A)，其中二重管式热交换器(1、1A)的固定装置(12、13及16、17)具有固定外管(15)端部的管板(13、16)、与内管(11)的端部穿过且可拆卸地紧密接触在管板(13、16)上的盖板(12、17)。其中紧密接触在一起的管板(13、16)与盖板(12、17)之间设有安装在靠近外周周围的外周密封垫(23)与安装在比外周密封垫(23)更靠近中心位置且包围外管(15)与内管(11)的内侧密封垫(18)。外周密封垫(23)与内侧密封垫(18)之间形成有间隙(40)。间隙(40)上设有给间隙(40)提供无菌空气或蒸汽的供给管(41)与用于排出间隙(40)内的无菌空气或蒸汽的排出管(42)。

为解决现有技术方案存在的技术问题，本发明提供另一种具有多个外管(15)与插设在各外管(15)内的内管(11)，且进行在内管(11)内流动的流体与在外管(15)内壁及内管(11)外壁之间的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器(1、1A)。其包括：上段及下段各设有两个外管(15)、插设在各外管(15)内的内管(11)、分别固定外管(15)两端的管板(13、16)、内管(11)的端部穿过且可拆卸地紧密接触在管板(13、16)上的盖板(12、17)、紧密接触在盖板(17)一侧且在与盖板(17)之间形成内部空间的上段及下段盖体(10、10)、位于装设有上段及下段盖体(10、10)的盖板(17)与另一盖板(12)之间，且在装设有另一盖板(12)的管板(13)附近连通上段一根外管(15)和下段一根外管(15)的上下连通管(33)、可拆卸的连接在向形成在上段盖体(10)与盖板(17)之间的内部空间延伸的上段内管(11)上且用于连通上段各内管(11)的上段U形管(20a)、

可拆卸的连接在向形成在下段盖体(10)与盖板(17)之间的内部空间延伸的下段内管(11)上且用于连通下段各内管(11)的下段U形管(20b)、在穿过设有上段及下段盖体的盖板(17)不同的另一盖板(12)的四根内管(11)中，连通连接上段一根内管(11)与下段一根内管(11)的上下U形管(24)。

其中，该等内管(11)藉由上段U形管(20a)、下段U形管(20b)及上下U形管(24)被连为一根管。该上段盖体(10)的内部空间设有，用于容纳用上述上段U形管(20a)连接的内管(11)且使在内管(11)与外管(15)之间的流路内的流体流动的流路空间(110b、110d)。该下段盖体(10)的内部空间设有，用于容纳用上述下段U形管(20b)连接的内管(11)且使在内管(11)与外管(15)之间的流路内的流体流动的流路空间(110b、110d)。在穿过设有上段及下段盖体(10、10)的盖板(17)不同的另一盖板(12)的四根内管(11)中，将没有被上下连通管(33)连接的上段内管(11)的端部作为用于导入流体的入口端(11a)或用于排出流体的出口端(11b)，将没有被上下U形管(24)连接的下段内管(11)的端部作为用于排出流体的出口端(11b)或作为用于导入流体的入口端(11a)。在没有被上下连通管连通的下段外管(15)上设置给该外管(15)导入流体的导入口(31)或从该外管(15)排出流体的排出口(32)，在没有被上下连通管连通的上段外管(15)上设置给从该外管(15)排出流体的排出口(32)或该外管(15)导入流体的导入口(31)。该流路空间(110b、110d)可以容纳因热交换中的温度差引起的外管(15)与内管(11)之间的相对伸缩量。

在上述二重管式热交换器(1、1A)，外管(15)及内管(11)分别设在上下2段。该内管(11)具，有从设在上段的流体用入口端(11a)或出口端(11b)向设在下段的出口端(11b)或入口端(11a)连续向下倾斜的倾斜度。形成在内管(11)与外管(15)之间的流路，具有从设在上段的流体用排出口(32)或导入口(31)向设在下段的导入口(31)或排出口(32)连续向下倾斜的倾斜度。内管(11)及外管(15)内的流体可自然流出。

在上述二重管式热交换器(1、1A)，在内管(11)上设置用于回收流体的回收装置。

在上述二重管式热交换器(1、1A)，外管(15)内插设有多根由U形管(20a、20b、24)连为一体的多根内管(11)。

下面对本发明二重管式热交换器的作用进行说明。

二重管式热交换器(1、1A)，让流体在外管(15)与内管(11)之间的流路与内管(11)内流动，用以进行内管(11)内流动的流体与在外管(15)及内管(11)之间的流路流动的流体之间的热交换。在该外管(15)及内管(11)之间的流路流动的流体从设在外管(15)上的导入口(31)导入，从设在外管(15)上的排出口(32)排出。

从导入口(31)导入的流体经外管(15)及内管(11)之间的流路流入形成在固定装置(12、13及16、17)的盖板(17)与盖体(10、10A)之间的内部空间。该盖体(10、10A)紧密接触在该盖板(17)上，故流入该内部空间内的流体不会漏向外面，会流入连通在内部空间的其它外管(15)。

盖体(10A)内设有由多个切断板(21a、21b、21c、21d)形成的流路空间(110b、110d)时，流体经盖体(10A)内的流路空间(110b、110d)流入其它外管(15)。经其它外管(15)回来的流体经设在外管(15)上的排出口(32)排出。

在外管(15)及内管(11)之间的流路流动的流体与在内管(11)内流动的流体之间进行热交换。导入内管(11)进行热交换的流体，从设在内管(11)上的入口端(11a)导入，从设在内管(11)上的出口端(11b)排出。在外管(15)及内管(11)之间的流路流动的流体与在内管(11)内流动的流体，对向流动(即向相反方向流动)时，热交换效率最高。

进行热交换时，因外管(15)及内管(11)之间温度差二者之间会产生相对的伸缩。例如，内管(11)的伸长量大于外管(15)的伸长量时，在盖体(10)内的上段U形管(20a)及下段U形管(20b)会向与盖体(10)碰撞的方向移动。因外管(15)及内管(11)没有直接固定在一起，故相对外管(15)的内管(11)的伸缩会在盖体(10)的内部空间移动。即，内管(11)的伸缩时无需伸缩外管(15)。且，在外管(15)上无需使用高价伸缩连接方法，故可以降低成本。

外管(15)及内管(11)被设计成波纹螺纹的波纹状成形管，故可以提高传热效率。且，外管(15)及内管(11)内部的至少一部分底部被设计成直线平面部，故流体不会残留在外管(15)及内管(11)的波纹形状内。

在清洗外管(15)及内管(11)等情形，如一同取下紧密接触在管板(16)上的盖体(10)与盖板(17)，可用肉眼检查外管(15)的内部，且可以降低清洗的难度。如从内管(11)取下上段U形管(20a)与下段U形管(20b)后，再从管板(13)取下固定有内管(11)的另一侧的盖板(12)，即可从该外管(15)拔出该内管(11)。因此可以轻易对该内管(11)进行清洗、检查等作业。

在两个管板(13、16)之间倾斜设置内管(11)，使内管(11)具有从入口端(11a)到出口端(11b)的连续向下的倾斜度。倾斜设置该外管(15)，使形成在外管(15)与内管(11)之间的流路，具有从向该流路导入流体的导入口(31)与从流路排出流体的排出口(32)连续向下的倾斜度。因为上述倾斜度，外管(15)与内管(11)内的流体会自行流向外部，故可以防止流体残留在流路上。

可在内管(11)内设置回收装置，用该回收装置回收流体。

向外管(15)内插入由U形管(20a、20b、24)连为一体的多根内管(11)时，不仅可以插入一根还可以插入多根内管(11)至外管(15)内。

本发明的有益效果如下面所述。本发明的二重管式热交换器让流体在经过内管及U形管内部的流路与内管及外管之间的流路上流动，用以进行在各流路上流动(工作液体)的流体之间的热交换。在取下盖体后取下连接各内管的U形管时，可从外管内拔出内管，故可降低清洗及检查作业的难度。在进行热交换时因温度差外管与内管之间产生相对伸缩，因该内管及U形管的移动会被盖体内的内部空间吸收，故没必要在外管设置可伸缩式连接装置，故可简化装置结构，降低装置成本。

因盖体内设有由切断板形成的多个流路空间，故用一个盖体即可。且，从外管流入盖体内的流体可经该多个流路空间，流向其它外管或空间内。

外管及内管采用具有波纹螺纹形状的波纹状成形管，故可以提高传热效率。

外管及内管内部的至少一部分底部被设计成直线平面部，故流体不会残留在外管及内管的波纹形状内。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明第一实施方式的二重管式热交换器的正面结构的说明图。

图2是图1的二重管式热交换器的一方端部的平面断面图。

图3是图1的二重管式热交换器的沿A-A’线的断面图。

图4是图1的二重管式热交换器的沿B-B’线的断面图。

图5是图1的二重管式热交换器的沿C-C’线的断面图。

图6是表示用本发明第一实施方式的热交换器进行加热、冷却杀菌处理的过程一例的流程图。

图7是表示用本发明第一实施方式的热交换器进行加热、冷却杀菌处理的过程另一例的流程图。

图8是表示用现有的热交换器进行加热、冷却杀菌处理的过程的流程图。

图9是表示本发明第二实施方式的二重管式热交换器的正面结构的说明图。

图10是图9的二重管式热交换器的沿A-A’线的断面图。

图11是表示在第一实施方式及第二实施方式的二重管式热交换器的盖板侧端部的变形例的图。

图中1、1A.二重管式热交换器，10、10A.盖体，10.内壁，11.内管，11a.入口端，11b.出口端，12.盖板，13.管板，14.检查阀，15.外管，16.管板，17.盖板，18.密封垫，19.紧固件，20a.上段U形管，20b.下段U形管，21a、21b、21c、21d.切断板，23.外周密封垫，24.上下U形管，31.导入口，32.排出口，33.上下连通管，40.间隙，41.供给管，42.排出管，50.支撑件，52.法兰盘，60.连接部，61、62.法兰盘，63.紧固件，110a.空间，110b.流路空间，110c.空间，110d.流路空间，110e.空间，201.储存罐，202.最终加热器，203.无菌储存罐，204.填充装置，200、300、400.加热、冷却杀菌装置，301.Diver-Ton冷却器，401.储存罐，402.一次加热器，403.二次加热器，404.DIV冷却器，405.一次冷却器，406、408.填充装置，407.二次冷却器。

具体实施方式

在下面根据附图对本发明的各实施方式进行说明。

图1至图5用于示意本发明的第一实施方式。图1是本发明第一实施方式的二重管式热交换器的正面结构的说明图。图2是图1的二重管式热交换器的一方端部的平面断面图。图3是图1的二重管式热交换器的沿A-A’线的断面图。图4是图1的二重管式热交换器的沿B-B’线的断面图。图5是图1的二重管式热交换器的沿C-C’线的断面图。在上述各断面图没有表示各断面的斜线。

如图1所示，第一实施方式的二重管式热交换器1包括多根外管15与插设在各外管15内的多根内管11。在该二重管式热交换器1，各种工作液体在形成于内管11与外管15之间的流路与在内管11内流动，使各工作液体之间进行热交换。

在图示的例子，外管15被设计成上下两段，上段及下段分别设有两根外管15(参考图4)。外管15两端插设在管板13、16(固定组件)上，该外管15被设置在其两端的该管板13、16固定。该管板13可从向盖板12靠近的方向取出。该管板13与该盖板12之间的周边接触部被干净的包装材料封装(seal)，将二者之间的周边接触部密封设置亦可。管板16上设有沿靠近管板16方向装拆的盖板17(固定组件)。管板16与盖板17之间的周边接触部亦密封设置。

插设在外管15内的各内管11被在后面记载的U形管固定并成为一体。内管11的一端设有向内部导入工作液体的入口端11a，内管11的一端还设有热交换工作结束后用于排出工作液体的出口端11b。入口端11a与出口端11b均从外管15的一端向穿过盖板12的方向设置。内管11的穿过盖板12的部分被焊接固定，且已实施清洁措施。

内管11及外管15是藉由波纹(corrugate)加工技术加工的具有螺纹状波纹的波纹成形管。因内管11及外管15为波纹成形管，故二者具有较高的热传导性能。

在上述二重管式热交换器1的内管11及外管15，各管的管内底部中至少一部分设计成沿直线延伸的直线平面部。译者注)。因此该内管11及外管15的管内不易残留工作液体，且较易清洗，故可以提高卫生指标。

进一步确保该二重管式热交换器1内的工作液体不会被残留，在内管11与在内管11及外管15之间形成的流路上设置一定程度的倾斜度。即，内管11具有从设在上段内管11一端的出口端11b向设在下段内管11一端的入口端11a向下连续倾斜的倾斜角；形成在内管11及外管15之间的流路，具有从为该流路导入流体设在上段外管15的导入口31向为排出流路内流体设在下段排出口32向下连续倾斜的倾斜角。因此该二重管式热交换器1内的工作液体自然流下，可有效提高工作液体排出效果。

在上述实施方式，将内管11的入口端11a作为下段内管11的端部，将内管11的出口端11b作为上段内管11的端部。在其它实施方式可将下段内管11的端部作为出口端，将上段内管11的端部作为入口端。同理，可将外管15的导入口设在下段外管15上，将排出口设在上段外管15上。在上述任意一组合，内管11应具有从上段内管11端部向下段内管11端部连续向下倾斜的倾斜角，形成在内管11及外管15之间的流路应具有从上段外管的排出口或导入口向下段导入口或排出口连续向下倾斜的倾斜角。进行热交换时各种工作液体对流流动时热交换效果最好。为使各种工作液体对流流动，应正确指定内管11的入口端11a与出口端11b、及外管15的导入口31与排出口32。

在盖板12、17中盖板17具有密封设置的盖体10。该盖体10设置在与管板16相对的盖板17接触面的相反面上。该盖体10设置在上下2段的盖板17上，因盖体10的形状，将盖体10设在盖板17上时盖体10与盖板17之间会形成内部空间。在本发明盖体10的形状为帽子形，从盖板17处突出的内管11及将各内管11连为一体的U形管均设在该帽子形内部。该盖体10与盖板17之间的接触面上设有提高卫生用密封垫(gasket)。

形成在盖体10与盖板17之间的内部空间应可以容纳进行热交换时因温度差引起的外管15与内管11相对伸缩的范围。即，该盖体10应有足够大的大小(深度)，进而确保内管11在该内部空间相对外管15伸缩时，将二内管11连为一体的上段U形管20a与下段U形管20b不会碰到盖体10。上段U形管20a与下段U形管20b分别放置在设在盖体10上的支撑件50上，由该支撑件50支撑。该上段U形管20a与下段U形管20b仅放置在支撑件50上，故内管11因温度差伸缩时可保证该支撑件50的支撑状态。

上段U形管20a与下段U形管20b用于连接及导通，从多个外管15中的一根外管露出的一内管11的一端与从多个外管15中的另一根外管露出的另一内管11的一端。如图所示，上段两根内管11的两个端部被上段U形管20a连接并导通，下段两根内管11的两个端部被下段U形管20b连接并导通。上段U形管20a及下段U形管20b与内管11由干净的连接方法连为一体。

如上所述，内管11与外管15没有直接固定在一起。因此在拆卸时，先在连接处将上段U形管20a与下段U形管20b从内管11卸下，之后将固定有内管11的相反侧盖板12从盖板13卸下，最后可将内管11从外管15卸下。因内管11与外管15没有直接固定在一起，故交换热量时二者因温度差各自产生伸缩时不会相互干涉。

如图1所示，一内管11从入口端11a侧插设在四根外管15中的上段一根内，在盖体10内部从外管15的一端露出。上段U形管20aU形连接并导通该内管11一端与从上段其它外管15延伸的另一内管11一端。插设在其它外管15内的内管11，穿过在入口端11a侧且设在外管15周围的管板13与盖板12。上下U形管24U形连接并导通该内管11一端与从下段外管15中延伸的一内管11一端。

用上述上下U形管24U形连接的内管11、与在盖体10内被下段U形管24bU形连接且从其它外管15延伸出的内管11的一端连接并导通。插设在该其它外管15内的内管11，穿过在入口端11a侧且设在外管15周围的管板13与盖板12。该端部成为用于排出在内管11内流动时进行热交换的工作液体的出口端11b。

靠近管板13附近的外管15上设有用于导入工作液体的导入口31与从外管15排出工作液体的排出口32。在图1所示，该导入口31的下方连通式接触在下段两根外管15中的一根外管15上。该排出口32的上方连通式接触在上段两根外管15中的一根外管15上。在不设有导入口31及排出口32的外管15，下段外管15的上部与上段外管15的底部被上下连通管33导通连接。

盖板12、管板13、盖板17、管板16周边分别设有环状体，上述组件藉由设在环状体上的紧固件19(clamp band)不可分割的固定一起。松开紧固件19时，可以从各自管板13及管板16卸下各自盖板12及17。从管板13及管板16卸下盖板12及17时，可用肉眼从外管15的两端检查内部情况。在此状态也容易更换防污用密封垫18及外周密封垫23(在后续内容对此组件进行说明)。

盖板12与管板13之间及盖板17与管板16之间设有将各个外管15及内管11密封在内部的防污用密封垫18。盖板12与管板13之间及盖板17与管板16之间还设有比防污用密封垫18更靠近外围的外周密封垫23。上述盖板与管板以防污用密封垫18及外周密封垫23密封。

在盖板12与管板13之间及盖板17与管板16之间，因防污用密封垫18及外周密封垫23的大小及位置原因形成有间隙。从外部充入无菌气体或蒸汽的供给管41穿过管板13(或16)与在盖板12与管板13之间(或盖板13与管板16之间)的间隙连通，用于排出用完无菌气体或蒸汽的排出管43亦穿过管板13(或16)与在盖板12与管板13之间(或盖板13与管板16之间)的间隙连通。因设有密封的盖板12及管板13与密封的盖板17与管板16，故可以实现杀菌无菌密封的无菌包装(1aseptic)。供给管41与排出管43上分别设有检查阀14。用检查阀14可以测出因防污用密封垫18引起的密封不良状况。在本实施方式的内管11上设置清洗拴亦可。

下面对本发明的各元件作用进行说明。

在上述二重管式热交换器1的外管15内设有不同的两个流路，即设有形成在内管11与外管15之间的流路与形成在内管11内部的流路。各流路内有流动的用于进行热交换的工作液体。在内管11与外管15之间的流路内流动的工作液体，从连接在下段外管15中的一根外管上的导入口31导入，从连接上段外管15中的一根外管上的排出口31排出。

从导入口31导入的工作液体通过内管11与外管15之间的流路，流向形成在盖体10内部空间的下段流路空间110d。到达下段流路空间110d的工作液体通过流路空间110d，流向形成在下段另外一外管15与插设在该外管15内的内管11之间的流路，进而朝向设有导入口31侧流动。

到达设有导入口31位置的工作液体，通过上下连通管33流入上段外管15内。到达上段外管15内的工作液体，向盖体10侧流动，并流入形成在盖体10内的上段流路空间110b。

到达流路空间110b内的工作液体，流入藉由流路空间110b连通在一起的另一外管15内，并流向设在该外管15另一端附近的排出口32。因此在外管15内周面与内管11外周面之间的流路的工作液体，可从排出口32排出。

与上述工作液体进行热交换的另一工作液体在内管11内流动。该工作液体从入口端11a导入内管11内。导入内管11内的工作液体向盖体10侧流动。

到达盖体10内的上段U形管20a的工作液体，通过该上段U形管20a流入插设在另一上段外管15内的内管11，即经U形连接流至原位。流至原位的工作液体，经上下U形管24流入下段两根内管11中的一根。

流入下段内管11的工作液体，再次向盖体10方向流动。到达该盖体10内的下段U形管20b内的工作液体，通过该下段U形管20b流入插设在另一下段外管15内的内管11内，并再次经U形连接到达出口端11b。如上所述，流经内管11内的工作液体11从出口端11b被排出。

在形成在插设在外管15内的内管11外周面与内管15内周面之间的流路流通的工作液体，与在内管11内流动的工作液体进行热交换。在上述实施方式，在各流路上流动的不同工作液体向相反方向各自流动，即不同工作液体对向流动。但在其它实施方式使不同工作液体在不同流路同向流动亦可。因对向流动的工作液体的热交换效率最高，故应尽量使对向流动。

如上所述，上述内管11及外管15是断面为波纹螺纹形的波纹成形管，故可以提高热交换效率。又，该内管11及外管15的各内周底面中至少一部分为平面直线部，且该内管11及外管15有一定的倾斜角度，故可以防止各种流体残留在内管11及外管15内。

在进行热交换的过程，因外管15的温度与内管11的温度不同，二者之间会产生相对伸缩。即使管板13被完全固定在图未示的基座上时，因管板16侧的组件可移动地固定在对应组件上，故伸缩时外管15可向设有盖体10的管板16侧伸缩。且，内管11没有直接固定在外管15上，故外管15的伸长量大于内管11的伸长量时，内管11会向靠近与盖板17相对的盖体10的内壁10a的方向移动，移动量为两个管伸长量之差。因盖板17与盖体10的内壁10a之间留有可容纳最大相对伸缩量的空间，故内管11不会与盖体10的内壁10a接触。即，形成在盖体10内的内部空间足以容纳任何相对伸缩量。

如上所述，盖体10内的内部空间可容纳内管11与外管15的相对伸缩量，故连接内管11与U形管时，不需要设置高价的伸缩式连接方法，故可以降低成本。

对内管11与外管15进行检查或清洗时，先卸下密封紧固管板16与盖板17的紧固件19，之后从管板16卸下盖板17，之后可以从管板16一同卸下设在盖板17上的盖体10及该盖板17。卸下外管15后，可以用肉眼检查外管15的内部，还容易清洗外管15的内部。

从内管11拆卸用于连接内管11的上段U形管20a与下段U形管20b后，卸下紧固另一管板13与盖板12的紧固件19并从管板13卸下盖板12，进而可以从外管15卸下固定在盖板12上的内管11。卸下内管11后，可较易对内管11进行检查及清洗。

在设有盖板12侧，从内管11上卸下用防污连接方法导通连接上段内管11与下段内管11的上下U形管24后，可在盖板12侧用肉眼检查内管11内全貌。

下面对使用热交换器对饮料等进行加热、冷却杀菌处理的过程。图6～图8表示用热交换器对饮料等进行加热、冷却杀菌处理的过程的概略图。其中，图6是表示用本发明第一实施方式的热交换器进行加热、冷却杀菌处理的过程一例的流程图。图7是表示用本发明第一实施方式的热交换器进行加热、冷却杀菌处理的过程另一例的流程图。图8是表示用现有的热交换器进行加热、冷却杀菌处理的过程的流程图。

图8所示的现有技术是在多管式热交换器使用的热回收装置，并非进行各工作液体之间的热交换的装置。在该装置400，将以20摄氏度左右的温度储存液体的储存罐401内的工作液体送入一次加热器402内。

在一次加热器402，将加热至95摄氏度左右的工作液体送入二次加热器403内。一次加热器402与后叙的一次冷却器405之间有热媒、冷媒循环流动，一次冷却器405成一次加热器402的热源。一次冷却器405将加热至103摄氏度左右的热媒、冷媒送入一次加热器402内，在该一次加热器402进行工作液体的热交换。经过上述步骤，该工作加热至95摄氏度左右，到达58摄氏度左右的热媒、冷媒会回至一次冷却器405。在回至一次冷却器405前，该热媒、冷媒经冲入的蒸汽加热至77摄氏度左右。

从一次加热器402送至二次加热器403的工作液体与140摄氏度左右的热媒、冷媒进行热交换，借此该工作液体加热至135摄氏度左右并达到杀菌效果。此时二次加热器403的热媒、冷媒温度会降至117摄氏度左右，但该热媒、冷媒进入二次加热器403时因加入蒸气会加热至140摄氏度左右。

在二次加热器403加热的工作液体中，一部分被送至DIV冷却器404，剩余部分加热成高温持有部分(holding)被送至一次冷却器405。送至DIV冷却器404的工作液体与冷却水进行热交换后冷却至37摄氏度左右，之后被送回至储存罐401内。

被送至一次冷却器405的工作液体被冷却至87摄氏度左右后，经热填充或加入防腐剂(ASEPTIC)后即成为成品。热填充时，填充装置406将87摄氏度左右的工作液体直接添入。加入防腐剂时，在二次冷却器407将工作液体冷却至30摄氏度左右后，用填充装置408加入。

上述现有装置400含有作为最终冷却器的二次冷却器407及DIV冷却器404，其还需要5种加热、冷却器(热交换器)，故该装置的成本会很高，控制也会变得困难。

图6所示的用于进行加热、冷却杀菌的装置200采用本发明第一实施方式记载的二重管式热交换器1。图6所示的装置200由第一实施方式记载的二重管式热交换器1与最终加热器202共计2种热交换器组成。该装置200工作时，首先将储存在储存罐201内的工作液体送至二重管式热交换器1，即将工作液体从图1中的入口端11a导入内管11内。流入内管11内的工作液体如同在图1中的说明，在二重管式热交换器1进行热交换后从出口端11b流出。此时该工作液体经热交换被加热后温度提高。此时进行热交换的媒体为，如上所述是在外管15内流动的工作液体。

流出该二重管式热交换器1的工作液体，被送至最终加热器202并经热交换再次被加热。工作液体经最终加热器202的加热达到杀菌效果。被加热的工作液体，作为温度持有者(holding)再次被送入二重管式热交换器1内。该工作液体如上所述，从外管15的导入口31导入，从排出口32排出。

如上所述，在外管15内流动的工作液体经与在内管11内流动的工作液体进行热交换后温度下降，并储存在无菌储存罐203内。储存在无菌储存罐203内的工作液体的一部分，被送至储存罐201内，剩余部分经填充装置204填充后成成品。

因最终加热器202加热的工作液体与从储存罐201流出的原工作液体之间可进行热交换，故所需的热量仅为，在最终加热器202将工作液体加热至达到杀菌目的温度的热量。且，用2种热交换器即可组成对饮料等进行加热、冷却杀菌的装置，故可以降低设备成本、实现低能耗、获得比现有装置更容易的控制方法。

图7所示的用于进行加热、冷却杀菌的装置300比图6所示的装置200多设在最终加热器202下流的Diver-Ton冷却器301。因该Diver-Ton冷却器301的存在，被最终加热器202加热的工作液体流回至储存罐201时，不需要进行保持经加热的高温状态的工程，且可迅速冷却液体使其可迅速回到储存罐201。图7所示的实施方式的装置300仅需要3种热交换器，故如图6所示的装置200可降低设备成本、降低能耗、获得比现有装置更容易的控制方法。

下面对本发明的第二实施方式进行说明。对与第一实施方式相同的组成组件使用相同的附图符号，且省略对该等组件的说明。

图9是表示本发明第二实施方式的二重管式热交换器的正面结构的说明图。图10是图9的二重管式热交换器的沿A-A’线的断面图。在上述各断面图没有表示各断面的斜线。第一实施方式与第二实施方式的不同点仅在盖体10及10A上，故对图1中的有些组件没有标示其符号，例如紧固件19、密封垫18、供给管41、排出管42等。

在第一实施方式记载的二重管式热交换器1，用内部空间容纳从盖板17侧开始突出的内管11的盖体具有，用于容纳上段内管11与下段内管11的两个盖体10。在第二实施方式记载的二重管式热交换器1，用一个盖体10A容纳从盖板17侧开始突出的上段内管11及下段内管11，在该技术点上与第一实施方式不同。

该盖体10A的内部设有因4个切断板21a、21b、21c、21d形成的相互分离的多个空间111a、110b、110c、110d、110e。空间111a及110c之间形成有因切断板21a及21b形成的空间110b。该空间是将通过形成在上段外管15与内管11之间的流路流入的工作液体向前流动的流路空间110b。同理，空间111c及110e之间形成有因切断板21c及21d形成的空间110d。该空间是将通过形成在下段外管15与内管11之间的流路流入的工作液体向前流动的流路空间110d。

切断板21a与21b之间的间隔与切断板21c与21d之间的间隔均与外管15内径相同。将盖体10安装在盖板17上时，切断板21a、21b、21c及21d会与盖板17紧密接触，因此盖体10的内侧形成从盖体10的周边外部环境分离的内部空间。进而流路空间110b与流路空间110d成为如同上述实施方式记载的U形流路，即，使从外管15与内管11之间的流路流入的工作液体继续向前流动的U形连接流路。因上述结构，流路空间110b与流路空间110d内不会残留液体，工作液体会顺利流动。另，空间111a、空间110b及空间110e是各自完全独立密封的空间。

第二实施方式记载的二重管式热交换器1A可作为代替参考图6～图8进行说明的第一实施方式记载的二重管式热交换器1使用。

在上面的对第二实施方式的二重管式热交换器1A及第一实施方式的二重管式热交换器1说明部分，仅说明外管15内插设有一根内管11的实施例，在其它实施方式可向外管15内插设多根内管11。上述二重管式热交换器1或1A设有多根内管11时，可将多根内管11捆绑为一体并用U形管20a、20b、24U形管导通连接。

图11是表示在第一实施方式及第二实施方式的二重管式热交换器1及1A的设有盖板12及管板13侧的端部的变形例的图。

在此变形例的目的在于，提高密封垫18及外周密封垫23的互换性。上下U形管24可藉由连接部60可装拆地连接上段及下段内管11。例如，在上下U形管24的外周与上段及下段内管11的外周设置法兰盘61、62，并用紧固件63固定该法兰盘61、62。

内管11的端部上设有法兰盘52。将盖板12固定在管板13上时，该法兰盘52会压住密封垫18。安装环状密封垫18时，卸下紧固件19，解除盖板12与管板13的固定，将盖板12向远离管板13的方向稍微移动，之后向拔出方向稍微拔出内管11，使内管11的法兰盘52与管板13之间形成一定间隙。在此状态下，从上下U形管24向盖板12送入环状密封垫18，该环状密封垫18经过连接部60后，经盖板12与内管11的法兰盘52之间的间隙被送至管板13的指定的位置。

此时，安装或拆卸外周密封垫23及密封垫18时，没必要扩大外周密封垫23及密封垫18的直径大小，使其通过盖板12的外周，因此可以方便安装或拆卸，且可以防止扩大外周密封垫23及密封垫18的直径大小时，其遭到破坏。

Claims (10)

1.一种具有多个外管与插设在该各外管内的内管，且进行在该内管内流动的流体与在该外管内壁及该内管外壁之间的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器，其特征在于：固定装置固定该各个外管的两端，该固定装置的一端固定从该多个外管的同侧的一端延伸出的内管的一端；除端部设有导入流体的入口端与排出流体的排出端的内管端部，将其它内管端部用U形管连接使该多个内管成相连的一体；该固定装置的另一方紧密接触盖体，用以在该固定装置的该另一方与该盖体之间形成用于密封容纳该U形管的内部空间；设在该内部空间的该U形管可安装拆卸的紧密接触在该内管的端部；该内部空间可以容纳因热交换中的温度差引起的外管与内管之间的相对伸缩量。

2.一种具有多个外管与插设在该各外管内的内管，且进行在该内管内流动的流体与在该外管内壁及该内管外壁之间的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器，其特征在于：

该二重管式热交换器具有，固定该各个外管两端的固定装置、与紧密接触在该固定装置的一方并与该固定装置形成密封的内部空间的盖体；除端部设有导入流体的入口端与排出流体的排出端的内管端部，将其它内管端部用U形管连接使多个内管成相连的一体，从该多个外管的同侧的一端延伸出的内管的一端被固定在该固定装置的一端；形成在该盖体与该固定装置之间的内部空间用于容纳在该多个外管一端外侧被U形管连接的内管，并连通形成在该内管与在该外管内壁之间的流路，该内部空间可以容纳因热交换中的温度差引起的外管与内管之间的相对伸缩量；该内部空间内的该U形管可安装拆卸的接触在该内管的端部。

3.如权利要求1或2所述的二重管式热交换器，其特征在于：形成在该盖体与该固定装置之间的内部空间内装设有该U形管，该内部空间内设有使在该内管与在该外管之间的流路的流体流动且由多个切断板形成的流路空间。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的二重管式热交换器，其特征在于：该内管与该外管是按照波纹螺纹状形成的波纹成形管。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的二重管式热交换器，其特征在于：在该内管与该外管中，各管内部底部的至少一部分设计成沿管子方向形成的直线平面部。

6.一种二重管式热交换器，其特征在于：该二重管式热交换器的固定装置具有固定外管端部的管板、与该内管的端部穿过且可拆卸地紧密接触在该管板上的盖板；紧密接触在一起的该管板与该盖板之间设有安装在靠近外周周围的外周密封垫与安装在比外周密封垫更靠近中心位置且包围该外管与该内管的内侧密封垫；该外周密封垫与该内侧密封垫之间形成有间隙；该间隙上设有给该间隙提供无菌空气或蒸汽的供给管与用于排出该间隙内的无菌空气或蒸汽的排出管。

7.一种具有多个外管与插设在各外管内的内管，且进行在该内管内流动的流体与在该外管内壁及该内管外壁之间的流路流动的流体之间的热交换的二重管式热交换器，包括：上段及下段各设有两个外管；插设在该各外管内的该内管；分别固定该外管两端的管板；该内管的端部穿过且可拆卸地紧密接触在该管板上的盖板；紧密接触在该盖板一侧且在与该盖板之间形成内部空间的上段及下段盖体；位于装设有该上段及下段盖体的该盖板与另一盖板之间，且在装设有该另一盖板的管板附近连通上段一根外管和下段一根外管的上下连通管；可拆卸的连接在向形成在该上段盖体与盖板之间的该内部空间延伸的该上段内管上且用于连通上段各内管的上段U形管；可拆卸的连接在向形成在该下段盖体与盖板之间的该内部空间延伸的下段内管上且用于连通下段各内管的下段U形管；在穿过设有该上段及下段盖体的该盖板不同的该另一盖板的四根内管中，连通连接上段一根内管与下段一根内管的上下U形管，其特征在于：该等内管藉由该上段U形管、该下段U形管及该上下U形管被连为一根管；该上段盖体的内部空间设有，用于容纳用该上段U形管连接的内管且使在该内管与该外管之间的流路内的流体流动的流路空间；该下段盖体的内部空间设有，用于容纳用该下段U形管连接的内管且使在该内管与该外管之间的流路内的流体流动的流路空间；在穿过设有该上段及下段盖体的盖板不同的另一盖板的四根内管中，将没有被该上下U形管连接的上段内管的端部作为用于导入流体的入口端或用于排出流体的出口端，将没有被该上下U形管连接的下段内管的端部作为用于排出流体的出口端或作为用于导入流体的入口端；在没有被该上下连通管连通的下段外管上设置给该外管导入流体的导入口或从该外管排出流体的排出口，在没有被该上下连通管连通的上段外管上设置给从该外管排出流体的排出口或该外管导入流体的导入口；该流路空间可以容纳因热交换中的温度差引起的外管与内管之间的相对伸缩量。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的二重管式热交换器，其特征在于：该外管及该内管分别设在上下2段；该内管具有从设在上段的流体用入口端或出口端向设在下段的出口端或入口端连续向下倾斜的倾斜度；形成在该内管与该外管之间的流路，具有从设在上段的流体用排出口或导入口向设在下段的导入口或排出口连续向下倾斜的倾斜度；内管及外管内的流体可自然流出。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的二重管式热交换器，其特征在于：该内管上设置用于回收流体的回收装置。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的二重管式热交换器，其特征在于：该外管内插设有多根由U形管连为一体的多根内管。

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