CN104428620A - 一种改进的管式热交换器 - Google Patents

Abstract

一种用于热交换器的管，其具有螺旋波纹，其中该螺旋波纹具有螺距和宽度，并且所述宽度是所述螺距的至少20％，从而实现改善的热传递。

Description

一种改进的管式热交换器

技术领域

本发明涉及一种多管管式热交换器和一种用于改变流过这样的热交换器的液体产品温度的方法。更具体地说，本发明涉及这样的多管管式热交换器的内管。

背景技术

热交换器众所周知是用于加热被输送通过热交换器的液体产品流。例如，这样的热交换器被广泛地用于液体食品加工，即：乳制品，其中，液体食品产品的热处理对于提供产品的巴氏灭菌和/或消毒是至关重要的。

通常热交换器的主要原理是将热量传递到产品中，据此热交换器的尺寸和结构取决于各种参数，如流率，液体的物理性质，所需的压力降，温度范围等。在食品加工系统中使用的热交换器的典型例子包括板式热交换器、管式热交换器和刮板式热交换器。

热交换器类型的选择通常取决于待加热的液体产品的类型。板式热交换器通常被选择用于具有非常低的粘度的液体产品，而刮板式热交换器被用于包含大尺寸颗粒的高粘度液体。管式热交换器已被发现适用于包含小尺寸颗粒(如纤维等)的中等粘度液体。

管式热交换器的一种特定类型是多管管式热交换器，在其中的液体产品被输送通过成组的平行的内管，而传热介质在内管之间流动，从而包围内管。

为了改进多管管式热交换器的热传导，已知的是给内管配置波纹用于增加内管内的液体产品流的紊流。这种波纹的示例见于EP0052522和EP2149770中。

虽然这些文件建议内管特定变形以增加传热，但为了提供有效的多管管式热交换器，需要考虑许多因素。首先，内管应提供液体产品流的紊流。进一步地，如果内管也有助于在其外部的传热介质的紊流，则这将是一个优势。但是，如果热交换器在再生模式下使用，则内管的波纹应同时防止液体产品的颗粒或传热介质被捕获。最后，该内管也应配置为促进和改善热交换器的清洁。

鉴于所有这些要求，对于一种改进的多管管式热交换器，特别是这样的热交换器的一种改进的内管是长期需要的。

发明内容

相应地，本发明优选寻求减轻、缓和或消除本领域中的上述缺陷或缺点(单独的或组合式的)中的一个或多个，并通过提供根据后附权利要求所述的系统来解决至少上述提到的问题。

本发明的一个想法是在内管上提供螺旋波纹。

另一个想法是增加螺旋波纹图案的宽度，使得宽度-螺距比增加。

根据本发明的第一方面，提供了用于热交换器的管，所述管具有螺旋波纹，其中所述螺旋波纹具有螺距和宽度，并且所述宽度是所述螺距的至少20％。

更具体地，所述宽度可以是所述螺距的30％到80％。甚至更具体地，所述宽度可以是所述螺距的30％到70％。

所述管的外径可在1至4厘米之间。更具体地，所述外径可在1至2厘米之间。

所述波纹的螺距可在1至4厘米之间。更具体地，所述波纹的螺距可在2至3厘米之间。

所述波纹的深度可以在0.5至2毫米之间。

根据一个实施方式，所述波纹从所述管的侧视图或纵向剖视图来看是对称的。

根据另一个实施方式，所述波纹从所述管的侧视图或纵向剖视图来看是非对称的。

根据第二方面，提供了管组，其具有如第一方面所述的多个管。所述管组可被包括在外部管中。

管的数量可在1到40之间。

根据第三方面，提供了用于热处理液体食物产品的热交换器，其包括根据第二方面所述的管组。

在所述热交换器中，第一管组通过连接管被连接到第二管组，使得所述第一管组与所述第二管组平行布置。

根据第四方面，提供了用于降低产品中微生物数量的处理系统，所述处理系统包括产品进口和产品出口，以及根据第三方面所述的热交换器，其被布置在所述进口的下游和所述出口的上游。

所述处理系统可以是再生的，从而输出产品充当输入产品的传热介质

所述产品可以是牛奶。

附图说明

本发明的这些和其他方面、特征以及优点能够参考附图，从本发明的实施方式的以下描述中变得显而易见并得以阐明，其中：

图1是根据一个实施方式的包括一个多管管式热交换器的乳品系统的工艺方案；

图2是根据一个实施方式的包括一个多管管式热交换器的乳品系统的工艺方案；

图3是根据一个实施方式的多管管式热交换器的等距视图；

图4是图3中所示的多管管式热交换器的一部分的等距视图；

图5是该多管热交换器的一个内管的一个实施方式的侧视图，以及

图6是一个内管的另一个实施方式的侧视图。

具体实施方式

从图1开始，其示出了乳品系统10的一个实施例。所述乳品系统10被配置为执行牛奶的各种处理，通过超高温曝露提供保久奶。所述乳品系统10包括产物入口12和布置在产品入口12的下游的产品出口14。为了这个特定目的，所述乳品系统10还包括多个设置在入口12和出口14之间的设备，牛奶流过其中。牛奶从入口12进入乳品系统10中，被供给到平衡罐16，从平衡罐16通过供料泵18流入第一预热器20。所述第一预热器20是被配置为将牛奶的温度从约4℃升高至约80℃的多管管式热交换器。其后牛奶被进给到蒸汽注入头22，其用于快速将牛奶的温度升高至140-150℃。所述牛奶在升高的温度保持一段时间后，在进入真空容器24时被迅速地冷却下来。然后所述牛奶在进入多管管式热交换器30形式的冷却器30(牛奶在其中的温度被降低至约25℃)中之前，所述牛奶通过离心泵26和无菌均化器38。所述出口14能够将牛奶转移到字母“A”表示的储存罐或字母“B”表示的液体产品充填机。

从这儿开始关于多管管式热交换器，例如热交换器20，30以参考数字100表示。

管式热交换器100也可以被用于通过使用例如冷水而非热水作为传热介质来冷却产品，如用图1中的多管管式交换器30的情况。

在工厂，产品应在工艺的一个阶段加热，例如为了减少微生物的数量；并且在另一个阶段冷却，例如为了冷却该产品，然后所述产品被储藏以及之后被放入包装袋；管式热交换器可以用作所谓的再生系统，即该产品本身被用作传热介质。一种再生系统可被用于乳制品中，其中进料牛奶被加热的同时输出牛奶被冷却。再生系统的一个优点是设备的能量消耗可以显著降低。根据一个实施方式的再生系统10'在图2中公开，所述再生系统10'包括图1中公开的设备以及再生形式的热交换器100。

此外，不同的产品需要以不同的方式处理，例如，根据纤维或其它食物组分而定，以及不同的制造商想以不同的方式处理产品。为了能够提供适合于制造商的具体需求和愿望的管式热交换器100，使用模块化设计。例如，为了产生适于每个客户的具体需求的许多种不同的模型，只使用少许框架。更具体地说，即使使用具有不同直径的管组，也可以使用相同的框架，这自然可以实现更经济的生产以及可以提供更广泛的替代方案。

图3示出了多管管式热交换器100的一个实施方式，更具体为Tetra Spiraflo^TM，适合热处理牛奶、果汁、花蜜以及其他液体食物。总之，食物产品，或者任何其他待处理的产品，在管组中捆绑在一起的管子中流动。这些管被热传递介质(如热水)包围，加热产品。通常的做法是通过使用连接管将这些管组互相连接，以在保持管式热交换器100紧凑的同时形成长管。

如图4所示，第一管组102，在此特定实例中包括7个捆绑在一起的内管200，被设置在外部管状管103内。所述第一管组102可通过连接管106被连接到同样包括7个捆绑在一起的内管的第二管组104。为了检查所述第一管组102的内管200的内部，所述连接管106可被释放，从而可以看所述内管200的里面。此外，为了检查所述管的外部，管组102，104可从保持所述管组102，104的壳体拉出。

所述管组102，104可包括不同数量的管，比如在1和40之间，比如7至16，具体取决于，例如，热交换器的容量。当然，外管103的尺寸与管组102，104中的管的数量相适应。

现在转到图5，示出了一个内管200的侧视图。所述内管200优选地布置于邻近另一相同结构的内管200以形成所述管组102，104。

内管200具有外径D 1。沿着内管200的纵向延伸L，所述内管200设有螺旋波纹。所述螺旋波纹相对于内管200的横向平面具有角度ɑ。螺旋波纹具有宽度W1。沿内管200的侧视图，由于宽度W1和角度ɑ，所述螺旋波纹由分离距离S1隔开。因而，从内管200的侧视图或纵向剖视图来看，分离距离S1等于波纹的螺距P1减去波纹的宽度W1。波纹具有深度H1，从内管200的侧视图或纵向剖视图来看，深度H1是从直径D1的外周至波纹底部的距离。从立体图来看，该波纹是对称的，这意味着波纹的最深部分位于波纹的边界的中央。

在另一个实施方式中，如图6a和6b所公开的，该波纹是非对称的，从内管200的侧视图或纵向剖视图来看，这意味着相比于所述波纹的一个边界，波纹的最深部分位于较靠近所述波纹的另一个边界。从内管200的侧视图或纵向剖视图来看，宽度W2可被分成两个子宽度W21，W22，分别定义从波纹的最深部分到波纹的两个边界的距离。沿内管200的侧视图，由于宽度W2和角度ɑ，所述螺旋波纹由分离距离S2隔开。因而，从内管200的侧视图或纵向剖视图来看，分离距离S2等于波纹的螺距P2减去波纹的宽度W2。波纹具有深度H2，从内管200的侧视图或纵向剖视图来看，深度H2是从直径D1的外周至波纹底部的距离。根据上述描述，相比于波纹的一个边界，这个深度H2较靠近波纹的另一个边界。当使用非对称的波纹时，令人惊奇地发现，长度L上的压降可随着保持的或甚至更佳的用于食品产品的传热系数而下降，由此热交换可以得到改进。

内管200的外径D1优选在1至4厘米之间，例如1至3厘米，并且优选为1至2厘米以获得考虑中的对食物良好的热交换，以促进管组在壳体中的排列以便以具有低压降的有效方式对食物产品进行热交换。波纹的螺距P1，P2优选在1至4厘米之间，如2和3厘米之间，以用相同的方式以低压降和高的传热系数获得良好的热交换。深度优选为在0.5至2毫米之间。如果深度为1毫米至2毫米，由于倾斜可增加，因而可实现波纹的非对称布置的更大效果。宽度W1，W2应该至少是螺距P1，P2的20％，如至少30％到80％，如30到70％。当宽度W1，W2为螺距P1，P2的至少20％时，令人惊讶地发现，沿内管的压降，与具有宽度小于螺距的20％的波纹的管相比，可以减少多达30％。通过提供波纹作为不对称波纹，根据以上所述，相比在宽度和螺距之间具有相同关系的对称波纹，压降可以额外地被改善。

尽管描述了具体的实施方式，应当理解的是，在不脱离所附的权利要求限定的范围的情况下，可对所述打印系统进行各种修改。

Claims (17)

1.一种用于热交换器的管(200)，所述管(200)具有螺旋波纹，其中

所述螺旋波纹具有螺距(P1，P2)和宽度(W1，W2)，并且所述宽度(W1，W2)是所述螺距的至少20％。

2.如权利要求1所述的管(200)，其中所述宽度(W1，W2)是所述螺距(P1，P2)的30％到80％。

3.如权利要求2所述的管(200)，其中所述宽度(W1，W2)是所述螺距(P1，P2)的30％到70％。

4.如前述任一项权利要求所述的管(200)，其中所述管(200)的外径(D1)在1至4厘米之间。

5.如权利要求4所述的管(200)，其中所述外径在1至2厘米之间。

6.如前述任一项权利要求所述的管(200)，其中所述波纹的螺距(P1，P2)在1至4厘米之间。

7.如权利要求6所述的管(200)，其中所述波纹的螺距(P1，

P2)在2至3厘米之间。

8.如前述任一项权利要求所述的管(200)，其中所述波纹的深度(D1，D2)在0.5至2毫米之间。

9.如前述任一项权利要求所述的管(200)，其中所述波纹从所述管(200)的侧视图或纵向剖视图来看是对称的。

10.如权利要求1至8中的任一项所述的管(200)，其中所述波纹从所述管(200)的侧视图或纵向剖视图来看是非对称的。

11.一种管组，其具有多个如权利要求1至10中的任一项所述的管(200)。

12.根据权利要求11所述的管组，其中所述管(200)的数量在1到40之间。

13.一种用于热处理液体食物产品的热交换器(100)，其包括根据权利要求11或12所述的管组。

14.根据权利要求13所述的热交换器，其中第一管组(102)通过连接管(106)被连接到第二管组(104)，使得所述第一管组(102)与所述第二管组(104)平行布置。

15.一种用于降低产品中微生物数量的处理系统(10，10’)，所述处理系统(10，10’)包括产品进口(12，12’)和产品出口(14，14’)，以及根据权利要求13或14所述的热交换器(100)，其被布置在所述进口(12，12’)的下游和所述出口(14，14’)的上游。

16.根据权利要求15所述的处理系统(10’)，其中所述处理系统(10’)是再生的，从而输出产品充当输入产品的传热介质。

17.根据权利要求15或16所述的处理系统(10，10’)，其中所述产品是牛奶。