CN1420726A - 蒸汽加热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用热量(6)来处理流体制品(4)例如乳制品的装置，所述产品(8)与蒸汽一起输送穿过产品管道，以利用来自蒸汽的热量处理该产品，随后，将经过热量处理的产品输送给膨胀容器(10)，以使该产品冷却。

Description

蒸汽加热器

本发明涉及一种利用热量来处理流体产品例如乳制品的装置，该装置设有至少一个产品管道，在使用中通过该管道输送产品和蒸汽，以便利用来自蒸汽的热量来处理该产品；膨胀容器，用于冷却来自产品管道的产品，该产品管道设有终止在膨胀容器中的流出口，至少一个蒸汽流出口、至少一个产品流入口以及位于蒸汽流入口和产品流入口下游的形成流动阻力的流动限制件。

本发明还涉及一种利用热量来处理流体制品例如乳制品的方法，该产品与蒸汽一起输送穿过至少一个用于利用来自蒸汽的热量处理该产品的产品管道，随后将用热量处理的产品提供给用于冷却该产品的膨胀容器中，其中在所述产品管道中包含有限制件。

从WO 84/02062中可以了解用于对以液体形式的流体产品进行热处理的这种装置和方法。这种热处理的本质在于，在较短的时间内将该产品加热到高温然后迅速冷却。该热处理比经过更长时间将产品加热到稍高一点的温度的热处理更优越。在这方面所述的一个优点在于，细菌的消灭在更高的温度下进行得更有效。因此，可以减小在热处理时对产品的不利影响，同时可以充分消灭有害微生物。

在WO 84/02062的已知装置中，产品管道在限制件的下游继续进入膨胀容器。因此，限制件下游的流体产品的温度将逐渐地而不是突然地降低。在限制件的下游，流体产品由于该产品管道的原因所以仍然温暖。因此，该产品在相对较长的时间里保持温暖，从而在热处理时对产品的上述有害影响没有被最优地减小。

另外，该已知装置的缺点在于，限制件下游的产品管道将变脏，因为该产品在产品管道仍然热的时候在那里结块。这会导致该装置在必须清洗之后只能使用相对短暂的时间(粗略估计为几个小时)，尤其在涉及消耗品时。

本发明的目的在于克服上述缺点，并且其特征在于，流动限制件也形成产品管道的流出口，从而限制件的下游没有任何产品管道的侧壁。由于产品管道没有在限制件的下游延伸，所以离开限制件的产品将在膨胀容器中直接冷却。事实上该限制件是产品管道的终端，并且直接终止在膨胀容器中。这也意味着限制件下游冷却的产品不会在产品管道中堵塞。

通过该装置，产品管道中的产品被迅速加热，并且在产品管道的终端处紧邻着在它终止在膨胀容器中之前，由于该产品只在相对很短的时间内保持在该温度下，所以可以实现相对较高的温度。在流过限制件之后，该产品将在膨胀容器中直接冷却。由于该产品在最大温度下保持非常短的时间的这个事实，所以可以将该温度选择得高于已知装置而不会遭受例如蛋白质变性的不利影响。另一方面，短暂的高温的结果在于，微生物失活将例如比10％的减小率要高得多。

根据本发明的一个可能的实施例，流出口在与容器内壁错开的位置上位于容器中。

但是根据一个可选实施例，流出口也可位于内壁的表面上。

在根据本发明的装置的优选实施例中，产品管道在容器的开口中延伸，并且在该开口中通过热绝缘密封件与容器连接。这样，在组合的限制件和流出口附近的产品管道可以仍然保持适当的热量，同时膨胀容器的壁几乎没有加热。因此，可以防止产品在膨胀腔室的内壁上结块。

优选的是，至少一个蒸汽供应口位于至少一个产品供应口的下游。

另外，特别是，位于至少一个蒸汽供应口和限制件之间的产品管道的体积被设计成是可调节的。这使得产品在流过限制件以进行冷却之前保持热度的时间长度可变。特别是，位于蒸汽供应口和限制件之间的管道长度被设计成是可调节的。

优选的是，该装置的尺寸是这样设定的，即在使用中蒸汽在限制件下游完全冷凝。这样，限制件之前的温度将恒定并且将达到最高水平。

特别是，该装置还设有蒸汽供应装置，用来将压力蒸汽提供给至少一个蒸汽供应口。另外，该装置可以设有传感器，用来感测在位于至少一个蒸汽供应口和至少一个产品供应口的下游的一部分产品管道中的温度。特别是，该蒸汽供应装置设置用来根据所感测到的温度来调节提供给产品管道的蒸汽量。

另外，优选的是，所述限制件的长度大约等于限制件的直径。

当限制件的直径为0.5-5[mm]并且优选大约为2[mm]时，显然在该限制件中将不会流出任何蒸汽，从而不会形成任何气泡。因此，可以防止流速由于已经达到了临界最高速度而受到限制。相反，在已知装置中，该流速由蒸汽在限制件中流出的条件所限制，该条件在WO84/02062中被指示为临界状态。

此外，特别是，在用于液体产品中时，通过该限制件，在膨胀容器中形成产品的液滴。因此，在该膨胀腔室中，出现产品表面的扩大，从而产品可迅速冷却。

本发明的一个优选实施例的特征还在于，产品管道的直径大约为12[mm]，其中设有孔的部件在大约100[mm]的长度上延伸，并且其中设有最少2个(例如30个)孔，每个孔的直径大约为1[mm]。特别是，该装置的特征在于，膨胀容器的直径大约为500[mm]，并且高度至少为500[mm]。

在WO 98/07328中披露了一种能够提供这种热处理的方法。该方法是一种直接热处理方法，这意味着使所要加热的产品与蒸汽直接接触，之后蒸汽凝结在产品中。在所述方法中，该产品在混合室中与蒸汽混合，因此形成产品、蒸汽和冷凝物的混合物。这里，提供过量的蒸汽。随后，将该混合物输送穿过产品管道。这里，产品在产品管道中的停留时间由所提供的蒸汽量决定。产品通过产品管道、形成流动限制件的可控阀以及随后的管道流向膨胀容器。在相当长的时间内产品保持在最大温度T⁽¹⁾ _max。已经到达膨胀容器的产品膨胀并由此冷却。通过膨胀容器中的排放口可以获得经处理的产品。蒸汽通过单独的排放口离开膨胀容器。

在WO 98/07238所披露的方法中，在混合室中已经将产品加热到更高的温度。随后，将该混合物输送通过产品管道。这意味着，在混合室中的一部分停留之间期间，并且在穿过产品管道输送到膨胀容器的整个期间内，该产品实际上处于最高加热温度。这一点导致了该方法的第一个缺点，即由于该相对较长的时间段，对产品在没有受到不利影响例如蛋白质变性的情况下所能加热到的最高温度产生限制。上述方法的第二个缺点在于，在混合室的停留时间对于所有产品部分不是相等的，这对于产品的最终质量是不利的。

根据本发明的方法的特征在于，在限制件的帮助下，在膨胀容器中的限制件的下游，由膨胀容器中的产品形成液滴。因此，在膨胀容器中，出现产品表面的扩大，从而使产品迅速冷却。

下面将在附图的基础上对本发明作进一步说明。在这些附图中：

图1显示出利用热量来处理产品的已知装置的示意图；

图2显示出在图1的装置中进行热处理的产品的可能的温度曲线；

图3a显示出根据本发明利用热量来处理产品的装置的第一实施例的示意图；

图3b显示出根据本发明利用热量来处理产品的装置的第二实施例的示意图；

图4显示出在图3a和3b中进行热处理的产品的可能的温度曲线图。

在图1中显示出一种利用热量来处理流体产品例如乳制品的已知装置1。将产品4输送穿过具有蒸汽6的产品管道8，以利用来自蒸汽的热量来处理该产品。随后将热处理过的产品输送给膨胀容器10，以冷却该产品。该装置还设有混合室12，在该混合室中蒸汽6与产品混合。在产品管道中还设有阀门14，利用该阀门可以将产品管道中阀门14下游的压力保持在一定水平上。产品管道8在阀门14的下游延续到位于膨胀容器10中的流出口16。膨胀容器10还设有用来从膨胀容器10中排出冷却产品的产品排出口18以及用来从膨胀容器10中排出蒸汽的蒸汽排出口20。

图3a显示出根据本发明的装置的第一实施例，在图1和图3a中，相对应的部件用相同的参考标号来表示。产品管道8的侧壁22设有多个蒸汽供应口24。在例如[4-15]巴的压力下将产品4提供给产品管道8。在其中设有蒸汽供应口24的产品管道8的一部分周围设有蒸汽室26，从而在蒸汽供应装置28的辅助下，蒸汽在一定的压力下提供给蒸汽室的蒸汽，随后通过蒸汽供应口24喷射进产品管道8。

通过在图3a中根据本发明的装置可以使产品在产品管道8中的流动时间T⁽¹⁾ _B小于1000[ms]，尤其小于100[ms]。在这个时间内，该产品从[1-110][℃]的温度T_in被加热到[80-200][℃]的温度T_max。在图4中给出了一种相关的、可能的温度曲线。沿着水平轴包含线性时间标度，而沿着垂直轴包含线性温度标度。在图4中，T⁽³⁾ _B是产品处在产品管道中的平均时间，并且T⁽³⁾ _D是在膨胀容器10中冷却该产品的平均时间。

图2给出了根据图1的现有技术的装置加热产品的可能的温度曲线。图2的轴具有与在图4中的相应轴相同的标度。在图2中，t⁽¹⁾ _A为产品处于混合室12中的平均时间，而t⁽¹⁾ _B为产品位于产品管道中的混合室12下游的平均时间，t⁽¹⁾ _C为产品在产品管道中位于阀门14下游并且位于流出口上游的平均时间，t⁽¹⁾ _D为产品在膨胀容器10中冷却的平均时间。图2和4的比较显示出由图3a中的装置所处理的产品与由图1的装置所处理的产品相比可以在更短的时间内达到更高的温度(t⁽³⁾ _B＜[t⁽¹⁾ _A+t⁽¹⁾ _B]，[T⁽³⁾ _Max-T⁽³⁾ _In]＞[T⁽¹⁾ _Max-T⁽¹⁾ _In]，并且T⁽³⁾ _Max＞T⁽¹⁾ _Max)。当然，必要时T⁽³⁾ _Max可以小于或等于T⁽¹⁾ _Max。但是，停留时间t⁽³⁾ _B可以比在已知装置中更短。这是由于以下事实所导致的，即在根据本发明的装置中，蒸汽通过蒸汽供应口直接喷进产品管道。蒸汽的温度为[150-230][℃]，并且相应压力为[5-28][巴]。因此，可以用图3的本发明装置来非常迅速地加热该产品，以实现较短的停留时间，并且在该停留时间中实现更有限的扩散。由于产品在最大温度T⁽³⁾ _Max下的时间非常短这个事实，所以该温度T⁽³⁾ _Max可以选得比T⁽¹⁾ _Max更高，而且该产品不会受到不利的后果例如蛋白质变性。但是另一方面，短暂的高温T⁽³⁾ _Max确实具有这样的结果，即微生物失活比10％的减少率要高得多。另外，可以使比10％的减少率要多得多的耐热孢子失活。因此可以实现高的产品质量。

该装置还进一步通过设置流动限制件30来优化。该流动限制件30位于与产品管道的流出口16相同的位置处，从而在限制件的下游不存在任何产品管道的侧壁。该产品管道在长度V上向下游逐渐变窄直到限制件30。但是这并不是必需的，也可以采用陡峭的过渡形式。由于该产品管道没有在限制件的下游延伸，所以离开限制件的产品将直接在膨胀腔室中冷却。实际上，限制件是产品管道的终端，并且直接终止在膨胀容器中。这也意味着，在限制件下游，冷却的产品不会在产品管道中结块。这里，参见图3a，限制件还形成有位于在膨胀容器10中的产品管道的终端处的喷嘴。通过将流动限制件设置在膨胀容器中的产品管道的端部处，从而可以实现产品在实现最大温度T⁽³⁾ _Max之后，非常迅速地通过流动限制件在直接冷却该产品的膨胀容器中结束。该结果在于，产品在较短的加热时间T⁽³⁾ _B之后，在膨胀容器10膨胀并经过非常短的冷却时间t⁽³⁾ _D。该冷却时间比根据图1的装置的冷却时间t⁽¹⁾ _C+t⁽¹⁾ _D要短得多。

膨胀容器中的压力例如为[0.02-0.9][巴]。在该产品已经冷却到[20-90][℃]之后，该产品可以通过排出口18来收集。蒸汽通过开口20离开膨胀容器。

根据图3a的装置，流出口在与膨胀容器10的内壁交错的位置上位于膨胀容器10中。该产品管道8在容器的开口34中延伸，并且在该开口34中通过热绝缘密封件36(例如Teflon环)连接在膨胀容器10上。因此，在组合的限制件和流出口附近，产品管道可以保持适当的热度，同时膨胀容器的壁几乎没有被加热。因此，防止了产品可能在膨胀容器中的产品管道的外侧(该外侧现在由密封件36密封)上以及在膨胀容器的壁上结块。

在该实施例中，位于蒸汽供应口24和限制件30之间的产品管道8的体积是可以调节的。这里，例如，位于蒸汽供应口24和限制件30之间的产品管道8的长度L是可以调节的。通过增加或减小长度L(B和C之间的部分；参见图3)，从而可以相应增加和减小产品的热保持时间(该产品具有最大温度T⁽³⁾ _Max的时间)。

该装置的各参数这样设定，以使得在使用中蒸汽在限制件上游完全凝结。此时产品温度是恒定，并且已经达到了最大。然后，该蒸汽凝结。例如，该参数设定可以包括调节产品速率、蒸汽流速、限制件的直径和/或尺寸和/或产品管道的直径。

该装置例如还设有用于感测在位于蒸汽供应口24的下游的一部分产品管道和至少一个产品供应口40中的温度的传感器38。通过电线42，该传感器与蒸汽供应装置28相连。该蒸汽供应装置例如设置用来根据所感测出的温度来调节提供给产品管道的蒸汽量。这样，可以精确感测并且调节相应的最大温度T⁽³⁾ _Max。因此，例如可以将该最大温度调节到预定的数值上。

优选的是，该限制件的直径为d为[0.5-5][mm]。具体地说，该限制件的长度为k，它大约与该限制件的直径相等。当限制件长度小于[3mm]例如长度大约为[2mm]时似乎非常有利。在该限定的长度中，在限制件中似乎没有任何蒸汽流出，从而可以防止由于所实现的最大临界速度而限制流速的气泡的形成。

在该实施例中，产品管道的直径大约为10[mm]。在该实施例中，其中设有蒸汽供应口的部分(从A至B；参见图3a)延伸的长度大约为120[mm]。例如，这些蒸汽供应口中的每一个的直径大约为1[mm]。例如，该产品管道设有大约30个蒸汽供应口24。例如，该膨胀容器的最大直径D至少为500[mm]，并且高度H至少为500[mm]。特别是，该膨胀容器具有大约180升的容量。

当用于液体产品4时，该限制件还能够通过它在膨胀容器中形成产品的液滴。限制件30/流出口16因此同时形成喷嘴。通过液滴的形成，从而离开限制件的产品表面扩大，从而该产品将在膨胀容器中更迅速地冷却。

通过图3a中的装置，例如可以获得[100-50,000][l/h]的产品流速，这要求例如[10-2,000,000][l/h]的蒸汽流速以及[10-20,000][l/h]的冷凝物流速。

在如图3b所示的根据本发明的第二实施例中(图3a和图3b相应的部件具有相同的参考标号)，流出口16位于膨胀容器10的内壁32表面上。这减少了产品在产品管道的壁上以及在膨胀容器的壁上的凝结。

要注意的是，本发明无论如何都不限于上述实施例。除了液体产品之外，该流体产品还可以包括颗粒的最大尺寸大约为限制件直径的大约10％的悬浮液/分散体。

为了提高该装置的处理能力，可以并联多个产品管道，每个产品管道终止在膨胀容器中。还有，可以提高每个产品管道的容量。在该实施例中，蒸汽供应口中的每一个位于至少一个产品供应口40的下游。但是，例如还有可能的是，通过一个T形件将蒸汽和产品提供给产品管道。

可以理解，这些变型均将落入本发明的范围内。

Claims (24)

1.一种利用热量来处理流体产品例如乳制品的装置，该装置设有至少一个在使用中用来输送产品和蒸汽以利用来自蒸汽的热量来处理产品的产品管道；以及用来冷却来自产品管道的产品的膨胀容器，该产品管道设有终止在膨胀容器中的流出口、至少一个产品流入口以及位于蒸汽流入口和产品流入口下游以形成流动阻力的流动限制件，其特征在于，所述流动限制件还形成产品管道的流出口，从而在限制件的下游不存在任何产品管道的侧壁，并且该限制件直接终止在膨胀容器中。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流出口在相对于容器的内壁相交错的位置上位于膨胀容器中。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流出口位于所述内壁的表面中。

4.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述产品管道在容器的一开口中延伸，并且在该开口中通过热绝缘密封件与容器连接。

5.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个蒸汽供应口位于所述至少一个产品供应口的下游。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，位于所述至少一个蒸汽供应口和限制件之间的产品管道的体积被设计为是可调节的。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，位于所述蒸汽供应口和所述限制件之间的产品管道的长度被设计成是可调节的。

8.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，该装置的尺寸如此设定，从而在使用中蒸汽在限制件上游完全凝结。

9.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述产品管道的侧壁设有至少一个蒸汽供应口。

10.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还设有用来将压力蒸汽提供给至少一个蒸汽供应口的蒸汽供应装置。

11.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还设有传感器，用来感测在至少一个蒸汽供应口和至少一个产品供应口的下游的一部分产品管道中的温度。

12.如权利要求10和11中所述的装置，其特征在于，所述蒸汽供应装置设置用来根据所感测出的温度来调节提供给产品管道的蒸汽量。

13.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述限制件其直径为[0.5-5][mm]。

14.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述限制件的长度大约等于所述限制件的直径。

15.如前面任一权利要求所述的装置，所述限制件的长度小于3[mm]，例如长度约为2[mm]。

16.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述产品管道设有多个设在产品管道的侧壁中的蒸汽供应口。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述产品管道的直径大约为10[mm]，其中设有蒸汽供应口的那个部分延伸过大约120[mm]的长度并且每个蒸汽供应口其直径大约为1[mm]。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述产品管道设有大约30个蒸汽流入口。

19.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述膨胀腔室的直径至少为500[mm]并且高度至少为500[mm]。

20.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述膨胀腔室具有大约180升的容量。

21.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，在用于液体产品时，通过所述限制件在膨胀腔室中形成产品液滴。

22.一种利用热量来处理流体产品例如乳制品的方法，其中将产品与蒸汽一起输送穿过至少一条产品管道，以利用来自蒸汽中的热量来处理所述产品，随后将所述经过蒸汽处理的产品输送给膨胀容器，以冷却该产品，并且在产品管道中包含有限制件，其特征在于，通过所述限制件，在膨胀容器中该限制件的下游，由该膨胀容器中的产品形成液滴。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述蒸汽在与产品一起被输送到限制件之前凝结。

24.如权利要求23或24所述的方法，其特征在于，所述方法是利用根据前面权利要求1-21中任一项所述的装置来实施的。

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