DD257291A1

DD257291A1 - DOUBLE PIPE WATER EXCHANGER WITH CONTAINER BODIES

Info

Publication number: DD257291A1
Application number: DD29957387A
Authority: DD
Inventors: Gunter Liskowsky; Juergen Metzger
Original assignee: Nagema Veb K
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1988-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Doppelrohrwaermetauscher mit Verdraengerkoerpern zur kontinuierlichen Kuehlung von fliessfaehigen Zwischen- und Endprodukten der Kakao- und Schokoladenverarbeitung, die in Duennschichtverdampferanlagen thermisch behandelt wurden. Aufgabe der Erfindung ist, einen Waermetauscher zu schaffen, in dem die laminare Eingangsstroemung des zu kuehlenden Gutes in ein turbulentes Stroemungsverhalten umgewandelt, der Waermeaustausch verbessert, der Druckverlust waehrend des Kuehlprozesses niedrig gehalten sowie der Reinigungsaufwand gesenkt wird. Erfindungsgemaess wird dies dadurch erreicht, dass die im Innenrohr feststehend angeordneten Verdraengerkoerper (5) als Kegelstumpf ausgebildet und mit der Mantelflaeche (5) entgegen der Stroemungsrichtung des Gutes auf ein zentrisch im Innenrohr (1) liegendes Fuehrungsrohr (4) aufgeschoben und loesbar darauf befestigt sind und zwischen dem groessten Durchmesser ihrer Mantelflaeche und der inneren Wandflaeche des Innenrohres in Stufen erweiterte Ringspaltoeffnungen (7; 7) vorgesehen sind. Fig. 1The invention relates to a double tube heat exchanger with Verdraengerkoerpern for the continuous cooling of flowable intermediate and end products of cocoa and chocolate processing, which were thermally treated in Duennschichtverdampferanlagen. The object of the invention is to provide a heat exchanger in which the laminar input flow of the material to be cooled is converted into a turbulent flow behavior, the heat exchange is improved, the pressure loss during the cooling process is kept low and the cleaning effort is reduced. According to the invention, this is achieved in that the Verdraengerkoerper (5) fixedly arranged in the inner tube formed as a truncated cone and with the Mantelflaeche (5) against the Stroemungsrichtung the goods on a centrally in the inner tube (1) lying Fuehrungsrohr (4) pushed and loosely mounted thereon and between the largest diameter of their lateral surface and the inner Wandflaeche of the inner tube in stages extended Annularpaltoeffnungen (7; 7) are provided. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf einen Doppelrohrwärmetauscher mit Verdrängerkörpern zur kontinuierlichen Kühlung von fließfähigen Zwischen- und Endprodukten der Kakao- und Schokoladenverarbeitung, insbesondere von Kakaomasse und Kakaobutter, die in Dünnschichtverdampferanlagen thermisch behandelt wurden.The invention relates to a double tube heat exchanger with displacers for the continuous cooling of flowable intermediate and end products of cocoa and chocolate processing, in particular of cocoa mass and cocoa butter, which have been thermally treated in thin-film evaporator systems.

Characteristic of the known state of the art

Allgemein ist bekannt, zum Kühlen von fließfähigen, während des Kühlvorganges nicht kristallisierender Produkte Wärmetauscher einzusetzen. Dabei wird das zu kühlende Gut durch das Innenrohr und das Kühlmedium im Gegenstrom zur Förderrichtung des Gutes durch das Außenrohr geführt. Bei Förderung von Kakaomasse oder Kakaobutter durch einen Doppelrohrwärmetauscher dieser Art weisen diese Produkte ein laminares Strömungsverhalten auf. Zur Erzeugung einer turbulenten Strömung oder turbulenter Strömungszonen und damit zum Erreichen eines größeren Wärmeaustausches ist es üblich, das Innenrohr des Wärmetauschers mit in Längsrichtung verlaufenden, als Verdrängerkörper ausgebildeten Einbauten zu versehen.It is generally known to use heat exchangers for cooling flowable products which do not crystallize during the cooling process. In this case, the material to be cooled is passed through the inner tube and the cooling medium in countercurrent to the conveying direction of the material through the outer tube. When conveying cocoa mass or cocoa butter through a double-tube heat exchanger of this type, these products have a laminar flow behavior. To generate a turbulent flow or turbulent flow zones and thus to achieve a larger heat exchange, it is customary to provide the inner tube of the heat exchanger with extending in the longitudinal direction, designed as a displacement body internals.

Vorrangig werden wendelförmig ausgebildete Einbauten in verschiedenartigen Varianten eingesetzt. Diese derart ausgebildeten Verdrängerkörper besitzen gemeinsame Nachteile, die insbesondere darin bestehen, daß trotz der damit erzeugten Änderung der Strömungsrichtung des zu kühlenden Gutes keine wesentliche Erhöhung des Kühleffektes erreichbar ist, da sich keine hohe Turbulenz im Kühlgut bilden kann. (DE-OS 2421 519; DE-OS 2540314; DE-AS 2459559) Eine spezielle Ausführung derartiger Verdrängerkörper ist auch durch die DE-OS 3018978 bekannt. Dieser Wärmetauscher besitzt mindest eine in das Innenrohr eingesetzte schraubenförmig ausgebildete kontinuierlich verlaufende Leiste als Wirbelbildner, die mit gleichen Vorsprüngen symmetrischer Form und Abmessung versehen ist. Jeder der Vorsprünge ist bezogen auf eine Senkrechte zur Schraubenachse unsymmetrisch, wobei alle Vorsprünge in gleicher Richtung geneigt sind. Diesem Wirbelbildner haftet ebenfalls der Nachteil an, daß die damit erzeugte Turbulenz im Kühlgut gering bleibt. Zur Kühlung oder Aufheizung plastisch-viskoser Flüssigkeiten, die zu Pfropfenbildung neigen, ist ferner, wie in der DE-AS 1501474 beschrieben, ein Wärmetauscher bekannt, der mit starr angeordneten, untereinander Abstand aufweisenden, scheibenförmigen Einbauten ausgestattet ist. Diese Form der Verdrängerkörper erzeugen gegenüber spiral- oder schraubenförmigen Einbauten eine höhere Turbulenz im Kühlgut und verbessern damit den Wärmeaustausch, andererseits jedoch entsteht der Nachteil, daß durch die Scheibenform ein höherer Druckverlust eintritt.With priority, helical internals are used in various variants. These displacement bodies designed in this way have common disadvantages, which in particular consist in that, despite the change in the flow direction of the material to be cooled, no substantial increase in the cooling effect can be achieved because no high turbulence can form in the refrigerated goods. (DE-OS 2421 519, DE-OS 2540314, DE-AS 2459559) A special embodiment of such displacer is also known from DE-OS 3018978. This heat exchanger has at least one helically formed continuously extending strip inserted into the inner tube as a vortex former, which is provided with identical projections of symmetrical shape and dimension. Each of the projections is asymmetrical with respect to a perpendicular to the screw axis, wherein all the projections are inclined in the same direction. This turbulizer also has the disadvantage that the turbulence generated in the refrigerated goods remains low. For cooling or heating of plastic-viscous liquids, which tend to graft, is also known, as described in DE-AS 1501474, a heat exchanger is known which is equipped with rigidly arranged, spaced apart, disk-shaped internals. This form of displacer generate against spiral or helical internals a higher turbulence in the refrigerated goods and thus improve the heat exchange, on the other hand, however, the disadvantage arises that enters through the disc shape, a higher pressure loss.

Auch ist bekannt, die Rohre von Wärmetauschern mit einem aus mehreren Blechstreifen aufgebauten Einsatz zu versehen, wobei jeder Blechstreifen eine Verzahnung aufweist, die sich in die Zahnlücken des benachbarten Blechstreifens einfügt und die Mittelabschnitte der Blechstreifen einen Kanal bilden. Um eine Richtungsänderung des strömenden Gutes in radialer Richtung zu erzielen und eine Mischwirkung zu erreichen und damit den Wärmeaustausch zu begünstigen, ist nach dieser Lösung auch vorgesehen, die Zähne der Blechstreifen senkrecht, schräg oder gebogen auszubilden, so daß diese mit ihren Enden an der Innenfläche des Rohres anliegen. Da der rippenartige Einsatz lose im Rohr angeordnet sein kann, ist dieser leicht ein- und auszubauen. Zum Zwecke der Reinigung muß er jedoch in seine Einzelteile zerlegt werden. Nachteilig ist auch, daß die Rippen des Einsatzes beim Kühlen von Gütern mit hoher dynamischen Viskosität deformiert werden können. Eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragungsbedingungen kann auch mit diesem Einsatz nicht erzielt werden, da keine durchgängige Zwangsverdrängung eintritt. (DE-PS 3022270)It is also known to provide the tubes of heat exchangers with an insert constructed from a plurality of sheet metal strips, wherein each sheet metal strip has a toothing, which fits into the tooth gaps of the adjacent sheet metal strip and the middle portions of the sheet metal strips form a channel. In order to achieve a change in direction of the flowing material in the radial direction and to achieve a mixing effect and thus favor the heat exchange, according to this solution is also provided to form the teeth of the metal strip perpendicular, oblique or curved, so that these with their ends on the inner surface abut the tube. Since the rib-like insert can be arranged loosely in the pipe, this is easy to install and remove. For the purpose of cleaning, however, it must be disassembled into its individual parts. Another disadvantage is that the ribs of the insert can be deformed during the cooling of goods with high dynamic viscosity. A substantial improvement of the heat transfer conditions can not be achieved with this use, since no continuous positive displacement occurs. (DE-PS 3022270)

Object of the invention

Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Verdrängerkörper in Wärmetauschern zu beseitigen und eine Verbesserung der Wärmeübertragung zu erreichen sowie den während der Kühlung zur Förderung des Gutes benötigten Energieaufwand zu senken.The invention aims to eliminate the disadvantages of the known displacement in heat exchangers and to achieve an improvement of the heat transfer and to reduce the energy required during cooling to promote the good energy.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Doppelrohrwärmetauscher mit Verdrängerkörpern zum Kühlen fließfähiger Produkte, insbesondere für die Süßwarenindustrie, zu entwickeln, der die laminare Eingangsströmung des zu kühlenden Gutes im Wärmetauscher in ein turbulentes Strömungsverhalten derart umwandelt, daß der Kühleffekt erhöht, der Druckverlust während des Kühlprozesses niedrig gehalten und der Aufwand zur Reinigung gesenkt wird.The object of the invention is to develop a double-tube heat exchanger with displacers for cooling flowable products, especially for the confectionery industry, which converts the laminar inlet flow of the material to be cooled in the heat exchanger in a turbulent flow behavior such that the cooling effect increases, the pressure loss during the Cooling process kept low and the cost of cleaning is reduced.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verdrängerkörper als Kegelstumpf ausgebildet und mit der Mantelfläche entgegen der Strömungsrichtung des Gutes auf ein zentrisch im Innenrohr liegendes Führungsrohr aufgeschoben und lösbar darauf befestigt sind und zwischen dem größten Durchmesser ihrer Mantelfläche und der inneren Wandfläche des Innenrohres in Stufen erweiterte Ringspaltöffnungen vorgesehen sind. Ein weiteres Merkmal hierzu ist, daß der Abstand der auf dem Führungsrohr angeordneten Verdrängerkörper untereinander gleichgroß ist und das drei- bis fünffache der Nennweite des Innenrohres beträgt. Weiterhin ist vorgesehen, daß an der Stirnfläche einiger Verdrängerkörper eine Dreieckform besitzende Zentrierplatte befestigt ist, deren freie Ecken an der Wandfläche des Innenrohres anliegen. Weitere Merkmale sind, daß die Rinspaltöffnungen in Strömungsrichtung des Gutes maximal vier gleichgroße Stufen bilden und innerhalb einer Stufe gleichgroß sind und daß mindest zwei Verdrängerkörper eine Stufe bilden.According to the invention, the object is achieved in that the displacer formed as a truncated cone and pushed against the flow direction of the goods on a centrally located in the inner tube guide tube and releasably secured thereto and between the largest diameter of its outer surface and the inner wall surface of the inner tube in stages extended annular gap openings are provided. Another feature of this is that the distance between the arranged on the guide tube displacement body is equal to each other and is three to five times the nominal diameter of the inner tube. Furthermore, it is provided that on the end face of some displacement body possessing a triangular shape centering plate is fixed, abut the free corners on the wall surface of the inner tube. Further features are that the Rinspaltöffnungen in the flow direction of the goods form a maximum of four equal stages and are equal within a stage and that at least two displacer form a step.

Die wesentlichsten Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen insbesondere darin, daß durch die Kegelstumpfform der Verdrängerkörper und durch die Vergrößerung der Ringspaltöffnungen der Druckabfall mit fortschreitender Abkühlung im Kühlgut gering gehalten wird. Mit dieser Kühleinrichtung wird auch ein sehr hoher Kühleffekt erzielt, wenn die Güter in den entsprechenden Temperaturbereichen eine relativ hohe dynamische Viskosität besitzen, wie dies beispielsweise für Kakaomasse im Temperaturbereich zwischen 70⁰C und 13O⁰C zutrifft. Ferner ist, ausgehend von den hohen hygienischen Anforderungen in der Süßwarenindustrie, eine gründliche Reingigung des Innenrohres und des Verdrängerkörpereinsatzes leicht möglich, indem der gesamte Einsatz nach Öffnung des Innenrohres, entgegen der Strömungsrichtung des Gutes, herausgezogen wird. Der Ein- und Ausbau ist unkompliziert und kann in kürzester Zeit erfolgen.The most significant advantages of the solution according to the invention are, in particular, that the pressure drop with progressive cooling in the refrigerated goods is kept low by the truncated cone shape of the displacer and by the enlargement of the annular gap openings. With this cooling device, a very high cooling effect is achieved when the goods in the corresponding temperature ranges have a relatively high dynamic viscosity, as is the case, for example, for cocoa mass in the temperature range between 70 ⁰ C and 13O ⁰ C. Furthermore, starting from the high hygienic requirements in the confectionery industry, a thorough cleaning of the inner tube and the Verdrängerkörpereinsatzes easily possible by the entire use after opening of the inner tube, against the direction of flow of the material is pulled out. The installation and removal is uncomplicated and can be done in no time.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung ist die Strömungsrichtung des Kühlgutes und die des Kühlmediums durch Pfeile gekennzeichnet.In the accompanying drawing, the flow direction of the refrigerated goods and that of the cooling medium is indicated by arrows.

Es zeigen: . Show it: .

Fig. 1: die Eingangszone eines Doppelrohrwärmetauschers mit Verdrängerkörpern im LängsschnittFig. 1: the input zone of a double tube heat exchanger with displacers in longitudinal section

Fig. 2: die Zentrierung der Verdrängerkörper in einem Schnitt A-A nach Fig. 12: the centering of the displacement body in a section A-A according to FIG. 1

Fig.3: einen Ausschnitt aus dem Doppelrohrwärmetauscher gemäß Fig. 13 shows a detail of the double-tube heat exchanger according to FIG. 1

Fig.4: den Ausschnitt aus einer Doppelrohrpaarung mit unterschiedlichen Ringspaltöffnungen4 shows the detail of a double pipe pairing with different annular gap openings

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt der Doppelrohrwärmetauscher ein Innenrohr 1, durch das die zum Beispiel von einer nicht dargestellten Dünnschichtverdampferanlage abgegebene und thermisch behandelte Kakaomasse oder Kakaobutter durch Pumpendruck gefördert wird. Zum Zwecke der Kühlung ist das Innenrohr von einem Außenrohr 2 umgeben, in dem im Gegerfstrom zur Förderrichtung des Gutes das Kühlmedium fließt, welches durch den Anschlußstutzen 3 austritt. Über die gesamte Länge des Innenrohres erstreckt sich das zentrisch darin eingesetzte, an beiden Stirnflächen verschlossene Führungsrohr 4. Auf dem Führungsrohr sind in gleichgroßen Abständen die kegelstumpfförmig ausgebildeten Verdrängerkörper 5 durch Schraubverbindung lösbar befestigt und derart darauf angeordnet, daß ihre sich verfühgende Mantelfläche 5' immer entgegen der Strömungsrichtung des zu kühlenden Gutes zeigt. Zur Zentrierung der Verdrängerkörper im Innen rohr ist an der Stirnfläche einiger Verdrängerkörper eine dreieckförmige Zentrierplatte 6 befestigt, deren freie Ecken die innere Wandfläche des Innenrohres berühren (Fig.2). Der größte Durchmesser der Mantelfläche der Verdrängerkörper liegt unter der Nennweite des Innenrohres, so daß zwischen diesen beiden Bauteilen Ringspaltöffnungen 7 entstehen. Nach Eintritt in das Innenrohr trifft das zu kühlende Gut auf die Mantelfläche der Verdrängerkörper 5 und wird darauf zur Wandfläche des Innenrohres 1. geleitet und gezwungen, die Ringspaltöffnungen zu passieren, wodurch sich die beabsichtigte Verwirbelung im Kühlgut einstellt. Um während des Kühlvorganges bei abnehmender Fließfähigkeit des Gutes den entstehenden Druckverlust zu senken, ist vorgesehen., die gebildeten Ringspaltöffnungen 7 in Stufen zu Ringspaltöffnungen 7'zu erweitern. In Ausgestaltung hierzu sind maximal vier Stufen vorgesehen, wobei die Höhe der Ringspaltöffnungen der ersten Stufe, in Strömungsrichtung des Gutes, bei einer Nennweite des Innenrohres von 50mm bei 2mm liegt. Die Ringspaltöffnungen der nachfolgenden Stufen werden jeweils um die Hälfte des Ringspaltmaßes der ersten Stufe erweitert. In Figur 3 ist eine derartige Erweiterung innerhalb eines Rohrsegmentes in zwei Stufen mit Ringspaltöffnungen 7; T dargestellt.As shown in FIG. 1, the double-tube heat exchanger has an inner tube 1, through which the cocoa mass or cocoa butter delivered, for example, from a thin-film evaporator system, not shown, is pumped by pump pressure. For the purpose of cooling the inner tube is surrounded by an outer tube 2, in which flows in the flow of counter to the conveying direction of the goods, the cooling medium, which exits through the connecting piece 3. Over the entire length of the inner tube, the centrally inserted therein, closed at both end faces guide tube 4 extends on the guide tube at equal intervals, the frustoconical displacer 5 detachably secured by screw and so arranged thereon that its exhausting lateral surface 5 'always opposite the flow direction of the material to be cooled shows. For centering the displacer in the inner tube a triangular centering plate 6 is attached to the end face of some displacer whose free corners touch the inner wall surface of the inner tube (Figure 2). The largest diameter of the lateral surface of the displacer is below the nominal diameter of the inner tube, so that annular gap openings 7 arise between these two components. After entering the inner tube, the material to be cooled hits the outer surface of the displacer 5 and is then directed to the wall surface of the inner tube 1 and forced to pass through the annular gap openings, whereby the intended turbulence sets in the refrigerated goods. In order to reduce the resulting pressure loss during the cooling process with decreasing flowability of the material, it is provided to expand the annular gap openings 7 formed in steps to annular gap openings 7 '. In an embodiment for this purpose, a maximum of four stages are provided, wherein the height of the annular gap openings of the first stage, in the flow direction of the goods, at a nominal diameter of the inner tube of 50mm at 2mm. The annular gap openings of the subsequent stages are each extended by half the annular gap dimension of the first stage. In Figure 3, such an extension within a pipe segment in two stages with annular gap openings 7; T shown.

Die Erfindung ist nicht an das Beispiel gebunden. Es besteht auch die Möglichkeit, je nach dem Grad der zu erreichenden Kühltemperatur die Kühlstrecke durch Aneinanderfügen mehrerer Wärmetauscherelemente wahlweise zu erweitern. Figur 4 zeigt in einer Ausführungsform eine Doppelrohrpaarung mit zwei Wärmetauschersegmenten, die durch Bogenstücke 8; 8' verbunden sind. Die auf den Führungsrohren 4; 4' angeordneten Verdrängerkörper sind innerhalb eines jeden Rohrsegmentes mit gleichgroßen Ringspaltöffnungen 7; 7' versehen, jedoch in Strömungsrichtung des Gutes stufenförmig in der beschriebenen Form erweitert.The invention is not bound to the example. It is also possible, depending on the degree of cooling temperature to be reached, to extend the cooling section by joining several heat exchanger elements optionally. FIG. 4 shows, in one embodiment, a double pipe pairing with two heat exchanger segments which are defined by curved pieces 8; 8 'are connected. The on the guide tubes 4; 4 'arranged displacer are within each tube segment with the same size annular gap openings 7; Provided 7 ', but extended in the flow direction of the goods stepwise in the form described.

Claims

1. double tube heat exchanger with displacement bodies, which are inserted fixedly in the inner tube and conduct the good to be cooled on the inner wall surface and convey through passage openings, characterized in that the displacement body (5) formed as a truncated cone and with the lateral surface (5 ') against the Direction of flow of the material on a centrally in the inner tube (1) lying guide tube (4) pushed and releasably secured thereto and between the largest diameter of its outer surface and the inner wall surface of the inner tube in stages expanded annular gap openings (7; T) are provided.

2. Double-tube heat exchanger according to claim 1, characterized in that the distance derauf the guide tube (4) arranged displacer (5) is equal to each other and is three to five times the nominal diameter of the inner tube (1).

3. Double-tube heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that on the end face of some displacer (5) has a triangular shape possessing centering plate (6) is fixed, whose free corners on the wall surface of the inner tube (1).

4. Double-tube heat exchanger according to claim 1, characterized in that the annular gap openings (7, T) in the flow direction of the goods form a maximum of four equal-sized stages and are equal within a stage.

5. double tube heat exchanger according to claim 4, characterized in that at least two displacement body (5) form a step.