NL2005445C2

NL2005445C2 - Schrapende warmtewisselaar met tangentiale uitvoer met verticale component.

Info

Publication number: NL2005445C2
Application number: NL2005445A
Authority: NL
Inventors: Niels Huurne; Gerrit Hendrik Aartsen
Original assignee: Mpe Intellectual Properties B V
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-03

Description

Nr. NLP187781A

Schrapende warmtewisselaar met tangentiale uitvoer met verticale component

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding heeft betrekking op een schrapende warmtewisselaar omvattend een buitencilinder omvattend een 5 eerste wand met een gladde cirkelcilindrische binnenzijde, en een concentrisch daarbinnen opgestelde binnencilinder omvattend een tweede wand met een gladde cirkelcilindrische buitenzijde, waarbij beide zijden samen een in hoofdzaak verticaal opgestelde ruimte definiëren 10 voor een te koelen en/of verwarmen product, verder omvattend een aandrijfas die in de hartlijn van de concentrische wanden is opgesteld, en door een bovenwand heen gaat die de binnencilinder aan een bovenzijde in hoofdzaak afsluit, een aantal armen, die boven de 15 bovenwand aan de as zijn bevestigd, waarbij aan de armen schraaporganen zijn bevestigd die zijn ingericht om bij rotatie van de as over de binnenzijde len/of buitenzijde te schrapen, waarbij een buisvormige toevoeraansluiting voor het te verwarmen en/of te koelen product in de onderzijde 20 van ruimte uitmondt, en een buisvormige afvoeraansluiting voor het verwarmde en/of gekoelde product in de bovenzijde van de ruimte uitmondt.

Een dergelijke warmtewisselaar wordt beschreven 2 in Amerikaans octrooi no. 4,941,529 waarbij de toevoeraansluiting voor het te behandelen product tangentiaal uitmondt in een ringvormige kamer onder in de ruimte. Aldus wordt aan de productstroom, die bij 5 voorbeeld een viskeuze vloeistof met daarin stukjes fruit omvat, bij het betreden van de ruimte een snelheidscomponent in de rotatierichting van de schraperbladen meegegeven, wat beschadiging van het product beperkt. Bij het aan de bovenzijde van de kamer 10 uit de kamer treden van het product wordt de stroming van het product echter abrupt veranderd, zodat wervelingen in de productstroom en botsingen van het product met de bovenzijde van de kamer het product alsnog kan beschadigen. Het is een doel van de uitvinding om een 15 behandelingsinrichting te verschaffen met een uitvoer die het product zo min mogelijk beschadigt.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

20

De onderhavige uitvinding verschaft hiertoe een schrapende warmtewisselaar omvattend een buitencilinder omvattend een eerste wand met een gladde cirkelcilindrische binnenzijde, en een concentrisch 25 daarbinnen opgestelde binnencilinder omvattend een tweede wand met een gladde cirkelcilindrische buitenzijde, waarbij beide zijden samen een in hoofdzaak verticaal opgestelde ruimte definiëren voor een te koelen en/of verwarmen product, verder omvattend een aandrijfas die in 30 de hartlijn van de concentrische wanden is opgesteld, en door een bovenwand heen gaat die de binnencilinder aan een bovenzijde in hoofdzaak afsluit, een aantal armen, die boven de bovenwand aan de as zijn bevestigd, waarbij aan de armen schraaporganen zijn bevestigd die zijn ingericht 35 om bij rotatie van de as over de binnenzijde en/of buitenzijde te schrapen, waarbij een buisvormige toevoeraansluiting voor het te verwarmen en/of te koelen 3 product in de onderzijde van ruimte uitmondt, en een buisvormige afvoeraansluiting voor het verwarmde en/of gekoelde product in de bovenzijde van de ruimte uitmondt, waarbij de afvoeraansluiting bezien in horizontale projectie 5 tangentiaal uitmondt in de ruimte, en waarbij de afvoeraansluiting onder een schuine elevatiehoek staat ten opzichte van het horizontale vlak. De productstroom in de warmtewisselaar loopt van onder naar boven, waarbij het product tevens met de rotatierichting van de schrapers mee 10 beweegt. Bij het bereiken van de afvoeraansluiting aan de bovenzijde van de ruimte heeft de productstroom aldus een verticale snelheidscomponent en ook een horizontale snelheidscomponent die in hoofdzaak tangentiaal is ten opzichte de rondgaande beweging van de productstroom. Omdat 15 de uitmonding in de ruimte van de buisvormige afvoeraansluiting in hoofdzaak met zowel de horizontale als de verticale snelheidscomponent van de productstroom is uitgelijnd wordt beschadiging van het product, bijvoorbeeld door wervelingen in de productstroom en/of botsen van het 20 product met de bovenzijde van de warmtewisselaar, bij het betreden van de afvoeraansluiting tegengegaan. Bijkomstig bevordert de onderhavige uitvinding dat delen waaruit de productstroom is opgebouwd in volgorde van aankomst in de ruimte de ruimte ook weer verlaten. Zo wordt bereikt dat de 2 5 tijdsduur dat deze delen van de productstroom in de ruimte worden gekoeld en/of verwarmd in hoofdzaak uniform is, althans meer uniform dan in de bekende inrichtingen.

In een uitvoeringsvorm volgt de afvoeraansluiting een schroeflijn die zich om hartlijn heen uitstrekt. De 30 productstroom kan zo een schroeflijn die zij binnen de ruimte volgde in hoofdzaak voortzetten bij het betreden van de afvoeraansluiting. Bijkomstig wordt zo een afvoeraansluiting verschaft met een tangentiale component in het horizontale vlak die, wanneer in horizontale projectie 35 bezien, niet of weinig buiten een omhullende gedefinieerd door de buitencilinder steekt. De warmtewisselaar kan zo meer compact worden uitgevoerd.

4

In een uitvoeringsvorm is de straal van de schroeflijn in hoofdzaak gelijk aan een gemiddelde van de straal van de binnenzijde van de buitencilinder en de straal van de buitenzijde van de binnencilinder. De 5 afvoeraansluiting volgt zo in hoofdzaak de richting van de productstroom wanneer deze tussen de binnenzijde en de buitenzijde stroomt.

In een uitvoeringsvorm heeft de afvoeraansluiting een straal die in hoofdzaak gelijk is aan de afstand van de 10 schroeflijn tot de binnenzijde en/of buitenzijde, zodat de diameter van de afvoeraansluiting in hoofdzaak gelijk is aan de afstand tussen de binnenzijde en de buitenzijde. Hierdoor kan een goede doorstroming van het product worden bereikt zonder de productstroom in de afvoeraansluiting aanzienlijk 15 te versnellen. Bij voorkeur is de straal of de diameter van de afvoeraansluiting gelijk aan de straal of de diameter van de toevoeraansluiting. In een uitvoeringsvorm is de straal van de afvoeraansluiting groter of gelijk aan de afstand van de schroeflijn tot de binnenzijde en/of buitenzijde.

20 In een uitvoeringsvorm omvat de schrapende warmtewisselaar verder een deksel dat de afvoeraansluiting omvat, waarbij het deksel is ingericht om, althans in een gesloten positie, de bovenzijde van de buitencilinder in hoofdzaak af sluiten. Bij voorkeur blijft de 25 afvoeraansluiting, in horizontale projectie bezien wanneer het deksel in gesloten positie is, in hoofdzaak binnen het verdere oppervlak van het deksel.

In een uitvoeringsvorm is de afvoeraansluiting op een bovenzijde van de warmtewisselaar aangebracht. In een 30 alternatieve uitvoeringsvorm is de afvoeraansluiting aan een zijkant van de warmtewisselaar aangebracht

In een uitvoeringsvorm is het deksel ingericht om te draaien rond de hartlijn, en is, wanneer bezien in horizontale projectie, een draaihoek tussen de 35 toevoeraansluiting en de afvoeraansluiting instelbaar door het deksel te draaien rond de hartlijn. Met draaihoek wordt hier bedoeld de hoek bij projectie in het horizontale vlak 5 tussen een hartlijn van de toevoeraansluiting waar deze in de ruimte uitmondt en een hartlijn van de afvoeraansluiting waar deze afvoeraansluiting in de ruimte uitmondt

In een uitvoeringsvorm ligt de elevatiehoek van de 5 afvoerbuis tussen de 10 graden en 45 graden, bij voorkeur tussen de 10 en 30 graden, en het meest bij voorkeur bedraagt de elevatiehoek 25 graden. Met elevatiehoek wordt hier bedoeld een hoek tussen het horizontale vlak en de hartlijn van de afvoerbuis waar deze uitmondt in de ruimte.

10 In een uitvoeringsvorm mondt de toevoeraansluiting, wanneer bezien in horizontale projectie, tangentiaal uit in de ruimte, waarbij de afvoeraansluiting, waar deze uitmondt in de ruimte, een schuine elevatiehoek heeft.

15 Samengevat voorziet de onderhavige uitvinding in een schrapende warmtewisselaar ingericht voor het koelen en/of verwarmen van een product in een verticaal opgestelde ruime, waarbij een buisvormige toevoeraansluiting voor toevoer van het te verwarmen en/of te koelen product in de 20 onderzijde van ruimte uitmondt, en een buisvormige afvoeraansluiting voor afvoer van het verwarmde en/of gekoelde product in de bovenzijde van de ruimte uitmondt, waarbij de afvoeraansluiting bezien in horizontale projectie tangentiaal uitmondt in de ruimte, waarbij de 25 afvoeraansluiting onder een schuine elevatiehoek staat ten opzichte van het horizontale vlak.

De in deze beschrijving en conclusies van de aanvrage beschreven en/of de in de tekeningen van deze aanvrage getoonde aspecten en maatregelen kunnen waar 30 mogelijk ook afzonderlijk van elkaar worden toegepast. Die afzonderlijke aspecten en andere aspecten kunnen onderwerp zijn van daarop gerichte afgesplitste octrooiaanvragen. Dit geldt in het bijzonder voor de maatregelen en aspecten welke op zich zijn beschreven in de volgconclusies.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

35 6

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een aantal in de bij gevoegde tekeningen weergegeven voorbeelduitvoeringen. Getoond wordt in: 5 Figuur IA, IB, 1C en 1D, respectievelijk een langsdoorsnede aanzicht van een bekende schrapende warmtewisselaar, een meer schematisch aanzicht daarvan, een bovenaanzicht van de warmtewisselaar, en een dwarsdoorsnede aanzicht van de toevoeraansluiting, 10 figuur 2A en 2B, een bovenaanzicht en een schematisch doorsnede aanzicht van een warmtewisselaar met een deksel voorzien van een tangentiale afvoeraansluiting volgens de uitvinding, figuur 3A en 3B een bovenaanzicht en een 15 schematisch doorsnede aanzicht van een warmtewisselaar met een deksel voorzien van een tangentiale afvoeraansluiting volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, figuur 4A en 4B, een bovenaanzicht en een schematisch doorsnede aanzicht van een warmtewisselaar met 20 een tangentiale afvoeraansluiting volgens de uitvinding,

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

25 Figuur IA toont en schematische langsdoornsnede van een bekende schrapende warmtewisselaar 1. De schrapende warmtewisselaar 1 omvat een buitencilinder 20 met een eerste wand 21 met een gladde cirkelcilindrische binnenzijde 22, en een concentrisch daarbinnen opgestelde 30 binnencilinder 30 omvattend een tweede wand 31 met een gladde cirkelcilindrische buitenzijde 32, waarbij beide zijden 22,32 samen een verticaal opgestelde ruimte 2 definiëren voor een te koelen en/of verwarmen product.

De warmtewisselaar kan voor allerlei doeleinden 35 gebruikt worden, zoals bijvoorbeeld voor het bereiden van jam. Daarbij moet een stukgaan van de vruchten zoveel mogelijk vermeden worden. Andere voorbeelden van producten 7 zijn mayonaise, zachte vulling voor koekjes, zuivelproducten, maar ook printerinkt.

Een aandrijfas 40 die in de hartlijn L van de concentrische wanden 21,31 is opgesteld, en door een 5 bovenwand 50 heen gaat die de binnencilinder 30 aan een bovenzijde in hoofdzaak afsluit, omvat een aantal armen 41, die boven de bovenwand 50 aan de as 40 zijn bevestigd, waarbij aan de armen 41 schraaporganen (niet getoond) zijn bevestigd die zijn ingericht om bij rotatie van de as 40 10 over de binnenzijde 22 en/of buitenzijde 32 te schrapen. De schrapers helpen zo een met de draairichting van de as 40 meegaande radiale component aan de productstroom in de ruimte 2 te geven. Aan de bovenzijde van de ruimte 2 omvat de warmtewisselaar 1 een deksel 60. Het deksel 60 is hier 15 getoond in een gesloten toestand waarin het de ruimte 2 aan een bovenzijde in hoofdzaak afsluit en tegen een tussen de deksel en de buitencilinder 20 geplaatste O-ring 29 wordt aangedrukt middels slotbouten 61. Aan de onderzijde van de warmtewisselaar 1 mondt een buisvormige 20 toevoeraansluiting 10 voor toevoer van het te verwarmen en/of te koelen product uit in de ruimte. In horizontale projectie, dat wil zeggen geprojecteerd in een horizontaal vlak, mondt deze buis 10 tangentiaal uit in de ruimte 2, zodat de productstroom een met de schrapers meegaande 25 snelheidscomponent krijgt wanneer het de ruimte 2 betreedt. Nadat het product is verwarmd en/of gekoeld verlaat het de ruimte 2 via een buisvormige afvoeraansluiting 11 aan de bovenzijde van het deksel 60.

Figuur 1B toont een schematisch aanzicht van de 30 warmtewisselaar 1 waarin een pad P van een productstroom is aangegeven die aan de onderzijde van de ruimte 2 tangentiaal is toegevoerd via toevoeraansluiting 10 zodat de productstroom een radiale snelheidscomponent heeft binnen de ruimte. Een verdere radiale snelheidscomponent wordt aan de 35 productstroom gegeven door de rotatie van de (niet getoonde) schraperbladen om de hartlijn L heen, waarbij deze radiale snelheidscomponent met de draairichting van de schrapers mee 8 is. Samen met de verticale snelheidscomponent die de productstroom krijgt door constante toevoer van product bij de toevoeraansluiting 10 leidt dit ertoe dat de productstroom, althans in de ruimte 2 gedefinieerd door de 5 binnenzijde en de buitenzijde, een schroeflijn langs P volgt die zich om de hartlijn L heen uitstrekt.

Figuur 1C toont een bovenaanzicht van een deksel 60 van de warmtewisselaar van figuur IA, waarbij de afvoeraansluiting 11 deel uitmaakt van het deksel 60 en in 10 lijn ligt met de hartlijn L van de concentrisch opgestelde wanden. Het deksel 60 is ingericht om in een eerste, gesloten positie, de bovenzijde van de ruimte 2 in hoofdzaak af te sluiten, en in een tweede, open positie, de bovenzijde van de ruimte 2 open te laten, bijvoorbeeld voor inspectie 15 en onderhoudsdoeleinden. Tijdens operationeel, dat wil zeggen verwarmend en/of koelend, gebruik van de warmtewisselaar is het deksel 60 middels losmaakbare slotbouten 61 op de buitencilinder geklemd.

Figuur 1D toont een dwarsdoorsnede aanzicht door 20 lijn ID-ID in figuur 1B. De toevoeraansluiting 10 is, bezien in het horizontale vlak, tangentiaal opgesteld ten opzichte de ruimte 2. De hier schematisch getoonde schrapers 43 draaien in de richting "a" tegen de klok in, zodat het product bij het betreden van de ruimte 2 met de 25 draairichting van de schrapers mee wordt toegevoerd.

Figuur 2A toont een bovenaanzicht van een bovenzijde van een schrapende warmtewisselaar 101 volgens de uitvinding met een buisvormige afvoeraansluiting 111 die deel uitmaakt van deksel 160. Product wordt aan de 30 onderzijde aan de ruimte 102 toegevoerd via toevoeraansluiting 110. Afvoeraansluiting 111, althans in horizontale projectie bezien, mondt tangentiaal uit in de ruimte 102, en staat, zoals getoond in figuur 2B, onder een schuine elevatiehoek al ten opzichte van het horizontale 35 vlak Hl. De afvoeraansluiting 111 omvat hier een in hoofdzaak rechte buis 111, die uitmondt in het deksel 160 aan de bovenzijde van de warmtewisselaar 101. De rechte buis 9 111 heeft een binnendiameter dl, die in hoofdzaak overeenkomt met een verschil tussen de straal r3 van de binnenzijde 122 van de buitencilinder 120 en de straal r2 van de buitenzijde 132 van de binnencilinder 130, zodat er 5 geen onnodige versmalling van de productstroom wordt veroorzaakt die de productstroom kan doen versnellen en/of het product kunnen beschadigen wanneer de productstroom de afvoeraansluiting 111 betreedt. De binnendiameter dl komt in dit geval overeen met de afstand van de schroeflijn PI tot 10 de binnenzijde 122 wanneer bezien in het horizontale vlak.

In figuur 2B is te zien dat de afvoeraansluiting onder een schuine elevatiehoek al staat ten opzichte van de het horizontale vlak Hl, en dat de productstroom vanaf de onderzijde van de ruimte naar de bovenzijde van de ruimte 15 102, althans ten dele, een schroeflijn PI volgt. Aan de bovenzijde van de warmtewisselaar eindigt deze schroeflijn PI waar de afvoeraansluiting 111 uitmondt in de ruimte 102. Wanneer de productstroom de afvoeraansluiting 111 betreedt behoudt de productstroom in hoofdzaak zijn richting zodat 20 beschadiging ten gevolge van wervelingen en/of botsingen van de productstroom in hoofdzaak wordt tegengegaan.

Figuur 3A toont een voorkeursuitvoeringsvorm van een deksel 260 voor een warmtewisselaar 201 volgens de uitvinding. Het deksel 260 omvat aan de bovenzijde een 25 afvoeraansluiting 211 die een schroeflijn P2 volgt die zich om de hartlijn L2 heen uitstrekt. De afvoeraansluiting 211 volgt een schroeflijn P2 met een straal r4, die het gemiddelde is van de straal r5 van de buitenzijde 232 van de binnencilinder 230 en de straal r6 van de binnenzijde 222 30 van de buitencilinder 220. Het deksel is middels slotbouten 261 op buitencilinder 220 geklemd. Wanneer de slotbouten zijn losgedraaid is het hier getoonde deksel 260 roteerbaar om een draaias 264 die, wanneer het deksel 260 in de getoonde gesloten positie is, in de hartlijn L2 van de 35 warmtewisselaar is gerangschikt. De draaias 264 bevindt zich aan het uiteinde van een arm 262 die het deksel 260 via een scharnier 263 scharnierbaar verbindt met de buitencilinder 10 220. De arm 262 is via de draaias 264 aan een bovenzijde van het deksel 260 roteerbaar met het deksel verbonden zodat, wanneer de aan de rand van het deksel gerangschikte slotbouten 261 zijn losgedraaid, het deksel 260 rond de 5 hartlijn L2 kan worden gedraaid om een draaihoek tussen de toevoeraansluiting 210 en afvoeraansluiting 211 in te stellen. De afvoeraansluiting 211 heeft een elevatiehoek cx2 van in hoofdzaak 20 graden ten opzichte van het horizontale vlak H2.

10 Figuren 4A en 4B tonen een alternatieve uitvoeringsvorm, waarin de afvoeraansluiting 311 is omvat in de buitencilinder 320 van een warmtewisselaar 301 en zich daar doorheen vanaf een buitenzijde van de buitencilinder 320 naar een binnenzijde daarvan uitstrekt. Te zien valt dat 15 de afvoeraansluiting 311 op het punt waarin deze uitmondt in de ruimte 302 ten opzichte van het horizontale vlak H3 een schuine elevatiehoek a3 maakt, en, althans bezien in het horizontale vlak zoals getoond in figuur 4A, tangentiaal uitmondt in de ruimte 302. Een productstroom met zowel een 20 radiale als een verticale component kan zo met betrekkelijk weinig weerstand door de afvoeraansluiting stromen.

De bovenstaande beschrijving is opgenomen om de werking van voorkeursuitvoeringen van de uitvinding te illustreren, en niet om de reikwijdte van de uitvinding te 25 beperken. Uitgaande van de bovenstaande uiteenzetting zullen voor een vakman vele variaties evident zijn die vallen onder de geest en de reikwijdte van de onderhavige uitvinding.

Claims

1. Schrapende warmtewisselaar omvattend een buitencilinder omvattend een eerste wand met een gladde cirkelcilindrische binnenzijde, en een concentrisch daarbinnen opgestelde binnencilinder omvattend een tweede 5 wand met een gladde cirkelcilindrische buitenzijde, waarbij beide zijden samen een in hoofdzaak verticaal opgestelde ruimte definiëren voor te koelen en/of verwarmen product, verder omvattend een aandrijfas die in de hartlijn van de concentrische wanden is opgesteld, en 10 door een bovenwand heen gaat die de binnencilinder aan een bovenzijde in hoofdzaak afsluit, een aantal armen, die boven de bovenwand aan de as zijn bevestigd, waarbij aan de armen schraaporganen zijn bevestigd die zijn ingericht om bij rotatie van de as over de binnenzijde en/of 15 buitenzijde te schrapen, waarbij een buisvormige toevoeraansluiting voor het te verwarmen en/of te koelen product in de onderzijde van ruimte uitmondt, en een buisvormige afvoeraansluiting voor het verwarmde en/of gekoelde product in de bovenzijde van de ruimte uitmondt, 20 waarbij de afvoeraansluiting bezien in horizontale projectie tangentiaal uitmondt in de ruimte, met het kenmerk dat de afvoeraansluiting onder een schuine elevatiehoek staat ten opzichte van het horizontale vlak.

2. Schrapende warmtewisselaar volgens conclusie 25. waarbij de afvoeraansluiting een schroeflijn volgt die zich om hartlijn heen uitstrekt.

3. Schrapende warmtewisselaar volgens conclusie 2, waarbij de schroeflijn een straal heeft die in hoofdzaak gelijk is aan een gemiddelde van een straal van de 30 binnenzijde en de straal van de buitenzijde.

4. Schrapende warmtewisselaar volgens conclusie 2 of conclusie 3, waarbij de afvoeraansluiting een straal heeft die in hoofdzaak gelijk is aan de afstand van de schroeflijn tot de binnenzijde.

5. Schrapende warmtewisselaar volgens een der 5 voorgaande conclusies, verder omvattend een deksel dat de afvoeraansluiting omvat, waarbij het deksel is ingericht om, althans in een gesloten positie, de bovenzijde van de buitencilinder in hoofdzaak af sluiten.

6. Schrapende warmtewisselaar volgens een der 10 voorgaande conclusies, waarbij de afvoeraansluiting op een bovenzijde van de warmtewisselaar aangebracht.

7. Schrapende warmtewisselaar volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het deksel is ingericht om te draaien rond de hartlijn, en wanneer bezien in horizontale 15 projectie, een draaihoek tussen de toevoeraansluiting en de afvoeraansluiting instelbaar is door het deksel te draaien rond de hartlijn.

8. Schrapende warmtewisselaar volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de schuine elevatiehoek 20 tussen de hartlijn van de afvoerbuis en het horizontale vlak tussen de 10 graden en 45 graden ligt, bij voorkeur tussen de 10 en 30 graden, en het meest bij voorkeur 25 graden bedraagt.

9. Schrapende warmtewisselaar volgens een der 25 voorgaande conclusies, waarbij de invoeraansluiting bezien in horizontale projectie tangentiaal uitmondt in de ruimte, met het kenmerk dat de afvoeraansluiting onder een schuine elevatiehoek staat ten opzichte van het horizontale vlak. 30 -o-o-o-o-o-o-o-o- BvdW/BP