RU2072490C1

RU2072490C1 - Sectional plate heat exchanger

Info

Publication number: RU2072490C1
Application number: RU93028576A
Authority: RU
Inventors: Н.М. Турчин
Original assignee: Физико-энергетический институт
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: food industry; thermal treatment of milk and other products. SUBSTANCE: device operates as follows. Raw milk is delivered through hole 5 in lower section into under-plate space. Having passed through lower section, milk gets through hole 1 and bridge 16 into over-plate space of second section and so on. Other medium (pasteurized milk, brine, hot water, depending on application of heat exchanger) is delivered through hole 5 of top section and, having passed through its over-plate space, gets through hole 8 in housing and bridge 16 into under-plate space of adjacent section and so on. This provides required movement of media in opposite flows. To provide mechanical cleaning of surfaces pressure nut 15 is backed off and sections are stripped down. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к обеспечению тепловых режимов при переработке, хранении, транспортировке молока и может быть использовано в пищевой промышленности для других продуктов. The invention relates to the dairy industry, namely, to ensure thermal conditions during processing, storage, transportation of milk and can be used in the food industry for other products.

Наибольшее распространение в молочной промышленности получили пластинчатые теплообменники [1] Унифицированным элементом служит пластина. Недостатком такого элемента является необходимость выполнять его с различной формой трехмерных рифлей для обеспечения жесткости. Наличие рифлей приводит к некоторому увеличению теплообменной поверхности, некоторой интенсификации теплообмена, но сопровождается опережающим ростом гидравлического сопротивления, т.е. коэффициент эффективности (отношение приращения теплоотдачи к росту гидравлического сопротивления) получается заметно меньше единицы [2] Совмещение на одной пластине теплообменной поверхности с коллекторными отверстиями и направляющими аппаратами приводит к некачественному выравниванию профиля скоростей по ширине пластины. Требуется выдерживать жесткие допуски при штамповке пластин. Наличие сложного профиля резиновых уплотнений между каждой пластиной является слабым местом, поскольку трудно выдержать идентичность размеров щелевых каналов при стягивании пакетов, нет уверенности в обеспечении герметичности между полостями пастеризованного и сырого молока; в случае интенсивного пригарообразования для механической очистки требуется его полная разборка. Plate heat exchangers are most widely used in the dairy industry [1] A plate serves as a unified element. The disadvantage of this element is the need to perform it with a different form of three-dimensional corrugations to ensure rigidity. The presence of corrugations leads to a slight increase in the heat transfer surface, to some intensification of heat transfer, but is accompanied by an outstripping increase in hydraulic resistance, i.e. the efficiency coefficient (the ratio of the increase in heat transfer to the increase in hydraulic resistance) is noticeably less than unity [2] Combining on one plate a heat exchange surface with collector holes and guide vanes leads to poor-quality alignment of the velocity profile along the width of the plate. It is required to maintain tight tolerances when stamping plates. The presence of a complex profile of rubber seals between each plate is a weak point, since it is difficult to maintain the identity of the size of the slotted channels when tightening the bags, there is no confidence in ensuring the tightness between the cavities of pasteurized and raw milk; in the case of intense sticking, mechanical cleaning requires complete disassembly.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является теплообменник [3] Известное устройство состоит из крышек с верхней и нижней плоскостями и патрубками входа выхода продукта, корпуса и размещенного в полости последнего складчатого листа, герметично присоединенного к корпусу. Лист разделяет камеру корпуса на две полости и служит теплопередающей поверхностью, площадь которой развита за счет складок. Каждую складку можно рассматривать как своеобразную ламель. Применительно к работе с молоком устройство обладает следующими недостатками: отсутствует возможность механической очистки поверхностей из-за неразборности, трудно обеспечить санитарно-гигиеническую отмывку поверхностей по причине образования застойных зон в результате поворотов потока молока в районе входного и выходного патрубков. Поскольку в пастеризаторах-охладителях основную долю (до 70%) общей теплопередающей поверхности составляет рекуперационный участок, требуется соединять в блоки несколько десятков секций последовательно. Названное устройство не приспособлено для компактной сборки в блоки. Указанные недостатки обусловлены самой конструкцией прототипа. The closest in technical essence to the claimed device is a heat exchanger [3] The known device consists of covers with upper and lower planes and nozzles for the inlet of the product outlet, the housing and placed in the cavity of the last folded sheet, hermetically connected to the housing. The sheet divides the body chamber into two cavities and serves as a heat transfer surface, the area of which is developed due to folds. Each fold can be considered as a kind of lamella. With regard to working with milk, the device has the following disadvantages: there is no possibility of mechanical cleaning of surfaces due to inseparability, it is difficult to provide sanitary-hygienic washing of surfaces due to the formation of stagnant zones as a result of turns of the milk flow in the area of the inlet and outlet pipes. Since in the pasteurizer-coolers the main share (up to 70%) of the total heat transfer surface is the recovery section, it is necessary to connect several tens of sections in series into blocks. The named device is not suitable for compact assembly into blocks. These shortcomings are due to the very design of the prototype.

Задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков. The objective of the invention is to remedy these shortcomings.

В устройстве, содержащем крышки с верхней и нижней плоскостями и патрубками входа выхода продукта, корпус и размещенный в полости последнего складчатый лист, предлагается придать новую форму известным элементам и ввести новый:
крышки, корпус, складчатый лист выполнены раздельными, причем крышка снабжена сквозным отверстием, соединяющим верхнюю и нижнюю плоскости, дополнительным отверстием на верхней плоскости, соединенным с отверстием на торцевой плоскости, боковые плоскости крышки снабжены ограничительными выступами;
корпус по всему периметру снабжен пазами под уплотнительные прокладки и отверстием на торцевой плоскости;
складчатый лист снабжен по всему периметру полкой соответственно пазам корпуса, а боковые смежные стенки ламелей попарно герметично соединены между собой;
теплообменник снабжен стягивающим механизмом, взаимодействующим с крышками.In a device containing covers with upper and lower planes and nozzles for the entrance of the product outlet, the housing and the folded sheet placed in the cavity of the latter, it is proposed to give a new shape to known elements and introduce a new one:
the lids, the housing, the folded sheet are made separate, the lid provided with a through hole connecting the upper and lower planes, an additional hole on the upper plane connected to the hole on the end plane, the side planes of the lid are provided with restrictive protrusions;
the housing along the entire perimeter is equipped with grooves for gaskets and an opening on the end plane;
a folded sheet is provided around the entire perimeter with a shelf corresponding to the grooves of the housing, and the side adjacent walls of the lamellas are pairwise hermetically connected to each other;
the heat exchanger is equipped with a tightening mechanism that interacts with the covers.

Техническим результатом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом становится следующее:
обеспечена возможность его разборки для механической очистки;
исключены застойные зоны, улучшена гидравлика трактов и тем самым обеспечена возможность качественной санитарно-гигиенической отмывки поверхностей;
обеспечена возможность компактного соединения секций в блоки для увеличения поверхности теплообмена;
обеспечена возможность унификации деталей и сборки из них теплообменников по различным технологическим параметрам.The technical result of the proposed device in comparison with the prototype is the following:
the ability to disassemble it for mechanical cleaning is provided;
stagnant zones are excluded, the hydraulics of the tracts are improved and thereby the possibility of high-quality sanitary-hygienic washing of surfaces is ensured;
the possibility of compact connection of sections into blocks is provided to increase the heat transfer surface;
it is possible to unify parts and assemble heat exchangers from them according to various technological parameters.

Путем придания боковым стенкам ламелей дугообразной формы и опирания вершин ламелей на прерывистые ребра на плоскостях крышек можно обеспечить требуемую жесткость поверхности при меньшей толщине стенки и тем самым снизить материалоемкость теплообменника. Аналогичной цели служат гофры на боковых стенках ламелей, способствующие одновременно интенсификации теплообмена. By giving the side walls of the lamellas an arcuate shape and supporting the tops of the lamellas on discontinuous ribs on the lid planes, it is possible to provide the required surface rigidity with a smaller wall thickness and thereby reduce the heat exchanger material consumption. Corrugations on the side walls of the lamellas serve a similar purpose, contributing simultaneously to the intensification of heat transfer.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 представлен вид крышки; фиг.2 вид корпуса; фиг.3 вид ламельной секции; фиг.4 поперечный разрез ламелей; фиг. 5 вид дугообразной ламели; фиг.6 схема сборки блока из трех секций. The invention is illustrated by drawings: in Fig.1 shows a view of the cover; figure 2 view of the housing; figure 3 view of the lamella section; 4 is a cross section of the lamellas; FIG. 5 kind of arc-shaped lamella; Fig.6 assembly diagram of a block of three sections.

Устройство содержит крышку с отверстием 1 на торцевой плоскости и на ее верхней плоскости 2 отверстие 3, соединенное с отверстием 1, с ограничительными выступами 4, со сквозным отверстием 5, соединенным с отверстием на нижней плоскости 6, с прерывистыми ребрами 7 на верхней и нижней плоскостях. The device comprises a cover with a hole 1 on the end plane and on its upper plane 2, a hole 3 connected to the hole 1, with restrictive protrusions 4, with a through hole 5 connected to the hole on the lower plane 6, with intermittent ribs 7 on the upper and lower planes .

Корпус теплообменника снабжен отверстием 8 на торцевой плоскости 9 и пазами 10 по всему периметру для уплотнительных прокладок. Складчатый лист содержит ламели 11 и по всему периметру полку 12. Усиление жесткости ламелей достигается приданием им дугообразной формы 13. На фиг.6 показана в качестве примера сборка блока из трех секций, которые размещены между плитами 14 стягивающего механизма. Гайкой 15 осуществляются стягивание плит, тем самым сжатие уплотнительных прокладок, и герметизация разъемов. Для соединения гидравлических трактов служат перемычки 16. Ограничительные выступы 4 на боковинах крышки 17 выполняют две функции: обеспечивают точность сборки и усиливают жесткость корпуса. Уплотнительные прокладки могут быть размещены (прикреплены), например в пазах по периметру корпуса (две) и на нижней плоскости полки складчатого листа (одна). Гофры 18 на боковинах ламелей обеспечивают жесткость стенки и способствуют интенсификации теплообмена. The heat exchanger housing is provided with an opening 8 on the end plane 9 and grooves 10 around the entire perimeter for the gaskets. The folded sheet contains lamellas 11 and a shelf 12 along the entire perimeter. Strengthening of the stiffness of the lamellas is achieved by giving them an arcuate shape 13. FIG. 6 shows, by way of example, an assembly of a block of three sections that are placed between the plates 14 of the tightening mechanism. The nut 15 is used to tighten the plates, thereby compressing the gaskets, and sealing the connectors. To connect the hydraulic paths, jumpers 16 are used. The limiting protrusions 4 on the sides of the cover 17 perform two functions: they ensure assembly accuracy and increase the rigidity of the housing. Sealing gaskets can be placed (attached), for example, in grooves around the perimeter of the body (two) and on the lower plane of the shelf of the folded sheet (one). The corrugations 18 on the sides of the lamellas provide the rigidity of the wall and contribute to the intensification of heat transfer.

Устройство работает следующим образом. Через сквозное отверстие 5 нижней секции (см. фиг. 6) в подламельную полость поступает сырое молоко. Пройдя нижнюю секцию молоко через отверстие 1 и перемычку 16 попадает в надламельную полость следующей секции и т.д. Вторая среда (это могут быть пастеризованное молоко, рассол, горячая вода в зависимости от функции теплообменника) подается через отверстие 5 самой верхней секции, пройдя по ее надламельной полости через отверстие 8 в корпусе и перемычке 16 поступает в подламельное пространство соседней секции и т.д. Таким образом гидравлическая схема обеспечивает требуемое движение сред противотоком. При необходимости механической очистки поверхностей отпускают нажимную гайку 15 и разбиpают секции на части. The device operates as follows. Through the through hole 5 of the lower section (see Fig. 6), raw milk enters the sub-cavity. After passing the lower section of the milk through the hole 1 and the jumper 16 falls into the nadlamy cavity of the next section, etc. The second medium (it can be pasteurized milk, brine, hot water, depending on the function of the heat exchanger) is fed through the opening 5 of the uppermost section, passing through its nadlamennoy cavity through the hole 8 in the housing and the jumper 16 enters the sintered space of the neighboring section, etc. . Thus, the hydraulic circuit provides the required movement of the media countercurrent. If necessary, mechanical cleaning of the surfaces release the pressure nut 15 and break the sections into parts.

Возможность реализации предлагаемого устройства подтверждена изготовлением и испытаниями (на воде) экспериментального образца. The feasibility of the proposed device is confirmed by the manufacture and testing (on water) of an experimental sample.

Из качественных рассуждений достаточно очевидно, что за счет улучшения гидравлических характеристик тракта (выравнивание раздачи потока по поперечному сечению ламелей, исключение местных потерь при изменении скорости потока) по сравнению с пластинчатыми аппаратами можно достичь более высоких коэффициентов регенерации тепла, снизить материалоемкость, в том числе путем применения для крышек и корпуса двухслойных материалов с тонким слоем нержавеющей стали, снизить вредные стоки за счет уменьшения расходования моющих сред. From qualitative considerations, it is quite obvious that by improving the hydraulic characteristics of the tract (equalizing the flow distribution along the cross section of the lamellas, eliminating local losses when the flow velocity is changed), higher heat recovery coefficients can be achieved compared to plate devices, and material consumption can be reduced, including by application for covers and cases of two-layer materials with a thin layer of stainless steel, to reduce harmful drains by reducing the consumption of detergents.

Claims

1. Sectional lamellar heat exchanger containing covers with upper and lower planes and product inlet-outlet pipes, a housing and a folded sheet located in the cavity of the latter, characterized in that the side plane of the cover is provided with restrictive protrusions, and a through hole connecting the top is made in the cover itself and the lower plane, the hole on the end plane connected to the hole additionally made on the upper plane, the hole is also made on the end plane of the housing, and around its perimeter in grooves provided with a folded sheet disposed around the perimeter of shelf grooves, respectively, the housing and the side wall sheet adjacent slat pairs sealingly interconnected, the heat exchanger is also provided with a tightening mechanism, interacting with lids.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the upper and lower planes of the lid are provided with intermittent ribs, and the side walls of the folded sheet are made arcuate.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the side walls of the lamellas are provided with stiffeners.

4. The heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that it contains at least two sections, equipped with connecting pipes and a common tightening mechanism.