RU2814144C1 - Погружной теплообменник с жидкостным нагревом разъемной конструкции - Google Patents
Погружной теплообменник с жидкостным нагревом разъемной конструкции Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814144C1 RU2814144C1 RU2023111520A RU2023111520A RU2814144C1 RU 2814144 C1 RU2814144 C1 RU 2814144C1 RU 2023111520 A RU2023111520 A RU 2023111520A RU 2023111520 A RU2023111520 A RU 2023111520A RU 2814144 C1 RU2814144 C1 RU 2814144C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- extension
- heat exchanger
- possibility
- threaded connection
- lid
- Prior art date
Links
- 238000007654 immersion Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 title description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000032770 biofilm formation Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в контактных теплообменниках для лабораторных биореакторов малого объема. В погружном теплообменнике для лабораторных биореакторов малого объема, содержащем контактный теплообменный элемент, выполненный в виде стакана, крышку, впускные и выпускные штуцеры, стакан и крышка выполнены разъемными с возможностью соединения их резьбовым соединением и возможностью установки между ними с помощью резьбового соединения удлиняющей вставки, крышка выполнена с удлинителем потока с возможностью увеличения его длины за счет вставки, присоединяющейся к удлинителю с помощью резьбового соединения, причем контактные поверхности стакана и удлиняющей вставки выполнены с полированной гладкой поверхностью, не имеющей труднодоступных мест. Технический результат – обеспечение требуемой температуры жидкой среды в биотехнологическом процессе. 6 ил.
Description
Область техники
Область применения изобретения относится к биореакторным системам, а именно к контактным теплообменникам для лабораторных биореакторов малого объема.
Уровень техники
Культивирование микроорганизмов является сложным биотехнологическим процессом, который следует осуществлять с использованием специализированного биореакторного оборудования. Одним из важнейших параметров в таких процессах, требующим непрерывного контроля, является температура питательной среды. Поскольку условия работы биореактора предполагают повышенную влажность, использование электрического нагревателя для термостатирования повышает риски возникновения ситуаций, приводящих к повреждению оборудования, а также опасных для жизни и здоровья человека. Поэтому, для поддержания постоянной температуры лабораторные биореакторы, как правило, оснащены водяными рубашками. Данный тип теплообменников являются внешним, и нагрев емкости осуществляется через внутреннюю стенку рубашки, площадь которой является максимальной площадью теплопередачи. Недостатком данной конструкции являются значительные тепловые потери из-за рассеивания части тепла в атмосферу рабочего помещения через внешнюю стенку рубашки. Кроме того, изготовление таких теплообменников является технологически сложным процессом и требует значительных экономических затрат. В таких случаях, технически и конструктивно оправданным решением может быть использование погружных теплообменников, расположенных предпочтительно в нижней части реакционной емкости, которые контактируют с жидкой средой напрямую. Следует отметить, что площадь поверхности данных теплообменников должна быть оптимальной для обеспечения максимальной теплоотдачи в выбранной емкости. В свою очередь, их контактная часть не должна содержать труднодоступных мест во избежание образования биопленки из-за неэффективного перемешивания. Поэтому, создание погружных теплообменников для биореакторов, конструкция которых отвечает вышеуказанным требованиям, является актуальной задачей.
Известен технологический элемент в форме стержня для охлаждения или нагрева жидкостей в технологическом резервуаре (US 11112188 В1). Данный стержень схематически представлен на фиг. 1 и состоит из полого внешнего кожуха 1, закрытого с одного конца полусферической крышкой 2, а с другого - ступицей 3, внутреннего отклонителя потока 4, впускного штуцера 5 и выпускного штуцера 6. Ступица 3 имеет цилиндрическую форму и плотно прилегает снаружи к открытому концу кожуха 1. Штуцеры 5 и 6 могут быть как частью ступицы 3, так и иметь резьбу для монтажа. Отклонитель потока 4 контактируют с внутренней стенкой кожуха 1 и имеет центральное сквозное отверстие, а также одну или несколько наружных винтовых канавок. Соединение технологического стержня и реакционной емкости осуществляется с помощью герметизирующей втулки, сварки или резьбового соединения.
Через впускной штуцер 5 поступает теплоноситель 7, проходящий последовательно по сквозному отверстию отклонителя потока 4, соосному штуцеру 5, до полусферической крышки 2, где направляется по спиральным каналам, образованным контактом между кожухом 1 и канавками отклонителя потока 4, к выпускному штуцеру 6.
Основными характеристиками материалов для изготовления технологического стержня авторы указывают инертность, высокий коэффициент теплопередачи, доступность и возможность переработки для повторного использования. В качестве предпочтительного материала рекомендуется пластик.
Основным недостатком данной конструкции является технология его изготовления, подразумевающая неразъемное соединение деталей с помощью клея или сварки. Следует также отметить, что добавление в конструкцию массивного отклонителя потока 4 может создавать дополнительное термическое сопротивление, гидродинамическое сопротивление за счет уменьшения площади поперечного сечения канала, а также тепловую инерцию. Кроме того наблюдается значительное сокращение площади контакта теплоносителя 7 с внутренней поверхностью кожуха 1.
Конструкция погружного теплообменника, предлагаемая в данной заявке, лишена указанных недостатков и при этом обладает схожими функциональными характеристиками.
Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности теплообменного процесса в реакционной емкости лабораторного биореактора малого объема. Технический результат, достигаемый за счет использования предложенного изобретения, заключается в увеличении эффективной площади теплообмена, предотвращении образования очагов коррозии и биопленки на поверхности теплообменника при проведении биотехнологического процесса в биореакторе.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - упрощенная конструкция технологического элемента в форме стержня для охлаждения или нагрева жидкостей в технологическом резервуаре (US 11112188 В1);
Фиг. 2 - сечение и схема работы погружного теплообменника для лабораторных биореакторов малого объема;
Фиг. 3 - изометрическая проекция погруженного теплообменника для лабораторных биореакторов малого объема;
Фиг. 4 - сечение резьбового монтажного соединения погружного теплообменника и реакционной емкости;
Фиг. 5 - сечение удлиненного погружного теплообменника для лабораторных биореакторов малого объема;
Фиг. 6 - изометрическая проекция удлиненного погружного теплообменника для лабораторных биореакторов малого объема.
Описание изобретения
Как показано на сопроводительных чертежах, представленных для иллюстрации настоящего изобретения и на которых аналогичными ссылочными номерами указаны элементы конструкции, в частности на фиг. 2 и фиг. 3, где показаны сечение, с указанием на нем схемы работы, и изометрическая проекция, соответственно, погружной теплообменник для лабораторных биореакторов малого объема представляет собой сборочный узел с разъемным соединением и возможностью промывки деталей отдельно, состоящий из стакана 8, являющимся контактным теплообменным элементом конструкции, и крышки 9, содержащей удлинитель потока 10. В крышке 9 выполнены резьбовые отверстия для присоединения впускного и выпускного штуцеров 11 и 12, соответственно, предназначенных для прокачивания теплоносителя. Крышка 9 содержит удлинитель потока 10, обеспечивающий равномерное распределение теплоносителя в стакане 8, что в свою очередь способствует максимизации площади контакта внутренней стенки стакана 8 и теплоносителя. Эффективная площадь поверхности теплообмена составляет 35±0.5 см2. Предпочтительным вариантом монтажа погружного теплообменника является резьбовое соединение с днищем биореакторной емкости, как показано на фиг. 4, что обеспечивает наибольшую площадь контакта теплообменной поверхности стакана 8 и жидкой фазы в реакционной зоне. Для выгрузки жидкой фазы из реакционной емкости в крышке 9 выполнено сливное отверстие 13 и резьбовое отверстие для присоединения сливного штуцера 14.
Главной особенностью изобретения является возможность увеличения эффективной площади теплообмена за счет добавления в конструкцию вставок. На фиг. 5 и фиг. 6 показаны сечение и изометрическая проекция удлиненного погружного теплообменника, где удлиняющая вставка 15 устанавливается между стаканом 8 и крышкой 9 с помощью резьбового соединения, увеличивая эффективную площадь поверхности теплообмена на 28±0.5 см2. Для равномерного распределения теплоносителя во внутреннем пространстве удлиненного погружного теплообменника длина удлинителя потока 10 может быть увеличена за счет вставки 16, присоединяемой с помощью резьбового соединения. Герметичность всех резьбовых соединений в конструкции настоящего изобретения обеспечивается за счет уплотнительных колец.
Все элементы погружного теплообменника изготавливаются из нержавеющей стали круглого сечения методами механической обработки, что снижает риск возникновения очагов коррозии. Для снижения рисков образования биопленки, выполняется полировка всех контактных поверхностей погружного теплообменника (стакан 8, удлиняющая вставка 15).
Поставленная задача изобретения решается путем максимизации эффективной площади теплообмена, обеспечиваемой равномерным распределением теплоносителя во внутреннем пространстве контактного теплообменного элемента в виде стакана за счет удлинителя потока, способом монтажа изобретения, гарантирующим максимальную площадь контакта теплообменной поверхности и жидкой фазы в реакционной емкости, а также настраиваемой величиной площади теплообмена благодаря возможности добавления удлиняющих вставок в конструкцию изобретения.
Несмотря на то, что был показан и описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, допускается внесение в него модификаций в рамках объема настоящего изобретения. Соответственно не предполагается, что настоящее изобретение ограничено чем-либо за исключением прилагаемой формулы изобретения.
Claims (1)
- Погружной теплообменник для лабораторных биореакторов малого объема, содержащий контактный теплообменный элемент, выполненный в виде стакана, крышку, впускные и выпускные штуцеры, отличающийся тем, что стакан и крышка выполнены разъемными с возможностью соединения их резьбовым соединением и возможностью установки между ними с помощью резьбового соединения удлиняющей вставки, крышка выполнена с удлинителем потока с возможностью увеличения его длины за счет вставки, присоединяющейся к удлинителю с помощью резьбового соединения, причем контактные поверхности стакана и удлиняющей вставки выполнены с полированной гладкой поверхностью, не имеющей труднодоступных мест.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2814144C1 true RU2814144C1 (ru) | 2024-02-22 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU669170A1 (ru) * | 1973-06-08 | 1979-06-25 | Научно-Производственное Объединение (Нпо) "Лакокраспокрытие" | Погружной теплообменник |
DE4001330C2 (ru) * | 1990-01-18 | 1993-09-09 | Calorifer Ag, Elgg, Ch | |
RU123256U1 (ru) * | 2012-08-10 | 2012-12-20 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Теплообменник для погружного маслозаполненного электродвигателя |
US11112188B1 (en) * | 2021-01-08 | 2021-09-07 | Sani-Tech West, Inc. | Process cooling rod |
RU2763318C1 (ru) * | 2021-01-12 | 2021-12-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" | Лабораторный мультиплатформенный газовихревой биореактор |
RU211950U1 (ru) * | 2021-11-15 | 2022-06-29 | Алексей Сергеевич Геращенко | Проточный нагреватель жидкости |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU669170A1 (ru) * | 1973-06-08 | 1979-06-25 | Научно-Производственное Объединение (Нпо) "Лакокраспокрытие" | Погружной теплообменник |
DE4001330C2 (ru) * | 1990-01-18 | 1993-09-09 | Calorifer Ag, Elgg, Ch | |
RU123256U1 (ru) * | 2012-08-10 | 2012-12-20 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Теплообменник для погружного маслозаполненного электродвигателя |
US11112188B1 (en) * | 2021-01-08 | 2021-09-07 | Sani-Tech West, Inc. | Process cooling rod |
RU2763318C1 (ru) * | 2021-01-12 | 2021-12-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" | Лабораторный мультиплатформенный газовихревой биореактор |
RU211950U1 (ru) * | 2021-11-15 | 2022-06-29 | Алексей Сергеевич Геращенко | Проточный нагреватель жидкости |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6804965B2 (en) | Heat exchanger for high purity and corrosive fluids | |
US6293335B1 (en) | Method and apparatus for optimizing heat transfer in a tube and shell heat exchanger | |
US6499534B1 (en) | Heat exchanger with two-stage heat transfer | |
WO2017196952A1 (en) | Point of dispense heat exchanger for fluids | |
US20200374994A1 (en) | Microwave Processing Equipment for Continuous Flow Liquids | |
RU2814144C1 (ru) | Погружной теплообменник с жидкостным нагревом разъемной конструкции | |
EP4083560A1 (en) | Flow reactor | |
CN215312401U (zh) | 一种循环式换热反应釜 | |
CN101566385B (zh) | 高压气态、液态介质加热用电加热器 | |
JPS6365251A (ja) | 液体加熱方法 | |
CN220940706U (zh) | 一种快速均匀控温的玻璃罐反应器 | |
CN207576386U (zh) | 一种水处理用药剂的生产设备 | |
CN207861894U (zh) | 一种用于硫酸浓缩的蒸发器 | |
CN219129232U (zh) | 一种带温度控制功能的聚丙烯连续聚合反应釜 | |
CN211400868U (zh) | 三恒新风机用调节氯化锂溶液温度的钛换热器 | |
CN215572305U (zh) | 一种高效率换热器 | |
CN219454254U (zh) | 一种用于加热液体的加热管 | |
US12000661B2 (en) | Flow reactor | |
RU203009U1 (ru) | Термосмешивающая установка для сквашивания кисломолочных продуктов | |
CN110686530A (zh) | 三恒新风机用调节氯化锂溶液温度的钛换热器 | |
KR100406726B1 (ko) | 히팅장치 | |
CN219045918U (zh) | 一种干发酵进料装置 | |
Subramanian et al. | The dynamics of liquid cooling in half-coil jackets | |
CN204787267U (zh) | 一种淋浴系统热交换装置 | |
CN220026911U (zh) | 一种均质乳化釜 |