殼管式熱交換器

　　技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種如下類型的殼管式熱交換器 ：其包括套管 (casing tube) 和至少 一個內(nèi)管，該殼管式熱交換器用于處理液態(tài)食物產(chǎn)品、特別是諸如果汁或奶等低粘度的 產(chǎn)品，該殼管式熱交換器還具有引導(dǎo)產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流的功能，該殼管式熱交換器包括用于 套管和 / 或內(nèi)管的至少一個熱膨脹補償裝置，該補償裝置具有位于補償裝置內(nèi)的能夠被 待處理的產(chǎn)品接觸的至少一個表面。

　　背景技術(shù) 從 DE 600 19 635 T2 和 DE 102 56 232 B4 已知例如用于引導(dǎo)產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流的殼管 式熱交換器。 這里，熱膨脹補償裝置是具有密封件的滑動連接件，或者是浮動的或可動 的軸承，該熱膨脹補償裝置允許由熱引起的相對運動，但是產(chǎn)生了產(chǎn)品能夠以即使被徹 底清潔也不能再被去除的方式停留的死區(qū)，或者該熱膨脹補償裝置為了衛(wèi)生無可指責(zé)的 清潔而需要進(jìn)行分解操作。 在衛(wèi)生方面，這樣的補償裝置并不被**人士推薦，但是目

　　前作為用于引導(dǎo)產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流的合成解決方案 (comprise solution) 而被通用。

　　相反地，在食物產(chǎn)品工業(yè)中的發(fā)生產(chǎn)品 / 熱承載介質(zhì) ( 例如水 ) 流引導(dǎo)的殼管式 熱交換器中，已知 ：至少一個波紋管以專門被熱承載介質(zhì)接觸但絕不被產(chǎn)品接觸的方式 被安裝成熱膨脹補償裝置。 在殼管式熱交換器使用了特定階段之后，或者在產(chǎn)品變化期 間，波紋管不會被清潔，這是因為波紋管僅與任意流速的熱承載介質(zhì)接觸。 故意將波紋 管構(gòu)造成使得比值 B ∶ T 比 1 小很多，可選地，具有直的側(cè)面以及側(cè)面之間的非常小的 曲率半徑，這是因為，這種方式使得每個彎折部的補償效果變強從而使所需要的彎折部 的數(shù)量盡可能得少。 由于比值 B ∶ T 有利于補償?shù)乇?1 小很多，該波紋管不能夠再被清 潔以獲得衛(wèi)生無可指責(zé)的狀態(tài)，這是因為，由于例如渦旋形成和死區(qū)導(dǎo)致在與產(chǎn)品接觸 時，不可避免地牢固粘附的產(chǎn)品沉積物將增多。 發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是構(gòu)造一種用于引導(dǎo)產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流的上述類型的殼管式熱交換 器，該殼管式熱交換器能夠被衛(wèi)生無可指責(zé)地清潔。

　　利用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)所述目的 ：一種殼管式熱交換器，其包括套管和至 少一個內(nèi)管，所述殼管式熱交換器用于處理液態(tài)食物產(chǎn)品、特別是諸如果汁或奶等低粘 度的產(chǎn)品，所述殼管式熱交換器還具有引導(dǎo)產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流的功能，所述殼管式熱交換器 包括用于所述套管和 / 或所述內(nèi)管的至少一個熱膨脹補償裝置，所述補償裝置具有位于 所述補償裝置內(nèi)的能夠被待處理的產(chǎn)品接觸的至少一個表面，所述殼管式熱交換器的特 征在于，在與所述套管和 / 或所述內(nèi)管形成一體的至少一個波紋管上，能夠被產(chǎn)品接 觸的所述表面設(shè)有多個較寬的彎折部，所述彎折部繞管的軸線延伸并且具有圓形截面 (rounded cross-section)，在能夠被產(chǎn)品接觸的所述表面上各彎折部被構(gòu)造成徑向深度 T 和 軸向?qū)挾?B 的比值 B ∶ T 是大約 1 或更大，由此能夠被以衛(wèi)生無可指責(zé)的方式清潔?？紤]繞開彎折部的通常代表*佳熱膨脹系數(shù)的比值 B ∶ T，而至少在能夠被產(chǎn)品 接觸的表面上采用對補償不太有利的大約為 1 或更大的比值 B ∶ T，使得能夠被產(chǎn)品接觸 的表面可以被清潔，以實現(xiàn)產(chǎn)品的衛(wèi)生無可指責(zé)的狀態(tài)，這是因為，在圓形彎折部和較 弱的彎曲面中存在較緩和的方向改變，并且不存在嚴(yán)重的死區(qū) (dead space)。 因此，產(chǎn) 品不易粘附，而總是很快地流到彎折部外。 清潔介質(zhì)可以有效地去除產(chǎn)品殘余物并且介 質(zhì)自身能夠容易地流出和 / 或被去除而不會產(chǎn)生任何殘余物。 為了實現(xiàn)整體上需要的補 償作用，僅需要額外設(shè)置對應(yīng)數(shù)量的彎折部。 然而，這在實現(xiàn)引導(dǎo)產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流的衛(wèi)生 無可指責(zé)狀態(tài)以及殼管式熱交換器中的氣密性方面當(dāng)然是可以接受的。 由于為了補償熱 膨脹的技術(shù)目的而設(shè)置的并且例如內(nèi)側(cè)與產(chǎn)品接觸的各彎折部的補償作用的劣化可被接 受，所以現(xiàn)在僅需要波紋管具有用于殼管式熱交換器的產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流引導(dǎo)的衛(wèi)生條件， 另外由于溫和的表面延伸實現(xiàn)了非常有利的流動狀態(tài)，這特別顯著地提高了清潔效果。 因此，實現(xiàn)了具有衛(wèi)生的波紋管的殼管式熱交換器。

　　在有利的實施方式中，比值 B ∶ T 例如可以是大約 1 至大約 2。 該比值越大， 在預(yù)定操作時間之后或者由于產(chǎn)品變化進(jìn)行清潔的過程中，彎折部越有利。

　　在有利的實施方式中，在波紋管中設(shè)有幾個彎折部 ；這些彎折部沿軸向直接連 續(xù)，這些彎折部被形成為交替地向內(nèi)和向外，這些彎折部至少基本上類似并且較寬。 當(dāng) 該波紋管被配置于套管時，能夠被產(chǎn)品接觸的表面僅存在于內(nèi)側(cè)。 相反地，如果波紋管 被配置于內(nèi)管，則在每一次為清潔動作提供的*佳條件下，內(nèi)表面或外表面或內(nèi)外表面 兩者可以被產(chǎn)品接觸。

　　在可選的實施方式中，沿軸向分隔開地連續(xù)配置并且基本上類似的多個彎折部 被設(shè)置成向內(nèi)或向外 ；彎折部在能夠被產(chǎn)品接觸的表面上可以被形成為使得比值 B ∶ T 是大約 1 或更大，并且在間隔中設(shè)置比值 B1 ∶ T ＜ 1 的彎折部。 在本實施方式中推薦 在能夠被產(chǎn)品接觸的波紋管表面上彎折部的凸出的彎曲面應(yīng)該被配置成使得比值 B1 ∶ T ＜ 1，這是因為可以容易地清潔這些凸面部。這構(gòu)成了波紋管的混合構(gòu)造，一方面能夠容 易地清潔比值 B ∶ T 為大約 1 或更大的較寬彎折部的凹面部而且實現(xiàn)了每長度單位的較小 補償作用，另一方面能夠在比值 B1 ∶ T ＜ 1 的彎折部的凸面部上實現(xiàn)足夠良好的清潔效 果而且在所述位置獲得了每長度單位的較強補償作用。 如上所述，如果套管的內(nèi)表面被 產(chǎn)品接觸，則波紋管的該混合形式對套管是特別推薦的。

　　在另一個實施方式中，波紋管的內(nèi)徑具有如下尺寸 ：該尺寸在包括波紋管的內(nèi) 管或套筒的大致內(nèi)徑和比所述內(nèi)徑小彎折部的深度的值之間。 取決于波紋管在套管或內(nèi) 管中的具體應(yīng)用，可以避免各流路中的所述波紋管 / 內(nèi)徑區(qū)域內(nèi)的不期望的限制或者使 該限制*小化。

　　在一個實施方式中，波紋管包括大致圓筒狀的管座，該管座被焊接到內(nèi)管或套 管，并且被插入到內(nèi)管或套管的截面端部中或套在內(nèi)管或套管的截面端部外。 借助于制 造技術(shù)可以容易地控制波紋管與各管的一體化。 焊接是致密的并且能夠承受高的壓力差 而不會產(chǎn)生任何問題。 波紋管可以分別被配置在管的*佳位置。

　　在可選的實施方式中，例如通過輥處理 (roller treatment) 或液壓成型使波紋管一 體地形成于各管的圓筒狀的壁。 由此不再需要焊接接合。

　　在有利的實施方式中，套管和多個內(nèi)管形成殼管式熱交換器模塊。 波紋管、至少一個波紋管可以被配置在熱交換器模塊的大致長度方向中央，從而以*佳的方式展現(xiàn) 其補償作用。 優(yōu)選地，波紋管以如下方式被定位在套管中 ：波紋管的能夠被產(chǎn)品接觸的 表面朝向容納于套管中的內(nèi)管定向并且可以是平滑的。

　　彎折部至少在能夠被產(chǎn)品接觸的表面上具有促進(jìn)大致紊流狀態(tài)的溫和表面延伸 部，這對于進(jìn)行有效清潔是重要的，因為該流體完全到達(dá)波紋管的所有凹部。 大致紊流 狀態(tài)提供了如下優(yōu)點 ：不會形成必須擔(dān)心不僅產(chǎn)品將會沉積而且清潔介質(zhì)不會進(jìn)行有效 清潔動作的位置的區(qū)域。

　　特別有利的是，各彎折部被形成于配置有波紋管的內(nèi)管和 / 或套管的軸向截面 中，并且各彎折部包括連續(xù)的相互進(jìn)入的彎曲截面。 優(yōu)選各彎折部的曲率半徑與深度和 / 或?qū)挾鹊囊话氪笾孪嗟鹊膱A弧截面。 附圖說明

　　現(xiàn)在，將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的主題的實施方式，其中 ： 圖 1 是典型的殼管式熱交換器的模塊的示意性縱剖視圖 ； 圖 2 示出了圖 1 的殼管式熱交換器模塊的套管中的波紋管的細(xì)節(jié)的放大圖 ； 圖 3 是例如模塊的套管或內(nèi)管的另一個實施方式的軸向剖視圖 ； 圖 4 是模塊的套管或內(nèi)管的另一個實施方式的軸向剖視圖 ； 圖 5 是模塊的具體實施方式的局部剖視圖。具體實施方式

　　圖 1 至圖 5 均示出了殼管式熱交換器 W 的由虛線表示的單個模塊 M，例如在液 態(tài)食物產(chǎn)品 ( 例如，水、果汁、奶 ) 的裝瓶或灌裝工業(yè)中，該殼管式熱交換器用于在食物 產(chǎn)品的熱處理 ( 加熱或冷卻 ) 中引導(dǎo)產(chǎn)品 / 產(chǎn)品流。 在殼管式熱交換器 W 中，可以安裝 多個模塊以獲得盡可能長的產(chǎn)品用流路。 這里，模塊 M 的長度可以是例如 3.0m、6.0m 或甚至更長。

　　在圖 1 中，模塊 M 包括例如由不銹鋼制成的套管 1，該套管 1 包括用于安裝在殼 管式熱交換器 W 中的端側(cè)固定凸緣 2。 在套管 1 中，設(shè)置至少一個內(nèi)管 3，該內(nèi)管 3 在固 定凸緣 4 之間與套管 1 大致平行地沿軸向延伸。 在圖 1 的實施方式中，設(shè)置被組合形成管 束的幾個內(nèi)管 3，使得在套管 1 和內(nèi)管 3 之間以及在內(nèi)管 3 中至少限定流路 5、6、7、8， 其中，流路 6、7、8 屬于主流路 (primary ?ow)，流路 5 屬于次流路 (secondary channel)。 食物產(chǎn)品在這些流路中循環(huán)，這里，至少一個流路也可以用于熱承載介質(zhì) ( 例如在圖 1 中 是流路 5)。 為了能夠補償由于主要是流路中的不同溫度導(dǎo)致的管 1 和管 3 之間的不可避 免的熱膨脹，在圖 1 的實施方式中，被構(gòu)造成具有多個彎折部 F 的波紋管 C 的補償裝置 K 與套管 1 形成為一體。 當(dāng)然也可以在模塊 M 的長度 ( 例如 6.0m 以上 ) 上設(shè)置多個波紋 管 C。 圖 1 所示的波紋管 C 在內(nèi)側(cè)設(shè)置有可以被流路 5 中的產(chǎn)品接觸的表面 12，波紋管 借助于占優(yōu)勢的軸向操作來補償套管 1 的軸向熱膨脹與內(nèi)管 3 的軸向熱膨脹的差。 在圖 5 中，用于連接例如內(nèi)管 3 的開口端凸緣 2 被設(shè)置在套管 1 上，并且側(cè)向連接件 2’ 被設(shè) 置在套管 1 中。

　　另外，內(nèi)管 3 也可以裝配有波紋管 C，或者可以僅內(nèi)管 3 裝配有波紋管 C ；在該情況下，內(nèi)管 3 中的波紋管 C 可選地在內(nèi)側(cè)和 / 或外側(cè)上具有可以被產(chǎn)品接觸的表面 12。

　　圖 2 示出了圖 1 的波紋管 C 的放大圖。 利用例如圓筒狀的端側(cè)管座 10 將波紋管 C 焊接到套管 1，這里，管座 10 被插入到套管截面端部 1a、1b 中的內(nèi)側(cè)并且在 11 處被焊 接。 作為可選方案，管座 10 也可以在外側(cè)被安裝到套管截面端部 1a、1b 并且被焊接。 波紋管 C 被預(yù)制并且之后被安裝到套管 1。

　　圖 2 中的波紋管 C 的不同之處在于，該波紋管 C 包括多個較寬的彎折部 F，所述 多個較寬的彎折部 F 沿軸向彼此間隔開地配置、繞管的軸線 X 延伸、具有徑向深度 T 和 軸向?qū)挾?B、并且彼此類似。 比值 B ∶ T 是大約 1 或者甚至更大，優(yōu)選*大為大約 2。 可以被產(chǎn)品接觸的表面 12 主要是凹狀圓形，并且以例如 R1 的曲率半徑相對溫和地延伸， 該曲率半徑 R1 可以是深度 T 或?qū)挾?B 的大約一半。

　　在沿軸向間隔開的彎折部 F 之間的空隙中設(shè)置相反的彎折部 F1’ ；在可以被產(chǎn) 品接觸的表面 12 上，彎折部 F1’均具有凸面部，該凸面部的曲率半徑為 R2’，該曲率半 徑 R2’ 比深度 T 或?qū)挾?B 的一半小，并且可以是彎折部 F1’ 的寬度 B 1 的大約一半。

　　波紋管 C 的內(nèi)徑被**為寬度 d 并且與套管 1 的內(nèi)徑 D 大致相等。 波紋管 C 的 外徑 D1 與內(nèi)徑 d、深度 T 的兩倍和波紋管 C 的材料厚度之和大致相等。 與套管 1 一樣， 波紋管 C 優(yōu)選由不銹鋼制成。 在圖 2 中沒有示出內(nèi)管 3。 波紋管 C 的外表面 9 不與模塊 M 中的產(chǎn)品接觸。 在圖 3 的實施方式中，波紋管 C 與套管 1 或者各內(nèi)管 3 形成為一體。 當(dāng)波紋管 C 位于內(nèi)管 3 中時，內(nèi)表面和外表面 12 可以被產(chǎn)品接觸。 在波紋管 C 中，形成沿軸向直 接連續(xù)、交替向內(nèi)和向外的多個彎折部 F、 F1 ；這些彎折部可以是類似的并且具有連續(xù) 的凸曲率和凹曲率，有利地具有與深度 T 的大約一半相等的曲率半徑 R1、R2。 有利地， 這些彎折部具有彼此連續(xù)的圓形截面，優(yōu)選具有彼此連續(xù)的半圓形截面。 波紋管 C 的內(nèi) 徑 d1 與套管 1 或內(nèi)管 3 的內(nèi)徑 d 或者與套管 1 或內(nèi)管 3 的外徑 D 大致相等，而波紋管的 外徑 D1 與外徑 D、深度 T 的兩倍和材料厚度之和大致相等。 在所示出的實施方式中，套 管 1 或內(nèi)管 3 的外徑 D 是大約 70.0mm，各彎折部的寬度 B 稍小于 10.0mm ；各彎折部的 深度 T 是大約 10.0mm，在波紋管 C 的整個長度上設(shè)置六個彎折部 F 和五個彎折部 F1。

　　在圖 4 的實施方式中，波紋管 C 的內(nèi)徑 d1 比套管 1 或內(nèi)管 3 的內(nèi)徑 d 小，優(yōu)選 比內(nèi)徑 d 小大約不超過深度 T，波紋管 C 的外徑 D1 比外徑 D 稍大或者幾乎與外徑 D 一 樣大。 與圖 3 的波紋管 C 中一樣，設(shè)置沿軸向直接連續(xù)、交替向內(nèi)和向外的多個彎折部 F、 F1 ；這些彎折部可以類似。

　　在 圖 4 的 實 施 方 式 中， 外 徑 D 是 大 約 114.0mm， 波 紋 管 C 的 長 度 是 大 約 146.0mm，深度 T 是大約 12.0mm，寬度 B 是大約 11.0mm。

　　在各實施方式中，彎折部 F、F1 的比值 B ∶ T 被選擇為大約 1.0 或更大，優(yōu)選不 超過大約 2.0。

　　這里，該比值可以稍小于 1，但是優(yōu)選總是大于 0.9。

　　優(yōu)選實施方式的套管直徑可達(dá) 250mm。 然而，套管也可以是具有更大直徑的形 狀。

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