殼管式熱交換器

　　技術領域 本發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 一個內管，該殼管式熱交換器用于處理液態食物產品、特別是諸如果汁或奶等低粘度的 產品，該殼管式熱交換器還具有引導產品 / 產品流的功能，該殼管式熱交換器包括用于 套管和 / 或內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的能夠被 待處理的產品接觸的至少一個表面。

　　背景技術 從 DE 600 19 635 T2 和 DE 102 56 232 B4 已知例如用于引導產品 / 產品流的殼管 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，但是產生了產品能夠以即使被徹 底清潔也不能再被去除的方式停留的死區，或者該熱膨脹補償裝置為了衛生無可指責的 清潔而需要進行分解操作。 在衛生方面，這樣的補償裝置并不被**人士推薦，但是目

　　前作為用于引導產品 / 產品流的合成解決方案 (comprise solution) 而被通用。

　　相反地，在食物產品工業中的發生產品 / 熱承載介質 ( 例如水 ) 流引導的殼管式 熱交換器中，已知 ：至少一個波紋管以專門被熱承載介質接觸但絕不被產品接觸的方式 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接觸。 故意將波紋 管構造成使得比值 B ∶ T 比 1 小很多，可選地，具有直的側面以及側面之間的非常小的 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 的數量盡可能得少。 由于比值 B ∶ T 有利于補償地比 1 小很多，該波紋管不能夠再被清 潔以獲得衛生無可指責的狀態，這是因為，由于例如渦旋形成和死區導致在與產品接觸 時，不可避免地牢固粘附的產品沉積物將增多。 發明內容

　　本發明的目的是構造一種用于引導產品 / 產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生無可指責地清潔。

　　利用如下技術方案來實現所述目的 ：一種殼管式熱交換器，其包括套管和至 少一個內管，所述殼管式熱交換器用于處理液態食物產品、特別是諸如果汁或奶等低粘 度的產品，所述殼管式熱交換器還具有引導產品 / 產品流的功能，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 所述補償裝置內的能夠被待處理的產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 / 或所述內管形成一體的至少一個波紋管上，能夠被產品接 觸的所述表面設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)，在能夠被產品接觸的所述表面上各彎折部被構造成徑向深度 T 和 軸向寬度 B 的比值 B ∶ T 是大約 1 或更大，由此能夠被以衛生無可指責的方式清潔。考慮繞開彎折部的通常代表*佳熱膨脹系數的比值 B ∶ T，而至少在能夠被產品 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，使得能夠被產品接觸 的表面可以被清潔，以實現產品的衛生無可指責的狀態，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，并且不存在嚴重的死區 (dead space)。 因此，產 品不易粘附，而總是很快地流到彎折部外。 清潔介質可以有效地去除產品殘余物并且介 質自身能夠容易地流出和 / 或被去除而不會產生任何殘余物。 為了實現整體上需要的補 償作用，僅需要額外設置對應數量的彎折部。 然而，這在實現引導產品 / 產品流的衛生 無可指責狀態以及殼管式熱交換器中的氣密性方面當然是可以接受的。 由于為了補償熱 膨脹的技術目的而設置的并且例如內側與產品接觸的各彎折部的補償作用的劣化可被接 受，所以現在僅需要波紋管具有用于殼管式熱交換器的產品 / 產品流引導的衛生條件， 另外由于溫和的表面延伸實現了非常有利的流動狀態，這特別顯著地提高了清潔效果。 因此，實現了具有衛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， 在預定操作時間之后或者由于產品變化進行清潔的過程中，彎折部越有利。

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

　　在可選的實施方式中，沿軸向分隔開地連續配置并且基本上類似的多個彎折部 被設置成向內或向外 ；彎折部在能夠被產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，并且在間隔中設置比值 B1 ∶ T ＜ 1 的彎折部。 在本實施方式中推薦 在能夠被產品接觸的波紋管表面上彎折部的凸出的彎曲面應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。這構成了波紋管的混合構造，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，如果套管的內表面被 產品接觸，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，波紋管的內徑具有如下尺寸 ：該尺寸在包括波紋管的內 管或套筒的大致內徑和比所述內徑小彎折部的深度的值之間。 取決于波紋管在套管或內 管中的具體應用，可以避免各流路中的所述波紋管 / 內徑區域內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，該管座被焊接到內管或套 管，并且被插入到內管或套管的截面端部中或套在內管或套管的截面端部外。 借助于制 造技術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 其補償作用。 優選地，波紋管以如下方式被定位在套管中 ：波紋管的能夠被產品接觸的 表面朝向容納于套管中的內管定向并且可以是平滑的。

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

　　特別有利的是，各彎折部被形成于配置有波紋管的內管和 / 或套管的軸向截面 中，并且各彎折部包括連續的相互進入的彎曲截面。 優選各彎折部的曲率半徑與深度和 / 或寬度的一半大致相等的圓弧截面。 附圖說明

　　現在，將參照附圖更詳細地說明本發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節的放大圖 ； 圖 3 是例如模塊的套管或內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 態食物產品 ( 例如，水、果汁、奶 ) 的裝瓶或灌裝工業中，該殼管式熱交換器用于在食物 產品的熱處理 ( 加熱或冷卻 ) 中引導產品 / 產品流。 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 中的端側固定凸緣 2。 在套管 1 中，設置至少一個內管 3，該內管 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，設置被組合形成管 束的幾個內管 3，使得在套管 1 和內管 3 之間以及在內管 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)。 食物產品在這些流路中循環，這里，至少一個流路也可以用于熱承載介質 ( 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。 當然也可以在模塊 M 的長度 ( 例如 6.0m 以上 ) 上設置多個波紋 管 C。 圖 1 所示的波紋管 C 在內側設置有可以被流路 5 中的產品接觸的表面 12，波紋管 借助于占優勢的軸向操作來補償套管 1 的軸向熱膨脹與內管 3 的軸向熱膨脹的差。 在圖 5 中，用于連接例如內管 3 的開口端凸緣 2 被設置在套管 1 上，并且側向連接件 2’ 被設 置在套管 1 中。

　　另外，內管 3 也可以裝配有波紋管 C，或者可以僅內管 3 裝配有波紋管 C ；在該情況下，內管 3 中的波紋管 C 可選地在內側和 / 或外側上具有可以被產品接觸的表面 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 中的內側并且在 11 處被焊 接。 作為可選方案，管座 10 也可以在外側被安裝到套管截面端部 1a、1b 并且被焊接。 波紋管 C 被預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 軸向寬度 B、并且彼此類似。 比值 B ∶ T 是大約 1 或者甚至更大，優選*大為大約 2。 可以被產品接觸的表面 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 或寬度 B 的大約一半。

　　在沿軸向間隔開的彎折部 F 之間的空隙中設置相反的彎折部 F1’ ；在可以被產 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 或寬度 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 的內徑被**為寬度 d 并且與套管 1 的內徑 D 大致相等。 波紋管 C 的 外徑 D1 與內徑 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 優選由不銹鋼制成。 在圖 2 中沒有示出內管 3。 波紋管 C 的外表面 9 不與模塊 M 中的產品接觸。 在圖 3 的實施方式中，波紋管 C 與套管 1 或者各內管 3 形成為一體。 當波紋管 C 位于內管 3 中時，內表面和外表面 12 可以被產品接觸。 在波紋管 C 中，形成沿軸向直 接連續、交替向內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 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的圓形截面，優選具有彼此連續的半圓形截面。 波紋管 C 的內 徑 d1 與套管 1 或內管 3 的內徑 d 或者與套管 1 或內管 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 的內徑 d1 比套管 1 或內管 3 的內徑 d 小，優選 比內徑 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，設置沿軸向直接連續、交替向內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，優選不 超過大約 2.0。

　　這里，該比值可以稍小于 1，但是優選總是大于 0.9。

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

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