专利名称：管壳式热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分类型的管壳式热交换器和这种 类型管壳式热交换器的内部管和/或套管。
背景技术：
用于处理具有纤维和/或粒子汁液的管壳式热交换器，其中使用简单地扭转内 部和/或外部管从DE 60019635T2中已知。在内部管中，扭转角显示在大约45°，但 是在每种情况中对应管轴线在套管中扭转角图示为约75°。具有这个管壳式热交换器的 情况下，缺点在于为了增加热传导，在液体接触面积不变的情况下会产生实质的压力损 失，并且液体的边界层在螺旋处被引导至强的旋转，螺旋相对于管轴线以相同扭转角延 伸。这需要非常高的进料压力，进料压力对于产品不利，对于在管壳式热交换器中的产 品的处理不利。从DE 10256232B4中，了解到管壳式热交换器用于UHT处理巴氏灭菌法的牛奶 和牛奶产品。套管是光滑管。仅仅内部管可以是交叉扭转管，其中多-头、相互对立的 螺旋以纵向于管轴线25°和35°之间的入射角处交叉，即以65°和55°之间的扭转角。 这个角度范围特别地匹配在接触表面上非常易于形成沉积物的牛奶和牛奶产品。因而， 螺旋用电化学方法加以磨光。两种方法的结合导致对形成牛奶和牛奶产品沉积物的最佳 抑制作用，可以使管壳式热交换器具有更长的服务时间而不需要清洗环路。所提及45° 扭转角，被认为是最佳用于热传导，但是其然而导致不能接受的大量牛奶和牛奶产品沉 积物的形成。考虑抑制产品_特殊沉积物的形成，25°和35°之间的入射角和额外的表 面处理因而最佳用于牛奶和牛奶产品，但是当在相对于管轴线成的通用角度45°的情况 下，它们给出了在获得的增加热传导和流体中压力损失的过度增加之间的不利关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种前述提及的类型的管壳式热交换器，以及用于这种 类型的管壳式热交换器的套管和/或内部管，当特别地处理低、中或高粘度的汁液或者 汁液类型食物产品时，其实现尽管在仅有中等的进料压力的情况下的最佳的短的静置时 间和小的热交换表面。这应用到在这个粘度范围中的全部液体食物。这组目的由专利权利要求1和专利权利要求10的技术特征实现。虽然，在管壳式热交换器中使用至少一个交叉扭转管(用于套管和/或每个内 部管)，由于交叉螺旋实现热传导的实质增加。然而，在与交叉-扭转相关的压力损 失增加的情况下，通过限制相对于管轴线的入射角α为72°至67°和由该入射角而 产生的相对于垂直于管轴线的面成18°至23°的扭转角，可实现的热传导增加在通流 (through-flow)中带来最佳关系，即到相对锐角，其虽然仅中等的进料压力，导致较小热 交换表面。换而言之，由于使用这类交叉扭转管，管壳式热交换器需要相对小的热交换 表面和因而短的传送距离。在汁液和汁液类型食物产品的情况下，易于形成产品沉积物是第二主要的，因为在使用具有一定的平坦扭转角的交叉扭转管的情况下，主要因素是 作为汁液或汁液类型食物的产品成分的果肉、纤维或者粒子由于平坦扭转角而不易于粘 着和收集，从而取代快速进一步冲洗。而且，以这种方式清洗至彻底清洁是可能的。在优选的实施方式中，在管的轴向剖面中，每个螺旋具有槽形凹部，在凹部两 侧上具有肋，肋具有近似楔形横截面，在肋之间，在凹部中具有约0.8mm至1.2mm之间 的螺旋深度。相对平坦扭转角和中等的螺旋深度之间的相互作用导致，即使在中等的进 料压力情况下，增加热传导和导致的压力损失的增加之间的关系最佳用于低、中、高粘 度的汁液和汁液类型食物产品。优选地，凹部和肋布置在接触产品的表面上。在优选的实施方式中，在管轴线方向上看凹部的宽度是螺旋深度的整数倍。应 在约5.0和20.0mm之间。凹部是在其相邻肋上相对宽的空腔，产品的结构部分快速地进 一步冲洗并且其也实现彻底清洁的清洗，例如用于产品的改变。为了能够最佳地利用交叉螺旋的作用，两个多头螺旋完全覆盖管的表面。在优选的实施方式中，作为具有多个交叉和扭转内部管的交叉扭转管的套管形 成管壳式热交换器的模块。这个模块可以以有利的方式延长3.0、6.0m或者更多，并且有 利地结合串联的几个模块，用于处理在管壳式热交换器中的产品。在另一个实施方式中，仅仅内部管是具有相对平坦扭转角的交叉扭转管，例 如，如果传热介质使用在套管和内部管之间的液流通道中。在另一个实施方式中，套管在管的内侧上具有两个螺旋的凹部，然而例如，依 赖于产品流动所沿着的管的表面，各交叉和扭转内部管具有在外侧或内侧上的螺旋的凹 部。管壳式热交换器尤其利于适用于处理大于约5mPaS粘度的汁液或汁液类型食物
女口
广 PFt ο用于处理相关的产品，两个不同方法被采用，即或者同流换热方法，其中产品 与产品通过各交叉扭转管分开而被处理，例如在逆流中，或者在传热介质与产品靠着通 过各自的交叉扭转管分开的方法，由此，优选地，交叉扭转管的两个螺旋的凹部的面对
女口
广 PFt O使用的交叉扭转管优选是不锈钢管，在管上，两个螺旋作用在内部和外部管表 面上的流体上。
参照附图，详细描述本发明的具体实施方式
。
如下图1示出用于汁液或者汁液类型食物产品的热处理的管壳式热交换器，具有交 叉扭转管作为套管的模块的示例，图2示出模块的另一个实施方式，该模块具有作为在例如光滑套管中的交叉扭 转管的至少一个内部管，图3示出模块的又一个实施方式，其中套管和每个内部管都形成为交叉扭转管。图4示出交叉扭转管的管壁的详细截面，具有面对管内侧的两个螺旋凹部，和图5示出交叉扭转管的管壁的横截面，具有位于管的外侧上的两个螺旋的凹部。
具体实施例方式图1说明管壳式热交换器W的模块M，其用于热处理中至高粘度(例如，粘度 大于5mPaS)的汁液或者汁液类型食物产品，管壳式热交换器W包括套管1和至少一个近 似同轴的内部管2，内部管2容纳在套管1内侧并且从套管1的内部壁隔开。在管壳式热 交换器W中，模块M与其它模块(例如，没有图示的相同或者相似类型的模块)结合从 而形成某个传送长度的处理段。产品或者根据同流换热(recuperative)方法处理，即例如 通过内部管2产品被产品分开，或者根据其中使用传热介质(蒸汽或水)的方法处理，由 此传热介质与产品例如通过相关的内部管2分开。相关的方法优选地在逆流或者单向流 动中操作。在图1中的套管1形成为具有多头螺旋Dl、D2的交叉扭转管，多头螺旋D1、 D2彼此交叉相对于管轴线X基本上对称，由此，具有相对于管轴线(X)在67°和72° 之间的入射角(α，α )和由该入射角而产生的相对于垂直于管轴线的面成18°至23° 的扭转角(β，β )。交叉扭转管是，例如，类似于图4中示出，具有面对管内侧的凹 部3。在图1中，各内部管2或者是光滑管或者相似地是具有基本上相对于管轴线X对 称的多头的相互交叉螺旋并且具有在18°和23°之间的扭转角β 1的交叉扭转管。模块M在图2的实施方式中，套管1是光滑管。相比，包含在套管1中的每个 内部管2是相对于管轴线X基本上对称并且具有相对于管轴线在67°和72°之间的入射 角α 1的多头的相互交叉螺旋Dl、D2的交叉扭转管。螺旋Dl、D2是多头的，从而尽 管相对陡的入射角扭转角β 在18°和23°之间)，完全的管表面提供给产品，主 要地强化热传导的宏观结构，并且在增加热传导和由于螺旋的压力损失之间获得最佳。模块M在图3的实施方式中，具有多头的相对于管轴线X基本上对称的相互交 叉螺旋Dl、D2的交叉扭转管用于套管1和每个内部管2，由此这里的与垂直于管轴线X 的面所成的扭转角β、β 1在18°和23°之间。与垂直于管轴线的面成的18°至23°的扭转角β、β 1意味着相对管轴线X纵 向平面每个β、β 1螺旋的入射角α、α 1 = 90° -扭转角=α、α 1 = 67°至72°。图4说明通过各交叉扭转管的交叉螺旋Dl、D2形成为套管和/或内部管1、2 的宏观结构，螺旋Dl、D2呈现在管的内侧和外侧。在图4中，空腔类型凹部3在每种 情况下由基本上楔形肋5限定并且具有在0.8mm和1.2mm之间螺旋深度T，空腔类型凹 部3面对管轴线X设置并且在轴向一个跟随另一个。每个凹部3的宽度B是螺旋深度T 的整数倍，优选地在5.0mm和20.0_之间。在管的外侧上并且对应凹部3设置球形圆 顶4，在轴向由大约V形凹槽6限定。在没有图示的备选方案中，肋5和凹槽6可以是 圆形，例如为了容易管清洗。肋5或者凹槽6以及凹部3和圆顶4在整个内部、各外部 管表面上以入射角α、α 如螺纹状延伸，并且周期性地彼此交叉。在图5的实施方式中，交叉扭转管显示为外套或者内部管1、2，其上凹部3呈 现在管(即面对远离管轴线X)的外侧。在这方面，球形圆顶4和凹槽6面对管轴线X。 螺旋深度T在0.8mm和1.2mm之间。扭转角β、β 1在与垂直于管轴线X的面成18° 和23°之间。在图5中示出的交叉扭转管可以有利地用作内部管2，如果，例如，产品在如在图4中所设计的套管和内部管2的外侧之间流动。如果使用传热介质，传热介质 在套管1和内部管2之间的液流通道中流动，类似于图4的内部管1、2的交叉扭转管易 于形成。 从使用具有67°至72°的入射角α、α 1和用于5.0mm和20.0mm之间的螺旋 宽度B的在0.8mm和1.2mm之间的螺旋深度T的交叉扭转管中，在可通过交叉螺旋技术 或者热传导系数可获得的增加热传导和对于用于介质或者高粘度汁液或汁液类型食物产 品的通流不得不接受的增加压力损失之间产生最佳的关系结果，从而，在管壳式热交换 器中的短的静置时间或者相对短的传送段足够用于管壳式热交换器W的情况下，各自的 应用方法(同流换热或者使用传热介质)需要相对小的热交换表面用于仅中等的进料压 力。
权利要求
1.一种用于处理具有中至高粘度的汁液和汁液类型食物产品的管壳式热交换器 (W)，其具有包括至少一个内部管(2)的至少一个套管(1)，其中内部管(2)和/或套管 (1)形成为具有多头螺旋(Dl，D2)的涡旋式管，多头螺旋相对于管轴线(X)以扭转角如 螺纹状延伸，其特征在于，作为内部和/或外部管(1，2)，交叉扭转管设置有相互交叉 的螺旋(Dl，D2)，螺旋(Dl，D2)至少相对于管轴线(X)基本上对称，每个螺旋(D1， D2)具有相对于管轴线(X)在67°和72°之间的入射角(α，α 1)和由该入射角而产生 的相对于垂直于管轴线的面成18°至23°的扭转角(β，β 1)。
2.根据权利要求1所述的管壳式热交换器，其特征在于，每个螺旋(Dl，D2)在横 截面中具有空腔类型凹部(3)，肋(5)在凹部(3)的两侧并且具有大约楔形横截面，在肋 (5)之间，在凹部(3)中，具有约0.8mm至1.2mm的螺旋深度(T)，并且优选地，所述凹 部和肋布置在所述套管(1)和/或内部管(2)的接触产品的表面上。
3.根据上述权利要求中的任何一项所述的管壳式热交换器，其特征在于，在管轴线 (X)方向上观看，凹部(3)的宽度(B)是螺旋深度(T)的整数倍，优选地，在约5.0和 20.0mm 之间。
4.根据上述权利要求中的任何一项所述的管壳式热交换器，其特征在于，两个多头 螺旋(Dl，D2)完全覆盖所述管的表面。
5.根据上述权利要求中的任何一项所述的管壳式热交换器，其特征在于，所述套管 (1)包括作为交叉扭转管的多个交叉扭转内部管(2)并且形成所述管壳式交换器(W)的 模块(M)。
6.根据上述权利要求中的任何一项所述的管壳式热交换器，其特征在于，所述套管 (1)在所述管的内侧具有螺旋(Dl，D2)的凹部，并且各交叉扭转内部管(2)在外侧或者 内侧上具有螺旋(Dl，D2)的凹部。
7.根据上述权利要求中的任何一项所述的管壳式热交换器，其特征在于，粘度大于 约5mPaS的汁液和汁液类型产品能够在所述管壳式热交换器(W)中处理。
8.根据上述权利要求中的任何一项所述的管壳式热交换器，其特征在于，在产品与 产品通过各自的交叉扭转管分开的情况下，根据同流换热方法处理所述汁液或汁液类型产品。
9.根据上述权利要求中的任何一项所述的管壳式热交换器，其特征在于，根据传热 介质与产品通过各自的交叉扭转管分开的方法处理所述汁液或汁液类型产品，优选地， 凹部(3)面对所述产品。
10.用于处理大于5mPaS粘度的汁液或汁液类型食物产品的管壳式热交换器(W)的内 部管和/或套管(1，2)，其特征在于，具有至少基本上相对于管轴线(X)对称的相互交 叉多头螺旋(Dl，D2)的交叉扭转管被用作内部管或者套管(1，2)，并且相对于管轴线 (X)的入射角(α，α 1)在67°和72°之间，并且由螺旋(Dl，D2)形成的凹部(3)中 的螺旋深度⑴约0.8mm至1.2mm之间。
全文摘要
本发明公开一种管壳式热交换器(W)，用于处理中至高粘度的汁液和汁液类型食物产品，具有包括至少一个内部管(2)的至少一个套管(1)，由此，内部管(2)和/或套管(1)形成为涡旋式管，具有多头螺旋相对于管轴线(X)以扭转角(α，α1)如螺纹状延伸，交叉扭转管具有至少基本上对称于管轴线的交叉螺旋(D1，D2)，每个具有相对于管轴线(X)67°至72°的入射角(α，α1)，即具有相对于垂直管轴线的面成23°至18°的扭转角(β，β1)，交叉扭转管使用作为内部和/或外部管(1，2)。螺旋深度(T)大约0.8mm至1.2mm。
文档编号F28D7/00GK102012177SQ20101027717
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月7日 优先权日2009年9月8日
发明者琼克·布特格扎卡里亚斯, 罗兰·法伊尔纳 申请人:克朗斯股份公司