壳管式热交换器

　　技术领域 本发明涉及一种如下类型的壳管式热交换器 ：其包括套管 (casing tube) 和至少 一个内管，该壳管式热交换器用于处理液态食物产品、特别是诸如果汁或奶等低粘度的 产品，该壳管式热交换器还具有引导产品 / 产品流的功能，该壳管式热交换器包括用于 套管和 / 或内管的至少一个热膨胀补偿装置，该补偿装置具有位于补偿装置内的能够被 待处理的产品接触的至少一个表面。

　　背景技术 从 DE 600 19 635 T2 和 DE 102 56 232 B4 已知例如用于引导产品 / 产品流的壳管 式热交换器。 这里，热膨胀补偿装置是具有密封件的滑动连接件，或者是浮动的或可动 的轴承，该热膨胀补偿装置允许由热引起的相对运动，但是产生了产品能够以即使被彻 底清洁也不能再被去除的方式停留的死区，或者该热膨胀补偿装置为了卫生无可指责的 清洁而需要进行分解操作。 在卫生方面，这样的补偿装置并不被**人士推荐，但是目

　　前作为用于引导产品 / 产品流的合成解决方案 (comprise solution) 而被通用。

　　相反地，在食物产品工业中的发生产品 / 热承载介质 ( 例如水 ) 流引导的壳管式 热交换器中，已知 ：至少一个波纹管以专门被热承载介质接触但绝不被产品接触的方式 被安装成热膨胀补偿装置。 在壳管式热交换器使用了特定阶段之后，或者在产品变化期 间，波纹管不会被清洁，这是因为波纹管仅与任意流速的热承载介质接触。 故意将波纹 管构造成使得比值 B ∶ T 比 1 小很多，可选地，具有直的侧面以及侧面之间的非常小的 曲率半径，这是因为，这种方式使得每个弯折部的补偿效果变强从而使所需要的弯折部 的数量尽可能得少。 由于比值 B ∶ T 有利于补偿地比 1 小很多，该波纹管不能够再被清 洁以获得卫生无可指责的状态，这是因为，由于例如涡旋形成和死区导致在与产品接触 时，不可避免地牢固粘附的产品沉积物将增多。 发明内容

　　本发明的目的是构造一种用于引导产品 / 产品流的上述类型的壳管式热交换 器，该壳管式热交换器能够被卫生无可指责地清洁。

　　利用如下技术方案来实现所述目的 ：一种壳管式热交换器，其包括套管和至 少一个内管，所述壳管式热交换器用于处理液态食物产品、特别是诸如果汁或奶等低粘 度的产品，所述壳管式热交换器还具有引导产品 / 产品流的功能，所述壳管式热交换器 包括用于所述套管和 / 或所述内管的至少一个热膨胀补偿装置，所述补偿装置具有位于 所述补偿装置内的能够被待处理的产品接触的至少一个表面，所述壳管式热交换器的特 征在于，在与所述套管和 / 或所述内管形成一体的至少一个波纹管上，能够被产品接 触的所述表面设有多个较宽的弯折部，所述弯折部绕管的轴线延伸并且具有圆形截面 (rounded cross-section)，在能够被产品接触的所述表面上各弯折部被构造成径向深度 T 和 轴向宽度 B 的比值 B ∶ T 是大约 1 或更大，由此能够被以卫生无可指责的方式清洁。考虑绕开弯折部的通常代表*佳热膨胀系数的比值 B ∶ T，而至少在能够被产品 接触的表面上采用对补偿不太有利的大约为 1 或更大的比值 B ∶ T，使得能够被产品接触 的表面可以被清洁，以实现产品的卫生无可指责的状态，这是因为，在圆形弯折部和较 弱的弯曲面中存在较缓和的方向改变，并且不存在严重的死区 (dead space)。 因此，产 品不易粘附，而总是很快地流到弯折部外。 清洁介质可以有效地去除产品残余物并且介 质自身能够容易地流出和 / 或被去除而不会产生任何残余物。 为了实现整体上需要的补 偿作用，仅需要额外设置对应数量的弯折部。 然而，这在实现引导产品 / 产品流的卫生 无可指责状态以及壳管式热交换器中的气密性方面当然是可以接受的。 由于为了补偿热 膨胀的技术目的而设置的并且例如内侧与产品接触的各弯折部的补偿作用的劣化可被接 受，所以现在仅需要波纹管具有用于壳管式热交换器的产品 / 产品流引导的卫生条件， 另外由于温和的表面延伸实现了非常有利的流动状态，这特别显著地提高了清洁效果。 因此，实现了具有卫生的波纹管的壳管式热交换器。

　　在有利的实施方式中，比值 B ∶ T 例如可以是大约 1 至大约 2。 该比值越大， 在预定操作时间之后或者由于产品变化进行清洁的过程中，弯折部越有利。

　　在有利的实施方式中，在波纹管中设有几个弯折部 ；这些弯折部沿轴向直接连 续，这些弯折部被形成为交替地向内和向外，这些弯折部至少基本上类似并且较宽。 当 该波纹管被配置于套管时，能够被产品接触的表面仅存在于内侧。 相反地，如果波纹管 被配置于内管，则在每一次为清洁动作提供的*佳条件下，内表面或外表面或内外表面 两者可以被产品接触。

　　在可选的实施方式中，沿轴向分隔开地连续配置并且基本上类似的多个弯折部 被设置成向内或向外 ；弯折部在能够被产品接触的表面上可以被形成为使得比值 B ∶ T 是大约 1 或更大，并且在间隔中设置比值 B1 ∶ T ＜ 1 的弯折部。 在本实施方式中推荐 在能够被产品接触的波纹管表面上弯折部的凸出的弯曲面应该被配置成使得比值 B1 ∶ T ＜ 1，这是因为可以容易地清洁这些凸面部。这构成了波纹管的混合构造，一方面能够容 易地清洁比值 B ∶ T 为大约 1 或更大的较宽弯折部的凹面部而且实现了每长度单位的较小 补偿作用，另一方面能够在比值 B1 ∶ T ＜ 1 的弯折部的凸面部上实现足够良好的清洁效 果而且在所述位置获得了每长度单位的较强补偿作用。 如上所述，如果套管的内表面被 产品接触，则波纹管的该混合形式对套管是特别推荐的。

　　在另一个实施方式中，波纹管的内径具有如下尺寸 ：该尺寸在包括波纹管的内 管或套筒的大致内径和比所述内径小弯折部的深度的值之间。 取决于波纹管在套管或内 管中的具体应用，可以避免各流路中的所述波纹管 / 内径区域内的不期望的限制或者使 该限制*小化。

　　在一个实施方式中，波纹管包括大致圆筒状的管座，该管座被焊接到内管或套 管，并且被插入到内管或套管的截面端部中或套在内管或套管的截面端部外。 借助于制 造技术可以容易地控制波纹管与各管的一体化。 焊接是致密的并且能够承受高的压力差 而不会产生任何问题。 波纹管可以分别被配置在管的*佳位置。

　　在可选的实施方式中，例如通过辊处理 (roller treatment) 或液压成型使波纹管一 体地形成于各管的圆筒状的壁。 由此不再需要焊接接合。

　　在有利的实施方式中，套管和多个内管形成壳管式热交换器模块。 波纹管、至少一个波纹管可以被配置在热交换器模块的大致长度方向中央，从而以*佳的方式展现 其补偿作用。 优选地，波纹管以如下方式被定位在套管中 ：波纹管的能够被产品接触的 表面朝向容纳于套管中的内管定向并且可以是平滑的。

　　弯折部至少在能够被产品接触的表面上具有促进大致紊流状态的温和表面延伸 部，这对于进行有效清洁是重要的，因为该流体完全到达波纹管的所有凹部。 大致紊流 状态提供了如下优点 ：不会形成必须担心不仅产品将会沉积而且清洁介质不会进行有效 清洁动作的位置的区域。

　　特别有利的是，各弯折部被形成于配置有波纹管的内管和 / 或套管的轴向截面 中，并且各弯折部包括连续的相互进入的弯曲截面。 优选各弯折部的曲率半径与深度和 / 或宽度的一半大致相等的圆弧截面。 附图说明

　　现在，将参照附图更详细地说明本发明的主题的实施方式，其中 ： 图 1 是典型的壳管式热交换器的模块的示意性纵剖视图 ； 图 2 示出了图 1 的壳管式热交换器模块的套管中的波纹管的细节的放大图 ； 图 3 是例如模块的套管或内管的另一个实施方式的轴向剖视图 ； 图 4 是模块的套管或内管的另一个实施方式的轴向剖视图 ； 图 5 是模块的具体实施方式的局部剖视图。具体实施方式

　　图 1 至图 5 均示出了壳管式热交换器 W 的由虚线表示的单个模块 M，例如在液 态食物产品 ( 例如，水、果汁、奶 ) 的装瓶或灌装工业中，该壳管式热交换器用于在食物 产品的热处理 ( 加热或冷却 ) 中引导产品 / 产品流。 在壳管式热交换器 W 中，可以安装 多个模块以获得尽可能长的产品用流路。 这里，模块 M 的长度可以是例如 3.0m、6.0m 或甚至更长。

　　在图 1 中，模块 M 包括例如由不锈钢制成的套管 1，该套管 1 包括用于安装在壳 管式热交换器 W 中的端侧固定凸缘 2。 在套管 1 中，设置至少一个内管 3，该内管 3 在固 定凸缘 4 之间与套管 1 大致平行地沿轴向延伸。 在图 1 的实施方式中，设置被组合形成管 束的几个内管 3，使得在套管 1 和内管 3 之间以及在内管 3 中至少限定流路 5、6、7、8， 其中，流路 6、7、8 属于主流路 (primary ?ow)，流路 5 属于次流路 (secondary channel)。 食物产品在这些流路中循环，这里，至少一个流路也可以用于热承载介质 ( 例如在图 1 中 是流路 5)。 为了能够补偿由于主要是流路中的不同温度导致的管 1 和管 3 之间的不可避 免的热膨胀，在图 1 的实施方式中，被构造成具有多个弯折部 F 的波纹管 C 的补偿装置 K 与套管 1 形成为一体。 当然也可以在模块 M 的长度 ( 例如 6.0m 以上 ) 上设置多个波纹 管 C。 图 1 所示的波纹管 C 在内侧设置有可以被流路 5 中的产品接触的表面 12，波纹管 借助于占优势的轴向操作来补偿套管 1 的轴向热膨胀与内管 3 的轴向热膨胀的差。 在图 5 中，用于连接例如内管 3 的开口端凸缘 2 被设置在套管 1 上，并且侧向连接件 2’ 被设 置在套管 1 中。

　　另外，内管 3 也可以装配有波纹管 C，或者可以仅内管 3 装配有波纹管 C ；在该情况下，内管 3 中的波纹管 C 可选地在内侧和 / 或外侧上具有可以被产品接触的表面 12。

　　图 2 示出了图 1 的波纹管 C 的放大图。 利用例如圆筒状的端侧管座 10 将波纹管 C 焊接到套管 1，这里，管座 10 被插入到套管截面端部 1a、1b 中的内侧并且在 11 处被焊 接。 作为可选方案，管座 10 也可以在外侧被安装到套管截面端部 1a、1b 并且被焊接。 波纹管 C 被预制并且之后被安装到套管 1。

　　图 2 中的波纹管 C 的不同之处在于，该波纹管 C 包括多个较宽的弯折部 F，所述 多个较宽的弯折部 F 沿轴向彼此间隔开地配置、绕管的轴线 X 延伸、具有径向深度 T 和 轴向宽度 B、并且彼此类似。 比值 B ∶ T 是大约 1 或者甚至更大，优选*大为大约 2。 可以被产品接触的表面 12 主要是凹状圆形，并且以例如 R1 的曲率半径相对温和地延伸， 该曲率半径 R1 可以是深度 T 或宽度 B 的大约一半。

　　在沿轴向间隔开的弯折部 F 之间的空隙中设置相反的弯折部 F1’ ；在可以被产 品接触的表面 12 上，弯折部 F1’均具有凸面部，该凸面部的曲率半径为 R2’，该曲率半 径 R2’ 比深度 T 或宽度 B 的一半小，并且可以是弯折部 F1’ 的宽度 B 1 的大约一半。

　　波纹管 C 的内径被**为宽度 d 并且与套管 1 的内径 D 大致相等。 波纹管 C 的 外径 D1 与内径 d、深度 T 的两倍和波纹管 C 的材料厚度之和大致相等。 与套管 1 一样， 波纹管 C 优选由不锈钢制成。 在图 2 中没有示出内管 3。 波纹管 C 的外表面 9 不与模块 M 中的产品接触。 在图 3 的实施方式中，波纹管 C 与套管 1 或者各内管 3 形成为一体。 当波纹管 C 位于内管 3 中时，内表面和外表面 12 可以被产品接触。 在波纹管 C 中，形成沿轴向直 接连续、交替向内和向外的多个弯折部 F、 F1 ；这些弯折部可以是类似的并且具有连续 的凸曲率和凹曲率，有利地具有与深度 T 的大约一半相等的曲率半径 R1、R2。 有利地， 这些弯折部具有彼此连续的圆形截面，优选具有彼此连续的半圆形截面。 波纹管 C 的内 径 d1 与套管 1 或内管 3 的内径 d 或者与套管 1 或内管 3 的外径 D 大致相等，而波纹管的 外径 D1 与外径 D、深度 T 的两倍和材料厚度之和大致相等。 在所示出的实施方式中，套 管 1 或内管 3 的外径 D 是大约 70.0mm，各弯折部的宽度 B 稍小于 10.0mm ；各弯折部的 深度 T 是大约 10.0mm，在波纹管 C 的整个长度上设置六个弯折部 F 和五个弯折部 F1。

　　在图 4 的实施方式中，波纹管 C 的内径 d1 比套管 1 或内管 3 的内径 d 小，优选 比内径 d 小大约不超过深度 T，波纹管 C 的外径 D1 比外径 D 稍大或者几乎与外径 D 一 样大。 与图 3 的波纹管 C 中一样，设置沿轴向直接连续、交替向内和向外的多个弯折部 F、 F1 ；这些弯折部可以类似。

　　在 图 4 的 实 施 方 式 中， 外 径 D 是 大 约 114.0mm， 波 纹 管 C 的 长 度 是 大 约 146.0mm，深度 T 是大约 12.0mm，宽度 B 是大约 11.0mm。

　　在各实施方式中，弯折部 F、F1 的比值 B ∶ T 被选择为大约 1.0 或更大，优选不 超过大约 2.0。

　　这里，该比值可以稍小于 1，但是优选总是大于 0.9。

　　优选实施方式的套管直径可达 250mm。 然而，套管也可以是具有更大直径的形 状。

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