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Dokumentenidentifikation DE69907197T2 05.02.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001097348
Titel VERBESSERTER WÄRMETAUSCHER
Anmelder HRS Spiratube S.L., Murcia, ES
Erfinder PAGAN DURAN, Jesus, E-30008 Murcia, ES
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69907197
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.07.1999
EP-Aktenzeichen 999382740
WO-Anmeldetag 16.07.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/05077
WO-Veröffentlichungsnummer 0000004333
WO-Veröffentlichungsdatum 27.01.2000
EP-Offenlegungsdatum 09.05.2001
EP date of grant 23.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.02.2004
IPC-Hauptklasse F28G 1/08
IPC-Nebenklasse F28G 1/10   F28F 19/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscherzusammenbau zur Wärmeaustauschbehandlung von Substanzen oder Mischungen von Substanzen, zum Beispiel von solchen, bei denen die Anwendung eines Wärmeunterschieds eine Temperaturveränderung einer Substanz oder eine teilweise oder vollständige Zustandsveränderung einer Substanz bewirkt. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in Wärmeaustauschern, Verdampfern und Gefrierkristallisierungssystemen geeignet, insbesondere, aber nicht ausschließlich, in der Nahrungsmittelindustrie, der pharmazeutischen und der chemischen Industrie. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung in Wärmeaustauschersystemen zur Behandlung von flüssigen Nahrungsmitteln wie zum Beispiel bei der Pasteurisierung von Fruchtsäften oder Milchprodukten wie Milch oder Joghurt.

Rohrförmige Wärmeaustauscher werden in der Nahrungsmittelindustrie häufig zum Erwärmen oder Kühlen von flüssigen Nahrungsmittelprodukten verwendet. Auf Grund der Natur der Produkte, die sie transportieren, müssen die Wärmeaustauscher regelmäßig kontrolliert und äußerst sorgfältig gereinigt werden, um das Entstehen von festen organischen oder anorganischen Stoffen zu verhindern. Es wird, wenn die Bedingungen ein Faulen ermöglichen oder – in Abhängigkeit von der Rolle des Wärmeaustauschers – durch Sengen oder Gefrieren an den Innenwänden oder den Rohren des Wärmeaustauschers zu fetthaltigen oder proteinhaltigen Ablagerungen kommen. Unvermeidlicherweise geht daher ein beträchtlicher Teil der Produktionszeit und somit der Produktionseffizienz durch diese routinemäßigen Wartungsmaßnahmen verloren.

In einigen Installationen wird das Problem der Ablagerung von Rückständen um die Innenwände der produktleitenden Rohrleitung des Wärmeaustauschers durch Maßnahmen verstärkt, die ergriffen werden, um die Durchwirbelung innerhalb der Wärmeaustauscherrohre zu steigern. Diese Maßnahmen umfassen im Allgemeinen die Bereitstellung von die Durchwirbelung induzierenden Vorsprüngen oder Rippen auf einer Innenfläche der Produktrohrleitung und entlang ihres Längsverlaufes. Solche die Durchwirbelung induzierende Rippen oder andere Vorsprünge sind wünschenswert, um die Wirksamkeit des Wärmeaustausches zu verbessern, ihre Nebenwirkung, die im Vergrößern der Flächen besteht, auf denen sich die Rückstände ansammeln können, ist aber eindeutig nicht wünschenswert.

Es sind verschiedene Anordnungen, insbesondere für das Reinigen von Wärmeaustauschern bekannt, wobei diese Anordnungen typischerweise einen Schaber einer Form umfassen, der sich entlang des Wärmeaustauscherrohrs bewegt. Bei diesen Anordnungen kommt es zu einer Reihe von Problemen, zum Beispiel führt das Schaben der Produktrohre dazu, dass der Schaber abgenutzt wird, wodurch er Kontakt mit den Innenwänden der Produktrohre verliert und es festen Stoffen ermöglicht, sich auf den Wänden der Produktrohre abzulagern. Infolgedessen erfordern diese Systeme häufige Wartung, was zum Verlust einer beträchtlichen Menge von Produktionszeit und somit Produktionseffizienz führt. Darüber hinaus ist es oft notwendig, jedes Mal den gesamten Schaber zu ersetzen.

EP0453043A beschreibt ein Wärmeaustauschersystem, in dem feste Partikel in das Produktrohr eingeführt werden, um dessen Wände zu reinigen. Diese festen Partikel treten in ein Ende des Produktrohrs ein und bewegen sich entlang seines Längsverlaufes, bis sie über das andere Ende austreten. Die festen Partikel werden dann zu einem Sammler geleitet, wo sie gereinigt und wieder in den Wärmeaustauscher zurückgeführt werden. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, dass es die Isolierung, Reinigung und Wiedereinführung der festen Partikel nach jedem Durchgang durch das Produktrohr erfordert, was zeitaufwendig und beschwerlich ist.

EP0730893A beschreibt einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und mit Schabmitteln, die auf einem Stab befestigt sind. Jedes Schabmittel weist einen Antriebsstift und einen ringförmigen Schabring aus einem elastischen Material auf. Die ringförmigen Schabringe sind gegen die Innenfläche des Rohrs durch einen Schlitz in einer Seite des Rings vorgespannt. Dieses ungleichmäßige Vorspannen verhindert einen Verschleißausgleich auf beiden Seiten des Rings und führt zu einer verringerten Effizienz des Gefrierkristallisierungsverfahrens.

US-A-3973623 offenbart ein Schabmittel, das für das Schaben der Innenfläche einer Produktleitung bei Drehung eines Schafts geeignet ist, der eine Klinge aufweist, die zur Wand der Produktleitung hin durch elastische Mittel vorgespannt ist.

FR2224728 offenbart die Verwendung einer Schabvorrichtung innerhalb eines Wärmeaustauscher-Produktrohrs. Ein zentraler Stab wird spiralenförmig mit dem Schabmittel gewickelt, das die Innenseite des Produktrohrs berührt. Diese Anordnung leidet jedoch unter einer Reihe von oben angeführten Problemen.

Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Wärmeaustauscherzusammenbau zu schaffen, der geeignet ist, diese und andere Probleme des Stands der Technik zu verringern oder zu lösen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmeaustauscherzusammenbau gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Vorzugsweise weist der Zusammenbau eine Vielzahl an Leitungsrohren, die sich im Wesentlichen längsseitig durch das Gehäuse erstrecken, und eine Vielzahl an Stäben auf, wobei sich jeder Stab durch ein Leitungsrohr erstreckt, wobei die Stäbe durch ein gemeinsames, sich hin- und herbewegendes Antriebsmittel hin- und herbewegt werden können.

Die Vielzahl an Stäben kann auf einer Grundplatte befestigt werden, die innerhalb des Gehäuses oder einer Erweiterung des Gehäuses untergebracht ist, um sich mit der Grundplatte zu bewegen, wobei die Grundplatte durch die sich hin- und herbewegenden Antriebsmittel hin- und herbewegt wird.

Das Schaborgan umfasst geeigneter Weise einen Schabkopf, der auf einem Arm befestigt ist, der sich radial vom Stab erstreckt, und der Schabkopf kann entlang des Arms beweglich und durch elastische Vorspannmittel vorgespannt sein.

Das Schaborgan kann eine bogenförmige radiale Außenfläche aufweisen. Die Schaber sind vorzugsweise in Gruppen von zwei oder drei Schabern in Abständen entlang des Längsverlaufes des Stabes angeordnet, wobei sich jedes Element der Gruppe in einer unterschiedlichen, jeweiligen radialen Ausrichtung befindet.

Der Zusammenbau kann so adaptiert werden, dass er durch Verwendung eines Ventils im Produktfluideinlass als Pumpe funktioniert.

Vorzugsweise umfasst der Zusammenbau ferner eine Steuervorrichtung, um das Hin- und Herbewegen des Stabs/der Stäbe in vorbestimmten Intervallen oder als Reaktion auf eine erfasste Temperatur des Produktes oder des Servicefluids zu steuern.

Vorzugsweise ist die Produktleitung ein Rohr, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen kann.

Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauer an Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine schematische Längsquerschnittszeichnung des Zusammenbaus ist;

2 eine Endaufrissansicht des Haupt-Wärmeaustauschergehäuses des Zusammenbaus von 1 ist;

3 Seiten- und Endaufrissansichten des Wärmeaustauschergehäuses im Zusammenbau von 1 darstellt;

4 Seiten- und Endaufrissansichten einer Endplatte darstellt;

5 Seiten- und Endaufrissansichten einer ringförmigen Flanschplatte darstellt;

6 Seiten- und Endaufrissansichten eines Kolbengehäuses darstellt;

7 eine Seiten- und Endaufrissansicht eines Innenrohrs (oder Innenproduktleitungsrohrs) darstellt;

8 Seiten- und Endaufrissansichten einer Befestigungsplatte für die Innenrohre darstellt;

9 Seiten- und Endaufrissansichten einer Ablenkplatte darstellt;

10 Seiten- und Endaufrissansichten eines Schaberstabs darstellt;

11 Seiten- und Endaufrissansichten einer Grundbefestigungsplatte zum Befestigen der Schaberstäbe darstellt;

12 Seiten- und Endaufrissansichten eines kolbenverbindenden Stabs zur Übertragung der Hin- und Herbewegung von einem Kolben zur Schaberstab-Grundbefestigungsplatte darstellt;

13 Seiten- und Endaufrissansichten eines Paares von Schabern darstellt, von dem jedes ein Paar Schaberelemente umfasst;

14 eine Längsquerschnittzeichnung des Zusammenbaus darstellt;

15A, 15B und 15C Seiten- und Endaufrissansichten der Konfiguration von jedem Schaberelement aus einer Gruppe von drei zu einer Gruppe zusammengefassten Schaberelementen darstellen, und

16 eine perspektivische Ansicht des Schaberstabs und der Konfiguration der zu einer Gruppe zusammengefassten Schaberelemente der zweiten Ausführungsform ist;

17 eine Endaufrissansicht einer bevorzugten Ausführungsform des elastischen Vorspannmittels ist, wobei der Schaberkopf auf einem Stift befestigt ist, der von einem komprimierten verformbaren Elastomer umgeben ist;

18 eine Endaufrissansicht eines die Durchwirbelung induzierenden Elements darstellt (nicht gemäß der Erfindung);

19 eine perspektivische Ansicht des Stabs und der Gruppe von Elementen ist, welche die Durchwirbelung induzieren (nicht gemäß der Erfindung);

20 eine Endansicht eines Mehrweg-Wärmeaustauschers ist;

21 eine Ansicht des Mehrweg-Wärmeaustauschers von 20 ist, so wie vom anderen Ende gesehen;

22 ein Schnitt entlang der Linie A–A von 20 ist;

23 ein Schnitt entlang der Linie B–B von 21 ist.

Wie in 1 und 2 dargestellt, weist der Hauptkörper des Wärmeaustauscherzusammenbaus in einer bevorzugten Ausführungsform ein rohrförmiges Wärmeaustauschergehäuse auf, durch welches Wärmeaustausch-Servicefluid – zum Beispiel Glykolkühlmittel zum Kühlen oder Wasser mit hoher Temperatur oder Dampf zum Heizen – von einer Einlassöffnung 2, nahe einem Ende des Gehäuses 1, entlang des Gehäuses und durch eine Auslassöffnung 3, nahe dem anderen Ende des Gehäuses 1, hinaus hindurchläuft.

Das Gehäuse 1 wird geeigneter Weise als ein hohles Rohr mit offenem Ende (siehe 3) gebildet und ist geeignet, in der Installation austauschbar zu sein, in der es zur Verwendung befestigt wird. Die gegenüberliegenden längsseitigen Enden des Gehäuses 1 werden in Verwendung durch Endplatten 4 (4), die an ringförmige Flanschplatten 5 (siehe 5) stoßen, und mit einer Dichtung oder einem anderen geeigneten, elastomeren Dichtungsmittel zwischen der Endplatte 4 und der ringförmigen Flanschplatte 3 abgedichtet.

Wie dargestellt, weist das Wärmeaustauschergehäuse 1 an einem Ende eine Erweiterung auf, welche ein rohrförmiges Kolbengehäuse 6 (siehe 6) umfasst, wobei an einem entfernten Ende des Gehäuses die Endplatte 4 befestigt ist. Das Kolbengehäuse 6 nimmt einen Verbindungsstab 26 (12) auf, welcher die Hin- und Herbewegung von einem Kolben 27 (in 1 gestrichelt und in 14 mit durchgehender Linie dargestellt) überträgt. Der Verbindungsstab 26 erstreckt sich durch eine Öffnung in der Endplatte 26 und ist von einer ringförmigen elastomeren Dichtung umgeben.

Wie bei vielen herkömmlichen Gestaltungen eines Wärmeaustauschers, wird eine Vielzahl an Innenproduktleitungsrohren oder Rohren 8 (7) bereitgestellt, die sich entlang der Kammer innerhalb des Wärmeaustauschergehäuses 1 erstrecken. Die dargestellte Ausführungsform umfasst 7 solcher Innenrohre 8, die in einer symmetrischen Konfiguration und alle in offener Verbindung mit einer Produkteinlasskammer 9, an einem Einlassende des Wärmeaustauschergehäuses 1, und einer Auslasskammer 10, an einem Auslassende des Wärmeaustauschergehäuses 1, angeordnet sind.

Im Betriebszustand bewegt sich das vom Wärmeaustauscher zu behandelnde Produkt durch eine Einlassöffnung 11 in die Einlasskammer 9 und tritt in jedes der Innenrohre 8 ein, um sich dort entlang und in die Auslasskammer 10 und durch die Auslassöffnung 12 hinaus zu bewegen, wobei es während dieser ganzen Zeit physisch vom kühlenden oder wärmenden Servicefluid getrennt ist. Das Servicefluid wird entlang des Gehäuses 1, das die Innenrohre 8 umgibt, von der Servicefluid-Einlassöffnung 2 zur Auslassöffnung 3 gepumpt. Zwischen dem Servicefluid, das die Innenrohre 8 umgibt, und dem Produkt, das sich innerhalb dieser Rohre 8 bewegt, kommt es zu einem Wärmeaustausch.

An jedem gegenüber liegenden Ende der Innenrohre 8 wird eine jeweilige Befestigungsplatte 13a, 13b (siehe 8) vorgesehen und diese hält nicht nur diese Rohre 8 in deren symmetrischer Anordnung, sondern dient auch als Trennwand zwischen dem Produkt und dem Servicefluid. Ein weitere, teilweise abgeschnittene Platte 20 (siehe 9) schafft zusätzliche Unterstützung für die Rohre 9 an einem Zwischenstadium entlang deren Länge und dient als Ablenkplatte, um die Durchwirbelung des Servicefluids zu induzieren.

Angesichts der zuvor erwähnten Probleme der Systeme des bekannten Stands der Technik bei der Maximierung von Wärmeaustausch durch Induzieren von Durchwirbelung im Produkt, während versucht wird, das Entstehen von Rückständen innerhalb der Innenrohre zu kontrollieren, wurde der Zusammenbau so adaptiert, dass er ferner einen Satz an Stäben 14 umfasst, wobei jeder Stab 14 koaxial innerhalb eines jeweiligen Innenrohrs 8 befestigt und geeignet ist, sich entlang des Rohrs 8 hin- und herzubewegen. Jeder der Stäbe 14 ist an einem Ende in einer Grundplatte 21 (siehe 11) befestigt, die wiederum verschiebbar innerhalb des Kolbengehäuses 6 befestigt ist und um ihren Rand herum eine Dichtung aufweist, die im Verwendungszustand das Entweichen von Produktfluid verhindert.

Die Stäbe 14 weisen entlang ihrer Längen in Abständen jeweils ein Paar Schaber auf, die am Stab 14 befestigt sind und die sich radial erstrecken und radial nach außen mit einer Feder vorgespannt sind. Diese Schaber dienen dazu, die Innenwand des entsprechenden Innenrohrs 8 abzuschaben, während der Stab 14 innerhalb des Rohrs 8 zurück und nach vor bewegt wird. Um jeglichen Zweifel zu beseitigen, wird festgehalten, dass die Stäbe 14 zwar mit einem kreisförmigen Schnitt dargestellt werden, sie aber eine beliebige Querschnittsform aufweisen können, und dass der Begriff „radial" die Anordnung umfasst, bei der die Schaber von einem Stab, der zum Beispiel einen rechteckigen Querschnitt aufweist, seitlich vorstehen.

Jeder der Schaber 15 weist ein Paar radial gegenüber liegender bogenförmiger Schaberelemente 16a, 16b (siehe 13 und 15 und 16) auf, welche eine Außenfläche aufweisen, die so geformt ist, dass sie der Form der Wand des Innenrohrs 8 entspricht. Jeder der Schaber ist auf dem jeweiligen, sich hin- und herbewegenden Stab 14 befestigt und von diesem durch einen Arm 22 beabstandet, wobei sich der Arm 22 radial vom Stab 14 in eine Buchse im Schaberelement 16a, 16b erstreckt. Jedes Schaberelement 16a, 16b wird an seinem Arm 22 fest gehalten, ist aber nach innen entlang des Arms verschiebbar und nach außen durch ein elastisches Vorspannmittel vorgespannt, das in diesem Fall eine Druckfeder 23 ist, die um den Arm 22 gewickelt und gewindig in der Buchse des Schaberelements 16a, 16b befestigt ist.

Obwohl das elastische Vorspannmittel in 15 als Druckfeder 23 dargestellt ist, kann das elastische Vorspannmittel jegliche Struktur aufweisen, welche das Schaberelement 16a, 16b in Eingriff mit der Innenwand vorspannt, zum Beispiel ein verformbarer TeflonTM beschichteter Arm aus elastischem Kunststoffmaterial. Alternativ dazu könnten die Schabermittel am Stab 14 durch einen sich radial erstreckenden Stift 20 befestigt werden, der vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, der direkt am Stab 14 befestigt ist und in einer Buchse aufgenommen wird, welche auf der Innenfläche des Schaberelements 16a, b ausgebildet ist, wie in 17 gezeigt. Die Anordnung des Stifts 20 und des Schaberelements 16a, b ist so, dass das Element auf dem Stift 20 festgehalten wird, aber entlang seiner Länge verschiebbar ist. Den gewickelten Stift 20 umgebend ist ein komprimiertes und elastisch verformbares Elastomer 21 (z. B. komprimierter Siliziumgummi), welcher in das Schaberorgan 16a, b eingreift und dieses nach außen vorspannt. Verschleiß des Schaberorgans führt dazu, dass sich das Elastomer 21 ausdehnt, was wiederum dazu führt, dass sich das Schaberorgan 16 entlang des Stifts 20 und nach außen, zur Innenwand hin bewegt.

Das elastische Vorspannmittel schafft einen Mechanismus, das Risiko, dass sich die Schaber verklemmen oder die Innenwände der Innenrohre 8 verkratzen, zu minimieren. Die Handlung des elastischen Vorspannmittels hält den Kontakt zwischen dem Schaberorgan und den Innenwänden der Produktleitungsrohre aufrecht. Wenn die Oberfläche des Schaberorgans verschlissen ist, gleicht das elastische Vorspannmittel die verringerte Größe des Schaberorgans aus und hält den Kontakt zwischen dem Schaberorgan und der Innenwand aufrecht, wobei die Häufigkeit, mit der die Schaberorgane ausgetauscht werden müssen, reduziert wird. Es ist festzuhalten, dass die Bereitstellung von separaten Schabemittelelementen ermöglicht, dass im Verschleißfall ein einzelnes Element anstatt des gesamten Zusammenbaus ausgetauscht wird.

Die radiale Beabstandung zwischen dem Stab 14 und dem Schaberelement 16a, 16b und der Umfangsabstand zwischen den jeweiligen, gegenüber liegenden Schaberelementen 16a, 16b ermöglicht im Verwendungszustand den Durchgang des Produktes entlang des Innenrohrs B.

In der dargestellten Ausführungsform bestehen die Schaber 15 nicht nur jeder aus einem Paar radial gegenüber liegender Schaberelemente 16a, 16b, sondern jeder Schaber 15 ist auch mit einem anderen Schaber 15 zu einem Paar zusammengefasst, der etwas weiter vorne am Stab 14 und in einer unterschiedlichen radialen Ausrichtung vom Stab 14 winkelig angeordnet ist. Die Schaber 15 jeden Paares sind in geeigneter Weise im Winkel von 90° beabstandet und durch einen Abstand in der Größenordnung von 10 mm getrennt. Dadurch wird die Durchwirbelung optimiert, während der erforderliche Fluss des Produktes durch die Rohre 8 nicht behindert wird. Als Folge dieser Anordnung stellen die Schaberelemente 16a und 16b eine vollständige Abdeckung der Wärmeübertragungsfläche bereit. Darüber hinaus ermöglicht diese Anordnung freien Durchgang der Substanzen oder Mischungen von Substanzen, die sich durch den Wärmeaustauscher hindurch bewegen, wodurch eine Reinigung gemeinsam mit dem Wärmeaustauschverfahren möglich wird.

Im Verwendungszustand induziert die Hin- und Herbewegung der Stäbe 14 bei der Rückwärts- und Vorwärtsbewegung der Schaber 15 die gewünschte Durchwirbelung im Produkt, um die Effizienz des Wärmeaustauschverfahrens zu optimieren. Die Tätigkeit des Schaberorgans verschiebt die Grenzschicht der Substanz, die auf der Wärmeübertragungsfläche abgelegt ist, von der Fläche weg in die Masse der Substanz oder Mischung von Substanzen. Daher wird diese Durchwirbelung nicht nur ohne Erhöhung des Risikos eines Ausbaus von Rückständen, sondern durch eindeutiges Reduzieren dieses Risikos erreicht.

Zusätzlich zu den Vorteilen des Schabens und des Induzierens von Durchwirbelung, können die sich hin- und herbewegenden Stäbe 14 auch dazu verwendet werden, bei der Drainage der Produktpfade des Wärmeaustauschers 1 am Ende eines Produktionslaufs zu helfen.

In einer Modifizierung der Vorrichtung, die in 13 dargestellt ist, kann ein Einwegventil 25 in das Produkteinlassrohr 11 eingebaut sein, wobei die Hin- und Herbewegung der Stabbefestigungsgrundplatte 21 das Produkt durch den Wärmeaustauscher pumpt.

Die Hin- und Herbewegung der Stäbe 14 und der verbundenen Schaber 15 kann fortlaufend oder unterbrechend erfolgen.

Während des normalen Betriebs des Systems zur Durchwirbelungsinduktion wird die Hin- und Herbewegung der Stäbe 14 und der verbundenen Schaber 15 geeigneter Weise zyklisch und unterbrechend in Intervallen von zum Beispiel einigen Minuten ausgeführt und wird geeigneter Weise über ein Steuermittel gesteuert, das eine Mikrosteuervorrichtung, einen Mikroprozessor oder eine CPU und Betriebssoftware umfasst. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung variiert werden.

Falls gewünscht, kann das System durch Bereitstellung von Temperatursensoren verstärkt werden, um die Temperatur des Produktfluids und/oder Servicefluids geeigneter Weise in der Nähe des Auslasses des Wärmeaustauschers zu erfassen, um festzustellen, ob das Wärmeaustauschverfahren effektiv ist. Die erfasste Temperatur kann als Eingabe für die Steuervorrichtung verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Hin- und Herbewegens der Stäbe einzustellen.

In der ersten beschriebenen und dargestellten Ausführungsform weisen die Schaber 15 Paare von gegenüber liegenden Schaberelementen 16a, 16b auf und sind auf jedem Stab in Abständen in Paaren angeordnet, die in Winkeln von 90° beabstandet sind. In der Ausführungsform von 14 bis 16 sind die Schaber 15 in Gruppen von drei einzelnen Schaberelementen angeordnet, die leicht entlang des Stabs 8 beabstandet und nacheinander im Winkel von 60° beabstandet sind. Diese Anordnung der Schaberelemente 16a, 16b und 16c stellt eine vollständige Abdeckung der Wärmeübertragungsfläche bereit und ermöglicht freien Durchgang der Substanzen oder Mischungen von Substanzen, die sich durch den Wärmeaustauscher bewegen.

Es wird anerkannt werden, dass das Produktleitungsrohr eine beliebige Querschnittsform aufweisen kann und dass die Schaber entsprechend konfiguriert werden können. Außerdem kann der Wärmeaustauscherzusammenbau für ein beliebiges geeignetes Produkt verwendet werden, nicht nur für Nahrungsmittelprodukte.

Obwohl der zuvor beschriebene Wärmeaustauscher ein Einweg-Austauscher ist, wird erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung genauso gut auf Mehrweg-Wärmeaustauscher angewendet werden kann. Mehrweg-Wärmeaustauscher umfassen typischerweise eine Vielzahl von untereinander verbundenen Innenproduktleitungsrohrleitungen oder Rohren 8, die sich innerhalb eines Gehäuses 1 erstrecken, das an beiden Enden durch Kopfabschnitte 18, 19 geschlossen ist.

Die 20 bis 23 zeigen Schnitte durch geeignete Kopfabschnitte. Jeder Kopfabschnitt 18, 19 weist eine Vielzahl an speziell angeordneten Hohlräumen auf, die auf jener Seite ausgebildet sind, welche den Enden der Rohre 8 gegenüber liegt. Im Kopf 18 zum Beispiel, ist ein erster Hohlraum 30 so angeordnet, dass bei Befestigung am Gehäuse 1 das Ende eines ersten der Rohre 32 sich in diesen Hohlraum öffnet. Eine Produkteinlassöffnung (nicht dargestellt) steht in Verbindung mit diesem ersten Hohlraum 30. Die anderen Hohlräume 34, 38 und 42 sind so angeordnet, dass sich die Rohre 31 und 32, 35 und 36 und 43 bzw. 44 in sie öffnen. Am gegenüber liegenden Ende des Gehäuses 1 sind die Hohlräume des Kopfabschnittes 19 so angeordnet, dass die anderen Ende der Rohre 29 und 31 sich in den Hohlraum 46 öffnen, die Enden der Rohre 36 und 43 sich in den Hohlraum 48 öffnen, jene der Rohre 32 und 44 in den Hohlraum 50 und jenes von Rohr 35 in den Hohlraum 52, der in Fluidverbindung mit einer Auslassöffnung (nicht dargestellt) steht. Auf diese Weise stehen die Rohre des Wärmeaustauschers zueinander in Fluidverbindung.

Wie zuvor, erstreckt sich durch jedes Rohr, und in diesem Fall zusätzlich den Kopfabschnitt 18, ein Stab 14, auf dem sich Schabemittel befinden. Jede der verschiedenen Arten von Schabemitteln, die zuvor in Bezug auf den Einweg-Wärmeaustauscher beschrieben wurden, können natürlich im Mehrweg-System verwendet werden. Um zu gewährleisten, dass es zu keinem Lecken aus den Produktrohren kommt, werden Lippendichtungen vorgesehen, wo sich die Stäbe 14 durch den Kopfabschnitt 18 erstrecken.

Wie zuvor, werden die Schaber 15 durch die Hin- und Herbewegung der Stäbe 14 zurück und nach vor bewegt, wodurch die gewünschte Durchwirbelung im Produkt erzeugt wird, um die Effizienz des Wärmeaustauschverfahrens zu optimieren. Durch die Tätigkeit der Schabemittel wird auch die Grenzschicht der Substanz, die auf der Wärmeübertragungsfläche abgelegt wird, von der Fläche weg in die Masse der Substanz oder Mischung von Substanzen bewegt.

Bei Verwendung dieses Systems bewegt sich das Produkt durch die Einlassöffnung, die sich in den Hohlraum 30 öffnet, in den Wärmeaustauscher und von dort in das Rohr 29. Wenn das Produkt am Ende des Rohrs 29 angekommen ist, wird es vom Kopfabschnitt 19 in das Rohr 31 umgeleitet und bewegt sich in entgegengesetzter Richtung, bis es den Kopfabschnitt 18 erreicht, wo es wieder umgeleitet wird, diesmal aber in das Rohr 32. Das Produkt läuft der Reihe nach durch jedes der Rohre, abwechselnd über die Kopfabschnitte 18 und 19, bis es das Ende von Rohr 35 erreicht, woraufhin es den Wärmeaustauscher über eine Auslassöffnung verlässt.

In einer vergleichbaren Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, kann jeder Stab 14 eine Vielzahl an Durchwirbelung induzierenden Gliedern oder Elementen 22 entlang seines Längsverlaufes (siehe 18 und 19) aufweisen. Jedes dieser Elemente 22 wird im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Stabs 14 befestigt und befindet sich so im Allgemeinen senkrecht zum Fluss des Fluids durch das Produktrohr. Die Form der Elemente 22 ist vorzugsweise im Wesentlichen dreieckig, wobei die Ecken des Dreiecks leicht abgerundet sind. Die Größe des Elementes 22 sollte so sein, dass die Ecken des Dreiecks die Innenwand der Leitungen berühren, aber diese im Verwendungszustand nicht abkratzen. Die Oberfläche, die jedes Element 22 für den Fluidfluss bereitstellt, kann in der Größenordnung von 30% der Querschnittsfläche des Produktrohrs liegen.

Im Verwendungszustand bewegt die Hin- und Herbewegung des Stabs 14 die Elemente 22 zurück und nach vor und induziert eine vermehrte Durchwirbelung im Produkt. Diese Durchwirbelung erhöht die Effizienz des Wärmeaustauschverfahrens und ist insbesondere zur Verwendung geeignet, wenn das Produkt eine visköse Konsistenz aufweist. Wie in den 18 und 19 dargestellt, kratzen die Elemente 22 die Innenwand des Leitungsrohrs nicht ab, obwohl sie diese berühren. Obwohl die Elemente mit einem dreieckigen Querschnitt dargestellt werden, können sie eine beliebige Querschnittsform aufweisen.

Wie in 19 dargestellt, weist jeder Stab 14 eine Vielzahl an Elementen 22 auf, von denen jedes auf dem Stab in einer anderen Ausrichtung bezüglich benachbarter Elemente positioniert ist. In der dargestellten Ausführungsform sind die Elemente im Winkel von 180° beabstandet, wobei die Elemente 22 aber zueinander in einer beliebigen Ausrichtung angeordnet werden können.


Anspruch[de]
  1. Wärmeaustauscherzusammenbau, der ein Gehäuse (1) aufweist, in dem mindestens eine Produktleitung (8) untergebracht ist, die sich im Wesentlichen durch das Gehäuse erstreckt, wobei die Produktleitung, die im Betriebszustand ein Wärmeaustausch-Servicefluid aufnimmt, von einem Hohlraum umgeben ist, wobei der Zusammenbau ferner einen Halter (14) aufweist, der sich durch die Produktleitung erstreckt, wobei der Halter (14) entlang der Produktleitung hin- und herbewegbar ist und ein Schaborgan (15) aufweist, das von diesem zu einer Innenwand der Produktleitung hin vorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Schabmittel (15) einen Schabkopf (16) aufweist, der auf einem Arm (22) befestigt und nach außen, zur Innenwand der Produktleitung, bewegbar ist, und wobei der Schabkopf (16) elastisch zur Innenwand der Produktleitung hindurch ein elastisches Vorspannmittel vorgespannt ist, das mit dem Arm (22) verbunden ist oder den Arm (22) aufweist, so dass bei der Hin- und Herbewegung des Halters (14) innerhalb der Produktleitung (8) das Schabmittel (15) Rückstände von der Innenwand der Produktleitung schabt.
  2. Wärmeaustauscherzusammenbau nach Anspruch 1, der eine Vielzahl von Produktleitungen, die sich im Wesentlichen durch das Gehäuse erstrecken, und eine Vielzahl von Haltern aufweist, wobei sich jeder Halter durch eine jeweilige Leitung erstreckt, wobei die Halter zusammen durch ein gemeinsames, sich hin- und herbewegendes Antriebsmittel hin- und herbewegt werden können.
  3. Wärmeaustauscherzusammenbau nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Haltern auf einer innerhalb des Gehäuses oder einer Erweiterung des Gehäuses untergebrachten Grundplatte befestigt sind, um sich mit der Grundplatte zu bewegen, wobei die Grundplatte durch die sich hin- und herbewegenden Antriebsmittel hin- und herbewegt wird.
  4. Wärmeaustauscherzusammenbau nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Schabmittel eine Vielzahl von Schabern aufweist, die in Abständen entlang des Halters oder jedes Halters angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Schaber über die Länge des Halters in unterschiedlichen Ausrichtungen angeordnet sind.
  5. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schabmittel aus elastischem Material hergestellt ist.
  6. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Produktleitung ein Rohr ist, wobei die Schabmittel vorzugsweise eine gebogene, radiale Außenfläche aufweisen.
  7. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Schabmittel radial vom Halter abstehen.
  8. Wärmeaustauscherzusammenbau nach Anspruch 7, wobei die Schaber in Gruppen von zwei oder drei Schabern entlang der Länge des Halters angeordnet sind, wobei sich jedes Element der Gruppe in einer unterschiedlichen, jeweiligen Ausrichtung um die Achse des Halters herum befindet.
  9. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenfläche der Schabmittel zum Profil der Produktleitung passt.
  10. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halter einen Stab mitumfasst, der sich durch die Produktleitung erstreckt.
  11. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Produktleitung im Wesentlichen längsseitig durch das Gehäuse erstreckt.
  12. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Produktfluideinlass mit einem Ventil versehen ist, um einen Rückfluss an Fluid zu verhindern, wobei das sich hin- und herbewegende Antriebsmittel das Produktfluid pumpt.
  13. Wärmeaustauscherzusammenbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zusammenbau ferner eine Steuervorrichtung aufweist, um das Hin- und Herbewegen des/der Halters) in vorbestimmten Intervallen oder als Reaktion auf eine erfasste Temperatur des Produktes oder des Servicefluids zu steuern.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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