СЕКЦИОННЫЙ ЛАМЕЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1997 года по МПК F28D9/00 

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к обеспечению тепловых режимов при переработке, хранении, транспортировке молока и может быть использовано в пищевой промышленности для других продуктов.

Наибольшее распространение в молочной промышленности получили пластинчатые теплообменники [1] Унифицированным элементом служит пластина. Недостатком такого элемента является необходимость выполнять его с различной формой трехмерных рифлей для обеспечения жесткости. Наличие рифлей приводит к некоторому увеличению теплообменной поверхности, некоторой интенсификации теплообмена, но сопровождается опережающим ростом гидравлического сопротивления, т.е. коэффициент эффективности (отношение приращения теплоотдачи к росту гидравлического сопротивления) получается заметно меньше единицы [2] Совмещение на одной пластине теплообменной поверхности с коллекторными отверстиями и направляющими аппаратами приводит к некачественному выравниванию профиля скоростей по ширине пластины. Требуется выдерживать жесткие допуски при штамповке пластин. Наличие сложного профиля резиновых уплотнений между каждой пластиной является слабым местом, поскольку трудно выдержать идентичность размеров щелевых каналов при стягивании пакетов, нет уверенности в обеспечении герметичности между полостями пастеризованного и сырого молока; в случае интенсивного пригарообразования для механической очистки требуется его полная разборка.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является теплообменник [3] Известное устройство состоит из крышек с верхней и нижней плоскостями и патрубками входа выхода продукта, корпуса и размещенного в полости последнего складчатого листа, герметично присоединенного к корпусу. Лист разделяет камеру корпуса на две полости и служит теплопередающей поверхностью, площадь которой развита за счет складок. Каждую складку можно рассматривать как своеобразную ламель. Применительно к работе с молоком устройство обладает следующими недостатками: отсутствует возможность механической очистки поверхностей из-за неразборности, трудно обеспечить санитарно-гигиеническую отмывку поверхностей по причине образования застойных зон в результате поворотов потока молока в районе входного и выходного патрубков. Поскольку в пастеризаторах-охладителях основную долю (до 70%) общей теплопередающей поверхности составляет рекуперационный участок, требуется соединять в блоки несколько десятков секций последовательно. Названное устройство не приспособлено для компактной сборки в блоки. Указанные недостатки обусловлены самой конструкцией прототипа.

Задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков.

В устройстве, содержащем крышки с верхней и нижней плоскостями и патрубками входа выхода продукта, корпус и размещенный в полости последнего складчатый лист, предлагается придать новую форму известным элементам и ввести новый:
крышки, корпус, складчатый лист выполнены раздельными, причем крышка снабжена сквозным отверстием, соединяющим верхнюю и нижнюю плоскости, дополнительным отверстием на верхней плоскости, соединенным с отверстием на торцевой плоскости, боковые плоскости крышки снабжены ограничительными выступами;
корпус по всему периметру снабжен пазами под уплотнительные прокладки и отверстием на торцевой плоскости;
складчатый лист снабжен по всему периметру полкой соответственно пазам корпуса, а боковые смежные стенки ламелей попарно герметично соединены между собой;
теплообменник снабжен стягивающим механизмом, взаимодействующим с крышками.

Техническим результатом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом становится следующее:
обеспечена возможность его разборки для механической очистки;
исключены застойные зоны, улучшена гидравлика трактов и тем самым обеспечена возможность качественной санитарно-гигиенической отмывки поверхностей;
обеспечена возможность компактного соединения секций в блоки для увеличения поверхности теплообмена;
обеспечена возможность унификации деталей и сборки из них теплообменников по различным технологическим параметрам.

Путем придания боковым стенкам ламелей дугообразной формы и опирания вершин ламелей на прерывистые ребра на плоскостях крышек можно обеспечить требуемую жесткость поверхности при меньшей толщине стенки и тем самым снизить материалоемкость теплообменника. Аналогичной цели служат гофры на боковых стенках ламелей, способствующие одновременно интенсификации теплообмена.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 представлен вид крышки; фиг.2 вид корпуса; фиг.3 вид ламельной секции; фиг.4 поперечный разрез ламелей; фиг. 5 вид дугообразной ламели; фиг.6 схема сборки блока из трех секций.

Устройство содержит крышку с отверстием 1 на торцевой плоскости и на ее верхней плоскости 2 отверстие 3, соединенное с отверстием 1, с ограничительными выступами 4, со сквозным отверстием 5, соединенным с отверстием на нижней плоскости 6, с прерывистыми ребрами 7 на верхней и нижней плоскостях.

Корпус теплообменника снабжен отверстием 8 на торцевой плоскости 9 и пазами 10 по всему периметру для уплотнительных прокладок. Складчатый лист содержит ламели 11 и по всему периметру полку 12. Усиление жесткости ламелей достигается приданием им дугообразной формы 13. На фиг.6 показана в качестве примера сборка блока из трех секций, которые размещены между плитами 14 стягивающего механизма. Гайкой 15 осуществляются стягивание плит, тем самым сжатие уплотнительных прокладок, и герметизация разъемов. Для соединения гидравлических трактов служат перемычки 16. Ограничительные выступы 4 на боковинах крышки 17 выполняют две функции: обеспечивают точность сборки и усиливают жесткость корпуса. Уплотнительные прокладки могут быть размещены (прикреплены), например в пазах по периметру корпуса (две) и на нижней плоскости полки складчатого листа (одна). Гофры 18 на боковинах ламелей обеспечивают жесткость стенки и способствуют интенсификации теплообмена.

Устройство работает следующим образом. Через сквозное отверстие 5 нижней секции (см. фиг. 6) в подламельную полость поступает сырое молоко. Пройдя нижнюю секцию молоко через отверстие 1 и перемычку 16 попадает в надламельную полость следующей секции и т.д. Вторая среда (это могут быть пастеризованное молоко, рассол, горячая вода в зависимости от функции теплообменника) подается через отверстие 5 самой верхней секции, пройдя по ее надламельной полости через отверстие 8 в корпусе и перемычке 16 поступает в подламельное пространство соседней секции и т.д. Таким образом гидравлическая схема обеспечивает требуемое движение сред противотоком. При необходимости механической очистки поверхностей отпускают нажимную гайку 15 и разбиpают секции на части.

Возможность реализации предлагаемого устройства подтверждена изготовлением и испытаниями (на воде) экспериментального образца.

Из качественных рассуждений достаточно очевидно, что за счет улучшения гидравлических характеристик тракта (выравнивание раздачи потока по поперечному сечению ламелей, исключение местных потерь при изменении скорости потока) по сравнению с пластинчатыми аппаратами можно достичь более высоких коэффициентов регенерации тепла, снизить материалоемкость, в том числе путем применения для крышек и корпуса двухслойных материалов с тонким слоем нержавеющей стали, снизить вредные стоки за счет уменьшения расходования моющих сред.

Использование: секционный ламельный теплообменник может быть использован для тепловой обработки молока, а также других продуктов. Сущность: устройство работает следующим образом. Через сквозное отверстие 5 нижней секции в подламельную полость поступает сырое молоко. Пройдя нижнюю секцию, молоко через отверстие 1 и перемычку 16 попадает в надламельную полость следующей секции и т.д. Вторая среда (это могут быть пастеризованное молоко, рассол, горячая вода в зависимости от функции теплообменника) подается через отверстие 5 самой верхней секции, пройдя по ее надламельной полости через отверстие 8 в корпусе и перемычке 16 поступает в подламельное пространство соседней секции и т.д. Таким образом гидравлическая схема обеспечивает требуемое движение сред противотоком. При необходимости механической очистки поверхностей отпускают нажимную гайку 15 и разбирают секции на части. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Секционный ламельный теплообменник, содержащий крышки с верхней и нижней плоскостями и патрубками входа-выхода продукта, корпус и размещенный в полости последнего складчатый лист, отличающийся тем, что боковая плоскость крышки снабжена ограничительными выступами, а в самой крышке выполнены сквозное отверстие, соединяющее верхнюю и нижнюю плоскости, отверстие на торцевой плоскости, соединенное с отверстием, дополнительно выполненным на верхней плоскости, на торцевой плоскости корпуса также выполнено отверстие, а по всему его периметру пазы, складчатый лист снабжен размещенной по всему его периметру полкой соответственно пазам корпуса, а боковые смежные стенки ламелей листа попарно герметично соединены между собой, теплообменник также снабжен стягивающим механизмом, взаимодействующим с крышками. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя плоскости крышки снабжены прерывистыми ребрами, а боковые стенки складчатого листа выполнены дугообразными. 3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки ламелей снабжены гофрами жесткости. 4. Теплообменник по пп.1 3, отличающийся тем, что содержит не менее двух секций, снабженных перемыкающими патрубками и общим стягивающим механизмом.