用于高粘度流体的UHT换热装置 |
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| 申请号 | CN202410074765.3 | 申请日 | 2024-01-18 | 公开(公告)号 | CN117848120A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 天津科技大学; | 发明人 | 宋海燕; 卢炎; 徐庆; 刘光发; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及换热技术领域，提供一种用于高 粘度 流体 的UHT换热装置，包括内壳体和 外壳 体，通过设置有可旋转的内壳体，并将流体通道设置于内壳体圆锥体的锥面与外壳体内壁的锥面之间，高粘度流体在自身重 力 和内壳体旋转 离心力 的推动下，在流体通道内流动，一方面，由于内壳体的高速旋转，使流体通道内的高粘度流体形成 薄膜 ，且在高速运动下，高粘度流体薄膜不致焦化，有效地提高换热效率，另一方面，在内壳体高速旋转的情况下，其外锥面上的刮板会对高粘度流体产生一定的推力，使高粘度流体快速通过流体通道，避免高粘度流体粘结在流体通道内，使流体通道堵塞，从而进一步提高换热效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于高粘度流体的UHT换热装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 用于高粘度流体的UHT换热装置技术领域[0001] 本发明涉及换热技术领域，具体涉及一种用于高粘度流体的UHT换热装置。 背景技术[0002] UHT(Ultra High Temperature)是一种食品加工技术，将物料在连续流动的状态下通过热交换器加热至135‑150℃，并在这一温度下保持一定的时间，以杀灭病菌和微生物，从而实现食品的长期保存。 [0003] 目前，用于UHT换热的装置有管式换热器、板式换热器等，将管式换热器用于高粘度流体的UHT换热，流体在管子的轴线处流速最大，贴近管壁处的流速最小，则贴近管壁处的流速接近零，造成了在管壁的附近有一层几乎不流动的滞流内层，给流体的换热造成很大的热阻，使换热效率大大降低，而板式换热器的板片间通道很窄，用于高粘度流体的UHT换热，容易堵塞板间通道，同样使换热效率大大降低。 发明内容[0004] 本发明提供一种用于高粘度流体的UHT换热装置，以解决现有换热器用于高粘度流体换热效率低的问题。 [0005] 本发明提供一种用于高粘度流体的UHT换热装置，包括： [0006] 内壳体，所述内壳体为依次连接的方向相反的圆锥体结构，所述内壳体的每一外锥面上设有刮板； [0007] 外壳体，所述内壳体可旋转地设于所述外壳体内，所述外壳体内壁为依次连接的方向相反的圆锥面结构，所述外壳体内壁的锥面与所述内壳体的圆锥体的锥面相适配； [0008] 所述外壳体内壁的锥面与所述内壳体圆锥体的锥面之间设有流体通道，所述内壳体的内部能够进行温度调节，以对所述流体通道内的高粘度流体进行换热。 [0009] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，所述内壳体每一外锥面上的所述刮板设有多条，多条所述刮板呈圆周间隔均匀分布。 [0010] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，所述内壳体的中心设有中心轴，所述中心轴用于驱动所述内壳体旋转。 [0011] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，所述中心轴为空心结构，所述中心轴的底部设有第一入口，所述中心轴的壁体上设有多个气孔，多个所述气孔与所述内壳体的内部相连通。 [0012] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，所述中心轴的顶部设有第一出口。 [0014] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，所述叶轮上还设有多个导流片，多个所述导流片围绕所述叶轮的外轮廓线呈圆周间隔均匀分布。 [0015] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，每两个所述导流片之间的间隙分别与所述流体入口和所述流体通道相连通。 [0016] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，所述外壳体内部为空心结构，所述外壳体的底部设有第二入口，所述外壳体的顶部设有第二出口。 [0017] 根据本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，所述外壳体的顶部还设有进料口，所述进料口与所述流体入口相连通。 [0018] 有益效果：本发明提供的用于高粘度流体的UHT换热装置，包括内壳体和外壳体，内壳体为依次连接的方向相反的圆锥体结构，内壳体的每一外锥面上设有刮板，内壳体可旋转地设于外壳体内，外壳体内壁为依次连接的方向相反的圆锥面结构，外壳体内壁的锥面与内壳体圆锥体的锥面之间设有流体通道，内壳体的内部能够进行温度调节，以对流体通道内的高粘度流体进行换热。通过设置有可旋转的内壳体，并将流体通道设置于内壳体圆锥体的锥面与外壳体内壁的锥面之间，高粘度流体在自身重力和内壳体旋转离心力的推动下，在流体通道内流动，一方面，由于内壳体的高速旋转，使流体通道内的高粘度流体形成薄膜，且在高速运动下，高粘度流体薄膜不致焦化，有效地提高换热效率，另一方面，在内壳体高速旋转的情况下，其外锥面上的刮板会对高粘度流体产生一定的推力，使高粘度流体快速通过流体通道，避免高粘度流体粘结在流体通道内，使流体通道堵塞，从而进一步提高换热效率。附图说明 [0019] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0020] 图1是本发明实施例中用于高粘度流体的UHT换热装置的整体结构第一示意图； [0021] 图2是本发明实施例中用于高粘度流体的UHT换热装置的整体结构第二示意图； [0022] 图3是本发明实施例中用于高粘度流体的UHT换热装置的剖视图； [0023] 图4是图3局部A的放大图； [0024] 图5是本发明实施例中叶轮的放大图； [0025] 图6是本发明实施例中用于高粘度流体的UHT换热装置的俯视图； [0026] 图7是本发明实施例中内壳体结构示意图； [0027] 图8是是本发明实施例中用于高粘度流体的UHT换热装置的仰视图。 [0028] 附图标记： [0029] 1、内壳体；11、刮板；12、叶轮；13、叶片；14、流体入口；15、导流片；2、外壳体；21、第二入口；22、第二出口；23、进料口；3、流体通道；4、中心轴；41、第一入口；42、气孔；43、第一出口。 具体实施方式[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0032] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 [0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。 [0034] UHT(Ultra High Temperature)是一种食品加工技术，将物料在连续流动的状态下通过热交换器加热至135‑150℃，并在这一温度下保持一定的时间，以杀灭病菌和微生物，从而实现食品的长期保存。 [0035] 目前，用于UHT换热的装置有管式换热器、板式换热器等，将管式换热器用于高粘度流体的UHT换热，流体在管子的轴线处流速最大，贴近管壁处的流速最小，则贴近管壁处的流速接近零，造成了在管壁的附近有一层几乎不流动的滞流内层，给流体的换热造成很大的热阻，使换热效率大大降低，而板式换热器的板片间通道很窄，用于高粘度流体的UHT换热，容易堵塞板间通道，同样使换热效率大大降低。 [0036] 本发明实施例中，通过设置有可旋转的内壳体，并将流体通道设置于内壳体圆锥体的锥面与外壳体内壁的锥面之间，高粘度流体在自身重力和内壳体旋转离心力的推动下，在流体通道内流动，一方面，由于内壳体的高速旋转，使流体通道内的高粘度流体形成薄膜，且在高速运动下，高粘度流体薄膜不致焦化，有效地提高换热效率，另一方面，在内壳体高速旋转的情况下，其外锥面上的刮板会对高粘度流体产生一定的推力，使高粘度流体快速通过流体通道，避免高粘度流体粘结在流体通道内，使流体通道堵塞，从而进一步提高换热效率。 [0037] 下面结合图1至图8描述本发明的用于高粘度流体的UHT换热装置。 [0038] 如图1至图8所示，本发明一些实施例提供的用于高粘度流体的UHT换热装置包括内壳体1和外壳体2，内壳体1为依次连接的方向相反的圆锥体结构，内壳体1的每一外锥面上设有刮板11，内壳体1可旋转地设于外壳体2内，外壳体2内壁为依次连接的方向相反的圆锥面结构，外壳体2内壁的锥面与内壳体1的圆锥体的锥面相适配。 [0039] 外壳体2内壁的锥面与内壳体1圆锥体的锥面之间设有流体通道3，流体通道3沿内壳体1的轴线方向延伸设置，内壳体1的内部能够进行温度调节，以对流体通道3内的高粘度流体进行换热。 [0040] 具体的，本实施例中，内壳体1可以设置为由电机驱动在外壳体2旋转，流体通道3是由外壳体2内壁的锥面与内壳体1圆锥体的锥面之间设置的间隙形成的较狭窄通道。内壳体1内部为空心结构，内壁上可以设置加热棒，将内壳体1的外锥面加热。 [0041] 需要对高粘度流体进行换热时，将内壳体1的外锥面加热，高粘度流体由内壳体1的顶部流入流体通道3内，高粘度流体在自身重力和内壳体1旋转离心力的推动下，流经流体通道3内。一方面，由于内壳体1的高速旋转，使流体通道3内的高粘度流体形成薄膜，且在高速运动下，高粘度流体薄膜不致焦化，有效地提高换热效率，另一方面，在内壳体1高速旋转的情况下，其外锥面上的刮板11会对高粘度流体产生一定的推力，使高粘度流体快速通过流体通道3，避免高粘度流体粘结在流体通道3内，使流体通道3堵塞，从而进一步提高换热效率。 [0042] 本实施例中，通过设置有可旋转的内壳体1，并将流体通道3设置于内壳体1圆锥体的锥面与外壳体2内壁的锥面之间，高粘度流体在自身重力和内壳体1旋转离心力的推动下，在流体通道3内流动，一方面，由于内壳体1的高速旋转，使流体通道3内的高粘度流体形成薄膜，且在高速运动下，高粘度流体薄膜不致焦化，有效地提高换热效率，另一方面，在内壳体1高速旋转的情况下，其外锥面上的刮板11会对高粘度流体产生一定的推力，使高粘度流体快速通过流体通道3，避免高粘度流体粘结在流体通道3内，使流体通道3堵塞，从而进一步提高换热效率。 [0043] 如图3和提7所示，本发明的一些实施例中，内壳体1每一外锥面上的刮板11设有多条，多条刮板11呈圆周间隔均匀分布。随着内壳体1的高速旋转，其外锥面上的多条刮板11会对高粘度流体产生循环推力，使流体通道3内的高粘度流体形成的薄膜更加均匀，高粘度流体也可以快速通过流体通道3，避免高粘度流体粘结在流体通道3内，使流体通道3堵塞，从而进一步提高换热效率。 [0044] 如图3和图4所示，本发明的一些实施例中，内壳体1的中心设有中心轴4，中心轴4用于驱动内壳体1旋转。外置电机驱动中心轴4旋转，进一步中心轴4带动内壳体1旋转。 [0045] 还有一些实施例中，中心轴4为空心结构，中心轴4的底部设有第一入口41，中心轴4的壁体上设有多个气孔42，多个气孔42在中心轴4均匀排列，多个气孔42与内壳体1的内部相连通。需要对高粘度流体进行换热时，在中心轴4内通入一定量的热蒸汽，由中心轴4底部的第一入口41进入，热蒸汽通过中心轴4上设置的气孔42进入到内壳体1内部，热蒸汽在内壳体1内流动，进而热蒸汽流动并通过内壳体1的外锥面与流体通道3内的高粘度流体进行热交换，热蒸汽由中心轴4底部的第一入口41进入，高粘度流体由内壳体1的顶部流入流体通道3，两种介质的流动方向相反，从而进一步提高换热效率。 [0046] 进一步的，中心轴4的顶部设有第一出口43，前期使用时，将第一出口43封堵，以使热蒸汽通过中心轴4上设置的气孔42进入到内壳体1内部，并在内壳体1内流动，待需要更换或者调节蒸汽温度时，将第一出口43打开，继续在中心轴4底部的第一入口41通入热蒸汽，换热后的蒸汽由第一出口43排出，提高了装置的实用性。 [0047] 如图4和图5所示，本发明另外一些实施例中，内壳体1的顶部设有叶轮12，叶轮12顶部设有多个螺旋叶片13，每两个螺旋叶片13之间形成流体入口14，流体入口14与流体通道3相连通。随着内壳体1的旋转，内壳体1顶部的高粘度流体在离心力的作用下，均匀的分布在每个流体入口14，为高粘度流体进行导向分流，进而流入流体通道3内的高粘度流体更均匀，也使流体通道3内形成的高粘度流体薄膜更加均匀，进一步提高换热效率。并且螺旋叶片13也可以为高粘度流体的流动提供一定的动力，使高粘度流体能够快速通过流体通道3。 [0048] 如图5所示，本发明另外一些实施例中，叶轮12上还设有多个导流片15，多个导流片15围绕叶轮12的外轮廓线呈圆周间隔均匀分布。每两个导流片15之间的间隙分别与流体入口14和流体通道3相连通。导流片15进一步对流体入口14内的高粘度流体进行导向分流，减少流动死区，提高换热效率，以利于高粘度流体在流体通道3内的均匀分布，也使流体通道3内形成的高粘度流体薄膜更加均匀，进一步提高换热效率。进一步的，还可以将导流片15设置成叶轮式结构，随着叶轮12的旋转，可以为高粘度流体提供一定的动力，加速高粘度流体进入流体通道3内换热。 [0049] 如图6和图8所示，本发明另外一些实施例中，外壳体2设置为空心筒状结构，外壳体2的底部设有第二入口21，外壳体2的顶部设有第二出口22。外壳体2内部也通入热蒸汽，热蒸汽由外壳体2底部的第二入口21进入，热蒸汽在外壳体2内流动，将外壳体2的内壁锥面加热，从而与流体通道3内的高粘度流体进行热交换，外壳体2内的蒸汽流动方向与流体通道3内高粘度流体的流动方向相反，进一步提高换热效率。由此，内壳体1内和外壳体2内同时通入热蒸汽，同时对流体通道3内的高粘度流体进行热交换，从而进一步提高换热效率。待需要更换蒸汽或者调节蒸汽温度时，将第二出口22打开，继续在第二入口21通入热蒸汽，换热后的蒸汽由第二出口22排出，提高了装置的实用性。 [0050] 如图1和图2所示，本发明的一些实施例中，外壳体2的顶部还设有进料口23，进料口23与流体入口14相连通。进料口23设置为环形结构，环形结构的内部空间形成进料口23，进料口23与流体入口14相连通，高粘度流体由进料口23流入流体入口14。 [0051] 装置的工作流程：首先向中心轴4和外壳体2内通入一定量的热蒸汽，使整个装置达到预定的温度，启动电机，中心轴旋转，此时将高粘度流体经管道均匀的注射到进料口23，由于叶轮12的旋转，叶轮12上的螺旋叶片13为高粘度流体进行导向分流，从而均匀进入流体入口14，在离心力的作用下，高粘度流体自叶轮12中心向外周作径向运动。均匀的撞击到螺旋叶片13的壁面上，高粘度流体随之流到导流片15之间的间隙内，高速旋转的导流片 15，将高粘度流体驱使入流体通道3内，内壳体1的外锥面上设置的刮板11，在高速旋转下，将高粘度流体快速通过狭窄的通道，热量通过锥面壁由热蒸汽传递给流体通道3中的流体。 两种不同介质可在壳体内逆向流动以达到快速换热的目的，换热后的高粘度流体由流体通道3的底部流出。该装置的流量大小取决于中心轴4的转速，流量随着中心轴4的转速增大而增大。 [0052] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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