CN116113802A - 联接设备、管状热交换器及热处理食品的方法 - Google Patents

联接设备、管状热交换器及热处理食品的方法 Download PDF

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CN116113802A CN202180061838.XA CN202180061838A CN116113802A CN 116113802 A CN116113802 A CN 116113802A CN 202180061838 A CN202180061838 A CN 202180061838A CN 116113802 A CN116113802 A CN 116113802A
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Abstract

一种联接设备(1)，其包括：管板(112)，其附接到管束(110)；在管板(112)的表面(220)上形成的第一凹槽(218)；法兰(208)，其被设置为容纳管板(112)的末端段(214)，并被提供有用于接纳紧固装置(306a，306b)的孔(226)；锚定环(202)，其被设置为围绕管板(112)放置，并被提供有孔(210)，所述孔(210)用于接纳紧固装置(306a，306b)将所述锚定环(202)连接到法兰(208)；保持元件(206)，其包括内部段(311)和外部段(312)，其中内部段(311)被设置成放置在管板(112)的第一凹槽(218)中，其中，保持元件(206)分为第一部分(222)和第二部分(224)；以及第二凹槽(232)，其由法兰(208)和锚定环(202)组合形成，并被设置成容纳固定元件(206)的外部段(312)。

Description

联接设备、管状热交换器及热处理食品的方法
技术领域
本发明涉及用于食品加工的管状热交换器。更具体地说，它涉及一种联接设备、一种管状热交换器以及一种热处理食品的方法。
背景技术
如今，在食品加工应用中使用管状热交换器是普遍做法。管状热交换器可提供可靠运行和成本效益。管状热交换器通常包括多个管束，食品在管束中被传送。每个管束包括若干个平行管。在管束外部提供的外壳中，可设有传热介质，以使管束中食品可以被加热，从而消除细菌、孢子和其他可能导致健康问题的微生物。通过根据食品的性质来选择管的直径，以及在管上提供导流槽，可以有效对食品进行热处理。对于某些产品，还可以利用所谓的再生，其中用已加热食品来加热未加热食品。
目前，所提供的管状热交换器中的至少一些的另一优点则是通用性。由于可使用模块化方法，因此，万一要处理不同种产品，可轻易更换例如管束。因此，投资管状热交换器通常是一个好的选择，因为即使要处理不同类型的产品，其也会是有用的。
尽管管状热交换器有许多优点，但如酸奶等高粘度产品，可能被证明难以用管状热交换器进行热处理。这导致会经常使用那些为高粘性产品配置的刮板式热交换器或其他设备。这样做的缺点是，通常会增加操作成本而且这样的设备通用性是有限的。
发明内容
本发明的目的是至少部分克服上述现有技术中的一个或多个已确认的限制。具体而言，一个目的是提供一种联接设备，其使管状热交换器能够在例如200巴以上的高压强下运行，在40℃时仍仍具有100cP粘度的产品之类的高粘度产品可以在管状热交换器中进行热处理。
本发明是通过设计一种新型管道的联接设备使得能可靠地处理由高压所形成的力来实现的。该设计不仅就能被处理的产品而言提供了更加通用的设备，而且就操作者的安全方面而言提供了更加通用的设备，其中可以安全使用在超过200的压强下工作的设备。
根据第一方面，提供了一种联接设备，其包括：管板，该管板被设置为附接到管束上；在该管板的表面形成的第一凹槽；法兰，其被设置成容纳管板的末端段并且被提供有用于接纳紧固装置的孔；锚定环，其被设置成围绕管板放置并且被提供有用于接纳紧固装置以连接到法兰的孔；保持元件，其包括内部段和外部段，其中内部段被设置成放置在所述管板的第一凹槽中，其中所述保持元件包括第一部分和第二部分；和第二凹槽，其由法兰和锚定环组合形成，并且被设置成用于容纳保持元件的外部段。
该联接设备的一个优点是，需要高压以被馈送通过管的食品的至少一部分可以通过该联接设备在管状热交换器中进行热处理。这样做的一个原因是，该联接设备可以承受管束内例如200巴以上之类的高压。
所述第一部分和第二部分分别可具有半环形形状。
法兰和锚定环中的至少一者被提供有径向保持元件接合表面，以在锚定环附接到法兰时防止该保持元件的径向移动。
法兰可被提供有径向管板接合表面和轴向管板接合表面，所述径向管板接合表面和轴向管板接合表面被设置成朝向管板。
法兰可被提供有密封槽，所述密封槽被设置成容纳密封件，其中，轴向管板接合表面可被设置用于防止管板在轴向方向A上的移动，从而减少通过管板对密封件施加的力F。
所述外部段的外部段深度(OSD)可大于保持元件的内部段的内部段深度(ISD)。
紧固装置和锚定环上的孔可以是带螺纹的且被设置成相互作用以将锚定环附接到法兰上。
这样做的好处是，紧固装置可轻易安装而无需操作人员将手伸入到锚定环后方。
根据第二方面，提供了一种管状热交换器，其包括根据第一方面提供的联接设备、被设置成传送食品并连接到管板的管束、被设置成包围管束和传热介质的外壳、以及连接到法兰的管道。
与参考第一方面提出的优点一致，通过使用根据第一方面的联接设备，可增加管束内的压强P。这使得当前在管状热交换器中无法进行热处理的高粘性产品可使用这种具成本效益的热交换器类型进行热处理。
根据第三方面，提供了一种使用根据第二方面的管状热交换器对食品进行热处理的方法。所述食品具有在温度40℃下大于100cP的粘度，并且该方法包括：通过联接设备将食品从管道馈送到管束中；通过管束传送食品；加热传热介质并将传热介质馈送到外壳内，从而将食品加热以减少食品中的微生物。
管束中的压强P可以高于200巴，外壳中的压强P′可以低于30巴。
本发明的其他目标、特征、方面和优点将根据以下详细描述以及附图而变得明显。
附图说明
现在将参照附图，以举例的方式描述本发明的实施方案，其中
图1是管状热交换器的立体图。
图2a是联接设备的分解图。
图2b是联接设备的立体图。
图3是连接到管束及连接管道的联接设备的横截面图。
图4是根据第一实施方案的联接设备的详细横截面图。
图5是根据第二实施方案的联接设备的详细横截面图。
图6是根据第三实施方案的联接设备的详细横截面图。
图7是用于热处理食品的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1，示出了包括联接设备1的管状热交换器100。管状热交换器100可为一种品名为Tetra SpirafloTM的管状热交换器，由Tetra Pak公司推广销售。
管状热交换器100具有若干个管束110，管束110例如通过焊接而连接到相应的管板112上。每个管束110均有包围该管束110的外壳302。管束110通过连接管道304互相连接。因此，食品FP可从一管束流向另一管束。每个管束110包括若干平行排列的直管道。所述连接管道304通过联接设备1而与所述管束连接。所述外壳302包围着管束110，使得如热水等传热介质(HTM)可在外壳302内且围绕管束110流动。
管状热交换器100可以在使联接设备1显示出特别有利的条件下运行，特别是在考虑卫生和压力处理方面以及考虑管状热交换器100的总成本时。
图2a进一步详细说明了联接设备1。除了管板112之外，联接设备1还包括锚定环202、固定元件206和法兰208。该管板112可被设置成放置于法兰208内，而锚定环202被设置成放置于管板112上并且与法兰208接合。为此，锚定环202可被提供有用于紧固装置的孔210。
管板112被提供有孔212，这样食品可通过这些孔212馈送到管束110内。通常管束的管***孔212中而后焊接至管板212上。此外，管板112具有被布置为可***法兰208的末端段214以及由外壳所围绕的顶部段216。
末端部214在管板112的表面220上形成凹槽218。该表面通常是管板112的***表面，且该凹槽可在管板112上形成环形槽。保持元件214可以被设置成放置在该凹槽218中，保持元件可被分为第一部分222和第二部分224。
如图所示，这两部分222、224可具有半环形形状，以适配凹槽218的各自半槽。这两部分222、224中的每个均可有高达180°的角度延伸。两部分222、224在径向方向R上可具有相同的尺寸和形状。两部分222、224在轴向方向A上可具有相同的尺寸和形状。两部分222、224在尺寸和形状上可以是相同的。
法兰208可具有孔226，其被设置成接纳通过锚定环202的孔210而馈送的紧固装置，使得在安装状态下，锚定环202可如图2b所示，与法兰208接合。管板112可以有第一O形环槽228和第二O形环槽230。这样做的好处是，可以为壳管302实现所谓的浮动设计，这一点将在下文中进一步描述。
法兰208可被提供有凹槽232，其被设置成容纳保持元件206。因此，通过将保持元件206的一部分设置在管板112的第一凹槽218中，且保持元件206的一部分设置在凹槽232中，当锚定环208连接到法兰206时，可通过保持元件206将管板112固定在适当位置。
图3示出了联接设备1在组装状态下的横截面图。
外壳302包围管束110，以便传热介质(HTM)，如热水，可以在管束110和外壳302之间输送。此外，连接管304被连接到法兰208上，紧固装置306a、306b(如螺栓)可用于将法兰208连接到锚定环202上。为此目的，该锚定环202的孔210可设有螺纹。这样做的好处是，可以安装紧固装置306a、306b而无需伸至锚定环202的后面。
为了提供所述的浮动设计，即允许管束110因热胀冷缩而轴向移动，第一O形环308a可被提供在第一O形环槽228内，第二O形环308b可被提供在第二O形环槽230内。通过设置这两个O形环，可以减少传热介质HTM的泄漏风险。
如上所述及图3所示，保持元件206可以被夹持在管板112、锚定环202和法兰208之间，即其可位于法兰208的凹槽232内。在法兰208中，可提供用于容纳密封件310的密封槽309。借助该密封件310，可实现管板112和法兰208之间的防泄漏配合。
如上所述及如图所示，保持元件206的一部分可容纳于管板112的第一凹槽218中，并且保持元件206的一部分可容置于由锚定环202和法兰208结合所形成的第二凹槽232中。更具体地说，保持元件206的内部段311可容纳于第一凹槽218中，而外部段312可容纳于第二凹槽232中。第二凹槽232可以有径向保持元件接合表面313，其径向面对保持元件214并沿轴向延伸。通过这种方式，保持元件径向接合表面313可以与保持元件214的***表面315相互配合。如上所述，保持元件214可以分成两部分，第一部分222和第二部分224。当管束110内的压强P增加时，这两部分不能分开移动，因为法兰208在径向R方向上将其阻挡。
此外，所述法兰208有轴向保持元件接合表面314，其轴向面对保持元件214并径向延伸。此外，该法兰208还可以进一步被提供径向管板接合表面316，其径向面对管板112并沿轴向延伸，以及轴向管板接合表面318，其轴向面对管板112并沿径向延伸。轴向管板接合表面318的优点在于，它可以被设置用来防止管板112在轴向方向A上的移动，从而减少管板112施加到密封装置310上的力F。
锚定环202可具有轴向保持元件接合表面319，其被设置成与轴向保持元件接合表面314相对。轴向保持元件接合表面314和相对的轴向保持元件接合表面319防止保持元件206在轴向A方向移动。
如图所示，第二凹槽232包括径向保持元件接合表面313和轴向保持元件接合表面314，而相对的轴向保持元件接合表面319是锚定环202的一部分。然而，这只是可以实现第二凹槽部分320的几种可能性之一，即为联接设备1中提供第二凹槽232的部分，其他可能性如图5和图6所示，并将在下面描述。
图4说明了如何由于管束110内食品FP的压强P而形成力。如图所示，由管束110内的压强P形成的管板力FT可以施加到保持元件206的内部段311上。管板力FT可以通过管板112和第一凹槽218的内侧轴向保持元件接合表面400传递。径向力FRa也可由压强P形成并通过管板112传递。如图所示，径向力FRa可使保持元件214被推到径向保持元件接合表面313上。此外，由于管板力FT，保持元件206可被推向锚定环202，更具体地被推向锚定环202的相对轴向保持元件面319，从而形成锚定环力FRi。即使没有说明，其他力也可施加到保持元件206上。
如图3和图4所示，径向保持元件接合表面313可由法兰208形成。如图5所示，另一种选择是，该表面部分由法兰208形成及部分由锚定环202形成。如图6所示，还有一种方案是，径向保持元件接合表面313仅由锚定环202形成。这表明容纳保持元件206的外部段312的凹槽可以形成在法兰208中(图3和图4)，可形成在法兰208与锚定环202的组合中(图5)，或者形成在锚定环202中(图6)。
更进一步地，如图6所示，内部段311的内部段深度(ISD)可以小于外部段312的外部段深度(OSD)。这适用于本文所述的所有实施方案。
即使本文将不同的面称为接合表面，也不应将其理解为保持元件206在任何时候都与所述表面接触，而应将其理解为所述表面在条件需要的情况下被设置为与保持元件206相邻以将保持元件206保持在合适位置，即将保持元件214保持在第一和第二凹槽218、232内。
图7是包含用于热处理食品FP的方法700的步骤的流程图。该方法可用所述管状热交换器100执行。在该方法的第一步702中，食物产品FP从连接管道304通过上述联接设备1送入管状热交换器100的管束110中。在第二步704中，可以将食品FP从管束110中通过而被传送。在第三步706，传热介质HTM可被加热。在第四步708，其可与第二步704同时发生，传热介质HTM可以被馈送到包围管束110的外壳302中，从而加热食品FP以减少食品FP中的微生物，即减少食品FP中的微生物数量，否则可能导致消费者的健康问题。管束110内的压强P可高于200巴，而外壳302内的压强P′可低于30巴。
从上面的描述可以看出，尽管已经描述和展示了本发明的各种实施方案，但本发明并不局限于此，还可以在以下权利要求书中定义的主题范围内以其他方式体现。

Claims (11)

1.一种联接设备(1)，其包括：
管板(112)，其被配置成附接到管束(110)；
第一凹槽(218)，其形成于所述管板(112)的表面(220)中；
法兰(208)，其被设置为容纳所述管板(112)的末端段(214)，并且被提供有用于接纳紧固装置(306a，306b)的孔(226)；
锚定环(202)，其被设置成放置于所述管板(112)周围，并且被提供有用于接纳所述紧固装置(306a，306b)以连接到所述法兰(208)的孔(210)；
保持元件(206)，其包括内部段(311)和外部段(312)，其中所述内部段(311)被设置成放置于所述管板(112)的所述第一凹槽(218)中，其中，所述保持元件(206)还包括第一部分(222)和第二部分(224)，以及
第二凹槽(232)，其由所述法兰(208)和锚定环(202)组合形成，并且被设置成容纳所述保持元件(206)的所述外部段(312)
2.根据权利要求1所述的联接设备(1)，其中，
所述保持元件(206)的所述第一部分(222)和所述第二部分(224)分别具有半环形形状。
3.根据权利要求1或2所述的联接设备(1)，其中，
所述法兰(208)和所述锚定环(202)中的至少一者被提供有径向保持元件接合表面(313)，其用于在所述锚定环(202)连接到所述法兰(208)时防止所述保持元件(206)的径向移动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的联接设备(1)，其中，
所述法兰(208)被提供有被设置成朝向所述管板(112)的径向管板接合表面(316)和轴向管板接合表面(318)。
5.根据权利要求4所述的联接设备(1)，其中，
所述法兰(208)被提供有密封槽(309)，所述密封槽(309)被设置为容纳密封件(310)，其中，所述轴向管板接合表面(318)被设置为防止所述管板(112)在轴向方向(A)上移动，从而减少由所述管板(112)施加到所述密封件(310)上的力(F)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的联接设备(1)，其中，
所述保持元件(206)的所述外部段(312)的外部段深度(OSD)大于所述内部段(311)的内部段深度(ISD)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的联接设备(1)，其中，
所述紧固装置(306a，306b)和所述锚定环(202)的孔(210)是带螺纹的，并且被设置成相互作用以将所述锚定环(202)连接至所述法兰(208)。
8.一种管状热交换器(100)，其包括：
根据前述权利要求中任一项所述的联接设备(1)，
管束(110)，其包括连接到管板(112并且被设置成传送食品(FP)的若干个管，以及
外壳(302)，其被设置成包围所述管束(110)和传热介质(HTM)，以及
管道(304)，其连接至所述法兰(208)。
9.一种用根据权利要求8所述的管状热交换器热处理食品(FP)的方法(700)，其中所述食品在温度为40℃时具有大于100cP的粘度，所述方法包括：
将所述食品(FP)从所述管道(304)中通过所述联接设备(1)馈送(702)到所述管束(110)内；
通过所述管束(110)传送(704)所述食品(FP)；
加热(706)传热介质(HTM)，以及
馈送(708)所述传热介质(HTM)到所述外壳(302)中，从而加热所述食品(FP)以减少所述食品(FP)中的微生物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述管束(110)的管内的压强(P)高于200巴。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述外壳(302)内的压强(P′)低于30巴。
CN202180061838.XA 2020-09-10 2021-09-09 联接设备、管状热交换器及热处理食品的方法 Pending CN116113802A (zh)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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