DE69307655T2 - Schabersystem für einen Dünnschicht-Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Klingensystem für einen Schabeoberflächenwärmeaustauscher des im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Typs.
• Schabeoberflächenwärmeaustauscher sind besonders geeignet zur Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie, wo sie zum Kühlen oder Heizen fetthaltiger Erzeugnisse, Bäckereierzeugnisse und Molkereierzeugnisse, etwa Margarineemulsion und Speiseeis, verwendet werden. Solche Wärmeaustauscher weisen eine zylindrische Behandlungskammer, einen in der Kammer angeordneten Rotor und eine Anzahl von Klingenreihen mit einer Anzahl von aufeinanderfolgend angeordneten Klingenschabern auf, die an dem Rotor so angebracht sind, daß die Klingen die Innenoberfläche der Kammer während des Betriebs abschaben. Ein Kühl- oder ein Heizmedium, z.B. Ammoniak, Freon, Glykol, heißes Wasser oder Dampf, kreist an der Außenseite der Behandlungskammer und führt durch einen konventionellen Wärmeaustausch prozeß zum Wärmeaustausch. Das behandelte Erzeugnis wird unter Druck an dem einen Ende des Wärmeaustauschers eingeführt und verläßt den Wärmeaustauscher an seinem entgegengesetzten Ende. Das Abschaben des Erzeugnisses von der Innenoberfläche der Kammer während seines Durchgangs durch den Wärmeaustauscher sorgt dadurch für eine erheblich verbesserte Wärmeübertragung.
• Bei bekannten Vorrichtungen sind die Klingenschaber mit Öffnungen und/oder Schlitzen konstruiert und an dem Rotor mit Hilfe von Stiften oder Schrauben oder Kombinationen daraus befestigt. Die Verwendung dieses Befestigungsverfahrens macht es erforderlich, den Rotor während einer Kontrolle oder eines Klingenaustausches aus der Behandlungskammer zu entfernen. Dies ist ein zeitaufwendiger Vorgang, und in Anbetracht der Tatsache, daß der Herstellprozeß in der Produktionslinie, in der der Wärmeaustauscher angeordnet ist, unterbrochen werden muß, sind die Kontrolle und der Austausch der Klingen auch mit erheblichen finanziellen Verlusten verbunden. Ferner erzeugen solche Schrauben oder Stifte mit entsprechenden Öffnungen oder Schlitzen in den Klingen tote Punkte, wo sich kleine Mengen des behandelten Erzeugnisses und Schmutz ansammeln können, woraus das Risiko von Bakterienvermehrung erfolgt.
• Die britische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2,232,469 offenbart einen solchen Schabeoberflächenwärmeaustauscher, bei dem die Klingen an dem Rotor mit Hilfe einer Gelenkeinrichtung angebracht sind. Ein ähnlicher Wärmeaustauscher ist bekannt aus der EP-Veröffentlichung Nr.400 700. In beiden Fällen ist es erforderlich, den Rotor zum Überprüfen oder Austauschen der Schaberklingen aus der Behandlungskam mer zu entfernen.
• Das US-.Patent Nr. 3,385,354 beschreibt, z.B. in Fig. 4, einen Schabeoberflächenwärmeaustauscher, bei dem die Schaberklingen in einem V-förmigen Ausschnitt angeordnet sind und an dem Rotor angeordnete Stifte durch Öffnungen oder Ausnehmungen in den Klingen verlaufen. Daher ist es im Fall dieses bekannten Wärmeaustauschers ebenfalls unmöglich, die Klingen auszutauschen oder zu überprüfen, ohne den Rotor zuvor aus der Behandlungskammer zu entfernen.
• Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Klingensystem für einen Schabeoberflächenwärmeaustauscher anzugeben, welches Klingensystem so ausgelegt ist, daß es einen Ausbau der Klingen ohne Entfernen des Rotors aus der Behandlungskammer erlaubt und gleichzeitig sicherstellt, daß die Klingen während der Drehung des Rotors und auch während der Drehung in auf die gewöhnliche Betriebsrichtung zu gerichteten Richtungen in korrekter Position befestigt sind. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein durch die im kennzeichenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gekennzeichnetes Klingensystem.
• Dadurch erlaubt das Klingensystem den Ausbau der einzelnen Klinge unter Verwendung eines Werkzeugs, das in die Behandlungskammer eingeführt werden kann, wo es die einzelne Klinge, um sie herauszuziehen, fängt oder mit ihr in Eingriff kommt, wobei die Klinge und ihre Befestigungslasche integral konstruiert sind. Dadurch können die Kontrolle und der optionale Austausch wesentlich schneller als üblich durchgeführt und die Herstellungsverluste wesentlich vermindert werden. Durch Integral mit dem Rotor Konstruieren des Eingriffselements für die Klinge wird die Bildung von toten Punkten im Zusammenhang mit Schraubenöffnungen im Rotorkörper vermieden, und dadurch wird während des Betriebs des Wärmeaustauschers ein verbesserter Hygienestandard erzielt.
• Durch eine im wesentlichen wellenförmige Gestalt der die Klingenbasis bildenden Kante, d.h. ein Design ohne scharfe Ecken, wird der Hygienestandard weiter verbessert.
• Somit erfordert die dahingehende Konstruktion von Klinge und Rotor, daß sie Elemente aufweist, die die radialen und die tangentialen Bewegungen der Klingen relativ zu dem Rotor verhindern, lediglich ein dichtes Befestigen jeder Klingenreihe an ihren Enden. An dem einen Ende kann sie in der Form eines festen Anstoßes und an dem zum Entfernen der Klinge vorgesehenen Ende eine im Zusammenhang mit z.B. einem Rotorzapfen angebrachte abnehmbare Befestigungseinrichtung sein.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der nicht einschränkenden Zeichnungen erklärt, in denen:
• Fig. 1 eine in der Längsrichtung gesehene Schnittansicht eines mit einem erfindungsgemäßen Klingensystem ausgestatteten Schabeoberflächenwärmeaustauschers ist;
• Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch den in Fig. 1 gezeigten Schabeoberflächenwärmeaustauscher ist;
• Figt. 3a und 3b Seitenansichten der Klingenreihen im montierten bzw. abgenommenen Zustand sind;
• Fig. 4 eine detailliertere und teilweise entlang der Linie A-A in Fig. 3 geschnittene Ansicht einer Klingenreihe und eines Rotors ist;
• Fig. 5 eine axiale Schnittansicht ist, die eine Befestigungseinrichtung für eine Klingenreihe an dem Rotorlager illustriert.
• Fig. 1 zeigt einen Schabeoberflächenwärmeaustauscher mit einem statischen Abschnitt, in dem ein internes Wärmeübertragungsrohr 21 eine Behandlungskammer 20 begrenzt. In einer kammer 27 zwischen dem internen Wärmeübertragungsrohr 21 und einem äußeren Rohr 22 kreist ein Heizmedium / Kühlmittel, das durch einen gewöhnlichen Wärmeaustauschprozeß einen Wärmeaustausch erzeugt. An ihrem einen Ende ist die Behandlungskammer 20 mit einer Zuführöffnung 23 und an ihrem entgegengesetzten Ende mit einer Abführöffnung 24 versehen, durch die behandeltes Material durchtreten kann. In der Kammer 20 ist ein Rotor 4 angebracht, und an dem Rotor 4 sind eine Anzahl von Klingenreihen 1 an Kantenflächen 26 (Fig. 2) an der Außenseite des Rotors 4 befestigt. Der Rotor 4 ist mit einer Welle 25 versehen, die sich durch die eine Abschlußwand der Kammer zur Verbindung mit einer Antriebseinrichtung erstreckt, etwa ein nicht gezeigter Elektromotor, und mit einem in der entgegengesetzten Abschlußwand der Kammer 20 eingebetteten axial angebrachten Stift 28.
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch einen Schabeoberflächenwärmeaustauscher, bei dem zwei Klingenreihen des Klingensystems nach der bevorzugten Ausführungsform angebracht sind.
• Fig. 3a ist eine Seitenansicht des Klingensystems mit einer Anzahl von an dem Rotor 4 angebrachten Klingenschabern 1, und Fig. 3b zeigt das abgenommene Klingensystem.
• Fig. 4 ist eine detailliertere Schnittseitenansicht einer Klinge. An der der Innenoberfläche des Wärmeübertragungsrohrs 21 nächsten Kante ist die einzelne Klinge mit einer Messerschneide 2 und an der dem Rotor 4 zugewandten Kante mit einer Basis 3 versehen. Dazwischen können die einzelnen Klingen mit zumindest einer Ausnehmung 16 versehen sein, in der sich ein Teil des Klingenmaterials in der Form einer in der Richtung auf die Drehachse des Rotors 4 zu gebogenen Lasche 8 erstreckt (Fig. 4). An den Kantenflächen 26 ist der Rotor 4 mit vorstehenden Stiften 9 versehen, an die die Laschen 8 anstoßen können. Darüber hinaus ist der Rotor mit Eingriffselementen 10 zum Aufnehmen der Klingenbasis 3 aufgebaut.
• Während des Normalbetriebs dreht sich der Rotor in der mit dem Pfeil, vgl. Fig. 2, angegebenen Richtung in solcher Weise, daß die Eingriffselemente 10 allein sicherstellen, daß die Klingen in einer korrekten Schabeposition befestigt sind. Im Zusammenhang mit z.B. einer Reinigung kann der Rotor 4 optional auch zur Drehung in der entgegengesetzten Richtung gebracht werden, und dann werden die Laschen 8 an den benachbarten Seiten der Stifte 9 anstoßen und sicherstellen, daß die Klingen 1 relati, zu dem Rotor 4 befestigt sind. Somit ist unabhängig von der Drehrichtung des Rotors 4 eine radiale und tangentiale Befestigung der Klingen relativ zu dem Rotor 4 sichergestellt. An ihrem einen Ende sind die Klingenreihen in axialer Richtung unter Verwendung einer Befestigungseinrichtung 17, 18 befestigt, vgl. Fig. 5. Die Befestigungseinrichtung 17, 18 kann z.B. im Zusammenhang mit dem Rotorstift 28 montiert sein. Die Befestigungseinrichtung 17, 18 kann unter Verwendung eines Handgriffs 14 abgebaut werden, und nach Entfernen der Abschlußwand der Kammer 20 können die Klingen 1 entfernt werden, wenn die Befestigungseinrichtung abgebaut worden ist. Die Befestigungseinrichtung weist Arme 18 zum Befestigen der einzelnen Klingenreihe auf, welche Arme 18 an einer Buchse 19 befestigt sind, die an dem Rotorstift 28 verschiebbar und in einem Lager 29 angebracht ist.
• Aus Gründen der Hygiene ist die Basis 3 der einzelnen Klinge im wesentlichen wellenförmig aufgebaut, vgl. Fig. 3a und 3b, und zwar mit Wellenbergen 11, die im montierten Zustand an dem Rotor 4 anstoßen, und Wellentälern 12, die sich im wesentlichen parallel zu der Messerschneide 2 erstrecken. In jeder Klingenreihe sind verschiedene Klingen 1 aufeinanderfolgend angeordnet, und wo die einzelnen Klingen aneinanderstoßen, sind sie mit U-förmigen oder gebogenen Ausnehmungen 13 zum Minimieren des Umfangs von Totpunkten und gleichzeitig Erleichtern der Reinigung der Vorrichtung versehen.
• Die Eingriffselemente 10 sind so angeordnet (Fig. 3a), daß sie an der Klingenbasis 3 zwischen Wellenbergen 11 anstoßen. Dadurch wird die Bildung von toten Punkten zwischen den Eingriffselementen 10 und der Klinge, wo Bakterienvermehrung auftreten könnte, vermieden.
• Während des Betriebs des oberflächengeschabten Wärmeaustauschers wird ein Nahrungsmittel unter Druck in den Wärmeaustauscher durch die Öffnung 23 eingeführt. Während seines Durchgangs durch die Kammer 20 verändert sich die Viskosität des Nahrungsmittels wegen Temperaturveränderungen, und daher werden Teile des behandelten Materials an der Wand haften. Dies führt zu einer verschlechterten Wärmeübertragung. Wenn der Rotor 4 mit den Klingen 1 sich in der mit dem in Fig. 2 gezeigten Pfeil angegebenen Richtung dreht, werden die Klingen 1 die Nahrungssubstanz, die an der Innenseite des Kühl-/Heizrohres haftet, abschaben, wodurch eine effiziente Wärmeübertragung verstärkt wird, um die Kühlung/Heizung des Nahrungsmittels in einem kontinuierlichen Wärmeaustauschprozeß zu erlauben. Nach der Behandlung verläßt das Nahrungsmittel den Wärmeaustauscher durch die Öffnung 24 (Fig. 1).
• Wenn die Klingen überprüft oder z.B. wegen Abnutzung ausgetauscht werden sollen, wird der Ausbau ausgeführt durch Entfernen der Befestigungseinrichtung 17, 18, woraufhin ein Greifwerkzeug zum Eingriff mit einer Ausnehmung 16 in einer Klinge gebracht wird und sie in axialer Richtung aus dem Rotor herauszieht, ohne den Rotor als solchen aus der Vorrichtung zu entfernen. Die Montage der Klingen wird durchgeführt durch Einschieben in ihre Position im Rotor (4), wiederum ohne Ausbauen des letztgenannten.
• Während der Reinigung kann der Rotor, wie oben erwähnt, optional zum Drehen in der entgegengesetzten Richtung gebracht werden. Die Klingenbasis 3 wird dadurch von dem Boden des Ausschnitts 15 des Eingriffselements 10 abgehoben, bis die Lasche 8 an dem Stift 9 anstößt, und dadurch wird die Reinigung erleichtert. Konventionell werden dann Detergenzien eingeführt und durch die Öffnungen 23, 24 entfernt, die auch für den Durchtritt des behandelten Materials durch den Wärmeaustauscher verwendet werden. Die Erfindung ermöglicht eine effektive Reinigung eines Wärmeaustauschers in ungefähr 15 min, während sie im Falle von mit bekannten Befestigungseinrichtungen angebrachten Klingen ganze 2 h in Anspruch nahm.

Claims (9)

1. Klingensystem für einen Schabeoberflächenwärmeaustauscher, mit einem in einer Behandlungskammer (20) angebrachten Rotor (4) und einer Anzahl von Klingenreihen mit einer Anzahl von aufeinanderfolgend angeordneten Klingenschabern (1), die an dem Rotor angebracht sind, wobei jede Klinge eine Messerschneide (2) an der der Innenwand der Kammer (20) nächsten Längskante aufweist und an der dem Rotor (4) zugewandten Längskante eine Basis (3) bildet, und wobei der Rotor (4) mit einer einen Anschlag für die Klinge bildenden Einrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Klinge (1) in dem Bereich zwischen der Messerschneide (2) und der Basis (3) mit zumindest einer Lasche (8) aufgebaut ist, die in einer Richtung auf die Drehachse des Rotors (4) zu gebogen ist, und daß der Rotor (4) mit vorstehenden Stiftelementen (9) versehen ist, die einen Anschlag für die Klingenlaschen (8) bilden, so daß die Klingen (1) aus dem Wärmeaustauscher entfernt werden können, ohne den Rotor (4) zuvor auszubauen.

2. Klingensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Klinge (1) in ihrer Basis (3) im wesentlichen wellenförmig ist, wobei sie Wellenberge (11) und Wellentäler (12) bildet.

3. Klingensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die den Anschlag für die Klinge bildet, beabstandete Eingriffselemente (10) aufweist, wobei der gegenseitige Abstand der Eingriffselemente (10) und der Wellenberge (11) so ist, daß die Eingriffselemente (10) an der Klingenbasis (3) zwischen zwei Wellenbergen (11) anstoßen.

4. Klingensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffselemente (10) nach außen vorstehende Erhebungen an dem Rotor (4) bilden und mit einem im wesentlichen U-förmigen Ausschnitt (15) aufgebaut sind.

5. Klingensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klingenlaschen (8) aufgebaut sind aus Teilen des Klingenmatenals in einer Ausnehmung (16) des zentralen Bereichs der einzelnen Klinge (1), wobei die Laschen (8) sich in die Ausnehmungen erstrecken und so gebogen sind, daß sie einen Winkel mit dem übrigen Teil der Klingenebene bilden.

6. Klingensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Messerschneide (2) entgegengesetzte Kante der Klinge mit den Wellenbergen (11) und den Wellentälern (2), die parallel zu der Messerschneide (2) laufen, aufgebaut ist.

7. Klingensystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Klinge (1) eine im wesentlichen U-förmige oder gebogene Ausnehmung (13) an ihrem Ende aufweist.

8. Klingensystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klingen (1) in der Längsrichtung des Klingenrotors mit Hilfe einer Befestigungseinrichtung (17, 18) befestigt sind.

9. Klingensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (17, 18) an einer Buchse (19) um einen Rotorstift (28) angebracht und so ausgelegt ist, daß sie ohne Ausbau des Klingenrotors entfernt werden kann, wodurch die Montage und der Ausbau der Klingen aus dem Klingenrotor erlaubt wird.