專利名稱：用于提高在容器中初始處于至少部分固化狀態(tài)的物質(zhì)的溫度的方法、設(shè)備、系統(tǒng)和換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提高在容器中初始處于至少部分固化狀態(tài)的物質(zhì)的溫度的方法，其中將至少一個(gè)換熱器布置在該容器中。本發(fā)明還涉及一種設(shè)備、系統(tǒng)和換熱器。
背景技術(shù)：
通常用于保持物質(zhì)的罐可以配備有浸沒在該物質(zhì)中的螺旋形換熱器或者配備有纏繞該罐用于加熱這種物質(zhì)的螺旋形換熱器。可以出于不同的目的對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行加熱，例如為了烹飪?cè)撐镔|(zhì)、為了改變物質(zhì)的粘度，為了加速該物質(zhì)中的化合物之間的化學(xué)作用等。
換熱器的有效表面被加熱到至少與物質(zhì)所需溫度相同高的溫度，即存在溫差。為了在短時(shí)間獲得所需的溫度，通常增大溫差。但是，倘若物質(zhì)、或者該物質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)部分對(duì)高溫度敏感，換熱器的溫度必須保持低于或者等于允許的最大溫度。對(duì)于一些物質(zhì)，該最大溫度可以非常低，并且如果大量的該物質(zhì)被置于罐中，用于加熱該物質(zhì)的時(shí)間可能非常長。在冷卻物質(zhì)的時(shí)候也存在相同的問題。從雪人也可以了解該現(xiàn)象。與落在草坪上未壓緊的相同量的雪相比，當(dāng)雪被壓緊一個(gè)大球、正如在一個(gè)雪人中時(shí)，需要很長的時(shí)間來融化。
溫度變化非常長時(shí)間的情況的例子是在塑料容器中有大量的植物油。這種塑料容器公知例如是一至幾千升的柔性罐或者類似物，如在Trans Ocean Distribution(www.todbulk.com)或者在John S Braid &Co Ltd(www.braidco.com)可購得的。在運(yùn)輸過程中，環(huán)境溫度可能低于油的熔點(diǎn)，因此油將逐漸固化。為了清空容器，在最終目的地，必須使已固化的油熔化。因此容器在裝滿油之前從開始就被放置在加熱毯(heating blanket)上。在到達(dá)最終目的地之后，在油被熔化并且能被放出之前，加熱毯必須工作幾天，例如四到五天，這取決于容器的大小。主要由于油的數(shù)量多并且加熱毯的溫度受限而導(dǎo)致了長的持續(xù)時(shí)間。由于容器由塑料材料制成而引發(fā)缺陷，該容器只能承受一定的溫度，更重要的是如果過分加熱，植物油將真的質(zhì)量降低。而且，由于配件以及加熱毯中的管子的尺寸沒有設(shè)計(jì)用來承受更高壓力所帶來的增大負(fù)荷，因此加熱介質(zhì)(水或蒸汽)的壓力不能進(jìn)一步提高。
另外的加熱系統(tǒng)在US2522948中被描述用來冷卻水或者其他液體。該液體穿過換熱器被泵送到一罐中，所述換熱器由位于殼體中的多個(gè)平行管組成。在經(jīng)過這些管子之后，被冷卻的液體隨后在罐中的最遠(yuǎn)處從殼體的另一開口端流出，并與其余液體混和。所述液體被從位于罐底部的一出口泵出并且被循環(huán)直到達(dá)到所需的溫度。雖然換熱器也可能加熱用，但泵只能對(duì)液體進(jìn)行作用，不能對(duì)初始部分固化且不能泵送的物質(zhì)進(jìn)行作用。而且，由于液體僅圍繞系統(tǒng)被循環(huán)，然后只在換熱器的內(nèi)部端部附近發(fā)生混和，所以換熱液體和剩余物質(zhì)之間的換熱不會(huì)非常有效。這導(dǎo)致在罐內(nèi)部的不同位置處存在大的溫差，并導(dǎo)致整個(gè)冷卻時(shí)間更長。而且由于液體、進(jìn)而管道系統(tǒng)從一端離開所述罐，近似在另一端進(jìn)入，所以系統(tǒng)在所述罐外側(cè)占據(jù)了相當(dāng)大的空間。因此裝到罐上的幾個(gè)配件和罐中的開口也需要通向罐的外側(cè)的主要部分的入口，這不總是可行的。
US6002838描述了用于存儲(chǔ)和排放在排放過程中被加熱的液體的罐。所述罐被分成兩個(gè)腔室，之間只有較小的開口，并且換熱器放置在最小的腔室中。將液體泵送通過換熱器并泵出，其中一些液體立刻排出，其余的液體被再次泵入小腔室中。也由于上述專利中出現(xiàn)的相同情況，一些液體被再次循環(huán)以幫助加熱剩余的流體。但是沒有獲得攪動(dòng)效果。而且上述方法涉及帶有內(nèi)置腔室的存儲(chǔ)罐的特殊設(shè)計(jì)，并且因此該方法不能用于標(biāo)準(zhǔn)罐。最終，所述方法不能解決對(duì)初始處于不可泵送狀態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行加熱的問題。
發(fā)明內(nèi)容
要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目的是使充滿初始處于至少部分固化狀態(tài)的物質(zhì)的整個(gè)罐的溫度可以比較快地升高。另一目的是在只允許有限的溫差或者最大溫度的時(shí)候，獲得溫度的相對(duì)快的升高。
另外的目的可從別處的描述明了。
因此，如權(quán)利要求1所述，本發(fā)明提供了一種提高物質(zhì)的溫度的方法，其中所述物質(zhì)初始處于至少部分固化的狀態(tài)，其中提供了用于轉(zhuǎn)移所述物質(zhì)的泵送裝置，所述方法包括以下步驟a)使換熱器與所述物質(zhì)之間交換熱量；b)利用泵送裝置轉(zhuǎn)移物質(zhì)，從而增強(qiáng)換熱器與所述物質(zhì)之間的熱交換；c)通過在容器內(nèi)轉(zhuǎn)移物質(zhì)來利用泵送裝置攪動(dòng)所述物質(zhì)。
當(dāng)根據(jù)步驟b)轉(zhuǎn)移初始處于至少部分固化狀態(tài)的物質(zhì)時(shí)，不只是停滯的物質(zhì)與換熱器接觸以根據(jù)步驟a)進(jìn)行熱交換。因此與換熱器接觸的物質(zhì)的量極大地增加，并且傳熱更少地依賴于物質(zhì)的導(dǎo)熱率。當(dāng)根據(jù)步驟c)進(jìn)一步攪動(dòng)所述物質(zhì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了在與換熱器接觸之后的所述物質(zhì)被傳輸離開所述換熱器并與剩余的物質(zhì)混和，從而在熱交換后的物質(zhì)與剩余物質(zhì)之間也將發(fā)生熱交換，與只與換熱器進(jìn)行熱交換相比，這是一個(gè)很大的改進(jìn)。通過步驟c)也實(shí)現(xiàn)了將遠(yuǎn)離所述換熱器放置的物質(zhì)傳輸?shù)皆摀Q熱器，從而換熱器可以與所有的物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)交換熱量，這再次降低了對(duì)所述物質(zhì)的導(dǎo)熱率的依賴。
所述方法可以優(yōu)選地包括將換熱器與一用于將熱量傳遞給容器中的所述物質(zhì)的外部源裝置相連，并且其中所述源裝置和泵送裝置由控制物質(zhì)的溫度的控制裝置協(xié)調(diào)。這樣，用于傳遞熱量到所述物質(zhì)或者從所述物質(zhì)傳遞熱量的所述外部源裝置只需設(shè)置在要進(jìn)行傳熱的位置。通過協(xié)調(diào)所述源裝置和泵送裝置，例如通過相對(duì)于傳遞到所述源裝置或者從該源裝置傳遞的熱量來調(diào)整單位時(shí)間泵送的物質(zhì)的數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)更寬松的處理，從而例如防止過熱并且獲得對(duì)物質(zhì)的溫度范圍的完全控制。
換熱器可以優(yōu)選地包括伸長的圓柱表面，并且設(shè)置有引導(dǎo)裝置，用于在進(jìn)行步驟b)時(shí)沿著所述表面引導(dǎo)所述物質(zhì)，所述引導(dǎo)裝置與所述泵送裝置相連。當(dāng)沿著換熱器的表面引導(dǎo)所述物質(zhì)時(shí)，由于所述物質(zhì)可以沿著所述表面與換熱器相互作用并且不局限于該表面的一定的有限部分，在所述物質(zhì)與換熱器之間實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的熱傳遞。
在一優(yōu)選實(shí)施例中所述引導(dǎo)裝置可以包括圍繞換熱器基本同心布置的殼體，所述殼體包括多個(gè)開口，這些開口沿著殼體的長度以一圖案布置以便在進(jìn)行步驟c)時(shí)分配所述物質(zhì)。進(jìn)而增強(qiáng)了所述物質(zhì)與換熱器之間的熱傳遞，以及在經(jīng)由所述開口分配所述物質(zhì)時(shí)對(duì)所述物質(zhì)的攪動(dòng)效果。與靜態(tài)下傳遞熱量到所述物質(zhì)或從所述物質(zhì)傳遞熱量相比，分配及所引發(fā)的攪動(dòng)效果極大地增強(qiáng)了到或從整個(gè)大量物質(zhì)的傳熱。倘若所述方法涉及固化物質(zhì)的熔化，由于引導(dǎo)裝置包括圍繞換熱器基本同心布置的殼體，可以首先利用來自換熱器的熱量熔化包含在引導(dǎo)裝置中的物質(zhì)，之后可以將該熔化的物質(zhì)分配到物質(zhì)的仍固化的剩余部分中，從而實(shí)現(xiàn)了直接將熱量傳遞給上述部分。
步驟c)可以優(yōu)選地包括通過至少一個(gè)噴嘴狀裝置轉(zhuǎn)移所述物質(zhì)，該噴嘴狀裝置用于在攪動(dòng)時(shí)增大流速。通過增大流速可以增強(qiáng)攪動(dòng)效果，從而也增強(qiáng)了到或從所述物質(zhì)的熱傳遞。通過設(shè)置不同位置、不同尺寸的幾個(gè)噴嘴或噴嘴狀裝置，所述攪動(dòng)可以很好地受控，從而可以在罐的所有部分中、甚至是在最遠(yuǎn)離所述換熱器的角落中實(shí)現(xiàn)被加熱的物質(zhì)與未被加熱的物質(zhì)之間的混和。在最簡單的設(shè)計(jì)中，所述噴嘴可以是孔。
在一優(yōu)選實(shí)施例中外部源裝置可以包括用于對(duì)水進(jìn)行加熱的裝置。用于對(duì)水進(jìn)行加熱的裝置通常以較低的成本獲得。水對(duì)環(huán)境是中性的，并且萬一大量水意外泄漏也沒有危害。
所述方法可以優(yōu)選地以如下方式加以應(yīng)用，即所述物質(zhì)初始處于至少部分固化狀態(tài)，并且在換熱器與所述物質(zhì)之間根據(jù)步驟a)進(jìn)行換熱，至少直到在步驟b)和c)開始之前大量物質(zhì)被熔化。所述方法尤其適于熔化部分固化的物質(zhì)。
所述方法優(yōu)選地用于熔化可食用固化油或脂肪。例如源于植物的油或脂肪經(jīng)常在距離其使用地很遙遠(yuǎn)的地方靠近種植園生產(chǎn)，或者在加工廠中生產(chǎn)。因此用船運(yùn)送這些油或脂肪，可能在路上要幾天或幾周，這樣這些油或脂肪有足夠的時(shí)間被環(huán)境溫度冷卻到熔點(diǎn)溫度以下的溫度。為了清空存儲(chǔ)這些油或脂肪的容器，所述油或脂肪必須被熔化以允許排出或者泵送。
而且，由于換熱器放置在所述容器內(nèi)，因此在容器的運(yùn)輸過程中以及它自身的加熱過程中，裝置只需要最小的空間。因此所述加熱方法甚至在自由空間受限的情況下也可以使用。而且，根據(jù)本發(fā)明的換熱器只在一個(gè)位置進(jìn)入并安裝在容器上，并且因此不需要在容器的其他側(cè)面上有入口。而且這在用于象初始被傾倒于柔性罐中的可食用油或脂肪這樣的物質(zhì)時(shí)也非常有利，其中所述柔性罐被放置在運(yùn)送容器中以在運(yùn)輸過程中具有額外的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。這里，柔性罐的入口于是只限制于剛好在容器的端口內(nèi)側(cè)的柔性罐的一側(cè)，但使用所述的本發(fā)明不會(huì)導(dǎo)致任何問題。
本發(fā)明還涉及用于一種提高物質(zhì)的溫度的設(shè)備，其中所述物質(zhì)初始處于至少部分固化的狀態(tài)，所述設(shè)備包括至少一個(gè)換熱器，該換熱器適于在該換熱器被置于一容器中時(shí)與所述物質(zhì)換熱，所述設(shè)備還包括用于轉(zhuǎn)移容器中的所述物質(zhì)的泵送和引導(dǎo)裝置，在所述物質(zhì)被轉(zhuǎn)移時(shí)，所述泵送和引導(dǎo)裝置適于攪動(dòng)所述物質(zhì)并且適于增強(qiáng)所述換熱器與所述物質(zhì)之間的換熱。當(dāng)在容器中所述物質(zhì)與換熱器之間進(jìn)行換熱并且所述泵送和引導(dǎo)裝置轉(zhuǎn)移所述物質(zhì)從而攪動(dòng)所述物質(zhì)時(shí)，不只是停滯的物質(zhì)與換熱器接觸以進(jìn)行熱交換，因此極大地增強(qiáng)了換熱。與換熱器接觸的物質(zhì)的量增大，換熱更少地依賴于物質(zhì)的導(dǎo)熱率。
根據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例是從屬權(quán)利要求11-13的主題。
本發(fā)明還涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括適于存儲(chǔ)物質(zhì)的容器、在該容器內(nèi)的具有至少一個(gè)伸長的圓柱表面的換熱器、以及適于沿著換熱器的所述表面引導(dǎo)物質(zhì)的引導(dǎo)裝置，所述引導(dǎo)裝置包括圍繞所述換熱器基本同心布置并且適于接收該物質(zhì)的物流的殼體，其中所述殼體包括多個(gè)開口，這些開口沿著所述殼體的長度以一圖案布置以便在存在所述物質(zhì)時(shí)分配物質(zhì)的所述物流。
根據(jù)本發(fā)明的所述系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例是從屬權(quán)利要求15-18的主題。
本發(fā)明還涉及一種換熱器，該換熱器包括伸長的基本圓柱形的段，所述段適于與物質(zhì)進(jìn)行換熱，其中引導(dǎo)裝置包括圍繞所述換熱器基本同心布置并且適于沿著所述段接收和引導(dǎo)所述物質(zhì)的物流的殼體，其中所述殼體包括多個(gè)開口，這些開口沿著所述殼體的長度以一圖案布置以便在存在所述物質(zhì)時(shí)分配物質(zhì)的所述物流。
根據(jù)本發(fā)明的所述換熱器的優(yōu)選實(shí)施例是從屬權(quán)利要求20-24的主題。
在下文中參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，附圖顯示了本發(fā)明的示例圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的換熱器的側(cè)視圖；圖1b示出了圖1a所示換熱器的正視圖；圖2示出了圖1b的截面Y-Y；圖3示出了圖1a的截面X-X；圖4示出了在容器中安裝的換熱器的側(cè)剖視圖；圖5a示出了在容器中安裝的換熱器的透視圖；圖5b放大示出了圖5a中的Z的細(xì)節(jié)；圖6示出了用于將換熱介質(zhì)再次循環(huán)到換熱器的一簡化回路；圖7示出了用于再循環(huán)物質(zhì)的一簡化回路；圖8示出了對(duì)應(yīng)于圖2的截面圖，其中標(biāo)出了換熱介質(zhì)以及物質(zhì)的流動(dòng)方向；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的換熱器的一實(shí)施例；
圖10a示出了在側(cè)視圖中看到的根據(jù)本發(fā)明的換熱器的一實(shí)施例；圖10b示出了在俯視圖中看到的圖10a的換熱器；圖10c示出了在端視圖中看到的圖10a的換熱器。
具體實(shí)施例方式
在圖中示出了多個(gè)不同的管子并且圖示未帶有用于連接和裝配所述管子的焊接處、釬焊處等。但這種連接對(duì)于本領(lǐng)域人員是無足輕重的，因此為了簡化加以缺省。圖1-3和圖9-10中的換熱器的相對(duì)尺寸基本按比例顯示。
圖1a和1b示出了一包括引導(dǎo)裝置的換熱器2，該引導(dǎo)裝置包括帶有開口7的殼體6。換熱器2還包括開口18、19、20、21和24。開口19和20適于連接源裝置以將熱量傳遞到換熱器或者從換熱器傳遞熱量，例如經(jīng)由所述開口再循環(huán)到換熱器2的熱水或者蒸汽。為了在換熱器2中形成內(nèi)部流動(dòng)路徑，設(shè)置了管段31-33。換熱器還包括具有開口24的出口部分29，該出口部分與開口18相連。出口部分29包括適于接納一管接頭的圓柱段14。
圖2和3示出了包括伸長的圓柱段4的換熱器2，該圓柱段由帶有第一端9和封閉的第二端10的管子8形成。所述管子8連接到一管子32并且從其上連接到一開口20。第二管子15布置在管子8中，第二管子15具有在封閉的第二端10附近的敞開的第一端16。管子15經(jīng)由第二端17連接到管子33上，該管子33向上延伸到開口19中。管子8被引導(dǎo)裝置同心圍繞，引導(dǎo)裝置在這里是由具有多個(gè)開口7的管子形成的殼體6，所述開口優(yōu)選地向上和向側(cè)面指向。殼體6連接到一管子31上并且從其上連接到開口21。出口部分29圍繞殼體6附連，并且包括開口24。出口部分29還包括連接到開口18的連接件。
圖4示出了具有殼體6、伸長的圓柱表面4以及出口部分29的換熱器2，出口部分29包括圓柱部分14。換熱器2附連到未示出的容器的壁25上，同時(shí)殼體6和表面4在該容器內(nèi)延伸一長度L。該長度L優(yōu)選地基本對(duì)應(yīng)于容器的長度/深度/寬度，從而在使用時(shí)增強(qiáng)換熱器的功能。換熱器2利用未示出的管接頭與管23相連接，所述管接頭例如為Straub管接頭，能夠有效地封閉管子23與出口部分29的圓柱部分14之間的縫隙。管子23與法蘭27和26相連，所述法蘭附連到壁25上。螺栓28用于連接管子23。這樣，未示出的開口24(見圖2)可以接納經(jīng)由管子23來自容器的物質(zhì)。在圖5a和5b中，換熱器2經(jīng)由法蘭26和27附連到容器34的壁25上。殼體6和伸長的圓柱表面4延伸到容器34中。
圖6示出了如圖5a和5b所示放置的換熱器2。容器34、殼體6以及伸長的圓柱表面4為簡化起見而加以省略。在一鍋爐，例如燃油鍋爐44中加熱傳熱介質(zhì)，并且經(jīng)由連接件37將傳熱介質(zhì)輸送到開口20。截止閥35和36設(shè)置在開口19和20附近。傳熱介質(zhì)通過開口19被排出并經(jīng)由連接件38被輸送到傳送泵42。傳熱介質(zhì)從該傳送泵經(jīng)由連接件39被送回鍋爐44。膨脹容器43經(jīng)由連接件40與連接件38相連。對(duì)于本領(lǐng)域人員來說微不足道的各種配件、閥門等為簡化起見加以省略。傳熱介質(zhì)通過換熱器的傳輸方向當(dāng)然可以是相反的。
在圖7中，經(jīng)由連接件50將物質(zhì)從離心泵48泵送到換熱器2中的開口21。截止閥45和46設(shè)置在開口18和21附近。溫度表47監(jiān)測該物質(zhì)的溫度。來自容器的物質(zhì)通過開口18被排出并且經(jīng)由連接件49被傳送到離心泵48。對(duì)于本領(lǐng)域人員來說微不足道的各種配件、閥門等也為簡化起見加以省略。
要明白，在圖6和7中示出的外部部件將被同時(shí)連接以運(yùn)行該換熱器2。使用兩個(gè)獨(dú)立的附圖只是為了簡化的目的。用于控制鍋爐44、傳送泵42和離心泵48的裝置沒有示出。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可將一額外的換熱器在泵送裝置之前或者之后用于外部系統(tǒng)，這樣加速了加熱過程。
圖8示出包括伸長的圓柱段4的換熱器2，該圓柱段由帶有第一端9和封閉的第二端10的管子8形成。所述管子8連接到一管子32并且從其上連接到一開口20。第二管子15布置在管子8中，管子15具有在封閉的第二端10附近的敞開的第一端16。管子15經(jīng)由第二端17連接到管子33上，該管子33向上延伸到開口19中。傳熱介質(zhì)通過開口20進(jìn)入并且沿著箭頭A所示方向被傳送。利用管子8的封閉的第二端10，傳熱介質(zhì)的方向被反向以通過第二管子15敞開的第一端16進(jìn)入第二管子15。傳熱介質(zhì)通過開口19沿箭頭B所示的方向被排出。管子8被引導(dǎo)裝置同心圍繞，引導(dǎo)裝置在這里是由具有多個(gè)開口7的管子形成的殼體6，所述開口優(yōu)選地向上和向側(cè)面指向。殼體6連接到一管子31上并且從其上連接到開口21。物質(zhì)經(jīng)由開口21進(jìn)入并且在殼體6中朝向開口7被傳送，從該處物質(zhì)被轉(zhuǎn)移遠(yuǎn)離換熱器2。流動(dòng)的方向由箭頭C指示。因此首先允許物質(zhì)與傳熱介質(zhì)經(jīng)由表面4交換熱量，這之后物質(zhì)通過開口7轉(zhuǎn)移以獲得在圍繞換熱器的物質(zhì)中的攪動(dòng)效果。出口部分29圍繞殼體6附連并且包括開口24。出口部分29還包括連接到開口18的連接件。因此圍繞換熱器的物質(zhì)可以經(jīng)由出口部分29中的開口24通過開口18排出。開口7可以設(shè)置有噴嘴以便增大物質(zhì)的速度，從而增強(qiáng)攪動(dòng)的效果。
通常將換熱器2安裝到一容器中，諸如基本由聚合材料制成的柔性罐。截止閥安裝在開口18-21中。接著，優(yōu)選地經(jīng)由開口18或者替代地經(jīng)由容器頂部的開口，將可泵送的物質(zhì)裝入該容器中。容器中捕獲的空氣例如利用排放閥排出。在填充容器之后，出口部分29和殼體6將填充有物質(zhì)。容器然后可以被放置到一存儲(chǔ)房間中或者被運(yùn)輸?shù)讲煌牡攸c(diǎn)，在那里，物質(zhì)可以及時(shí)地固化到不可泵送的稠度。如果是這種情況，則諸如熱水的加熱介質(zhì)通過管子8和15如上文參照?qǐng)D8所述被循環(huán)一定的時(shí)間段。這樣至少使殼體6和出口部分29中的物質(zhì)還原到可泵送的粘度，并且使物質(zhì)開始循環(huán)。物質(zhì)的循環(huán)如上文參照?qǐng)D8所述。當(dāng)物質(zhì)離開殼體6的開口7時(shí)，殼體中的壓力轉(zhuǎn)化成流體的動(dòng)能。物質(zhì)在該處以取決于泵所增加的壓力的速度、相對(duì)于所述殼體沿著基本上徑向的方向被轉(zhuǎn)移。這樣，已進(jìn)行熱交換的物質(zhì)可以距離熱交換器2一定距離地影響固化的物質(zhì)，從而增強(qiáng)熱傳遞。物質(zhì)被轉(zhuǎn)移的方向和速度受到開口7的位置和尺寸的控制。這樣，獲得了攪動(dòng)的效果，正象實(shí)現(xiàn)了已加熱的物質(zhì)與剩余物質(zhì)不僅剛好在換熱器周圍而且在整個(gè)罐中的混和。與通過停滯的物質(zhì)進(jìn)行的熱傳遞相比，這極大地增強(qiáng)了傳熱。攪動(dòng)效果可以通過將開口7成形為與管子尺寸相比較小的孔來實(shí)現(xiàn)。所述開口也可以設(shè)置有噴嘴，從而甚至進(jìn)一步增大被轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的動(dòng)能。在已經(jīng)獲得一些物質(zhì)或者所有物質(zhì)的適合的粘度之后，可將所需量的物質(zhì)從容器移除，例如通過泵送或者利用重力，如通過將該容器傾斜。
作為在換熱器中循環(huán)傳熱介質(zhì)的一個(gè)替代方案，換熱器可以設(shè)置有內(nèi)置的電加熱元件。
在圖9中示出了根據(jù)本發(fā)明的換熱器2的一個(gè)實(shí)施例。與在先前的實(shí)施例中一樣，換熱器2包括伸長的圓柱段4，與圖5a中所示類似，該圓柱段延伸到容器(未示出)的內(nèi)部，并且總長度對(duì)應(yīng)于容器的尺寸。加熱介質(zhì)流入所述伸長的圓柱段4中，加熱圍繞該圓柱段4的殼體6中的物質(zhì)。加熱介質(zhì)，例如水或蒸汽，通過開口19、20進(jìn)入和離開換熱器。被泵送的物質(zhì)通過開口21進(jìn)入殼體6并經(jīng)由多個(gè)開口或孔7離開殼體6，所述開口或孔7用作噴嘴，將殼體中的物質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。殼體6的橫截面在附圖中放大顯示。這里，開口7的位置可以詳細(xì)看到。這種孔(為清楚起見這里只示出了其中一些)沿著殼體6的整個(gè)長度布置在多個(gè)位置上。所述孔的位置和尺寸決定了被轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的最終方向以及其速度。所述孔因此被布置以獲得物質(zhì)在容器的任何地方最大程度的攪動(dòng)和混和。由于圖9中所示的熱交換器2被設(shè)計(jì)成靠近容器的底部安裝，并且少量安裝到一側(cè)上，因此將孔7布置到殼體6的上側(cè)。而且，開口90的直徑被設(shè)計(jì)以在從開口到容器壁的距離最長的地方獲得被轉(zhuǎn)移物質(zhì)的最高速度。為了進(jìn)一步增強(qiáng)開口的噴嘴效果，可以對(duì)開口的邊緣進(jìn)行激光切割，從而避免出現(xiàn)毛刺。
如上所述，經(jīng)由出口部分29中的開口24將物質(zhì)從容器中抽取出，并且該物質(zhì)通過開口18離開換熱器。在該實(shí)施例中，出口部分29到達(dá)容器內(nèi)部一定距離并且配備有多個(gè)小孔91，所述小孔可以從插入圖9中的展開的視圖看到。所述小孔防止出口部分29由于該出口部分內(nèi)外物質(zhì)之間的壓差作用而塌陷或者折疊。換熱器2在法蘭26和27處借助于諸如螺栓等的傳統(tǒng)裝置安裝在容器上。
在圖10a-10c中分別以側(cè)視圖、俯視圖和端視圖示出了換熱器2的一類似的實(shí)施例。物質(zhì)以與圖9所述相同的方式進(jìn)入和離開換熱器。在該實(shí)施例中，加熱介質(zhì)經(jīng)由開口19行進(jìn)通過與第二管子94相連的一個(gè)管子93，并且通過開口20排出，所述第二管子94基本與第一個(gè)管子93平行。這在圖10b中最清楚地看到。管子93、94在殼體6中沿其整個(gè)長度伸展。該替代實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于加熱效率高，并且制造起來簡單且便宜。
例子1體積為1m3的1×1×1m的鋼罐設(shè)置有具有對(duì)應(yīng)于圖1-3和8的設(shè)計(jì)的換熱器。殼體6由83×80mm(內(nèi)徑80mm、外徑83mm)的鋼管制成。管子8由63×60mm的鋼管制成，管子15由32×30mm的鋼管制成。長度L為0.9m，殼體6設(shè)置有兩個(gè)面向上的開口7、四個(gè)面向側(cè)面的開口7(每一側(cè)2個(gè))，所述開口7的直徑為10mm。在該鋼罐中裝有800kg的ConfaoTM35(供貨商Aarhus United，8000Aarhus，Denmark)。ConfaoTM35是基于非月桂酸型氫化植物油的糖果用油脂，具有如下的典型值-溫度下降熔點(diǎn)(Slip melting point)＝37℃(根據(jù)AOCS Cc 3-25)-反式脂肪酸(Trans fatty acids)＝43％(根據(jù)IUPAC 2.304)植物油通常具有以下熱相關(guān)值-液體脂肪比熱容＝2.1kJ/(kgK)-熔解熱＝185-210kJ/kg在填充之后，將所述罐保存在一存儲(chǔ)房間中三天，所述存儲(chǔ)房間的溫度為5攝氏度，因此所述油被固化。用作傳熱介質(zhì)的被加熱后的水在換熱器中如參照?qǐng)D6所述進(jìn)行循環(huán)。在換熱器中的固化的油熔化之后，熔化的油的移動(dòng)和循環(huán)開始并且繼續(xù)，直至所有的油熔化并且所述油達(dá)到統(tǒng)一的溫度。
在傳熱介質(zhì)(水)的溫度分別為90℃、75℃和65℃的情況下進(jìn)行3次測試。通過換熱器的水的流量近似為1升/秒。利用蒸汽作為傳熱介質(zhì)進(jìn)行第四次測試，所述蒸汽的壓力為1.8bar，溫度為131℃。通過所有的四個(gè)測試，在開始和結(jié)束時(shí)記錄罐中的油的溫度。而且所用的時(shí)間也記錄下來。
表1測試的結(jié)果*所有的油熔化時(shí)油的溫度，通過視覺觀察確定。
示例2將來自Braid&Co的24000l的多層單個(gè)使用的柔性罐放置在20′的干燥容器中。所述柔性罐裝配有如圖5a所示的換熱器。換熱器(與圖8相比)的長度為5.3米，直徑為84mm。外部圓柱殼體具有20個(gè)10mm的開口，這些開口均勻分布在兩側(cè)和上部以便分配材料流。
接著，所述柔性罐裝填有17.5公噸的ShokaoTM94(Aarhus UnitedDenmark)。ShokaoTM94是基于被分餾和未氫化的非月桂酸油的代可可脂，熔點(diǎn)為32℃。該脂肪是多形態(tài)的，并且表現(xiàn)得像可可脂。為了使該脂肪冷卻并且結(jié)晶，將所述容器放置在平均溫度約為2℃的室外6個(gè)星期。所述換熱器適配有如圖6所示的加熱裝置。位置42處的泵是Grundfoss CP8-40，將該泵調(diào)整為以11m3/h的流量使水循環(huán)流動(dòng)。而且換熱器采用如圖7所示的循環(huán)裝置。在位置48處的泵是KSBEtachrom BC032-125/302，該泵被調(diào)整到流量為15m3/h。將溫度探頭安裝在用于使水和測試材料循環(huán)流動(dòng)的管線中。同樣，將探頭安裝在柔性罐的頂部。所有的溫度以10分鐘的間隔被同時(shí)記錄下來。
測試在2004年2月24日開始，在示例1中描述了啟動(dòng)的步驟。得到以下結(jié)果。
在從10至40小時(shí)的時(shí)間間隔中，熔化處于穩(wěn)定的狀態(tài)，如循環(huán)的油的恒定溫度所示。而且能夠看到，材料的主體在從35至40小時(shí)的時(shí)間間隔中熔化，如在柔性罐頂部處的材料的熔點(diǎn)或以上的溫度所示。通過觀察可見，只有近似1cm的固態(tài)材料層殘留在柔性罐的遠(yuǎn)端處。
在測試結(jié)束時(shí)，物質(zhì)被排出，在柔性罐中留下近似30kg的該物質(zhì)。
示例3本示例基本上是示例2的延續(xù)，除了對(duì)換熱器和攪動(dòng)單元進(jìn)行了優(yōu)化以外，并且將一外部換熱器引入被熔化物質(zhì)的回路中以便增強(qiáng)傳熱。而且將所述物質(zhì)移送到另一大陸以證明在具有食品級(jí)質(zhì)量的物質(zhì)上使用的本發(fā)明原理的工業(yè)實(shí)用性，該物質(zhì)在處理過程中容易降解。
將來自Braid&Co的24000l的多層單個(gè)使用的柔性罐放置在20′的干燥容器中。所述柔性罐裝配有如圖5a所示的換熱器和攪動(dòng)單元。換熱器(見圖9和10a-10c)的長度為5.3米，直徑為76mm。外部圓柱殼體具有用作簡單噴嘴的35個(gè)開口或孔，這些簡單噴嘴在沿著殼體長度的位置上在兩側(cè)和上部均勻分布，以便分配材料流。殼體中的開口具有不同的直徑，并且被定位以確保對(duì)物質(zhì)的徹底的攪動(dòng)效果(與圖9相比)。然后所述柔性罐裝填有20.5公噸的IllexaoTM30-61(AarhusUnited Denmark)。IllexaoTM30-61是基于被分餾和未氫化的稀有(exotic)油的可可脂等同物，溫度下降熔點(diǎn)為34℃。該脂肪是多形態(tài)的，并且表現(xiàn)得像可可脂。在冷卻之后，將容器作為普通的容器貨物被運(yùn)送到巴西。在到達(dá)時(shí)，所述容器被放置在被遮蓋的區(qū)域，并且換熱器適配有如圖6中所示的加熱裝置，并且在循環(huán)被熔化的物質(zhì)的回路中插入一外部換熱器(圖7)。
物質(zhì)的加熱和熔化在如下參數(shù)下進(jìn)行-周圍溫度 近似20℃(夜間)，35℃(日間)-熱水的流量 12m3/h-循環(huán)被熔化的材料的流量 15m3/h將溫度探頭安裝在用于使水和被熔化的物質(zhì)循環(huán)流動(dòng)的管線中。同樣，將探頭安裝在柔性罐的頂部。所有的溫度以3分鐘的間隔被同時(shí)記錄下來。測試在2005年1月11日開始，在示例1中描述了啟動(dòng)的步驟。得到以下結(jié)果。
*恒溫器區(qū)間±10℃在從10至20小時(shí)的時(shí)間間隔中，熔化處于穩(wěn)定的狀態(tài)，如循環(huán)的油的恒定溫度所示。而且能夠看到，材料的主體在20小時(shí)之后熔化，如在柔性罐頂部處的以及循環(huán)的物質(zhì)的幾乎相同的溫度所示。在卸載被熔化的物質(zhì)之后，通過觀察可見，在柔性罐中殘留的物質(zhì)少于25kg。
在裝載之前和在熔化之后測量的分析值表明，通過完全的處理步驟所述物質(zhì)的質(zhì)量不受到損害。只有微小的氧化或者熱降解被記錄下來。
示例4(參考)這一示例是基于在本發(fā)明所處時(shí)代當(dāng)前使用的本領(lǐng)域技術(shù)狀態(tài)的參考示例。
這里將24000l的多層單個(gè)使用的柔性罐放置在位于加熱毯頂部的20′的干燥容器中，所述加熱毯也公知為加熱墊。所述柔性罐然后裝填有CebesTM30-86(Aarhus United Denmark)。I CebesTM30-86是基于被分餾和氫化的棕櫚核油的可可脂替代物，溫度下降熔點(diǎn)為35℃。在冷卻之后，將容器作為普通的容器貨物運(yùn)送到澳大利亞。
在到達(dá)時(shí)，所述加熱墊的管與循環(huán)的加熱水回路相連。物質(zhì)的加熱和熔化在如下參數(shù)下進(jìn)行-熱水的流量 2.5m3/h，同時(shí)有2.3bar的壓降-熱水的入口溫度 85℃-熱水的出口溫度 60℃加熱持續(xù)到所有材料處于液體狀態(tài)并且準(zhǔn)備好排出。下面的結(jié)果是基于如上所述近似240次遞送的平均記錄。
從結(jié)果顯然可見，處理在環(huán)境溫度下為固態(tài)的大量液體的這一方法是無效的，并且因此相應(yīng)地很昂貴。
在上下文中無論在什么地方都提到了物質(zhì)，應(yīng)該在廣泛的意義上明白包括任何材料或材料的組合，在所述物質(zhì)由公知的泵送裝置轉(zhuǎn)移的地方，該材料或材料組合至少在一種狀態(tài)下具有粘性/稠性。一個(gè)非排他性的這種物質(zhì)的列表如下-植物油或脂肪
-可食用油或脂肪-脂肪醇-聚乙二醇-凡士林油-固體石臘-天然或合成橡膠-樹脂應(yīng)該明白，在說明書和附圖中披露的本發(fā)明可以加以修改和變形，并且仍在后附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高容器中的物質(zhì)的溫度的方法，其中所述物質(zhì)初始處于至少部分固化的狀態(tài)，并且將至少一個(gè)換熱器布置在所述容器中，提供了用于轉(zhuǎn)移所述物質(zhì)的泵送裝置，所述方法包括以下步驟a)使換熱器與所述物質(zhì)之間交換熱量；b)利用泵送裝置轉(zhuǎn)移物質(zhì)，從而增強(qiáng)換熱器與所述物質(zhì)之間的熱交換；c)通過在容器內(nèi)轉(zhuǎn)移物質(zhì)來利用泵送裝置攪動(dòng)所述物質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述換熱器與一用于將熱量傳遞給容器中的所述物質(zhì)的外部源裝置相連，并且其中所述源裝置和泵送裝置由控制物質(zhì)的溫度的控制裝置協(xié)調(diào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述換熱器包括伸長的圓柱表面，并且其中設(shè)置了引導(dǎo)裝置，用于在進(jìn)行步驟b)時(shí)沿著所述表面引導(dǎo)所述物質(zhì)，所述引導(dǎo)裝置與所述泵送裝置相連。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述引導(dǎo)裝置包括圍繞所述換熱器基本同心布置的殼體，所述殼體包括多個(gè)開口，這些開口沿著殼體的長度以一圖案布置以便在進(jìn)行步驟c)時(shí)分配所述物質(zhì)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中步驟c)包括通過至少一個(gè)噴嘴狀裝置轉(zhuǎn)移所述物質(zhì)，該噴嘴狀裝置用于在攪動(dòng)時(shí)增大流速。
6.如前述權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述外部源裝置包括用于對(duì)水進(jìn)行加熱的裝置。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述物質(zhì)初始處于至少部分固化狀態(tài)，并且在換熱器與所述物質(zhì)之間根據(jù)步驟a)進(jìn)行換熱，至少直到在步驟b)和c)開始之前大量物質(zhì)被熔化。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述方法用于熔化可食用固化油或脂肪。
9.一種提高容器中的物質(zhì)的溫度的設(shè)備，其中所述物質(zhì)初始處于至少部分固化的狀態(tài)，所述設(shè)備包括至少一個(gè)換熱器，該換熱器適于在該換熱器被置于容器中時(shí)與所述物質(zhì)換熱，所述設(shè)備還包括用于轉(zhuǎn)移容器中的所述物質(zhì)的泵送和引導(dǎo)裝置，在所述物質(zhì)被轉(zhuǎn)移時(shí)，所述泵送和引導(dǎo)裝置適于攪動(dòng)所述物質(zhì)并且適于增加所述換熱器與所述物質(zhì)之間的換熱。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述換熱器制備成與用于將熱量傳遞給所述容器中的物質(zhì)的外部源裝置相連。
11.如權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括控制裝置，用于控制傳熱介質(zhì)在外部源裝置與換熱器之間的流動(dòng)。
12.如權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述容器適于運(yùn)輸至少一種大量的物質(zhì)，包括至少一種液態(tài)的和/或固化狀態(tài)的液體。
13.如權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備與處于加工廠中的容器一體化。
14.一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括適于存儲(chǔ)物質(zhì)的容器、在該容器內(nèi)的具有至少一個(gè)伸長的圓柱表面的換熱器、以及適于沿著換熱器的所述表面引導(dǎo)物質(zhì)的引導(dǎo)裝置，所述引導(dǎo)裝置包括圍繞所述換熱器基本同心布置并且適于接收該物質(zhì)的物流的殼體，其中所述殼體包括多個(gè)開口，這些開口沿著所述殼體的長度以一圖案布置以便在存在物質(zhì)時(shí)分配物質(zhì)的所述物流。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述換熱器靠近所述容器的下側(cè)布置。
16.如權(quán)利要求14或15所述的系統(tǒng)，其中所述換熱器與用于連接到泵送裝置的連接裝置適配，所述泵送裝置用于提供物質(zhì)的所述物流。
17.如權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述容器適于運(yùn)輸至少一種大量的物質(zhì)，包括至少一種液態(tài)的和/或固化狀態(tài)的液體。
18.如權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述容器是基本上由聚合材料制成的類型。
19.一種換熱器，該換熱器包括伸長的基本圓柱形的圓柱段，所述圓柱段適于與物質(zhì)進(jìn)行換熱，其中引導(dǎo)裝置包括圍繞所述換熱器基本同心布置并且適于沿著所述圓柱段接收和引導(dǎo)所述物質(zhì)的物流的殼體，其中所述殼體包括多個(gè)開口，這些開口沿著所述殼體的長度以一圖案布置以便在存在物質(zhì)時(shí)分配物質(zhì)的所述物流。
20.如權(quán)利要求19所述的換熱器，其中所述換熱器包括適于將換熱器與一管子的法蘭或者端部連接的管接頭裝置。
21.如權(quán)利要求19或20所述的換熱器，其中所述圓柱段是包括一第一端和一第二端的第一管子，該第二端是封閉的，其中第二管子基本上同心地布置在所述圓柱段內(nèi)，所述第二管子定位成一第一端靠近所述圓柱段的第二端，一第二端靠近所述圓柱段的第一端，其中傳熱介質(zhì)可以從所述第二管子的第二端被傳送到所述第二管子的第一端，并且繼續(xù)從圓柱段的第二端到該圓柱段的第一端。
22.如權(quán)利要求21所述的換熱器，其中所述第二管子的第二端與用于接收傳熱介質(zhì)的裝置相連，所述圓柱段的第一端與用于使所述傳熱介質(zhì)返回的裝置相連。
23.如權(quán)利要求19或20所述的換熱器，其中所述圓柱段包括兩個(gè)基本平行的管子，這兩個(gè)管子在它們的內(nèi)端部相連，可以通過所述連接起來的管子傳送換熱介質(zhì)。
24.如權(quán)利要求19-22中任一項(xiàng)所述的換熱器，其中所述換熱器包括至少一個(gè)開口，所述開口適于將物質(zhì)從該換熱器的一部分排出并且排出通過所述開口，換熱器的所述部分包括當(dāng)將換熱器安裝在包含所述物質(zhì)的一容器中時(shí)適于接收該物質(zhì)的開口。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于提高物質(zhì)的溫度的方法，其中所述物質(zhì)在容器(34)中初始處于至少部分固化的狀態(tài)，至少一個(gè)換熱器布置在所述容器中。一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)較快地改變物質(zhì)的溫度。這通過設(shè)置用于轉(zhuǎn)移所述物質(zhì)的泵送裝置，使換熱器與所述物質(zhì)之間交換熱量，利用泵送裝置轉(zhuǎn)移物質(zhì)以增強(qiáng)換熱器與所述物質(zhì)之間的熱交換，以及通過在容器內(nèi)轉(zhuǎn)移所述物質(zhì)而利用泵送裝置攪動(dòng)該物質(zhì)來加以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)所述物質(zhì)被轉(zhuǎn)移時(shí)，不只是停滯的物質(zhì)與換熱器接觸以進(jìn)行熱交換。因此與換熱器接觸的物質(zhì)的量極大地增加，并且傳熱更少地依賴于物質(zhì)的導(dǎo)熱率。
文檔編號(hào)B65D88/74GK1957220SQ200580012645
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
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