專利名稱：強化換熱的飲料滅菌裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種飲料的滅菌裝置。特點是利用流體在管道中的流動和轉動相結合大的方法來增強換熱，節約滅菌過程中的熱能。
背景技術：
隨著科技的發展，能源問題越來越突出。對于飲料加工業，生產過程都需要滅菌， 現有的技術通常是在滅菌過程中把飲料注入管道或者滅菌桶中加熱一段時間，利用高溫使飲料升溫后達到滅菌溫度，最后進行罐裝。目前國內外的研究主要集中在飲料的滅菌方式和滅菌效果方面，涉及到有關能耗方面的公開的文獻很少。目前還沒有公開的文獻研究關于飲料滅菌的節能問題。但是飲料的滅菌過程的能耗是非常可觀的，這部分能耗成為企業生產成本中重要的組成部分，因此在能源日益緊張的形式下，有必要降低飲料生產中滅菌工藝的能耗，降低企業的生產成本， 提高企業的競爭力。

發明內容
針對現有技術的不足之處，本發明提供一種節能的滅菌裝置，可以充分利用流體在管內的流動和管道滅菌段的轉動增加流體分子的動能，增強流體與管外蒸汽的換熱以縮短滅菌時間從而實現滅菌的節能。本發明采取的技術方案是一種管道轉動的飲料滅菌裝置，其特征在于該裝置包括飲料入口、管道增壓泵、密封橡膠圈、電機、轉軸、管道轉動套件、轉動帶、蒸汽入口、蒸汽出口、飲料出口、蒸汽滅菌桶、檢修門、溫度檢測儀、管道固定軸承、流量控制閥和冷凝水出口 ；管道增壓泵和管道上的流量控制閥連接在飲料入口的管道上，轉軸連接在電機上， 管道轉動套件焊接在飲料出口段管道上從而帶動管道轉動，滅菌段在高溫蒸汽滅菌桶中進行；該裝置的利用飲料流體在流動過程中增加的轉動增強液體分子的動能，增強換熱，同時由于管道轉動的作用破壞了管內換熱邊界層，提高了傳熱速度和管內溫度場的均勻性。該裝置由飲料入口、管道增壓泵、密封橡膠圈、電機、轉軸、管道轉動套件、轉動帶、 蒸汽入口、蒸汽出口、飲料出口、蒸汽滅菌桶、檢修門、溫度檢測儀、管道固定軸承、流量控制閥和冷凝水出口組成。管道增壓泵連接在飲料入口的管道上，轉軸連接在電機上，管道轉動套件焊接在飲料出口段管道上以帶動管道轉動，滅菌過程在高溫蒸汽滅菌桶中進行。本發明的特點滅菌段管道的勻速的轉動，和流體在滅菌管道中的流動一起增加滅菌飲料液體的動能，使流體從層流流動發展為湍流流動。隨著轉速和流速的上升，流體的雷諾數(Re)不斷上升，而根據湍流中的性質Nu = 0.0395Re3/4，流體本身的努賽爾數 (Nu)也會上升，根據公式，在材料長度和導熱系數不變的情況下，流體分子表面的換熱系數會上升；同時液體在流動過程中由于動量擴散能力的加強勢必要加強熱擴散能力以確保普朗特數(Pr)的恒定，這樣，流體本身的熱流密度提高，結合這兩點就可以加強流體與管外蒸汽之間的換熱效果，大大縮短加熱滅菌時間，節約滅菌能源的同時為飲料生產企業提高了生產效率。傳統的加熱滅菌系統由于換熱邊界層的存在導致熱量無法迅速傳遞至中心， 靠近加熱壁的區域溫升相對中心區域會更快，往往導致中心溫度到達滅菌溫度時近壁區的飲料流體溫度過高而造成對滅菌飲料營養的破壞，而轉動的作用破壞了管道中加熱滅菌流體的換熱邊界層，強化換熱，使滅菌管道內溫度更快均勻，保證滅菌后飲料的品質。本發明中，管道增壓泵提供的壓力能確保流體在管道內順利的流動，增壓泵旁的管道上需設有流量控制閥用來阻止維修時管道內流體的流動。流體在管道內流動速度和管道轉動轉速的調整必須滿足飲料出口段的溫度達到滅菌溫度；如調整后飲料出口段的溫度還不滿足滅菌標準，可適當加長滅菌桶中滅菌管道的長度和縮小滅菌管道的直徑。滅菌管道在滅菌桶中轉動，在伸入滅菌桶和伸出滅菌桶的兩端必須套有高耐磨同時又耐高溫的橡膠圈材料，既保證滅菌桶中蒸汽不泄露又避免轉動時不銹鋼滅菌管和不銹鋼滅菌桶直接接觸造成的設備磨損和噪聲，同時管道在桶內伸入和伸出段裝有軸承，以固定管道保證系統正常運行。管道的轉動由一個裝有轉軸的電機帶動轉動帶，同時管道上焊接一個齒輪狀管道轉動套件，轉動帶帶動套件使管道一起轉動。滅菌桶中上方設有一個蒸汽入口，溫度為 100°C至140°C的高溫蒸汽從入口進入與管道換熱，從而把熱量傳遞給管道中流動的流體飲料，蒸汽冷凝下來的冷凝液由滅菌桶下方的蒸汽出口排出，滅菌桶底部設置10°的坡度以便于冷凝水的流出，同時滅菌桶頂部和底部設計成弧形以方便水垢的清洗。本發明所涉及的裝置必須按時清洗、定時檢修以確保正常地使用。本發明具有節約能源、構造簡單、操作方便、成本低廉以及占用空間少等優點，特別適用于批量化生產的的飲料滅菌工藝。


附圖1是本發明的節能飲料滅菌裝置的示意圖。附圖2是電動機傳動機構的俯視剖面圖。附圖3是電動機傳動機構的正視剖面圖。附圖中該裝置中1為飲料入口、2為管道增壓泵、3為密封橡膠圈、4為電機、5為轉軸、6為管道轉動套件、7為轉動帶、8為蒸汽入口、9為蒸汽出口、10為飲料出口、11為蒸汽滅菌桶、12為檢修門、13為溫度檢測儀、14為管道固定軸承、15為流量控制閥、16為冷凝水出口。具體技術方案以下結合附圖通過實施例對本發明特征及其他相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解。實施例1 見附圖(1)，節能的飲料滅菌裝置，該裝置包括飲料入口(1)、管道增壓泵(2)、密封橡膠圈(3)、電機(4)、轉軸(5)、管道轉動套件(6)、轉動帶(7)、蒸汽入口(8)、 蒸汽出口 (9)、飲料出口 (10)、蒸汽滅菌桶(11)、檢修門(12)和溫度檢測儀(13)、管道固定軸承(14)、流量控制閥(1 、冷凝水出口(16)；飲料從物料桶進入滅菌系統入口段，經過管道增壓泵的增壓，流體在管道內順利的流動的同時伴隨著電機提供的動力勻速的轉動，通過對流體本身動能的提高增強擾動進而提高換熱效果，縮短滅菌用時，提高企業生產效率， 和流體飲料換熱的熱量由管外滅菌桶中的蒸汽提供，進入段為100°C至140°C，換熱后產生的冷凝水在設有一定坡度的滅菌桶底部流出。管道在滅菌桶中的伸出和伸入段都固定有橡膠圈以避免金屬管道和滅菌桶直接接觸造成的磨損和噪聲。當飲料的溫度在加熱滅菌桶中達到了滅菌標準后可以通過管道的出口流出，然后進行后續的冷卻和包裝。整個裝置在蒸汽入口、蒸汽出口、冷凝水出口應設有流量控制閥控制進氣和排液，保證裝置正常有效運行。滅菌桶材料采用不銹鋼防止長期工作時蒸汽和氧氣的進入對滅菌桶的氧化，滅菌桶外表需包有保溫材料避免進入的蒸汽和外界環境之間的換熱。當系統出現不能正常工作時， 管道增壓泵旁的閥體關閉以阻止流體的流動并停止電機的運轉，滅菌桶的檢修門打開進行檢修。整個裝置需要定期檢修和清洗避免水垢的形成。附圖⑵為圖(1)電機與滅菌管道出口段A-A向的剖視圖。圖(3)為電機與滅菌管道出口段B-B向的俯視圖。電機的轉動軸和焊在管道上的套頭都設計成齒輪的形狀便于傳動帶帶動管道勻速的轉動，其中電機上的轉動軸為棱柱形，而管道轉動套件為內空心圓的帶齒棱柱形，傳送帶中布滿了這兩個齒輪相嚙合的齒。管道轉動的套頭和管道之間必須采用無縫焊接以確保管道在轉動的同時與套頭保持緊密連接從而使整個裝備正常的運行。本發明利用了流體轉動和流動的特性，增加流體在滅菌過程中的擾動以增強與管外蒸汽的換熱，通過提高流體分子自身的表面換熱系數與熱流密度縮短滅菌時間，同時由于轉動中破壞了換熱邊界層，強化管內換熱，使加熱滅菌管道中的流體換熱更快，溫度更均勻，因此可大幅提高飲料滅菌的效果。
權利要求
1.強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于該裝置包括飲料入口(1)、管道增壓泵O)、 密封橡膠圈(3)、電機、轉軸(5)、管道轉動套件(6)、轉動帶(7)、蒸汽入口(8)、蒸汽出口 (9)、飲料出口 (10)、蒸汽滅菌桶(11)、檢修門(12)、溫度檢測儀(13)、管道固定軸承 (14)、流量控制閥(15)和冷凝水出口 (16)；管道增壓泵(2)和管道上的流量控制閥(15)連接在飲料入口(1)的管道上，轉軸( 連接在電機(4)上，管道轉動套件(6)焊接在飲料出口(10)段管道上從而帶動管道轉動，滅菌段在高溫蒸汽滅菌桶(11)中進行；該裝置的利用飲料流體在流動過程中增加的轉動增強液體分子的動能，增強換熱，同時由于管道轉動的作用破壞了管內換熱邊界層，提高了傳熱速度和管內溫度場的均勻性。
2.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于通過連接在飲料入口段(1)上的管道增壓泵( 確保飲料在管道內的流速。
3.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于密封橡膠圈(3)用于管道在滅菌桶中伸入段和伸出段的密封，同時避免金屬管道直接與滅菌桶接觸造成磨損和噪聲，由于管道在高溫滅菌過程中需要轉動，所以必須是高耐磨耐熱材料，滅菌管道在滅菌桶中的伸入段和伸出段上同時裝有軸承(14)以固定管道。
4.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于電機⑷上的轉軸(5) 為帶齒棱柱形，管道轉動套件(6)為內空心圓的帶齒棱柱形。
5.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于管道轉動套件(6)采用焊接工藝焊在飲料出口(10)段的管道上，確保管道和轉動套件(6)由轉動帶(7)的帶動勻速的旋轉。
6.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于該裝置滅菌桶的蒸汽進口(8)噴入的蒸汽為100 140°C，滅菌桶采用不銹鋼材料，外表面需設有保溫層，溫度檢測儀(1 用來檢測滅菌桶中的溫度。
7.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于管道的轉動速度和飲料在管道內的流動速度和管道長度必須滿足出口飲料的溫度達到滅菌溫度需要來設定。
8.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于滅菌桶(11)的冷凝水出口(16)段底部需設置10°的坡度以保證蒸汽加熱滅菌管內飲料后產生的冷凝水順利流出滅菌桶(11)；滅菌桶(11)頂部和底部采用弧形設計方便滅菌桶(11)中水垢的清洗。
9.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于整個裝置如果運轉出現異常，可關閉設置在管道增壓泵( 旁的流量控制閥(1 阻止流體在管內的流動，同時關閉電機，打開檢修門進行檢修。
10.如權利要求1所述的強化換熱的飲料滅菌裝置，其特征在于整個裝置在蒸汽入口 (8)、蒸汽出口(9)、冷凝水出口(16)設有流量控制閥控制進氣和排液，保證裝置正常有效運行。
全文摘要
本發明涉及一種強化換熱的飲料滅菌裝置。該裝置由飲料入口、管道增壓泵、密封橡膠圈、電機、轉軸、管道轉動套件、轉動帶、蒸汽入口、蒸汽出口、飲料出口、蒸汽滅菌桶、檢修門和溫度檢測儀、管道固定軸承、流量控制閥和冷凝水出口組成。由于流動和轉動的結合加強飲料的擾動，增加了飲料的換熱系數，增強了換熱效果，節約了滅菌所需要的時間和能源，同時提高了生產企業的生產效率，同時由于管道的轉動破壞了換熱邊界層，強化換熱，使加熱滅菌管道中的流體換熱更快，溫度更快達到均勻，更加有利于提高滅菌的效果本發明具有節約能源、構造簡單、操作方便、成本低廉以及占用空間少等優點，特別適用于批量化生產的飲料滅菌工藝。
文檔編號A23L2/46GK102423099SQ20111035157
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者湯毅, 王金鋒, 謝晶 申請人:上海海洋大學