一种用于通风发酵罐的内置古琴式换热器及通风发酵罐

摘要

本申请公开了一种用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，涉及发酵工程装备领域。内置古琴式换热器，包括换热结构和支撑结构，换热结构固定在支撑结构上；换热结构包括进水汇总管、若干上行换热管、单根下行换热管、出水汇总管、以及出水口接管；支撑结构包括容器壁、底部支撑板、主支架、销轴连接板以及圆钢框架；进水汇总管、上行换热管、出水汇总管、单根下行换热管、出水口接管依次连接；使循环水从进水汇总管进入，经上行换热管分为若干支路向上流动，经出水汇总管汇成一股流体，再经单根下行换热管向下流动，到达出水口接管时汇成一股流体排出。该换热器具有传热效率高、易排换热管内的余水、不易积累空气、易清洗、易固定、焊点少等优点。

说明书

技术领域

本申请涉及发酵工程装备领域，具体涉及一种用于通风发酵罐的内置古琴式换热器及通风发酵罐。

背景技术

换热器是通风搅拌发酵罐内的重要内构件，同时起到换热和档板的功能。目前工业规模发酵罐中应用的内置换热器主要型式有大螺旋蛇管、弹簧蛇管、环状竖列管和倒U形竖列管等。

大螺旋蛇管是贴近发酵罐容器壁安装，螺旋直径接近于发酵罐容器直径；弹簧蛇管的结构型式与大螺旋蛇管的类似，但螺旋直径仅为容器直径的1/8～1/4；两者具有易排尽管内积液和滞留气体的优势，但具有不易清洗、单位体积可安装面积较小的缺点。

环状竖列管和倒U形竖列管兼具有换热和档板功能。其中环状竖列管具有焊点少、易清洗的优势，但同时具有管道阻力大、管内积液和滞留气体不易排尽的缺点。倒U型竖列管具有焊点少、易清洗、管道阻力小、易排液等优点，但具有管内流速低、易滞留气体等不足。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，在保留现有内置换热器优势的同时，又能够克服诸多不足。该内置古琴式换热器兼具换热和档板功能，在运行工艺上具有高效换热、管道阻力小的特点，在操作和制造工艺上具有易清洗、易排液、无滞留气体和焊点少的优势。适用于通风搅拌发酵、气升式发酵等多种需求的发酵装备体系。

为实现上述目的，本申请提供的具体技术方案是：

一种用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，包括换热结构和支撑结构，所述换热结构固定在所述支撑结构上；

所述换热结构包括进水汇总管、若干上行换热管、单根下行换热管、出水汇总管、以及出水口接管；

所述支撑结构包括容器壁、底部支撑板、主支架、销轴连接板以及圆钢框架；

所述进水汇总管设置在所述底部支撑板上；

所述销轴连接板固定连接所述圆钢框架，所述主支架固定连接于所述容器壁上；

所述圆钢框架固定连接所述若干上行换热管；

所述进水汇总管、所述若干上行换热管、所述出水汇总管、所述单根下行换热管、所述出水口接管依次连接；

使循环水从所述进水汇总管进入，经若干上行换热管分为与之对应数量的若干支路向上流动，到达所述换热器的上部经出水汇总管汇成一股流体，再经所述单根下行换热管向下流动，到达所述换热器下部的出水口接管时汇成一股流体排出。

在一种可实现的实施方式中，所述若干上行换热管与单根下行换热管相互平行且竖直设置。

在一种可实现的实施方式中，所述若干上行换热管的数量为4～15根，设置至少一排。

在一种可实现的实施方式中，所述若干上行换热管的直径均相等，且同排内的管间距相等。

在一种可实现的实施方式中，所述下行换热管的轴中心线与所述换热器轴中心线所在平面构成所述换热器的对称面。

在一种可实现的实施方式中，所述单根下行换热管的管径依据内置换热器的分配流量和流速进行设计，以使管内循环水的流速在1.0～5.0m/s之间。

在一种可实现的实施方式中，所述进水汇总管的横截面积和所述出水汇总管的横截面积相等，所述若干上行换热管的横截面积总和与进水汇总管的横截面积的比例为0.5～2.0∶1。

在一种可实现的实施方式中，所述出水口接管位于所述进水汇总管正上方，且所述出水口接管与所述进水汇总管中心线之间的间距为进水汇总管内径的3～10倍。

另一方面，本申请提供一种通风发酵罐，内置有上述任意所述的古琴式换热器；发酵罐内可以设置多组古琴式换热器。

在一种可实现的实施方式中，所述古琴式换热器至少有两组，所述古琴式换热器沿圆周方向呈环形阵列分布，相邻的所述古琴式热器通过出水口接管与进水汇总管连接，实现组间串联。

与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

1.本申请的内置古琴式换热器内，循环水的流动方式采用下进下出，一方面可以方便地排尽积液，另一方面可以方便地在发酵罐容器外下部分进行多组串联和/或并联，方便管道施工和工艺调整。

2.下行管在通风发酵罐内部，下行管流速在1.0～5.0m/s之间，运行过程中可有效排除管内滞留气体。

3.在发酵罐外部进行串联和/或并联，可以调节上行管道内的介质流速，强化流体湍流强度并提高传热效率；

4.竖向布置上行换热管，结构简洁整齐，具有易清洗、易固定、焊点少的优点。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请一个示例性实施例的内置古琴式换热器主视结构示意图；

图2为本申请一个示例性实施例的内置古琴式换热器的侧视结构示意图；

图3为本申请一个示例性实施例的内置古琴式换热器沿A-A方向的剖视结构示意图；

图4为本申请一个示例性实施例的内置古琴式换热器沿B-B方向的剖视结构示意图；

图5为本申请一个示例性实施例的多组换热器在发酵罐内的分布示意图；

其中，1、容器壁；2、底部支撑板；3、进水汇总管；4、上行换热管；5、下行换热管；6、圆钢框架；7、主支架；8、销轴连接板；9、出水汇总管；10、出水口接管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

请参阅图1～图4所示，本发明具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，包括换热结构和支撑结构，换热结构固定在支撑结构上；

换热结构包括进水汇总管3、若干上行换热管4、单根下行换热管5、出水汇总管9以及出水口接管10，

支撑结构包括容器壁1、底部支撑板2、主支架7、销轴连接板8以及圆钢框架6；

所述进水汇总管3设置在所述底部支撑板2上；

所述销轴连接板8固定连接所述圆钢框架6，所述主支架7固定连接于所述容器壁1上；

所述圆钢框架6固定连接所述若干上行换热管4；

所述进水汇总管3、所述若干上行换热管4、所述出水汇总管9、所述单根下行换热管5、所述出水口接管10依次连接；

使循环水从所述进水汇总管进入，经若干上行换热管分为与之对应数量的若干支路向上流动，到达所述换热器的上部经出水汇总管汇成一股流体，再经所述单根下行换热管向下流动，到达所述换热器下部的出水口接管时汇成一股流体排出。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，循环水的流动方式采用下进下出，可以方便地排尽积液，换热效率高且方便多组换热器实现串联和/或并联；设置单根下行管而不是多根下行管，可有效排除管内滞留空气。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，所述若干上行换热管与单根下行换热管相互平行且竖直设置。竖直布置上行换热管，方便管子外壁清洗，且焊点少。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，所述若干上行换热管的数量为4～15根，设置至少一排。在一些可选的实施方式中，当上行换热管的数量为4根时，可设置为单排；当上行换热管的数量为6～15根时，可以设置为2排、3排、5排等；根据实际需求(可以包括分配流量及流速等)及换热管的管径进行具体数量及排布的设置。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，所述若干上行换热管的直径均相等，且同排内的管间距相等。便于固定和安装。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，所述下行换热管的轴中心线与所述换热器轴中心线所在平面构成所述换热器的对称面。该设置使管路排布合理、节约空间。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，所述单根下行换热管的管径依据内置换热器的分配流量和流速进行设计，以使管内循环水的流速1.0～5.0m/s之间。提高下行换热管的循环水流速，有助于带走罐内空气。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，所述进水汇总管的横截面积和所述出水汇总管的横截面积相等，所述若干上行换热管的横截面积总和与进水汇总管的横截面积的比例为0.5～2.0：1，在该设计比例范围，有利于各支管的流量能够均匀分布。

本申请具体实施方式的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器，所述出水口接管位于所述进水汇总管正上方，且所述出水口接管与所述进水汇总管中心线之间的间距为进水汇总管内径的 3～10倍。单组换热器在发酵罐外侧的进水汇总管底部设置有排尽口，在发酵罐灭菌操作前排尽换热管内的积液，排尽口的管径在40～100mm。排尽口的管径是根据积液总量和排液时间计算的，在40～100mm这个设计范围，有利于在灭菌时尽快排尽积液，可以在合理的时间内排尽积液。

本申请具体实施方式的通风发酵罐，内置有上述任意所述的古琴式换热器，所述发酵罐内可以设置多组古琴式换热器，组数一般为2或3的倍数，多组古琴式换热器沿圆周方向呈环形阵列分布。

本申请具体实施方式的通风发酵罐，所述古琴式换热器至少有两组，相邻的所述古琴式热器通过出水口接管与进水汇总管连接，实现组间串联和/或并联。根据通风发酵罐的使用需求，可以设置两组，也可以是三组、四组、五组......数量并不做具体的限定。各古琴式换热器之间可以是仅串联、也可以是串联、并联组合的方式，一般情况下是要串联的，至少两组串在一起，否则流速会太低，不利于传热效率。

在本申请的一可选的实施例中，用于通风发酵罐的内置古琴式换热器的结构与本申请具体实施方式的设置相同，在此不做重复赘述，另外需要说明的是，在本实施例中，所述主支架7 有三组，循环水从换热器下部的进水汇总3管进入，进入上行换热管4，在本实施例中，上行换热管4设置为8根，双排，分为8个支路向上竖直流动，到达顶部后在出水汇总管9合并成一股流体，再沿单根的下行换热5管垂直向下流动，到达底部的出水口接管10后排出容器外。

在本申请的另一可选的实施例中，请参阅图5，古琴式换热器安装于通风发酵罐内部，发酵罐体积为60m

需要说明的是，本申请对上行换热管、下行换热管的材质并不做特别限定，例如，不锈钢、石墨等换热器领域常用材料均可。

单组古琴式换热器中进水汇总管3、出水汇总管9均与上行换热管4连接。进水汇总管3 和出水汇总管9的截面积相等，上行换热管4横截面积总和与进水汇总管3的横截面积的比例为1.36。

出水汇总管9与下行换热管5之间采用异径弯头连接。出水口接管10位于进水汇总管3 正上方，间距为进水汇总管3直径的3.6倍。

上行换热管4之间采用与圆钢框架6焊接固定，单组内的上行换热管4通过若干个圆钢框架6和销轴连接板8固定成为一个整体，再通过内盘管主支架7和底部支撑板2固定于容器壁 1。下行换热管5与销轴连接板8与主支架7焊接固定。

本申请实施例的用于通风发酵罐的内置古琴式换热器的通风发酵罐，所述换热器能够在发酵罐外部进行串联和/或并联，可以调节上行管道内的介质流速，强化流体湍流强度并提高传热效率。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上为对本申请具体实施方式的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或原理的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。