NO301188B1 - Anordning for varmebehandling under redusert trykk - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en varmebehandlingsanordning for sikker og effektiv varmebehandling av et produkt ved relativt lav temperatur, såsom under 100°C, ved å anvende damp under redusert trykk og/eller vann som varmemedier.

I kjemisk industri og næringsmiddelindustri kan materialer bli behandlet ved relativt lave temperaturer, såsom tilnærmet 50°C, f.eks. på grunn av sikkerheten ved arbeidsrutiner og opprett-holdelse av produktkvalitet. En slik anordning for varmebehandling under redusert damptrykk, som beskrevet i det Japanske utlagte patentskrift nr. Hl-315336, er blitt foreslått for denne varmebehandling. Som vist i Fig. 1 inkluderer denne anordning følgende elementer; et reaksjonskar 1 hvor materialer, tilfort fra et innløp 5, reagerer under omrøring av et røreapparat 7, og levering av reaksjonsproduktet fra et utløp 9; en varmeutveksler 11 av kappetypen, som har en innløp 13 og et utløp 15 for et varmemedium, såsom damp eller vann, og som vil omgi karet 1; en rørforbindelse 17 for mating av varmende damp til varmeutveksler 11 gjennom en automatisk ventil 19; en sugepumpe 21 av ejektortypen, som har sin sugeport 23 sammenkoblet med utløp 15 i varmeutveksler 11, gjennom en rørforbindelse 24; en vanntank 25 som har en diffusor 27 på ejektoren 21, som er forbundet med dens øvre rom og forsynt med nivåsensorer 29a og 29b og en temperatursensor 31; en rørledning 33 for mating av kjølevann til vanntanken 25 gjennom en automatisk ventil 35; en rørledning 37 for sammenkobling av den nedre del av tanken 25 til en stråledyse 41 på ejektoren 21 gjennom en pumpe 39; en rørledning 43 for sammenkobling av rørledning 37 og innløp 13 i varmeutveksler 11 gjennom en automatisk ventil 45; en drenerende rørledning 47 for at rørledning 43 skal kommunisere med omgivelsene gjennom en automatisk ventil 49; og en sentral kontrollenhet 51, som mottar signaler fra sensorene 29a og 29b og 31 for å kontrollere de respektive automatiske ventiler. Når pumpen 39 er i drift sirkulerer vannet i tank 25 gjennom rørledning 37 og ejektor 21 for å opprettholder ejektoren 21 i en sugende tilstand.

Når reaksjonskaret 1 blir oppvarmet åpnes ventil 19 og ventil 45 blir lukket med et signal fra den sentrale kontrollenhet 51, og opphetende damp blir tilført varmeutveksler 11 gjennom rørledning 17. Dampen suges av ejektor 21 og innføres i vanntank 25 sammen med kondensert vann, derved heves vann-temperaturen gradvis i tank 25. Siden det indre av varmeutveksler 11 holdes under et redusert trykk ved ejektor 21, er dampens metningstemperatur lav og materialer kan bringes til å reagere ved en lav temperatur under 100°C. I det tilfelle hvor oppvarming forandres til avkjøling, lukkes ventil 19 og ventil 45 åpnes med et signal fra den sentrale kontrollenhet 51, og avkjølet vann tilføres tank 25 for derved å senke vanntemp-eraturen gradvis i tank 25. Således blir reaksjonskar 1 avkjølt med vann hvis temperatur gradvis reduseres. Vann-temperaturen i tank 25 blir oppfattet av temperatursensor 31 og den sentrale kontrollenhet 51 responderer på dette ved å regulere ventil 35, for derved å kontrollere en forandring av vanntemperatur ifølge et forutbestemt program, for å kontrollere en temperaturforandring i varmeutveksler 11. Nivåsen-sorene 29a/29b føler henholdsvis øvre og nedre grense av vannivået og den sentrale kontrollenhet 51 responderer på dette ved å regulere ventilene 35 og 49 slik at hovedsakelig konstant vannivå i tank 25 opprettholdes.

I denne anordning som tilhører kjent teknikk er temperatur-differansen mellom det initielle kjølevann og den varmende damp liten på det tidspunkt hvor systemet forandres fra oppheting til avkjøling. Det har derfor den fordel at det ikke oppstår en sjokkeffekt, forårsaket av temperatursjokk, og levetiden til anordningen kan utvides.

Denne anordning har imidlertid det problem at skjønt det reduserte trykknivå inne i varmeutveksler 11 må kontrolleres nøyaktig for å kunne effektuere en forutbestemt temperatur-kontroll av varmeutveksler 11, kan vann, som har kondensert fra dampen i varmeutveksler 11 under oppvarming eller er forblitt der etter fordampning under avkjøling, oppsamles i nærheten av utløp 15 og tette det til. Dette fører til variasjon i det reduserte trykknivå og følgelig i temperaturen, og resulterer i varierende kvalitet på reaksjonsproduktet. Videre fører vannoppsamling i nærheten av utløp 15 til det problem at det gjør det umulig å senke oppvarmingstemperaturen under 50°C, siden det hindrer trykkreduksjon i varmeutveksler 11. Det kan vurderes å forgrene rørledning 24 og koble den til øvre del av varmeutveksler 11, for å fremme reduksjon av trykket. Dette gir imidlertid ingen virkelig trykkreduserende effekt fordi det kondenserte vann suges fortrinnsvis, på den annen siden, å kontrollere tilførsel av damp og vann slik at vannet hindres fra å samles opp er uønsket, siden dette nødvendiggjør en meget komplisert og dyr kontrollanordning.

Følgelig er en gjenstand ved denne oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret anordning som kan utvirke en effektiv varmebehandling ved en mye lavere temperatur uten hensyn til den ovennevnte vannoppsamling, ved å føye en enkel forbedring til den ovennevnte anordning i henhold til teknikkens stand.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan den ovennevnte hensikt oppnås ved å koble en annen sugende innretning til den øvre del av varmeutveksler en på anordningen i henhold til kjent teknikk, for å suge den gjenværende damp i den øvre del av varmeutveksleren, i tillegg til ejektoren som er koblet til det nedre utløp av varmeutveksleren.

Disse og andre gjenstander og trekk av foreliggende oppfinnelse vil beskrives mer detaljert nedenfor, under henvisning til de medfølgende tegninger.

I tegningene er:

Fig. 1 et skjematisk riss som viser en konfigurasjon i henhold til kjent teknikk, av anordningen for varmebehandling under redusert trykk; Fig. 2 et skjematisk riss som angir en konfigurasjon av en utforming av anordningen for varmebehandling under redusert trykk i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 3, 4, 5 og 6 partielle riss som angir respektive variasjoner av utformingen i figur 2; og Fig. 7 og 8 partielle riss som angir ytterligere variasjoner av utformingen i figur 2.

I tegningene er de samme referansenummer gitt til korrespond-erende strukturelle komponenter og ingen beskrivelse av dem vil gjentas.

Som det forstås fra fig. 2, som viser en utforming av foreliggende oppfinnelse, er denne utforming konstruert ved å tilføye noen komponenter til den kjente teknikks anordning i fig. 1. Siden de samme komponenter, som vist i fig. 1 virkelig utvirker vesentlig samme funksjon som beskrevet ovenfor, vil ikke disse komponenter beskrives, men bare tilleggskomponen-tene.

Mer spesielt innsettes en kondenspotte 53 og en automatisk ventil 55 i paralell i en rørledning 24, mellom varmeutveksleren 11 og ejektoren 21, og som et trekk ved denne oppfinnelse blir en utsugningspumpe 57 koblet til toppdelen av varmeutveksler 11, gjennom en rørledning 59 og en automatisk ventil 61. Et innløp 13 i varmeutveksler 11 er videre koblet sammen med en rørledning 33, for tilførsel av kjølevann gjennom en automatisk ventil 63 og en rørledning 65. Innløpet 13 åpner seg rundt periferien i sideveggen i reaksjonskar 1, slik at varmemediene, såsom damp eller vann, blir jevnt distribuert gjennom omkretsen av sideveggen. I tillegg er reaksjonskar 1 forsynt med en temperatursensor 67, hvis temperatursignal overføres til den sentrale kontrollenhet 51.

Driften av denne utforming er hovedsakelig lik driften av anordningen i henhold til kjent teknikk (fig. 1) hvis ventilen 55 åpnes og ventilene 61 og 63 er lukket. I denne utforming er imidlertid utsugningspumpe 57 i drift og ventil 61 åpnes tilstrekkelig med en kommando fra kontrollenhet 51. Således blir gasser, som damp og luft, i varmeutveksler 11 fjernet gjennom rørledning 59, og mens kjølevann og kondensert vann suges av ejektor 21 for å tilbakeføres til en vanntank 25 som vanlig. Væskene og gassene blir derved fjernet gjennom adskilte rørledninger og derfor eksisterer ikke problemet til anordningen i henhold til kjent teknikk i det hele tatt. Følgelig er en tilstrekkelig redusert trykktilstand oppnådd i varmeutveksler 11 og det er mulig å utvirke behandling ved lav temperatur, såsom under 50°C. I dette tilfellet er det mulig å åpne ventil 63 for å tilføre kjølevann med normal temperatur direkte inn i varmeutveksler 11, siden ingen temperatursjokkvirkning for-årsakes av kjølevannet.

Når kondensert vann ikke produseres så mye i en oppvarmings-prosess som bare anvender damp, er ventil 55 lukket for å aktivere kondenspotten 53. Slik blir det kondenserte vann fjernet her og vil ikke tette utløp 15 i varmeutveksler 11, og derfor er det ikke lenger behov for utsugningspumpe 57.

Mens det er mulig å anvende enhver egnet type av utsugningspumpe 57, viser figur 3 en variasjon hvor isteden en ejektor 73 blir benyttet. Siden gassen i varmeutveksler 11 hovedsakelig er vanndamp som kan kondensere under fjerningen, er ejektoren foretrukket som evakueringspumpe 57. Ejektor 73 har sin dyse koblet gjennom en automatisk ventil 69 og en rørledning 71 til damptilførselrørledning 17, slik at den kan drives av damp. Den har også en diffusoråpning til ytre luft.

Fig. 4 viser en annen variasjon hvor to ejektorer 74 og 75 er videre koblet i serie med ejektor 73 i fig. 3, for å forbedre dens utsugningskapasitet. Den andre ejektor 74 har sin dyse sammenkoblet med rørledning 71, gjennom en automatisk ventil 77, slik at den kan drives med damp, mens dysen i den tredje ejektor 75 er koblet til kjølevannsrørledningen 33, gjennom en automatisk ventil 79, slik at den kan drives av vannstrøm. Diffusorene i første og andre ejektor er respektivt koblet til utsugningskamre i den følgende ejektor og diffusoren i den tredje ejektor åpner seg mot ytre luft.

I fig. 5, som viser en ytterligere variasjon, er to serie-koblede ejektorer 73 og 74 anvendt og diffusoren i den andre ejektor 74 er koblet til sugekammeret i den væskesugende ejektor 21, sammen med rørledning 24 fra utløpet av varmeutveksler 11, for å gjenvinne kondensasjon. Slik gjenvinning av kondensasjon er ofte viktig når varmemediet er et annet stoff enn vann.

I variasjonen vist i figur 6, er dysen i ejektoren 73 i fig. 3 koblet til utløpet av pumpen 39, hvorved ejektor 73 drives av utløpsfluid fra pumpe 39. Diffusoren i ejektor 73 er koblet til tank 25 for gjenvinning av driftsfluid.

I variasjonen vist i fig. 7, er gassavtrekksrørledning 59 koblet til sugekammeret i ejektor 21, slik at ejektor 21 tjener to funksjoner samtidig. I dette tilfelle er dysen til ejektor 21 koblet gjennom en rørledning 81, som har en automatisk ventil 83 til damptilførselsrørledning 17, for å drives med høytrykksdamp og for å øke dens sugekraft. En kondenspotte 85 er innsatt i rørledning 81 for å fjerne kondensert vann.

Variasjonen i fig. 8 viser en forbedring av varmeutveksler 11. Innløpet 13 på varmeutveksler 11 er forsynt med mange dyser 87, som vender mot sideveggen til reaksjonskar 1, slik at kjølevann blir spylt mot sideveggen og forårsaket å strømme jevnt ned langs denne, for å avkjøle karet 1 effektivt. En dyse 89 er også lokalisert i den nedre del av varmeutveksler 11 og koblet til en trykkluftkilde (ikke vist) gjennom en rørledning 91, som har en automatisk ventil 93. Dysen 89 tjener til å utvirke at luften, som spruter ut fra den, strømmer i spiral oppover i varmeutveksler 11 og tømmes ut av avtrekkspumpe 57. Med denne struktur blir temperaturen i varmeutveksler 11 jevn og enhver irregulær avkjøling kan hindres.

Beskrivelsen ovenfor er gitt bare for illustrasjonsformål og representerer ingen begrensning av oppfinnelsen. Det er en selvfølge at forskjellige modifikasjoner og forandringer kan føyes til ovennevnte utforming og dens variasjoner uten å forlate oppfinnelsestanken og oppfinnelsesområdet, som angitt i de medfølgende krav. F.eks. er ikke varmeutveksler 11 begrenset til kappetypen, som vist, og kan være av enhver type egnet for anvendelse i oppfinnelsen. Mens ejektorer er anvendt som en foretrukket utforming av sugepumpeanordninger for fjerning av væsker og gasser, kan enhver type som har egnet sugekraft anvendes istedenfor. Skjønt vann og dens damp anvendes som varmemedier kan andre kjente materialer anvendes i henhold til behandlingsbetingelsene. Videre, kan en del av de automatiske ventiler, som vist, drives manuelt eller hvis det passer, unngås.

Claims (7)

1. Anordning for varmebehandling under redusert trykk, som omfatter en varmeutveksler (11) som har et innløp (13) og et utløp (15) for varmemedium i henholdsvis sin øvre og nedre del, for utføring av varmeutveksling med produktet som skal utsettes for varmebehandling, med dampproduserende anordninger koblet til nevnte innløp (13) for mating av damp fra nevnte varmemedium til nevnte varmeutveksler (11), første sugende anordning (21), koblet til nevnte utløp (15), for å suge nevnte varmemedium for å utsette det indre av nevnte varmeutveksler (11) for en tilstand av redusert trykk, med en lagringstank (25) koblet til nevnte første sugende anordning (21), for lagring av nevnte varmemedium, og pumpeanordninger for mating av nevnte varmemedium fra nevnte lagringstank (25) til innløpet av nevnte varmeutveksler (11), karakterisert ved at nevnte anordning videre omfatter andre sugeanordninger (57) koblet til øvre del av nevnte varmeutveksler (11) gjennom en kontrollventil (61), for å suge damp av nevnte varmemedium produsert i nevnte varmeutveksler (11) og for å fjerne den samme derfra for å fremme trykkreduksjon i nevnte varmeutveksler (11), en kontrollventil (55) innskutt mellom utløpet (15) av nevnte varmeutveksler (11) og nevnte første sugende anordning (21), og anordning (33) koblet til øvre del av nevnte varmeutveksler (11) gjennom en kontrollventil (63) for å etterfylle nevnte varmeutveksler (11) med nevnte varmemedium.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte andre sugeanordninger (57) omfatter minst en ejektor (73).

3. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at nevnte ejektor (73) drives med damp fra nevnte dampproduserende anordninger.

4. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at nevnte ejektor (73) drives med utløpsfluid fra nevnte pumpeanordninger.

5. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at nevnte ejektor (73) har et utløp koblet til nevnte lagringstank (25).

6. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte første (21) og andre (57) sugende anordninger omfatter en felles ejektor drevet med damp fra nevnte dampproduserende anordninger.

7. Anordningi henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte varmeutveksler (11) omfatter et flertall av dyser (87) og mateanordninger (89) for trykkluft, til å bevege varmemediet i nevnte varmeutveksler (11).