具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中的换热器通过换热管来进行热量传递，一方面，存在较大的热阻，传热效率较低；另一方面，乳品与换热管的侧壁接触，换热管的侧壁处温度较高，乳品的受热存在局部不均匀的情况，与换热管的侧壁直接接触的乳品容易发生变性，而在换热管的侧壁上出现结垢。

为了解决上述问题，本发明提供了一种乳品灭菌设备和乳品灭菌方法。

实施例一

如图1所示，该乳品灭菌设备包括：接触腔10和液膜分布装置30；接触腔10设有蒸汽加入结构20，蒸汽能通过蒸汽加入结构20进入到接触腔10中；液膜分布装置30设于接触腔10的顶部的开口处，且具有第一锥形面31，第一锥形面31自上端至下端由内向外倾斜，乳品能从上往下沿第一锥形面31向下流动，通过接触腔10的顶部的开口进入到接触腔10中。使用该乳品灭菌设备进行灭菌时，将高温蒸汽通过蒸汽加入结构20通入到接触腔10中，使接触腔10中充满高温蒸汽。将待灭菌的乳品送至第一锥形面31的顶部，待灭菌的乳品沿第一锥形面31向下流动，逐渐铺展成薄膜状，然后落入到接触腔10中，在接触腔10中形成柱面状的乳品薄膜，乳品薄膜的内侧面和外侧面与高温蒸汽直接接触，热量在气液接触界面传递，热阻小，增大了换热的比表面积，传递效率更高，传热和传质在较短时间内完成。

在接触腔10中，一方面，瞬间的传热传质过程产生较大的压力波动，蒸汽气泡的溃灭瞬间会产生空穴，周围的液体会迅速补充，造成对液体的冲击，冲击的剪切力作用到细菌的细胞壁上，使得细菌细胞壁破裂，细菌细胞内容物外流，使细菌失去活性。另一方面，热量的高效传递使乳品温度上升，乳品在接触腔10中流动，使乳品在高温环境中保持一段时间，达到杀菌强度。这样，经过该乳品灭菌设备，能够实现较好的灭菌效果。

该乳品灭菌设备中，乳品首先沿第一锥形面31向下流动，在向下流动的过程中，会带走第一锥形面31上的热量，使第一锥形面31上保持较低的问题，因此，乳品与第一锥形面31接触时，不容易发生变质，从而避免了在第一锥形面31上出现结垢。乳品进入到接触腔10中后，在自身重力作用下向下流动，未与接触腔10的侧壁直接接触，也减少了结垢现象的发生。

第一锥形面31对乳品的流动起到了引导的作用，使乳品在向下流动的过程中逐渐铺展成薄膜状。优选地，第一锥形面31呈圆锥面状，有利于使乳品落入到接触腔10中后，形成厚度更加均匀的圆柱面状的薄膜，使乳品受热更加均匀一致，保证灭菌效果的稳定性。

在本发明的一实施方式中，液膜分布装置30还具有连接于第一锥形面31的下端的第二锥形面32，第二锥形面32自上端至下端由内向外倾斜；并且，第二锥形面32的锥度大于第一锥形面31的锥度。具体地，第一锥形面31和第二锥形面32均为圆锥面状，第一锥形面31的下端直径等于第二锥形面32的上端的直径。第一锥形面31的锥度，是指在经过第一锥形面31的轴线的一个平面上，该平面与第一锥形面31的交线，和第一锥形面31的轴线之间的夹角β；第二锥形面32的锥度，是指在经过第二锥形面32的轴线的一个平面上，该平面与第二锥形面32的交线，和第二锥形面32的轴线之间的夹角γ。在本实施方式中，第一锥形面31的轴线与第二锥形面32的轴线相重合。β<γ，所以，相比于水平面，第二锥形面32的倾斜角度比第一锥形面31小，更加平缓，乳品从第一锥形面31流动至第二锥形面32，可以降低乳品沿竖直方向的分速度，一方面减缓乳品在接触腔10中的流动速度，有利于乳品与蒸汽充分接触，另一方面平缓的流速有利于使所形成的圆柱状的乳品薄膜的厚度更加均匀。

在本发明的一实施方式中，第一锥形面31的顶部设有锥顶开口311；液膜分布装置30还具有设于第一锥形面31的内部的第三锥形面33，第三锥形面33自上端至下端由内向外倾斜，乳品能通过锥顶开口311下落至第三锥形面33上。

乳品输送至第一锥形面31的顶部，通过锥顶开口311进行分流，一部分乳品沿第一锥形面31向下流动，一部分乳品则进入锥顶开口311而穿过第一锥形面31，下落至第三锥形面33，然后沿第三锥形面33向下流动。沿第一锥形面31流动的乳品，在接触腔10中形成尺寸较大的柱面状的乳品薄膜；沿第三锥形面33流动的乳品，在接触腔10中形成尺寸较小的柱面状的乳品薄膜，并且，尺寸较小的柱面状的乳品薄膜，被尺寸较大的柱面状的乳品薄膜包围。

通过设置第三锥形面33，一方面，可以在接触腔10中形成内外两层乳品薄膜，各层乳品薄膜的内侧面和外侧面均与蒸汽直接接触，可以提高乳品的灭菌效率；另一方面，锥顶开口311将一部分乳品分流到第三锥形面33上，有助于避免当乳品加入速度较快时，乳品在第一锥形面31上形成堆积，有利于保证接触腔10中的乳品薄膜的厚度更加均匀稳定。

优选地，第三锥形面33呈圆锥面状，以使沿第三锥形面33流动形成的柱面状的乳品薄膜的厚度更加均匀。

进一步地，第三锥形面33的下端连接有柱状面34，柱状面34的外径与第三锥形面33的下端的直径相等。乳品沿第三锥形面33流动到柱状面34上，柱状面34可以使所形成的柱面状的乳品薄膜的厚度更加均匀。

如图1和图2所示，液膜分布装置30包括第一导流管35，第一导流管35的上端连接于锥顶开口311，第一导流管35的下端的开口朝向第三锥形面33的顶部，第一导流管35将乳品引导至第三锥形面33的顶部，有利于改善第三锥形面33对乳品的铺展作用，使乳品更顺畅地沿第三锥形面33流向接触腔。

在本发明的一实施方式中，该乳品灭菌设备包括沿上下方向延伸的第二导流管41，第二导流管41的下端的开口朝向第一锥形面31，第二导流管41的内径大于锥顶开口311的内径，也大于第一导流管35的内径，并且大于第一锥形面31的顶部的外径。第二导流管41将乳品引导至第一锥形面31的顶部。第二导流管41为圆管，有利于使乳品沿第一锥形面31均匀地向各个方向流动，优化第一锥形面31对乳品的铺展效果。

进一步地，该乳品灭菌设备包括外锥形筒42，外锥形筒42的上端连接于第二导流管41的下端，并且外锥形筒42包围第一锥形面31，外锥形筒42的内壁与第一锥形面31的之间设有间隙，以供乳液顺畅流过，外锥形筒42可以隔离外部空间，减少外部环境对乳品的不良干扰。优选地，外锥形筒42为圆锥形筒。

优选地，第一锥形面31的轴线、第二锥形面32的轴线、第三锥形面33的轴线、柱状面34的轴线、第一导流管35的轴线、第二导流管41的轴线和外锥形筒42的轴线均沿竖直方向设置，且均相重合。

如图1所示，液膜分布装置30的底面的轮廓与外锥形筒42的内壁之间，沿水平方向的距离记为L₁。当乳品沿液膜分布装置30向下流动到液膜分布装置30的底面时，即脱离液膜分布装置30。在如图1和图2所示的液膜分布装置中，液膜分布装置30的底面的轮廓，是指第二锥形面32的下端边界线；在第二锥形面32呈圆锥面状的情况下，液膜分布装置30的底面的轮廓，为第二锥形面32的下端的圆。

乳品需要从液膜分布装置30的底面的轮廓与外锥形筒42的内壁之间的间隙中通过，距离L₁的大小对所形成的柱面状的乳片薄膜的厚度具有调节作用。当2mm≤L₁≤6mm时，可以保证乳品以较高的速度通过，同时使所形成的柱面状的乳片薄膜的厚度更加均匀，有利于在接触腔10中进行灭菌。

高压蒸汽与乳品的接触发生在乳品薄膜下降的过程中，通过调整接触腔10的高度，可以对乳品薄膜的下降高度进行控制，从而对乳品的受热时间进行调控。

上面已经介绍了液膜分布装置30的具体结构和工作方式，接下来对蒸汽加入结构20作详细介绍。

如图1、图3和图4所示，蒸汽加入结构20包括呈环状的蒸汽分布盘21，蒸汽分布盘21设于接触腔10的顶部的开口处，液膜分布装置30的底面的轮廓小于蒸汽分布盘21的中心孔；蒸汽分布盘21设有多个与接触腔10连通的出气孔211，和与各个出气孔211连通的蒸汽入口212。

具体地，蒸汽分布盘21固定连接于接触腔10的上端面；液膜分布装置30通过支撑杆43与接触腔10固定连接。液膜分布装置30的底面的轮廓小于蒸汽分布盘21的中心孔213，使得乳品可从蒸汽分布盘21的中心孔213中穿过，落入接触腔10中。在蒸汽分布盘21的中心孔213为圆形孔，第二锥形面32为圆锥面状的情况下，第二锥形面32的下端的直径小于蒸汽分布盘21的中心孔213的直径。

将输送高温蒸汽的管道与蒸汽入口212连通，高温蒸汽通过蒸汽入口212流动至各个出气孔211，并通过各个出气孔211进入到接触腔10，使得接触腔10均匀地充满高温蒸汽。在接触腔10中，蒸汽粒子作不规则运动，与乳品进行接触和碰撞，发生相变换热，蒸汽凝结为水并放热，乳品在此过程中被瞬间升温，使菌种被灭活。

蒸汽分布盘21中设有环形槽，蒸汽入口212和各个出气孔211均与该环形槽连通。优选地，蒸汽入口212设于蒸汽分布盘21的外壁；蒸汽入口212设有多个，多个蒸汽入口212绕蒸汽分布盘21的轴线圆周分布。高温蒸汽通过蒸汽分布盘21被持续地送入到接触腔10中，有利于保证接触腔10内温度的稳定性。

在本发明的一实施方式中，蒸汽入口212配置有阀门，以控制流入蒸汽分布盘21的蒸汽流量。

外锥形筒42与蒸汽分布盘21的上端面固定连接，通过外锥形筒42、蒸汽分布盘21和接触腔10，可以形成一个相对封闭的空间，有利于使该封闭空间内湿度和温度保持稳定，减少外部环境的干扰。

进一步地，各个出气孔211绕蒸汽分布盘21的轴线均匀地圆周分布；并且，各个出气孔211可以绕蒸汽分布盘21的轴线分布有一圈或者多圈。

进一步地，各个出气孔211均设置于蒸汽分布盘21的下端面，出气孔211的开口朝下设置。由于高温蒸汽粒子的自重较小，具有向上运动的趋势；出气孔211的开口朝下设置，有助于使从高温蒸汽从出气孔211排出后向下运动，使得高温蒸汽充满接触腔10，保障高温蒸汽在接触腔10内分布的均匀性和温度的稳定性。

在本发明的一实施方式中，如图1所示，液膜分布装置30的底面位于蒸汽分布盘21的上方，将液膜分布装置30的底面距蒸汽分布盘21的下端面的距离记为L₂，优选地，8mm≤L₂≤12mm，以减少液膜分布装置30与高温蒸汽接触，有利于使液膜分布装置30保持较低温度，避免乳品在液膜分布装置30上流动时因发生变性而出现结垢。

在本发明的另一实施方式中，液膜分布装置30的底面，与蒸汽分布盘21的下端面相平齐，即两面位于同一个平面。使乳品从液膜分布装置30上降落后，即与来自蒸汽分布盘21的蒸汽接触，进行换热，以增大乳品与蒸汽接触的面积，增大了换热面积，有利于提高换热效率，减小设备的体积占地面积。

如图1所示，接触腔10的底部设有乳品排出口11，乳品排出口11的内径自上端至下端逐渐减小，以便于在接触腔10中完成灭菌的乳品向下排出。乳品排出口11位于接触腔10的底部，使得蒸汽在接触腔10内整体上为从上往下运动，有助于使蒸汽充满接触腔10。进一步地，乳品排出口11的下端连接有出口管路111。

在本发明的另一实施方式中，接触腔10的侧壁设有保温层12，以减少热量散失，使接触腔10内的温度保持平衡。

实施例二

本发明提供的乳品灭菌方法，应用上述的乳品灭菌设备，如图5所示，该方法包括：

步骤S10，将蒸汽通过蒸汽加入结构20通入接触腔10中；

步骤S20，将待灭菌的乳品通过液膜分布装置30，送入接触腔10中。

通过步骤S10，使接触腔10中充满高温蒸汽；然后实施步骤S20，将待灭菌的乳品通过液膜分布装置30铺展成柱面状的薄膜，薄膜在接触腔10中向下运动，与蒸汽接触；持续实施步骤S10。乳品与蒸汽发生相变换热，传热传质，可使乳品从85℃瞬间升高到141℃，实现有效灭菌，缓解了现有技术中乳品灭菌所存在的升温较慢，容易发生结垢现象的技术问题。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。