用于对液体流进行加热或杀菌的系统和结构.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102686117 A (43)申请公布日 2012.09.19 CN 102686117 A *CN102686117A* (21)申请号 201080043054.6 (22)申请日 2010.07.28 12/462,213 2009.07.29 US 12/462,200 2009.07.29 US 12/462,206 2009.07.29 US A23L 3/16(2006.01) (71)申请人 脱其泰有限责任公司 地址 美国华盛顿州 (72)发明人 杰弗里F迪恩 威廉盖茨 罗德里克A海德 乔丁T卡勒 内森P米佛德 大卫B塔克曼 小洛厄尔L伍德 奥祖尔伊。

2、尔迪里姆 (74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人 李冬梅 郑霞 (54) 发明名称 用于对液体流进行加热或杀菌的系统和结构 (57) 摘要 一种食物产品杀菌器包括食物产品源和配置 成接收来自食物产品源的食物产品流的再生式换 热器。换热器包括配置成接收待杀菌的食物产品 流的输入通道。换热器还包括流体地耦合于输入 通道的输出通道。 输出通道邻近输入通道。 输出通 道和输入通道配置成在两个通道之间传递热量。 换热器还包括输入通道或输出通道的至少一部分 的集成加热部分。加热部分配置成加热食物产品 流。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012。

3、.03.27 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/002125 2010.07.28 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/014253 EN 2011.02.03 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 12 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 12 页 1/3 页 2 1. 一种食物产品杀菌器， 包括 ： 食物产品源 ； 和 再生式换热器， 其配置成接收来自所述食物产品源的食物产品流， 所述换热器包括 ： 输入通道， 其配置成接收待杀菌的食物产品流 ； 输出通道， 其流体地。

4、耦合于所述输入通道， 所述输出通道邻近所述输入通道， 所述输出 通道和所述输入通道配置成在两个通道之间传递热量 ； 和 所述输入通道或所述输出通道的至少一部分的集成的加热部分， 所述加热部分配置成 加热所述食物产品流。 2. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道由薄壁 分隔。 3. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道由薄壁 分隔， 且所述薄壁具有小于 .01 厘米的厚度。 4. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道由薄壁 分隔， 且所述薄壁具有小于 .002 厘米的厚度。 5. 根据权。

5、利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道共享 壁。 6. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道共享 壁， 且在一列中存在多对输入通道和输出通道， 每一对与邻近对共享壁。 7. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述杀菌器回收食物产品的峰值热能 的至少 90。 8. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道共享 壁， 所述输入通道和所述输出通道至少部分地被隔离层围绕。 9. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道各自具 有小于约一毫米的水力直径， 所述水力直。

6、径被表示为四倍于通道的横截面积除以横截面的 周长。 10. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道各自 具有小于约一百微米的水力直径， 所述水力直径被表示为四倍于通道的横截面积除以横截 面的周长。 11. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道至少 部分地由聚芳基醚酮 (PEEK) 形成。 12. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述加热部分包括电加热器。 13. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述加热部分包括加热器并包括在 所述加热器和所述通道之间的高导热性材料。 14. 根据权利要求 1 所述。

7、的食物产品杀菌器， 其中所述加热部分包括加热器并包括在 所述加热器和所述通道之间的高导热性材料， 所述高导热性材料包括铜。 15. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述食物产品包括以下中的至少一 种 ： 果汁、 苹果酒、 蜂蜜、 械糖浆、 乳、 酱油、 运动饮料、 醋、 水、 葡萄酒、 啤酒、 奶油和乳酪。 16. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括配置成向所述食物产品加压的泵。 17. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括配置成过滤所述食物产品的过滤 权 利 要 求 书 CN 102686117 A 2 2/3 页 3 器。 18. 根据权利要求 1 。

8、所述的食物产品杀菌器， 还包括配置成感测所述食物产品的至少 一个特性的传感器。 19. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括配置成感测所述食物产品的至少 一个特性的传感器， 其中所述传感器是温度传感器。 20. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括配置成感测所述食物产品的至少 一个特性的传感器， 其中所述传感器包括压力传感器。 21. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括配置成感测所述食物产品的至少 一个特性的传感器， 其中所述传感器包括流量传感器。 22. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道是微 通道。 23. 根据权。

9、利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道配置 成具有促进层流的纵横比。 24. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道配置 成促使液体以小于 2000 的雷诺数在所述通道中流动。 25. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道配置 成促使液体在具有大于所述通道的一半厚度的边界层厚度的所述通道中流动。 26. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括隔离性层， 所述隔离性层至少部分 地将所述输入通道、 所述输出通道和所述加热部分隔离。 27. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述换。

10、热器包括多对输入通道和输 出通道。 28. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中输入通道邻近多个输出通道并从所 述多个输出通道接收热量。 29. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中输出通道邻近多个输入通道并将热 量传到所述多个输入通道。 30. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道各自 具有板状布局， 其中所述通道的宽度比所述通道的厚度大得多。 31. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中具有多个输入通道和多个输出通道， 且所述输入通道与所述输出通道以左到右关系交替。 32. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括在。

11、所述输入通道和所述输出通道 中的至少一个内的支撑元件。 33. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中具有多个输入通道和多个输出通道， 且所述输入通道和所述输出通道形成为邻近的管的阵列。 34. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中具有多个输入通道和多个输出通道， 且所述输入通道和所述输出通道形成为邻近的通道的格网。 35. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中具有多个输入通道或多个输出通道， 且至少一组输入通道或至少一组输出通道相互连接。 36. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括在所述入口通道的至少部分和所 述输出通道的至少部分之间的回流部分。 权。

12、 利 要 求 书 CN 102686117 A 3 3/3 页 4 37. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 还包括在所述入口通道的至少部分和所 述输出通道的至少部分之间的回流部分， 且所述回流部分邻近所述加热部分。 38. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道的流以与所述输出通 道的流相反的方向。 39. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道具有 可变的横向横截面， 但所述输入通道和所述输出通道的邻近的横向横截面的横截面积的总 和是恒定的。 40. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述输入通道和所述输出通道不包 。

13、括回流部分。 41. 根据权利要求 1 所述的食物产品杀菌器， 其中所述食物产品是液体。 42. 一种液体杀菌系统， 包括 ： 输入通道， 其配置成接收待加热至预定杀菌温度的液体流 ； 输出通道， 其流体地耦合于所述输入通道， 所述输出通道邻近所述输入通道， 所述输出 通道和所述输入通道配置成在两个通道之间传递热量 ； 和 所述输入通道或所述输出通道的至少一部分的集成的加热部分， 所述加热部分配置成 将所述液体流加热至所述预定杀菌温度， 持续预定时间。 43. 一种食物产品加热器， 包括 ： 输入通道， 其配置成接收待加热至预定温度的食物产品流 ； 输出通道， 其流体地耦合于所述输入通道， 所。

14、述输出通道邻近所述输入通道， 所述输出 通道和所述输入通道配置成在两个通道之间传递热量 ； 和 所述输入通道或所述输出通道的至少一部分的集成的加热部分， 所述加热部分配置成 将所述食物产品流加热至所述预定温度， 持续预定时间。 44. 一种液体加热器， 包括 ： 输入通道， 其配置成接收待加热的液体流 ； 输出通道， 其流体地耦合于所述输入通道， 所述输出通道邻近所述输入通道， 所述输出 通道和所述输入通道配置成在两个通道之间传递热量 ； 和 所述输入通道或所述输出通道的至少一部分的集成的加热部分， 所述加热部分配置成 加热所述液体流， 其中所述输入通道和所述输出通道是微通道。 45. 根据权。

15、利要求 44 所述的液体加热器， 其中所述液体加热器是杀菌器。 46. 一种液体加热器， 包括 ： 输入通道， 其配置成接收待加热的液体流 ； 输出通道， 其流体地耦合于所述输入通道， 所述输出通道邻近所述输入通道， 所述输出 通道和所述输入通道配置成在两个通道之间传递热量 ； 和 所述输入通道或所述输出通道的至少一部分的集成的加热部分， 所述加热部分配置成 加热所述液体流， 其中所述输入通道和所述输出通道配置成使得所述液体流基本上是层流。 47. 根据权利要求 46 所述的液体加热器， 其中所述液体加热器是杀菌器。 权 利 要 求 书 CN 102686117 A 4 1/9 页 5 用于对。

16、液体流进行加热或杀菌的系统和结构 0001 发明人 ： 0002 杰弗里F迪恩、 威廉盖茨、 罗德里克A海德、 乔丁T卡勒、 内森P米 佛德、 大卫B塔克曼、 小洛厄尔L伍德和奥祖尔伊尔迪里姆 0003 相关申请的交叉引用 0004 本申请与以下列出的申请 （ “相关申请” ） 相关并要求以下列出的申请 （ “相关申 请” ） 的最早获得的有效申请日的益处 （例如， 要求除了临时专利申请以外的最早获得的优 先权日期或根据 35USC119（e） 要求临时专利申请的益处， 要求相关申请的任何和所有母 体、 祖母体、 曾祖母体等申请的益处） 。 0005 相关申请 ： 0006 1. 依据 USP。

17、TO 额外的法定要求， 本申请涉及同此同时提交的、 命名 Geoffrey F.Deane、 William Gates、 Roderick A.Hyde、 Jordin T.Kare、 Nathan P.Myhrvold、 David B.Tuckerman、 Lowell L.Wood、 J r. 和 Ozgur Yildirim 为发明人的、 标题为 A METHOD FOR HEATING OR STERILIZING A LIQUID STREAM（用于对液体流进行加热或杀菌的方法） 的美 国专利申请第12/462,200号， 专利申请第12/462,200号是目前共同在审的， 或是。

18、其目前共 同在审的申请被给予申请日权益的申请。 0007 2. 依据 USPTO 额外的法定要求， 本申请涉及同此同时提交的、 命名 Geoffrey F.Deane、 William Gates、 Roderick A.Hyde、 Jordin T.Kare、 Nathan P.Myhrvold、 David B.Tuckerman、 Lowell L.Wood、 Jr.和Ozgur Yildirim为发明人的、 标题为PASTEURIZATION SYSTEM AND METHOD（巴氏杀菌系统和方法） 的美国专利申请第 12/462,206 号， 专利申请第 12/462,206 号是目。

19、前共同在审的， 或是其目前共同在审的申请被给予申请日权益的申请。 0008 美国专利局 （USPTO） 已经公布了对 USPTO 的计算机程序需要专利申请人参考序号 并指示申请是继续申请还是部分继续申请两者的实行的布告。 Stephen G. Kunin,Benefit of Prior-Filed Application（在先提交的申请的益处） ， USPTO 官方公报， 2003 年 3 月 18 日， 在 http ： /www.uspto.gov/web/offices/com/sol/og/2003/week11/patbene.htm 可得 到。本申请人实体 （下文 “申请人” ）。

20、 已经在上面提供了对从其要求优先权的申请的具体参 考文献， 如法令所叙述的。申请人理解法令在其具体的参考语言上是明确的且并不需要序 号或任何表征例如 “继续” 或 “部分继续” 来要求美国专利申请的优先权。虽然有前述内容， 但申请人理解 USPTO 的计算机程序具有某些数据进入要求， 且因此申请人将本申请指定为 上面阐明的其原申请的部分继续申请， 但特别地指出这样的指定并不以任何方式被解释为 关于本申请除了其原申请的实质之外是否还包含任何新的实质的任何类型的注释和 / 或 承认。 0009 相关申请的所有主题和相关申请的任何和所有母体、 祖母体、 曾祖母体等申请的 所有主题通过引用并入本文， 。

21、达到这样的主题同此并非不一致的程度。 0010 背景 0011 本文的描述通常涉及超高温 （UHT） 巴氏杀菌法领域。巴氏杀菌法和 UHT 巴氏杀菌 法已经用于至少部分地对乳和其他食物产品杀菌。然而， 常规的巴氏杀菌法和常规的 UHT 说 明 书 CN 102686117 A 5 2/9 页 6 巴氏杀菌法已局限于其中容易使用相当大的电力用于巴氏杀菌工艺的应用。 0012 对用于通过使用以各种结构和以各种用法的微通道以及类似物而消耗基本上比 常规技术更少的电力的来进行 UHT 巴氏杀菌法的有利结构和方法存在需求。 0013 概述 0014 在一个方面， 食物产品杀菌器包括食物产品源和配置成接收。

22、来自食物产品源的食 物产品流的再生式换热器。换热器包括配置成接收待杀菌的食物产品流的输入通道。换热 器还包括流体地耦合于输入通道的输出通道。输出通道邻近输入通道。输出通道和输入通 道配置成在两个通道之间传递热量。 换热器还包括输入通道或输出通道的至少一部分的集 成的加热部分。加热部分配置成加热食物产品流。 0015 除前述内容之外， 在形成本公开内容的一部分的权利要求、 附图和正文中描述了 其他方法方面。 0016 在一个或多个不同方面中， 可以根据系统设计者的设计选择采用不同的结构元 件。 0017 在一个方面， 液体杀菌系统包括配置成接收待加热至预定杀菌温度的液体流的输 入通道。系统还包括。

23、流体地耦合于输入通道的输出通道。输出通道邻近输入通道。输出通 道和输入通道配置成在两个通道之间传递热量。并且， 系统包括输入通道或输出通道的至 少一部分的集成的加热部分， 加热部分配置成将所述液体流加热至预定杀菌温度， 持续预 定时间。 0018 在另一个方面， 食物产品加热器包括配置成接收待加热至预定温度的食物产品流 的输入通道。加热器还包括流体地耦合于输入通道的输出通道。输出通道邻近输入通道。 输出通道和输入通道配置成在两个通道之间传递热量。 输入通道或输出通道的至少一部分 的集成的加热部分配置成将食物产品流加热至预定温度， 持续预定时间。 0019 在另一个方面， 液体加热器包括配置成接。

24、收待加热的液体流的输入通道。加热器 还包括流体地耦合于输入通道的输出通道。输出通道邻近输入通道。输出通道和输入通道 配置成在两个通道之间传递热量。 加热器还包括输入通道或输出通道的至少一部分的加热 部分， 加热部分配置成加热液体流。输入通道和输出通道是微通道。 0020 在又一个方面， 液体加热器包括配置成接收待加热的液体流的输入通道。加热器 还包括流体地耦合于输入通道的输出通道。输出通道邻近输入通道。输出通道和输入通道 配置成在两个通道之间传递热量。 加热器还包括输入通道或输出通道的至少一部分的加热 部分。 加热部分配置成加热液体流。 输入通道和输出通道配置成使得液体流基本上是层流。 002。

25、1 除前述内容之外， 在形成本公开内容的一部分的权利要求、 附图和正文中描述了 其他系统方面。 0022 除前述内容之外， 在教导例如本公开内容的正文 （例如， 权利要求和/或详细描述） 和 / 或附图中阐明和描述了各种其他方法和 / 或系统和 / 或程序产品方面。 0023 前述内容是概括的且因此因需要包含细节的简化、 概括和省略 ； 因此， 本领域技术 人员应明白， 概述仅是说明性的且并不意图以任何方式限制。本文描述的装置和 / 或工艺 和 / 或其他主题的其他方面、 特征和优势在本文阐明的教导中将变得明显。 0024 附图简述 0025 前述概述仅是说明性的且并不意图以任何方式限制。除了。

26、上述说明性的方面、 实 说 明 书 CN 102686117 A 6 3/9 页 7 施方式和特征之外， 另外的方面、 实施方式和特征通过参考附图和以下详细描述将变得明 显， 附图中 ： 0026 图 1 是食物产品杀菌系统的示例性绘图。 0027 图 2 是逆流换热器的示例性绘图。 0028 图 3 是换热器通道对 （heat exchanger channel pair） 的分解图的示例性绘图。 0029 图 4 是换热器的显示轴向热漏失的示例性绘图。 0030 图 5 是换热器的显示在邻近通道之间的温度分布图和热流的示例性绘图。 0031 图 6 是换热器的显示径向热漏失的示例性绘图。 。

27、0032 图 7 是换热器的显示通过隔离包装的热漏失的示例性绘图。 0033 图 8 是换热器通道隔离物的示例性绘图。 0034 图 9 是形成换热器通道隔离物的方法的示例性绘图。 0035 图 10 是形成换热器通道隔离物的方法的示例性绘图。 0036 图 11 是可选择的逆流换热器的示例性绘图。 0037 图 12 是可选择的逆流换热器的示例性绘图。 0038 详细描述 0039 在以下详细描述中， 参考附图， 附图形成详细描述的一部分。在附图中， 相似的符 号通常确定相似的部件， 除非上下文另外规定。 详细描述、 附图和权利要求中所描述的说明 性的实施方式并不意图是限制性的。 可以利用其。

28、他实施方式， 且可以进行其他变化， 而不偏 离本文呈现的主题的精神或范围。本领域技术人员将认识到， 技术发展水平已经进展到在 系统的各方面的硬件和软件实现之间留下很少差别的阶段 ； 例如， 硬件或软件的使用通常 是 （但不总是， 因为在某些情景下， 在硬件和软件之间的选择可以变得重要） 代表成本对效 率折中的设计选择。本领域技术人员将明白， 具有很多本文描述的工艺和 / 或系统和 / 或 其他技术可以通过其实现的载体 （vehicle） （例如， 硬件、 软件和 / 或固件） ， 和优选的载体 将随着部署工艺和 / 或系统和 / 或其他技术的背景而变化。例如， 如果实施者确定速度和 准确度是首。

29、要的， 那么实施者可以选择主要硬件和 / 或固件载体 ； 可选择地， 如果灵活性是 首要的， 那么实施者可以选择主要软件实现 ； 或， 再次可选择地， 实施者可以选择硬件、 软件 和 / 或固件的一些组合。因而， 具有多种可能的本文描述的工艺和 / 或装置和 / 或其他技 术可以通过其实现的载体， 其中没有一种载体固有地优于其他载体， 因为被利用的任何载 体是取决于将部署载体的背景和实施者的具体考虑 （例如， 速度、 灵活性或可预言性） 的选 择， 它们中任一个可以改变。 本领域技术人员将认识到， 实现的光学方面将通常采用光学定 向的硬件、 软件和或固件。 0040 巴氏杀菌法是常规用于减慢食。

30、物中的微生物生长的工艺。巴氏杀菌法是通常不 意图杀死食物或液体中的所有致病微生物的杀菌工艺类型。确切地说， 巴氏杀菌法目的在 于减少活的病原体的数量， 所以它们不可能造成疾病 （假定巴氏杀菌法产物被冷冻并在其 有效期之前被消耗） 。然而， 虽然描述的大量焦点可能集中在巴氏杀菌工艺且更特别地集中 在超高温巴氏杀菌工艺， 但本文所公开的主题可以应用于巴氏杀菌法以及其他杀菌工艺两 者， 无论它们是完全的还是不完全的。 0041 巴氏杀菌法常规上使用低于沸点温度的温度， 因为在高于乳的沸点的温度下， 例 如， 酪蛋白胶粒将不可逆转地聚集 （或 “凝固” ） 。目前使用的巴氏杀菌法有三种主要类型 ： 说。

31、 明 书 CN 102686117 A 7 4/9 页 8 高温 / 短时间 （HTST） 、 延长保存期 （ESL） 处理和超高温 （UHT 或超热处理） 还用于乳处理。 在 HTST 工艺中， 乳在金属板之间被推动或被推动通过在外部由热水加热的管， 并被加热至 71.7（161 ） ， 持续 15-20 秒。UHT 处理将乳保持在约 135（275 ） 的温度， 持续在 一秒钟的几分之几至几秒范围内的时间段 ； 该温度高于乳在正常大气压力下的沸点， 但沸 腾可以通过在基本上高于大气压力的压力下操作来抑制。 使用短暴露时间最小化对味道和 蛋白质成分的有害影响， 该有害影响将通常在 135发生。

32、。ESL 乳具有微生物过滤步骤和比 HTST 低的温度。 0042 存在可以被巴氏杀菌的许多食物产品。 这些食物产品包括但不限于啤酒、 苹果酒、 果汁、 槭糖浆、 乳、 葡萄酒、 酱油、 运动饮料、 水等。 0043 在包括非洲和南亚国家的地区中， 普遍的是在收获乳之后使乳沸腾来对乳杀菌。 该强烈的加热大大地改变乳的风味且可能需要相当大量的能量， 这可能是受限的。沸腾 或巴氏杀菌法可以预防的疾病中的一些包括但不限于结核病、 白喉、 沙门氏菌病、 脓毒性咽 炎、 猩红热、 利斯特菌病和伤寒。 0044 UHT 巴氏杀菌法是通过在超过 135（275 ） （其是杀死可以在乳中找到的一些 孢子所需的。

33、温度） 的温度下加热食物， 持续约 1-2 秒的短时间对食物部分杀菌。最普通的 UHT 产品是乳， 但该工艺还用于果汁、 奶油、 酸乳、 葡萄酒、 汤和炖过的食品等。 0045 有利地， UHT 乳在被打开之前具有六至九个月的典型保存期， 这高于由传统的较低 温巴氏杀菌工艺提供的保存期。 0046 现在参考图 1， 描绘用于巴氏杀菌 （或可选择地杀菌） 乳或其他食物产品或液体的 示例性系统 100。这样的液体可以包括但不限于胶体和悬浮液等。系统 100 包括用于引入 食物产品或其他液体的流体入口 110。过滤器 120 接收流体并从流体过滤任何颗粒或其他 固体。过滤器 120 给向系统 100。

34、 中的流体加压的泵 130 供给。泵 130 可以是但不限于， 由 直流电动机以预置的或可控制的速度运行的正排量泵。泵 130 将流体供入换热器 140。根 据示例性的实施方式， 换热器 140 可以是具有流体通道的微通道换热器， 流体通道具有高 的纵横比 （aspect ratio） 、 小的水力直径和与其他微通道装置相似的其他特征， 其他微通 道装置例如但不限于用于冷却集成电路的微通道冷却器、 固态激光器以及类似物。换热器 140 包括加热器 150， 加热器 150 加热换热器 140 的一部分和流过换热器 140 的流体， 使得 流体达到 UHT 巴氏杀菌法温度或其他预定温度， 持续预。

35、定时间， 例如但不限于 1-2 秒。换热 器 140 包括供给减压阀 170 的换热器出口 160， 减压阀 170 在示例性的实施方式中将不打 开， 除非压力达到预定压力， 例如但不限于 37psi。这样的流体通过无菌出口 180 被释放入 无菌的容器或包装中。换热器 140 可以至少部分地被隔离层 190 包住， 隔离层 190 可以是 但不限于， 真空夹套或氙气室或气凝胶泡沫或其他隔离材料。 0047 微通道已经被建议用来冷却集成电路且自从二十世纪八十年代早期已经被理解 并在由 David Tuckerman 博士和 R.Fabian Pease 教授公布的研究中公开。Tuckerman。

36、 和 Pease 公布了表明被蚀刻到硅中的微通道可以提供高达 1000W 每平方厘米的密度的研究。 这样的微通道结构已经被表明能够冷却集成电路， 例如在美国专利第 4,541,040 号 ； 第 7,156,159号 ； 第7,185,697号 ； 和美国专利申请公布第2006/0231233号所描述的， 它们全 部通过引用并入本文。 然而， 对流体流的巴氏杀菌法、 杀菌或瞬时加热的实际应用还未实施 或建议。 说 明 书 CN 102686117 A 8 5/9 页 9 0048 使用微通道结构的优势之一是不需要通道内的湍流来增加传热效率。 微通道结构 既不需要也不产生湍流。常规的大通道需要湍。

37、流来增加传热速率， 否则流体充当通道壁与 流体流中心之间的隔离体， 这被称为热边界层。流体通道内的湍流使邻近通道壁的流体与 通道中间的流体混合， 由此最小化热边界层的厚度并最大化在流体和壁之间的传热速率。 然而， 这样的湍流和混合需要高的流速和高的压力。 此外， 高的流速将需要换热器通道是非 常长的， 以便实现对于 UHT 杀菌所推荐的 135下的 2 秒停留时间。相反， 微通道具有传热 系数 “h” 与通道的宽度成反比例的优点。当 “h” 增加， 效率增加。非常窄的通道具有薄的 热边界层， 因为边界层不能大于通道宽度的 1/2。因此， 热量以非常小的热阻在壁和通道中 心之间转移。因此， 可以。

38、是有益的是， 将微通道或微通道状换热器用于 UHT 巴氏杀菌法以便 增加传热并因此实现需要相对低的能量输入的非常紧凑的设计。 0049 现在参考图2， 可以用作图1的换热器140的逆流换热器200的示例性的透视横截 面。换热器 200 包括一堆流通道。流通道堆包括与流出通道 220 交替的一系列重复的流入 通道210。 在这样的逆流换热器中， 流体优选地进入通道210并离开邻近通道220而构成一 个来回， 即， 换热器是单端的， 其入口和出口在相同的端部处或附近。 在有利的设计中， 在通 道 210 和 220 之间的优良的传热是所需的， 而沿着通道的长度的轴向传热不是所需的。 0050 现在。

39、参考图3， 描绘了来自逆流换热器例如但不限于换热器200的通道对300的示 例性的分解图。通道对 300 包括流入通道 310， 流入通道 310 包括流体地将通道 310 耦合 于通道 320 的缝 315。通道 320 包括出口 325。在示例性的实施方式中， 通道可以包括导热 性镀层 330， 例如但不限于在通道的一部分上的铜或铝镀层， 其用于将热输入传导或应用到 通道中的流体流并使换热器的相当大的长度上维持近似均一的高温。 根据示例性的实施方 式， 侧壁可以是约40-50微米厚， 且基部可以是约10-12微米厚， 然而， 换热器不限于这些尺 寸。在示例性的实施方式中， 换热器可以包括但。

40、不限于， 以堆叠关系的约 100 或更多的这些 对。根据一个示例性的实施方式， 通道可以由聚芳基醚酮 （PEEK） 形成。 0051 现在参考图4， 描绘了前述逆流换热器的另外的示例性绘图。 换热器400包括应用 热输入的热区 410 和其中发生大量热交换的加热 （对于流入物） / 冷却 （对于流出物） 区 420。 示例性的图 430 描绘了沿着换热器的长度的流体流的近似温度分布。 0052 参考图 5， 图 530 中提供了离开的流体中的残余的热量的绘图。这样的示例性绘 图阐明输入流体流和输出流体流两者的温度分布， 其中换热器热力学不可逆性由出口流体 温度相对于入口流体温度的温度增加 T 。

41、阐明。所述热力学不可逆性表示必须被供应到换 热器 （例如， 供应到热区） 以便维持所需的热区温度的最小热能。将需要另外的能量来克服 寄生热漏失， 例如由图 4 中的箭头标记的 热流 阐明的轴向热漏失。从换热器 400 发出的 径向方向的另外的热漏失 （即， 向外的热在与流的方向垂直的平面上流动） 由图 6 中的箭头 630 阐明。图 7 描绘隔离性包装 730 的用途， 隔离包装 730 可以由各种材料形成， 包括但不 限于气凝胶、 二氧化硅气凝胶或氙气以及许多其他隔离材料。径向热流 630 的量与图 6 中 的那些相比将由于隔热层而减小， 由此减少维持热区温度所需要的热能输入。 0053 根。

42、据示例性的实施方式， 如图 8 所描绘的， 使用 10 或 12 微米 PEEK 膜来构造换热 器的通道壁 810 可能是期望的。其他厚度或具有相对差的导热性的其他材料例如不锈钢可 以同样地适用， 这取决于所需的特征。 通道壁中的每一个可以被间隔开且被多个隔离物820 保持间隔开， 隔离物 820 帮助维持与将在巴氏灭菌器操作期间存在的在入口通道和出口通 说 明 书 CN 102686117 A 9 6/9 页 10 道之间的压差相反的通道高度。这些隔离物 820 可以是以肋或球的形式 （如所描绘的） ， 其 被压在膜 810 上或以其他方式附接或形成。这样的隔离物可以优选地是实质上导热性的以。

43、 帮助横向方向的传热， 但优选地在流 （轴向的） 方向是非邻接的以便最小化沿着换热器的长 度的轴向方向的传热。在一个优选的实施方式中， 每一层中的隔离物从在两个紧接的邻近 层中的那些以水平位置偏置。在另一个实施方式中， 隔离物被配置成在换热器的在邻近通 道之间的压差是高的输入端 / 输出端附近呈较密的模式， 并配置成在输入通道和输出通道 之间的压差是低的热区附近呈较稀疏的模式。 0054 现在参考图 9， 描绘制造换热器通道的方法 900。在示例性的实施方式中， 铝箔或 铜箔 （约 52 微米厚） 910 附接于带背衬 （tape backing） 920（过程 930） 。使用光刻法和蚀 刻。

44、技术来除去材料， 留下附接于带背衬 920 的铝柱或铜柱 940（过程 950） 。将铜柱 940 和 带背衬 950 倒转并放在热压机的板 960 之间。将柱 940 压入 PEEK 片 970 中 （过程 980） 。除 去热压机板 960 和带背衬 920， 留下带有柱 940 的 PEEK 片 970， 以为由这些堆叠的层组装的 换热器提供间距和支撑 （过程 990） 。 0055 现在参考图 10， 描绘了使用具有凹部 1015 的 300 微米金属片 1010 形成待制造的 隔离物阵列的可选择的方法 1000（过程 1020） 。凹部或腔 1015 用金属球 1030 使用振动台 。

45、或其他方法来填充 （过程 1040） 。PEEK 膜 1060 覆盖在金属球 1030 上并使用上部心杆 1050 来热压 （过程 1070） 。从压机除去 PEEK， 且球保持嵌入 PEEK 中 （过程 1080） 以形成换热器。 0056 在又一个示例性的实施方式中， 图 11 中描绘了可选择的制造技术 1100， 该制造技 术 1100 并不需要处理 100 或更多个单独零件。彼此邻近延伸的第一通道和第二通道由单 条或带的 PEEK 材料 1110 通过将材料折叠在其本身上以形成由缝 1120 联系的一堆通道对 来形成。还可以使用适用的其他材料和用于制造换热器的其他概念。 0057 现在。

46、参考图 12， 描绘了两端通过式换热器 （double-ended pass through heat exchanger） 1200。通过式换热器 1200 包括使流以一个方向通过加热器 1230 的通道 1210。 通过通道 1210 的流在进入加热器 1230 之前从相反方向的流 1220 接收热输入。通过通道 1210 的流在流过加热器 1230 之后向流 1220 提供热量。在示例性的实施方式中， 流体以交 错配置同时流过通道 1210 和 1220， 且并不如上文所述的示例性的实施方式中那样构成一 个来回。该通过式换热器因此可以具有在流体流通道中消除回转的优势。在优选的实施方 式中。

47、， 以一个方向进入的质量流速被精密控制以便等于以相反方向进入的质量流速并与以 相反方向进入的质量流速相反。 0058 在一个示例性的实施方式中， 输入通道和输出通道由具有在约.01厘米至.001厘 米范围内的厚度的薄壁分隔。虽然这些厚度可以是期望的， 但可以使用其他厚度。对于上 文提供的换热器， 以使得热输入的至少 90% 由热耦合于热区的加热器提供的方式来构建换 热器可能是期望的。在一个示例性的实施方式中， 输入通道和输出通道各自具有小于约一 毫米的水力直径， 其中水力直径是四倍于通道的横截面积除以横截面的周长。在一个示例 性的实施方式中， 高传导性材料布置在加热器和通道之间。 根据示例性的。

48、实施方式， 高传导 性材料可以是铜、 其他金属或金属合金或其他高传导性材料。 根据示例性的实施方式， 传感 器可以用于感测食物产品的至少一个特征。 传感器可以是但不限于， 温度传感器、 压力传感 器、 流量传感器等。 0059 传感器的使用允许杀菌器系统的闭环可控性。在示例性的实施方式中， 计算机或 说 明 书 CN 102686117 A 10 7/9 页 11 微处理器控制器可以被实现以控制温度、 加热器、 泵、 流体流、 阀等。 这样的控制器可以使用 各种算法中的任何， 并采用任何类型的可适用的硬件和软件构件。 0060 根据示例性的实施方式， 换热器中的加热结构包括具有高传导性材料的加。

49、热元件 以将热量传递到流体通道。 可选择地， 主动加热结构可以直接地耦合于微通道， 而不是使用 高传导性材料来传递热量。 0061 在所公开的示例性的实施方式中的许多中， 考虑使用换热器来对食物产品杀菌。 然而， 换热器结构还可以用于其他应用中， 包括但不限于各种类型的酿造应用、 制造酸牛 奶、 发酵工艺、 维持或参与化学反应或生物学反应等。 并且， 在示例性的实施方式中， 换热器 可以用于 DNA 的快速复制的聚合酶链反应 （PCR） 工艺。 0062 上文所述的换热器预期在瞬时加热工艺期间增加效率。根据示例性的实施方式， 换热器可以被设计为将乳或水加热至约 135 摄氏度的温度并将其保持在该温度， 持续约 2 秒， 且然后冷却流体， 同时回收绝大部分热量， 使得与常规的 UHT 巴氏杀菌工艺相比， 能量 输入是最小的。根据示例性的实施方式， 在试图最大化换热器的效率时， 有利的是， 维持轴 向热流 （沿着流动路径） 至最小， 同时最大化在通道之间的传热。