热交换器 技术领域 本发明涉及具有无接触分布的通道的板式热交换装置。 该热交换装置包括多个盒 箱， 其中盒箱构成一对永久结合在一起的热交换器板。本发明还涉及包括多个热交换装置 的热交换器。
背景技术
食品生产的典型特征是需要加工处理高粘性产品， 例如用于碳酸饮料的浓缩物、 果汁、 汤、 奶制品和其它具有流体浓度的产品。自然， 这种情况下的卫生渴求和期望是非常 高的以能够满足不同政府机构的要求。
板式热交换器在食品行业中用于多种不同用途。 使用用于食品行业的板式热交换 器的一个问题是一些产品包含混入流体的纤维和其它固体材料。在多数板式热交换器中， 热交换器包括一种类型的板， 其与旋转 180 度的每一另外的板安装在一起来形成用于流体 的两个不同通道， 一个通道用于冷却介质， 另一个通道用于待冷却的产品。 在各板之间设有 密封。这种布置节约成本并且对许多应用有效， 但对包括纤维和其它固体材料的饮料等来 说就有一些缺陷， 因为板会在一些接触点相互支撑。每个板设有脊和沟以一方面提供机械 硬度而另一方面改善对液体的热交换。在板的图案会合的地方板将相互支撑， 这将改善板 包装的机械硬度。板相互支撑的一个缺陷是各支撑点会构成节流部分， 在此液体中包含的 材料会滞留并积聚。积聚的材料会进一步限制流动， 造成更多的材料积聚。这有些类似河 口三角洲的形成， 其中小的流动差异会沉积一些材料， 其又导致更多的材料沉积。
在板式热交换器中材料堵塞问题的一个解决方案是使用产品通道无接触的热交 换器。这种类型的热交换器减少了产品通道中材料的积聚。
US4403652 描述了具有无接触通道的热交换器。该热交换器包括特定挤压成型的 热板， 热板具有由腹板连接的两个侧面和通过铸造制成的特定的集管部分。当板叠置来形 成热交换器时， 获得了无接触的通道。该方案相当费钱且复杂， 但对一些应用是有效的。
当使用用于无接触板式热交换器的传统的热交换器板时， 为了获得足够的刚性， 板成对地通过例如焊接或钎焊永久结合在一起。 这样， 两个板形成盒箱， 板之间具有多个接 触点， 其中接触点以及板的边缘结合在一起。盒箱足够刚硬以应付两种流体之间的一些压 力差， 由此确保无接触产品通道。 一种具有无接触通道的板式热交换器见于 JP2001272194。 在该热交换器中， 具有纵向槽的相同类型的两个板永久结合在一起来形成盒箱， 其中形成 的纵向通道用于热交换流体。这种盒箱使用垫圈进行叠置， 由此在两个盒箱之间形成无接 触产品通道。
WO2006/080874 公开了另一种具有无接触产品通道的热交换器。在该公开的热交 换器中， 使用垂直于流动方向的皱纹和波纹图案以对板提供刚性并且也改善两种流体之间 的热传递。为此， 需要两种不同类型的板。第一种类型的两个板形成第一盒箱， 第二种类型 的两个板形成第二盒箱。板的图案使得当两个盒箱放置在一起时形成产品通道， 其中板没 有相互支撑。根据热交换器的尺寸， 无接触产品通道中的板之间的距离可以在 2-12mm 范围内。这种类型的热交换器减少了产品通道中至少一些材料的积聚。
WO2006/080874 公开的热交换器是所谓的半焊接板式热交换器， 即包括通过将热 交换器板成对焊接在一起而形成的多个盒箱的热交换器。 焊缝通常沿盒箱的侧边延伸并围 绕孔眼。垫圈设置在相应的盒箱之间并通常由橡胶材料制成且位于热交换器板的槽中。一 种流体在盒箱内流动， 另一种流体在盒箱之间流动。盒箱内的流动通道用于加热 / 冷却流 体， 盒箱之间的流动通道用于含纤维的流体。半焊接板式热交换器容忍相当高的压力并可 以打开板包装来清洁成对焊接的热交换器板之间的空间。 替换围绕热交换器板的热交换表 面的板之间的各第二空间中的垫圈的焊接减少了垫圈更换的需要并增强了安全性。
这些方案可以对一些应用有效， 但它们仍然具有某些缺陷。一个缺陷是纵向流体 通道提供了比较差的热传递， 其又导致需要相当大的热交换器。因此尚有改进的余地。 发明内容 因此， 本发明的目的是提供一种改进的具有非接触产品通道的热交换器。
根据本发明， 该问题的解决方案描述在权利要求 1 的特征部分中。权利要求 2 至 6 包含热交换装置的有利实施例。权利要求 7 包含有利的热交换器。
热交换装置， 包括多个盒箱， 其中第一盒箱包括两个第一类型的板， 第二盒箱包括 两个第二类型的板， 其中每个板设有皱纹图案， 皱纹图案具有多个脊和沟， 脊和沟之间具有 侧壁， 其中皱纹图案包括平行于皱纹图案的方向的波纹， 并且其中盒箱以预定距离相互邻 近安装， 本发明的目的是这样实现的 ： 两个相邻盒箱 (11、 21) 的侧壁 (22、 23、 26、 27) 之间的 垂直距离 (a2) 在热交换装置的宽度上基本恒定。
通过该热交换装置的第一实施例， 获得的产品通道中的节流部分在热交换器的宽 度上是恒定的。 由于盒箱的侧壁之间的距离所造成的节流部分在热交换器的宽度上是恒定 的， 热交换器中将没有材料会具有较低流速的区域， 因此将没有材料会开始积聚的区域。
这种优点是， 该盒箱可以用于热交换器中来加热或冷却含颗粒或纤维的流体而没 有颗粒阻塞流体流。
在本发明的有利改进中， 热交换器板的皱纹图案基本垂直于热交换器的主流方 向。这进一步改善了热交换器的热交换特性。
在本发明的另一个有利改进中， 第一盒箱的侧壁与第二盒箱的侧壁之间的距离差 小于脊的高度的 1/10。这种优点是改善了热交换器的热交换特性。更为精确来说， 因为盒 箱宽度上的节流部分的差异被减小， 流体的流速差就被减小。
在本发明的另一个有利改进中， 第一盒箱的侧壁与第二盒箱的侧壁之间的距离差 小于脊的高度的 1/50。这种优点是进一步改善了热交换器的热交换特性。
在本发明的另一个有利改进中， 第一盒箱的侧壁与第二盒箱的侧壁之间的距离差 小于脊的高度的 1/100。这种优点是进一步改善了热交换器的热交换特性。
在本发明的热交换器中， 包括多个热交换器盒箱。这种优点是获得了用于粘性流 体的热交换器。
附图说明
以下将参照附图中示出的实施例来更加详细地描述本发明， 其中图 1 示出了现有技术中的热交换器， 图 2 示出了根据本发明的热交换器中使用的板的前视图， 图 3 示出了根据本发明的热交换器的第一实施例的细节， 图 4 示出了根据本发明的热交换器中的两个相邻设置的盒箱的细节， 图 5 示出了根据图 4 的盒箱的横截面 A-A， 以及。 图 6 示出了根据图 4 的盒箱的横截面 B-B。具体实施方式
以下描述的具有进一步扩展的本发明的实施例只是用作示例， 绝非用于限制权利 要求的保护范围。
图 1 示出了 WO2006/080874 中公开的现有技术的盒箱 1 的前视图。盒箱 1 包括两 个永久结合在一起的热交换器板 2。板具有构成入口和出口 4、 5、 6、 7 的四个孔眼和带有脊 9 和沟 10 的热传递表面 8。盒箱 1 可以通过将板焊接或钎焊在一起来制造， 由此两个板 2 沿其周边并围绕至少两个口 4、 5、 6、 7 永久结合在一起。板也在热传递表面中结合， 其中一 个板的图案将对着另一个板的图案。板可以例如沿从一个入口 / 出口侧至另一个入口 / 出 口侧延伸的一些纵向线结合。
盒箱由两个相同类型的板制成。在板结合在一起之前， 一个板围绕中心轴线 13 旋 转 180°。 这样， 图案将会相互作用， 使得一个板的图案对着另一个板的图案， 产生多个中间 接触点。当这些接触点的全部或至少一些结合在一起时， 就获得了能够经受特定过压的硬 性盒箱。
板的图案构造成， 当盒箱组装在热交换器中时， 盒箱之间在热交换器表面处没有 接触点。 板还设计成， 当两个板结合而形成盒箱时， 用于所需机械支撑的中间接触点基本上 仅在盒箱内产生， 位于冷却介质通道内。相反， 在孔眼 6 和 7 处， 板完全相互抵接并永久结 合在一起以对试图流过孔眼的流体形成密封。孔眼 4 和 5 构成盒箱的入口和出口。
盒箱通过密封垫圈相互安装。垫圈优选由弹性材料例如橡胶材料制成， 设置在沿 组成盒箱的板的周边并围绕口 6 和 7 延伸的槽中。环形垫圈围绕口 4 和 5。垫圈的作用是 密封两个盒箱之间的空间， 由此产生产品通道。
图 2 示出了在根据本发明的热交换器中使用的盒箱 11 的前视图。盒箱 11 包括永 久结合在一起的两个热交换器板 12。 板具有构成入口和出口 14、 15、 16、 17 的四个孔眼和带 有脊 19 和沟 20 的热传递表面 18。盒箱 11 可以通过将板焊接或钎焊在一起来制造， 由此两 个板 12 沿其周边并围绕至少两个口 14、 15、 16、 17 永久结合在一起。优选板也在热传递表 面中结合， 其中一个板的图案将对着另一个板的图案。板可以例如沿从一个入口 / 出口侧 至另一个入口 / 出口侧延伸的一些纵向线结合。在本说明书中， 中心轴线 13 也称作横向轴 线或 X 轴线， 纵向轴线或 Y 轴线为沿热交换器板的长度延伸的轴线。
第一盒箱由两个相同类型的板制成。在板结合在一起之前， 一个板围绕中心轴线 13 旋转 180°。这样， 图案将会相互作用， 使得一个板的图案对着另一个板的图案， 产生多 个中间接触点。当这些接触点的全部或至少一些结合在一起时， 就获得了能够经受特定过 压的硬性盒箱。
本发明的板式热交换器包括两个不同类型的盒箱。第一盒箱如上所述。第二盒箱以相同的方式制成， 使用两个相同类型的板， 其中一个板围绕中心轴线 13 旋转 180°。用 于第二盒箱的板的图案与用于第一盒箱的板的图案相同， 但与用于第一盒箱的板相比被旋 转。
第一和第二盒箱的图案构造成， 当盒箱组装在热交换器中时， 盒箱之间在热交换 器表面处没有接触点。
盒箱通过密封垫圈相互安装。垫圈优选由弹性材料例如橡胶材料制成， 设置在沿 组成盒箱的板的周边并围绕口 14 和 15 延伸的槽中。环形垫圈围绕口 16 和 17。垫圈的作 用是密封两个盒箱之间的空间， 由此产生产品通道。
根据本发明， 板还设计成， 用于所需机械支撑的接触点仅在内侧大量出现， 在准备 结合在一起来形成盒箱的两个板之间， 相对的脊相互抵接。相反， 在孔眼 14 和 15 处， 板完 全相互抵接并永久结合在一起以对试图流过孔眼的流体形成密封。孔眼 16 和 17 构成盒箱 的入口和出口。
图 3 示出了板的图案的细节。该图案包括具有脊 19 和沟 20 的皱纹。这些皱纹为 波形， 沿板的表面产生波纹， 平行于中心轴线 13 并因此垂直于通过热交换器中的通道的流 动方向。通过流动通道的主流方向在热交换器的纵向方向上， 即沿 Y 轴。这将被称作热交 换器的流动方向。 波纹的作用是扩大热交换器表面并对流过流动通道的流体产生某种程度上更大 的压力降。波纹可以具有不同的形状。在所示实施例中， 使用的波纹图案已经被证明是成 功的。该波纹图案包括平行于热交换器板的横向方向的直的部分， 斜的部分互连这些直的 部分。在这种情况下， 波纹图案的方向沿着直的部分， 即横向方向。在所示实施例中， 皱纹 图案的方向也沿着横向方向。
还可以使皱纹图案与波纹一起相对于横向方向倾斜。 图案的方向可以相对于横向 轴线倾斜至 30 度。波纹图案的倾斜角将与皱纹图案的倾斜角相同。
图 4 示出了第一盒箱 11 和第二盒箱 21 组装在热交换器中时的细节。第一盒箱 11 设有脊 19 和沟 20， 其间具有倾斜的侧壁 22、 23。第二盒箱 21 同样设有脊 24 和沟 25， 其间 具有倾斜侧壁 26、 27。
图 5 示出了平面 A-A 的横截面。在该图中， 两个脊 19 和 24 之间的距离用 a1 表示， 两个侧壁 22 和 26 之间的距离用 a2 表示， 两个沟 20 和 25 之间的距离用 a3 表示， 两个侧壁 23 和 27 之间的距离用 a4 表示。垂直于表面来测量脊之间、 沟之间或侧壁之间的距离。第 一盒箱 11 和第二盒箱 21 之间的容积构成用于待冷却或加热流体的产品流动通道。 箭头 31 表示用于流体的流动方向。盒箱之间的容积包括脊 19 和 24 之间的腔 28、 侧壁 22 和 26 之 间的腔 29 以及沟 20 和 25 之间的腔 30。距离 a1 和 a3 优选基本相同， 距离 a2 和 a4 优选基 本相同。距离 b 是自沟测量的脊的高度。该值是板的挤压深度。
图 6 示出了平面 B-B 的横截面。在该图中， 如同图 5， 两个脊 19 和 24 之间的距离 用 a1 表示， 两个侧壁 22 和 26 之间的距离用 a2 表示， 两个沟 20 和 25 之间的距离用 a3 表示， 两个侧壁 23 和 27 之间的距离用 a4 表示。垂直于表面来测量脊之间、 沟之间或侧壁之间的 距离。 第一盒箱 11 和第二盒箱 21 之间的容积构成用于待冷却或加热流体的产品流动通道。
由于侧壁之间的距离小于脊之间和沟之间的距离， 即距离 a2 小于 a1 和 a3， 侧壁并 因此腔 29 将构成用于流体的节流部分。通过使该节流部分在热交换器的宽度上保持恒定，
产品通道中的材料堵塞和积聚的问题得到最小化。通过使该节流部分保持恒定， 在流动通 道中就没有会使材料开始积聚的位置， 因为流速在热交换器的整个宽度上将会基本相同。
在本发明的热交换器中， 侧壁之间的距离， 即距离 a2， 在整个热交换器上基本保持 恒定。基本保持恒定是指侧壁之间的距离变化在制造热交换器板时产生的公差之内。优选 用于盒箱的挤压板的公差小于板的挤压深度的 1/10。 更优选用于盒箱的挤压板的公差小于 板的挤压深度的 1/50。最优选用于盒箱的挤压板的公差小于板的挤压深度的 1/100。这些 范围中的公差在挤压热交换器板时是可以经济地获得的。这意味着用于具有 10mm 范围的 挤压深度的板的典型公差可以在 1mm 至 0.1mm 的范围内。
为了获得两个相邻盒箱的侧壁之间的恒定距离， 用于第一和第二盒箱的两个板型 的图案相对于沟和脊的宽度是不对称的。在描述的实施例中， 这意味着沟 20 的宽度， 即侧 壁 22、 23 的下部之间的距离， 相比在波纹图案的斜的部分 ( 即当沟的方向相对于流动方向 倾斜时， 图 6) 处， 在波纹图案的直的部分 ( 即当沟沿着垂直于流动方向的横向方向时， 图 5) 处要更大。
本发明不应被认为局限于上述实施例， 在所附权利要求的范围内可以有多种另外 的变型和修改。在一个实施例中， 热交换器盒箱可以使用不同的板的图案。
附图标记 现有技术 1： 盒箱 2： 板 3： 中心轴线 4： 口 5： 口 6： 口 7： 口 8： 热传递表面 9： 脊 10 ： 沟 11 ： 盒箱 12 ： 板 13 ： 中心轴线 14 ： 口 15 ： 口 16 ： 口 17 ： 口 18 ： 热传递表面 19 ： 脊 20 ： 沟 21 ： 第二盒箱 22 ： 侧壁30 ： 腔 31 ： 流动方向23 ： 侧壁 24 ： 脊 25 ： 沟 26 ： 侧壁 27 ： 侧壁 28 ： 腔 29 ： 腔