專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有無接觸分布的通道的板式熱交換裝置。該熱交換裝置包括多個盒 箱，其中盒箱構(gòu)成一對永久結(jié)合在一起的熱交換器板。本發(fā)明還涉及包括多個熱交換裝置 的熱交換器。
背景技術(shù)：
食品生產(chǎn)的典型特征是需要加工處理高粘性產(chǎn)品，例如用于碳酸飲料的濃縮物、 果汁、湯、奶制品和其它具有流體濃度的產(chǎn)品。自然，這種情況下的衛(wèi)生渴求和期望是非常 高的以能夠滿足不同政府機構(gòu)的要求。板式熱交換器在食品行業(yè)中用于多種不同用途。使用用于食品行業(yè)的板式熱交換 器的一個問題是一些產(chǎn)品包含混入流體的纖維和其它固體材料。在多數(shù)板式熱交換器中， 熱交換器包括一種類型的板，其與旋轉(zhuǎn)180度的每一另外的板安裝在一起來形成用于流體 的兩個不同通道，一個通道用于冷卻介質(zhì)，另一個通道用于待冷卻的產(chǎn)品。在各板之間設(shè)有 密封。這種布置節(jié)約成本并且對許多應(yīng)用有效，但對包括纖維和其它固體材料的飲料等來 說就有一些缺陷，因為板會在一些接觸點相互支撐。每個板設(shè)有脊和溝以一方面提供機械 硬度而另一方面改善對液體的熱交換。在板的圖案會合的地方板將相互支撐，這將改善板 包裝的機械硬度。板相互支撐的一個缺陷是各支撐點會構(gòu)成節(jié)流部分，在此液體中包含的 材料會滯留并積聚。積聚的材料會進一步限制流動，造成更多的材料積聚。這有些類似河 口三角洲的形成，其中小的流動差異會沉積一些材料，其又導(dǎo)致更多的材料沉積。在板式熱交換器中材料堵塞問題的一個解決方案是使用產(chǎn)品通道無接觸的熱交 換器。這種類型的熱交換器減少了產(chǎn)品通道中材料的積聚。US4403652描述了具有無接觸通道的熱交換器。該熱交換器包括特定擠壓成型的 熱板，熱板具有由腹板連接的兩個側(cè)面和通過鑄造制成的特定的集管部分。當(dāng)板疊置來形 成熱交換器時，獲得了無接觸的通道。該方案相當(dāng)費錢且復(fù)雜，但對一些應(yīng)用是有效的。當(dāng)使用用于無接觸板式熱交換器的傳統(tǒng)的熱交換器板時，為了獲得足夠的剛性， 板成對地通過例如焊接或釬焊永久結(jié)合在一起。這樣，兩個板形成盒箱，板之間具有多個接 觸點，其中接觸點以及板的邊緣結(jié)合在一起。盒箱足夠剛硬以應(yīng)付兩種流體之間的一些壓 力差，由此確保無接觸產(chǎn)品通道。一種具有無接觸通道的板式熱交換器見于JP2001272194。 在該熱交換器中，具有縱向槽的相同類型的兩個板永久結(jié)合在一起來形成盒箱，其中形成 的縱向通道用于熱交換流體。這種盒箱使用墊圈進行疊置，由此在兩個盒箱之間形成無接 觸產(chǎn)品通道。W02006/080874公開了另一種具有無接觸產(chǎn)品通道的熱交換器。在該公開的熱交 換器中，使用垂直于流動方向的皺紋和波紋圖案以對板提供剛性并且也改善兩種流體之間 的熱傳遞。為此，需要兩種不同類型的板。第一種類型的兩個板形成第一盒箱，第二種類型 的兩個板形成第二盒箱。板的圖案使得當(dāng)兩個盒箱放置在一起時形成產(chǎn)品通道，其中板沒 有相互支撐。根據(jù)熱交換器的尺寸，無接觸產(chǎn)品通道中的板之間的距離可以在2-12mm范圍內(nèi)。這種類型的熱交換器減少了產(chǎn)品通道中至少一些材料的積聚。W02006/080874公開的熱交換器是所謂的半焊接板式熱交換器，即包括通過將熱 交換器板成對焊接在一起而形成的多個盒箱的熱交換器。焊縫通常沿盒箱的側(cè)邊延伸并圍 繞孔眼。墊圈設(shè)置在相應(yīng)的盒箱之間并通常由橡膠材料制成且位于熱交換器板的槽中。一 種流體在盒箱內(nèi)流動，另一種流體在盒箱之間流動。盒箱內(nèi)的流動通道用于加熱/冷卻流 體，盒箱之間的流動通道用于含纖維的流體。半焊接板式熱交換器容忍相當(dāng)高的壓力并可 以打開板包裝來清潔成對焊接的熱交換器板之間的空間。替換圍繞熱交換器板的熱交換表 面的板之間的各第二空間中的墊圈的焊接減少了墊圈更換的需要并增強了安全性。這些方案可以對一些應(yīng)用有效，但它們?nèi)匀痪哂心承┤毕?。一個缺陷是縱向流體 通道提供了比較差的熱傳遞，其又導(dǎo)致需要相當(dāng)大的熱交換器。因此尚有改進的余地。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進的具有非接觸產(chǎn)品通道的熱交換器。根據(jù)本發(fā)明，該問題的解決方案描述在權(quán)利要求1的特征部分中。權(quán)利要求2至 6包含熱交換裝置的有利實施例。權(quán)利要求7包含有利的熱交換器。熱交換裝置，包括多個盒箱，其中第一盒箱包括兩個第一類型的板，第二盒箱包括 兩個第二類型的板，其中每個板設(shè)有皺紋圖案，皺紋圖案具有多個脊和溝，脊和溝之間具有 側(cè)壁，其中皺紋圖案包括平行于皺紋圖案的方向的波紋，并且其中盒箱以預(yù)定距離相互鄰 近安裝，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的兩個相鄰盒箱(11、21)的側(cè)壁(22、23、26、27)之間的 垂直距離(B2)在熱交換裝置的寬度上基本恒定。通過該熱交換裝置的第一實施例，獲得的產(chǎn)品通道中的節(jié)流部分在熱交換器的寬 度上是恒定的。由于盒箱的側(cè)壁之間的距離所造成的節(jié)流部分在熱交換器的寬度上是恒定 的，熱交換器中將沒有材料會具有較低流速的區(qū)域，因此將沒有材料會開始積聚的區(qū)域。這種優(yōu)點是，該盒箱可以用于熱交換器中來加熱或冷卻含顆?；蚶w維的流體而沒 有顆粒阻塞流體流。在本發(fā)明的有利改進中，熱交換器板的皺紋圖案基本垂直于熱交換器的主流方 向。這進一步改善了熱交換器的熱交換特性。在本發(fā)明的另一個有利改進中，第一盒箱的側(cè)壁與第二盒箱的側(cè)壁之間的距離差 小于脊的高度的1/10。這種優(yōu)點是改善了熱交換器的熱交換特性。更為精確來說，因為盒 箱寬度上的節(jié)流部分的差異被減小，流體的流速差就被減小。在本發(fā)明的另一個有利改進中，第一盒箱的側(cè)壁與第二盒箱的側(cè)壁之間的距離差 小于脊的高度的1/50。這種優(yōu)點是進一步改善了熱交換器的熱交換特性。在本發(fā)明的另一個有利改進中，第一盒箱的側(cè)壁與第二盒箱的側(cè)壁之間的距離差 小于脊的高度的1/100。這種優(yōu)點是進一步改善了熱交換器的熱交換特性。在本發(fā)明的熱交換器中，包括多個熱交換器盒箱。這種優(yōu)點是獲得了用于粘性流 體的熱交換器。


以下將參照附圖中示出的實施例來更加詳細地描述本發(fā)明，其中
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的熱交換器，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器中使用的板的前視圖，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的第一實施例的細節(jié)，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器中的兩個相鄰設(shè)置的盒箱的細節(jié)，圖5示出了根據(jù)圖4的盒箱的橫截面A-A，以及。圖6示出了根據(jù)圖4的盒箱的橫截面B-B。
具體實施例方式以下描述的具有進一步擴展的本發(fā)明的實施例只是用作示例，絕非用于限制權(quán)利 要求的保護范圍。圖1示出了 W02006/080874中公開的現(xiàn)有技術(shù)的盒箱1的前視圖。盒箱1包括兩 個永久結(jié)合在一起的熱交換器板2。板具有構(gòu)成入口和出口 4、5、6、7的四個孔眼和帶有脊 9和溝10的熱傳遞表面8。盒箱1可以通過將板焊接或釬焊在一起來制造，由此兩個板2 沿其周邊并圍繞至少兩個口 4、5、6、7永久結(jié)合在一起。板也在熱傳遞表面中結(jié)合，其中一 個板的圖案將對著另一個板的圖案。板可以例如沿從一個入口/出口側(cè)至另一個入口/出 口側(cè)延伸的一些縱向線結(jié)合。盒箱由兩個相同類型的板制成。在板結(jié)合在一起之前，一個板圍繞中心軸線13旋 轉(zhuǎn)180°。這樣，圖案將會相互作用，使得一個板的圖案對著另一個板的圖案，產(chǎn)生多個中間 接觸點。當(dāng)這些接觸點的全部或至少一些結(jié)合在一起時，就獲得了能夠經(jīng)受特定過壓的硬 性盒箱。板的圖案構(gòu)造成，當(dāng)盒箱組裝在熱交換器中時，盒箱之間在熱交換器表面處沒有 接觸點。板還設(shè)計成，當(dāng)兩個板結(jié)合而形成盒箱時，用于所需機械支撐的中間接觸點基本上 僅在盒箱內(nèi)產(chǎn)生，位于冷卻介質(zhì)通道內(nèi)。相反，在孔眼6和7處，板完全相互抵接并永久結(jié) 合在一起以對試圖流過孔眼的流體形成密封?？籽?和5構(gòu)成盒箱的入口和出口。盒箱通過密封墊圈相互安裝。墊圈優(yōu)選由彈性材料例如橡膠材料制成，設(shè)置在沿 組成盒箱的板的周邊并圍繞口 6和7延伸的槽中。環(huán)形墊圈圍繞口 4和5。墊圈的作用是 密封兩個盒箱之間的空間，由此產(chǎn)生產(chǎn)品通道。圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的熱交換器中使用的盒箱11的前視圖。盒箱11包括永 久結(jié)合在一起的兩個熱交換器板12。板具有構(gòu)成入口和出口 14、15、16、17的四個孔眼和帶 有脊19和溝20的熱傳遞表面18。盒箱11可以通過將板焊接或釬焊在一起來制造，由此兩 個板12沿其周邊并圍繞至少兩個口 14、15、16、17永久結(jié)合在一起。優(yōu)選板也在熱傳遞表 面中結(jié)合，其中一個板的圖案將對著另一個板的圖案。板可以例如沿從一個入口/出口側(cè) 至另一個入口 /出口側(cè)延伸的一些縱向線結(jié)合。在本說明書中，中心軸線13也稱作橫向軸 線或X軸線，縱向軸線或Y軸線為沿?zé)峤粨Q器板的長度延伸的軸線。第一盒箱由兩個相同類型的板制成。在板結(jié)合在一起之前，一個板圍繞中心軸線 13旋轉(zhuǎn)180°。這樣，圖案將會相互作用，使得一個板的圖案對著另一個板的圖案，產(chǎn)生多 個中間接觸點。當(dāng)這些接觸點的全部或至少一些結(jié)合在一起時，就獲得了能夠經(jīng)受特定過 壓的硬性盒箱。本發(fā)明的板式熱交換器包括兩個不同類型的盒箱。第一盒箱如上所述。第二盒箱以相同的方式制成，使用兩個相同類型的板，其中一個板圍繞中心軸線13旋轉(zhuǎn)180°。用 于第二盒箱的板的圖案與用于第一盒箱的板的圖案相同，但與用于第一盒箱的板相比被旋 轉(zhuǎn)。第一和第二盒箱的圖案構(gòu)造成，當(dāng)盒箱組裝在熱交換器中時，盒箱之間在熱交換 器表面處沒有接觸點。盒箱通過密封墊圈相互安裝。墊圈優(yōu)選由彈性材料例如橡膠材料制成，設(shè)置在沿 組成盒箱的板的周邊并圍繞口 14和15延伸的槽中。環(huán)形墊圈圍繞口 16和17。墊圈的作 用是密封兩個盒箱之間的空間，由此產(chǎn)生產(chǎn)品通道。根據(jù)本發(fā)明，板還設(shè)計成，用于所需機械支撐的接觸點僅在內(nèi)側(cè)大量出現(xiàn)，在準(zhǔn)備 結(jié)合在一起來形成盒箱的兩個板之間，相對的脊相互抵接。相反，在孔眼14和15處，板完 全相互抵接并永久結(jié)合在一起以對試圖流過孔眼的流體形成密封?？籽?6和17構(gòu)成盒箱 的入口和出口。圖3示出了板的圖案的細節(jié)。該圖案包括具有脊19和溝20的皺紋。這些皺紋為 波形，沿板的表面產(chǎn)生波紋，平行于中心軸線13并因此垂直于通過熱交換器中的通道的流 動方向。通過流動通道的主流方向在熱交換器的縱向方向上，即沿Y軸。這將被稱作熱交 換器的流動方向。波紋的作用是擴大熱交換器表面并對流過流動通道的流體產(chǎn)生某種程度上更大 的壓力降。波紋可以具有不同的形狀。在所示實施例中，使用的波紋圖案已經(jīng)被證明是成 功的。該波紋圖案包括平行于熱交換器板的橫向方向的直的部分，斜的部分互連這些直的 部分。在這種情況下，波紋圖案的方向沿著直的部分，即橫向方向。在所示實施例中，皺紋 圖案的方向也沿著橫向方向。還可以使皺紋圖案與波紋一起相對于橫向方向傾斜。圖案的方向可以相對于橫向 軸線傾斜至30度。波紋圖案的傾斜角將與皺紋圖案的傾斜角相同。圖4示出了第一盒箱11和第二盒箱21組裝在熱交換器中時的細節(jié)。第一盒箱11 設(shè)有脊19和溝20，其間具有傾斜的側(cè)壁22、23。第二盒箱21同樣設(shè)有脊24和溝25，其間 具有傾斜側(cè)壁26、27。圖5示出了平面A-A的橫截面。在該圖中，兩個脊19和24之間的距離用 表示， 兩個側(cè)壁22和26之間的距離用a2表示，兩個溝20和25之間的距離用a3表示，兩個側(cè)壁 23和27之間的距離用a4表示。垂直于表面來測量脊之間、溝之間或側(cè)壁之間的距離。第 一盒箱11和第二盒箱21之間的容積構(gòu)成用于待冷卻或加熱流體的產(chǎn)品流動通道。箭頭31 表示用于流體的流動方向。盒箱之間的容積包括脊19和24之間的腔28、側(cè)壁22和26之 間的腔29以及溝20和25之間的腔30。距離 和a3優(yōu)選基本相同，距離a2和a4優(yōu)選基 本相同。距離b是自溝測量的脊的高度。該值是板的擠壓深度。圖6示出了平面B-B的橫截面。在該圖中，如同圖5，兩個脊19和24之間的距離 用 表示，兩個側(cè)壁22和26之間的距離用a2表示，兩個溝20和25之間的距離用a3表示， 兩個側(cè)壁23和27之間的距離用a4表示。垂直于表面來測量脊之間、溝之間或側(cè)壁之間的 距離。第一盒箱11和第二盒箱21之間的容積構(gòu)成用于待冷卻或加熱流體的產(chǎn)品流動通道。由于側(cè)壁之間的距離小于脊之間和溝之間的距離，即距離a2小于和a3，側(cè)壁并 因此腔29將構(gòu)成用于流體的節(jié)流部分。通過使該節(jié)流部分在熱交換器的寬度上保持恒定，產(chǎn)品通道中的材料堵塞和積聚的問題得到最小化。通過使該節(jié)流部分保持恒定，在流動通 道中就沒有會使材料開始積聚的位置，因為流速在熱交換器的整個寬度上將會基本相同。在本發(fā)明的熱交換器中，側(cè)壁之間的距離，即距離a2，在整個熱交換器上基本保持 恒定。基本保持恒定是指側(cè)壁之間的距離變化在制造熱交換器板時產(chǎn)生的公差之內(nèi)。優(yōu)選 用于盒箱的擠壓板的公差小于板的擠壓深度的1/10。更優(yōu)選用于盒箱的擠壓板的公差小于 板的擠壓深度的1/50。最優(yōu)選用于盒箱的擠壓板的公差小于板的擠壓深度的1/100。這些 范圍中的公差在擠壓熱交換器板時是可以經(jīng)濟地獲得的。這意味著用于具有IOmm范圍的 擠壓深度的板的典型公差可以在Imm至0. Imm的范圍內(nèi)。為了獲得兩個相鄰盒箱的側(cè)壁之間的恒定距離，用于第一和第二盒箱的兩個板型 的圖案相對于溝和脊的寬度是不對稱的。在描述的實施例中，這意味著溝20的寬度，即側(cè) 壁22、23的下部之間的距離，相比在波紋圖案的斜的部分(即當(dāng)溝的方向相對于流動方向 傾斜時，圖6)處，在波紋圖案的直的部分(即當(dāng)溝沿著垂直于流動方向的橫向方向時，圖5) 處要更大。本發(fā)明不應(yīng)被認為局限于上述實施例，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以有多種另外 的變型和修改。在一個實施例中，熱交換器盒箱可以使用不同的板的圖案。附圖標(biāo)記現(xiàn)有技術(shù)1 盒箱2 板3:中心軸線4 口5 口6 口7 口8 熱傳遞表面9 脊10 -M11 盒箱30 腔12:板31 流動方向13:中心軸線14 口15 口16 口17 口18 熱傳遞表面19 脊20 溝21 第二盒箱22:側(cè)壁
23 側(cè)壁
24脊
25溝
26側(cè)壁
27側(cè)壁
28腔
29腔
權(quán)利要求
熱交換裝置，包括多個盒箱(11、21)，其中第一盒箱(11)包括兩個第一類型的板，第二盒箱(21)包括兩個第二類型的板，其中每個板設(shè)有皺紋圖案，皺紋圖案具有多個脊(19、24)和溝(20、25)，脊和溝之間具有側(cè)壁(22、23、26、27)，其中皺紋圖案包括平行于皺紋圖案的方向的波紋，并且其中盒箱以預(yù)定距離相互鄰近安裝，其特征在于，兩個相鄰盒箱(11、21)的側(cè)壁(22、23、26、27)之間的垂直距離(a2)在熱交換裝置的寬度上基本恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換裝置，其特征在于，熱交換器板的皺紋圖案基本垂直于熱 交換器的主流方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的熱交換裝置，其特征在于，第一盒箱(11)的側(cè)壁(22、23)與 第二盒箱(21)的側(cè)壁(26,27)之間的距離(a2)差小于脊的高度(b)的1/10。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的熱交換裝置，其特征在于，第一盒箱(11)的側(cè)壁(22、23)與 第二盒箱(21)的側(cè)壁(26,27)之間的距離(a2)差小于脊的高度(b)的1/50。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的熱交換裝置，其特征在于，第一盒箱(11)的側(cè)壁(22、23)與 第二盒箱(21)的側(cè)壁(26,27)之間的距離(a2)差小于脊的高度(b)的1/100。
6.熱交換器，包括根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的多個裝置。
全文摘要
熱交換裝置，包括多個盒箱，其中第一盒箱包括兩個第一類型的板，第二盒箱包括兩個第二類型的板，其中每個板設(shè)有皺紋圖案，皺紋圖案具有多個脊和溝，脊和溝之間具有側(cè)壁，其中皺紋圖案包括平行于皺紋圖案的方向的波紋，并且其中盒箱以預(yù)定距離相互鄰近安裝，其特征在于，兩個相鄰盒箱的側(cè)壁之間的垂直距離在熱交換裝置的寬度上基本恒定。該裝置的優(yōu)點是熱交換器中的節(jié)流部分的差異被最小化。
文檔編號F28D9/00GK101903733SQ200880121385
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者J·克蘭茨 申請人:阿爾法拉瓦爾股份有限公司