CN101918784B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种在热交换器匣盒中的斜衬垫支架(22)，该热交换器匣盒适合于具有免接触式流动通道(28)的热交换器，其中匣盒(11，29)包括两个相同类型的板(12)，其中各板具备具有多个脊部(19)和谷部(20)的波纹状图案，其特征在于，斜衬垫支架(22)包括沿着斜衬垫凹槽(21)彼此相邻地定位的多个凹口(23)和凸出(24)。这种斜衬垫支架的优点在于，获得在该斜衬垫处的免接触式支撑。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及具有免接触式(contact-free)分配通道的板式热交换器中的衬垫支架(gasket support)。本发明还涉及包括具有衬垫支架的多个热交换器匣盒(cassette)的热交换器。 

背景技术

食品制造典型地以需要加工和处理高粘度产品为特征，例如，用于碳酸饮料、汁、汤、乳制品以及其它流体一致性产品的浓缩物。由于自然的原因，在这方面的卫生愿望和期望非常高以满足各个管理机构的要求。包含颗粒或纤维的高粘度流体还用于该工业的其它领域，例如在不同的加工工业中。 

板式热交换器由于许多不同的目的而用于该工业中。使用例如用于食品工业中的板式热交换器的一个问题是，有些产品包含混合在流体中的纤维和其它固体材料。在大多数板式热交换器中，热交换器包括一种板，其与每隔一个旋转180度的板一起装配，以形成用于流体的两个不同的通道，一个通道用于冷却介质，一个通道用于待冷却的产品。在各个板之间提供密封。这种布置节约成本并用于许多应用，但是当涉及到包括纤维和其它固体材料的饮料和其它产品时表现出一些缺点，这是因为板将在一些接触点上彼此支承。各个板具有脊部和谷部，以便一方面提供机械刚度而另一方面改善流体的热交换。该板将在板的图案彼此交会的位置彼此支承，这将改善板组件的机械刚度。这尤其在流体具有不同压力时是重要的。彼此支承的板的缺点在于，各支承点将构成流量限制，在此处包含在流体中的材料可被捕获并可积累。积累的材料将进一步限制流量，从而导致更多材料积累。 这将有些类似于河流三角洲的形成，其中，小的流量差异将沉积一些材料，而这些材料反过来导致更多材料沉积。 

对于板式热交换器中关于材料堵塞的问题的一个解决方案是，使用产品通道是免接触式的热交换器。这种热交换器减少在产品通道中的材料积累。然而，重要的是，接近密封衬垫的区域也设计成不积累材料，并且它们同时是机械坚硬的。一个这种特定区域是围绕所谓的斜衬垫(diagonal gasket)的区域。 

US4781248A描述在进口和出口区域与传热区域之间的范围中具有华夫饼干状(waffle-like)的网格结构图案的热交换器。华夫饼干状的图案用于改善热交换器中的流量分配。 

US4403652描述具有免接触式通道的热交换器。该热交换器包括具有由腹板和通过铸造制成的特定集管分段连接的两个侧面的特定的、挤压成型的热面板。由于集管分段是铸造的，故围绕衬垫的区域可设计成没有脆弱点。这种解决方案是非常昂贵和复杂的，但可用于一些应用。 

为了在将传统的热交换器板用于免接触式的板式热交换器时获得足够的坚硬性，板例如通过焊接或铜焊成对地永久联接在一起。这样，两个板形成在板之间具有多个接触点的匣盒，其中接触点以及板的边缘联接在一起。匣盒将是足够坚硬的，以处理两种流体之间的压力差，从而实现免接触式的产品通道。一个具有免接触式通道的板式热交换器从JP2001272194中已知。在该热交换器中，具有纵向凹槽的相同类型的两个板永久地彼此连接以形成匣盒，其中形成纵向通道用于热交换流体。这种匣盒使用衬垫堆叠，从而在两个匣盒之间形成免接触式的产品通道。 

另一个具有免接触式的产品通道的热交换器在W02006/080874中公开。在该公开的热交换器中，使用垂直于流向的波纹状的和起伏状的图案，以便为板提供坚硬性并改善两种流体之间的传热。由于围绕斜衬垫凹槽的区域相对于热交换器板的图案成角度，故脊部和谷部在衬垫凹槽处将是不对称的。由于这种不对称，在斜衬垫凹槽中的支撑点之间的距离将是不规则的，这将在衬垫凹槽中产生具有非均匀的机械刚度的弱区域。该弱区域，即其中支撑点之间的距离较大，可能不能够充分地支撑衬垫，这在压力超过特定值时可导致迫使衬垫脱离凹槽。这可导致产品通路中的泄漏并还可导致热交换器板的显著变形。

在WO2006/080874中公开的热交换器是所谓的半焊接板式热交换器，也就是说，热交换器包括通过将热交换器板成对地焊接或硬焊到一起而形成的许多匣盒。焊缝通常沿着匣盒的侧边缘并围绕孔口延伸。衬垫布置在相应的匣盒之间，并通常由橡胶材料制成且位于热交换器板的凹槽中。一种流体在匣盒内流动，另一种流体在匣盒之间流动。匣盒内的流动通道是用于加热/冷却流体的，匣盒之间的流动通道是用于纤维性流体的。半焊接板式热交换器容许较高的压力并使得开启板组件和清洁成对的焊接热交换器板之间的空间成为可能。代替在热交换器板的传热表面周围的、每隔一个板之间的空间中的衬垫的焊接减少衬垫更换的需要并提高安全性。 

这些解决方案对一些应用可起作用，但是它们仍表现出一些弱点。因此，存在改进的余地。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于具有免接触式流动通道的板式热交换器的改进的斜衬垫支架。 

利用在适合于具有免接触式流动通道的热交换器的热交换器匣盒中的斜衬垫支架，其中匣盒包括相同类型的两个板，各板具备具有多个脊部和谷部的波纹状的图案，本发明的目的得以实现，因为斜衬垫支架包括沿着斜衬垫凹槽彼此相邻地定位的多个凹口和凸出。 

通过斜衬垫支架的第一实施例，获得了允许密封衬垫的机械刚性支撑并同时允许在接近斜密封衬垫的区域中的免接触式的产品通道的衬垫支架。这将允许围绕整个匣盒的可靠密封。 

在本发明的斜衬垫支架的有利改进中，两个板的凹口彼此支承。这允许坚硬的以及因此刚性的斜衬垫凹槽。 

在本发明的斜衬垫支架的有利改进中，两个板的凹口彼此永久地联接。这允许坚硬的和刚性的斜衬垫凹槽，其可处理两个方向的高压，即产品通道中的超压和负压。 

在本发明的斜衬垫支架的另一个有利改进中，该斜衬垫支架定位在斜衬垫凹槽和传热表面之间。它的优点在于，在加热/冷却介质的通道中获得支撑，而不干扰免接触式的产品通道。这还将改善斜密封衬垫的支撑。 

在本发明的斜衬垫支架的有利的进一步改进中，斜衬垫支架包括旁路通道。这是有利的，因为由于流体可流入旁路通道而不被支撑点干扰，故这改善了流体的流动特性。 

在本发明的斜衬垫支架的有利的进一步改进中，凹口和凸出是矩形。这产生密封凹槽的良好坚硬性和用于支撑点的大的接触面积。 

在本发明的斜衬垫支架的有利的进一步改进中，凹口和凸出是圆形。这也将产生密封凹槽的良好坚硬性和用于支撑点的大的接触面积。 

在本发明的热交换器中，包括具有斜衬垫支架的多个热交换器匣盒。这允许具有改进的可靠性的改进的热交换器，其可经受两个通道之间的较高压差。 

在本发明的热交换器的有利的进一步改进中，在两个匣盒之间的免接触式通道中的两个斜衬垫支架之间的最短距离至少等于两个匣盒的传热表面之间的最短距离。它的优点在于改进流动特性，因为在斜衬垫支架处将不存在将有害地限制流量的任何区域。 

在本发明的热交换器的有利的进一步改进中，热交换器包括一种类型的匣盒。它的优点在于，该热交换器在生产方面节约成本。 

在本发明的热交换器的有利的进一步改进中，在两个匣盒之间的免接触式通道中的两个斜衬垫支架之间的最短距离是两个凸出之间的距离a。当该热交换器使用一种类型的匣盒时，相邻匣盒的凸出将彼此相邻地排成一行。对于这种热交换器，重要的是该距离不有害地限制流量从而导致包含在流体中的材料的堵塞。 

在本发明的热交换器的有利的进一步改进中，热交换器包括两种不同类型的匣盒。它的优点在于匣盒的流动型式，以及因此可优化热交换器的性能。 

在本发明的热交换器的有利的进一步改进中，在两个匣盒之间的免接触式通道中的两个斜衬垫支架之间的最短距离是两个凸出的侧壁之间的距离b。当该热交换器使用两种不同类型的匣盒时，一个匣盒的凸出将与下一个匣盒的凹口排成一行。对于这种热交换器，重要的是该距离不有害地限制流量从而导致包含在流体中的材料的堵塞。 

在本发明的热交换器的有利的进一步改进中，热交换器匣盒由表面涂层覆盖。它的优点在于，由于在热交换器中的两个相邻匣盒的匣盒在免接触式通道中彼此不接触，故在免接触式通道中不存在点承受损耗。因此，覆盖免接触式通道的表面而没有涂层将损耗的风险是可能的。由于涂层将不损耗，故维护大大降低并获得可靠的涂层。 

在本发明的热交换器的有利的进一步改进中，表面涂层施加到由密封衬垫包围的表面上。它的优点在于，仅仅覆盖免接触式通道的有效表面，这减少涂料量并因此降低涂层的成本。 

附图说明

通过参考附图中示出的实施例，本发明将在下文中更详细地描述，其中， 

图1示出在具有免接触式流动通道的板式热交换器中的现有技术 的斜衬垫支架， 

图2示出用于包括根据本发明的斜衬垫支架的热交换器的板的前视图， 

图3示出根据本发明的斜衬垫支架的第一实施例的详图， 

图4示出根据本发明的密封衬垫和斜衬垫支架的视图， 

图5示出当用于第一种热交换器匣盒时衬垫支架的横截面A-A，以及 

图6示出当用于第二种热交换器匣盒时衬垫支架的横截面A-A。 

具体实施方式

具有在下文中描述的进一步改进的本发明的实施例仅仅视为实例，绝不用于限制由权利要求设置的保护范围。 

图1示出在WO2006/080874中公开的用于热交换器的现有技术的免接触式匣盒的一部分。该热交换器匣盒1包括构成进入口5和排出口6的两个孔口和具有脊部3和谷部4的传热表面2。该板还包括适合于密封热交换器中的流体通道的密封衬垫。衬垫7密封免接触式的产品流动通道，环形衬垫8密封用于冷却/加热流体的端口。衬垫7包括斜衬垫分段9，其限定在进入口和排出口的分配区域处的产品通道的边界。斜衬垫分段9位于斜衬垫凹槽中。由于斜衬垫凹槽相对于匣盒的长度轴线成角度，以及热交换图案也包括成角度的分段，故接近斜衬垫凹槽的图案将是不对称的，其具有带有不同宽度的脊部和谷部。由于当匣盒组装时接近斜衬垫凹槽的图案构成匣盒中的斜衬垫支架，故斜衬垫支架将具有沿着其长度的不同的机械性能。斜衬垫凹槽本身不支承在匣盒中的其它板上，这意味着斜衬垫仅仅通过接近斜衬垫凹槽的图案支撑。由于该匣盒将用于具有免接触式的产品通道的热交换器中，故接近该斜衬垫凹槽的图案不能支承在另一个匣盒的相邻板上。斜衬垫支架的刚度因此通过接近该斜衬垫凹槽的图案确定。由于斜衬垫凹槽沿着其长度的变化的刚度，故斜衬垫上的最大允许压力 因此受限。 

匣盒由两个同样类型的板组成。在板联接之前，一个板围绕水平中心轴线旋转180°。这样，图案将相互作用以便一个板的图案将支承在另一个板的图案上，从而产生多个中间接触点。当这些接触点中的所有或至少一些联接到一起时，可获得在匣盒内以及在匣盒之间将经受一定超压的刚性匣盒。 

图2示出用于具有免接触式流动通道的热交换器的根据本发明的匣盒11的前视图。匣盒11包括永久地联接到一起的两个热交换器板12。该板具有构成进入口和排出口14，15，16，17的至少四个孔口和具有脊部19和谷部20的传热表面18。匣盒11可例如通过将板焊接、硬焊或粘接到一起而形成，由此两个板12以已知的方式永久地联接到一起以便在匣盒内部生成流动通道，优选地，板也在传热表面上联接，其中一个板的图案将支承在另一个板的图案上。这是有利的，因为该匣盒将用于具有免接触式流动通道的热交换器。传热表面的支撑将因此仅仅来自于该匣盒中的另一个板。板可例如沿着一些从一个进口/出口侧抵达另一个进口/出口侧的纵向线相联接。该匣盒还包括当组装匣盒以形成热交换器时密封衬垫安装在其中的斜衬垫凹槽21。 

图3示出围绕斜衬垫凹槽21的区域的详图。该匣盒还包括具有沿着斜衬垫凹槽21的主要部分彼此相邻地定位的多个凹口23和凸出24的本发明的斜衬垫支架22。在本实例中该凹口和凸出是矩形，但是它们也可具有其它形状，诸如圆形或半圆形。斜衬垫凹槽21直接相邻于斜衬垫凹槽21定位，以便当匣盒安装在热交换器中时密封衬垫将支承在凸出24的侧面上。斜衬垫支架22定位在斜衬垫凹槽21和传热表面18之间。当两个板组装成匣盒时，凹口和凸出将形成两个板将支承在其上的接触点。这些接触点的至少一些例如通过使用与用于组装匣盒的方法相同的方法优选地联接在一起。 

图4示出具有斜衬垫分段25的斜衬垫支架区域的视图。在热交换器板的传热表面的图案和斜衬垫支架之间是生成的狭窄的旁路通 道26。该旁路通道将帮助流体分配到整个传热表面。 

在第一实施例中，热交换器包括由两个相同类型的板制成的一个匣盒类型11。在板联接之前，一个板围绕中心轴线旋转180°。这样，图案将相互作用以便一个板的图案将支承在另一个板的图案上，从而在该匣盒内部产生多个中间接触点。当这些接触点中的所有或至少一些永久地联接在一起时，可获得将经受一定超压的刚性匣盒。由于匣盒中的一个板被翻转，故斜衬垫支架22将包括两个凹口23联接在一起的区域和两个凸出24形成空腔的区域。 

当相同类型的匣盒堆叠以形成热交换器时，免接触式通道27将具有如在图5中所看到的横截面A-A。在这个实施例中，第一匣盒的凸出24将相邻于第二匣盒的凸出24。同样，第一匣盒的凹口23将相邻于第二匣盒的凹口23。在这个实施例中，凸出24之间的容积将限制流体的流量。该凸出之间的距离a将决定流量限制的幅度。优选地，该凸出之间的距离等于或大于免接触式流动通道中的任何表面之间的最小距离。这样，获得没有流动限制点的均匀流量，以便不存在材料将在免接触式流动通道中开始积累的点。该凸出的高度因此适合于密封衬垫和热交换器板的图案的尺寸。 

在第二实施例中，热交换器包括由第一类型的两个热交换器板制成的第一匣盒类型11和由第二类型的两个板制成的第二匣盒类型29。在匣盒中，一个板在板联接以形成匣盒之前围绕中心轴线旋转180°。这样，图案将相互作用以便一个板的图案将支承在另一个板的图案上，从而产生在该匣盒内部的多个中间接触点。当这些接触点中的所有或至少一些永久地联接在一起，获得将经受一定超压的刚性匣盒。由于匣盒中的一个板被翻转，故斜衬垫支架将包括两个凹口23联接在一起的区域和两个凸出24形成空腔的区域。用于第二匣盒的板具有与用于第一匣盒的板相同的图案，但是具有与用于第一匣盒的板相比旋转或偏移的图案。 

当第一和第二类型的匣盒堆叠以形成热交换器时，免接触式通道 28将具有如在图6中所看到的横截面A-A。在这个实施例中，第一匣盒的凸出24将相邻于第二匣盒的凹口23。同样，第一匣盒的凹口23将相邻于第二匣盒的凸出24。在这个实施例中，凸出的侧壁之间的容积将限制流体的流量。该凸出的侧壁之间的距离b将决定流量限制的幅度。优选地，该凸出的侧壁之间的距离等于或大于免接触式流动通道中的任何表面之间的最小距离。这样，获得没有流量限制点的均匀流量，以便不存在材料将在免接触式流动通道中开始积累的点。该凸出的形状因此适合于密封衬垫和热交换器板的图案的尺寸。 

第一和第二匣盒的图案以此种方式构造，以便当该匣盒组装在热交换器中时，在传热表面处在匣盒之间，即在免接触式流动通道中的密封衬垫的内部，不存在接触点。该匣盒利用密封衬垫彼此安装。优选地由例如橡胶材料的弹性材料制成的衬垫布置在凹槽内，该凹槽沿着匣盒的组成板的外围延伸。该衬垫的目的是密封两个匣盒之间的空间，从而限定作为产品流动通道的免接触式流动通道。热交换器板如此设计以便用于必要的机械支撑的接触点仅仅发生在匣盒的内部、在将联接在一起以形成匣盒的两个板之间、或者密封衬垫的外部。 

具有在匣盒之间不存在接触点的免接触式的产品流动通道的优点在于，传热表面可用特定的涂层覆盖。在现有的免接触式热交换器中，中心传热表面没有接触点，但是在进入口和排出口处、在产品通道中存在一些接触点。 

如果在已知的免接触式的板式热交换器的表面上进行表面处理，该涂层将由于接触点之间的机械磨损而最终损耗或者损坏。当例如防腐涂层在匣盒上损坏时，整个匣盒的涂层将是无用的，这是因为腐蚀将在损坏点处开始，因此该匣盒必须更换。通过使用包括本发明的斜衬垫支架的匣盒，可提供在产品流动通道的内部没有任何接触点的热交换器。这样的热交换器匣盒因此可用不同的表面涂层覆盖，该表面涂层将不会由于匣盒之间的接触点之间的磨损而损耗。通过使用不同的表面涂层，产品通道可被优化用于不同的目的。表面涂层的一个实 例是提高或降低表面摩擦的摩擦涂层。另一个实例是提高或降低表面光洁度的表面涂层或者提高用于匣盒的材料的耐腐蚀性的腐蚀抑制涂层。表面涂层的又一个实例是降低特定物质粘附到该表面的危险的涂层。当使用具有本发明的斜衬垫支架的匣盒时其它类型的表面涂层也是可能的。 

本发明将不被认为局限于上文所述的实施例，在权利要求书的范围内许多其它的变型和改进是可能的。在一个实例中，不同的衬垫支架图案可用于热交换器匣盒。 

部件列表 

1    匣盒 

2    传热表面 

3    脊部 

4    谷部 

5    端口 

6    端口 

7    衬垫 

8    环形衬垫 

9    斜衬垫分段 

11   匣盒 

12   板 

13   中心轴线 

14   端口 

15   端口 

16   端口 

17   端口 

18   传热表面 

19   脊部 

20    谷部 

21    斜衬垫凹槽 

22    斜衬垫支架 

23    凹口 

24    凸出 

25    斜衬垫分段 

26    旁路通道 

27    免接触式通道 

28    免接触式通道 

29    第二匣盒 

Claims (13)

1.一种热交换器匣盒，其适合于具有免接触式流动通道(28)的热交换器，其中所述匣盒(11，29)包括：相同类型的两个板(12)，其中各板具备具有多个脊部(19)和谷部(20)的波纹状图案和斜衬垫支架(22)，其特征在于，所述斜衬垫支架(22)包括沿着所述板(12)的斜衬垫凹槽(21)彼此相邻地定位的多个凹口(23)和凸出(24)，其中，所述斜衬垫支架(22)的凹口(23)彼此支承并且彼此永久地联接。

2.根据权利要求1所述的热交换器匣盒，其特征在于，所述斜衬垫支架(22)定位在所述斜衬垫凹槽(21)和所述匣盒的传热表面(18)之间。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器匣盒，其特征在于，所述斜衬垫支架(22)包括定位在所述斜衬垫支架(22)的凹口(23)和凸出(24)与所述匣盒的传热表面(18)之间的旁路通道(26)。

4.根据权利要求1或2所述的热交换器匣盒，其特征在于，所述凹口(23)和凸出(24)是矩形。

5.根据权利要求1或2所述的热交换器匣盒，其特征在于，所述凹口(23)和凸出(24)是圆形。

6.一种具有免接触式流动通道(28)的热交换器，其包括多个根据权利要求1至5中的任一项所述的热交换器匣盒(11，29)。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，在两个匣盒之间的所述免接触式流动通道中的两个斜衬垫支架(22)之间的最短距离至少等于在所述免接触式流动通道(28)中的两个匣盒(11，29)的传热表面之间的最短距离。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括一种类型的匣盒(11，29)。

9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于，在两个匣盒之间的所述免接触式流动通道(28)中的两个斜衬垫支架(22)之间的最短距离是两个凸出(24)之间的距离a。

10.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括两种不同类型的匣盒(11，29)。

11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，在两个匣盒之间的所述免接触式流动通道(28)中的两个斜衬垫支架(22)之间的最短距离是两个凸出(24)的侧壁之间的距离b。

12.根据权利要求6至11中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器匣盒由表面涂层覆盖。

13.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，所述表面涂层施加在所述匣盒的传热表面(18)上。

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