CN113405385A - 用于板式换热器的换热板以及该板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于板式换热器的换热板，其上设置若干间隔设置的凹谷，所述换热板被若干所述凹谷依次分隔为沿换热板长度方向分布的若干个换热区域，其包括入口换热区域、至少两个且为偶数个的中间换热区域以及出口换热区域，每个所述换热区域上设置有凸起波纹；相邻两个所述中间换热区域的凸起波纹方向相反，且换热面积相等或相近。本发明中相邻换热板之间形成流道，使介质通过换热区域时均布于换热板面，各处的介质流量流速基本相同，提高了介质的均温性，降低了介质的压力降。

Description

用于板式换热器的换热板以及该板式换热器

技术领域

本发明涉及换热板以及板式换热器领域。更具体地说，本发明涉及一种用于板式换热器的换热板以及板式换热器。

背景技术

板式换热器在乳品工业中用于鲜奶的瞬时杀菌和乳制品的冷却，也可大量用在果汁、茶饮料、醋、酒、酱油等行业的加热冷却，是食品工业最理想的杀菌和换热设备。

其中食品杀菌主要采用巴氏杀菌法。巴氏杀菌法法主要有两种：第一种是将牛奶加热到62℃-65℃，保持30min。采用这一方法，可杀死牛奶中各种生长型致病菌，灭菌效率可达97.3％-99.9％，经消毒后残留的只是部分嗜热菌及耐热性菌以及芽孢等，但这些细菌多数是乳酸菌，乳酸菌不但对人无害反而有益健康；第二种方法将牛奶加热到75℃-90℃，保温15s-16s，其杀菌时间更短，工作效率更高。但杀菌的基本原则是，能将病原菌杀死即可，温度太高反而会有较多的营养损失。

现有的板式换热器板型主要采用人字形或者W型。当换热器比较宽，介质从板片角孔流入到换热流道内时，介质无法均匀的布满换热板面，导致介质的均温性差，一部分介质温度超过了杀菌温度，而另一部分介质温度没有达到杀菌温度。最终导致食品介质中一部分因温度过高营养流失，一部分因温度过低未杀菌完全。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于板式换热器的换热板，其上设置若干间隔设置的凹谷，其包括入口凹谷、至少一个中间凹谷以及出口凹谷，所述换热板被若干所述凹谷依次分隔为沿换热板长度方向分布的若干个换热区域，其包括入口换热区域、至少两个且为偶数个的中间换热区域以及出口换热区域，每个所述换热区域上设置有凸起波纹；

相邻两个所述中间换热区域的凸起波纹方向相反，且换热面积相等或相近。

根据本发明的一优选实施方案，所述中间凹谷由两段圆弧无缝拼接而成，二者的凹凸方向相反，且二者所在的圆的直径一致，且两段圆弧分别位于所述换热板沿长度方向的中间分割线的两侧，且两段圆弧的中点与该中间分割线等距离；

所述入口凹谷和所述出口凹谷均为圆弧，且二者的凹凸方向相反；

所有所述中间凹谷的形状结构一致。

根据本发明的一优选实施方案，所述凹谷的宽度为所述凸起波纹的深度的3-6倍，所述凹谷的深度与所述凸起波纹的深度相等或相近。

根据本发明的一优选实施方案，所述换热板的四个角处设置有至少四个孔口，且其中两个所述孔口作为换热板的入口，位于所述入口换热区域内，另外两个所述孔口作为换热板的出口，位于所述出口换热区域内。

根据本发明的一优选实施方案，所述凹谷底部的中心线上设置若干凸起。

根据本发明的一优选实施方案，所述凹谷近似沿着所述换热板的宽度方向贯穿，且每条所述凹谷的两个端点均分别为所述换热板沿长度方向等分点；

所述中间凹谷为奇数条，最中间的所述凹谷的沿其长度方向的中心点近似为所述换热板的中心点。

根据本发明的一优选实施方案，所述中间凹谷中的两段圆弧的两个中点与其中一个所述出口/入口的中心点之间的距离一致，以其中一个所述出口/入口的中心点为圆点，以所述中间凹谷中的两段圆弧的两个中点为弧点可形成圆。

根据本发明的一优选实施方案，所述入口凹谷和所述出口凹谷的圆弧的中点均位于所述换热板沿宽度方向的中间分割线上。

另一实施方案中提供了一种板式换热器，其包括依次堆叠的上端板、至少两个换热板以及下端板，相邻两个所述换热板之间的相对应的凹谷之间形成流道，其中相邻两个所述换热板之间的相对应的入口凹谷之间形成入口流道，相邻两个所述换热板之间的相对应的中间凹谷之间形成中间流道，相邻两个所述换热板之间的相对应的出口凹谷之间形成出口流道，相邻的所述流道和换热区域之间连通，以供介质流通。

其中至少两个相邻的换热板是根据权利要求1-7任一项所述的换热板。

根据本发明的一优选实施方案，对于任一所述流道，相邻两个所述换热板叠加时，二者相应于该流道的凸起相抵，以增强该流道的刚性，或者相邻两个所述换热板中，其中一个设置有凸起，另一个不设置凸起，当两个所述换热板叠加，所述凸起相抵于另一个换热板的凹谷，以增强该流道的刚性。

本发明至少包括以下有益效果：本发明中相邻换热板之间形成流道，使介质通过换热区域时均布于换热板面，各处的介质流量流速基本相同，提高了介质的均温性，降低了介质的压力降。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中单个换热板的结构示意图。

图2为本发明中相邻两个换热板叠加的结构示意图。

图3为本发明中多个换热板叠放时凸起的结构示意图。

图4为本发明中多个换热板叠放时凸起的结构示意图。

图5为本发明中中间凹谷的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示，本发明的一优选实施方案提供一种用于板式换热器的换热板1，本领域技术人员都知道，板式换热器包括依次堆叠的上端板、至少两个换热板1以及下端板，其中相邻两个换热板1呈180°相反叠放，换热板，其上设置若干间隔设置的凹谷234，所述换热板被若干所述凹谷依次分隔为沿换热板长度方向分布的若干个换热区域；这样相邻两个所述换热板1之间的相对应的凹谷234之间就可以形成流道，以供介质流动，且相邻两个换热板1的相应的换热区域将盖合形成相对密封的换热区域，此处相对密封是指，其沿其高度方向的两侧实现密封，使得介质只能在相邻两个换热板1之间的换热区域内横向移动。

上述实施方案中，相邻换热板之间形成流道，介质在所述换热板1的流道内流动时，所述换热板1上的波纹对介质予以很大的阻力。换热板1的进口角孔与出口角孔间近端流动的介质流程短，所受压力降小于远端介质所受压力降。当介质流入凹谷234时，近端介质压强比远端介质压强高。而凹谷234内的介质流动阻力相对较小，近端介质可在凹谷234内流动至远端，使介质流向下一个换热板面时是均匀分布的。从而使得各处的介质流量流速基本相同，提高了介质的均温性，降低了介质的压力降。

需要说明的是，所述凹谷234的数量可根据实际调节，但是其必须是基数条，这样可以保证中间的一条凹谷234可以相对位于所述换热板1沿长度方向的横向的中间位置，且每条凹谷234近似沿着所述换热板1的宽度方向贯穿，这样可以保证所有的介质都必须经过流道才能进入相邻的换热区域，保证流动对所有介质进行均匀分散，避免有介质遗漏。

其中，所述凹谷234包括一条入口凹谷2、基数条中间凹谷3以及一条出口凹谷4，下面具体提供一种包括3条凹谷的情况：一条入口凹谷2、一条中间凹谷3以及一条出口凹谷4，相邻两个所述换热板1之间的相对应的入口凹谷2之间拼接形成入口流道，相对应的中间凹谷3之间拼接形成中间流道，相对应的出口凹谷4之间拼接形成出口流道，相邻的所述流道和换热区域之间连通，以供介质横向流通。

下面具体公开一种换热板1只包括一条入口凹谷2、一条中间凹谷3以及一条出口凹谷4的情况，所述换热板1被一条入口凹谷2、一条中间凹谷3以及一条出口凹谷4依次分隔为沿换热板长度方向分布的4个换热区域，其包括一个入口换热区域5、两个中间换热区域(左侧的中间换热区域6A、右侧的中间换热区域6B)以及一个出口换热区域7，每个所述换热区域上设置有凸起波纹；介质的流动路径：入口换热区域5、入口流道(对应于入口凹谷2的位置，其由两个换热板的两条入口凹谷2拼接而成)、左侧的中间换热区域6A、中间流道(对应于中间凹谷3的位置，其由两个换热板1的两条中间凹谷3拼接而成)、右侧的中间换热区域6B、出口流道(对应于出口凹谷4的位置，其由两个换热板1的两条出口凹谷4拼接而成)。

相邻两个所述中间换热区域6的凸起波纹方向相反，且换热面积相等或相近。此处最好对换热面积相等，换热面积相等或相近可更好的控制介质换热升温或降温的幅度，以免介质在一段过长的换热区域内超温。波纹方向相反可部分抵消换热板压制波纹时的内应力，减轻换热板的扭曲程度，使换热板的密封面、触点更贴合。

根据本发明的一优选实施方案，所述中间凹谷3呈S型，由两段圆弧无缝拼接而成，二者的凹凸方向相反，且二者所在的圆的直径一致，且两段圆弧分别位于所述换热板1沿长度方向的中间分割线Z8(即图中的竖向中心线)的两侧，且两段圆弧的中点与该中间分割线Z8等距离；

下面具体的进行以下描述，所述中间凹谷3为一个正圆弧和一个反圆弧组成的S型，由一个正圆弧和一个反圆弧组成一个S型均布流道。其中正圆弧位于一次侧入口角孔近端侧，其中心线由换热板上的A1、A2、A3点按圆弧连接而成。反圆弧位于一次侧入口角孔远端侧，其中心线由换热板上的A3、A4、A5点按圆弧连接而成。一次侧介质从角孔流至正圆弧和反圆弧的整体流程相近，所受压力降大致相当。同时S型均布流道使二次侧介质流至正圆弧和反圆弧的整体流程相近。若换为直线型或单圆弧型，一方面无法保证一次侧介质、二次侧介质流至正圆弧和反圆弧整体流程相近。另一方面无法保证每一层流道内的中间均布流道在同一方位，导致与一层流道的均布流道相邻的为另一流道的换热区域，降低了换热效率。

需要说明的是，为了提高介质流动的均匀性，进行以下设置，所述入口凹谷2和所述出口凹谷4均为圆弧，且二者的凹凸方向相反；所有所述中间凹谷3的形状结构一致。凹凸方向相反的入口凹谷2、出口凹谷4，且圆弧大小相同，使得一次侧介质流道内的入口凹谷2、出口凹谷4与二次侧介质流道内的入口凹谷2、出口凹谷4是上下相互重叠的，不影响换热效率。

其中一优选实施方案，所述凹谷近似沿着所述换热板1的宽度方向贯穿，且每条所述凹谷的两个端点均分别为所述换热板沿长度方向等分点；

具体为，如图1所示，所述入口凹谷2包括两端点A6、A8和中点A7，所述中间凹谷3包括两端点A1、A5和中点A2、A3、A4，所述出口凹谷4包括两端点A9、A11和中点A10，其中，所述入口凹谷2的两端点A6、A8，所述中间凹谷3的两端点A1、A5，所述出口凹谷4的两端点A9、A11分别为所述换热板1的两条长度边的1/4均分点，A3点位横向中心线Z3与中心线Z8的交点，A7点为横向中心线Z3与右边1/2W中线Z9的交点偏右H3距离点。A10点为横向中心线Z3与左边1/2W中线Z7的交点偏左H4距离点，H4和H3距离一致。入口凹谷2和出口凹谷4与角孔需保证一定的距离，使入口换热区域和出口换热区域有一定的宽度，使介质形成初步的分配。

所述中间凹谷3为奇数条，最中间的所述凹谷的沿其长度方向的中心点近似为所述换热板1的中心点，具体为3条凹谷时，如图1所示，也就是说所述中间凹谷3的中心点A3近似为所述换热板1的中心点，中心点左右两侧的板片的扭曲程度相当且对称。一次侧介质流道内的凹谷与二次侧介质流道内的凹谷上下相互重叠。

其中一优选实施方案，两个换热板1堆叠时，每条流道上下左右四面分别为其中一个换热板1、另外一个换热板1、左换热区域、右换热区域。所述凹谷的宽度为所述凸起波纹的深度的3-6倍，所述凹谷的深度与所述凸起波纹的深度相等或相近。宽幅板式换热器的波纹深度一般在2-3mm，凹谷的宽度在6-18mm之间。过窄的凹谷起不到流通均布作用。过宽的凹谷一方面自身强度低，另一方面占用了过多的空间，减小了换热面积。

其中换热板1的四个角处设置有至少四个孔口，且其中两个所述孔口作为换热板的入口，位于所述入口换热区域5内，另外两个所述孔口作为换热板1的出口，位于所述出口换热区域7内。其中，入口包括一次侧入口8A、二次侧入口9A，出口包括一次侧出口8B、二次侧出口9B。

根据本发明的一优选实施方案，所述中间凹谷中的两段圆弧的两个中点与其中一个所述出口/入口的中心点之间的距离一致，以其中一个所述出口/入口的中心点为圆点，以所述中间凹谷3中的两段圆弧的两个中点为弧点可形成圆。举其中一个入口为例，就是说圆Y的中心点为一次侧入口8A中心，且圆Y穿过A2、A4点，换句话说，所述一次侧入口8A中心、A2、A4三个点共同构成一个圆Y。介质从一次侧入口8A中心流至A2、A4点流程相等。

根据本发明的一优选实施方案，所述入口凹谷和所述出口凹谷的圆弧的中点均位于所述换热板沿宽度方向的中间分割线上。即，A7点为横向中心线Z3与右边1/2W中线Z9的交点偏右H3距离点。A10点为横向中心线Z3与左边1/2W中线Z7的交点偏左H4距离点。Z2和Z4均为横向1/4线和横向3/4线。

另一实施方案中提供了一种板式换热器，其包括依次堆叠的上端板、至少两个换热板以及下端板，相邻两个所述换热板之间的相对应的凹谷之间形成流道，其中相邻两个所述换热板之间的相对应的入口凹谷之间形成入口流道，相邻两个所述换热板之间的相对应的中间凹谷之间形成中间流道，相邻两个所述换热板之间的相对应的出口凹谷之间形成出口流道，相邻的所述流道和换热区域之间连通，以供介质流通。

其中至少两个相邻的换热板是根据权利要求1-7任一项所述的换热板。

考虑到，当流道过宽或一次侧介质与二次侧介质压差很大，流道上下平面无法保持自身形状时，因此进行了以下设计，在流道内设置了支撑，具体为：

对于任一所述流道，相邻两个所述换热板1叠加时，二者相应于该流道的凸起10相抵，以增强该流道的刚性，或者相邻两个所述换热板1中，其中一个设置有凸起10，另一个不设置凸起10，当两个所述换热板1叠加，所述凸起10相抵于另一个换热板1的凹谷，以增强该流道的刚性。相当于在流道内设置了个支撑柱，这样就可以增强该流道的刚性，适应上述流道过宽或者两侧介质压差过大的情况。

其中所述凸起9的具体形状可以是多种类型，比如其截面为圆柱状或者是三角柱状，均可，只要其具备一定刚度即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于板式换热器的换热板，其特征在于，其上设置若干间隔设置的凹谷，其包括入口凹谷、至少一个中间凹谷以及出口凹谷，所述换热板被若干所述凹谷依次分隔为沿换热板长度方向分布的若干个换热区域，其包括入口换热区域、至少两个且为偶数个的中间换热区域以及出口换热区域，每个所述换热区域上设置有凸起波纹；

相邻两个所述中间换热区域的凸起波纹方向相反，且换热面积相等或相近。

2.根据权利要求1所述的用于板式换热器的换热板，其特征在于，所述中间凹谷由两段圆弧无缝拼接而成，二者的凹凸方向相反，且二者所在的圆的直径一致，且两段圆弧分别位于所述换热板沿长度方向的中间分割线的两侧，且两段圆弧的中点与该中间分割线等距离；

所述入口凹谷和所述出口凹谷均为圆弧，且二者的凹凸方向相反；

所有所述中间凹谷的形状结构一致。

3.根据权利要求1所述的用于板式换热器的换热板，其特征在于，所述凹谷的宽度为所述凸起波纹的深度的3-6倍，所述凹谷的深度与所述凸起波纹的深度相等或相近。

4.根据权利要求1所述的用于板式换热器的换热板，其特征在于，所述换热板的四个角处设置有至少四个孔口，且其中两个所述孔口作为换热板的入口，位于所述入口换热区域内，另外两个所述孔口作为换热板的出口，位于所述出口换热区域内。

5.根据权利要求1所述的用于板式换热器的换热板，其特征在于，所述凹谷底部的中心线上设置若干凸起。

6.根据权利要求1所述的用于板式换热器的换热板，其特征在于，所述凹谷近似沿着所述换热板的宽度方向贯穿，且每条所述凹谷的两个端点均分别为所述换热板沿长度方向等分点；

所述中间凹谷为奇数条，最中间的所述凹谷的沿其长度方向的中心点近似为所述换热板的中心点。

7.根据权利要求4所述的用于板式换热器的换热板，其特征在于，所述中间凹谷中的两段圆弧的两个中点与其中一个所述出口/入口的中心点之间的距离一致，以其中一个所述出口/入口的中心点为圆点，以所述中间凹谷中的两段圆弧的两个中点为弧点可形成圆。

8.根据权利要求1或6所述的用于板式换热器的换热板，其特征在于，所述入口凹谷和所述出口凹谷的圆弧的中点均位于所述换热板沿宽度方向的中间分割线上。

9.一种板式换热器，其特征在于，其包括依次堆叠的上端板、至少两个换热板以及下端板，相邻两个所述换热板之间的相对应的凹谷之间形成流道，其中相邻两个所述换热板之间的相对应的入口凹谷之间形成入口流道，相邻两个所述换热板之间的相对应的中间凹谷之间形成中间流道，相邻两个所述换热板之间的相对应的出口凹谷之间形成出口流道，相邻的所述流道和换热区域之间连通，以供介质流通。

其中至少两个相邻的换热板是根据权利要求1-8任一项所述的换热板。

10.根据权利要求9所述的板式换热器，其特征在于，对于任一所述流道，相邻两个所述换热板叠加时，二者相应于该流道的凸起相抵，以增强该流道的刚性，或者相邻两个所述换热板中，其中一个设置有凸起，另一个不设置凸起，当两个所述换热板叠加，所述凸起相抵于另一个换热板的凹谷，以增强该流道的刚性。

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