CN210718780U - 一种换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种换热装置，包括：第一换热器，配置成预热接收的冷物料并对经由第二换热器加热后的物料进行预冷却；第二换热器，配置成对预热后的冷物料进行加热并加热至预设温度值；第三换热器，配置成对经由所述第一换热器预冷却后的物料进行冷却并冷却至第一预设冷藏温度值。本实用新型提高了换热效率以及能源的利用率。

Description

一种换热装置

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，更具体涉及一种换热装置。

背景技术

板式换热器是用薄金属板压制成具有一定形状波纹并叠装而成的一种换热器，广泛应用于及食品、酿造、化工、机械，冶金、发电、交通运输等各个行业中，特别应用于食品工业中如乳品、果汁、葡萄糖、啤酒、植物油等液体食品的加热杀菌和冷却。

板式换热器是由若干相同板片按照一定的顺序组合而成，板片上的热交换区域设有若干相同的人字形波纹状凸起，每个板片相对于相邻板片旋转180度相叠并焊接在一起。流体通过波纹板片上的换热区进行热量交换，换热之后的流体流向另一侧的角孔处，汇合流入下一组板片，同时另一种流体在板片的另一侧以相反的方向流动并进行换热，经过换热后的流体流到下一组板片。

公开号CN108827058A的中国发明专利公开了一种加梭形凸起的板式换热器板片，在该现有技术中通过单个换热器板片的主流换热区上沿波纹流向的波谷处设置的凸块增强流体在流道中的扰动，以使流体在换热区的分布更加地均匀，从而实现对物料的换热，然而该现有技术明显存在热量回收小且能源利用率不高的缺陷。

有鉴于此，有必要对现有技术中的板式换热器予以改进，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于公开一种换热装置，用以提高换热效率以及能源利用率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种换热装置，包括：

第一换热器，配置成预热接收的冷物料并对经由第二换热器加热后的物料进行预冷却；

第二换热器，配置成对预热后的冷物料进行加热并加热至预设温度值；

第三换热器，配置成对经由所述第一换热器预冷却后的物料进行冷却并冷却至第一预设冷藏温度值。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一换热器包括：

第一冷物料进料口，用于接收冷物料，以通过所接收的冷物料对所述第二换热器加热后的物料进行预冷却；

热物料进料口，用于接收热物料，以通过所接收的热物料对所述冷物料进行预热；以及

第一冷物料出料口，用于输出预热后的冷物料。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二换热器包括：

第二冷物料进料口，用于接收预热后的冷物料；

热介质进料口，用于接收热介质，以基于所述热介质对预热后的冷物料进行加热；

热介质出料口，用于输出所述热介质；以及

热物料出口，用于输出加热后的物料，以使加热后的物料输出至所述第一换热器的热物料进口。

作为本实用新型的进一步改进，所述第三换热器包括：

第一冷却器，配置成将经由所述第一换热器预冷却后的物料冷却至第二预设冷藏温度值；以及

第二冷却器，配置成对冷却至所述第二预设冷藏温度值的物料继续进行冷却，并冷却至所述第一预设冷藏温度值；

其中，所述第一预设冷藏温度值小于所述第二预设冷藏温度值。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一冷却器包括：

用于接收预冷却后的冷物料的第一冷却进料口；

第一冷却介质进料口，用于接收第一冷却介质，以基于所述第一冷却介质将经由所述第一换热器预冷却后的物料冷却至第二预设冷藏温度值；

第一冷却介质出料口，用于输出所述第一冷却介质。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二冷却器包括：

第二冷却进料口，用于接收冷却至所述第二预设冷藏温度值的物料；

第二冷却介质进料口，用于接收第二冷却介质，以基于所述第二冷却介质将对冷却至所述第二预设冷藏温度值的物料继续进行冷却，并冷却至所述第一预设冷藏温度值；

第二冷却介质出料口，用于输出所述第二冷却介质；以及

物料收集口，用于输出冷却至所述第一预设冷藏温度值的物料。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一换热器由波纹板片构成，所述波纹板片包括所述第一冷物料进料口、所述热物料进料口以及所述第一冷物料出料口，所述波纹板片还包括预冷却物料出口；

其中，所述波纹板片的表面均匀布置有第一波纹凸起部和第二波纹凸起部，所述第一波纹凸起部的断面尺寸大于所述第二波纹凸起部的断面尺寸。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二换热器由回流型板片和三角形波纹板片组成，所述回流型板片具有所述第二冷物料进料口、所述热介质进料口以及所述热介质出料口，所述三角形波纹板片包括所述热物料出口；

其中，所述回流型板片的表面限有回流型沟道，所述三角形波纹板片的表面限有三角形沟道。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一冷却器由人字形板片和鼓泡形板片310’组成，所述人字形板片具有所述第一冷却进料口、所述第一冷却介质进料口、所述第一冷却介质出料口以及第二冷物料出料口，所述鼓泡形板片具有第三冷却进料口和冷却出料口；

其中，所述人字形板片的表面限有人字形沟道，所述鼓泡形板片的表面均匀布置有半球形鼓泡。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二冷却器由无触点波纹板片构成，所述无触点波纹板片包括所述第二冷却进料口、所述第二冷却介质进料口、所述第二冷却介质出料口以及所述物料收集口；

其中，所述无触点波纹板片的纵向截面呈鱼鳞状。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

换热装置先通过第一换热器对接收的冷物料进行预热，然后通过第二换热器将预热后的冷物料加热至预设温度值，以实现对冷物料的杀菌，杀菌后的物料则先经由第一换热器进行预冷却，然后经过第三换热器对预冷却后的物料进行降温，直至冷却至第一预设冷藏温度值，从而完成对冷物料的杀菌以及对杀菌后的物料进行冷却收藏。由此，通过不同换热器对物料进行换热，不仅能够极大提高换热效率，还能够通过不同换热器对换热介质进行回收，从而提高能源利用率。

附图说明

图1为本实用新型一种换热装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型另一种换热装置的整体结构示意图；

图3为第一换热器中波纹板片的示意性结构图；

图4为图3中K1-K1方向的示意性剖视图；

图5为第二换热器中回流型板片的示意性结构图；

图6为第二换热器中三角形波纹板片的示意性结构图；

图7为图6中K2-K2方向的示意性剖视图；

图8为第一冷却器中人字形板片的示意性结构图；

图9为第一冷却器中鼓泡形板片的示意性结构图；

图10为图9中K3-K3方向的示意性剖视图；

图11为第二冷却器中无触点波纹板片的示意性结构图。

图12为图11中K4-K4方向的示意性剖视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“正方向”、“负方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，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，因此不能理解为对本技术方案的限制。

请参图1所示出的本实用新型一种换热装置的一种具体实施方式。

换热装置包括第一换热器10，配置成预热接收的冷物料并对经由第二换热器20加热后的物料进行预冷却；第二换热器20，配置成对预热后的冷物料进行加热并加热至预设温度值；第三换热器30，配置成对经由第一换热器10预冷却后的物料进行冷却并冷却至第一预设冷藏温度值。

其中，预设温度值可以为60摄氏度左右的温度值，比如，采用60摄氏度以下(或者大于60摄氏度且小于70摄氏度)的温度加热30分钟的方式对流体物料(如牛奶)进行加热，以达到杀菌的目的。预设温度值也可以为75-90摄氏度之间的任一温度值，比如将流体物料(如牛奶)加热到75-90摄氏度的任一温度值，并保持15-16秒，可有效减小对流体物料的杀菌时间。当然，预设温度值可为大于100摄氏度的温度值，通过该范围内的温度对流体物料进行杀菌的方式可进一步提高杀菌效率。因此，预设温度值可根据实际需求进行设置，不限于本实施例所限定的范围。

第一预设冷藏温度值为0-5摄氏度范围内的任一温度值，或者为零下摄氏度。比如，鲜牛奶的冷藏温度值为2-4摄氏度，果汁的冷藏温度值一般在其冻结点(4摄氏度)以上。具体而言，第一预设冷藏温度值可根据实际需求进行设置，不限于本实施例所限定的范围。

换热装置先通过第一换热器10对接收的冷物料(如牛奶、果汁、酒类等)进行预热，然后通过第二换热器20将预热后的冷物料加热至预设温度值，以实现对冷物料的杀菌，杀菌后的物料则先经由第一换热器10进行预冷却，然后经过第三换热器30对预冷却后的物料进行降温，直至冷却至第一预设冷藏温度值，从而完成对冷物料的杀菌以及对杀菌后的物料进行冷却收藏。由此，通过不同换热器对物料进行换热，不仅能够极大提高换热效率，还能够通过不同换热器对换热介质进行回收，从而提高能源利用率。

在上述实施例中，参照图2进行说明，第一换热器10包括第一冷物料进料口101，用于接收冷物料，以通过所接收的冷物料对第二换热器20加热后的物料进行预冷却；热物料进料口102，用于接收热物料，以通过所接收的热物料对冷物料进行预热；以及第一冷物料出料口103，用于输出预热后的冷物料。结合图3进行说明，第一换热器10由波纹板片100(多个波纹板片叠加)构成，波纹板片100外周固定有框架40，波纹板片100包括第一冷物料进料口101、热物料进料口102以及第一冷物料出料口103，波纹板片100还包括预冷却物料出口104。

其中，波纹板片100的表面均匀布置有第一波纹凸起部105和第二波纹凸起部106，第一波纹凸起部105的断面尺寸大于第二波纹凸起部106的断面尺寸。如图4所示，第一波纹凸起部105和第二波纹凸起部106的断面形状均为四行点状凸起的触点形成的梯形断面。当冷物料从进料口101进入换热器10中后，冷物料则以箭头A所示的方向在波纹板片100表面的第一波纹凸起部105和第二波纹凸起部106上流动，通过第一波纹凸起部105和第二波纹凸起部106的设置能够增大物料在波纹板片100表面的换热面积，以提高物料的换热效率。

结合图2、图5至图7进行说明，第二换热器20包括第二冷物料进料口201，用于接收预热后的冷物料；热介质进料口202，用于接收热介质，以基于热介质对预热后的冷物料进行加热；热介质出料口203，用于输出热介质；以及热物料出口204，用于输出加热后的物料，以使加热后的物料输出至第一换热器10的热物料进料口102。第二换热器20由回流型板片205(一般为多个)和三角形波纹板片206(一般为多个)组成(多个回流型板片205和多个三角形波纹板片206交替叠加安装)，回流型板片205具有第二冷物料进料口201、热介质进料口202以及热介质出料口203，三角形波纹板片206包括热物料出口204。其中，回流型板片205的表面限有回流型沟道2051，三角形波纹板片206的表面限有三角形沟道2061。

其中，回流型板片205表面的回流型沟道2051由加筋条焊接而成，回流型板片205外周固定有框架42，且回流型板片205中的进、出口外周沿均设有密封圈42’。三角形波纹板片206外周固定有框架41，且三角形波纹板片206中的进、出口外周沿均设有密封圈41’。

应理解，第二换热器20通过其与第一换热器10之间的管道50接收预热后的冷物料后，预热后的冷物料通过第二冷物料进料口201进入回流型板片205中，并以箭头B所示的方向在回流型板片205表面所形成的回流型沟道2051中流动，而热介质则从热介质进料口202进入与流淌有预热后的冷物料的回流型板片进行叠加设置的另一回流型板片中，如此，通过相互叠加的回流型板片的热传递作用，使热介质对流动的物料进行加热，加热后的物料从回流型板片205的物料出口201’流出，并进入与回流型板片205叠加设置的三角形波纹板片206的物料进口204’进入三角形波纹板片206中，以实现对物料的进一步加热，并使加热后的物料从热物料出口204输出。如此，通过第二换热器20中设置的不同结构的板片实现对物料的快速换热，特别地，由于三角形波纹板片206的断面为三角形断面(即三角形波纹板片206的表面限有三角形沟道2061)，由此，在三角形沟道2061中物料的流淌速度能够不断地变化，从而使得物料的湍流剧烈，以加快物料的换热速度，从而提高对物料的换热效率。其中，热介质从热介质出料口203流出，以对流出的热介质进行回收，从而提高能源的利用率。

需要说明的是，换热装置对物料的换热是一个循环换热的过程，也就是说，第一换热器10对接收的冷物料进行预热，是通过上一次循环换热时，经过第二换热器20的热物料出口204输出并经由第一换热器10的热物料进料口102进入到第一换热器10中的热物料对由第一冷物料进料口101进入的冷物料进行预热。

在图2的实施例中，第三换热器30包括：第一冷却器31，配置成将经由第一换热器10预冷却后的物料冷却至第二预设冷藏温度值；以及第二冷却器32，配置成对冷却至第二预设冷藏温度值的物料继续进行冷却，并冷却至第一预设冷藏温度值。其中，第一预设冷藏温度值小于第二预设冷藏温度值。应理解，通过不同冷却器对加热后的物料进行冷却，不仅能够提高冷却速度，而且能够保证物料的品质，以满足物料(特别是食品)对冷却场景的不同需求。

其中，结合图8至图10进行说明，第一冷却器31包括用于接收预冷却后的冷物料的第一冷却进料口311；第一冷却介质进料口312，用于接收第一冷却介质，以基于第一冷却介质将经由第一换热器10预冷却后的物料冷却至第二预设冷藏温度值；第一冷却介质出料口313，用于输出第一冷却介质。第一冷却器31由人字形板片310和鼓泡形板片310’组成(多个人字形板片310和多个鼓泡形板片310’交替安装)，人字形板片310具有第一冷却进料口311、第一冷却介质进料口312、第一冷却介质出料口313以及第二冷物料出料口311’，鼓泡形板片310’具有第三冷却进料口314’和冷却出料口314；其中，人字形板片310的表面限有人字形沟道3101，鼓泡形板片310’的表面均匀布置有半球形鼓泡3101’。人字形板片310是以板片的纵轴为对称轴向侧斜向对称伸展，形成“人”字形状的波纹；鼓泡形板片310’是在整个换热面上均匀密布着许多半球形鼓泡。鼓泡的布置一般都用叉排，各横排的位置与板的横轴成对称布置，各纵列的位置与板的垂直中心线不对称。

应理解，第一换热器10的预冷却物料出口104输出的物料通过第一冷却进料口311进入人字形板片310，以箭头C所示的方向在人字形板片310表面所限有的人字形沟道3101中流动，第一冷却介质则从第一冷却介质进料口312进入与流淌有预冷却后的物料的人字形板片进行叠加设置的另一人字形板片中，如此，通过相互叠加的人字形板片的热传递作用，使第一冷却介质对流动的物料进行冷却，冷却后的物料从第二冷物料出料口311’流出，并通过第三冷却进料口314’进入鼓泡形板片310’中，以箭头D所示的方向在鼓泡形板片310’表面均匀布置的半球形鼓泡3101’上流动，以通过与其叠加的流淌有第一冷却介质的人字形板片的热传递作用，对在半球形鼓泡3101’上的物料冷却至第二预设冷藏温度值，然后从冷却出料口314流出，以对流出的物料进行回收，或使流出的物料进入下一冷却器进一步冷却。

由于物料在鼓泡形板片310’上的流动阻力较小，因此鼓泡形板片310’比较适用于高粘度的流动物料，以使换热装置能够适用于不同粘度类型的流动介质，并在对高粘度流动物料进行换热时，能够提高高粘度流动物料的换热效率。其中，第一冷却介质从第一冷却介质出料口313流出，以实现对第一冷却介质进行回收，提高能源利用率的目的。

进一步地，结合图11和图12进行说明，第二冷却器32包括：第二冷却进料口321，用于接收冷却至第二预设冷藏温度值的物料；第二冷却介质进料口322，用于接收第二冷却介质，以基于第二冷却介质将对冷却至第二预设冷藏温度值的物料继续进行冷却，并冷却至第一预设冷藏温度值；第二冷却介质出料口323，用于输出第二冷却介质；以及物料收集口324，用于输出冷却至第一预设冷藏温度值的物料。第二冷却器32由无触点波纹板片320构成，无触点波纹板片320包括第二冷却进料口321、第二冷却介质进料口322、第二冷却介质出料口323以及物料收集口324；其中，无触点波纹板片320的纵向截面呈鱼鳞状，无触点波纹板片是在板中设一道或两道纵向隔条。

应理解，第一冷却器32的冷却出料口314输出的物料通过第二冷却进料口321进入无触点波纹板片320，以箭头E所示的方向在无触点波纹板片320呈鱼鳞状的表面上流动，第二冷却介质则从第二冷却介质进料口322进入与流淌有经过第一冷却器32冷却后的物料的无触点波纹板片进行叠加设置的另一无触点波纹板片中，如此，通过相互叠加的无触点波纹板片的热传递作用，使第二冷却介质对流动的物料进行冷却并冷却至第二冷藏温度值，冷却后的物料从物料收集口324流出，得到最终能够得到需要冷藏的物料。第二冷却介质从第二冷却介质出料口323流出，以实现对第二冷却介质进行回收，提高能源利用率的目的。

其中，由于无触点波纹板片由于流道阻力小，因此，可用于处理含有悬浮纤维或固体颗粒的物料也不会导致无触点波纹板片的流道堵塞的应用场景中，如此，能够使得换热装置的传热效率高且换热效果好，并且能够充分利用小温差的特点有效地进行热量回收，以节约能源。

在上述实施例中，热介质可以为热水、热蒸汽等介质，第一冷却介质和第二冷却介质可以相同，也可以不同，比如，第一冷却介质可以为冷水，第二冷却介质可以为冰水，又比如，第一冷却介质和第二冷却介质可以均为冷水或冰水或冷蒸汽等介质。

此外，第一换热器10、第二换热器20以及第三换热器30之间均可设有中间隔板(第一冷却器和第二冷却器之间也设有中间隔板)，以便于不同换热器之间的连接，使冷、热物料或介质流入或流出。各个换热器均被固定于安装框架60(安装框架60固定在支座80上)上，第二换热器20通过压板70固定在支座80上，第三换热器30(或第二冷却器32)通过手轮90以及安装框架60的引导压住压板70，以提高换热装置的稳定性。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种换热装置，其特征在于，包括：

第一换热器，配置成预热接收的冷物料并对经由第二换热器加热后的物料进行预冷却；

第二换热器，配置成对预热后的冷物料进行加热并加热至预设温度值；

第三换热器，配置成对经由所述第一换热器预冷却后的物料进行冷却并冷却至第一预设冷藏温度值。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第一换热器包括：

第一冷物料进料口，用于接收冷物料，以通过所接收的冷物料对所述第二换热器加热后的物料进行预冷却；

热物料进料口，用于接收热物料，以通过所接收的热物料对所述冷物料进行预热；以及

第一冷物料出料口，用于输出预热后的冷物料。

3.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第二换热器包括：

第二冷物料进料口，用于接收预热后的冷物料；

热介质进料口，用于接收热介质，以基于所述热介质对预热后的冷物料进行加热；

热介质出料口，用于输出所述热介质；以及

热物料出口，用于输出加热后的物料，以使加热后的物料输出至所述第一换热器的热物料进口。

4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第三换热器包括：

第一冷却器，配置成将经由所述第一换热器预冷却后的物料冷却至第二预设冷藏温度值；以及

第二冷却器，配置成对冷却至所述第二预设冷藏温度值的物料继续进行冷却，并冷却至所述第一预设冷藏温度值；

其中，所述第一预设冷藏温度值小于所述第二预设冷藏温度值。

5.根据权利要求4所述的换热装置，其特征在于，所述第一冷却器包括：

用于接收预冷却后的冷物料的第一冷却进料口；

第一冷却介质进料口，用于接收第一冷却介质，以基于所述第一冷却介质将经由所述第一换热器预冷却后的物料冷却至第二预设冷藏温度值；

第一冷却介质出料口，用于输出所述第一冷却介质。

6.根据权利要求4所述的换热装置，其特征在于，所述第二冷却器包括：

第二冷却进料口，用于接收冷却至所述第二预设冷藏温度值的物料；

第二冷却介质进料口，用于接收第二冷却介质，以基于所述第二冷却介质将对冷却至所述第二预设冷藏温度值的物料继续进行冷却，并冷却至所述第一预设冷藏温度值；

第二冷却介质出料口，用于输出所述第二冷却介质；以及

物料收集口，用于输出冷却至所述第一预设冷藏温度值的物料。

7.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于：

所述第一换热器由波纹板片构成，所述波纹板片包括所述第一冷物料进料口、所述热物料进料口以及所述第一冷物料出料口，所述波纹板片还包括预冷却物料出口；

其中，所述波纹板片的表面均匀布置有第一波纹凸起部和第二波纹凸起部，所述第一波纹凸起部的断面尺寸大于所述第二波纹凸起部的断面尺寸。

8.根据权利要求3所述的换热装置，其特征在于，所述第二换热器由回流型板片和三角形波纹板片组成，所述回流型板片具有所述第二冷物料进料口、所述热介质进料口以及所述热介质出料口，所述三角形波纹板片包括所述热物料出口；

其中，所述回流型板片的表面限有回流型沟道，所述三角形波纹板片的表面限有三角形沟道。

9.根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于：

所述第一冷却器由人字形板片和鼓泡形板片组成，所述人字形板片具有所述第一冷却进料口、所述第一冷却介质进料口、所述第一冷却介质出料口以及第二冷物料出料口，所述鼓泡形板片具有第三冷却进料口和冷却出料口；

其中，所述人字形板片的表面限有人字形沟道，所述鼓泡形板片的表面均匀布置有半球形鼓泡。

10.根据权利要求6所述的换热装置，其特征在于：

所述第二冷却器由无触点波纹板片构成，所述无触点波纹板片包括所述第二冷却进料口、所述第二冷却介质进料口、所述第二冷却介质出料口以及所述物料收集口；

其中，所述无触点波纹板片的纵向截面呈鱼鳞状。

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