專利名稱：用于對液體流進行加熱或殺菌的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的制作方法
用于對液體流進行加熱或殺菌的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)發(fā)明人杰弗里· F ·迪恩、威廉·蓋茨、羅德里克· A ·海德、喬丁 · T ·卡勒、內(nèi)森· P ·米佛德、大衛(wèi)· B ·塔克曼、小洛厄爾· L ·伍德和奧祖爾·伊爾迪里姆相關(guān)申請的交叉引用本申請與以下列出的申請(“相關(guān)申請”)相關(guān)并要求以下列出的申請(“相關(guān)申請”)的最早獲得的有效申請日的益處(例如，要求除了臨時專利申請以外的最早獲得的優(yōu)先權(quán)日期或根據(jù)35USC§ 119 (e)要求臨時專利申請的益處，要求相關(guān)申請的任何和所有母體、祖母體、曾祖母體等申請的益處)。相關(guān)申請:I.依據(jù)USPTO額外的法定要求，本申請涉及同此同時提交的、命名GeoffreyF. Deane、William Gates、Roderick A. Hyde、Jordin T. KareΛ Nathan P. Myhrvold、DavidB. Tuckermanλ Lowell L Wood、J r.和 Ozgur Yildirim 為發(fā)明人的、標題為 A METHOD FORHEATING OR STERILIZING A LIQUID STREAM (用于對液體流進行加熱或殺菌的方法)的美國專利申請第12/462，200號，專利申請第12/462，200號是目前共同在審的，或是其目前共同在審的申請被給予申請日權(quán)益的申請。2.依據(jù)USPTO額外的法定要求，本申請涉及同此同時提交的、命名GeoffreyF. Deane、William Gates、Roderick A. Hyde、Jordin T. KareΛ Nathan P. Myhrvold、DavidB. Tuckerman λ Lowe 11 L. Wood、Jr.和 Ozgur Yildirim 為發(fā)明人的、標題為 PASTEURIZATIONSYSTEM AND METHOD (巴氏殺菌系統(tǒng)和方法)的美國專利申請第12/462，206號，專利申請第12/462，206號是目前共同在審的，或是其目前共同在審的申請被給予申請日權(quán)益的申請。美國專利局(USPTO)已經(jīng)公布了對USPTO的計算機程序需要專利申請人參考序號并指示申請是繼續(xù)申請還是部分繼續(xù)申請兩者的實行的布告。Stephen G. Kunin, Benefitof Prior-Filed Application (在先提交的申請的益處)，USPTO官方公報，2003年3月18日，在 http //www. uspto. gov/web/offices/com/sol/og/2003/weekll/patbene. htm ロ丁得至|J。本申請人實體(下文“申請人”)已經(jīng)在上面提供了對從其要求優(yōu)先權(quán)的申請的具體參考文獻，如法令所敘述的。申請人理解法令在其具體的參考語言上是明確的且并不需要序號或任何表征例如“繼續(xù)”或“部分繼續(xù)”來要求美國專利申請的優(yōu)先權(quán)。雖然有前述內(nèi)容，但申請人理解USPTO的計算機程序具有某些數(shù)據(jù)進入要求，且因此申請人將本申請指定為上面闡明的其原申請的部分繼續(xù)申請，但特別地指出這樣的指定并不以任何方式被解釋為關(guān)于本申請除了其原申請的實質(zhì)之外是否還包含任何新的實質(zhì)的任何類型的注釋和/或承認。相關(guān)申請的所有主題和相關(guān)申請的任何和所有母體、祖母體、曾祖母體等申請的所有主題通過引用并入本文，達到這樣的主題同此并非不一致的程度。背景
本文的描述通常涉及超高溫(UHT)巴氏殺菌法領(lǐng)域。巴氏殺菌法和UHT巴氏殺菌法已經(jīng)用于至少部分地對乳和其他食物產(chǎn)品殺菌。然而，常規(guī)的巴氏殺菌法和常規(guī)的UHT巴氏殺菌法已局限于其中容易使用相當大的電力用于巴氏殺菌エ藝的應(yīng)用。對用于通過使用以各種結(jié)構(gòu)和以各種用法的微通道以及類似物而消耗基本上比常規(guī)技術(shù)更少的電カ的來進行UHT巴氏殺菌法的有利結(jié)構(gòu)和方法存在需求。概述在ー個方面，食物產(chǎn)品殺菌器包括食物產(chǎn)品源和配置成接收來自食物產(chǎn)品源的食物產(chǎn)品流的再生式換熱器。換熱器包括配置成接收待殺菌的食物產(chǎn)品流的輸入通道。換熱器還包括流體地耦合于輸入通道的輸出通道。輸出通道鄰近輸入通道。輸出通道和輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量。換熱器還包括輸入通道或輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分。加熱部分配置成加熱食物產(chǎn)品流。除前述內(nèi)容之外，在形成本公開內(nèi)容的一部分的權(quán)利要求、附圖和正文中描述了其他方法方面。
在ー個或多個不同方面中，可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計者的設(shè)計選擇采用不同的結(jié)構(gòu)元件。在ー個方面，液體殺菌系統(tǒng)包括配置成接收待加熱至預定殺菌溫度的液體流的輸入通道。系統(tǒng)還包括流體地耦合于輸入通道的輸出通道。輸出通道鄰近輸入通道。輸出通道和輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量。并且，系統(tǒng)包括輸入通道或輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分，加熱部分配置成將所述液體流加熱至預定殺菌溫度，持續(xù)預定時間。在另ー個方面，食物產(chǎn)品加熱器包括配置成接收待加熱至預定溫度的食物產(chǎn)品流的輸入通道。加熱器還包括流體地耦合于輸入通道的輸出通道。輸出通道鄰近輸入通道。輸出通道和輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量。輸入通道或輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分配置成將食物產(chǎn)品流加熱至預定溫度，持續(xù)預定時間。在另ー個方面，液體加熱器包括配置成接收待加熱的液體流的輸入通道。加熱器還包括流體地耦合于輸入通道的輸出通道。輸出通道鄰近輸入通道。輸出通道和輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量。加熱器還包括輸入通道或輸出通道的至少一部分的加熱部分，加熱部分配置成加熱液體流。輸入通道和輸出通道是微通道。在又ー個方面，液體加熱器包括配置成接收待加熱的液體流的輸入通道。加熱器還包括流體地耦合于輸入通道的輸出通道。輸出通道鄰近輸入通道。輸出通道和輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量。加熱器還包括輸入通道或輸出通道的至少一部分的加熱部分。加熱部分配置成加熱液體流。輸入通道和輸出通道配置成使得液體流基本上是層流。除前述內(nèi)容之外，在形成本公開內(nèi)容的一部分的權(quán)利要求、附圖和正文中描述了其他系統(tǒng)方面。除前述內(nèi)容之外，在教導例如本公開內(nèi)容的正文(例如，權(quán)利要求和/或詳細描述)和/或附圖中闡明和描述了各種其他方法和/或系統(tǒng)和/或程序產(chǎn)品方面。前述內(nèi)容是概括的且因此因需要包含細節(jié)的簡化、概括和省略；因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，概述僅是說明性的且并不意圖以任何方式限制。本文描述的裝置和/或エ藝和/或其他主題的其他方面、特征和優(yōu)勢在本文闡明的教導中將變得明顯。附圖簡述前述概述僅是說明性的且并不意圖以任何方式限制。除了上述說明性的方面、實施方式和特征之外，另外的方面、實施方式和特征通過參考附圖和以下詳細描述將變得明顯，附圖中圖I是食物產(chǎn)品殺菌系統(tǒng)的示例性繪圖。圖2是逆流換熱器的示例性繪圖。圖3是換熱器通道對(heat exchanger channel pair)的分解圖的示例性繪圖。圖4是換熱器的顯示軸向熱漏失的示例性繪圖。圖5是換熱器的顯示在鄰近通道之間的溫度分布圖和熱流的示例性繪圖。 圖6是換熱器的顯示徑向熱漏失的示例性繪圖。圖7是換熱器的顯示通過隔離包裝的熱漏失的示例性繪圖。圖8是換熱器通道隔離物的示例性繪圖。圖9是形成換熱器通道隔離物的方法的示例性繪圖。

圖10是形成換熱器通道隔離物的方法的示例性繪圖。圖11是可選擇的逆流換熱器的示例性繪圖。圖12是可選擇的逆流換熱器的示例性繪圖。詳細描述在以下詳細描述中，參考附圖，附圖形成詳細描述的一部分。在附圖中，相似的符號通常確定相似的部件，除非上下文另外規(guī)定。詳細描述、附圖和權(quán)利要求中所描述的說明性的實施方式并不意圖是限制性的?？梢岳闷渌麑嵤┓绞?，且可以進行其他變化，而不偏離本文呈現(xiàn)的主題的精神或范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，技術(shù)發(fā)展水平已經(jīng)進展到在系統(tǒng)的各方面的硬件和軟件實現(xiàn)之間留下很少差別的階段；例如，硬件或軟件的使用通常是(但不總是，因為在某些情景下，在硬件和軟件之間的選擇可以變得重要)代表成本對效率折中的設(shè)計選擇。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，具有很多本文描述的エ藝和/或系統(tǒng)和/或其他技術(shù)可以通過其實現(xiàn)的載體(vehicle)(例如,硬件、軟件和/或固件)，和優(yōu)選的載體將隨著部署エ藝和/或系統(tǒng)和/或其他技術(shù)的背景而變化。例如，如果實施者確定速度和準確度是首要的，那么實施者可以選擇主要硬件和/或固件載體；可選擇地，如果靈活性是首要的，那么實施者可以選擇主要軟件實現(xiàn)；或，再次可選擇地，實施者可以選擇硬件、軟件和/或固件的ー些組合。因而，具有多種可能的本文描述的エ藝和/或裝置和/或其他技術(shù)可以通過其實現(xiàn)的載體，其中沒有一種載體固有地優(yōu)于其他載體，因為被利用的任何載體是取決于將部署載體的背景和實施者的具體考慮(例如，速度、靈活性或可預言性)的選擇，它們中任ー個可以改變。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，實現(xiàn)的光學方面將通常采用光學定向的硬件、軟件和或固件。巴氏殺菌法是常規(guī)用于減慢食物中的微生物生長的エ藝。巴氏殺菌法是通常不意圖殺死食物或液體中的所有致病微生物的殺菌エ藝類型。確切地說，巴氏殺菌法目的在于減少活的病原體的數(shù)量，所以它們不可能造成疾病(假定巴氏殺菌法產(chǎn)物被冷凍并在其有效期之前被消耗)。然而，雖然描述的大量焦點可能集中在巴氏殺菌エ藝且更特別地集中在超高溫巴氏殺菌エ藝，但本文所公開的主題可以應(yīng)用于巴氏殺菌法以及其他殺菌エ藝兩者，無論它們是完全的還是不完全的。巴氏殺菌法常規(guī)上使用低于沸點溫度的溫度，因為在高于乳的沸點的溫度下，例如，酪蛋白膠粒將不可逆轉(zhuǎn)地聚集(或“凝固”)。目前使用的巴氏殺菌法有三種主要類型高溫/短時間(HTST)、延長保存期(ESL)處理和超高溫(UHT或超熱處理)還用于乳處理。在HTSTエ藝中，乳在金屬板之間被推動或被推動通過在外部由熱水加熱的管，并被加熱至71. 7V (161 °F),持續(xù)15-20秒。UHT處理將乳保持在約135°C (275 °F)的溫度，持續(xù)在一秒鐘的幾分之幾至幾秒范圍內(nèi)的時間段；該溫度高于乳在正常大氣壓力下的沸點，但沸騰可以通過在基本上高于大氣壓カ的壓カ下操作來抑制。使用短暴露時間最小化對味道和蛋白質(zhì)成分的有害影響，該有害影響將通常在135°C發(fā)生。ESL乳具有微生物過濾步驟和比HTST低的溫度。存在可以被巴氏殺菌的許多食物產(chǎn)品。這些食物產(chǎn)品包括但不限于啤酒、蘋果酒、果汁、槭糖漿、乳、葡萄酒、醬油、運動飲料、水等。在包括非洲和南亞國家的地區(qū)中，普遍的是在收獲乳之后使乳沸騰來對乳殺菌。該強烈的加熱大大地改變?nèi)榈娘L味且可能需要相當大量的能量，這可能是受限的。沸騰或巴氏殺菌法可以預防的疾病中的ー些包括但不限于結(jié)核病、白喉、沙門氏菌病、膿毒性咽炎、猩紅熱、利斯特菌病和傷寒。UHT巴氏殺菌法是通過在超過135°C (275 °F)(其是殺死可以在乳中找到的ー些孢子所需的溫度)的溫度下加熱食物，持續(xù)約1-2秒的短時間對食物部分殺菌。最普通的UHT產(chǎn)品是乳，但該エ藝還用于果汁、奶油、酸乳、葡萄酒、湯和燉過的食品等。有利地，UHT乳在被打開之前具有六至九個月的典型保存期，這高于由傳統(tǒng)的較低溫巴氏殺菌エ藝提供的保存期?，F(xiàn)在參考圖1，描繪用于巴氏殺菌(或可選擇地殺菌)乳或其他食物產(chǎn)品或液體的示例性系統(tǒng)100。這樣的液體可以包括但不限于膠體和懸浮液等。系統(tǒng)100包括用于引入食物產(chǎn)品或其他液體的流體入口 110。過濾器120接收流體并從流體過濾任何顆粒或其他固體。過濾器120給向系統(tǒng)100中的流體加壓的泵130供給。泵130可以是但不限于，由直流電動機以預置的或可控制的速度運行的正排量泵。泵130將流體供入換熱器140。根據(jù)示例性的實施方式，換熱器140可以是具有流體通道的微通道換熱器，流體通道具有高的縱橫比(aspect ratio)、小的水力直徑和與其他微通道裝置相似的其他特征，其他微通道裝置例如但不限于用于冷卻集成電路的微通道冷卻器、固態(tài)激光器以及類似物。換熱器140包括加熱器150，加熱器150加熱換熱器140的一部分和流過換熱器140的流體，使得流體達到UHT巴氏殺菌法溫度或其他預定溫度，持續(xù)預定時間，例如但不限于1-2秒。換熱器140包括供給減壓閥170的換熱器出ロ 160，減壓閥170在示例性的實施方式中將不打開，除非壓カ達到預定壓力，例如但不限于37psi。這樣的流體通過無菌出口 180被釋放入無菌的容器或包裝中。換熱器140可以至少部分地被隔離層190包住，隔離層190可以是但不限于，真空夾套或氙氣室或氣凝膠泡沫或其他隔離材料。微通道已經(jīng)被建議用來冷卻集成電路且自從二十世紀八十年代早期已經(jīng)被理解并在由David Tuckerman博士和R. Fabian Pease教授公布的研究中公開。Tuckerman和Pease公布了表明被蝕刻到硅中的微通道可以提供高達1000W每平方厘米的密度的研究。這樣的微通道結(jié)構(gòu)已經(jīng)被表明能夠冷卻集成電路，例如在美國專利第4，541，040號；第7，156，159號；第7，185，697號；和美國專利申請公布第2006/0231233號所描述的，它們?nèi)客ㄟ^引用并入本文。然而，對流體流的巴氏殺菌法、殺菌或瞬時加熱的實際應(yīng)用還未實施或建議。
使用微通道結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢之ー是不需要通道內(nèi)的湍流來増加傳熱效率。微通道結(jié)構(gòu)既不需要也不產(chǎn)生湍流。常規(guī)的大通道需要湍流來増加傳熱速率，否則流體充當通道壁與流體流中心之間的隔離體，這被稱為熱邊界層。流體通道內(nèi)的湍流使鄰近通道壁的流體與通道中間的流體混合，由此最小化熱邊界層的厚度并最大化在流體和壁之間的傳熱速率。然而，這樣的湍流和混合需要高的流速和高的壓力。此外，高的流速將需要換熱器通道是非常長的，以便實現(xiàn)對于UHT殺菌所推薦的135°C下的2秒停留時間。相反，微通道具有傳熱系數(shù)“h”與通道的寬度成反比例的優(yōu)點。當“h”増加，效率增加。非常窄的通道具有薄的熱邊界層，因為邊界層不能大于通道寬度的1/2。因此，熱量以非常小的熱阻在壁和通道中心之間轉(zhuǎn)移。因此，可以是有益的是，將微通道或微通道狀換熱器用于UHT巴氏殺菌法以便増加傳熱并因此實現(xiàn)需要相對低的能量輸入的非常緊湊的設(shè)計。現(xiàn)在參考圖2，可以用作圖I的換熱器140的逆流換熱器200的示例性的透視橫截面。換熱器200包括ー堆流通道。流通道堆包括與流出通道220交替的一系列重復的流入 通道210。在這樣的逆流換熱器中，流體優(yōu)選地進入通道210并離開鄰近通道220而構(gòu)成一個來回，即，換熱器是單端的，其入口和出口在相同的端部處或附近。在有利的設(shè)計中，在通道210和220之間的優(yōu)良的傳熱是所需的，而沿著通道的長度的軸向傳熱不是所需的。現(xiàn)在參考圖3，描繪了來自逆流換熱器例如但不限于換熱器200的通道對300的示例性的分解圖。通道對300包括流入通道310，流入通道310包括流體地將通道310耦合于通道320的縫315。通道320包括出口 325。在示例性的實施方式中，通道可以包括導熱性鍍層330，例如但不限于在通道的一部分上的銅或鋁鍍層，其用于將熱輸入傳導或應(yīng)用到通道中的流體流并使換熱器的相當大的長度上維持近似均一的高溫。根據(jù)示例性的實施方式，側(cè)壁可以是約40-50微米厚，且基部可以是約10-12微米厚，然而，換熱器不限于這些尺寸。在示例性的實施方式中，換熱器可以包括但不限干，以堆疊關(guān)系的約100或更多的這些對。根據(jù)ー個示例性的實施方式，通道可以由聚芳基醚酮(PEEK)形成。現(xiàn)在參考圖4，描繪了前述逆流換熱器的另外的示例性繪圖。換熱器400包括應(yīng)用熱輸入的熱區(qū)410和其中發(fā)生大量熱交換的加熱(對于流入物)/冷卻(對于流出物)區(qū)420。示例性的圖430描繪了沿著換熱器的長度的流體流的近似溫度分布。參考圖5，圖530中提供了離開的流體中的殘余的熱量的繪圖。這樣的示例性繪圖闡明輸入流體流和輸出流體流兩者的溫度分布，其中換熱器熱力學不可逆性由出口流體溫度相對于入口流體溫度的溫度増加ST闡明。所述熱力學不可逆性表示必須被供應(yīng)到換熱器(例如，供應(yīng)到熱區(qū))以便維持所需的熱區(qū)溫度的最小熱能。將需要另外的能量來克服寄生熱漏失，例如由圖4中的箭頭標記的‘熱流’闡明的軸向熱漏失。從換熱器400發(fā)出的徑向方向的另外的熱漏失(即，向外的熱在與流的方向垂直的平面上流動)由圖6中的箭頭630闡明。圖7描繪隔離性包裝730的用途，隔離包裝730可以由各種材料形成，包括但不限于氣凝膠、ニ氧化硅氣凝膠或氙氣以及許多其他隔離材料。徑向熱流630的量與圖6中的那些相比將由于隔熱層而減小，由此減少維持熱區(qū)溫度所需要的熱能輸入。根據(jù)示例性的實施方式，如圖8所描繪的，使用10或12微米PEEK膜來構(gòu)造換熱器的通道壁810可能是期望的。其他厚度或具有相對差的導熱性的其他材料例如不銹鋼可以同樣地適用，這取決于所需的特征。通道壁中的每ー個可以被間隔開且被多個隔離物820保持間隔開，隔離物820幫助維持與將在巴氏滅菌器操作期間存在的在入口通道和出ロ通道之間的壓差相反的通道高度。這些隔離物820可以是以肋或球的形式(如所描繪的)，其被壓在膜810上或以其他方式附接或形成。這樣的隔離物可以優(yōu)選地是實質(zhì)上導熱性的以幫助橫向方向的傳熱，但優(yōu)選地在流(軸向的)方向是非鄰接的以便最小化沿著換熱器的長度的軸向方向的傳熱。在一個優(yōu)選的實施方式中，每ー層中的隔離物從在兩個緊接的鄰近層中的那些以水平位置偏置。在另ー個實施方式中，隔離物被配置成在換熱器的在鄰近通道之間的壓差是高的輸入端/輸出端附近呈較密的模式，并配置成在輸入通道和輸出通道之間的壓差是低的熱區(qū)附近呈較稀疏的模式。現(xiàn)在參考圖9，描繪制造換熱器通道的方法900。在示例性的實施方式中，鋁箔或銅箔(約52微米厚)910附接于帶背襯(tape backing) 920 (過程930)。使用光刻法和蝕刻技術(shù)來除去材料，留下附接于帶背襯920的鋁柱或銅柱940 (過程950)。將銅柱940和帶背襯950倒轉(zhuǎn)并放在熱壓機的板960之間。將柱940壓入PEEK片970中(過程980)。除去熱壓機板960和帶背襯920，留下帶有柱940的PEEK片970，以為由這些堆疊的層組裝的
換熱器提供間距和支撐(過程990)?，F(xiàn)在參考圖10，描繪了使用具有凹部1015的300微米金屬片1010形成待制造的隔離物陣列的可選擇的方法1000 (過程1020)。凹部或腔1015用金屬球1030使用振動臺或其他方法來填充(過程1040)。PEEK膜1060覆蓋在金屬球1030上并使用上部心桿1050來熱壓(過程1070)。從壓機除去PEEK，且球保持嵌入PEEK中(過程1080)以形成換熱器。在又一個示例性的實施方式中，圖11中描繪了可選擇的制造技術(shù)1100，該制造技術(shù)1100并不需要處理100或更多個単獨零件。彼此鄰近延伸的第一通道和第二通道由單條或帶的PEEK材料1110通過將材料折疊在其本身上以形成由縫1120聯(lián)系的ー堆通道對來形成。還可以使用適用的其他材料和用于制造換熱器的其他概念?，F(xiàn)在參考圖12,描繪了兩端通過式換熱器(double-ended pass through heateXChanger)1200。通過式換熱器1200包括使流以ー個方向通過加熱器1230的通道1210。通過通道1210的流在進入加熱器1230之前從相反方向的流1220接收熱輸入。通過通道1210的流在流過加熱器1230之后向流1220提供熱量。在示例性的實施方式中，流體以交錯配置同時流過通道1210和1220，且并不如上文所述的示例性的實施方式中那樣構(gòu)成一個來回。該通過式換熱器因此可以具有在流體流通道中消除回轉(zhuǎn)的優(yōu)勢。在優(yōu)選的實施方式中，以ー個方向進入的質(zhì)量流速被精密控制以便等于以相反方向進入的質(zhì)量流速并與以相反方向進入的質(zhì)量流速相反。在一個示例性的實施方式中，輸入通道和輸出通道由具有在約.01厘米至.001厘米范圍內(nèi)的厚度的薄壁分隔。雖然這些厚度可以是期望的，但可以使用其他厚度。對于上文提供的換熱器，以使得熱輸入的至少90%由熱耦合于熱區(qū)的加熱器提供的方式來構(gòu)建換熱器可能是期望的。在一個示例性的實施方式中，輸入通道和輸出通道各自具有小于約ー毫米的水力直徑，其中水力直徑是四倍于通道的橫截面積除以橫截面的周長。在一個示例性的實施方式中，高傳導性材料布置在加熱器和通道之間。根據(jù)示例性的實施方式，高傳導性材料可以是銅、其他金屬或金屬合金或其他高傳導性材料。根據(jù)示例性的實施方式，傳感器可以用于感測食物產(chǎn)品的至少ー個特征。傳感器可以是但不限于，溫度傳感器、壓カ傳感器、流量傳感器等。傳感器的使用允許殺菌器系統(tǒng)的閉環(huán)可控性。在示例性的實施方式中，計算機或微處理器控制器可以被實現(xiàn)以控制溫度、加熱器、泵、流體流、閥等。這樣的控制器可以使用各種算法中的任何，并采用任何類型的可適用的硬件和軟件構(gòu)件。根據(jù)示例性的實施方式，換熱器中的加熱結(jié)構(gòu)包括具有高傳導性材料的加熱元件以將熱量傳遞到流體通道?？蛇x擇地，主動加熱結(jié)構(gòu)可以直接地耦合于微通道，而不是使用高傳導性材料來傳遞熱量。在所公開的示例性的實施方式中的許多中，考慮使用換熱器來對食物產(chǎn)品殺菌。然而，換熱器結(jié)構(gòu)還可以用于其他應(yīng)用中，包括但不限于各種類型的釀造應(yīng)用、制造酸牛奶、發(fā)酵エ藝、維持或參與化學反應(yīng)或生物學反應(yīng)等。并且，在示例性的實施方式中，換熱器可以用于DNA的快速復制的聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)エ藝。上文所述的換熱器預期在瞬時加熱エ藝期間增加效率。根據(jù)示例性的實施方式，換熱器可以被設(shè)計為將乳或水加熱至約135攝氏度的溫度并將其保持在該溫度，持續(xù)約2秒，且然后冷卻流體，同時回收絕大部分熱量，使得與常規(guī)的UHT巴氏殺菌エ藝相比，能量輸入是最小的。根據(jù)示例性的實施方式，在試圖最大化換熱器的效率時，有利的是，維持軸 向熱流(沿著流動路徑)至最小，同時最大化在通道之間的傳熱。前述詳細描述已經(jīng)經(jīng)由使用框圖、流程圖和/或?qū)嵤├U明了裝置和/或エ藝的各種實施方式。當這樣的框圖、流程圖和/或?qū)嵤├粋€或多個功能和/或操作的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在這樣的框圖、流程圖和/或?qū)嵤├齼?nèi)的每ー個功能和/或操作可以單獨地和/或共同地通過各種各樣的硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上其任何組合來實現(xiàn)。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，所公開的機械結(jié)構(gòu)是示例性的結(jié)構(gòu)，且許多其他形式和材料可以用于構(gòu)造這樣的結(jié)構(gòu)。在一般意義上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本文描述的各種實施方式可以單獨地和/或共同地通過各種類型的機電系統(tǒng)來實現(xiàn)，所述機電系統(tǒng)具有各種各樣的電部件例如硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上其任何組合；和可以給予機械カ或運動的各種各樣的部件，例如剛體、彈簧或扭轉(zhuǎn)體、液壓裝置和電磁致動裝置或?qū)嵸|(zhì)上其任何組合。因此，如本文使用的“機電系統(tǒng)”包括但不限于，可操作地與換能器(例如，致動器、電動機、壓電晶體等)耦合的電路、具有至少ー個離散電路的電路、具有至少ー個集成電路的電路、具有至少ー個專用集成電路的電路、形成由計算機程序配置的通用計算裝置(例如，由至少部分地執(zhí)行本文描述的エ藝和/或裝置的計算機程序配置的通用計算機，或由至少部分地執(zhí)行本文描述的エ藝和/或裝置的計算機程序配置的微處理器)的電路、形成存儲裝置(例如，隨機存取存儲器的形式)的電路、形成通訊裝置(例如，調(diào)制解調(diào)器、通訊開關(guān)或光電設(shè)備)的電路和至其的任何非電模擬，例如光學的或其他模擬。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將明白，機電系統(tǒng)的實例包括但不限于，各種消費類電子產(chǎn)品系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)例如機動化運輸系統(tǒng)、エ廠自動化系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和通信/計算系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，如本文使用的機電不必限于具有電驅(qū)動和機械驅(qū)動兩者的系統(tǒng)，除了當上下文可以另外規(guī)定之外。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在本領(lǐng)域內(nèi)普遍以本文闡明的方式實現(xiàn)裝置和/或エ藝和/或系統(tǒng)，且其后使用工程和/或商業(yè)實踐來將這樣被實現(xiàn)的裝置和/或エ藝和/或系統(tǒng)集成為更全面的裝置和/或エ藝和/或系統(tǒng)。即，本文描述的裝置和/或エ藝和/或系統(tǒng)的至少一部分可以經(jīng)由合理量的實驗集成到其他裝置和/或エ藝和/或系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本文所描述的部件(例如，步驟)、裝置和對象以及伴隨它們的論述為了概念上的清晰性而用作實例，且各種配置修改在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技能內(nèi)。因此，如本文使用的，所闡明的具體實例和伴隨的論述意圖代表它們的更一般的種類。一般而言，本文任何具體的標本的使用還意圖代表其種類，且不包含本文這樣具體的部件(例如，步驟)、裝置和對象不應(yīng)被理解為表明需要限制。關(guān)于本文基本上任何復數(shù)和/或単數(shù)術(shù)語的使用，當適合于上下文和/或應(yīng)用吋，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從復數(shù)轉(zhuǎn)為單數(shù)和/或從單數(shù)轉(zhuǎn)為復數(shù)。為清晰性起見，本文沒有特別闡明各種單數(shù)/復數(shù)置換。本文所描述的主題有時闡明包含在不同的其他部件內(nèi)或與不同的其他部件連接的不同部件。應(yīng)理解，這樣描繪的體系結(jié)構(gòu)僅是示例性的，且實際上可以實 現(xiàn)獲得相同的功能性的許多其他體系結(jié)構(gòu)。在概念意義上，獲得相同的功能性的部件的任何布置被有效地“相關(guān)”，使得實現(xiàn)所需的功能性。因此，在本文被組合以實現(xiàn)特定的功能性的任何兩個部件可以被視為彼此“相關(guān)”，使得實現(xiàn)所需的功能性，而不管體系結(jié)構(gòu)或中間部件。同樣地，如此相關(guān)的任何兩個部件還可以被視為彼此“可操作地連接”或“可操作地耦合”以實現(xiàn)所需的功能性，且能夠如此相關(guān)的任何兩個部件還可以被視為彼此“可操作地耦合的”以實現(xiàn)所需的功能性?？刹僮鞯伛詈系木唧w的實例包括但不限于物理上可配合的和/或物理上相互作用的部件和/或無線上可相互作用的和/或無線上相互作用的部件和/或邏輯上相互作用的和/或邏輯上可相互作用的部件。盡管已經(jīng)示出和描述了本文描述的本主題的特定方面，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的是，基于本文的教導，可以進行變化和修改，而不偏離本文描述的主題和其較寬的方面，且因此，所附的權(quán)利要求g在將在本文描述的主題的真正精神和范圍內(nèi)的所有這樣的變化和修改包括在其范圍內(nèi)。此外，應(yīng)理解，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求界定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，一般而言，本文且尤其在所附的權(quán)利要求(例如，所附的權(quán)利要求主體)中使用的術(shù)語通常意圖為“開放式”術(shù)語(例如，術(shù)語“包括(including)”應(yīng)被解釋為“包括但不限干”，術(shù)語“具有”應(yīng)被解釋為“具有至少”，術(shù)語“包括(includes)”應(yīng)被解釋為“包括但不限干”等。)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解，如果所引導的權(quán)利要求表述的具體數(shù)量是期望的，那么這樣的意圖將在權(quán)利要求被明確表述，且在不存在這樣表述的情況下，不存在這樣的意圖。例如，作為有助于理解，以下所附的權(quán)利要求可以包含引導性短語“至少ー個”和“一個或多個”的用法以引導權(quán)利要求表述。然而，這樣的短語的使用不應(yīng)被解釋為暗示由不定冠詞“ー(a)”或“一(an)”引導權(quán)利要求表述將包含這樣被引導的權(quán)利要求表述的任何特定的權(quán)利要求限制于包含僅ー個這樣表述的發(fā)明，甚至當同一權(quán)利要求包括引導性短語“ー個或多個”或“至少ー個”和不定冠詞例如“一(a)”或“一(an)”(例如，“一(a)”和/或“ー(an)”應(yīng)通常被解釋為意指“至少ー個”或“ー個或多個”)吋；這也適用于被用于引導權(quán)利要求表述的定冠詞的使用。此外，即使所引導的權(quán)利要求表述的具體數(shù)量被明確敘述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，這樣的表述應(yīng)通常被解釋為意指至少所表述的數(shù)量(例如，沒有其他修飾語的“兩個表述”的裸表述通常意指至少兩個表述，或兩個或更多個表述)。此外，在使用類似于“A、B和C等中的至少ー個”的慣例的那些情況下，一般而言，這樣的造句意圖本領(lǐng)域技術(shù)人員將以以下意思理解該慣例(例如，“具有A、B和C中的至少ー個的系統(tǒng)”將包括但不限于具有單獨的A、單獨的B、單獨的C、A和B —起、A和C 一起、B和C 一起、和/或A、B和C 一起等的系統(tǒng))。在使用類似于“A、B或C等中的至少ー個”的慣例的那些情況下，一般而言，這樣的造句意圖本領(lǐng)域技術(shù)人員將以以下意思理解該慣例(例如，“具有A、B或C中的至少ー個的系統(tǒng)”將包括但不限于具有単獨的A、単獨的B、単獨的C、A和B —起、A和C 一起、B和C 一起、和/或A、B和C 一起等的系統(tǒng))。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解，無論是在說明書、權(quán)利要求還是圖中，呈現(xiàn)兩個或更多個可選擇的術(shù)語的實際上任何分離的詞語和/或短語應(yīng)被理解考慮包括術(shù)語中的ー個、術(shù)語中的任一個或兩個術(shù)語的可能性。例如，短語“A或B”將被理解為包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。盡管本文已經(jīng)公開了各個方面和實施方式，但其他方面和實施方式對本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說將是明顯的。本文所公開的各個方面和實施方式是為了闡述的目的且并不意圖是限制性的，且真正的范圍和精神由以下權(quán)利要求指出。
權(quán)利要求
1.一種食物廣品殺菌器，包括 食物產(chǎn)品源；和 再生式換熱器，其配置成接收來自所述食物產(chǎn)品源的食物產(chǎn)品流，所述換熱器包括 輸入通道，其配置成接收待殺菌的食物產(chǎn)品流； 輸出通道，其流體地耦合于所述輸入通道，所述輸出通道鄰近所述輸入通道，所述輸出通道和所述輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量；和 所述輸入通道或所述輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分，所述加熱部分配置成加熱所述食物產(chǎn)品流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道由薄壁分隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道由薄壁分隔，且所述薄壁具有小于.01厘米的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道由薄壁分隔，且所述薄壁具有小于.002厘米的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道共享壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道共享壁，且在一列中存在多對輸入通道和輸出通道，每ー對與鄰近對共享壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述殺菌器回收食物產(chǎn)品的峰值熱能的至少90%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道共享壁，所述輸入通道和所述輸出通道至少部分地被隔離層圍繞。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道各自具有小于約一毫米的水力直徑，所述水力直徑被表示為四倍于通道的橫截面積除以橫截面的周長。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道各自具有小于約ー百微米的水力直徑，所述水力直徑被表示為四倍于通道的橫截面積除以橫截面的周長。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道至少部分地由聚芳基醚酮(PEEK)形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述加熱部分包括電加熱器。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述加熱部分包括加熱器并包括在所述加熱器和所述通道之間的高導熱性材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述加熱部分包括加熱器并包括在所述加熱器和所述通道之間的高導熱性材料，所述高導熱性材料包括銅。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述食物產(chǎn)品包括以下中的至少ー種果汁、蘋果酒、蜂蜜、械糖漿、乳、醬油、運動飲料、醋、水、葡萄酒、啤酒、奶油和乳酪。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括配置成向所述食物產(chǎn)品加壓的泵。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括配置成過濾所述食物產(chǎn)品的過濾器。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括配置成感測所述食物產(chǎn)品的至少ー個特性的傳感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括配置成感測所述食物產(chǎn)品的至少ー個特性的傳感器，其中所述傳感器是溫度傳感器。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括配置成感測所述食物產(chǎn)品的至少ー個特性的傳感器，其中所述傳感器包括壓カ傳感器。
21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括配置成感測所述食物產(chǎn)品的至少ー個特性的傳感器，其中所述傳感器包括流量傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道是微通道。
23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道配置成具有促進層流的縱橫比。
24.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道配置成促使液體以小于2000的雷諾數(shù)在所述通道中流動。
25.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道配置成促使液體在具有大于所述通道的一半厚度的邊界層厚度的所述通道中流動。
26.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括隔離性層，所述隔離性層至少部分地將所述輸入通道、所述輸出通道和所述加熱部分隔離。
27.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述換熱器包括多對輸入通道和輸出通道。
28.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中輸入通道鄰近多個輸出通道并從所述多個輸出通道接收熱量。
29.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中輸出通道鄰近多個輸入通道并將熱量傳到所述多個輸入通道。
30.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道各自具有板狀布局，其中所述通道的寬度比所述通道的厚度大得多。
31.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中具有多個輸入通道和多個輸出通道，且所述輸入通道與所述輸出通道以左到右關(guān)系交替。
32.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括在所述輸入通道和所述輸出通道中的至少ー個內(nèi)的支撐元件。
33.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中具有多個輸入通道和多個輸出通道，且所述輸入通道和所述輸出通道形成為鄰近的管的陣列。
34.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中具有多個輸入通道和多個輸出通道，且所述輸入通道和所述輸出通道形成為鄰近的通道的格網(wǎng)。
35.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中具有多個輸入通道或多個輸出通道，且至少一組輸入通道或至少ー組輸出通道相互連接。
36.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括在所述入口通道的至少部分和所述輸出通道的至少部分之間的回流部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，還包括在所述入口通道的至少部分和所述輸出通道的至少部分之間的回流部分，且所述回流部分鄰近所述加熱部分。
38.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道的流以與所述輸出通道的流相反的方向。
39.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道具有可變的橫向橫截面，但所述輸入通道和所述輸出通道的鄰近的橫向橫截面的橫截面積的總和是恒定的。
40.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述輸入通道和所述輸出通道不包括回流部分。
41.根據(jù)權(quán)利要求I所述的食物產(chǎn)品殺菌器，其中所述食物產(chǎn)品是液體。
42.ー種液體殺菌系統(tǒng)，包括 輸入通道，其配置成接收待加熱至預定殺菌溫度的液體流； 輸出通道，其流體地耦合于所述輸入通道，所述輸出通道鄰近所述輸入通道，所述輸出通道和所述輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量；和 所述輸入通道或所述輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分，所述加熱部分配置成將所述液體流加熱至所述預定殺菌溫度，持續(xù)預定時間。
43.ー種食物產(chǎn)品加熱器，包括 輸入通道，其配置成接收待加熱至預定溫度的食物產(chǎn)品流； 輸出通道，其流體地耦合于所述輸入通道，所述輸出通道鄰近所述輸入通道，所述輸出通道和所述輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量；和 所述輸入通道或所述輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分，所述加熱部分配置成將所述食物產(chǎn)品流加熱至所述預定溫度，持續(xù)預定時間。
44.ー種液體加熱器,包括 輸入通道，其配置成接收待加熱的液體流； 輸出通道，其流體地耦合于所述輸入通道，所述輸出通道鄰近所述輸入通道，所述輸出通道和所述輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量；和 所述輸入通道或所述輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分，所述加熱部分配置成加熱所述液體流， 其中所述輸入通道和所述輸出通道是微通道。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的液體加熱器，其中所述液體加熱器是殺菌器。
46.—種液體加熱器,包括 輸入通道，其配置成接收待加熱的液體流； 輸出通道，其流體地耦合于所述輸入通道，所述輸出通道鄰近所述輸入通道，所述輸出通道和所述輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量；和 所述輸入通道或所述輸出通道的至少一部分的集成的加熱部分，所述加熱部分配置成加熱所述液體流， 其中所述輸入通道和所述輸出通道配置成使得所述液體流基本上是層流。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的液體加熱器，其中所述液體加熱器是殺菌器。
全文摘要
一種食物產(chǎn)品殺菌器包括食物產(chǎn)品源和配置成接收來自食物產(chǎn)品源的食物產(chǎn)品流的再生式換熱器。換熱器包括配置成接收待殺菌的食物產(chǎn)品流的輸入通道。換熱器還包括流體地耦合于輸入通道的輸出通道。輸出通道鄰近輸入通道。輸出通道和輸入通道配置成在兩個通道之間傳遞熱量。換熱器還包括輸入通道或輸出通道的至少一部分的集成加熱部分。加熱部分配置成加熱食物產(chǎn)品流。
文檔編號A23L3/16GK102686117SQ201080043054
公開日2012年9月19日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者喬丁·T·卡勒, 內(nèi)森·P·米佛德, 大衛(wèi)·B·塔克曼, 奧祖爾·伊爾迪里姆, 威廉·蓋茨, 小洛厄爾·L·伍德, 杰弗里·F·迪恩, 羅德里克·A·海德 申請人:脫其泰有限責任公司