专利名称：用于对流体介质进行热交换及混合处理的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对流体介质(尤其是低粘度流体以及高粘度 流体)进行热交换及混合处理的设备。所述设备可满足热交换功能及混 合功能，其中第一流体及至少另一种流体流过所述设备。热交换在所 述设备中发生在第一流体(热交换流体)与至少另 一种流体之间。与此 同时，提供用以在热交换期间在所述设备中混合所述另 一种流体的装 置。所述另一种或另一些流体的热交换以及混合是在如权利要求1前 序部分中所述的设备中实施。另外可将所述设备设计成其中可发生化 学反应的反应器。
背景技术：
从DE 28 39 564中，人们已知用于对低粘度i某介以及高粘度i某介 进行热交换及混合处理的设备。发明内容本发明的目的是对上述设备进行改进，借助所述设备可提高混合 物的均勾性，其中所述设备尤其适合处理高粘度流体。此外，取而代 之的是可更好地混合所述流体。可通过对流体纟某介进行热交换及混合处理的设备来满足所述目 的。所述设备包括其中布置有若干装置的壳体。所述装置包括笫一中 空结构及第二中空结构。第一流体可流过所述第一中空结构及所述第 二中空结构，且第二流体可在所述笫一中空结构及所述第二中空结构 周围流动。所述第一中空结构及所述第二中空结构彼此交叉地布置。 所述中空结构各具有第一宽度Bl及第二宽度B2的流动截面，其中 Bl/B2大于1,且B1定向成正交于含有所述壳体纵向轴线或者半行于6所述纵向轴线的线以及^^有所述中空结构的轴线的平面。由于使用中 空结构来均匀化所述流体，因此可实现更好的驻留时间分布。所述设 备可工作为混合器或热交换器或组合式热交换反应器。根据一个较佳 实施例，所述中空结构包括多个连接部件，通过所述连接部件可实现 在所述中空结构内部流动的第 一流体的强制性偏转。根据另 一 实施 例，所述外壳是由内壁本体及外壁本体形成，所述内壁本体及外壁本 体形成双层套管，第一流体可流过所述双层套管。中空结构在所述内 壁本体内部延伸并以交叉形式布置，且第 一流体的部分流被引入至所 述中空结构内，以使所述第一流体流过这些中空结构。第二流在所述 中空结构周围流动，且热交换在穿过所述中空结构与穿过双管壁的两 种流体之间发生。根据第一实施例，所述中空结构具有连接部件，所述第二流体沿 主流动方向流过所述壳体的入口截面，所述主流动方向沿所述壳体纵 向方向设置。所述第 一 中空结构包括平行于所述纵向轴线延伸的第一 区段且具有多个连接部件，于中空结构内部流动的笫 一流体在所述连 接部件中可发生强制性偏转。第二区段布置在笫 一连接部件与笫二连 接部件之间，所述第一流体的中间流动方向至少分段地相对于所述第二区段的纵向轴线以a角延伸。所述a角设立在主流动方向与笫一和 第二连接部件轴线的共切线之间。笫二中空结构布置成毗邻于第一中 空结构，且同样包括若千由连接部件连接的区段，其中所述第一流体 的中间流动方向至少分段地相对于纵向轴线以(3角延伸。角a与P正 负号不同且/或大小也不同。根据一个较佳实施例，所述第一及笫二中 空结构彼此大致对称地布置，尤其是交叉地布置。根据一个较佳实施 例，角a与P相等，但是正负号相反。所述第一及第二连接部件具有 大致半圓形设计。因此，中空结构的区段具有平行布置。根据另一实 施例，所述第一及第二连接部件具有V-形或U-形设计。根据一个4交佳实施例，中空结构由一个中空本体或多个呈彼此平 行布置的中空本体制成。所述装置由最少4个中空结构且最多12个中空结构形成。所述第二流体沿所述路径的完全混合是通过所述4个至12个中空结构发生的。所述第一中空结构及/或所述第二中空结构形成为一捆大致平行 延伸的管，其中一捆中的管能够彼此稍微地偏移，且一捆中的管之间 设置有规定的间隙。因此，所述间隙如此狭窄以致于只有笫二流体中 的一小部分可流过其间。所述中空结构具有第 一表面，所述第二流体入射到所述第 一表面 上并形成至少两个部分流，笫一部分流经导向沿循所述表面而第二部 分流离开所述表面并4支引导成一个或多个流体体积。所述流体体积形 成一个具有6个矩形表面的棱柱体，所述6个矩形表面是由笫一和第 二中空结构及笫三中空结构的边缘形成，因此基础表面和顶部表面以 及笫一和第二侧表面敞开，且其它侧表面由第一表面及第二表面的若 干部分形成，以便所述第二流体可流过所述基础表面、顶部表面及第 一和第二侧表面。由此，可发生部分流的连续分开和组合，从而发生 了笫二流体的重新布置及混合。视需要，可将收集元件附装至所述壳体的第二端，或者可在所述 壳体的第二端将两个中空结构或中空结构的两个单独中空本体彼此连接在一起。某些中空结构通向所述收集元件，以使所述第一流体在流过所述 中空结构之后接收到所述收集元件中。可从收集元件开始用笫一流体 来填充某些中空结构，以使所述收集元件至少分段地具有分布元件的 功能。任选地，可将收集元件附装至所述壳体的笫一端，或者可在所 述壳体的第一端将中空结构的两个中空结构或两个单独中空本体彼 此连接在一起。因此，可以逆流或交叉逆流以及以平行流或交叉平行流将第 一及 第二流体导向彼此。所述笫二流体可包含其间会发生化学反应的组分。两个毗邻的中 空结构之间设置有间隙，由此可改善所述组分的重新布置及混合，且/或所述应用所需要的相对于所述设备体积的热交换表面减小。一种用于对流体媒介进行热交换及混合处理的方法在 一种设备 中实施，所述设备包括其中布置有若干装置的壳体，其中所述装置形 成第一中空结构及笫二中空结构。在第一步骤中，第一流体流过所述 第 一 中空结构及第二中空结构，且第二流体在所述第 一 中空结构及第 二中空结构周围流动，其中所述笫 一 中空结构及第二中空结构彼此交 叉地布置。所述第二流体可通过中空结构发生偏转，因为所述中空结构各具有第一宽度B1及第二宽度B2的流动截面，其中Bl/B2大于1， 且Bl定向成正交于含有所述壳体纵向轴线或者平行于所述纵向轴线 的线以及所述中空结构的轴线的平面，从而当所述流体在中空结构周 围流动时会^皮混合。所述设备用于对高粘度(尤其是聚合物或食品)流体进行热交换及 混合处理。
下文将参照附图对本发明进行解释。图l显示根据笫一实施例的设备的视图；图2显示根据笫二实施例的设备的视图；图3显示穿过根据笫 一 实施例的设备的纵向剖面；图4显示穿过根据图3的设备的另 一纵向剖面，所述另 一纵向剖面 是在布置成正交于图3剖面的剖面上；图5显示穿过根据图3的设备的剖面，所述剖面布置在正交于所述 设备纵向轴线的平面内；图6显示由两种组分制成的第二流体沿所述设备纵向轴线的渐进 式混合的图解；图7显示所述设备的示意图，以解释所述装置的混合效果；图8显示图7的细节以及流体体积的图解，以对所述流进行解释；图9显示带有V形偏转的第 一 实施例的视图；9图10显示根据图9的带有V形偏转的实施例的变型的视图； 图ll显示根据第三实施例的设备的视图；以及 图12显示穿过根据第三实施例的设备的两个剖面。
具体实施方式
如图1中显示，图中显示通过根据本发明的根据第一特定较佳实 施例的设备在热交换期间进行的流体混合。所述设备包括其中布置有 装置4的壳体2。在图l中，部分地切开壳体2以便能看见其内部空 间。装置4包括第一中空结构5及第二中空结构105。第一流体6可 流过第一中空结构5及第二中空结构105，且视所述设备的构造而定， 第二流体7可在所述第一中空结构及所述第二中空结构周围沿朝向主 流动方向76或与主流动方向76相反的方向流动。每一 中空结构(5 ， 105)都由多个中空本体(71, 72, 73， 171， 172， 173)制成，所述多个 中空本体布置成彼此接近且彼此大致平行地延伸，从其对笫二流体7 的流动的影响来看，应将所述多个中空本体理解成单个流动阻碍物。 在图l中，所述中空本体(71, 72， 73， 171, 172， 173)是制造成圓形 截面的管。中空本体71以第一端74夹持到基座60内并延伸到壳体2 的内部空间中。中空本体71的末端是偏转元件59并通向中空本体72， 所述中空本体72布置成平行于中空本体71并从偏转元件59向上延 伸至基座60。因此，中空本体71及72以回路的形式对第一流体6进 行导向使其穿过壳体2的内部空间。因此，中空本体71形成了笫一 流体6的闭合通路，第一流体6沿相反于中空本体72的方向流过中 空本体71。作为另一选择，偏转元件59可通向另一中空本体(73， 171， 172， 173或其它)，且确切来说还可具有垂直于纵向轴线3的较长范 围，此显示于图2附图中。作为环圈布置的替代，所述中空本体可布 置成类似于EP06118609，其在附图中没有显示。基座60可包括若干室，中空本体延伸进入所述室或中空本体通 向所述室且第一流体6被馈送到所述室及/或从所述室取出。此外，基座60可包括第二流体7经由其流入壳体或流出壳体的开口 。这些开 口未显示于附图中。第一中空结构5与第二中空结构105彼此交叉地布置。第一中空 结构5包括平行于纵向轴线3延伸的第一区段8及多个连接部件(9， 11， 13， 15, 17, 19)，在第一中空结构内部流动的第一流体6会在所 述多个连接部件中发生强制性偏转。第二区段10布置在第一连接部 件9与第二连接部件11之间，且第一流体的中间流动方向至少分段 地相对于沿所述第二方向的纵向轴线3以角oc61延伸，所述角a设立 在纵向轴线3与第二区段10或与第二区段10平行延伸的第三区段12 之间。如果笫二区段10不是一条直线，而是任一希望形状的曲面工 件，则毗邻连接部件(9, ll)的两个端点在第一中空结构5的轴线上彼 此地连接。设立在假想笔直连接线与总线轴线3之间的角对应于角61 。 笫二中空结构105布置在壳体2的内部，第一流体6可流过所述第二 中空结构且第二流体7可在所述第二中空结构周围流动。第二中空结 构105包括平行于纵向轴线3延伸的第一区段108及多个连接部件 (109， 111， 113, 115, 117),在中空结构105内部流动的第一流体6 会在所述多个连接部件中发生强制性偏转。第二区段110布置在第一 连接部件109与第二连接部件111之间，且第一流体的流动方向至少 分段地相对于沿纵向轴线3以角p 161在所述第二区段中延伸，所述 角(3设立在纵向轴线3与第二区段110或与所述第二区段平行延伸的 第三区段112之间。上述关于第一中空结构的叙述类似地可适用于制 造成任一希望形状的曲面工件的区段(110, 112)。以上叙述同样可适 用于区段(14, 16， 18， 20， 114， 116, 118)。因此，根据图1，毗邻 中空结构(5, 105)的第二区段(10， 110)及第三区段(12, 112)彼此交叉 地布置。其类似地可适用于所显示的全部其它区段。根据图1的实施 例，角a 61与P 162具有大致相同的大小，但正负号相反。根据图 1,连接部件(9， 11， 13, 15, 17， 19, 109， 111, 113， 115， 117) 是设计成半圓形或圓弧形。中空结构(5， 105)在正交于中空结构区段轴线的剖面中具有第一宽度Bl及第二宽度B2的流动截面，其中 Bl/B2大于1，且Bl定向成正交于含有所述壳体纵向轴线3或者平行 于所述纵向轴线的线以及所述中空结构(5， 105)的轴线的平面。就此 而论，宽度B1是指属于第一中空结构5的全部中空本体(71,72,73 ) 的宽度或属于第二中空结构105的全部中空本体(171, 172, 173)的宽 度。宽度B2是中空结构的中空本体的截面尺寸或所述中空结构的最 小截面尺寸。在所述实施例中，中空结构5与中空结构105的宽度B1 相等。属于中空结构5的中空本体(71， 72， 73)布置成大致彼此毗邻， 因此一组中空本体便代表一个阻碍笫二流体7流动的障碍。作为另一 选择，也可将中空结构的中空本体布置成彼此稍微地偏移。所述中空 本体之间还可保持有间隙(未显示)。至多应只有第二流体7的一小部 分流过这个间隙，而第二流体的大部分在入射到中空本体之前经过偏 转，以使第二流体的大部分在中空结构的周围流动或沿其流动。此同 样适用于属于中空结构105的中空本体(171， 172， 173)。同样地，也 可在毗邻中空结构(5, 105)之间设置有间隔。中空结构(5， 105)的连接 部件(其位置紧邻壳体2)以偏移方式布置(图1中并未对此进行显示)， 以便更好地利用可用的混合及热交换空间。这意味着，确切来说，将 第一中空结构5的靠近所述边缘的连接部件(9， 11， 13, 15， 17， 19) 及笫二中空结构105的靠近所述边缘的连接部件(109， 111, 113， 115, 117)设计成根据图5的彼此偏移布置的弯管，因为其与壳体2的形状 相匹配。所述偏移可将弯管与壳体之间的间隔降到最低。图2显示根据第二实施例的设备的视图。如下只将提及不同于根 据图1实施例的特征。第一中空结构5具有宽度B1及宽度B2，其中 Bl与B2的比率大于1，且由此在中空本体内部形成截面大致为卵形 的流动通路，此同样适用于笫二中空结构105。角oc 162与P 162(上 文已结合图1进行了详述)的正负号和/或大小不同。图3显示穿过根据第一实施例的设备的纵向剖面。在此种情况下， 观察者可看到毗邻的中空本体(371， 372、 373)依序地布置。图3中的剖面是沿循含有纵向轴线3的剖面并平行于含有根据图1的第 一中空 结构5的平面。第一中空结构305相对于纵向轴线3以角P 161布置。 从中空结构305的后面可部分地看见相对于纵向轴线以角a 61布置 的中空结构405。在这种特定情况下，角a 61与角P 161的大小相等 且等于约为45。。相比于图l,设置了更多的部件。根据一种变型， 可至少部分地用不带内部中空空间的结构或带有第 一流体并不从其 间流过的内部中空空间的结构来替代所述中空结构。确切地说，这些 变型是在当所需的热交换表面较小时使用。图4显示穿过根据图3的设备的另 一纵向剖面，所述另 一纵向剖面 是在布置成正交于图3剖面的剖面上。在这个实例中，中空结构(5，105, 205, 305, 405， 505, 605， 705)是依次制造成若干捆中空本体，尤其 是圆形截面的管。每一中空结构都具有第一宽度B1及第二宽度B2的流 动截面，其中B1/B2大于1，且B1定向成正交于含有所述壳体纵向轴线 3或者平行于所述纵向轴线的线以及所述中空结构(5, 105)的轴线的平 面。就此而论，宽度B1是指属于一个中空结构的一捆中空本体的宽度。 在此种特定情况下，准确来i兌，中空结构(105, 205， 305, 405, 505, 605)的B1/B2比达到3。在位于边缘处的中空结构，准确来"^兌，Bl/B2 的比达到2。此外，可从图4中看出，可设置多个中空结构(5， 105， 205， 305, 405， 505, 605, 705)。经证明，最理想的混合效果是使用4到12 个中空结构。所述中空结构中的至少某些也可根据图2的实施例来进 行设计。所有中空结构都布置在壳体(未显示于此图中)中。所述壳体 较佳地具有圓形截面，尤其当第二流体7必须在高压下输送通过所述 设备时。为最佳地利用可用的混合空间，较佳地将中空结构布置在直 径为D1的包裹缸体中。也可提供正方形或矩形形状的壳体来替代圆形 的壳体，尤其是当内部压力与周围压力相差较大时。根据图4的全部 中空结构的宽度Bl与直径Dl的比相应地可达到l/12至l/4。此处并不将 间隔或导向元件75计算在内。应尽可能地使直径D1与壳体的内部直径 相差较小，从而避免对混合物的均匀性产生负面影响的边际效应。为避免边际效应，可将扇形导向元件75附装至设置在边缘处的中空本 体，由此保证边际流也得到检测及偏转。根据图l、 3或4的设备由管状壳体制成，所述管状壳体中布置有 由管状回路形成的中空结构。为简化起见，图7中的图解将所述中空 结构显示为若千个条。所述条的宽度对应于先前定义的值B1。通过形 成所述条来偏转第二流体7的流动(此将在下文更加详细地阐述)，可相 对于在上述包裹壳体的整个截面上的混合质量及热交换实现最佳的 均匀性。因此，可观察到流过壳体的第二流体7的显著塞式流动行为， 此可从图6中的一系列试验看出。根据本发明的带有塞式流动行为的 设备尤其适用于高粘度牛顿液体及非牛顿液体，所述高粘度牛顿液体 及非牛顿液体还尤其往往会发生文献中称为隧穿及分布不均的效应 且/或具有对于发热大或耗热大的反应的驻留时间至关重要的行为。通 过4-12个中空结构的布置，可使所述混合效应且因此传热效率达到最 佳，尤其是对于上述类型的流体。图5显示穿过#_据图3的设备的剖面，所述剖面布置在正交于所述 设备纵向轴线的平面内。图5中特别地显示了所述剖面截取了笫一中 空结构405的两个以上区段(424， 426, 428, 430， 432, 434， 436)。 中空结构405的零件477受到(例如)中空结构的区段432及434的侧向约 束。第二流体流过所述零件477以及同 一 中空结构405的毗邻零件以及 毗邻中空结构(5, 105， 205， 305， 505, 605， 705)的类似零件(77, 177， 277, 377， 577, 677, 777)。零件477的视图对应于图8中所示棱 柱体的两个侧表面的突出部分。如果所述侧表面相对于第二流体的主 流动方向76(图8)倾斜相同大小但正负号相反的角a和P ,则所述突出 部分便会包含所述棱柱体的对角线。因此，笫二流体7会成比例地流 过每一零件477。零件477相对于图5中所示的零件377或577偏移地布 置，零件477的侧缘是由中空结构405的中空本体形成的。在此情况下， 所述剖面中还显示了中空结构405的两个以上区段(424 ， 426 ， 428,430， 432， 434, 436)以及其它所示中空结构(5, 105, 205， 405, 505, 605，14705)的区段。所述实施例显示于图5中的最顶部及最底部边际区域内的 边际元件(77， 777)具有小于零件(177, 277， 377, 477， 577, 677)的 表面。所述边际区域含有扇形导向元件75以防止第二流体7中的大部 分不参与混合，而是大致沿壳体的内壁或者沿敞开的边际区域流动。 因此，混合物不够均匀，且也不能保证热交换达到充分的程度。图6显示由两种组分制成的第二流体沿所述设备纵向轴线的渐进 式混合的图解。笫二流体7也可由两种以上组分制成。才艮据所述实施 例的显示于图4中的设备显示在上部部分。两行剖面布置在其下方， 且所述两行剖面位于设备中标有连接线的点处。上行剖面显示第二流 体7混合的渐进过程，所述第二流体由两种具有不同颜色的组分制成。 下部行显示所述两种组分在根据先前技术的设备中的混合。从此图解 可尤其明显地看出，借助所述设备，在大约混合路径的一半便存在所 述组分的混合，且在所述混合路径的后半段便发生所述混合物的渐进 式均匀从而使在混合路径的前半段发生的绳状形成物很大程度地消 失。在经过相当于至少约2.5倍于所述设备直径D1值的混合路径之后， 便可存在大致均匀的混合物。根据先前技术设备(其不包括B1与B2的 比大于l的任何中空结构，而相反包括彼此交叉地布置的管)，沿相同 的混合路径不会发生所述两种组分的显著混合，而只是发生角度介于 45°与90°之间的具体重新布置。甚至在排放区域中，仍然存在黑色 组分居多的大区域以及白色组分居多的区域。因此，图6清楚地显示 了通过根据本发明的设备所实现的惊人效果。图7显示所述设备的示意图，以解释所述装置的混合效果。第二 流体7在中空结构周围的流动行为相当于在诸如图7中所示的条周围 的流动行为。第二流体沿主流动方向76(其大致沿壳体2的纵向轴线3 设置)流过壳体2的入口截面。如果第二流体7偏转到中空结构(5， 105， 205， 305)上，则所述流会一支偏转并随后发生传热，第二流体7或是一皮 加热或是被冷却。第二流体7便入射到宽度为B1的中空结构(5， 105, 205， 305)的表面上。图7中只显示了中空结构布置中的一个区段。为简化图解及更为清晰，图中只显示了四个毗邻的中空结构(5， 105,205， 305)。第一中空结构5包括多个相对于纵向轴线3以角a 61布置的区段 (10, 12, 14， 16， 18)及多个布置在区段(8， 10, 12, 14， 16, 18)之 间的连接部件(9, 11， 13， 15, 17)。笫二中空结构(105, 305)包括多 个相对于纵向轴线3以角P 161布置的区段(110， 112, 114， 116， 118) 及多个布置在区段(108, 110, 112, 114, 116, 118， 120)之间的连接 部件(109' 111， 113， 115， 117, 119, 121)。中空结构205具有与中 空结构5相同的设计，且中空结构305具有与中空结构105相同的设计， 因此不再详细阐述这两个结构。图8显示图1、 7、 11及12中四个中空结构(5, 105， 205， 305)的剖 面并显示流体体积的图解，以解释第二流体7的流动。第二流体7的主 流动方向76由箭头示意指示。中空结构5的区段10的部分与区段12的 部分以及中空结构105的区段112的部分与区段114的部分彼此交叉地 布置。中空结构205的区段210的部分与区段212的部分以及中空结构 305的区段312的部分与区段314的部分彼此交叉地布置。区段(IO， 12, 112, 114, 210, 212)的交叉点3皮命名为A, B， C， D, E， F， G, H。 如果以简化形式将区段显示为扁平、非常薄的条(也就是B2趋近于零)， 则流体体积由交叉点A， B， C, D, E, F， G封闭从而成为一个棱柱， 尤其是具有隅角点的平行六面体，如图8中右边部分所示。流体体积 70具有笫一表面68，笫一表面68由隅角点A， D, H， E来界定且是由 第二中空结构105的第二区段112的部分所形成。流体体积70具有第二 表面69，第二表面69由隅角点B, C， G， F来界定且是由中空结构105 的区段114的部分所形成。因此，中空结构(5, 105)具有第一侧表面68, 第二流体7入射到所述笫 一側表面上且第 一部分流66经导向而沿遵循 所述第一侧表面。第二部分流67离开侧表面68,且经导向进入流体体 积70，进入设置在其下方的流体体积170或进入设置在其上方的流体 体积。流体体积70包括具有隅角点E， F， G, H的基础表面62及具有 隅角点A, B， C, D的顶部表面63以及具有隅角点A， B, E， F的第三侧表面64和具有隅角点c, d, g, h的第四表面65,其中侧表面64及 65敞开且第一侧表面68由区段112形成且第二侧表面69由区段114形 成。因此，第二流体7可流过基础表面62、顶部表面63及第三和笫四 侧表面(64， 65),从而可发生部分流的连续分开和组合，由此可发生 第二流体7的重新布置及混合。为使图解更加清楚，相对于其在所述 设备的位置，将与流体体积70邻接的流体体积170偏移地拉到图8的右 边部分。准确来说，流体体积170设置在流体体积70下方。流体体积 170同样形成为矩形棱柱，且由隅角点e, f， g, h， i, j, k， l来界 定。流体体积70及流体体积170具有由隅角点e， f, g， h设立的共同 基础表面或顶部表面62。具有隅角点e, f， i, j的侧表面164是由区段 212形成，且具有隅角点g, h， k, l的侧表面165是由中空结构205 的区段210形成。第二流体7经由具有隅角点e， h， i， l的敞开侧表面 168进入，笫一部分流166会发生角61的偏转，所述角61是相对于主流 动方向76(其沿纵向轴线3延伸(显示于图7中))且包含在区段210中。另 一部分流167离开流体体积170的具有隅角点i， j, k, l的基础表面162。 因此，经由所述顶部表面或基础表面62可同时发生部分流(67， 167) 的进入和离开，从而发生第二流体7的混合。图9中显示用于对流体i某介进行热交换及混合处理的设备的另一 实施例。在图9的图解中，切开壳体2且如图所示将所述装置的下部部 分沿垂直方向拉到偏移位置，以便至少部分地可看见形成为第一及第 二中空结构(5, 105, 205, 305)的装置4。为简化期间，图中已略去一 部分装置的图解。连接部件(ll, 13， 15, 111， 211, 213, 311, 313) 制造成v形。才艮据所述实施例，还对在中空结构(5， 105， 205， 305) 内侧流动的笫一流体6进行导向而使其沿循某些中空本体(71， 72， 73) 内侧的相反方向。作为另一选择，第一流体6可在壳体的第一端进入 所述中空本体，且可在所述壳体的第二对置端(其未显示在此图中)离 开所述中空本体。角oc 61与角y 91交替地设立在壳体2的纵向轴线3 与v形区段的分支之间，所述v区段是由笫一中空结构(5, 205)的区段(10, 12, 14, 210, 212， 214)形成。角a 161与角P 191交替地设立 在壳体2的纵向轴线3与V形区段的分支之间，所述V区段是由笫 一 中空 结构(105, 305)的区段(110， 112， 310, 312, 314)形成。虽然承认角 oc与y或P与5确实是由同一中空结构的区段与纵向轴线的平行线 交替设立的，但图7及8中所示的第二流体7的流体流动一莫型可以同样 的方式用于所述实施例及将在下文阐述的#~据图10的变型。另一种可 能性包括将第一流体6的出口提供成收集单元或收集器。将笫一流体6 的至少部分流导向在一起，并随后将其再分布至第 一及第二中空结构 (5, 105, 205， 305),此并未在此图中显示。图10显示根据图9的实施例的变型的视图，其中使用了根据图2的 中空结构。V形部分也可实现图7及8中所示的混合原理，所述V形部分 具有相对于》从向轴线3以不同角a 61和y 91以及p 161和5 191布 置的分支。图ll显示根据第三实施例的用于对流体介质进行热交换及混合 处理的设备的视图，根据第三实施例，笫一中空结构(5， 205， 405, 605)及第二中空结构(105， 305, 505)彼此交叉地布置。所述中空结构 的命名请参见图12的左边部分。壳体2被制造成第一流体6在其内侧流 动的双层套管。分隔元件78布置在所述双层套管的两个壁本体(79,811) 之间，且相反流动方向的区域可通过所述两个壁本体在双层套管内部 彼此分开。图11中显示实际上是在含有双层套管壁本体(78， 81)的纵 向轴线3的平面上切开所述双层套管的。所述实施例中的壁本体(79， 81)制造成同心缸体。多个第一及第二中空结构(405, 505)附装至内壁 本体79且第二流体7可在所述中空结构周围流动。流体7的主流动方向 沿纵向轴线3的方向设置。由于流体7入射到在壁本体79内部延伸的中 空结构(5, 105， 205， 305, 405， 505， 605)上，其会因这些装置4(也 就是全部的第一及第二中空结构(5, 105, 205， 305， 405， 505， 605)) 而发生偏转。第一中空结构(5， 205， 405， 605)及第二中空结构(105, 305， 505)各自可由多个图1、 3、 4、 5、 9中所示的中空本体制成。第18一中空结构(5， 205, 405， 605)包括相对于纵向轴线的角a 61。第二 中空结构(105, 305, 505)包括相对于纵向轴线的角P 161。根据一个 较佳变型，角a 61与p 161可具有相同的大小，但正负号相反。此 处，第一流体6并非经由基座60(如图1中显示)而是经由内壁本体79的 内壁流入所述中空结构。根据图8的图解以及相关联的说明内容同样 可适用于所述实施例，因为存在毗邻中空结构的交叉布置。图12显示穿过根据图11中所示实施例的设备的两个剖面。图12的 左边部分显示穿过壳体2的径向剖面。图中显示将内壁本体79及外壁 本体81切开。在所述剖面中不再能看见用于引入及排出第一流体的短 管(82, 83)。两个分隔元件78布置在内壁本体79与外壁本体81之间。图12的右边部分显示穿过壳体2的纵向剖面且图解说明第一流体 6的流动方向。第一流体6经由入口短管82进入内壁本体79与外壁本体 81之间的中间空间，并流过所述中间空间，并进入交叉布置的第一及 第二中空结构(5， 105, 205, 305， 405, 505, 605)的内部。第一流体 6交叉流过所述中空结构，且部分流被引入壳体2的下半部分中，引入 到由内壁本体79与外壁本体81所界定的中间空间，并经由出口短管83 排出。第二流体7在内壁本体79内侧流动，且因所述中空结构(5, 105， 205， 305, 405, 505， 605)而发生偏转。沿所述中空结构以及在内壁 本体79的表面上可同时发生热交换。如果想能够避免第一流体6的大 部分形成旁路并再次流出设备而没有流过中空结构(5， 105， 205, 305， 405, 505， 605)，则唯一可行的做法是具备一个收集元件。收集元件 附装至壳体2的第二端。某些中空结构通向收集元件84，以便第一流 体6在流过中空结构之后接收在收集元件84中。可从收集元件开始用 笫一流体来填充某些中空结构，以使所述收集元件至少分段地具有分 布元件的功能。所述收集元件具有阻挡元件85，所述阻挡元件可防止 第一流体6形成旁路而不流过中空结构。阻挡元件85也可制造成环形， 且其具有让第二流体7进入的通路，因此第二流体可以逆流的形式流 动至在双层套管中导向的第 一流体6或以交叉流的形式流动至在中空结构中导向的笫一流体6。如果相反第二流体经由布置在阻挡元件中的通路离开，则当在双层套管中考虑所述流动时笫 一 流体6的流动及第二流体7的流动以彼 此平行流的形式发生，而当考虑第 一流体流过中空结构时第 一流体6 的流动及笫二流体7的流动以彼此交叉流的形式发生。在图12中， B1/B2的比大于1 。由此可惊人地改善第二流体7的混合及热交换。
权利要求
1.一种用于对流体媒介进行热交换及混合处理的设备，包括其中布置有装置(4)的壳体(2)，且所述装置(4)包括第一中空结构(5)及第二中空结构(105)，且第一流体(6)能够流过所述第一中空结构(5)及所述第二中空结构(105)，而第二流体(7)能够在所述第一中空结构及所述第二中空结构周围流动，且所述第一中空结构(5)与所述第二中空结构(105)彼此交叉地布置，其特征在于所述中空结构(5，105)具有第一宽度B1及第二宽度B2的流动截面，其中B1/B2大于1，且B1定向成正交于一平面，所述平面含有所述壳体的纵向轴线(3)或者平行于所述纵向轴线的线以及所述中空结构(5，105)的轴线。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二流体(7)沿主 流动方向(76)流过所述壳体(2)的入口截面，所述主流动方向(76)大致 沿所述壳体的所述纵向轴线(3)设置。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述装置(4)由最 少4个而最多12个中空结构(5, 105)形成。
4. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述中空 结构(5, 105)包括多个连接部件(9, 11, 13， 15, 17, 19至51, 109, 111， 113, 115， 117， 119至151),通过所述多个连接部件可实现在 所述中空结构(5 ， 105)内部流动的所述笫 一流体(6)的强制性偏转。
5. 如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一中空结构(5) 包括平行于所述纵向轴线(3)延伸的第 一区段(8)并具有多个连接部件 (9， 11， 13， 15， 17， 19至51)，在所述第一中空结构的内部流动的 所述笫一流体(6)在所述连接部件(9， 11， 13， 15, 17, 19至51)中发 生强制性偏转，其中第二区段布置在笫一连接部件与第二连接部件之 间，其中所述第 一流体(6)的第二区段中间流动方向至少分段地相对于 所述纵向轴线(3)以a角(61)延伸。
6. 如权利要求5所述的设备，其特征在于，笫二中空结构(105)布置成毗邻于所述第一中空结构(5)且所述第二中空结构(105)包括由 连接部件(109, 111, 113， 115, 117， 119至151)连接的区段(108， 110, 112, 114， 116, 118至152),其中所述第一流体的所述中间流 动方向在所述区段中至少分段地相对于所述纵向轴线(3)以角P(161) 延伸。
7. 如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述角a(61)与 角(3(161)在其正负号及/或其大小方面不同。
8. 如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述角a(61)与角p (161)大致相等，但具有相反的正负号。
9. 如权利要求5至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述连 接部件中的至少某些制造成大致半圓形。
10. 如权利要求5至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述连 接部件中的至少某些制造成V形或U形。
11. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一 中空结构(5)包括一个第一中空本体或多个第一中空本体(71， 72， 73), 且所述第二中空结构(105)包括一个第二中空本体或多个第二中空本 体(171， 172， 173)。
12. 如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述第一中空本体 (71， 72, 73)及/或第二中空本体(171， 172， 173)在任何情况下都制造 成一捆大致平行延伸的管。
13. 如权利要求12所述的设备，其特征在于， 一捆中的所述中空 本体(71, 72， 73)相对于纟皮此稍微地偏移。
14. 如权利要求12或13所述的设备，其特征在于， 一捆中的所 述中空本体(71， 72, 73)之间设置有失见定间隙。
15. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，中空结构 (105)具有笫一表面(68),所述第二流体(7)入射到所述笫一表面(68)上， 第一部分流(66)以及第二部分流(67)经导向而沿循所述笫一表面(68), 所述第二部分流(67)离开所述表面(68)并被引导成流体体积(70)或被引导成设置在其上方或其下方的流体体积(170),其中所述流体体积 (70)形成一个具有6个矩形表面的棱柱体，所述6个矩形表面是由3 个毗邻中空结构的边缘形成且由隅角点(A， B， C， D， E， F, G， H) 来界定，因此基础表面(62, E, F， G， H)和顶部表面(63， A, B， C， D)以及第一和第二侧表面(64， A, B, E, F和65， C, D, G, H)敞 开，且其它侧表面由所述第一表面(68)及第二表面(69)的若千部分形 成，且第二流体(7)能够流过所述基础表面(62)、所述顶部表面(63)及 所述第一和第二侧表面(64, 65),从而可发生部分流的连续分开和組 合，由此可发生所述第二流体(7)的重新布置及混合。
16. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，收集元件 (84)附装至所述壳体(2)的笫二端，所述中空结构(5， 105)中的至少某 些通向所述壳体(2)的第二端。
17. 如权利要求14所述的设备，其特征在于，可从所迷收集元件 (S4)开始用第一流体(6)填充所述中空结构(5， 105)中的某些。
18. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第 一流体及第二流体经导向而彼此成逆流或彼此成交叉流或彼此成平4亍流或交叉平4 T流。
19. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第 二流体(7)含有若干其间可发生化学反应的组分。
20. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，两个毗 邻的中空结构(5， 105)之间"i殳有间隔。
21 .—种用于对流体介质进行热交换及混合处理的方法，所述方法 在包括壳体(2)的设备中实施，且所述壳体(2)中布置有装置(4)，其中 所述装置(4)形成第一中空结构(5)及第二中空结构(105),其中，在第 一步骤中，第一流体(6)流过所述第一中空结构(5)及所述第二中空结构 (105)，而第二流体(7)在所述第一中空结构及所述笫二中空结构周围流 动，且所述第一中空结构(5)及所述第二中空结构(105)彼此交叉地布 置，其特征在于所述第二流体(7)经由所述中空结构而发生偏转，因为所述中空结构(5, 105)具有第一宽度B1及第二宽度B2的流动截面， 其中Bl/B2大于1，且B1定向成正交于^sf所述壳体纵向轴线(3)或 者平行于所述纵向轴线的线以及所述中空结构(5, 105)的轴线的平面， 以使所述流体(7)在所述中空结构周围流动的同时其得到混合。
22.—种如前述权利要求中任一项所述设备的用途，用于对高粘度 流体尤其是聚合物或食品进行热交换及混合处理。
全文摘要
本发明提供一种用于对流体介质进行热交换及混合处理的设备，包括其中布置有装置(4)的壳体(2)。装置(4)包括第一中空结构(5)，其中第一流体(6)能够流过第一中空结构(5)且第二流体能够在第一中空结构周围流动。第二流体(7)沿主流动方向(76)流动，主流动方向(76)大致沿壳体的纵向轴线(3)设置。其中设置有第二中空结构(105)，第一流体(6)可流过第二中空结构(105)且第二流体(7)可在第二中空结构(105)周围流动，其中第二中空结构与第一中空结构交叉地布置。中空结构(5，105)具有第一宽度B1及第二宽度B2的流动截面，其中B1/B2大于1，且B1定向成正交于含有壳体纵向轴线(3)或者平行于纵向轴线的线以及中空结构(5，105)的轴线的平面。
文档编号B01F5/06GK101259388SQ200810085310
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月9日
发明者P·马蒂斯, S·兰弗兰奇 申请人:苏舍化学技术有限公司