TW200839169A - An apparatus for the heat-exchanging and mixing treatment of fluid media - Google Patents

Description

200839169 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種用於流體媒介物，特別是低黏性 流體以及高黏性流體，熱交換及混合處理的設備。該設備 滿足一熱交換功能及一混合功能，其中一第一流體及至少 一其它流體流經該設備。熱交換發生在該設備內介於該第 一流體，該熱交換器流體與該至少一其它流體之間。該其 它的流體的熱交換以及混合是依據申請專利範圍第1項的 前言部分在該設備內被實施。該設備可額外地被設計爲一 反應器，一化學反應可在其內發生。 【先前技術】 一種用於低黏性媒介物以及高黏性媒介物的熱交換與 混合處理的設備可見於德國專利第D E 2 8 3 9 5 6 4號。 本發明的目的是要提供一種關於上述結構的改良藉以 提高混合物的均質性（homogeneity )，且該設備特別適 合高黏性流體的處理。此外，可發生流體的更佳的混合。 【發明內容】 本發明的此目的可由用於流體媒介物的熱交換及混合 處理之設備來達成。該設備包括一外殻，其內設置有裝置 。裝置包括一第一中空結構及一第二中空結構。一第一流 體能夠流經該第一中空結構與該第二中空結構及一第流體 能夠流動於該第一中空結構與該第二中空結構周圍。該第 -4- 200839169 一中空結構與該第二中空結構係相關於該第一中空結構是 被交叉安排。中空結構具有一具一第一寬度B1與一第二 寬度B2的流動截面，且B1/B2大於1及B1被垂直於一 平面定向，該平面包含該外殼的縱長軸或一平行於該縱長 軸的直線與中空結構的一軸線的直線。由於使用中空結構 來將流體均質化，因而可達到更佳的停駐時間分布（ residence-time distribution)。該設備可如一混合器或如 一熱交換器或如一結合式熱交換反應器般地作用。依據一 較佳的實施例，中空結構包括多個連接件，流入到中空結 構的內部中之該第一流體的一強制偏轉可經由該等連接件 被實施。依據進一步的實施例，該外殻是由一形成一雙套 管（double jacket)之一內壁本體及一外壁本體來形成， 一第一流體可流經該雙套管。中空結構延伸在該內壁本體 的內部中且以交叉的方式來安排且該第一流體的分流（ part flow )被導入其內，使得該第一流體流經這些中空結 構。一第二流體流動在中空結構的周圍且一熱交換發生在 流經中空結構與流經該雙管壁的兩流體之間。 依據第一實施例，中空結構具有連接件，該第二流體 沿著一主要流動方向流經該外殼的一入口截面，該主要流 向係沿著該外殻的縱長軸被設置。該第一中空結構包括一 第一區段，其平行於該縱長軸延伸且具有多個連接件，流 入到該第一中空結構的內部中之該第一流體的一強制偏轉 發生於該等連接件內。一第二區段被安排在一第一連接件 與一第二連接件之間且該第一流體的中間流動方向至少部 -5 - 200839169 分地以一相關於該第二區段的縱長軸的^角度延伸。該^ 角度被設定在該主要流動方向與該第一及第二連接件的軸 線的共同切線之間。一第二中空結構被安排成與該第一中 空結構相鄰且包括由連接件連接的區段，其中該第一流體 的中間流動方向至少部分地以一相關於該縱長軸的θ角度 延伸。該α角度與該/3角度在它們的符號及/或在它們的 大小上是不相同的。依據一較佳實施例，該第一及第二中 空結構被安排成彼此實質對稱，特別是交叉地對稱。依據 一較佳實施例，該α角度與該/3角度是相等的，但符號相 反。該第一及第二連接件具有實質上半圓形的設計。因此 ，一中空結構的區段具有平行的配置。依據一進一步的實 施例，該第一及第二連接件具有V型或IJ型設計。 依據一較佳的實施例，一中空結構是由一中空本體或 多個彼此平行配置的中空本體所構成。裝置是由至少4個 中空結構及至多1 2個中空結構構成的。該第二流體的一 徹底的混合沿著該路徑經由該4至1 2個中空結構發生。 該第一中空結構及/或該第二中空結構被形成爲實質 平行延伸的一束管子’其中該束管子中的管子能夠相對於 彼此稍微偏移及/或一預定的間隙被提供在管子與管子之 間。此間隙窄到只有一小部分的第二流體能夠流經它。 中空結構具有一第一表面，該第二流體入射於該第一 表面上且形成至少兩個分流（Part flow )，一第一分流沿 著該第一表面被導引及一第二分流其離開該第一表面並被 導引進入一或多個流體體積。該流體體積被作成一棱柱體 -6- 200839169 其具有六個矩形表面，這六個矩形表面是由該第一及第二 中空結構與一第二中空結構的邊緣所形成，使得一底面與 一頂面，以及第一與第二側表面都是開放的且其它的側表 面是由該第一表面與一第二表面的一部分形成的，使得該 第二流體可流經該底面與該頂面，以及該第一與第二側表 面。分流的一連續的分離與結合可藉此發生，該第二流體 的重新排列與混合即可因此而發生。 選擇上地，一收集元件可被附裝在該外殼的一第二端 或兩個中空結構或一中空結構的兩個中空本體可在該外殻 的一第二端彼此相連接。 某些中空結構開放至該收集元件中使得該第一流體在 流經該等中空結構之後被收集在該收集元件中。某些中空 結構可被注入第一流體，從該收集元件開始，使得該收集 元件至少部分地具有一分配元件的功能。選擇上地，一收 集元件可被附裝在該外殼的一第一端或兩個中空結構或一 中空結構的兩個中空本體可在該外殼的一第一端彼此相連 接。 該第一及第二流體因而可以逆流或交叉逆流及以平行 流或交叉平行流兩種方式被導向彼此。 該第二流體可包括成分，一化學反應在成分之間發生 。當成分的重新排列與混合被改善及/或該應用需要一關 於該設備體積的熱交換之縮小的表面時，一間距被提供在 兩個相鄰的中空結構之間。 一種用於流體媒介物的熱交換及混合處理的方法被實 -7- 200839169 施於一設備中，該設備包括一外殻，其內設置有裝 裝置形成一第一中空結構及一第二中空結構。在第 中，一第一流體流經該第一中空結構及該第二中空 一第二流體流動在該第一中空結構及該第二中空結 圍，其中該第一中空結構及該第二中空結構被安排 於彼此相交叉。該第二流體被中空結構偏轉，因爲 構具有一流動截面其具有一第一寬度B1及一第二] ，：B1/B2大於1且B1被定向爲垂直於一平面，該 含該外殻的縱長軸或一平行於該縱長軸的直線與中 的一軸線的直線，使得當流體流動於中空結構周圍 體即被混合。該設備是被用在高黏性流體，特別是 或食品，的熱交換與混合處理上。 【實施方式】 圖1顯示依據本發明的第一實施例之一種用於 期間的流體的混合的設備。該設備包括一外殼2， 置有裝置4。該外殼2在圖1中被部分地切開用以 部空間可被看到。裝置4包括一第一中空結構5及 中空結構1 05。一第一流體6可流經該第一中空結; 該第二中空結構1 〇 5且一第二流體7可根據該設備 而在一與主要流動方向76相同或相反的方向上流 第一中空結構與該第二中空結構周圍。每一中空鞋 ’ 1〇5)都是由多個中空本體（71，72，73，171， 1 7 3 )構成，它們彼此相鄰地被安排，彼此大致平 置且該 一步驟 結構及 構的周 成相關 中空結 I度B2 平面包 空結構 時該流 聚合物 熱交換 其內設 讓其內 一第二 _ 5及 的結構 動於該 ”冓（5 172， 行地延 -8- 200839169 伸且在它們對於該第二流體7的流動的影響上應被理解爲 一單一的流動障礙。在圖1中’中空本體（71，72，73， 171，172，173)被作成具有圓形截面的管子。中空本體 71在第一端74處被夾入到基座60中且延伸進入到該外殼 2的內部空間中。中空本體7 1結束於偏轉元件59內並開 口進入到中空本體72中，它被安排成與該中空本體71平 行且從該偏轉元件59向上延伸至基座60。因此，中空本 體71及72以一迴圈的形式將該第一流體6引導通過該外 殻2的內部空間。該中空本體71因而形成一用於該第一 流體6之一封閉的通路，該第一流體6在一與中空本體72 相反的方向上流經該中空本體7 1。該偏轉元件5 9亦可開 放至其它中空本體（73，171，172，173或其它）中且亦 在垂直於該縱長軸3的方向可具有一較長的長度，如圖2 所示。除了一迴圈的配置之外，該等中空本體可如歐洲專 利第EP06 1 1 86 09號所揭內容般加以安排。 該基座60可包括艙室，該等中空本體可延伸至該等 艙室中或中空本體可開口至該等艙室中且第一流體6可被 注入該等艙室中及/或由艙室中被移走。再者，該基座60 可包括開口，該第二流體7可經由該等開口流入該外殼或 離開該外殼。這些開口未示於圖中。 該第一中空結構5與該第二中空結構1 〇5被彼此相交 叉地加以安排。該第一中空結構5包括一第一區段8其平 行於該縱長軸3延伸及多個連接件（9，1 1，13，1 5，17 ，1 9 )，流入到該第一中空結構5內部中的第一流體6的 -9- 200839169 一強制偏轉在這些連接件內發生。一第二區段1 0被安排 在一第一連接件9與一第二連接件1 1之間且該第一流體 的該中間流動方向至少部分地以相關於該縱長軸3成α角 度61延伸於該第二區段中，該α角度被設定在該縱長軸3 與該第二區段1 0或與第二區段平行地延伸的第三區段i 2 之間。如果該第二區段1 0不是一直線而是一所想要的彎 曲件的話，則相鄰連接件（9，1 1 )的兩個端點在該第一 中空結構5的軸線上彼此相連接。被設定在此假想的筆直 連接線與該縱長軸3之間的該角度對應於角度6 1。一第二 中空結構1 05被安排在該外殻2的內部，該第一流體可流 經該第二中空結構且該第二流體可流動於該第二中空結構 周圍。第二中空結構105包括一第一區段108其平行於該 縱長軸 3延伸及多個連接件（1 0 9，1 1 1，1 1 3，1 1 5，1 1 7 )，流入到該第二中空結構1 05內部中的第一流體6的一 強制偏轉在這些連接件內發生。一第二區段1 1 〇被安排在 該第一連接件1 09與一第二連接件1 1 1之間且該第一流體 的流動方向至少部分地以相關於該縱長軸3成yS角度1 6 1 延伸於該第二區段中，該Θ角度被設定在該縱長軸3與該 第二區段1 1 0或與第二區段平行地延伸的第三區段1 1 2之 間。裳文中有關於第一中空結構的敘述同樣適用於被形成 爲所想要的彎曲件之區段（1 1 〇，1 1 2 )上。上文的描述同 樣適用在區段（14，16，18，20，114，116，118 上。相 鄰的中空結構（5，1 0 5 )的第二區段（1 0，1 1 〇 )與第三 區段（1 2，1 1 2 )在圖1中係彼此相交叉地被安排。這同 -10- 200839169 樣適用於所示的所有其它區段上。在圖1所不的實施例中 ，該α角度61與Θ角度161具有實質相同的大小，但符 號相反。在圖1中’連接件（9 ’ 1 1 ’ 13 ’ 15 ’ 17 ’ 19， 1 0 9，1 1 1，1 1 3，1 1 5，1 1 7 )係以半圓形的形狀被設計或 具有一圓的圓弧形狀。中空結構（5 ’ 1 0 5 )在一剖面平面 上具有一流動截面，該剖面平面被安排成垂直於一中空結 構的截面的軸線，其具有一第一寬度B1及一第二寬度Β2 ，B1/B2大於1且被定向爲垂直於一平面’該平面包 含該外殼的縱長軸或一平行於該縱長軸的直線與中空結構 (5，1 0 5 )的一軸線。在此例子中，寬度B 1代表屬於第 一中空結構5之所有中空本體（71 ’ 72 ’ 73 )或屬於第二 中空結構105之所有中空本體（171，172，173)的寬度 。寬度B2爲中空結構的一中空本體的截面尺度或該中空 結構的最小截面尺度。寬度B 1爲該中空結構之被安排成 垂直於B2之截面尺度。中空結構5及中空結構105的寬 度B1在此實施例中是相同的。屬於中空結構5的中空本 體（7 1，72，73 )被安排成彼此實質上相鄰，使得一組群 的中空本體（例如，71，72，73的組群或171，172，173 的組群）代表該第二流體7的流動障礙物。或者，一中空 結構的中空本體亦可被安排成彼此稍微偏位。一間隙（未 示出）亦可被保持在中空本體之間。只有一小部分的第二 流體7可流經此間隙，大部分的第二流體在入射到該等中 空本體之前即被偏轉，使得大部分的第二流體流動在中空 結構的周圍或順著中空結構流動。同樣的描述亦適用於屬 • 11 - 200839169 於中哭結構105的中空本體（171，172，173 )。一間距 可同樣地被提供在相鄰的中空結構（5，1 05 )之間。 位在緊鄰該外殼2之中空結構（5，105 )的連接件被 偏位地安排（未示於圖1中）用以更佳地利用可用之混合 與熱交換空間。這表示，靠近邊緣之一第一中空結構5的 連接件（9，11，13，15，17，19)或一第二中空結構105 的連接件（109，111，113，115，117)被設計成管子轉 彎處其在圖5所示的例子中被設計成彼此偏位，因爲它們 必需與外殼2的形狀相符。介於管子轉彎處與外殻之間的 間距藉此偏位而被最小化。 圖2顯示依據第二實施例的設備的圖式。在下文中將 只描述與圖1所示的實施例不同處之特徵。該第一中空結 構5具有寬度B1及寬度B2，其中B1/B2的比値大於1， 藉以在具有一實質上卵形的截面的中空本體內部形成一流 動通路，相同的描述亦適用於第二中空本體105上。已參 照圖1詳細說明的α角度及角度/3在它們的符號上及/或 在它們的大小上是不相同的。 圖3顯示穿過依據第一實施例的設備的縱長剖面。在 此例子中，相鄰的中空本體（371，3 72，3 73 )從觀看者 的視野來看被依序的安排。圖3爲一沿著一剖面平面的截 面，該剖面平面包含該縱長軸3並平行於包含依據圖1所 示的第一中空結構5的平面。該中空結構304被安排成與 該縱長軸3成一 /3角度161。被安排成與該縱長軸3成一 ^角度6 1的中空結構4 0 5可從中空結構3 0 5的後面被部 -12- 200839169 分地看到。在此特殊的例子中，該α角度61及yS角度161 在大小上是相同的且都約等於4 5度。與圖1相反的是， 有更多的連接件被提供。依據一變化例，中空結構至少可 部分地用沒有內部中空空間的結構或具有第一流體不能流 過的內部中空空間的結構來取代。這些變化例在所需要的 熱交換表面很小時可被使用。 圖4顯示穿過圖3的設備的另一縱剖面圖，其剖面平 面係垂直於圖3的剖面平面。中空結構（5，1 〇 5，2 0 5， 305，405，505，605, 705)被作成中空本體束，在此例 子中，爲具有圓形截面的管子束。每一中空結構都具有一 第一寬度B1及一第二寬度B2，B1/B2的比値大於1且B1 被定向爲垂直於一平面，該平面包含該外殼的縱長軸或一 平行於該縱長軸的直線與中空結構（5，1 0 5 )的一軸線。 在此例子中，寬度B 1爲屬於一中空結構之一中空本體束 的寬度。在此例子中，中空結構（105，205，305，405， 505，605，705 )的B1/B2的比値爲3。在位於邊緣處的 中空結構中，B1/B2的比値爲2。從圖4中可進一步看出 的是，有多個中空結構（5，105，205，305，405，505， 605，705 )被提供。已被證實的是如果使用4至12的中 空結構的話則混合效果將會很理想。至少一些中空結構可 根據圖2的實施例來加以設計。所有中空結構都被安排在 該外殼內，但並未示於此圖中。該外殼較佳地具有一圓形 截面，特別是當該第二流體7必需於高壓下被輸送通過設 備時。爲了將可用的混合空間作最佳的利用，中空結構最 -13- 200839169 好是以具有D1直徑之封包的（enveloped)圓筒方式加以 安排。方形或具形的外殼形狀亦可被用來取代圓形的外殻 形狀，特別是在內部壓力與環境壓力沒有實質上相差太大 時。因此，寬度B1對圖4中之整體中空結構的直徑D 1的 比値係介於1 /1 2至1 /4之間。間距或導引件7 5並未在此 處被加以考量。直徑D1與外殻的內徑之間的差異應儘可 能地小用以避免對於混合物的均質性有負面影響的邊際效 應出現。爲了要避免間際效應，扇形的導引件75可被安 裝到設置在邊緣處的中空本體上，用以確保邊際流亦會偵 測且被偏轉。 依據圖1，3或4的設備是由管形外殼製成且中空結 構是由安排於外殼內之管形迴區所製成。在圖7所示的圖 式中中空結構爲了簡化的理由而以帶狀形式來顯示。帶子 的寬度相當於之前所界定的數値B 1。一最佳的均質性係 由將於下文中詳細說明之該第二流體7的流動因該等帶子 的構成形態所產生的偏轉在上文中描述的封包式圓筒的整 個截面上造成的的混合品質及熱交換結果來表示。流經該 外殼之該第二流體7可被觀察到一明顯的塞流（plug fl〇w )行爲，其在圖6中係以實驗系列（trial series)被顯示 。具有該塞流行爲之依據本發明的設備特別適合高黏性牛 頓流體及非牛頓流體其尤其易於此技藝中習知之通道（ channeling )及分配不均的效果及/或具有一對於具有大的 熱產生或大的熱消耗的反應的停駐時間（residence time ) 很關鍵的行爲。該混合效果及熱傳遞功率在4 -1 2個中空 -14 - 200839169 結構的配置下是最佳的，特別是對於上文中提到的流體種 類而言。 圖5顯示穿過圖3的設備的剖面，其係被安排在垂直 該設備的縱長軸的平面上。圖5中特別顯示出來的是，一 第一中空結構405之多於兩個區段（424，426，428，430 ，432，434，436)被此一剖面平面切到。中空結構405 的此一部分元件477被該中空結構的區段432及434側向 地結合。第二流體流經此部分元件477以及在同一中空結 構405中之相鄰的部分元件以及相鄰的中空結構（5，105 ，2 0 5，3 05，405，5 05，605，70 5 )中之類似的部分元件 (77，177，277，377，477，577，677，777 )。部分元 件477的圖式相當於圖8中所示的稜柱體的兩個側表面的 投影。如果該等側表面相關於該第二流體之主要流動方向 76 (圖8 )傾斜大小相同但符號相反的α角度與冷角度的 話，則此投影表面該稜柱體的一角線。因此，該第二流體 7成比例地流經每一部分元件477。側邊都是由中空結構 405的中空本體所形成之部分元件477被安排成與示於圖 5中之部分元件3 77或5 77相偏移。在此例子中，該中空 結構405以及其它中空結構（5，105，205， 405，505， 605，70 5 )之多於兩個的區段（424，426，428，430， 43 2，43 4，43 6 )亦在該剖面平面上。位在圖5的最上面 與最下面邊緣區域內的邊際元件（77，777)在此實施例 中具有比部分元件（177，277，377，477，577，677， 777 )小的表面。該邊緣區域包含一扇形的導引件75用來 -15- 200839169 防止該第二流體7的一大部分未能參與混合，而 殼的內壁及沿著其它開放的邊緣區域流動。此一 亦會發生在圖6所示的先前技藝的熱交換反應器 合物的均質性不足且熱交換未達一充分的程度。 圖6顯示由兩種成分組成的第二流體沿著該 長軸之漸進的混合。該第二流體7亦可由多於兩 組成。依據圖4所示的實施例之設備1的上部被 列剖面被提供在圖的下方且它們是在該設備之被 接線的位置處所取的剖面。上面一列的剖面顯示 有不同顏色的成分組成的第二流體7的混合的進 一列的剖面顯示兩種成分在依據先前技藝的設備 。從圖6可以很明顯看出的是，成分在走過約一 路徑之後的混合被呈現出來及該混合物在該後半 徑中發生持續的均質化，使得發生在前半段混合 繩股形態（strand formation )大部分都消失掉。 約爲該設備的直徑D1數値的2 · 5倍的混合路徑 可獲得一實質均質的混合物。在依據先前技術的 ，未包括任何B1/B2的比値大於之中空結構，只 於彼此交叉地安排的管子的設備）中’在同一混 並沒有兩種成分之實質的混合發生’只有在45 g 間有特定的重新排列發生。即使是在排放區中， 一大塊區域是由黑色的成分主導以及有一塊區域 成分在主導。因此，圖6清楚地顯示出依據本發 達成了 一令人意外的效果。 延著該外 流動行爲 中。該混 設備的縱 種成分來 示出。兩 標示的連 由兩種具 程。下面 中的混合 半的混合 段混合路 路徑中之 經過長度 之後，即 設備（即 包括相對 合路徑上 :90度之 仍然是有 是有白色 明的設備 -16- 200839169 圖7顯示用來說明裝置的混合效果的設備的示意圖。 第二流體7在中空結構周圍的流動行爲是可以與圖7中所 示之帶子周圍的流動行爲相比擬的。該第二流體沿著一主 要流動方向76流經該外殻2的一入口截面，該主要流動 方向係大致沿著該外殼2的縱長軸3被設置。如果第二流 體7被偏轉到一中空結構（5，105，205，3 05 )上的話， 該流動被偏轉且一熱傳遞接著發生，其中該第二流體7不 是被加熱就是被冷卻。該第二流體7因而以B 1寬度被入 射到該中空結構（5，1 0 5，2 0 5，3 0 5 )的表面上。在圖7 中，只有此中空結構配置的一段被示出；爲了簡化圖式及 爲了提高清晰性起見，至有四個相鄰的中空結構（5，1 05 ，205，305)被不出。第一中空結構5包括多個區段（10 ，12，14，16，18)其被安排成與該縱長軸3成一 α角度 61及多個連接件（9，11，13，15，17)其被安排在區段 (8，10，12，14，16，18)之間。第二中空結構（105， 3〇5)包括多個區段（110，112，114，116，118，120) 其被安排成與該縱長軸3成一；8角度161及多個連接件（ 109， 111， 113， 115， 17， 119， 121)其被安排在區段（ 108，110，112，114，116，118，120)之間。中空結構 205具有與中空結構5相同的設計及中空結構305具有與 中空結構1 〇 5相同的設計，使得這兩個中空結構將不再加 以詳細說明。 圖8顯示圖1，7，1 1及12的四個中空結構（5，1 〇 5 ，205，3 05 )的一區段以及用來說明第二流體7的流動的 -17- 200839169 流體體積的代表。該第二流體7的主要流動方向7 6示意 地以一箭頭來表示。該中空結構5的區段1 0及區段1 2的 一部分以及中空結構1 〇 5的區段1 1 2與區段1 1 4的一部分 被安排成相對於彼此交叉。該中空結構205的區段210及 區段2 1 2的一部分以及中空結構3 0 5的區段3 1 2與區段 3 1 4的一部分被安排成相對於彼此交叉。區段（丨〇，1 2， 112，114，210，212)的交叉點被標記爲A，B，C，D， E，F，G，H。如果這些區段以非常薄之扁平的帶子的簡 化形式來表示（，即，B2驅向於零）的話，則一由交叉 點A，B，C，D，E，F，G，H(其構成一角柱，特別是一 具有角落點八，8，（：，〇，£，？，0，11之平行六面體） 所界定出的流體體積被示於圖8的右手邊部分。該流體體 積70具有一第一表面68其係由角落點A，D，Η，E爲界 且由第二中空結構1 0 5的第二區段1 1 2的一部分來形成。 該流體體積70具有一第二表面69其係由角落點B，c，G ，F爲界且由第二中空結構105的區段114的一部分來形 成。因此，該中空結構（5，105 )具有一第一側表面68， 該第二流體7入射於其上且該第一分流6 6沿著此側表面 被導引。一第二分流67離開該側表面68且被引導進入該 流體體積70中’進入設置於其底下的流體體積17〇內或 進入設置於其上方的流體體積中。該流體體積70包括一 具有角落點E，F，G，Η的底表面62及一具有角落點A ’ B ’ C ’ D的頂表面63以及一具有角落點abEF的第三 側表面6 4及具有角落點c，D，G，Η的第四側表面，其 -18- 200839169 中側表面64與65是開放的且第一側表面68是由區段112 形成的且第二側表面6 9是由區段1 1 4形成的。該第二流 體7因而可流經底表面62，該頂表面63及第三與第四側 表面（64，65)，使得分流的連續分開與結合可發生，第 二流體7的重新組合與混合可藉以發生。一與流體體積7〇 相鄰接的流體體積1 70爲了要在圖中被更清楚地看到所以 在圖8的右手邊它被畫得偏移其在該設備中之位置。該流 體體積170被設置在流體體積70的正下方。流體體積17〇 相類似地被形成爲一矩形的稜柱且由角落點E，F，G，Η ，I，J，K，L來界定邊界。流體體積70與流體體積170 具有一共用的底表面或頂表面62其係由角落點E，F，G ，Η界定的。具有角落點G，Η，K，L的側表面165是由 中空結構205的區段2 1 0形成的。該第二流體7經由具有 角落點Ε，Η，I，L之開放的側表面1 6 8進入，一第一分 流1 6 6被該區段2 1 0包括之相對於該第二流體7之沿著該 縱長軸3延伸的主要流動方向的α角度61偏轉（參見圖7 )。另一分流167經由具有角落點Ε，F，G，Η的頂表面 62離開及另一分流180經由具有流體體積170的角落點I ，J，Κ，L的底表面162離開。分流（67，167 )的進入 與離開經由此頂表面或底表面62同時發生，使得該第二 流體7的混合得以發生。 用於流體媒介物的熱交換及混合處理的設備的另一實 施例被示於圖9中。在圖9所示的例子中，外殼2被切開 且裝置的下部被示出且被畫成在垂直方向偏移，使得被形 -19- 200839169 成爲第一與第二中空結構（5，105，205，305)的裝置4 至少部分可被看見。裝置的一部分爲了簡化的理由被省略 掉。連接件（11， 13， 15， 111， 211， 213， 311， 313) 被作成V型。依據此實施例，流動於中空結構（5，1 〇 5， 205，305)內的第一流體6在某些中空本體（71 , 72，73 )中可被引導於相反方向上。此外，第一流體6進入到中 空本體內可發生在外殼的一第一端，而離開則發生在位於 外殼的相反端處的另一端，其未示於圖中。α角度6 1與 7角度91被交替地界定在外殻2的縱長軸3與第一中空 結構（5，205)的區段（10，12，14，210，212，214) 所形成的V型區段的臂之間。0角度1 6 1與5角度1 9 1被 交替地界定在外殼2的縱長軸3與第一中空結構（1 〇 5， 305)的區段（110，112，114，310，312，314)所形成 的V型區段的臂之間。α角度與r角度或/3角度與δ角度 現相關於該縱長軸被同一中空結構的區段明白地交替界定 ，但示於圖7與8中之第二流體7的流體流動模式將以相 同的方式被使用在此實施例與將於下文中說明之圖1 〇所 示的變化例中。一進一步的可能性包含提供第一流體6的 離開並進入到一收集單元或收集器中。至少該第一流體6 的分流被引導收集於此收集單元內且接著再度被分配至該 第一與第二中空結構（5，105，205，305)，其未示於圖 中〇 圖1 〇顯示圖9的實施例的一變化例’其使用到圖2 所示的中空結構。示於圖7與8中之混合原理亦由V型設 -20- 200839169 計的臂來實施’這些V型臂以不同的α角度 石角度與δ角度被安排。 圖11顯示依據第三實施例之用於流體 換及混合處理的設備，根據此實施例該第一 ，205，405，605)與第二中空結構（1〇5, 相對於彼此父叉地設置。參見圖1 2的左手 結構。外殻2被作成一雙套管，第一流體6 。一分離元件78被安排在該雙套管的壁體 間且在該雙套管的內部之相反流向的區域可 開來。在此實施例中壁體（79，8 1 )被作成 個第一與第二中空結構（405，505)被安裝: 上且第二流體7可流動在它們的周圍。該第 要流動方向被設置在該縱長軸3的方向上。 入射到延伸於壁體7 9的內部中之中空結構 ，305，405，505，605)上，所以它被這些 第一與第二中空結構（5，105，205，305 6 0 5 )整體）偏轉。第一中空結構（5，2 0 5 與第二中空結構（105，305，505)每一者割 ，3，4，5，9中所示的中空本體來組成。該 (5，205，405，605 )包括一相關於該縱長 61;第二中空結構（1〇5，305，505)包括 長軸3的/3角度1 6 1。依據一較佳的變化例 與卢角度1 6 1可具有相同的大小，但符號相 6在此例子中並沒有如圖1所不般地流入位] 與r角度以及 媒介物的熱交 -中空結構（5 3 05，5 0 5 )被 邊來說明中空 流動於其內部 (79，811 )之 藉此彼此被分 同心圓柱。多 到該內壁體79 二流體7的主 因爲流體7被 (5 ， 105 ， 205 裝置4 (即， ，405 ， 505 ， ，405，605 ) 丨可用多個圖1 第一中空結構 軸3的α角度 一相關於該縱 ，該α角度61 反。第一流體 Ε —底座60上 -21 - 200839169 的中空結構中，而是流到內壁體79的內壁上。圖8所示 的實施例以及參照該圖所作的描述內容亦可被用在此實施 例上，因爲九相鄰中空結構的交叉配置。 圖12顯示兩個穿過圖11所示的實施例的設備的剖面 。圖1 2的左手邊部分顯示穿過外殼2的徑向剖面。內壁 體7 9與外壁體81是被切開來展示的。用於第一流體的引 入與排放的短管（stub )( 82，83 )在此剖面是看不到的 。兩個分開元件78被安排在內壁體79與外壁體81之間 〇 圖1 2的右手邊部分顯示穿過外殼2的縱長向剖面並 顯示出第一流體6的流動方向。經由該入口短管82進入 到介於該內壁體79與外壁體8 1之間的中間空間的第一流 體6流經此中間空間並進入到被交叉地安排的第一與第二 中空結構（5，105，205，305，405，505，605 )。第一 流體可交叉地流經中空結構且分流被引入到該外殼2的下 半部由該內壁體79與外壁體8 1所界定的中間空間內並經 由排放短管8 3排出。該第二流體7在該內壁體7 9內流動 並被中空結構（5，105，205，305，405，505，605)偏 轉。一熱交換沿著中空結構以及在內彼體7 9的表面上同 時發生。在此處，一收集元件只有在一大部分的第一流體 6形成一旁通路徑並在不流經中空結構（5，1 0 5，2 0 5， 3 05，405，5 05，605 )下再次流出該設備的情況可避免掉 時才是有其意義。該收集元件84被安裝到該外殼2的第 二端上。一些中空結構開口至該收集元件84中使得第一 -22- 200839169 流體6在其流經中空結構之後被收集於該收集元件84中 。某些中空結構可被注入第一流體6，從該收集兀件開始 ，使得該收集元件至少部分地具有一分配元件的功能。該 收集元件具有一阻擋件8 5其可防止第一流體6形成一不 流經中空結構的旁通路徑。該阻擋元件8 5可被作成環狀 且具有一通道以供第二流體7進入，如此流入的第二流體 與被導引於雙套管內的第一流體6係以相反流的方式流動 ，或與被導引於中空結構中第一流體6係以交叉流的方式 流動。 相反地，如果第二流體7經由一安排在該阻擋元件內 的路徑離開的話，且如果該流動是在雙套管內的話則第一 流體6與第二流體7的流動彼此係以平行流的方式流動’ 另如果該第一流體6係流動於中空結構內的話’則第一流 體6與第二流體7的流動彼此係以交叉流的方式流動。在 圖12中B1/B2的比値大於1。第二流體7的混合與熱交 換因而獲得意料之外的改善。 【圖式簡單說明】 本發明將於下文中參照附圖加以說明。 圖1爲依據本發明的第一實施例的設備的視圖； 圖2爲依據本發明的第二實施，例的設備的視圖； 圖3爲依據本發明的第一實施例的設備的縱剖面圖。 圖4爲圖3的設備的另一縱剖面圖，其中圖4的剖面 平面係垂直於圖3的剖面平面； -23- 200839169 圖5爲一穿過圖3的設備的剖面圖，其中圖5的剖面 平面垂直於該設備的縱長軸； 圖6爲由兩種成分組成的第二流體沿著該設備的縱長 軸逐漸混合的代表圖； 圖7爲該設備之用來說明該等裝置的混合效果的示意 圖， 圖8顯示圖7的細節以及用來說明該流動的流體體積 的代表； 圖9顯示具有V型偏轉的第一實施例； 圖10顯示圖9之具有V型偏轉的第一實施例的變化 例； 圖1 1爲依據本發明的第三實施例的設備的視圖；及 圖1 2顯示穿過依據第三實施例的設備的兩個剖面。 【主要元件符號說明】 Μ設備 2 :外殼 5 :第一中空結構 6 :第一流體 7 :第二流體 1 0 5 ·弟一中空結構 76 :主要流動方向 71 :中空本體 72 :中空本體 -24 - 200839169 7 3 :中空本體 1 7 1 :中空本體 172 :中空本體 1 7 3 :中空本體 74 :第一端 60 :底座 59 :偏轉元件 3 :縱長軸 8 :第一區段 9 :連接件 1 1 :連接件 13 :連接件 1 5 :連接件 1 7 :連接件 1 9 :連接件 1 0 :第二區段 61 : α角度 1 2 :第三區段 1 〇 8 :第一區段 109 :連接件 1 1 1 :連接件 1 1 3 :連接件 1 1 5 :連接件 1 1 7 :連接件 -25- 200839169 1 4 :區段 16:區段 18:區段 2 0 :區段 1 1 4 :區段 116:區段 118:區段 371 :中空本體 3 72 :中空本體 3 73 :中空本體 3 0 5 :中空結構 405 :中空結構 161 : /3角度 5 0 5 :中空結構 605 :中空結構 7 0 5 :中空結構 75 :導引件 4 2 4 :區段. 426:區段 4 2 8 :區段 4 3 0 :區段 4 3 2 :區段 4 3 4 :區段 436:區段 200839169 477 :部分元件 77 :部分元件 177 :部分元件 2 7 7 :部分元件 3 7 7 :部分元件 5 77 :部分元件 677 :部分元件 777 :部分元件 1 2 0 :區段 1 1 9 :連接件 1 2 1 :連接件 2 1 0 :區段 2 1 2 :區段 3 1 2 :區段 3 1 4 :區段 A-L :交叉（角落）點 70 :流體體積 1 7 1 :流體體積 62 :底表面 6 3 :頂表面 64 :第三側表面 6 5 :第四側表面 6 8 :第一側表面 69 :第二側表面 -27- 200839169 1 6 4 :側表面 1 6 5 :側表面 166 :第一分流 1 6 8 :側表面 67 :分流 167 :分流 3 1 1 :連接件 3 1 3 :連接件 2 1 4 :區段 3 1 0 :區段 78 :分離件 79 :壁體 8 1 :壁體 84 :收集元件 85 :阻擋元件

Claims (1)

1. 200839169 十、申請專利範圍 1 · ~種用來將流體的輸送與熱交換混合的設備，包括 一外殼（2)，其內設置有裝置（4)，裝置（4)包括一 第一中空結構（5)及一第二中空結構（1〇5)且一第一流 體（6 )能夠流經該第一中空結構（5 )與該第二中空結構 (1 〇5 )及一第流體（7 )能夠流動於該第一中空結構與該 第二中空結構周圍，該第一中空結構（5)與該第二中空 結構（1 05 ) 係相關於彼此被交叉地安排，其特徵在於中 空結構（5，105)具有一具一第一寬度B1與一第二寬度 B2的流動截面，且B1/B2大於1及B1被垂直於一平面定 向’該平面包含該外殼的縱長軸（3)或一平行於該縱長 軸的直線與中空結構（5，1 〇 5 )的一軸線的直線。 2 ·如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱交 換混合的設備’其中該第二流體（7 )沿著一主要流動方 向（76 )流經該外殻（2 )的一入口截面，該主要流動方 向係實質上沿著該外殻的縱長軸（3 )被設置。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之用來將流體的輸送與 熱交換混合的設備，其中裝置（4)是由至少4個且至多 12個中空結構（5，1〇5)構成的。 4.如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱交 換混合的設備，其中中空結構（5，1 0 5 )包括多個連接件 (9， "， 13， 15， 17， 19 至 51， 109， 111， 113， 115， 1 1 7 ’ 1 1 9至1 5 1 )，流入到中空結構（5，1 05 )內部中之 該第一流體（6 )的一強制轉向係在該等連接件被實施。 -29- 200839169 5 .如申請專利範圍第4項之用來將流體的輸送與熱交 換混合的設備，其中該第一中空結構（5)包括一第一區 段（8 )，其平行於該縱長軸（3 )延伸且具有多個連接件 (9，1 1，13，15，17，19至5 1 )，流入到該第一中空結 構的內部中之該第一流體（6 )的一強制偏轉發生於該等 連接件內，一第二區段被安排在一第一連接件與一第二連 接件之間，在該第二區段中，該第一流體（6 )的中間流 動方向至少部分地以一相關於該第一區段的縱長軸（3 ) 的α角度（6 1 )延伸。 6. 如申請專利範圍第5項之用來將流體的輸送與熱交 換混合的設備，其中一第二中空結構（1 05 )被安排成與 該第一中空結構（5 )相鄰且該第二中空結構（1 0 5 )包括 由連接件（109， 111， 113， 115， 117， 119 至 151)連接 的區段（108， 110， 112， 114， 116， 118 至 152)，其中 該第一流體的中間流動方向至少部分地以一相關於該縱長 軸（3 )的冷角度（1 61 )延伸。 7. 如申請專利範圍第5或6項之用來將流體的輸送與 熱交換混合的設備，其中該α角度（61)與該/3角度（ 1 6 1 )其符號及/或其大小是不相同的。 8 ·如申請專利範圍第7項之用來將流體的輸送與熱交 換混合的設備，其中該α角度（61)與該Θ角度（161) 是實質相等的，但具有相反的符號。 9·如申請專利範圍第5、6或8項中任一項之用來將 流體的輸送與熱交換混合的設備，其中至少一些連接件的 -30- 200839169 形狀被作成實質半圓形。 1 〇 ·如申請專利範圍第5、6或8項中任一項之用來將 流體的輸送與熱交換混合的設備，其中至少一些連接件被 作成V型或U型。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中該第一中空結構（5)或多個第一 中空本體（71，72，73)且該第二中空結構（5)包括一 第二中空本體或多個第二中空本體（171，172，173)。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中該第一中空本體（71，72，73 )及 /或該第二中空本體（171，172，173)在每一例子中都被 作成實質平行延伸的管子束。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中一束中空本體（71，72，73 )係相 關於彼此稍微偏位。 1 4 .如申請專利範圍第1 2或1 3項之用來將流體的輸 送與熱交換混合的設備，其中一既定的間隙被提供在一束 中空本體（71，72，73 )之間。 1 5 ·如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中中空結構（105)具有一第一表面 (68)，該第二流體（7)入射於該第一表面上且一第一 分流（part flow) (66)沿著該第一表面被導引及一第二 分流（67 )其離開該第一表面（68 )並被導引進入一流體 體積（70 )，或進入設置於其上或其下的流體體積（170 -31 - 200839169 )，該流體體積（70)被作成一稜柱體其具有6個矩形表 面，其是由3個相鄰的中空結構的邊緣所形成且被角落點 (A，B，C，D，E，F，G，H)連結起來’使得一底表面 (6 2.，£，？，0，11)與一頂_面（63，八，8，（：，0)， 以及第一與第二側表面（ό4，A，B，E，F及65，C，D， G，H)都是開放的且其它的側表面是由該第一表面（68 )與一第二表面（69)的一部分形成的，該第二流體（7 )能夠流經該底表面（62 )，該頂表面（63 )，以及該第 一與第二側表面（6 4，6 5 )，使得該等分流的一連續的分 離與結合可發生，該第二流體（7 )的重新排列與混合即 可藉此發生。 1 6 ·如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中一收集元件（84 )被附裝在該外殼 (2 )的一第二端，至少一些中空結構（5，1 0 5 )可開口 至該第二端中。 1 7 ·如申請專利範圍第1 4項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中一些中空結構（5，1 05 )可從該收 集元件（84)開始被注入第一流體（6)。 1 8 ·如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中該第一及第二流體可相對於彼此以 逆流方式或相對於彼此以交叉流方式或相對於彼此以平行 流方式或相對於彼此以交叉平行流方式被引導。 1 9 .如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中該第二流體（7)包含成分，一化 -32- 200839169 學反應在成分之間發生。 2 0 .如申請專利範圍第1項之用來將流體的輸送與熱 交換混合的設備，其中一間距被提供在兩個相鄰的中空結 構（5，1 0 5 )之間。 2 1. —種用於流體媒介物的熱交換及混合處理的方法 ，該方法被實施於一設備中，該設備包括一外殼（2 )， 其內設置有裝置（4)，裝置（4)形成一第一中空結構（ 5)及一第二中空結構（105)，其中，在一第一步驟中， 一第一流體（6 )流經該第一中空結構（5 )與該第二中空 結構（1 05 )及一第二流體（7 )流動在該第一中空結構及 該第二中空結構的周圍，該第一中空結構（5)及該第二 中空結構（1 0 5 )被相關於彼此相交叉地安排，其特徵在 於該第二流體（7 )被中空結構偏轉，因爲中空結構（5， 105)具有一流動截面其具有一第一寬度B1及一第二寬度 B2，B1/B2大於1且B1被垂直於一平面定向，該平面包 含該外殼的縱長軸（3 )或一平行於該縱長軸的直線與中 空結構（5，1 0 5 )的一軸線的直線，使得當該流體（7 ) 流動於中空結構周圍時該流體（7 )即被混合。 2 2 · —種如上述申請專利範圍任一項所述之設備在高 黏性流體，特別是聚合物或食品，的熱交換與混合處理上 的用途。 -33-