[发明专利]连续无序的对流混合器、热交换器和反应器

说明书

本发明涉及一种特别地用于混合、用于热交换或进行反应的装置，具有一个或多个可流通的元件，它们沿流动方向具有一条中心线。

所述的这类装置是已知的，而且是用于牛顿和非牛顿流体的连续无序的对流混合器或热交换器或反应器。

此外还知道多种混合器-热交换器类型。静态混合器有一个固定的内装构件，借助于它加速混合过程。在另一种类型的混合器中(搅拌容器、搅拌反应管)搅拌通过运动的内装构件进行。无序混合器和热交换器(J.Fluid Mech，1989，第209卷335～357页，实验热力学和流体科学，1993。第7卷333～344页，WO94/12270)充分利用在弯曲管道或通道内由惯性感应的次级流动。

在静态混合器中由于再循环区域在内装构件上会出现沉积。其次在再循环区域局部可能出现流体过热(热点)。带有运动内装构件的混合系统有这样的缺点：其结构成本比静态混合器昂贵。通常它需要一个驱动装置和控制系统。在热力和流变复合流体时由于搅拌元件上很大的剪切率(Scherraten)会出现局部流体过热和分解。在已知的混合器(WO94/12270)中由于流动的导向在较大流量的流动时会出现分离区。这样在这个再循环区会出现沉积和局部过热。

因此本发明的目的是，发明一种开头所述这一类的装置，它不需要内装构件，以及制造方便、结构紧凑。其次应该在一个宽的粘度和流量范围内达到良好的混合和热交换效果，而没有前面讨论过的缺点。

按照本发明这个目的通过开头所述这一类的装置来解决，其特征在于：可流通的元件至少在局部做成或设置成这样，使由它或它们的中心线构成的曲线大致符合以下的参数表达式：

其中参数和常数具有如下含义：

θ(t)  在笛卡尔坐标系内的位置向量，

t     沿曲线(9)的参数，  -∞≤t≤+∞

[t]   t的整数部分 

a(t)  曲率半径(10)，     0＜|a(t)|＜∞

c(t)  间距参数           0＜|c(t)|＜∞

因此本发明的内容是一种特别是用于混合、用于热交换或进行反应的装置，具有一个或多个可流通的元件，它们在流动方向具有一条中心线，其特征在于：这个或这些可流通的元件至少局部做成或设置成这样，使得由它的或它们的中心线构成的曲线大致满足如下的参数表达式：

其中参数和常数有如下含义：

θ(t)  在笛卡尔坐标系内的位置向量，

t      沿曲线(9)的参数，-∞≤t≤+∞，

[t]    t的整数部分

a(t)   曲率半径(10)，  0＜|a(t)|＜∞

c(t)   间距参数        0＜|c(t)|＜∞

其中对于从一个整数到下一个整数可流通的元件的参数t范围定义一个所谓的360°回环，到再下一个整数定义一个双回环。

优先的结构由从属权利要求得到。

由多个回环拼接成的装置优先。回环的连接可以通过专业人士众所周知的方法可拆卸地(法兰)或不可拆卸地(焊接、钎焊)连接。单个回环也可以通过已知的连接件、直的或弯曲的管子相互连接。用这种方法可以制造任意多个不同的按本发明的装置。在一个这种类型的装置中a(t)和c(t)沿曲线或从一个回环到另一个回环可以是变化的，也可以是相同的。在一种优先的结构中一个或每个可流通元件和/或一个或每个回环正确地或局部正确地或完全地符合参数表达式。

其次优先的是这样的结构，其中可流通元件做成或设置成这样，使得由它或它们的中心线构成的曲线在整个装置上符合参数表达式。可流通的元件或回环最好具有一个圆形、矩形或椭圆形横截面。它们在空间内不是位于同一个平面内，而是在空间内向前推进地、一个接一个地设置。中心线可以是相对于横截面的对称线。在对称或近似对称的横截面时各个可流通元件周边上在流动方向位置相同的点，例如在正方形的元件时各个元件确定的角点、相互连接成的曲线看作与由中心线构成的曲线等效，也就是说，这个曲线(沿流动方向的棱边)同样符合参数表达式。曲线与参数表达式的、特别是在通常的加工和/或装配公差范围内的微小偏差没有妨碍。

此装置可以由单个零件或多个零件组成。设计和制造可以按常用的方法进行。根据结构和流过的流体种类的不同可以考虑专业人员所熟悉的各种金属或非金属材料作材料：如塑料、钢(防锈的或耐酸的)、玻璃、陶瓷或特种材料。