在分離裝置中供給液流的運動變型的製作方法
2023-10-22 21:39:22
專利名稱：在分離裝置中供給液流的運動變型的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及旋流蒸發器。特別是，本發明涉及對旋流蒸發器上部部分的改進，該上部部分是旋流蒸發器產生運動的部分，特別是涉及旋流蒸發器的頭部或串聯渦旋發生器或分配頭部，用於使引入旋流蒸發器中的供給液流產生和分配渦旋運動。更特別是，本發明涉及渦旋運動中通過蒸發器管的供給材料的通道，特別是調節供給材料在管的頂部部分或區域中的滯留時間，在該頂部部分或區域中，供給材料在沿管長度形成降膜部分之前進行渦旋運動。更特別是，本發明涉及一種渦旋發生器，該渦旋發生器具有運動變型元件(motion modifying element)或類似元件，其擔負或有助於形成供給材料在蒸發器管頂部中的渦旋運動。
本發明特別用作旋流蒸發器的上部的改進，特別是改進將供給材料引入蒸發器的旋液蒸發器的頭部，即通過以多少基本均勻的方式使材料形成或幫助形成環繞蒸發器內壁的渦旋運動，例如螺旋流，這樣，在渦旋供給流蒸發成供給流的一種或多種組分之前和過程中，形成於蒸發器或蒸發器管中的供給材料膜與管壁更緊密地接觸，從而使得至少一種組分與供給材料分離。該改進包括具有帶間隔開的出口或孔的渦旋發生器，用於將從發生器中排出的材料分配至蒸發器管或多個管中，特別是有關優選位於出口附近的運動變型元件，該運動變型元件至少部分擔負渦旋運動。
儘管將具體參考一種形式的渦旋發生器來介紹本發明，這種渦旋發生器有至少一個出口和至少一種形式的運動變型元件，但是應注意，本發明的範圍並不局限於所述實施例，而本發明的範圍更廣泛，以至包括其它形式和結構的渦旋發生器、分離裝置、以及使得供給材料在進入包括不同形式和結構的運動變型元件或元件組合的蒸發器、和通向不同於蒸發器的例如在其它分離裝置、混合器等中，是否利用加熱或冷卻來分離供給流的組分的其它裝置之前，使供給材料產生渦旋運動的部件。
國際專利申請No.PCT/AU99/00836公開了一種旋流蒸發器，該旋流蒸發器是單個裝置，它是稱為蒸發器的頭部或渦旋發生器的運動產生裝置、和包括布置在一個裝置內的一個或多個蒸發器管的蒸發器本體的組合。該裝置的管被加熱或冷卻，以便蒸發或冷凝位於管內的材料，達到分離引入蒸發器內的供給材料的組分。在一些形式中，這些蒸發器有在單個殼體中布置成束的多個管，其中，各管提供有頭部或類似的分配裝置，或者一個分配裝置用於供給多個不同的管。這種組合裝置稱為旋流蒸發器，因為進入的供給材料在經過渦旋發生器或旋液頭之後在進入旋流蒸發器時有渦旋運動，以便提高在蒸發器管中的分離特性，在該蒸發器管中，供給材料分離成至少兩種不同組分。已知頭部的一個實例稱為串聯渦旋發生器(ISG)，它軸向地接收供給材料，並以渦旋運動排出供給材料，例如以螺旋流、渦旋流、與裝置的軸線相切的不同程度的渦旋形流等。
儘管旋流蒸發器由於由頭部或渦旋發生器產生的渦旋運動，該渦旋運動幫助材料蒸發，而比其它類型蒸發器，特別是非旋流蒸發器例如溢流堰蒸發器等，具有增高的效率，且在用於分離材料的多種用途中是有效的，但是已經發現旋流蒸發器的性能可通過改型蒸發器的頭部而進一步改進，以便實現更好的組分分離，特別是通過提供更均勻的膜覆蓋蒸發器管的內壁，和/或通過當供給材料膜沿蒸發器管的壁向下流動時，在供給材料的運動薄膜和蒸發器管的內壁之間提供更緊密的接觸。本發明設計這樣的改型(modified)的頭部。
現有旋液蒸發器的一個缺點是，從蒸發器頭部；例如用於使供給材料在進入蒸發器本體自身之前產生渦旋運動的串連渦旋發生器；出來的供給材料流是這樣，即供給材料流通常不均勻地分配在蒸發器管的整個內表面上，且還有形成分支流的趨勢，例如具有帶描繪的繩或類似外觀的芯部，即所謂的「繩(rope)」效應。「繩」效應的形成阻礙了熱量通過蒸發器管壁或在管壁上方均勻地傳遞，這樣，在蒸發器管中的供給材料流的加熱和蒸發是不均勻的，因為在某些位置的材料流較厚，而在其它位置的材料流較薄。當材料流較厚時，傳遞給膜並通過該膜傳遞的可獲得的熱量可能不足以加熱該材料流達到蒸發要相互分離的組分，而當材料流太薄時，將傳遞太多熱量，這可能導致供給材料或它的組分的灼燒、炭化等，這又可能導致在蒸發器管側壁上形成炭化材料沉積，從而堵塞或阻塞管，或者產生熱點。對於厚度不均勻的膜也會產生相同缺陷。因此，對於基本不均勻的膜將阻礙熱量的均勻傳遞。因此需要在蒸發器管或多個管中產生更均勻的供給材料膜。
氣旋蒸發器通常用於食品工業中。蒸發器管的內壁需要周期清潔。在某些情況下，蒸發器管能夠原地清潔。能夠原地清潔的技術通常稱為「現場清潔」技術或方法，它意味著蒸發器和管並不需要拆卸以便進行清潔，這時管能夠僅通過用清潔劑衝洗或漂洗該管而利用合適的清潔劑來衝洗或以其它方式進行清潔，從而不需要拆卸蒸發器和取下管。但是，在某些用途中，特別是在食品工業中，更特別是在涉及食品顆粒等形式的食品材料的處理時，食品顆粒殘餘物可能積累在蒸發器管的壁上，特別是當在蒸發器的內壁上有小的裂紋、凸緣、裂縫、縫隙等時更是如此。包括管的衝洗或漂洗的現場清潔技術無法令人滿意地除去這些顆粒。因此，需要在蒸發器中提供用於渦旋發生器和/或渦旋狀態的結構，它促進用於清潔旋流蒸發器的蒸發器管的現場清潔技術。
還需要使得蒸發器管的內表面儘可能光滑，以便降低或減少能夠沉積在蒸發器內壁上或其中的不規則表面上的殘餘物量。
現有的旋流蒸發器的另一缺點是蒸發器管需要有相當長度，以便充分加熱材料，從而分離組分。管的長度超過大約10米並直至18到20米將導致蒸發器設施的尺寸很大，且製造、安裝、操作和維護較昂貴。因此，需要減小蒸發器管的長度，以便減小成本和減小設施的尺寸，同時減小操作該設施的運行成本。
現有蒸發器包括旋流蒸發器的另一缺點是，使得供給材料產生渦旋運動的頭部或分配器固定安裝在蒸發器管上，從而使得蒸發器幾乎不能原地清潔，並很難在不拆卸蒸發器的情況下進行清潔，甚至作為單個單元的頭部和管需要專門清潔。因此需要使組件特別是渦旋發生器更容易清潔，特別是通過使頭部可從蒸發器管上移出或拆卸而進行現場清潔，這樣不用拆卸管。
蒸發器的另一缺點是當頭部固定在蒸發器管上時，單一類型的頭部只能用於一種管。當需要用不同類型的頭部來更換頭部時，例如用於處理不同類型的供給材料時，頭部和管的整個組件都需要更換，這是很昂貴和浪費時間的。因此，需要使具有可互換頭部的組件能夠快速和容易地更換，同時保留相同管，這樣組件能夠用於分離更多種材料。
因此，本發明的目的是改進旋流蒸發器的性能，並通過提供旋流蒸發器的改進頭部或改進運動產生裝置而防止或減少材料在蒸發器中的積累。
本發明的另一目的是提供「現場清潔」的頭部和管裝置，其中，頭部可很容易地拆卸，並鬆弛地安裝在使經過頭部的材料運動的管的頂部，和/或頭部可很容易地互換，這樣不同尺寸、形狀和/或類型的頭部能夠用於一個管，通常是可在沒有環乙醇(hexals)的情況下互換。本發明的另一目的是提供一種「浮動」頭部，該頭部能在使用時旋轉，或者能夠在清潔管和蒸發設施的其它部分時周期性旋轉，即頭部能在管中旋轉至不同位置。本發明的另一目的是提供一種自排出頭部或自清潔頭部，其中流體可從頭部向外排出，通常是在流體供給中斷、停止等的過程中幾乎自動進行。本發明的另一目的是提供一種渦旋發生器或類似裝置，它有運動變型元件，特別是用於至少部分擔負產生渦旋運動。
根據本發明，提供了一種渦旋發生器，其特徵在於，發生器包括位於發生器的一端或朝向一端處的開口端，用於通過該開口端接收流體；側壁部分；以及位於發生器的另一端或朝向另一端處的封閉端，所述側壁部分在開口端和封閉端之間延伸，其中，開口端是允許流體進入發生器的進口部分，且至少一個出口布置在發生器的側壁和/或封閉端中，用於使流體以渦旋運動從發生器和管壁中排出，其中發生器提供有運動變型元件，用於影響從出口排出的材料流。
通常，供給材料是基於含水的廢材料或者基於有機溶劑的廢材料。更典型的是，供給材料是含醇的水性廢材料，其中該醇通常為甲醇、乙醇、丙醇等。典型的，供給材料是水性乙二醇溶液、丙三醇溶液等。更典型的是，包含本發明裝置的蒸發器用於化學工業、食品和飲料工業、乳製品工業、製藥工業、石油工業等。
更典型的是，廢材料是包含水殘留物的果漿，其中，需要使得水與濃縮果汁分離。更典型的是，廢材料是有機材料的混合物，例如溶劑和其它可燃材料例如乙二醇等。更典型的是，廢材料是在乳製品廠內的處理和採用的處理所產生的水和牛奶固體混合物。更典型的是，要處理的材料來源於食品和/或飲料工業、乳製品工業等，例如供給的材料需要從牛奶、牛奶固體或其它奶產品中除去水或水相。典型的，該處理包括使材料特別是固體材料，例如脂肪、油脂等脫水。蒸發器的一種特定用途是處理牛奶產品以便使乳糖與脫脂奶等分離。在該用途中，需要不同尺寸、類型和形狀的頭部處理乳糖，而不需要處理脫脂奶。本發明使得頭部在這些用途中有可互換性。
通常，處理包括乙二醇和/或丙三醇的水溶液在這些材料的提純處理中的脫水。
通常，旋流蒸發器的頭部是產生運動的裝置，典型的是渦旋發生器，更典型的是串連渦旋發生器。更典型的是，旋液頭部單元是分配器頭部等，特別是渦旋頭部分配器。甚至更典型的是，渦旋發生器或各渦旋發生器具有在發生器的頭部或本體中的一個、兩個、三個、四個或更多導管、孔、口、小孔、縫、槽等。更通常是，導管等形成頭部的出口，用於排出供給材料。更通常是，導管為直線形、曲線形、錐形、螺旋形或螺線形導管等，或者提供有噴嘴等。更通常是，渦旋發生器是切向流渦旋發生器，更通常是，渦旋發生器頭部的進口定位成軸向以接收沿裝置的中心軸線基本軸向進入的供給材料。通常，該進口是井孔、堰、空腔、腔室等，它位於本體內部並有在頭部的頂表面或上表面中的開口。更通常是，井孔提供有出口，更通常是，該井孔提供有出口的進口。更通常是，出口是導管等。更通常是，導管等相對於井孔的壁切向布置。出口的進口切向布置在井孔內，以便相對於頭部位於其中的蒸發裝置的圓形旋流本體的中心軸線切向或基本切向地排出材料。通常，出口朝著蒸發器管的壁排出材料。
通常，導管等的切向出口位於渦旋發生器的壁中，通常在發生器的側壁外側，這樣，從導管等的端部排出的供給材料能夠對它產生渦旋運動。更通常是，出口或多個出口位於頭部單元的下端表面處或朝向下端表面，通常靠近頭部單元的下部拐角，在該下部拐角處，側壁和在使用時的下表面彼此相交。
通常，通過與管壁接觸而使得從出口排出的供給材料產生渦旋運動，也就是說，定向噴出的材料離開出口並撞擊壁，以便形成渦旋運動。更典型的是，出口的排出方向為非徑向，這樣流動方向相對於徑向方向傾斜。
通常，導管、出口等位於環繞頭部周邊間隔開的位置，更通常是在環繞頭部的側壁或封閉端彼此規則間隔開的位置或等間距的位置。
通常，產生運動裝置是串連渦旋發生器。更優選是，廢材料的組分的速度通過經過至或經過發生器而增加。通常，從發生器排出的材料的速度至少部分由位於頭部裝置中的開口和/或導管的尺寸、和/或頭部單元的內徑、和/或頭部單元的外徑來確定。通常，發生器具有可變尺寸、直徑或形狀的導管、出口等。
通常，具有用於各管的渦旋發生器。也可選擇，對於各頭部具有兩個或更多個優選是多個管。通常，有一個或兩個或更多頭部，包括每個蒸發器有兩個或更多頭部。更通常是，各頭部或分配器有單個較大的導管或多個導管或多個更小尺寸的導管。通常，導管的孔徑從大約0.5mm至大約10mm，優選是從大約0.1至6mm，更優選是從大約2.0mm至5mm。最優選是大約3.0至4.0mm和大約3.5至3.6mm。
通常，本發明的旋流蒸發器以非溢流模式或非充分溢流的模式或以不溢流模式來操作，其中從頭部排出的供給材料的薄膜與蒸發器管或多個管接觸。
通常，頭部或蒸發器提供有插入件，通常是頭部裝入該插入件中，且插入件裝入管的頂部。更通常是，旋液頭部是頭部保持器和頭部本體的組合。更通常是，保持器和頭部為錐形，優選是相對應的錐形。更通常是，該錐形並不密封地與蒸發器管的頂部接合。更通常是，插入件為可更換或可互換。
通常，渦旋發生器提供有運動變型元件，用於變型供給材料的流動或供給材料從出口的排出，特別是幫助在蒸發器壁上提供均勻的膜。更通常是，運動變型元件是軸環、帶、堰壁、凸緣、環、凸臺、豎杆、凸起、引導件、表面、插孔、槽等。更通常是，將軸環等定位成環繞本體的外側。更通常是，軸環為連續、不間斷的，或者可以有多個軸環等。更通常是，軸環等並不與管的內壁接觸，更特別是在操作過程中在任何時候都不與壁接觸。更通常是，在運動變型元件和管的內壁之間定位有空間、間隙、空腔、間隔等。
通常，軸環位於頭部的封閉端區域或附近。更通常是，軸環為下部凸緣，更通常是定位成環繞發生器的側壁下邊緣或環繞發生器的封閉端邊緣的下部凸緣。更通常是，在工作時，在軸環和管壁之間的空間、間隙、間隔立即使得凸緣和壁之間完全充滿，以便當流體從出口對著壁排出時幫助產生渦旋運動。
通常，蒸發器管或各蒸發器管的長度能達到10-12米。更通常是，管的長度能達到8m，優選是長度從大約1/2米至6m，更優選是從大約2至6m。
通常，通過運動變型元件和管內壁的組合而產生渦旋運動，其中供給材料流撞在壁上形成稍微均勻厚度的膜。
通常，通過分配頭部或渦旋發生器而使得離開分配頭部的渦旋供給材料所產生的運動是不同運動的組合。更通常是，內部渦旋運動逐漸轉變成相對於管的縱向延伸方向為基本軸向的下落運動。更通常是，供給材料膜與蒸發器管的內壁接觸。因此，離開渦旋發生器出口的材料處於渦旋運動形式，該渦旋運動逐漸變成降膜抵靠蒸發器管側壁的線性運動。
通常，渦旋運動產生對供給材料的剪切力。更通常是，剪切力的大小能通過調節頭部等中的導管尺寸和導管數目可控制地調節。
通常，渦旋運動的速度和方向為這樣，即供給材料的滯留時間特別是在初始渦旋運動中，足以使供給材料中的至少一種組分與其它組分高效分離。更通常是，管的內部基本光滑，以便促使膜均勻散布在壁表面上。通常，蒸發器管的直徑為從大約5mm至100mm，優選是從大約10至80mm，更優選是從大約20至60mm，最優選是從大約45至65mm。
通常，本發明的頭部為位於蒸發器管頂部或靠近該頂部處的座中的浮動頭部。更通常是，頭部可在座內旋轉。在一些實施例中，頭部可以基本連續地旋轉，而在其它實施例中，頭部可以間歇或周期性地旋轉，同時在另外的實施例中，頭部能夠任意旋轉。在一些實施例中，材料通過頭部的作用使得頭部在材料運動的影響下旋轉。更通常是，頭部能夠通過反衝洗、溢出或衝刷管而從座中移開，以便清潔管。移動頭部能夠使管和頭部之間的間隙增大，以便通過使得清潔劑經過頭部和管之間而便於清潔管和頭部，從而除去可能積累在頭部和包括管座的管周圍的任何顆粒。更通常是，頭部是可移動的活動頭部，通常是可軸向運動，更通常是頭部為「彈射(pop-up)」頭部，該頭部在清潔溶液通過管的反衝或溢出的作用下進行「彈射」。
通常，頭部為自排出頭部，其中流體可以通過管而從頭部排出，因為頭部鬆弛地裝配在管中。更通常是，頭部的排出孔作為排洩孔等，流體通過它向外排出。
通常，頭部可互換。更通常是，可互換頭部或多個頭部為相同尺寸且具有不同結構、數目或圖形的排出孔或出口，或者頭部可以為不同尺寸且具有不同結構、數目或圖形的排出孔或出口。也可選擇，頭部可以為不同尺寸且具有相同規格的孔或出口。應當知道，不同結構的排出孔使蒸發器管內產生不同結構或圖形的流體流，因此對於不同材料可用於不同目的。
通常，本發明的結構導致產品的熱效率提高，該產品以向下螺旋流動或類似流動通路或圖形而沿管壁進行軸向渦旋運動。渦旋運動結構與產品和管內壁的接觸的組合增強了熱量通過管並向管和/或產品內的傳遞。通過改變產品的運動，能夠獲得不同的傳熱係數。更通常是，傳熱的U係數或U值增大。該U值是與傳熱效率相對應的測量值，或者是傳熱係數的測量值。更通常是，U值在從大約1500至20000的範圍內，優選是達到大約15000，更優選是在從大約2000至10000的範圍內，最優選是在從大約2500至8000的範圍內，並在從大約3000至6000的範圍內，優選是在從3000至4000的範圍內。
通常，本發明的頭部能夠供給通過管的、具有相當大變化的流體流，並能夠在很寬的U值範圍內工作，即頭部具有可變的調節比。
下面將參考附圖通過非限定實例來介紹本發明，附圖中
圖1是本發明的渦旋發生器的一種形式的透視圖；圖2是圖1的渦旋發生器的俯視圖，其中以假想線表示了排出孔或出口；圖3是圖1的渦旋發生器的側視圖；圖4是圖1的渦旋發生器沿圖2中的線IV-IV的軸向剖視圖；圖5是圖1的渦旋發生器沿圖3中的線V-V的剖視圖；圖6是具有本發明渦旋發生器的旋流蒸發器的蒸發器管的一種形式的軸向剖視圖，表示了供給材料在離開渦旋發生器後的渦旋運動；圖7是作為經過蒸發器管的流體的測量流量以單位為升每小時的函數的傳熱值(U係數)的曲線圖，該蒸發器管在一種形式的旋流蒸發器中使用一種形式的本發明渦旋發生器。
圖1至6中表示了本發明的頭部子組件稱為渦旋發生器的一個實施例。該形式的頭部是分配器頭部，總體用102表示，通常為渦旋發生器，更典型為串聯渦旋發生器，有時稱為渦旋分配頭部SDH，它與蒸發器管的壁一起有助於在蒸發器管32的頂部處或朝向該頂部處形成基本均勻的薄膜。頭部102是可更換或可互換的頭部，並可以由任意合適材料製成，例如不鏽鋼，用於食品和飲料工業，特別是乳品工業，以便使固體奶顆粒與乳製品分離。頭部102形成為可裝入蒸發器管32的頂部34內，該蒸發器管32設有插孔或座(未示出)，用於在其中接收頭部102或類似結構。應當知道，配合可以是具有精細工差的緊密配合，或者可以是合適鬆弛配合，從而在需要清潔該裝置時或者當要互換或更換頭部時能夠快速和容易地從蒸發器管32頂部34中取出頭部102。此外，配合可以是這樣，即頭部在管32的頂部34或管的座內旋轉，以便有助於材料在從頭部102中排出時均勻地分配至蒸發器管等的頂部中。
在一種形式中，頭部102形成為具有側壁104、設有開口的開口頂表面106和封閉底座108的空心柱形體，其中，壁104在開口頂部106和封閉底座108之間延伸。周邊凸緣110定位成環繞開口頂表面106的圓形邊緣，用於裝入在蒸發器管32頂部處或靠近該頂部的插孔槽內、或裝入環繞管32頂部34的基質中。在一種形式中，凸緣110的上邊緣為平直，而凸緣的內邊緣和外邊緣形成圓角，以便有助於將頭部從管32取出和有助於流入頭部102內。井孔(Well)112形成於頭部102內部，用於軸向接收通過開口頂部106中的開口的供給材料。三個等間距間隔開的孔114定位成在側壁104與基座108連接的區域中周向環繞井孔112的基座。孔114以一定角度穿過側壁104基本上拉長和延伸，這樣，流體能夠以主要切向方向從頭部排出，該切向方向是通向側壁104外表面的非徑向方向。孔114的進口位於井孔112內，而孔114的出口位於頭部102的外表面上。孔114的進口布置成沿切向或大致切向延伸至井孔112的內壁，如圖5所示。通常，孔114的角度為大約30，而它們的直徑為大約3.5-3.6mm。儘管圖中表示了三個孔114，但是應當知道，根據需要可以提供任意數目的孔。通常根據它們的數目和要求，頭部的孔徑能從大約1.0mm變化至至大約10.0mm。
運動變型元件定位成環繞頭部102的封閉端108。該元件變型通過出口114排出的供給材料流。該元件可以採取有助於使排出的供給材料形成渦旋運動的任意合適形式。
下面將介紹一種形式的運動變型元件。
一種形式的運動變型元件是軸環或環結構115。環結構115包括基本方形輪廓的凸肩116，該凸肩116布置成周向環繞頭部102下邊緣的外表面。方形凸肩116提供有平壁部分118，該平壁部分118在使用時基本平行於管32的內側壁，以便形成平側部環、軸環或類似物。平部分118有助於使供給材料均勻地分配至管32中，因為出口114或者出口114的排出孔位於軸環115的上邊緣附近。環形間隙形式的間隙、空間、空隙等122確定於軸環115、壁108、上部凸緣116和管32的內壁之間。而且，應當知道，在平部分118和管壁32之間有空隙，如圖6所示，以便能夠通過在平部分118的外壁和管32的內壁之間經過，如圖6所示，而形成供給材料薄膜，並從管32的上部螺旋向下流動。
儘管並不希望在原理上進行任何限制，但是可以認為通過出口114排出的供給材料首先湧入間隙、空間122等，以便使得間隙或空間122中的供給材料增壓，然後迫使它們在壓力下從平表面118和壁32之間經過，以便流過凸肩116，從而在管32內形成渦旋運動。該形式的頭部102在使用時，供給材料沿圖6中箭頭「A」的方向引入頭部102，以便流過開口端部106的開口和流入井孔112內，在該井孔112內，供給材料流入孔114的進口，並流過孔114，以便沿大致切向或傾斜方向從孔114的出口，朝著管32壁向外排出，該出口位於頭部102的外表面中並在凸肩116頂部附近的位置處，從而形成渦旋運動，如圖6中箭頭「B」所示。渦旋運動通過軸環115和管32的內壁的組合而形成。渦旋運動包括對著內壁32和環繞蒸發器管的中央芯的流動。通過在平部分118和管32壁之間並通過離心力的組合，從孔114離開的材料流成扇形進入薄膜。該薄膜以渦旋圖形環繞管32內部流動，首先成螺旋流圖形，然後當它進一步沿管32壁的長度向下流動時逐漸形成降膜，從而增加由於Ranque-Hilsch渦旋管效應而引起的內部傳熱，在該Ranque-Hilsch渦旋管效應中，相對更熱的氣體運動至管的外側，相對更冷的氣體在管的中央芯中加速。
通過選擇供給材料排出時的速度、頭部102和管32的尺寸以及排出孔114的數目、尺寸、位置和幾何形狀，能夠控制渦旋流入管32內的供給材料的滯留時間，以便在供給流中獲得最佳要求的組分分離，例如通過利用穿過蒸發器管32壁傳遞的熱量。
還應當知道，通過控制供給流的速度和/或加速度，管32的長度能夠在不損害效率的情況下製成為較短，從而有效節約成本、設備等，特別是因為離開管32中的孔114的出口的供給流的渦旋運動增強了通過管壁傳熱的U值。
另外，應當知道，管的直徑可以製成為較小，例如從大約2″(50mm)以上仍然能夠獲得相同的傳熱。這能夠建立更緊湊的包含建造旋流蒸發器的設備。
參考圖7，可以看見，在各管中的渦旋供給材料的測量單位為升每小時的測量流量和通過管壁表示為U係數的傳遞的熱量之間有線性關係。該線性關係表示流量越大U值越大，至少對測試中測量的值提供了圖7中的結果。申請人並沒有理由提出當流量甚至增大至更高時不會保持該線性關係。在流量和U係數之間的線性關係由以下函數表示
y＝6.5355x+395.71，其中x是流量測量值，單位為升每小時，y是與特定x值相對應的U係數。在圖7中以R2表示的相關係數的值為0.9635。相關係數是精確位於由圖7的函數表示的線上的各點的測量精度。可以看到，標繪在圖中的各實際點非常靠近由函數表示的線。
在圖7中表示的關係的效果是，橫跨蒸發器管壁傳遞至流過管的材料內的熱量，能通過增加流過管的流量利用本發明頭部產生的渦旋運動而顯著增加。這意味著採用這類頭部的旋流蒸發器比沒有採用本發明頭部的類似蒸發器更高效。這使管能製成為直徑更小和長度更短，從而節省製造管的材料和安裝管的成本，因為對於較小和較短的管需要更少的結構支承件。因此，它節省了製造材料和安裝成本以及維護成本，特別是當頭部為了清潔目的而可拆卸時。
通過說明已描述了結構，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以進行多種變型，這些變型包括各種新穎特徵和所述特徵的新穎組合。
本領域技術人員應當理解，這裡介紹的發明還可以進行與具體所述內容不同的變化和改型。應當理解，本發明包括落在本發明精神和範圍內的所有這些變化和改型。
權利要求
1.一種渦旋發生器，其特徵在於，該發生器包括位於發生器的一端或朝向該一端處的開口端，用於通過該開口端接收流體；側壁部分；以及位於發生器的另一端或朝向該另一端處的封閉端，所述側壁部分在開口端和封閉端之間延伸，其中，開口端是允許流體進入發生器的進口的部分，且至少一個出口布置在發生器的側壁和/或封閉端中，用於允許流體以渦旋運動從發生器和管壁中排出，其中發生器提供有運動變型元件，用於影響從出口排出的材料的流動。
2.一種旋流蒸發器，包括渦旋發生器和至少一個蒸發管，其中進入發生器的流體從發生器排出至蒸發管，其特徵在於，該發生器包括位於發生器一端或朝向該一端處的開口端；位於另一端或朝向該另一端處的封閉端；以及在開口端和封閉端之間延伸的側壁部分，其中開口端是允許流體進入發生器的進口，且至少一個出口布置在側壁和/或封閉端中，用於使流體以渦旋運動從發生器中排出。
3.一種使用旋流蒸發器來處理有至少兩種組分的流體使組分彼此至少部分分離的方法，其特徵在於，進入發生器的流體以渦旋運動從發生器中排出。
4.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，運動變型元件是在頭部外表面上的表面保護物或障礙物。
5.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，運動變型元件是位於頭部的基座或朝向該基座處的環、軸環、凸緣等。
6.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，渦旋發生器是串連渦旋發生器。
7.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，渦旋發生器是用於將流體分配至多於單個蒸發管的分配器。
8.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，在發生器中設有一個、兩個、三個、四個或更多導管、內孔、口、小孔、縫、槽等。
9.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，導管等為直線形、螺旋形、曲線形、螺線形等，並布置成穿過發生器的壁厚或端部延伸。
10.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，渦旋發生器為基本上或大致上切向流動渦旋發生器，其中進口的至少部分布置成局部沿發生器的中心軸線軸向延伸，用於接收進入的供給材料，出口或多個出口布置成使材料相對於發生器的中心軸線切向或基本切向地排出。
11.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，它為基本圓形或柱形。
12.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，出口或多個出口位於發生器的封閉端或朝向該封閉端處，並從頭部的內壁延伸，以便從頭部的外表面排出供給材料。
13.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，出口或多個出口位於發生器的側壁部分中，靠近或鄰近封閉端。
14.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，形成出口或多個出口的導管的孔徑從大約0.5mm至大約10mm，優選是從大約0.1至6mm，更優選是從大約2mm至5mm，更優選是大約3至4mm，最優選是從大約3.5至3.6mm。
15.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，它可從蒸發器管上拆卸。
16.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，渦旋發生器為浮動頭部結構，它接收入位於蒸發器管的頂部或朝向該頂部處的座中。
17.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，渦旋發生器可在座中旋轉。
18.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，發生器能夠基本上連續、間歇、周期性或任意地旋轉。
19.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，頭部能夠通過反衝洗、溢出或衝刷管而從座中移開。
20.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，頭部相對於管的運動使得管和頭部之間的間隙增加，以便通過使清潔劑能夠經過頭部和管之間而便於清潔管，從而除去可能積累在與頭部關聯的區域中的任何外來材料。
21.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，發生器是可軸向運動或彈射的頭部，該頭部在清潔製劑通過管的反衝洗或溢出的作用下進行運動。
22.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，發生器為自清潔頭部，其中允許流體通過管而從頭部排出，因為頭部鬆弛地裝配在管中。
23.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，頭部可互換，這樣各種不同的頭部能夠互換。
24.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，使用渦旋發生器導致以向下螺旋流動或類似流動或圖形而沿蒸發管壁進行軸向渦旋運動的流體的熱效率提高。
25.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，使用渦旋發生器增加了旋流蒸發器的傳熱U係數或U值。
26.根據上述任意一個權利要求所述的渦旋發生器或方法，其特徵在於，U值在從大約1500至20000的範圍內，優選是達到大約15000，更優選是在從大約2000至10000的範圍內，更優選是在從大約2500至8000的範圍內，更優選是從大約3000至6000，最優選是在從3000至4000的範圍內。
27.一種基本如前面參考附圖所述的渦旋發生器或方法。
全文摘要
一種渦旋發生器用於旋流蒸發器中，用於軸向接收流體和通過一個或多個出口(114)切向排出流體。渦旋發生器可運動，以便與蒸發管分離，從而便於在現場清潔，因此不需要拆卸蒸發管，在某些情況下該蒸發管可達到12米長。頭部(102)的運動使得能相對快速和高效地清潔旋流蒸發器。
文檔編號B01D1/30GK1852768SQ200480026436
公開日2006年10月25日 申請日期2004年7月16日 優先權日2003年7月16日
發明者內維爾·克拉克 申請人:曼戈馬提尼有限公司