CN105289441A - 双层螺旋通道夹套层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层螺旋通道夹套层，所述双层螺旋通道夹套层包覆于反应装置筒体的外壁上，所述双层螺旋通道夹套层包括：内层螺旋通道，所述筒体的外壁与内层螺旋通道内壁之间的间隙形成所述内层螺旋通道，所述内层螺旋通道包括第一接管口和第二接管口；以及外层螺旋通道，所述内层螺旋通道的外壁与外层螺旋通道内壁之间的间隙形成所述外层螺旋通道，所述外层螺旋通道包括第三接管口和第四接管口；其中，导热介质可在所述内层螺旋通道和所述外层螺旋通道内流动。采用本发明的双层螺旋通道夹套层，减小介质进出口的温差，减小介质与夹套内筒壁面的温差，使得内筒壁面温度分布更为均匀，且减少介质与内筒壁面温度的不可逆损失，提高热能的利用率。

Description

双层螺旋通道夹套层

技术领域

本发明涉及夹套层领域，特别涉及一种应用在制药、化工、食品等精细化工行业的反应、混合、球磨等设备的强化传热过程的双层螺旋通道夹套层。

背景技术

反应釜、搅拌球磨机等反应设备广泛应用用于食品、生物、医药及化工等行业。由于反应设备内常伴有放热和吸热反应发生，这意味着反应设备需要传热装置来控制反应温度，以确保产品的质量。夹套是此类设备常用的传热装置，夹套内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。一些热敏性物料(如淀粉、纤维素等多糖高聚物)在反应过程中要求严格控制温度，温度波动会严重影响产品质量，要求夹套必须具有优良的换热性能。为此研究者研究了不同结构夹套以提高其换热性能，螺旋夹套由于螺旋通道中的二次流作用使得传热得以强化，因此在目前技术背景领域中应用广泛。

现有螺旋夹套的螺旋通道为单层结构。此夹套普遍的缺点为：(1)由于反应设备结构尺寸的限制，往往无法通过扩大换热面积来提高换热效率；(2)夹套进出口通常为单一进口和单一出口，在换热量和导热介质流量一定的情况下，会使得进出口的温差较大，这必然导致反应设备内的反应温度分布极不均匀，进而影响产品的质量。此外，进口温度与反应设备内反应温度之间存在较大的温差，这意味着增大了导热介质与反应设备内反应温度的不可逆损失，从的角度说明这种结构的热能利用率较低。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层螺旋通道夹套层，从而克服现有夹套结构传热效率低、反应温度分布不均匀导致产品质量低的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种双层螺旋通道夹套层，所述双层螺旋通道夹套层包覆于反应装置筒体的外壁上，所述双层螺旋通道夹套层包括：内层螺旋通道，其呈螺旋式铺设于所述筒体的外壁上，所述筒体的外壁与内层螺旋通道内壁之间的间隙形成所述内层螺旋通道，所述内层螺旋通道包括第一接管口和第二接管口；以及外层螺旋通道，其呈螺旋式铺设于所述内层螺旋通道的外壁上，所述内层螺旋通道的外壁与外层螺旋通道内壁之间的间隙形成所述外层螺旋通道，所述外层螺旋通道包括第三接管口和第四接管口；其中，导热介质可在所述内层螺旋通道和所述外层螺旋通道内流动，以传递热量。

优选地，上述技术方案中，所述第一接管口和第三接管口位于所述筒体的上部分，所述第二接管口和第四接管口位于所述筒体的下部分。

优选地，上述技术方案中，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第二接管口和所述第四接管口同时进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第一接管口和所述第三接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

优选地，上述技术方案中，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第二接管口和所述第三接管口同时进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第一接管口和所述第四接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

优选地，上述技术方案中，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第二接管口进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第一接管口流出后进入所述第三接管口，然后从所述第四接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

优选地，上述技术方案中，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第一接管口流入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第二接管口流出后进入所述第四接管口，然后从第三接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

优选地，上述技术方案中，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第四接管口进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第三接管口流出后进入所述第一接管口，然后从第二接管口流出夹套所述双层螺旋通道夹套层。

优选地，上述技术方案中，所述内层螺旋通道横截面的形状为矩形、半圆形或三角形中的一种。

优选地，上述技术方案中，所述外层螺旋通道横截面的形状为矩形、半圆形、三角形或菱形中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)采用本发明的双层螺旋通道夹套层，可减少介质进出口的温差，进而减小介质与夹套内筒壁面温度的温差。这一方面可使得内筒壁面温度分布更为均匀，另一方面有效地减少了介质与内筒壁面温度的不可逆损失，从热力学角度说明该流动方式可以有效地提高热能的利用率。

(2)本发明的夹套层拥有多种流动方式，可以满足不同工况的需求。易于扩展原有设备夹套的传热面积，提高传热效率，节约成本。

(3)本发明外层螺旋通道的截面形状有多种选择，利于加工。此外，可以通过调整螺旋通道的螺距来调节换热面积。

附图说明

图1是根据本发明的双层螺旋通道夹套层包覆在筒体外壁的结构示意图。

图2是根据本发明的双层螺旋通道夹套层横截面的结构示意图。

图3是根据本发明的双层螺旋通道夹套层中导热介质顺流P-DL流动方式的示意图。

图4是根据本发明的双层螺旋通道夹套层中导热介质逆流CA-DL(逆流A形式)流动方式的示意图。

图5是根据本发明的双层螺旋通道夹套层中导热介质逆流CB-DL(逆流B形式)流动方式的示意图。

图6是根据本发明的双层螺旋通道夹套层中导热介质逆流CC-DL(逆流C形式)流动方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的一种双层螺旋通道夹套层，所述双层螺旋通道夹套层包覆于反应装置筒体的外壁1上，所述双层螺旋通道夹套层包括：内层螺旋通道2和外层螺旋通道3。

内层螺旋通道2呈螺旋式铺设于所述筒体的外壁1上，所述筒体的外壁1与内层螺旋通道内壁4之间的间隙形成所述内层螺旋通道2，所述内层螺旋通道包括第一接管口5和第二接管口6。作为具体的实施方式，在筒体外壁1焊接有互搭式螺旋形角钢(即内内层螺旋通道壁)形成矩形螺旋通道，即为内层螺旋通道2。优选地，所述内层螺旋通道横截面的形状为矩形、半圆形或三角形中的一种。

外层螺旋通道3呈螺旋式铺设于所述内层螺旋通道2的外壁上，所述内层螺旋通道的外壁与外层螺旋通道内壁7之间的间隙形成所述外层螺旋通道3，所述外层螺旋通道3包括第三接管口8和第四接管口9。作为具体的实施方式，在内层螺旋通道外壁面再焊接螺旋形半圆管形成半圆形螺旋通道，即为外层螺旋通道3，其螺旋方向可与内层螺旋通道2的螺旋方向一致，亦可相反。优选地，所述外层螺旋通道横截面的形状为矩形、半圆形或三角形中的一种。内层螺旋通道2和外层螺旋通道3连接后的横截面如图2所示。优选地，所述第一接管口5和第三接管口8位于所述筒体的上部分，所述第二接管口6和第四接管口9位于所述筒体的下部分。其中，导热介质可在所述内层螺旋通道和所述外层螺旋通道内流动，以传递热量。

在图2-a中，内层螺旋通道横截面的形状为矩形，外层螺旋通道横截面的形状为三角形。

在图2-b中，内层螺旋通道横截面的形状为矩形，外层螺旋通道横截面的形状为半圆形。

在图2-c中，内层螺旋通道横截面的形状为矩形，外层螺旋通道横截面的形状为矩形。

在图2-d中，内层螺旋通道横截面的形状为半圆形，外层螺旋通道横截面的形状为半圆形。

在图2-e中，内层螺旋通道横截面的形状为半圆形，外层螺旋通道横截面的形状为三角形。

在图2-f中，内层螺旋通道横截面的形状为半圆形，外层螺旋通道横截面的形状为矩形。

在图2-g中，内层螺旋通道横截面的形状为三角形，外层螺旋通道横截面的形状为棱形。

在图2-h中，内层螺旋通道横截面的形状为三角形，外层螺旋通道横截面的形状为半圆形。

在图2-i中，内层螺旋通道横截面的形状为三角形，外层螺旋通道横截面的形状为矩形。

导热介质的流向共有四种情况：

(1)顺流P-DL，如图3所示，导热介质从内层螺旋通道2的第二接管口6和外层螺旋通道3的第四接管口9同时进入夹套，从第一接管口5和第三接管口8流出夹套。

(2)逆流CA-DL(逆流A形式),如图4所示，导热介质分别从内层螺旋通道2的第二接管口6和外层螺旋通道3的第三接管口8同时进入夹套，从第一接管口5和第四接管口9流出夹套。

(3)逆流CB-DL(逆流B形式)，如图5所示，导热介质从内层螺旋通道2的第二接管口6进入，从第一接管口5流出后进入外层螺旋通道3的第三接管口8，然后从第四接管口9流出夹套。或另一个流向也可为，导热介质亦可以从第一接管口5流入，第二接管口6流出后进入第四接管口9，最后从第三接管口8流出夹套。

(4)逆流CC-DL(逆流C形式)，如图6所示，导热介质从外层螺旋通道3的第四接管口9进入，从第三接管口8流出后进入内层螺旋通道2的第一接管口5，然后从第二接管口6流出夹套。或另一个流向也可为，导热介质亦可以从第三接管口8流入，第四接管口9流出后进入第二接管口6，最后从第一接管口1流出夹套。

以本发明的逆流C形式为流动方式说明的主要工作原理：介质从外层螺旋通道3的第四接管口9进入，从第三接管口8流出后进入内层螺旋通道2的第一接管口5，然后从第二接管口6流出夹套。在这个过程中，介质先流过外层的螺旋通道，但外层螺旋通道介质的吸热量小于内层的介质，介质受热温度稍微提高，这时外层温度升高的介质流入内层，减小内层介质的进口温度与夹套内筒壁面温度的温差。这一方面可使得内筒壁面温度分布更为均匀，另一方面有效地减少了介质与内筒壁面温度的不可逆损失，从热力学角度说明该流动方式可以有效地提高热能的利用率。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种双层螺旋通道夹套层，所述双层螺旋通道夹套层包覆于反应装置筒体的外壁上，其特征在于，所述双层螺旋通道夹套层包括：

内层螺旋通道，其呈螺旋式铺设于所述筒体的外壁上，所述筒体的外壁与内层螺旋通道内壁之间的间隙形成所述内层螺旋通道，所述内层螺旋通道包括第一接管口和第二接管口；以及

外层螺旋通道，其呈螺旋式铺设于所述内层螺旋通道的外壁上，所述内层螺旋通道的外壁与外层螺旋通道内壁之间的间隙形成所述外层螺旋通道，所述外层螺旋通道包括第三接管口和第四接管口；其中，导热介质可在所述内层螺旋通道和所述外层螺旋通道内流动，以传递热量。

2.根据权利要求1所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述第一接管口和第三接管口位于所述筒体的上部分，所述第二接管口和第四接管口位于所述筒体的下部分。

3.根据权利要求2所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第二接管口和所述第四接管口同时进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第一接管口和所述第三接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

4.根据权利要求2所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第二接管口和所述第三接管口同时进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第一接管口和所述第四接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

5.根据权利要求2所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第二接管口进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第一接管口流出后进入所述第三接管口，然后从所述第四接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

6.根据权利要求2所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第一接管口流入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第二接管口流出后进入所述第四接管口，然后从第三接管口流出所述双层螺旋通道夹套层。

7.根据权利要求2所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述导热介质的流向为，导热介质从所述第四接管口进入所述双层螺旋通道夹套层，从所述第三接管口流出后进入所述第一接管口，然后从第二接管口流出夹套所述双层螺旋通道夹套层。

8.根据权利要求1所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述内层螺旋通道横截面的形状为矩形、半圆形或三角形中的一种。

9.根据权利要求1所述的双层螺旋通道夹套层，其特征在于，所述外层螺旋通道横截面的形状为矩形、半圆形、三角形或菱形中的一种。