双楔混合挡板和相关联的静态混合器及混合方法
【专利摘要】本发明涉及双楔混合挡板和相关联的静态混合器及混合方法。静态混合器包括一系列混合元件，所述混合元件中的至少一些是双楔混合挡板。双楔混合挡板包括彼此横向地定向的第一和第二划分面板、从第一划分面板的相反侧突出的第一和第二偏转表面和从第二划分面板的相反侧突出的第三和第四偏转表面。偏转表面中的一个或每个包括第一和第二平面表面，所述第一和第二平面表面以不同的角度相对于流体流布置。双楔布置减少了混合器内的保留的浪费体积，同时进一步操纵进入和离开混合挡板的流体流的流动特征，以由此优化混合性能。
【专利说明】
双楔混合挡板和相关联的静态混合器及混合方法
技术领域
[0001 ] 本公开总体涉及一种流体分配器，且更特别地，涉及静态混合器的部件和混合流体流的方法。
【背景技术】
[0002]存在多种无运动的混合器类型，例如多流量型(Multiflux)、螺旋型和其它型的混合器。这些混合器的类型大多数使用了类似的基本原理，来将流体混合到一起。在这些混合器中，通过以重叠的方式划分和再结合流体而将流体混合在一起。此作用通过迫使流体经过交替的几何形状的一系列挡板来实现。这样的划分和再结合导致被混合的流体的层是薄层且最终扩散经过彼此，最终导致流体的大体均匀的混合。此混合过程已被证明是非常有效的，特别地对于高粘性的流体。静态混合器典型地由一系列交替的、具有变化的几何形状的挡板构成，通常包括位于管道中的右旋和左旋混合挡板，以执行连续的划分和再结合。这样的混合器通常有效地将大多数的质量流体流混合在一起，但这些混合器受到条纹现象的影响，条纹现象具有在挤压的混合物中留下完全未混合的流体的条纹的趋向。条纹现象经常由于基本上未混合地通过混合器的沿着混合器管道的内表面成型的流体的条纹导致。
[0003]已尝试维持充足的混合器长度同时试图解决条纹现象。例如，传统的左旋和右旋混合挡板能够与导致更大的流动旋转角度的挡板(180度或270度挡板)组合，和/或与流动倒置挡板组合，所述流动倒置挡板例如为在授予帕帕拉杜(PappaIardo)的美国专利N0.7，985，020和授予亨宁(Henning)的美国专利N0.6，773，156中描述的专门的倒置挡板。这些后者类型的挡板中的每个趋向于迫使流体从外周进入到混合挡板的中心，且反之亦然。虽然这样的解决方法的确减少了移动通过静态混合器的条纹的尺寸，但混合更低效，这是因为必须将更多的挡板放置在混合器内以彻底地扩散这些条纹，因此增加了混合器的长度。这样的混合器长度增加在许多无运动混合器应用中能够是不可接受的，例如手持式混合器分配器。另外，更长的混合器将通常具有更长的保留体积和作为结果的更高的材料浪费，这特别地在处理昂贵的材料时是不希望的，例如在电子领域、牙科领域和医疗领域的情况中。
[0004]因此，希望进一步增强与此一般类型的静态混合器一起使用的混合元件，使得在完成分配时混合器保留更小的体积，且使得在每个混合元件处混合性能被进一步优化。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例，混合挡板构造为混合流体流。混合挡板包括第一和第二划分面板以及第一、第二、第三和第四偏转表面。第一划分面板包括第一侧和第二侧，且限定前沿。第一偏转表面从第一划分面板的第一侧突出，以便堵塞沿着第一侧的用于流体流的路径的至少部分。第二偏转表面从第一划分面板的第二侧突出，以便堵塞沿着第二侧的用于流体流的路径的至少部分。第二划分面板横向于第一划分面板定向，限定后沿，且包括第一和第二侧。第三偏转表面靠近第一偏转表面从第二划分面板的第一侧突出。第四偏转表面靠近第二偏转表面从第二划分面板的第二侧突出。偏转表面中的至少一个偏转表面通过第一平面表面和第二平面表面限定，第二平面表面与第一平面表面成角度地定向。此布置导致第一和第二平面表面相对于流体流处于不同的角度。在运行中，流体流在前沿处被划分为第一和第二流动部分，第一流动部分被第一和第四偏转表面转移到第二划分面板的第二侧，而第二流动部分被第二和第三偏转表面转移到第二划分面板的第一侧。
[0006]在一个方面中，在混合挡板中的四个偏转表面中的每个偏转表面通过第一平面表面和与第一平面表面成角度地定向的第二平面表面限定。该“双楔”布置减少了混合器内的保留的浪费体积，同时进一步操纵进入和离开混合挡板的流体流的流动特征，以由此优化混合性能。在另一个方面中，第一和第二划分面板每个包括在相应的前沿和后沿处沿相反方向弯曲的第一和第二钩部分。第一和第二钩部分进一步引导进入和离开混合挡板的流动。
[0007]在多种实施中，第二平面表面中的每个第二平面表面以范围在25°和50°之间的角度与第一平面表面中的相邻的一个第一平面表面成角度。第一平面表面中的每个第一平面表面与垂直于流体流的平面以非零角度成角度，使得第一、第二、第三和第四偏转表面中的每个偏转表面限定双楔形状。更具体地，第一平面表面中的每个第一平面表面与垂直于流体流的平面以5°和15°之间的角度成角度。此外，在一些实施例中，第一和第二偏转表面的第一平面表面与垂直于流体流的平面以比第三和第四偏转表面的第一平面表面大的角度成角度，因此在邻近前沿和后沿的进入和离开处提供明显不同的混合特征。
[0008]在另一个方面中，第一划分面板大体垂直于第二划分面板定向。例如，当混合挡板插入到包含流体流的管道中时，第一划分面板大体竖直地定向，而第二划分面板大体水平地定向。此外，第一和第四偏转表面将第一流动部分转移，以在沿着第二划分面板向右侧膨胀之前沿着第一划分面板向下收缩，而第二和第三偏转表面将第二流动部分转移，以在沿着第二划分面板向左膨胀之前沿着第一划分面板向上收缩，因此有效地在逆时针方向上转移第一和第二流动部分。替代地，第一和第四偏转表面将第一流动部分转移，以在沿着第二划分面板向右膨胀之前沿着第一划分面板向上收缩，而第二和第三偏转表面将第二流动部分转移，以在沿着第二划分面板向左膨胀之前沿着第一划分面板向下收缩，因此有效地在顺时针方向上转移第一和第二流动部分。这两个交替类型的混合挡板可称为左旋和右旋混合挡板。
[0009]第一和第二划分面板以及各个偏转表面一体地形成为单体件。为此目的，在一些实施例中，这些元件可注塑成型。此外，在一些实施例中，混合挡板一体地注塑成型为挡板的系列的部分，或替代地制造之后连续地连接在一起。
[0010]根据另一个实施例，静态混合器构造为混合流体流。混合器包括构造为接纳流体流的混合器管道和由多个混合元件限定的混合部件。混合元件包括多个混合挡板，所述多个混合挡板中的每个混合挡板包括第一和第二划分面板以及第一、第二、第三和第四偏转表面，如在上文中详述。所述多个混合挡板中的一些混合挡板包括在逆时针方向上转移流体流的左旋混合挡板，而所述多个混合挡板中的一些混合挡板包括在顺时针方向上转移流体流的右旋混合挡板。为此目的，所述多个混合挡板包括左旋和右旋混合挡板的交替系列。第一划分面板在管道中在一个方面中大体垂直于第二划分面板定向，使得第一划分面板是竖直的，而第二划分面板是水平的。
[0011]根据另一个实施例，利用静态混合器将流体流的至少两种组分混合的方法包括:将具有至少两种组分的流体流引入到混合器管道的入口端中。流体流被迫使通过多个混合挡板，以产生混合的流体流，所述混合挡板中的至少一个混合挡板包括第一和第二划分面板以及第一、第二、第三和第四偏转表面，如上文中进一步描述的。流体的迫使进一步包括:利用第一划分面板的前沿将流体流划分为第一流动部分和第二流动部分，第一流动部分和第二流动部分沿着第一划分面板的相对的第一侧和第二侧设置。利用第一和第四偏转表面将第一流动部分从第一划分面板的第一侧转移到第二划分面板的第二侧，而利用第二和第三偏转表面将第二流动部分从第一划分面板的第二侧转移到第二划分面板的第一侧。第一和第二流动部分在第二划分面板的后沿处再结合。该方法还包括:在迫使流体流通过所述多个混合挡板之后，将混合的流体流从混合器管道排出。如同先前的实施例，偏转表面中的至少一个(如果不是每个)偏转表面由相互成角度地定向的第一和第二平面表面限定，以缩短第一或第二流动部分在沿着对应的偏转表面转移期间需要行进的距离。
[0012]在一个方面中，流体流包括至少两种组分的多个交替层，使得该方法还包括:在混合挡板中的每个混合挡板的前沿和后沿之间使至少两种组分的交替层的数量翻倍。在另一个方面中，第一和第二平面表面中的每个以非零角度相对于垂直于通过静态混合器的流体流的平面成角度。在这些实施例中的偏转表面的双楔形状构造为最小化流体流浪费，所述流体流浪费由当混合的流体流的排放完成时在静态混合器在入口处从流体流的源断开时，所述静态混合器内的保留体积限定。在另一个方面中，流体流特征通过与邻近第二划分面板处的出口相比，邻近第一划分面板处的入口不同地转移流动来优化，此流动移动的差异通过使第一和第二偏转表面的第一平面表面以不同于第三和第四偏转表面的第一平面表面的角度相对于流体流布置所导致。
[0013]所公开的设备的这些和其它目的和优势将通过如下的详细描述结合附图在此变得更显而易见。
【附图说明】
[0014]图1是根据本发明的一个实施例的静态混合器的透视图，其中混合器侧壁的部分被移除，以揭示包括多个双楔混合挡板的混合部件。
[0015]图2是从静态混合器的其余部分移除的图1的混合部件的子部分的透视图，所述混合部件包括交替的右旋双楔混合挡板和左旋双楔混合挡板。
[0016]图3是与其它元件分离以揭示具体的结构元件的图2的左旋双楔混合挡板中的一个的透视图，和在混合挡板的不同横截面处的流动通过所述混合挡板的两个流体的示意图。
[0017]图4是与其它元件分离以揭示具体的结构元件的图2的右旋双楔混合挡板中的一个的透视图，和在混合挡板的不同的横截面处的流动通过所述混合挡板的两个流体(跟随图3中所示的流动)的示意图。
[0018]图5是图3的左旋混合挡板的顶视图。
[0019]图6是图3的左旋混合挡板的前视图。
[0020]图7是图3的左旋混合挡板的右侧视图。
[0021]图8是图4的右旋双楔混合挡板的底部前透视图，此视图用于比较以下所描述的两个实施例的目的。
[0022]图9是根据本发明的另一个实施例的右旋双楔混合挡板的底部前透视图，此型式的混合挡板具有成角度的偏转表面，所述成角度的偏转表面带有比图8的双楔混合挡板所包括的成角度的偏转表面更大的相对于流体的入射角。
[0023]图9A是图9的混合挡板的成角度的偏转表面中的一个的局部细节侧视图，以便示出成角度的偏转表面的第一和第二平面表面相对于流体流的入射角。
[0024]图10是根据本发明的另一个实施例的右旋双楔混合挡板的底部前透视图，此型式的混合挡板具有成角度的偏转表面，所述成角度的偏转表面带有与图8的双楔混合挡板所包括的成角度的偏转表面不同的相对部分长度。
[0025]图1OA是图10的混合挡板的成角度的偏转表面中的一个的局部细节侧视图，以示出成角度的偏转表面的第一和第二平面表面相对于流体流的入射角。
【具体实施方式】
[0026]图1图示了根据本公开的原理的静态混合器10的一个实施例，所述静态混合器10包括一系列混合挡板12。由于将在下文中进一步详述的各种流动堵塞表面，此实施例的混合挡板12也称为“双楔”混合挡板。双楔混合挡板12中的每个混合挡板在混合挡板12的前沿16处将通过管道14的流体流划分，且然后在混合挡板12的后沿18处将流体流再结合之前，顺时针或逆时针地将此流动转移或旋转过部分旋转。类似于已知的多流动混合元件，双楔混合挡板12包括多个偏转表面，所述偏转表面在下文中被标记，且所述偏转表面迫使流体流的子部分(例如，流体流的一半)在朝向后沿18再次膨胀之前移动通过收缩空间(例如，在图示的实施例中管道14的总横截面的象限)。
[0027]然而，此实施例的双楔混合挡板12每个限定双楔形状，使得邻近前沿16和后沿18处相对于移动通过管道14的流动的入射角锐化或增加。在成角度的偏转表面上的入射角的此锐化迫使流过混合挡板12的流体更迅速或容易地在前沿16处的划分点附近收缩并然后在后沿18处的再结合点附近膨胀。为此目的，与在静态混合器中使用的已知混合元件相比，在双楔混合挡板12周围流动的流体呈现在两个或更多个以流体流移动的流体之间的更好的混合质量，而不明显地增加由于使流体流移动通过静态混合器10而产生的背压。此外，与已知的混合元件相比，双楔混合挡板12填充了管道14内的更多空间，且因此在混合器10停止使用时有利地减少保留的流体体积，这减少了在混合操作结束时的材料浪费。
[0028]返回参考图1，静态混合器10通常包括管道14和插入到管道14中的混合部件20。管道14限定了入口端插座22，所述入口端插座22构造为附接到容纳待混合到一起的至少两个流体的筒、筒系统或计量系统(均未示出)。例如，入口端插座22可连接到可从诺信公司(Nordson Corporat1n)获得的任何两组分筒系统。管道14还包括成形为接纳混合部件20的本体部分24和与本体部分24连通的喷嘴出口 26。虽然本体部分24和混合部件20示出为具有大体上方形的横截面轮廓，但本领域一般技术人员将认识到，在下文中描述的构思可等同地应用于带有其它几何形状的混合器，包括圆形或柱形以及其它几何形状。
[0029 ]容纳在图1中所示的实施例的静态混合器1内的混合部件20包括一系列混合元件和/或挡板。此混合元件和/或挡板的系列以邻近入口端插座22且构造为保证接纳在静态混合器10中的至少两个流体的一定的最初划分和混合(与混合部件20相对于流入的流体流的定向无关)的进入混合元件30开始，且然后以一系列左旋和右旋型式(在下文中标记为12L和12r)的双楔混合挡板12继续，其中流动转移器元件32插在系列中的每组若干个双楔混合挡板12之后。流动转移器元件32构造为将流体流的至少一部分从管道14的一侧转移到管道14的另一侧，因此提供了与双楔混合挡板12形成对比的不同类型的流体移动和混合。因为此公开关注于双楔混合挡板12，所以在下文中不再详细解释进入混合元件30或流动转移器元件32。然而，将理解的是，限定混合部件20的元件中的一个或多个元件可从所示的那些再组织或修改，而不偏离此公开的范围(只要在混合部件20中的元件中的一些元件是双楔混合挡板12即可)。
[0030]限定了混合部件20的一系列混合元件和/或挡板相互一体地模制，以便限定第一和第二侧壁34、36。第一和第二侧壁34、36至少部分地界定了混合部件20的相对侧，而在第一和第二侧壁34、36之间延伸的混合部件20的其它侧维持很大程度上打开或暴露于管道14的相关联的内表面38(内表面38中的一个被剖开且在图1中未不出)。双楔混合挡板12和其它元件30、32的总数可在混合器10的不同实施例中变化。因此，虽然在图1中所示出的双楔混合挡板12的特定结构将相当详细地在下文中描述，但混合器10仅是结合了本公开的方面的实施例的一个示例。
[0031]现在参考图2，与静态混合器10的其余部分分开地进一步详细示出了混合部件20的子部分。例如，由混合部件20的相对侧限定的第一和第二侧壁34、36的具体轮廓更清楚地可见。所示出地混合部件20的部分以流动转移器元件32中的一个流动转移器元件开始，且然后跟随有一系列双楔混合挡板12，所述一系列双楔混合挡板12具体地在具有第一构造的双楔混合挡板12r和具有第二构造的双楔混合挡板12l之间交替。第一和第二构造是类似的，但关于平行于管道14和混合部件20的纵向轴线对准的至少一个中心平面反向，使得双楔混合挡板12r和12l为彼此的镜像。具有第一构造的混合挡板12在此有时被称为右旋混合挡板12r，且具有第二构造的混合挡板12在此有时被称为左旋混合挡板12l。应用于该两个类型的双楔混合挡板12的此不同的标注或标记缘于流体流在移动通过这些混合挡板12时所经历的不同的“旋转”移动。如在下文中详细描述，遇到右旋双楔混合挡板12r的流体流一般地绕通过管道14的中心轴线顺时针移动，而遇到左旋双楔混合挡板12l的流体流一般地绕通过管道14的中心轴线逆时针移动。然而，此顺时针和逆时针移动将理解为不是绕轴线的真实旋转，因为这样的旋转将一般地不有助于将多个流体混合并避免通过静态混合器10的条纹(streaking)。
[0032]考虑到这些双楔混合挡板12的类似结构，当下文描述时，类似的附图标号将用指示该两种类型的挡板12r和12l中的每种挡板的结构。另外，附图标号12将在合适时(例如，以上图1的论述)继续用于总体地指示所有的双楔混合挡板12(包括右旋双楔混合挡板12r和左旋双楔混合挡板12l)。因此，除非另外地指明，双楔混合挡板12中的一个双楔混合挡板的元件的描述等同地适用于包括在静态混合器10中的每个其它的双楔混合挡板12。
[0033]转到图3，左旋混合挡板12l包括第一划分面板42，所述第一划分面板42是大体平面的且在第一方向上定向，所述第一方向在图示的实施例中被示出为大体竖直方向。左旋双楔混合挡板12l还包括第二划分面板44，所述第二划分面板44是大体平面的且在第二方向上定向，所述第二方向在此实施例中被示出为大体水平方向。第一划分面板42在平行于混合部件20的纵向轴线的方向上延伸(例如，所述方向也是管道14的纵向轴线)且终止在前沿16中，所述前沿16由第一和第二钩部分48、50限定。第一钩部分48朝向第一划分面板42的左侧52略微成角度或“具有钩形”，且第二钩部分50朝向第一划分面板42的右侧54略微成角度或“具有钩形”。第二划分面板44具有类似于第一划分面板42的形状，但包括后沿18。为此目的，后沿18由朝向第二划分面板44的顶侧62略微成角度的第一钩部分58，且朝向第二划分面板44的底侧64略微成角度的第二钩部分60限定。各种钩部分48、50、58和60有助于将(在每个视图中沿箭头F的方向移动的)被划分的流体流引导到划分面板42、44的相反侧中，同时避免流动沿着长的横向边缘的划分，所述划分可能导致混合器10中的不希望的高量的背压。
[0034]将认识到的是，基于定向的标记，诸如竖直、水平、左、右、顶和底在用作指示表面或侧部时指示了这些元件在图中所示的定向，但在实际实践或本公开的范围内的其它实施例中可使用这些元件在管道14内的替代定向。为此目的，第一和第二划分面板42、44的各种侧52、54、62和64也可被指示为“第一”和“第二”侧，如在以上提供的总结中的情况。
[0035]图3总体地图示了此实施例的左旋混合地板12l，但此左旋混合挡板12l的另外的特征例如在图5至图7的顶视图、前视图和侧视图中可见。左旋混合挡板I 2l进一步包括第一和第二偏转表面66、68，所述第一和第二偏转表面66、68(当与混合部件20的其余部分组装时)沿相反的方向从第一划分面板42朝向第一和第二侧壁34、36向外突出或延伸。有利地，第一和第二偏转表面66、68的每个包括多个平面表面(也称为“楔表面”)，所述多个平面表面相对于通过混合挡板12l的流体流以不同的角度定向。例如，第一划分面板42的左侧52上的第一偏转表面66包括邻近第一划分面板42的中心延伸的第一平面表面70和位于第一平面表面70上方的第二平面表面72，与第一平面表面70相比，所述第二平面表面72与流体流成更尖锐的角度地定向。类似地，在第一划分面板42的右侧54上的第二偏转表面68包括邻近第一划分面板42的中心延伸的第一平面表面74和位于第一平面表面74下方的第二平面表面76，与第一平面表面74相比，所述第二平面表面76与流体流成更尖锐的角度地定向。在第一和第二偏转表面66、68中的每个偏转表面上的两个平面表面70、72、74和76的布置使得与其中每个偏转表面包括仅单个平面表面或圆化表面的常规混合挡板设计相比，此实施例的左旋混合挡板能够提供最优混合和减少的浪费体积保留。
[0036]流动通过左旋混合挡板12l的流体如下文所述受到这些不同表面的导引。在图3中还所示在其多个横截面(A至D)处的移动通过左旋混合挡板12l的两个流体的一个简化图示，以帮助清楚说明如下流动的描述。在其在横截面A处遇到前沿16之前，流体流被示意性地示出。首先，遇到混合挡板12l的此流体流被第一划分面板42划分为在第一划分面板42的左侧52和右侧54上的相对均等的流动，如在横截面B处所示。第一偏转表面66构造为朝向混合挡板12l的左下象限向下导引在第一划分面板42的左侧52上流动的流体(如在图6的前视图中所示)，使得此流体朝向邻近第二划分面板44的底侧64的空间行进。为此目的，在朝向混合挡板12l的左下象限持续偏转期间，在第一划分面板42的左侧52的顶部处的流体流首先被第二平面表面72向下偏转，且然后该流体流继续沿着第一平面表面70遵循。在横截面C中示意性地示出“压缩的”流动，所述横截面C处于混合挡板12l的纵向中心处且其处第一划分面板42连接到第二划分面板44。
[0037 ]使用由邻近第一划分面板42的右侧54的第二偏转表面68限定的镜像结构，在混合挡板I2l的相对侧上的流动类似地转向。在此方面，第二偏转表面68构造为朝向混合挡板I2l的右上象限向上导引在第一划分面板42的右侧54上流动的流体(如在图6的前视图中所示)，使得此流体朝向邻近第二划分面板44的顶侧62的空间行进。为此目的，在朝向混合挡板12l的右上象限持续偏转期间，在第一划分面板42的右侧54的底部处的流体流首先被第二平面表面76向上偏转，且然后该流体流继续遵循第一平面表面74遵循。在横截面C中示意性地示出“压缩的”流体，所述横截面C是混合挡板I的纵向中心。因此，在此实施例中在混合器10使用时，左旋混合挡板12l的(沿着纵向方向或流动方向的)第一半部有效地将流体流划分，且然后沿相反的方向将流体流的每个被划分的部分转移到管道14的相对的象限。
[0038]在被朝向左下和右上象限转移或压缩之后，流体流开始侧向膨胀，以再次填充管道14中的大体上所有的空间。为能够实现此流体膨胀，(在纵向方向或流动方向上的)左旋混合挡板12l的后半部包括与以上关于前半部所述的类似结构。更特别地，左旋混合挡板12L进一步包括第三和第四偏转表面80、82，所述第三和第四偏转表面80、82沿相反方向从第二划分面板44朝向管道14的(当位于混合器10中时的)顶部和底部突出或延伸。有利地，第三和第四偏转表面80、82中的每个偏转表面包括多个平面的“楔表面”，所述多个平面的“楔表面”相对于流体流以不同的角度定向，正如以上所述的第一和第二偏转表面66、68。实际上，在此实施例中楔表面中的每个相互成镜像，以使混合挡板12l大体上是对称的。在第二划分面板44的顶侧62上的第三偏转表面80包括邻近第二划分面板44的中心延伸的第一平面表面84和位于第一平面表面84的左边的第二平面表面86，所述第二平面表面86以比第一平面表面84更尖锐的角度相对于流体流定向。类似地，在第二偏转表面44的底侧64上的第四偏转表面82包括邻近第二划分面板44的中心延伸的第一平面表面88和位于第一平面表面88的右边的第二平面表面90，所述第二平面表面90以比第一平面表面88更尖锐的角度相对于流体流定向(将注意到的是，第四偏转表面82在图3和图5至图7的图中不能被详细观察到，但是相应的镜像图像在例如图4中所示出的右旋混合挡板12r中示出)。将理解的是，第一和第三偏转表面66、80形成在左旋混合挡板12l的相反面上(向上游和下游观察)，具体地在此混合挡板12l的左上象限中。类似地，第二和第四偏转表面68、82形成在左旋混合挡板12^的相反面上(向上游和下游观察)，具体地在此混合挡板12l的右下象限中。例如通过对塑料材料进行注塑成型，第一和第二划分面板42、44和偏转表面66、68、80和82—体地形成为单一构件，如在混合器技术中所理解。
[0039]因此，第二划分面板44上方和下方的流体流的膨胀以与靠近第一划分面板42的流动转移或收缩类似的方式发生，但方式相反。已被转移到右上象限的流体流开始沿着第三偏转表面80的第一平面表面84，且然后沿着第三偏转表面80的第二平面表面86流动。此移动导致流动转移或膨胀，以填充限定在第二划分面板44的顶侧62上方的管道14的大体整个上部分。以类似的方式，已被转移到左下象限的流体流开始沿着第四偏转表面82的第一平面表面88，且然后沿着第四偏转表面82的第二平面表面90流动。此移动导致流动转移或膨胀，以填充限定在第二划分面板44的底侧64下方的管道14的大体上整个下部分。被划分的流动然后准备在由第二划分面板44的第一和第二钩部分58、60限定的后沿18处被“再结合”。此“再结合”总体上不是完全的再结合，这是因为移动经过左旋混合挡板12l的后沿18的流体流通常已经流过进一步将流体流沿不同方向划分的另一个混合元件(例如，右旋混合挡板I 2r)上的前沿16。
[0040]如在图3的横截面D中示意性地示出，由于绕左旋混合挡板12l的流动导致的流体流的此转移和划分移动能够使在混合挡板12l的前沿16处进入前最初以层存在的两个流体的层数翻倍。当然，将理解的是，实际的流动可能由于在第一、第二、第三和第四偏转表面66、68、80和82上的不同地成角度的表面上流动以及由于在各个钩部分48、50、58和60上流动而更混合在一起(例如，混合被优化)。在任何情形中，当混合挡板12被插入到静态混合器10的管道14中时，构成流体流的两个或更多个流体的流动通过流过混合挡板12而被混合。[0041 ] 如上所述，第一平面表面70、74、84和88以与第二平面表面72、76、86和90不同的角度相对于所述流动定向。在左旋混合挡板12l的此实施例中的通过这些表面限定的示例性角度例如在图7中示出，如它们应用于第二偏转表面68的情况。将理解的是，这些示例性角度从垂直于通过管道14的流体流方向测量，为清晰起见，这些垂直表面的一个垂直表面Af在图7中以假想线示出，且将理解的是，示例性角度等同地应用于混合挡板12l上的其它偏转表面。第一平面表面74与垂直平面Af限定第一角度Ct1，此第一角度Ct1在此实施例中为大约10°。第二平面表面76与垂直平面Af限定第二角度^，此第二角度^在此实施例中为大约55°。因此，第一和第二平面表面74、76以大约45°相互成角度，从而改变了流体流在其通过混合挡板12l的移动期间转移时如何膨胀或收缩的方式。此外，第一和第二平面表面74、76共同地限定了用于偏转表面66、68、80和82的双楔形状。
[0042]更特别地，第二平面表面72、76、86和90的更尖锐的成角度在混合静态混合器10中的流体流时产生了多个有益的优势。为此目的，在偏转表面66、68、80和82中的每个偏转表面处的“双楔”有效地缩短了膨胀或收缩流体在流过混合挡板12的同时必须横跨的在管道14内的距离。流体流因此在容纳在混合部件20内的混合挡板12的所述系列中的收缩和膨胀部分之间容易地过渡。流体混合自身也被优化，这是因为在偏转表面66、68、80和82处的不同角度进一步操纵邻近这些位置的流动特征，这增强了两个或更多个流体在移动通过混合挡板12期间的混合(例如，两个流体以小程度混合在一起，所述小程度高于在图3中在多种横截面处所示的大体示意性的指示)。
[0043]在第二平面表面72、76、86和90处的更尖锐的偏角还导致位于下方的在左旋混合挡板12l的左上象限和右下象限处的楔状结构填充管道14内的更多空间，因此在静态混合器10停止被使用时有利地减少在管道14内的保留的浪费体积。由于在这些更尖锐地成角度的第二平面表面72、76、86和90上的流动而导致的背压的增加通过仅在相应的偏转表面66、68、80和82的这些小部分上提供更尖锐的成角度被最小化。因此，保留体积的减少实现了在一定的分配领域中的明显的对于浪费材料的成本节约，而不明显地增加背压或静态混合器10中的混合部件20的必要长度。将认识到的是，在混合挡板12的其它实施例中，偏转表面66、68、80和82中的一个或多个的任何组合可设有双楔布置，以实现这些益处，但在偏转表面66、68、80和82中的每个都具有双楔布置时益处最明显。
[0044]如上所简述，在图4和图8中所示的右旋混合挡板12r包括基本上与如上详述的左旋混合挡板I 2l相同的结构，仅使得偏转表面66、68、80和82定向成为左旋混合挡板12L中的那些偏转表面的镜像。右旋混合挡板12r的面板和表面大体上在结构和功能上与以上所述的相应的面板和混合挡板相同，因此这些元件在两个类型的混合挡板12、12l、12r上被标记以相同的附图标记。由于以镜像来定向偏转表面所导致的唯一差异在于，第一划分面板42的左侧52上的流动在横过第二划分面板44的顶侧62延伸之前被第一和第四偏转表面66、82转移到左上象限(当从前方观察时)，而在第一划分面板42的右侧54上的流动在横过第二划分面板44的底侧64延伸之前被第二和第三偏转表面68、80移动到右下象限。再次，在其各个横截面(A至D)处的移动通过右旋混合挡板12r的两个流体的一个简化示意图在图4中示出，以帮助阐明流动(此流动跟随图3中所示的流动，以便在示意性流动中示出层的进一步划分)。因此，左旋混合挡板12l沿大体逆时针方向转移流体流，而右旋混合挡板12r沿大体顺时针方向转移流动。将认识到的是，通过这些混合挡板12l、12r在混合部件20内的系列中的交替，总体上通过静态混合器10实现了更好的混合质量，而带有更少的混合元件/挡板(以及相应地混合部件20的更短的总长度)。
[0045]在示例性实施例中，混合挡板12的系列连续地模制在一起，以形成带有如在图2中所示的侧壁34、36的单体型式的混合部件20。然而，在其它实施例中，这些混合挡板12 (和混合部件20的系列中点缀的其它混合元件)可分开地形成且在制造之后以希望的次序联接在一起。也在其它实施例中，混合挡板12可被推在一起并通过锁定配合保持在一起，包括例如如结合图9和图10在下文中描述的带有凹槽的替代实施例。
[0046]将进一步理解的是，在与本公开的范围一致的混合挡板12的其它实施例中，由各个楔表面限定的示例性角度和/或相对长度/尺寸可被修改。在一个示例中，沿着通向混合挡板12的入口的第一和第二偏转表面66、68可以以与沿着通向混合挡板12的出口的第三和第四偏转表面80、82略微不同的角度定向。更具体地，这样的一个示例会是使第一和第二偏转表面66、68的第一平面表面70、74位于α1 = 12°的相对于流体流的第一角度处，而第三和第四偏转表面80、82的第一平面表面84、88位于Ct1 = 10°的相对于流体流的第一角度处。这样的替代布置提供了有利的流动特征，所述流动特征被特别地修改以针对进入和离开混合挡板12。此外，在其它实施例中，基于最终使用者的特定需要，这些第一平面表面70、74、84和88的角度(^可被修改以处在5°至15°的范围中，而不偏离本公开的范围。类似地，在混合挡板的其它实施例中，在这些第一平面表面70、74、84和88的角度(^和对应的第二平面表面72、76、86和90的角度之间的相对角度可被修改以处在25°至50°的范围中。因此，考虑到这些潜在的范围，在这些各种替代中，对应的第二平面表面72、76、86和90的角度可低至30°或高至65°。在上文中描述的优势继续存在于这些示例性范围内，只要偏转表面66、68、80和82中的一些，即使并非全部继续，包括两个“楔”，例如两个平面表面。
[0047]在附图中所示的再另一个替代实施例中，第一平面表面70、74、84和88的角度(^可被修改为0° (相对于垂直于流动方向的平面)，或换言之，大体垂直于流动方向。作为双楔形状的替代，第一、第二、第三和第四偏转表面66、68、80和82的一部分可为大体板状的，而另一个部分可为大体楔状的。在这样的实施例继续实现了以上所述的流动优化益处的同时，前述实施例的双楔构造进一步减少了在完成混合的流体的排放时在静态混合器10内的保留体积和浪费。
[0048]参考图9和图10，示出了右旋混合挡板的两个替代实施例。这些替代实施例在与图8中所示的右旋混合挡板12r相同的定向上示出，以因此阐明实施例之间的区别。将认识到的是，类似的变化能够应用于本公开的范围内的左旋混合挡板。
[0049]首先转到图9，此实施例的双楔混合挡板112包括大体上所有的与混合挡板12的第一实施例相同的面板和结构，且这些元件提供有在100系列中的类似附图标记，在下文中除此实施例中的差异外不进一步解释(例如，第二偏转表面168对应于以上所述的第二偏转表面68，但带有略微的差异)。如在图9的透视图中最佳地示出，关于流体流的第一平面表面170、174、184和188的角度和第二平面表面172、176、186和190的角度大于在以上所述的第一实施例中的这些元件的对应的10°和55°的角度。为此目的，且如在图9A的细节视图中所示，第一平面表面170、174、184和188限定了大约21°的关于垂直于流动方向的平面Af的第一角度句。第二平面表面172、176、186和190限定了大约66°的关于垂直于流动方向的平面Af的第二角度扮。因此，如对于第一实施例所示，表面相互处于大约45°的角度。如将容易地理解，在此实施例中的双楔混合挡板112的型式在收缩和膨胀期间更容易地转移流体流，且此实施例的双楔混合挡板112在混合器10内占据更大的体积，以进一步限制在混合和分配循环结束时的保留的浪费体积。当然，在流体流中造成的背压可能增加超过先前的实施例，因此在设计具体的双楔混合挡板12以用于需要根据本发明的静态混合器10的不同技术领域时，必须权衡益处和劣势的平衡。
[0050]此实施例的双楔混合挡板112包括切入到第一划分面板142的中间中的凹槽194。类似的凹槽(未示出)也可切入到第二划分面板144的中间中，这些凹槽194构造为与在静态混合器1的系列中使用的其它双楔混合挡板112上的对应的凹槽194接合。凹槽194使得一个双楔混合挡板112的前沿116处的第一划分面板142能够与另一个双楔混合挡板112的后沿118处的第二划分面板144部分地接合，因此节约了混合器10的管道14内的开放空间，在混合器10的使用完成时所述开放空间可能保留另外的浪费材料。类似地，如上所述，流动通过下游双楔混合挡板112的划分在被划分的流动在上游双楔混合挡板112中再结合之前发生或与所述再结合同时发生，因此促进了混合效率。将理解的是，在与本公开一致的其它实施例中，这些凹槽194可省去或在位置和尺寸上修改。
[0051]现在参考图10，此实施例的双楔混合挡板212包括大体上所有的与混合挡板12、112的第一实施例相同的所有面板和表面，且这些元件提供有在200的系列中的相同的附图标记，在下文中除此实施例中的差异外不进一步解释(例如，第二偏转表面268对应于以上所述的第二偏转表面68，但带有略微的差异；且凹槽294对应于先前描述的实施例的凹槽194)。如最清晰地在图10的各图中所示，第一平面表面270、274、284和288的角度和第二平面表面272、276、286和290的角度与以上所述的第一实施例中相同。为此目的，且如在图1OA中详细地所示，第一平面表面270、274、284和288限定了大约10°的关于垂直于流动方向的平面Af的第一角度α3。第二平面表面272、276、286和290限定了大约55°的关于垂直于流动方向的平面Af的第二角度β3。然而，第一平面表面和第二平面表面的相对长度已被修改，使得第二平面表面272、276、286和290限定了对应的第一、第二、第三和第四偏转表面266、268、280和282的较大部分。对于在图9中所示的实施例中的型式，这样的替代双楔混合挡板212可实现更快的流动转移和在管道14内的较少保留体积，但在流体流移动通过静态混合器10时在流体流中生成的背压相应地升高。因此，将理解的是，在与本公开的范围一致的其它实施例中，表面部分的具体角度和相对尺寸或长度可修改。
[0052]在根据此公开的双楔混合挡板的每个实施例中，各种偏转表面中的至少一些，SP使并非全部，有利地包括多个“楔”或多个平面表面，其中这些表面中的一些表面比其它表面相对于流体流方向更尖锐地成角度。在偏转表面的一部分上的此更尖锐的成角度减少了流体流在流过双楔混合挡板期间经历的收缩、转移和膨胀移动期间必须横跨的距离。此布置导致更优化的混合和在循环结束时更少的保留浪费体积，而不明显地增加混合器的长度或背压。因此，此公开的双楔混合挡板解决了需要在静态混合器中使用的常规混合和流动转移元件的改进或优化的许多领域。
[0053]虽然本发明已通过示例性实施例的描述阐述且虽然这些实施例已在一定细节上被描述，但
【申请人】不意图于将所附的权利要求书约束或以任何方式限制于此细节。另外的优势和修改将对于本领域一般技术人员显而易见。取决于使用者的需求和偏好，本公开的各种特征可单独地使用或以任何组合使用。已描述了本发明，以及如当前已知的实践本发明的优选的方法。然而，本发明自身应仅通过所附权利要求书限定。
【主权项】
1.一种用于混合具有至少两种组分的流体流的混合挡板，所述混合挡板包括: 第一划分面板，所述第一划分面板包括第一侧和第二侧，所述第一划分面板限定前沿； 第一偏转表面，所述第一偏转表面从所述第一划分面板的所述第一侧突出，以便堵塞沿着所述第一划分面板的所述第一侧的用于流体流的路径的至少一部分； 第二偏转表面，所述第二偏转表面从所述第一划分面板的所述第二侧突出，以便堵塞沿着所述第一划分面板的所述第二侧的用于流体流的路径的至少一部分； 第二划分面板，所述第二划分面板被连接到所述第一划分面板且横向于所述第一划分面板定向，所述第二划分面板限定后沿且包括第一侧和第二侧； 第三偏转表面，所述第三偏转表面靠近所述第一偏转表面从所述第二划分面板的所述第一侧突出； 第四偏转表面，所述第四偏转表面靠近所述第二偏转表面从所述第二划分面板的所述第二侧突出； 所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的至少一个偏转表面由第一平面表面和第二平面表面限定，所述第二平面表面与所述第一平面表面成一角度地定向，使得所述第一平面表面和所述第二平面表面相对于所述流体流以不同角度布置；以及 所述流体流在所述前沿处被所述第一划分面板划分为第一流动部分和第二流动部分，所述第一流动部分通过所述第一偏转表面和所述第四偏转表面从所述第一划分面板的所述第一侧转移到所述第二划分面板的所述第二侧，所述第二流动部分通过所述第二偏转表面和所述第三偏转表面从所述第一划分面板的所述第二侧转移到所述第二划分面板的所述第一侧，所述第一流动部分和所述第二流动部分被构造为在所述后沿处再结合。2.根据权利要求1所述的混合挡板，所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的每个偏转表面由第一平面表面和第二平面表面限定，所述第二平面表面与所述第一平面表面成一角度地定向，使得所述第一平面表面和所述第二平面表面相对于所述流体流以不同角度布置。3.根据权利要求2所述的混合挡板，所述第一划分面板包括在所述前沿处朝向所述第一划分面板的对应的所述第一侧和所述第二侧沿相反方向弯曲的第一钩部分和第二钩部分，且所述第二划分面板包括在所述后沿处朝向所述第二划分面板的对应的所述第一侧和所述第二侧沿相反方向弯曲的第一钩部分和第二钩部分。4.根据权利要求2所述的混合挡板，所述第二平面表面中的每个第二平面表面与所述第一平面表面中的相邻的一个第一平面表面以范围在25°和50°之间的角度成角度。5.根据权利要求2所述的混合挡板，所述第一平面表面中的每个第一平面表面与垂直于所述流体流的平面以非零角度成角度，使得所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的每个偏转表面限定双楔形状。6.根据权利要求5所述的混合挡板，所述第一平面表面中的每个第一平面表面与垂直于所述流体流的平面以范围在5°和15°之间的角度成角度。7.根据权利要求5所述的混合挡板，所述第一偏转表面和所述第二偏转表面的所述第一平面表面与垂直于所述流体流的平面以第一角度成角度，且所述第三偏转表面和所述第四偏转表面的所述第一平面表面与垂直于所述流体流的平面以第二角度成角度，所述第二角度不同于所述第一角度。8.根据权利要求7所述的混合挡板，所述第一角度大于所述第二角度。9.根据权利要求2所述的混合挡板，所述第一划分面板大体垂直于所述第二划分面板定向，使得当所述混合挡板位于容纳所述流体流的管道内时，所述第一划分面板在所述管道中大体竖直地定向，同时所述第二划分面板在所述管道中大体水平地定向。10.根据权利要求9所述的混合挡板，所述第一偏转表面和所述第四偏转表面转移所述第一流动部分，以在沿着所述第二划分面板向右膨胀之前沿着所述第一划分面板向下收缩，且所述第二偏转表面和所述第三偏转表面转移所述第二流动部分，以在沿着所述第二划分面板向左膨胀之前沿着所述第一划分面板向上收缩，从而有效地在逆时针方向上转移所述第一流动部分和所述第二流动部分。11.根据权利要求9所述的混合挡板，所述第一偏转表面和所述第四偏转表面转移所述第一流动部分，以在沿着所述第二划分面板向右膨胀之前沿着所述第一划分面板向上收缩，且所述第二偏转表面和所述第三偏转表面转移所述第二流动部分，以在沿着所述第二划分面板向左膨胀之前沿着所述第一划分面板向下收缩，由此有效地在顺时针方向上转移所述第一流动部分和所述第二流动部分。12.根据权利要求2所述的混合挡板，所述第一划分面板和所述第二划分面板以及所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面通过注塑成型一体地形成为单体件。13.—种用于混合具有至少两种组分的流体流的静态混合器，所述静态混合器包括: 混合器管道，所述混合器管道被构造为接纳所述流体流;和 混合部件，所述混合部件由定位在所述混合器管道中的多个混合元件限定，所述多个混合元件包括至少一个根据权利要求1所述的混合挡板。14.根据权利要求13所述的静态混合器，所述双混合挡板的所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的每个偏转表面由第一平面表面和第二平面表面限定，所述第二平面表面与所述第一平面表面成一角度地定向，使得所述第一平面表面和所述第二平面表面相对于所述流体流以不同角度布置。15.根据权利要求14所述的静态混合器，所述多个混合挡板包括左旋混合挡板和右旋混合挡板，所述左旋混合挡板在逆时针方向上转移所述流体流，所述右旋混合挡板在顺时针方向上转移所述流体流，所述混合部件包括所述左旋混合挡板和所述右旋混合挡板的交替系列。16.根据权利要求15所述的静态混合器，所述混合部件中的所述多个混合元件进一步包括至少一个不同类型的流动转移元件，所述至少一个不同类型的流动转移元件点缀有所述左旋混合挡板和所述右旋混合挡板的所述交替系列。17.根据权利要求14所述的静态混合器，所述混合部件通过注塑成型一体地形成为单体件，所述多个混合元件共同地限定所述单体件的相对的第一侧壁和第二侧壁，其中所述侧壁沿着所述混合器管道的长度延伸。18.根据权利要求14所述的静态混合器，所述第一平面表面中的每个第一平面表面与垂直于所述流体流的平面以非零角度成角度，使得所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的每个偏转表面限定双楔形状。19.根据权利要求14所述的静态混合器，所述第一划分面板大体垂直于所述第二划分面板定向，使得所述第一划分面板在所述管道中大体竖直地定向，同时所述第二划分面板在所述管道中大体水平地定向。20.—种用静态混合器来混合流体流的至少两种组分的方法，所述静态混合器包括混合器管道和多个混合挡板，所述方法包括: 将具有至少两种组分的所述流体流引入到所述混合器管道的入口端中； 迫使所述流体流通过多个混合挡板，以产生混合的流体流，所述混合挡板中的至少一个混合挡板包括根据权利要求1所述的混合挡板，且所述迫使进一步包括: 用所述第一划分面板的前沿将所述流体流划分为第一流动部分和第二流动部分，所述第一流动部分沿着所述第一划分面板的第一侧设置，所述第二流动部分沿着所述第一划分面板的第二侧设置； 用所述第一偏转表面和所述第四偏转表面将所述第一流动部分从所述第一划分面板的第一侧转移到所述第二划分面板的第二侧； 用所述第二偏转表面和所述第三偏转表面将所述第二流动部分从所述第一划分面板的第二侧转移到所述第二划分面板的第一侧； 在所述第二划分面板的后沿处将所述第一流动部分和所述第二流动部分再结合;和 在所述流体流被迫使通过所述多个混合挡板之后，将混合的流体流从所述混合器管道的出口端排出， 在所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的至少一个偏转表面上的第二平面表面缩短了所述第一流动部分或第二流动部分在沿着所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的对应的至少一个偏转表面转移期间需要行进的距离。21.根据权利要求20所述的方法，所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的每个偏转表面由第一平面表面和第二平面表面限定，所述第二平面表面相对于所述第一平面表面成一角度地定向，使得所述第一流动部分和所述第二流动部分在通过所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面转移期间沿着较短的距离行进。22.根据权利要求21所述的方法，所述流体流包括所述至少两种组分的多个交替层，且迫使所述流体流通过所述多个混合挡板进一步包括: 在所述混合挡板中的所述至少一个混合挡板中的每个混合挡板的前沿和后沿之间，使所述至少两种组分的交替层的数量翻倍。23.根据权利要求21所述的方法，所述第一平面表面和第二平面表面中的每个平面表面相对于与通过所述静态混合器的所述流体流垂直的平面以非零角度成角度，使得所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的每个偏转表面限定双楔形状，且所述方法进一步包括: 当混合的流体流的排出完成时，使所述静态混合器的入口端与所述流体流的源断开；和 作为在所述混合挡板中的所述至少一个混合挡板上的所述第一偏转表面、第二偏转表面、第三偏转表面和第四偏转表面中的每个偏转表面的双楔形状的结果，最小化了流体流浪费，该流体流浪费由所述静态混合器内的保留体积限定。24.根据权利要求23所述的方法，所述第一偏转表面和所述第二偏转表面的所述第一平面表面与垂直于所述流体流的平面以第一角度成角度，且所述第三偏转表面和所述第四偏转表面的所述第一平面表面与垂直于所述流体流的平面以第二角度成角度，所述第二角度不同于所述第一角度，由此通过与邻近所述第二划分面板处的出口相比，邻近所述第一划分面板处的入口不同地转移所述流体流，而优化流体流特征。25.根据权利要求21所述的方法，所述混合挡板中的所述至少一个混合挡板包括左旋混合挡板和右旋混合挡板，使得迫使通过所述多个混合挡板进一步包括: 用所述左旋混合挡板在逆时针方向上有效地转移所述第一流动部分和所述第二流动部分;和 用所述右旋混合挡板在顺时针方向上有效地转移所述第一流动部分和所述第二流动部分。
【文档编号】B01F5/00GK105879730SQ201610082759
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】马修·E·帕帕拉尔多
【申请人】诺信公司