CH717390A2

CH717390A2 - Assemblies / installation elements made of deflection surfaces with separators for installation in pipes / ducts or in the shell of tube bundle heat exchangers.

Info

Publication number: CH717390A2
Application number: CH00544/20A
Authority: CH
Inventors: Streiff Felix
Original assignee: Streiff Felix
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2021-11-15
Also published as: EP3907461A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Baugruppen/Einbauelemente aus Umlenkflächen (2,2') die quer zur Strömungsrichtung verlaufen mit Fenstern (3,4,3',4') und mit Trennstegen (5,6,5',6') für den Einbau in ein Gehäuse (1) als statischer Mischer und/oder als Umlenkbleche mit Fenstern und mit Trennstegen für den Einbau in den Mantelraum von Rohrbündel-Wärmetauschern, vorzugsweise im laminaren Strömungsbereich bei hochviskosen Medien. Im Gegensatz zu den bekannten Grundstrukturen sind bei den erfindungsgemässen Einbauelementen die Umlenkflächen (2,2') über die Trennstege (5, 6, 5', 6') am Eintritt hinaus in Richtung der Trennstege (5, 6, 5', 6') auf der Austrittsseite derart verlängert dass die Fensterflächen kleiner sind und die Querausbreitung der Strömung auf der Austrittseite der Umlenkflächen (2, 2') ausschliesslich in Richtung der Stege auf der Austrittseite erfolgt. Die Schichtdicken bei der Anwendung als statischer Mischer fallen dabei viel gleichmässiger als bei den bekannten Grundstrukturen aus.The invention relates to assemblies / built-in elements made up of deflection surfaces (2, 2 ') which run transversely to the direction of flow with windows (3, 4, 3', 4 ') and with dividers (5, 6, 5', 6 ') for installation in a housing (1) as a static mixer and / or as baffle plates with windows and with separators for installation in the shell of tube bundle heat exchangers, preferably in the laminar flow area for highly viscous media. In contrast to the known basic structures, in the case of the built-in elements according to the invention, the deflecting surfaces (2, 2 ') are over the separating webs (5, 6, 5', 6 ') at the inlet in the direction of the separating webs (5, 6, 5', 6 ') ) lengthened on the exit side in such a way that the window areas are smaller and the transverse propagation of the flow on the exit side of the deflection surfaces (2, 2 ') takes place exclusively in the direction of the webs on the exit side. The layer thicknesses when used as a static mixer are much more even than with the known basic structures.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft Baugruppen die als Einbauelemente ausgestaltet sein können, aber nicht müssen aus Umlenkflächen mit Trennstegen für den Einbau in Rohre oder Kanäle als statische Mischer und/oder als Umlenkbleche mit Trennstegen für den Einbau in den Mantelraum von Rohrbündel-Wärmetauschern, vorzugsweise im laminaren Strömungsbereich bei hochviskosen Medien. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt und zwei Querschnitte bisher bekannter Einbauelemente aus Umlenkflächen mit den Trennstegen als statischen Mischer eingebaut in einem Gehäuse (1). Die Einbauelemente bestehen aus jeweils einer Umlenkfläche und mindestens je 1 Trennsteg auf der in Strömungsrichtung gesehenen Eingangs- (I) und Ausgangsseite (II) der Umlenkfläche. Die Stege auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite der Umlenkfläche stehen dabei vorzugsweise in einem Winkel von 90° oder nahezu 90° zueinander. Ein statischer Mischer besteht aus mindestens 1 Einbauelement Typ A und einem in Strömungsrichtung folgenden Einbauelement Typ B wobei sich die Fenster- und die geschlossenen Teilflächen der Umlenkflächen der in Strömungsrichtung folgenden Elemente Typ A und Typ B jeweils abwechseln bzw. abdecken. Die axiale Länge der Trennstege beträgt vorzugsweise 0.25 bis 0.5D. Die Trennstege auf der Eintrittsseite können dabei auch kürzer oder länger sein als diejenigen auf der Austrittsseite. Umlenkflächen und zugehörige Trennstege eines Einbauelements oder einer Baugruppe können durch Schweissen, Löten, Kleben etc. miteinander verbunden sein oder einzeln oder als Baugruppe mehrerer Einbauelemente als ein monolithisches Bauteil aus Kunststoff- Spritzguss, Präzisionsguss oder additiv als 3D-Druck hergestellt sein. Diese Grundstruktur der mischenden Innenteile aus Umlenkflächen mit Fenstern und Trennstegen und ihre Funktionsweise als statische Mischer wird bereits in der EP 0749776 oder EP 0815929 ausführlich beschrieben. In diesen Patentschriften sind auch Varianten mit mehreren Fenstern in der Umlenkfläche und mehreren Trennstegen offenbart wobei aber die Anzahl der Trennstege auf der Ein- und Austrittsseite immer gleich gross ist. In EP 1 426 099 wird eine weitere Variante mit 3 Fenstern aber nur 1 Trennsteg auf der Eintrittsseite und 2 Trennstegen auf der Austrittsseite beschrieben. Es sind noch weitere von diesen Patenten abgeleitete Varianten mit dem gleichen Funktionsprinzip bekannt. Bei all diesen bekannten, statischen Mischern entspricht die Grösse der Fenster in der Umlenkfläche genau der durch die Trennstege abgegrenzten Teilfläche wie in Fig. 1 dargestellt. Bei z.B. 2 Fenstern beträgt deren Grösse also je ca. 1⁄4 der ganzen Querschnittsfläche. Diese statischen Mischer können in Rohre oder auch in Gehäuse mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt eingebaut sein. In EP 3 338 882 A1 wird eine Ausführungsvariante der Umlenkflächen offenbart bei der die Fenster wesentlich kleiner sind als die maximale Öffnung die durch die Trennstege begrenzt würden und eine beliebige Form haben oder vorzugsweise Bohrungen sind. Durch diese engen Fenster sollen hohe Scherkräfte zur besseren Mischung bei unterschiedlichen Viskositäten der Komponenten erzeugt werden. The invention relates to assemblies that can be designed as built-in elements, but do not have to consist of deflection surfaces with separators for installation in pipes or channels as static mixers and / or as baffles with separators for installation in the shell of tube bundle heat exchangers, preferably in the laminar flow range with highly viscous media. Fig. 1 shows a longitudinal section and two cross sections of previously known built-in elements made of deflection surfaces with the partitions as a static mixer installed in a housing (1). The built-in elements each consist of a deflection surface and at least 1 separator each on the inlet (I) and outlet side (II) of the deflection surface, viewed in the direction of flow. The webs on the input side and on the output side of the deflecting surface are preferably at an angle of 90 ° or almost 90 ° to one another. A static mixer consists of at least 1 built-in element type A and one built-in element type B following in the direction of flow, whereby the window and closed partial areas of the deflection surfaces of the following type A and type B elements in the direction of flow alternate or cover each other. The axial length of the separating webs is preferably 0.25 to 0.5D. The dividers on the entry side can also be shorter or longer than those on the exit side. Deflection surfaces and associated dividers of a built-in element or an assembly can be connected to one another by welding, soldering, gluing, etc., or manufactured individually or as an assembly of several built-in elements as a monolithic component from plastic injection molding, precision casting or additively as a 3D printing. This basic structure of the mixing inner parts consisting of deflection surfaces with windows and separating webs and their mode of operation as a static mixer is already described in detail in EP 0749776 or EP 0815929. These patents also disclose variants with several windows in the deflection surface and several separating webs, but the number of separating webs on the entry and exit side is always the same. EP 1 426 099 describes a further variant with 3 windows but only 1 separating web on the entry side and 2 separating webs on the exit side. Further variants derived from these patents with the same functional principle are known. In all of these known, static mixers, the size of the window in the deflecting surface corresponds exactly to the partial surface delimited by the separating webs, as shown in FIG. 1. For example, with 2 windows, their size is approximately 1⁄4 of the entire cross-sectional area. These static mixers can be installed in pipes or in housings with a square or rectangular cross-section. EP 3 338 882 A1 discloses an embodiment variant of the deflection surfaces in which the windows are significantly smaller than the maximum opening that would be delimited by the separating webs and have any shape or are preferably bores. These narrow windows are intended to generate high shear forces for better mixing with different component viscosities.

[0002] Alle beschriebenen Einbauelemente weisen bei der Verwendung als statischer Mischer den Nachteil auf, dass die Anzahl der gebildeten Schichten näherungsweise den erwarteten Modellen entspricht aber diese Schichten sehr unterschiedliche Dicken aufweisen, ungleichmässig über den Querschnitt verteilt sind und/oder dass die Schichten nicht voll ausgebildet sind. Anhand von Schnittbildern hergestellt mit rasch härtendem Polyesterharz kann gezeigt werden, dass die maximale Grösse einer Inhomogenität (Schichtdicke) schon nach wenigen Elementen gegenüber dem idealen Gesetz der Schichtenbildung um Grössenordnungen abweicht bzw. das ideale Mischverhalten nie erreicht wird. When used as a static mixer, all installation elements described have the disadvantage that the number of layers formed approximately corresponds to the expected models, but these layers have very different thicknesses, are unevenly distributed over the cross section and / or that the layers are not full are trained. Using cross-sectional images made with rapidly hardening polyester resin, it can be shown that the maximum size of an inhomogeneity (layer thickness) deviates by orders of magnitude from the ideal law of layer formation after just a few elements or that the ideal mixing behavior is never achieved.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es die gleichmässige Ausbildung der Schichten in derartigen statischen Mischern wesentlich zu verbessern und dem Idealfall anzunähern und die Scherkräfte und die Dehnung zu erhöhen ohne den Druckverlust wesentlich zu erhöhen oder tote Zonen zu schaffen. Gleichzeitig sollen derartige Einbauelemente auch in den Mantelraum von Rohrbündel-Wärmetauschern zur Quermischung und Verbesserung des Wärmeübergangs eingebaut werden können. Es hat sich überraschend gezeigt, dass die erfindungsgemässe Aufgabe dadurch gelöst werden kann indem die Fenster gegenüber der maximalen Grösse der bekannten Grundstrukturen in der erfindungsgemässen Art verkleinert werden. Im Gegensatz zu EP 3 338 882 A1 erfolgt diese Verkleinerung derart dass die Ausbreitung der Schichten auf der Austrittsseite (II) nur in der durch die Trennstege auf der Austrittsseite vorgegebenen Querströmungsrichtung erfolgt, nicht behindert wird und keine zusätzlichen Totzonen entstehen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Umlenkflächen nur in Richtung der Trennstege auf der Austrittseite über die Trennstege auf der Eintrittsseite hinaus um die Länge b verlängert werden. The object of the invention is to significantly improve the uniform formation of the layers in such static mixers and to approach the ideal case and to increase the shear forces and elongation without significantly increasing the pressure loss or creating dead zones. At the same time, such built-in elements should also be able to be installed in the shell space of tube bundle heat exchangers for cross-mixing and improving the heat transfer. It has been shown, surprisingly, that the object according to the invention can be achieved by making the windows smaller than the maximum size of the known basic structures in the manner according to the invention. In contrast to EP 3 338 882 A1, this reduction takes place in such a way that the spread of the layers on the exit side (II) only takes place in the cross-flow direction specified by the separating webs on the exit side, is not hindered and no additional dead zones arise. This is achieved in that the deflecting surfaces are only lengthened by the length b in the direction of the dividing webs on the exit side beyond the dividing webs on the entry side.

[0004] Eine bisher bekannte Grundstruktur ist in Fig.1 dargestellt. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Zeichnungen Fig. 2 bis Fig. 11 dargestellt. Im Folgenden und werden die Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 Einen statischen Mischer mit bisher bekannter Grundstruktur im Längs- und mit zwei Querschnitten Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Querschnittes im Eintrittsraum (I), beim Durchtritt durch die Umlenkfläche und im Austrittsraum (II) bei 2 Fenstern und je 1 Steg auf der Ein- und Austrittsseite für ein Einbauelement Typ A und das folgende Einbauelement Typ B bei einer erfindungsgemässen Form mit im Vergleich zur Grundstruktur halbierter Fensterfläche und quadratischem Querschnitt. Angedeutet ist schematisch der ideale Ablauf der Verschichtung und Dehnung wenn 2 Komponenten im Verhältnis 1:1 am Eintritt aufgegeben werden. Die Pfeile zeigen die Querströmungsrichtungen. Fig. 3 zeigt eine analoge Darstellung wie Fig. 2 bei 3 Fenstern und je 2 Stegen auf der Ein- und Austrittsseite für ein Einbauelement Typ A und das folgende Einbauelement Typ B nach der erfindungsgemässen Ausführungsform. Fig. 4 zeigt eine ebenfalls eine analoge Darstellung wie Fig. 2 für den Fall, dass ebenfalls 3 Fenster aber nur 1 Steg auf der Eintrittsseite und 2 Stege auf der Austrittsseite vorhanden sind für ein Einbauelement Typ A und das folgende Einbauelement Typ B nach der erfindungsgemässen Ausführungsform. Fig. 5 zeigt die gemessene maximale Schichtdicke für einen erfindungsgemässen statischen Mischer (SQ) mit 2 Fenstern mit halbierten Fensterfläche im Vergleich zur Grundstruktur nach EP 0749776 mit ebenfalls 2 Fenstern. Fig. 6 zeigt eine besonders günstige Ausführung einer Vielzahl von erfindungsgemässen Einbauelementen in einer ganzen Baugruppe als Mischerstange mit stützenden und verbindenden Seitenwänden zum Einbau in ein quadratisches Gehäuse. Dargestellt ist ein Längsschnitt und ein Grundriss. Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Einbauelement mit Umlenkflächen mit 2 Fenstern mit keilförmiger Verdickung der Umlenkfläche auf der Austrittseite und Rundungen zur Verminderung von toten Zonen. Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Einbauelement mit Umlenkflächen mit 2 Fenstern bei dem die Erweiterung der abgedeckten Flächen über Kanalbreite unterschiedlich gross ist und die Kante des Fensters schräg verläuft. Fig. 9 zeigt eine Ausführung von erfindungsgemässen Einbauelementen mit Umlenkflächen mit 2 Fenstern und je 1 Steg auf der Ein- und Austrittsseite zum Einbau in den Mantelraum eines Rohrbündelwärmetauschers mit 12 Rohren. Fig. 10 zeigt eine Ausführung von erfindungsgemässen Einbauelementen in einer Ausführung mit 3 Fenstern und 1 Steg auf der Eintrittsseite und 2 Stegen auf der Austrittsseite zum Einbau in den Mantelraum eines Rohrbündelwärmetauschers mit 12 Rohren. Fig. 11 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rohrbündels mit erfindungsgemässen Einbauelementen in einer Ausführung nach Fig. 9A previously known basic structure is shown in FIG. Advantageous embodiments of the invention are shown in the further drawings, FIGS. 2 to 11. The drawings are explained below. 1 shows a static mixer with a previously known basic structure in longitudinal and with two cross-sections Web on the entry and exit side for a built-in element type A and the following built-in element type B in a shape according to the invention with a window area halved compared to the basic structure and a square cross-section. The ideal sequence of stratification and expansion is indicated schematically when 2 components are applied in a ratio of 1: 1 at the inlet. The arrows show the cross-flow directions. FIG. 3 shows an illustration similar to FIG. 2 with 3 windows and 2 webs each on the entry and exit side for a built-in element type A and the following built-in element type B according to the embodiment according to the invention. 4 shows an illustration similar to FIG. 2 for the case that there are also 3 windows but only 1 web on the entry side and 2 webs on the exit side for a built-in element type A and the following built-in element type B according to the invention Embodiment. 5 shows the measured maximum layer thickness for a static mixer (SQ) according to the invention with 2 windows with halved window area in comparison to the basic structure according to EP 0749776 with also 2 windows. 6 shows a particularly favorable embodiment of a large number of installation elements according to the invention in an entire assembly as a mixer rod with supporting and connecting side walls for installation in a square housing. A longitudinal section and a floor plan are shown. 7 shows a longitudinal section through an installation element according to the invention with deflection surfaces with 2 windows with a wedge-shaped thickening of the deflection surface on the exit side and curves to reduce dead zones. 8 shows a cross section through a built-in element according to the invention with deflection surfaces with 2 windows in which the expansion of the covered surfaces over the channel width is different and the edge of the window runs obliquely. 9 shows an embodiment of installation elements according to the invention with deflection surfaces with 2 windows and 1 web each on the entry and exit side for installation in the shell of a tube bundle heat exchanger with 12 tubes. 10 shows an embodiment of installation elements according to the invention in an embodiment with 3 windows and 1 web on the inlet side and 2 webs on the outlet side for installation in the shell of a tube bundle heat exchanger with 12 tubes. FIG. 11 shows a perspective illustration of a tube bundle with installation elements according to the invention in an embodiment according to FIG. 9

[0005] Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Verlängerung der Umlenkflächen am Beispiel mit 2 Fenstern und je 1 Trennsteg auf der Eintritts- und Austrittseite anhand von Querschnittsbildern für einen quadratischen Querschnitt. Fig. 2 oben zeigt einen Querschnitt im Eintrittsraum (I) mit der zugehörigen Querströmungsrichtung entlang dem Trennsteg 5 auf der Eintrittsseite, einen Querschnitt beim Durchtritt durch die Umlenkfläche in den Fenstern 3,4 in der Mitte bzw. in der Fensterebene und einen Querschnitt im Austrittsraum (II) mit der Ausdehnungsrichtung entlang dem Trennsteg 6 auf der Austrittsseite bei 2 Fenstern und je 1 Trennsteg auf der Ein- und Austrittsseite für ein Einbauelement Typ A (rechte Bildhälfte) bei einem erfindungsgemässen Einbauelement. Angedeutet ist schematisch der Ablauf der Verschichtung und Dehnung wenn 2 Komponenten (grau/weiss) im Verhältnis 1:1 am Eintritt eines derartigen statischen Mischers aufgegeben werden. In der rechten Bildhälfte ist der weitere Vorgang der Verschichtung im folgenden Einbauelement Typ B mit versetzten Fenstern in gleicher Weise dargestellt. Nach dem idealen Modell entstehen so im ersten Element Typ A aus 2 vier Schichten und dann im folgenden Einbauelement aus 4 acht Schichten gleicher Dicke usw. Diese Anordnung ist relativ unempfindlich auf die Lage der Verschichtung am Eintritt des ersten Einbauelementes. Bei falscher Lage, parallel zum Trennsteg am Eintritt geht lediglich dieses Einbauelement für die Verschichtung verloren. Die Verschichtungsrichtung wird dabei um 90° gedreht im ersten Einbauelement und der Vorgang läuft anschliessend normal weiter. Durch die Verlängerungen der Umlenkflächen in der erfindungsgemässen Form um die Länge (b) wird die offene Fensterfläche verkleinert, die Strömung stärker komprimiert und die Scherung erhöht. Die Schichtdicken fallen viel gleichmässiger aus weil die anschliessende Dehnung auf der Austrittsseite intensiviert wird. Die Dehnung ausgehendend vom engsten Fensterquerschnitt erfolgt nur in der durch die Trennstege am Austritt vorgegebenen Richtung und nicht quer dazu. Vorzugsweise wird die Verlängerung so gewählt, dass die freie Fensterfläche etwa halbiert wird. Die Länge b kann auch über die Kanalbreite variabei sein und die Begrenzungskante kann schräg oder in einer gekrümmten Linie erfolgen, vergl. Fig. 8. Fig. 3 zeigt die gleichen Darstellungen wie bei Fig. 2 einer erfindungsgemässen Ausführungsform für den Fall, dass 3 Fenster 3,4,5 und nur 1 Trennsteg 6 auf der Eintrittsseite aber 2 Trennstege 7,8 auf der Austrittsseite vorhanden sind. Hier erfolgt die erfindungsgemässe Verlängerung (b) der geschlossenen Umlenkfläche ebenfalls in allen Fenstern und ausschliesslich in der Richtung der Trennstege auf der Austrittsseite. Dargestellt ist der Vorgang der modellmässigen Verschichtung im ersten Einbauelement Typ A und im folgenden Einbauelement Typ B mit versetzten Fenstern. Es ist eine Besonderheit dieser Anordnung, dass die Richtung der Verschichtung im ersten Einbauelement um 90° gedreht wird und dass die Lage der Schichten am Eintritt parallel zum Trennsteg am Eintritt verlaufen muss. Bei falscher Dosierung erfolgt nur eine dauernde Rekombination der gleichen Schichten und folglich findet keine Vermischung statt! Fig. 4 zeigt wiederum die gleiche Darstellung wie bei Fig. 2 oder Fig. 3 bei 3 Fenstern 3,4,5 und je 2 Trennstegen (auf der Ein- 6,7 und Austrittsseite 8,9) für ein Einbauelement Typ A und rechts für das folgende Einbauelement Typ B nach der erfindungsgemässen Ausführungsform. Dabei ist die Grösse der Fenster gegenüber der Grundstruktur halbiert dargestellt. Bei Fenster 5 wird die Verlängerung um den Betrag (b/2) gleichmässig entsprechend der beidseitigen Ausbreitungsrichtung auf der Austrittsseite aufgeteilt. Angedeutet ist schematisch der Ablauf der Verschichtung und Dehnung wenn 2 Komponenten im Verhältnis 1:1 am Eintritt aufgegeben werden. Es ist ebenfalls eine Besonderheit dieser Anordnung, dass die Richtung der Verschichtung im ersten Einbauelement 90° gedreht zu den Trennstegen am Eintritt verlaufen muss. Bei falscher Dosierung erfolgt nur eine dauernde Rekombination der gleichen Schichten und folglich findet keine Vermischung statt! Fig. 2 shows the inventive extension of the deflection surfaces using the example of 2 windows and 1 separator on the entry and exit side using cross-sectional images for a square cross-section. Fig. 2 above shows a cross-section in the inlet space (I) with the associated cross-flow direction along the separating web 5 on the inlet side, a cross-section when passing through the deflection surface in the windows 3, 4 in the middle or in the window plane and a cross-section in the outlet space (II) with the direction of expansion along the separating web 6 on the exit side with 2 windows and 1 separating web each on the entry and exit side for a built-in element type A (right half of the picture) in a built-in element according to the invention. The sequence of stratification and expansion is indicated schematically when 2 components (gray / white) in a ratio of 1: 1 are added to the inlet of such a static mixer. In the right half of the figure, the further layering process in the following type B built-in element with staggered windows is shown in the same way. According to the ideal model, four layers are created in the first element type A from 2 and then in the following installation element from 4 eight layers of the same thickness, etc. This arrangement is relatively insensitive to the position of the stratification at the entry of the first installation element. If the position is incorrect, parallel to the separator at the entrance, only this built-in element is lost for the layering. The layering direction is rotated by 90 ° in the first built-in element and the process then continues as normal. By extending the deflection surfaces in the form according to the invention by the length (b), the open window surface is reduced, the flow is more compressed and the shear is increased. The layer thicknesses are much more even because the subsequent expansion is intensified on the exit side. The expansion, starting from the narrowest window cross-section, only takes place in the direction specified by the separating webs at the exit and not across it. The extension is preferably chosen so that the free window area is roughly halved. The length b can also vary over the channel width and the delimiting edge can be inclined or in a curved line, see FIG. 8. FIG. 3 shows the same representations as in FIG 3, 4, 5 and only 1 separating web 6 on the entry side but 2 separating webs 7, 8 on the exit side. Here, the extension (b) according to the invention of the closed deflecting surface also takes place in all windows and exclusively in the direction of the separating webs on the exit side. Shown is the process of the model-based layering in the first built-in element type A and in the following built-in element type B with staggered windows. It is a special feature of this arrangement that the direction of the layering in the first built-in element is rotated by 90 ° and that the position of the layers at the entrance must run parallel to the separating web at the entrance. If the dosage is incorrect, the same layers are only permanently recombined and consequently there is no mixing! FIG. 4 again shows the same illustration as in FIG. 2 or FIG. 3 with 3 windows 3, 4, 5 and 2 separating webs each (on the entry 6, 7 and exit side 8, 9) for an installation element type A and on the right for the following built-in element type B according to the embodiment according to the invention. The size of the window is shown halved compared to the basic structure. With window 5, the extension is divided evenly by the amount (b / 2) according to the direction of propagation on both sides on the exit side. The sequence of stratification and expansion is indicated schematically when 2 components are applied in a ratio of 1: 1 at the inlet. It is also a special feature of this arrangement that the direction of the layering in the first built-in element must be rotated 90 ° to the separating webs at the entrance. If the dosage is incorrect, the same layers are only permanently recombined and consequently there is no mixing!

[0006] Es wurden Versuche mit rasch aushärtendem, hochviskosen Polyesterharz mit erfindungsgemässen Baugruppen bzw. Einbauelementen mit quadratischem Querschnitt gemacht. Zwei verschieden eingefärbte Komponenten wurden im Verhältnis 1:1 durch den statischen Mischer mit erfindungsgemässen Einbauelementen mit Umlenkflächen mit 2 Fenstern gepresst. Die Fensterfläche betrug 50% der maximalen durch die Trennstege begrenzten Teilfläche. Nach dem aushärten wurde der Mischer nach jedem Einbauelement quer aufgeschnitten und die Schnittbilder nach der grössten messbaren Schichtdicke I ausgewertet. Zum Vergleich wurde derselbe Versuch auch mit einem statischen Mischer nach dem Stand der Technik mit der maximalen Fensterfläche gemäss EP 0749776 mit 2 Fenstern bzw. 2 Löchern durchgeführt. Dieser statische Mischer hatte ebenfalls den gleichen, quadratischen Querschnitt und die gleiche Länge der Einbauelemente. Fig. 5 zeigt das Resultat für einen erfindungsgemässen Mischer (SQ) mit halbierter Fensterfläche im Vergleich zum Mischer gemäss dem Stand der Technik EP 0749776 (2L). Dabei ist Io die Schichtdicke am Eintritt der Mischer. Es zeigt sich eine deutliche Reduktion der maximalen Schichtdicke I und somit eine Verbesserung der Schichtbildung (Mischwirkung) gegenüber dem Stand der Technik. Vergleiche der Homogenisierungslänge für einen Variationskoeffizienten COV = 1% bei einer Mischung 1:1 mit ähnlichen Viskositäten zeigen eine Reduktion von 20 - 25% für eine erfindungsgemässe Ausführung gegenüber dem Stand der Technik. Der Druckverlustbeiwert steigt dabei etwas an aber auch nur um 20 - 25% wenn die Fensterflächen im Vergleich zur Grundstruktur etwa halbiert werden. Somit ergibt sich durch die geringere Länge kein höherer Druckverlust für die Homogenisierung. Diese Verkürzung der notwendigen Mischerlänge bei gleichem Druckverlust bedeutet einen grossen Vorteil in der praktischen Anwendung, besonders bei Einwegmischern für die Applikation von aushärtenden Harzen und Klebern. Bei unterschiedlichen Viskositäten der Komponenten mit einem Verhältnis der Viskositäten von mehr als 1:100 bilden sich mischresistente Stromfäden die eine grössere Homogenisierungslänge verursachen. Solche Stromfäden bilden sich bei der bisher bekannten Grundstruktur bevorzugt im Bereich der Umströmung der Stege und in der Mitte der Fenster in der Nähe der Gehäusewand aus. Durch die erfindungsgemässen Verlängerungen der Umlenkflächen wird die direkte Umströmung der Stege verhindert und die niederviskosen Stromfäden werden abgedrängt und stärker geschert. Dadurch wird die Mischung günstig beeinflusst. Um besonders grosse Scherkräfte bei sehr grossen Viskositätsunterschieden zu erzeugen kann die Verlängerung b in der erfindungsgemässen Richtung auch soweit gehen, dass nur noch ein kleines Fenster mit hoher Schergeschwindigkeit offen bleibt. Experiments were made with rapidly hardening, highly viscous polyester resin with assemblies or installation elements according to the invention with a square cross-section. Two differently colored components were pressed in a ratio of 1: 1 through the static mixer with built-in elements according to the invention with deflection surfaces with 2 windows. The window area was 50% of the maximum partial area delimited by the dividers. After hardening, the mixer was cut open transversely after each built-in element and the sectional images were evaluated according to the greatest measurable layer thickness I. For comparison, the same experiment was also carried out with a static mixer according to the prior art with the maximum window area according to EP 0749776 with 2 windows or 2 holes. This static mixer also had the same, square cross-section and the same length of the built-in elements. 5 shows the result for a mixer (SQ) according to the invention with a halved window area compared to the mixer according to the prior art EP 0749776 (2L). Io is the layer thickness at the mixer inlet. There is a clear reduction in the maximum layer thickness I and thus an improvement in the layer formation (mixing effect) compared to the prior art. Comparisons of the homogenization length for a coefficient of variation COV = 1% with a mixture 1: 1 with similar viscosities show a reduction of 20-25% for an embodiment according to the invention compared to the prior art. The pressure loss coefficient increases somewhat, but only by 20 - 25% if the window areas are roughly halved compared to the basic structure. As a result, the shorter length does not result in any higher pressure loss for the homogenization. This shortening of the necessary mixer length with the same pressure loss means a great advantage in practical use, especially with disposable mixers for the application of hardening resins and adhesives. With different viscosities of the components with a ratio of the viscosities of more than 1: 100, mixing-resistant streams are formed which cause a greater homogenization length. In the previously known basic structure, such flow filaments are preferably formed in the area of the flow around the webs and in the middle of the window near the housing wall. The lengthening of the deflecting surfaces according to the invention prevents the direct flow around the webs and the low-viscosity flow filaments are pushed away and sheared to a greater extent. This has a positive influence on the mixture. In order to generate particularly large shear forces with very large differences in viscosity, the extension b in the direction according to the invention can also go so far that only a small window with a high shear rate remains open.

[0007] Zur mechanischen Verstärkung der Grundstruktur sind viele Möglichkeiten bekannt die natürlich auch auf diese Ausführungsform anwendbar sind. So werden die Einbauelemente durch axiale Stützen oder Seitenwände untereinander verbunden oder die Einbauelemente werden bei besonders hohen Anforderungen an die Druckfestigkeit in einen tragenden Ring eingebaut oder bilden ein monolithisches Teil mit diesem Ring. Eine besonders günstige Ausführung für Baugruppen als ganze Mischerstangen aus erfindungsgemässen Einbauelementen wird in Fig. 6 dargestellt. Hier erstrecken sich die Verstärkungen (Seitenwände) 7 am Rand über mehrere Einbauelement bzw. eine ganze Mischerstange. Diese Verstärkungen sind so angeordnet, dass die Mischerstange trotzdem durch ein einfaches Auf/Zu Werkzeug z.B. aus Kunststoff-Spritzguss hergestellt werden kann. Zum Einbau der Mischer in ein kreisrundes Gehäuse bzw. Rohre werden diese Verstärkungen vorteilhaft mit dem Querschnitt von Kreisabschnitten ausgebildet. Es entsteht dann ein Mischer mit nahezu rechteckigem Querschnitt. Quadratische oder leicht rechteckige Querschnitte ergeben gleichmässigere Schichten als runde Querschnitte. For mechanical reinforcement of the basic structure, many possibilities are known which can of course also be applied to this embodiment. For example, the built-in elements are connected to one another by axial supports or side walls, or the built-in elements are built into a load-bearing ring or form a monolithic part with this ring if the requirements for compressive strength are particularly high. A particularly favorable embodiment for assemblies as complete mixer rods made of built-in elements according to the invention is shown in FIG. Here the reinforcements (side walls) 7 extend at the edge over several built-in elements or an entire mixer rod. These reinforcements are arranged in such a way that the mixer rod can still be manufactured using a simple open / close tool, e.g. from plastic injection molding. To install the mixer in a circular housing or pipes, these reinforcements are advantageously designed with the cross-section of circular segments. A mixer with an almost rectangular cross-section is then created. Square or slightly rectangular cross-sections result in more even layers than round cross-sections.

[0008] Zur weiteren Verminderung von mischresistenten Stromfäden kann es günstig sein periodisch Einbauelemente mit unterschiedlicher Anzahl Fenster und Trennstegen in eine Mischerstange einzubauen. Dies wird in Fig.6 beispielhaft dargestellt. In eine Mischerstange mit Einbauelementen nach Fig. 2 mit 2 Fenstern und 2 Trennstegen 30 wird mindestens ein Einbauelement nach Fig. 3 mit 3 Fenstern und 3 Trennstegen 31 eingebaut. Dadurch werden präferenzielle Pfade unterbrochen. Im Einbauelement 31 erfolgt zudem eine Drehung der Richtung der Verschichtung und eine Umkehr von Innen nach Aussen. [0008] In order to further reduce the mix-resistant current filaments, it can be advantageous to periodically install built-in elements with a different number of windows and separators in a mixer rod. This is shown as an example in FIG. In a mixer rod with built-in elements according to FIG. 2 with 2 windows and 2 separating webs 30, at least one built-in element according to FIG. 3 with 3 windows and 3 separating webs 31 is installed. This breaks preferential paths. In the built-in element 31 there is also a rotation of the direction of the layering and a reversal from the inside to the outside.

[0009] Zur Vermeidung von Totzonen können die Umlenkflächen insbesondere im Austrittsraum (II) jeweils in Richtung der Ausbreitung der Strömung keilförmig zur Wand hin verdickt sein wie Fig. 7 zeigt 8. Ausserdem können die Ecken ausgefüllt und gerundet sein. Dies ist bei Bauteilen aus Spritzguss oder nach einem additiven Verfahren leicht möglich. To avoid dead zones, the deflection surfaces can be thickened in the direction of the spread of the flow wedge-shaped towards the wall, especially in the outlet space (II), as FIG. 7 shows 8. In addition, the corners can be filled and rounded. This is easily possible with components made of injection molding or using an additive process.

[0010] Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Einbauelement mit Umlenkflächen mit 2 Fenstern bei dem die Erweiterung der abgedeckten Flächen über die Kanalbreite unterschiedlich gross ist und die Kante des Fensters schräg verläuft. Fig. 8 shows a cross section through a built-in element according to the invention with deflection surfaces with 2 windows in which the expansion of the covered areas is different over the channel width and the edge of the window runs obliquely.

[0011] Es ist auch möglich diese Baugruppen/Einbauelemente aus Umlenkblechen mit Trennstegen in den Mantelraum eines Rohrbündelwärmetauschers anstelle der üblichen Umlenkbleche einzubauen und damit das Produkt im Mantelraum beim Wärmeaustausch gleichzeitig dauernd zu mischen und den Wärmeübergang zu verbessern wenn die geschlossenen Umlenkflächen Bohrungen entsprechend der Rohrteilung des Rohrbündels aufweisen. Durch diese erfindungsgemässen Einbauelemente wird insbesondere die Ausbildung einer Maldistribution bei viskosen Produkten dank der Quermischung vermieden. Für eine gute Wärmeübertragung an die Rohre ist es erwünscht, dass die gesamte freie Fensterfläche einer Umlenkfläche nur 20 bis 30% der Querschnittsfläche beträgt. Bei der bekannten Grundstruktur beträgt die freie Fensterfläche dagegen nahezu 50%. Durch die erfindungsgemässe Verlängerung der Umlenkflächen über die Trennstege am Eintritt hinaus kann die Fensterfläche wie gewünscht verkleinert werden ohne dass schwach durchströmte Zonen entstehen oder die Verweilzeitverteilung ungünstig beeinflusst wird und die Mischwirkung wird zusätzlich verbessert. Fig. 9 zeigt eine Ausführung mit 12 Rohren mit Umlenkflächen mit 2 Fenstern und je 1 Trennsteg auf der Ein- und Austrittsseite. Dabei ist DMder Innendurchmesser des nicht dargestellten Mantels des Rohrbündelwärmetauschers. Fig. 10 zeigt eine Ausführung mit 3 Fenstern und 1 Trennsteg auf der Eintrittsseite und 2 Trennstegen auf der Austrittsseite bei einem Rohrbündel mit 24 Rohren. Die Fenster und geschlossenen Flächen bei aufeinanderfolgenden Einbauelementen sind jeweils abwechselnd angeordnet so dass kein direkter, axialer Durchtritt möglich ist. Für den möglichst einfachen Einbau der Trennstege ist eine quadratische Rohrteilung des Rohrbündelwärmetauschers von Vorteil. Fig. 11 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rohrbündels ohne Mantelrohr mit Umlenkflächen nach Fig. 9. It is also possible to install these assemblies / built-in elements made of baffles with separators in the shell space of a tube bundle heat exchanger instead of the usual baffles and thus to continuously mix the product in the shell space during heat exchange and to improve the heat transfer when the closed baffles bores according to the pipe division of the tube bundle. These built-in elements according to the invention, in particular, avoid the formation of maldistribution in the case of viscous products thanks to the cross-mixing. For good heat transfer to the tubes, it is desirable that the total free window area of a deflection area is only 20 to 30% of the cross-sectional area. With the known basic structure, on the other hand, the free window area is almost 50%. By extending the deflecting surfaces according to the invention beyond the separating webs at the inlet, the window surface can be reduced as desired without creating zones with poor flow or adversely affecting the residence time distribution, and the mixing effect is additionally improved. Fig. 9 shows an embodiment with 12 tubes with deflection surfaces with 2 windows and 1 separating web each on the entry and exit side. DM is the inside diameter of the shell, not shown, of the tube bundle heat exchanger. 10 shows an embodiment with 3 windows and 1 separating web on the inlet side and 2 separating webs on the outlet side in a tube bundle with 24 tubes. The windows and closed surfaces in successive built-in elements are each arranged alternately so that no direct, axial passage is possible. For the simplest possible installation of the separators, a square tube division of the tube bundle heat exchanger is advantageous. FIG. 11 shows a perspective illustration of a tube bundle without a jacket tube with deflection surfaces according to FIG. 9.

Claims

1. Assemblies / installation elements made of deflection surfaces (2,2 ') that run transversely to the direction of flow with windows (3,4,3', 4 ') and with separators (5,6,5', 6 ') for installation in a Housing, pipe or ducts (1) as static mixer and / or as baffles with separators for installation in the shell of tube bundle heat exchangers, preferably in the laminar flow area for highly viscous media with at least one separator from wall to wall that runs parallel to the direction of flow the inlet side (I) and at least one separating web from wall to wall that runs parallel to the flow direction on the outlet side (II) which crosses the separating webs on the inlet side preferably at an angle of 90 ° and at least one window on each side of the separating webs through the the flow from the inlet side to an opposite side of a web on the outlet side is characterized in that the deflecting surfaces extend over the separating webs at the inlet s are extended in the direction of the dividers on the outlet side in such a way that the transverse propagation of the flow on the outlet side of the deflecting surfaces takes place exclusively in the direction of the lands on the outlet side and the window surfaces are smaller than the maximum partial areas delimited by the dividers.

2. Static mixer of assemblies / built-in elements with deflection surfaces, partitions and windows according to claim 1, characterized in that the closed deflection surfaces and open windows of successive elements are offset in such a way that the windows are covered on successive built-in elements in the flow direction.

3. Static mixer from assemblies / built-in elements with deflection surfaces, partitions and windows according to claim 1 and claim 2, characterized in that the window surfaces of successive mixing elements are of different sizes.

4. Static mixer from assemblies / built-in elements with deflection surfaces, dividers and windows according to claim 1 and claim 2, characterized in that the number of windows and dividers of at least one of the successive built-in elements are different in size.

5. Static mixer of assemblies / built-in elements with deflection surfaces, separators and windows according to claim 1 and claim 2, characterized in that the window areas of at least one built-in element are at most 50% of the maximum partial areas delimited by the separators.

6. Static mixer of assemblies / built-in elements with deflection surfaces, dividers and windows according to one of the preceding claims, characterized in that the extension of the deflection surfaces in at least one mixing element is different across the width of the window and the boundary of the window is not parallel to the webs at the entrance and is an inclined or a curved line.

7. Static mixer from assemblies / built-in elements with deflection surfaces, partitions and windows according to one of the preceding claims, characterized in that several built-in elements are connected to one another by lateral reinforcements to form a mixer rod.

8. Static mixer from assemblies / built-in elements with deflection surfaces, partitions and windows according to one of the preceding claims, characterized in that the built-in elements are reinforced by an outer ring.

9. Static mixer from assemblies / built-in elements with deflection surfaces, partitions and windows according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection surfaces are reinforced on the exit side from the window to a wall in the cross flow direction by wedge-shaped extensions.

10. Static mixer of assemblies / built-in elements with deflection surfaces, separators and windows according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection surfaces, separators and reinforcements form a monolithic component from one or more built-in elements and are made from investment casting, plastic injection molding or an additive process.

11. Tube bundle heat exchanger with assemblies / built-in elements from deflection surfaces, partitions and windows in the shell space according to claim 1 and claim 2, characterized in that the closed deflection surfaces have holes corresponding to the tube division of the tube bundle and the tubes are guided through this hole.

12. Tube bundle heat exchanger with assemblies / built-in elements from deflection surfaces, partitions and windows in the shell space according to claim 11, characterized in that the total window area of a built-in element is less than 30% of the cross-sectional area of the shell space.

13. Static mixer or tube bundle heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the height of the separating webs on the inlet side is smaller than on the outlet side.