CN101601979B - 静态混合器 - Google Patents

Abstract

静态混合器。用于将至少第一流体和第二流体混合的混合器包括：构造为接收第一流体流和第二流体流的管道；布置在管道内且构造为在第一方向上将流体流分开的第一系列的混合元件；布置在管道内且构造为在与第一方向不同的第二方向上将流体流分开的第二系列的混合元件。第一系列的混合元件每个均包括定向在第一方向上且限定前缘的第一平面构件、定向在第二方向上且限定后缘的第二平面构件、从第一平面构件的第一侧向外延伸且构造为将流体流引导到与第二平面构件的第一侧邻近的空间的第一偏转表面，和从第一平面构件的第二侧向外延伸且构造为将流体流引导到与第二平面构件的第二侧邻近的空间的第二偏转表面。该混合器降低条纹和/或在组装期间不要求定向步骤。

Description

静态混合器

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月13日提交的美国临时专利申请No.61/061,424(待决)的权益，其公开通过引用全部包含在此。

技术领域

本发明总的来说涉及一种用于将两种或更多种流体混合在一起的装置，且更特定地涉及一种具有将流体流在不同的方向上分开的混合元件的静态混合器，和/或涉及一种具有在混合器的组装期间不要求方向的混合元件的静态混合器。

背景技术

许多应用要求将两种或更多的流体混合在一起。例如，两组分粘合剂和密封剂包括基组分和活化剂组分，它们必须在使用前混合在一起。此混合能够通过促使每种组分进入和穿过不动的(即静态的)混合器实现。这样的混合器包括布置在管道内的混合部件或组件，并且混合部件具有一系列相互连接的混合元件，所述混合元件具有挡板、螺旋件、楔和/或偏转板的形式。混合元件将流体分开且以重叠方式再结合，以产生流体的层。最终，此分开和再结合导致这些层变薄且扩散通过彼此，从而导致大体上均匀的混合物。

混合元件包括具有常规静态多路混合器形式的挡板，其例子在美国专利No.6,773,156和No.3,239,197中示出，且包括板式多路混合器，其例子在美国专利No.5,944,419中示出，所述混合元件定向在一个特定的纵向方向上(相对于混合器管道)，且构造为将流体流在相同的横向方向上(例如，X或Y方向上)分开。这样的设备是希望的，因为改变分离方向可能使混合元件的目的失败。特别地，当在X方向上分开且在Y方向上再结合的混合元件后紧跟在Y方向上分开且在X方向上再结合的混合元件时，通过第一混合元件实现的混合可以有效地通过第二混合元件“取消”。

与以上所述的常规混合设备相关的一个挑战是在挤出的混合物中的条纹的消除。例如，当不同粘性的流体混合在一起时，存在低粘性流体沿管道内壁沟流或“蜿蜒”的倾向，而非合适地包括在分层过程中。这导致从静态混合器分配的挤出混合物内的未混合的流体条纹。这样的条纹因为多种原因是不希望的。他们可能影响产品的性能，或在条纹不影响性能的情况中，它们可能导致静态混合器的操作者质疑混合器是否有效地将粘合剂或密封剂的两组分或流体混合。

已在一系列相互连接的混合元件中通过包含例如腹部的多个另外的混合特征、改变挡板尺寸以及改变挡板几何形状而进行了多种尝试，以消除条纹。然而，在混合困难的材料时，当前的技术中尚有改进空间。对于一定的材料，仍出现条纹，从而要求最终使用者使用更长的混合器，这由于许多原因是不利的。更长的混合器更不易使用，且一般地具有更高的剩余体积，从而在布置混合器时浪费更多的流体。许多元件设计为当插入到混合器的管道内时定向在特定的纵向方向上。因此，为使流体在合适的方向上移动通过特别设计的几何形状的目的，制造商必须在组装混合器期间正确地定向混合元件。在组装期间定向混合器增加了制造过程的成本、时间和复杂性。许多制造商在部件上提供定向片或其他结构以保证部件以合适的方向插入到管道内。

因此，很希望一种降低条纹和/或在组装期间不要求定向步骤的混合器。

发明内容

本发明总体上提供一种用于混合至少第一流体和第二流体的混合器。混合器包括构造为接收第一流体流和第二流体流的管道，和定位在管道内的混合部件。混合部件总体上包括第一系列的混合元件，每个第一系列的混合元件构造为在第一方向上将流体流分开且在第二方向上将流体流再结合。混合部件进一步包括第二系列的混合元件，每个第二系列的混合元件构造为在与第一方向不同的第三方向上将流体流分开且在与第二方向不同的第四方向上将流体流再结合。

提供了本发明的多种实施例，例如包括如下实施例，所述实施例中第一系列的混合元件的每个包括定向在第一方向上且限定分流前缘的第一平面构件、定向在第二方向上且限定再合流后缘的第二平面构件、从第一平面构件的第一侧向外延伸且构造为将流体流引导到与第二平面构件的第一侧邻近的空间的第一偏转表面，和从第一平面构件的第二侧向外延伸且构造为将流体流引导到与第二平面构件的第二侧邻近的空间的第二偏转表面。第一方向和第二方向可以大体上相互垂直。第一系列的混合元件可以构造为将流体流在第二方向上再结合，和/或第二系列的混合元件可以每个均构造为将流体流在第一方向上再结合。辅助挡板可以定位在第一系列的混合元件和第二系列的混合元件之间，且构造为将流体流的一部分再引导。例如，辅助挡板可以包括流动逆向挡板，所述流动逆向挡板构造为将管道的中心内的流体流的一部分引导到管道的外周，且将管道的外周的流体流的一部分引导到管道的中心。多个辅助挡板可以以任何希望的次序在混合部件各处使用。包括一个或多个辅助挡板的多种混合元件可以以任何希望的方式相互连接，或形成为单独的单元且相互邻近布置且以其它方式保持在管道内。

多种其他特征将在阅读示例性实施例的详细描述时变得显而易见。

附图说明

图1是根据一个实施例的混合器的透视图，其中一部分管道壁被移除；

图2是图1的混合器中相互连接的第一系列挡板的透视图，其中前缘定向在第一方向上；

图2A是图2的系列中的第一挡板的透视图；

图2B是图2的具有第一定向的挡板的透视图，且图中示意性地图示挡板的混合过程；

图2C是图2的具有第二定向的挡板的透视图；

图3是图1的混合器中相互连接的第二系列挡板的透视图，其中前缘定向在第二方向上；

图3A是图3的具有第一定向的挡板的透视图，且图中示意性地图示挡板的混合过程；

图3B是图3的具有第二定向的挡板的透视图；

图3C是图3的系列中的最后挡板的透视图；

图4是定位在第一系列相互连接的挡板的最后挡板和第二系列相互连接的挡板的第一挡板之间的流动逆向挡板的透视图。

具体实施方式

参考图1，图中示出混合器10的一个实施例。混合器10总体上包括管道12和插入到管道12内的混合部件14。管道12限定入口端16，所述入口端构造为附接到盒、盒系统或计量系统(都未示出)，它们包含待混合在一起的至少两种流体。例如，入口端16可以连接到从TAHIndustries，Inc.可获得的任何两部件盒系统。管道12也包括成形为接收混合部件14的主体部分18和与主体部分18连通的管嘴出口20。虽然主体部分18和混合部件14示出为具有大体上方形截面外形，但本领域一般技术人员将认识到以下描述的概念可以等同地应用于具有其他几何形状的混合器。

在图1中示出的实施例的混合器部件14包括第一系列28的混合器元件或挡板30、逆流元件或挡板32、和第二系列34的混合元件或挡板36，挡板30、32和36的每个均与第一侧壁38和第二侧壁40整体地模制且布置在第一侧壁38和第二侧壁40之间。第一侧壁38和第二侧壁40限定混合部件14的相对的侧，而混合部件14的在第一侧壁38和第二侧壁40之间的侧仍然暴露于管道12的相关的内表面42(内表面42的一个未在图1中示出)。挡板30、32、36的数目以及它们各自的形状可以改变。因此，虽然将在下文中相当详细地描述图1中示出的结构，但混合器10仅是包含本发明方面的实施例的一个例子。

现在参考图2和图2A至图2C，图中进一步详细地图示第一系列28。为清晰起见，未示出混合部件14的第一侧壁38和第二侧壁40(图1)。第一系列28以局部挡板30a开始，且然后以具有第一构造的挡板30b和具有第二构造的挡板30c交替。第一构造和第二构造是类似的，但关于至少一个中心平面反向，所述中心平面平行于混合部件14和管道1 2的纵向轴线对齐，使得挡板30b和30c相互成镜像。具有第一构造的挡板30b有时称为“右侧”挡板，且具有第二构造的挡板30c有时称为“左侧”挡板。因为它们的构造类似，所以类似的附图标记将用于指示挡板30a、30b和30c的结构。另外，附图标记30将在合适处用于一般地指第一系列28的挡板30a、30b和30c(例如，以上的图1的论述)。

挡板30b(图2B)和30c(图3C)每个包括定向在第一方向上的第一平面构件56，所述第一方向在图示实施例中示出为大致竖直方向(“Y方向”)，且包括定向在第二方向上的第二平面构件58，所述第二方向示出为大致水平方向(“X方向”)。第一平面构件56在平行于混合部件14的纵向轴线的方向上延伸，且在由第一部分62和第二部分64限定的前缘60终止。第一部分62向第一平面构件56的第一侧66略微成角度或成“钩形”，且第二部分64向第一平面构件56的第二侧68略微成角度或成“钩形”。第二平面构件58具有类似于第一平面构件56的形状，但限定后缘70。为此，后缘70类似地包括向第二平面构件58的第一侧74略微成角度的第一部分72，和向第二平面构件58的第二侧78略微成角度的第二部分76。

挡板30b、30c进一步包括从第一平面构件56向外延伸的第一偏转表面84和第二偏转表面86。第一偏转表面84构造为将流体向下向邻近第二平面构件58的第一侧74的空间引导。第二偏转表面86构造为将流体向上向邻近第二平面构件58的第二侧78的空间引导。

图2B图示了挡板30b中的一个的混合特征。两种未混合的流体90、92被引入到混合器10。当两种流体90、92与第一平面构件56的前缘60相交时，流体流在大致竖直方向上被分开。当流体流继续向挡板30b上方流动时，分开流然后通过第一偏转表面84和第二偏转表面86在相反的方向上竖直地被移动。在流过第一平面构件56后，分开流在第二平面构件58的宽度上侧向地展开，且以重叠的方式布置。流体90、92在此后一步骤中有效地“再结合”。如所见，挡板30b的一个将流体90、92的层数加倍。

挡板30b(图2B)可以与挡板30c(图2C)相互连接，因为其类似的结构，所以挡板30c以相同的原理工作。替代地，多种挡板30可以是独立的单元，且被其他结构简单地相互邻近保持。挡板30c的混合特征因此从挡板30b的给定描述中显见。局部挡板30a(图2A)也以类似于挡板30b的方式工作，但不包括第一平面构件56以及第一偏转表面84和第二偏转表面86。替代地，局部挡板30a包括在相同的平面内对齐的第一端表面96和第二端表面98。第一端表面96和第二端表面98有效地阻挡流体在混合部件14的相对的角部的流动。作为结果，两种或更多种流体的流必须分开且移动到邻近第一端表面96和第二端表面98的打开的空间的一个，然后在第二平面构件58的宽度上“再结合”(即，延伸)。

挡板30a、30b和30c的每个因此将流体流分开且再结合，以将流体流内的层数加倍。因为第一系列28包括总共十个挡板，所以第一系列28能够将两种材料的流体流分为2048层交替的材料(层数＝2个材料×2ⁿ，其中n是挡板数)。局部挡板30a的存在帮助降低第一系列28的总长度。然而，在替代的实施例中，局部挡板30a可以取消或通过挡板30c的一个替代，使得第一系列28仅包括挡板30b和30c。在替代实施例中，第一系列28中也可以存在更多或更少的挡板30总数。

图3和图3A至图3C进一步详细地图示第二系列34的挡板36(图1)。为清晰起见，也未示出混合部件14的第一侧壁38和第二侧壁40。第二系列34类似于第一系列28处在于它以具有第一构造的挡板36a和具有第二构造的挡板36b交替，其中挡板36a与挡板36b成镜像。挡板36a、36b每个包括第一平面构件110和第二平面构件112以及第一偏转表面114和第二偏转表面116。挡板36a、36b类似于第一实施例的挡板30b、30c，但在与挡板30b、30c定向不同的方向上。更明确地说，第一平面构件110每个限定在第二方向(X方向)上而非在第一方向(Y方向)上定向的前缘120。前缘120包括向第一平面构件110的第一侧124成钩形的第一部分122，和向第一平面构件110的第二侧128成钩形的第二部分126。另一方面，第二平面构件112每个限定在第一方向(Y方向)上而非在第二方向(X方向)上定向的后缘132。后缘132包括向第二平面构件112的第一侧136成钩形的第一部分134，和向第二平面构件112的第二侧140成钩形的第二部分138。

如在图3A中示意性地示出，因为第一平面构件110的定向，每个挡板36a将流体流在大致水平的方向上分开。当流体90、92继续流过挡板36a时，分开流然后通过第一偏转表面114和第二偏转表面116侧向移动。在流过第一平面构件110后，这些流在第二平面构件112上竖直地展开，以有效地以重叠的方式再结合。因此，挡板36a根据与挡板30b相同的原理工作，但将流体流在相对的90°的横向方向上分开且再结合。当将挡板36b与挡板30c比较时，这也同样适用。

图4示意性地图示位于第一系列28的最后挡板30b(图2)和第二系列34的第一挡板36a(图3)之间的流动逆向挡板32。第一系列28的最后挡板30b的后缘70和第二系列34的第一挡板36a的前缘120不向任何侧成“钩形”。流动逆向挡板32及其替代设计在美国专利No.6,773,156(在后文中称为′156专利)中示出和描述，其公开通过引用完全包含在此。如在′156专利中描述，流动逆向挡板32包括中心到外周流动室160、流动偏向器162和外周到中心流动室164，它们协作以：1)将流体从管道12的中心向管道12的外周再引导，和2)将流体从管道12的外周向管道12的中心再引导。为更详细地解释流动逆向挡板32的结构且解释再引导如何完成，可参考′156专利中的描述。

有利地，流动逆向挡板32具有关于与管道12的纵向轴线垂直的中心平面的旋转对称性。另外，第二系列34包括与第一系列28相同的挡板数目，使得在混合器10内存在总共21个混合元件(十个挡板30，一个流动逆向挡板32和十个挡板36)。的确，在所示出的典型的实施例中，第二系列34大体上与第一系列28成镜像，使得整个混合部件14具有关于所述中心平面的旋转对称性。当观察混合部件14的打开侧的一个时(例如图1)，在第一系列28中的挡板30向管道12的入口端16成“钩形”，且第二系列34中的挡板36向管道12的管嘴出口20成“钩形”。如果将混合部件14以相反的定向插入到管道12内，将获得相同的布置和效果。因此，混合部件14的旋转对称性消除了在组装混合器10时将混合部件14以特定的纵向方向定向的需要。

在使用中，引入到管道12内的两种流体在第一方向上被第一系列28的挡板30分为多层交替的材料。这些层然后被流动逆向挡板32反向且扭曲。任何能够沿管道12的内表面42“沟流”或“蜿蜒”的材料被从流动路径的外周引导到流动路径的中心。当离开流动逆向挡板32时，扭曲且逆向的层在第二方向上被第二系列34的挡板36分开。

通过将流体流在不同的方向上分开，总体混合质量得以改进。沟流不仅被流动逆向挡板32降低，而且因为此不希望的副作用更容易在第一系列28和第二系列34内在混合部件14的不同侧上发生。例如，在第一系列28中，沟流可能仅沿内表面42发生，而在第二系列34中，沟流可能仅沿混合部件14的侧壁38、40发生。任何在第一系列28内发生的沟流将被第二系列34混合而非继续沿内表面42积聚。

这些相同的优点可以在更大范围的其他混合器布置中实现，只要混合器包括构造为将流体流在第一方向上分开的至少一个混合元件或挡板，以及构造为将流体流在与第一方向不同的第二方向上分开的至少一个混合元件或挡板。因此，挡板30和36不需要布置在第一系列28和第二系列34内。挡板30和36也不需要整体地模制为一体结构的部分。也可以存在定位在挡板30和36的布置的各处的多个流动逆向挡板32。

因此，虽然本发明已通过描述其一个或多个实施例而图示，且虽然实施例已相当详细地描述，但它们不意图于局限或以任何方式限制附带的权利要求的范围到此细节。另外的优点和修改将对于本领域技术人员是显见的。作为另外的例子，其中流体流被分开的第一方向和第二方向不需要是大体上垂直的X和Y方向。为此，第一系列28的挡板30和第二系列34的挡板36可以具有不同的几何形状。另外，虽然混合器10包括在′156专利中示出和描述的流动逆向挡板32，但混合器10可以替代地或另外地包括辅助挡板/再分层室，其例子在授予Tollar的美国专利No.3,239,197(′197专利)的图16a至16e中示出。因此，′197专利的公开通过引用全部包含在此。

虽然已通过多种优选实施例的描述示出了本发明，且虽然已在一定细节程度上描述了这些实施例，但申请人不意图于局限或以任何方式限制附带的权利要求的范围到此细节。另外的优点和修改对于本领域技术人员将是显见的。在此论述的多种特征可以单独或以任何组合使用，这取决于使用者的需要和偏好。这已经是本发明的示例性方面和实施例的描述，以及实行本发明的优选方法当前已知。然而，本发明自身应仅通过附带的权利要求限定。

Claims (22)

1.一种混合器，用于将至少第一流体和第二流体混合，所述混合器包括：

管道，所述管道构造为接收第一和第二流体流；

第一系列的混合元件，所述第一系列的混合元件设置在所述管道内，且构造为在第一方向上将流体流分开；和

第二系列的混合元件，所述第二系列的混合元件设置在所述管道内，且构造为在与所述第一方向不同的第二方向上将流体流分开；

其中第一系列的混合元件每个均包括定向在所述第一方向上且限定分流前缘的第一平面构件、定向在所述第二方向上且限定再合流后缘的第二平面构件、从所述第一平面构件的第一侧向外延伸且构造为将流体流动引导到与所述第二平面构件的第一侧邻近的空间的第一偏转表面、和从所述第一平面构件的第二侧向外延伸且构造为将流体流动引导到与所述第二平面构件的第二侧邻近的空间的第二偏转表面。

2.根据权利要求1所述的混合器，其中所述第一方向和所述第二方向大体上相互垂直。

3.根据权利要求1所述的混合器，其中第一系列的混合元件每个均构造为将流体流在所述第二方向上再结合。

4.根据权利要求3所述的混合器，其中第二系列的混合元件每个均构造为将流体流在所述第一方向上再结合。

5.根据权利要求1所述的混合器，进一步包括：

定位在第一系列的混合元件和第二系列的混合元件之间的辅助挡板，所述辅助挡板构造为将流体流的一部分再引导。

6.根据权利要求5所述的混合器，其中所述辅助挡板进一步包括：

流动逆向挡板，所述流动逆向挡板构造为将管道中心内的流体流的一部分引导到管道的外周且将管道外周的流体流的一部分引导到管道的中心。

7.根据权利要求6所述的混合器，进一步包括：

多个所述流动逆向挡板。

8.根据权利要求1所述的混合器，其中第一系列的混合元件和第二系列的混合元件分别构造且定位在所述管道内，以形成关于与所述管道的纵向轴线垂直的中心平面旋转对称的混合部件。

9.根据权利要求1所述的混合器，其中第一系列的混合元件进一步包括限定所述混合部件的第一端的局部挡板，所述局部挡板具有第一端表面和第二端表面，所述第一端表面和所述第二端表面在与所述管道的纵向轴线垂直的平面内对齐且布置在所述混合部件的相对的角部内。

10.一种混合器，用于将至少第一流体和第二流体混合，所述混合器包括：

管道，所述管道构造为接收第一和第二流体流；和

定位在所述管道内的混合部件，所述混合部件包括：

第一系列的混合元件，所述第一系列的混合元件每个均构造为在第一方向上将流体流分开且在第二方向上将流体流再结合；

第二系列的混合元件，所述第二系列的混合元件每个均构造为在与所述第一方向不同的第三方向上将流体流分开且在与所述第二方向不同的第四方向上将流体流再结合；和

辅助挡板，所述辅助挡板定位在第一系列的混合元件和第二系列的混合元件的两个相应混合元件之间，所述辅助挡板构造为将流体流的一部分从管道的中心引导到管道的外周且将流体流的一部分从管道的外周引导到管道的中心。

11.根据权利要求10所述的混合器，其中所述第一方向大体上垂直于所述第二方向。

12.根据权利要求10所述的混合器，其中所述第三方向大体上垂直于所述第四方向。

13.根据权利要求10所述的混合器，其中所述第三方向与所述第二方向相同，且所述第四方向与所述第一方向相同。

14.根据权利要求10所述的混合器，其中所述混合部件关于与所述管道的纵向轴线垂直的中心平面旋转对称。

15.根据权利要求10所述的混合器，其中第一系列的混合元件包括以交替方式布置的多个具有第一构造的挡板和多个具有第二构造的挡板，所述第一构造是所述第二构造关于与所述管道的纵向轴线平行的至少一个中心平面的镜像。

16.根据权利要求15所述的混合器，其中第一系列的混合元件中的挡板每个均包括：定向在所述第一方向上且限定前缘的第一平面构件、定向在第二方向上且限定后缘的第二平面构件、从所述第一平面构件的第一侧向外延伸且构造为将流体流动引导到与所述第二平面构件的第一侧邻近的空间的第一偏转表面、和从所述第一平面构件的第二侧向外延伸且构造为将流体流动引导到与所述第二平面构件的第二侧邻近的空间的第二偏转表面。

17.根据权利要求16所述的混合器，其中所述前缘通过向所述第一平面构件的第一侧成钩形的第一部分和向所述第一平面构件的第二侧成钩形的第二部分限定。

18.根据权利要求16所述的混合器，其中所述后缘通过向所述第二平面构件的第一侧成钩形的第一部分和向所述第二平面构件的第二侧成钩形的第二部分限定。

19.根据权利要求16所述的混合器，其中第一系列的混合元件进一步包括限定所述混合部件的第一端的局部挡板，所述局部挡板具有第一端表面和第二端表面，所述第一端表面和所述第二端表面在与所述管道的纵向轴线垂直的平面内对齐且布置在所述混合部件的相对的角部内。

20.根据权利要求19所述的混合器，其中第二系列的混合元件是第一系列的混合元件关于与所述管道的纵向轴线垂直的中心平面的镜像。

21.根据权利要求10所述的混合器，其中所述混合部件进一步包括：

限定所述混合部件的相对侧的第一侧壁和第二侧壁，第一系列的混合元件、第二系列的混合元件和流动逆向挡板设置在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间。

22.根据权利要求10所述的混合器，其中所述混合部件整体地模制为一体结构。

Images