CN101898092B - 混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合装置,所述混合装置可以混合各种流体并适于小型化和低成本操作。在一个实施例中,混合装置包括:壳,具有内部空间和允许至少两种流体流到内部空间中的至少一个开口;至少一对喷嘴孔,穿过壳的一个侧壁;至少一对引导部件,从壳的外表面延伸并突出到对应的喷嘴孔上,使得分别通过所述至少一对喷嘴孔排放的混合的流体彼此碰撞。

Description

混合装置
本申请要求于2009年5月29日在韩国知识产权局提交的第10-2009-0047348号韩国专利申请的优先权和利益,其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明的一方面涉及一种可以混合多种流体的混合装置。
背景技术
用于混合多种流体的混合装置或混合组件可以分为搅拌器或静态混合器。搅拌器利用通过电能移动的叶轮(impeller)来混合流体。静态混合器利用安装在混合空间中的螺旋元件(helical element)来执行混合处理。这里,螺旋元件执行的功能包括分流(flow division)、旋转环流(rotational circulation)和径向混合(radial mixing)等。
发明内容
本发明的实施例的一方面涉及一种混合多种流体的混合装置,该混合装置具有高耐久性、高效率和系统最小化能力。
根据本发明的实施例,提供了一种混合装置,包括:壳,具有内部空间和允许至少两种流体流动到内部空间中的至少一个开口;至少一对喷嘴孔,穿过壳的一个侧壁;至少一对引导部件,从壳的外表面延伸并突出到对应的喷嘴孔上方,使得分别通过所述至少一对喷嘴孔排放的混合的流体彼此碰撞。
在一个实施例中,引导部件中的至少一个引导部件被构造为使从喷嘴孔中的对应的喷嘴孔排放的流体的方向改变为相对于垂直于壳的外表面的方向成大约45度至大约90度。成对的引导部件可以被构造为使分别通过成对的喷嘴孔排放的混合的流体成大约90度至大约180度之间的内角彼此碰撞。
在一个实施例中,引导部件与壳一体化形成。引导部件中的第一引导部件可以具有从壳的外表面延伸的突出形状结构。第一引导部件的厚度可以基本等于壳的所述一个侧壁的厚度。通过切开突出形状结构的一部分来形成第一引导部件的一侧,以形成喷嘴孔中的对应的喷嘴孔。第一引导部件的所述一侧可以具有线形的平面视图形状、弧线形的平面视图形状和/或不等号形的平面视图形状。
在一个实施例中,壳具有平板形状。被所述至少一对喷嘴孔穿过的所述一个侧壁可以为壳的以平板形状形成的主侧壁。喷嘴孔可以包括布置在绕壳的主侧壁的外表面的中心的各象限上的四对喷嘴孔。
在一个实施例中,所述至少两种流体包括水和烃类燃料。所述至少一个开口可以包括用于使水和烃类燃料流到内部空间中的第一开口和第二开口。所述混合装置可以被构造为使水以液态流入,使烃类燃料以气态流入。内部空间的容量可以在大约10cc至大约500cc之间。所述混合装置还可以包括用于使水从液相改变为气相的蒸发部分。蒸发部分和内部空间可以一体化形成在壳中,且在蒸发部分和内部空间之间设置有分隔壁。
在一个实施例中,喷嘴孔中的第一喷嘴孔形成为圆形,第一喷嘴孔具有在大约1mm至大约3mm之间的直径。
在一个实施例中,壳由铝合金材料形成。
一种混合装置,包括:壳,包括限定壳的内部空间的至少一部分的至少一个外周壁,壳还具有用于使至少两种流体流动到内部空间中的至少一个开口;至少一对喷嘴孔,穿过壳的所述至少一个外周壁;至少一对引导部件,从所述至少一个外周壁的背向内部空间的外表面延伸,所述至少一对引导部件突出到对应的喷嘴孔口上,使得分别通过所述至少一对喷嘴孔排放的混合的流体彼此碰撞。
根据本发明的实施例的一方面,通过不同的喷嘴孔排放的流体彼此碰撞,从而即使在混合装置具有小容量时,也可以有效地混合至少两种流体。此外,在没有单独地安装高价的喷嘴装置的情况下通过诸如按压加工的简单的工艺形成喷嘴功能部分(喷嘴孔或喷嘴孔和引导部件的组合),因此节约了制造成本。此外,使用具有高耐久性的现有金属材料,因此在没有太高的额外成本的情况下保证和/或容易地改善了混合装置的耐久性。此外,均匀地混合不同种的流体,因此改善了具有混合装置的系统(例如,重整器(reformer)或燃料电池发电系统(fuel cell power generating system))的整体效率。
附图说明
附图与描述一起示出本发明的示例性实施例,并与描述一起用于说明本发明的原理。
图1是根据本发明实施例的混合装置的示意性剖视图。
图2A和图2B是示出根据本发明实施例的混合装置中喷嘴孔和引导部件的局部放大剖视图。
图3A和图3B是示出根据本发明实施例的混合装置中引导部件的布置的示意性平面图。
图4A和图4B是顺序示出根据本发明实施例的制造混合装置的工艺的示意性透视图。
图5是图4B的沿V-V′线截取的板构件的局部剖视图。
图6A至图6D是示出根据本发明实施例的混合装置中引导部件的不同形状的局部平面视图。
图7是根据本发明另一实施例的混合装置的示意性平面图。
图8是根据本发明又一实施例的混合装置的示意性透视图。
具体实施方式
在下面的详细描述中,仅简单地通过举例说明的方式示出并描述了本发明特定的示例性实施例。本领域技术人员应该理解的是,在全部不脱离本发明的精神或范围的情况下,描述的实施例可以进行各种方式的修改。因此,附图和描述将被认为是在本质上为说明性而非限制性的。另外,当元件被称为“在”另一元件“上”时,它可以直接在另一元件上,或可以在一个或多个中间元件设置在它们之间的情况下间接地在另一元件上。此外,当元件被称为“连接到”另一元件时,它可以直接连接到另一元件,或可以在一个或多个中间元件设置在它们之间的情况下间接地连接到另一元件。下文中,相同的标号表示相同的元件。在附图中,为了清晰起见,夸大了元件的厚度和尺寸。
图1是根据本发明实施例的混合装置的示意性剖视图。
参照图1,混合装置100包括:壳10,设置有内部空间1,第一流体和与第一流体不同的第二流体流动到内部空间1中;一对喷嘴孔20a和20b,形成在壳10的一侧11上;一对引导部件30a和30b,从壳10的一侧11的外表面延伸并突出到对应的喷嘴孔20a和20b上。
壳10具有至少一个开口12,第一流体和第二流体通过开口12流动到内部空间1中。壳10可以以多边形板、盘等的形状形成。
一对喷嘴孔20a和20b以一定距离(或预定的距离)d彼此隔开。壳10的一侧11包括限定内部空间1的外周壁中的任意合适的一个外周壁。当壳10形成为具有平板形状时,一侧11可以为面积最大的两侧中的任意合适的一侧。例如,被所述至少一对喷嘴孔穿过的一侧11为以平板形状形成的壳10的主侧壁。
当从内部空间1将第一次混合的流体通过一对喷嘴孔20a和20b排放到混合装置100的外部时,一对引导部件30a和30b用于沿成不同的角度的两个方向排放第一次混合的流体并使排放的流体彼此碰撞。
在本发明的一个实施例中,第一次混合的流体指通过混合第一流体和第二流体而得到的流体。在一个实施例中,例如,因内部空间1的小容量导致第一次混合的流体初始地处于第一流体和第二流体并未均匀地混合的状态。
根据前述的混合装置100,第一流体和第二流体首先在内部空间1中混合,然后通过一对喷嘴孔20a和20b排放出混合装置100。这里,排放的流体的方向分别受一对引导部件30a和30b的引导,排放的流体彼此碰撞,从而将第一流体和第二流体再次混合,即,第二次混合。因此,即使在内部空间1的容量很小时,仍使从混合装置100排放的第一流体和第二液被基本均匀地混合并被提供。
在本发明的一个实施例中,壳10的容量或内部空间1的容积不适于使第一流体和第二流体均匀地混合。例如,在用于将燃料和水提供到流重整式重整器(steam reforming type reformer)的混合装置中,壳的容量可以基本等于每秒提供的第一流体和第二流体的量或比每秒提供的第一流体和第二流体的量大至少大约10倍。这里,混合装置是用于混合600标准立方厘米每分钟(sccm)的气态的烃类燃料和6sccm的水的混合装置。在一个实施例中,壳的容量可以在大约10cc和500cc之间。
在本发明的一个实施例中,即使在混合装置100中的内部空间1的容量为不适合混合将被均匀地混合的第一流体和第二流体的容量,但如果壳10的容量在大约每秒提供的第一流体和第二流体的量和比每秒提供的第一流体和第二流体的量的大大约10倍之间,则在没有增加用于提供第一流体和/或第二流体的流体提供装置的容积的同时良好地混合并排放流体。因此,可以改善混合效果,可以促进小型化。
此外,在一个实施例中,即使采用已经在上面进行了描述并将在下面进行更详细地描述的引导部件30a和30b的结构和布置,但如果壳10的容量小于每秒提供的流体的量,则基本上难以使流动到内部空间1中的流体被均匀地混合并被提供。在另一实施例中,如果壳10的容量大于每秒提供的流体的量的十倍大,则需要增加流体提供装置的容量或压强,从而将混合装置100中的压强保持恒定。因此,不适于装置的高效和小型化。
图2A和图2B是示出根据本发明实施例的混合装置中喷嘴孔口和引导部件的局部放大剖视图。
参照图2A,在本发明的一个实施例中,混合装置的壳包括:一侧11、喷嘴孔21a,形成在壳的一侧11处;引导部件31a,从壳的一侧11的外表面延伸到喷嘴孔21a上,并遮挡喷嘴孔21a。在本发明的本实施例中,壳的一侧11和喷嘴孔21a可以分别与图1的混合装置的一侧11和喷嘴孔20a对应。
引导部件31a以相对于与第一方向y垂直的第二方向x成恒定角而延伸。即,引导部件31a可以具有这样的结构,其中,引导部件31a的一端(或一侧)固定到壳的一侧11,引导部件31a的另一端(或另一侧)延伸同时与第二方向x成恒定角θ1(下文中,称为第一角)。第一角θ1为引导部件31a的混合流体引导角,并被选择为在大约45度和90度之间。引导部件31a可以通过相对于一侧11的一部分执行按压加工(press working)来形成,或者可以通过将单独的元件附着到一侧11来形成。
在一个实施例中,如果第一角θ1小于45度,则距离增加。这里,所述距离指一侧11和通过喷嘴孔21a和与喷嘴孔21a成对的另一喷嘴孔(未示出)排放的第一次混合的流体彼此碰撞的点之间的间隔。换句话说,因为第一次混合的流体的碰撞点变得距喷嘴孔过长(或过远),所以碰撞力很弱,因此,流体混合的效果降低。
在一个实施例中,如果第一角θ1大于90度,则难以形成引导部件31a。在引导部件31a的这样的结构中,因为通过喷嘴孔21a排放的第一次混合的流体与壳的一侧11的外部表面碰撞,所以不能得到因第一次混合的流体的碰撞引起的流体混合效果。此外,在这样的结构中,因为从内部空间排放的第一次混合的流体处于这样的状态,即,第一次混合的流体未被均匀地混合,所以以不均等混合状态排放了第一次混合的流体。
如图2B中所示,在本发明的另一实施例中,引导部件32a可以具有弯曲部分132,从而前述的恒定角基本具有90度或为大致90度的角。具有弯曲部分132的引导部件32a可以包括与图1的引导部件30a类似的按弧形弯曲的形状(或具有许多弯曲部分以形成示意性的弧形的形状)。
根据本发明的一个实施例,通过喷嘴孔排放的第一次混合的流体在靠近壳的一侧11的外表面的位置处彼此碰撞。这里,第一次混合的流体的碰撞力变为最大,因此,可以增加或最大化流体混合的效果。
图3A和图3B是示出根据本发明实施例的混合装置中引导部件的布置的平面图。图3A的平面图可以与图1的仰视图对应。
参照图3A,在本发明的一个实施例中,混合装置100a包括:平圆柱形(或盘形)壳10a,在混合装置100a的内部中设置有具有一定尺寸(或预定尺寸)的内部空间;一对喷嘴孔,形成在壳10a的一侧11a上,一对引导部件33a和33b,从壳10a的一侧11a的外表面分别延伸到所述一对喷嘴孔上。在这样的实施例中,喷嘴孔和引导部件33a、33b的结构和布置可以与图1的混合装置100中的喷嘴孔20a、20b和引导部件30a、30b对应。
一对引导部件33a和33b布置为彼此面对,一侧11a的圆形外表面的中心点P在它们之间。即,分别通过所述一对喷嘴孔排放的第一次混合的流体彼此碰撞所成的角θ2(下文中,称为第二角)为大约180度。因此,通过一对引导部件33a和33b使得分别通过所述一对喷嘴孔排放的第一次混合的流体沿彼此相反的方向排放。这里,第一次混合的流体的碰撞力变为最大,因此,第一次混合的流体在彼此碰撞的同时被均匀地混合。
另外,在本发明的另一实施例中,可以如图3B中所示地修改一对引导部件的布置。即,一对引导部件34a和34b可以布置为使得分别通过所述一对喷嘴孔排放的第一次混合的流体彼此碰撞所成的角θ3(下文中,称为第三角或内角)在大约90度和180度之间。根据本发明的实施例,通过引导部件34a和34b使得分别通过所述一对喷嘴孔排放的第一次混合的流体沿彼此交叉的方向排放,从而第一次混合的流体在彼此碰撞的同时均匀地混合。
如果第三角θ3小于90度,则分别通过所述一对喷嘴孔排放的第一次混合的流体的碰撞点变得远离喷嘴孔。因此,碰撞力很弱,流体混合的效果可能降低。
图4A和图4B是顺序示出根据本发明实施例的制造混合装置的工艺的示意性透视图。将在下文中更详细地描述在本发明的一个实施例中的制造作为混合装置的主要部件的喷嘴孔和引导部件的工艺。
如图4A中所示,首先准备板构件111。这里,将板构件111用作混合装置的一侧。板构件111的材料可以包括经历切割或成型的材料。例如,板构件111的材料可以包括具有高耐久性和/或导热率的铝合金。例如,壳由铝合金材料形成。接下来,在板构件111上形成具有恒定长度的切开部分(cut-awayportion)121a和121b。切开部分121a和121b分别形成在将要分别形成喷嘴孔和引导部件的位置处。
然后,利用具有下模(die)210和上模220的按压器具对板构件111进行按压成型。这里,在下模210的一侧上形成第一不规则部分230a和230b,从而对板构件111的与切开部分121a和121b相邻的部分被按压成型。可以在上模220的一侧(与下模210的具有第一不规则部分230a和230b的一侧相反或面对下模210的具有第一不规则部分230a和230b的一侧的一侧)形成具有第一不规则部分230a和230b的成对的第二不规则部分。
如图4B中所示,可以在按压成型的板构件111上形成一对引导部件130a、130b和一对喷嘴孔120a、120b。这里,一对引导部件130a、130b形成为在板构件111的一个外表面111a上以突起形状突出。
将按压成型的板构件111切割为合适的尺寸,然后进行焊接。例如,板构件111可以用作图1的混合装置中壳的一个外周壁。
图5是沿图4B的V-V′线截取的板构件的局部剖视图。
如图5中所示,引导部件130a可以因板构件111的特性(包括可塑性、延性和展性等)而成型为具有基本等于板构件111的厚度t2的厚度t1。在本实施例中,喷嘴孔120a和引导部件130a可以分别与图1的喷嘴孔20a和引导部件30a对应。
图6A和图6D是示出根据本发明混合装置中引导部件的不同形状的局部平面视图。
在本发明的实施例中,引导部件形成为从形成壳的一侧的板构件112的外表面111a上突出。当沿朝向外表面111a的方向(下文中,称为z方向)观察时,引导构件的切开部分的形状可以具有线形、不等号形或弧形。具有线形切开部分的引导部件可以指图1至图5的引导部件。
更具体地讲,在一个实施例中,当沿z方向观察时,引导部件131a可以具有一端111b与板构件112一体地结合同时像顶盖(roof)一样地遮挡喷嘴孔的不等号(<)的形状,如图6A中所示。此外,引导部件131a可以具有从板构件112切开的另一端122a。在这样的情况下,形成在板构件112处的喷嘴孔和引导部件131a的尺寸示意性地与图6A中的斜线部分的尺寸相同。
在另一实施例中,当沿z方向观看时,引导部件132a可以具有一端111b与板构件113一体地结合同时像顶盖一样地遮挡喷嘴孔的不等号(>)的形状,如图6B中所示。此外,引导部件132a可以具有从板构件113切开的另一端123a。在这样的情况下,形成在板构件113处的喷嘴孔和引导部件132a的尺寸示意性地与图6B中的斜线部分的尺寸相同。
在又一实施例中,当沿z方向观看时,引导部件133a可以具有一端111b与板构件114一体地结合同时像顶盖一样地遮挡喷嘴孔的凹进的弧线的形状,如图6C中所示。此外,引导部件133a可以具有从板构件114切开的另一端124a。在这样的情况下,形成在板构件114处的喷嘴孔和引导部件133a的尺寸示意性地与图6C中的斜线部分的尺寸相同。
在又一实施例中,当沿z方向观看时,引导部件134a可以具有一端111b与板构件115一体地结合同时像顶盖一样地遮挡喷嘴孔的凸出的弧线的形状,如图6D中所示。此外,引导部件134a可以具有从板构件115切开的另一端125a。在这样的情况下,形成在板构件115处的喷嘴孔和引导部件134a的尺寸示意性地与图6D中的斜线部分的尺寸相同。
在前述实施例中,当喷嘴孔以圆形形成时,喷嘴孔的直径可以在大约1mm和3mm之间。在一个实施例中,如果喷嘴孔的直径小于所述范围,则混合装置的内部空间中的压强可能增加。在另一实施例中,如果喷嘴孔的直径大于所述范围,则难以作为用于喷洒第一次混合的流体的喷嘴孔。另外,当混合装置的内部空间的容量增加时,可以调节以增加前述的范围。
图7是根据本发明另一实施例的混合装置的示意性平面图。
参照图7,混合装置200包括:壳210;第一对喷嘴孔、第二对喷嘴孔、第三对喷嘴孔和第四对喷嘴孔,形成在壳的一侧211上;第一对引导部件230a和230b、第二对引导部件231a和231b、第三对引导部件232a和232b以及第四对引导部件232a和232b,形成为与各对喷嘴孔对应。每对引导部件布置为使得分别从每对喷嘴孔排放的第一次混合的流体彼此碰撞。即,四对喷嘴孔布置在绕壳的一侧211的外表面的中心的各象限(quadrant)上。
混合装置200可以具有多对喷嘴孔和多对引导部件,这意味着可以改善混合装置的设计和制造的自由度。此外,控制多对喷嘴孔和多对引导部件的尺寸和数量,从而可以适当地控制混合装置中的压强,同时得到因碰撞引起的流体混合的效果。
图8是根据本发明又一实施例的混合装置的示意性透视图。
参照图8,根据本发明实施例的混合装置300包括壳310、蒸发部分301、前述的一对或多对喷嘴孔和引导部件(见图1和图7)。
在一个实施例中,蒸发部分301及内部空间1a设置在壳310中,在内部空间1a中存储了至少两种流体。在壳310中,蒸发部分301通过分隔壁310a与内部空间1a分开。蒸发部分301和内部空间1a可以一体化形成,且在蒸发部分301和内部空间1a之间设置有分隔壁。蒸发部分301允许所述至少两种流体中的至少一种从液相改变为气相。蒸发部分301可以具有结合到壳310的内部和/或外部的加热器。加热器可以包括电加热器。
至少一对喷嘴孔设置为穿过壳310的一侧311。至少一对引导部件与各对喷嘴孔对应地从一侧311的外表面延伸并突出到喷嘴孔上。
下面将更详细地描述混合装置300的操作。
气态的第一流体通过第一入口312a流入内部空间1a。液态的第二流体通过第二入口312b流入蒸发部分301。在蒸发部分301中,第二流体从液相改变为气相。气态的第二流体通过穿过分隔壁310a的通道312c流到内部空间1a中。
第一流体和第二流体在内部空间1a中初步混合。这里,内部空间1a的容积或容量根据小型化的需要而被设计为很小。因此,难以使第一流体和第二流体在内部空间1a中均匀地混合。
具有不均等地混合的第一流体和第二流体的第一次混合的流体通过穿过壳310的一侧311的喷嘴孔排放。此时,通过喷嘴孔排放的第一次混合的流体因遮挡喷嘴孔的引导部件而彼此碰撞。第一次混合的流体中的第一流体和第二流体因碰撞而二次混合。即,从混合装置300排放的第一流体和第二流体可以被均匀地混合并提供到系统。
同时,在前述实施例中已经描述了两个喷嘴孔成对且两个引导部件成对。然而,本发明不限于前述构造。如果分别从三个或更多个喷嘴孔排放的第一次混合的流体彼此大致在一点处碰撞,则所述三个或更多个喷嘴孔可以形成组。在这样的情况下,分别与所述三个或更多个喷嘴孔对应的三个或更多个引导部件可以形成组。
虽然已经结合特定的示例性实施例描述了本发明,但是应该理解的是,本发明不限于公开的实施例,而是相反,意在覆盖包括在权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (20)

1.一种混合装置,包括:
壳,具有内部空间和允许至少两种流体流动到内部空间中以彼此混合的至少一个开口;
至少一对喷嘴孔,穿过壳的一个侧壁;
至少一对引导部件,从壳的外表面延伸并突出到对应的喷嘴孔上,使得分别通过所述至少一对喷嘴孔排放的混合的流体彼此碰撞并混合。
2.如权利要求1所述的混合装置,其中,引导部件中的至少一个引导部件被构造为使从喷嘴孔中的对应的喷嘴孔排放的流体的方向改变为相对于垂直于壳的外表面的方向成45度至90度。
3.如权利要求2所述的混合装置,其中,成对的引导部件被构造为使分别通过成对的喷嘴孔排放的混合的流体成90度至180度之间的内角彼此碰撞。
4.如权利要求1所述的混合装置,其中,引导部件与壳一体化形成。
5.如权利要求4所述的混合装置,其中,引导部件中的第一引导部件具有从壳的外表面延伸的突出形状结构。
6.如权利要求5所述的混合装置,其中,第一引导部件的厚度基本等于壳的所述一个侧壁的厚度。
7.如权利要求5所述的混合装置,其中,由切开的突出形状结构的一部分形成第一引导部件的一侧,并形成喷嘴孔中的对应的喷嘴孔。
8.如权利要求7所述的混合装置,其中,第一引导部件的所述一侧具有线形的平面视图形状、弧线形的平面视图形状和/或不等号形的平面视图形状。
9.如权利要求1所述的混合装置,其中,壳具有平板形状。
10.如权利要求9所述的混合装置,其中,被所述至少一对喷嘴孔穿过的所述一个侧壁为以平板形状形成的壳的主侧壁。
11.如权利要求10所述的混合装置,其中,喷嘴孔包括布置在绕壳的主侧壁的所述外表面的中心的各象限上的四对喷嘴孔。
12.如权利要求1所述的混合装置,其中,所述至少两种流体包括水和烃类燃料。
13.如权利要求12所述的混合装置,其中,所述至少一个开口具有用于使水和烃类燃料流动到内部空间中的第一开口和第二开口。
14.如权利要求13所述的混合装置,所述混合装置被构造为使水以液态流入,使烃类燃料以气态流入。
15.如权利要求14所述的混合装置,其中,内部空间的容量在10cc至500cc之间。
16.如权利要求14所述的混合装置,所述混合装置还包括用于使水从液相改变为气相的蒸发部分。
17.如权利要求16所述的混合装置,其中,蒸发部分和内部空间一体化形成在壳中,且在蒸发部分和内部空间之间设置有分隔壁。
18.如权利要求1所述的混合装置,其中,喷嘴孔中的第一喷嘴孔形成为具有圆形,第一喷嘴孔具有在1mm至3mm之间的直径。
19.如权利要求1所述的混合装置,其中,壳由铝合金材料形成。
20.一种混合装置,包括:
壳,包括限定壳的内部空间的至少一部分的至少一个外周壁,壳还具有用于使至少两种流体流到内部空间中以彼此混合的至少一个开口;
至少一对喷嘴孔,穿过壳的所述至少一个外周壁;
至少一对引导部件,从所述至少一个外周壁的背向内部空间的外表面延伸,所述至少一对引导部件突出到对应的喷嘴孔口上,使得分别通过所述至少一对喷嘴孔排放的混合的流体彼此碰撞并混合。
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