CN107847885B - 双壁流移位器挡板和相关联的静态混合器及混合的方法 - Google Patents

Abstract

用于混合具有至少两种组分的流体流的流移位器挡板(26)、静态混合器(10)和混合的方法。流移位器挡板(26)包括与前缘相邻的双分隔壁元件以及联接至双分隔壁元件的多个闭塞壁。双分隔壁元件包括横跨整个横向流横截面延伸的第一和第二大致平行壁。双分隔壁元件被构造成将流体流分成中心流部分以及第一和第二周边流部分。当将多种组分的分层成分输送到流移位器挡板(26)中时，使用双分隔壁元件和所述多个闭塞壁对流体流的这种分隔通过在层的混杂较少的情况下产生较大量的层来改善单独组分的混合。

Description

双壁流移位器挡板和相关联的静态混合器及混合的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年8月7日提交的美国临时专利申请62/202,554和2016年3月18日提交的美国专利申请15/074,013的优先权，其公开内容在此通过引用以其整体并入。

技术领域

本公开主要涉及一种流体分配器，并且更具体地涉及静态混合器的组件以及混合流体流方法。

背景技术

存在许多不动的混合器类型，例如Multiflux、helical等。这些混合器类型大部分实施类似的一般原理来将流体混合在一起。在这些混合器中，通过以重叠的方式分离和重组流体而将流体混合在一起。这种动作是通过将流体压在一系列交替几何形状的混合元件和挡板上来实现的。这种分离和重组使得被混合的流体层变薄并且最终相互扩散，从而产生大致均匀的流体混合物。这种混合过程已被证明是非常有效的，对高粘度流体特别如此。

静态混合器通常由各种几何形状的一系列混合元件和交替的挡板构成，通常由位于导管中的右旋混合挡板和左旋混合挡板组成，从而执行连续的分离和重组。这些混合器通常在将大多数质量流体流混合在一起时有效，但是这些混合器受到条纹化现象的影响，条纹化现象趋向于在挤出混合物中留下不完全混合流体的条纹。条纹化现象通常由沿穿过混合器的混合器导管的内部表面形成的本质上未混合的流体的条纹产生。

此外，之前已经试图保持足够的混合器长度，同时试图解决条纹现象。在一个示例中，传统的左旋混合挡板和右旋混合挡板能够与流量倒置挡板相结合，诸如在Pappalardo的美国专利7985020和Henning的美国专利6773156中描述的专用逆转器挡板。然而，这些已知类型的流移位器挡板可能在混合器导管内引起高背压，并且也可能由于流体流经流移位器挡板所需的复杂移动而破坏材料的混合层。混合层的这种破坏可能降低下游混合挡板能够产生的混合效率，这意味着在静态混合器中可能需要更多的元件和长度以实现期望的混合效果。就这一点而言，条纹现象由流移位器挡板来处理，但是这些挡板也在静态混合器整体上存在进一步克服的缺点。

因此，将期望进一步提高与这种一般类型的静态混合器一起使用的混合元件，使得在每一个混合元件处进一步优化混合性能，并且优选地不产生大量背压。

发明内容

根据一个实施例，流移位器挡板被构造成混合具有至少两种组分的流体流。流移位器挡板包括前缘、后缘，双分隔壁元件以及多个闭塞壁。沿在前缘和后缘之间的整个长度，流移位器挡板限定与流体流垂直的横向流横截面。横向流横截面具有外周边。双分隔壁元件与前缘相邻。双分隔壁元件包括第一和第二大致平行壁。双分隔壁元件横跨整个横向流横截面延伸，并被构造成将流体流分成中心流部分以及第一和第二周边流部分。所述多个闭塞壁被联接到双分隔壁元件，且被定位成迫使第一和第二周边流部分移动。当层状混合物被输送到流移位器挡板中时，流移位器挡板通过以较少的层干扰产生较大量的层来改善单独组分的混合。

在各种实施例中，流移位器挡板还包括与后缘相邻的分隔面板。分隔面板被联接到双分隔壁元件，且包括面向相反方向的第一侧和第二侧。第一侧和第二侧被横向于第一和第二大致平行壁取向。所述多个闭塞壁迫使第一周边流部分沿着分隔面板的第一侧流动，并且第二周边流部分沿着分隔面板的第二侧流动，由此随着第一和第二周边流部分分别沿着分隔面板的第一侧和第二侧流动，使中心流部分朝着流移位器挡板的外周边移位。

在各种实施例中，所述多个闭塞壁将整个第一和第二周边流部分移位到流动横截面的不同部分。在一些实施例中，双分隔壁元件包括第一中心闭塞壁表面和第二中心闭塞壁表面。第一中心闭塞壁表面和第二中心闭塞壁表面可以被布置成使得第一中心闭塞壁表面和第二中心闭塞壁表面表面不重叠，从而露出沿横向流动横截面的开口，用于使中心流部分无阻碍地移动穿过。在其它实施例中，双分隔壁元件包括在第一和第二平行壁之间延伸的中心X形结构。中心X形结构包括第一和第二成角度壁。第一成角度壁从前缘处的第一平行壁延伸到第二平行壁的后端，并且第二成角度壁从前缘处的第二平行壁延伸到第一平行壁的后端。而在其它实施例中，没有在第一和第二平行壁之间延伸的壁或其它结构，从而中心流部分不在第一和第二平行壁之间移位。

根据本发明的又另一方面，描述一种用于混合具有至少两种组分的流体流的静态混合器。静态混合器包括：被构造成接收流体流的混合器导管；和混合组件。混合组件由位于混合器导管中的多个混合元件限定，所述多个混合元件包括如上所述的至少一个流移位器挡板。

根据本发明的又另一方面，描述一种用静态混合器混合流体流的至少两种组分的方法。静态混合器包括混合器导管以及包括至少一个流移位器挡板的多个混合挡板。该方法包括将具有至少两种组分的流体流引入到混合器导管的进口端中。该方法还包括迫使流体流通过所述多个混合挡板以产生混合流体流，这包括迫使流体流通过所述至少一个流移位器挡板。该方法还包括用双分隔壁元件将流体流分为中心流部分以及第一和第二周边流部分。该方法还包括：用多个闭塞壁使第一和第二周边流部分绕通过流移位器挡板的横向流动横截面移位；和随着第一和第二周边流部分朝着所述至少一个流移位器挡板的横向流动横截面的外周边流动，使中心流部分移位。作为流经所述至少一个流移位器挡板的结果，这种方法导致将所述至少两种组分的流层数目加倍，同时随着流体流移动穿过所述至少一个流移位器挡板而保持流层的总体取向。

在结合附图阅读下文的详细描述期间，所公开的设备的这些和其它目的和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的静态混合器的前透视图。

图2是图1的静态混合器的混合组件的一部分的前透视图。

图3是根据一个实施例的流移位器挡板的前透视图。

图4是图3的流移位器挡板的后透视图。

图5是图3的流移位器挡板的俯视图。

图6是图3的流移位器挡板的前立面图。

图7是图3的流移位器挡板的侧立面图。

图8是根据可替选实施例的流移位器挡板的前透视图，其特别包括处于双分隔壁元件处的X形结构。

图9是图8的流移位器挡板的俯视图。

图10是图8的流移位器挡板的前立面图。

图11是图8的流移位器挡板的侧立面图。

图12是包括图8的流移位器挡板的混合挡板元件叠堆的前透视图，指示了各种流动横截面。

图13A是在图12的视图中所示的线13A处截取的流动横截面图。

图13B是在图12的视图中所示的线13B处截取的流动横截面图。

图13C是在图12的视图中所示的线13C处截取的流动横截面图。

图13D是在图12的视图中所示的线13D处截取的流动横截面图。

图13E是在图12的视图中所示的线13E处截取的流动横截面图。

图13F是在图12的视图中所示的线13F处截取的流动横截面图。

图14是根据又另一可替选实施例的流移位器挡板的前透视图，其特别不包括横跨双分隔壁元件延伸的结构。

图15是图14的流移位器挡板的俯视图。

图16是图14的流移位器挡板的前立面图。

图17是图14的流移位器挡板的侧立面图。

图18是包括图14的流移位器挡板的混合挡板元件叠堆的前透视图，指示了各种流动横截面。

图19A是在图18的视图中所示的线19A处截取的流动横截面图。

图19B是在图18的视图中所示的线19B处截取的流动横截面图。

图19C是在图18的视图中所示的线19C处截取的流动横截面图。

图19D是在图18的视图中所示的线19D处截取的流动横截面图。

图19E是在图18的视图中所示的线19E处截取的流动横截面图。

图19F是在图18的视图中所示的线19F处截取的流动横截面图。

图20是包括与图3类似的流移位器挡板的混合挡板元件叠堆的俯视图。

图21A是现有技术流移位器挡板的前透视图，指示了各种流动横截面。

图21B是图21A的现有技术流移位器挡板的俯视图。

图21C是图21A和图21B的现有技术流移位器挡板的流体流动横截面的示意图。

图22A是示出开始进入到现有技术的静态混合器中时以及流经现有技术静态混合器的包括图21A和图21B的流移位器挡板的一些混合挡板元件之后的流体流动横截面的示意图。

图22B是示出进入本文描述的各种实施例的静态混合器时以及流经包括图3至图20的一个流移位器挡板的一些混合挡板元件之后的流体流动横截面的示意图。

具体实施方式

大致参考图1和图2，其中示出根据本发明的示例性实施例的静态混合器10的一个实施例。静态混合器10包括具有一系列混合元件和挡板，从而以各种方式沿静态混合器10的长度分离、移位和重组流体流F的混合组件12。这些各种混合元件和挡板一起起作用，以彻底地混合流体流的多种组分，并且由此最小化挤出流体混合物中的未混合流体组分的条纹。下面结合相应的图描述多种类型混合元件和挡板中的每一种的功能、益处和结构特征。

静态混合器10大致包括导管14和被插入到导管14中的混合组件12。导管14限定被构造成附接至包含将被混合在一起的至少两种流体的筒、筒系统或者计量系统(都未示出)的进口端插口16。例如，进口端插口16可被连接至可从诺信公司(Nordson Corporation)获得的双组分筒系统。导管14也包括按形状成型以接收混合组件的主体段18，以及与主体段18连通的喷嘴出口20。虽然主体段18和混合组件12被示出为具有基本正方形的横截面轮廓，但是本领域技术人员应明白，下文所述的概念可同样应用于具有其它几何形状，包括圆形或者圆筒形或者其它形状的混合器。

混合组件12的一系列混合元件和挡板始于与进口端插口16相邻的进入混合元件22，并且该进入混合元件22被构造成与混合组件12相对于流入流体流的取向无关地确保在静态混合器10中接收的至少两种流体的一些初始分离和混合。进入混合元件22的下游是一系列左旋和右璇版本的(下文标为24_L和24_R)双楔形混合挡板24。每一个双楔形混合挡板24都用于将流体流在混合挡板24的前缘处分离，然后在在混合挡板24的后缘处扩大和重组流体流之前通过部分旋转来顺时针或逆时针地移位或者旋转流体流。流移位器元件26在该系列中的每组几个双楔形混合挡板24之后插入。流移位器元件26被构造成将流体流的至少一部分从导管14的一侧移位到导管14的另一侧，由此提供与双楔形混合挡板24形成对比的不同类型的流体移动和混合。下面结合相应的附图更详细地描述这些类型的混合元件和挡板中的每一个。

图2示出与静态混合器10的其余部分分离的混合组件12的局部部分。应理解，假定混合组件12包括一个或更多混合挡板以及一个或更多流移位器元件26，在不偏离本公开的范围的情况下，可以由所示的那些组件重新组织或者修改限定混合组件12的一个或更多元件。

限定混合组件12的一系列混合元件和挡板22、24、26彼此一体成型，以便限定第一侧壁和第二侧壁28、30。第一侧壁和第二侧壁28、30至少部分地限定混合组件12的相反侧，而在第一侧壁和第二侧壁28、30之间延伸的混合组件12的其它侧保持大部分敞开或暴露于导管14的相关联内表面32(其中一个内表面32被切除，并且未在图1中示出)。在混合器10的不同实施例中，混合元件和挡板22、24、26的总数可以变化。因此，尽管下文将更详细地描述图1中所示的混合元件和挡板22、24、26的特殊结构，但是应理解，静态混合器10仅是包含本公开的多方面的实施例的一个示例。

现在参考图3至图20，更详细地示出了流移位器元件26(也称为流移位器挡板)的几个示例性实施例。这些流移位器元件26中的每一个流移位器元件26都被构造成从通常位于混合器导管的周边中的流体旁路区域移除条纹，并且将这个条纹朝着混合器导管的中心移动，条纹能够在混合器导管的中心被例如位于流移位器元件26下游的双楔形混合挡板24的进一步元件彻底地分开和混合。此外，由流移位器元件26引起的流体流的移动被设计成限制由流经静态混合器10引起的额外背压，同时使得已经由流移位器元件26上游的混合挡板24产生的流体流层保持完整并且处于相同的总体取向，以便被位于流移位器元件26下游的混合挡板24进一步混合。为此，下文所述的各种实施例的流移位器元件26混合或移位流体流的关键部分，同时允许流体流的其余部分在没有明显的混乱或其它有害影响的情况下穿过，由此也限制了由流经流移位器元件26引起的额外背压。

转到图3至图7中所示的实施例，更详细地示出了流移位器挡板210的第一实施例。流移位器挡板210在这些图中大体为正方形，并且由此将被构造用于正方形混合器导管中，但应理解，流移位器挡板210可以在其它类似实施例中限定不同的横截面形状。流移位器挡板210包括在被置于静态混合器10中时面向相对于流体流的上游方向的前缘212，以及面向下游方向的相对后缘214。前缘212至少部分地由双分隔壁元件216限定，所述双分隔壁元件216向后朝着流移位器挡板210的中心部分延伸。下面更详细地描述双分隔壁元件216，但是其主要由在这些图中示出的在大致竖直方向上的第一和第二大致平行壁218、220限定。后缘214至少部分地由分隔板222限定，分隔板222被联接至与流移位器挡板210的中心部分相邻的双分隔壁元件216。流移位器挡板210沿前缘和后缘212、214之间的整个长度限定垂直于流体流F的横向流动横截面，其中横向流动横截面具有外周边。如图中所示的水平方向所示，分隔面板222通常横向(诸如垂直于)第一和第二大致平行壁218、220取向。分隔面板222包括面向相反方向并延伸到后缘214的第一侧224和第二侧226。另外，流移位器挡板210还包括联接至双分隔壁元件216的多个闭塞壁228、230、232、234，以便横向延伸穿过静态混合器10的流体流动方向。下文更详细地描述壁和元件及其相关联的功能的这种组合，但应理解，根据其它实施例，可在流移位器挡板210中包括更多或更少元件。

如图3和图5中最清楚地示出的，流体流(由箭头F表示)首先在流移位器挡板210的前缘212处遇到平行壁218、220。平行壁218、220可以可选地在所示前缘处包括锥形或变尖的端部，以帮助减少额外的背压将流体流引导到双分隔壁元件216周围的空间中。平行壁218、220将流入的流体流分成三部分：位于平行壁之间的中心流部分，位于第一平行壁218的相反侧上的第一周边流部分，以及位于第二平行壁220的相反侧上的第二周边流部分。这些流部分通常不以任何方式重组，直到到达分隔面板222。如下所述，中心流部分在与其它流部分重组之前以最小的移位大部分穿过流移位器挡板210移动，而第一和第二周边流部分被闭塞壁228、230、232、234迫使移位。如图所示，多个闭塞壁228、230、232、234使位于双分隔壁元件216外部的整个流部分移位，以便将第一和第二周边流部分全部移位到流动横截面的不同部分。

参考图5和图6，第一和第二周边流部分的流动路径被进一步详细示出。从图6的前视图可以明显看出，穿过流移位器挡板210的这些部分的整个流动路径在一些点处被第一、第二、第三和第四闭塞壁228、230、232、234阻塞，所述闭塞壁有效地位于沿静态混合器10长度限定的四个不同象限中。更特别地，第一周边流部分首先遇到并且必须流过位于图6中所示的视图中的左下象限上的第二闭塞壁230。在流过这个第二闭塞壁230之后，第一周边流部分接着遇到位于图6所示视图的左上象限中的第一闭塞壁228。第一闭塞壁228迫使第一周边流部分向下移位，使得第一周边流部分然后沿着分隔面板222的第一侧224(底侧)流动。因为第一周边流部分向上、向下且向右移位，而不存在弯曲或弯曲拐角，所以进入流移位器挡板210的这部分的任何流动层的总体取向在流经这个挡板210期间保持不变。

类似地，第二周边流部分首先遇到并且必须流过位于图6中所示视图中的右上象限上的第三闭塞壁232。在这个第三闭塞壁232下方流过之后，第二周边流部分接着遇到位于图6中所示的视图的右下象限中的第四闭塞壁234。这个第四闭塞壁234迫使第二周边流部分向上移位，以便然后沿着分隔面板222的第二侧226(顶侧)流动。由于第二周边流部分向下、向上并且向左移位，而不存在弯曲或弯曲拐角，所以进入流移位器挡板210的这部分的任何流动层的总体取向保持不变。

如上文简述的，随着流经流移位器挡板210，中心流部分大部分穿过至与分隔面板222相邻的位置。在流移位器挡板210的这个实施例中，第一和第二中心闭塞壁表面236、238被定位成与中心流部分相遇。第一中心闭塞壁表面236沿着第一和第二平行壁218、220之间的空间的上部定位。如图5中所示，在一些实施例中，该第一中心闭塞壁表面236可以相对于横向于流动方向的平面成角度，并且中心流部分必须首先在该第一中心闭塞壁表面236的下方流动。然后，与第一和第二周边流部分开始沿着分隔面板222流动时大致同时，中心流部分遇到第二中心闭塞壁表面238并且必须流过该元件。如图6的前视图中所示，这些第一和第二中心闭塞壁表面236、238不重叠，这使得贯穿流移位器挡板210长度的“开口”露出，以使中心流部分大致无阻碍地穿过。示出第二中心闭塞壁表面238形成为图4中的闭塞壁234的一部分，但是应理解，在挡板210的其它实施例中，可单独设置或者再定位这个元件。与第二中心闭塞壁表面238相邻，在这个实施例中，分隔面板222包括在第一侧和第二侧224、226之间延伸的开口240。这个开口240(以及设置在静态混合器10的各种挡板元件中的其它开口)使得能够跨流移位器挡板210的区域进行压力平衡，并且确保中心流部分自由流动到期望位置，以使第一和第二周边流部分重新结合。

因此，在这个实施例中，中心流部分在流向分隔面板222的相反的第一侧224和第二侧226之前也向上和向下移位。第一周边流部分在穿过分隔壁228之后沿着分隔面板222的第一侧224向右膨胀或流动，并且易于理解，这个流动然后遇到或重新结合位于分隔面板222的第一侧224下方的部分中心流部分的一部分。第一周边流部分的连续流迫使中心流部分的这部分向右或向外朝流移位器挡板210和静态混合器10的外周移动。由此，能够使位于该中心区域中的任何流动条纹都被向外朝着周边推动，其中确保在流经位于流移位器挡板210下游的后续混合挡板时进行分流和混合。

同样地，第二周边流部分在通过闭塞壁234之后沿着分隔面板222的第二侧226向左膨胀或流动，并且易于理解，这种流动然后遇到或重新结合位于分隔面板222的第二侧226上方的中心流部分的一部分。第二周边流部分的连续流动迫使中心流部分的这部分向左或向外朝向流移位器挡板210和静态混合器10的外周边移动。这对上文所述的用于中心流部分中另一部分的混合提供相同的有利益处。随着流体流移动进入到位于静态混合器10中的下一混合挡板元件，分隔面板222的两侧224、226上的流动随后在后缘214处重新结合。

因此，本实施例的流移位器挡板210将中心流部分与周边流部分分开(这能够将流体流中的流动层分离，以便如参考下文示意图所述的加倍流动层的数目)，然后使这些流部分移动或移位，使得任何流层的取向都不被移位扰乱或混乱，但是任何可能的流动条纹都被移动到静态混合器10的不同区域以在随后的元件处进一步混合。由于流移位器挡板210使被施加到每一个流部分的移位移动最小化，所以与常规的流逆转器设计相比，由流经流移位器挡板210引起的增加背压减小。因此，流移位器挡板210更高效地处理流动条纹化现象，同时避免了急剧增加长度和/或在静态混合器10内产生背压的需要。此外，应明白，流移位器挡板210的这个实施例能够与任何类型的其它混合挡板元件一起使用，以在使用静态混合器10时实现这些功能益处，并且这不限于上文进一步详述的双楔形混合挡板。

参照图8至图13F，其中详细地示出了根据这个发明的流移位器挡板310的另一实施例。这个移移位器挡板310包括与前述实施例(流移位器挡板210)相同的许多元件，并且在元件基本类似或者相同时，这些元件设有300系列的类似附图标记。例如，本实施例的流移位器挡板310也包括前缘312、后缘314、由第一和第二平行壁318、320限定的双分隔壁元件316、具有第一侧和第二侧324、326的分隔面板322，以及多个闭塞壁328、330、332、334。虽然在这个实施例中，这些元件中的许多元件具有稍微改变的形状或轮廓，但是除了下文进一步详细描述的差别之外，流移位器挡板310及其元件的功能都如上所述(为了简洁起见，这些相同或基本类似元件的详细描述在此大部分都不重复)。因此，与前述实施例非常类似，流移位器挡板310将任何流动条纹都从静态混合器10的中心部分移开，同时也使流动层的总体取向加倍并保持不变，使得这些层不以有害的方式混乱或混合，并且还最小化由流经流移位器挡板310引起的另外背压。

在流移位器挡板310的这个实施例中，分隔面板222被开口340分为两部分，在这个实施例中，开口340始终穿过后缘314延伸。设置这个开口340仍是为了压力平衡并且使得中心流部分大部分都能够自由地流经挡板310。后缘314包括翼片或者渐缩部，以便在流经静态混合器10时引导流体流入到下一混合挡板元件中。如上所述，应理解，这种渐缩或者变尖部也可沿前缘312应用于元件(在流移位器挡板210的第一实施例中示出)，或者在类似实施例中完全不应用。

流移位器挡板310的这个实施例的另一主要区别是在流体流被双分隔壁元件316分成中心流部分以及第一和第二周边流部分之后遇到中心流部分的结构。为此，流移位器挡板310还包括在第一和第二平行壁318、320之间延伸的中心X形结构(当从顶部观看时，如图9所示)。这个中心X形结构包括从前缘312处的第一平行壁318延伸至第二平行壁320的后端的第一成角度壁350，和从前缘312处的第二平行壁320延伸至第一平行壁318的后端的第二成角度壁352。如图10的前视图中最易于看到的，第一成角度壁350位于流移位器挡板310的顶半部或者顶部处，而第二成角度壁352位于流移位器挡板310的底半部或者底部处。因此，这些第一和第二成角度壁350、352每一个均被构造成使中心流部分的一部分移位。在使中心流部分的部分进行这种移位之后，与上述移位类似，中心流部分与沿着分隔面板222的第一侧和第二侧224、226移动的移位第一和第二周边流部分重组。

图12和图13A至图13F示意性地示出通过测试这个实施例的流移位器挡板310及其相关联的静态混合器10而显而易见的对具有两种组分的样品流体流截取的一系列流动横截面。为了清楚，在图12中指示了流动横截面相对于流移位器挡板310以及直接位于流移位器挡板310上游和下游的混合挡板的具体位置。为此，流动首先在图13A中示出，同时其被处于流移位器挡板310直接上游(在流体流动方向上)的双楔形混合挡板移位到静态混合器10的两个象限中。流体流由被不同阴影(A)或者无阴影(B)示意性示出的两种流体的许多层限定。图13B示出紧接在流移位器挡板310的前缘312处进入之前的流体流，并且应理解，来自每一个象限的流动已经分散或者移位以填充跨静态混合器10的宽度的空间。

在被双分隔壁元件316分离之后，在图13C中示出流体流穿过流移位器挡板310的初始部分。在这一点上，第一周边流部分(包括图13B所示的两个流部分中的部分)已经被闭塞壁330向上移位，并且第二周边流部分已经被闭塞壁332向下移位。上半部分处的中心流部分由第一带角度壁350移位，从而开始向右和向下移动，而下半部分处中心流部分由第二带角度壁352移位，从而开始向左和向上移动。在如图13D中所示的双分隔壁元件316的出口附近，中心流部分的上半部分已经移位至下半部分，并且中心流部分的下半部分已经移位到上半部分，而流动层的破坏或混乱最小。同样地，第一周边流部分已经被闭塞壁328向下移位，而第二周边流部分已经被闭塞壁334向上移位。

第一和第二周边流部分然后沿着分隔面板322的第一侧和第二侧324、326流动，这迫使中心流部分的一部分被向左推动到静态混合器10的外周边，并且迫使中心流部分的另一部分被向右推到静态混合器10的外周边。这些中心流部分继续在图13E中单独示出，从而阐明这一移位移动。因此，中心流部分中的任何流动条纹都被朝向外周边推动，以在下游进一步混合。图13E示出流移位器挡板310的后缘314与下一个混合挡板元件的接合处的流动，这解释了为什么流动看起来被划分成多个象限。在图13F中示出由下游混合挡板引起的这种所导致的流移位到两个象限中的第一次移位，这是与进入流移位器挡板310之前在图13A中所示的原始状态类似的状态。通过图13A和图13F的比较应易于理解，其中示出流动层的加倍，以及流动层取向的总体保持。因此，流移位器挡板310高效地促进了两种组分的混合，同时也将来自中心部分的任何潜在的麻烦的流动条纹从中心部分移动到外周边，其中进一步混合能够通过下游混合挡板或元件发生。

如前述实施例一样，流移位器挡板310将中心流部分与周边流部分分开，然后使这些流部分移动或移位，使得任何流动层的取向不会受到移位的干扰或混乱，但是中心流部分中的任何潜在流动条纹都被移动到静态混合器10的外周边，以便在随后的元件处进一步混合。因为流移位器挡板310使施加到每一个流部分的移位移动最小化，所以与常规的流逆转器设计相比，由流经流移位器挡板310引起的附加背压减小。因此，流移位器挡板310更高效地处理流动条纹化现象，同时避免了急剧增加长度和/或静态混合器10内产生的背压的需要。此外，应明白，流移位器挡板310的这个实施例能够与任何类型的其它混合挡板元件一起使用，以在使用静态混合器10时实现这些功能性优点，并且这不限于上面更详细描述的双楔形混合挡板。

参考图14至图15，其中详细地示出根据本发明的流移位器挡板410的另一个实施例。这个流移位器挡板410包括许多与前述实施例相同的元件(流移位器挡板210、310)，并且在其中元件基本类似或者相同时，这些元件具有400系列的类似附图标记。例如，这个实施例的流移位器挡板410也包括前缘412、后缘414、由第一和第二平行壁418、420限定的双分隔壁元件416、具有第一侧和第二侧424、426的分隔面板422，以及多个闭塞壁428、430、432、434。虽然在这个实施例中，这些元件中的许多元件具有稍微改变的形状或轮廓，但是除了下文进一步详细描述的差别之外，流移位器挡板410及其元件的功能都如上所述(为了简洁起见，这些相同或基本类似元件的详细描述在此大部分都不重复)。因此，与前述实施例非常类似，流移位器挡板410将任何流动条纹都从静态混合器10的中心部移开，同时也使流动层的总体取向加倍并保持不变，使得这些层不以有害的方式混乱或混合，并且还最小化了由流经流移位器挡板410引起的另外背压。

在流移位器挡板410的这个实施例中，分隔面板422不是完全被开口440分为两部分，由此使得该实施例更类似于第一流移位器挡板实施例。后缘414包括翼片或者渐缩部，以便在流经静态混合器10时引导流体流入到下一混合挡板元件中。如上所述，应理解，这种渐缩或者变尖部也可被沿前缘412应用于元件(在流移位器挡板210的第一实施例中示出)，或者在类似实施例中完全不应用。

流移位器挡板410的这个实施例的另一个主要区别是在流体流被双分隔壁元件416分成中心流部分以及第一周边流部分和第二周边流部分之后遇到中心流部分的结构。如所示，没有在第一和第二平行壁418、420之间延伸的壁或其它结构，从而中心流部分不在第一和第二平行壁418、420之间移位。为此，流移位器挡板410不包括在第一和第二平行壁418、420之间延伸的任何结构。因此，与上述移位类似，中心流部分在与沿着分隔壁422的第一侧和第二侧424、426移动的移位第一和第二周边流部分重组之前，自由地穿过流移位器挡板410的第一部分。

图18和图19A至图19F示意性地示出通过测试这个实施例的流移位器挡板410及其相关联的静态混合器10而显而易见的对具有两种组分的样品流体流截取的一系列流动横截面。为了清楚，在图18中指示了流动横截面相对于流移位器挡板410以及直接位于流移位器挡板410上游和下游的混合挡板的特定位置。为此，首先在图19A中示出流动，同时其被处于流移位器挡板410直接上游(在流体流动方向上)的双楔形混合挡板移位到静态混合器10的两个象限中。流体流由被不同阴影(A)或者无阴影(B)示意性示出的两种流体的许多层限定。图19B示出紧接在在流移位器挡板410的前缘412进入之前的流体流，并且应理解，来自每一个象限的流动已经分散或者移位以填充跨静态混合器10的宽度的空间。

在被双分隔壁元件416分离之后，在图19C中示出流体流穿过流移位器挡板410的初始部。在这一点上，第一周边流部分(包括图19B所示的两个流部分中的多部分)已经被闭塞壁430向上移位，并且第二周边流部分已经被闭塞壁432向下移位。中心流部分未在第一和第二平行壁418、420之间流动期间移位。这在图19D中示出双分隔壁元件416出口附近的中心流截面的相同视图中也明显。第一周边流部分已经被闭塞壁428向下移位，而第二周边流部分已经被闭塞壁434向上移位。

第一和第二周边流部分然后沿着分隔面板422的第一侧和第二侧424、426流动，这迫使中心流部分的一部分被向左推动到静态混合器10的外周边，并且迫使中心流部分的另一部分被向右推到静态混合器10的外周边。这些中心流部分继续在图19E中单独示出，从而阐明这一移位移动。因此，中心流部分中的任何流动条纹都被朝向外周边推动，以在下游进一步混合。图19E示出流移位器挡板410的后缘414与下一个混合挡板元件的接合处的流动，这解释了为什么流动看起来被划分成多个象限。在图19F中示出由下游混合挡板引起的这种结果流移位到两个象限中的第一次移位，这是与进入流移位器挡板410之前在图19A中所示的原始状态类似的状态。通过图19A和图19F的比较应易于理解，示出流动层的加倍，并且流动层取向的总体保持。因此，流移位器挡板410高效地促进了两种组分的混合，同时还将任何潜在的麻烦的流动条纹移动到下游混合挡板或元件可能发生进一步混合的区域。

如前述实施例一样，流移位器挡板410将中心流部分与周边流部分分开，并且然后使这些流部分移动或移位，使得任何流动层的取向不会受到移位的干扰或混乱，但是中心流部分中的任何潜在流动条纹都被移动到静态混合器10的外周边，用于在随后的元件处进一步混合。因为流移位器挡板410使施加到每一个流部分的移位移动最小化，所以与常规的流逆转器设计相比，由流经流移位器挡板410引起的附加背压减小。因此，流移位器挡板410更高效地处理流动条纹化现象，同时避免了急剧增加长度和/或静态混合器10内产生的背压的需要。此外，应明白，流移位器挡板410的这个实施例能够与任何类型的其它混合挡板元件一起使用，以在使用静态混合器10时实现这些功能性优点，并且这不限于上面更详细描述的双楔形混合挡板。

图20示出与上述第一实施例类似的包括双楔形挡板24和流移位器挡板210的一系列混合挡板或元件。该图示出可沿多个挡板的各种分隔面板或者表面设置几个开口，以提供相对于上述流移位器挡板所述的压力平衡。

图21A和图21B分别示出先前在背景技术部分中参考的Pappalardo的美国专利7,985,020中所示和所述的现有技术流逆转器挡板的前透视图和俯视图。图21A和图21B每一个均示出从其中截取图21C的流动横截面图的参考横截面V、W、X、Y和Z。同样地，图21C是图21A和图21B的现有技术流移位器挡板的流体流横截面图的示意图。

图22A和图22B分别示出使用常规静态混合器(包括一个或多个如图21A和图21B所示的流逆转器挡板)和根据本发明一方面的静态混合器的并排混合结果。具体而言，图22B示出了通过根据静态混合器10的实施例的一系列混合挡板或元件实现的混合结果。能够看出，组分A和B的流动层被充分混合，并且流动层基本上保持以确保这种混合作用的高效率(例如，不会由于流动层的混杂而产生显著的流动条纹)。与图22A相比，图22B清楚地示出了层的较少混杂，因为图22B中的组分A和B的层大致彼此平行导致更多地混合，所以挤出混合物中的完全未混合流体的流动条纹较少。此外，与图22A相比，图22B示出由分隔和重组引起的组分A和B的层数远远更多。更多的分隔和重组使得被混合的流体层变薄并且最终相互扩散，最终产生流体的大致均匀的混合物(混合器总体的必要长度更短)。因此，静态混合器10实现了优于上面详细阐述的传统混合器设计的各种功能性优点。

虽然已经由示例性实施例的说明示出了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施例，但是申请人的意图不是限制或以任何方式将所附权利要求的范围限于这样的细节。对于本领域技术人员而言，另外的优点和修改将是显而易见的。取决于用户的需要和偏好，本公开的各种特征可以单独使用或以任何组合使用。本文是对本发明，以及当前已知的实施本发明的优选方法的说明。然而，本发明本身应该仅由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种流移位器挡板，所述流移位器挡板用于混合具有至少两种流体组分的流体流，所述流移位器挡板包括：

前缘和后缘，沿在所述前缘和所述后缘之间的整个长度，所述流移位器挡板限定与所述流体流垂直的横向流横截面以及与所述横向流横截面垂直且相对于所述横向流横截面居中的轴线，所述横向流横截面具有外周边；

与所述前缘相邻的双分隔壁元件，所述双分隔壁元件包括第一平行壁和第二平行壁，所述第一平行壁和所述第二平行壁横跨整个所述横向流横截面延伸，并且所述第一平行壁和所述第二平行壁限定在所述前缘处从所述第一平行壁到所述第二平行壁的中心开口，使得所述轴线延伸穿过所述中心开口，其中所述双分隔壁元件被构造成将流体流分成中心流部分以及第一和第二周边流部分，所述中心流部分流过所述中心开口；

多个闭塞壁，所述多个闭塞壁联接到所述双分隔壁元件，且被定位成迫使所述第一和第二周边流部分移动；以及

分隔面板，所述分隔面板与所述后缘相邻，并且所述分隔面板基本垂直于所述横向流横截面延伸，所述分隔面板限定第一侧、第二侧和从所述第一侧到所述第二侧延伸穿过所述分隔面板的开口，所述第二侧与所述第一侧相反。

2.根据权利要求1所述的流移位器挡板，其中所述多个闭塞壁中的每一个闭塞壁基本平行于所述横向流动横截面。

3.根据权利要求1所述的流移位器挡板，其中所述分隔面板被联接到所述双分隔壁元件，并且所述第一侧和所述第二侧面向相反方向，并且所述第一侧和所述第二侧被横向于所述第一平行壁和所述第二平行壁取向，

所述多个闭塞壁迫使所述第一周边流部分沿着所述分隔面板的所述第一侧流动，并迫使所述第二周边流部分沿着所述分隔面板的所述第二侧流动，由此随着所述第一和第二周边流部分分别沿着所述分隔面板的所述第一侧和所述第二侧流动，使所述中心流部分朝着所述流移位器挡板的外周边移位。

4.根据权利要求3所述的流移位器挡板，其中所述多个闭塞壁还包括第一闭塞壁、第二闭塞壁、第三闭塞壁和第四闭塞壁，

其中位于左下象限中的所述第一闭塞壁迫使所述第一周边流部分向上移位，并且位于左上象限中的所述第二闭塞壁迫使所述第一周边流部分沿所述分隔面板的所述第一侧向下移位，并且

其中位于右上象限中的所述第三闭塞壁迫使所述第一周边流部分向下移位，并且位于右下象限中的所述第四闭塞壁迫使所述第二周边流部分沿所述分隔面板的所述第二侧向上移位。

5.根据权利要求1所述的流移位器挡板，其中所述双分隔壁元件还包括沿被限定在所述第一平行壁和所述第二平行壁之间的空间的上部定位的第一中心闭塞壁表面。

6.根据权利要求5所述的流移位器挡板，其中所述第一中心闭塞壁表面相对于所述横向流动横截面成角度。

7.根据权利要求5所述的流移位器挡板，其中所述双分隔壁元件还包括与所述多个闭塞壁中的一个闭塞壁一体形成的第二中心闭塞壁。

8.根据权利要求7所述的流移位器挡板，其中所述第一中心闭塞壁和所述第二中心闭塞壁表面不重叠。

9.根据权利要求1所述的流移位器挡板，其中所述第一平行壁和所述第二平行壁包括处于所述前缘处的渐缩或者变尖端部，以帮助降低背压并将流体流引导到绕所述双分隔壁元件的空间中。

10.根据权利要求1所述的流移位器挡板，还包括：

中心X形结构，所述中心X形结构在所述第一平行壁和所述第二平行壁之间延伸，且包括第一和第二成角度壁，所述第一成角度壁从所述前缘处的所述第一平行壁延伸到所述第二平行壁的后端，并且所述第二成角度壁从所述前缘处的所述第二平行壁延伸到所述第一平行壁的后端。

11.根据权利要求10所述的流移位器挡板，其中所述第一成角度壁位于所述流移位器挡板的所述横向流动横截面的顶部处，而所述第二成角度壁位于所述流移位器挡板的所述横向流动横截面的底部处。

12.根据权利要求1所述的流移位器挡板，其中没有在所述第一平行壁和所述第二平行壁之间延伸的壁或其它结构，从而所述中心流部分不在所述第一平行壁和所述第二平行壁之间移位。

13.根据权利要求1所述的流移位器挡板，还包括：

中心闭塞壁，所述中心闭塞壁位于所述双分隔壁元件的所述第一平行壁和所述第二平行壁之间，其中所述中心闭塞壁限定延伸穿过所述中心闭塞壁的开口，使得所述轴线延伸穿过所述中心闭塞壁的所述开口，并且所述中心闭塞壁的所述开口被构造成接收所述中心流部分。

14.一种静态混合器，所述静态混合器用于混合具有至少两种流体组分的流体流，所述静态混合器包括：

混合器导管，所述混合器导管被构造成接收所述流体流；和

混合组件，所述混合组件由位于所述混合器导管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所述的流移位器挡板。

15.一种用静态混合器混合具有至少两种流体组分的流体流的方法，所述静态混合器包括混合器导管以及包括至少一个流移位器挡板的多个混合挡板，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导管的进口端中；和

迫使所述流体流通过所述多个混合挡板以产生混合流体流，包括迫使所述流体流通过所述至少一个流移位器挡板，还包括：

用双分隔壁元件将所述流体流分为中心流部分以及第一和第二周边流部分；

用多个闭塞壁使所述第一和第二周边流部分绕通过所述流移位器挡板的横向流动横截面移位，并且使所述第一和第二周边流部分绕所述多个闭塞壁移位，使得所述第一周边流部分沿分隔面板的第一侧流动，并且所述第二周边流部分沿所述分隔面板的第二侧流动；

随着所述第一和第二周边流部分朝着所述至少一个流移位器挡板的所述横向流动横截面的外周边流动，使所述中心流部分移位，将所述中心流部分输送至所述分隔面板的所述第一侧和所述第二侧，并且随着所述第一和第二周边流部分沿所述分隔面板的所述第一侧和所述第二侧流动，通过所述第一和第二周边流部分朝着所述至少一个流移位器挡板的外周边的流动而使所述中心流部分移位；以及

作为流经所述至少一个流移位器挡板的结果而使所述至少两种组分的流层数目加倍，同时随着所述流体流移动穿过所述至少一个流移位器挡板而保持所述流层的总体取向。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个闭塞壁还包括第一闭塞壁、第二闭塞壁、第三闭塞壁和第四闭塞壁，并且使所述第一和第二周边流部分移位还包括：

使用位于左下象限中的所述第一闭塞壁使所述第一周边流部分向上移位，并且然后使用位于左上象限中的所述第二闭塞壁使所述第一周边流部分沿着所述分隔面板的所述第一侧向下移位；和

使用位于右上象限上的所述第三闭塞壁使所述第二周边流部分向下移位，并且然后使用位于右下象限中的所述第四闭塞壁使所述第二周边流部分沿着所述分隔面板的所述第二侧向上移位。

Images