CN107921384B - 入口混合元件和相关的静态混合器以及混合的方法 - Google Patents

Abstract

提供入口混合元件(22)，用于混合具有第一和第二未混合组分的进入流体流，入口混合元件布置成限定与流动方向垂直的横向流动横截面。入口混合元件(22)包括：中心轴线，被构造成与进入流体流的流动方向对准；和入口分隔壁，平行于中心轴线延伸且定位成将进入流体流分隔成第一和第二流体流部分，每一个部分包含一定量的第一组分和一定量的第二组分。入口分隔壁被构造成在入口混合元件绕它的中心轴线相对于进入流体流的横向流动横截面的任何旋转取向上将进入流体流分隔成第一和第二流体流部分。还提供相关的静态混合器和混合的方法。

Description

入口混合元件和相关的静态混合器以及混合的方法

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10日提交的美国专利申请15/066,319的优先权，这两个专利申请的公开内容以它们的整体通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及流体分配器，并且更具体地涉及静态混合器和混合多组分流体流的方法。

背景技术

存在多种类型的静态混合器，用于将从流体料筒(例如并排的流体料筒或类似的分配装置)接收的流体流的多个组分混合在一起。通常，传统的混合器通过将组分连续地分隔并且以重叠方式重新结合来将流体流的组分混合在一起。通过沿着包括具有交替几何形状的一系列混合元件(也称为“混合挡板”)的混合部件结构导引流体组分来实现该混合。这种分隔和重新结合产生了交替层的流体组分。以这种方式，流体组分流渐进地变薄和扩散，由此在混合器出口处产生流体组分的大致均匀的混合物。虽然这样的混合器通常对混合大部分进入流体组分的质量是有效的，但是混合器经常经受拖尾(streaking)现象，其中两个流体组分中的一个组分的拖尾在混合器出口处挤出的最终混合物中完全未混合。

布置在混合器的进口端处的混合元件通常被称为入口混合元件或初始混合元件，并且该混合元件对被导引到静态混合器中的进入流体流提供一些初始分割。传统入口混合元件在提供足以减轻拖尾的初始混合程度方面的有效性取决于入口混合元件相对于进入流体流的横向流动横截面的正确旋转对准。例如，图1A示出了传统的混合部件1及其入口混合元件2，该入口混合元件2相对于包含流体组分3(其它组分未示出)的进入流体流的横向流动横截面以非最佳旋转取向定位。如图1A所示，流体组分3没有被入口混合元件2完全分隔，由此导致在混合器出口处挤出的混合物中流体组分3的不期望的拖尾。通过比较，图1B示出混合部件1及其入口混合元件2，该入口混合元件2相对于进入流体流的横向流动横截面以最佳旋转取向定位，使得流体组分3被分隔成至少第一部分和第二部分，从而基本避免了挤出混合物中的拖尾。

对于许多静态混合器，混合器导管包括一体形成的螺母，该螺母用于将混合器螺纹附接到流体料筒或类似的分配装置。当混合器被旋拧到料筒上时，混合部件经常随混合器导管相对于料筒一起旋转。因此，混合部件相对于料筒的流体出口并且因此相对于待混合的流体流的横向流动横截面的最终旋转取向取决于用户将混合器紧固到料筒上的程度。不同的用户，甚至是同一个用户，在紧固混合器时，可能会使特定的混合器旋转到不一致的最终旋转取向。因此，并且不期望的是，入口混合元件的混合性能可能随着不同用户而显著变化，甚至随着同一用户的不同使用而显著变化。

因此，需要对已知的入口混合元件和对应的静态混合器进行改进，以解决已知入口混合元件和静态混合器的这些和其它缺点。

发明内容

在本发明的示例性实施例中，提供入口混合元件以用于混合具有第一未混合组分和第二未混合组分的进入流体流，入口混合元件被布置成限定与进入流体流的流动方向垂直的横向流动横截面。入口混合元件包括：中心轴线，其被构造成与进入流体流的流动方向对准；和入口分隔壁，其平行于中心轴线延伸。入口分隔壁被定位成将进入流体流分隔成第一流体流部分和第二流体流部分，第一流体流部分和第二流体流部分中的每一个流体流部分包含一定量的第一组分和一定量的第二组分。有利地，入口分隔壁被构造成在入口混合元件绕入口混合元件的中心轴线相对于进入流体流的横向流动横截面的任何旋转取向上将进入流体流分隔成第一流体流部分和第二流体流部分。

在本发明的另一个示例性实施例中，提供一种用静态混合器混合流体流的第一组分和第二组分的方法，该静态混合器包括混合器导管和混合部件，该混合部件具有入口混合元件和布置在入口混合元件的下游的多个混合挡板。该方法包括将具有第一组分和第二组分的流体流引入到混合器导管的进口端中，第一组分和第二组分被布置成限定与流体流的流动方向垂直的横向流动横截面。该方法还包括迫使流体流与入口混合元件接触。更具体地，用入口分隔壁将流体流分隔成第一流体流部分和第二流体流部分，第一流体流部分和第二流体流部分中的每一个流体流部分包含一定量的第一组分和一定量的第二组分。随后，使第一流体流部分和第二流体流部分重新结合以形成第一组分和第二组分的混合物。混合物被导引到入口混合元件的下游以进一步被混合挡板混合。有利地，入口混合元件被构造成在入口混合元件绕入口混合元件的中心轴线相对于流体流的横向流动横截面的任何旋转取向上将流体流分隔成第一流体流部分和第二流体流部分。

结合附图阅读以下对一个或更多个说明性实施例的详细描述，本发明的各种附加特征和优点对于本领域的普通技术人员将变得更加明显。

附图说明

图1A是传统静态混合器的混合部件的前透视图，该混合部件被示出为相对于进入流体流呈非最佳旋转取向，从而导致流体流的组分的拖尾。

图1B是类似于图1A的前透视图，示出了混合部件相对于进入流体流呈最佳旋转取向，这减小了拖尾的风险。

图2是根据本发明的示例性实施例的包括具有入口混合元件的混合部件的静态混合器的前透视图。

图3是图2的混合部件的前透视图。

图4是图3的混合部件的侧立视图。

图5是图3的混合部件的俯视图。

图6是图3的混合部件的前立视图，示出了入口混合元件的附加细节。

图7是图2的入口混合元件的前透视图。

图8是图2的入口混合元件的后透视图。

图9A是在图3中所示的线9A-9A处截取的流动横截面。

图9B是在图3中所示的线9B-9B处截取的流动横截面。

图9C是在图3中所示的线9C-9C处截取的流动横截面。

图9D是在图3中所示的线9D-9D处截取的流动横截面。

图10是根据本发明的另一示例性实施例的具有入口混合元件的混合部件的前透视图。

图11是图10的入口混合元件的前透视图。

图12是图10的入口混合元件的后透视图。

图13是图10的入口混合元件的前立视图。

图14是图10的入口混合元件的后立视图。

图15A是图10的入口混合元件的前立视图，该入口混合元件被示出为相对于具有1:1组分体积比的进入双组分流体流和以阴影示出的第一组分呈第一旋转取向。

图15B是类似于图15A的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第二旋转取向。

图15C是图10的入口混合元件的前立视图，该入口混合元件被示出为相对于具有10:1组分体积比的进入双组分流体流和以阴影示出的第一组分呈第一旋转取向。

图15D是类似于图15C的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第二旋转取向。

图15E是类似于图15D的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第三旋转取向。

图15F是类似于图15E的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第四旋转取向。

图16是根据本发明的另一示例性实施例的具有入口混合元件的混合部件的前透视图。

图17是图16的入口混合元件的前透视图。

图18是图16的入口混合元件的前立视图。

图19是图16的入口混合元件的后立视图。

图20是图16的入口混合元件的俯视图。

图21是图16的入口混合元件的侧立视图。

图22A是图16的入口混合元件的前立视图，该入口混合元件被示出为相对于具有1:1组分体积比的进入双组分流体流和以阴影示出的第一组分呈第一旋转取向。

图22B是类似于图22A的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第二旋转取向。

图22C是图16的入口混合元件的前立视图，该入口混合元件被示出为相对于具有10:1组分体积比的进入双组分流体流和以阴影示出的第一组分呈第一旋转取向。

图22D是类似于图22C的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第二旋转取向。

图22E是类似于图22D的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第三旋转取向。

图22F是类似于图22E的前立视图，示出了入口混合元件相对于进入流体流呈第四旋转取向。

图23是根据本发明的另一示例性实施例的具有入口混合元件的混合部件的局部前透视图。

图24是图23的入口混合元件的前立视图。

具体实施方式

参照图2和图3，示出了根据本发明的示例性实施例的静态混合器10。静态混合器10包括具有一系列混合元件(或“挡板”)的混合部件12，混合元件用于沿着静态混合器10的长度以各种方式对进入流体流F的多个组分进行分隔、移位和重新结合。这些各种混合元件一起作用以彻底混合流体流F的多个组分，并且由此使在混合器10的出口20处挤出的流体混合物中未混合的流体组分的拖尾最小化。

静态混合器10包括外部导管14，在外部导管14中接收混合部件12。导管14限定进口端插座16，该进口端插座16被构造成附接到包含待混合在一起的至少两个流体组分的料筒、料筒系统或计量系统(均未示出)。例如，进口端插座16可以被连接到诺信公司可提供的任何双组分料筒系统。导管14包括成形为接收混合部件12的本体段18和从本体段18延伸的喷嘴出口20。虽然本体段18和混合部件12被示出为具有基本上正方形的横截面轮廓，但是本领域技术人员可以理解的是，各种可选的横截面形状也可以是合适的，例如圆形的或大致圆整的。

混合部件12的一系列混合元件开始于入口混合元件22，该入口混合元件22邻近进口端插座16布置，以在进入流体流F被导引到静态混合器10中时接触进入流体流F。例如，如图9A所示，进入流体流F的多个未混合组分被布置成限定与流体流的流动方向垂直的横向流动横截面。有利的是，入口混合元件22确保流体流F的多个组分中的每一个组分的一些初始分割和混合，而不管入口混合元件22绕混合部件12的中心轴线相对于进入流体流F的横向流动横截面的旋转取向如何。

混合部件12还包括布置在入口混合元件22下游的一系列混合挡板24，混合挡板24以交替的左手型和右手型(分别标记为24_L和24_R)的形式示出。每一个双楔混合挡板24用于在混合挡板24的前缘处分隔流体流，然后在混合挡板24的后缘处使流体流扩展和重新结合之前，通过部分旋转使流体流顺时针或逆时针移位或旋转。

混合部件12还可以包括一个或多个移流器元件26，例如，所述一个或多个移流器元件26在一系列混合元件中被布置在每一组的数个双楔混合挡板24之后。移流器元件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，从而提供与双楔混合挡板24形成对比的不同类型的流体移动和混合。

图3-6示出了与静态混合器10的其余部分分离的示例性混合部件12的局部部分。限定混合部件12的一系列混合元件和挡板22、24、26彼此一体地模制，以便限定混合部件12的第一侧壁28和第二侧壁30。第一侧壁28和第二侧壁30至少部分地限定混合部件12的相反侧，而在第一侧壁28和第二侧壁30之间延伸的混合部件12的另一侧保持大部分敞开或暴露于导管14的相关联内部表面32(一个内部表面被切除并且在图2中未示出)。混合元件24、26的总量在混合器10的不同实施例中可以变化。而且，应该理解的是，静态混合器10仅是其中实现了入口混合元件22的示例性混合器。

参考图6-8，更详细地示出了入口混合元件22的特征。有利地，在入口混合元件22绕静态混合器10的中心轴线相对于进入流体流F的横向流动横截面的每一个可能的旋转取向上，入口混合元件22都提供进入流体流F的第一流体组分和第二流体组分中的每一个的初始分隔和混合。换句话说，不管静态混合器10被旋拧到从中导引流体流F的流体料筒(未示出)或类似分配装置上的程度如何，入口混合元件22都有效地提供该初始分配和混合。

如下面更详细描述的，入口混合元件22通过将流体流F分隔成至少第一流体流部分和第二流体流部分来混合进入流体流F，每一个流体流部分都包含一定量的进入流体流F的未混合的第一组分和第二组分。入口混合元件22然后将第一流体流部分和第二流体流部分重新结合，并且将混合物导引到下游以通过另外的混合元件(例如，混合挡板24和移流器元件26)进一步混合该混合物。以这种方式，进入流体流F的初始未混合组分被充分混合以在它们到达混合器出口时形成均匀的混合物，并且基本上防止了挤出混合物中的一个或两个流体组分的不期望的拖尾。

将意识到，下面使用的基于取向的标注，诸如“竖直”、“水平”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“上”、“下”、“向上”、“向下”和类似的术语，如参照附图中所示的示例性实施例的元件所使用的，仅用于说明的目的，并且指的是如这些图中所示的这些元件的示例性取向。此外，将意识到，所示出的实施例可以以涵盖在本公开的范围内的各种替换取向来取向。因此，本文使用的基于取向的标注并不旨在将本发明的范围限制为实施例的任何特定取向。

如图6-8最佳所示，入口混合元件22包括入口分隔壁34，该入口分隔壁34在大致水平的方向上延伸，并且包括面向进入流体流F的前缘36、后缘38、平坦上表面40和对置的平坦下表面(未示出)。前缘36由从上表面40有角度地向下延伸的左前成角度表面42限定，并且进一步由从底表面有角度地向上延伸的右前成角度表面44限定。后缘38由下面更详细描述的第一钩段46和第二钩段48限定。

入口混合元件22还包括平坦前面板50，该前面板50限定平坦前表面52，该平坦前表面52竖直延伸并且大致横向于入口分隔壁34并且横向于混合器10的纵向轴线。前面板50包括：上前面板部分54，其主要在入口混合元件22的右上象限中延伸；和一体地形成的下前面板部分56，其主要在入口混合元件22的左下象限中延伸。上前面板部分54限定入口混合元件22的顶部58和右侧60，并且下前面板部分56限定入口混合元件22的底部62和左侧64。

上前面板部分54和下前面板部分56形成有类似的结构，每一个结构包括本体66和从本体66延伸的支腿68。上前面板部分54的支腿68向下延伸到右下象限中，而下前面板部分56的支腿68向上延伸到左上象限中。每一个支腿68都包括楔形物70，该楔形物70从入口混合元件22的相应右侧60和左侧64向外突出。如图6所示，楔形物70向外突出超过位于入口混合元件22下游的混合挡板24的侧面。

在上前面板部分54的本体66和下前面板部分56的支腿68之间的平坦前面板50的左上象限中限定有上流体门72。在下前面板部分56的本体66和下前面板部分54的支腿68之间的右下象限中限定有下流体门74。

如图6所示，混合元件22的平坦前面板50形成有由顶部58和底部62之间的垂直距离限定的高度H。此外，平坦前面板50形成有宽度W，该宽度W由右侧60和左侧64之间的垂直距离限定。如图所示，入口混合元件22可以形成为使得其高度H小于其宽度W，由此限定具有非正方形矩形形状的假想外周。此外，宽度W可以大致等于至少紧接着的下游混合挡板24的对应宽度。此外，高度H可以小于至少紧接着的下游混合挡板24的对应高度。该高度差限定了：上流体槽76，其横跨入口混合元件22的顶部58侧向延伸并且侧向地通向上流体门72；下流体槽78，其横跨入口混合元件22的底部62侧向延伸并且侧向地通向下流体门74。

可以理解的是，入口混合元件22可以形成有高度H和宽度W，所述高度H和宽度W彼此具有各种替代关系，并且与紧接着的下游混合挡板24的对应高度和宽度具有各种替代关系，以适于限定与本文所示和所描述的上流体槽76和下流体槽78类似的第一流体槽和第二流体槽。

如图8所示，上前面板部分54的下游侧限定从入口分隔壁34的上表面40竖直向上延伸的上偏转表面80。类似地，下前面板部分56的下游侧限定从入口分隔壁34的下表面竖直向下延伸的下偏转表面82。偏转表面80、82中的每一个包括相对于流体流以不同角度取向的第一平坦表面84和第二平坦表面86，与第一平坦表面84相比，第二平坦表面86相对于流体流以更尖锐的角度取向。

已经描述了示例性入口混合元件22的结构特征，现在将描述由入口混合元件22对被导引到静态混合器10中的进入双组分流F施加的定向移动。

在流体流F穿过导管14的进口16被引入到静态混合器10中时，流体流F接触入口混合元件22的平坦前表面52。流体流F然后被入口分隔壁34的前缘36水平分隔，并且被前面板部分本体66的内边缘竖直分隔成上流体流部分和下流体流部分，每一个流体流部分包含一定量的原始进入流体流F的每一个组分。例如，上流体流部分可以包含第一量的流体流F的第一组分和第一量的流体流F的第二组分。同时，下流体流部分可以包含第二量的第一组分和第二量的第二组分。因此，进入流体流F的每一个组分被入口混合元件22分隔。如上所述，入口混合元件22的独特结构构造能够实现进入流体流组分的类似分隔，而不管混合部件12以及其入口混合元件22相对于进入流体流F的横向流动横截面的旋转取向如何。

上流体流部分然后被压缩并且被导引穿过上流体门72和上流体槽76，而下流体流部分被压缩并且被导引穿过下流体门74和下流体槽78。在经过上流体门72时，上流体流部分横跨入口分隔壁34的上表面40流动，并且侧向扩展以接触上偏转表面80。同时，在经过下流体门74时，下流体流部分横跨入口分隔壁34的下表面流动并且侧向扩展以接触下偏转表面82。

在侧向扩展之后，上流体流部分和下流体流部分朝向入口分隔壁34的后缘38前进。第一钩段46向上引导下流体流部分，并且第二钩段48向下引导上流体流部分，由此使上流体流部分和下流体流部分重新结合。重新结合的流体流然后朝向混合挡板24向下游前进以进一步混合。

有利的是，由入口混合元件22限定的上流体槽76和下流体槽78增大了流体流对上分隔钩段88和下分隔钩段90或在布置在下游的混合挡板24的前缘上的形成的类似的流体分隔元件的暴露，如图3和图6最佳所示。更具体地说，上流体槽76与上钩段88的外部末端对准并且将上流体流部分朝向上钩段88的外部末端导引，下流体槽78与下钩段90的外部末端对准并且将下流体流部分朝向下钩段90的外部末端导引。上流体流部分和下流体流部分直接暴露于下游混合挡板24的钩段88、90能够增强在入口混合元件22下游的第一流体组分和第二流体组分的混合，从而减少上述的不期望的拖尾效应。

在上面提供的总体流动描述的说明中，图9A-9D示意性地示出了针对被导引穿过静态混合器10的混合部件12的样本流体流的一系列流动横截面。流动横截面被大致横向于流体流的流动方向截取。所示的样本流体流具有1:1体积比的第一流体组分A和第二流体组分B。在图3中示出了截取流动横截面的沿着混合部件12的特定位置。为此，图9A和图9B示出了与沿着入口混合元件22的位置对应的流动横截面，而图9C和图9D示出了与沿着布置在入口混合元件22下游的混合挡板24的位置对应的流动横截面。

如图9A所示，并且如图3中虚线所示，进入流体流的两个流体组分A、B在它们接近入口混合元件22的前面板50时未混合。图9B示出了已被入口分隔壁34和平坦前面板50分隔成上流体流部分和下流体流部分之后，并且现在经过上流体门72和下流体门74以及上流体槽76和下流体槽78的流体流。特别地，组分A被分隔成经过上流体门72和下流体槽78，而组分B被分隔成经过下流体门74和上流体槽76。因此，每一个流体流组分A、B已经被入口混合元件22分隔成上流部分和下流部分。

基于混合部件12相对于附图中所示的两个流体组分A、B的示例性旋转取向，对于本领域技术人员显而易见的是，入口混合部件22有效地将每一个组分A、B分隔成至少第一部分和第二部分，而不管混合部件12相对于由组分A、B限定的横向流动横截面的旋转取向如何。此外，尽管图9A-9D的样本流体流被示出为具有1:1的组分A与组分B的体积比，但可以理解，包括入口混合元件22的混合部件12将类似地混合具有例如范围从1:1直到并且包括10:1的第一组分和第二组分的各种替代体积比的流体流。这一点对于本文所描述的替代实施例也是可以理解的。

在初始混合流体流从入口混合元件22向下游前进时，混合流体流进一步被混合挡板24混合，以便渐进地增大流体流部分中的组分A、B的层数量，同时减小每层的厚度，例如，如图9C和图9D所示。以这种方式，两个流体组分A、B被混合在一起以形成从静态混合器10挤出的大致均匀的混合物，而没有未混合的流体组分的拖尾。

下面结合图10-24描述根据本发明的示例性替代实施例的另外的混合元件。类似于入口混合元件22，不管入口混合元件绕混合部件的中心轴线相对于进入流体流的横向流动横截面的旋转取向如何，每一个示例性替代混合元件都确保进入流体流的多个组分中的每一个组分的一些初始分隔和混合。更具体地，不管入口混合元件相对于流动横截面的旋转取向如何，入口混合元件的入口分隔壁都将进入流体流分隔成内流体流部分和外流体流部分，该外流体流部分围绕该内流体流部分。内流体流部分和外流体流部分中的每一个均包含一定量的进入流体流的第一流体组分和一定量的进入流体流的第二流体组分。

参考图10-14，示出了根据本发明的另一示例性实施例的具有入口混合元件102的混合部件100。入口混合元件102包括入口分隔壁104，该入口分隔壁104沿着混合部件100的轴向方向延伸，并且在周向上延伸，以便将进入流体流F分隔成内流体流部分和外流体流部分，外流体流部分围绕该内流体流部分。

入口分隔壁104限定开口106，内流体流部分被导引穿过该开口106。入口分隔壁104可以形成为限定具有闭合横截面形状的开口106。因此，入口分隔壁104完全围绕该内流体流部分，并且将内流体流部分与外流体流部分完全分离。如图10-14所示，入口分隔壁104可以形成有具有大致倒D形的横截面，由此为开口106提供相似的形状。如图10和图13所示，入口分隔壁104可以从混合部件100的进口端延伸，使得开口106的中心从混合部件100的中心轴线和入口混合元件102的对应的轴向中心侧向地偏移。

入口分隔壁104从入口混合元件的后壁108轴向向外突出，后壁108与下游混合挡板24一体地形成或以其它方式联接到下游混合挡板24。后壁108主要形成在入口混合元件102的左半部处并且从入口分隔壁104径向向外延伸，以限定入口混合元件102的左侧110、顶部112和底部114。入口分隔壁104限定入口混合元件102的右侧116。后壁108包括：平坦部分118，其从左侧110朝向入口混合元件102的轴向中心向内侧向延伸；以及弯曲部分120，其从平坦部分118在下游方向上延伸。后壁108的平坦部分118和弯曲部分120被定位成使外流体流部分在下游方向上偏转。

内偏转壁122接合入口分隔壁104的上侧部分、下侧部分和右侧部分，并且可以在这些分隔壁部分的接合部处被圆整，以使内流体流部分汇集穿过内部通道124，该内部通道124延伸穿过后壁108。内偏转壁122和入口分隔壁104的内表面可以成形为形成也具有大致倒D形的内部通道124。

在使用时，主要参考图11-14，具有第一流体组分和第二流体组分的进入流体流被朝向入口混合元件102导引，并且被入口分隔壁104分隔成内流体流部分和外流体流部分，外流体流部分围绕该内流体流部分。更具体地说，引入流体流被分隔，使得内流体流部分和外流体流部分中的每一个均包含一定量的第一流体组分和一定量的第二流体组分。

内流体流部分经过入口分隔壁104的开口106并且朝向内部通道124。内流体流部分的一部分可以接触内偏转壁122，该内偏转壁122的内部曲率使内流体流部分朝向内部通道124汇集并且穿过内部通道124。同时，外流体流部分经过入口分隔壁104的外侧，以围绕该内流体流部分。外流体流部分的一部分可以接触后壁108的平坦部分118和弯曲部分120，所述平坦部分118和弯曲部分120将外流体流部分朝向混合部件100的中心轴线向内并且向下游偏转。在入口混合元件102的下游侧，如图12和图14所示，内流体流部分和外流体流部分在传递到下游混合挡板24以进一步混合之前被重新结合。

参考图15A和图15B，入口混合元件102分别以相对于进入流体流的横向流动横截面的第一示例性旋转取向和第二示例性旋转取向示出。示出流体流具有1:1组分体积比的第一流体组分和第二流体组分，第一流体组分(标记为A)以阴影示出。第二流体组分可以占据未被第一组分占据的流动横截面的至少大部分(参见例如图9A)。如图15A和图15B中所示，不管入口混合元件102相对于横向流动横截面的旋转取向如何，入口分隔壁104都在内流体流部分与外流体流部分之间分隔第一流体组分和第二流体组分中的每一个流体组分。

参考图15C-15F，以相对于进入流体流的横向流动横截面的四个示例性旋转取向示出入口混合元件102。示出流体流具有10:1组分体积比的第一流体组分和第二流体组分，第一组分(标记为A)以阴影示出。此外，不管入口混合元件102相对于横向流动横截面的旋转取向如何，入口分隔壁104都在内流体流部分与外流体流部分之间分隔第一流体组分和第二流体组分中的每一个。

参考图16-21，示出了根据本发明的另一示例性实施例的具有入口混合元件132的混合部件130。类似于图10-15F的入口混合元件102，入口混合元件132包括入口分隔壁134，该入口分隔壁134沿着混合部件130的轴向方向延伸，并且在周向上延伸，以便将进入流体流F分隔成内流体流部分和外流体流部分，外流体流部分围绕该内流体流部分。

如图17和图18所示，入口分隔壁134大致为环形，并且从后壁结构136轴向向外突出。入口分隔壁134包括大致环形的外分隔壁段138和大致环形的内分隔壁段140，该内分隔壁段140位于外分隔壁段138的径向内侧并且被外分隔壁段138围绕。内分隔壁段140限定将流体朝向水平分隔面板144导引的圆形中央开口142和从后壁结构136延伸的竖直分隔面板146，如图18和图19中最佳示出的。竖直分隔面板146包括上钩段148和下钩段150，所述上钩段148和下钩段150在上游方向上有角度地延伸以限定竖直分隔面板146的前缘。在一个实施例中，如图16所示，竖直分隔面板146及其钩段148、150可与下游混合挡板24一体地形成。

上流体门152径向向内延伸穿过后壁结构136和入口分隔壁134的左上象限，并且通向中央开口142。类似地，下流体门154径向向内延伸穿过后壁结构136和入口分隔壁134的右下象限，并且通向中央开口142。在流体门152、154接近中央开口142时，上流体门152和下流体门154中的每一个可在宽度上渐缩。因此，上流体门152和下流体门154将后壁结构136和入口分隔壁134分隔成左部分156和右部分158，左部分156和右部分158在入口混合元件132的下游侧处通过水平分隔面板144和竖直分隔面板146接合在一起，如图18-20所示。

如图17和图18最佳所示，后壁结构136被成形为对外流体流部分施加顺时针旋转，并且入口分隔壁134被成形为对内流体流部分的外部段施加逆时针旋转。更具体地，后壁结构136包括：第一外挡板160，其被形成在入口混合元件132的左部分156上；以及第二外挡板162，其被形成在入口混合元件132的右部分158上。外挡板160、162每一个均倾斜以使外流体流在顺时针旋转方向上偏转，如图18中的方向箭头所示。

入口分隔壁134形成有第一内挡板164，该第一内挡板164在入口混合元件132的左部分156上在内分隔壁段140和外分隔壁段138之间环形地延伸。第二内挡板166在入口混合元件132的右部分158上在内分隔壁段140和外分隔壁段138之间环形地延伸。内挡板164、166每一个均倾斜以使内流体流部分的外部段在逆时针旋转方向上偏转，如图18中的方向箭头所示。如上所述，内流体流部分的最内段不受阻碍地经过由内分隔壁段140限定的中央开口142，直到内流体流部分的该最内段在入口混合元件132的下游侧处接触水平和竖直分隔面板144、146为止。

图20和图21分别示出了入口混合元件132的俯视图和右侧视图，并且示出了如上所述的入口分隔壁134和后壁结构136的附加结构细节。例如，如图20所示，由上钩段148和下钩段150限定的竖直分隔面板146的前缘可位于水平分隔面板144的前缘的下游。

在使用时，主要参考图17-19，具有第一流体组分和第二流体组分的进入流体流朝向入口混合元件132被导引。进入流体流被外分隔壁段138分隔成内流体流部分和外流体流部分，该内流体流部分经过外分隔壁段138的径向内侧，该外流体流部分经过外分隔壁段138的径向外侧并且围绕该内流体流部分。内流体流部分和外流体流部分中的每一个均具有一定量的第一流体组分和一定量的第二流体组分。

内分隔壁部140进一步将内流体流部分分隔成外流体段和最内流体段，该外流体段在内分隔壁段138和外分隔壁段140之间经过，该最内流体段经过内分隔壁段140的径向内侧并经过中央开口142。然后，外流体段通过第一内挡板164和第二内挡板166在逆时针方向上偏转。更具体地说，第一内挡板164导引外流体段的对应部分朝向并穿过下流体门154，并且第二内挡板166导引外流体段的对应部分朝向并穿过下流体门154。同时，内流体流部分的最内流体段不受阻碍地穿过中央开口142，并且可以在水平分隔面板144和竖直分隔面板146的上游位置处至少部分地与外流体段重新结合。

尽管流体流的内流体流部分大致如上所述被导引，但外流体流部分通过第一外挡板160和第二外挡板162在顺时针方向上偏转。更具体地说，第一外挡板160导引外流体流部分的对应部分朝向并穿过上流体门152，并且第二外挡板162导引外流体流部分的对应部分朝向并穿过下流体门154。因此，外流体流部分可以在水平分隔面板144和竖直分隔面板146上游的位置处至少部分地与内流体流部分的至少外部段重新结合。

尽管入口混合元件132被示出和描述为对外流体流部分施加顺时针旋转并且对内流体流部分施加逆时针旋转，但应该理解的是，内挡板164、166和外挡板160、162可以被成形为在流体流部分上施加各种替选的旋转效果。

大致如上所述，由于内流体流部分和外流体流部分被导引穿过上流体门152和下流体门154并穿过中央开口142，所以内流体流部分的至少最内流体段可以被水平分隔面板144进一步分隔成上部分和下部分。上部分可以通过竖直分隔面板146的上钩段148进一步竖直分隔，并且下部分可以通过竖直分隔面板146的下钩段150进一步竖直分隔。然后，从入口混合元件132向下游流动的各种流体流部分的混合物通过混合部件130的混合挡板24进一步混合。

参照图22A和图22B，入口混合元件132分别以相对于进入流体流的横向流动横截面的第一示例性旋转取向和第二示例性旋转取向示出。示出流体流具有1:1组分体积比的第一流体组分和第二流体组分，第一组分(标记为A)以阴影示出。第二流体组分可以占据未被第一流体组分占据的流动横截面的至少大部分(参见，例如图9A)。如图22A和图22B所示，不管入口混合元件132相对于横向流动横截面的旋转取向如何，外分隔壁段138都在内流体流部分和外流体流部分之间分隔第一流体组分和第二流体组分中的每一个，如上所述。

参考图22C-22F，以相对于进入流体流的横向流动横截面的四个示例性旋转取向示出了入口混合元件132。示出流体流具有10:1组分体积比的第一流体组分和第二流体组分，第一组分(标记为A)以阴影示出。此外，不管入口混合元件132相对于横向流动横截面的旋转取向如何，入口分隔壁134都在内流体流部分与外流体流部分之间分隔第一流体组分和第二流体组分中的每一个。

应该理解，在替代实施例中，入口混合元件132的各种特征的相对大小可以变化。例如，图23和图24示出了根据示例性替代实施例的具有入口混合元件172的混合部件170，其中入口混合元件172的某些特征的相关大小不同于入口混合元件132的相关大小。就此而言，除下文另外描述之外，入口混合元件172在结构上与入口混合元件132在很大程度上类似，如通过使用类似的附图标记所指示。

最显著的是，入口混合部件172的入口分隔壁174包括内分隔壁段176，该内分隔壁段176形成有大致比入口混合部件132的内分隔壁段140的直径小的直径。因此，与入口混合元件132相比，对于入口混合元件172而言，外分隔壁段直径与内分隔壁段直径的比率更大。为此，在示例性实施例中，入口混合元件172的分隔壁直径比可以是大约2.1:1，而入口混合元件132的对应的分隔壁直径比可以是大约1.7:1。结果，入口混合元件172的第一内挡板178和第二内挡板180的径向宽度大于入口混合元件132的第一内挡板164和第二内挡板166的对应径向宽度，如在比较例如图18和图24时将理解的那样。

另外，入口混合元件172的上流体门182和下流体门184可以形成有比入口混合元件132的上流体门152和下流体门154更小的周向宽度。因此，入口混合元件172的第一内挡板178和第二内挡板180可以形成有比入口混合元件132的内挡板164、166更大的周向长度，如在比较例如图18和图24时将理解的那样。

虽然已经通过对本发明的特定实施例的描述示出了本发明，并且虽然已经以相当的细节描述了实施例，但是本发明不旨在将所附权利要求的范围约束或以任何方式限制于这样的细节。所本文讨论的各种特征可以被单独地或在任何组合中使用。对于本领域技术人员而言，其它的优点和修改将是显而易见的。因此，本发明在更广泛的方面上不限于所示出和描述的具体细节、代表性装置和方法以及说明性示例。因此，在不脱离总体发明构思的范围的情况下，可以根据这些细节作出偏离。

Claims (13)

1.一种入口混合元件，所述入口混合元件用于混合具有第一未混合组分和第二未混合组分的进入流体流，所述入口混合元件被布置成限定与所述进入流体流的流动方向垂直的横向流动横截面，所述入口混合元件包括：

中心轴线，所述中心轴线被构造为与所述进入流体流的所述流动方向对准；

入口分隔壁，所述入口分隔壁平行于所述中心轴线延伸；和

平坦前面板，所述平坦前面板包括上前面板部分和下前面板部分，所述平坦前面板被布置在所述入口分隔壁的前缘处并且大致横向于所述中心轴线延伸，

其中所述入口分隔壁和所述平坦前面板被定位成将所述进入流体流分隔成第一流体流部分和第二流体流部分，所述第一流体流部分和所述第二流体流部分中的每一个流体流部分包含第一组分量和第二组分量，

其中所述平坦前面板和所述入口分隔壁限定在所述平坦前面板的第一象限中的上流体门且限定在所述平坦前面板的第二象限中的下流体门，所述第一流体流部分被导引穿过所述上流体门，所述第二流体流部分被导引穿过所述下流体门，

其中所述上前面板部分具有部分地限定所述下流体门的第一边缘和部分地限定从所述上流体门延伸的上流体槽的、与所述第一边缘相反的第二边缘，

其中所述下前面板部分具有部分地限定所述上流体门的第一边缘和部分地限定从所述下流体门延伸的下流体槽的、与所述第一边缘相反的第二边缘，并且

其中所述入口分隔壁和所述平坦前面板被构造成在所述入口混合元件绕所述入口混合元件的中心轴线相对于所述进入流体流的所述横向流动横截面的任何旋转取向上将所述进入流体流分隔成所述第一流体流部分和所述第二流体流部分。

2.根据权利要求1所述的入口混合元件，其中所述进入流体流具有范围从1:1到10:1的所述第一组分与所述第二组分的体积比。

3.根据权利要求1所述的入口混合元件，其中除了所述上流体门之外，所述第一流体流部分还被导引穿过所述第一流体槽，并且除了所述下流体门之外，所述第二流体流部分还被导引穿过所述下流体槽。

4.根据权利要求3所述的入口混合元件，其中所述平坦前面板具有在横向于所述中心轴线的第一方向上测量的第一尺寸和在横向于所述中心轴线的第二方向上测量的第二尺寸，所述第一方向和所述第二方向彼此垂直，并且所述第一尺寸小于所述第二尺寸以限定所述第一流体槽和所述第二流体槽。

5.根据权利要求1所述的入口混合元件，其中所述入口混合元件被构造成使所述第一流体流部分和所述第二流体流部分重新结合以形成所述第一组分和所述第二组分的混合物。

6.一种用于混合具有第一组分和第二组分的流体流的静态混合器，所述静态混合器包括：

混合器导管，所述混合器导管具有进口端和出口端，所述进口端接收所述流体流的所述第一组分和所述第二组分，所述出口端分配所述第一组分和所述第二组分的混合物；和

混合部件，所述混合部件被布置在所述混合器导管内，并且所述混合部件被构造成混合所述第一组分和所述第二组分以形成所述混合物，

其中所述混合部件包括靠近所述进口端布置的根据权利要求1所述的入口混合元件和被布置在所述入口混合元件的下游的多个混合挡板。

7.根据权利要求6所述的静态混合器，其中所述入口混合元件被构造成使所述第一流体流部分和所述第二流体流部分重新结合以形成所述第一组分和所述第二组分的混合物。

8.根据权利要求7所述的静态混合器，其中所述多个混合挡板被构造成进一步混合所述第一组分和所述第二组分的混合物。

9.一种用静态混合器混合流体流的第一组分和第二组分的方法，所述静态混合器包括混合器导管和混合部件，所述混合部件具有入口混合元件和多个混合挡板，所述多个混合挡板被布置在所述入口混合元件的下游，所述方法包括：

将具有所述第一组分和所述第二组分的所述流体流引入到所述混合器导管的进口端中，所述第一组分和所述第二组分被布置成限定与所述流体流的流动方向垂直的横向流动横截面；

迫使所述流体流与所述入口混合元件接触，所述入口混合元件具有与所述流体流的流动方向对准的中心轴线，其中所述迫使包括：

通过用平坦前面板使所述流体流偏转来用入口分隔壁将所述流体流分隔成第一流体流部分和第二流体流部分，所述平坦前面板被布置在所述入口分隔壁的前缘处并且大致横向于所述中心轴线延伸，所述平坦前面板包括上前面板部分和下前面板部分，所述第一流体流部分和所述第二流体流部分中的每一个流体流部分包含第一组分量和第二组分量，其中所述平坦前面板和所述入口分隔壁限定在所述平坦前面板的第一象限中的上流体门且限定在所述平坦前面板的第二象限中的下流体门，所述第一流体流部分被导引穿过所述上流体门，所述第二流体流部分被导引穿过所述下流体门，其中所述上前面板部分具有部分地限定所述下流体门的第一边缘和部分地限定从所述上流体门延伸的上流体槽的、与所述第一边缘相反的第二边缘，并且其中所述下前面板部分具有部分地限定所述上流体门的第一边缘和部分地限定从所述下流体门延伸的下流体槽的、与所述第一边缘相反的第二边缘；以及

使所述第一流体流部分和所述第二流体流部分重新结合以形成所述第一组分和所述第二组分的混合物；和

将所述混合物导引到所述入口混合元件的下游以进一步被所述混合挡板混合，

其中所述入口混合元件被构造成在所述入口混合元件绕所述入口混合元件的中心轴线相对于所述流体流的所述横向流动横截面的任何旋转取向上将所述流体流分隔成所述第一流体流部分和所述第二流体流部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述入口分隔壁和所述平坦前面板被构造成当所述流体流具有范围从1:1到10:1的所述第一组分与所述第二组分的体积比时分隔所述流体流。

11.根据权利要求9所述的方法，其中迫使所述流体流与所述入口混合元件接触还包括

导引所述第一流体流部分穿过所述上流体门和所述上流体槽，并且

导引所述第二流体流部分穿过所述下流体门和所述下流体槽。

12.根据权利要求11所述的方法，其中导引所述第一流体流部分穿过所述上流体门包括允许所述第一流体流部分在横跨所述入口分隔壁的第一侧的第一方向上侧向地扩展，并且导引所述第二流体流部分穿过所述下流体门包括允许所述第二流体流部分在横跨所述入口分隔壁的第二侧的第二方向上侧向地扩展。

13.根据权利要求11所述的方法，其中导引所述第一流体流部分和所述第二流体流部分穿过所述第一流体槽和所述第二流体槽包括将所述第一流体流部分和所述第二流体流部分朝向分隔元件导引，所述分隔元件被设置在被布置在所述入口混合元件的下游的所述多个混合挡板中的至少一个混合挡板上。

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