CN108430615B - 静态混合器 - Google Patents

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    • B01F25/40—Static mixers
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    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/432—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa
    • B01F25/4321—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa the subflows consisting of at least two flat layers which are recombined, e.g. using means having restriction or expansion zones

Abstract

一种静态混合器，包括壳体、第一入口通道、第二入口通道、沿着第一轴线与第一入口通道对准的第一出口通道以及沿着第二轴线与第二入口通道对准的第二出口通道。该静态混合器还包括在第一入口通道与第二出口通道之间的第一开口以及在第二入口通道与第一出口通道之间的第二开口。

Description

静态混合器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年11月13日提交的共同在审的美国临时专利申请No.62/254,954的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种静态混合器。
背景技术
存在实施类似的一般原理以将流体混合在一起的多种常规静止(即，静态)混合器类型。具体地，通过将流体分割并且以重叠的方式重组而将流体混合在一起。这个作用是通过迫使流体通过一系列交替几何形状的挡板而实现的。这种分割和重组使得流体层被混合以扩散通过彼此，最终导致流体的大致均匀混合。
参考图1，常规的静态混合器10被示出为具有一系列交替的挡板14，该一系列交替的挡板14由位于壳体26中以进行连续的分割和重组的右手混合挡板18和左手混合挡板22构成。使用静态混合器10经常导致拖尾现象，其中，穿过混合器的沿着混合器壳体26的内表面形成的流体拖尾基本上不混合。
此外，为了实现充分的混合(即，大体均匀的混合物)，必须将附加挡板18、22放置在混合器10中以使材料彻底扩散，由此增加混合器的总长度。图1的常规混合器10包括从入口端34延伸到出口端38的长度30。混合器长度的这种增加在许多静止的混合器应用(诸如，手持式混合器分配器)中是不可接受的。另外，较长的混合器通常具有较高的保留体积并且因此具有较高的废料量。当处理昂贵的材料时，特别不希望有大量废料。换句话说，常规静态混合器10的长度30较大，导致在任何输出可用之前必须穿过静态混合器10的大量废料。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种混合器元件，其包括第一波形区段，该第一波形区段具有第一引导壁、第二引导壁以及在第一引导壁与第二引导壁之间延伸的第一分隔壁。混合器元件还包括第一入口腔室和第一出口腔室，第一入口腔室部分地由第一引导壁和第一分隔壁限定，第一出口腔室部分地由第一引导壁和第一分隔壁限定。混合器元件还包括第二入口腔室和第二出口腔室，第二入口腔室部分地由第二引导壁和第一分隔壁限定，第二出口腔室部分地由第二引导壁和第一分隔壁限定。第一开口至少部分地由第一分隔壁限定，该第一开口使第一入口腔室与第二出口腔室流体连通。第二开口至少部分地由第一分隔壁限定，该第二开口使第二入口腔室与第一出口腔室流体连通。
本发明的另一方面提供了一种静态混合器，其包括壳体、第一入口通道、第二入口通道、沿着第一轴线与第一入口通道对准的第一出口通道以及沿着第二轴线与第二入口对准的第二出口通道。静态混合器还包括在第一入口通道与第二出口通道之间的第一开口以及在第二入口通道与第一出口通道之间的第二开口。
本发明的另一方面提供了一种静态混合器，其包括壳体，壳体具有入口和出口，入口和出口限定在入口与出口之间的材料流动路径。静态混合器还包括被定位在壳体内的混合器组件。混合器组件包括第一混合器元件和第二混合器元件，第二混合器元件被定位在第一混合器元件的在材料流动路径中的下游。第一混合器元件包括多个一级入口通道、多个一级出口通道以及多个一级开口。所述多个一级开口中的每个一级开口将所述多个一级入口通道中的至少一个一级入口通道与相邻于所述多个一级入口通道中的该至少一个一级入口通道的所述多个一级出口通道中的至少一个一级出口通道连接。第二混合器元件包括多个二级入口通道、多个二级出口通道以及多个二级开口。所述多个二级开口中的每个二级开口将所述多个二级入口通道中的至少一个二级入口通道与相邻于所述多个二级入口通道中的该至少一个二级入口通道的所述多个二级出口通道中的至少一个二级出口通道连接。
通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解的是，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或下面的附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践或实施。
附图说明
图1是常规静态混合器的侧视图。
图2是根据本发明的一方面的静态混合器的侧视图。
图3是图2的静态混合器的分解图，其示出了混合器组件。
图4是图3的混合器组件的混合器元件的透视图。
图5是图4的混合器元件的正视图。
图6是图4的混合器元件的俯视图。
图7是图4的混合器元件的后视图。
图8是图4的混合器元件的仰视图。
图9是图4的混合器元件的侧视图。
图10是图3的混合器组件的透视图。
图11是图10的混合器组件的俯视图。
图12是图10的混合器组件的侧视图。
图13是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图14是图13的混合器元件的侧视图。
图15是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图16是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图17是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图18是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图19是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图20是图19的混合器元件的正视图。
图21是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图22是图21的混合器元件的侧视图。
图23是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图24是图23的混合器元件的侧视图。
图25是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图26是图25的混合器元件的侧视图。
图27是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图28是图27的混合器元件的侧视图。
图29是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图30是图29的混合器元件的侧视图。
图31是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图32是图31的混合器元件的侧视图。
图33是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图34是图33的混合器元件的侧视图。
图35是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图36是图35的混合器元件的侧视图。
图37是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图38是图37的混合器元件的侧视图。
图39是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图40是图39的混合器元件的侧视图。
图41是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图42是图41的混合器元件的侧视图。
图43是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图44是图43的混合器元件的侧视图。
图45是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图46是图45的混合器元件的侧视图。
图47是根据本发明的另一方面的混合器元件的透视图。
图48是图47的混合器元件的侧视图。
图49是根据本发明的另一方面的混合器组件的透视图。
图50是根据本发明的另一方面的混合器组件的透视图。
图51是根据本发明的另一方面的混合器组件的透视图。
图52是根据本发明的另一方面的混合器组件的透视图。
图53是根据本发明的另一方面的混合器组件的透视图。
图54是根据本发明的另一方面的混合器组件的透视图。
图55是混合器元件的截面图，其示出了进入混合器元件的两种不同材料。
图56是在下游截取以示出离开混合器元件的两种不同材料的图55的混合器元件的截面图。
图57是示出了进入混合器元件的六种不同材料的混合器元件的截面图。
图58是在下游截取以示出离开混合器元件的六种不同材料的图57的混合器元件的截面图。
图59A是根据本发明的一方面的混合器组件的俯视图。
图59B是沿着图59A中所示的线59B-59B截取的图59A的混合器组件的截面图，其示出了行进穿过混合器组件的两种材料。
图59C是沿着图59A中所示的线59C-59C截取的图59A的混合器组件的截面图，其示出了行进穿过混合器组件的两种材料。
图59D是沿着图59A中所示的线59D-59D截取的图59A的混合器组件的截面图，其示出了行进穿过混合器组件的两种材料。
图59E是沿着图59A中所示的线59E-59E截取的图59A的混合器组件的截面图，其示出了行进穿过混合器组件的两种材料。
图59F是沿着图59A中所示的线59F-59F截取的图59A的混合器组件的截面图，其示出了行进穿过混合器组件的两种材料。
图60是示出了穿过各种静态混合器的粘合剂混合物获得的最大抗拉强度的实证结果的图表。
具体实施方式
参考图2和图3，示出了根据本发明的一个实施例的静态混合器100。该静态混合器100包括壳体104和接纳在壳体104内的混合器组件108。具体地，壳体104包括形成有入口接套116的入口端112和形成有管嘴124的出口端120。入口端112和出口端120限定在其间延伸的材料流动路径。换句话说，入口端112在材料流动路径上位于出口端120的上游。在所示的实施例中，入口接套116形成为钟罩型入口，但是在替代实施例中，入口接套116可以形成作为卡口式入口。还可以使用本领域普通技术人员已知的其它入口构造。
继续参考图2，静态混合器100包括比常规静态混合器10的总长度30小的总长度126。如下面更详细地解释的，与常规的混合器10相比，该静态混合器100能够利用较短的总长度(即，较少浪费的材料)产生更均匀的混合物(即，改进的结果)。参考图3，混合器组件108被接纳在由壳体104限定的腔室128(即，通道)内。在所示实施例中，腔室128是方形的且带有四个腔室壁132。在替代实施例中，腔室128可以是圆形的以对应于圆形的混合器元件(参见例如图19-图20所示的混合器元件836)。混合器组件108包括四个混合器元件135A、136B、136C、136D，在图4-图9中示出了该四个混合器元件中的一个混合器元件。如下面更详细解释的，两种或更多种分开的流体(例如，气体、液体和/或流态化固体)进入壳体104的入口端112，穿过混合器组件108并且作为均匀的混合物通过出口端120离开。
参考图4-图9，混合器元件136包括六个入口通道141-146(图5)和六个出口通道151-156(图7)。为了该说明的目的，如图4所示，入口通道141-146和出口通道151-156从左到右编号一到六。入口通道141-146位于出口通道151-156的材料流动路径中的上游。参考图6，出口通道151-156中的每个沿着轴线161-166与对应的入口通道141-146对准。例如，第一出口通道151沿着第一轴线161与第一入口通道141对准，并且第二出口通道152沿着第二轴线162与第二入口通道142对准。另外，第三出口通道153沿着第三轴线163与第三入口通道143，以此类推。第一轴线161大致平行于第二轴线162。在图4-图9所示的实施例中，所有轴线161-166彼此平行。
混合器元件136还包括第一组开口170-174和第二组开口175-179。具体地，第一组开口170-174包括第一开口170、第三开口171、第五开口172、第七开口173和第九开口174(即，上开口)。第二组开口175-179包括第二开口175、第四开口176、第六开口177、第八开口178和第十开口179(即，下开口)。特别地，五个开口170-174定位在入口通道141、143、145与出口通道152、154、156之间。类似地，五个开口175-179定位在入口通道142、144、146与出口通道151、153、155之间。具体地，第一开口170在第一入口通道141与第二出口通道152之间，并且第二开口175在第二入口通道142与第一出口通道151之间。另外，第三开口171在第三入口通道143与第二出口通道152之间，并且第四开口176在第二入口通道142与第三出口通道153之间。换句话说，开口170-179使入口通道141-146与出口通道151-156中的相邻的一个出口通道(即，靠近该入口通道但不与该入口通道对准的出口通道)流体连通。参考图4，第三开口171沿着上开口轴线167与第一开口170对准。此外，第四开口176沿着下开口轴线168与第二开口175对准。在所示实施例中，上开口170-174都沿着上开口轴线167对准，并且下开口175-179都沿着下开口轴线168对准。
继续参考图4-图9，混合器元件136能够替代地被描述为包括五个波形壁区段181-185(即，波形区段，壁区段)。第一波形区段181包括第一引导壁190、第二引导壁192以及在第一引导壁190与第二引导壁192之间延伸的第一分隔壁191。在图5用虚线示出了混合器元件136的波形区段181-185的上游轮廓(即，入口轮廓)。同样，在图7中用虚线示出了混合器元件136的波形区段181-185的下游轮廓(即，出口轮廓)。
入口通道141-146和出口通道151-156能够替代地被描述为入口腔室141-146和出口腔室151-156，并且相应地用相同的附图标记表示。例如，第一入口腔室141部分地由第一引导壁190和第一分隔壁191限定。第一出口腔室151也部分地由第一引导壁190和第一分隔壁191限定。换句话说，第一出口腔室151定位在第一引导壁190的与第一入口腔室141相反的一侧上(即，第一引导壁190将第一入口腔室141和第一出口腔室151分开)。在所示实施例中，当混合器元件136与壳体104定位时，第一引导壁190将第一入口腔室141和第一出口腔室151完全分开，使得第一入口腔室141不与第一入口腔室141流体连通。第二入口腔室142部分地由第二引导壁192和第一分隔壁191限定。第二出口腔室152部分地由第二引导壁192和第一分隔壁191限定。如前所述，第二出口腔室152定位在第二引导壁192的与第二入口腔室142相反的一侧上(即，第二引导壁192将第二入口腔室142和第二出口腔室152分开)。
继续参考图4-图9，第一开口170至少部分地由第一分隔壁191限定。第一开口170使第一入口腔室141与第二出口腔室152流体连通。第二开口175至少部分地由第一分隔壁191限定。第二开口175使第二入口腔室142与第一出口腔室151流体连通。在所示实施例中，第一分隔壁191的外周至少部分地限定第一开口170并且至少部分地限定第二开口175。
类似于第一波形区段181，第二波形区段182包括第三引导壁193、第四引导壁195以及在第一引导壁193与第四引导壁195之间延伸的第二分隔壁194。同样，第三波形区段183包括第五引导壁196、第六引导壁198以及在第五引导壁196与第六引导壁198之间延伸的第三分隔壁197。第四波形区段184包括第七引导壁199、第八引导壁201以及在第七引导壁199与第八引导壁201之间延伸的第四分隔壁200。第五波形区段185包括第九引导壁202、第十引导壁204以及在第九引导壁202与第十引导壁204之间延伸的第五分隔壁203。如图5和图7所示，波形区段181-185在混合元件136的上游端(图5)处以及在混合元件136的下游端(图7)处形成不间断的轮廓，如由引导壁190、192、193、195、196、198、199、201、202、204和分隔壁191、194、197、200、203所形成的。
这样，第二入口腔室142部分地由第三引导壁193限定。同样，第二出口腔室152部分地由第三引导壁193限定。换句话说，在所示实施例中，第三引导件壁193与第二引导壁192毗连。同样，第五引导壁196与第四引导壁195毗连。第三入口腔室143部分地由第四引导壁195和第二分隔壁194限定。第三出口腔室153部分地由第四引导壁195和第二分隔壁194限定。第四和第五入口腔室144、145以及第四和第五出口腔室154、155与第一、第二和第三入口和出口腔室141、142、151、152、153类似地构造，但为了简洁起见未在此描述。
继续参考图4-图9，第三开口171至少部分地由第二分隔壁194限定。第三开口171使第三入口腔室143与第二出口腔室152流体连通。第四开口176也至少部分地由第二分隔壁194限定。第四开口176使第二入口腔室142与第三出口腔室153流体连通。
参考图4、图5和图7，第一分隔壁191和第二分隔壁194彼此平行。在所示实施例中，分隔壁191、194、197、200、203中的每个均彼此平行。参考图4和图9，第一引导壁190是非平面的(即，弯曲表面)，并且第二引导壁192是非平面的(即，弯曲表面)。换句话说，第一引导壁190不沿着直线延伸(即，第一引导壁191是弯曲形状的)。同样，第二引导壁192不沿着直线延伸(即，第二引导壁192是弯曲形状的)。其它引导壁193、195、196、190、199、201、202、204具有与第一引导壁191和第二引导壁192类似的形状。
在操作中，进入入口通道141-146(即，入口腔室)的材料由引导壁190、192、193、195、196、198、199、201、202和204引向开口170-179。然后，材料从入口通道141-146穿过开口170-179到达出口通道151-156。具体地，材料从入口通道通过开口流入相邻的出口通道。例如，进入入口通道141的材料被第一引导壁190引向第一开口170，材料然后在该第一开口170处进入第二出口通道152(即，与该入口通道相邻的出口通道)。这样，第一入口通道141不与第一出口通道151流体连通，并且第二入口通道142不与第二出口通道152流体连通。同样，进入第二入口通道142的材料由第二引导壁192和第三引导壁193引向第二开口175和第四开口176，材料然后在第二开口175和第四开口176处进入第一出口通道151和第三出口通道153。在所示实施例中，第一入口腔室141部分地由壳体104限定。特别地，两个腔室壁132界定第一入口腔室141(即，第一入口通道)。第二入口腔室142仅由单个腔室壁132界定。在替代实施例中，引导壁中的至少一个(例如，第一引导壁190)可以形成为壳体104的一部分，并且更具体地形成为腔室壁132的一部分。
参考图10-图12，混合器组件108被示出为带有四个混合器元件135A、136B、136C、136D。具体地，混合器组件108包括第一混合器元件135A、第二混合器元件136B、第三混合器元件136C和第四混合器元件136D。第二混合器元件136B定位在第一混合器元件135A的在材料流动路径中的下游。第三混合器元件136C定位在第二混合器元件136B的在材料流动路径中的下游。第四混合器元件136D定位在第三混合器元件136C的在材料流动路径中的下游。在所示实施例中，四个混合器元件135A、136B、136C、136D形成为单个一体式单元(即，用注塑成型工艺来形成)。
在图10-图12中所示的实施例中，第二混合器元件136B、第三混合器元件136C和第四混合器元136D是与图4-图9的混合器元件136所示的相同的结构。然而，第三混合器元件136C以与第二混合器元件136B不同的定向定位，并且第四混合器元件136D以与第三混合器元件136C不同的定向定位。换句话说，混合器组件108限定了纵向轴线110，并且混合器元件135A、136B、136C、136D以绕纵向轴线110旋转的不同定向定位。例如，第二混合器元件136B相对于第一混合器元件135A沿着纵向轴线110旋转90度定向，并且第三混合器元件136C沿着纵向轴线110相对于第二混合器元件136B旋转90度定向。
类似于关于图4-图9的单个混合器元件136的以上描述，第一混合器元件135A包括多个一级入口通道141A-144A和多个一级出口通道151A-154A。类似地，第二混合器元件136B包括多个二级入口通道141B-146B和多个第二出口通道151B-156B。第一混合器元件135A类似于第二混合器元件136B，但与第二混合器元件136B的六个入口通道141B-146B和六个出口通道151B-146B相比，第一混合器元件135A包括四个入口通道141A-144A和四个出口通道151A-154A。换句话说，一级入口通道141A-144A的数量与二级入口通道141B-146B的数量不相等。同样，一级出口通道151A-154A的数量与二级入口通道141B-146B的数量不相等。在所示的示例中，一级入口通道的数量是四个，一级出口通道的数量是四个，并且二级入口通道的数量是六个。如下面更详细描述的，混合器组件可以包括任何数量或类型的本文描述的混合器元件(例如，1个混合器元件，2个混合器元件，4个混合器元件，5个混合器元件，10个混合器元件，15个混合器元件，20个混合器元件等)。
第一混合器元件135A中的多个一级阶段开口170A与针对图4-图9的单个混合器元件136的开口170-179所描述的类似地定位。特别地，所述多个一级开口170A中的每一个一级开口将所述多个一级入口通道141A-144A中的至少一个一级入口通道与相邻于所述多个一级入口通道141A-144A中的该至少一个一级入口通道的所述多个一级出口通道151A-154A中的至少一个一级出口通道连接。换句话说，每个一级开口170A定位在一级入口通道(例如，141A)与至少一个相邻的一级出口通道(例如，152A)之间。类似地，所述多个二级开口170B中的每一个二级开口将所述多个二级入口通道141B-146B中的至少一个二级入口通道与相邻于所述多个二级入口通道141B-146B中的该至少一个二级入口通道的所述多个二级出口通道151B-156B中的至少一个二级出口通道连接。换句话说，每个二级开口170B定位在二级入口通道(例如，142B)与至少一个相邻的二级出口通道(例如，151B和153B)之间。
同样，继续参考图10-图12，第三混合器元件136C定位在第二混合器元件136B的在材料流动路径中的下游。第三混合器元件136包括多个三级入口通道141C-146C和多个三级出口通道151C-156C。第三混合器元件136C中的多个三级开口170C与针对图4-图9的单个混合器元件136的开口170-179所描述的类似地定位。特别地，所述多个三级开口170C中的每一个三级开口将所述多个三级入口通道141C-146C中的至少一个三级入口通道与相邻于所述多个入口通道141C-146C中的该至少一个三级入口通道的所述多个三级出口通道151C-156C中的至少一个三级出口通道连接。换句话说，每个三级开口170C定位在三级入口通道(例如，143C)与至少一个相邻的三级出口通道(例如，152C和154C)之间。
继续参考图10-图12，第二混合器元件136B定向成使得所述多个二级入口通道141B-146B近似垂直于(例如，在大约80度到大约100度之间)所述多个一级出口通道151A-154A延伸。同样，第三混合器元件136C定向成使得所述多个三级入口通道141C-146C近似垂直于所述多个二级出口通道151B-156B延伸。在替代实施例中，下游混合器元件的入口通道可大致横向于(但不完全垂直地)上游出口通道延伸。
在操作中，在混合器组件108定位于壳体104内的情况下，如图2和图3所示，混合器组件108在一级入口通道141A-146A处接收材料。然后，如上面关于图4-图9的混合器元件136的操作所描述的，材料穿过每个连续的混合器元件。换句话说，在所述混合器元件中的每个混合器元件中，材料从入口通道穿过开口到达相邻的出口通道。离开上游混合器元件(例如，混合器元件135A)的出口通道的部分混合的混合物然后被下游混合器元件(例如，混合器元件136B)的入口通道接收，以此类推。一旦材料已经穿过混合器元件135A、136B、136C、136D中的每一个，材料就作为均匀的混合物离开壳体104的管嘴124。
混合器组件108被示出为具有3波形混合器元件(即，混合器元件135A)，该3波形混合器元件跟有下游的三个5波形混合器元件(即，混合器元件136B、136C、136D)。混合器元件135A、136B、136C、136D中的每个均包括弯曲的引导壁。然而，在此考虑包括替代混合器元件及其组合的替代混合器组件。下面讨论这种替代混合器元件的示例。
参考图13-图14，示出了单个左波形混合器元件336。混合器元件336是替代混合器元件的示例，其能够在静态混合器中由自身使用或与任何其它混合器元件组合使用。混合器元件336包括第一波形壁区段381，该第一波形壁区段381包括第一引导壁390、第二引导壁392以及在第一引导壁390与第二引导壁392之间延伸的分隔壁391。第一入口腔室341部分地由第一引导壁390和分隔壁391限定。第一出口腔室351部分地由第一引导壁390和分隔壁391限定。第二入口腔室342部分地由第二引导壁392和分隔壁391限定。第二出口腔室352部分地由第二引导壁392和分隔壁391限定。第一开口370至少部分地由分隔壁391限定并且使第一入口腔室341与第二出口腔室352流体连通。第二开口371至少部分地由分隔壁391限定并且使第二入口腔室342与第一出口腔室351流体连通。
图13-图14的混合器元件336类似于混合器元件136，但包括以下差异。混合器元件336包括单个波形壁区段381(与五个波形壁区段181-185相反)。第一引导壁390和第二引导壁392是平面的(即，线性表面)。另外，第一开口370和第二开口371是三角形的，且没有从分隔壁391延伸到开口370、371中的凸缘部分。
参考图15，替代的混合器元件被示出为单个右波形混合器元件436。混合器元件436是替代混合器元件的示例，其能够在静态混合器中由自身使或与任何其它混合器元件组合使用。混合器元件436包括第一波形壁区段481，该第一波形壁区段481包括第一引导壁490、第二引导壁492以及在第一引导壁490与第二引导壁492之间延伸的分隔壁491。
图15的混合器元件436类似于混合器元件336，但包括以下差异。混合器元件436被构造成使得第一引导壁490从顶部延伸到底部，如从图15所示(与从底部延伸到顶部的第一引导壁390相反)。换句话说，除了图15的混合器元件436被重新定向(即，180度)之外，图15的混合器元件436与图13-图14的混合器元件336相同。对于本文公开的所有混合器元件考虑类似的180度重新定向(图13至图15)。
参考图16，替代的混合器元件被示出为双波形混合器元件536。混合器元件536是替代混合器元件的示例，其能够在静态混合器中由自身使用与任何其它混合器元件组合使用。混合器元件536类似于混合器元件336，但包括两个波形壁区段581-582(与单个波形壁区段381相反)。换句话说，混合器元件536是混合器元件336(即，左手单个波形混合器)与混合器元件436(即，右手单波形混合器)的组合。还能够利用单个波形壁区段的类似组合以创建例如三波形混合器元件636(图17)或五波形混合器元件736(图18)。特别地，混合器元件636包括三个波形壁区段681-683，并且混合器元件736包括五个波形壁区段781-785。利用任何数量的波形壁区段(图13、16、17和18)的这种方法还适用于本文描述的任何替代混合器元件几何形状。如图13-图18所示，混合器元件可以包括任何定向上的任何数量的波形壁区段。换句话说，对于本文描述的任何替代波形壁区段几何结构，能够复制该几何结构以创建多波形混合器元件。
参考图19-图20，替代的混合器元件被示出为圆形混合器元件836。具体地，圆形混合器元件836包括七个入口通道841-847和七个出口通道851-857(即，六波形壁区段设计)。如图20所示，混合器元件836的外周837是圆形的。混合器元件836的圆形形状是正方形或矩形形状的混合器元件(例如混合器元件136)的替代。换句话说，圆形混合器元件836将与对应的圆形壳体(类似于图1的壳体26)一起使用。
参考图21-图28，示出了各种替代的引导壁形状。具体地，参考图21-图22，混合器元件936被示出为具有形成在分隔壁991的两侧上的指数形状的引导壁990、992。换句话说，当横向于分隔壁991观察时，引导壁990、992呈指数形状(图22)。
类似地，参考图23-图24，混合器元件1036被示出为具有形成在分隔壁1091的两侧上的对数形状的引导壁1090、1092。换句话说，当横向于分隔壁1091观察时，引导壁1090、1092呈对数形状(图24)。
类似地，参考图25-图26，混合器元件1136被示出为具有形成在分隔壁1191的两侧上的S形的(sigmoid-shaped)引导壁1190、1192。换句话说，当横向于分隔壁1191观察时，引导壁1190、1192呈S形(图26)。
参考图27-图28，混合器元件1236被示出为具有形成在分隔壁1291的两侧上的S形的引导壁1290、1292。换句话说，当横向于分隔壁1291观察时，引导壁1290、1292呈S形(图28)。混合器元件1236类似于混合器元件1136，其中它们都包括S形的引导壁，不同之处在于当横向于分隔壁观察时S形的引导壁的定向(图26和图28)。虽然已参考图21-图28描述了替代引导壁几何形状和形状，但也考虑另外的替代引导壁形状。
参考图29-图48，示出了各种替代的分隔壁形状。特别地，在图29-图48中示出了包括替代凸缘形状的各种替代分隔壁。具体地，参考图29-图30，混合器元件1336被示出为具有包括大凹形开口1370的分隔壁1391。具体地，大凹形开口1370可以包括半径1371。
继续参考图29-图30，分隔壁1391可被描述为包括上凸缘部分1392和下凸缘部分1393。凸缘部分1392和1393是分隔壁1391的否则将不会在入口通道与相邻的出口通道之间的部分。换句话说，凸缘部分1392、1393是分隔壁1391的阻碍材料通过开口1370从入口通道流动到相邻的出口通道的部分。在图30中示出了从混合器元件1336的中心1395到混合器元件1336的顶部边缘1397的距离H2。距离H1也被示出为从中心1395到开口1370的底部1399的距离。无量纲比H1/H2描述了凸缘1392的尺寸。例如，图30中所示的H1/H2比大约是0.6。
类似地，参考图31-图32，混合器元件1436被示出为具有包括小凹形开口1470的分隔壁1491。具体地，小凹形开口1470可以包括半径1471。分隔壁1491包括上凸缘部分1492和下凸缘部分1493。类似于图30的混合器元件1336，混合器元件1436包括从中心1495到顶部边缘1497的距离H2以及从中心1495到开口1470的底部1499的距离H1。图32的H1/H2比大约是0.1。
参考图33-图34，混合器元件1536被示出为具有包括尖点形开口1570的分隔壁1591。分隔壁1591包括四个弯曲的凸缘部分1592-1595。
参考图35-图36，混合器元件1636被示出为具有分隔壁1691，该分隔壁1691包括部分地由线性的水平凸缘1692、1693限定的开口1670。
参考图37-图38，混合器元件1736被示出为具有分隔壁1791，该分隔壁1791包括部分地由弯曲凸缘1792、179限定的开口1770。
参考图39-图40，混合器元件1836被示出为具有分隔壁1891，该分隔壁1891包括部分地由三角形凸缘1892、1893限定的开口1870。
参考图41-图42，混合器元件1936被示出为具有包括内凸缘1992-1995的分隔壁1991。凸缘1992-1995包括混合元件1936的中心1996与下游边缘1997之间的尺寸W2。尺寸W1被限定在下游边缘1997与凸缘在朝向混合器元件1936的中心倾斜之前水平延伸的点1998之间。在图41-图42所示的实施例中，W1/W2比大约为0.4。
参考图43-图44，混合器元件2036被示出为具有包括平行偏移凸缘2092、2093的分隔壁2091。特别地，凸缘2092、2093从引导壁2094、2095偏移并且平行于引导壁2094、2095延伸。
参考图45-图46，混合器元件2136被示出为具有包括替代外凸缘2192、2193的分隔壁2191。
参考图47-图48，混合器元件2236被示出为具有包括不对称凸缘2292、2293的分隔壁2291。
虽然图29-图48的分隔壁替代方案仅被示出为具有单个波形区段和线性引导壁形状，但本文考虑了波形区段数量、引导壁形状和分隔壁形状的任何组合。
参考图49-图54，示出了各种替代混合器组件。特别地，在图49-图54中示出了混合器组件中的混合器元件的各种组合。
参考图49，示出了包括三个混合器元件2336A-2336C的混合器组件2308。该三个混合器元件2336A-2336C均是单波形壁区段混合器元件。
参考图50，示出了包括三个混合器元件2436A-2436C的混合器组件2408。该三个混合器元件2436A-2436C均是三波形壁区段混合器元件。
参考图51，示出了包括三个混合器元件2536A-2536C的混合器组件2508。该三个混合器元件2536A-2536C均是五波形壁区段混合器元件。
参考图52，示出了包括四个混合器元件2636A-2636D的混合器组件2608。该四个混合器元件2636A-2636D均是三波形壁区段混合器元件。
参考图53，示出了包括三个混合器元件2736A-2736C的混合器组件2708。第一混合器元件2736A是单波形壁区段混合器元件。第二混合器元件2736B是三波形壁区段混合器元件。第三混合器元件2736C是五波形壁区段混合器元件。这样，波形壁区段的数量在下游混合器元件中增加。
参考图54，示出了包括三个混合器元件2836A-2836C的混合器组件2808。第一混合器元件2836A是五波形壁区段混合器元件。第二混合器元件2836B是三波形壁区段混合器元件。第三混合器元件2836C是单波形壁区段混合器元件。因此，波形壁区段的数量在下游混合器元件中减少。
参考图55和图56，示出了移动通过三波形混合器元件(类似于图17的混合器元件636)的两种材料A和B。具体地，图55示出了在它们进入三波形混合器元件636时的两种分开的材料A和B。对应地，图56示出在它们离开三波形混合器元件636时混合的该两种材料A和B。混合器元件不限于混合两种材料，并且可操作以混合多于两种材料。例如，图57和图58示出了移动通过三波形混合器元件636的六种材料A-F。跟前面一样，图57示出了在它们进入三波形混合器元件636时的该六种分开的材料A-F，并且图58示出了在它们离开三波形混合器元件636时混合的该六种材料A-F。
参考图59A-图59F，使用数值模拟来更好地理解两种材料A和B如何流动通过混合器组件2908。特别地，图59A示出了具有三个混合器元件2936A-2936C的混合器组件2908，所述三个混合器元件2936A-2936C均是五波形壁区段混合器元件。图59B-图59F的截面图示出了该两种材料A和B如何在混合器组件2908的各个阶段之间流动。材料A被示出为白色，材料B被示出为黑色，并且混合器组件2908的结构被示出为灰色。截面图59F清楚地示出了在它们离开混合器组件2908时的材料A和材料B的均匀混合物。
参考图60，示出了根据ASTM-D1002试验程序(即，“用拉力负载法测定单面搭接粘结金属试样的表面剪切强度的标准试验方法(金属之间)”)的实证试验结果。特别地，示出了用两组分液体树脂粘合在一起的两个部件的最大抗拉强度，其不同之处在于用不同的静态混合器来混合树脂。具体地，该试验使用了具有0.5”的重叠长度的0.063”厚的高强度2024铝试样样品。试验了两个常规静态混合器50和51，并将其与根据本文所述的本发明的静态混合器52-59进行比较。具体地，静态混合器50的型号为MCH 08-24T，并且静态混合器51的型号为MCQ 08-24T(常规静态混合器50具有8.8英寸的长度和8.5ml的容积，并且常规静态混合器51具有5.8英寸的长度和7.5ml的容积，这两个静态混合器都是Sulzer Mixpac静态混合器)。静态混合器52包括六个混合器元件并且每个混合器元件均是三波形壁区段设计，并且具有2.0英寸的长度和2.8ml的容积。静态混合器53包括两个三波形壁区段混合器元件以及随后的两个五波形壁区段混合器元件，并且具有1.3英寸的长度和1.9ml的容积。静态混合器54包括具有较小凸缘尺寸的三个五波形壁区段混合器元件，并且具有1.0英寸的长度和1.4ml的容积。静态混合器55包括五个三波形壁区段混合器元件，并且具有1.7英寸的长度和2.4ml的容积。静态混合器56包括两个三波形壁区段混合器元件以及随后的三个五波形壁区段混合器元件，并且具有1.7英寸的长度和2.4ml的容积。静态混合器57包括三个三波形壁区段混合器元件以及随后的一个五波形壁区段混合器元件，并且具有1.3英寸的长度和1.9ml的容积。静态混合器58包括四个三波形壁区段混合器元件，并且具有1.3英寸的长度和1.9ml的容积。静态混合器59包括一个三波形壁区段混合器元件以及随后的三个五波形壁区段混合器元件，并且具有1.3英寸的长度和1.9ml的容积。
如由图60的实验结果所证明的，静态混合器52-59利用较短长度的混合器比常规混合器50-51表现更好，这导致较少浪费的保留体积。具体地，通过利用由本发明的静态混合器52-59混合的树脂将两个部件粘合在一起所获得的最大抗拉强度大于通过利用由常规静态混合器50-51混合的树脂将两个部件粘合在一起所获得的最大抗拉强度(同时全部使用具有较短保留体积的较短长度混合器)。另外，静态混合器52-29在与常规混合器50-51类似的压力损失下实现了这些结果。
本文描述的静态混合器100和替代的静态混合器可用于各种质量传递、热量传递或均化应用。例如，静态混合器100可用于石化行业(例如，混合重油产品)；化学行业(例如，混合工艺流体：苛性钠和硫酸)；人造纤维行业(例如，喷丝头)；塑料行业(例如，塑料挤出)；两液型树脂粘合剂行业；纸浆和造纸行业(例如，纸浆漂白)；天然气行业(例如，城市天然气的卡路里控制)；食品行业(例如，巧克力或酸奶生产)；水处理(例如，废水处理)；热水供应系统；反应器；热交换器；等等。
在所附的权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (31)

1.一种混合器元件，包括：
第一波形区段，所述第一波形区段包括第一引导壁、第二引导壁以及在所述第一引导壁与所述第二引导壁之间延伸的第一分隔壁，
第一入口腔室，所述第一入口腔室至少部分地由所述第一引导壁和所述第一分隔壁限定；
第一出口腔室，所述第一出口腔室至少部分地由所述第一引导壁和所述第一分隔壁限定；
第二入口腔室，所述第二入口腔室至少部分地由所述第二引导壁和所述第一分隔壁限定；
第二出口腔室，所述第二出口腔室至少部分地由所述第二引导壁和所述第一分隔壁限定；
第一开口，所述第一开口至少部分地由所述第一分隔壁限定，所述第一开口使所述第一入口腔室与所述第二出口腔室流体连通；以及
第二开口，所述第二开口至少部分地由所述第一分隔壁限定，所述第二开口使所述第二入口腔室与所述第一出口腔室流体连通。
2.根据权利要求1所述的混合器元件，其中，所述第一引导壁将所述第一入口腔室和所述第一出口腔室分开，使得所述第一入口腔室不与所述第一出口腔室流体连通。
3.根据权利要求1所述的混合器元件，还包括第二波形区段，所述第二波形区段包括第三引导壁、第四引导壁以及在所述第三引导壁与所述第四引导壁之间延伸的第二分隔壁。
4.根据权利要求3所述的混合器元件，其中，所述第三引导壁与所述第二引导壁毗连。
5.根据权利要求3所述的混合器元件，其中，所述第二入口腔室至少部分地由所述第三引导壁限定；并且其中，所述第二出口腔室至少部分地由所述第三引导壁限定。
6.根据权利要求5所述的混合器元件，还包括：
第三入口腔室，所述第三入口腔室至少部分地由所述第四引导壁和所述第二分隔壁限定；以及
第三出口腔室，所述第三出口腔室至少部分地由所述第四引导壁和所述第二分隔壁限定；以及
第三开口，所述第三开口至少部分地由所述第二分隔壁限定，所述第三开口使所述第三入口腔室与所述第二出口腔室流体连通；以及
第四开口，所述第四开口至少部分地由所述第二分隔壁限定，所述第四开口使所述第二入口腔室与所述第三出口腔室流体连通。
7.根据权利要求3所述的混合器元件，其中，所述第一分隔壁和所述第二分隔壁彼此平行。
8.根据权利要求1所述的混合器元件，其中，所述第一引导壁是非平面的，并且所述第二引导壁是非平面的。
9.根据权利要求1所述的混合器元件，其中，所述第一分隔壁的外周至少部分地限定所述第一开口，并且至少部分地限定所述第二开口。
10.根据权利要求1所述的混合器元件，其中，所述混合器元件的外周是圆形的。
11.根据权利要求1所述的混合器元件，其中，所述混合器元件的外周是矩形的。
12.根据权利要求1所述的混合器元件，其中，所述第一分隔壁包括至少部分地限定所述第一开口的凸缘。
13.一种静态混合器，包括：
壳体；
第一入口通道；
第二入口通道；
在所述第一入口通道和所述第二入口通道之间的第一分隔壁；
第一出口通道，所述第一出口通道沿着第一轴线与所述第一入口通道对准；
第二出口通道，所述第二出口通道沿着第二轴线与所述第二入口通道对准；
在所述第一入口通道与所述第二出口通道之间形成于所述第一分隔壁中的第一开口；以及
在所述第二入口通道与所述第一出口通道之间形成于所述第一分隔壁中的第二开口，
其中，所述第一分隔壁包括至少部分地限定所述第一开口的第一凸缘和至少部分地限定所述第二开口的第二凸缘。
14.根据权利要求13所述的静态混合器，其中，所述第一入口通道不与所述第一出口通道流体连通，并且所述第二入口通道不与所述第二出口通道流体连通。
15.根据权利要求13所述的静态混合器，其中，所述第一轴线和所述第二轴线平行。
16.根据权利要求13所述的静态混合器，还包括：
第三入口通道；
第三出口通道，所述第三出口通道沿着第三轴线与所述第三入口通道对准；
在所述第三入口通道与所述第二出口通道之间的第三开口；以及
在所述第二入口通道与所述第三出口通道之间的第四开口。
17.根据权利要求16所述的静态混合器，其中，所述第三开口沿着第四轴线与所述第一开口对准，并且所述第四开口沿着第五轴线与所述第二开口对准。
18.一种静态混合器，包括：
壳体，所述壳体具有入口和出口，所述入口和所述出口限定在所述入口与所述出口之间的材料流动路径；
混合器组件，所述混合器组件被定位在所述壳体内，所述混合器组件包括第一混合器元件和第二混合器元件，所述第二混合器元件被定位在所述第一混合器元件的在所述材料流动路径中的下游，
所述第一混合器元件包括：
多个一级入口通道；
多个一级出口通道；
多个一级开口，所述多个一级开口至少部分地由多个一级凸缘限定，所述多个一级开口中的每个一级开口将所述多个一级入口通道中的至少一个一级入口通道与相邻于所述多个一级入口通道中的该至少一个一级入口通道的所述多个一级出口通道中的至少一个一级出口通道连接；
所述第二混合器元件包括：
多个二级入口通道；
多个二级出口通道；
多个二级开口，所述多个二级开口至少部分地由多个二级凸缘限定，所述多个二级开口中的每个二级开口将所述多个二级入口通道中的至少一个二级入口通道与相邻于所述多个二级入口通道中的该至少一个二级入口通道的所述多个二级出口通道中的至少一个二级出口通道连接。
19.根据权利要求18所述的静态混合器，其中，所述第二混合器元件被定向成使得所述多个二级入口通道垂直于所述多个一级出口通道延伸。
20.根据权利要求18所述的静态混合器，其中，一级入口通道的数量不等于二级入口通道的数量。
21.根据权利要求18所述的静态混合器，其中，所述多个一级入口通道中的至少一个一级入口通道部分地由所述壳体界定。
22.根据权利要求18所述的静态混合器，其中，所述混合器组件还包括第三混合器元件，所述第三混合器元件被定位在所述第二混合器元件的在所述材料流动路径中的下游，其中，所述第三混合器元件包括：
多个三级入口通道；
多个三级出口通道；
多个三级开口，所述多个三级开口至少部分地由多个三级凸缘限定，所述多个三级开口中的每个三级开口将所述多个三级入口通道中的至少一个三级入口通道与相邻于所述多个三级入口通道中的该至少一个三级入口通道的所述多个三级出口通道中的至少一个三级出口通道连接。
23.根据权利要求22所述的静态混合器，其中，所述第三混合器元件被定向成使得所述多个三级入口通道垂直于所述多个二级出口通道延伸。
24.根据权利要求18所述的静态混合器，其中，所述混合器组件包括不多于六个混合器元件。
25.根据权利要求18所述的静态混合器，其中，所述混合器组件包括不多于五个混合器元件。
26.根据权利要求18所述的静态混合器，其中，所述混合器组件包括不多于四个混合器元件。
27.根据权利要求16所述的静态混合器，进一步包括在所述第二入口通道和所述第三入口通道之间的第二分隔壁，其中，所述第二分隔壁包括至少部分地限定所述第三开口的第三凸缘和至少部分地限定所述第四开口的第四凸缘。
28.根据权利要求13所述的静态混合器，进一步包括位于所述第一入口通道和所述第一出口通道之间的第一引导壁，其中，所述第一引导壁是非平面的。
29.根据权利要求28所述的静态混合器，其中，所述第一引导壁呈S形。
30.根据权利要求29所述的静态混合器，其中，所述第一引导壁是S形形状的。
31.根据权利要求28所述的静态混合器，进一步包括位于所述第二入口通道和所述第二出口通道之间的第二引导壁，其中，所述第二引导壁是非平面的。
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