CN115318156A - 一种无中置搅拌结构的液体混合装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种无中置搅拌结构的液体混合装置及方法。该装置在于：容器与液体接触面呈弧形，容器底部与容器壁面圆角相接；容器内部附有导流结构；容器外部设有动力接收部位，可与动力输入装置相连接；导流结构构型包括螺带式、推进式、推进平桨结合式、涡轮式、锚式。该方法在于：选择相应的导流构造及容器；与动力装置相连接；向容器内输入液体或物料；启动动力，引发涡流。本申请提供的装置及方法，可充分利用离心力来提升混合效率与混合效果，能够扩大涡流循环范围、提升涡流绕壁强度、提升宏观调匀度及微观颗粒细化度。同时，还具有简化装置结构、延长装置使用寿命、减少容器内部物料粘连、提升使用后清洁便捷性等应用优势。

Description

一种无中置搅拌结构的液体混合装置及方法

技术领域

本申请涉及混合技术领域，提供了一种无中置搅拌结构的液体混合装置及方法。

背景技术

目前，液体混合装置及方法受限于传统的“中置搅拌”思维，即依赖于中置搅拌装置搅动液体，从而实现混合效果。在工业领域，不论是桨式搅拌、推进式搅拌或是多种方式相结合的搅拌，均需要依赖中置结构才能完成；在日用领域，近期市面上也出现了一些混合杯等产品，包括插入中置棒状物或桨状物进行搅动、在容器中置入电磁力转子进行搅拌等，同样地，均依赖于中置搅拌方法。

中置搅拌方法及装置主要存在以下几个方面缺陷：

一是中置搅拌装置对液体的处理效率受到离心力干扰。为提高微观混合效果，一般需要提高搅拌桨转速，以达到高度湍流。高转速搅拌过程中，在离心力作用下，中心液面出现凹陷和空缺，导致搅拌装置对液体处理效率降低。

二是中置搅拌装置的混合效果不佳。由于中置搅拌所产生的涡流由液体中心产生，涡流强度随着与搅拌中心的距离增加而逐渐减弱，因此，溶液内壁附近物料及液体混合效果较差，宏观调匀度较差。

三是中置搅拌装置会出现搅拌功率不稳的情形，从而损坏动力机构。高转速搅拌过程中，离心力随转速增大后将液体带到容器边缘，会引起中心区域凹陷的状况，并且还可能导致液体混入空气。因此，会导致搅拌功率不稳。搅拌功率不稳定的情况下，搅拌动力机构更易损坏，寿命缩短。

四是使用便利性较差。由于“中置搅拌”的方法依赖于中置搅拌装置，因此必然存在容器内空间受限、装置结构不够简洁、使用及清洗不够便利等问题。

总之，传统中置搅拌装置及方法具有混合效率低、混合效果不佳、装置繁杂、空间受限、使用后清洗不够便利等诸多缺陷。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种无中置搅拌结构的液体混合装置及方法，完全通过内胆旋转的方式，带动液体沿内壁形成涡流，可以克服传统中置搅拌装置及方法受到离心力干扰、混合效率低、混合效果差、装置繁杂、空间受限、使用后清洗不够便利等缺陷。

本发明提供的一种无中置搅拌结构的液体混合装置，由容器、容器内壁所附导流机构、传动机构构成，包括：

装置采用可绕轴心自旋转的技术方案设计。容器外部设有动力接收部位，可与动力输入装置相连接，连接后可形成绕轴心自旋转结构。

容器采用可引发涡流沿内壁形成大范围循环的技术方案设计。容器与液体接触面为整体弧形，容器内底部为圆弧形状，容器内底部与内壁面为圆角相接。容器与液体接触面附有导流结构，该结构可采用附壁螺带式构型、附壁推进式构型、附壁涡轮式构型、推进平桨结合式构型、附壁锚式构型。

本发明的液体混合装置，可扩大涡流循环范围及均匀程度——相较于中置搅拌，本发明所提供的液体混合装置沿容器内壁设置导流构造，其导流作用范围更大，促使涡流沿内壁进行更大范围的循环，提升宏观调匀度。

本发明的液体混合装置，可充分利用离心力来提升混合效果——在离心力作用下，促使流体高速射向导流结构，造成：1.导流结构对液体的处理量增加；2.可以产生高度湍动，提升微观混合度；3.产生速度梯度区间，提升微团细化程度。如图1所示，在高转速的搅拌过程中，在离心力作用下，中心液面将出现凹陷和空缺，传统中置搅拌装置由于从中心进行搅动，因此对液体处理效率降低，出现中心流体处理空心化现象。如图2所示，本发明的技术方案中，在高速旋转的离心力作用下，中心液面同样将出现凹陷和空缺；但是，由于本发明从容器底部和内壁进行导流，因此，当离心力增大时，内壁导流结构的处理流量反而增加。同时，在容器绕轴心高速旋转后，产生离心力，使流体高速射向容器内壁导流结构，有利于破碎微团，使微团细化程度更高，提高微观混合效果。

本发明提供的一种无中置搅拌结构的液体混合方法，包括：

步骤一，选择容器，即根据所需混合的液体类型选择相应的导流构造及容器器型，容器底部均为圆弧形，与杯壁圆角相接，杯壁可为直筒或收口设计，导流构造可包括附壁螺带式构型、附壁推进式构型、附壁涡轮式构型、推进平桨结合式构型、附壁锚式构型。步骤二，配置装置，即将容器与动力装置相连接，形成可绕轴心旋转的构造。步骤三，装入液体，即向容器内装入所需混合的液体，放入物料。步骤四，启动动力，容器绕轴心旋转后，容器内导流装置引发涡流，实现混合效果。步骤五，可选地，根据混合需要，控制动力启停，或重复过程。

在本发明所提供的液体混合方法中，流体的运动状态与容器器型、导流结构构型以及流体自身的性质都有密切的关系。应根据不同的工况对容器器型以及导流结构构型进行匹配，这样才能让流体的运动状态符合目标预期，达到更好的混合效果。

本发明提供的容器选型，可针对不同的反应物相对流体运动状态的需求，实现混合效果。动力输入后，容器中流体会产生三种方向的流动：1.轴向流动2.径向流动3.切向流动。流体运动达到一定强度后根据运动的方向不同后可以激发流体的整体循环和强烈端动，整体流动循环可促进宏观均匀和大尺度的混合，强烈湍动可促进微观均匀和小尺度的混合均匀。本发明主要处理目标为液-液相、液-固相，具体可分为均相体系、非均相体系、固体悬浮体系、高粘度体系。其中，均相体系的混合需要较强的循环对流和充足的循环量。粘度较低时还需要考虑湍动强度，以提高微观混合效果。非均相体系混合需要保证液滴的均匀分散，需要射流产生速度梯度提供的剪切流和容积循环速率。固体悬浮体系混合控制因素为固体颗粒分散均匀以及固体颗粒不沉降。因此需要保证湍动强度以及容积循环速率。高粘度体系的混合需要均匀的剪切力场。

如图3所示，为进一步阐释本发明的技术原理，验证本发明的混合效果，现提供A型、B型、C型、D型、E型几种容器构型进行分析。此处仅选取几种典型构型，但本发明并不限于上述类型，任何对容器器型或导流构型的非创造性更改应被视为归于本发明范围。

A型容器采用直筒壁弧形底面构型，径高比D/H为1∶1.3。导流结构为附壁螺带式。A型为针对均相体系混合要求的控制因素器型和导流构型，适用于均相体系粘度为2000cp-10000cp时。当动力输入后，A型容器绕轴心旋转，容器中液体将产生循环对流。

B型容器采用直筒壁弧形底面构型，径高比D/H为1∶1.3。导流结构为附壁附壁推进式。B型为针对均相体系混合要求的控制因素器型和导流构型，适用于均相体系粘度小于2000cp时。当动力输入后，B型容器绕轴心旋转，容器中液体将产生循环对流及湍动扩散。

C型容器采用直筒壁弧底构型，径高比D/H为1∶1.3。导流结构为附壁涡轮式。C型为针对非均相体系混合要求的控制因素器型和导流结构构型，适用于非均相体系粘度小于3000cp时。当动力输入后，C型容器绕轴心旋转，容器中液体将产生循环对流、湍动扩散及强剪切流。

D型容器采用锥型弧底构型，底径与高之比D/H为1∶1.3。导流结构为推进平桨结合式构型。D型为针对固体悬浮体系混合要求的控制因素器型和导流结构构型，适用于均相体系、非均相体系及固液体系粘度小于1500cp时。D型将杯壁设置为斜面，可减少容器内液体的切向流动的影响，当水平离心力作用于斜面上时，可形成轴向力，增加流体的轴向流，提升涡流循环的强度。当动力输入后，D型容器绕轴心旋转，容器中液体将产生循环对流、湍动扩散、强剪切流。

E型容器采用直筒壁弧形底面构型，径高比D/H为1∶1.3。导流结构为附壁锚式构型。E型为针对高粘度体系混合要求的控制因素器型和导流结构构型，适用于粘度5000-30000cp时。当动力输入后，E型容器绕轴心旋转，容器中液体将产生循环对流。

经实验显示，以上容器构型效果特征和适用条件见下表：

注：1.某些选型可同时满足多种处理目标2.有√者为可用及确定，空格为不合用或不详

参照图3，示出了器型及导流带特征部位及取值范围。经实验表明，器型及导流带特征尺寸的适用比值范围见下表：

注：取值对应部位可参见图3。

可见，本发明提供的液体混合方法可以满足以上4种体系混合时所需的流型需求，足以覆盖常见使用场景，实现目标混合效果。

总之，相较于传统的中置搅拌方法，本发明具有以下优势：

第一，涡流循环范围更大。中置搅拌方式远离桨叶中心区域涡流变弱，同等功率情况下，循环范围不如无中置结构搅拌方式。

第二，宏观调匀度更高。本发明沿内壁可连续设置的导流构造区域大，相比中置搅拌方式，物料的混合宏观调匀度更高。

第三，高转速状态下的微团细化程度更高。对于无中置结构混合方式，由于离心力，流体高速经过容器内壁导流构造的流量增加，有利于高速射流产生速度梯度，可破碎微团，使微团细化程度更高，提高微观混合效果。

第四，装置的稳定性及耐久性更佳。

第五，使用及清洗更加便利。一方面，本发明取消了中置搅拌结构，减少了空间占用，简化装置结构，降低了使用及清洗过程的繁杂性；另一方面，本发明所提供的装置及方法，可以达到“近壁面涡流强度更高”的技术效果，可大大降低物料在容器内壁、底部粘连的可能性，混合完毕后加入清水并启动装置，可以达到清洗内胆的效果，清洗更加便利。

总之，本发明提供了一种新的液体混合装置及方法，彻底改变了传统液体混合方式和装置结构，不仅混合效率不受离心力干扰，并且充分利用离心力来提升了混合效果，具有混合效果佳、装置结构简洁、使用和清洗方便等优势，提升了液体混合装置及方法的科学性与便利性。

附图说明

下面描述中的附图仅仅是本申请的示意图图及几种优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统中置搅拌混合装置及方法中心流体处理空心化现象的示意图。

图2是本申请提供的液体混合装置及方法边缘导流处理量充足的示意图。

图3是本申请提供的液体混合装置及方法中的容器构型的示意图。

图4至图8是本申请提供的液体混合装置的几种实施例。

图9是本申请提供的液体混合方法的具体实施方式图。

附图4标注说明：101传动轴；1011为锁止卡口；102为传动轴锁止释放按键；103为螺旋式导流带；104为直筒型杯壁。

附图5标注说明：201传动轴；2011为锁止卡口；202为传动轴锁止释放按键；203为推进式导流带；204为直筒型杯壁。

附图6标注说明：301传动轴；3011为锁止卡口；302为传动轴锁止释放按键；303为涡轮式导流带；304为直筒型杯壁。

附图7标注说明：401传动轴；4011为锁止卡口；402为传动轴锁止释放按键；403为扁桨状导流带；404为推进式导流带；405为杯壁直筒构型。

附图8标注说明：501传动轴；5011为锁止卡口；502为传动轴锁止释放按键；503为锚式导流带；504为直筒型杯壁。

实施例及具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本申请的少数实施例，而不是全部实施例。

图4-图8示出了本申请所提供的液体混合装置的几种实施例。

实施例一：

参照图4，示出了本发明的液体混合装置的一种实施例，适用于粘度较高的均相体系的混合。

动力通过传动轴101输入。容器底部设有动力输入接口，传动轴顶部设有锁止卡口1011，将传动轴插入底部接收孔洞后与容器形成不可脱离刚接。动力经传动轴输入后可带动容器整体绕轴心旋转。

底部动力接收部件设有传动轴锁止释放按键102，按压释放按键后传动轴可拔出。

容器内部侧壁附有沿侧壁设有螺旋式导流带103。当容器旋转后，杯壁导流带可带动液体形成大范围的轴向整体对流，提供良好宏观调匀度效果。长双螺旋导流构造可以为流体提供较大范围水平剪切力场，可良好混合粘度较高的均相体系流体。

器型为上部直筒型，底部弧形，侧壁与底部圆角相接，整体为直筒构型104。底部弧面构造可防止液体沉积。

实施例二：

参照图5，示出了本发明的液体混合装置的一种实施例，适用于低粘度的均相体系的混合。

动力通过传动轴201输入。容器底部设有动力输入接口，传动轴顶部设有锁止卡口2011，将传动轴插入底部接收孔洞后与容器形成不可脱离刚接。动力经传动轴输入后可带动容器整体绕轴心旋转。

底部动力接收部件设有传动轴锁止释放按键202，按压释放按键后传动轴可拔出。

容器内部侧壁附有沿侧壁设有推进式导流带203。当容器旋转后，杯壁推进式导流带可带动液体形成大范围的轴向整体对流，转速提高后可增加湍动强度。推进式导流带可提供良好宏观调匀度和微观混合度。

器型为上部直筒型，底部弧形，侧壁与底部圆角相接，整体为直筒构型204。底部弧面构造可防止液体沉积。

实施例三：

参照图6，示出了本发明的液体混合装置的一种实施例，适用于非均相体系和固液悬浮体系混合。

动力通过传动轴301输入。容器底部设有动力输入接口，传动轴顶部设有锁止卡口3011，将传动轴插入底部接收孔洞后与容器形成不可脱离刚接。动力经传动轴输入后可带动容器整体绕轴心旋转。

底部动力接收部件设有传动轴锁止释放按键302，按压释放按键后传动轴可拔出。

容器内部侧壁附有沿侧壁设有涡轮式导流带303。当容器旋转后，涡轮式导流构造能够提供高湍动强度以及和容积循环速率，同时涡轮叶片周围液体可形成速度梯度区间，对液滴产生强大剪切力，提高微团细化程度，对非均相和固液悬浮体系的混合有良好效果。

器型为上部直筒型，底部弧形，侧壁与底部圆角相接，整体为直筒构型304。底部弧面构造可防止液体沉积。

实施例四：

参照图7，示出了本发明的液体混合装置的一种实施例，适用于均相体系、非均相体系及固液悬浮体系的混合。

动力通过传动轴401输入。容器底部设有动力输入接口，传动轴顶部设有锁止卡口4011，将传动轴插入底部接收孔洞后与容器形成不可脱离刚接。动力经传动轴输入后可带动容器整体绕轴心旋转。

底部动力接收部件设有传动轴锁止释放按键402，按压释放按键后传动轴可拔出。

容器内部底部过中心径向设有扁桨状导流带403，侧壁附有沿侧壁设有推进式导流带404。当容器旋转后，杯壁导流带可带动液体形成较强的轴向整体对流。底部平桨式导流带，液体在桨周围可形成速度梯度区间，对液滴产生强大剪切力，提高微团细化程度。附壁推进式导流带底部平桨结合可同时提供良好宏观调匀度和微观混合效果。

器型为上部收口，底部弧形，侧壁与底部圆角相接，整体采用锥状构型405。将杯壁设置为斜面，当容器高速旋转后由于水平离心力作用，流体高速径向射往杯壁，射流在斜面上可形成轴向分向量，增加流体的轴向流量，提升涡流循环的强度。

实施例五：

参照图8，示出了本发明的液体混合装置的一种实施例，适用于高粘度体系混合。

动力通过传动轴501输入。容器底部设有动力输入接口，传动轴顶部设有锁止卡口5011，将传动轴插入底部接收孔洞后与容器形成不可脱离刚接。动力经传动轴输入后可带动容器整体绕轴心旋转。

底部动力接收部件设有传动轴锁止释放按键502，按压释放按键后传动轴可拔出。

容器内部侧壁附有沿侧壁设有锚式导流带503。当容器旋转后锚式构造可以为流体提供较大范围水平剪切力场，可针对高粘度体系流体进行混合。

器型为上部直筒型，底部弧形，侧壁与底部圆角相接，整体为直筒构型504。底部弧面构造可防止液体沉积。

参照图9，示出了本申请所提供的液体混合方法的具体实施方式，包括：

步骤一S1，选择容器。即根据混合需求，选择相应的容器构型，包括容器本身器型及导流结构构型两个方面。流体的运动状态与容器器型、导流结构构型以及流体自身的性质都有密切的关系，应根据不同的工况对容器器型以及导流带的构型进行匹配，这样才能让流体的运动状态符合目标预期，达到更好的混合效果。

步骤二S2，配置装置，即将容器与动力装置相连接，形成可绕轴心旋转的构造。在容器绕轴心旋转后，产生离心力，可以促使流体高速射向容器内壁导流结构，从而产生整体循环的涡流以及高度湍动。

步骤三S3，装入液体，即向容器内装入所需混合的液体，放入物料。本发明主要处理目标为液-液相、液-固相，可包括均相体系、非均相体系、固体悬浮体系、高粘度体系。

步骤四S4，启动动力，容器绕轴心旋转后，容器内所附导流结构引发涡流，实现混合效果。动力输入后，流体会产生三种方向的流动：1.轴向流动2.径向流动3.切向流动。流体运动达到一定强度后根据运动的方向不同后可以激发流体的整体循环和强烈端动，整体流动循环可促进宏观均匀和大尺度的混合，强烈湍动可促进微观均匀和小尺度的混合均匀。

步骤五S5，可选地，根据混合需要，可再次启动动力，重复上述过程。

以上对本申请进行了详细介绍，应用了具体个例对实施方式进行了阐述，实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方案及其核心思想；同时，对于本领域一般技术人员，依据本申请的方案，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种无中置搅拌结构的液体混合装置，该装置由容器、容器内所附导流结构、动力机构构成，其特征在于，通过容器旋转导流的方式来激发涡流沿内壁进行大范围循环，包括：

容器内底部为圆弧形状，容器内底部与内壁面为圆角相接；

容器内与液体接触面附有导流结构；

容器外部设有动力接收部位，可与动力机构相连接，连接后形成可绕轴心旋转的结构。

2.根据权利要求1所述液体混合装置，所述特征在于，容器内与液体接触面附有导流结构，包括：导流结构为附壁螺带式构型。

3.根据权利要求1所述液体混合装置，所述特征在于，容器内与液体接触面附有导流结构，包括：导流结构为附壁推进式构型。

4.根据权利要求1所述液体混合装置，所述特征在于，容器内与液体接触面附有导流结构，包括：导流结构为附壁涡轮式构型。

5.根据权利要求1所述液体混合装置，所述特征在于，容器内与液体接触面附有导流结构，包括：导流结构为推进平桨结合式构型。

6.根据权利要求1所述液体混合装置，所述特征在于，容器内与液体接触面附有导流结构，包括：导流结构为附壁锚式构型。

7.根据权利要求1所述液体混合装置，其特征还在于：动力机构设有控制装置，可控制动力启停及持续时间。

8.一种无中置搅拌结构的液体混合方法，其特征在于，完全通过容器自旋转导流的方式来激发涡流沿内壁循环，包括：

步骤一，选择容器。根据混合需求，选择相应的容器构型；

步骤二，配置装置。将容器与动力装置相连接，形成可绕轴心旋转的构造；

步骤三，装入液体。向容器内装入所需混合的液体，放入物料；

步骤四，输入动力。动力输入后，容器绕轴心旋转，容器内所附导流结构引发涡流，实现混合效果。

9.根据权利要求8所述液体混合方法，其特征还在于：根据混合需求，控制动力启停，或重复过程。

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