CN1302839C - 流体混合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体混合器，混合器的前端设置有入口管，入口管连接有分流板，分流板另一端连接有层板结构体，层板结构体中间形成流体混合室，层板结构体的末端与流体导出管相连；所述层板结构体由数个限流层板叠放连接而成，每个限流层板上设有供各流体通过的流动通道，且开设有允许其中一种或一种以上流体流入流体混合室的控制流道。本发明具有使不同种类的流体或不同热力状态的流体均匀、快速混合的性能，能够满足结构简单、投资少、体积小等要求，并可用于高温高压气体和低温高压气体的混合，从而能够实现小容腔的混合均匀。

Description

流体混合器

技术领域

本发明主要涉及到流体混合器领域，特指一种利用层板微小通道交错发汗的喷注流体混合器。

背景技术

流体混合器的种类很多，按混合器混合的物理过程可分为以下几类：1)机械搅拌式，利用旋转叶轮使容器内的流体按一定的方式运动，实现混合的目的；这种传统的混合器的体积庞大、能耗高、其转动部件的设计和运行维护都比较复杂。2)喷射流混合，利用高速射流的卷吸效应使两股流体实现混合；这种混合器与机械搅拌相比其能耗低一些，由于无搅拌转动部件结构上也相对简单、投资费用少一些；射流的混合方式一般只能用于低粘度的流体即气体介质的混合，为了有较好的喷射流剪切混合效应，不仅流体的供应系统需要加压设备，使得射流有较高的速度，而且需要有较大的射流混合空间。3)静态混合器，利用管道或设备内放置的若干静止不动的元件将流体进行多次干扰和分割，使之产生位移掺混而达到混合的目的，它是一种没有运动部件但具有独特性能的搅拌混合机构。混合器内没有运动部件，依靠组装在管内的混合单元，使不互溶的流体在混合器内流动时，受混合单元的作用，发生分流、合流、旋转等运动，促使每种流体都达到良好的分散，实现流体间达到良好的混合。根据组装在管内的不同单元结构的效能，其作用主要分为三种：a、单元使流道形状和截面发生变化，产生剪切作用；b、单元使流体旋转，起到自行搅拌作用；c、单元对流体起切割作用。静态混合器在混合方面与动态混合器、引射混合器相比，具有流程简单、可靠性、及易于实现连续混合过程等优点，在混合均匀度要求不是太高时其结构也比较紧凑。但是现有的静态混合器每一种流体在入口处的流量相对较集中，当混合均匀程度要求高时其混合室的体积一般都比较大，因此存在结构复杂、生产难度大等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，提供一种能使不同种类或不同热力状态的流体均匀、快速混合，能够满足结构简单、投资少、体积小等要求的流体混合器，并可用于高温高压气体和低温高压气体的混合，从而能够实现小容腔的混合均匀。

为了解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种流体混合器，所述混合器的前端设置有入口管，入口管连接有分流板，分流板另一端连接有层板结构体，层板结构体中间形成流体混合室，层板结构体的末端与流体导出管相连；所述层板结构体由数个限流层板叠放连接而成，每个限流层板上设有供各流体通过的流动通道，且开设有允许其中一种或一种以上流体流入流体混合室的控制流道。

所述限流层板的厚度为0.1-2mm。

本发明还可进一步在所述限流层板间设有增厚层板，增厚层板上只开设有供各种流体通过的流动通道。所述增厚层板的厚度为0.1-2mm。

本发明还可进一步在所述层板结构体的外侧表面设有包覆熔焊层。

本发明还可进一步在所述流体混合室与流体导出管之间设有下端板。

本发明还可进一步在所述入口管与分流板之间还设有一高压波纹补偿管，混合器的外部筒体设置隔热套管。

与现有技术相比，本发明的优点在于：与现有技术相比，本发明的优点在于：1.利用层板微小通道交错发汗技术，可使得本发明的流体混合器能够适合于不同粘度的气体和液体均匀混合，并可用于高温高压气体和低温高压气体的混合，实现小容腔混合均匀，并且能够根据需要控制流体入口流量，从而使混合后的流体达到目标温度和压强；2.本发明的流体混合器具有快速、均匀混合的性能且具有结构简单、投资少、体积小的优点。

附图说明

图1是本发明流体混合器实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1中限流层板的结构示意图；

图3是本发明实施例1中增厚层板的结构示意图；

图4是本发明流体混合器实施例2的结构示意图；

图5是本发明实施例2中液氢限流层板的结构示意图；

图6是本发明实施例2中气氢限流层板的结构示意图；

图7是本发明实施例2中液氢分流层板的结构示意图；

图8是本发明实施例2中气氢分流层板的结构示意图；

图9是本发明实施例2中增厚层板的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1：如图1、图2和图3所示，常温常压状态下两种流体的层板交错发汗喷注混合器。在两种流体(比如为流体甲和流体乙)的贮箱与混合气体应用的设备之间的管路中，放置本发明的混合器。混合器的前端设置有入口管1，入口管1连接有分流板2，分流板2另一端连接有层板结构体3，层板结构体3中空，形成流体混合室4，流体混合室4的末端与流体导出管6相连；所述层板结构体由数个限流层板31交错叠放连接而成，相邻的限流层板只允许不同的流体流入流体混合室4，每个限流层板31上设有供各流体通过的流动通道34，且开设有只允许其中一种流体流入流体混合室4的控制流道35。

工作原理：流体甲和流体乙两种流体由入口管1导入分流板2的合适位置，在分流板2中被均匀分配到层板结构体的入口处，其中，层板结构体3由数百片限流层板31叠成，使两种流体在层板结构体3中的交错分布流动通道34中流动，并使得流体甲或流体乙中的单一流体通过控制流道35流入流体混合室4，限流层板31是交错叠放的，由大量的厚度为0.1～2mm的薄层板片叠加成型，每一层薄薄的限流层板31只允许一种流体流入流体混合室4，而相邻的限流层板31允许另一种流体流入流体混合室4。在混合器限流层板31的微小缝隙中将不同的流体以流体甲、流体乙、流体甲、流体乙的交替形式实施交错分层发汗喷注，如图2所示，在使用中，当动态的流体流至限流层板31时，利用限流层板31结构内部的控制流道35来控制流体甲和流体乙缝隙喷注流强，一个个缝隙层的流体甲和一个个缝隙层的流体乙交错排列吹出，参见图2中箭头方向所指的流体喷出方向，由于控制流道35与层板结构体3中部的流体混合室4连通，因此不同限流层板31上的控制流道35所允许流入混合室的流体则是顺着箭头所指方向注入层板结构体中间的流体混合室4中。当流体为液态时是以类似于人体排汗的方式渗出，当流体为气态时是以很薄的扇形气体喷出，利用两种流体掺混分布均匀和流动交错剪切力的作用，实现在流体混合室4里的小容腔混合均匀，并且可以根据需要精确实现所期望的混合温度和压强。对于流量较大的混合器，可以将流体1和流体2流出层板缝隙朝圆周偏转的方向，使得流体在混合室中有一定的切向滚动速度，以此方法缩短混合室的长度。当流量较小时，控制流道开孔方向与流体混合室轴线垂直，当流量较大时，根据具体情况，开孔方向与流体混合室轴线呈0～90°不等的夹角。流体混合室4的末端连接有一将混合气体导出的导出管6，两者之间还连接有作为出口支撑件的下端板5。参见图3，该混合器的层板结构体3中还可设置有数个增厚层板32，上面只开设有流动通道34。

实施例2：如图4所示的液氢与气氢在超临界状态下连续工作的层板结构发汗喷注混合器。

氢气是火箭发动机试验常用的燃料之一。在试验中为了获得不同的燃料物理状态对试验效果的影响，需要有给定高压状态(9MPa以上)、任意温度(20K～300K)状态的氢气。由20K的液氢和300K的氢气在10MPa左右压力下进行混合，是典型的超临界状态的混合，涉及到高压、超低温设备的设计。

参见图4至图9所示，混合器的前端设置有液氢入口管10和气氢入口管20，为了保障超低温状态下结构的可靠性，液氢入口管10后依次连接有液氢导管70、高压波纹补偿管11、过渡管61，然后与液氢分流板21相通，外部筒体设置有隔热套管12，以保障混合器表面不产生凝结水。气氢入口管20则通过三通基座63与气氢分流板22相通。气氢分流板22与液氢分流板21另一端的两侧分别连接有层板结构体30，中间则连接有与两侧层板结构体30相通的流体混合室40，流体混合室40的末端与流体导出管60相连；所述层板结构体30由数个气氢限流层板301、增厚层板302、液氢限流层板303依次序叠放连接而成，气氢限流层板301上开设有液氢通道304，且开设有只允许气氢流入流体混合室40的控制流道307。液氢限流层板303上也开设有气氢通道305，且开设有只允许气氢流入流体混合室40的控制流道306。每片增厚层板302上开设有液氢流动通道304和气氢流动通道305，其厚度为0.1～2mm，层板结构体30的外侧表面设有包覆熔焊层36。

使用时，液氢从液氢入口管10流入，经液氢导管70，高压波纹补偿管11，过渡管61，在液氢分流板21处被分流，沿液氢分流板21上的槽道流入其上的六个液氢通道，经过渡板63上的液氢通道流入层板中的液氢通道；如图5所示，液氢限流层板303上开设的控制流道306与流体混合室40相连通，因此流动的液氢最后从液氢限流层板303上的控制流道306流入流体混合室40。

气氢从气氢入口管20流入，经三通基座62、气氢分流板22、液氢分流板21、过渡板63上的气氢通道流入层板中的气氢通道，如图6所示，气氢限流层板301上开设的控制流道307与流体混合室40相连通，因此流动的气氢最后从气氢限流层板301上的控制流道307流入流体混合室40。

气氢和液氢在流体混合室40中混合后经流体导出管60导出。

Claims (7)

1、一种流体混合器，其特征在于：所述混合器的前端设置有入口管，入口管连接有分流板，分流板另一端连接有层板结构体，层板结构体中间形成流体混合室，层板结构体的末端与流体导出管相连；所述层板结构体由数个限流层板叠放连接而成，该限流层板为构成流体混合室壁厚的环形板，在该限流层板内径到外径之间，开设有供流体通过的孔状的流动通道，在上述流动通道的中间，同径均布供一种或一种以上流体流入混合室的控制流道。

2、根据权利要求1的流体混合器，其特征在于：所述限流层板的厚度为0.1-2mm。

3、根据权利要求1的流体混合器，其特征在于：在所述限流层板间设有增厚层板，增厚层板上只开设有供各种流体通过的流动通道。

4、根据权利要求3的流体混合器，其特征在于：所述增厚层板的厚度为0.1-2mm。

5、根据权利要求1的流体混合器，其特征在于：所述层板结构体的外侧表面设有包覆熔焊层。

6、根据权利要求1-5中任何一项的流体混合器，其特征在于：在所述流体混合室与流体导出管之间设有下端板。

7、根据权利要求1-5中任何一项的流体混合器，其特征在于：在所述入口管与分流板之间还设有一高压波纹补偿管，混合器的外部筒体设置隔热套管。

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