TW450834B - Stacked static mixing elements - Google Patents

Description

450834 — 五、發明說明（1) 堆疊靜混合元件 本發明係一種靜混合器用鞍座元件，其包括一大致為 環形的支承結構體，其設有一中心軸線，徑向分開與沿著 周向延伸的同心内和外表面，以及徑向分開和大致保持平 行的第一與第二邊緣表面。環形支承結構體的内表面界定 出一道沿著軸線延伸的液流路徑。環形支承結構體的邊緣 表面係分別位在大致保持平行和實質與軸線保持垂直的橫 向平面上。鞍座元件亦包括若干位在液流路徑中的橫桿。 該等橫桿設有一個與環形支承結構體第二邊緣之橫向平面 相比、較接近該環形支承結構體第一邊緣之橫向平面的第 一端。該等橫桿也設有一個與環形支承結構艘第一邊緣之 橫向平面相比、較接近該環形支承結構體第二邊緣之橫向 平面的第二端《該等橫桿是被安排在至少二個分開的交叉 斜面上，各該交又斜面則設成與中心轴線保持一角度。該 等鞍座元件可用於一種包括四個翻轉堆疊之元件的結 艘。 發明背景 相關申請案的交互參照 本發明申請案係1999年6月21曰所提出待核准之第 60/140, 336號臨時申請案的後續部份案，該申請'案的全 内容茲以提及方式具體併入本案。 、 " 發明範疇

第5頁 450 83 4__ 五，發明說明（2) 本發明係有關連續混合流邀所採用的靜現合器，尤# 可用於混合諸如聚合物熔體此類高黏度流體所用的靜混合 器β ° 先前技藝說明 靜混合裝置對多成分混合物和類似物的均質化十分 用。靜混合器也可用在熱交換器和/或塞狀流反應器 面’這些裝置均簡單易用。靜混合器的一大優點在於它們 沒有活動機件’因此也沒有特別的密封和/或維修上的困 難。 () 此種裝置已知常被用於擠壓或射出成型這類會在整個 混合器牵涉到大量壓降情形的聚合物加工應用中β此舉一 般都需要一種可能用到甚厚材料和強化組件的堅固設計。 尺寸較小的組件可用精密鑄造不鏽鋼或史特萊特 (stellite)合金的方式所製成。各式元件往往也用先將個 別元件溶接或焊接成一金屬套管，再以其當作元件支樓架 的方式來補強。 ' 另外’靜混合器裝置也需在使用後易於維修和清潔以 及目視檢查。習知的一種係提供通路以便能清潔及檢查的 方法是以如專利合作條約之國際公告㈣95/〇9689所揭示 的一種史特萊特合金式環圈來支承個別元件。然而，此種 構造需要昂貴的精密鑄造以及高成本的車削隔離環，橫桿 也因為弱點在未受支承的自由橫桿，所以必須較厚β 對於壓降高達100巴（bar)之大型管件（>1〇吋）中的強 力聚合物混合器應用而言’該等元件必須熔接到個別管段 第6頁

4 5 Q 8 A 五、發明說明（3) 内。然後必須把這些管段熔接在一起而構成最後的混合 器。同樣地，此構造甚為昂貴。此外，因為溶接在一起之 各組件的定位很複雜，所以無法對熔接處進行100%的X光 檢查。結果，幾乎一定要增加壁厚和進行液壓測試。 發明概要說明 採用本發明所提供的一種靜混合器用鞍座元件設計， 即可減輕習用裝置所遭遇的種種問題及困難。該設計使得 混合器易於製造，同時易於組合及拆卸，因而易於維護及 清潔。尤其是，本發明之鞍座元件的簡單設計使得該元件 能鑄造成一種單體結構，以致可免除熔接和焊接之類的手 續。 就廣義方面言’本發明提供一種靜混合器用鞍座元 件’其包括一大致為環形的支承結構體，該結構體則設有 一中心麵線，徑向分開與沿著周向延伸的同心内和外表 面，以及徑向分開和大致保持平行的第一與第二邊緣表 面。環形支承結構體的内表面界定出一道沿著軸線延伸的 液流路徑。邊緣表面係分別位在大致保持平行和實質與轴 線保持垂直的橫向平面上’以便該等元件易於堆疊。鞍座 元件亦包括若干位在液流路徑中的長形橫桿，以致使沿著 該液流路徑流動的流體能徹底混合。就此而言，該等橫桿 各設有二個與第二邊緣之橫向平面相比、較接近第一邊緣 之橫向平面的第一端，以及一個與第一邊緣之橫向平面相 比、較接近第二邊緣之橫向平面的第二端。該等橫桿是策 略性地被安排在至少二個分開的交又斜面上，各該交又斜 450834 五、 發明說明 ⑷ 面 則 設 成 與 中 心 軸線保持 角 度 0 在 本發 明 的 一較佳 實 施 例 中 橫桿 係 被 安 排 在四 個 分 開 的 斜 面 上 ί 該 等斜 面 則 被 安 排 成 分開 的 二 對斜 面〇 各 對 的 斜 面 被 設 成 彼 此保持 大 致 平 行 和 側向 分 開 的 關 係。 另 外 > 各 對 的 斜 面 還被 設 成 能 沿 著 大 致與軸 線保 持 垂直 的 交 又 線 而 與 另 || Ρ* 對 的斜 面 交 叉 Ρ 各 交 叉 斜 面 上較 佳 安 排 至 少 二 支橫样 9 各該 斜面 上 的 橫桿 係 被 設 成 大 致平 行 和 側 向 分 開 的關 係 〇 在 本發 明 所 列舉 的 _ _ 實 施 例 中 ，鞍 座 元 件 的 橫桿 被 安 排 成 一 種 具 有 一·· 對分 開 端 部 的 長 條 及大 致 為W型的陣列 » 該 陣 列 設 成 橫越 過液 流路徑 9 且 其 各端 部 被 固 定 到環 形 支 承 結 搆體 的 内 表 面上 0 本發 明 的 另 一較 佳 方 面 是斜面 中 有 二 個 可 被 設 成 在 一條 實 質 位 在 第 邊緣 之 橫 向 平 面上 並 延 伸 穿 過 該 元 件 之 轴線 的 線 上 交 又 0 另外 * 該 二 斜 面之 橫桿 的 第 — 端 較佳 係在該 交 叉 線 的 附 近被連接在 一 起 〇 在 本發 明 所 列舉 的 另 一 實 施例 中， 第 一 斜 面 的一 選 定 橫桿 之 第 一 端 係 從一 個 與 第 一 邊緣 鄰接 的 位 置 被 固定 至 環 形 支 承 結 構體 的 内表 面 上 第 二 斜 面的 一 選 定 橫桿之 第 二 端 被 固 定 至 第 一 斜面 之 選 定 橫桿 的 第二 端 9 該 第 二斜 面 之 選 定 橫桿 的 第 端被連接 到 第 三 斜 面的 選 定 橫 桿之 第 一 端 該 第 二 斜 面 之選 定 橫 桿 的 第 二 端被 固 定 至 第 四斜 面 的 選 定 橫桿 之 第 二端 而 這 第 四 斜 面之 選 定 橫桿 的第 一 端 則 從 個 與 第 邊緣 鄰 接 的 位 置 被 固定 至 環形 支承結構體 的 内 表 面 上 同 時該 等 選 定 的 橫样 延伸 越 過 液 流 路徑 和 呈 45083-

現所欲的tf型陣列。 依據本發明’各交又斜面最好以大約90度的角度交 又。也就是說，斜面係設成與環形支承結構體的軸線保持 大約45度的角度。另依據本發明的各項原理及概念，各斜 面上約安排有4到8支橫桿。 本發明也提供一種包括二個如前述之鞍座元件的堆疊 靜混合器結構體。該等堆疊鞍座元件係被安排成使其第二 邊緣表面保持配對的接觸關係。此舉也表示二個鞍座元件 各自所屬橫桿的第二端部係彼此鄰接，以便形成一種大致 為雙X型的形狀。 這種堆疊靜混合器結構體較佳包括四個鞍座元件。該 等鞍座元件被安排成在第一組中之二個元件的環形支承結 構體的第二邊緣表面保持配對的接觸關係，另在第二组中 之另二個元件的環形支承結構體的第二邊緣表面保持配對 的接觸關係。這二組孫被堆疊成能使其中一組之環形支承 結構體的第一邊緣表面與第二組之環形支承結構體的第一 邊緣形成配對的接觸關係。這種堆疊的結果就是提供二個 堆疊的雙X型形狀。四個如此堆疊的鞍座元件就提供本發 明所列舉的安排。 圖式簡要說明 圖1為具體實現本發明各項概念及原理之一種鞍座元 件的立體圖； 圖2為圖1所示元件的俯視平面圖； 圏3為圖1所示元件的仰視平面闽； —I —" ! 4S0834 五、發明說明（6) 圓4為本發明$ 4 & 划相· 之疋件沿著圖2中線4-4所截取的一放大 刮祝圓， 圖5所示者係由甚不 田若干圏1之几件所構成的一種堆疊物的 玫大剖視圖；和 置 較佳實施例詳細說 圈6是：it體分解圖，顯示出本發明之元件的定位裝 明 如围1至圖4所不者係具體實現本發明各項原理及概念 f種靜混合器用鞍座元件1〇的較佳實施例。鞍座元件1〇 匕括一個大致為環形的支承結構艘12和-個大體以參照編 碼14表示的SMX混合結構體。依據本發明，可將這整個元 件鑄成一單體，或將混合結構體14與支承結構體12分開鑄 成，再以熔接或焊接方式接合成單一結構體。 環形支承結構體12具有一中心轴線16，一内表面18， 一外表面20，一第一邊緣表面22和一第二邊緣表面24。表 面18和20安排成同心，且較佳係大致保持平行，和相對於 軸線1 6朝徑向分開’並繞著結構體〗2的周向延伸。如圖所 示，内表面18界定出一條順著轴線16延伸、大致由箭頭26 所示的液流路徑。邊緣表面22和24大致為平面，並分別位 在大致保持平行和朝著軸向分開的橫向平面28和30(參閱 圖4)上。從圖4可以看出，平面28和30實質舆軸線16保持 垂直9 如圖1所示’混合結構體14係由若干位在液流路徑26 中之長橫桿3 2形式的組件所製成。大體上，各橫桿32較佳 第10頁 450834

j有一個與平面30相比、較為接近平面28的第一端34，和 i 近平面30的第二端36。所示之 STACK:然具有大致為矩形的形狀’但在本發明之構想中 亦$3搂^用其它形狀，例如圓形、三角形、橢圓形、方形、 和平板片等。此外，橫桿32間的空隙或通道可以只要結構 體中的孔洞，或具有矩形以外的其它任一形狀。 橫桿32較佳被安排在至少二個，但最佳是四個分開並 各自與轴線16保持一角度的交叉斜面38、4〇、42和44上》 該等斜面彼此適宜，但未必要以9〇度左右的角度交又。該 等斜面較佳亦設成與轴線16保持約45度的角度。然而依 據本發明，橫桿所在平面可採用其它任一斜度（例如 度、60度）。尤其從圖4可以看出，平面38和42設成彼此大 致保持平行，並形成側向隔開的關係。同樣地，平面4〇和 44也設成彼此大致保持平行’並形成側向隔開的關係。平 面38和42係設成沿著線46、48和5〇與平面4〇及44交叉從 圖3可以看出，該等線大致與軸線16保持垂直。 各平面上較佳具有至少二支橫桿32，各平面上的橫样 較佳設成彼此大致保持平行，並形成侧向隔開的關係，以 便在彼此之間產生空隙或通道33。如圖所示，一平面上的 橫桿32較佳係與一交又平面上的橫桿呈交錯。也就是說， 某一平面上的橫桿32大致設成與一交叉平面上的空隙μ保 持對齊關係’另與該交又平面上的橫桿32保持偏置關係。 這種安排較佳構成可讓交又平面的鄰接橫桿彼此沿著交又 線牢牢固定在一起，以便形成一堅固結構體。各平面上最 460834 五、發明說明（8) 好應有至少四支橫桿，以便達成最佳的混合能力。 請參閱圖4，其中可看出在一可供產生習知SMX結構體 的特定安排中，斜面38、40、42和44上分別居中的各橫桿 32a、32b、32c和32d，係被安排成一種橫越過液流路徑26 的長條及大致為W型的陣列52。如圖所示，該陣列52的端 部54和56各從一個與表面22鄰接的位置被固定到内表面18 上。請再參閱圖4，其中可以看出平面40及42係從在平面 28上或其附近的那條線48處交叉（亦請參閱圖3) »線48較 佳係位在液流路徑26的中間，以便實質與軸線1 6交又。 平面40和42上之橫桿的端部34係在線48處交叉和/或 固定在一起。在線48處交叉的形式可構成讓橫桿僅靠搭 接。或者交叉處可以是平整或圓形，或呈現銳緣。另外也 可在線48處補強這結構體，或在這區域增添橫桿的厚度或 材料，以便易於鑄造》此舉適用平面38和40的交叉線46， 以及在對向平面30附近之平面42和44的交叉線50。 如圖4所示，平面38上之橫桿32a的端部34a最好是從 平面28附近的一點被牢牢固定到環形支承結構體12的内表 面18，橫桿32a的端部36a最好是從平面30附近的一點被牢 牢固定到平面40上之橫桿32b的端部36b，而橫桿32b的端 部34b則最好是從平面28以及穿過轴線16之線48附近的一 點被牢牢固定到平面42上之橫桿32c的端部34c。同樣地， 平面44上之橫桿32d的端部34d是從平面28附近的一點被牢 牢固定到環形支承結構體12的内表面18，而橫桿32d的端 部3 6d則是從平面30附近的一點被牢牢固定到平面40上之 第12頁 450834 五、發明說明（9) 橫桿32c的端部3 6c。另可在所有的交叉或固定線處增添額 外的材料和一半徑，以便補強和/或易於鑄造。 本發明的鞍座元件10通常且適用於包括若干此種鞍座 元件的結構體。圖5所示者即為此種安排《在如圖5所示的 安排中，分別與前述元件10相同的一元件l〇a和另一元件 ’係被安排成讓其表面24a和24b保持配對的接觸關 係。同樣地’也分別與前述元件1〇相同的元件l〇c和i〇d則 被安排成讓其表面2 4c和2 4d形成配對的接觸關係。此外， 元件10b的表面2 2b與元件l〇c的表面22c亦被設成彼此保持 配對的接觸關係。這種安排提供一種由四個依序翻轉接合 之元件10所構成的靜混合器結構體60 ^該結構體6〇較佳被 置放在一管件62中以便加強支承。凡熟悉本項技藝者均 知，就某一特定的裝置而言，可運用若干結構體60。在此 種情況下，如圖5所示，鄰接的結構體60相對於彼此宜轉 動。轴向鄰接的結構體60相對於彼此最好轉動約90度的角 度。雖然結構體60較佳包括鄰接的接觸元件10，但理應瞭 解的是’元件10之間可設隔離環以便易於實施某一特定的 應用。 結構體60僅是依據本發明所構成之鞍座元件1〇的一種 可能安排而已。其它的安排尚有讓該等元件1〇全都朝相同 定向’或相對或完全隨機或非周期性的對稱轉動。在一較 佳實施例中，該等鞍座元件1〇可如圖6所示，於支承環12 上配備像槽口 80及舌榫82此類的定位裝置。如圖所示，有 個舌榫82從表面24伸出並與下一鄰接環之表面22上的槽口 第13頁 450834 五、發明說明（10) 80對齊。該支承環可設有若干槽口 80和/或舌榫82，而該 等槽口及舌榫較佳具有對應的配對形狀。該等槽口及舌祥 可備有特殊安排’以便迫使使用者或自動化組合機械將這 堆疊物組合成在第一組是堆疊兩個具有相同定向的鞍座， 接著再推疊另一組的兩個在定向上轉動9〇度的鞍座。此舉 所產生的靜混合器結構體，與具有L/D = 0. 5之混合元件的 SMX混合元件相似。 () 具體實現本發明各項原理及概念的標準靜混合器元件 10 ’通常是由大約2至16支相對於軸線16，以大約45度角 度偏斜的交叉橫桿32所構成。各該元件的轴長通常約為管 徑的0.25倍。於是，包括四個元件1〇的結構體6〇，具有一 個約與管徑相等的軸長。支承環12的軸長較佳與w型結構 體52的高度相同’但亦可把一端或兩端弄得較長，以便在 鞍座被堆疊於一個結構體之内時，可留下空的空間。

依據本發明所提供的一種靜混合器，其包括若干堆番 的環形支承結構體12 ’如圖所示，該等環形支承結構想Μ 各支承SMX結構趙的一鞍座14 »該等元件可用簡單的模具 而以不算昂貴的精密鑄造方式來生產β該等堆疊的元件可 拆解以供清潔及目視檢查。因為環形支承結構艘及鞍 座可供形成一個單體，所以不需昂貴的機製工作件。與習 用的構造相比’強度至少增加四倍。此舉可選用較薄的材 料，因而使壓降減低。在聚合物混合器中使用這些元件 時，易於採用能被徹底檢查的標準管件。該等元件可以拆 下以供清洗。本發明之元件的簡單構造，使其能以習用的 111 第14頁 450834 五、發明說明（11) 射出成型法由塑料所製成。而塑膝材質的靜混合器元件可 用於想要採行即用即丟式部件的那些應用中。 本發明的各項特點促使： 1) 採用一種安排’據以在第一組是堆疊四個具有相同 定向的鞍座’接著再推疊另一組四個在定向上係轉動90度 的鞍座； 2) 採用一種安排，據以在第一組是堆疊二個具有相同 定向的鞍座’接著再推疊另一組二個在定向上係轉動9〇度 的鞍座； 3) 各鞍座被铸造或射出成型為單體結構’周圍則具有

一環形支承結構體： V 4) 在環形支承結構體上設有若干槽口及舌榫或其它定 位裝置，從而定出各元件的方向，據以可正規或隨意率性 為這結構體定向； 5) 使用在結構上不相同的環形支承結構體或鞍座，尤 其是提供，例如，交互式樣的橫桿與通道和/或不同斜度 或形狀的橫桿； 6) 所用的鞍座係以個別鑄造或熔接的桿件所製成，或 以穿孔板片經折邊而製成，可以具有或不具有環形支承結 構趙； ^ 7) 所用的環形支承結構體係以熔接、焊接或膠黏方式 予以固定到混合器組件的一桿件上。 圓式元件符號說明 鞍座元件10鞍座元件l〇a

450834 五、發明說明（12) 鞍座元件1 Ob鞍座元件10c 鞍座元件10d支承結構體12 混合結構體1 4轴線1 6 内表面18外表面20 邊緣表面22表面22b 表面22c邊緣表面24 表面24a表面24b 表面24c表面24d 液流路徑26平面28 平面30橫桿32 橫桿32a端部34a 橫桿32b橫桿32c 橫桿32d通道33 第一端34端部34a 端部34b端部34c 端部34d第二端36 端部36a端部36b 端部36c端部36d 斜面38斜面40 斜面42斜面44 線46線48 線50陣列52 端部54端部56 靜混合器結構體60管件62 第16頁

Claims (1)

1. 450834 五、發明說明（13) 槽口 80舌| U 一種靜混合器用鞍座元件，其包括 大致為環形的支承結構體，其設有一 + 向分開與沿著周向延伸的同心内和外 役 和大致保持平行的第一與第二邊緣表面及：：分開 定出一道沿著軸線延伸的液流路徑， 述之内表面界 所述之邊緣表面係分別位在大致保持 線保持垂直的橫向平面上；和 和實質與軸 若干位在所述之液流路徑中的混合器組該 設有-個與第二邊緣之橫向平面相比、較為：近第：邊： ί橫：：：=一Ϊ ’和一個與第一邊緣之橫向平面相 比、較為接近第二邊緣之橫向平面的第二端； 所述之混合器組件係被安排在至少二個分開的交叉斜 面上，各該交又斜面則設成與所述之軸線保持—角度。 2·如申請專利範圍第1項所述之鞍座元件，其中所述 之組件包括若干橫桿，而各所述之交又斜面上至少有一橫 桿’該等橫桿係被設成彼此保持大致平行的關係。 3.如f請專利範圍第1項所述之鞍座元件，其中所述 之組件係被安排在四個分開的斜面上，該等斜面則被安排 成分開的二對斜面，各對的斜面被設成彼此保持大致平行 和側向分開的關係’同時各對的斜面還被設成能沿著大致 與所述之軸線保持垂直的交叉線而與另一對的斜面交又。 第17頁 450834 fill 4.如申請專利範圍第3項所述之鞍座元件，其中所述 之組件係橫桿，而所述之各交又斜面上安排有至少二支橫 桿，其中各斜面上的橫桿係被設成大致保持平行和側向分 開的關係。 5·如申請專利範圍第3項所述之鞍座元件，其中所述 之組件包括若干橫桿，該等橫桿被安排成一種具有兩個分 開端部之長條及大致為ff型的陣列，該陣列設成橫越過液 流路徑，且其各端部被固定至所述之内表面上》

   6_如申請專利範園第4項所述之鞍座元件，其令所述 之橫桿係被安排成一種具有兩個分開端部之長條及大致為 W型的陣列’該陣列設成橫越過液流路徑，且其各端部被 固定至所述之内表面上。 7. 如申請專利範圍第6項所述之鞍座元件’其中所述 之斜面中有二個係在一條實質位在第一邊緣之橫向平面上 並延伸穿過軸線的線上交叉，該二斜面之橫桿的第一端則 在該線的附近被連接在一起。

   8. 如申請專利範圍第7項所述之鞍座元件，其中第一 斜面的一選定橫桿之第一端係從一個與第一邊緣鄰接的位 置被固定至所述之内表面上，第二斜面的一選定橫桿之第 二端被固定到第一斜面之選定橫桿的第二端，該第二斜面 之選定橫桿的第一端被連接到第三斜面的一選定橫桿之第 一端，該第三斜面之選定橫桿的第二端被固定到第四斜面 的一選定橫桿之第二端，而這第四斜面之選定橫桿的第一 端則從一個與第一邊緣鄰接的位置被固定至所述之内表面 第18頁 65083 上，同

   定的

   呈現所述之ff型降列 橫桿側向延伸越過所述之液流路徑和 9. 如申請專利範園第7項所述之鞍座元件，其中所述 之交叉斜面係以大約9〇度的角度交叉。 10. 如申請專利範圍第7項所述之鞍座元件，其中所述 之斜面係設成與軸線保持大約45度的角度。 11·如申請專利範圍第4項所述之鞍座元件，其中所述 之各斜面上約安排有4到8支橫桿。 Ο 12. —種包括二個如申請專利範圍第1項所述之鞍座元 件的靜混合器結構體，該等鞍座元件係被安排成使其第二 邊緣表面保持配對的接觸關係。 13. —種靜混合器，其包括一個如申請專利範圍第1項 所述之第一、第二、第三和第四鞍座元件，該等鞍座元件 被安排成使所述之第一與第二元件的第二邊緣表面保持配 對的接觸關係’所述之第三與第四元件的第二邊緣表面保 持配對的接觸關係，和所述之第二與第三元件的第一邊緣 表面保持配對的接觸關係。 14. 一種靜混合器，其包括二個如申請專利範圍第8項 所述之鞍座元件，該等鞍座元件被安排成使其第二邊緣表 面保持配對的接觸關係。 15. —種靜混合器，其包括一個如申請專利範圍第8項 所述之第一、第二、第三和第四鞍座元件，該等鞍座元件 被安排成使所述之第一與第二元件的第二邊緣表面保持配 對的接觸關係，所述之第三與第四元件的第二邊緣表面保 第19頁

   持配對的接觸關係，和所述之第二與第三元件的第一邊緣 表面保持配對的接觸關係。 16. —種如申請專利範圍第1項所述之鞍座元件，其中 所述之元件包括能在堆疊的元件中，使該元件與一鄰接元 件對齊的定位裝置。 17’種如申請專利範圍第16項所述之鞍座元件，其 裝置包括分別設在鄰接環形支承結構體上的 配對與對齊的舌榫與槽口。 第20頁 〇 自 §0 83 4

   第21頁