專利名稱：交叉元件的組件及其構(gòu)建的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合元件與混合方法，以及更具體的是，涉及一種可在例如靜態(tài)混合器與熱交換器中找到的交叉元件的組件及其構(gòu)建的方法。
背景技術(shù)：
靜態(tài)混合元件放置于管子或其它液體流管道中，以引起流動在管道中的一個或多個液體流混合，或同時引起產(chǎn)出液體流(product fluid stream)進(jìn)行混合以及在產(chǎn)出液體流和供應(yīng)液體之間進(jìn)行熱交換，所述供應(yīng)液體與產(chǎn)出液體流通過一個壁面隔開，并且以同向或逆向關(guān)系流動。所述液體流包括聚合物熔體以及層流中的其它高粘滯流體和湍流應(yīng)用中的低粘性流體或氣體。這些靜態(tài)混合元件通常不具有活動部分，且通過液體流的徑向傳輸進(jìn)行操作，并將液體流分割為多個分流，所述分流隨后重組以減少液體流的成分、溫度或其它性質(zhì)方面的截面變化。在通常所知的SMX、SMXL、SMV以及SMR混合器這類靜態(tài)混合元件中，交叉元件的兩個或多個柵格相互之間設(shè)置為交叉角度，并且與管道的縱向軸線成一個角度。在SMV混合器的情況下，交叉元件是波紋板；在SMX與SMXL混合器的情況下，交叉元件是條；并且在SMR混合器的情況下，交叉元件是桿或管子。所述交叉元件在每一柵格中間隔開來，并且成對柵格中的交叉元件插入到這些間隔中。為了達(dá)到良好的混合，交叉元件通常緊密放置在一起，這樣使得毗鄰元件之間沒有或只有一點間隙。
前述的靜態(tài)混合器一般用于增進(jìn)供應(yīng)液體與產(chǎn)出液體流之間的熱傳遞，所述的產(chǎn)出液體流通過管壁與供應(yīng)液體相分離。在SMV、SMX以及SMXL類混合器中，交叉元件插入到加套管道或多管熱交換器的管子內(nèi)。然后供應(yīng)液體在管套或殼的外部流動，并且通過交叉元件與流動在導(dǎo)管或管子內(nèi)的產(chǎn)出液體流的混合及熱傳遞增強。在SMR混合器中，交叉元件中的條由設(shè)置在多個平行管柵格中的管子所代替。供應(yīng)液體在所述管子中流動，而產(chǎn)出液體流在管子外流動，并且在與供應(yīng)液體進(jìn)行熱交換的同時混合。
靜態(tài)混合器使用前述類型的交叉元件的柵格所產(chǎn)生的問題在于，使它們足夠堅固以抵擋例如聚合體等流經(jīng)混合器的粘滯流體所引起的壓強降是困難的。交叉元件同樣必須固定在流體管道上，并且那些固定在管道上的交叉元件必須抵擋作用于其它交叉元件的壓力。在許多應(yīng)用例如光纖冷卻器中，SMR管道另外必須抵擋高外壓。
為了抵擋這些壓力，所述交叉元件必須具有耐震性設(shè)計，所述設(shè)計包括非常厚的材料以及增強的組件，例如可以在其交叉點處將交叉元件焊接到一起。在SMR型混合器中，已知的是另外將每一管陣中管子的每一毗鄰回路之間的凸塊焊接起來。所述凸塊通常具有與管壁相同的厚度，且每一管陣中放置可達(dá)3行凸塊。一個典型的SMR管束可能包括8個到40個以上這樣的管陣，并且，這樣導(dǎo)致了一個典型的SMR管束就需要2000個以上的凸塊?？梢哉J(rèn)識到的是，將這些凸塊焊接或者以其它方式固定到管子上的勞動強度極高，并且這樣會使管束的成本大大增加。
由此提出了對增強上述交叉元件的改良方法的極大的需求。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提出一種靜態(tài)混合器，所述靜態(tài)混合器具有第一柵格和第二柵格，所述第一柵格具有一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽，所述第二柵格具有一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽。第一柵格的交叉元件設(shè)置為與所述第二柵格的所述交叉元件成交叉角度。將至少一個細(xì)長連接器設(shè)置且固定到第一與第二柵格的交叉元件之間。柵格設(shè)置成可以使一個柵格的每一交叉元件與另一個柵格的狹槽相交。
另一方面，本發(fā)明提出一種構(gòu)建前述靜態(tài)混合器的方法。本發(fā)明同樣也提出一種靜態(tài)混合器組件。


在構(gòu)成部分說明書并將結(jié)合說明書閱讀的附圖中，使用了相同的附圖標(biāo)記來表示不同視圖中的相同的部分。
圖1A包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的SMX型靜態(tài)混合器的頂部俯視圖；
圖1B包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的SMX型靜態(tài)混合器的側(cè)面正視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的SMR型靜態(tài)混合器的側(cè)面正視圖；圖3是圖2中顯示的SMR靜態(tài)混合器的一部分局部放大的側(cè)面正視圖；圖4是本發(fā)明連接器的視圖；圖5A是本發(fā)明連接器的視圖；圖5B是本發(fā)明連接器的視圖；圖6A是沿圖5A中的線6A-6A的連接器的側(cè)面俯視圖；圖6B是沿圖5B中的線6B-6B的連接器的側(cè)面俯視圖；圖6C是沿圖3中的線6C-6C的連接器與連接元件的側(cè)面俯視圖；圖7是側(cè)面正視圖，所述側(cè)面正視圖闡明了如何通過本發(fā)明的構(gòu)建方法來夾緊毗鄰管陣。
具體實施例方式
現(xiàn)在更加詳細(xì)地參考附圖，本發(fā)明提出靜態(tài)混合器10，所述靜態(tài)混合器10可通過放置于導(dǎo)管或其它完全或部分封閉的液體流管道12內(nèi)來用于混合，或者以其它方式減少流動在管道12中的一個或多個液體流的成分、溫度或其它性質(zhì)上的截面變化。靜態(tài)混合器10同樣可以用于引起產(chǎn)出液體流與供應(yīng)液體之間產(chǎn)生熱交換，所述供應(yīng)液體與產(chǎn)出液體流的流動同向或逆向，且通過管壁與產(chǎn)出液體流隔開。SMX型靜態(tài)混合器10如附圖1所示，SMR型靜態(tài)混合器的各部分如附圖2-3所示。
所述靜態(tài)混合器10包括由交叉元件16和毗鄰每一交叉元件16的狹槽構(gòu)成的兩個或多個柵格14。所述交叉元件16相互之間設(shè)置為交叉角度，并且與液體流管道12的縱向軸線成傾斜角度。例如，可以使用60°和90°的交叉角度以及30°和45°的傾斜角度。柵格設(shè)置成可以使一個柵格的每一交叉元件與另一個柵格的狹槽相交。每一個柵格14內(nèi)的交叉元件16優(yōu)選地，但非必須地相互平行延伸且位于一個共有平面上。在SMV靜態(tài)混合器10的情況下，交叉元件16呈波紋板的形式；在附圖1所示的SMX靜態(tài)混合器10的情況下，交叉元件16呈條的形式；并且在附圖2-3所示的SMR靜態(tài)混合器10的情況下，交叉元件16呈管子的形式。板、桿以及其它能夠引起管道12中流動的液體流分裂與重組的結(jié)構(gòu)也可用作交叉元件16。在管子這種情況中，一個或多個液體流也在管子中流動，比如用于與管子外流動的液體流進(jìn)行熱交換。除了以上闡明的SMX與SMR靜態(tài)混合器外，本發(fā)明還可應(yīng)用于通常熟悉的名叫SMXL的靜態(tài)混合器，以及任何其它具有任意形狀的傾斜與交叉元件的混合器類型。
根據(jù)本發(fā)明，細(xì)長連接器18設(shè)置且固定到每一成對柵格14的相毗鄰的交叉元件16間。當(dāng)使用多對柵格14時，連接器18優(yōu)選地沿靜態(tài)混合器10的整個截面長度連續(xù)地延伸，并且將多個柵格14中的每個柵格內(nèi)的毗鄰交叉元件16連接在一起。連接器18優(yōu)選為如附圖4-6C所示的扁平條，但也可以是桿或其它結(jié)構(gòu)。制作連接器18的材料具有必要的剛度和成分以使其能與交叉元件16相連接。例如，當(dāng)交叉元件16由金屬制成時，連接器18優(yōu)選為一種適配的金屬。當(dāng)交叉元件16為聚合結(jié)構(gòu)或陶瓷結(jié)構(gòu)時，連接器18優(yōu)選為類似結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的是，連接器18可放置成使它與交叉元件16沿它們的至少一些交叉點交叉。也可以使用以平行且相互隔離的關(guān)系延伸的多個連接器18。
連接器18應(yīng)具有相當(dāng)細(xì)的結(jié)構(gòu)，從而使毗鄰的交叉元件16間的流量限定減到最小。然而，優(yōu)選的是，連接器18由較厚的材料制成以增加強度，并且連接器18包括沿交叉元件16與連接器18的接觸線設(shè)置的交叉凹槽20。位于連接器18一面上的凹槽20相互之間以平行關(guān)系延伸，并且與連接器18相反面上的凹槽20成一定角度。位于凹槽20交叉點上的連接器18的厚度如果存在，優(yōu)選為非常小或者為零。這樣，當(dāng)通過設(shè)置較大的結(jié)合面以及機械裝置以將交叉元件16固定到一起從而將交叉元件16方便地連接到連接器18上時，凹槽20就可用于減小毗鄰的交叉元件16間的間隔。凹槽20可通過任意合適的方式來形成，比如通過從連接器18中移除材料或通過在制作連接器18時，例如在鑄造時或在連接器18注模時形成凹槽。
舉一個例子但也只作為例子，當(dāng)連接器18用于比如存在于SMR靜態(tài)混合器10中的管狀交叉元件16時，所述連接器18寬30mm，厚5mm，且具有凹槽20，所述凹槽20的輪廓能補充性地接收管狀交叉元件16。這樣，如果交叉元件16中的管子直徑為13.5mm，凹槽20就會具有與直徑大約14mm的導(dǎo)管相對應(yīng)的半月形形狀。為了容許交叉元件16之間零間距，所述半月形凹槽20的深度優(yōu)選為2.5-3mm，但其同樣可為更小的深度，以容許交叉元件16之間有一些間隔距離。
交叉元件16通過焊接、銅焊、粘合或其它合適的技術(shù)以逐步或連續(xù)的方式安裝到連接器18上。例如，連接器18最初可以通過如附圖7所示夾緊或通過焊接凸塊來與毗鄰的交叉元件16相連接。當(dāng)交叉元件16的兩個或多個層結(jié)構(gòu)以所述方式安裝后，凹槽20將用例如鎳銅這類銅焊材料以粘貼或鋪墊的方式進(jìn)行填充。然后將整個組件放置在真空爐中以合適的溫度，比如1050℃進(jìn)行熱處理以及銅焊。作為選擇，也可使用其它銅焊方法，以及全部或部分焊接，粘貼或其它連接方式。
特別的是，每一交叉元件16上的負(fù)重被傳遞到連接器18而不是下一個交叉元件16上，所述負(fù)重來源于液體流繞交叉元件16流動所產(chǎn)生的壓強降，負(fù)重被傳遞到下一個交叉元件的方式是使用凸塊的常規(guī)結(jié)構(gòu)與增強方法中的方式。測試?yán)语@示，如果連接器18寬30mm，厚5mm且采用前述的銅焊工序來固定，所述的管狀交叉元件16就可以負(fù)重至少30kN。這個強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.5-1kN的負(fù)重，所述0.5-1kN的負(fù)重通常產(chǎn)生在20-40個條穿過由20個管道柵格制成且每一柵格具有15個傾斜管子的靜態(tài)混合器所產(chǎn)生的壓強降中。
通過將連接器18安裝到組件的入口邊緣或出口邊緣或主體，連接器18同樣可以用作整個組件的支撐結(jié)構(gòu)，從而排除管道束或混合元件間昂貴支撐件的需要。
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)混合器，其包括第一柵格，所述第一柵格包括一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽，以及第二柵格，所述第二柵格包括一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽，其中所述第一柵格的所述交叉元件設(shè)置為與所述第二柵格的所述交叉元件成交叉角度；并且將至少一個細(xì)長連接器設(shè)置且固定到所述第一柵格的所述交叉元件與所述第二柵格的所述交叉元件之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中所述柵格設(shè)置成可以使一個柵格的每一交叉元件與另一個柵格的狹槽相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜態(tài)混合器，其中所述第一柵格的所述交叉元件相互之間處于大體平行關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜態(tài)混合器，其中所述第一柵格的所述交叉元件位于一個共有平面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器，其中所述第二柵格的所述交叉元件相互之間處于大體平行關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜態(tài)混合器，其中所述第二柵格的所述交叉元件位于一個共有平面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中所述交叉元件是波紋板和管子的其中之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中靜態(tài)混合器包括兩個以上柵格。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的靜態(tài)混合器，其中每一柵格包括交叉元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的靜態(tài)混合器，其中每一柵格中的所述交叉元件設(shè)置為相互成交叉角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜態(tài)混合器，其中所述連接器設(shè)置在每一柵格中的所述交叉元件間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中所述交叉元件是金屬、聚合物、陶瓷結(jié)構(gòu)中之一或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中所述連接器沿所述靜態(tài)混合器的整個截面長度連續(xù)延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中所述細(xì)長連接器放置成可以使它與所述交叉元件沿它們的至少一些交叉點交叉。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中所述連接器具有沿所述交叉元件與所述連接器的接觸線設(shè)置的交叉凹槽，其中所述凹槽設(shè)置了一個較大的結(jié)合面和機械裝置，以將所述交叉元件固定到一起。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的靜態(tài)混合器，其中所述凹槽放置于所述連接器的第一表面中且相對于所述第一柵格的所述交叉元件延伸，并且其中所述凹槽放置于所述連接器的第二表面中且相對于所述第二柵格的所述交叉元件延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其中所述交叉元件通過焊接、銅焊、粘合的其中一種方式以及其結(jié)合方式固定到所述連接器上。
18.一種構(gòu)建靜態(tài)混合器的方法，所述方法包括(a)設(shè)置至少兩個柵格；(b)在第一柵格上放置一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽；(c)在第二柵格上放置一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽；(d)將所述第一柵格的所述交叉元件設(shè)置為與所述第二柵格的所述交叉元件成交叉角度；(e)在所述第一柵格的所述交叉元件與所述第二柵格的所述交叉元件之間放置至少一個連接器；并且(f)將所述連接器固定到所述交叉元件上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括所述柵格設(shè)置成可以使一個柵格的每一交叉元件與另一個柵格的狹槽相交。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括設(shè)置兩個以上柵格。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在每一柵格中放置一個或多個交叉元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括將每一柵格中的所述交叉元件相互之間設(shè)置為交叉角度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括將所述連接器放置在每一柵格中的所述交叉元件之間。
24.一種靜態(tài)混合器組件，其包括大體為環(huán)形的液體流管道，所述液體流管道具有中心軸線，徑向隔開的沿圓周延伸的同心的內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面形成了沿所述軸線延伸的液體流路徑；放置在所述液體流路徑上的一個或多個靜態(tài)混合器，每一靜態(tài)混合器具有第一柵格，所述第一柵格包括一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽，以及第二柵格，所述第二柵格包括一個或多個交叉元件和毗鄰每一交叉元件的一個或多個狹槽，其中所述第一柵格的所述交叉元件設(shè)置為與所述第二柵格的所述交叉元件成交叉角度；以及至少一個細(xì)長連接器，所述細(xì)長連接器設(shè)置且固定到所述第一柵格的所述交叉元件與所述第二柵格的所述交叉元件之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的靜態(tài)混合器組件，其中所述柵格設(shè)置成可以使一個柵格的每一交叉元件與另一個柵格的狹槽相交。
全文摘要
靜態(tài)混合器(10)設(shè)置有具有一個或多個交叉元件(16)和一個或多個狹槽的第一柵格(14)，以及具有一個或多個交叉元件(16)和一個或多個狹槽的第二柵格(14)。第一柵格(14)的交叉元件(16)設(shè)置為與第二柵格(14)的交叉元件(16)成交叉角度。至少一個細(xì)長連接器(18)放置且固定到相毗鄰的第一柵格(14)的交叉元件(16)與第二柵格(14)的交叉元件(16)之間。此外所述柵格設(shè)置成可以使一個柵格的每一交叉元件與另一個柵格的狹槽相交。
文檔編號F28D7/08GK1668369SQ03816667
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月15日
發(fā)明者羅伯特·E·麥克米倫, 費利克斯·A·斯特賴夫 申請人:蘇爾澤化學(xué)技術(shù)美國公司