專利名稱：靜態(tài)混合器元件以及用于混合兩種流體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及兩種或更多流體的混合，尤其是涉及靜態(tài)混合元件以及用于混合這樣的流體的方法。
發(fā)明的
背景技術(shù)：
兩種或更多流體的混合可通過具有活動(dòng)部件的普通動(dòng)態(tài)混合器以及具有靜止部件的普通靜態(tài)混合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)混合器的缺點(diǎn)包括增加了維護(hù)和修理。
用于混合兩種或更多流體的已知方法包括將普通靜態(tài)混合器元件置于管內(nèi)，并將流體從靜態(tài)混合器元件引入管的上游區(qū)域內(nèi)。普通的靜態(tài)混合器元件固定在管內(nèi)，或者固定在管的一部分上，管的該部分再安裝到上游或下游的管部分上。
已知的靜態(tài)混合器元件包括具有相互垂直交叉的混合器葉片的靜態(tài)混合器元件，該混合器葉片具有平面的葉片表面，該葉片表面相對(duì)于流體流動(dòng)方向傾斜45度。通常該流體是液體。流體在經(jīng)過在混合器葉片之間的開口時(shí)混合。通過增加靜態(tài)混合器元件的長(zhǎng)度或通過添加附加的靜態(tài)混合器元件，能夠增強(qiáng)混合，但是這增加了壓力降。高粘性的流體通常比低粘性的流體更難進(jìn)行混合。還很難使低粘性的流體與高粘性的流體混合。
因此需要一種用于使兩種或更多流體更好地混合在一起的裝置和高效方法，尤其是當(dāng)該流體有很大的粘性差異時(shí)，例如當(dāng)一個(gè)流體有較低粘性，而另一流體有較高粘性時(shí)。
發(fā)明簡(jiǎn)介本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的第一表示形式是靜態(tài)混合器元件。該靜態(tài)混合器元件包括定向流動(dòng)軸線和相互交叉的靜態(tài)混合器葉片。該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向。各靜態(tài)混合器葉片有凹形面，該凹形面基本對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成銳角。垂直于該定向流動(dòng)軸線且沿該定向流動(dòng)軸線的方向運(yùn)動(dòng)的平面將首先大致同時(shí)撞擊靜態(tài)混合器葉片的子集。該子集中的某些靜態(tài)混合器葉片布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向成正銳角。該子集中的其余靜態(tài)混合器葉片布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向成負(fù)銳角。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二表示形式為靜態(tài)混合器元件。該靜態(tài)混合器元件有定向流動(dòng)軸線、第一組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層以及第二組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層。該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過該靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向。第一組的各葉片層有間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角。第二組的葉片層排列成大致與第一組的葉片層垂直。第二組的各葉片層有間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角。第二組葉片層的靜態(tài)混合器葉片與第一組葉片層的靜態(tài)混合器葉片相互交叉并相連。垂直于定向流動(dòng)軸線且沿該定向流動(dòng)軸線的方向運(yùn)動(dòng)的平面將首先大致同時(shí)撞擊在各第一和第二組的各至少兩個(gè)葉片層中的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片。
本發(fā)明的優(yōu)選方法的第一表示形式是使第一和第二流體混合，并包括步驟a)至e)。步驟a)包括獲得管。步驟b)包括獲得靜態(tài)混合器元件，其中，該靜態(tài)混合器元件包括定向流動(dòng)軸線和多個(gè)相互交叉的靜態(tài)混合器葉片。該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向。各靜態(tài)混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角。步驟c)包括將靜態(tài)混合器元件布置在管中，同時(shí)使定向流動(dòng)軸線指向下游方向。步驟d)包括將第一流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。步驟e)包括將第二流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明的優(yōu)選方法的第二表示形式是使第一和第二流體混合，并包括步驟a)至e)。步驟a)包括獲得管。步驟b)包括獲得與前面第二段中所述靜態(tài)混合器元件相同的靜態(tài)混合器元件。步驟c)包括將靜態(tài)混合器元件布置在管中，同時(shí)使定向流動(dòng)軸線指向下游方向。步驟d)包括將第一流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。步驟e)包括將第二流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例是靜態(tài)混合器元件組件，該靜態(tài)混合器元件組件包括第一和第二靜態(tài)混合器元件。該第一靜態(tài)混合器元件與本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的上述第二表示形式的靜態(tài)混合器元件相同。第二靜態(tài)混合器元件與第一靜態(tài)混合器元件基本相同，并布置成使它的定向流動(dòng)軸線基本與第一靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線重合，并繞第一靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線相對(duì)于第一靜態(tài)混合器元件旋轉(zhuǎn)大致90度，并布置成鄰近該第一靜態(tài)混合器元件。
本發(fā)明的第二優(yōu)選方法是使第一和第二流體混合，包括上述本發(fā)明優(yōu)選方法的第二表示形式的步驟，其中“第一靜態(tài)混合器元件”代替“靜態(tài)混合器元件”。該第二優(yōu)選實(shí)施例還包括幾個(gè)附加步驟。第一附加步驟包括獲得與第一靜態(tài)混合器元件基本相同的第二靜態(tài)混合器元件。第二附加步驟包括將第二靜態(tài)混合器元件布置在第一靜態(tài)混合器元件下游的管內(nèi)，同時(shí)使第二靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線指向下游方向，并使第二靜態(tài)混合器元件繞第一靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線相對(duì)于第一靜態(tài)混合器元件旋轉(zhuǎn)大致90度。
本發(fā)明有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)和好處。采用具有基本以銳角對(duì)著上游的凹形表面的靜態(tài)混合器葉片所得到的混合效果比采用現(xiàn)有技術(shù)的平葉片獲得的混合效果更好。在涉及混合水和葡萄糖漿的試驗(yàn)中，對(duì)于垂直混合(即當(dāng)兩種流體垂直向上流動(dòng)時(shí))，本發(fā)明的彎曲葉片的混合效果比現(xiàn)有技術(shù)的平葉片提高大約百分之十二，而對(duì)于水平混合(即當(dāng)兩種流體水平流動(dòng)時(shí))，混合效果提高大約百分之三十。即使提高百分之十二也很有意義，這意味著十一個(gè)具有本發(fā)明的彎曲葉片的靜態(tài)混合器元件所提供的混合效果與十二個(gè)具有現(xiàn)有技術(shù)的平葉片的靜態(tài)混合器元件的混合效果相同或更好。本發(fā)明的彎曲葉片的壓力降比現(xiàn)有技術(shù)的平葉片低大約百分之五。在希望使給定靜態(tài)混合器元件長(zhǎng)度的壓力降減至最小的用途中，降低壓力降將導(dǎo)致增加通過量，而在關(guān)鍵性設(shè)計(jì)參數(shù)是長(zhǎng)度而不是降低壓力降的用途中，降低壓力降意味著靜態(tài)混合器元件長(zhǎng)度更短。應(yīng)當(dāng)知道，彎曲葉片和平葉片的混合性能比較是針對(duì)葉片相互交叉面積相同和葉片間交界面面積相同的、相同長(zhǎng)度(沿定向流動(dòng)軸線測(cè)量)的靜態(tài)混合器元件來(lái)進(jìn)行的。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)的平葉片相比，通過由本發(fā)明的彎曲葉片引起的、與流方向交叉的流動(dòng)將使得更多的低粘性流體(水)液滴向管壁運(yùn)動(dòng)。本申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，低粘性流體(水)的液滴將繞現(xiàn)有技術(shù)的平葉片更靠近管的中心部分運(yùn)動(dòng)，而不是在與流方向交叉的流動(dòng)中被推向管壁。這使得本發(fā)明人推斷，在與流方向交叉的流動(dòng)中提高了朝著管壁的運(yùn)動(dòng)是提高本發(fā)明的彎曲葉片的混合效果的原因。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是本發(fā)明的靜態(tài)混合器元件的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2是沿圖1中的線2-2的視圖；圖3是沿圖1中的線3-3的視圖；圖4是沿圖1中的線4-4的正視圖；圖5是用于使第一和第二流體混合的本發(fā)明優(yōu)選方法的方框圖；以及圖6是本發(fā)明的靜態(tài)混合器元件的組件的優(yōu)選實(shí)施例的示意側(cè)視圖。
詳細(xì)說明圖1至4表示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第一表示形式是靜態(tài)混合器元件10。該靜態(tài)混合器元件10有定向流動(dòng)軸線12，該定向流動(dòng)軸線12經(jīng)過靜態(tài)混合器元件10的重心14，并指向與預(yù)定上游方向18相反的預(yù)定下游方向16。應(yīng)當(dāng)知道，當(dāng)靜態(tài)混合器元件10布置在管(未示出)內(nèi)，且有兩種或更多流體(未示出)在該管內(nèi)流動(dòng)，該靜態(tài)混合器元件10布置成使定向流動(dòng)軸線12指向下游，從而使預(yù)定下游方向16指向下游，而預(yù)定上游方向18指向上游。靜態(tài)混合器元件10還有多個(gè)相互交叉的靜態(tài)混合器葉片(在圖中總體以標(biāo)號(hào)20表示)，各混合器葉片有凹形面22，該凹形面22大致對(duì)著預(yù)定上游方向18，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向18成一銳角(即角度小于90度)。作為示例，應(yīng)當(dāng)知道，交叉的靜態(tài)混合器葉片20就象當(dāng)人們通過在手指互鎖的情況下將他或她的手握緊或交疊起來(lái)，且使手指伸直和不彎曲時(shí)的手指。“基本對(duì)著預(yù)定上游方向18”的意思是沿定向流動(dòng)軸線12的方向流動(dòng)的流體將沖擊葉片20的凹形面22，但是不會(huì)沖擊葉片20的相對(duì)面。垂直于該定向流動(dòng)軸線12且沿該定向流動(dòng)軸線12的方向運(yùn)動(dòng)的平面(即幾何平面)將首先大致同時(shí)撞擊靜態(tài)混合器葉片20的子集(如圖1中的葉片24、26、28和30)。該子集中的某些靜態(tài)混合器葉片20(如圖1中的葉片24和28)布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向18成正銳角(即圖1中所示的該葉片24和28的凹形面22沿順時(shí)針方向從預(yù)定上游方向18傾斜成銳角)。該子集中的其余靜態(tài)混合器葉片20(如圖1中的葉片26和30)布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向18成負(fù)銳角(即圖1中所示的該葉片26和30的凹形面22沿逆時(shí)針方向從預(yù)定上游方向18傾斜成銳角)。
應(yīng)當(dāng)知道，包括葉片26和28的最上游部分的葉片20使得向下游運(yùn)動(dòng)的流體沿與流動(dòng)方向交叉的方向轉(zhuǎn)向成朝著周圍的管壁(未示出)，如技術(shù)人員所知。優(yōu)選是，相互交叉的靜態(tài)混合器葉片20是相互大致垂直相交的靜態(tài)混合器葉片。還優(yōu)選是，對(duì)于各靜態(tài)混合器葉片20，銳角的絕對(duì)值大致為45度。優(yōu)選是，靜態(tài)混合器元件10的重心14是全部靜態(tài)混合器葉片20的重心。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二表示形式為靜態(tài)混合器元件10。該靜態(tài)混合器元件10有定向流動(dòng)軸線12，該定向流動(dòng)軸線12經(jīng)過該靜態(tài)混合器元件10的重心14，并指向與預(yù)定上游方向18相反的預(yù)定下游方向16。
靜態(tài)混合器元件10有第一組32間隔開并大致對(duì)齊的葉片層34、36和38。第一組32的各葉片層34、36和38有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片20，各混合器葉片20有凹形面22，該凹形面22大致對(duì)著預(yù)定上游方向18，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向18成一銳角。例如，葉片層34包括葉片40、42、44和46，如圖2所示。
靜態(tài)混合器葉片10還有第二組48間隔開且大致對(duì)齊的葉片層50、52和54。該第二組48葉片層50、52和54排列成大致與第一組32的葉片層34、36和38垂直。第二組48的各葉片層50、52和54有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片20，各混合器葉片20有凹形面22，該凹形面22大致對(duì)著預(yù)定上游方向18，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向18成一銳角。例如，葉片層54包括葉片56、58、60和62，如圖3所示。第二組48的葉片層50、52和54的靜態(tài)混合器葉片20與第一組32的葉片層34、36和38的靜態(tài)混合器葉片20相互交叉并相連。垂直于定向流動(dòng)軸線12且沿該定向流動(dòng)軸線12的方向運(yùn)動(dòng)的平面(即幾何平面)將首先大致同時(shí)撞擊在各第一和第二組的各至少兩個(gè)葉片層中的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片。例如，如圖1-3所示，該平面將撞擊第一組32的層36的葉片24和層38的葉片28以及第二組48的層50的葉片26和層52的葉片30。
應(yīng)當(dāng)知道，包括葉片26和28的最上游部分的葉片20使得向下游運(yùn)動(dòng)的流體沿與流動(dòng)方向交叉的方向轉(zhuǎn)向成朝著周圍的管壁(未示出)，如技術(shù)人員所知。優(yōu)選是，第一組32的各葉片層34、36和38的靜態(tài)混合器葉片20的銳角大致為正45度，第二組48的各葉片層50、52和54的靜態(tài)混合器葉片20的銳角大致為負(fù)45度。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，第一和第二組的各葉片層的靜態(tài)混合器葉片20有與凹形面22相對(duì)的凸形面64，并且在該凸形面64和凹形面22之間有大致均勻的葉片厚度。盡管未示出，但是優(yōu)選是，該凹形面22成弧形延伸得比凸形面64更遠(yuǎn)，這樣，各靜態(tài)混合器葉片20的凹形面22和凸形面64通過兩個(gè)垂直邊緣連接在一起，而不是通過如圖2和3所示的兩個(gè)水平邊緣。
在優(yōu)選設(shè)計(jì)中，第一組32有至少三個(gè)葉片層34、36和38，包括兩個(gè)最靠外的葉片層34和38以及至少一個(gè)布置在第一組32的這兩個(gè)最靠外葉片層34和38之間的至少一個(gè)中間葉片層36。同樣，第二組48有至少三個(gè)葉片層50、52和54，包括兩個(gè)最靠外的葉片層50和54以及至少一個(gè)布置在第二組48的這兩個(gè)最靠外葉片層50和54之間的中間葉片層52。第一組32的最靠外葉片層34和38的靜態(tài)混合器葉片20的長(zhǎng)度比第一組32的至少一個(gè)中間葉片層36的靜態(tài)混合器葉片20的長(zhǎng)度更短。同樣，第二組48的最靠外葉片層50和54的靜態(tài)混合器葉片20的長(zhǎng)度比第二組48的至少一個(gè)中間葉片層52的靜態(tài)混合器葉片20的長(zhǎng)度更短。
優(yōu)選是，各靜態(tài)混合器葉片20的凹形面22有大致恒定的曲率半徑。在優(yōu)選設(shè)計(jì)中，如圖2和3所示，各第一和第二組的各葉片層的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片的凹形面22為大致半圓形的凹形面。優(yōu)選是，大致半圓形的凹形面是構(gòu)成整圓的130度到180度之間的凹形面。例如，第一組32的層34的葉片40的凹形面22為半圓形形狀，如圖2所示。在優(yōu)選的幾何形式中，如圖4所示，當(dāng)沿定向流動(dòng)軸線12的方向看時(shí)(即當(dāng)在靜態(tài)混合器元件10的前面看時(shí)，這時(shí)與在靜態(tài)混合器元件10處向下游看時(shí)相同)，第一和第二組的葉片層的靜態(tài)混合器葉片20一起有大致圓形的輪廓。
本發(fā)明的優(yōu)選方法如圖5所示。本發(fā)明的優(yōu)選方法的第一表示形式是使第一和第二(或更多)流體混合，并包括步驟a)至e)，如圖5的方框圖所概述。步驟a)在圖5的方框66中表示為“獲得管”。步驟a)包括獲得管的步驟。通常，當(dāng)向上游或向下游看時(shí)，該管為圓形橫截面。
步驟b)在圖5的方框68中表示為“獲得靜態(tài)混合器元件”。步驟b)包括獲得靜態(tài)混合器元件10的步驟。該靜態(tài)混合器元件10有定向流動(dòng)軸線12，該定向流動(dòng)軸線12經(jīng)過靜態(tài)混合器元件10的重心14，并指向與預(yù)定上游方向18相反的預(yù)定下游方向16。靜態(tài)混合器元件10還有多個(gè)相互交叉的靜態(tài)混合器葉片(在圖中總體由標(biāo)號(hào)20表示)，各靜態(tài)混合器葉片有凹形面22，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向18，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向18成一銳角(即小于90度的角度)。
步驟c)在圖5的方框70中表示為“將靜態(tài)混合器元件布置在管中”。步驟c)包括將靜態(tài)混合器元件10布置在管中，同時(shí)使定向流動(dòng)軸線12指向下游方向。步驟d)在圖5的方框72中表示為將第一流體布置到管內(nèi)”。步驟d)包括將第一流體從靜態(tài)混合器元件10布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。步驟e)在圖5的方框74中表示為“第二流體布置到管內(nèi)”。步驟e)包括將第二流體從靜態(tài)混合器元件10布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。
盡管不是必須(根據(jù)需要在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第一表示形式的前述說明中)，優(yōu)選是，在本發(fā)明的優(yōu)選方法的第一表示形式中，垂直于定向流動(dòng)軸線12且沿該定向流動(dòng)軸線12的方向運(yùn)動(dòng)的平面(即幾何平面)將首先大致同時(shí)撞擊靜態(tài)混合器葉片20的子集(如圖1中的葉片24、26、28和30)。優(yōu)選但不是必須，該子集中的某些靜態(tài)混合器葉片20(如圖1中的葉片24和28)布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向18成正銳角。該子集中的其余靜態(tài)混合器葉片20(如圖1中的葉片26和30)布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向18成負(fù)銳角。
應(yīng)當(dāng)知道，在前一段所述的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，包括葉片26和28的最上游部分的葉片20使得向下游運(yùn)動(dòng)的流體沿與流動(dòng)方向交叉的方向轉(zhuǎn)向成朝著周圍的管壁(未示出)，如技術(shù)人員所知。優(yōu)選是，相互交叉的靜態(tài)混合器葉片20是相互大致垂直相交的靜態(tài)混合器葉片。還優(yōu)選是，對(duì)于各靜態(tài)混合器葉片20，銳角的絕對(duì)值大致為45度。
本發(fā)明的優(yōu)選方法的第二表示形式是使第一和第二(或更多)流體混合，并包括步驟a)至e)，如圖5的方框圖所概述。除了對(duì)在步驟b)中獲得靜態(tài)混合器元件10的說明之外，優(yōu)選方法的第二表示形式與前述優(yōu)選方法的第一表示形式相同。在優(yōu)選方法的第二表示形式中，在步驟b)中獲得的靜態(tài)混合器元件10與在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的第二表示形式中的前述靜態(tài)混合器元件10相同。在本方法的優(yōu)選用途中，第一流體的粘性與第二流體的粘性之比為至少一萬(wàn)比一。優(yōu)選是，當(dāng)沿定向流動(dòng)軸線12的方向看時(shí)，靜態(tài)混合器葉片20的圓形輪廓的直徑大致等于其中布置有靜態(tài)混合器元件10的管(未示出)的內(nèi)徑。
應(yīng)當(dāng)知道，根據(jù)技術(shù)人員的技能，能夠?qū)o態(tài)混合器元件10的材料進(jìn)行選擇，該靜態(tài)混合器元件10的材料的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)能夠在不會(huì)破裂的情況下承受預(yù)定的流體流，且該材料不會(huì)與預(yù)定的未混合流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)不會(huì)與生成的混合流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)用途，材料的選擇包括不銹鋼和塑料。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，葉片20的厚度大致均勻，且值從大致0.03到大致0.15英寸。優(yōu)選的靜態(tài)混合器元件10恰好有兩組(即第一和第二組32和48)，并在第一組32中恰好有三個(gè)葉片層34、36和38，在第二組48中恰好有三個(gè)葉片層50、52和54，如圖1-3所示。為了裝在兩英寸內(nèi)徑的管內(nèi)，優(yōu)選的靜態(tài)混合器元件10的長(zhǎng)度為大致兩英寸(沿定向流動(dòng)軸線12測(cè)量)。對(duì)于某些混合用途，兩個(gè)或更多靜態(tài)混合器元件10串聯(lián)布置在管內(nèi)。優(yōu)選是，將混合的流體是液體。不過，在某些用途中，一種或多種或全部流體是氣體。
如圖6所示，本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例是靜態(tài)混合器元件組件76。該靜態(tài)混合器元件組件76包括第一和第二靜態(tài)混合器元件78和80。第一靜態(tài)混合器元件78與本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的上述第二表示形式的靜態(tài)混合器元件10相同。第二靜態(tài)混合器元件80與第一靜態(tài)混合器元件78相同，并布置成使它的定向流動(dòng)軸線基本與第一靜態(tài)混合器元件78的定向流動(dòng)軸線82重合，并繞第一靜態(tài)混合器元件78的定向流動(dòng)軸線82相對(duì)于第一靜態(tài)混合器元件78旋轉(zhuǎn)大致90度，并布置成鄰近該第一靜態(tài)混合器元件78。優(yōu)選是，第二靜態(tài)混合器元件80抵靠第一靜態(tài)混合器元件78。在一個(gè)實(shí)例中，第二靜態(tài)混合器元件80安裝在第一靜態(tài)混合器元件78上。另一個(gè)靜態(tài)混合器元件(未示出)可以添加到該靜態(tài)混合器元件組件上，同時(shí)該第三靜態(tài)混合器元件添加到第二靜態(tài)混合器元件的下游，并定向成與第一靜態(tài)混合器元件基本相同，且第四靜態(tài)混合器元件添加到第三靜態(tài)混合器元件的下游，并定向成與第二靜態(tài)混合器元件基本相同，等等。
本發(fā)明的第二優(yōu)選方法是使第一和第二流體混合，包括上述本發(fā)明優(yōu)選方法的第二表示形式的步驟，其中“第一靜態(tài)混合器元件78”代替“靜態(tài)混合器元件10”。該第二優(yōu)選實(shí)施例還包括幾個(gè)附加步驟。第一附加步驟包括獲得與第一靜態(tài)混合器元件78基本相同的第二靜態(tài)混合器元件80。第二附加步驟包括將第二靜態(tài)混合器元件80布置在第一靜態(tài)混合器元件78下游的管內(nèi)，同時(shí)使第二靜態(tài)混合器元件80的定向流動(dòng)軸線指向下游方向，并使第二靜態(tài)混合器元件80繞第一靜態(tài)混合器元件78的定向流動(dòng)軸線82相對(duì)于第一靜態(tài)混合器元件78旋轉(zhuǎn)大致90度。優(yōu)選是，該第二附加步驟包括將第二靜態(tài)混合器元件80布置成與第一靜態(tài)混合器元件78接觸。其它的靜態(tài)混合器元件(未示出)也可以添加到本方法中，其中第三靜態(tài)混合器元件添加到第二靜態(tài)混合器元件的下游，并定向成基本與第一靜態(tài)混合器元件相同，同時(shí)第四靜態(tài)混合器元件添加到第三靜態(tài)混合器元件組件的下游，并定向成基本與第二靜態(tài)混合器元件相同。
本發(fā)明有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)和好處。采用具有基本以銳角對(duì)著上游的凹形表面的靜態(tài)混合器葉片所得到的混合效果比采用現(xiàn)有技術(shù)的平葉片獲得的混合效果更好。在涉及混合水和葡萄糖漿的試驗(yàn)中，對(duì)于垂直混合(即當(dāng)兩種流體垂直向上流動(dòng)時(shí))，本發(fā)明的彎曲葉片的混合效果比現(xiàn)有技術(shù)的平葉片提高大約百分之十二，而對(duì)于水平混合(即當(dāng)兩種流體水平流動(dòng)時(shí))，混合效果提高大約百分之三十。即使提高百分之十二也很有意義，這意味著十一個(gè)具有本發(fā)明的彎曲葉片的靜態(tài)混合器元件所提供的混合效果與十二個(gè)具有現(xiàn)有技術(shù)的平葉片的靜態(tài)混合器元件的混合效果相同或更好。本發(fā)明的彎曲葉片的壓力降比現(xiàn)有技術(shù)的平葉片低大約百分之五。在希望使給定靜態(tài)混合器元件長(zhǎng)度的壓力降減至最小的用途中，降低壓力降將導(dǎo)致增加通過量，而在關(guān)鍵性設(shè)計(jì)參數(shù)是長(zhǎng)度而不是降低壓力降的用途中，降低壓力降意味著靜態(tài)混合器元件長(zhǎng)度更短。應(yīng)當(dāng)知道，彎曲葉片和平葉片的混合性能比較是針對(duì)葉片相互交叉面積相同和葉片間交界面面積相同的、相同長(zhǎng)度(沿定向流動(dòng)軸線測(cè)量)的靜態(tài)混合器元件來(lái)進(jìn)行的。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)的平葉片相比，通過由本發(fā)明的彎曲葉片引起的、與流方向交叉的流動(dòng)將使得更多的低粘性流體(水)液滴向管壁運(yùn)動(dòng)。本申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，低粘性流體(水)的液滴將繞現(xiàn)有技術(shù)的平葉片更靠近管的中心部分運(yùn)動(dòng)，而不是在與流方向交叉的流動(dòng)中被推向管壁。這使得本發(fā)明人推斷，在與流方向交叉的流動(dòng)中提高了朝著管壁的運(yùn)動(dòng)是提高本發(fā)明的彎曲葉片的混合效果的原因。
前述對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的幾種表示形式以及對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方法的幾種表示形式都是為了舉例說明。并不是窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所述的精確形式和方法。顯然。根據(jù)上述說明，可以進(jìn)行多種變化和改變。應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)混合器元件，包括a)定向流動(dòng)軸線，該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向；以及b)多個(gè)相互交叉的靜態(tài)混合器葉片，各靜態(tài)混合器葉片有凹形面，該凹形面基本對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成銳角；其中，垂直于該定向流動(dòng)軸線且沿該定向流動(dòng)軸線的方向運(yùn)動(dòng)的平面將首先大致同時(shí)撞擊靜態(tài)混合器葉片的子集，該子集中的某些靜態(tài)混合器葉片布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向成正銳角，且該子集中的其余靜態(tài)混合器葉片布置成相對(duì)于預(yù)定上游方向成負(fù)銳角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器元件，其中該相互交叉的靜態(tài)混合器葉片是相互大致垂直相交的靜態(tài)混合器葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器元件，其中對(duì)于各靜態(tài)混合器葉片，該銳角的絕對(duì)值為大致45度。
4.一種靜態(tài)混合器元件，包括a)定向流動(dòng)軸線；該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過該靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向；b)第一組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層；該第一組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角；以及c)第二組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層，該第二組的葉片層排列成大致與第一組的葉片層垂直，第二組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角，第二組葉片層的靜態(tài)混合器葉片與第一組葉片層的靜態(tài)混合器葉片相互交叉并相連；其中，垂直于定向流動(dòng)軸線且沿該定向流動(dòng)軸線的方向運(yùn)動(dòng)的平面將首先大致同時(shí)撞擊在各第一和第二組的各至少兩個(gè)葉片層中的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器元件，其中第一組的各葉片層的靜態(tài)混合器葉片的銳角為大致正45度，而第二組的各葉片層的靜態(tài)混合器葉片的銳角為大致負(fù)45度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器元件，其中第一和第二組的各葉片層的靜態(tài)混合器葉片有與該凹形面相對(duì)的凸形面，并在該凹形面和凸形面之間有大致均勻的葉片厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器元件，其中第一組有至少三個(gè)葉片層，包括兩個(gè)最靠外的葉片層以及至少一個(gè)布置在第一組的這兩個(gè)最靠外葉片層之間的至少一個(gè)中間葉片層；第二組有至少三個(gè)葉片層，包括兩個(gè)最靠外的葉片層以及至少一個(gè)布置在第二組的這兩個(gè)最靠外葉片層之間的中間葉片層；第一組的最靠外葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度比第一組的至少一個(gè)中間葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度更短，且第二組的最靠外葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度比第二組的至少一個(gè)中間葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度更短。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器元件，其中各靜態(tài)混合器葉片的凹形面有大致恒定的曲率半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器元件，其中各第一和第二組的各葉片層的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片的凹形面為大致半圓形的凹形面。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器元件，其中當(dāng)沿定向流動(dòng)軸線的方向看時(shí)，第一和第二組的葉片層的靜態(tài)混合器葉片一起有大致圓形的輪廓。
11.一種使第一和第二流體混合的方法，包括以下步驟a)獲得管；b)獲得靜態(tài)混合器元件，其中，該靜態(tài)混合器元件包括定向流動(dòng)軸線，該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向，且該靜態(tài)混合器元件包括多個(gè)相互交叉的靜態(tài)混合器葉片，各靜態(tài)混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角；c)將靜態(tài)混合器元件布置在管中，同時(shí)使定向流動(dòng)軸線指向下游方向；d)將第一流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)；e)將第二流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該相互交叉的靜態(tài)混合器葉片是相互大致垂直的靜態(tài)混合器葉片。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中對(duì)于各靜態(tài)混合器葉片，該銳角的絕對(duì)值為大致45度。
14.一種使第一和第二流體混合的方法，包括以下步驟a)獲得管；b)獲得靜態(tài)混合器元件，其中，該靜態(tài)混合器元件包括1)定向流動(dòng)軸線；該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過該靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向；2)第一組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層；該第一組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角；以及3)第二組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層，該第二組的葉片層排列成大致與第一組的葉片層垂直，第二組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角，第二組葉片層的靜態(tài)混合器葉片與第一組葉片層的靜態(tài)混合器葉片相互交叉并相連；其中，垂直于定向流動(dòng)軸線且沿該定向流動(dòng)軸線的方向運(yùn)動(dòng)的平面將首先大致同時(shí)撞擊在各第一和第二組的各至少兩個(gè)葉片層中的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片；c)將靜態(tài)混合器元件布置在管中，同時(shí)使定向流動(dòng)軸線指向下游方向；d)將第一流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)；e)將第二流體從靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中第一組的各葉片層的靜態(tài)混合器葉片的銳角為大致正45度，而第二組的各葉片層的靜態(tài)混合器葉片的銳角為大致負(fù)45度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中第一和第二組的各葉片層的靜態(tài)混合器葉片有與該凹形面相對(duì)的凸形面，并在該凹形面和凸形面之間有大致均勻的葉片厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中第一組有至少三個(gè)葉片層，包括兩個(gè)最靠外的葉片層以及至少一個(gè)布置在第一組的這兩個(gè)最靠外葉片層之間的至少一個(gè)中間葉片層；第二組有至少三個(gè)葉片層，包括兩個(gè)最靠外的葉片層以及至少一個(gè)布置在第二組的這兩個(gè)最靠外葉片層之間的中間葉片層；第一組的最靠外葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度比第一組的至少一個(gè)中間葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度更短，且第二組的最靠外葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度比第二組的至少一個(gè)中間葉片層的靜態(tài)混合器葉片的長(zhǎng)度更短。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中各靜態(tài)混合器葉片的凹形面有大致恒定的曲率半徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中各第一和第二組的各葉片層的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片的凹形面為大致半圓形的凹形面。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中當(dāng)沿定向流動(dòng)軸線的方向看時(shí)，第一和第二組的葉片層的靜態(tài)混合器葉片一起有大致圓形的輪廓，且該圓形輪廓的直徑基本等于管的內(nèi)徑。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中第一流體的粘性與第二流體的粘性的比值為至少一萬(wàn)比一。
22.一種靜態(tài)混合器元件組件，包括a)第一靜態(tài)混合器元件，包括1)定向流動(dòng)軸線；該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過該靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向；2)第一組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層；該第一組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角；以及3)第二組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層，該第二組的葉片層排列成大致與第一組的葉片層垂直，第二組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角，第二組葉片層的靜態(tài)混合器葉片與第一組葉片層的靜態(tài)混合器葉片相互交叉并相連；其中，垂直于定向流動(dòng)軸線且沿該定向流動(dòng)軸線的方向運(yùn)動(dòng)的平面將首先大致同時(shí)撞擊在各第一和第二組的各至少兩個(gè)葉片層中的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片；b)第二靜態(tài)混合器元件，該第二靜態(tài)混合器元件與第一靜態(tài)混合器元件基本相同，并布置成使它的定向流動(dòng)軸線基本與第一靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線重合，并繞第一靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線相對(duì)于第一靜態(tài)混合器元件旋轉(zhuǎn)大致90度，并布置成鄰近該第一靜態(tài)混合器元件。
23.一種使第一和第二流體混合的方法，包括以下步驟a)獲得管；b)獲得第一靜態(tài)混合器元件，其中，該第一靜態(tài)混合器元件包括1)定向流動(dòng)軸線；該定向流動(dòng)軸線經(jīng)過該靜態(tài)混合器元件的重心，并指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向；2)第一組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層；該第一組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角；以及3)第二組間隔開且大致對(duì)齊的葉片層，該第二組的葉片層排列成大致與第一組的葉片層垂直，第二組的各葉片層有多個(gè)間隔開并大致對(duì)齊的靜態(tài)混合器葉片，各混合器葉片有凹形面，該凹形面大致對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成一銳角，第二組葉片層的靜態(tài)混合器葉片與第一組葉片層的靜態(tài)混合器葉片相互交叉并相連；其中，垂直于第一靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線且沿該定向流動(dòng)軸線的方向運(yùn)動(dòng)的平面將首先大致同時(shí)撞擊在各第一和第二組的各至少兩個(gè)葉片層中的至少一個(gè)靜態(tài)混合器葉片；c)將第一靜態(tài)混合器元件布置在管中，同時(shí)使第一靜態(tài)混合器元件定向流動(dòng)軸線指向下游方向；d)獲得與第一靜態(tài)混合器元件基本相同的第二靜態(tài)混合器元件；e)將第二靜態(tài)混合器元件布置在第一靜態(tài)混合器元件下游的管內(nèi)，同時(shí)使第二靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線指向下游方向，并使第二靜態(tài)混合器元件繞第一靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線相對(duì)于第一靜態(tài)混合器元件旋轉(zhuǎn)大致90度；f)將第一流體從第一靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)；g)將第二流體從第一靜態(tài)混合器元件布置到管的上游區(qū)域內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中步驟e)還包括將第二靜態(tài)混合器元件布置成與第一靜態(tài)混合器元件接觸。
全文摘要
一種靜態(tài)混合器元件以及利用靜態(tài)混合器元件混合第一和第二(或更多)流體的方法。該靜態(tài)混合器元件包括定向流動(dòng)軸線，該定向流動(dòng)軸線指向與預(yù)定上游方向相反的預(yù)定下游方向。該靜態(tài)混合器元件還包括相互交叉的靜態(tài)混合器葉片。各葉片有凹形面，該凹形面基本對(duì)著預(yù)定上游方向，并相對(duì)于該預(yù)定上游方向成銳角。該靜態(tài)混合器元件布置在管內(nèi)，同時(shí)該靜態(tài)混合器元件的定向流動(dòng)軸線指向下游方向。第一和第二流體從靜態(tài)混合器元件引入管的上游區(qū)域。也可選擇，另外的靜態(tài)混合器元件可以添加在下游處，其中，偶數(shù)位的元件繞定向流動(dòng)軸線從奇數(shù)位的靜態(tài)混合器元件旋轉(zhuǎn)90度。
文檔編號(hào)B01F5/06GK1446118SQ01813732
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2001年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月2日
發(fā)明者馬克·F·里德, 凱文·J·邁爾斯, 朱利安·法薩諾 申請(qǐng)人:切米尼爾公司