專利名稱：用于降低靜態(tài)混合器中流體條紋的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜態(tài)混合器，所述靜態(tài)混合器在保持合適的混合器長度和流動速率的同時，能更有效地降低流體條紋。
背景技術(shù)：
現(xiàn)存的靜態(tài)混合器包括諸多類型，例如多通量型、螺旋型等等，這些混合器類型在很大程度上遵循相同的原理把流體混合在一起。在這些混合器里，流體以一交疊方式通過分離和重新匯合而混合在一起，這種作用是迫使流體流過一系列交替的扭曲幾何形貌的擋板而獲得的，這種分離和重新匯合將流體層混合變薄并且彼此擴(kuò)散滲透。此混合過程已經(jīng)證明非常有效，特別是對高粘性流體。這些混合器一般由一系列交替的不同幾何形貌的擋板構(gòu)建而成，通常是由設(shè)置在一導(dǎo)管中的右旋和左旋元件組成，以實施對流體的持續(xù)分離和重新匯合。這些混合器類型雖然能有效地將大部分被混流體混合在一起，但往往會在被擠出混合料中留下由未混合物料形成的條紋，該些條紋起因于沿導(dǎo)管內(nèi)表面形成并基本上未加混合地流過混合器的流體溝流。
已發(fā)現(xiàn)，使用具有較大扭曲度擋板的靜態(tài)混合器能更有效地降低這種條紋現(xiàn)象(例如，一個使用180°擋板的混合器比一僅使用90°擋板的混和器具有較少的條紋現(xiàn)象)。然而，使用具有較大扭曲度的擋板也帶來自身的問題隨著擋板扭曲度的增加，與采用較小扭曲度擋板的混合器相比，為保持相同的流動速率，所需的混合器長度也隨之增加；該種混和器長度的增加在大多數(shù)靜態(tài)混合器應(yīng)用中是不可接受的。靜態(tài)混合器的用戶一般需要靠近它們供給混合物的工件?；旌掀髯兊迷介L，與之匹配就越加難以處理，另外，較長的混合器通常具有較高的滯留體積，當(dāng)處置該混合器時，其將截留更多的流體。
人們在試圖解決條紋問題時曾多次嘗試保持合適的混合器長度，該種努力多數(shù)集中于把不同扭曲度的混合擋板組合起來使用，例如，將90°元件與180°元件或者270°元件組合使用)。在此類設(shè)計中，大部分混合是在較小扭曲度的擋板(即90°元件)中進(jìn)行的，這降低了混合器的整體長度；然后，在較大扭曲度的擋板(即180°元件或者270°元件)中，沿混合元件外圍(即沿著導(dǎo)管內(nèi)部表面)流動的流體被強(qiáng)制進(jìn)入至混合元件的中心流動，但是，這種流動僅是暫時性的。在該等布置中，該流體最終將返回至外圍流動，作為該類方法的實例在在頒予Tollar的美國專利第3,239,197號和頒予Fleischli等人的美國專利第5,851,067中已有論述。然而，雖然該類方法有助于降低條紋寬度，但并未消除條紋。因此，需要一種在保持合適混合器長度和流速的同時能更有效降低流體條紋的靜態(tài)混合器。另外，還需要以成本有效方式實現(xiàn)上述目的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種靜態(tài)混合器包括一導(dǎo)管和一設(shè)置在導(dǎo)管內(nèi)的流動轉(zhuǎn)向擋板，在導(dǎo)管內(nèi)，該流動轉(zhuǎn)向擋板具有一中心至周邊流動部分，一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器。通過將在流體中心流動的流體移向流體的外圍，并將流體從流體外圍移向流體中心來使引入的流體與導(dǎo)管內(nèi)流動的流體混合在一起。所述混合器亦可以具有多個擋板元件，至少一個擋板元件可以是右旋擋板元件，至少另外一個擋板元件可以是左旋擋板元件，所述擋板元件可以彼此構(gòu)成一體，且一側(cè)壁可與擋板元件形成一體。所述擋板元件可以通過注塑成型。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種靜態(tài)混合器包括一導(dǎo)管；至少一設(shè)置在導(dǎo)管內(nèi)的流動轉(zhuǎn)向擋板；及多個設(shè)置在導(dǎo)管內(nèi)的交替混合擋板。所述流動轉(zhuǎn)向擋板具有一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器。在本發(fā)明的此方面中，中心至周邊流動部分包括一界定一中心至周邊流動室的室壁，該流動室包括一入口和一出口；且所述周邊至中心流動部分包括一室界定一周邊至中心流動室的室壁，該流動室包括一入口和一出口。中心至周邊流動部分、周邊至中心流動部分及周邊流動轉(zhuǎn)向器可以彼此構(gòu)成一體。周邊流動轉(zhuǎn)向器可以圍繞中心至周邊流動部分且界定周邊至中心流動室的入口。此外，周邊至中心流動部分的室壁可以在鄰近流動室出口處界定一傾斜擋板。在本發(fā)明的一個方面中，交替擋板元件為右旋和左旋擋板元件。交替右旋和左旋擋板元件可以有90°扭曲?；旌掀鲗?dǎo)管可以為圓形，且流動轉(zhuǎn)向擋板及交替擋板元件亦可以為圓形。擋板元件可以彼此構(gòu)成一體且一側(cè)壁可與擋板元件彼此形成一體。擋板元件可以通過注塑成型。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種降低靜態(tài)混合器中流體條紋的方法包括提供一具有一入口和一出口的導(dǎo)管及設(shè)置在該導(dǎo)管中的一流動轉(zhuǎn)向擋板及多個交替混合擋板。所述流動轉(zhuǎn)向擋板包括一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器。所述方法進(jìn)一步包括將多種需混合的流體引入導(dǎo)管入口，強(qiáng)迫該些流體通過導(dǎo)管中的擋板，且自導(dǎo)管出口擠出一混合流體組合物。在本發(fā)明的另一個方面中，一種制作一流動轉(zhuǎn)向擋板的方法包括提供一套可界定一流體轉(zhuǎn)向擋板結(jié)構(gòu)的成型工具，該流動轉(zhuǎn)向擋板包括一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器；設(shè)置成型工具用于形成一流體轉(zhuǎn)向擋板的模具并將塑料樹脂注入該流體轉(zhuǎn)向擋板模具中形成一流動轉(zhuǎn)向擋板。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種制作擋板組合件的方法包括提供一套可界定一流動轉(zhuǎn)向擋板結(jié)構(gòu)的成型工具，該流動轉(zhuǎn)向擋板包括一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器，且該成型工具進(jìn)一步界定多個交替混合擋板；設(shè)置所述成型工具形成一用于具有一個流動轉(zhuǎn)向擋板及多個交替混合擋板的擋板組合件的模具；及將塑料樹脂注入該擋板組合件模具中形成一擋板組合件。


參閱下述說明、隨附權(quán)利要求及其附圖，可對本發(fā)明的這些或其他特點、方面及優(yōu)點獲得更好理解。
圖1描繪了本發(fā)明一種靜態(tài)混合器的一實施例，其中混合器側(cè)壁的一部分被移去。
圖2是相互聯(lián)接的擋板的一等角視圖。
圖3是圖2靜態(tài)混合器中使用的一90°右旋擋板的等角視圖。
圖4是圖2靜態(tài)混合器中使用的一90°左旋擋板的等角視圖。
圖5A是本發(fā)明中一流動轉(zhuǎn)向擋板的一實施例的等角視圖。
圖5B是本發(fā)明中一流動轉(zhuǎn)向擋板的一實施例的頂視圖。
圖5C是沿圖5B中5C-5C直線的剖面圖。
圖5D是用于制作本發(fā)明一流動轉(zhuǎn)向擋板一實施例的注塑模型工具的頂視圖。
圖5E是沿圖5D中5E-5E直線的剖面圖及一成型流動轉(zhuǎn)向擋板的剖面圖。
圖5F是沿圖5D中5F-5F直線的剖面圖及一成型流動轉(zhuǎn)向擋板的剖面圖。
圖6為本發(fā)明一實施例中所述流體混合過程的圖解。
圖7A為本發(fā)明中一流動轉(zhuǎn)向擋板的另一實施例的等角視圖。
圖7B是圖7A中所示流動轉(zhuǎn)向擋板的一實施例的頂視圖。
圖7C沿圖7B中7C-7C直線的剖面圖。
圖8A為本發(fā)明中一流動轉(zhuǎn)向擋板的另一實施例的等角視圖。
圖8B是圖8A中所示流動轉(zhuǎn)向擋板的一實施例的頂視圖。
圖8C是沿圖8B中8C-8C直線的剖面圖。
圖9A是相互聯(lián)接擋板的另一實施例的等角視圖。
圖9B是圖9A中所示一實施例的一90°右旋擋板的等角視圖。
圖9C是圖9A中所示一實施例的一90°左旋擋板的等角視圖。
具體實施例方式
參閱圖1，本發(fā)明的一混合器10的一實施例包括一界定一內(nèi)壁13、一入口14及一出口16的導(dǎo)管12?；旌掀?0進(jìn)一步包括一系列交替的左旋擋板18、右旋擋板20及一個或者多個流動轉(zhuǎn)向擋板21。如圖1所示，混合器10是一個具有二十四個擋板元件18，20，21的二十四級混合器，其中包括十一個右旋擋板18、十一個左旋擋板20及二個流動轉(zhuǎn)向擋板21。擋板元件18，20，21在導(dǎo)管12內(nèi)沿一中心縱向軸X設(shè)置，該軸亦是輸入物料的流動方向F。左旋和右旋擋板18，20彼此互成鏡像；擋板18，20配有二個向前傾斜面22和二個向后傾斜面23(圖2-4)。向前傾斜面22和向后傾斜面23通過二個彼此交叉的平面腹板24，27相互聯(lián)接起來。在一較佳實施例中，所有擋板(即左旋擋板18，右旋擋板20和流動轉(zhuǎn)向擋板21)以一整體串方式一起成型且進(jìn)一步整體帶有一對相向側(cè)壁15來形成一個擋板組合件26；側(cè)壁15在擋板組合件26插入導(dǎo)管12時及在混合器10運(yùn)行時為擋板組合件26提供剛性和支撐。
參閱圖2-4，圖中描繪一包括右旋和左旋擋板18，20的擋板組合件26的一實施例的一部分。參閱圖3，所述右旋擋板20配有一具有正反兩面24a和24b的第一腹板24(通常呈平面狀)，及一具有正反兩面27a和27b的第二腹板27(通常呈平面狀)。平面腹板24，27一般平行于流動方向延伸且彼此相互交叉。右旋擋板20亦配有一第一向前表面22，其中表面22垂直于平面腹板24a的一側(cè)且與垂直于物料流動方向的一平面成一角度。圖3顯示一第二向前表面，其中表面22垂直于平面腹板24b的一側(cè)且與垂直于物料流動方向的一平面成一角度。圖3亦顯示一第一向后表面23，其中所述表面垂直于所述平面腹板27b的一側(cè)且垂直于物料流動方向的一平面成一角度。右旋擋板20亦具有一第二向后表面23。第二向后表面23垂直于平面腹板27a的一側(cè)且與垂直于物料流動方向的一平面成一角度。另外，平面腹板24，27中之一延伸越過向后傾斜面23，形成一朝流動方向延伸的向后翼片25。
圖4所示為一指定為一左旋擋板18的擋板詳圖。左旋擋板18構(gòu)成圖3所示右旋擋板20的一鏡像?？梢酝ㄟ^使用不同于上面所述幾何形狀的擋板元件來構(gòu)成本發(fā)明的實施例。
參閱圖5A、5B及5C，圖中所示為本發(fā)明一流動轉(zhuǎn)向擋板21的一實施例。流動轉(zhuǎn)向擋板包括一中心至周邊流動部分30及一周邊至中心流動部分32。在所示實施例中，中心至周邊流動部分30與所述周邊至中心流動部分32構(gòu)成一體。流動轉(zhuǎn)向擋板21包括一周邊流動轉(zhuǎn)向器34，其圍繞中心至周邊流動部分30且界定一周邊至中心流動室48的一入口36。在本實施例中，周邊流動轉(zhuǎn)向器34與混合器側(cè)壁15構(gòu)成一體，且當(dāng)插入導(dǎo)管12時，還與導(dǎo)管壁13相接觸。如下面詳細(xì)說明，周邊流動轉(zhuǎn)向器34的作用是將沿?fù)醢褰M合件26周邊的所有流體導(dǎo)入周邊至中心流動室的入口36。中心至周邊流動部分30包括一室壁38，其界定一包括一入口42及一出口44的中心至周邊流動室40。周邊流動轉(zhuǎn)向器34圍繞室壁38且與之構(gòu)成一體。周邊至中心流動部分32還包括一室壁46，其界定周邊至中心流動室48。周邊至中心流動室48除了具有所述入口36外還有一出口52。周邊至中心流動部分32可進(jìn)一步包括一傾斜擋板54，以在流動轉(zhuǎn)向過程中起幫助作用。流動轉(zhuǎn)向擋板21的尺寸，尤其是中心至周邊流動室40及周邊至中心流動室48的尺寸可明顯不同，以適應(yīng)擋板的使用用途及/者擋板的生產(chǎn)或模制。在一較佳實施例中，流動轉(zhuǎn)向擋板21通過一注射成型工藝制作。參閱圖5D-F，圖中所示為一流動轉(zhuǎn)向擋板21一實施例的實例性模具。用于本實施例中的模具包括一第一模具板56及一第二模具板58。模具板56，58界定擬成型的流動轉(zhuǎn)向擋板21的結(jié)構(gòu)。圖5E及5F所示為使用模具板56，58制作的一流動轉(zhuǎn)向擋板21的剖面圖。所述實施例中的流動轉(zhuǎn)向擋板21設(shè)計為述室壁38，46分別具有一敞開的頂部和底部。這種設(shè)計適合注射成型工藝。由于具有一頂部敞開的室壁38和一底部敞開的室壁46，模具板56，58能以一種相對簡單的方式合在一起并對準(zhǔn)形成一流動轉(zhuǎn)向擋板模具。形成該模具后，即可使用此項技術(shù)中已知的相對簡單的工藝將塑料樹脂注入模具并使之冷卻及成型來制成流動轉(zhuǎn)向擋板21。應(yīng)了解所述擋板組合件26(包括左旋、右旋擋板18，20及流動轉(zhuǎn)向擋板21)可以一次注射成型。
參閱圖6，圖中繪示上述混合器10的一實施例中一右旋擋板20和一流動轉(zhuǎn)向擋板21的混合特征。兩種流體60a，60b被導(dǎo)入混合器10中進(jìn)行混合。(沿著外邊緣對流體60a進(jìn)行標(biāo)記以在通常產(chǎn)生溝流的地方追蹤流體的混合。)由于兩種流體在右旋擋板20的平面腹板前緣的點62處相交，流體流動被一分為二；當(dāng)被分開的流體繼續(xù)流過右旋擋板20時，右旋擋板20的子表面在點64使物料發(fā)生側(cè)向位移。在點66，當(dāng)流體離開右旋擋板元件20的平面腹板后緣時，已混合的流體此刻延伸占據(jù)了導(dǎo)管12內(nèi)擋板組合件26的敞開空間?；旌狭黧w從右旋擋板20持續(xù)流入流動轉(zhuǎn)向擋板21。如點70A處所示，在流體中心流動的混合流體被壁38捕獲且通過入口42被導(dǎo)入中心至周邊流動室40。壁38外面的混合流體與周邊流動轉(zhuǎn)向器34相接觸。如點70B和70C處所示，當(dāng)流體繼續(xù)流過混合器10時，與周邊流動轉(zhuǎn)向器34相接觸的流體沿周邊流動轉(zhuǎn)向器34向上運(yùn)動，且被捕獲在中心至周邊流動室40中的流體離開中心至周邊流動室40，并向外朝擋板組合件26和導(dǎo)管12的周邊擴(kuò)展。如點70C和70D處所示，當(dāng)流體繼續(xù)流過混合器10時，與周邊流動轉(zhuǎn)向器34相接觸的流體被導(dǎo)入周邊至中心流動室48內(nèi)。如點70D所示，被捕獲在周邊至中心流動室48中的流體流過室48，與此同時，室壁46和側(cè)壁15強(qiáng)迫離開中心至周邊流動室40并擴(kuò)展的流體向上繞過室壁46。在點70E處，來自周邊至中心流動室的流體離開室48進(jìn)入混合流體(72)的中心，且被離開中心至周邊流動室40(72)的流體所包圍。如標(biāo)記點所示，此刻該標(biāo)記點已被混合進(jìn)流體流動內(nèi)部，從而由“溝流”效應(yīng)所引起的條紋被消除了。
參閱圖7A-7C和8A-8C，圖中所示為流動轉(zhuǎn)向擋板21的其他實施例。在圖7A-7C所示實施例中，中心至周邊流動室入口42和周邊至中心流動室出口52均與流動方向F定位在同一直線上。在圖8A-C所述實施例中，流動轉(zhuǎn)向擋板21制成圓形以符合一圓形或環(huán)形導(dǎo)管12。圖9A-9C所示為相互聯(lián)接擋板的另一實施例，其中擋板元件制成圓形。圖9A-9C所示的擋板布置能與圖8A-C中所示流動轉(zhuǎn)向擋板21組合形成一擋板組合件26，供用于圓形導(dǎo)管12中。
雖然本文對本發(fā)明的較佳和具體實施例進(jìn)行了論述，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解本發(fā)明并不限于該些實施例。本文僅以實例方式說明該些實施例，且也可使用許多修改、變型及其他實施例，其仍然包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，擋板可以采用與本文所述實施例不同的螺旋設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)混合器，其包括一導(dǎo)管；一設(shè)置在所述導(dǎo)管內(nèi)的流動轉(zhuǎn)向擋板；及該流動轉(zhuǎn)向擋板具有一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器；其中通過將流體中心流動的流體移向流動外圍且將流動外圍的流體移向流動中心使引入導(dǎo)管的流體與導(dǎo)管內(nèi)流動的流體混合在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其進(jìn)一步包括多個擋板元件。
3.如權(quán)利要求2所述的靜態(tài)混合器，其中至少一個擋板元件是右旋擋板元件，且至少另外一個擋板元件是左旋擋板元件。
4.如權(quán)利要求3所述的靜態(tài)混合器，其中所述擋板元件彼此構(gòu)成一體。
5.如權(quán)利要求4所述的靜態(tài)混合器，其進(jìn)一步包括一與所述擋板元件形成一體的側(cè)壁。
6.如權(quán)利要求5所述的靜態(tài)混合器，其中所述擋板元件注塑成型。
7.一種靜態(tài)混合器，其包括一導(dǎo)管；至少一設(shè)置在所述導(dǎo)管中的流動轉(zhuǎn)向擋板；多個設(shè)置在所述導(dǎo)管中的交替混合擋板；所述流動轉(zhuǎn)向擋板具有一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器；所述中心至周邊流動部分具有一室壁，所述室壁界定一具有一入口和一出口的中心至周邊流動室；所述周邊至中心流動部分包括一室壁，所述室壁界定一具有一入口和一出口的周邊至中心流動室。
8.如權(quán)利要求7所述靜態(tài)混合器，其中所述中心至周邊流動部分、所述周邊至中心流動部分及所述周邊流動轉(zhuǎn)向器彼此構(gòu)成一體。
9.如權(quán)利要求8所述靜態(tài)混合器，其中所述周邊流動轉(zhuǎn)向器圍繞所述中心至周邊流動部分并界定所述周邊至中心流動室的入口。
10.如權(quán)利要求7所述靜態(tài)混合器，其中所述周邊至中心流動部分的所述室壁在鄰近所述流動室出口處界定一傾斜擋板。
11.如權(quán)利要求7所述的靜態(tài)混合器，其中所述交替擋板元件為右旋和左旋擋板元件。
12.如權(quán)利要求11所述的靜態(tài)混合器，其中所述交替右旋和左旋擋板元件具有90°扭曲度。
13.如權(quán)利要求11所述的靜態(tài)混合器，其中所述混合器導(dǎo)管為環(huán)形；及所述流動轉(zhuǎn)向擋板及所述交替擋板元件為圓形。
14.如權(quán)利要求11所述的靜態(tài)混合器，其中所述擋板元件彼此構(gòu)成一體。
15.如權(quán)利要求14所述的靜態(tài)混合器，其進(jìn)一步包括一與所述擋板元件構(gòu)成一體的側(cè)壁。
16.如權(quán)利要求15所述的靜態(tài)混合器，其中所述擋板元件注塑成型。
17.一種降低一靜態(tài)混合器中流體條紋的方法，其包括提供一導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有一入口和一出口及設(shè)置在所述導(dǎo)管中的一流動轉(zhuǎn)向擋板及多個交替混合擋板；其中所述流動轉(zhuǎn)向擋板具有一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器；將多種擬混合的流體引導(dǎo)進(jìn)所述導(dǎo)管入口內(nèi)；強(qiáng)迫所述流體通過所述導(dǎo)管中的擋板；及自所述導(dǎo)管出口擠出一混合流體組合物。
18.一種制作流動轉(zhuǎn)向擋板的方法，其包括提供一套成型工具，該成型工具可界定一流體轉(zhuǎn)向擋板的結(jié)構(gòu)，該流動轉(zhuǎn)向擋板具有一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器；設(shè)置所述成型工具形成一用于制作一流體轉(zhuǎn)向擋板的模具；及將塑料樹脂注入所述流體轉(zhuǎn)向擋板模具內(nèi)，形成一流動轉(zhuǎn)向擋板。
19.一種制作一擋板組合件的方法，其包括提供一套成型工具，該成型工具可界定一流動轉(zhuǎn)向擋板的結(jié)構(gòu)，該流動轉(zhuǎn)向擋板具有一中心至周邊流動部分、一周邊至中心流動部分及一周邊流動轉(zhuǎn)向器；且進(jìn)一步界定多個交替混合擋板；設(shè)置所述成型工具形成一用于制作一擋板組合件的模具，該擋板組合件具有一流動轉(zhuǎn)向擋板和多個交替混合擋板；及將塑料樹脂注入所述擋板組合件模具，形成一擋板組合件。
全文摘要
一種能更有效降低靜態(tài)混合器中流體條紋的方法及裝置，其包括一系列擋板，其中包括一流動轉(zhuǎn)向擋板。流動轉(zhuǎn)向擋板的作用是使流體從流體流動的中心改道至流體流動的外圍，與此同時，使流體從外圍改道至流體中心；該種流體流動的換位消除了“溝流”效應(yīng)，降低了擠出混合料中的條紋。
文檔編號B01F3/10GK1938076SQ03813937
公開日2007年3月28日 申請日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月10日
發(fā)明者賈森·E·亨寧 申請人:塔赫工業(yè)公司