专利名称：交叉元件的组件及其构建的方法
技术领域：
本发明涉及混合元件与混合方法，以及更具体的是，涉及一种可在例如静态混合器与热交换器中找到的交叉元件的组件及其构建的方法。
背景技术：
静态混合元件放置于管子或其它液体流管道中，以引起流动在管道中的一个或多个液体流混合，或同时引起产出液体流(product fluid stream)进行混合以及在产出液体流和供应液体之间进行热交换，所述供应液体与产出液体流通过一个壁面隔开，并且以同向或逆向关系流动。所述液体流包括聚合物熔体以及层流中的其它高粘滞流体和湍流应用中的低粘性流体或气体。这些静态混合元件通常不具有活动部分，且通过液体流的径向传输进行操作，并将液体流分割为多个分流，所述分流随后重组以减少液体流的成分、温度或其它性质方面的截面变化。在通常所知的SMX、SMXL、SMV以及SMR混合器这类静态混合元件中，交叉元件的两个或多个栅格相互之间设置为交叉角度，并且与管道的纵向轴线成一个角度。在SMV混合器的情况下，交叉元件是波纹板；在SMX与SMXL混合器的情况下，交叉元件是条；并且在SMR混合器的情况下，交叉元件是杆或管子。所述交叉元件在每一栅格中间隔开来，并且成对栅格中的交叉元件插入到这些间隔中。为了达到良好的混合，交叉元件通常紧密放置在一起，这样使得毗邻元件之间没有或只有一点间隙。
前述的静态混合器一般用于增进供应液体与产出液体流之间的热传递，所述的产出液体流通过管壁与供应液体相分离。在SMV、SMX以及SMXL类混合器中，交叉元件插入到加套管道或多管热交换器的管子内。然后供应液体在管套或壳的外部流动，并且通过交叉元件与流动在导管或管子内的产出液体流的混合及热传递增强。在SMR混合器中，交叉元件中的条由设置在多个平行管栅格中的管子所代替。供应液体在所述管子中流动，而产出液体流在管子外流动，并且在与供应液体进行热交换的同时混合。
静态混合器使用前述类型的交叉元件的栅格所产生的问题在于，使它们足够坚固以抵挡例如聚合体等流经混合器的粘滞流体所引起的压强降是困难的。交叉元件同样必须固定在流体管道上，并且那些固定在管道上的交叉元件必须抵挡作用于其它交叉元件的压力。在许多应用例如光纤冷却器中，SMR管道另外必须抵挡高外压。
为了抵挡这些压力，所述交叉元件必须具有耐震性设计，所述设计包括非常厚的材料以及增强的组件，例如可以在其交叉点处将交叉元件焊接到一起。在SMR型混合器中，已知的是另外将每一管阵中管子的每一毗邻回路之间的凸块焊接起来。所述凸块通常具有与管壁相同的厚度，且每一管阵中放置可达3行凸块。一个典型的SMR管束可能包括8个到40个以上这样的管阵，并且，这样导致了一个典型的SMR管束就需要2000个以上的凸块。可以认识到的是，将这些凸块焊接或者以其它方式固定到管子上的劳动强度极高，并且这样会使管束的成本大大增加。
由此提出了对增强上述交叉元件的改良方法的极大的需求。
发明内容
一方面，本发明提出一种静态混合器，所述静态混合器具有第一栅格和第二栅格，所述第一栅格具有一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽，所述第二栅格具有一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽。第一栅格的交叉元件设置为与所述第二栅格的所述交叉元件成交叉角度。将至少一个细长连接器设置且固定到第一与第二栅格的交叉元件之间。栅格设置成可以使一个栅格的每一交叉元件与另一个栅格的狭槽相交。
另一方面，本发明提出一种构建前述静态混合器的方法。本发明同样也提出一种静态混合器组件。
在构成部分说明书并将结合说明书阅读的附图中，使用了相同的附图标记来表示不同视图中的相同的部分。
图1A包括根据本发明构建的SMX型静态混合器的顶部俯视图；
图1B包括根据本发明构建的SMX型静态混合器的侧面正视图；图2是根据本发明的SMR型静态混合器的侧面正视图；图3是图2中显示的SMR静态混合器的一部分局部放大的侧面正视图；图4是本发明连接器的视图；图5A是本发明连接器的视图；图5B是本发明连接器的视图；图6A是沿图5A中的线6A-6A的连接器的侧面俯视图；图6B是沿图5B中的线6B-6B的连接器的侧面俯视图；图6C是沿图3中的线6C-6C的连接器与连接元件的侧面俯视图；图7是侧面正视图，所述侧面正视图阐明了如何通过本发明的构建方法来夹紧毗邻管阵。
具体实施例方式
现在更加详细地参考附图，本发明提出静态混合器10，所述静态混合器10可通过放置于导管或其它完全或部分封闭的液体流管道12内来用于混合，或者以其它方式减少流动在管道12中的一个或多个液体流的成分、温度或其它性质上的截面变化。静态混合器10同样可以用于引起产出液体流与供应液体之间产生热交换，所述供应液体与产出液体流的流动同向或逆向，且通过管壁与产出液体流隔开。SMX型静态混合器10如附图1所示，SMR型静态混合器的各部分如附图2-3所示。
所述静态混合器10包括由交叉元件16和毗邻每一交叉元件16的狭槽构成的两个或多个栅格14。所述交叉元件16相互之间设置为交叉角度，并且与液体流管道12的纵向轴线成倾斜角度。例如，可以使用60°和90°的交叉角度以及30°和45°的倾斜角度。栅格设置成可以使一个栅格的每一交叉元件与另一个栅格的狭槽相交。每一个栅格14内的交叉元件16优选地，但非必须地相互平行延伸且位于一个共有平面上。在SMV静态混合器10的情况下，交叉元件16呈波纹板的形式；在附图1所示的SMX静态混合器10的情况下，交叉元件16呈条的形式；并且在附图2-3所示的SMR静态混合器10的情况下，交叉元件16呈管子的形式。板、杆以及其它能够引起管道12中流动的液体流分裂与重组的结构也可用作交叉元件16。在管子这种情况中，一个或多个液体流也在管子中流动，比如用于与管子外流动的液体流进行热交换。除了以上阐明的SMX与SMR静态混合器外，本发明还可应用于通常熟悉的名叫SMXL的静态混合器，以及任何其它具有任意形状的倾斜与交叉元件的混合器类型。
根据本发明，细长连接器18设置且固定到每一成对栅格14的相毗邻的交叉元件16间。当使用多对栅格14时，连接器18优选地沿静态混合器10的整个截面长度连续地延伸，并且将多个栅格14中的每个栅格内的毗邻交叉元件16连接在一起。连接器18优选为如附图4-6C所示的扁平条，但也可以是杆或其它结构。制作连接器18的材料具有必要的刚度和成分以使其能与交叉元件16相连接。例如，当交叉元件16由金属制成时，连接器18优选为一种适配的金属。当交叉元件16为聚合结构或陶瓷结构时，连接器18优选为类似结构。
优选的是，连接器18可放置成使它与交叉元件16沿它们的至少一些交叉点交叉。也可以使用以平行且相互隔离的关系延伸的多个连接器18。
连接器18应具有相当细的结构，从而使毗邻的交叉元件16间的流量限定减到最小。然而，优选的是，连接器18由较厚的材料制成以增加强度，并且连接器18包括沿交叉元件16与连接器18的接触线设置的交叉凹槽20。位于连接器18一面上的凹槽20相互之间以平行关系延伸，并且与连接器18相反面上的凹槽20成一定角度。位于凹槽20交叉点上的连接器18的厚度如果存在，优选为非常小或者为零。这样，当通过设置较大的结合面以及机械装置以将交叉元件16固定到一起从而将交叉元件16方便地连接到连接器18上时，凹槽20就可用于减小毗邻的交叉元件16间的间隔。凹槽20可通过任意合适的方式来形成，比如通过从连接器18中移除材料或通过在制作连接器18时，例如在铸造时或在连接器18注模时形成凹槽。
举一个例子但也只作为例子，当连接器18用于比如存在于SMR静态混合器10中的管状交叉元件16时，所述连接器18宽30mm，厚5mm，且具有凹槽20，所述凹槽20的轮廓能补充性地接收管状交叉元件16。这样，如果交叉元件16中的管子直径为13.5mm，凹槽20就会具有与直径大约14mm的导管相对应的半月形形状。为了容许交叉元件16之间零间距，所述半月形凹槽20的深度优选为2.5-3mm，但其同样可为更小的深度，以容许交叉元件16之间有一些间隔距离。
交叉元件16通过焊接、铜焊、粘合或其它合适的技术以逐步或连续的方式安装到连接器18上。例如，连接器18最初可以通过如附图7所示夹紧或通过焊接凸块来与毗邻的交叉元件16相连接。当交叉元件16的两个或多个层结构以所述方式安装后，凹槽20将用例如镍铜这类铜焊材料以粘贴或铺垫的方式进行填充。然后将整个组件放置在真空炉中以合适的温度，比如1050℃进行热处理以及铜焊。作为选择，也可使用其它铜焊方法，以及全部或部分焊接，粘贴或其它连接方式。
特别的是，每一交叉元件16上的负重被传递到连接器18而不是下一个交叉元件16上，所述负重来源于液体流绕交叉元件16流动所产生的压强降，负重被传递到下一个交叉元件的方式是使用凸块的常规结构与增强方法中的方式。测试例子显示，如果连接器18宽30mm，厚5mm且采用前述的铜焊工序来固定，所述的管状交叉元件16就可以负重至少30kN。这个强度远远超过0.5-1kN的负重，所述0.5-1kN的负重通常产生在20-40个条穿过由20个管道栅格制成且每一栅格具有15个倾斜管子的静态混合器所产生的压强降中。
通过将连接器18安装到组件的入口边缘或出口边缘或主体，连接器18同样可以用作整个组件的支撑结构，从而排除管道束或混合元件间昂贵支撑件的需要。
权利要求
1.一种静态混合器，其包括第一栅格，所述第一栅格包括一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽，以及第二栅格，所述第二栅格包括一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽，其中所述第一栅格的所述交叉元件设置为与所述第二栅格的所述交叉元件成交叉角度；并且将至少一个细长连接器设置且固定到所述第一栅格的所述交叉元件与所述第二栅格的所述交叉元件之间。
2.根据权利要求1所述的静态混合器，其中所述栅格设置成可以使一个栅格的每一交叉元件与另一个栅格的狭槽相交。
3.根据权利要求2所述的静态混合器，其中所述第一栅格的所述交叉元件相互之间处于大体平行关系。
4.根据权利要求3所述的静态混合器，其中所述第一栅格的所述交叉元件位于一个共有平面上。
5.根据权利要求4所述的静态混合器，其中所述第二栅格的所述交叉元件相互之间处于大体平行关系。
6.根据权利要求5所述的静态混合器，其中所述第二栅格的所述交叉元件位于一个共有平面上。
7.根据权利要求1所述的静态混合器，其中所述交叉元件是波纹板和管子的其中之一。
8.根据权利要求1所述的静态混合器，其中静态混合器包括两个以上栅格。
9.根据权利要求8所述的静态混合器，其中每一栅格包括交叉元件。
10.根据权利要求9所述的静态混合器，其中每一栅格中的所述交叉元件设置为相互成交叉角度。
11.根据权利要求10所述的静态混合器，其中所述连接器设置在每一栅格中的所述交叉元件间。
12.根据权利要求1所述的静态混合器，其中所述交叉元件是金属、聚合物、陶瓷结构中之一或其组合。
13.根据权利要求1所述的静态混合器，其中所述连接器沿所述静态混合器的整个截面长度连续延伸。
14.根据权利要求1所述的静态混合器，其中所述细长连接器放置成可以使它与所述交叉元件沿它们的至少一些交叉点交叉。
15.根据权利要求1所述的静态混合器，其中所述连接器具有沿所述交叉元件与所述连接器的接触线设置的交叉凹槽，其中所述凹槽设置了一个较大的结合面和机械装置，以将所述交叉元件固定到一起。
16.根据权利要求15所述的静态混合器，其中所述凹槽放置于所述连接器的第一表面中且相对于所述第一栅格的所述交叉元件延伸，并且其中所述凹槽放置于所述连接器的第二表面中且相对于所述第二栅格的所述交叉元件延伸。
17.根据权利要求1所述的静态混合器，其中所述交叉元件通过焊接、铜焊、粘合的其中一种方式以及其结合方式固定到所述连接器上。
18.一种构建静态混合器的方法，所述方法包括(a)设置至少两个栅格；(b)在第一栅格上放置一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽；(c)在第二栅格上放置一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽；(d)将所述第一栅格的所述交叉元件设置为与所述第二栅格的所述交叉元件成交叉角度；(e)在所述第一栅格的所述交叉元件与所述第二栅格的所述交叉元件之间放置至少一个连接器；并且(f)将所述连接器固定到所述交叉元件上。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括所述栅格设置成可以使一个栅格的每一交叉元件与另一个栅格的狭槽相交。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括设置两个以上栅格。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括在每一栅格中放置一个或多个交叉元件。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括将每一栅格中的所述交叉元件相互之间设置为交叉角度。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括将所述连接器放置在每一栅格中的所述交叉元件之间。
24.一种静态混合器组件，其包括大体为环形的液体流管道，所述液体流管道具有中心轴线，径向隔开的沿圆周延伸的同心的内表面和外表面，所述内表面形成了沿所述轴线延伸的液体流路径；放置在所述液体流路径上的一个或多个静态混合器，每一静态混合器具有第一栅格，所述第一栅格包括一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽，以及第二栅格，所述第二栅格包括一个或多个交叉元件和毗邻每一交叉元件的一个或多个狭槽，其中所述第一栅格的所述交叉元件设置为与所述第二栅格的所述交叉元件成交叉角度；以及至少一个细长连接器，所述细长连接器设置且固定到所述第一栅格的所述交叉元件与所述第二栅格的所述交叉元件之间。
25.根据权利要求24所述的静态混合器组件，其中所述栅格设置成可以使一个栅格的每一交叉元件与另一个栅格的狭槽相交。
全文摘要
静态混合器(10)设置有具有一个或多个交叉元件(16)和一个或多个狭槽的第一栅格(14)，以及具有一个或多个交叉元件(16)和一个或多个狭槽的第二栅格(14)。第一栅格(14)的交叉元件(16)设置为与第二栅格(14)的交叉元件(16)成交叉角度。至少一个细长连接器(18)放置且固定到相毗邻的第一栅格(14)的交叉元件(16)与第二栅格(14)的交叉元件(16)之间。此外所述栅格设置成可以使一个栅格的每一交叉元件与另一个栅格的狭槽相交。
文档编号F28D7/08GK1668369SQ03816667
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月15日 优先权日2002年7月15日
发明者罗伯特·E·麦克米伦, 费利克斯·A·斯特赖夫 申请人:苏尔泽化学技术美国公司