CN208340532U - 流体混合器及导流装置 - Google Patents

Abstract

一种流体混合器，包括混合器壳体，所述混合器壳体包括前壁、后壁与周壁，所述前壁与所述后壁相对设置并由所述周壁连接而形成混合室，所述前壁上设置流体输入端，所述周壁开设流体输出端，所述流体输入端与所述流体输出端垂直布置。一种导流装置，包括导流转换器及所述流体混合器，所述流体输出端与所述导流转换器的输入端匹配连接，所述流体混合器用于实现流体的均匀混合而得到混合流体，所述导流转换器用于使所述混合流体的湍流度降低至预设范围。本实用新型提供的流体混合器及导流装置可实现流体的均匀混合，使流体混合充分、成分均匀、湍流度理想，减少污染物的弥漫飞扬现象，保障烧结加工效率。

Description

流体混合器及导流装置

技术领域

本实用新型属于3D打印设备技术领域，具体地来说，是一种流体混合器及导流装置。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控***将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

其中，选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是一种重要的增材制造方法。其原理在于，激光束根据分层截面信息进行有选择地对粉末材料逐层烧结，全部烧结完成后去除多余的粉末，以得到所需的零件。

在选择性激光烧结过程，连续粉末材料层会产生数量可观的烟尘、挥发物和雾化物，并与飞扬的粉末细屑混杂，使激光束的光路受到阻挡而影响烧结效率。特别是加工室内保护气体的供给，更进一步造成烟尘、挥发物、雾化物与粉末细屑的混杂飞扬，严重降低烧结加工效率。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种流体混合器及导流装置，使流体混合充分、成分均匀、湍流度理想，减少污染物的弥漫飞扬现象，保障烧结加工效率。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种流体混合器，包括混合器壳体，所述混合器壳体包括前壁、后壁与周壁，所述前壁与所述后壁相对设置并由所述周壁连接而形成混合室，所述前壁上设置流体输入端，所述周壁开设流体输出端，所述流体输入端与所述流体输出端垂直布置。

作为上述技术方案的改进，所述流体输入端的延伸方向与所述后壁保持垂直相交。

作为上述技术方案的进一步改进，所述流体输入端具有圆柱喷嘴构造，用于增加流体的负压并将所述流体喷射至所述后壁上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述混合室具有圆柱腔体结构，所述流体输入端与所述圆柱腔体结构共轴布置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述混合室具有扁状腔体结构，所述扁状腔体结构的厚度为所述前壁与所述后壁的间距。

作为上述技术方案的进一步改进，所述流体输入端的延伸方向与所述扁状腔体结构的厚度方向一致。

作为上述技术方案的进一步改进，所述流体输出端包括复数个连续分布的分流栅孔，所述分流栅孔与所述流体输入端保持垂直。

作为上述技术方案的进一步改进，所述分流栅孔于分布圆心角内沿所述周壁的外轮廓阵列分布，所述分布圆心角所对的弧以混合室的中心为圆心。

作为上述技术方案的进一步改进，所述混合器壳体的周壁上设有用于对外连接的安装耳部。

一种导流装置，包括导流转换器及以上任一项所述的流体混合器，所述流体输出端与所述导流转换器的输入端匹配连接，所述流体混合器用于实现流体的均匀混合而得到混合流体，所述导流转换器用于使所述混合流体的湍流度降低至预设范围。

本实用新型的有益效果是：

(1)流体混合器用于增加流体的速度梯度或使流体形成湍流，从而实现流体的均匀混合，流体的成分分布均匀，保证吹扫作用平均；

(2)导流装置通过流体混合器的混合作用与导流转换器的湍流度调节作用，使流体混合充分、成分均匀、湍流度理想，减少污染物的弥漫飞扬现象，保障烧结加工效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例1提供的流体混合器的轴测示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的流体混合器的剖视示意图；

图3是本实用新型实施例2提供的导流装置的轴测示意图；

图4是本实用新型实施例2提供的导流装置的剖视示意图；

图5是本实用新型实施例2提供的导流装置的导流转换器的第一结构的透视示意图；

图6是本实用新型实施例2提供的导流装置的导流转换器的第二结构的轴测示意图；

图7是本实用新型实施例2提供的导流装置的导流转换器的第二结构的透视示意图。

主要元件符号说明：

1000-导流装置，0100-流体混合器，0110-混合器壳体，0111-前壁，0112-后壁，0113-周壁，0114-混合室，0120-流体输入端，0130-流体输出端，0131-分流栅孔，0140-安装耳部，0200-导流转换器，0210-导流壳体，0211-导流输入端，0212-导流腔，0213-导流输出端，0220-导流叶片。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对流体混合器及导流装置进行更全面的描述。附图中给出了流体混合器及导流装置的优选实施例。但是，流体混合器及导流装置可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对流体混合器及导流装置的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在流体混合器及导流装置的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～2，本实施例公开一种流体混合器0100，该流体混合器0100的主体件包括混合器壳体0110，用于实现流体的均匀混合。混合器壳体0110内设混合室0114，是流体混合的主要作用场所。混合器壳体0110包括前壁0111、后壁0112与周壁0113，前壁0111与后壁0112相对设置并由周壁0113加以连接，三者包围形成混合室0114。

前壁0111上设置流体输入端0120，以向混合室0114输入流体。由于前壁0111与后壁0112保持相对，流体输入端0120亦与后壁0112保持相对，使流体输入端0120输入的流体冲击后壁0112，从而增加流体的速度梯度或形成湍流，同时发生流动方向的变换。由此，流体于混合室0114内发生分割混合，并具有由湍流引起的剧烈涡旋，使流体的混合十分充分，保证流体的分子分布更为均匀。

可以理解，流体的具体类型根据实际应用而定。在3D打印设备中，流体一般为惰性气体(如氩气)或氮气，以提供加工室内的保护气氛，避免粉末氧化。实际应用中，流体输入端0120可与惰性气体气源连接，直接输入流体。

流体输入端0120与后壁0112的夹角根据实际应用环境而定，示范性地，流体输入端0120的延伸方向与后壁0112保持垂直相交，使输入的流体垂直地冲击于后壁0112的表面，进一步增加湍流度(Turbulence Level)而提升混合效果。

其中，周壁0113开设流体输出端0130，用于输出经过混合的流体。其中，流体输入端0120与流体输出端0130垂直布置。在此，流体输出端0130的方向与后壁0112的表面方向较为接近，保证经过混合转向的流体输出时流动顺畅，始终具有均匀的分子结构。

示范性地，流体输入端0120具有圆柱喷嘴构造，用于增加流体的负压并将流体喷射至后壁0112上。换言之，流体输入端0120具有圆柱构造，使流体在伯努利效应下加速。结合流体输入端0120与混合室0114之间的面积差异，流体离开流体输入端0120时发生较佳的射流作用，冲击后壁0112后的湍流度进一步提升，促进流体的混合效果。

示范性地，混合室0114具有圆柱腔体结构，流体输入端0120与圆柱腔体结构共轴布置。换言之，前壁0111与后壁0112保持平行并分别与周壁0113垂直，且周壁0113的内表面为圆柱面。共轴关系下，流体对于后壁0112的冲击点位于中心处。冲击后形成的具有一定湍流度的流体，朝向流体输出端0130的组成部分经流体输出端0130离开混合室0114；其余方向的组成部分由周壁0113的内表面作用而高速回旋，进一步涡旋混合后经流体输出端0130输出。可见地，圆柱腔体结构具有其特殊的回旋加速作用，提高流体的湍流度。

示范性地，混合室0114具有扁状腔体结构，扁状腔体结构的厚度为前壁0111与后壁0112的间距。扁状腔体结构的厚度尺寸较小，使流体输出端0130与后壁0112之间的距离较小，保证喷射后的流体于冲击前始终保持理想速度，不致发生衰减，取得较佳的冲击混合效果。进一步地，对于具有扁状圆柱腔体结构的混合室0114，其流体流动更为集中，回旋加速作用更为显著。

示范性地，流体输入端0120的延伸方向与扁状腔体结构的厚度方向一致。其中，流体输入端0120的延伸方向与流体流动方向一致。在前述构造下，流体正向垂直地冲击后壁0112，能量更为集中。

如前所述，流体输出端0130贯穿周壁0113的内外，使混合室0114内的流体得以排出。示范性地，流体输出端0130包括复数个连续分布的分流栅孔0131，任一分流栅孔0131均与流体输入端0120保持垂直。分流栅孔0131用于实现输出流体的分流，使流体集约而降低湍流度，增强流体的可控程度，便于流体的后续应用。

示范性地，分流栅孔0131于分布圆心角范围内沿周壁0113的外轮廓阵列分布，分布圆心角所对的弧以混合室0114的中心为圆心。例如，在前述圆柱腔体结构中，分流栅孔0131沿周壁0113的外圆周弧形分布，使分流作用更为理想，分流层次结构显著，使输出流体的湍流度进一步降低。

分布圆心角的范围依实际需要而定，示范性地，分布圆心角的角度范围为70°～90°。在该范围内，分流栅孔0131于不同位置先后作用，分流层次结构比较理想。

示范性地，混合器壳体0110的周壁0113上设有用于对外连接的安装耳部0140。安装耳部0140用于与外部元件连接固定，实现流体混合器0100与外部元件的紧密安装，保证流道的连接紧密性。在一个应用例中，安装耳部0140的数量为2个，并对称地设置于流体输出端0130的两侧。如此，流体输出端0130的输出流体可均匀地输出至外部元件，流动通道平滑顺畅。

实施例2

请结合参阅图3～4，在实施例1的基础上，本实施例公开一种导流装置1000，包括流体混合器0100与导流转换器0200。其中，流体混合器0100的流体输出端0130与导流转换器0200的输入端(即导流输入端0211)匹配连接。流体混合器0100用于实现流体的均匀混合而得到混合流体，导流转换器0200用于使混合流体的湍流度降低至预设范围。

应当说明的是，当导流装置1000应用于3D打印设备时，可使该设备的加工室内的保护气体具有如下特性：第一，保护气体具有湍流特性，足以使其与烟尘、挥发物、粉末材料细屑等充分混合后排出，实现对加工室的清理；第二，保护气体的湍流度应低于临界值，避免造成加工室的污染物弥漫。其中，临界值为导致烟尘、挥发物、粉末材料细屑散布于整个加工室的最小湍流度，亦即使湍流局限于加工室的气体输入端与气体输出端之间连线区域内的湍流度。示范性地，在该应用中，保护气体的湍流度不大于5％。

请结合参阅图5，导流转换器0200的主体件包括导流壳体0210。导流壳体0210具有导流输入端0211、导流腔0212与导流输出端0213，三者依次连通而形成流体流动的通道。其中，导流输入端0211、导流腔0212与导流输出端0213的连接处平滑过渡，且导流腔0212的壁面平滑连续，以降低流体的沿程损失并减少湍流现象。其中，导流壳体0210的通流截面自导流输入端0211至导流输出端0213递增，使流经其中的流体的流动速度递减，从而使流体的湍流度控制于较低的范围。

导流腔0212的构造多种多样，示范性地，导流腔0212具有扁状腔体构造。扁状腔体构造的厚度尺寸(亦即导流壳体0210的前后壁之间的距离)较小，使通流截面呈狭长状轮廓。在该构造下，导流腔0212输出流体的吹扫范围具有较强的可控性。当应用于3D打印设备的加工室内时，导流转换器0200输出的保护气体集中于所需的保护与清洁范围，保护作用集中并避免污染物弥漫。

其中，扁状腔体构造的宽度尺寸自导流输入端0211至导流输出端0213递增，实现通流截面的递增目的，并使导流输出端0213形成扁口结构。类似地，扁口结构的宽度尺寸较小，形成狭长状输出面。示范性地，狭长状输出面包括狭长椭圆、狭长矩形等形状。

其中，扁状腔体构造的外形多种多样。示范性地，扁状腔体构造沿其厚度方向具有三角形投影轮廓。换言之，由以扁状腔体构造的厚度方向为法线的平面所截得的截面具有三角形形状。三角形的底边位于导流输出端0213上，与底边相对的顶点位于导流输入端0211上。

示范性地，扁状腔体构造沿其宽度方向具有对称结构，并于对称轴的两端形成导流输入端0211与导流输出端0213。换言之，扁状腔体构造、导流输入端0211与导流输出端0213具有中心共轴关系。例如，在前述三角形投影轮廓情形下，该三角形为等腰三角形。

示范性地，导流腔0212内设有复数个阵列分布的导流叶片0220，导流叶片0220自导流输入端0211延伸至导流输出端0213，导流腔0212由导流叶片0220分隔为复数个导流流道。流体进入导流流道，形成多股分流体而实现分流。任一分流体受其所在的导流流道约束，进一步集约而降低湍流度，增强流体的可控程度。其中，导流叶片0220可由金属或塑料等不同材料制成，并具有薄壁条带结构。

示范性地，复数个导流叶片0220沿导流腔0212的渐变尺寸方向阵列分布，导流叶片0220分别与导流腔0212的前后壁连接，任一导流流道的通流截面自导流输入端0211至导流输出端0213递增。换言之，复数个导流流道沿导流腔0212的渐变尺寸方向依次比邻分布。其中，导流腔0212的渐变尺寸，是指导致通流截面自所述导流输入端0211至所述导流输出端0213递增的尺寸。例如，在前述扁状腔体构造中，导流腔0212的渐变尺寸为其宽度方向。

导流叶片0220的阵列规律根据导流腔0212的具体结构而定，以实现降低流体湍流度的目的。示范性地，复数个导流叶片0220之间具有相同的分布夹角。换言之，导流叶片0220沿同一分布圆弧均匀分布。在前述具有对称结构的扁状腔体构造中，该分布圆弧的圆心位于扁状腔体构造的对称轴上。进一步地，分布圆弧所在平面的法线沿扁状腔体构造的厚度方向。

示范性地，复数个导流叶片0220于其接近导流输入端0211的一端形成圆弧分布结构，使导流流道的导流输入端0211更为圆滑，进一步降低分流时的阻碍与损失，使湍流度进一步降低。

示范性地，导流叶片0220与其最接近的导流腔0212的一侧壁面具有一致的变化趋势，使各导流流道的表面更为平滑，保证分流体的流动顺畅。例如，在两侧壁呈弧形曲面的扁状腔体构造中，导流叶片0220具有弧形表面，且其弧形表面的起伏规律一致于与其同侧的导流腔0212的侧壁。

补充说明，导流输入端0211与导流输出端0213的形状多种多样，一般适应于与其相接的外部元件的形状。示范性地，导流输入端0211具有圆弧形状，并与导流叶片0220末端排列形成的圆弧分布结构具有同心关系。请结合参阅图6～7，另一种示范，导流输入端0211可为沿导流腔0212的轴向延伸的导管。

补充说明，导流壳体0210可采用多种外形。示范性地，导流壳体0210具有薄壁壳体结构，使其与导流腔0212的形状一致。在该构造下，导流壳体0210的尺寸较为紧凑，而自重有效降低。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种流体混合器，其特征在于，包括混合器壳体，所述混合器壳体包括前壁、后壁与周壁，所述前壁与所述后壁相对设置并由所述周壁连接而形成混合室，所述前壁上设置流体输入端，所述周壁开设流体输出端，所述流体输入端与所述流体输出端垂直布置。

2.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于，所述流体输入端的延伸方向与所述后壁保持垂直相交。

3.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于，所述流体输入端具有圆柱喷嘴构造，用于增加流体的负压并将所述流体喷射至所述后壁上。

4.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于，所述混合室具有圆柱腔体结构，所述流体输入端与所述圆柱腔体结构共轴布置。

5.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于，所述混合室具有扁状腔体结构，所述扁状腔体结构的厚度为所述前壁与所述后壁的间距。

6.根据权利要求5所述的流体混合器，其特征在于，所述流体输入端的延伸方向与所述扁状腔体结构的厚度方向一致。

7.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于，所述流体输出端包括复数个连续分布的分流栅孔，所述分流栅孔与所述流体输入端保持垂直。

8.根据权利要求7所述的流体混合器，其特征在于，所述分流栅孔于分布圆心角内沿所述周壁的外轮廓阵列分布，所述分布圆心角所对的弧以混合室的中心为圆心。

9.根据权利要求1所述的流体混合器，其特征在于，所述混合器壳体的周壁上设有用于对外连接的安装耳部。

10.一种导流装置，其特征在于，包括导流转换器及权利要求1-9任一项所述的流体混合器，所述流体输出端与所述导流转换器的输入端匹配连接，所述流体混合器用于实现流体的均匀混合而得到混合流体，所述导流转换器用于使所述混合流体的湍流度降低至预设范围。