KR102398133B1 - 이중 벽 유동 시프터 배플 및 관련 정적 혼합기 및 혼합 방법 - Google Patents

이중 벽 유동 시프터 배플 및 관련 정적 혼합기 및 혼합 방법 Download PDF

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Abstract

적어도 2개의 성분을 가지는 유체 유동을 혼합하기 위한 유동 시프터 배플(26), 정적 혼합기(10), 및 혼합하는 방법이 개시된다. 유동 시프터 배플(26)은 선단 가장자리에 인접한 이중 분할기 벽 요소, 및 이중 분할기 벽 요소에 결합된 복수의 폐색 벽을 포함한다. 이중 분할기 벽 요소는 횡 유동 단면 전체를 가로질러 연장되는 제1 및 제2 대체로 평행한 벽들을 포함한다. 이중 분할기 벽 요소는 유체 유동을 중앙 유동 부분 및 제1 및 제2 주변 유동 부분들로 분할하도록 구성된다. 이중 분할기 벽 요소과 복수의 폐색 벽을 사용하는 유체 유동의 이러한 분할은 다중 성분의 층을 이룬 조성이 유동 시프터 배플(26) 내로 전달될 때 층들의 보다 적은 뒤섞임으로 보다 많은 수의 층을 만드는 것에 의해 별개의 성분들의 혼합을 개선한다.

Description

이중 벽 유동 시프터 배플 및 관련 정적 혼합기 및 혼합 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 전체 개시 내용이 참조에 의해 본 발명에 포함되는 2015년 8월 7일자 출원된 미국 특허 가출원 제62/202,554호 및 2016년 3월 18일자 출원된 미국 특허 출원 제15/074,013호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 대체로 유체 분배기에 관한 것이며, 특히 정적 혼합기의 구성 요소 및 유체 유동을 혼합하는 방법에 관한 것이다.
멀티 플럭스(Multiflux), 헬리컬(helical) 등과 같은 다수의 무동작 혼합기 형태(motionless fluid flow typ)들이 존재한다. 이러한 혼합기 형태는 대개 유체를 서로 혼합하는 유사한 일반적인 원칙을 구현한다. 이러한 혼합기들에서 유체들은 중첩 방식으로 유체들을 분할하고 재결합하는 것에 의해 서로 혼합된다. 이러한 작용은 교번적인 기하학적 형태의 일련의 혼합 요소들과 배플들에 걸쳐서 유체를 강제하는 것에 의해 달성된다. 이러한 분할과 재결합은 혼합되는 유체의 층들 얇게 만들고, 궁극적으로 서로를 지나쳐 확산시키고, 유체들의 일반적으로 균질한 혼합물을 유발한다. 이러한 혼합 공정은 특히 고점도 유체들의 경우에 매우 효과적인 것으로 입증되었다.
정적 혼합기들은 전형적으로 연속적인 분할 및 재조합을 수행하도록 통상적으로 도관에 위치된 우측 및 좌측 혼합 배플들로 이루어진 다양한 기하학적 형태의 일련의 혼합 요소들과 교번 배플들로 구성된다. 이러한 혼합기들은 대체로 대부분의 유체 유동을 서로 혼합하는데 효과적이지만, 이러한 혼합기들은 압출된 혼합물에서 완전히 혼합되지 않은 유체의 스트리킹(streak)을 남기는 경향을 가지는 스트리킹 현상(streaking phenomenon)을 겪는다. 스트리킹 현상은 본질적으로 혼합되지 않은 혼합기를 통과하는 혼합기 도관의 내부 표면들을 따라서 형성되는 유체의 스트리킹들부터 기인한다.
더욱이, 스트리킹 현상을 다루도록 시도하는 동안 적절한 혼합기 길이를 유지하도록 만들어진 이전의 시도가 있었다. 한 예에서, 전통적인 좌측 및 우측 혼합 배플들은 Pappalardo의 미국 특허 제7,985,020호 및 Henning의 미국 특허 제6,773,156호에 설명된 특수 인버터 배플들과 같은 유동 반전 배플(flow inversion baffle)과 결합될 수 있다. 그러나, 이러한 공지된 형태의 유동 반전 배플들은 혼합기 도관 내에서 높은 배압을 유발할 수 있으며, 유동 반전 배플들을 통한 유체 유동에 요구되는 복잡한 움직임의 결과로서 물질의 혼합층들을 또한 붕괴시킬 수 있다. 혼합층들의 붕괴는 하류측 혼합 배플들에 의해 가능하게 되는 혼합의 효율을 감소시킬 수 있으며, 이러한 것은 보다 많은 요소들 및 길이가 필요한 혼합 효과를 달성하도록 정적 혼합기에서 요구될 수 있다는 것을 의미한다. 이와 관련하여, 스트리킹 현상은 유동 반전 배플들에 의해 취급되지만, 이러한 것들은 또한 정적 혼합기 전체에서 극복하는 또 다른 단점을 나타낸다.
그러므로, 이러한 일반적인 형태의 정적 혼합기와 함께 사용되는 혼합 요소를 더욱 개선하여서, 혼합 성능이 바람직하게 많은 양의 배압을 발생시킴이 없이 각각의 혼합 요소에서 더욱 최적화되는 것이 필요하다.
한 실시예에 따라서, 유동 시프터 배플은 적어도 2개의 성분을 가지는 유체 유동을 혼합하도록 구성된다. 유동 시프터 배플은 선단 가장자리, 후미 가장자리, 이중 분할기 벽 요소, 및 복수의 폐색 벽을 포함한다. 유동 시프터 배플은 선단 가장자리와 후미 가장자리 사이에서 전체 길이를 따라서 유체 유동에 직각인 횡 유동 단면을 한정한다. 횡 유동 단면은 외주변을 가진다. 이중 분할기 벽 요소는 선단 가장자리에 인접한다. 이중 분할기 벽 요소는 제1 및 제2 대체로 평행한 벽들을 포함한다. 이중 분할기 벽 요소는 횡 유동 단면 전체를 가로질러 연장되고, 유체 유동을 중앙 유동 부분 및 제1 및 제2 주변 유동 부분들로 분할하도록 구성된다. 복수의 폐색 벽은 이중 분할기 벽 요소에 결합되고, 제1 및 제2 주변 유동 부분들의 움직임을 강제하도록 위치된다. 유동 시프터 배플은 층을 이룬 혼합물(layered mixture)이 유동 시프터 배플로 전달될 때 층들의 보다 적은 붕괴를 가지는 보다 많은 수의 층을 생성하는 것에 의해 개별 성분의 혼합을 개선한다.
다양한 실시예에서, 유동 시프터 배플은 후미 가장자리에 인접한 분할 패널을 추가로 포함한다. 분할 패널은 이중 분할기 벽 요소에 결합되고, 반대 방향으로 향하는 제1 및 제2 측면들을 포함한다. 제1 및 제2 측면들은 제1 및 제2 대체로 평행한 벽들로부터 횡방향으로 배향된다. 복수의 폐색 벽은 상기 분할 패널의 제1 측면을 따라서 유동하도록 제1 주변 유동 부분을, 상기 분할 패널의 제2 측면을 따라서 유동하도록 제2 주변 유동 부분을 강제하며, 이에 의해 제1 및 제2 주변 유동 부분들이 상기 분할 평면의 제1 및 제2 측면들을 따라서 각각 유동함에 따라서 중앙 유동 부분을 유동 시프터 배플의 외주변을 향해 시프팅시킨다.
다양한 실시예에서, 복수의 폐색 벽은 제1 및 제2 주변 유동 부분의 전체를 유동 단면의 다른 부분으로 시프팅시킨다. 일부 실시예에서, 이중 분할기 벽 요소는 제1 중앙 폐색 벽 표면 및 제2 중앙 폐색 벽 표면을 포함한다. 제1 및 제2 중앙 폐색 벽 표면들은 제1 및 제2 중앙 폐색 벽 표면이 중첩되지 않도록 배열될 수 있으며, 중앙 유동 부분이 방해받지 않고 통과하도록 횡 유동 단면을 따르는 개구를 드러낸다. 다른 실시예에서, 이중 분할기 벽 요소는 제1 및 제2 평행한 벽들 사이에서 연장되는 중앙 X-형상 구조물을 포함한다. 중앙 X-형상 구조물은 제1 및 제2 경사 벽(angled wall)들을 포함한다. 제1 경사 벽은 선단 가장자리에 있는 제1 평행한 벽으로부터 제2 평행한 벽의 후방 단부까지 연장되고, 제2 경사 벽은 선단 가장자리에 있는 제2 평행한 벽으로부터 제1 평행한 벽의 후방 단부까지 연장된다. 그러나 다른 실시예에서, 제1 및 제2 평행한 벽들 사이에 연장되는 벽 또는 다른 구조물이 없어서, 중앙 유동 부분은 제1 및 제2 평행한 벽들 사이에서 시프팅시키지 않는다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 적어도 2개의 성분을 가지는 유체 유동을 혼합하기 위한 정적 혼합기가 설명된다. 정적 혼합기는 유체 유동을 수용하도록 구성된 혼합기 도관, 및 혼합 구성 요소를 포함한다. 혼합 구성 요소는 혼합기 도관에 위치된 복수의 혼합 요소에 의해 한정되며, 복수의 혼합 요소는 상기된 바와 같이 적어도 하나의 유동 시프터 배플을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 유체 유동의 적어도 2개의 성분을 정적 혼합기로 혼합하는 방법이 개시된다. 정적 혼합기는 혼합기 도관, 및 적어도 하나의 유동 시프터 배플을 포함하는 복수의 혼합 배플을 포함한다. 상기 방법은 적어도 2개의 성분을 가지는 유체 유동을 혼합기 도관의 유입 단부 내로 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 혼합된 유체 유동을 만들도록 복수의 혼합 배플을 통해 유체 유동을 강제하는 단계를 추가로 포함하며, 이 단계는 적어도 하나의 유동 시프터 배플을 통해 유체 유동을 강제하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 이중 분배기 벽 요소로 유체 유동을 중앙 유동 부분 및 제1 및 제2 주변 유동 부분들로 분할하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 복수의 폐색 벽을 구비한 유동 시프터 배플을 통하여 횡 유동 단면 주위에서 제1 및 제2 주변 유동 부분을 시프팅시키는 단계, 및 제1 및 제2 주변 유동 부분들의 유동으로 적어도 하나의 유동 시프터 배플의 횡 유동 단면의 외주변을 향하여 중앙 유동 부분을 시프팅시키는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 적어도 하나의 유동 시프터 배플을 통한 유동의 결과로서 적어도 2개의 성분의 유동층들의 수를 배증하는(doubling) 한편, 유체 유동이 적어도 하나의 유동을 통해 움직임에 따라서, 유동 층들의 일반적인 배향을 유지한다.
개시된 장치의 이들 및 다른 목적 및 이점은 본 명세서에서 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명 동안 더욱 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 정적 혼합기의 정면 사시도.
도 2는 도 1의 정적 혼합기의 혼합 구성 요소의 일부의 정면 사시도.
도 3은 한 실시예에 따른 유동 시프터 배플의 정면 사시도.
도 4는 도 3의 유동 시프터 배플의 배면 사시도.
도 5는 도 3의 유동 시프터 배플의 평면도.
도 6은 도 3의 유동 시프터 배플의 정면도.
도 7은 도 3의 유동 시프터 배플의 측면도.
도 8은 이중 분할기 벽 요소에서 X-형상 구조물을 구체적으로 포함하는 대안적인 실시예에 따른 유동 시프터 배플의 정면 사시도.
도 9는 도 8의 유동 시프터 배플의 평면도.
도 10은 도 8의 유동 시프터 배플의 정면도.
도 11은 도 8의 유동 시프터 배플의 측면도.
도 12는 다양한 유동 단면이 표시된, 도 8의 유동 시프터 배플을 포함하는 혼합 배플 요소들의 스택의 정면 사시도.
도 13a는 도 12에 도시된 선 13A에서 취한 유동 단면도.
도 13b는 도 12에 도시된 선 13B에서 취한 유동 단면도.
도 13c는 도 12에 도시된 선 13C에서 취한 유동 단면도.
도 13d는 도 12에 도시된 선 13D에서 취한 유동 단면도.
도 13e는 도 12에 도시된 선 13E에서 취한 유동 단면도.
도 13f는 도 12에 도시된 선 13F에서 취한 유동 단면도.
도 14는 이중 분할기 벽 요소를 가로질러 연장되는 구조물을 구체적으로 포함하지 않는 대안적인 실시예에 따른 유동 시프터 배플의 정면 사시도.
도 15는 도 14의 유동 시프터 배플의 평면도.
도 16은 도 14의 유동 시프터 배플의 정면도.
도 17은 도 14의 유동 시프터 배플의 측면도.
도 18은 다양한 유동 단면들이 표시된, 도 14의 유동 시프터 배플을 포함하는 혼합 배플 요소들의 스택의 정면 사시도.
도 19a는 도 18에 도시된 선 19A에서 취한 유동 단면도..
도 19b는 도 18에 도시된 선 19B에서 취한 유동 단면도.
도 19c는 도 18에 도시된 선 19C에서 취한 유동 단면도.
도 19d는 도 18에 도시된 선 19D에서 취한 유동 단면도.
도 19e는 도 18에 도시되 선 19E에서 취한 유동 단면도.
도 19f는 도 18에 도시된 선 19F에서 취한 유동 단면도.
도 20은 도 3의 유동 시프터 배플과 유사한 유동 시프터 배플을 포함하는 혼합 배플 요소들의 스택의 평면도.
도 21a는 다양한 유동 단면이 표시된, 종래 기술의 유동 시프터 배플의 정면 사시도.
도 21b는 도 21a의 종래 기술의 유동 시프터 배플의 평면도.
도 21c는 도 21a 및 도 21b의 종래의 유동 시프터 배플의 유체 유동 단면의 개략도.
도 22a는 종래 기술의 정적 혼합기 내로의 진입의 시작 및 도 21a 및 도 21b의 유동 시프터 배플을 포함하는 종래 기술의 정적 혼합기의 혼합 배플 요소들 중 일부를 통해 유동한 후의 유체 유동 단면을 나타내는 개략도.
도 22b는 본 명세서에 기술된 다양한 실시예의 정적 혼합기 내로의 진입의 시작 및 도 3 내지 도 20의 유동 시프터 배플 중 하나를 포함하는 혼합 배플 부재의 일부를 통해 유동한 후의 유체 유동 단면을 도시하는 개략도.
일반적으로 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정적 혼합기(10)의 한 실시예가 도시된다. 정적 혼합기(10)는 정적 혼합기(10)의 길이를 따라서 다양한 방식으로 유체 유동(F)을 분할하고 시프팅시키며 재결합하기 위한 일련의 혼합 요소들 및 배플들을 가지는 혼합 구성 요소(12)를 포함한다. 이러한 다양한 혼합 요소들 및 배플들은 유체 유동의 여러 성분을 완전히 혼합하도록 함께 기능하고, 이에 의해 압출된 유체 혼합물에서 혼합되지 않은 유체 성분의 스트리킹을 최소화한다. 혼합 요소들 및 배플의 각각의 기능, 이점 및 구조적 특징들은 각각의 도면과 관련하여 다음에 차례대로 기술된다.
정적 혼합기(10)는 일반적으로 도관(14), 및 도관(14) 내로 삽입된 혼합 구성 요소(12)를 포함한다. 도관(14)은 서로 혼합되는 적어도 2개의 유체들을 수용하는 카트리지, 카트리지 시스템, 또는 계량 시스템(이중 어느 것도 도시되지 않음)에 부착되는 유입 단부 소켓(16)을 한정한다. 예를 들어, 유입 단부 소켓(16)은 Nordson Corporation으로부터 입수 가능한 임의의 2-성분 카트리지 시스템들 중 임의의 것에 연결될 수 있다. 도관(14)은 또한 혼합 구성 요소(12)를 수용하도록 형상화된 본체 섹션(18), 및 본체 섹션(18)과 연통하는 노즐 출구(20)를 포함한다. 본체 섹션(18) 및 혼합 구성 요소(12)가 실질적으로 정사각형 단면 프로파일을 가지는 것으로 도시되어 있을지라도, 당업자는 다음에 설명된 개념들이 둥글거나 또는 원통 뿐만 아니라 다른 것을 포함하는 다른 기하학적 형태를 구비한 혼합기들에도 동등하게 적용될 수 있다는 것을 알 것이다.
혼합 구성 요소(12)의 일련의 혼합 요소들 및 배플들은 유입 단부 소켓(16)에 인접한 입구 혼합 요소(22)로 시작하고, 유입 유체 유동들에 대한 혼합 구성 요소(12)의 배향에 관계없이, 정적 혼합기(10)에 수용된 적어도 2개의 유체의 일부 초기 분할 및 혼합을 보장하도록 구성된다. 입구 혼합 요소(22)의 하류에 이중 쐐기 혼합 배플(24)의 일련의 좌측 및 우측 버전(다음에 24L 및 24R로 표시됨)이 있다. 각각의 이중 쐐기 혼합 배플(24)은 혼합 배플(24)의 선단 가장자리에서 유체 유동을 분할하고, 그런 다음 혼합 배플(24)의 후미 가장자리에서 유체 유동을 확장하고 재결합하기 전에 부분적인 회전을 통해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 유동을 시프팅시키거나 회전시키도록 기능한다. 유동 시프터 요소(26)는 직렬로 있는 몇몇 이중 쐐기 혼합 배플(24)들의 모든 세트 뒤에서 끼워진다. 유동 시프터 요소(26)는 도관(14)의 한쪽 측면으로부터 도관(14)의 다른 측면으로 유체 유동의 적어도 일부를 시프팅시키고, 이에 의해 이중 쐐기 혼합 배플(24)들과 대조되는 상이한 형태의 유체 움직임 및 혼합을 제공하도록 구성된다. 이러한 형태의 혼합 요소들 및 배플들의 각각은 각각의 도면과 관련하여 다음에 더욱 상세하게 설명된다.
도 2는 정적 혼합기(10)의 나머지로부터 분리된 혼합 구성 요소(12)의 부분적인 부분을 도시한다. 혼합 구성 요소(12)가 하나 이상의 혼합 배플들과, 유동 시프트 요소(26)들 중 하나 이상을 포함하면, 혼합 구성 요소(12)를 한정하는 하나 이상의 요소가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 도시된 구성 요소들부터 재구성되거나 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
혼합 구성 요소(12)를 한정하는 일련의 혼합 요소들과 배플(22, 24, 26)들은 제1 및 제2 측벽(28, 30)들을 한정하도록 서로 일체로 성형된다. 제1 및 제2 측벽(28, 30)들은 적어도 부분적으로 혼합 구성 요소(12)의 반대인 측면들의 경계를 나타내는데 반하여, 제1 및 제2 측벽(28, 30)들 사이에서 연장되는 혼합 구성 요소(12)의 다른 측면들은 도관(14)의 관련 내부 표면(32)으로 대체로 개방되거나 노출된 상태로 유지된다(내부 표면(32)들 중 하나는 절개되며 도 1에 도시되지 않음). 혼합 요소들 및 배플(22, 24, 26)들의 총 개수는 혼합기(10)의 다른 실시예에서 변할 수 있다. 그러므로 도 1에 도시된 혼합 요소들 및 배플(22, 24, 26)들의 특정 구조가 다음에 상세하게 설명될지라도, 정적 혼합기(10)가 본 발명의 양태들을 포함하는 실시예의 단지 예라는 것으로 이해될 것이다.
도 3 내지 도 20을 참조하면, 유동 시프터 요소(26)(유동 시프터 배플로서 또한 지칭됨)의 몇몇 예시적인 실시예들이 더욱 상세히 도시된다. 이러한 유동 시프터 요소(26)들의 각각은 전형적으로 혼합기 도관의 주변에 위치된 유체 바이패스 구역으로부터 스트리킹을 제거하도록 구성되며, 혼합기 도관의 중앙을 향한 이러한 스트리킹을 움직이며, 여기에서, 이러한 스트리킹은 유동 시프터 요소(26)로부터 하류에 위치된 이중 쐐기 혼합 배플(24)들과 같은 추가 요소에 의해 분할되고 완전히 혼합된다. 또한, 유동 시프터 요소(26)에 의해 유발된 유체 유동의 움직임은 정적 혼합기(10)를 통해 유동하는 것에 의해 유발되는 추가적인 배압을 제한하도록 설계되는 한편, 유동 시프터 요소(26)로부터 상류에 있는 혼합 배플(24)들에 의해 생성된 유체 유동의 층들이 유동 시프터 요소(26)로부터 하류에 위치된 혼합 배플(24)들에 의한 추가의 혼합을 위해 온전하고 동일하고 일반적인 배향으로 있는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, 다음에 설명되는 다양한 실시예의 유동 시프터 요소(26)들은 유체 유동의 임계 부분을 섞거나 시프팅시키는 한편, 유체 유동의 나머지가 상당한 뒤섞임(jumbling) 또는 다른 유해한 영향없이 통과하는 것을 가능하게 하여, 유동 시프터 요소(26)를 통해 유동하는 것에 의해 유발되는 추가된 배압을 또한 제한한다.
도 3 내지 도 7에 도시된 실시예를 참조하면, 유동 시프터 배플(210)의 제1 실시예가 더욱 상세히 도시된다. 유동 시프터 배플(210)은 이러한 도면에서 대체로 정사각형 형상이며, 그러므로, 정사각형 혼합기 도관에서 사용하기 위해 구성되지만, 유동 시프터 배플(210)이 다른 유사한 실시예에서 상이한 단면 형상을 한정할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 유동 시프터 배플(210)은 정적 혼합기(10)에 배치될 때 유체 유동에 대해 상류측 방향을 향하는 선단 가장자리(212), 및 하류측 방향을 향하는 반대의 후미 가장자리(214)를 포함한다. 선단 가장자리(212)는 유동 시프터 배플(210)의 중앙 부분을 향해 다시 연장되는 이중 분할기 벽 요소(216)에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 이중 분할기 벽 요소(216)는 다음에 더욱 상세하게 설명되지만, 이것은 이러한 도면들에서 대체로 수직 배향으로 도시된 제1 및 제2 대체로 평행한 벽(218, 220)들에 의해 주로 한정된다. 후미 가장자리(214)는 유동 시프터 배플(210)의 중앙 부분에 인접한 이중 분할기 벽 요소(216)에 결합된 분할 패널(222)에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 유동 시프터 배플(210)은 선단 및 후미 가장자리(212, 214)들 사이의 전체 길이를 따라서 유체 유동(F)에 직각인 횡 유동 단면을 한정하며, 횡 유동 단면은 외주변을 가진다. 분할 패널(222)은 도면에 제시된 바와 같은 수평 배향에 의해 도시된 바와 같이 대체로 평행한 제1 및 제2 벽(218, 220)들에 대해 대체로 횡 방향(직각과 같은)으로 배향된다. 분할 패널(222)은, 반대 방향을 향하고 후미 가장자리(214)까지 연장되는 제1 측면(224) 및 제2 측면(226)을 포함한다. 또한, 유동 시프터 배플(210)은 정적 혼합기(10)를 통한 유체 유동 방향에 대해 횡으로 연장되도록 이중 분할기 벽 요소(216)에 결합된 복수의 폐색 벽(228, 230, 232, 234)을 추가로 포함한다. 벽들 및 요소들의 이러한 조합 및 이와 관련된 기능들은 다음에 더욱 상세히 설명되지만, 더욱 많거나 또는 더욱 적은 요소들이 다른 실시예들에 따라서 유동 시프터 배플(210)에 포함될 수 있다.
도 3 및 도 5에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 유체 유동(화살표(F)로 표시됨)은 유동 시프터 배플(210)의 선단 가장자리(212)에 있는 평행한 벽(218, 220)을 먼저 만난다. 평행한 벽(218, 220)들은 추가의 배압을 감소시키고 이중 분할기 벽 요소(216) 주위의 공간들 내로 유체 유동을 안내하는 것을 돕도륵 도시된 바와 같이 선단 가장자리(212)에 있는 테이퍼지거나 또는 첨예화된 단부들을 선택적으로 포함한다. 평행한 벽(218, 220)들은 들어오는 유체 유동을 다음의 3개의 부분으로 분할한다: 평행한 벽들 사이에 위치된 중앙 유동 부분, 제1 평행한 벽(218)의 반대 측면 상에 위치된 주변 유동 부분, 및 제2 평행한 벽(220)의 반대 측면 상에 위치된 제2 주변 유동 부분. 이러한 유동 부분들은 전형적으로 분할 패널(222)에 도달할 때까지 어떠한 방식으로도 재결합되지 않는다. 추후에 설명되는 바와 같이, 중앙 유동 부분은 대체로 다른 유동 부분들과의 재결합 전에 최소 시프팅으로 유동 시프터 배플(210)을 통해 움직이는 한편, 제1 및 제2 주변 유동 부분들은 폐색 벽(228, 230, 232, 234)들에 의해 시프팅되도록 강제된다. 도시된 바와 같이, 복수의 폐색 벽(228, 230, 232, 234)은 유동 단면의 다른 부분으로 제1 및 제2 주변 유동 부분의 전체를 시프팅시키도록 이중 분할기 벽 요소(216)의 외부에 위치된 전체 유동 섹션을 시프팅시킨다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 및 제2 주변 유동 부분을 위한 유동 경로가 더욱 상세히 도시된다. 도 6의 정면도로부터 명백한 바와 같이, 유동 시프터 배플(210)의 이러한 부분들을 통한 전체 유동 경로는 정적 혼합기(10)의 길이를 따라서 한정된 4개의 상이한 사분면(quadrant)에 효과적으로 위치된 제1, 제2, 제3, 및 제4 폐색 벽(228, 230, 232, 234)들에 의해 일부 지점에서 차단된다. 보다 구체적으로, 제1 주변 유동 부분은 먼저 도 6에 도시된 도면에서 하부 좌측 사분면에 위치된 제2 폐색 벽(230)을 마주치고 이를 지나서 유동하여야만 한다. 이러한 제2 폐색 벽(230) 위로 유동한 후, 제1 주변 유동 부분은 그런 다음 도 6에 도시된 도면에서 상부 좌측 사분면에 위치된 제1 폐색 벽(228)을 만난다. 이러한 제1 폐색 벽(228)은 제1 주변 유동 부분을 아래로 시프팅시키도록 강제하여, 제1 주변 유동 부분은 분할 패널(222)의 제1 측면(224)(저부측)을 따라서 유동한다. 제1 주변 유동 부분이 모서리들 주위에서 굴곡 또는 굽힘없이 우측으로 아래 위로 시프팅되기 때문에, 유동 시프터 배플(210)의 이러한 부분으로 들어가는 임의의 유동층의 일반적인 배향은 이러한 배플(210)을 통한 유동 동안 유지된다.
유사하게, 제2 주변 유동 부분은 도 6에 도시된 도면에서 상부 우측 사분면에 위치된 제3 폐색 벽(232)을 먼저 만나고 이를 지나서 유동하여야만 한다. 이러한 제3 폐색 벽(232) 아래로 유동한 후, 제2 주변 유동 부분은 그런 다음 도 6에 도시된 도면에서 하부 우측 사분면에 위치된 제4 폐색 벽(234)을 만난다. 이러한 제4 폐색 벽(234)은 분할 패널(222)의 제2 측면(226)(상부측)을 따라서 유동하도록 제2 주변 유동 부분을 위로 시프팅시키도록 강제한다. 제2 주변 유동 부분이 모서리들 주위에서 굴곡 또는 굽힘없이 좌측으로 아래 위로 시프팅되기 때문에, 유동 시프터 배플(210)의 이러한 부분에 들어가는 임의의 유동층의 일반적인 배향이 유지된다.
위에서 간략히 설명된 바와 같이, 중앙 유동 부분은 대체로 유동 시프터 배플(210)을 통해 유동함에 따라서 분할 패널(222)에 인접한 위치로 보내진다. 유동 시프터 배플(210)의 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 중앙 폐색 벽 표면(236, 238)들은 중앙 유동 부분을 만나도록 위치된다. 제1 중앙 폐색 벽 표면(236)은 제1 및 제2 평행한 벽(218,220)들 사이의 공간의 상부 부분을 따라서 위치된다. 이러한 제1 중앙 폐색 벽 표면(236)은 도 5의 도면에 도시된 바와 같이 유동 방향에 횡방향인 평면에 대해 경사질 수 있으며, 일부 실시예들에서, 중앙 유동 부분은 이러한 제1 중앙 폐색 벽 표면(236) 아래로 먼저 유동하여야만 한다. 그런 다음, 제1 및 제2 주변 유동 부분들이 분할 패널(222)을 따라 유동하기 시작할 때와 거의 동시에, 중앙 유동 부분은 제1 중앙 폐색 벽 표면(236)을 만나고, 이러한 요소 위로 유동하여야만 한다. 도 6의 정면도에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 및 제2 중심 폐색 벽 표면(236, 238)들은 중첩되지 않으며, 이러한 것은 중앙 유동 부분이 대체로 방해받지 않고 움직이도록 유동 시프터 배플(210)의 길이를 통한 "개방"을 나타낸다. 제2 중심 폐색 벽 표면(238)은 도 4에서 폐색 벽(234)의 부분으로서 형성되는 것으로 도시되지만, 이러한 요소가 배플(210)의 다른 실시예에서 별개로 제공되거나 또는 재위치될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제2 중앙 오목 벽면(238)에 인접하여, 분할 패널(222)은 이러한 실시예에서 제1 및 제2 측면(224)들 사이에서 연장되는 개구(240)를 포함한다. 이러한 개구(240)(및 정적 혼합기(10)의 다양한 배플 요소에 제공되는 것과 같은 다른 것들)는 유동 시프터 배플(210)의 영역에 걸쳐 압력 균등화 뿐만 아니라 제1 및 제2 주변 유동 부분들을 재결합하는데 필요한 위치로의 중앙 유동 부분의 보장된 자유 유동을 가능하게 한다.
그러므로, 중앙 유동 부분은 또한 분할 패널(222)의 반대의 제1 및 제2 측면(224, 226)으로 유동하기 전에 이 실시예에서 위 아래로 시프팅된다. 제1 주변 유동 부분은 폐색 벽(228)을 통과한 후에 분활 패널(222)의 제1 측면(224)을 따라서 우측으로 확장 또는 유동하며, 이러한 유동이 분할 패널(222)의 제1 측면(224) 아래에 위치된 중앙 유동 부분의 부분을 만나거나 재결합하는 것을 용이하게 이해할 것이다. 제1 주변 유동 부분의 연속된 유동은 유동 시프터 배플(210) 및 정적 혼합기(10)의 외주변을 향해 우측 또는 외측으로 움직이도록 중앙 유동 부분의 이러한 부분을 강제한다. 그러므로, 유동 시프터 배플(210)로부터 하류에 위치된 후속의 혼합 배플들을 통해 유동할 때 유동 분할 및 혼합이 보장되는 경우에, 이러한 중앙 영역에 위치될 수 있는 임의의 유동 스트리킹은 주변을 향하여 외측으로 연장된다.
마찬가지로, 제2 주변 유동 부분은 폐색 벽(234)을 지난 후에 분할 패널(222)의 제2 측면(226)를 따라서 좌측으로 확장하거나 유동하며, 이러한 유동이 그런 다음 분할 패널(222)의 제2 측면(226) 위에 위치된 중앙 유동 부분을 만나거나 재결합하는 것이 용이하게 이해될 것이다. 제2 주변 유동 부분의 계속적인 유동은 유동 시프터 배플(210) 및 정적 혼합기(10)의 외주변을 향해 좌측으로 또는 외측으로 움직이도록 중앙 유동 부분의 이러한 부분을 강제한다. 이러한 것은 정적 흐름 혼합기(10)에 의해 달성될 수 있다. 이러한 것은 중앙 유동 부분의 다른 부분에 대해 상기된 바와 같은 혼합을 위한 동일한 유익한 이점을 제공한다. 유체 유동이 정적 혼합기(10)에 위치된 다음의 혼합 배플 요소 내로 움직임에 따라서, 분할 패널(222)의 양 측면(224, 226) 상의 유동은 후미 가장자리(214)에서 재결합된다.
그러므로, 이러한 실시예의 유동 시프터 배플(210)은 주변 유동 부분으로부터 중앙 유동 부분을 분할하며(이러한 것은 다음의 개략도를 참조하여 설명된 바와 같이 유동층들의 수를 배증하도록 유체 유동에서의 유동층을 분할할 수 있다), 그런 다음 임의의 유동층들의 배향이 시프팅에 의해 교란되거나 뒤섞이지 않고, 임의의 잠재적 스트리킹이 후속의 요소들에서 추가의 혼합을 위해 정적 혼합기(10)의 다른 영역으로 움직이도록 이러한 유동 부분들을 움직이거나 또는 시프팅시킨다. 유동 시프터 배플(210)이 각각의 유동 부분에 인가되는 시프팅 움직임을 최소화하기 때문에, 유동 시프터 배플(210)을 통해 유동하는 것에 의해 유발되는 추가 배압은 종래의 유동 반전 설계와 비교하여 감소된다. 그러므로, 유동 시프터 배플(210)은 유동 스트리킹 현상을 더욱 효율적으로 처리하는 한편, 정적 혼합기(10) 내에서 발생된 길이 및/또는 배압을 급격히 증가시킬 필요성을 회피한다. 또한, 유동 시프터 배플(210)의 이러한 실시예가 정적 혼합기(10)의 사용시에 이러한 기능상의 이점을 달성하도록 임의의 형태의 다른 혼합 배플 요소들과 함께 사용될 수 있으며, 이러한 것은 상기에서 더욱 상세하게 설명된 이중 쐐기 혼합 배플들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다.
도 8 내지 도 13f를 참조하면, 본 발명에 따른 유동 시프터 배플(310)의 다른 실시예가 상세히 도시된다. 이러한 유동 시프터 배플(310)은 상기된 실시예(유동 시프터 배플(210))와 동일한 요소들을 다수 포함하고, 이러한 요소들은 실질적으로 유사하거나 동일한 300 시리즈에서 유사한 도면 부호로 제공된다. 예를 들어, 이 실시예의 유동 시프터 배플(310)은 선단 가장자리(312), 후미 가장자리(314), 제1 및 제2 평행한 벽(318, 320)들에 의해 한정된 이중 분할기 벽 요소(316), 제1 및 제2 측면(324, 326)들을 구비한 분할 패널(322), 및 복수의 폐색 벽(328, 330, 332, 334)을 포함한다. 이러한 요소들 중 다수는 이 실시예에서 약간 변형된 형상 또는 외형을 가질지라도, 유동 시프터 배플(310) 및 그 요소들은 차이가 다음에 상세하게 개괄된 것 외에(이러한 동일하거나 실질적으로 유사한 요소들의 상세한 설명은 명료성을 위해 본 명세서에서 대체로 반복되지 않는다) 상기된 바와 같이 기능한다. 그러므로, 이전의 실시예와 마찬가지로, 유동 시프터 배플(310)은 정적 혼합기(10)의 중앙 부분으로부터 멀어지게 임의의 유동 스트리킹을 움직이는 한편, 층들이 유해한 방식으로 서로 뒤섞이거나 혼합되지 않도록, 유동 시프터 배플(310)을 통한 유동에 의해 유발되는 최소화된 추가의 배압과 함께, 유동층들의 일반적인 배향을 배증하고 유지한다.
유동 시프터 배플(310)의 이러한 실시예에서, 분할 패널(222)은 이 실시예에서 후미 가장자리(314)를 통해 완전히 연장되는 개구(340)에 의해 2개의 부분으로 분할된다. 이러한 개구(340)는 여전히 압력 균등화를 위해 그리고 주로 배플(310)을 통한 중앙 유동 부분의 자유 유동을 가능하게 하기 위하여 제공된다. 후미 가장자리(314)는 정적 혼합기(10)를 통해 유동할 때 유체 유동을 다음의 혼합 배플 요소로 안내하도록 핀(fin)들 또는 테이퍼링(tapering)을 포함한다. 상기된 바와 같이, 이러한 테이퍼링 또는 첨예화(sharpening)는 또한 선단 가장자리(312)를 따르는 요소들에 적용될 수 있거나(유동 시프터 배플(210)의 제1 실시예에서 도시된 바와 같이) 또는 유사한 실시예에서 전혀 적용될 수 없다는 것을 이해할 것이다.
유동 시프터 배플(310)의 이러한 실시예에 대한 다른 주요 차이점은, 유체 유동이 이중 분할기 벽 요소(316)에 의해 중앙 유동 부분과 제1 및 제2 주변 유동 부분들로 분할된 후에 중앙 유동 부분을 만나는 구조이다. 이를 위해, 유동 시프터 배플(310)은 제1 및 제2 평행한 벽(318, 320)들 사이에서 연장되는 중앙 X-형상 구조물(도 9에서와 같이 위로부터 보았을 때)을 추가로 포함한다. 이러한 중앙 X-형상 구조물은 선단 가장자리(312)에 있는 제1 평행한 벽(318)으로부터 제2 평행한 벽(320)의 후방 단부까지 연장되는 제1 경사 벽(350), 및 선단 가장자리(312)에 있는 제2 평행한 벽(320)으로부터 제1 평행한 벽(318)의 후방 단부까지 연장되는 제2 경사 벽(352)을 포함한다. 도 10에서 가장 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 제1 경사 벽(350)은 유동 시프터 배플(310)의 상부 절반부 또는 상부 부분에 위치되고, 제2 경사 벽(352)은 유동 시프터 배플(310)의 하부 절반부 또는 하부 부분에 위치된다. 그러므로, 이러한 제1 및 제2 경사 벽(350, 352)들은 각각 중앙 유동 부분의 한 부분을 시프팅시키도록 구성된다. 중앙 유동 부분의 부분들이 이러한 시프팅 후에, 중앙 유동 부분은 상기된 시프팅과 유사하게 분할 패널(222)의 제1 및 제2 측면(224, 226)들을 따라서 움직이는 시프팅된 제1 및 제2 주변 유동 부분들과 재결합된다.
또한, 도 12 및 도 13a 내지 도 13f는 본 실시예의 유동 시프터 배플(310) 및 관련 정적 혼합기(10)의 테스트에 의해 입증된 바와 같이 2개의 성분을 가지는 샘플 유체 유동에 대해 취해진 일련의 유동 단면을 개략적으로 도시한다. 유동 시프터 배플(310) 및 유동 시프터 배플(310)의 바로 상류측 및 하류측에 위치된 혼합 배플들은 도 12에서 명확히 도시되어 있다. 이를 위해, 유동은 먼저 도 13a에 도시되어 있는 한편, 유동 시프터 배플(310)로부터 바로 상류측(유체 유동 방향으로)에 위치된 이중 쐐기 혼합 배플에 의해 정적 혼합기(10)의 2개의 사분면으로 시프팅된다. 유체 유동은 두 형태의 유체의 다수의 층에 의해 한정되고, 다른 음영(A) 또는 비음영(B)으로 개략적으로 도시된다. 도 13b는 유동 시프터 배플(310)의 선단 가장자리(312)에 진입하기 직전의 유체 유동을 도시하고, 사분면들의 각각으로부터의 유동이 정적 혼합기(10)의 폭을 가로질러 공간을 채우도록 확산되거나 또는 시프팅된 것이 이해될 것이다.
이중 분할기 벽 요소(316)에 의한 분할 후에, 유동 시프터 배플(310)의 초기 부분을 통과한 유체 유동이 도 13c에 도시되어 있다. 이와 관련하여, 제1 주변 유동 부분(도 13b에 도시된 두 유동 부분의 부분을 포함하는)은 폐색 벽(330)에 의해 위쪽으로 시프팅되고, 제2 주변 유도 부분은 폐색 벽(332)에 의해 아래로 시프팅되었다. 상부 절반부에서의 중앙 유동 부분은 우측 및 하방으로 움직이기 시작하도록 제1 경사 벽(350)에 의해 시프팅되는 한편, 하부 절반부에서의 중앙 유동 부분은 촤즉 상방으로 움직이기 시작하도록 제2 경사 벽(352)에 의해 시프팅된다. 도 13d에 도시된 바와 같은 이중 분할기 벽 요소(316)의 출구 가까이에서, 유동층의 혼란 또는 뒤섞임을 최소화하는 것과 함께, 중앙 유동 부분의 상부 절반부는 하부 절반부로 시프팅되었으며, 중앙 유동 부분의 하부 절반부는 상부 절반부로 시프팅되었다. 유사하게, 제1 주변 유동 부분은 폐색 벽(328)에 의해 아래쪽으로 시프팅되었으며, 제2 주변 유동 부분은 폐색 벽(334)에 의해 위쪽으로 시프팅되었다.
제1 및 제2 주변 유동 부분들은 그런 다음 분할 패널(322)의 제1 및 제2 측면(324, 326)들을 따라서 유동하며, 이러한 것은 정적 혼합기(10)의 외주변으로 좌측으로 밀리도록 중앙 유동 부분의 한 부분을 강제하고 정적 혼합기(10)의 외주변으로 우측으로 밀리도록 중앙 유동 부분의 다른 부분을 강제한다. 이러한 중앙 유동 부분들은 이러한 시프팅 움직임을 명확히 하도록 도 13e에서 별개로 계속 도시된다. 그러므로, 중앙 유동 부분에서의 임의의 유동 스트리킹은 하류에서 추가 혼합을 위해 외주변를 향하여 강제된다. 도 13e는 유동 시프터 배플(310)의 후미 가장자리(314)와 다음의 혼합 배플 요소의 교차점에서의 유동을 도시하며, 이는 유동이 사분면으로 분할되는 이유를 설명한다. 2개의 사분면으로의 하류측 혼합 배플에 의한 이러한 결과적인 유동의 제1 시프트는 도 13f에 도시되어 있으며, 이는 유동 시프터 배플(310)에 들어가기 전의 도 13a에 도시된 본래의 것과 유사한 상태이다. 도 13a 및 도 13f의 비교로부터 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 유동층의 배증(doubling) 및 유동층들의 배향의 일반적인 유지가 도시된다. 그러므로, 유동 시프터 배플(310)은 2개의 성분의 혼합에 효율적으로 기여하면서, 또한 잠재적인 문제가 있는 유동 스트리킹을 중앙 부분으로부터, 추가 혼합이 하류측 혼합 배플 또는 요소들에 의해 일어날 수 있는 외주변으로 움직인다.
이전의 실시예에서와 같이, 유동 시프터 배플(310)은 주변 유동 부분들로부터 중앙 유동 부분을 분할하고, 그런 다음 임의의 유동층의 배향이 시프팅에 의해 혼란되거나 뒤섞이지 않고 중앙 유동 부분의 임의의 잠재적 유동 스트리킹이 후속 요소들에서 추가 혼합을 위해 정적 혼합기(10)의 외주변으로 움직이도록, 이러한 유동 부분들을 움직이거나 또는 시프팅시킨다. 유동 시프터 배플(310)이 각각의 유동 부분에 인가되는 시프팅 움직임을 최소화하기 때문에, 유동 시프터 배플(310)을 통해 유동하는 것에 의해 유발되는 추가된 배압은 종래의 유동 반전 설계에 비해 감소된다. 그러므로, 유동 시프터 배플(310)은 유동 스트리킹 현상을 보다 효율적으로 다루는 한편, 정적 혼합기(10) 내에서 발생된 길이 및/또는 배압을 급격히 증가시킬 필요를 회피하며, 또한, 유동 시프터 배플(310)의 이러한 실시예가 정적 혼합기(10)의 사용시에 이러한 기능상 이점을 달성하도록 임의의 형태의 다른 혼합 배플 요소들과 함께 사용될 수 있으며, 이러한 것이 상기에서 상세하게 설명된 이중 쐐기 혼합 배플들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다.
도 14 내지 도 19f를 참조하면, 본 발명에 따른 유동 시프터 배플(410)의 다른 실시예가 상세히 도시된다. 이러한 유동 시프터 배플(410)은 이전에 기술된 실시예들(유동 시프터 배플(210, 310)들)과 동일한 다수의 요소들을 포함하고, 이러한 요소들은 실질적으로 유사하거나 동일한 400 시리즈에서 유사한 도면 부호로 제공된다. 예를 들어, 본 실시예의 유동 시프터 배플(410)은 선단 가장자리(412), 후미 가장자리(414), 제1 및 제2 평행한 벽(418, 420)들에 의해 한정된 이중 분할기 벽 요소(416), 제1 및 제2 측면(424, 426)들, 및 복수의 폐색 벽(428, 430, 432, 434)을 포함한다. 이러한 실시예들의 다수가 이 실시예에서 약간 변형된 형상 또는 외형을 가질지라도, 유동 시프터 배플(410) 및 그 요소들은 다음에 상세하게 개괄되는 차이 외에 상기된 바와 같이 기능한다(이러한 동일하거나 실질적으로 유사한 요소들의 상세한 설명은 간결함을 위해 본 명세서에서 대체로 반복되지 않는다). 그러므로, 이전의 실시예와 마찬가지로, 유동 시프터 배플(410)은 정적 혼합기(10)의 중앙 부분으로부터 멀어지게 임의의 유동 스트리킹을 움직이는 한편, 층들이 유해한 방식으로 서로 혼란스럽거나 뒤섞이지 않도록 유동층들의 일반적인 배향을 배증하고 유지하며, 또한 유동 시프터 배플(410)를 통한 유동에 의해 유발된 추가적인 배압을 최소화한다.
유동 시프터 배플(410)의 이러한 실시예에서, 분할 패널(422)은 개구(440)에 의해 2개의 부분으로 완전히 분할되지 않으며, 이에 의해 이러한 것을 제1 유동 시프터 배플 실시예와 유사하게 만든다. 후미 가장자리(414)는 정적 혼합기(10)를 통해 유동할 때 이웃한 혼합 배플 요소 내로 유체 유동을 안내하도록 핀들 또는 테이퍼링을 포함한다. 상기된 바와 같이, 이러한 테이퍼링 또는 첨예화는 또한 선단 가장자리(412)를 따르는 요소들에 적용될 수 있거나(유동 시프터 배플(210)의 제1 실시예에서 도시된 바와 같이) 또는 유사한 실시예에서 전혀 적용될 수 없다는 것을 이해할 것이다.
유동 시프터 배플(410)의 이러한 실시예의 다른 주요 차이점은 유체 유동이 이중 분할기 벽 요소(416)에 의해 중앙 유동 부분과 제1 및 제2 주변 유동 부분들로 분할된 후에 중앙 유동 부분을 만나는 구조이다. 도시된 바와 같이, 중앙 유동 부분이 제1 및 제2 평행한 벽(418, 420)들 사이에서 시프팅되지 않도록, 제1 및 제2 평행한 벽(418, 420)들 사이에 연장되는 벽 또는 다른 구조가 없다. 이를 위해, 유동 시프터 배플(410)은 제1 및 제2 평행한 벽(418, 420)들 사이에서 연장되는 어떠한 구조물도 포함하지 않는다. 그러므로, 중앙 유동 부분은, 상기된 시프팅과 유사하게 분할 패널(422)의 제1 및 제2 측면(424, 426)을 따라서 움직이는 시프팅된 제1 및 제2 주변 유동 부분들과 재결합되기 전에, 유동 시프터 배플(410)의 제1 부분을 자유롭게 통과한다.
또한, 도 18 및 도 19a 내지 도 19f는 이러한 실시예의 유동 시프터 배플(410) 및 이와 관련된 정적 혼합기(10)의 테스트에 의해 입증된 바와 같이 2개의 성분을 가지는 샘플 유체 유동에 대해 취해진 일련의 유동 단면을 개략적으로 도시한다. 유동 시프터 배플(410), 및 유동 시프터 배플(410)의 바로 상류측 및 하류측에 위치된 혼합 배플에 대한 유동 단면들에 대한 특정 위치들은 도 18에서 명료성을 위해 도시된다. 이를 위해, 유동은 먼저 도 19a에 도시된 한편, 유동 시프터 배플(410)로부터 바로 상류측(유체 유동 방향으로)에 위치된 이중 쐐기 혼합 배플에 의해 정적 혼합기(10)의 2개의 사분면으로 시프팅된다. 유체 유동은 다른 음영(A) 또는 비음영(B)으로 개략적으로 도시된 2형태의 유체의 다수의 층들에 의해 한정된다. 도 19b는 유동 시프터 배플(410)의 선단 가장자리(412)에서의 진입 직전의 유체 유동을 도시하고, 사분면들의 각각으로부터의 유동이 정적 혼합기(10)의 폭을 가로질러 공간을 채우도록 확산되거나 또는 시프팅된 것이 이해될 것이다.
이중 분할기 벽 요소(416)에 의한 분할 후에, 시프터 배플(410)의 초기 부분을 통과하는 유체 유동이 도 19c에 도시되어 있다. 이와 관련하여, 제1 주변 유동 부분(도 19b에 도시된 양 유동 부분들의 부분들을 포함하는)은 폐색 벽(430)에 의해 위쪽으로 시프팅되었으며, 제2 주변 유동 부분은 폐색 벽(432)에 의해 아래쪽으로 시프팅되었다. 중앙 유동 부분은 제1 및 제2 평행한 벽(418, 420)들 사이에서 유동하는 동안 시프팅되지 않는다. 이러한 것은 또한 도 19d에서 이중 분할기 벽 요소(416)의 출구 가까이에 도시된 중앙 유동 단면의 동일한 도면에서 명백하다. 제1 주변 유동 부분은 폐색 벽(428)에 의해 아래쪽으로 시프팅되었으며, 제2 주변 유동 부분은 폐색 벽(434)에 의해 위쪽으로 시프팅되었다.
제1 및 제2 주변 유동 부분들은 그런 다음 분할 패널(422)의 제1 및 제2 측면(424, 426)들을 따라서 유동하고, 이러한 것은 정적 혼합기(10)의 외주변으로 좌측으로 밀리도록 중앙 유동 부분의 한 부분을 강제하고, 정적 유동 혼합기(10)의 외주변으로 우측으로 밀리도록 중앙 유동 부분의 다른 부분을 강제한다. 이러한 중앙 유동 부분들은 이러한 시프팅 움직임을 명확히 하도록 도 19e에서 별개로 계속 도시된다. 그러므로, 중앙 유동 부분에서의 임의의 유동 스트리킹은 하류에서 추가 혼합을 위해 외주변를 향하여 강제된다. 도 19e는 유동 시프터 배플(410)의 후미 가장자리(414)와 다음의 혼합 배플 요소의 교차점에서의 유동을 도시하며, 이는 유동이 사분면으로 분할되는 이유를 설명한다. 2개의 사분면으로의 하류측 혼합 배플에 의한 이러한 결과적인 유동의 제1 시프트는 도 19f에 도시되어 있으며, 이는 유동 시프터 배플(410)에 들어가기 전의 도 19a에 도시된 본래의 것과 유사한 상태이다. 도 19a 및 도 19f의 비교로부터 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 유동층의 배증 및 유동층들의 배향의 일반적인 유지가 도시된다. 그러므로, 유동 시프터 배플(410)은 2개의 성분의 혼합에 효율적으로 기여하면서, 또한 잠재적인 문제가 있는 유동 스트리킹을, 추가 혼합이 하류측 혼합 배플 또는 요소들에 의해 일어날 수 있는 영역으로 움직인다.
이전의 실시예에서와 같이, 유동 시프터 배플(410)은 주변 유동 부분으로부터 중앙 유동 부분을 분할하고, 그런 다음 임의의 유동층의 배향이 시프팅에 의해 혼란되거나 뒤섞이지 않지만, 중앙 유동 부분에서의 임의의 잠재적인 유동 스트리킹이 후속 요소에서 추가 혼합을 위해 정적 혼합기(10)의 외주변으로 움직이도록, 이러한 유동 부분들을 움직이거나 또는 시프팅시킨다. 유동 시프터 배플(410)이 각각의 유동 부분에 인가되는 시프팅 움직임을 최소화하기 때문에, 유동 시프터 배플(410)을 통해 유동하는 것에 의해 유발되는 추가 배압은 종래의 유동 반전 설계에 비해 감소된다. 그러므로, 유동 시프터 배플(410)은 유동 스트리킹 현상을 보다 효율적으로 다루는 한편, 정적 혼합기(10) 내에서 발생된 길이 및/또는 배압을 극적으로 증가시킬 필요를 회피한다. 또한, 유동 시프터 배플(410)의 이러한 실시예가 정적 혼합기(10)의 사용시에 이러한 기능상의 이점을 달성하도록 임의의 형태의 다른 혼합 배플 요소들과 함께 사용될 수 있으며, 이러한 것이 상기에서 상세하게 설명된 이중 쐐기 혼합 배플들에 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 20은 상기된 제1 실시예와 유사한 이중 쐐기 배플(24)들 및 유동 시프터 배플(210)을 포함하는 일련의 혼합 배플들 또는 요소들을 도시한다. 이 도면은 상기의 유동 시프터 배플들과 관련하여 설명된 압력 균등화를 제공하도록 다양한 분할 패널 또는 다수의 배플들의 표면을 따라서 제공될 수 있다는 것을 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 배경 기술에서 이전에 참조된 Pappalardo의 미국 특허 제7,985,020호에 도시되고 기술된 바와 같은 종래 기술의 유동 반전 배플들의 정면 사시도 및 평면도를 각각 도시한다. 도 21a 및 도 21b는 도 21의 유동 단면들이 취해지는 기준 단면(V, W, X, Y 및 Z)을 각각 포함한다. 이와 같이, 도 21c는 도 21a 및 도 21b의 종래 기술의 유동 시프터 배플의 유체 유동 단면의 개략도이다.
도 22a 및 도 22b는 각각 종래의 정적 혼합기(도 21a 및 도 21b에 도시된 바와 같은 하나 이상의 유동 반전 배플을 포함하는) 및 본 발명의 한 양태에 따른 정적 혼합기를 사용하여 혼합한 결과를 나란히 도시한다. 구체적으로, 도 22b는 정적 혼합기(10)의 실시예에 따른 일련의 혼합 배플들 또는 요소들에 의해 달성된 혼합 결과를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 성분(A 및 B)의 유동층들은 완전히 혼합되고, 유동층들은 이러한 혼합 작용의 높은 효율을 보장하도록 실질적으로 유지된다(예를 들어, 상당한 유동 스트리킹이 유동층들을 서로 뒤섞는 것에 의해 만들어지지 않는다). 도 22a와 비교하면, 도 22b에서 성분(A 및 B)들의 층들이 대체로 서로 평행하여, 압출된 혼합물에서 완전히 혼합되지 않은 유체의 보다 적은 유동 스트리킹과의 보다 큰 혼합물을 유발함에 따라서, 도 22b는 층들의 보다 적은 뒤섞임을 명확히 도시한다. 또한, 도 22a와 비교하면, 도 22b는 분할 및 재결합에 의해 유발된 성분(A 및 B)들의 훨씬 많은 수의 층들을 도시한다. 보다 큰 분할 및 재결합은 서로를 지난 얇고 궁극적으로 확산하도록 혼합되는 유체들의 층들을 유발하고, 궁극적으로 유체들의 대체로 균질한 혼합을 유발한다(전체적인 혼합기의 보다 짧은 필요한 길이를 이용하여). 그러므로, 정적 혼합기(10)는 상기에서 상세하게 제시된 바와 같이 종래의 혼합기 설계 이상의 다양한 기능상의 이점을 달성한다.
본 발명이 예시적인 실시예에 대한 설명에 의해 예시되고 이러한 실시예들이 일부 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 이러한 상세로 한정하거나 또는 어떤 방식으로든 제한하는 것은 본 출원인의 의도는 아니다. 추가의 이점 및 변형은 당업자에게 쉽게 나타날 것이다. 본 발명의 다양한 특징은 사용자의 필요 및 선호도에 따라 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 이러한 것은 현재 공지된 바와 같이 본 발명을 실시하는 바람직한 방법과 함께 본 발명에 대한 설명이다. 그러나, 본 발명 자체는 첨부된 청구항들에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (16)

  1. 복수의 유체 성분들을 가지는 유체 유동을 혼합하기 위한 유동 시프터 배플로서,
    선단 가장자리 및 후미 가장자리로서, 상기 유동 시프터 배플은 상기 선단 가장자리와 상기 후미 가장자리 사이에서 전체 길이를 따라서 상기 유체 유동에 직각인 횡 유동 단면과, 상기 횡 유동 단면에 대하여 직각이며 중심인 축을 한정하며, 상기 횡 유동 단면은 외주변을 가지는, 상기 선단 가장자리 및 후미 가장자리;
    상기 선단 가장자리에 인접한 이중 분할기 벽 요소로서, 상기 이중 분할기 벽 요소는 제1 및 제2 평행한 벽들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 평행한 벽들은 상기 횡 유동 단면 전체를 가로질러 연장되고 상기 선단 가장자리에서 상기 제1 벽으로부터 상기 제2 벽까지 중앙 개구부를 한정하여, 상기 축이 상기 중앙 개구부를 통해 연장되고, 상기 이중 분할기 벽 요소는 상기 유체 유동을 상기 중앙 개구부를 통해 유동하는 중앙 유동 부분 및 제1 및 제2 주변 유동 부분들로 분할하도록 구성되는, 상기 이중 분할기 벽 요소;
    상기 이중 분할기 벽 요소에 결합되고, 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들의 움직임을 강제하도록 위치되는 복수의 폐색 벽들; 및
    상기 후미 가장자리에 인접하며, 상기 횡 유동 단면에 직각으로 연장되는 분할 패널으로서, 상기 분할 패널은 제1 측면, 상기 제1 측면의 반대편에 있는 제2 측면, 및 상기 제1 측면으로부터 상기 제2 측면까지 관통하여 연장하는 개구부를 한정하는, 상기 분할 패널을 포함하는 유동 시프터 배플.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분할 패널은 상기 이중 분할기 벽 요소에 결합되고, 상기 제1 및 제2 측면들은 반대 방향으로 향하고 상기 제1 및 제2 평행한 벽들로부터 횡방향으로 배향되고,
    상기 복수의 폐색 벽들은 상기 분할 패널의 제1 측면을 따라서 유동하도록 상기 제1 주변 유동 부분을, 상기 분할 패널의 제2 측면을 따라서 유동하도록 상기 제2 주변 유동 부분을 강제하며, 이에 의해 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들이 상기 분할 패널의 제1 및 제2 측면들을 따라서 각각 유동함에 따라서 상기 중앙 유동 부분을 상기 유동 시프터 배플의 외주변을 향해 시프팅시키는 유동 시프터 배플.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 폐색 벽은 제1, 제2, 제3, 및 제4 폐색 벽들을 추가로 포함하며,
    하부 좌측 사분면에 위치된 상기 제2 폐색 벽은 위쪽으로 시프팅시키도록 상기 제1 주변 유동 부분을 강제하며, 상부 좌측 사분면에 위치된 상기 제1 폐색 벽은 상기 분할 패널의 제1 측면을 따라서 아래쪽으로 시프팅시키도록 상기 제1 주변 유동 부분을 강제하며,
    상부 우측 사분면에 위치된 상기 제3 폐색 벽은 아래쪽으로 시프팅시키도록 상기 제1 주변 유동 부분을 강제하며, 하부 우측 사분면에 위치된 상기 제4 폐색 벽은 상기 분할 패널의 제2 측면을 따라서 위쪽으로 시프팅시키도록 상기 제2 주변 유동 부분을 강제하는 유동 시프터 배플.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이중 분할기 벽 요소는 상기 제1 및 제2 평행한 벽들 사이에 한정된 공간의 상부 부분을 따라서 위치된 제1 중앙 폐색 벽 표면을 추가로 포함하는 유동 시프터 배플.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 중앙 폐색 벽 표면은 상기 횡 유동 단면에 대해 경사지는 유동 시프터 배플.
  6. 제4항에 있어서, 상기 이중 분할기 벽 요소는 상기 복수의 폐색 벽들 중 하나에 일체로 형성된 제2 중앙 폐색 벽 표면을 추가로 포함하는 유동 시프터 배플.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 중앙 폐색 벽 표면들은 중첩하지 않는 유동 시프터 배플.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 평행한 벽들은 배압을 감소시키고 상기 이중 분할기 벽 요소 주위의 공간들 내로 상기 유체 유동을 안내하는 것을 돕도록 상기 선단 가장자리에 있는 테이퍼지거나 또는 첨예화된 단부를 포함하는 유동 시프터 배플.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 평행한 벽들 사이에서 연장되고 제1 및 제2 경사 벽들을 포함하는 중앙 X-형상 구조물을 추가로 포함하며, 상기 제1 경사 벽은 상기 선단 가장자리에 있는 상기 제1 평행한 벽으로부터 상기 제2 평행한 벽의 후방 단부까지 연장되고, 상기 제2 경사 벽은 상기 선단 가장자리에 있는 상기 제2 평행한 벽으로부터 상기 제1 평행한 벽의 후방 단부까지 연장되는 유동 시프터 배플.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 경사 벽은 상기 유동 시프터 배플의 횡 유동 단면의 상부 부분에 위치되는 한편, 상기 제2 경사 벽은 상기 유동 시프터 배플의 상기 횡 유동 단면의 하부 부분에 위치되는 유동 시프터 배플.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 평행한 벽들 사이에서 연장되는 벽 또는 다른 구조물이 없어서, 상기 중앙 유동 부분은 상기 제1 및 제2 평행한 벽들 사이에서 시프팅되지 않는 유동 시프터 배플.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 폐색 벽들 각각은 상기 횡 유동 단면에 평행한 유동 시프터 배플.
  13. 제1항에 있어서, 상기 유동 시프터 배플은 상기 이중 분할기 벽 요소의 제1 및 제2 벽들 사이에 위치한 중앙 폐색 벽을 더 포함하고,
    상기 중앙 폐색 벽은 관통하여 연장되는 개구부를 한정하여, 상기 축이 상기 개구부를 통해 연장되고, 상기 개구부가 상기 중앙 유동 부분을 수용하도록 구성되는, 유동 시프터 배플.
  14. 복수의 유체 성분들을 가지는 유체 유동을 혼합하기 위한 정적 혼합기로서,
    상기 유체 유동을 수용하도록 구성된 혼합기 도관; 및
    상기 혼합기 도관에 위치된 복수의 혼합 요소들에 의해 한정되는 혼합 구성 요소를 포함하며, 상기 복수의 혼합 요소들은 제1항에 따른 유동 시프터 배플을 포함하는 정적 혼합기.
  15. 혼합기 도관, 및 유동 시프터 배플을 갖는 복수의 혼합 배플들을 포함하는 정적 혼합기로 유체 유동의 복수의 유체 성분들을 혼합하는 방법으로서,
    복수의 유체 성분들을 가지는 상기 유체 유동을 상기 혼합기 도관의 유입 단부 내로 도입하는 단계; 및
    혼합된 유체 유동을 만들도록 상기 복수의 혼합 배플들을 통해 상기 유체 유동을 강제하는 단계로서, 상기 유동 시프터 배플을 통해 상기 유체 유동을 강제하는 단계를 포함하는, 상기 유체 유동을 강제하는 단계를 포함하고,
    상기 유체 유동을 강제하는 단계는,
    이중 분배기 벽 요소로 상기 유체 유동을 중앙 유동 부분 및 제1 및 제2 주변 유동 부분들로 분할하는 단계;
    복수의 폐색 벽들로 상기 유동 시프터 배플을 통하여 횡 유동 단면 주위에서 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들을 시프팅시키고, 상기 제1 주변 유동 부분이 분할 패널의 제1 측면을 따라 유동하고 상기 제2 주변 유동 부분이 상기 분할 패널의 제2 측면을 따라 유동하도록 상기 복수의 폐쇄 벽들 주위에서 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들을 시프팅시키는 단계;
    상기 중앙 유동 부분을 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들의 유동과 함께 상기 유동 시프터 배플의 횡 유동 단면의 외주변을 향하여 시프팅시키고, 상기 중앙 유동 부분을 상기 분할 패널의 제1 및 제2 측면들로 전달하고, 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들이 상기 분할 패널의 제1 및 제2 측면을 따라 유동할 때 상기 중앙 유동 부분을 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들의 유동으로 상기 유동 시프터 배플의 외주변을 향해 시프팅시키는 단계; 및
    상기 유동 시프터 배플을 통한 유동의 결과로서 상기 복수의 유체 성분들의 유동 층들의 수를 배증하는 한편, 상기 유체 유동이 상기 유동 시프터 배플을 통해 움직임에 따라서 상기 유동 층들의 일반적인 배향을 유지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수의 폐색 벽들은 제1, 제2, 제3, 및 제4 폐색 벽들을 추가로 포함하며, 상기 제1 및 제2 주변 유동 부분들을 시프팅시키는 단계는,
    하부 좌측 사분면에 위치된 상기 제2 폐색 벽을 사용하여 위쪽으로 상기 제1 주변 유동 부분을 시프팅시키고, 그런 다음 상부 좌측 사분면에 위치된 상기 제1 폐색 벽을 사용하여 상기 제1 주변 유동 부분을 아래쪽으로 상기 분할 패널의 제1 측면을 따라서 시프팅시키는 단계; 및
    상부 우측 사분면에 위치된 상기 제3 폐색 벽을 사용하여 아래쪽으로 상기 제2 주변 유동 부분을 시프팅시키고, 그런 다음 하부 우측 사분면에 위치된 상기 제4 폐색 벽을 사용하여 상기 제2 주변 유동 부분을 위쪽으로 상기 분할 패널의 제2 측면을 따라서 시프팅시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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