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KR101010872B1 - 스태틱 믹서 - Google Patents

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KR101010872B1
KR101010872B1 KR1020057010085A KR20057010085A KR101010872B1 KR 101010872 B1 KR101010872 B1 KR 101010872B1 KR 1020057010085 A KR1020057010085 A KR 1020057010085A KR 20057010085 A KR20057010085 A KR 20057010085A KR 101010872 B1 KR101010872 B1 KR 101010872B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mixing
flows
guide walls
static mixer
mixer
Prior art date
Application number
KR1020057010085A
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English (en)
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KR20050086900A (ko
Inventor
빌헬름 아. 켈러
Original Assignee
술저 믹스팩 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=32304051&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR101010872(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 술저 믹스팩 아게 filed Critical 술저 믹스팩 아게
Publication of KR20050086900A publication Critical patent/KR20050086900A/ko
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Abstract

혼합될 재료를 다수의 유동으로 분리하기 위해 혼합 부재들과 상기 유동의 다층 합류 수단, 횡방향 에지와 상기 횡방향 에지에 대해 소정으로 각도로 연장하는 안내 벽들, 및 길이방향 축에 대해 소정으로 각도로 배치되며 구멍들을 구비하는 편향 부재들을 포함하는 스태틱 믹서는, 횡방향 에지와, 다음의 횡방향 안내 벽과, 측방향 단부 섹션들과 상기 안내 벽들 사이에 배치되는 하나 이상의 하부 섹션을 갖는 두 개 이상의 안내 벽을 포함하는 혼합 부재들을 포함한다. 높은 혼합 효율과 낮은 압력 강하에 부가하여, 이러한 종류의 믹서는 무용 부피가 감소되므로 종래 기술의 믹서들보다 효율적이다.
믹서, 무용 부피, 압력 강하, 막힘, 효율

Description

스태틱 믹서{static mixer}
본 발명은 혼합될 성분들을 다수의 유동(stream)으로 분리하기 위한 혼합 부재들, 및 유동의 다층 합류(layered junction)를 위한 수단을 포함하며, 횡방향 에지와 상기 횡방향 에지에 대해 소정의 각도로 연장하는 안내 벽들, 및 길이방향 축에 대해 소정의 각도로 배치되며 구멍들을 구비하는 편향 부재들을 포함하는 스태틱 믹서에 대한 것이다.
이러한 종류의 스태틱 믹서는 예를 들어 US-A-5,851,067호로부터 공지되어 있다. 다음에 이 특허는 US-A-5,944,419호에서 보다 개발된 것이다. 이들 참고문헌들은 챔버 스트링(chambered string)들로 분할된 믹서를 공개한다; 첫 번째 인용한 미국 특허에 따르면, 4개의 챔버 스트링이 4개의 교대로 배치된 통로들에 의해 형성되고 믹서는 재배치된 챔버들을 추가로 포함한다. 두 번째 인용한 믹서에서, 두 개의 플랜지들 또는 다르게는 서로 교차하는 두 쌍의 플랜지들이 공개되어 있고 각각의 하부 섹션 판들이 각각의 구멍들 위에 위치하는 방식으로 배치된 통로들을 갖는다.
비록 이러한 종류의 믹서들은 그 길이에 비해 성분들의 혼합이 향상되었고 혼합 나선(mixing helix)들을 사용하는 종래의 믹서들보다 작은 압력 강하를 보이지만, 이들은 비교적 큰 무용 부피(dead volume)를 포함하며 이 부피 내에서 혼합물(composition)이 경화되어 믹서가 결국에 막히게 된다.
이러한 종래기술의 배경 하에서, 본 발명의 목적은 무용 부피가 감소되고 압력 강하가 감소되면서 높은 혼합 효율을 달성하는 스태틱 믹서를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 상기 혼합 부재가 횡방향 에지와, 다음의 횡방향 안내 벽과, 상기 안내 벽들 사이에 배치되는 하나 이상의 하부 섹션과 측방향 단부 섹션들을 각각 갖는 분리 에지에서 종료하여 상기 횡방향 에지의 다른 측면 상의 두 개 이상의 구멍과 상기 횡방향 에지의 일 측면 상의 하나 이상의 구멍을 형성하는 두 개 이상의 안내 벽을 포함하는 스태틱 믹서에 의해 달성된다.
본 발명은 실시예들의 도면을 참조하여 이후에 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 믹서의 제 1 실시예의 개략 사시도.
도 2는 혼합 전의 시작 위치의 개략도.
도 3은 상응하는 혼합 도면(mixing diagram).
도 4는 혼합 작업의 흐름도.
도 5는 반대 흐름 방향의 도 1의 믹서의 도면.
도 6은 혼합 전의 도 5의 믹서의 시작 위치의 개략도.
도 7은 도 6에 관한 혼합 도면.
도 8은 도 5의 믹서의 혼합 작업의 흐름도.
도 9는 본 발명의 믹서의 제 2 실시예의 개략 사시도.
도 10은 혼합 전의 시작 위치의 도면.
도 11은 도 9의 믹서의 혼합 작업 도면.
도 12는 도 9의 믹서의 혼합 작업의 흐름도.
도 13은 종래기술에 공지된 혼합 나선과 본 발명에 다른 혼합 부재들의 조합의 도면.
도 14는 도 9의 대안적 실시예의 상세도.
도 15는 본 발명의 믹서의 다른 실시예의 개략도.
도 16은 도 15의 믹서의 혼합 작업의 흐름도.
도 17은 도 15의 믹서의 확대 상세도.
도 1은 다수의 동일한 혼합 부재(2, 2', 2")를 포함하는 믹서(1)의 제 1 실시예의 세부사항을 예시하며, 혼합 부재들은 서로 중첩되며 각각의 연속적인 부재가 길이방향 축에 대해 180°회전된다. 혼합 인클로져(3; mixing enclosure)가 일단부에 개략적으로 도시되어 있다.
유동 방향 즉, 도면의 하부로부터 보았을 때, 각각의 혼합 부재(2)의 일단부는 횡방향 안내 벽(8')의 횡방향 에지(8)를 포함하며, 횡방향 안내 벽 다음에는 이에 대해 직각으로 연장하며 상호보완하는 측방향 구멍(11, 12; complementary lateral opening)을 포함하는 두 개의 단부 섹션(6, 7)이 있고, 하부 섹션(9)과 상호보완하는 하부 섹션 구멍(10)이 있고, 하부 섹션 구멍은 두 개의 안내 벽(4', 5') 사이에서 연장하며, 안내 벽 각각은 각각의 분리 에지(4, 5; separating edge)에서 종료하며 여기서 안내 벽들이 길이방향 중심축과 평행하게 정렬된다. 본 예에서, 단부 섹션들은 분리 에지들의 길이의 반에 걸쳐 연장한다. 구멍들, 각각의 이들의 단면적, 및 웹(web)들의 길이는 믹서의 입구와 출구 사이의 압력 강하를 실질적으로 결정한다.
혼합 부재(2) 다음의 혼합 부재(2')는 동일한 구성요소들 및 구조들을 포함하지만, 이는 길이방향 축에 대해 180° 회전된 위치에서 제 1 혼합 부재(2) 상에 중첩되어 있다. 다음의 혼합 부재들도 혼합 부재(2)와 동일하고 길이방향에서 보았을 때 각각 180° 회전되어 하나 다음에 다른 하나가 있도록 배치된다. 유동 방향이 화살표(13)로 지시되어 있다.
도 2는 믹서 입구에서 두 성분(G, H)의 분포를 나타내며, 각각의 성분은 별개의 출구들을 갖는 분배 기구(dispensing appliance) 또는 이중 카트리지의 컨테이너로부터 공급된다(도 13 참조). 본 예에서, 유동방향에 따라, 믹서의 입구가 하부에 도시되어 있다. 횡방향 에지(8)의 어느 한 측면에서 들어간 후에, 성분(G, H)들은 횡방향 안내 벽(8')을 따라 퍼지고 안내 벽(4', 5')들에 의해 3개의 유동으로 분할되어, 6개의 유동(AG, BG, CG 및 AH, BH, CH)이 최종적으로 만들어지며, 이 유동에는 각각의 챔버(DG, EG, FG; DH, EH, FH)가 믹서 내에서 연계될 수 있다.
추가 분배 중에, 6개의 유동은 다음의 혼합 부재(2')에 도달한다. 이 과정에서, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 횡방향 에지의 일측면 상에서, 혼합되고 확산된 유동(AG, BG, CG)이 측방향 구멍(11, 12)들을 통해 이동(displace)되고, 측방향 에지의 다른 측면 상에서, 확산된 유동(AG, BH, CH)이 하부 구멍(10)을 통해 이동된다. 그러므로, 부재(2)의 단부에서, 혼합된 유동(A1.G 및 C1.G가 B1.G와 혼합되고, A1.H 및 C1.H가 B1.H와 혼합되는 것은 A1.1 및 C1.1 가 B1.1과 혼합되고, A1.2 및 C1.2가 B1.2와 혼합되는 것과 같다)들이 도 3의 도면에 따라 얻어진다. 제 2 혼합 부재(2')에 도달한 후에, 혼합 유동들은 측방향 에지의 어느 한 측면 상에서 확산된다.
그 다음에, 도 3에 따라, 혼합되고 확산된 유동(A2.1, B2.1, C2.1)들이 측방향 구멍(11, 12)들을 통해 외측으로 이동되고 혼합된 유동(A2.2, B2.2, C2.2)들이 하부 구멍(10)을 통해 내측으로 이동되고, 그 결과 이들 유동이 다시 확산된다.
다음 단계에서, 다른 방향에서 이동이 이루어지며, 즉 역시 도 3에 도시된 바와 같이 A3.1, B3.1, C3.1이 내측으로 이동되고 A3.2, B3.2, C3.2가 외측으로 배출된다. 다시, 다음 부재에 들어갈 때 성분들은 측방향 에지의 양 측면 상에서 확산되고 이후에 다시 이동되어 다음 혼합 부재에 도달한다.
혼합 부재들의 배치 및 구조는 3단계 절차의 혼합과정이 되며, 여기서 혼합물은 먼저 분할된 다음에 확산되고 이후에 배출되고, 다음 단계에서 분할, 확산, 이동(displacement)이 다시 이루어진다.
분할, 이동, 확산의 3단계가 3개의 스테이지로 예시된 도 4의 도면에 도시되어 있다. 도 4의 도면에서, 분리가 I로, 이동이 II로 확산이 III로 표시되며, 혼합 단계 각각의 3개의 혼합 부재들이 2, 2', 2"로 표기되어 있다. 이 도면은 혼합 부재(2)에서 두 성분(G, H)이 먼저 둘로 분할된 다음에 3개의 개별적인 유동으로, 즉 6개의 유동(AG, BG, CG, AH, BH, CH)으로 분할된 다음에, 일 측면 상에서 3개의 혼합된 유동들이 2개의 측방향 구멍을 통해 2개의 유동으로서 이동되고, 다른 측면 상에서 3개의 다른 혼합된 유동이 하부 구멍(10)을 통해 이동되어 단일 유동을 형성한 다음에, 다시 3개의 혼합된 유동으로서 확산된다.
대형 믹서에 대한 대안적인 실시예에서, 2개 이상의 분리 에지들 및 안내 벽들, 예를 들어, 3개의 분리 에지와 안내 벽들이 제공될 수 있고, 두 성분이 6개 이상의 유동들로 재료를 분할하는 경우에, 바닥 벽들의 각각의 구멍들이 서로 다른 방향들에서 각각 상호 오프셋(offset)된다. 또한, 앞서의 예에서와 같이, 횡방향 에지가 제공되어 유동들이 두 부분들로 분할된다. 그 결과 하나 이상의 횡방향 에지와 두 개 이상의 분리 벽을 포함하는 유사한 구성의 혼합 부재가 된다.
다르게는, 유동 방향에 대해 역전된 방향으로 믹서를 작동하여 재료가 횡방향 에지가 아니라 분리 에지들에 먼저 도달하게 할 수 있다. 그러므로, 혼합물은 먼저 3개의 부분들로 분할된 다음에, 이들이 2개의 구멍들을 통과하는 동안 두 부분들로 분할된다. 이러한 역전된 유동방향에서, 두 개의 외측 유동들이 횡방향 에지의 반부(one half) 상에서 합류 및 확산되며, 두 개의 중간 유동들이 횡방향 에지의 다른 반부 상에서 합류 및 확산된다.
도 5 내지 도 8에서, 믹서(1)는 도 1에 대해 180°만큼 역전되어 있고 유동 방향은 동일하게 유지된다. 이해를 돕기 위해, 혼합 부재의 개개의 성분들이 다시 열거된다. 일단부에서, 유동방향에서 아래로부터 보았을 때 개개의 혼합 부재(2)는 각각의 안내 벽(4', 5')에 관한 두 개의 분리 에지들(4, 5)을 포함하고, 안내 벽들은 길이방향 중심축에 대해 평행하게 정렬되고, 이에 대해 직각으로 및 안내 벽들의 어느 한 측면 상에서, 안내 벽들 사이에 위치하며 안내 벽들의 반부 상에 걸쳐 연장하는 하부 섹션(9)과 두 개의 단부 섹션들(6, 7)을 포함한다. 단부 섹션들에 대해 직각으로, 안내 벽들의 중심에서, 횡방향 안내 벽(8')이 배치되며 이는 혼합 부재의 다른 단부에서 횡방향 에지(8)를 포함한다.
두 개의 단부 섹션들과 하부 섹션이 안내 벽들의 어느 한 측면 상의 두 개의 측방향 구멍들(11, 12)과 그리고 안내 벽들 사이의 하부 섹션 구멍(10)과 상호보완적으로 연계된다. 구멍들, 각각의 이들의 단면적이 믹서의 입구와 출구 사이의 압력 강하를 실질적으로 결정한다.
혼합 부재(2) 다음의 혼합 부재(2')는 동일한 구성요소들 및 구조를 포함하고, 길이방향 축에 대해 180° 회전된 위치에서 제 1 혼합 부재(2) 상에 배치된다. 유사하게, 다음의 혼합 부재들은 길이방향 축에 대해 각각 180° 회전된 위치들에서 일렬로 배치된다. 유동 방향이 화살표(13)로 지시되어 있다.
도 5에서, 믹서 입구에서의 두 성분(G, H)의 분포가 도시되어 있고, 각각의 성분은 별개의 출구들을 갖는 분배 기구 또는 이중 카트리지의 컨테이너로부터 공급된다(도 13 참조). 본 예에서, 유동 방향에 따라, 믹서 입구가 하부에 도시되어 있다. 제 1 혼합 부재(2)에 들어갈 때, 두 성분들이 분리 에지들(4, 5)에 의해 6개의 유동(AG, BG, CG 및 AH, BH, CH)으로 분할된다.
추가 분배 중에, 6개의 유동들은 다음의 혼합 부재(2')에 도달한다. 이 과정에서, 각각의 쌍의 유동(A1.G 및 A1.H, B1.G 및 B1.H, C1.G 및 C1.H = A1.1 및 A1.2, B1.1 및 B1.2, C1.1 및 C1.2)들은 도 7에 따라 서로 혼합되고, 한편 혼합 부재(2)의 기하학적 구조로 인해, 유동(A1.1)은 유동(A1.2)으로 이동되어 측방향 구멍(11)을 통해 다음 혼합 부재에 도달하고, 유동(B1.2)은 유동(B1.1)으로 이동되어 바닥 섹션 구멍(10)을 통해 다음 혼합 부재에 도달하고, 유동(C1.1)은 유동(C1.2)으로 이동되어 측방향 구멍(12)을 통해 다음 혼합 부재에 도달한다. 이들이 제 2 혼합 부재(2')에 도달할 때, 혼합된 유동(B2.1, B2.2)들은 전체 반부(A2.1 - B2.1 - C2.1) 상의 횡방향 에지(8)의 일 측면 상에서 확산되고 유사하게, 두 혼합된 유동(A2.1, A2.2 및 C2.1, C2.2)들은 도면의 앞쪽에 도시된 반부(A2.2, B2.2, C2.2) 상의 횡방향 에지(8)의 다른 측면 상에서 확산된다.
다음 단계에서, 다른 방향에서의 이동이 이루어진다, 즉, 도 3에도 나타난 바와 같이 유동(B2.1)이 유동(B2.2)으로 이동하고, 유동(A2.2)이 유동(A2.1)으로 이동하고, 유동(C2.2)이 유동(C2.1)으로 이동한다. 다시, 다음 혼합 부재를 들어갈 때, 성분들은 각각의 반부 상에서 확산되고 이후에 다시 이동하여 다음의 혼합 부재에 도달한다.
여기서 또한, 혼합 부재들의 배치 및 구조는 혼합 과정의 3 단계 절차가 되게 하며 여기서 혼합물은 먼저 분할된 다음에 이동하고 마지막에 확산되고, 다음 단계에서 다시 분할, 이동, 확산한다.
도 8의 도면을 따르면, 분할, 이동, 확산의 3 단계들이 3개의 스테이지들로 예시되어 있다. 도 8의 도면에서, 분리가 I로, 이동이 II로 확산이 III로 표시되며, 3개의 혼합 부재들 및 대응하는 혼합 스테이지들이 2, 2', 2"로 표기되어 있다. 이 도면은 혼합 부재(2)에서 두 성분들이 먼저 6개의 유동들로 분할된 다음에, 각각의 유동이 다른 유동으로 이동하여 제 2 혼합 부재(2')를 향해 확산되어 중앙 유동들이 횡방향 안내 벽(8')과 횡방향 에지(8)의 일 측면 상에서 반부(half)를 형성하고, 한편 두 쌍의 외측 유동들이 횡방향 안내 벽과 횡방향 에지의 다른 측면 상에서 함께 다른 반부를 형성한다.
상술한 믹서들은 재료들을 깊게 혼합(intimate mixing)할 뿐만 아니라 무엇보다도 도입부에서 언급한 다른 믹서들에 비해 낮은 압력 강하 및 무용 부피의 감소를 제공한다.
개략적인 혼합 작업들의 이러한 간략한 설명에 근거하여, 하기의 변형이 가능하다: 이들 실시예에서, 각각 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 믹서들이 설명되었고, 두 개의 충돌하는 성분들은 동일한 단면적을 갖는다. 그러나, 이는 항상 그러할 필요는 없고, 두 성분(G, H)의 예를 들어 1:1 내지 1:10의 각각의 체적 유동비 및 임의의 단면적이 입구 섹션에서 선택되지만 혼합 부재들의 치수들은 동일하게 유지될 수 있다. 그러나, 특별한 구조의 혼합 부재들을 고려할 수 있다. 이는 횡방향 에지가 혼합 부재의 중심선 상에 배치될 필요는 없다는 의미이다. 동일한 사항이 분리 에지들 및 안내 벽들 간의 거리에도 적용된다.
또한, 분리 에지들과 안내 벽들은 공통의 각도로 배치될 수 있고, 유사하게, 단부 섹션들과 하부 섹션들은 및 횡방향 에지가 공통의 각도로 배치되어 구멍들이 직사각형 또는 정사각형일 필요가 없게 된다. 또한, 에지들, 예를 들어 횡방향 에지가 만곡부(bend)를 포함할 수 있다. 혼합 부재들은 180°만큼 회전된 위치들에서 일렬로 배치될 필요는 없고, 0° 내지 360°사이에서 임의의 각도가 가능하다.
앞서 설명한 혼합 부재들은 직사각형이 아닌 둥글거나, 원형, 원통형, 원추형, 또는 타원형 인클로져의 단면을 갖는 인클로져 내에 배치할 수 있다.
상술한 혼합 부재들이 양호한 혼합 특성들을 제공하지만, 소정의 각도로 배치되는 벽들은 개선된 디자인에도 불구하고 경화된 재료를 발생시키는 무용 부피를 여전히 포함한다. 무용 부피의 추가 감소가 만곡된 벽들을 갖는 혼합 부재들을 갖는 믹서에 의해 제공된다. 이러한 종류의 믹서가 도 9 내지 도 12에 도시되어 있다.
도 9는 인클로져(16)와 혼합 부재(15, 15', 15")들을 포함하여, 만곡된 벽들을 갖는 혼합 부재들을 갖는 둥근 믹서의 특정한 경우로서 통상의 원통형 하우징을 갖는 믹서(14)를 도시한다. 제 1 믹서(1)와 유사하게, 그 단부들 중 하나에서, 즉 유동 방향에서 봤을 때 하부에서, 혼합 부재(15)는 횡방향 에지(21)를 포함하고, 여기서 두 개의 안내 벽들(17', 18')이 시작하여 각각의 분리 에지들(17, 18)에서 종료한다. 안내 벽들은 측방향 구멍들(24, 25)을 갖는 각각의 단부 섹션(19, 20), 하부 섹션(22), 및 상호보완하는 하부 섹션 구멍(23)을 각각 포함한다.
각각의 섹션은 제 1 실시예에서와 같이 명확히 구분되어 있지 않다. 직사각형 혼합 부재(2)와는 대조적으로, 두 개의 안내 벽(17', 18')들은 그 일단부에 위 치하는 분리 에지(17, 18)들과 다른 단부의 횡방향 에지(21) 사이에서 만곡되고 연속적으로 천이(transition)된다. 이러한 만곡된 구조의 안내 벽들, 또는 이들의 횡방향 에지로의 천이가 도 9에 도시되어 있고, 개략적인 천이가 도 12에 도시되어 있다.
이러한 제 2 실시예의 작동은 제 1 실시예에서와 동일하다. 제 1 실시예와 유사하게, 두 성분(G, H)으로 구성된 재료 유동이 제 1 혼합 부재(15)를 나갈 때 전부 6개의 유동(AG, BG, CG, AH, BH, CH)으로 분할된다.
이 예에서, 혼합 작동은 제 1 실시예에서와 유사하게 이루어지는 반면, 안내 벽들은 더 이상 날카롭고 직사각형의 배치로 배열되지 않고 V자 형상의 구조로 서로를 향해 연장하며 만곡된 형상을 갖는다. 도 11에 따른 혼합 원리는 제 1 실시예와 같다. 즉, 중앙 유동(BG = B1.1)은 도 11의 두 개의 다른 유동(AG = A1.1 및, CG = C1.1)과 혼합되고 측방향 구멍(24, 25)들을 통해 이동되어 확산되고, 횡방향 에지의 다른 측면 상에서 두 개의 외측 유동(AH = A1.2 및 CH = C1.2)은 중앙 유동(BH = B1.2)과 혼합되고 하부 섹션 구멍(23)을 통해 이동되어 확산된다. 안내 벽들의 만곡된 구조 및 V자 형상 배치로 인해, 무용 부피가 상당히 감소되어 손실이 감소된다. 다른 한편, 이러한 배치는 압력 강하가 추가로 감소되게 한다.
이 실시예에서, 두 개의 안내 벽(17', 18')들이 길이방향 축에 배치된 부가적인 웹(152)을 갖는 횡방향 벽(21)으로 천이되고 횡방향 벽에 대해 횡방향으로 천이되며, 이는 이론적으로 횡방향 벽 부근의 출구에서 두 부분이 아닌 3 부분으로 재료를 분할한다, 혼합 부재(151)를 예시하는 도 14 참조. 그러나, 이러한 부가적인 웹은 재료가 이 측면 상에서 확산하지 못할 수 있는 불편함밖에 어떠한 장점도 주지 않는다. 이러한 웹을 제 1 직사각형 믹서, 즉 바닥(9; floor) 아래 및 횡방향 에지(8)를 따라 제공할 수도 있다. 그러나, 하기의 고려사항들 및 청구범위는 이러한 부가적인 분할을 고려하지 않는다.
또한, 도 12의 도면은 도 4의 도면과 유사하게 설명되지만 도 4에 따라 제공되는 직각의 안내 벽(4', 5')들이 여기서는 V자 형상이고 횡방향 에지에서 종료하는 차이점을 갖는다.
제 1 실시예와 유사하게, 성분들(G, H)의 체적 유동비 또는 단면적은 1:1이 아닐 수 있고, 가장 중요하게는, 분리 에지들로부터 횡방향 에지로 연장하는 안내 벽들이 다수의 기하학적 형상을 취할 수 있고, 한편 혼합 부재들은 유동방향에 대해 도시된 배치에 대해 역전될 수 있다. 또한, 혼합 원리는 각 경우에서 동일하다, 즉 중앙 유동들은 서로 혼합되고 횡방향 에지의 일 측면 상에서 확산된 다음에, 두 쌍의 외측 유동들이 횡방향 에지의 각각의 다른 측면 상에서 확산된다. 또한, 연속적인 혼합 부재들은 도 9에 도시된 바와 같이 길이방향 축에 대해 각각 180°만큼 회전될 필요는 없고 임의의 방향으로 배치될 수 있다.
도 13의 실시예에서, 신규한 믹서 배치가 도시되며 이는 상술한 혼합 부재들로 특히 양호한 결과를 달성한다. 도 13은 믹서(36), 믹서 인클로져(16), 및 입구들(32, 33)과 출구 구멍들(34, 35)을 갖는 믹서 출입구를 도시한다. 혼합 나선들을 사용하는 종래 기술의 믹서에서와 같이, 제 1 혼합 나선 부재(28)의 출입구 에지(31)는 두 개의 출구 구멍(34, 35)을 횡방향으로 가로질러 연장한다. 제 1 혼합 그룹(27)의 제 1 혼합 부재(15)의 두 개의 분리 에지들이 제 1 혼합 나선 부재의 출구 에지(30)에 대해 횡방향으로 배치된다. 제 1 혼합 그룹(27)은 혼합 부재(15)들로 구성되며, 이들 중 4개가 여기서 예시적으로 도시되어 있다. 이 그룹 다음에 제 2 혼합 나선 부재(28')가 따라오고, 이 다음에 제 2 혼합 그룹(27')이 따라온다. 이러한 제 2 혼합 그룹도 4개의 혼합 부재들(15')로 구성되지만, 이들은 제 1 혼합 그룹에 대해 유동 방향에서 180° 역전되어 있으며, 즉 횡방향 벽이 입구를 향하고 있어서, 이 그룹이 도 9에서와 유사한 효과를 갖는다.
또한, 도 13으로부터 각각의 혼합 그룹의 마지막 혼합 부재의 횡방향 에지(21)는 혼합 나선 부재(28')의 출입구 에지(31')에 대해 직각이다. 혼합 나선 부재를 정기적으로 삽입하는 것은 벽들로부터 재료를 효과적으로 벗겨내고 이를 다시 적층시켜 혼합 효율을 보다 개선하는 목적에 사용된다.
도 13에서, 3개의 혼합 그룹들과 3개의 혼합 나선 부재들이 도시되었지만, 혼합 그룹들과 혼합 부재들의 개수는 의도하는 목적에 따라 변할 수 있다. 그러므로, 혼합 그룹당 혼합 부재들의 개수와 혼합 그룹들 간의 혼합 나선 부재들의 개수는 변할 수 있다. 혼합 작업에 관한 모든 고려사항들과 종래의 혼합 나선들을 적용하는 것도 도 15에 따른 혼합 부재들을 사용하는 혼합 배치들 및 재료들의 균일화를 위해 적용된다.
도 15 내지 도 17의 실시예는 직선형 부재 벽들을 갖는 도 1의 실시예에 근거하지만, 혼합 부재들은 통상의 원통형 하우징 내에 배치되어 있다. 이 실시예에서, 혼합 작용의 개선과 이에 관련한 손실 또는 무용 부피의 감소 모두를 제공하여 전체 효율을 상당히 증가시키는 몇가지 특징들을 도시한다. 이러한 특징들 모두가 동시에 모든 혼합 부재들 또는 혼합 그룹들에 제공될 필요는 없다.
도 15는 혼합 부재 배치(40)를 도시하며, 여기서 하우징은 도시되지 않으며, 입구들(42, 43)과 출구들(42', 43')을 갖는 입구 부분(41) 및 혼합 부재들을 갖는 혼합 섹션(44)을 포함한다. 제 1 횡방향 에지(45)까지, 성분들은 분리 벽(46)에 의해 분리된다. 이 실시예에서, 5개의 혼합 부재들(47a 내지 47e)이 제 1 혼합 그룹(47)에 포함되며, 제 2 혼합 그룹(48)은 두 개의 혼합 부재들(48a, 48b)을 포함하고, 다음 혼합 그룹(49)은 5개의 혼합 부재들(49a 내지 49e)을 포함한다.
도 1, 도 15 또는 도 17에 따른 믹서를 사용하여, 횡방향 안내 벽 다음에 재료가 도달하는 안내 벽들(50, 51)의 높이(ZL)는 횡방향 안내 벽들의 높이(ZQ)보다 크고, 예를 들어, 1.1 내지 2.0 사이의 배수, 바람직하게는 1.5배만큼 크다. 이렇게 이중 안내 벽들을 신장하면, 재료의 정렬이 개선되고 이에 의해 다시 분할되기 전에 확산되는 시간이 길어진다. 또한, 이중 안내 벽들을 신장하면 같거나 더 나은 혼합 품질을 달성하는데 필요한 혼합 부재들의 개수가 감소된다.
유사하게, 역전된 유동 방향에서 도 5에 따른 믹서를 사용할 때, 재료가 안내 벽들 뒤에 도달하였을 때, 횡방향 안내 벽의 높이(ZQ)를 안내 벽들의 높이(ZL)보다 높은 비율, 바람직하게는 1.1 내지 2.0, 특히 1.5의 비율로 제공하는 것이 유익할 수 있다.
모든 혼합 부재들에 대해 공통적인 제 2 특징은 무용 영역들을 감소하기 위한 조치들이며, 이 무용 영역들은 직선형 벽들의 경우에 특히 중요하며 재료의 국지적인 경화 및 체적 손실을 일으킨다. 이를 위해, 이러한 무용 영역들이 충전된다. 상이한 무용 영역 밀폐부(TZV; obturation)들이 도 17에 도시되어 있다. 그러므로, 하부 섹션(9)은 이전의 혼합 부재를 향하는 제 1 타입의 무용 영역 밀폐부(TZV1)들을 포함한다. 경사진 웹들을 갖지 않는 혼합 부재들, 즉 혼합 부재들(47a 내지 47e, 및 49a 내지 49e)도 하부 섹션들의 내측에서 마주하는 측면들 상에서 무용 영역 밀폐부(TZV2)들을 포함한다. 안내 벽(50, 51)들의 외측에서, 제 3 및 제 4 타입의 무용 영역 밀폐부(TZV3, TZV4)들이 경사 웹들이 존재하지 않는 위치들에 제공된다.
직선형 벽들에서, 층 형성 중에 층 결함들을 초래하는 벽 층(wall layer)들이 형성된다. 이러한 층들의 부착을 위해, 이중 안내 벽들의 방향에서의 길이방향 혼합 작용의 개선을 위해, 그리고 농도의 평준화를 위해, 경사진 웹들이 안내 벽들의 내측 및 외측에 제공된다.
도 15 및 도 17의 믹서에서, 이들 경사진 웹들은 중앙 혼합 그룹(48)에 부착되며 여기서 내측 경사진 웹(52)들과 외측 경사진 웹(53)들을 볼 수 있고, 이들 모두 혼합 부재들(48a, 48b)의 안내 벽들(50, 51)에 부착된다.
벽 층들은 안내 벽들 상에서만 있는 것이 아니라 믹서 인클로져의 내측 벽에도 존재한다. 층 형성을 최적화하기 위해, 길이방향 웹들이 제공되며 이는 외측에서 이중 안내 벽들과 연결된다. 길이방향 웹들은 모든 혼합 그룹들에 제공될 필요는 없다. 도 15 및 도 17의 실시예에서, 길이방향 웹(54)들은 제 1 및 제 2 혼합 그룹들(47, 48)에 부착되지만, 이들은 제 3 또는 임의의 다른 혼합 그룹에 부착되거나, 또는 다르게는 혼합 그룹(48)에서와 같은 방식으로 부착된다.
제안된 조치들 및 특징들은 바람직하게는 결합되어 사용되지만, 조치들 중 일부만이 적용된 실시예들도 고려할 수 있다.
혼합 작업의 흐름도가 도 16에 도시되어 있다.
A에서, 두 가지 성분들이 횡방향 안내 벽(55)의 각각의 측면 상에서 확산한다. B에서, 우측 부분이 중앙을 향해 이동하고 안내 벽(50, 51)들의 전체 길이에 걸쳐 확산되고 좌측 부분은 두 개의 반부로 분할되고 외측의 2개의 1/3부(third)를 형성한다. D에서, 좌측 반부가 중앙을 향해 안내되고 안내 벽들의 전체 길이에 걸쳐 확산되고, 한편 우측 부분은 분할되고 반부들이 안내 벽들의 각각의 측면들에 도달하고, 그 결과 횡방향 에지가 다시 따라온다.
하기의 청구범위들은 간략화된 경우에 적용가능하며 여기서 횡방향 에지들과 안내 벽들은 웹(152)과 같은 어떠한 웹들도 포함하지 않고, 이는 혼합 부재들의 일반적인 혼합 원리를 변화시키지 않는다. 또한, 횡방향 벽의 정의는 횡방향 에지를 두 개의 평행한 횡방향 벽들로 복제하는 것을 포함할 수 있으며 이 또한 혼합 원리를 변화시키지 않는다.

Claims (20)

  1. 혼합될 재료들(G, H)을 다수의 유동으로 분리하기 위한 혼합 부재들(2, 2', 2"; 15, 15', 15"; 47a-47e; 48a, 48b, 49a-49e) 및 상기 유동들을 층들에서 합류하기 위한 수단을 포함하는 스태틱 믹서로서, 하나 이상의 횡방향 에지(8, 21, 45)와 상기 하나 이상의 횡방향 에지에 대해 소정의 각도로 연장하는 안내 벽들(4', 5', 50, 51), 및 길이방향 축에 대해 소정의 각도로 배치되고 구멍들을 구비하는 안내 부재들을 포함하고, 상기 혼합 부재(2, 2', 2"; 15, 15', 15"; 47a-47e; 48a, 48b, 49a-49e)는 상기 하나 이상의 횡방향 에지(8, 21; 45)와 다음의 횡방향 안내 벽(8', 21'; 55)과 두 개 이상의 안내 벽들(4', 5', 50, 51)을 갖고, 상기 안내 벽들은 두 개 이상의 분리 에지들(4, 5)에서 종료되고 그리고 측방향 단부 섹션들(6, 7; 19, 20)과 상기 안내 벽들 사이에 배치된 하나 이상의 하부 섹션(9, 22)을 구비하고, 상기 섹션들은 상기 하나 이상의 횡방향 에지(8, 21: 45)의 일측면 상에서 하나 이상의 구멍(10, 23)과 상기 하나 이상의 횡방향 에지의 다른 측면 상에서 두 개 이상의 구멍들(11, 12; 24, 25)을 형성하는 스태틱 믹서에 있어서,
    6개 이상의 유동들이 형성되고, 혼합될 2개의 성분들(G, H)은 유동방향에 대한 상기 혼합 부재들의 방향에 의존하여, 먼저 2개의 유동들로 또는 3개 이상의 유동들로 분할되고 다음에 3개 이상의 유동들 또는 2개의 유동들로 각각 분할되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  2. 분리 에지들과 상기 분리 에지들에 대해 소정의 각도로 연장하는 횡방향 에지, 및 길이방향 축에 대해 소정의 각도로 배치되고 구멍들을 구비하는 편향 부재들을 포함하는, 혼합될 재료를 다수의 유동으로 분리하기 위한 혼합 부재들 및 상기 유동들의 다층 합류를 위한 수단을 포함하는 스태틱 믹서에 있어서,
    상기 혼합 부재는 측방향 단부 섹션들을 갖는 다음의 안내 벽들과 상기 안내 벽들 사이에 배치되는 하나 이상의 하부 섹션을 갖는 두 개 이상의 분리 에지들과, 횡방향 안내 벽의 일단부에 배치되어 상기 횡방향 에지의 일측면 상의 하나 이상의 구멍과 상기 횡방향 에지의 다른 측면 상의 두 개 이상의 구멍을 형성하는 횡방향 에지를 포함하는 스태틱 믹서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내 벽들의 상기 섹션들은 편평하고 공통의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 믹서의 인클로져(3)는 둥근 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 믹서의 인클로져(3)는 직사각형 단면을 갖고, 상기 안내 벽들(4', 5') 다음의 상기 두 개 이상의 분리 에지들(4, 5)은 상기 횡방향 안내 벽(8')을 갖는 상기 하나 이상의 횡방향 에지(8)에 대해 수직으로 배치되고, 상기 측방향 단부 섹션들(6, 7)과 상기 하부 섹션(9)은 상기 안내 벽들에 대해 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 안내 벽들은 만곡되고, 상기 두 개 이상의 안내 벽들(17', 18')은 상기 혼합 부재의 일단부에서 상기 분리 에지들(17, 18)을 갖고 상기 믹서의 다른 단부에 배치된 횡방향 에지(21)에서 종료하는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 믹서의 인클로져(16)는 둥글고, 상기 혼합 부재(15, 15', 15")는 두 개의 측방향 단부 섹션(19, 20)과 하나 이상의 하부 섹션(22)을 포함하는 안내 벽들(17',18')에 의해 연결된 하나의 횡방향 에지(21)와 두 개 이상의 분리 에지들(17, 18)를 포함하고, 상기 연결하는 안내 벽들은 상기 분리 에지들과 상기 횡방향 에지 사이에 만곡되고 연속적인 천이부를 형성하는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    연속적인 혼합 부재들(2, 2', 2"; 15, 15', 15")은 각각 길이방향 축에 대해 회전되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연속적인 혼합 부재들은 길이방향 축에 대해 180°만큼 각각 회전되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    혼합 부재들(2, 2', 2"; 15, 15', 15"; 47a-47e; 48a, 48b, 49a-49e)은 혼합 그룹들(27, 29)로서 모이고, 하나 이상의 혼합 나선 부재가 상기 혼합 그룹들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 믹서는 혼합 나선 부재(28)에 이어서 혼합 부재들(15)의 제 1 혼합 그룹(27)이 따르고 그 다음에 제 2 혼합 그룹(29)이 따르며 그렇게 연속적으로 포함하고, 상기 혼합 나선 부재의 입구 에지(31)는 상기 혼합 그룹의 마지막 혼합 부재의 횡방향 에지(21)에 대해 실질적으로 수직으로 연장하고, 상기 제 2 혼합 그룹은 유동 방향에서 180°만큼 역전되어 상기 혼합 부재(15)의 상기 횡방향 에지(21)가 혼합 나선 부재의 출구 에지(30)에 대해 실질적으로 수직으로 연장하는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  12. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 안내 벽들(50, 51)의 높이(ZL)는 상기 횡방향 안내 벽(55)의 높이(ZQ)보다 높은 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  13. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 횡방향 안내 벽(55)의 높이(ZQ)는 상기 안내 벽들(50, 51)의 높이(ZL)보다 높은 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 안내 벽의 높이(ZL)는 상기 횡방향 안내 벽의 높이(ZQ)의 1.1 내지 2.0배가 되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 횡방향 안내 벽의 높이(ZQ)는 상기 안내 벽의 높이(ZL)의 1.1 내지 2.0배가 되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 안내 벽들(50, 51)은 내부에, 또는 외부에 또는 내부와 외부 모두에 경사진 웹들을 구비하는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  17. 제 12 항에 있어서,
    길이방향 웹들(54)이 두 개의 인접한 혼합 부재들의 안내 벽들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  18. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 섹션들(9)과 상기 안내 벽들(50, 51)은 무용 영역 밀폐부들(TZV1, TZV2, TZV3, TZV4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  19. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 믹서의 작동방법에 있어서,
    재료가 상기 횡방향 에지(8, 21, 45)에 먼저 도달하는 경우에, 상기 혼합 부재(2, 2', 2"; 15, 15', 15")는 먼저 재료 유동을 두 개의 유동들(G, H)로 분할하고 상기 두 개의 유동들을 출구에서 6개 이상의 유동들(AG, BG, CG, AH, BH, CH)으로 분할하도록 구성되고, 두 개의 혼합된 유동들(BG가 AG 및 CG와 혼합)이 상기 횡방향 에지(8, 21, 45)의 일 측면을 향하고 하나의 혼합된 유동(AH 및 CH가 BH와 혼합)이 상기 횡방향 에지의 다른 측면을 향하도록 하며 이어서 상기 안내 벽들에 의해 각각 3개의 유동들로 분할되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
  20. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 믹서의 작동방법에 있어서,
    재료가 안내 벽들(4', 5'; 17', 18')의 분리 에지들(4, 5, 17, 18)에 먼저 도달하는 경우에, 상기 혼합 부재들(2, 2', 2"; 15, 15', 15")은 재료 유동을 6개 이상의 유동들(AG, BG, CG, AH, BH, CH)로 분할하고 상기 유동들(BG, GH)의 각각의 부분을 상기 횡방향 에지(8, 21)의 일측면으로 그리고 상기 유동들(AG, AH, CG, CH)의 다른 부분을 상기 횡방향 에지의 다른 측면으로 향하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
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