EP4509207A2 - Kompakter statischer mischer und verfahren zum mischen von wenigsten zwei fluiden - Google Patents

Kompakter statischer mischer und verfahren zum mischen von wenigsten zwei fluiden Download PDF

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EP4509207A2
EP4509207A2 EP24221068.0A EP24221068A EP4509207A2 EP 4509207 A2 EP4509207 A2 EP 4509207A2 EP 24221068 A EP24221068 A EP 24221068A EP 4509207 A2 EP4509207 A2 EP 4509207A2
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EP
European Patent Office
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inlets
fluids
premixing
static mixer
fluid
Prior art date
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Application number
EP24221068.0A
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EP4509207A3 (de
Inventor
Sebastian Hirschberg
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Hirschberg Engineering AG
Original Assignee
Hirschberg Engineering AG
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Publication date
Application filed by Hirschberg Engineering AG filed Critical Hirschberg Engineering AG
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Publication of EP4509207A2 publication Critical patent/EP4509207A2/de
Publication of EP4509207A3 publication Critical patent/EP4509207A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/12—Interdigital mixers, i.e. the substances to be mixed are divided in sub-streams which are rearranged in an interdigital or interspersed manner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4314—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor with helical baffles
    • B01F25/43141—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor with helical baffles composed of consecutive sections of helical formed elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • B01F25/43161—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod composed of consecutive sections of flat pieces of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • B01F25/43162—Assembled flat elements

Definitions

  • the invention relates to a static mixer unit for mixing at least two fluids, in particular liquids, gases and/or pasty masses, which has a static mixer with several flow-influencing elements arranged in a hollow body.
  • the invention further relates to a set of parts comprising a static mixer unit, at least two, in particular exactly two, containers, each with an outlet on the containers, wherein the containers each contain one of at least two, in particular exactly two, different fluids.
  • the invention also relates to a method for mixing at least two fluids, in particular liquids, gases and/or pasty masses, with a static mixer unit and the use of a static mixer unit for mixing two fluids.
  • Static mixers are devices for mixing fluids in which the flow movement alone causes the mixing and which do not have moving elements. They consist of a series of specially shaped flow-influencing elements arranged in a pipe or housing. The fluids to be mixed are guided through these elements, whereby they are divided, diverted and recombined. This creates shear forces, turbulence or extensional flows that cause a homogeneous distribution of the fluids to be mixed.
  • Conventional static mixers work exclusively through the kinetic energy of the flowing media and do not require an external energy supply for the mixing process.
  • Static mixers are widely used in the construction sector, in industrial manufacturing or in industrial process engineering, among others, and have established themselves in numerous applications as a reliable and efficient solution for mixing liquids, gases and viscous media.
  • Such mixers are described, for example, in the patent documents US 4,062,524 (Bayer AG ), US 2012/0106290 A1 (Meijer et al. ), US 3,664,638 (Kenics Corp .), EP 0 815 929 B1 (Sulzer Chemtech AG ) and EP 2 181 827 B1 (Sulzer Mixpac AG ).
  • static mixers have disadvantages in certain applications.
  • static mixers are relatively long and bulky.
  • the mixers are used manually, e.g. when used as a mixing nozzle on adhesive cartridges, this has a negative effect on handling and in process engineering, additional space is required for the installation of the bulky static mixers.
  • long static mixers increase the material requirement, which not only increases the manufacturing costs but also the environmental impact.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved static mixer unit.
  • the static mixer unit should in particular combine an efficient mixing effect with a compact and resource-saving design.
  • the length of the main mixing unit in the static mixer unit according to the invention can be reduced by up to 90% while maintaining the same mixing quality. This means that the static mixer unit according to the invention can be built more compactly, which also reduces material consumption.
  • the static mixer unit according to the invention achieves an efficient mixing effect while at the same time being compact and resource-saving or sustainable.
  • the compactness also improves handling in manual applications and reduces the space required in industrial applications.
  • premixing unit according to the invention can be combined with a variety of different main mixing units, which enables flexible adaptation to different requirements.
  • premixing in the present case particularly includes a pre-distribution, in particular a regular spatial pre-distribution, of the at least two fluids and/or a partial mixing of the at least two fluids.
  • a mixing quality of the at least two fluids before the premixing unit is lower than after the premixing unit and/or at the outlet of the premixing unit the mixing quality is lower than a mixing quality of the at least two fluids after passing through the main mixing unit.
  • the premixing chamber and the static mixer of the main mixing unit are firmly connected to one another and/or manufactured in one piece.
  • the inlet of the static mixer corresponds in size and/or shape to the outlet of the premixing chamber. This allows the entire inlet opening of the static mixer to be used.
  • the at least two fluids in the premixing chamber are distributed over the entire outlet area of the premixing chamber and/or the entire inlet area or the entire inlet opening, preferably distributed regularly. This also makes it possible to A high mixing quality can be achieved by local mixing in the downstream main mixing unit, which benefits the compactness.
  • the premixing chamber has no further inlets for fluids in addition to the plurality of first inlets for supplying the first fluid and the plurality of second inlets for supplying the second fluid.
  • the premixing chamber is designed for mixing exactly two fluids.
  • the premixing unit in another embodiment, however, it is possible for the premixing unit to have a plurality of third inlets for supplying a third fluid into the cavity of the premixing chamber.
  • the premixing chamber is designed for mixing exactly three fluids.
  • one or more first inlets and one or more second inlets lead alternately into the cavity. This means that between two of the first inlets, one or more of the second inlets lead into the premixing chamber and/or between two of the second inlets, one or more of the first inlets lead into the premixing chamber.
  • the plurality of first inlets and the plurality of second inlets are arranged such that a first inlet and a second inlet alternately open into the cavity.
  • a first inlet and a second inlet alternately open into the cavity.
  • the plurality of first inlets and the plurality of second inlets are arranged at regular intervals from one another. This further improves the premixing effect.
  • the plurality of first inlets are arranged on a first circular line and/or the plurality of second inlets are arranged on a second circular line.
  • the center of the circular line(s) is advantageously located on a geometric axis which runs through the center of the central outlet of the premixing chamber and/or coaxial to a longitudinal axis which runs along the main flow direction in the main mixing unit. In this case, the homogeneity of the premixing can be further increased.
  • the plurality of first inlets and the plurality of second inlets are arranged such that the first fluid and the second fluid enter the cavity of the premixing chamber on a common circular line.
  • the center of the circular line is advantageously located on a geometric axis that runs through the center of the central outlet of the premixing chamber and/or coaxial with a longitudinal axis that runs along the main flow direction in the main mixing unit. This allows optimal and uniform mixing to be achieved.
  • the plurality of first inlets and the plurality of second inlets are designed such that the first fluid and the second fluid are introduced into the cavity from different directions. This applies in particular to all first and all second inlets. This enables in particular a more compact design.
  • the plurality of first inlets and the plurality of second inlets are designed such that the first fluid and the second fluid are introduced into the cavity from opposite directions.
  • the first fluid can be introduced into the cavity in a direction parallel to the main flow direction of the fluids in the static mixer and the second fluid can be introduced into the cavity from a direction antiparallel to the main flow direction of the fluids in the static mixer.
  • the plurality of first inlets and the plurality of second inlets are designed such that the first fluid and the second fluid can be introduced into the cavity of the premixing chamber from directions perpendicular to each other.
  • all first inlets are of identical design and/or all second inlets are of identical design.
  • all first and second inlets are of identical design.
  • a number of the plurality of first inlets is the same as a number of the plurality of second inlets.
  • the number, cross-sectional area of the inlet openings and/or the shape of the inlet openings can be adjusted or designed differently.
  • the cavity of the premixing chamber is axially symmetrical with respect to a central axis which is perpendicular to an opening plane of the outlet, and/or wherein the cavity of the premixing chamber is axially symmetrical with respect to a longitudinal axis which runs along the main flow direction of the fluids in the static mixer.
  • the cavity of the premixing chamber is cylindrical or plate-shaped.
  • Cylindrical cavities are, for example, circular cylindrical cavities, elliptical cylindrical cavities or prismatic cavities, circular cylindrical cavities are particularly preferred.
  • a "cylinder” is understood to mean a body with two parallel, congruent bases and straight surface lines of equal length, with the surface lines connecting the corresponding points on the two bases.
  • the surface lines are in particular perpendicular to the bases.
  • the bases do not have to be circular. They can be any closed curve or surface, e.g. elliptical, rectangular or another shape.
  • the height of the cylinder, measured in a direction perpendicular to the bases, can be arbitrary, in particular smaller than a width, length and/or diameter of the bases.
  • a plate-shaped cavity has in particular a central cylindrical region and an adjoining peripheral annular region, the central axis of the cylindrical region and the annular region being the same.
  • a transition from the central cylindrical region to the peripheral annular region can be angular or preferably rounded.
  • a plate-shaped cavity has a central cylindrical region and an adjoining peripheral hollow spherical layer-shaped region, wherein the two regions preferably merge into one another continuously and/or without edges.
  • a plate-shaped cavity has, in particular, a U-shaped cross-section with respect to all cross-sections passing through a centre of the cavity.
  • Such cavities have a high degree of symmetry and thus enable particularly homogeneous mixing.
  • a height of the cavity of the premixing chamber, measured in a direction perpendicular to the premixing plane, in the region of the common premixing plane is >0 - 20%, in particular 1 - 10%, in particular 2 - 5%, of a maximum Expansion, in particular a maximum diameter, of the cavity of the premixing chamber.
  • the cavity is thus relatively flat, which has proven to be advantageous in this case.
  • other designs of the cavity are also possible.
  • the premixing unit is particularly preferably designed such that the fluids are guided through the cavity as fluid streams in the shape of a sector of a circle and/or flow through it. This can be achieved, for example, by the arrangements of the inlets described above and the design of the cavity of the premixing chamber.
  • the plurality of first inlets are fluidically connected to a first supply chamber, wherein the first supply chamber is preferably designed such that the first fluid present in the first supply chamber is conveyed uniformly through all of the plurality of first inlets when pressure is applied; and/or wherein the plurality of second inlets are fluidically connected to a second supply chamber, wherein the second supply chamber is preferably designed such that the second fluid present in the second supply chamber is conveyed uniformly through all of the plurality of second inlets when pressure is applied.
  • a feed chamber enables a particularly uniform introduction of the fluids through the corresponding inlets into the cavity of the premixing chamber, which benefits the most homogeneous premixing of the fluids possible.
  • the first supply chamber has a plurality of first outlets which communicate with the plurality of first inlets of the premixing chamber, in particular the plurality of first outlets of the first supply chamber protrude into the plurality of first inlets of the premixing chamber, in particular in a form-fitting manner; and/or wherein the second supply chamber has a plurality of second outlets which communicate with the plurality of second inlets of the premixing chamber, in particular the plurality of second outlets of the second supply chamber protrude into the plurality of second inlets of the premixing chamber, in particular in a form-fitting manner.
  • the first supply chamber and/or the second supply chamber is arranged on a side of the premixing chamber facing away from the downstream main mixing unit.
  • the first supply chamber can laterally surround the premixing chamber and/or the second supply chamber, in particular such that the first fluid can be guided around the premixing chamber from the side of the premixing chamber facing away from the downstream main mixing unit and can be conveyed from the side of the premixing chamber facing the downstream main mixing unit through the plurality of first inlets into the cavity of the premixing chamber.
  • the first supply chamber and/or the second supply chamber has an inlet opening on a side facing away from the downstream main mixing unit, through which the first fluid can be conveyed into the first supply chamber and/or the second fluid into the second supply chamber. This allows the fluid(s) to be guided centrally into the respective supply chamber.
  • the static mixer of the main mixing unit is designed, for example, as an X-mixer, helix mixer, T-mixer and/or quadro mixer.
  • X-mixers are particularly preferred because they enable a particularly compact design in the present context.
  • the designations are familiar to those skilled in the art.
  • X-mixers are described for example in the US 4,062,524 or the US 2012/0106290 A1 .
  • Helix mixers are in the US 3,664,638 described, while Quadro mixers in the EP 0 815 929 B1 and T-mixer in the EP 2 181 827 B1 are shown.
  • the flow-influencing elements in the static mixer of the main mixing unit are X-shaped crossed webs, curved flat elements, helical elements and/or screw-shaped elements.
  • Particularly preferred are X-shaped crossed webs, as these allow for a particularly compact construction in this context.
  • the hollow body of the static mixer of the main mixing unit is preferably a tubular element.
  • the main mixing unit comprises several static mixers arranged in parallel, wherein the several static mixers are in particular of identical construction. Due to the pre-distribution or pre-mixing of the fluids in the pre-mixing chamber, a local mixture is sufficient through static mixers connected in parallel.
  • the parallel connection allows the cross-section of the individual static mixers to be reduced without increasing the pressure loss. With smaller mixer diameters, the length of the mixers can be reduced while maintaining the same mixing quality.
  • the static mixer unit has a coupling device, in particular a screw connection, a clamp connection, a bayonet closure and/or a latching connection, for connecting the static mixer to one or more containers in which in particular the at least two fluids are present, and/or fluid lines from which in particular the at least two fluids are supplied.
  • a coupling device in particular a screw connection, a clamp connection, a bayonet closure and/or a latching connection, for connecting the static mixer to one or more containers in which in particular the at least two fluids are present, and/or fluid lines from which in particular the at least two fluids are supplied.
  • the static mixer units according to the invention can be manufactured in particular by 3D printing.
  • the static mixer units according to the invention are made of plastic. However, for special purposes they can also be made of metal and/or other materials.
  • a further aspect of the present invention relates to a kit of parts comprising (i) at least two, in particular exactly two, containers each with an outlet on the Containers, wherein the containers each contain one of at least two, in particular exactly two, different fluids, and (ii) a static mixer unit as described above, wherein the outlets of the containers are or can be connected to the static mixer unit in a fluid-conducting manner.
  • a static mixer unit as described above, wherein the outlets of the containers are or can be connected to the static mixer unit in a fluid-conducting manner.
  • the two containers can also be part of a common packaging, e.g. in a cartridge, and/or be designed as an integral part thereof.
  • the static mixer unit preferably has a coupling device, in particular a screw connection, a clamp connection, a bayonet lock and/or a snap-in connection.
  • the static mixer unit is further preferably connected via these to the containers and/or a packaging containing the containers.
  • the static mixer unit used in the method is preferably a static mixer unit as described above. In a particular embodiment, this is equipped with one or more of the features described above as optional.
  • the fluids are in particular liquids, gases and/or pasty masses.
  • the first fluid and the second fluid may form a solution when mixed, one fluid being dissolved in the other, or the first fluid and the second fluid may form a dispersion when mixed, in particular a foam or an emulsion.
  • the two fluids hardly or not at all dissolve in each other and one of the two fluids is finely distributed as a disperse phase, e.g. as a liquid or gaseous phase, in the other fluid, e.g. a liquid, which forms a continuous phase or the dispersion medium.
  • a disperse phase e.g. as a liquid or gaseous phase
  • the other fluid e.g. a liquid, which forms a continuous phase or the dispersion medium.
  • the first fluid is, for example, a first component of a two-component adhesive and/or sealant and the second fluid is a second component of a two-component adhesive and/or sealant.
  • the first fluid is a gas and the second fluid is a liquid, wherein a foam is preferably formed during mixing in the static mixer unit.
  • a foam consists of gas bubbles finely distributed in a liquid.
  • the first fluid is a liquid and the second fluid is a liquid that is not soluble in the first liquid, wherein an emulsion is preferably formed during mixing in the static mixer unit.
  • an emulsion liquid droplets, which form the first fluid, for example, are finely distributed in another liquid, which forms the second fluid, for example.
  • the fluids are guided through the cavity in particular as fluid streams in the shape of a sector of a circle and/or flow through it in this form.
  • An additional aspect of the present invention relates to the use of a static mixer unit as described above for mixing two fluids, in particular liquids, gases and/or pasty masses.
  • the static mixer unit is used to produce a solution or a dispersion, in particular a foam or an emulsion.
  • the first fluid is a first component of a two-component adhesive and/or sealant and the second fluid is a second component of a two-component adhesive and/or sealant.
  • one of the at least two fluids is a gas and a second of the at least two fluids is a liquid, and upon mixing a foam is formed.
  • the at least two fluids are hardly or not at all soluble in each other and an emulsion is formed.
  • the first inlets 51a and the second inlets 51b are arranged alternately in a peripheral region P of the premixing chamber 50, so that the first fluid F1 and the second fluid F2 enter the cavity of the premixing chamber 50 on a common circular line K.
  • the fluids F1, F2 in the cylindrical cavity of the premixing chamber 50 can be guided to the outlet 52 from several different directions lying in a common premixing plane E.
  • the helix mixer 10 is arranged in the region of the central outlet such that a main flow direction L of the fluids F1, F2 in the static mixer of the helix mixer 10 runs from the inlet 11 to the outlet 13 perpendicular to the premixing plane E of the premixing chamber 50 or the premixing unit.
  • the two fluids F1, F2 are added alternately or alternately in the peripheral area P of the premixing chamber 50, radial partial flows are typically created that flow in a star shape to the outlet 52 or the inlet 11 of the helix mixer 10 or the main mixing unit.
  • the number of mixing elements required for the helix mixer 10 can be reduced by around 30 - 50% while maintaining the same mixing quality.
  • Fig. 7 - 9 show partially cutaway representations of a possible implementation of the mixer unit 200 from Fig. 6 from different perspectives.
  • the mixer unit 300 from the Fig. 7 - 9 has a hollow cylindrical premixing chamber 50, which has the first inlets 51a on the top for supplying the first fluid F1 and the second inlets 51b on the bottom for supplying the second fluid F2.
  • the openings of the inlets 51a, 51b are rectangular and lead alternately into the cavity of the premixing chamber 50, so that the fluids F1, F2 can be introduced alternately from opposite directions or antiparallel into the cavity.
  • All first inlets 51a are connected to a first supply chamber 52a in a fluid-conducting manner, so that the first fluid F1 can be introduced into the cavity of the premixing chamber 50 from above or from the side of the premixing chamber 50 facing the X-type mixer 20'.
  • all second inlets 51b are fluidically connected to a first supply chamber 52b, so that the second fluid F2 can be introduced into the cavity of the premixing chamber 50 from below or from the side facing away from the X-type mixer 20'.
  • the second supply chamber 52b has a plurality of first outlets 52b.1, which protrude into the plurality of first inlets 52b of the premixing chamber 50.
  • the two supply chambers 52a, 52b each have an inlet opening 53a, 53b through which the first fluid F1 can be fed into the first supply chamber 52a and the second fluid F2 into the second supply chamber 52b.
  • the second supply chamber 52b is designed as a substantially hollow cylindrical chamber and is arranged on the side of the premixing chamber 50 facing away from the X-type mixer 20'.
  • the first supply chamber 53a is a chamber with a substantially annular cavity and surrounds the premixing chamber 50 and the second supply chamber 53b laterally, so that the first fluid F1 from the X-type mixer 20' side of the premixing chamber 50 facing away from the premixing chamber 50 and can be conveyed from the side of the premixing chamber 50 facing the X-type mixer 20' through the plurality of first inlets 52a into the cavity of the premixing chamber 50.
  • Fig. 10 - 11 show partially cutaway representations of another more concrete implementation option of the mixer unit 200 from Fig. 6 from different perspectives.
  • the mixer unit 400 from the Fig. 10 - 11 has the same X-mixer 20' as the mixer unit 300 but differs in terms of the premix unit.
  • the mixer unit 400 has a premixing chamber 50' with a plate-shaped cavity with a central cylindrical region in the region of the outlet 52' or the inlet 21' of the X-mixer 20' and a peripheral ring-shaped region extending downwards, the central axis of the cylindrical region and the ring-shaped region being the same.
  • a transition from the central cylindrical region to the peripheral ring-shaped region is rounded.
  • the peripheral ring-shaped region can also be designed as a hollow sphere-shaped region, which extends into the Fig. 10 - 11 protruding downwards.
  • the plurality of first inlets 51a' are arranged such that the first fluid F1 is introduced into the peripheral hollow sphere layer-shaped region of the cavity of the premixing chamber 50' via the inlet 53a' and the hollow cylindrical supply chamber 52a' from radial directions parallel to the premixing plane.
  • the second inlets 51b' are arranged such that the second fluid F2 can be introduced into the peripheral hollow sphere layer-shaped region of the cavity of the premixing chamber 50' via the inlet 53b' and the annular supply chamber 52b' from a direction parallel to the main flow direction of the fluids in the X-mixer 20' or from below. As a result, neither of the two fluids needs to be guided past the premixing chamber.
  • the mixer units shown can be manufactured from plastic in particular using 3D printing.
  • the cartridge 500 is connected via a coupling device 401, e.g. a screw connection to the static mixer unit 400 from the Fig. 10 - 11 connected to it.
  • the outlets of the cartridge 500 are connected to the static mixer unit 400 in a fluid-conducting manner, so that when the fluids are discharged from the containers 501a, 501b, the first fluid can be passed through the plurality of first inlets and the second fluid can be passed through the plurality of second inlets into the premixing chamber (50') of the premixing unit (VE) and then through the main mixing unit (HE) and mixed.
  • Fig. 13 shows a variant of Fig. 5 in which, instead of a single static mixer, six identical static mixers 10 are arranged in parallel in the main mixing unit HE.
  • the premixing unit VE is essentially identical in construction, as in Fig. 5 , but has a slightly larger outlet in the central area.

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  • Dispersion Chemistry (AREA)

Abstract

Eine statische Mischereinheit (100, 200, 300, 400) zum Vermischen von wenigsten zwei Fluiden (F1, F2) umfasst eine Vormischeinheit (VE) mit nachgelagerter Hautpmischeinheit (HE), wobei:a) Die Vormischeinheit (VE) eine Vormischkammer (50, 50') umfasst, welche über mehrere erste Einlässe (51a, 51a') zum Zuführen eines ersten Fluids (F1) und mehrere zweite Einlässe (51b, 51b') zum Zuführen eines zweiten Fluids (F2) in einen Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50'), sowie einen zentralen Auslass (52, 52') zum Ausleiten der Fluide (F1, F2) aus dem Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') verfügt;b) wobei die mehreren erste Einlässe (51a, 51a') und die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51 b') in einem peripheren Bereich (P) der Vormischkammer (50) um den Auslass (52, 52') herum angeordnet sind, wobei alternierend ein oder mehrere erste Einlässe (51a, 51a') und ein oder mehrere zweite Einlässe (51b, 51b') in den Hohlraum (50.1, 50.1') münden,c) wobei die Vormischkammer (50, 50') derart ausgestaltet ist, dass die Fluide (F1 , F2) zumindest in einen an den Auslass (52, 52') angrenzenden Bereich der Vormischkammer (50, 50') aus mehreren unterschiedlichen und in einer gemeinsamen Vormischebene (E) liegenden Richtungen zum Auslass (52, 52') der Vormischkammer (50, 50') geführt werden können;d) der Auslass (52, 52') der Vormischkammer (50, 50') in einen Einlass (11, 21, 21') der Hautpmischeinheit (HE) mündet, so dass durch den Auslass (52, 52') aus dem Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') ausgeleitete Fluide der Hauptmischeinheit (HE) zugeführt werden können;e) die Hauptmischeinheit (HE) wenigstens einen statischen Mischer (10, 20, 20') mit mehreren in einem Hohlkörper (14, 24) angeordneten und strömungsbeeinflussenden Elementen (12, 22a, 22b) aufweist, wobei der statische Mischer (10, 20, 20') derart ausgelegt ist, dass eine Hauptflussrichtung (L) der Fluide (F1, F2) im statischen Mischer (10, 20, 20') vom Einlass (11, 21, 21') der Hautpmischeinheit (HE) zu einem Auslass (13, 23) der Hauptmischeinheit (HE) im Wesentlichen senkrecht zur Vormischebene (E) der Vormischeinheit (VE) verläuft.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine statische Mischereinheit zum Vermischen von wenigsten zwei Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, Gase und/oder pastöse Massen, welche einen statischen Mischer mit mehreren in einem Hohlkörper angeordneten und strömungsbeeinflussenden Elementen aufweist. Weiter betrifft die Erfindung einen Teilesatz umfassend eine statische Mischereinheit wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Behältnisse mit je einem Auslass an den Behältnissen, wobei die Behältnisse je eines von wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, unterschiedlichen Fluiden enthalten. Zudem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Mischen von wenigsten zwei Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, Gase und/oder pastöse Massen, mit einer statische Mischereinheit sowie die Verwendung einer statische Mischereinheit zum Vermischen von zwei Fluiden.
    • Stand der Technik
  • Statische Mischer sind Vorrichtungen zum Mischen von Fluiden, in der allein die Strömungsbewegung die Vermischung bewirkt und die nicht über bewegte Elemente verfügen. Sie bestehen aus einer Reihe von speziell geformten strömungsbeeinflussenden Elementen, die in einem Rohr oder Gehäuse angeordnet sind. Die zu vermischenden Fluide werden durch diese Elemente geführt, wodurch sie aufgeteilt, umgelenkt und rekombiniert werden. Dabei entstehen Scherkräfte, Turbulenzen oder Dehnströmungen, die eine homogene Verteilung der zu vermischenden Fluide bewirken. Übliche statische Mischer arbeiten ausschliesslich durch die kinetische Energie der strömenden Medien und benötigen keine externe Energiezufuhr für den Mischprozess.
  • Statische Mischer sind u.a. im Baubereich, bei der industriellen Fertigung oder in der industriellen Verfahrenstechnik weit verbreitet und haben sich in zahlreichen Anwendungen als zuverlässige und effiziente Lösung zur Durchmischung von Flüssigkeiten, Gasen und viskosen Medien etabliert.
  • Zu den heute gängigen Typen statischer Mischer gehören Konstruktionen mit schrauben- oder wendelartigen strömungsbeeinflussenden, wie sie im Sulzer SMV-Mischer verwendet werden, sowie Mischer mit X-förmigen Elementen, die typischerweise im Sulzer X-Mischer zum Einsatz kommen. Auch Mischer mit speziell geformten Segmenten, wie Quadro-Mischer oder Mischer mit prismatischen Einsätzen, haben sich bewährt, um spezifische Mischanforderungen zu erfüllen.
  • Trotz ihrer Leistungsfähigkeit weisen herkömmliche statische Mischer in bestimmten Anwendungen jedoch Nachteile auf. Je nach Anwendung und der dabei zu erreichenden Mischgüte sind statische Mischer relativ lang und sperrig. Bei manuellem Einsatz der Mischer, z.B. bei Verwendung als Mischdüse auf Klebstoffkartuschen, wirkt sich dies negativ auf die Handlichkeit aus und in der Verfahrenstechnik wird zusätzlich Platz für den Einbau der sperrigen statischen Mischer benötigt. Weiter erhöht sich bei langen statischen Mischern der Materialbedarf, der nicht nur die Herstellungskosten, sondern auch die Umweltbelastung erhöht.
  • Es besteht daher weiterhin Bedarf nach neuen statischen Mischern, die die vorstehend genannten Nachteile weniger oder gar nicht aufweisen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte statische Mischereinheit bereitzustellen. Die statische Mischereinheit soll insbesondere eine effiziente Mischwirkung mit einem kompakten und möglichst ressourcenschonenden Design kombinieren.
  • Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Kern der Erfindung ist eine statische Mischereinheit zum Vermischen von wenigsten zwei Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, Gase und/oder pastöse Massen, umfassend eine Vormischeinheit mit nachgelagerter Hautpmischeinheit, wobei:
    1. a) Die Vormischeinheit eine Vormischkammer umfasst, welche über mehrere erste Einlässe zum Zuführen eines ersten Fluids und mehrere zweite Einlässe zum Zuführen eines zweiten Fluids in einen Hohlraum der Vormischkammer, sowie einen zentralen Auslass zum Ausleiten der Fluide aus dem Hohlraum der Vormischkammer verfügt;
    2. b) wobei die mehreren ersten Einlässe und die mehreren zweiten Einlässe in einem peripheren Bereich der Vormischkammer um den Auslass herum angeordnet sind, wobei alternierend ein oder mehrere erste Einlässe und ein oder mehrere zweite Einlässe in den Hohlraum münden,
    3. c) wobei die Vormischkammer derart ausgestaltet ist, dass die Fluide, insbesondere in vorgemischter Form, zumindest in einen an den Auslass angrenzenden Bereich der Vormischkammer aus mehreren unterschiedlichen und in einer gemeinsamen Vormischebene liegenden Richtungen zum Auslass geführt werden können;
    4. d) der Auslass der Vormischkammer in einen Einlass der Hautpmischeinheit mündet, so dass durch den Auslass aus dem Hohlraum der Vormischkammer ausgeleitete Fluide der Hauptmischeinheit zugeführt werden können;
    5. e) die Hauptmischeinheit wenigstens einen statischen Mischer mit mehreren in einem Hohlkörper angeordneten und strömungsbeeinflussenden Elementen aufweist, wobei der statische Mischer derart ausgelegt ist, dass eine Hauptflussrichtung der Fluide im statischen Mischer vom Einlass der Hautpmischeinheit zu einem Auslass der Hauptmischeinheit im Wesentlichen senkrecht zur Vormischebene der Vormischeinheit verläuft.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Kombination einer Vormischeinheit in welcher die zu mischenden Fluide zumindest bereichsweise in einer Vormischebene vorgemischt werden und einer nachgelagerten Hauptmischeinheit mit einer senkrecht zur Vormischebene verlaufenden Hauptflussrichtung der Fluide eine äusserst effiziente Vermischung der Fluide auf kleinstem Raum ermöglicht.
  • Im Vergleich mit einem üblichen statischen Mischer, kann die Länge der Hauptmischeinheit in der erfindungsgemässen statischen Mischereinheit bei gleicher Mischgüte um bis zu 90% reduziert werden. Damit kann die erfindungsgemässe statische Mischereinheit kompakter gebaut werden, was zusätzlich den Materialverbrauch reduziert.
  • Mit anderen Worten wird mit der erfindungsgemässen statischen Mischereinheit eine effiziente Mischwirkung bei zugleich kompakten und ressourcenschonenden bzw. nachhaltigen Design erreicht. Durch die Kompaktheit wird zudem die Handlichkeit bei manuellen Anwendungen verbessert und der Platzbedarf bei industriellen Anwendungen reduziert.
  • Weiter kann die erfindungsgemässe Vormischeinheit mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Hauptmischeinheiten kombiniert werde, was eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen ermöglicht.
  • Der Begriff "Vormischen" umfasst vorliegend im Besonderen eine Vorverteilung, insbesondere eine regelmässige räumliche Vorverteilung, der wenigstens zwei Fluide und/oder eine teilweise Mischung der wenigstens zwei Fluide. Im Speziellen ist eine Mischgüte der wenigstens zwei Fluide vor der Vormischeinheit geringer als nach der Vormischeinheit und/oder am Auslass der Vormischeinheit ist die Mischgüte geringer als eine Mischgüte der wenigstens zwei Fluide nach durchlaufen der Hauptmischeinheit.
  • Die Vormischkammer und der statische Mischer der Hauptmischeinheit sind in einer bevorzugten Ausführungsform fest miteinander verbunden und/oder einstückig gefertigt.
  • Bevorzugt entspricht der Einlass des statischen Mischers hinsichtlich Grösse und/oder Form dem Auslass der Vormischkammer. Dadurch kann die gesamte Einlassöffnung des statischen Mischers genutzt werden.
  • Weiter bevorzugt werden die wenigsten zwei Fluide in der Vormischkammer über den gesamten Auslassbereich der Vormischkammer und/oder den gesamten Einlassbereich bzw. die gesamte Einlassöffnung verteilt, bevorzugt regelmässig verteilt. Damit kann auch mit einer lokalen Mischung in der nachgelagerten Hauptmischeinheit eine hohe Mischgüte erreicht werden, was der Kompaktheit zu Gute kommt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform verfügt die Vormischkammer nebst den mehreren ersten Einlässen zum Zuführen des ersten Fluids und den mehreren zweiten Einlässen zum Zuführen des zweiten Fluids über keine weiteren Einlässe für Fluide. In diesem Fall ist die Vormischkammer zum Vermischen von genau zwei Fluiden ausgelegt.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es aber möglich, dass die Vormischeinheit mehrere dritte Einlässe zum Zuführen eines dritten Fluids in den Hohlraum der Vormischkammer aufweist. In diesem Fall ist die Vormischkammer zum Vermischen von genau drei Fluiden ausgelegt.
  • Für spezielle Anwendungen sind auch weitere Einlässe für zusätzliche Fluide denkbar.
  • Gemäss Punkt b) münden alternierend ein oder mehrere erste Einlässe und ein oder mehrere zweite Einlässe in den Hohlraum. Damit ist gemeint, dass zwischen zwei der ersten Einlässe jeweils einer oder mehrere der zweiten Einlässe in die Vormischkammer münden und/oder zwischen zwei der zweiten Einlässe jeweils einer oder mehrere der ersten Einlässe in die Vormischkammer münden.
  • Besonders bevorzugt sind die mehreren erste Einlässe und die mehreren zweiten Einlässe derart angeordnet, dass alternierend ein erster Einlass und ein zweiter Einlass in den Hohlraum mündet. In diesem Fall mündet zwischen zwei der ersten Einlässe jeweils genau einer der zweiten Einlässe in die Vormischkammer und zwischen zwei der zweiten Einlässe mündet jeweils genau einer der ersten Einlässe in die Vormischkammer.
  • Dies ermöglicht eine besonders gute Vormischung der wenigsten zwei Fluide in der Vormischkammer. Für spezielle Anwendungen können aber auch andere Anordnungen der Einlässe realisiert werden.
  • Bevorzugt sind die mehreren ersten Einlässe und die mehreren zweiten Einlässe in regelmässigen Abständen zueinander angeordnet. Dies verbesset die Vormischwirkung zusätzlich.
  • Weiter ist es vorteilhaft, wenn die mehreren ersten Einlässe auf einer ersten Kreislinie und/oder die mehreren zweiten Einlässe auf einer zweiten Kreislinie angeordnet sind. Das Zentrum der Kreislinie(n) liegt dabei mit Vorteil auf einer geometrischen Achse, welche durch das Zentrum des zentralen Auslasses der Vormischkammer verläuft und/oder koaxial zu einer longitudinalen Achse, welche entlang der Hauptflussrichtung in der Hauptmischeinheit verläuft. In diesen Fall kann die Homogenität der Vormischung weiter erhöht werden.
  • Insbesondere sind die mehreren ersten Einlässe und die mehreren zweiten Einlässe derart angeordnet, dass das erste Fluid und das zweite Fluid auf einer gemeinsamen Kreislinie in den Hohlraum der Vormischkammer gelangen. Auch in diesen Fall liegt das Zentrum der Kreislinie mit Vorteil auf einer geometrischen Achse, welche durch das Zentrum des zentralen Auslasses der Vormischkammer verläuft und/oder koaxial zu einer longitudinalen Achse, welche entlang der Hauptflussrichtung in der Hauptmischeinheit verläuft. Damit kann eine optimale und gleichmässige Vermischung erzielt werden.
  • Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die mehreren ersten Einlässe und die mehreren zweiten Einlässe derart ausgestaltet, dass das erste Fluid und das zweite Fluid aus unterschiedlichen Richtungen in den Hohlraum eingeleitet werden. Dies gilt im Speziellen für alle ersten und alle zweiten Einlässe. Dies ermöglicht im Besonderen eine kompaktere Bauweise.
  • Insbesondere sind in Bezug auf die Hauptflussrichtung der Fluide im statischen Mischer der Hautpmischeinheit die mehreren ersten Einlässe und die mehren zweiten Einlässe derart ausgestaltet, dass das erste Fluid und das zweite Fluid aus entgegengesetzten Richtungen in den Hohlraum eingeleitet werden. Diese bevorzugt so, dass das erste Fluid in einer Richtung parallel zur Hauptflussrichtung der Fluide im statischen Mischer in den Hohlraum eingeleitet werden kann und das zweite Fluid aus einer Richtung antiparallel zur Hauptflussrichtung der Fluide im statischen Mischer in den Hohlraum eingeleitet werden kann. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise.
  • Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn die mehreren ersten Einlässe und die mehren zweiten Einlässe derart ausgestaltet sind, dass das erste Fluid und das zweite Fluid aus senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen in den Hohlraum der Vormischkammer eingeleitet werden können.
  • Beispielsweise können die mehreren ersten Einlässe und die mehren zweiten Einlässe derart ausgestaltet sein, dass das erste Fluid aus parallel zur Vormischebene liegenden Richtungen in den Hohlraum der Vormischkammer eingeleitet wird und das zweite Fluid aus einer Richtung parallel oder antiparallel zur Hauptflussrichtung der Fluide im statischen Mischer in den Hohlraum eingeleitet werden kann. Dies stellt eine andere Möglichkeit für eine besonders kompakte Bauweise dar.
  • Bezüglich einer Querschnittsfläche der Einlassöffnung und/oder Form der Einlassöffnung sind vorzugsweise alle ersten Einlässe baugleich ausgestaltet und/oder alle zweiten Einlässe sind baugleich ausgestaltet. Im Besonderen sind alle ersten und zweiten Einlässe baugleich ausgestaltet.
  • Im Besonderen ist eine Anzahl der mehreren ersten Einlässe gleich wie eine Anzahl der mehreren zweiten Einlässe.
  • Dadurch wird eine besondere gleichmässige Einleitung der Fluide in die Vormischkammer erreicht. Dies ist aber nicht zwingend. Um beispielsweise unterschiedliche Mengen der Fluide miteinander zu vermischen, können Anzahl, Querschnittsfläche der Einlassöffnungen und/oder Form der Einlassöffnungen angepasst bzw. unterschiedlich ausgestaltet sein.
  • Weiter ist es bevorzugt, wenn der Hohlraum der Vormischkammer achsensymmetrisch ist bezüglich einer zentralen Achse, welche senkrecht zu einer Öffnungsebene des Auslasses steht, und/oder wobei der Hohlraum der Vormischkammer achsensymmetrisch ist bezüglich einer longitudinalen Achse, welche entlang der Hauptflussrichtung der Fluide im statischen Mischer verläuft.
  • Im Besonderen ist der Hohlraum der Vormischkammer zylinderförmig oder tellerförmig.
  • Zylinderförmige Hohlräume sind beispielsweise kreiszylinderförmige Hohlräume, elliptischzylindrische Hohlräume oder prismatische Hohlräume, besonders bevorzugt sind kreiszylinderförmige Hohlräume.
  • Unter einem "Zylinder" wird vorliegend insbesondere ein Körper mit zwei parallelen, kongruenten Grundflächen und gleich langen geraden Mantellinien verstanden, wobei die Mantellinien die entsprechenden Punkte auf den beiden Grundflächen verbinden. Die Mantellinien stehen im Besonderen senkrecht auf den Grundflächen. Die Grundflächen müssen nicht kreisförmig sein. Sie können jede beliebige geschlossene Kurve oder Fläche sein, z. B. elliptisch, rechteckig oder eine andere Form. Eine Höhe des Zylinders, gemessen in einer Richtung senkrecht zu den Grundflächen, kann beliebig sein, im Besonderen auch kleiner als eine Breite, Länge und/oder eines Durchmessers der Grundflächen.
  • Ein tellerförmiger Hohlraum verfügt insbesondere über einen zentralen zylinderförmigen Bereich und daran anschliessend einen peripheren ringförmigen Bereich, wobei die Zentralachse des zylinderförmigen Bereiches und des ringförmigen Bereiches dieselben sind. Ein Übergang vom zentralen zylinderförmigen Bereich zum peripheren ringförmigen Bereich kann dabei eckig oder bevorzugterweise abgerundet ausgeführt sein.
  • Im Speziellen verfügt ein tellerförmiger Hohlraum über einen zentralen zylinderförmigen Bereich und einen daran anschliessenden peripheren hohlkugelschichtförmigen Bereich, wobei die beiden Bereiche bevorzugt kontinuierlich und/oder kantenfrei ineinander übergehen.
  • Ein tellerförmiger Hohlraum verfügt in Bezug auf sämtlich durch ein Zentrum des Hohlraums verlaufende Querschnitte insbesondere über einen U-förmigen Querschnitt.
  • Solche Hohlräume weisen einen hohen Symmetriegrad auf und ermöglichen dadurch eine besonders homogene Vermischung.
  • Weiter ist es bevorzugt, wenn eine Höhe des Hohlraums der Vormischkammer, gemessen in einer Richtung senkrecht zur Vormischebene, im Bereich der gemeinsamen Vormischebene >0 - 20%, im Speziellen 1 - 10%, im Besonderen 2 - 5%, einer maximalen Ausdehnung, insbesondere eines maximalen Durchmessers, des Hohlraums der Vormischkammer ist. Damit ist der Hohlraum relativ flach ausgebildet, was sich vorliegend als vorteilhaft erwiesen hat. Andere Ausgestaltungen des Hohlraums sind aber auch möglich.
  • Besonders bevorzugt ist die Vormischeinheit derart ausgestaltet ist, dass die Fluide als kreissektorförmige Fluidströme durch den Hohlraum geführt werden und/oder durch diesen fliessen. Dies kann z.B. durch die oben beschriebenen Anordnungen der Einlässe und die Ausgestaltung des Hohlraums der Vormischkammer erreichet werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die mehreren ersten Einlässe mit einer ersten Zufuhrkammer fluidleitend verbunden, wobei die erste Zufuhrkammer bevorzugt derart ausgestaltet ist, dass das in der ersten Zufuhrkammer vorliegende erste Fluid bei einer Beaufschlagung mit Druck gleichmässig durch alle der mehreren ersten Einlässe gefördert wird; und/oder wobei die mehreren zweiten Einlässe mit einer zweiten Zufuhrkammer fluidleitend verbunden sind, wobei bevorzugt die zweite Zufuhrkammer derart ausgestaltet ist, dass das in der zweiten Zufuhrkammer vorliegende zweite Fluid bei einer Beaufschlagung mit Druck gleichmässig durch alle der mehreren zweiten Einlässe gefördert wird.
  • Eine Zufuhrkammer ermöglich ein besonders gleichmässiges Einleiten der Fluide durch die entsprechenden Einlässe in den Hohlraum der Vormischkammer, was einer möglichst homogenen Vormischung der Fluide zu Gute kommt.
  • Weiter ist es bevorzugt, wenn die erste Zufuhrkammer mehrere erste Auslässe aufweist, welche mit den mehreren ersten Einlässen der Vormischkammer kommunizieren, insbesondere ragen die mehreren ersten Auslässe der ersten Zufuhrkammer in die mehreren ersten Einlässe der Vormischkammer hinein, insbesondere formschlüssig; und/oder wobei die zweite Zufuhrkammer mehrere zweite Auslässe aufweist, welche mit den mehreren zweiten Einlässen der Vormischkammer kommunizieren, insbesondere ragen die mehreren zweiten Auslässe der zweiten Zufuhrkammer in die mehreren zweiten Einlässe der Vormischkammer hinein, insbesondere formschlüssig.
  • Damit kann in einfacher Art und Weise eine effektive Einleitung der Fluide über die entsprechenden Einlässe in den Hohlraum der Vormischkammer erreicht werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform ist die erste Zufuhrkammer und/oder die zweite Zufuhrkammer auf einer der nachgelagerter Hautpmischeinheit abgewandten Seite der Vormischkammer angeordnet.
  • Weiter kann z.B. die erste Zufuhrkammer die Vormischkammer und/oder die zweite Zufuhrkammer seitlich umgeben, insbesondere so, dass das erste Fluid von der der nachgelagerter Hautpmischeinheit abgewandten Seite der Vormischkammer um die Vormischkammer herumgeleitet und von der der nachgelagerter Hautpmischeinheit zugewandten Seite der Vormischkammer her durch die mehreren ersten Einlässe in den Hohlraum der Vormischkammer gefördert werden kann.
  • Im Besonderen weist die erste Zufuhrkammer und/oder die zweite Zufuhrkammer auf einer der nachgelagerter Hautpmischeinheit abgewandten Seite eine Einlässöffnung auf, durch welche das erste Fluid in die erste Zufuhrkammer und/oder das zweite Fluid in die zweite Zufuhrkammer gefördert werden kann. Damit lassen sich das bzw. die Fluide zentral in die jeweilige Zufuhrkammer leiten.
  • Der statische Mischer der Hauptmischeinheit ist beispielsweise als X-Mischer, Helix-Mischer, T-Mischer und/oder Quadro-Mischer ausgestaltet. Besonders bevorzugt sind X-Mischer, da diese im vorliegenden Zusammenhang eine besonders kompakte Bauweise ermöglichen. Die Bezeichnungen sind dem Fachmann geläufig.
  • X-Mischer sind z.B. beschrieben in der US 4,062,524 oder der US 2012/0106290 A1 . Helix-Mischer sind in der US 3,664,638 beschrieben, während Quadro-Mischer in der EP 0 815 929 B1 und T-Mischer in der EP 2 181 827 B1 gezeigt sind.
  • Im Speziellen sind die strömungsbeeinflussenden Elemente im statischen Mischer der Hauptmischeinheit X-förmig gekreuzte Stege, gekrümmte flächige Elemente, wendelförmige Elemente und/oder oder schraubenförmige Elemente. Besonders bevorzugt sind X-förmig gekreuzte Stege, da diese im vorliegenden Zusammenhang eine besonders kompakte Bauweise ermöglichen.
  • Der Hohlkörper des statischen Mischers der Hauptmischeinheit ist bevorzugt ein rohrförmiges Element.
  • Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Hauptmischeinheit mehrere parallel angeordnete statische Mischer, wobei die mehreren statischen Mischer insbesondere baugleich sind. Aufgrund der Vorverteilung bzw. Vormischung der Fluide in der Vormischkammer reicht eine lokale Mischung durch parallel geschaltete statische Mischer. Durch die Parallelschaltung kann der Querschnitt der einzelnen statischen Mischer reduziert werden, ohne dass dadurch der Druckverlust grösser wird. Bei kleineren Mischerdurchmessern kann die Länge der Mischer bei gleichbleibender Mischgüte reduziert werden.
  • Weiter ist es bevorzugt, wenn die statische Mischereinheit eine Kopplungsvorrichtung aufweist, insbesondere eine Schraubverbindung, eine Klemmverbindung, ein Bajonettverschluss und/oder eine Rastverbindung, zum Verbinden des statischen Mischers mit einem oder mehreren Behältnissen, in welchen im Besonderen die wenigstens zwei Fluide vorliegen, und/oder Fluidleitungen, aus welchen im Besonderen die wenigstens zwei Fluide zugeführt werden.
  • Dadurch lässt sich die statische Mischereinheit in einfacher aber zuverlässiger Art und Weise mit Behältnissen und/oder Fluidleitungen verbinden.
  • Die erfindungsgemässen statischen Mischereinheiten lassen sich im Besonderen durch 3D-Druck fertigen.
  • Im Speziellen bestehen die erfindungsgemässen statischen Mischereinheiten aus Kunststoff. Für besondere Zecke können diese aber auch aus Metall und/oder andren Materialen gefertigt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Teilesatz umfassend (i) wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Behältnisse mit je einem Auslass an den Behältnissen, wobei die Behältnisseje eines von wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, unterschiedlichen Fluiden enthalten, sowie (ii) eine statische Mischereinheit wie vorstehend beschrieben, wobei die Auslässe der Behältnisse mit der statischen Mischereinheit fluidleitend verbindbar sind oder verbunden sind. Dies insbesondere so, dass bei einem Ausbringen der Fluide aus den Behältnissen das erste Fluid durch die mehreren ersten Einlässe und das zweite Fluid durch die mehreren zweite Einlässe in die Vormischkammer der Vormischeinheit und anschliessend durch die Hauptmischeinheit geleitet und vermischt werden können.
  • Die beiden Behältnisse können auch Bestandteil einer gemeinsamen Verpackung, z.B. in einer Kartusche, und/oder als integraler Bestanteil derselben ausgestaltet sein.
  • Die statische Mischereinheit verfügt dabei bevorzugt über eine Kopplungsvorrichtung, insbesondere eine Schraubverbindung, eine Klemmverbindung, ein Bajonettverschluss und/oder eine Rastverbindung. Weiter bevorzugt ist die statische Mischereinheit über diese mit den Behältnissen und/oder einer Verpackung enthalten die Behältnisse verbunden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von wenigsten zwei Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, Gasen und/oder pastöse Massen, mit einer statische Mischereinheit umfassend eine Vormischeinheit mit nachgelagerter Hautpmischeinheit, insbesondere mit einer statische Mischereinheit wie sie vorstehend beschrieben ist, wobei:
    • Ein erstes Fluid über mehrere erste Einlässe und ein zweites Fluid über mehrere zweite Einlässe in einen Hohlraum einer Vormischkammer der Vormischeinheit eingeleitet wird und die Fluide über einen zentralen Auslass aus dem Hohlraum der Vormischkammer ausgeleitet werden;
    • wobei die mehreren ersten Einlässe und die mehreren zweiten Einlässe in einem peripheren Bereich der Vormischkammer um den Auslass herum angeordnet sind, wobei alternierend ein oder mehrere erste Einlässe und ein oder mehrere zweite Einlässe in den Hohlraum münden,
    • wobei die Fluide zumindest in einen an den Auslass angrenzenden Bereich der Vormischkammer aus mehreren unterschiedlichen und in einer gemeinsamen Vormischebene liegenden Richtungen zum Auslass geführt werden;
    • die durch den Auslass aus dem Hohlraum der Vormischkammer ausgeleiteten Fluide einem Einlasse der Hauptmischeinheit zugeführt werden;
    • wobei die Hauptmischeinheit wenigstens einen statischen Mischer mit mehreren in einem Hohlkörper angeordneten und strömungsbeeinflussenden Elementen aufweist, wobei der statische Mischer derart ausgelegt ist, dass eine Hauptflussrichtung der Fluide im statischen Mischer vom Einlass der Hautpmischeinheit zu einem Auslass der Hauptmischeinheit im Wesentlichen senkrecht zur Vormischebene der Vormischeinheit verläuft.
  • Bei der im Verfahren eingesetzten statischen Mischereinheit handelt es sich vorzugsweise um eine statische Mischereinheit wie sie vorstehend beschrieben ist. In einer besonderen Ausführungsform wird diese mit einem oder mehreren der vorstehend als optional beschriebenen Merkmalen ausgestattet.
  • Die Fluide sind insbesondere Flüssigkeiten, Gase und/oder pastöse Massen.
  • Das erste Fluid und das zweite Fluid können in vermischtem Zustand eine Lösung bilden, wobei das ein Fluid im anderen gelöst ist oder das erste Fluid und das zweite Fluid bilden in vermischtem Zustand eine Dispersion, im Besonderen einen Schaum oder eine Emulsion.
  • Bei einer Dispersion lösen sich die beiden Fluide kaum oder nicht ineinander und eines der beiden Fluide ist als disperse Phase, z.B. als flüssige oder gasförmige Phase, fein verteilt im anderen Fluid, z.B. einer Flüssigkeit, welches eine kontinuierliche Phase bzw. das Dispersionsmedium bildet.
  • Das erste Fluid ist beispielsweise eine erste Komponente eines zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs und das zweite Fluid eine zweite Komponente eines zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs.
  • Gemäss einer anderen Ausführungsform ist das erste Fluid ein Gas und das zweite Fluid eine Flüssigkeit, wobei bevorzugt bei der Vermischung in der statischen Mischereinheit ein Schaum gebildet wird. Bei einem Schaum liegen im Besonderen Gasblasen in einer Flüssigkeit fein verteilt vor.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das erste Fluid eine Flüssigkeit und das zweite Fluid eine nicht in der ersten Flüssigkeit lösliche Flüssigkeit, wobei bevorzugt bei der Vermischung in der statischen Mischereinheit eine Emulsion gebildet wird. Bei einer Emulsion liegen im Besonderen Flüssigkeitströpfchen, welche z.B. das erste Fluid bilden, in einer anderen Flüssigkeit, welche z.B. das zweite Fluid bildet, fein verteilt vor.Die Fluide werden im Speziellen als kreissektorförmige Fluidströme durch den Hohlraum geführt und/oder fliessen durch in dieser Form durch diesen durch.
  • Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer statischen Mischereinheit wie sie vorstehend beschrieben ist zum Vermischen von zwei Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, Gasen und/oder pastöse Massen.
  • Im Besonderen wird die statische Mischereinheit verwendet zur Herstellung einer Lösung oder einer Dispersion, insbesondere eines Schaums oder einer Emulsion.
  • Im Besonderen ist das erste Fluid eine erste Komponente eines zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs und das zweite Fluid ist eine zweite Komponente eines zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs.
  • Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist eines der wenigstens zwei Fluide ein Gas und ein zweites der wenigstens zwei Fluide eine Flüssigkeit ist, und beim Vermischen wird ein Schaum gebildet.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform sind die wenigstens zwei Fluide kaum oder nicht ineinander löslich sind und eine Emulsion wird gebildet.
  • Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines typischen Helix-Mischers wie er als Hauptmischeinheit einer erfindungsgemässen statischen Mischereinheit einsetzbar ist;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines typischen X-Mischers, wie er als Hauptmischeinheit einer erfindungsgemässen statischen Mischereinheit einsetzbar ist;
    Fig. 3
    eine Detailansicht einer Einheit der strömungsbeeinflussenden Elemente des Mischers aus Fig. 2;
    Fig. 4
    eine Variante einer Mischeinheit eines X-Mischers wobei mehrere X-Typ Mischeinheiten wie sie in Fig. 3 dargestellt sind nebeneinander angeordnet sind;
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen statischen Mischereinheit mit einem Helix-Mischer als Hauptmischeinheit;
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen statischen Mischereinheit mit einem X-Mischer als Hauptmischeinheit;
    Fig. 7-9
    teilweise aufgeschnittene Darstellungen einer Umsetzungsmöglichkeit der Mischereinheit aus Fig. 6 aus verschiedenen Perspektiven;
    Fig. 10 - 11
    teilweise aufgeschnittene Darstellungen einer weiteren Umsetzungsmöglichkeit der Mischereinheit aus Fig. 6 aus verschiedenen Perspektiven
    Fig. 12
    eine schematische Darstellung eines Teilesatz bzw. einer Anordnung umfassend (i) eine Kartusche mit zwei Behältnissen in welchen sich je ein Fluid befindet und (ii) eine über eine Kopplungsvorrichtung angekoppelte statische Mischereinheit;
    Fig. 13
    eine Variante der statischen Mischereinheit aus Fig. 5 bei welcher anstelle eines einzelnen statischen Mischers sechs baugleiche statische Mischer als Hauptmischeinheit parallel angeordnet sind.
  • Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen Helix-Mischers 10 wie er als Hauptmischeinheit einer erfindungsgemässen statischen Mischereinheit einsetzbar ist. Der Mischer 10 verfügt am unteren Ende über einen Einlass 11 für zwei zu mischende Fluide F1, F2 sowie wendelförmige strömungsbeeinflussenden Elemente 12 (= Mischeinheit) in einem rohrförmigen Hohlkörper 14. Die Fluide F1, F2 werden entlang der Längsachse des rohrförmigen Hohlkörpers 14 durch diesen nach oben zum Auslass 13 gefördert, wie sie als gemischter Strom M austreten.
    • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen X-Mischers 20, wie er als Hauptmischeinheit einer erfindungsgemässen statischen Mischereinheit einsetzbar ist. Der Mischer 20 verfügt am unteren Ende über einen Einlass 21 für zwei zu mischende Fluide F1, F2 sowie X-förmig gekreuzte Stege als strömungsbeeinflussenden Elemente 22 bzw. X-Typ Mischeinheit in einem rohrförmigen Hohlkörper 24. Die Fluide F1, F2 werden entlang der Längsachse des rohrförmigen Hohlkörpers 24 durch diesen nach oben zum Auslass 33 gefördert, wie sie als gemischter Strom M austreten.
    • Fig. 3 zeigt eine Detailansicht einer Einheit der strömungsbeeinflussenden Elemente 22 des Mischers 20 aus Fig. 2. Hier sind drei erste Stege 22a und drei zweite Stege 22b kreuzweise angeordnet, z.B. unter einem Winkel von 90°. Es sind aber auch andere Winkel möglich. Die Länge der Einheit in der Hauptflussrichtung L bzw. entlang der Längsachse des Mischers 20 entspricht in etwa den Dimensionen quer zur Strömungsrichtung. Der Fluidstrom wird quer zur Strömungsrichtung vermischt (symbolisiert durch den horizontalen Doppelpfeil). Die Mischlänge entspricht in etwa der Querausdehnung der Mischeinheit. Im Normalfall wird die X-Typ Mischeinheit in den rohrförmigen Hohlkörper 24, so dass die Mischwirkung über den gesamten Querschnitt besteht (siehe Fig. 2). Dadurch hat eine Mischeinheit in etwa eine Länge von einem Durchmesser des rohrförmigen Hohlkörper 24. Für eine gute Vermischung ohne Vormischung werden üblicherweise rund 10 Mischeinheiten benötigt. Dabei werden aufeinenderfolgende Mischeineheiten typischerweise um gegeneinander jeweils um 90° um die Rohrachse L gedreht, damit die Mischrichtung quer zur Strömungsrichtung von Mischeinheit zu Mischeinheit wechselt.
    • Fig. 4 zeigt eine Variante einer Mischeinheit 22' eines X-Mischers. In diesem Fall sind mehrere X-Typ Mischeinheiten wie sie in Fig. 3 dargestellt sind nebeneinander angeordnet. Dadurch erhält man einen Mischer, dessen Mischwirkung quer zur Strömungsrichtung zwar beschränkt ist, der aber in Strömungsrichtung sehr viel kürzer ist als seine Ausdehnungen quer zur Strömungsrichtung. Wenn die zu vermischenden Fluide schon gleichmässig über den Einlass des Mischers bzw. den Querschnitt vorverteilt wurden, reicht eine derartige Anordnung, um eine gleichmässige Vermischung zu erzeugen.
    • Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen statischen Mischereinheit 100. Diese verfügt über eine Vormischkammer 50 mit einem zylindrischen Hohlraum sowie ersten Einlässen 51a zum Zuführen eines ersten Fluids F1 und zweiten Einlässen 51b zum Zuführen eines zweiten Fluids F2 in den Hohlraum der Vormischkammer 50. In einem zentralen Bereich der Vormischkammer 50 ist ein zentraler Auslass 52 angeordnet, welcher in den Einlass 11 des nachgelagerten Helix-Mischers 10 (= Hauptmischeinheit) mündet. Dadurch können die in der Vormischkammer 50 vorgemischten Fluide F1, F2 über den Einlass 11 verteilt in diesen eingeleitet werden.
  • Die ersten Einlässe 51a und die zweiten Einlässe 51b sind dabei in einem peripheren Bereich P der Vormischkammer 50 alternierend angeordnet, so dass das erste Fluid F1 und das zweite Fluid F2 auf einer gemeinsamen Kreislinie K in den Hohlraum der Vormischkammer 50 gelangen.
  • Dadurch können die Fluide F1, F2 im zylinderförmigen Hohlraum der Vormischkammer 50 aus mehreren unterschiedlichen und in einer gemeinsamen Vormischebene E liegenden Richtungen zum Auslass 52 geführt werden.
  • Der Helix-Mischers 10 ist dabei im Bereich des zentralen Auslasses derart angeordnet, dass eine Hauptflussrichtung L der Fluide F1, F2 im statischen Mischer Helix-Mischers 10 vom Einlass 11 zu Auslass 13 senkrecht zur Vormischebene E der Vormischkammer 50 bzw. der Vormischeinheit verläuft.
  • Dadurch, dass die beiden Fluide F1, F2 im peripheren Bereich P der Vormischkammer 50 abwechslungsweise bzw. alternierend zugegeben werden, entstehen typischerweise strahlenförmige Teilströme, die sternförmig zum Auslass 52 bzw. dem Einlass 11 des Helix-Mischers 10 bzw. der Hauptmischeinheit fliessen. Durch die Vormischung bzw. Vorverteilung in der Vormischkammer 50 kann die Zahl der benötigten Mischelemente des Helix-Mischers 10 bei gleichbleibender Mischgüte um rund 30 - 50% reduziert werden.
  • Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen statischen Mischereinheit 200. Dies ist im Bereich der Vormischeinheit 50 im Wesentlichen baugleich wie die Vormischeinheit der statischen Mischereinheit 100 aus Fig. 5. Anstelle des Helix-Mischers 10 verfügt die statische Mischereinheit 200 aber über einen X-Typ-Mischer 20' mit einer Mischeinheit 22", welche aus mehreren übereinander angeordneten Mischeinheiten 22' aus Fig. 4 besteht. Der X-Typ-Mischer 20' ist bezüglich dem Durchmesser zwar etwas grösser als der Helix-Mischers 10 aber dafür deutlich kürzer. Entsprechend ist in diesem Fall der Auslass 52' der Vormischkammer etwas grösser als derjenige der Mischereinheit 100 aus Fig. 5.
  • Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft da der X-Mischer so ausgelegt werden kann, dass er lokal sehr gut mischt aber nicht zwingend über den gesamten Querschnitt. In Kombination mit der der Vormischeinheit kann der X-Mischer sehr kurz und kompakt ausgestaltet sein und dennoch gut mischen. Der grössere Durchmesser verhindert dabei zusätzlich, dass der Druckverlust zu gross wird.
  • Auf diese Art können statische Mischereinheiten mit einem Verhältnis der Hauptmischeinheit von Länge/Durchmesser kleiner als 1 realisiert werden, während bei konventionellen Mischern das Verhältnis von Länge/Durchmesser ≥ 10 notwendig ist.
  • Fig. 7 - 9 zeigen teilweise aufgeschnittene Darstellungen einer Umsetzungsmöglichkeit der Mischereinheit 200 aus Fig. 6 aus verschiedenen Perspektiven. Die Mischereinheit 300 aus den Fig. 7 - 9 verfügt über eine hohlzylindrische Vormischkammer 50, welche an der Oberseite die ersten Einlässe 51a zur Zuführung des ersten Fluids F1 und an der Unterseite die zweiten Einlässe 51b zur Zuführung des zweiten Fluids F2 aufweist. Die Öffnungen der Einlässe 51a, 51b sind dabei rechteckförmig und münden alterierend in den Hohlraum der Vormischkammer 50, so dass die Fluide F1, F2 alternierend aus entgegengesetzten Richtungen bzw. antiparallel in den Hohraum eingeleitet werden können.
  • Alle ersten Einlässe 51a sind dabei mit einer ersten Zufuhrkammer 52a fluidleitend verbunden, so dass das erste Fluid F1 von oben bzw. von der dem X-Typ-Mischer 20' zugewandten Seite der Vormischkammer 50 in deren Hohlraum eingeleitet werden kann.
  • In ähnlicher Weise sind alle zweiten Einlässe 51b mit einer ersten Zufuhrkammer 52b fluidleitend verbunden, so dass das zweite Fluid F2 von unten bzw. von der dem X-Typ-Mischer 20' abgewandten Seite der Vormischkammer 50 in deren Hohlraum eingeleitet werden kann. Dabei weist die zweite Zufuhrkammer 52b mehrere erste Auslässe 52b.1 auf, welche in die mehreren ersten Einlässe 52b der Vormischkammer 50 hineinragen.
  • Auf einer dem X-Typ-Mischer 20' abgewandten Seite verfügen die beiden Zufuhrkammern 52a, 52b je über eine Einlässöffnung 53a, 53b über welche das erste Fluid F1 in die erste Zufuhrkammer 52a und das zweite Fluid F2 in die zweite Zufuhrkammer 52b gefördert werden können.
  • Die zweite Zufuhrkammer 52b ist als eine im Wesentlichen hohlzylindrische Kammer ausgestaltet und auf der dem X-Typ-Mischer 20' abgewandten Seite der Vormischkammer 50 angeordnet. Die erste Zufuhrkammer 53a ist eine Kammer mit einem im Wesentlichen ringförmigem Hohlraum und umgibt die Vormischkammer 50 und die zweite Zufuhrkammer 53b seitlich, so dass das erste Fluid F1 von der dem X-Typ-Mischer 20' abgewandten Seite der Vormischkammer 50 um die Vormischkammer 50 herumgeleitet und von der dem X-Typ-Mischer 20' zugewandten Seite der Vormischkammer 50 durch die mehreren ersten Einlässe 52a in den Hohlraum der Vormischkammer 50 gefördert werden kann.
  • Fig. 10 - 11 zeigen teilweise aufgeschnittene Darstellungen einer weiteren konkreteren Umsetzungsmöglichkeit der Mischereinheit 200 aus Fig. 6 aus verschiedenen Perspektiven. Die Mischereinheit 400 aus den Fig. 10 - 11 verfügt über denselben X-Mischer 20' wie die Mischereinheit 300 unterscheidet sich aber in Bezug auf die Vormischeinheit.
  • Konkret weist die Mischereinheit 400 ein Vormischkammer 50' mit einem tellerförmigen Hohlraum mit einem zentralen zylinderförmigen Bereich im Bereich des Auslasses 52' bzw. des Einlasses 21' des X-Mischers 20' und daran anschliessend einen nach unten ragenden peripheren ringförmig Bereich, wobei die Zentralachse des zylinderförmigen Bereiches und des ringförmigen Bereiches dieselben sind. Ein Übergang vom zentralen zylinderförmigen Bereich zum peripheren ringförmigen Bereich ist dabei abgerundet. Der periphere ringförmigen Bereich kann auch als hohlkugelschicht-förmiger Bereich, welcher in den Fig. 10 - 11 nach unten ragt, betrachtet werden.
  • Die mehreren ersten Einlässe 51a' sind dabei so angeordnet, dass das erste Fluid F1 über die den Einlass 53a' und die hohlzylindrische Zufuhrkammer 52a' aus parallel zur Vormischebene liegenden radialen Richtungen in den peripheren hohlkugelschicht-förmigen Bereich des Hohlraums der Vormischkammer 50' eingeleitet wird. Die zweiten Einlässe 51b' sind dagegen so angeordnet, dass das zweite Fluid F2 über den Einlass 53b' und die ringförmige Zufuhrkammer 52b' aus einer Richtung parallel zur Hauptflussrichtung der Fluide im X-Mischers 20' bzw. von unten in den peripheren hohlkugelschicht-förmigen Bereich des Hohlraums der Vormischkammer 50' eingeleitet werden kann. Dadurch braucht keines der beiden Fluide an der Vormischkammer vorbeigeleitet zu werden.
  • Die dargestellten Mischereinheiten lassen sich im Besonderen aus Kunststoff durch 3D-Druck fertigen.
  • Fig. 12 zeigt einen Teilesatz (TS) bzw. Anordnung umfassend eine Kartusche 500 (= Verpackung) mit zwei Behältnissen 501a, 502b in welchen sich je eines der Fluide F1 und F2 befindet. Die Kartusche 500 ist über eine Kopplungsvorrichtung 401, z.B. eine Schraubverbindung an der statischen Mischereinheit 400 aus den Fig. 10 - 11 mit dieser verbunden. Die Auslässe der Kartusche 500 sind dabei mit der statischen Mischereinheit 400 fluidleitend verbunden, so dass bei einem Ausbringen der Fluide aus den Behältnissen 501a, 501b das erste Fluid durch die mehreren ersten Einlässe und das zweite Fluid durch die mehreren zweite Einlässe durch die mehreren zweite Einlässe in die Vormischkammer (50') der Vormischeinheit (VE) und anschliessend durch die Hauptmischeinheit (HE) geleitet und vermischt werden können.
  • Fig. 13 zeigt eine Variante von Fig. 5 bei welcher anstelle eines einzelnen statischen Mischers sechs baugleiche statische Mischer 10 in der Hauptmischeinheit HE parallel angeordnet sind. Die Vormischeinheit VE ist dabei im Wesentlichen baugleich, wie in Fig. 5, weisst aber einen etwas grösseren Auslass in zentralen Bereich auf.
  • Wegen der regelmässigen Vorverteilung über den Einlass der Hauptmischeinheit HE reicht eine lokale Mischung zur Erreichung einer hohen Mischgüte. Daher ist es möglich, dass dass mehrere statische Mischer 10 parallel betrieben werden. Dadurch kann der Querschnitt der einzelnen statischen Mischer 10 reduziert werden, während der gesamte Querschnitt aller statischen Mischer gleichbleibt. Bei gleichem Gesamtquerschnitt ist auch die mittlere Fluidgeschwindigkeit in den statische Mischern 10 gleich und auch der Druckverlust. Bei kleineren Mischerdurchmessern kann die Länge der Mischer bei gleichbleibender Mischgüte reduziert werden (konstantes Verhältnis von Länge/Durchmesser)
  • Die vorstehend gezeigten Ausführungsformen sind lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.

Claims (15)

  1. Statische Mischereinheit (100, 200, 300, 400) zum Vermischen von wenigstens zwei Fluiden (F1, F2), insbesondere Flüssigkeiten, Gase und/oder pastöse Massen, umfassend eine Vormischeinheit (VE) mit nachgelagerter Hautpmischeinheit (HE), wobei:
    a) Die Vormischeinheit (VE) eine Vormischkammer (50, 50') umfasst, welche über mehrere erste Einlässe (51a, 51a') zum Zuführen eines ersten Fluids (F1) und mehrere zweite Einlässe (51b, 51b') zum Zuführen eines zweiten Fluids (F2) in einen Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50'), sowie einen zentralen Auslass (52, 52') zum Ausleiten der Fluide (F1, F2) aus dem Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') verfügt;
    b) wobei die mehreren erste Einlässe (51a, 51a') und die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') in einem peripheren Bereich (P) der Vormischkammer (50) um den Auslass (52, 52') herum angeordnet sind, wobei alternierend ein oder mehrere erste Einlässe (51a, 51a') und ein oder mehrere zweite Einlässe (51b, 51b') in den Hohlraum (50.1, 50.1') münden,
    c) wobei die Vormischkammer (50, 50') derart ausgestaltet ist, dass die Fluide (F1, F2) zumindest in einen an den Auslass (52, 52') angrenzenden Bereich der Vormischkammer (50, 50') aus mehreren unterschiedlichen und in einer gemeinsamen Vormischebene (E) liegenden Richtungen zum Auslass (52, 52') der Vormischkammer (50, 50') geführt werden können;
    d) der Auslass (52, 52') der Vormischkammer (50, 50') in einen Einlass (11, 21, 21') der Hautpmischeinheit (HE) mündet, so dass durch den Auslass (52, 52') aus dem Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') ausgeleitete Fluide der Hauptmischeinheit (HE) zugeführt werden können;
    e) die Hauptmischeinheit (HE) wenigstens einen statischen Mischer (10, 20, 20') mit mehreren in einem Hohlkörper (14, 24) angeordneten strömungsbeeinflussenden Elementen (12, 22a, 22b) aufweist, wobei der statische Mischer (10, 20, 20') derart ausgelegt ist, dass eine Hauptflussrichtung (L) der Fluide (F1, F2) im statischen Mischer (10, 20, 20') vom Einlass (11, 21, 21') der Hautpmischeinheit (HE) zu einem Auslass (13, 23) der Hauptmischeinheit (HE) im Wesentlichen senkrecht zur Vormischebene (E) der Vormischeinheit (VE) verläuft.
  2. Statische Mischereinheit nach Anspruch 1, wobei die mehreren erste Einlässe (51a, 51a') und die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') derart angeordnet sind, dass alternierend ein erster Einlass und ein zweiter Einlass in den Hohlraum (50.1, 50.1') mündet, wobei wobei die mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') und die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') in regelmässigen Abständen zueinander angeordnet sind und wobei die mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') auf einer ersten Kreislinie (K) und/oder die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') auf einer zweiten Kreislinie (K) angeordnet sind.
  3. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') und die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') derart ausgestaltet sind, dass das erste Fluid (F1) und das zweite Fluid (F2) aus unterschiedlichen Richtungen in den Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') eingeleitet werden.
  4. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, in Bezug auf die Hauptflussrichtung (L) der Fluide (F1, F2) im statischen Mischer (10, 20, 20') der Hautpmischeinheit (HE), die mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') und die mehren zweiten Einlässe (51b, 51b') derart ausgestaltet sind, dass das erste Fluid (F1) und das zweite Fluid (F2) aus entgegengesetzten Richtungen in den Hohlraum (50.1, 50.1') eingeleitet werden können, wobei bevorzugt das erste Fluid (F1) in einer Richtung parallel zur Hauptflussrichtung (L) der Fluide im statischen Mischer (10, 20, 20') in den Hohlraum (50.1, 50.1') eingeleitet werden kann und das zweite Fluid (F2) aus einer Richtung antiparallel zur Hauptflussrichtung (L) der Fluide im statischen Mischer (10, 20, 20') in den Hohlraum (50.1, 50.1') eingeleitet werden kann.
  5. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, die mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') und die mehren zweiten Einlässe (51b, 51b') derart ausgestaltet sind, dass das erste Fluid (F1) und das zweite Fluid (F2) aus senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen in den Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') eingeleitet werden können.
  6. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') achsensymmetrisch ist bezüglich einer zentralen Achse, welche senkrecht zu einer Öffnungsebene des Auslasses (52, 52') der Vormischkammer (50, 50') steht, und/oder wobei der Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') achsensymmetrisch ist bezüglich einer Hauptflussrichtung (L) der Fluide im statischen Mischer (10, 20, 20') der Hauptmischeinheit (HE).
  7. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') zylinderförmig oder tellerförmig ist.
  8. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') mit einer ersten Zufuhrkammer (52a, 52a') fluidleitend verbunden sind, wobei die erste Zufuhrkammer (52a, 52a') derart ausgestaltet ist, dass das in der ersten Zufuhrkammer (52a, 52a') vorliegende erste Fluid (F1) bei einer Beaufschlagung mit Druck gleichmässig durch alle der mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') gefördert wird und/oder wobei die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') mit einer zweiten Zufuhrkammer (52b, 52b') fluidleitend verbunden sind, wobei die zweite Zufuhrkammer (52b, 52b') derart ausgestaltet ist, dass das in der zweiten Zufuhrkammer (52b, 52b') vorliegende zweite Fluid (F2) bei einer Beaufschlagung mit Druck gleichmässig durch alle der mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') gefördert wird.
  9. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der statische Mischer (20, 20') der Hauptmischeinheit als X-Mischer mit X-förmig gekreuzten Stege als strömungsbeeinflussenden Elemente (22a, 22b) ausgestaltet ist.
  10. Statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hauptmischeinheit (HE) mehrere parallel angeordnete statische Mischer umfasst, wobei die mehreren statischen Mischer insbesondere baugleich sind.
  11. Teilesatz (TS) umfassend (i) wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Behältnisse (501a, 501b) mit je einem Auslass an den Behältnissen, wobei die Behältnisse (501a, 501b) je eines von wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, unterschiedlichen Fluiden (F1, F2) enthalten, sowie (ii) eine statische Mischereinheit (100, 200, 300, 400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auslässe der Behältnisse (501a, 501b) mit der statischen Mischereinheit (100, 200, 300, 400) fluidleitend verbindbar sind oder verbunden sind, insbesondere so, dass bei einem Ausbringen der Fluide (F1, F2) aus den Behältnissen (501a, 501b) das erste Fluid (F1) durch die mehreren ersten Einlässe (51a, 51a') und das zweite Fluid (F2) durch die mehreren zweite Einlässe (51b, 51b') in die Vormischkammer (50, 50') der Vormischeinheit (VE) und anschliessend durch die Hauptmischeinheit (HE) geleitet und vermischt werden können.
  12. Verfahren zum Mischen von wenigsten zwei Fluiden (F1, F2), insbesondere Flüssigkeiten, Gasen und/oder pastöse Massen, mit einer statische Mischereinheit (100, 200, 300, 400) umfassend eine Vormischeinheit (VE) mit nachgelagerter Hautpmischeinheit (HE), insbesondere mit einer statische Mischereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 - 10, wobei:
    - Ein erstes Fluid (F1) über mehrere erste Einlässe (51a, 51a') und ein zweites Fluid (F2) über mehrere zweite Einlässe (51b, 51b') in einen Hohlraum (50.1, 50.1') einer Vormischkammer (50, 50') der Vormischeinheit (VE) eingeleitet wird und die Fluide (F1, F2) über einen zentralen Auslass (52, 52') aus dem Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') ausgeleitet werden;
    - wobei die mehreren erste Einlässe (51a, 51a') und die mehreren zweiten Einlässe (51b, 51b') in einem peripheren Bereich (P) der Vormischkammer (50, 50') um den Auslass (52, 52') herum angeordnet sind, wobei alternierend ein oder mehrere erste Einlässe (51a, 51a') und ein oder mehrere zweite Einlässe (51b, 51b') in den Hohlraum (50.1, 50.1') münden,
    - wobei die Fluide (F1, F2) zumindest in einen an den Auslass (52, 52') angrenzenden Bereich der Vormischkammer (50, 50') aus mehreren unterschiedlichen und in einer gemeinsamen Vormischebene (E) liegenden Richtungen zum Auslass (52, 52') geführt werden;
    - die durch den Auslass (52, 52') aus dem Hohlraum (50.1, 50.1') der Vormischkammer (50, 50') ausgeleiteten Fluide (F1, F2) einem Einlass (11, 21, 21') der Hauptmischeinheit (HE) zugeführt werden;
    - wobei die Hauptmischeinheit (HE) wenigstens einen statischen Mischer (10, 20, 20') mit mehreren in einem Hohlkörper (14, 24) angeordneten und strömungsbeeinflussenden Elementen (12, 22a, 22b) aufweist, wobei der statische Mischer (10, 20, 20') derart ausgelegt ist, dass eine Hauptflussrichtung (L) der Fluide (F1, F2) im statischen Mischer (10, 20, 20') vom Einlass (11, 21, 21') der Hautpmischeinheit (HE) zu einem Auslass (13, 23) der Hauptmischeinheit (HE) im Wesentlichen senkrecht zur Vormischebene (E) der Vormischeinheit (VE) verläuft.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei:
    (i) das erste Fluid (F1) eine erste Komponente eines zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs ist und das zweite Fluid (F2) eine zweite Komponente eines zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs ist; und/oder
    (ii) eines der wenigstens zwei Fluide ein Gas und ein zweites der wenigstens zwei Fluide eine Flüssigkeit ist, und beim Vermischen ein Schaum gebildet wird; und/oder
    (iii) die wenigstens zwei Fluide kaum oder nicht ineinander löslich sind und eine Emulsion gebildet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-13, wobei die Fluide (F1, F2) als kreissektorförmige Fluidströme durch den Hohlraum (50.1, 50.1') geführt werden und/oder durch diesen fliessen.
  15. Verwendung einer statische Mischereinheit (100, 200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 1 - 10 zum Vermischen von wenigstens zwei Fluiden (F1, F2), wobei im Besonderen:
    (i) ein erstes Fluid (F1) eine erste Komponente eines zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs ist und ein zweites Fluid (F2) eine zweite Komponente des zweikomponentigen Kleb- und/oder Dichtstoffs ist; und/oder
    (ii) eines der wenigstens zwei Fluide ein Gas und ein zweites der wenigstens zwei Fluide eine Flüssigkeit ist, und beim Vermischen ein Schaum gebildet wird; und/oder
    (iii) die wenigstens zwei Fluide kaum oder nicht ineinander löslich sind und eine Emulsion gebildet wird.
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