[0001] Die Erfindung betrifft ein statisches Mischelement gemäss Oberbegriff von Anspruch
1. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen statischen Mischer, der ein derartiges
Mischelement enthält.
[0002] Aus dem Stand der Technik gemäss
CH 642 564 ist eine statische Mischvorrichtung bekannt, die aus einem rohrartigen Gehäuse besteht
und mindestens ein darin angeordnetes Mischelement enthält. Das Mischelement besteht
aus sich kreuzenden Stegen, die einen Winkel gegenüber der Rohrachse aufweisen. Die
Stege der Mischelemente sind in mindestens zwei Gruppen angeordnet. Die Stege innerhalb
einer jeden Gruppe sind im wesentlichen parallel gerichtet. Die Stege der einen Gruppe
kreuzen sich mit den Stegen der anderen Gruppe.
[0003] Aus der
EP1 123 730 A2 ist ein statischer Mischer bekannt, der einen Mischereinsatz aufweist, der aus drei
oder vier gegeneinander um die Strörnungsrichtung verdrehten Gittern paralleler Stege
besteht. Mit Hilfe des dritten Gitters können die Stege eines Gitters durch die Stege
der anderen Gitter in ihrer Position gehalten werden, ohne dass sie miteinander verbunden
werden müssen. Daher ist kein zusätzlicher Aufwand für das Zusammenschweissen der
Stege erforderlich.
[0004] DE 44 28 813 zeigt eine statische Mischvorrichtung, welche im Unterschied zur
CH 642 564 sich kreuzende Stege aufweist, die im Bereich der Kreuzungspunkte überlappen. Diese
lokale Verbreiterung der Stege, die in der
DE 44 28 813 als Stahlblechstäbe ausgebildet sind, dient zur Verstärkung und/oder zur Ausbildung
einer formschlüssigen Verbindung benachbarter Stege. In die Verbreiterung ist eine
Nut eingeschnitten, welche einen benachbarten Stahlblechstab aufnimmt.
[0005] EP 0 856 353 A1 zeigt ein Modul, welches Teil einer statischen Mischeinrichtung ist, die für ein
verweilzeitkritisches, plastisch fliessfähiges Mischgut vorgesehen ist. Die Einrichtung
umfasstein rohrartiges Gehäuse, in dem Stege angeordnet sind. Die Stege sind gegen
die Längsachse des Gehäuses geneigt; sie kreuzen sich im wesentlichen auf einer geraden
Linie senkrecht zur Längsachse. Der Modul umfasst eine in das Gehäuse einschiebbare
Hülse. Die das Mischgut leitende Innenwand der statischen Mischeinrichtung ist durch
Innenseiten der Hülse gebildet. Die Stege sind dornartig ausgebildet, mit jeweils
einem gegen die Bewegungsrichtung des Mischguts weisenden Scheitel und eineran der
Hülseninnenseite befestigten Basis. Jeder Scheitel bildetgegenüberder Innenwand der
Einrichtung einen Zwischenraum.
[0006] Die Entwicklung des Mischers gemäss
CH 642 564 im Jahr 1979 stellte eine unerwartete Verbesserung der statischen Mischtechnik für laminar strömende
Medien dar. Seither hat sich dieser Mischer bewährt und er wird in einem sehr breiten
Feld von Anwendungen mit grösstenteils hochviskosen Medien erfolgreich eingesetzt.
In den fast 30 darauf folgenden Jahren wurde immer wieder versucht, diesen Mischer
zu verbessern. Trotz erheblichen Aufwandes konnten jedoch nur marginale Verbesserungen
erzielt werden. So wurde in
US 6 467 949 B1 ein abgewandelter Mischer mit abgeändertem, konkavem Stegquerschnitt geschützt. Unabhängige
Messungen (
M.Heniche, P.A.Tanguy, M.F.Reeder, J.B.Fasano, AIChE Journal Vol 51, No.1, January
2005) haben nur geringfügige Unterschiede bezüglich Druckverlust und Mischeffizienz für
diesen modifizierten statischen Mischer gegenüber dem Stand derTechnik ergeben. In
einer anderen kürzlich veröffentlichten Arbeit (
S.Liu, PhD Thesis, McMaster University, 2005) wurden eine Vielzahl von Modifikationen des Standes der Technik gemäss
CH 642 564 zur Verbesserung von Mischeffizienz und Druckabfall mittels unterschiedlicher Techniken
untersucht. In dieser Arbeit wurden auch die Mischelemente nach
US 6 467 949 B1 ausgemessen. Liu erhält bei gleicher oder etwas schlechterer Mischwirkung einen um
15% geringeren Druckabfall. Durch eine weitere Änderung des Stegquerschnittes erreicht
Liu ausserdem eine etwas bessere Mischwirkung bei einem um 7.5% reduziertem Druckverlust
gegenüber dem Mischer gemäss
CH 642 564. Diese Beispiele von Arbeiten zur Verbesserung und Untersuchung des Mischverhaltens
von statischen Mischern, die ähnlich wie der Mischer gemäss
CH 642 564 aufgebaut sind, zeigen, dass bis heute keine wesentlichen Verbesserungen bei Mischeffizienz
und Druckabfall laminarer Mischer erzielt werden konnten.
[0007] Überraschenderweise lassen sich statische Mischelemente finden, für welche die obige
Aussage nicht gilt, ja sogar eine gegenteilige Aussage zutrifft. Die mit einem erfindungsgemässen
Mischelement beobachtete deutliche Reduktion des Druckabfalls bei ähnlicher oder verbesserter
Mischeffizienz, die durch die erfindungsgemässen Mischelemente erzielt wird, ist ein
technischer Durchbruch.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, zum genannten statischen Mischer eine Verbesserung
zu schaffen, mit der ein geringerer Druckverlust bei vergleichbarer oder verbesserter
Mischeffizienz erzielbar ist.
[0009] Diese Aufgabe wird durch das in der Folge definierte statische Mischelement gelöst.
[0010] Ein erfindungsgemässes statisches Mischelement ist gemäss Anspruch 1 ausgeführt.
[0011] Die weiteren Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des statischen Mischelements,
sowie eines statischen Mischers, welcher das erfindungsgemässe Mischelement enthält
[0012] Die Hauptströmungsrichtung liegt bevorzugt in Richtung der Längsachse eines Hohlkörpers,
in welchem das Mischelement aufgenommen ist. Durch die erste Anordnung und die zweite
Anordnung wird eine Kreuzungsstelle ausgebildet, in deren Nähe ein Abstandselement
angeordnet sein kann. Das Abstandselement kann als eine lokale Verdickung oder Verbreiterung
zumindest eines Stegelements ausgebildet sein. Die Anzahl der Stegelemente kann in
der Projektionsebene 4 bis 10 betragen. Vorteilhafterweise sind mindestens 2 Stegelemente
pro Anordnung vorgesehen. Das erste und das dritte Stegelement sind Teil einer in
einer ersten Ebene liegenden ersten Anordnung von Stegelementen. Das zweite und das
vierte Stegelement sind Teil einer in einer zweiten Ebene liegenden zweiten Anordnung
von Stegelementen. Zumindest ein Teil der Stegelemente der ersten Anordnung kann in
einer dritten Ebene angeordnet sein, die zu der ersten Ebene versetzt angeordnet ist.
Alternativ oder in Ergänzung dazu kann ein Teil der Stegelemente derzweiten Anordnung
in einer vierten Ebene angeordnet sein, wobei die vierte Ebene zu der zweiten Ebene
versetzt angeordnet ist. Die Stegelemente weisen eine Breite (H) auf. Die Summe (ΣHi)
der Breiten (H) der Stegelemente in der Projektionsebene im Verhältnis zum Durchmesser
(D) des Hohlkörpers wird durch die nachfolgend definierte Grösse z festgelegt. Die
Grösse z ist insbesondere kleiner als 95%, vorzugsweise kleiner als 85 %, insbesondere
kleiner als 75%, besonders bevorzugt kleiner als 65%. Die statische Mischvorrichtung
umfasst ein statisches Mischelement, sowie einen Hohlkörper oder eine Hülse, um das
statische Mischelement aufzunehmen. Das statische Mischelement kann am Hohlkörper
oder der Hülse befestigt sein, wobei das statische Mischelement und der Hohlkörper
oder die Hülse aus einem einzigen Bauteil bestehen können.
[0013] Das statische Mischelement kann im Bereich der Schnittlinie der ersten Ebene mit
der zweiten Ebene und/oder im Bereich zumindest eines Teils der Enden der Stegelemente
an der Innenwand des Hohlkörpers oder der Hülse befestigt sein.
[0014] Die bevorzugte Verwendung eines statischen Mischelements nach einem der vorhergehenden
Ausführungsbeispiele erfolgt für laminar strömende Medien, insbesondere Polymerschmelzen
oder andere hochviskose Fluide.
[0015] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine statische Mischvorrichtung gemäss des Standes der Technik,
- Fig. 2
- eine Ansicht eines statischen Mischelements gemäss der Erfindung nach einem ersten
Ausführungsbeispiel,
- Fig. 3
- ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen statischen Mischelements,
- Fig. 4
- ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen statischen Mischelements,
- Fig. 5
- eine graphische Darstellung eines Vergleichs der Ergebnisse von Druckabfall und Mischeffizienz
eines erfindungsgemässen Mischelementes in unterschiedlichen Designvarianten gegenüber
dem Stand derTechnik CH 642 564,
- Fig. 6
- ein Detail eines Kreuzungsbereichs mit Abstandselementen mit lokalen Verdickungen
und Verbreiterungen.
[0016] Fig. 1 zeigt vier Mischelemente, die hintereinander in einem Hohlkörper 10 angeordnet
sind. Aufeinander folgende Mischelemente 2 sind um einen Winkel von 90' gegeneinander
um die als Drehachse fungierende Hohlkörperachse 8 verschwenkt. Die Hauptströmungsrichtung
des den Hohlkörper 10 durchströmenden Fluids liegt in Richtung der Hohlkörperachse
8. Jedes Mischelement besteht aus Anordnungen von Stegelementen (3,4), die in zwei
sich kreuzenden Ebenen (5,6) angeordnet sind. Eine Anordnung von Stegelementen bezeichnet
dabei eine Anzahl von Stegelementen, welche im Wesentlichen in einer Ebene liegen.
Die erste Ebene 5 enthält eine erste Anordnung 21 von Stegelementen 3, eine zweite
Ebene 6 eine zweite Anordnung 31 von Stegelementen 4. Die erste und die zweite Ebene
(5,6) sind in einem Winkel zueinander angeordnet, sodass sich die erste Anordnung
21 von Stegelementen 3 mit der zweiten Anordnung 31 von Stegelementen 4 kreuzt. Benachbarte
Stegelemente liegen derart nebeneinander, dass die Summe der Breiten (H) der Stegelemente
gleich dem Rohrdurchmesser (D) ist. In diesem Fall grenzen also die Stegelemente unmittelbar
aneinander. Gemäss dieses Ausführungsbeispiels trifft jedes strömende Fluidmolekül
auf ein Stegelement auf, unter der idealisierenden Annahme, dass das Fluidmolekül
entlang Hauptströmungsrichtung strömte. Jedes Stegelement stellt somit ein Hindernis
für das strömende Fluidmolekül dar, sodass eine Ablenkung des Fluidmoleküls erfolgt,
bevor es auf das Stegelement auftrifft. Dahertrifft im Inneren des statischen Mischelements
die Annahme nicht mehr zu, dass ein Fluidmolekül in Richtung der Hauptströmungsrichtung
ströme. Durch die Ablenkung des Fluidmoleküls von der Hauptströmungsrichtung erfolgt
eine Durchmischung des Fluidstroms. Daraus folgt, dass sich die Mischwirkung mit zunehmender
Ablenkung von der Hauptströmungsrichtung verbessern sollte. Zunehmende Ablenkung der
Fluidmoleküle von der Hauptströmungsrichtung bedeutet allerdings im Allgemeinen einen
erhöhten Druckverlust.
[0017] Da es allgemein bekannt ist, dass der Druckverlust abnimmt, wenn der durchströmte
Querschnitt möglichst frei von Hindernissen ist, erscheint es naheliegend, Hindernisse
in der Strömung zu vermeiden, um den Druckverlust zu reduzieren. Zu erwarten wäre
dann aber eine schlechtere Durchmischung nach gleicher Mischstrecke, weil nach bisheriger
Auffassung Fluidelemente die so entstehenden Spalte durchströmen, ohne wesentlich
abgelenkt zu werden, das heisst, im Wesentlichen der Hauptströmungsrichtung folgen,
ohne sich mit anderen Fluidmolekülen zu vermischen. Überraschenderweise lassen sich
Anordnungen von Stegelementen gemäss Fig. 2 finden, für welche diese Aussage nicht
zutrifft Ein efindungsgemässes statisches Mischelement 2 zum Einbau in einen Hohlkörper
10 enthält eine Mehrzahl von Stegelementen. Ein erstes Stegelement 3 und ein drittes
Stegelement 13sind relativ zu einem zweiten Stegelement 4 und einem vierten Stegelement
14 kreuzweise angeordnet. Das erste Stegelement 3 und das dritte Stegelement 13 bilden
eine erste Anordnung 21 von Stegelementen. Das zweite Stegelement 4 und das vierte
Stegelement 14 bilden eine zweite Anordnung 31 von Stegelementen.
[0018] Ein Stegelement kann beispielsweise als Rohr oder als platten-, scheiben- oder balkenförmiges
Element ausgestaltet sein. Der Querschnitt des Stegelements kann kantenfrei sein,
z.B. einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt
kann Kanten enthalten, das heisst beispielsweise einen rechteckigen oder rautenförmigen
Querschnitt aufweisen. Die Verbindungslinien zwischen den Kanten können gerade oder
gekrümmt, insbesondere konvex oder konkav sein, was beispielsweise in der
EP 1 305 108 B1 verwirklicht ist. Ein Stegelement kann zumindest abschnittsweise aus der zugehörigen
Anordnung herausragen, beispielsweise eine gewellte Struktur aufweisen. In diesem
Fall ist die vorgehend beschriebene Ebene der Anordnung als eine mittlere Ebene zu
verstehen.
[0019] Weiter können die Steglemente auch in Richtung einer Anordnung d.h. in der entsprechenden
Ebene oder parallel zur mittleren Ebene, eine unregelmässige Struktur aufweisen, z.B.
eine wellige Oberfläche. Die Breite H der Stegelemente ist in diesem Fall definiert
als die überdie Steglänge gemittelte Breite derStegelemente. Innerhalb einer Anordnung
brauchen die einzelnen Stegelemente auch nicht parallel zueinander zu verlaufen, sondern
sie können gegenüber den anderen Stegelementen der selben Anordnung einen Winkel aufweisen.
[0020] Der überraschende Effekt der Erfindung tritt bei jedem der angeführten Stegelementquerschnitte
und jeder der Stegelementformen auf, ist also weitgehend unabhängig vom Querschnitt
und der Form des Stegelements. Projiziert man die beiden Anordnungen 21 und 31 auf
eine Ebene, die normal zur Hauptströmungsrichtung liegt, also normal zur Längsachse
8 des umhüllenden Hohlkörpers 10, so liegen die Stegelemente der Anordnungen 21 und
31 nach Fig. 1 in der Projektion bündig aneinander, das heisst, es sind zwischen den
derart projizierten Stegelementen keine Zwischenräume sichtbar. Nimmt man dieselbe
Projektion hingegen bei einem der Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 2 bis Fig. 4 vor,
so gibt es derartige Zwischenräume zwischen den Stegelementen.
[0021] Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt durch einen Hohlkörper 10, in welchen genau diese
Projektionen der Stegelemente 3,13 bzw. der Stegelemente 4,14 gezeigt sind. Die Stegelemente
weisen in dieser Darstellung die Breite (H) auf und haben einen Abstand (a) voneinander,
wobei die Breiten (H) und die Abstände (a) benachbarter Stegelemente nach diesem besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiel gleich sind. Der überraschende Effekt der Erfindung
tritt auch auf, wenn die Abstände (a) und/oder die Breiten (H) sich voneinander unterscheiden.
[0022] Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Mischelements. Eine
Mehrzahl von Stegelementen bildet dabei eine Anordnung von Stegelementen, wenn alle
Stegelemente der Anordnung im Wesentlichen in derselben Ebene liegen, wie in Fig.
3 dargestellt, oderwenn alle Stegelemente in im Wesentlichen parallelen, aber in Richtung
der Längsachse leicht versetzten Ebenen liegen, wie in Fig. 4 dargestellt Eine Anordnung
von Stegelementen besteht nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 aus zwei bzw.
drei Stegelementen. In diesem Fall besteht die in einer Ebene 5 liegende erste Anordnung
21 von Stegelementen aus den zwei Stegelementen 3, 13. Die einer Ebene 6 liegende
zweite Anordnung 31 von Stegelementen besteht aus den Stegelementen 4,14,24. Durch
die ersten und zweiten Anordnungen werden zwei sich kreuzende Ebenen 5,6 aufgespannt.
Die erste und die zweite Ebene 5,6 sind in einem Winkel zueinander angeordnet, sodass
sich die in der ersten Ebene 5 liegenden Stegelemente mit den Stegelementen der zweiten
Ebene 6 kreuzen, und eine Schnittlinie 7 ausbilden.
[0023] Für die auf den Durchmesser des Hohlkörpers bezogene relative Summe z der Breiten
(H) der Stegelemente gilt gemäss Fig. 2:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2016/17/DOC/EPNWB2/EP08760786NWB2/imgb0001)
[0024] Sind die Breiten der Stegelemente alle gleich, gilt für z:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2016/17/DOC/EPNWB2/EP08760786NWB2/imgb0002)
wobei N die Summe der Stegelemente der ersten Anordnung 21 und der zweiten Anordnung
31 ist. Vorzugsweise liegen die äussersten Stegelemente einer Anordnung an der Innenwand
des Hohlkörpers an, oderweisen einen allenfalls nur geringen Abstand zur Innenwand
auf.
[0025] Der Durchmesser des Hohlkörpers ist hier insbesondere für Hohlkörper mit kreisförmigem
Querschnitt angegeben. Der Hohlkörper kann auch einen elliptischen, vieleckigen, insbesondere
rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben. Anstatt des Durchmessers wird dann
für z eine Breitenabmessung Db verwendet, für welche nachfolgende Beziehung gilt:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2016/17/DOC/EPNWB2/EP08760786NWB2/imgb0003)
oder, wenn die Breiten der Stegelemente und die Abstände jeweils gleich sind,
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2016/17/DOC/EPNWB2/EP08760786NWB2/imgb0004)
[0026] Für z gilt dann sinngemäss gleich wie oben:
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2016/17/DOC/EPNWB2/EP08760786NWB2/imgb0005)
[0027] Die Breitenabmessung Db des Hohlkörpers entspricht im Wesentlichen der Breitenabmessung
Db des Mischelements unter Vernachlässigung von Fertigungs- und Einbautoleranzen.
Erfindungsgemäss ist in jedem Fall z < 95%, vorzugsweise z < 85%, insbesondere z <
75% besonders bevorzugt z < 65%. Gleichzeitig beträgt erfindungsgemäss auch die Summe
der auf eine Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung projizierten Flächen der Stegelemente
zweier sich kreuzender Anordnungen in jedem Fall weniger als 95% der gesamten Querschnittsfläche
der Ebene, vorzugsweise weniger als 85% der gesamten Ebene, insbesondere weniger als
75% der gesamten Ebene und besonders bevorzugt weniger als 65% der gesamten Ebene.
Vorzugsweise beträgt die Anzahl N der Stegelemente minimal 4 und maximal 10. Nicht
berücksichtigt sind in dieser Formel übliche Fertigungstoleranzen oder Einbautoleranzen.
Wenn die Stegelemente die Innenwand des Hohlkörpers nicht berühren, lassen sich Ein-
und Ausbau einer Mehrzahl von komplett vorgefertigten Mischelementen einfacher bewerkstelligen.
Allfällige Wärmedehnungen des Mischelements können während des Betriebs weitgehend
ungehindert erfolgen. Je nach strömendem Medium und konstruktiver Ausgestaltung des
Mischelements können sich Totzonen in Randbereichen ausbilden, wenn die Stegelemente
direkt mit der Innenwand des Hohlkörpers verbunden sind. Auch aus diesem Grund kann
es vorteilhaft sein, einen geringen Abstand zwischen der Innenwand des Hohlkörpers
und zumindest einem Teil der Stegelemente vorzusehen, wie bereits in der
EP 0 856 353 A1 dargelegt worden ist.
[0028] Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt. Abweichend von Fig. 3 liegen
jetzt nicht alle Stegelemente (3, 13,23) einer ersten Anordnung 21 in einer Ebene
5, sondern ein Teil der Stegelemente liegt in einer im Wesentlichen parallelen, aber
in Richtung der Längsachse zumindest leicht verschobenen Ebene 5'.
[0029] In einer aufwendigen Studie wurden die geometrischen Parameter, die das statische
Mischelement beschreiben, systematisch variiert und die resultierenden Eigenschaften
des Mischers bezüglich Druckverlust und Mischeffizienz bewertet.
[0030] Damit statische Mischer unterschiedlicher Länge bezüglich Druckverlust miteinander
verglichen werden können, wurde bei der Optimierung der Druckverlust pro Mischerlänge
berechnet.
[0031] Die Mischgüte in einer Ebene A wird mittels des Variationskoeffizienten CoV beschrieben.
Er ist definiert als die Standardabweichung der Konzentrationsverteilung in A normiert
mit dem Mittelwert der Konzentration
c in A.
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=2016/17/DOC/EPNWB2/EP08760786NWB2/imgb0007)
[0032] Bei besserer Mischung wird der CoV kleiner. Zum Vergleich unterschiedlicher Mischer
wurde die Reduktion des Variationskoeffizienten CoV über eine vorgegebene Mischerlänge
bei gleicher Verteilung und deswegen auch gleichem CoV vor den Mischern bestimmt;
der Mischer, der nach der vorgegebenen Länge ein kleineres CoV aufweist, mischt also
intensiver oder besser.
[0033] Das Ergebnis dieser Studie zeigt, dass Mischelemente signifikant günstigere Eigenschaften
aufweisen, welche zwischen den sich kreuzenden Stegelementen einen Abstand (a) aufweisen.
Der Abstand (a) ist bevorzugt ungefährvon gleicher Grösse wie die Breite (H) der Stegelemente.
Hierdurch kann bei gleicher und/ oder verbesserter Mischgüte nach vorgegebener Länge
der Druckverlust bei gleichem Durchsatz und Strömungsquerschnitt gegenüber dem Stand
der Technik wesentlich reduziert werden. Eine Reduktion um 2/3 des Druckverlustes
bei gleicher Mischgüte odersogar besser ist möglich.
[0034] In Figur 5 ist das Resultat dieser Studie bezüglich dem Druckverlust pro Mischerlänge
und der Mischgüte nach vorgegebener Mischerlänge des erfindungsgemässen Mischelementes
in unterschiedlichen Ausführungsvarianten im Vergleich mit dem Stand der Technik gemäss
CH 642 564 dargestellt. Hierbei ist auf der Abszisse der Druckverlust relativ zum Druckverlust
des Standes derTechnik und auf der Ordinate die Mischgüte nach vorgegebener Mischerlänge
relativ zur Mischgüte des Standes der Technik nach derselben Mischerlänge aufgetragen.
Der einzelne Punkt 19 entspricht dem Wertepaar für relativen Druckverlust und Mischgüte
gemäss des Standes der Technik. In der Darstellung wurde dieses Wertepaar auf (1,1)
normiert, demnach liegt der relative Druckverlust gemäss der Erfindung zwischen 20
und 80% des Druckverlusts gemäss Stand der Technik. Der CoV nach vorgegebener Mischerlänge
liegt zwischen 75% und 125% des Wertes gemäss Stand der Technik. Der Verlauf des Graphen
20 zeigt somit deutlich, dass trotz des wesentlich geringeren Druckverlusts sogar
eine bedeutende Verbesserung der Mischgüte, insbesondere ein CoV zwischen 75 und 100%
erzielbar ist. Dazu sei hier nochmals vermerkt, dass ein kleinerer CoV entsprechend
der obigen Definition für eine bessere Mischgüte steht. Durch geeignete Auslegung
kann der relative Druckverlust um mehr als 2/3 des Druckverlustes des Standes der
Technik reduziert werden. Bei anderen Varianten kann die Mischgüte nach vorgegebener
Mischerlänge um bis zu 20% gegenüber dem Stand der Technik gemäss
CH 642 564 verbessert werden, wobei gleichzeitig eine Reduktion des Druckverlusts auf über 50%
gegenüber der mit dem Mischer gemäss der
CH 642 564 erzielbar ist. Das in Figur 3 abgebildete Mischelement entspricht im Diagramm einem
Punkt mit rund 60% geringerem Druckverlust als der Stand der Technik des bei gleichzeitig
20% besserer Mischgüte nach gleicher Mischerlänge.
[0035] Nach den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 3 und 4 sind zumindest teilweise Abstandselemente
(15,16) zwischen benachbarten Stegelementen angeordnet. Mittels der Abstandselemente
kann die Montage der Stegelemente ermöglicht oder vereinfacht werden. Zudem können
die Abstandselemente der Erhöhung der Stabilität des statischen Mischelements dienen.
Abstandselemente können dabei separate Bauteile sein, die mit den Stegelementen beispielsweise
durch Schweissen verbunden werden können, oder auch in Form von lokalen Verdickungen
oder Verbreiterungen ausgeführt sein. Ein Beispiel für eine derartige Verbreiterung
im wandnahen Bereich des Stegelements ist in Fig. 6 dargestellt.
[0036] Fig. 6 zeigt ein Detail eines Kreuzungsbereichs von zwei Stegelementen 3,4 mit Abstandselementen
15, 16 in Form von lokalen Verdickungen und Verbreiterungen. Diese Verdickungen dienen
der Verbindung der zwei Stegelemente miteinander. Die Verdickungen sind im Wesentlichen
auf den Kreuzungsbereich beschränkt. Da die Verdickung 16 nur eine lokale Verbindung
der Stegelemente darstellt, hat sie auf die Strömung allenfalls geringen Einfluss.
1. Statisches Mischelement welches eine Breitenabmessung Db aufweist und zum Einbau in
einen Hohlkörper (10) mit im wesentlichen gleicher Breitenabmessung Db geeignet ist,
welches eine Mehrzahl von Stegelementen enthält, wobei das statische Mischelement
aus einer ersten Anordnung (21), welche zumindest ein erstes Stegelement (3) enthalt,
und einer zweiten Anordnung (31), welche zumindest ein zweites Stegelement (4) enthält,
besteht und die erste Anordnung (21) zur zweiten Anordtung (31) kreuzweise angeordnet
ist, wobei die erste Anordnung (21) und die zweite Anordnung (31) einen Winkel ungleich
0° zur Hauptströmungsrichtung einschliessen und die erste Anordnung mit der zweiten
Anordnung einen Winkel grösser 0° einschliesst, und bei Projektion der ersten Anordnung
(21) und der zweiten Anordnung (31) auf eine Projektionsebene, die normal zur Hauptströmungsrichtung
liegt, zwischen zueinander benachbarten Stegelementen zumindest teilweise Zwischenräume
liegen, wobei jedes der Stegelemente eine Breite H aufweist und die relative Summe
z der Breiten H der Stegelemente gemessen in Richtung der Breitenabmessung Db des
Mischelements kleiner als 95% der Breitenabmessung Db des Mischelements ist, und wobei
durch die erste Anordnung (21) und die zweite Anordnung (31) eine Schnittlinie (7)
ausgebildet wird, in deren Nähe ein Abstandselement (15,16) angeordnet ist.
2. Statisches Mischelement nach Anspruch 1, wobei die Hauptströmungsrichtung in Richtung
der Längsachse eines Hohlkörpers liegt, in welchem das Mischelement aufgenommen ist.
3. Statisches Mischelement nach Anspruch 1, wobei das Abstandselement (15,16) als eine
lokale Verdikkung oder Verbreiterung zumindest eines Stegelements ausgebildet ist.
4. Statisches Mischelemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl
der Stegelemente in der Projektionsebene 4 bis 10 beträgt.
5. Statisches Mischelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens
2 Stegelemente pro Anordnung vorgesehen sind.
6. Statisches Mischelement nach Anspruch 5, wobei das erste und das dritte Stegelement
(3,13) Teil der in einer ersten Ebene (5) liegenden ersten Anordnung (21) von Stegelementen
sind und das zweite und das vierte Stegelement (4,14) Teil der in einer zweiten Ebene
(6) liegenden zweiten Anordnung (31) von Stegelementen (4,14,24) sind.
7. Statisches Mischelement nach Anspruch 5, wobei zumindest ein Teil der Stegelemente
der ersten Anordnung (21) in einer dritten Ebene (5') angeordnet sind, die zu der
ersten Ebene (5) versetzt angeordnet ist und/oder zumindest ein Teil der Stegelemente
der zweiten Anordnung (31) in einer vierten Ebene angeordnet sind, wobei dievierte
Ebene zu der zweiten Ebene (6) versetzt angeordnet ist.
8. Statisches Mischelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei z kleiner als
85%, insbesondere kleiner als 75%, besonders bevorzugt kleiner als 65% ist.
9. Statische Mischvorrichtung (1) umfassend ein statisches Mischelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, sowie einen Hohlkörper (10) oder eine Hülse, um das statische
Mischelement aufzunehmen.
10. Statische Mischvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das statische Mischelement am Hohlkörper
(10) oder der Hülse befestigt ist.
11. Statische Mischvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das statische Mischelement und
der Hohlkörper (10) oder die Hülse aus einem einzigen Bauteil bestehen.
12. Statische Mischvorrichtung nach Ansprüchen 10 oder 11, wenn von Ansprüchen 1 oder
7 abhängig, wobei das statische Mischelement im Bereich des Schnittpunkts der ersten
Ebene (5) mit der zweiten Ebene (6) und/oder im Bereich zumindest eines Teils der
Enden der Stegelemente an der Innenwand des Hohlkörpers oder der Hülse befestigt ist.
13. Verwendung eines statischen Mischelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche
zum Vermischen oder in Kontakt bringen von Medien, wobei mindestens eines davon ein
laminar strömendes Medium, insbesondere eine Polymerschmelze oder anderes hochviskoses
Fluid, ist.
1. A static mixing element having a width Db for installation into a hollow body (10)
having a width substantially equal to width Db which includes a plurality of bar elements,
whereby the static mixing element consists of a first arrangement (21) including at
least one first bar element (3) which is arranged cross-ways to a second arrangement
(31) including at least one second bar element (4), with the first arrangement (21)
and the second arrangement (31) including an angle different from 0° to the main direction
of flow and the first arrangement including an angle greater than 0° with the second
arrangement, and intermediate spaces are disposed at least partly between mutually
adjacent bar elements on the projection of the first arrangement (21) and of the second
arrangement (31) onto a projection plane which is disposed normal to the main direction
of flow whereby each of the bar elements is disposed with a width H and the relative
sum z of the widths H of the bar elements measured in the direction of the width Db
of the mixing element is less than 95% of the width of the mixing element and wherein
a line of intersection (7), in whose proximity a spacer element (15, 16) is arranged,
is formed by the first arrangement (21) and the second arrangement (31).
2. A static mixing arrangement in accordance with claim 1, wherein the main direction
of flow is disposed in the direction of the longitudinal axis of a hollow body in
which the mixing element is received.
3. A static mixing arrangement in accordance with claim 1, wherein the spacer element
(15, 16) is made as a local thickened portion or widened portion of at least one bar
element.
4. A static mixing arrangement in accordance with any one of the preceding claims, wherein
the number of bar elements in the projection plane amounts to 4 to 10.
5. A static mixing arrangement in accordance with any one of the preceding claims, wherein
at least 2 bar elements per arrangement are provided.
6. A static mixing arrangement in accordance with claim 5, wherein the first and the
third bar elements (3, 13) are part of the first arrangement (21) of bar elements
disposed in a first plane (21) and the second and the fourth bar elements (4, 14)
are part of the second arrangement (31) of bar elements (4, 14, 24) disposed in a
second plane (6).
7. A static mixing arrangement in accordance with claim 5, wherein at least some of the
bar elements of the first arrangement (21) are arranged in a third plane (5') which
is arranged offset to the first plane (5) and/or at least some of the bar elements
of the second arrangement (31) are arranged in a fourth plane, with the fourth plane
being arranged offset to the second plane (6).
8. A static mixing arrangement in accordance with any one of the preceding claims, wherein
z is less than 95%, preferably less than 85%, in particular less than 75%, particularly
preferably less than 65%.
9. A static mixing apparatus (1) comprising a static mixing element in accordance with
any one of the preceding claims as well as a hollow body (10) or a sleeve to receive
the static mixing element.
10. A static mixing apparatus in accordance with claim 11, wherein the static mixing element
is fastened to the hollow body (10) or to the sleeve.
11. A static mixing apparatus in accordance with claim 12, wherein the static mixing element
and the hollow body (10) or the sleeve consist of a single component.
12. A static mixing apparatus in accordance with claim 10 or claim 11, when dependent
on claim 6 or claim 7, wherein the static mixing element is fastened to the inner
wall of the hollow body or of the sleeve in the region of the point of intersection
of the first plane (5) with the second plane (6) and/or in the region of at least
some of the ends of the bar elements.
13. Use of a static mixing element in accordance with any one of the preceding claims
for the mixing or bringing into contact of media, with at least one thereof being
a medium flowing in a laminar manner, in particular a polymer melt or another highly
viscous fluid.
1. Elément de mélange statique qui présente une dimension en largeur Db et qui convient
pour le montage dans un corps creux (10) d'une dimension en largeur Db sensiblement
égale, qui comporte une pluralité d'éléments de barrette, où l'élément de mélange
statique est constitué d'un premier agencement (21) qui contient au moins un premier
élément de barrette (3) et d'un deuxième agencement (31) qui contient au moins un
deuxième élément de barrette (4), et le premier agencement (21) est disposé en croix
relativement au deuxième agencement (31), où le premier agencement (21) et le deuxième
agencement (31) forment un angle non égal à 0° à la direction d'écoulement principale,
et le premier agencement forme avec le deuxième agencement un angle supérieur à 0°,
et lors de la projection du premier agencement (21) et du deuxième agencement (31)
sur un plan de projection, qui est perpendiculaire à la direction d'écoulement principale,
se trouvent entre des éléments de barrette avoisinants au moins en partie des espaces
intermédiaires, où chacun des éléments de barrette présente une largeur H, et la somme
relative z des largeurs H des éléments de barrette, mesurée dans la direction de la
dimension en largeur Db de l'élément de mélange, est plus petite que 95% de la dimension
en largeur Db de l'élément de mélange, et où est formée par le premier agencement
(21) et le deuxième agencement (31) une ligne de coupe (7) au voisinage de laquelle
est disposé un élément d'écartement (15, 16).
2. Elément de mélange statique selon la revendication 1, dans lequel la direction d'écoulement
principale se situe dans la direction de l'axe longitudinal d'un corps creux dans
lequel est reçu l'élément de mélange.
3. Elément de mélange statique selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'écartement
(15, 16) est réalisé sous forme d'épaississement ou d'élargissement local d'au moins
un élément de barrette.
4. Elément de mélange statique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
le nombre des éléments de barrette dans le plan de projection est de 4 à 10.
5. Elément de mélange statique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
au moins deux éléments de barrette sont prévus par agencement.
6. Elément de mélange statique selon la revendication 5, dans lequel le premier et le
troisième élément de barrette (3, 13) font partie du premier agencement (21) d'éléments
de barrette se situant dans un premier plan (5), et le deuxième et le quatrième élément
de barrette (4, 14) font partie d'un deuxième agencement (31) d'éléments de barrette
(4, 14, 24) situé dans un deuxième plan (6).
7. Elément de mélange statique selon la revendication 5, dans lequel au moins une partie
des éléments de barrette du premier agencement (21) sont disposés dans un troisième
plan (5') qui est décalé par rapport au premier plan (5) et/ou au moins une partie
des éléments de barrette du deuxième agencement (31) sont disposés dans un quatrième
plan, où le quatrième plan est décalé par rapport au deuxième plan (6).
8. Elément de mélange statique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
z est plus petit que 85%, en particulier plus petit que 75%, selon une préférence
particulière plus petit que 65%.
9. Dispositif de mélange statique (1) comprenant un élément de mélange statique selon
l'une des revendications précédentes, ainsi qu'un corps creux (10) ou une douille
pour recevoir l'élément de mélange statique.
10. Dispositif de mélange statique selon la revendication 11, dans lequel l'élément de
mélange statique est fixé au corps creux (10) ou à la douille.
11. Dispositif de mélange statique selon la revendication 12, dans lequel l'élément de
mélange statique et le corps creux (10) ou la douille sont formés par un seul composant.
12. Dispositif de mélange statique selon les revendications 10 ou 11 dépendant des revendications
6 ou 7, où l'élément de mélange statique est fixé dans la zone de l'intersection du
premier plan (5) avec le deuxième plan (6) et/ou dans la zone d'au moins une partie
des extrémités des éléments de barrette à la paroi intérieure du corps creux ou de
la douille.
13. Utilisation d'un élément de mélange statique selon l'une des revendications précédentes
pour le mélange ou pour la mise en contact de milieux, où au moins l'un d'eux est
un milieu s'écoulant d'une manière laminaire, en particulier une fonte de polymère
ou un autre fluide hautement visqueux.