CN111050895A - 流体混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种流体混合器，该流体混合器包括分流器和混合室。该分流器包括用于接收流体流的入口，并且被配置为将流体流分成第一流体流和第二流体流。第二流体流具有比第一流体流更高的密度。混合室包括第一入口、第二入口和混合凹腔。第二流体入口定位在第一入口的下方。混合室的第二入口被配置为接收第一流体流，并且混合室的第一入口被配置为接收第二流体流，以促进第一流和第二流在混合凹腔中的混合。

Description

流体混合器
相关申请
本申请要求于2017年9月6日提交的标题为“FLUID MIXER”的共同未决的美国临时申请号62/554,835的权益和优先权，其全部内容通过引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及流体混合器。更具体地，本发明涉及用于微流体分离系统中以混合溶剂组合物的多路径流体混合器。
背景技术
色谱法是将混合物分离成其组分的一组技术。一般来讲，在液相色谱分析中，泵接收液体溶剂的组合物并将其以高压递送至样品管理器，在那里样品（即被分析的材料）等待注入混合物中。设置在泵和样品管理器之间的混合器将液体溶剂混合成基本上均匀的组合物。由液体溶剂和注入样品的混合物组成的所得组合物从样品管理器移动到使用点，诸如颗粒物柱。通过使组合物通过柱，样品中的各种组分以不同的速率彼此分离，并且因此在不同的时间从柱中洗脱。检测器接收来自柱的洗脱并产生输出，从该输出可以确定分析物的种类和数量。
高效液相色谱法(HPLC)使用两种基本洗脱模式：等度洗脱和梯度洗脱。在等度洗脱模式中，由纯溶剂或溶剂混合物组成的移动相在整个色谱运行期间保持相同。在梯度洗脱模式中，移动相的组合物在分离期间改变。梯度的产生涉及混合多种溶剂，所述多种溶剂的比例根据预先确定的时间表随时间推移而变化。一些HPLC系统通过在泵的出口侧在下游混合溶剂从而在高压下产生梯度。此类HPLC系统在本文中称为高压梯度系统。其他HPLC系统在低压下产生梯度，使用梯度比例阀以从多至四种溶剂中选择，在单个抽吸泵的入口侧组合多种溶剂，并且随着时间改变溶剂的比例。此类HPLC系统在本文中称为低压梯度系统。
高压梯度系统和低压梯度系统之间的选择涉及各种折衷。例如，高压梯度系统具有比低压梯度系统更小的驻留容积，因为溶剂混合发生在泵之后而不是在泵的入口侧之前。另一方面，低压梯度系统仅用一个泵就能产生梯度，而高压梯度系统通常要求每种溶剂用一个泵。因此，低压梯度系统比高压梯度系统更适用于三元和四元梯度，并且因此主要用于此类色谱应用，而高压梯度系统通常涉及二元梯度。
由低压梯度系统和高压梯度系统产生的溶剂组合物的输出流通常在色谱基线中具有可检测的扰动，称为组合噪声。当梯度泵输出两种流体的混合物时—等度或梯度洗脱—操作频率表现为组合输出的振荡。
用于降低组合噪声的常规方法是将大容积混合器联接至泵系统的输出。然而，这种混合器可能会给色谱系统增加不期望的延迟容积量，这可能影响准确和可再现梯度的递送，并且对液相色谱系统的循环时间产生负面影响。此外，混合器实际上在充分降低组合噪声方面可能是无效的。
本申请人先前在WO2013/090141（其内容通过引入方式全文并入本文）中提出了一种流体混合器，该流体混合器包括混合凹腔、分配凹腔和从分配凹腔延伸到混合凹腔的多个流体路径。溶剂组合物的流动在分配凹腔处分成与流体路径一样多的流。流体路径具有不同的驻留容积，该驻留容积确定由每个流体路径携带的溶剂组合物的流量百分比。流体路径的驻留容积被特别配置为针对溶剂组合物流中的已知噪声特性。这些流在混合凹腔中根据由流体路径的驻留容积确定的百分比重新结合，以产生具有衰减的噪声特性的输出组合流。
此类已知的流体混合器（其中每条路径具有不同的驻留容积）可以用于减少或基本上消除组合噪声。然而，不同的驻留容积在每个流体路径中导致不同的容积流量。因此，流体通过流体路径所需的时间对于每个流体路径将是不同的。这导致通道间隙不一致，当更换溶剂时，这可能需要额外的停机时间。
当混合两种或更多种流体（例如，溶剂）时，通常希望获得基本上均匀的所得流体。然而，至少一些组分流体（例如，溶剂）的密度可以不同。流体可以是基本上不可混溶的。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种流体混合器，包括：
分流器，该分流器包括用于接收流体流的入口，该分流器被配置为将流体流分流成第一流体流和第二流体流，该第二流体流具有比第一流体流更高的密度；以及
混合室，该混合室包括第一入口和第二入口，第二入口定位在第一入口的下方；以及混合凹腔，其中混合室的第二入口被配置为接收第一流体流，并且混合室的第一入口被配置为接收第二流体流，以促进第一流和第二流在混合凹腔中的混合。
在一些实施方案中，分流器包括：
分流器凹腔，所述分流器凹腔与所述入口流体连通；
第一出口，所述第一出口与所述分流器凹腔流体连通，所述第一出口用于输送所述第一流；以及
第二出口，所述第二出口与所述分流器凹腔流体连通，所述第二出口用于输送所述第二流。
在一些实施方案中，第二出口定位在第一出口的下方。
在一些实施方案中，第一出口和第二出口位于分流器凹腔的相对侧上。
在一些实施方案中，分流器包括分流器板，该分流器板在使用中为流体流提供前缘，以在分流器板上方产生所述第一流，并且在分流器板下方产生所述第二流。
在一些实施方案中，分流器板的竖直位置是可调节的。
在一些实施方案中，分流器板的至少一部分在使用中与流体流的方向是大致共面的。
在一些实施方案中，流体混合器还包括：
第一通道，该第一通道具有入口以接收第一流体流并将第一流体流朝向第一通道的出口输送，第一通道的出口与混合室的第二入口流体连通；以及
第二通道，该第二通道具有入口以接收第二流体流并将第二流体流朝向第二通道的出口输送，第二通道的出口与混合室的第一入口流体连通。
在一些实施方案中，第一通道的长度基本上与第二通道的长度相同。
在一些实施方案中，第一通道的容积基本上与第二通道的容积相同。
在一些实施方案中，第一通道的横截面积基本上与第二通道的横截面积相同。
在一些实施方案中，混合室的第一入口和第二入口位于混合凹腔的相对侧上。
在一些实施方案中，混合室的第一入口的轴线与混合室的第二入口的轴线是基本上同轴的，使得第一流体流和第二流体流在混合凹腔中基本上朝向彼此引导。
在一些实施方案中，第一通道的容积不同于第二通道的容积。
在一些实施方案中，每个通道包括流体地连接到导管的限流器，导管位于限流器的下游。
在一些实施方案中，第一通道的导管长度基本上等于第二通道的导管长度。
在一些实施方案中，第一通道的导管长度不同于第二通道的导管长度。
在一些实施方案中，第一通道的导管的横截面积不同于第二通道的导管的横截面积。
在一些实施方案中，限流器是基本上相同的。
在一些实施方案中，跨限流器中的每个的压降基本上相同。
在一些实施方案中，跨至少一个通道的限流器的压降大于跨通道的导管的压降。
在一些实施方案中，跨通道的限流器的压降是跨该通道的导管的压降的至少十倍。
在一些实施方案中，通道被配置为具有基本上相同的容积流量。
在一些实施方案中，提供了一种流体混合器布置，其包括根据权利要求所述的多个流体混合器。
在一些实施方案中，每个流体混合器的混合室包括出口，并且所述多个流体混合器串联布置，使得第一混合器的混合室的出口流体地连接到相继的流体混合器的分流器的入口。
在一些实施方案中，至少第二流体混合器设置在第一流体混合器的流体流中的至少一个中。
在一个方面，本发明提供了一种流体混合器，包括：
分流器，所述分流器包括用于接收流体流的入口，所述分流器被配置为将所述流体流分成多个流体流；
多个通道，每个通道用于输送所述多个流中的对应的一个；
其中所述多个通道具有不同的容积，并且在跨每个通道的长度上具有基本上相同的压降；以及
混合室，该混合室包括多个入口，每个入口流体地连接到所述多个通道中的对应的一个。
在一些实施方案中，每个通道包括流体地连接到导管的限流器，导管位于限流器的下游。
在一些实施方案中，所述多个导管中的每个具有基本相同的长度。
在一些实施方案中，所述多个导管中的至少一些具有不同的长度。
在一些实施方案中，所述多个导管中的至少一些具有不同的横截面积。
在一些实施方案中，所述多个限流器基本上相同。
在一些实施方案中，跨所述多个限流器中的每个的压降基本上相同。
在一些实施方案中，跨通道的限流器的压降大于跨该通道的导管的压降。
在一些实施方案中，跨通道的限流器的压降是跨该通道的导管的压降的至少十倍。
在一些实施方案中，所述多个通道被配置为具有基本上相同的容积流量。
在一些实施方案中，分流器被配置为将流体流分流成第一流体流和第二流体流，该第二流体流具有比第一流体流更高的密度；以及混合室，该混合室包括第一入口和第二入口，第二入口定位在第一入口的下方；以及混合凹腔，其中混合室的第二入口被配置为接收第一流体流，并且混合室的第一入口被配置为接收第二流体流，以促进第一流和第二流在混合凹腔中的混合。
在一些实施方案中，分流器包括：
分流器凹腔，所述分流器凹腔与所述入口流体连通；
第一出口，所述第一出口与所述分流器凹腔流体连通，所述第一出口用于输送所述第一流；以及
第二出口，该第二出口与分流器凹腔流体连通，用于输送第二流。
在一些实施方案中，第二出口定位在第一出口的下方。
在一些实施方案中，第一出口和第二出口位于分流器凹腔的相对侧上。
在一些实施方案中，分流器包括分流器板，该分流器板在使用中为流体流提供前缘，以在分流器板上方产生所述第一流，并且在分流器板下方产生所述第二流。
在一些实施方案中，分流器板的竖直位置是可调节的。
在一些实施方案中，分流器板的至少一部分在使用中与流体流的方向是大致共面的。
在一些实施方案中，流体混合器还包括：
第一通道，所述第一通道具有入口以接收第一流体流并将所述第一流体流朝向所述第一通道的出口输送，所述第一通道的所述出口与所述混合室的第二入口流体连通；以及
第二通道，所述第二通道具有入口以接收第二流体流并将所述第二流体流朝向所述第二通道的出口输送，所述第二通道的所述出口与所述混合室的第一入口流体连通。
在一些实施方案中，第一通道的长度基本上与第二通道的长度相同。
在一些实施方案中，第一通道的容积基本上与第二通道的容积相同。
在一些实施方案中，第一通道的横截面积基本上与第二通道的横截面积相同。
在一些实施方案中，混合室的第一入口和第二入口位于混合凹腔的相对侧上。
在一些实施方案中，混合室的第一入口的轴线与混合室的第二入口的轴线是基本上同轴的，使得第一流体流和第二流体流在混合凹腔中基本上朝向彼此引导。
在一些实施方案中，本发明提供了一种流体混合器布置，其包括根据权利要求所述的多个流体混合器。
在一些实施方案中，每个流体混合器的混合室包括出口，并且所述多个流体混合器串联布置，使得第一混合器的混合室的出口流体地连接到相继的流体混合器的分流器的入口。
在一些实施方案中，至少第二流体混合器设置在第一流体混合器的流体流中的至少一个中。
附图说明
现在将仅以非限制性示例的方式结合附图来描述实施方案，其中：
图1示意性地示出了根据本文所述的一个实施方案的流体混合器；
图2示意性地示出了图1所示流体混合器的垂直横截面；
图3示意性地示出了本文所述的实施方案的流体混合器的分流器；
图4示意性地示出了本文所述的实施方案的流体的混合室；
图5示意性地示出了本文所述的实施方案的流体混合器的另一个分流器；
图6示出了根据本文所述的另一个实施方案的流体混合器；
图7示意性地示出了根据本文所述的另一个实施方案的流体混合器；
图8示意性地示出了根据本文所述的另一个实施方案的流体混合器；
图9示出了根据本文所述的另一个实施方案的流体混合器布置；
图10示出了根据本文所述的另一个实施方案的流体混合器布置；
图11示出了根据本文所述的另一个实施方案的流体混合器布置；以及
图12示出了根据本文所述的另一个实施方案的流体混合器布置。
具体实施方式
从下面的描述中可以理解，通常有两个方面；(i)流体混合器，该流体混合器能够将流体流分成不同密度的第一流体流和第二流体流，并且促进它们的混合；以及(ii流体混合器，该流体混合器包括多个通道，每个通道具有不同的容积，但是在每个通道两端具有基本上相同的压降，这优选地确保通过混合器的每个通道的基本上相同的容积流量。
虽然最初单独示出和描述了各个方面，但是实施方案可以采用这里描述的两个方面。换句话讲，主要方面和辅助方面两者都容易彼此相容，从而允许提供具有两个方面的特征的流体混合器并提供相关联的复合优点。
图1和图2示出了包括分流器(20)和混合室(30)的流体混合器(1)。分流器(20)包括用于接收待混合流体流的入口(21)。分流器(20)被配置为将在入口(21)处接收的流体流分成第一流体流(22)和第二流体流(23)。第二流体流(23)具有比第一流体流(22)更高的密度。在所示实施方案中，在分流器(20)的入口(21)处接收的流体流借助于重力按照密度被分流成第一流体流(22)和第二流体流(23)。如图1和图2中示意性地示出的实施方案所示，第一流体流(22)在离开分流器的点处垂直位于第二流体流(23)上方。
流体流的组合物在图2中用“黑色”和“白色”箭头示意地性示出。使用白色箭头或箭头的白色元素来表示流体流的相对较不稠密的部分。使用黑色箭头或箭头的黑色元素来表示流体流的相对更稠密的部分。因此，用于代表第一流体流(22)的箭头是白色的；并且用于代表第二流体流(23)的箭头是黑色的。用于代表入口流体流的箭头是黑色和白色两者的，表示其包括第一流体流和第二流体流两者，尽管不是均匀混合的。混合室(36)中的黑白色箭头表示第一流(22)和第二流(23)的混合。用于表示出口流37的虚线箭头示意性地示出了其基本上均匀的性质。
优选地，分流器(20)包括与流体入口(21)流体连通的分流器凹腔(26)。分流器(20)优选地还包括与分流器凹腔(26)流体连通的第一出口(24)，用于将第一流体流(22)输送离开分流器凹腔(26)。分流器(20)优选地还包括与分流器凹腔(26)流体连通的第二出口(25)，用于输送第二流体流(23)。优选地，第一出口(24)垂直位于第二出口(25)上方。图2是图1所示布置的横截面侧视图。第一出口(24)并非必须恰好垂直位于第二出口(25)上方。优选地，第一出口(24)至少高于第二出口(25)，使得由于重力，输送进入第二出口(25)的第二流体流(23)可能比输送进入第一出口(24)的第一流体流(22)更稠密。
图3示意性地示出了另选的分流器(120)。如同图1和图2所示的分流器(20)，图3的分流器(120)包括入口(21)。分流器(120)还包括第一出口(124)和第二出口(125)。图3所示分流器(120)的第一出口(124)和第二出口(125)布置在分流器凹腔(126)的相对侧上，而不是如图1和图2所示的实施方案那样基本上彼此相邻地定位（从同一平面垂直延伸）。在与分流器(120)的连接点处，第一出口(124)和第二出口(125)被引导为彼此远离。图3所示的布置可以提供流体入口(21)中的更有效的流体流分流。
图5示意性地示出了混合器的另一个分流器(20)。图5所示的分流器(20)大致对应于图2所示的分流器(20)。然而，图5中的分流器(20)还包括分流器板(27)，该分流器板在使用中为流体流提供前缘(28)，以产生具有低于第一流体流(22)的密度的第二流体流(23)。优选地，分流器(20)的主体的轴向长度，即入口(21)与第一出口(24)和第二出口(25)之间的距离被配置为使得进入的流体能够由于重力而被充分被动地分离成较低、稠密的部分和较高、较不稠密的部分。优选地，分流器板(27)的竖直位置和/或分流器板(27)的前缘(28)的竖直位置是可调节的。在入口流体流包括两种不混溶流体的情况下，前缘(28)和/或分流器板(27)的位置可以被配置为以便基本上与两种不混溶流体之间的流体边界（弯月面）对准。
优选地，分流器板(27)的至少一部分，优选地，分流器板(27)的与前缘(28)相邻的部分在使用中与入口流体流的方向是大致共面的。
返回图1和图2，混合室(30)包括第一流体入口(31)和第二流体入口(32)。第二流体入口(32)垂直地定位在第一入口(31)的下方。优选地，第二流体入口(32)至少低于第一入口(31)。混合室(30)还包括混合凹腔(36)。混合室(30)的第二入口(32)被配置为接收第一流体流(22)。混合室(30)的第一入口(31)被配置为接收第二流体流(23)。第一流体流(22)和第二流体流(23)以与它们离开分流器(20)的取向反转的方向到达混合室(30)。换句话讲，第一流体流(22)和第二流体流(23)被“翻转”。这种布置的益处在于其促进了第一流体流(22)和第二流体流(23)在混合室(30)的混合凹腔(36)中更有效的混合。流体混合器(1)的流体输出(37)优选地比流体混合器(1)的分流器(20)的入口(21)处接收的流体输出更均匀。
流体混合器(1)优选地还包括第一通道(40)和第二通道(45)。第一通道(40)具有入口(41)，该入口被配置为接收第一流体流(22)并将其朝向第一通道(40)的出口(42)输送。第一通道(40)的入口(41)流体地连接到分流器(20)的第一出口(24)。第一通道(40)的出口(42)与混合室(30)的第二入口(32)流体连通。
流体混合器(1)还包括具有入口(46)的第二通道(45)，该入口被配置为接收第二流体流(23)并将其朝向第二通道(45)的出口(47)输送。第二通道(45)的入口(46)与分流器(20)的第二出口(25)流体连通。第二通道(45)的出口(47)与混合室(30)的第一入口(31)流体连通。在入口(21)接收的流动流被垂直地分流，然后以相反的取向重新汇合。因此，较不稠密的流体流从下方被引入到更稠密的流体流中，并且重力导致两个流体流混合，即更稠密的流体流“流过”较不稠密的流体流，从而导致混合。
优选地，第一通道(40)的长度与第二通道(45)的长度基本上相同。优选地，第一通道(40)的容积与第二通道(45)的容积基本上相同。优选地，第一通道(40)的横截面积与第二通道(45)的横截面积基本上相同。
尽管在图1和图2示意性地示出的实施方案中，第一通道(40)和第二通道(45)看起来具有相同的长度、横截面和容积，但这不是必需的。在（稍后描述的）另一个实施方案中，第一通道40的容积可以不同于第二通道45的容积。
在图1和图2示意性示出的实施方案中，混合室30在形式上类似于分流器20。也就是说，混合室(30)的第一入口(31)和第二入口(32)在混合凹腔(36)的相同侧面上，使得第一入口(31)和第二入口(32)的相应轴线彼此平行。
在图4中示意性地示出的另选混合室(130)中，混合室(130)的第一入口(131)和第二入口(132)设置在混合凹腔(136)的相对侧上。因此，混合室(130)的第一入口(131)的轴线与混合室(130)的第二入口(132)的轴线是基本上同轴的，使得第一流体流(22)和第二流体流(23)在混合凹腔(136)中基本上朝向彼此引导，从而有助于混合。碰撞的第一流体流(22)和第二流体流(23)的相对速度将是每个流(22, 23)的速度之和。混合室(30, 130)的混合凹腔(36, 136)可以包括有助于第一流体流(22)和第二流体流(23)混合的其他特征部。此类特征部可以包括增加混合凹腔(36, 136)中流体湍流的部件（未示出）。在一些实施方案中，在混合凹腔(36, 136)中可存在机械搅拌器（未示出）。
图6示出了流体混合器布置(200)。流体混合器布置(200)包括根据本文所述的实施方案的多个流体混合器(1)。在图6所示的流体混合器布置(200)中，有五个流体混合器(1)串联连接在一起。通过串联连接多个流体混合器(1)，优选地进一步改善流体的混合，从而使流体均匀化。
在一些实施方案中，通过在材料块内形成腔来提供流体混合器，以限定分流器、混合室和通道等。因此，附图示出了这些腔的“负部”。这就是为什么图6所示的入口21明显地包括固体制品—其是入口21的“负部”。考虑到本发明部件的复杂性质，应当理解，说明本发明的这种方法比提供包含形成各种特征部的腔的块的多个横截面视图和剖视图更清楚。
如图所示，图6中所示的一系列流体混合器布置(200)中的第一流体混合器(1)包括与分流器(20)流体连通的流体入口(21)。分流器(20)将流体流分成由第一通道(40)和第二通道(45)输送的第一流体流(22)和第二流体流(23)。
图6中所示的第一通道(40)和第二通道(45)与图1和图2中示意性地示出的那些具有不同的物理形式。这是因为图6所示的布置(200)是在微流体设备中形成的通道的负部。优选地，微流体设备通过将多层材料彼此粘结而形成，每层包括对准在一起以在其中形成通道的凹槽/凹口。第一通道(40)和第二通道(45)的准确物理形式并不重要。从图6可以注意到，第一通道(40)的出口(42)垂直地定位在第二通道(45)的出口(47)的下方。
在图6所示的布置(200)的第一和第二流体混合器(1)之间，优选地在第一流体混合器(1)的下游存在组合的混合室和分流器(50)，其用于促进从第一混合器接收的第一流体流(22)和第二流体流(23)的混合，并且随后将流体流分成用于第二流体混合器(1)的第一流体流(22)和第二流体流(23)。使用结合多级流体混合器的流体混合器布置(200)优选地增加湍流并增加混合流体的均匀化。
除了串联连接多个流体混合器之外，如图6中所示，可在第一流体混合器的流体流中的一个内提供辅助流体混合器。也就是说，在从分流器(20)流到混合室(30)之间，第一流体流(22)和第二流体流(23)中的一个可以通过辅助流体混合器，该辅助流体混合器进一步将该流分成两个子流，并且促进该流中流体的混合。多个流体混合器可连续地“嵌套”在较大流体混合器布置内。
图7示意性示出了体现第二方面的流体混合器(300)。
流体混合器(300)包括分流器(320)，该分流器包括用于接收流体流的入口(321)。分流器(320)被配置为将流体流分成多个流体流(322a, 322b, 322c, 322d)。优选地，分流器(320)包括多个出口(324a, 324b, 324c, 324d)。尽管图2和图7中的布置的总体配置的明显相似性，图7以平面图（与侧视图相比）示意性地示出了流体混合器(300)。因此，出口(324a – d)在同一水平面上。然而，这不是必须的。
流体混合器(300)还包括多个通道(340a, 340b, 340c, 340d)，每个通道用于输送多个流(322a – d)中对应的一个。
多个通道(340a –d)中的每个具有不同的内部容积，但是在跨每个通道(340a –d)的长度上具有基本上相同的压降。
流体混合器(300)还包括混合室(330)，该混合室包括多个入口(331a, 331b,331c, 331d)，每个入口流体地连接到所述多个通道(340a – d)中对应的一个。因此，通道(340a)连接到入口(331a)，通道(340b)连接到入口(331b)等。
每个通道(340 a-d)优选地包括连接到导管(360a-360d)的限流器(370a-370d)，导管(360)位于限流器(370a-370d)的下游。
在图7所示的实施方案中，多个导管(360a - d)中的每个具有基本相同的长度。
在一些实施方案中，导管中的一些或全部具有不同的长度。在图8所示的另一个实施方案中，导管(460a - d)都具有不同的长度。
在一个实施方案中，如图7所示，多个导管(360a - d)中的至少一些具有不同的横截面积。
应当理解，为了具有不同容积的通道，存在至少两种方式实现这一点：
a) 相同长度但不同横截面积；或
b) 相同横截面积但不同长度。
可以采用实现不同容积的两种方式，而不是相互排斥的。通道的长度和横截面积两者可以不同于另一个通道的长度和横截面积两者。通道的横截面积沿其长度可以是均匀的或非均匀的。
优选地，多个限流器(370a - d)基本上相同，使得跨多个限流器(370a – d)中的每个的压降基本上相同。
优选地，跨限流器(370)的压降大于跨该通道(340)的导管(360)的压降。优选地，跨限流器(370)的压降至少比跨该通道(340)的导管(360)的压降的大10倍。
优选地，多个通道(340a - d)被配置为具有基本上相同的通过其中的容积流量。这种布置的益处在于，其抑制或基本上消除了流体流中的容积噪声频率，而不具有通过每个通道的不同的容积流量，否则在更换溶剂时将产生不一致的通道间隙。优选地，当分流器(320)的入口(321)处的流体流的一部分被分成多个流体流时，入口流体流的那些组成部分将基本上同时在混合室(330)处重新结合。
当导管(360a – d)具有不同长度但基本上相同的横截面时，跨导管(360a-d)中的每个的压降可不同。然而，跨限流器(370a – d)的压降优选地显著高于跨对应导管(360a –d)的压降。因此，跨作为整体的通道(340a – d)的压降将基本上相同。
在图7和图8中示意性地示出的实施方案中，存在四个通道(340a - d)，但这不是必须的。可能存在多于或少于四个通道。可能存在两个通道。如同图1至图6所示的流体混合器(1)，多个流体混合器(300, 400)可以设置在流体混合器布置中。图9示出了包括串联连接的三个流体混合器(501a)、(501b)、(501c)的流体混合器布置(500)。因此，通过提供一系列互连的流体混合器，图9所示的布置(500)大致对应于图6所示的布置(200)。
在图9所示的实施方案中，每个流体混合器(501a –c)包括两个通道(540a - b)。
图10示出了另一个流体混合器布置(600)，其包括8个通道(640)。
在图10所示的实施方案中，图10所示的混合器布置(600)包括一系列分流器(620a- c)，每个分流器将进入的流体流分成两个流体流，而不是提供单个分流器，诸如图7和图8所示的分流器(320)，该分流器具有多个（例如，三个或更多个）出口(324a – d)。这些流体流中的每个然后被第二级分流器进一步分成两个子流，所述两个子流然后被分流器的第三级分流。参考图10，离开第一级分流器(620a)的两个流体流中的每个与相应的第二级分流器(620b)连通。然后，来自那些第二级分流器(620b)中的每个的流体流中的每个被供给到第三级分流器(620c)。存在单个第一级分流器(620a)、两个第二级分流器(620b)和四个第二级分流器(620c)。这允许流体流最终被分成八个独立的通道(640)，如图10所示。
图6示出了包括多个相同类型的流体混合器（体现第一方面）的混合器布置。同样，图9示出了包括体现本发明第二方面的多个混合器的混合器布置。当然，可以提供包括串联连接的不同流体混合器的混合器布置。例如，如图1和图2中所示的流体混合器可设置在图7中所示的流体混合器的上游。本文中示出、描述和/或设想的任何混合器的任何组合可以连接在一起以形成混合器布置。
如上所述，主要方面和辅助方面两者可以结合在单个混合器实施方案中。
图11示出了包括分流器(720)的流体混合器(700)，该分流器包括用于接收流体流的入口(721)。分流器(720)被配置为将流体流分成第一流体流和第二流体流。第二流体流具有比第一流体流更高的密度。从图11可以注意到，分流器(720)具有与图3中所示的分流器(120)的布置相对应的布置，即在室的相对侧上的出口。
图11的流体混合器(700)还包括混合室(730)，该混合室包括第一入口和第二入口（在图11中被部分地遮挡）。流体混合器(700)还包括第一通道(740)，该第一通道将第一流体流从分流器(720)输送到混合室(730)的第二入口。流体混合器(700)还包括第二通道(745)，该第二通道被配置为接收第二流体流并将其朝向混合室(730)的第一入口输送。混合室(730)的第一入口垂直布置在混合室(730)的第二入口上方。因此，如同参考图1至图6所示和所述的实施方案，第一流体流和第二流体流被反转，从而当它们在混合室(730)中重新结合时促进混合。
此外，第一通道(740)具有与第二通道(745)不同的长度和横截面。因此，通道(740, 745)具有不同的容积。优选地，它们在跨第一通道(740)和第二通道(745)的每一者的长度上具有基本上相同的压降。
结合了主要方面和辅助方面两者的实施方案（诸如图11所示的流体混合器(700)）的益处在于其提供了具有本发明每个方面优点的流体混合器。具体地，分流流体流的反转促进了流体的均匀化，而使用具有不同容积但相同压降的通道用于减少或基本上消除容积噪声频率。
图12示出了结合主要方面和辅助方面两者的另一种流体混合器(800)。以与图10中所示的流体混合器(600)类似的方式，图12中所示的流体混合器(800)包括四个平行的通道，这四个平行的通道具有不同的容积，但在其两端具有基本上相同的压降。
在图12中所示的混合器布置中，每个平行的通道(840)包括导管(860)和限流器（未标记）。图12所示的流体混合器(800)包括分流器(820)的两级。来自流体入口(821)的初始流体流被分成（不同密度的）两个流体流，并且经由第一通道(840a)和第二通道(845a)输送。然后，那些通道(840a)、(845b)中的每个与第二级分流器(820b)连通，该第二级分流器进一步将流体流分成两个另外的通道(840b)、(845b)。第二级分流器(820b)还将流体分成不同密度的第一流体流和第二流体流。流体然后通过四个导管(860a – d)。应当注意，流体入口(821)和流体导管(860a)至(860d)之间的通道网络产生四条长度基本上相同的路径。优选地，路径产生限流器，每个限流器在其两端具有基本上相同的压降。在流体导管(860a)至(860d)的下游，流体流在两级混合室(830)布置中重新结合。
图11和图12的流体混合器方便地和谐且协同地结合主要方面和辅助方面的每一者。提供结合本发明的第一方面和第二方面两者的单个混合器而不是串联连接的两个单独的混合器的益处在于驻留容积被保持在最小，从而允许减少循环时间。
当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”及其变型意味着包括特定的特征、步骤或整体。这些术语不应被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。
前述说明书或者所附权利要求或者附图中公开的特征呈现为它们的具体形式，或者体现为用于执行本公开功能的装置或者适当时用于实现本公开结果的方法或者过程，这些特征可以是独立的或者是这些特征的任何组合，用于以各种形式实现本发明。

Claims (26)

1.一种流体混合器，包括：
分流器，所述分流器包括用于接收流体流的入口，所述分流器被配置为将所述流体流分流成第一流体流和第二流体流，所述第二流体流具有比所述第一流体流更高的密度；和
混合室，所述混合室包括第一入口、第二入口和混合凹腔，所述第二入口定位在所述第一入口的下方，其中所述混合室的所述第二入口被配置为接收所述第一流体流，并且所述混合室的所述第一入口被配置为接收所述第二流体流，以促进所述第一流和所述第二流在所述混合凹腔中的混合。
2.根据权利要求1所述的流体混合器，其中所述分流器包括：
分流器凹腔，所述分流器凹腔与所述入口流体连通；
第一出口，所述第一出口与所述分流器凹腔流体连通，用于输送所述第一流；和
第二出口，所述第二出口与所述分流器凹腔流体连通，用于输送所述第二流。
3.根据权利要求2所述的流体混合器，其中所述第二出口定位在所述第一出口下方。
4.根据权利要求2所述的流体混合器，其中所述第一出口和所述第二出口位于所述分流器凹腔的相对侧上。
5.根据权利要求1所述的流体混合器，其中所述分流器包括分流器板，所述分流器板在使用中为所述流体流提供前缘，以在所述分流器板上方产生所述第一流，并且在所述分流器板下方产生所述第二流。
6.根据权利要求5所述的流体混合器，其中所述分流器板的竖直位置是可调节的。
7.根据权利要求5所述的流体混合器，其中所述分流器板的至少一部分在使用中与所述流体流的方向是大致共面的。
8.根据权利要求1所述的流体混合器，还包括：
第一通道，所述第一通道具有入口以接收所述第一流体流并将所述第一流体流朝向所述第一通道的出口输送，所述第一通道的所述出口与所述混合室的所述第二入口流体连通；以及
第二通道，所述第二通道具有入口以接收所述第二流体流并将所述第二流体流朝向所述第二通道的出口输送，所述第二通道的所述出口与所述混合室的所述第一入口流体连通。
9.根据权利要求8所述的流体混合器，其中所述第一通道的长度与所述第二通道的长度基本上相同。
10.根据权利要求8所述的流体混合器，其中所述第一通道的容积与所述第二通道的容积基本上相同。
11.根据权利要求8所述的流体混合器，其中所述第一通道的横截面积与所述第二通道的横截面积基本上相同。
12.根据权利要求1所述的流体混合器，其中所述混合室的所述第一入口和所述第二入口位于所述混合凹腔的相对侧上。
13.根据权利要求12所述的流体混合器，其中所述混合室的所述第一入口的轴线与所述混合室的所述第二入口的轴线是基本上同轴的，使得所述第一流体流和所述第二流体流在所述混合凹腔中基本上朝向彼此引导。
14.根据权利要求8所述的流体混合器，其中所述第一通道的容积不同于所述第二通道的容积。
15.根据权利要求14所述的流体混合器，其中每个通道包括流体地连接到导管的限流器，所述导管位于所述限流器的下游。
16.根据权利要求15所述的流体混合器，其中所述第一通道的所述导管的长度与所述第二通道的所述导管的长度基本上相同。
17.根据权利要求15所述的流体混合器，其中所述第一通道的所述导管的长度不同于所述第二通道的所述导管的长度。
18.根据权利要求14所述的流体混合器，所述第一通道的所述导管的横截面积不同于所述第二通道的所述导管的横截面积。
19.根据权利要求15所述的流体混合器，其中所述限流器基本上相同。
20.根据权利要求19所述的流体混合器，其中跨所述限流器中的每个的所述压降基本上相同。
21.根据权利要求15所述的流体混合器，其中跨至少一个通道的所述限流器的所述压降大于跨所述通道的所述导管的所述压降。
22.根据权利要求21所述的流体混合器，其中跨通道的所述限流器的所述压降是跨所述通道的所述导管的所述压降的至少10倍。
23.根据权利要求1所述的流体混合器，其中所述通道被配置为具有基本上相同的容积流量。
24.一种流体混合器布置，包括多个根据权利要求1所述的流体混合器。
25.根据权利要求24所述的流体混合器布置，其中每个流体混合器的所述混合室包括出口，并且所述多个流体混合器串联布置，使得第一混合器的所述混合室的所述出口流体地连接到相继的流体混合器的所述分流器的所述入口。
26.根据权利要求24所述的流体混合器布置，其中至少第二流体混合器设置在第一流体混合器的所述流体流中的至少一个中。
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