DE10123092A1 - Method and static mixer for mixing at least two fluids - Google Patents

Method and static mixer for mixing at least two fluids

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Abstract

The invention relates to a method for mixing at least two fluids, according to which a plurality of separate fluid streams of both fluids converge, forming fluid lamellae of alternately adjacent fluids. The convergent fluid lamellae are evacuated in the form of a focalised combined fluid stream. Said focalised combined fluid stream is introduced as a jet of fluid into a swirl chamber, forming a fluid spiral that flows towards the interior. The mixture formed is drained from the centre of the fluid spiral. The micro-mixer is characterised by a swirl chamber (6, 16, 116), into which the focalising channel (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') opens in such a way that the focalised combined fluid stream enters in the form of a jet of fluid and forms a fluid spiral (100) that flows towards the interior. At least one outlet channel (7) that has a fluidic connection to the swirl chamber (6, 16, 116) drains the mixture that has been formed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen mindestens zweier Fluide gemäß Patentanspruch 1 und einen statischen Mikrovermischer gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 12.The invention relates to a method for mixing at least two fluids according to claim 1 and a static micromixer according to the Preamble of claim 12.

Ziel beim Mischen mindestens zweier Fluide ist das Erreichen einer gleichförmigen Verteilung der beiden Fluide in einer bestimmten, in der Regel möglichst kurzen Zeit. Besonders vorteilhaft werden hierzu statische Mikrovermischer eingesetzt, wie sie in der Übersicht von W. Ehrfeld, V. Hessel, H. Löwe in Microreactors, New Technology for Modern Chemistry, Wiley-VCH 2000, Seiten 41 bis 85 dargestellt sind. Für die Mischung von Flüssigkeiten werden mit bekannten statischen Mikrovermischern durch Erzeugen abwechselnd benachbarter Fluidlamellen einer Stärke im µm-Bereich Mischzeiten zwischen 1 s und wenigen Millisekunden erzielt. Die Vermischung von Gasen findet aufgrund der höheren Diffusionskonstanten noch deutlich schneller statt. Im Gegensatz zu dynamischen Mischern, in denen turbulente Strömungsverhältnisse vorherrschen, wird in statischen Mikrovermischern durch die vorgegebene Geometrie ein exaktes Einstellen der Breite der Fluidlamellen und damit der Diffusionswege ermöglicht. Die hierdurch in statischen Mikrovermischern erzielte sehr enge Verteilung der Mischzeiten erlaubt vielfältige Möglichkeiten der Optimierung von chemischen Umsetzungen im Hinblick auf Selektivität und Ausbeute. Ein weiterer Vorteil von statischen Mikrovermischern ist die Verkleinerung der Bauteilgröße und damit Integrierbarkeit in weitere Systeme, wie Wärmetauscher und Reaktoren. Durch das Zusammenwirken zweier oder mehrerer auf so engem Raum zusammengeschalteter Komponenten ergeben sich wiederum neue Möglichkeiten der Prozessoptimierung. Die Anwendungspotenziale von Mikrovermischernerstrecken sich von flüssig-flüssig und gas-gas Mischungen­ zur Bildung von flüssig-flüssig Emulsionen, gas-flüssig Dispersionen und damit auch zu Mehrphasen- und Phasentransfer-Reaktionen.The aim when mixing at least two fluids is to achieve a uniform distribution of the two fluids in a certain, usually as short a time as possible. Static micromixers are particularly advantageously used for this purpose, as shown in the overview by W. Ehrfeld, V. Hessel, H. Löwe in Microreactors, New Technology for Modern Chemistry, Wiley-VCH 2000 , pages 41 to 85. For the mixing of liquids, known static micromixers achieve mixing times between 1 s and a few milliseconds by producing alternately adjacent fluid lamellae with a thickness in the µm range. The mixing of gases takes place much faster due to the higher diffusion constants. In contrast to dynamic mixers, in which turbulent flow conditions prevail, the specified geometry in static micromixers enables the width of the fluid lamella and thus the diffusion paths to be set precisely. The very narrow distribution of the mixing times achieved in static micromixers allows a variety of options for optimizing chemical reactions with regard to selectivity and yield. Another advantage of static micromixers is the reduction in component size and thus the ability to be integrated into other systems such as heat exchangers and reactors. The interaction of two or more components interconnected in such a small space in turn opens up new possibilities for process optimization. The application potential of micromixers extends from liquid-liquid and gas-gas mixtures to the formation of liquid-liquid emulsions, gas-liquid dispersions and thus also to multi-phase and phase transfer reactions.

Ein nach dem Prinzip der Multilamination arbeitender statischer Mikrovermischer weist in einer Ebene eine mikrostrukturierte Interdigitalstruktur aus ineinandergreifenden Kanälen einer Breite von 25 µm oder 40 µm auf (a. a. O., Seite 64 bis 73). Die beiden zu mischenden Fluide werden durch die Kanäle in eine Vielzahl voneinander getrennter Fluidströme aufgeteilt, die entgegengesetzt parallel zueinander strömend und alternierend zueinander angeordnet sind. Durch einen Schlitz werden die benachbarten Fluidströme senkrecht aus der Ebene nach oben abgeführt und miteinander kontaktiert. Mittels für die Massenfertigung geeigneter Strukturierungsverfahren lassen sich die Kanalgeometrien und damit die Fluidlamellenbreite nur begrenzt bis in den unteren µm-Bereich reduzieren.A static based on the principle of multilamination Micromixer has a microstructured in one level Interdigital structure made of interlocking channels with a width of 25 µm or 40 µm (loc. cit., pages 64 to 73). The two fluids to be mixed through the channels into a variety of separate fluid flows divided, flowing opposite and parallel to each other and alternating are arranged to each other. The neighboring ones are separated by a slot Fluid flows are discharged vertically out of the plane and with each other contacted. Suitable for mass production Structuring methods can be used for the channel geometries and thus the Reduce the width of the fluid lamella to a limited extent in the lower µm range.

Eine weitere Reduzierung der nach dem Multilaminationsprinzip erhaltenen Fluidlamellen kann durch sogenanntes geometrisches Fokussieren erzielt werden. Solch ein statischer Mikrovermischer zum Umsetzen gefährlicher Stoffe wird von T. M. Floyd et al. auf den Seiten 171 bis 179 in Microreaction technology: industrial prospects; proceedings of the Third International Conference on Microreaction Technology/IMRET3, editor: W. Ehrfeld, Springer 2000 beschrieben. Abwechselnd benachbarte Kanäle für die beiden zu mischenden Fluide münden in einem Halbkreis radial von außen in eine trichterförmig ausgezogene und in einen engen, langen Kanal übergehende Kammer. Der in der Kammer vereinigte Fluidlamellenstrom wird hierbei in den engen Kanal überführt, wodurch eine Verkleinerung der Fluidlamellenbreite stattfindet. Unter diesen laminaren Strömungsbedingungen erfolgt die Mischung allein durch Diffusion, so daß auch durch Reduktion der Lamellenbreiten in den unteren µm-Bereich Mischzeiten im Millisekundenbereich erreichbar werden. Nachteilig ist, daß der enge als Reaktionsraum dienende Kanal im Hinblick auf eine vollständige Durchmischung in einer ausreichenden Länge auszugestalten ist, was eine große Bauform bedingt und einen relativ hohen Druckverlust in diesem Mikromischer bewirkt.A further reduction in the fluid lamellae obtained according to the multilamination principle can be achieved by so-called geometric focusing. Such a static micromixer for converting dangerous substances is described by TM Floyd et al. on pages 171 to 179 in Microreaction technology: industrial prospects; proceedings of the Third International Conference on Microreaction Technology / IMRET3, editor: W. Ehrfeld, Springer 2000 . Alternating adjacent channels for the two fluids to be mixed open in a semicircle radially from the outside into a funnel-shaped chamber that merges into a narrow, long channel. The fluid lamella flow combined in the chamber is hereby transferred into the narrow channel, as a result of which the fluid lamella width is reduced. Under these laminar flow conditions, mixing takes place solely by diffusion, so that mixing times in the millisecond range can also be achieved by reducing the lamella widths in the lower µm range. It is disadvantageous that the narrow channel serving as the reaction space has to be designed with sufficient length with regard to complete mixing, which requires a large design and causes a relatively high pressure loss in this micromixer.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren und einen statischen Mikrovermischer zum Mischen mindestens zweier Fluide zur Verfügung zu stellen, die ein schnelleres und gleichmäßigeres Mischen bei gleichzeitig geringem Druckverlust und kleinem Bauraum ermöglichen.The invention has for its object a method and a static Micromixers are available for mixing at least two fluids make a faster and more even mixing at the same time allow low pressure loss and small installation space.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einem statischen Mikrovermischer gemäß Anspruch 12 gelöst.The object is achieved with a method according to claim 1 and a static micromixer according to claim 12 solved.

Nachfolgend wird unter dem Begriff Fluid ein gasförmiger oder flüssiger Stoff oder ein Gemisch solcher Stoffe verstanden, das einen oder mehrere feste, flüssige oder gasförmige Stoffe gelöst oder dispergiert enthalten kann.In the following, the term fluid is a gaseous or liquid substance or a mixture of such substances understood that one or more solid, can contain liquid or gaseous substances dissolved or dispersed.

Der Begriff Mischen umfaßt auch die Vorgänge Lösen, Dispergieren und Emulgieren. Demzufolge umfaßt der Begriff Mischung Lösungen, flüssig- flüssig Emulsionen, gas-flüssig und fest-flüssig Dispersionen.The term mixing also includes the processes of dissolving, dispersing and Emulsify. Accordingly, the term mixture includes solutions, liquid liquid emulsions, gas-liquid and solid-liquid dispersions.

Unter einer Vielzahl von Fluidströmen, Fluidlamellen oder Fluidkanälen werden je Fluid zwei oder mehr, vorzugsweise drei oder mehr, besonders bevorzugt fünf oder mehr, Fluidströme, Fluidlamellen bzw. Fluidkanäle verstanden. Abwechselnd benachbarte Fluidlamellen oder Fluidkanäle bedeutet bei zwei Fluiden A, B, daß diese in mindestens einer Ebene alternierend, eine Reihenfolge von ABAB ergebend, nebeneinander liegen. Der Begriff "abwechselnd benachbart" umfaßt bei drei Fluiden A, B, C unterschiedliche Reihenfolgen, wie beispielsweise ABCABC oder ABACABAC. Die Fluidlamellen oder Fluidkanäle können auch in mehr als einer Ebene abwechselnd benachbart liegen, beispielsweise in zwei Dimensionen schachbrettartig zueinander versetzt liegen. Die den unterschiedlichen Fluiden zugehörigen Fluidlamellen und Fluidkanäle sind vorzugsweise gleichgerichtet oder entgegengerichtet parallel zueinander angeordnet. Die letztgenannte Variante der Strömungsanordnung ist im Prinzip aus mikrostrukturierten Interdigitalstrukturen aus ineinandergreifenden Fluid-Kanälen bekannt. Die beiden zu mischenden Fluide werden durch die Fluid-Kanäle in einer Vielzahl voneinander getrennter Fluidlamellen aufgeteilt, die entgegengesetzt parallel zueinander strömend und alternierend zueinander angeordnet sind.Under a variety of fluid flows, fluid lamellae or fluid channels be two or more, preferably three or more, particularly per fluid preferably five or more, fluid flows, fluid lamellae or fluid channels Roger that. Alternating adjacent fluid lamellae or fluid channels means for two fluids A, B that they alternate in at least one plane, one Resulting sequence from ABAB, side by side. The term "Alternatingly adjacent" includes three fluids A, B, C different Sequences such as ABCABC or ABACABAC. The  Fluid fins or fluid channels can also be in more than one plane are alternately adjacent, for example in two dimensions are staggered like a checkerboard. The different fluids Associated fluid lamellae and fluid channels are preferably rectified or arranged in opposite directions parallel to each other. The latter Variant of the flow arrangement is in principle made of microstructured Interdigital structures known from interlocking fluid channels. The Both fluids to be mixed are in a variety through the fluid channels fluid lamellae separated from each other, which are oppositely parallel flowing to each other and arranged alternately to each other.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Mischen von mindestens zwei Fluiden umfaßt mindestens vier Verfahrensschritte. Im 1. Schritt wird eine Vielzahl getrennter Fluidströme der beiden Fluide zusammengeführt, wobei sich abwechselnd benachbarte Fluidlamellen der beiden Fluiden bilden. Im 2. Schritt werden die so vereinigten Fluidlamellen unter Ausbildung eines fokussierten Gesamtfluidstroms abgeführt. Im 3. Schritt wird der so erhaltene Gesamtfluidstrom als Fluidstrahl in eine Wirbelkammer unter Ausbildung einer nach innen strömenden Fluidspirale eingeleitet. Im letzten Verfahrensschritt wird die so gebildete Mischung aus dem Zentrum der Fluidspirale abgeleitet.The process according to the invention for mixing at least two fluids comprises at least four process steps. In the 1st Step a plurality of separate fluid flows of the two fluids are brought together, with alternating adjacent fluid lamellae of the two fluids being formed. In the 2nd Step, the fluid lamellae thus combined are discharged to form a focused total fluid flow. In the 3rd Step the total fluid flow thus obtained is introduced as a fluid jet into a swirl chamber, forming an inward flowing fluid spiral. In the last process step, the mixture formed in this way is derived from the center of the fluid spiral.

Das Zusammenführen erfolgt derart, daß die zunächst getrennten Fluidströme in einen Raum einströmen. Hierbei können die Fluidströme parallel zueinander oder ineinanderführend, beispielsweise radial nach innen, ausgerichtet sein. Beim Zusammenführen bilden sich Fluidlamellen aus, deren Querschnittsflächen zunächst denen der Fluidströme entsprechen. Durch das Abführen als fokussierter Gesamtfluidstrom findet eine Reduzierung der Breite und oder der Querschnittsfläche der Fluidlamellen statt, bei gleichzeitiger Erhöhung der Fließgeschwindigkeit. Der so beschleunigte fokussierte Gesamtfluidstrom wird als Fluidstrahl in die Wirbelkammer eingeleitet. Der in die Wirbelkammer eintretende Fluidstrahl strömt entlang einer spiralförmigen Linie nach innen zum Zentrum der Wirbelkammer, wo die Mischung abgeleitet wird. Der Fluidstrom weist durch die vorherige Fokussierung entsprechend eng abwechselnd benachbarte Fluidlamellen auf.The merging takes place in such a way that the initially separate fluid flows flow into a room. Here, the fluid flows can be parallel to each other or aligned one inside the other, for example radially inwards. When merging, fluid lamellae form, the Cross-sectional areas initially correspond to those of the fluid flows. By the Purging as a focused total fluid flow takes place in a reduction in width and or the cross-sectional area of the fluid fins instead, at the same time Increase in flow rate. The accelerated focused Total fluid flow is introduced as a fluid jet into the swirl chamber. The in the fluid jet entering the swirl chamber flows along a spiral  Line inwards to the center of the vortex chamber where the mixture is derived becomes. Due to the previous focusing, the fluid flow is accordingly narrow alternately adjacent fluid lamellae.

Lediglich das in der äußersten Windung strömende Fluid grenzt an die seitlichen Innenflächen der Wirbelkammer an; die inneren Windungen der Fluidspirale grenzen zu beiden Seiten an das in gleicher Richtung strömende Fluid der vorhergehenden und der nachfolgenden Windung. Daher trägt zur Reibung im wesentlichen lediglich der Kontakt mit der oberen und unteren Innenfläche der Wirbelkammer bei. Der mit diesem Mischer erzielte Druckverlust ist daher geringer als der bei einem Mischer mit einem entsprechend lang ausgebildeten Fokussierungskanal. Darüber hinaus ist durch den spiralförmigen Verlauf eine kompakte Bauform bei langer Mischstrecke und damit langer Verweilzeit realisiert.Only the fluid flowing in the outermost turn borders on the lateral inner surfaces of the swirl chamber; the inner turns of the Fluid spirals border on both sides to the one flowing in the same direction Fluid of the previous and subsequent turns. Therefore contributes to Friction essentially just the contact with the top and bottom Inner surface of the vortex chamber at. The one achieved with this mixer Pressure loss is therefore less than that of a mixer with a long focusing channel. In addition, is by the spiral shape is a compact design with a long mixing section and thus realized a long dwell time.

Ein weiterer Vorteil ist der Kontakt einer Windung der Fluidspirale mit der vorhergehenden und der nachfolgenden Windung, was zur schnelleren diffusiven Mischung der Fluidlamellen untereinander beiträgt.Another advantage is the contact of one turn of the fluid spiral with the previous and subsequent turns, resulting in faster diffusive mixture of the fluid lamellae contributes to each other.

Vorteilhaft herrschen im Innern der Wirbelkammer laminare Strömungsverhältnisse vor. Es ist jedoch auch denkbar, in Teilbereichen turbulente Strömungsverhältnisse bei einem sich insgesamt spiralförmig nach innen fließenden Fluidstrom vorliegen zu haben.Laminar inside the vortex chamber is advantageous Flow conditions. However, it is also conceivable in some areas turbulent flow conditions with a spiraling overall to have fluid flow flowing inside.

Im Hinblick auf eine vollständige Mischung durch Diffusion weist der spiralförmig nach Innen fließende Fluidstrom eine ausreichende Länge und damit eine ausreichende Anzahl an Windungen auf, um je in die Wirbelkammer einströmendem Fluidvolumen eine ausreichende Verweilzeit zu erzielen. With regard to complete mixing by diffusion, the Spiral fluid flow flowing inward of sufficient length and with a sufficient number of turns to get into each A sufficient dwell time for the fluid volume flowing into the vortex chamber achieve.  

Die Einstellung der gewünschten Verhältnisse kann insbesondere durch eine entsprechende Wahl der Querschnittsfläche des einströmenden fokussierten Gesamtfluidstroms, der Form und Abmessungen der Wirbelkammer sowie der Querschnittsfläche des Auslasses für die gebildete Mischung aus der Wirbelkammer erreicht werden.The setting of the desired ratios can be done in particular by a corresponding choice of the cross-sectional area of the incoming focused Total fluid flow, the shape and dimensions of the swirl chamber and the Cross-sectional area of the outlet for the mixture formed from the Vortex chamber can be reached.

Vorzugsweise werden Fluidströme mit jeweils einer Breite im Bereich von 1 µm bis 1 mm und einer Tiefe im Bereich von 10 µm bis 10 mm zusammengeführt.Fluid streams each having a width in the range of 1 μm are preferred up to 1 mm and a depth in the range of 10 µm to 10 mm merged.

Bevorzugt werden die vereinigten Fluidströme derart fokussiert, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des fokussierten Gesamtfluidstroms zu der Summe der Querschnittsflächen der zusammenzuführenden Fluidströme jeweils senkrecht zur Strömungsrichtung im Bereich von 1 zu 1,5 bis 1 zu 500, vorzugsweise im Bereich von 1 zu 2 bis 1 zu 50, liegt. Je kleiner das Verhältnis ist, desto stärker wird die Lamellenbreite reduziert und desto stärker wird die Fließgeschwindigkeit erhöht, mit der der fokussierte Gesamtfluidstrom als Fluidstrahl in die Wirbelkammer eingeleitet wird. Gemäß einer Ausführungsvariante weist der fokussierte Gesamtfluidstrom einen über seine Länge gleichbleibenden Querschnitt auf. Nach einer anderen Ausführungsvariante nimmt die Querschnittsfläche des fokussierten Gesamtfluidstroms vom Bereich des Zusammenführens der Fluidströme hin zur Einmündung in die Wirbelkammer ab, wobei obiges Verhältnis für den Bereich mit kleinster Querschnittsfläche gilt.The combined fluid flows are preferably focused such that the Ratio of the cross-sectional area of the focused total fluid flow to that Sum of the cross-sectional areas of the fluid flows to be combined in each case perpendicular to the flow direction in the range from 1 to 1.5 to 1 to 500, preferably in the range from 1 to 2 to 1 to 50. The smaller that Ratio, the more the slat width is reduced and the stronger the flow rate is increased at which the focused total fluid flow is introduced as a fluid jet into the swirl chamber. According to one The focused total fluid flow has one over its Constant cross-section. Another one Design variant takes the cross-sectional area of the focused Total fluid flow from the area where the fluid flows converge Confluence with the vortex chamber, with the above ratio for the area with the smallest cross-sectional area applies.

Bevorzugt liegt das Verhältnis der Länge des fokussierten Gesamtfluidstroms zu seiner Breite im Bereich von 1 zu 1 bis 30 zu 1, vorzugsweise im Bereich 1,5 zu 1 bis 10 zu 1. Hierbei soll der fokussierte Gesamtfluidstrom möglichst ausreichend lang sein, um eine ausreichend fokussierende Wirkung unter Beibehaltung der laminaren Strömungsverhältnisse zu erzwingen. Jedoch sollte der fokussierte Gesamtfluidstrom kurz ausgebildet werden, um im Hinblick auf einen geringen Druckverlust und eine kompakte Bauform den Gesamtfluidstrom möglichst rasch als Fluidstrahl in die Wirbelkammer einleiten zu können.The ratio of the length of the focused total fluid flow to its width is preferably in the range from 1 to 1 to 30 to 1, preferably in the range 1 , 5 to 1 to 10 to 1. Here, the focused total fluid flow should be as long as possible to ensure a sufficiently focused one Force effect while maintaining the laminar flow conditions. However, the focused total fluid flow should be made short in order to be able to introduce the total fluid flow as quickly as possible as a fluid jet into the swirl chamber with a view to a low pressure drop and a compact design.

Vorteilhaft besitzt die Wirbelkammer in der Ebene der Fluidspirale eine im wesentlichen runde oder ovale Form, um ein Ausbilden der Fluidspirale bei laminaren Strömungsverhältnissen und geringem Druckverlust zu ermöglichen.The vortex chamber advantageously has an im in the plane of the fluid spiral substantially round or oval shape to form a fluid spiral to enable laminar flow conditions and low pressure loss.

Nach einer Ausführungsform wird der fokussierte Gesamtfluidstrom in spitzem Winkel oder bevorzugt tangential in die Wirbelkammer eingeleitet, insbesondere um möglichst viele Windungen der Fluidspirale zu generieren, und um Totwasserbereiche, d. h. Bereich, die nicht ständig durchströmt werden, zu vermeiden.In one embodiment, the focused total fluid flow becomes acute Introduced into the vortex chamber at an angle or preferably tangentially, in particular to generate as many turns of the fluid spiral as possible, and around dead water areas, i.e. H. Area that does not flow continuously be avoided.

Bei der Kontaktierung nicht mischbarer Fluide (z. B. flüssig-gasförmig) kann es günstig sein, die disperse Phase in einem steileren Winkel als die kontinuierliche Phase in die Wirbelkammer einströmen zu lassen. Durch eine benachbarte tangentiale Einströmung der kontinuierlichen Phase können entstehende Tropfen oder Blasen abgeschert werden, wodurch man kleinere Tropfen/Blasen erhält. Da im Falle der Mischung flüssiger und gasförmiger Fluide die Flüssigkeit eine wesentlich höhere Masse als das Gas aufweist, wird die Spiralbildung durch die Einleitung der Gase in einem steileren Winkel nur wenig gestört.When contacting immiscible fluids (e.g. liquid-gaseous), it can be favorable, the disperse phase at a steeper angle than that to let the continuous phase flow into the swirl chamber. By a neighboring tangential inflow of the continuous phase can resulting drops or bubbles are sheared off, which makes smaller ones Receives drops / bubbles. Because in the case of mixing liquid and gaseous Fluids the liquid has a much higher mass than the gas the spiral formation only by introducing the gases at a steeper angle little disturbed.

Es kann von Vorteil sein, in die vereinigten Fluidströme und/oder in die Wirbelkammer ein weiteres Fluid einzuleiten. Das weitere Fluid kann einen die Mischung stabilisierenden Hilfsstoff, beispielsweise einen Emulgator, aufweisen. Es ist auch denkbar, daß die Fluidströme bereits einen solchen Hilfsstoff beigemischt enthalten. It may be advantageous to use the combined fluid flows and / or the Vortex chamber to introduce another fluid. The other fluid can one Mixture stabilizing auxiliary, for example an emulsifier, exhibit. It is also conceivable that the fluid flows already have one Additive added.  

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die ersten beiden Verfahrensschritte an mindestens zwei räumlich getrennten Orten jeweils gleichzeitig durchgeführt und die so erhaltenen fokussierten Gesamtfluidströme in einer Ebene der Wirbelkammer derart eingeleitet, daß sich eine gemeinsame nach innen strömende Fluidspirale bildet, die aus mindestens zwei einzelnen ineinanderliegenden Fluidspiralen gebildet wird. Die sich ausbildenden Fluidspiralen liegen derart gemeinsam in einer Ebene und um ein Zentrum, daß die jeweiligen Windungen benachbart zueinander liegen. So resultiert bei beispielsweise zwei oder drei eingeleiteten fokussierten Gesamtfluidströmen eine Art Doppel- oder Dreifachspirale.According to a preferred embodiment, the first two Method steps in at least two spatially separate locations each performed simultaneously and the focused total fluid flows thus obtained initiated in a plane of the vortex chamber in such a way that a common inward flowing fluid spiral that consists of at least two individual fluid spirals lying in one another is formed. The developing ones Fluid spirals lie together in one plane and around a center, that the respective turns are adjacent to each other. This results in for example two or three initiated total focused fluid flows a kind of double or triple spiral.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die ersten beiden Verfahrensschritte an mindestens zwei räumlich getrennten Orten jeweils gleichzeitig durchgeführt und die somit erhaltenen fokussierten Gesamtfluidströme in unterschiedlichen Ebenen der Wirbelkammer derart zugeführt, daß sich übereinanderliegende nach innen strömende Fluidspiralen bilden.In a further preferred embodiment, the first two Method steps in at least two spatially separate locations each carried out simultaneously and the focused thus obtained Total fluid flows in different levels of the swirl chamber supplied that superimposed fluid spirals flowing inward form.

So ist es beispielsweise möglich in einer ersten Ebene einen oder mehrere fokussierte Gesamtgasströme und Gesamtflüssigkeitsströme abwechselnd benachbart in die Wirbelkammer einzuleiten und in den darauffolgenden Ebenen jeweils weitere Gesamtflüssigkeitsströme in die Wirbelkammer einzuleiten. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß die Höhe der Wirbelkammer vergrößert wird, wobei sich z. B. der Auslaß am Boden und die Einlässe nahe der Decke der Wirbelkammer befinden, so daß der ebenen Fluidbewegung eine vertikale Bewegung überlagert wird. Anstatt spiralförmiger Trajektorien werden helikale Trajektorien erhalten. Dadurch kann z. B. die Verweil- und Kontaktzeit von Gasblasen in bzw. mit einer Flüssigphase erhöht werden. Werden in den weiteren nach unten folgenden Ebenen weitere Gesamtfluidströme in die Wirbelkammer eingeleitet, so bilden diese weniger Windungen bis zur Ableitung aus der Wirbelkammer aus. Durch diese Ausführungform wird durch die Verlängerung des Fluidstroms und der höheren Anzahl an Windungen der sich ausbildenden Fluidspirale eine noch größere Verweilzeit der Gesamtfluidströme in der Wirbelkammer erreicht.For example, it is possible to have one or more in a first level focused total gas flows and total liquid flows alternately initiate adjacent in the vortex chamber and in the subsequent ones Levels of additional total liquid flows into the swirl chamber initiate. This can be achieved, for example, in that the height the swirl chamber is enlarged, z. B. the outlet at the bottom and the inlets are located near the ceiling of the swirl chamber so that the level Fluid movement is superimposed on a vertical movement. Instead of helical trajectories are obtained. Thereby can e.g. B. the residence and contact time of gas bubbles in or with a Liquid phase can be increased. Will be following in the further down Levels further total fluid flows introduced into the swirl chamber, so form these fewer turns until they are discharged from the vortex chamber. By  this embodiment is the extension of the fluid flow and a higher number of turns of the fluid spiral that forms greater residence time of the total fluid flows in the swirl chamber reached.

Besonders vorteilhaft werden die fokussierten Gesamtfluidströme symmetrisch in einer oder mehreren Ebenen um die Wirbelkammer verteilt in diese eingeleitet. Die einzuleitenden Gesamtfluidströme können die gleichen Fluide oder auch unterschiedliche Fluide aufweisen, die dann erst in dem gemeinsamen Raum kontaktiert und gemischt werden. Die zuvor beschriebenen unterschiedlichen Ausführungen können analog auch bei dieser Ausführungsform vorteilhaft eingesetzt werden.The focused total fluid flows are particularly advantageously symmetrical distributed in one or more levels around the vortex chamber initiated. The total fluid flows to be introduced can be the same fluids or also have different fluids, which then only in the common space can be contacted and mixed. The previously described Different versions can also be used for this Embodiment can be used advantageously.

In einer weiteren Ausführungsform werden die fokussierten Gesamtfluidströme in unterschiedlichen Winkeln in die Wirbelkammer eingeleitet. Besonders vorteilhaft wird diese Ausführungsform zum Mischen von Gasen mit Flüssigkeiten in der Wirbelkammer eingesetzt. Hierbei werden die Gesamtgasströme in einem steileren Winkel als die Gesamtflüssigkeitsströme in die Wirbelkammer eingeleitet, wobei die Gesamtflüssigkeitsströme auch gas­ flüssig-Dispersionen aufweisen können. Hierdurch werden die in die Wirbelkammer einströmenden Gesamtgasströme von den Gesamtflüssigkeitsströmen in kleine Gasbläschen zerteilt.In another embodiment, the total fluid flows are focused introduced into the swirl chamber at different angles. Especially This embodiment is advantageous for mixing gases with Liquids used in the swirl chamber. Here, the Total gas flows at a steeper angle than the total liquid flows in the vortex chamber is initiated, the total liquid flows also gas can have liquid dispersions. As a result, the in the Total gas flows flowing in from the vortex chamber Total liquid flows divided into small gas bubbles.

Der erfindungsgemäße statische Mikrovermischer zum Mischen mindestens zweier Fluide ist gekennzeichnet durch eine Wirbelkammer, in die der Fokussierungskanal derart einmündet, daß der fokussierte Gesamtfluidstrom als Fluidstrahl eintritt unter Ausbildung einer nach innen strömenden Fluidspirale, und mindestens einen mit der Wirbelkammer fluidisch in Verbindung stehenden Auslaßkanal zum Ableiten der gebildeten Mischung. The static micromixer according to the invention for mixing at least two fluids is characterized by a swirl chamber into which the Focusing channel opens in such a way that the focused total fluid flow as Fluid jet enters, forming an inward flowing fluid spiral, and at least one fluidly connected to the swirl chamber standing outlet channel for discharging the mixture formed.  

Die Vielzahl abwechselnd benachbarter Fluidkanäle weist vorzugsweise eine Breite im Bereich von 1 µm bis 1 mm und eine Tiefe im Bereich von 10 µm bis 10 mm zur getrennten Zuführung der Fluide als Fluidströme auf.The plurality of alternately adjacent fluid channels preferably has one Width in the range of 1 µm to 1 mm and depth in the range of 10 µm up to 10 mm for separate supply of the fluids as fluid flows.

Die Einlaßkammer, in die die Fluidkanäle einmünden, dient dem Zusammenführen der Vielzahl getrennter Fluidströme der beiden Fluide. Der Fokussierungskanal ist zum Abführen der in der Einlaßkammer vereinigten Fluidströme unter Ausbildung eines fokussierten Gesamtfluidstroms fluidisch mit der Einlaßkammer verbunden. Der Fokussierungskanal mündet derart in die Wirbelkammer ein, daß der fokussierte Gesamtfluidstrom als Fluidstrahl eintritt unter Ausbildung einer konzentrisch nach Innen strömenden Fluidspirale. Der mindestens eine mit der Wirbelkammer fluidisch in Verbindung stehende Auslaßkanal dient zum Ableiten der gebildeten Mischung.The inlet chamber, into which the fluid channels open, serves the Merging the plurality of separate fluid flows of the two fluids. The Focusing channel is used to discharge those united in the inlet chamber Fluid flows fluidly to form a focused total fluid flow connected to the inlet chamber. The focusing channel opens in such a way the vortex chamber that the focused total fluid flow as a fluid jet occurs with the formation of a concentrically flowing inward Fluid spiral. The at least one fluidically in with the swirl chamber Connected outlet channel is used to discharge the mixture formed.

Bezüglich der mit diesem Mikrovermischer verbundenen Vorteile wird auf obige Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere zu geringem Druckverlust, Erhöhung der für die schnellere diffusive Mischung zur Verfügung stehenden Kontaktfläche und kleine Bauform verwiesen.Regarding the benefits associated with this micromixer, reference is made to The above statements on the method according to the invention, in particular regarding low pressure drop, increase that for faster diffusive mixing available contact area and small design.

Die schnelle Mischung wird durch die Erzeugung sehr dünner Fluidlamellen und damit durch eine Reduktion des Diffusionswegs erreicht. Die Fluidlamellen werden der Wirbelkammer zugeführt, die eine weitere Reduktion des Diffusionswegs durch Verkippung der Fluidlamellen und Verringerung der Lamellenbreite bewirkt. Die Wirbelkammer kann relativ großskalig ausgelegt werden (großer Durchmesser, große Höhe), dennoch werden sehr dünne Lamellen erzeugt. Der Druckverlust in der Wirbelkammer kann durch den großen hydraulischen Durchmesser gering gehalten werden. Nur die Einschnürung durch den Fokussierungskanal trägt zum Druckverlust bei. Diese Einschnürung kann jedoch sehr lokal, d. h. auf einer sehr kleinen Strömungslänge, geschehen, so daß es nur zu einem moderaten Druckverlust kommt. The rapid mixing is achieved by creating very thin fluid lamellae and thus achieved by reducing the diffusion path. The Fluid fins are fed to the swirl chamber, which is a further reduction the diffusion path by tilting the fluid lamellae and reducing the Slat width causes. The swirl chamber can be designed to be relatively large become (large diameter, high height), yet become very thin Slats produced. The pressure loss in the swirl chamber can be caused by the large hydraulic diameter can be kept low. Only that Constriction through the focusing channel contributes to pressure loss. This However, constriction can be very local, i.e. H. on a very small one Flow length, happen so that there is only a moderate pressure drop comes.  

Vorzugsweise weist die Einlaßkammer eine den Fluidkanälen gegenüberliegende, konkave Wand auf, in die der Fokussierungskanal vorteilhafterweise mittig einmünde.The inlet chamber preferably has one of the fluid channels opposite, concave wall into which the focusing channel advantageously open in the middle.

Durch die konkave Wand wird ein rasches Zusammenführen verbunden mit einer Fokussierung und Abführen in den Fokussierungskanal unter Erhalt der Fluidlamellen erreicht.Due to the concave wall, a quick merging is connected with a focusing and discharge into the focusing channel while maintaining the Fluid fins reached.

Es ist jedoch auch denkbar, die vereinigten Fluidlamellen allmählich auf den Fokussierungskanal zuzuführen, wozu die Einlaßkammer in zumindest einer in Strömungsrichtung Ebene dreieckförmig-zulaufend oder trichterförmig ausgebildet ist.However, it is also conceivable to gradually bring the combined fluid lamellae onto the Supply focusing channel, for which purpose the inlet chamber in at least one in Flow direction level triangular-tapered or funnel-shaped is trained.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einlaßkammer einen in Strömungsrichtung konstanten Querschnitt auf. Eine Fokussierung findet in der Einlaßkammer dann nicht statt, sondern erst in dem Fokussierungskanal, der beispielsweise einen sich verjüngenden Querschnitt in Strömungsrichtung aufweisen kann. In diesem Fall wird vorzugsweise der Querschnitt der Eintrittsöffnung des Fokussierungskanals dem Querschnitt der Einlaßkammer entsprechen.According to a further embodiment, the inlet chamber has an in Flow direction constant cross section. A focus takes place in the Then the inlet chamber does not take place, but only in the focusing channel for example a tapering cross-section in the direction of flow can have. In this case, the cross section of the Inlet opening of the focusing channel the cross section of the inlet chamber correspond.

Der Fokussierungskanal kann in Strömungsrichtung auch einen konstanten Querschnitt aufweisen, was insbesondere dann eingesetzt wird, wenn die Einlaßkammer bereits eine Fokussierung gewährleistet, so daß die Fokussierung in dem Fokussierungskanal lediglich fortgeführt wird.The focusing channel can also be constant in the direction of flow Have cross-section, which is used in particular when the Inlet chamber already ensures focusing so that the Focusing is only continued in the focusing channel.

Zwei bevorzugte Ausführungsformen, wie die Fluidkanäle in die Einlaßkammer einmünden, sind eine zueinander parallele Ausrichtung und eine radial in Richtung Einlaßkammer zulaufende Ausrichtung. Two preferred embodiments, such as the fluid channels in the Open inlet chamber are a parallel alignment and one Alignment radially towards the inlet chamber.  

Im Sinne einer einfachen technischen Realisierung ist es von Vorteil, wenn die Fluidkanäle, die Einlaßkammer, der Fokussierungskanal und/oder die Wirbelkammer die gleiche Tiefe aufweisen. Hierbei ist es ebenfalls von Vorteil, wenn die Einmündungen der Fluidkanäle zumindest im Bereich der Einlaßkammer in einer Ebene liegen.In the sense of a simple technical implementation, it is advantageous if the Fluid channels, the inlet chamber, the focusing channel and / or the Vortex chamber have the same depth. Here it is also from Advantage if the openings of the fluid channels at least in the area of Inlet chamber lie in one plane.

Bevorzugt ist der Fokussierungskanal derart ausgebildet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des Fokussierungskanals zu der Summe der Querschnittsflächen der in die Einlaßkammer einmündenden Fluidkanäle jeweils senkrecht zur Kanalachse im Bereich von 1 zu 1,5 bis 1 zu 500, vorzugsweise im Bereich von 1 zu 2 bis 1 zu 50, liegt. Hierdurch wird ein im Vergleich zur vorgegebenen Breite der Fluidkanäle weiteres Reduzieren der Lamellenbreite und/oder Querschnittsfläche und damit einhergehend ein Erhöhen der Fließgeschwindigkeit erzielt. Gemäß einer Ausführungsvariante weist der Fokussierungskanal über seine gesamte Länge einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt auf.The focusing channel is preferably designed such that the ratio the cross-sectional area of the focusing channel to the sum of the Cross-sectional areas of the fluid channels opening into the inlet chamber each perpendicular to the channel axis in the range from 1 to 1.5 to 1 to 500, preferably in the range from 1 to 2 to 1 to 50. As a result, an im Compared to the predetermined width of the fluid channels further reduce the Slat width and / or cross-sectional area and associated therewith Increased flow rate achieved. According to a variant the focusing channel essentially has one over its entire length constant cross section.

Nach einer anderen Ausführungsvariante nimmt die Querschnittsfläche des Fokussierungskanals von der Einlaßkammer hin zur Wirbelkammer ab, wobei obiges Verhältnis der Querschnittsflächen für den Bereich mit kleinster Querschnittsfläche anzuwenden ist. Die Querschnittsfläche des Fokussierungskanals im Bereich der Einmündung in die Wirbelkammer bestimmt mit die Breite und damit die Anzahl der Windungen des spiralförmig gewundenen Fluidstroms. Vorteilhaft ist das Verhältnis der Breite des in die Wirbelkammer einmündenden Fokussierungskanals zum Durchmesser der Wirbelkammer in der Ebene, in der sich die Fluidspirale ausbildet, kleiner oder gleich 1 zu 10.According to another embodiment variant, the cross-sectional area of the Focusing channel from the inlet chamber to the swirl chamber, whereby above ratio of cross-sectional areas for the area with the smallest Cross-sectional area is to be applied. The cross-sectional area of the Focusing channel in the area where it opens into the swirl chamber determines with the width and thus the number of turns of the spiral convoluted fluid flow. The ratio of the width of the in is advantageous Vortex chamber opening focusing channel to the diameter of the Vortex chamber smaller in the plane in which the fluid spiral is formed or equal to 1 in 10.

Bevorzugt liegt das Verhältnis der Länge des Fokussierungskanals zu seiner Breite zumindest im Bereich der Einmündung in die Wirbelkammer im Bereich von 1 zu 1 bis 30 zu 1, vorzugsweise im Bereich von 1,5 zu 1 bis 10 zu 1. The ratio of the length of the focusing channel to its is preferably Width at least in the area of the confluence with the swirl chamber from 1 to 1 to 30 to 1, preferably in the range from 1.5 to 1 to 10 to 1.  

Hierbei wird die Länge des Fokussierungskanals vorteilhaft so gewählt, daß ein Fokussieren auf kleine Fluidlamellenbreiten unter Erhalt der Fluidlamellen sowie im Sinne eines geringen Druckverlusts ein rasches Einleiten in die Wirbelkammer erfolgt.Here, the length of the focusing channel is advantageously chosen so that a Focus on small fluid lamella widths while maintaining the fluid lamella and in the sense of a low pressure drop, a quick introduction into the Whirl chamber occurs.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Fokussierungskanal in einem spitzen Winkel oder tangential in die Wirbelkammer einmündend angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere ein Einleiten des Fluidlamellenstroms unter Beibehaltung laminarer Strömungsverhältnisse und ein Ausbilden einer Fluidspirale mit einer Vielzahl von Windungen.In a preferred embodiment, the focusing channel is in one arranged at an acute angle or tangent to the vortex chamber. In particular, this allows the fluid lamella flow to be introduced below Maintaining laminar flow conditions and forming one Fluid spiral with a large number of turns.

Bevorzugt weist die Wirbelkammer in einer Ebene, in der der Fokussierungskanal liegt, einen im wesentlichen runden oder ovalen Querschnitt auf. Hierdurch werden Totwasserbereiche vermieden. Besonders bevorzugt weist die Wirbelkammer eine im wesentlichen zylindrische Form auf. Vorteilhaft ist hierbei die Höhe des Fokussierungskanals, zumindest im Bereich der Einmündung, kleiner oder gleich der Höhe der Wirbelkammer.The vortex chamber preferably points in a plane in which the Focus channel is an essentially round or oval Cross section on. Dead water areas are thereby avoided. Especially the vortex chamber preferably has an essentially cylindrical shape on. The height of the focusing channel is advantageous here, at least in Area of the confluence, less than or equal to the height of the swirl chamber.

Der oder die Auslaßkanäle münden vorzugsweise unter- und/oder oberhalb eines zentralen Bereichs, insbesondere im Bereich des Mittelpunkts, in die Wirbelkammer. Die Querschnittsfläche des oder der Auslaßkanäle ist vorteilhaft im Vergleich zum Durchmesser der Wirbelkammer und zur Querschnittsfläche des einmündenden Fokussierungskanals so bemessen, daß sich eine Fluidspirale mit einer Vielzahl von Windungen ausbilden kann. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des Durchmessers des Auslaßkanals zum Durchmesser der Wirbelkammer kleiner gleich 1 zu 5.The outlet channel or channels preferably open below and / or above a central area, especially in the area of the center, into the Vortex chamber. The cross-sectional area of the outlet channel or channels is advantageous compared to the diameter of the swirl chamber and Cross-sectional area of the opening focusing channel dimensioned so that a fluid spiral with a large number of turns can form. The ratio of the diameter of the outlet channel to is preferably The diameter of the vortex chamber is 1 to 5 or less.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform münden in die Einlaßkammer, den Fokussierungskanal oder die Wirbelkammer ein oder mehrere Zuführungskanäle zum Zuführen eines weiteren Fluids ein. Solche Fluide können einen die Mischung stabilisierenden Hilfsstoff, beispielsweise einen Emulgator, aufweisen. Vorteilhaft münden die Zuführungskanäle tangential in die Wirbelkammer, so daß zwischen benachbarte Windungen der Fluidspirale jeweils ein Strom des weiteren fluid liegt. Besonders vorteilhaft münden beim Zuführen eines gasförmigen, weiteren Fluids in eine mindestens eine Flüssigkeit enthaltende Fluidspirale in der Wirbelkammer die Zuführkanäle für das weitere Fluid nicht tangential, sondern in einem steileren Winkel in die Wirbelkammer. Auf diese Weise wird das zugeführte Gas von der Fluidspirale in kleine Gasbläschen zerteilt und fein verteilt.According to a further embodiment, the Focusing channel or the vortex chamber one or more Supply channels for supplying another fluid. Such fluids can be an auxiliary stabilizing the mixture, for example one  Emulsifier. The feed channels advantageously open tangentially the vortex chamber, so that between adjacent turns of the fluid spiral in each case there is a stream of the further fluid. Mouth particularly advantageous Feeding a gaseous, further fluid into at least one Fluid-containing fluid spiral in the vortex chamber the supply channels for the other fluid is not tangential, but at a steeper angle Vortex chamber. In this way, the supplied gas from the fluid spiral divided into small gas bubbles and finely distributed.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Vielzahl benachbarter Fluidkanäle, die Einlaßkammer, in die die Fluidkanäle einmünden, und der mit der Einlaßkammer fluidisch in Verbindung stehende Fokussierungskanal jeweils zwei oder mehrfach vorhanden und die zwei oder mehr Fokussierungskanäle münden in einer Ebene in die eine gemeinsame Wirbelkammer ein. Die Fokussierungskanäle münden derart, in spitzem Winkel oder bevorzugt tangential in die Wirbelkammer ein, daß die Fluidstrahlen entsprechend zwei oder mehr benachbart zueinander konzentrisch nach Innen strömende Fluidspiralen bilden. Die Fokussierungskanäle sind hierbei vorteilhaft in einer Ebene äquidistant um die gemeinsame Wirbelkammer einmündend angeordnet. Die zwei oder mehrfach vorhandene Vielzahl von benachbarten Fluidkanälen, Einlaßkammern und Fokussierungskanälen sind räumlich voneinander getrennt angeordnet und lediglich über die gemeinsame Wirbelkammer fluidisch miteinander in Verbindung. Diese Strukturen können der Zuführung der gleichen Fluide, beispielsweise zweifach der Fluide A, B, oder aber auch unterschiedlicher Fluide, beispielsweise die Fluide A, B und C, D, dienen.According to a further embodiment, the plurality are adjacent Fluid channels, the inlet chamber into which the fluid channels open, and with the focusing chamber fluidly connected to the inlet chamber two or more each and the two or more Focusing channels flow into one level in one plane Vortex chamber. The focusing channels open out in such a way Angles or preferably tangentially into the swirl chamber that the Fluid jets corresponding to two or more adjacent to one another concentrically Form fluid spirals flowing inwards. The focus channels are advantageous in one plane equidistant from the common Eddy chamber arranged at the mouth. The two or more Variety of adjacent fluid channels, inlet chambers and Focusing channels are arranged and separated from each other only fluidly in with each other via the common swirl chamber Connection. These structures can supply the same fluids, for example twice the fluids A, B, or different Fluids, for example fluids A, B and C, D, are used.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Vielzahl benachbarter Fluidkanäle, die Einlaßkammer, in die die Fluidkanäle einmünden, und der mit der Einlaßkammer fluidisch in Verbindung stehende Fokussierungskanal jeweils zwei oder mehrfach vorhanden und die zwei oder mehr Fokussierungskanäle münden in mehreren Ebenen in die eine gemeinsame Wirbelkammer ein.In a further preferred embodiment, the plurality are adjacent Fluid channels, the inlet chamber into which the fluid channels open, and with the focusing chamber fluidly connected to the inlet chamber two or more each and the two or more  Focusing channels flow into one at several levels Vortex chamber.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform münden die Fokussierungskanäle für die Gesamtfluidströme in unterschiedlichen Winkeln in die Wirbelkammer ein. Diese Ausführungsform wird insbesondere für das Mischen von fokussierten Gesamtgasströmen mit Gesamtfluidströmen, die mindestens eine Flüssigkeit enthalten, in der Wirbelkammer verwendet. Die Zuführkanäle für die Gesamtgasströme münden in diesem Fall in einem spitzeren Winkel als die Zuführkanäle für die mindestens eine Flüssigkeit enthaltenden Gesamtfluidströme in die Wirbelkammer ein. Auf diese Weise werden die in steilem eingeleiteten Gesamtgasströme von den in spitzerem Winkeln eingeleiteten Gesamtflüssigkeitsströmen in feine Gasbläschen zerteilt.In a further advantageous embodiment, the Focus channels for the total fluid flows at different angles into the vortex chamber. This embodiment is particularly for Mixing focused total gas streams with total fluid streams contain at least one liquid used in the swirl chamber. The In this case, feed channels for the total gas flows open into one more acute angle than the feed channels for the at least one liquid containing total fluid flows into the swirl chamber. In this way The total gas flows introduced in steep are of the in more acute Total liquid flows introduced into fine gas bubbles.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Fluidführungsstrukturen als Ausnehmungen und/oder Durchbrüche in Platten aus einem für die zu mischenden Fluide ausreichend inerten Material eingebracht. Ausnehmungen, wie beispielweise Nuten oder Sacklöcher, sind in einer Ebene sowie senkrecht hierzu von Material umgeben. Durchbrüche, wie beispielsweise Schlitze oder Löcher, gehen dagegen durch das Material hindurch, d. h. sind nur in einer Ebene seitlich von dem Material umgeben. Die offenen Strukturen der Ausnehmungen und Durchbrüche werden durch Stapelung mit weiteren Platten zu Fluidführungsstrukturen, wie Fluidkanälen und -kammern, wobei die den Plattenstapel fluidisch dicht nach Außen abschließenden Deck und/oder Bodenplatten Zuführungen für die beiden Fluide und/oder mindestens eine Abführung für die gebildete Mischung aufweisen.According to a further preferred embodiment, the Fluid guide structures as recesses and / or openings in plates from a material which is sufficiently inert for the fluids to be mixed brought in. Recesses, such as grooves or blind holes, are in one level and perpendicular to it surrounded by material. Breakthroughs like slots or holes, for example, go through the material through, d. H. are only laterally surrounded by the material in one plane. The open structures of the recesses and breakthroughs are made by Stacking with further plates to form fluid guide structures, such as fluid channels and chambers, the plate stack being fluidly tight to the outside final deck and / or floor panel inlets for the two Fluids and / or at least one discharge for the mixture formed exhibit.

In einer Variante dieser Ausführungsform sind die Strukturen der Fluidkanäle, der Einlaßkammer, des Fokussierungskanals und der Wirbelkammer als Ausnehmungen und/oder Durchbrüche in mindestens einer als Mischerplatte dienenden Platte eingebracht. Die offenen Strukturen der Mischerplatte sind durch eine fluidisch dicht mit der Mischerplatte verbundene Deck- und Bodenplatte abgeschlossen.In a variant of this embodiment, the structures of the fluid channels are the inlet chamber, the focusing channel and the swirl chamber as Recesses and / or openings in at least one as a mixer plate  serving plate introduced. The open structures of the mixer plate are through a cover and fluidically tightly connected to the mixer plate Base plate completed.

Gemäß einer weiteren Variante dieser bevorzugten Ausführungsform weist der statische Mikrovermischer zwischen der Mischerplatte und der Bodenplatte eine mit diesen in Verbindung stehende fluidisch dicht angeordnete Verteilerplatte zum getrennten Zuführen der Fluide von den Zuführungen in der Bodenplatte zu den Fluidkanälen der Mischerplatte auf. Hierzu weist die Verteilerplatte vorteilhaft je zuzuführendem Fluid eine Reihe von Löchern auf, wobei jedes Loch genau einem Fluidkanal zugeordnet ist. So dient bei zwei Fluiden die erste Reihe der Zuführung des ersten Fluids und die zweite Reihe der Zuführung des zweiten Fluids.According to a further variant of this preferred embodiment, the static micromixers between the mixer plate and the base plate one connected to them in a fluid-tight manner Distribution plate for separately supplying the fluids from the inlets the base plate to the fluid channels of the mixer plate. The Distributor plate advantageously has a number of holes for each fluid to be supplied, each hole being assigned to exactly one fluid channel. So serve with two Fluids the first row of the supply of the first fluid and the second row the supply of the second fluid.

Als geeignete Materialien kommen in Abhängigkeit von den verwendeten Fluiden unterschiedliche Materialien, wie beispielsweise Polymermaterialien, Metalle, Legierungen, Gläser, Quarzglas, Keramik oder Halbleitermaterialien, wie Silizium, in Frage. Bevorzugt sind Platten einer Stärke von 10 µm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 50 µm bis 1 mm. Geeignete Verfahren zum fluidisch dichten Verbinden der Platten miteinander sind beispielsweise aneinander Pressen, Verwenden von Dichtungen, Kleben oder anodisches Bonden.Suitable materials come depending on the ones used Fluids different materials, such as polymer materials, Metals, alloys, glasses, quartz glass, ceramics or semiconductor materials, like silicon, in question. Plates with a thickness of 10 μm to 5 mm are preferred, particularly preferably from 50 μm to 1 mm. Suitable procedures for For example, fluid-tight connection of the plates to one another pressing together, using seals, gluing or anodizing Bonding.

Als Verfahren zur Strukturierung der Platten kommen bekannte feinwerk- und mikrotechnische Herstellungsverfahren in Frage, wie beispielsweise Laserablatieren, Funkenerodieren, Spritzgießen, Prägen oder galvanisches Abscheiden. Geeignet sind auch LIGA-Verfahren, die zumindest die Schritte des Strukturierens mit energiereicher Strahlung und galvanisches Abscheiden und ggf. Abformen umfassen. Known precision engineering and microtechnical manufacturing processes in question, such as Laser ablation, spark erosion, injection molding, stamping or galvanic Deposition. Also suitable are LIGA processes that include at least the steps structuring with high-energy radiation and galvanic deposition and possibly include impressions.  

Das erfindungsgemäße Verfahren und der statische Mikrovermischer werden vorteilhaft zur Durchführung chemischer Umsetzungen von zwei oder mehr Stoffen verwendet, wobei beide Stoffe in einem eingeleiteten Fluid oder der erste Stoff in einem ersten Fluid und der zweite Stoff in einem weiteren Fluid enthalten sind. Hierzu sind in den statischen Mikrovermischer vorteilhaft Mittel zur Steuerung der chemischen Umsetzung integriert, wie beispielsweise Temperatur- oder Drucksensoren, Durchflußmesser, Heizelemente, Verweilrohre oder Wärmetauscher. Diese Mittel können bei einem statischen Mikrovermischer auf Platten mit den Fluidführungsstrukturen oder weiteren ober- und/oder unterhalb angeordneten und mit diesen funktionell in Verbindung stehenden Platten angeordnet sein. Zur Durchführung heterogen katalysierter chemischer Umsetzungen kann das Material des statischen Mikrovermischers auch katalytisches Material aufweisen.The inventive method and the static micromixer advantageous for carrying out chemical reactions of two or more Substances used, both substances in an introduced fluid or the first substance in a first fluid and the second substance in a further fluid are included. For this purpose, static micromixers are advantageous Integrated means for controlling the chemical implementation, such as Temperature or pressure sensors, flow meters, heating elements, Indwelling tubes or heat exchangers. These funds can be used for a static Micromixers on plates with the fluid guide structures or others arranged above and / or below and functional with these Connected plates can be arranged. To be carried out heterogeneously catalyzed chemical reactions can be the material of the static Micromixer also have catalytic material.

Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Mikrovermischer zur Herstellung einer gas-flüssig- Dispersion verwendet, wobei mindestens ein eingeleiteter Gesamtfluidstrom ein Gas oder ein gas-Gemisch und mindestens ein weiterer eingeleiteter Gesamtfluidstrom eine Flüssigkeit, ein Flüssigkeitsgemisch, eine Lösung, eine Dispersion oder eine Emulsion enthält.The inventive method and the Micromixer according to the invention for producing a gas-liquid Dispersion used, wherein at least one total fluid flow introduced Gas or a gas mixture and at least one other introduced Total fluid flow a liquid, a liquid mixture, a solution, a Contains dispersion or an emulsion.

Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen statischen Mikrovermischers an Hand von Zeichnungen exemplarisch erläutert. Es zeigenBelow are embodiments of the static according to the invention Micromixer exemplified using drawings. Show it

Fig. 1a einen statischen Mikrovermischer, bestehend aus einer Deckplatte, Mischerplatte, Verteilerplatte und Bodenplatte jeweils voneinander getrennt in perspektivischer Darstellung, FIG. 1a is a static micromixer, consisting of a cover plate, the mixing plate, distributor plate and base plate in each case separated from one another in a perspective view;

Fig. 1b eine bevorzugte Mischerplatte nach Fig. 1a in Draufsicht, FIG. 1b shows a preferred mixer plate of Fig. 1a in top view,

Fig. 2 eine weitere bevorzugte Mischerplatte in Draufsicht, Fig. 2 shows another preferred mixer plate in top view,

Fig. 3 eine weitere bevorzugte Mischerplatte in Draufsicht, Fig. 3 shows a further preferred mixing plate in top view,

Fig. 4 eine weitere bevorzugte in der Draufsicht, Fig. 4 shows a further preferred in plan view,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch einen statischen Mikrovermischer gemäß einer weiteren Ausführungsform. Fig. 5 is a partial section through a static micromixer according to another embodiment.

Die Fig. 1a zeigt einen statischen Mikrovermischer 1 mit einer Deckplatte 21, einer Mischerplatte 20, einer Verteilerplatte 26 und einer Bodenplatte 22 jeweils voneinander getrennt in perspektivischer Darstellung.The Fig. 1a shows a static micromixer 1 with a cover plate 21, a mixer plate 20, a manifold plate 26 and a bottom plate 22 separated from each other in a perspective view.

Die Deckplatte 21, die Mischerplatte 20, die Verteilerplatte 26 und die Bodenplatte 22 weisen jeweils eine Zuführung 23, 23', 23" für das Fluid A und eine Zuführung 24, 24', 24" für das Fluid B in Form einer Bohrung auf. Die Bohrungen sind derart angeordnet, daß beim Übereinanderstapeln der Platten die Zuführungen 23, 23', 23", 24, 24', 24" mit den Zuführungsstrukturen 23''', 24''' der Bodenplatte 22 fluidisch in Verbindung stehen. Die Zuführung 23''' für das Fluid A und die Zuführung 24''' für das Fluid B sind in Form von Nuten 123a, b, 124a, b derart auf der Bodenplatte 22 angeordnet, daß das Fluid A zu der Verteilerstruktur 27 und das Fluid B zu der Verteilerstruktur 28 der darüber liegenden Verteilerplatte 26 ohne wesentliche Druckverluste geleitet werden kann. Von den Zuführungsstrukturen 23''', 24''' führen Verbindungsnuten 123a, 124a zu Verteilernuten 123b, 124b, wobei sich die Verbindungsnut 124b trichterförmig erweitert. Die Verteilerplatte 26 weist eine Verteilerstruktur 27 für das Fluid A und eine Verteilerstruktur 28 für das Fluid B jeweils in Form einer Reihe von durch die Platte hindurchgehenden Löchern auf, die über den Verteilernuten 123b und 124b liegen. The cover plate 21 , the mixer plate 20 , the distributor plate 26 and the base plate 22 each have a feed 23 , 23 ', 23 "for the fluid A and a feed 24 , 24 ', 24 " for the fluid B in the form of a bore. The bores are arranged such that when the plates are stacked one above the other, the feeds 23 , 23 ', 23 ", 24 , 24 ', 24 " are in fluid communication with the feed structures 23 ''', 24 ''' of the base plate 22 . The feed 23 '''for the fluid A and the feed 24 ''' for the fluid B are arranged in the form of grooves 123 a, b, 124a, b in such a way on the base plate 22 that the fluid A to the distributor structure 27 and the fluid B can be directed to the distributor structure 28 of the distributor plate 26 lying above it without substantial pressure losses. From the feed structures 23 ″ ″, 24 ″ ″, connecting grooves 123 a, 124 a lead to distributor grooves 123 b, 124 b, the connecting groove 124 b expanding in a funnel shape. The distributor plate 26 has a distributor structure 27 for the fluid A and a distributor structure 28 for the fluid B each in the form of a series of holes passing through the plate, which lie above the distributor grooves 123 b and 124 b.

Die in Fig. 1b in Draufsicht gezeigte Mischerplatte 20 weist Fluidkanäle 2, 3, eine Einlaßkammer 4, einen Fokussierungskanal 5 und eine Wirbelkammer 6 auf. Die Abführung 25 in Form einer Bohrung in der Deckplatte 21 ist derart angeordnet, daß beim Übereinanderstapeln der Platten die Abführung 25 mit einem zentralen Bereich der Wirbelkammer 6 der Mischerplatte 20 fluidisch in Verbindung steht. Die Kanäle 2 für das Fluid A weisen eine kleinere Länge als die Kanäle 3 für das Fluid B auf. Die Kanäle 2, 3 sind in ihrer von der Einlaßkammer 4 abgewandten Seite parallel zueinander ausgerichtet, wobei die Kanäle 2 für das Fluid A abwechselnd benachbart mit den Kanälen 3 für das Fluid B liegen. In einem Übergangsbereich verringert sich der Abstand der Kanäle untereinander in Richtung Einlaßkammer 4. Im Bereich der Einmündung in die Einlaßkammer 4 sind die Kanäle 2, 3 wiederum parallel zueinander ausgerichtet. Um einen gleichmäßigen Volumenstrom über alle Kanäle 2, 3 für jeweils ein Fluid zu erreichen, weisen die Kanäle 2, 3 jeweils untereinander die gleiche Länge auf. Dies führt dazu, daß die von der Eintrittskammer 4 entfernt liegenden Enden der Fluidkanäle 2, 3 jeweils auf einem Bogen liegen. Die Bohrungen der Verteilerstrukturen 27, 28 der Verteilerplatte 26 sind ebenfalls jeweils in einem Bogen derart angeordnet, daß die Enden der Kanäle 2, 3 jeweils fluidisch mit einer Bohrung kontaktiert werden. Die Einlaßkammer 4, in die die Fluidkanäle 2, 3 einmünden, weist in der Ebene der Fluidkanäle eine konkave Form auf. Im mittleren Bereich der konkaven Wand 8, die den Einmündungen der Fluidkanäle 2, 3 gegenüberliegt, geht die Einlaßkammer 4 in den Fokussierungskanal 5 über. Der Fokussierungskanal 5 mündet tangential in die Wirbelkammer 6 ein, die von einer in der Ebene der Mischerplatte 20 kreisrunden Kammer gebildet ist. Die Strukturen der Fluidkanäle 2, 3, der Einlaßkammer 4, des Fokussierungskanals 5 und der Wirbelkammer 6 sind durch das Material der Mischerplatte 20 hindurchgehende Durchbrüche gebildet, wodurch diese Strukturen die gleiche Tiefe aufweisen. Durch die darunterliegende Verteilerplatte 26 und die darüberliegende Deckplatte 21 werden diese zu zwei Seiten hin offenen Strukturen unter Bildung von Kanälen bzw. Kammern abgedeckt. The mixer plate 20 shown in plan view in FIG. 1 b has fluid channels 2 , 3 , an inlet chamber 4 , a focusing channel 5 and a swirl chamber 6 . The discharge 25 in the form of a bore in the cover plate 21 is arranged such that when the plates are stacked one above the other the discharge 25 is in fluid communication with a central region of the swirl chamber 6 of the mixer plate 20 . The channels 2 for the fluid A have a smaller length than the channels 3 for the fluid B. The channels 2 , 3 are oriented parallel to one another in their side facing away from the inlet chamber 4 , the channels 2 for the fluid A alternately lying adjacent to the channels 3 for the fluid B. In a transition region, the distance between the channels decreases in the direction of the inlet chamber 4 . In the area of the opening into the inlet chamber 4 , the channels 2 , 3 are again aligned parallel to one another. In order to achieve a uniform volume flow over all channels 2 , 3 for one fluid each, the channels 2 , 3 each have the same length among themselves. This results in that the side remote from the inlet chamber 4 ends of the fluid channels 2, 3 are each lie on an arc. The bores of the distributor structures 27 , 28 of the distributor plate 26 are also each arranged in an arc in such a way that the ends of the channels 2 , 3 are each contacted fluidically with a bore. The inlet chamber 4 , into which the fluid channels 2 , 3 open, has a concave shape in the plane of the fluid channels. In the central region of the concave wall 8 , which lies opposite the openings of the fluid channels 2 , 3 , the inlet chamber 4 merges into the focusing channel 5 . The focusing channel 5 opens tangentially into the swirl chamber 6 , which is formed by a chamber which is circular in the plane of the mixer plate 20 . The structures of the fluid channels 2 , 3 , the inlet chamber 4 , the focusing channel 5 and the swirl chamber 6 are formed through openings through the material of the mixer plate 20 , as a result of which these structures have the same depth. The underlying distribution plate 26 and the overlying cover plate 21 cover these structures, which are open on two sides, to form channels or chambers.

Beim betriebsfertigen Mikrovermischer 1 sind die hier voneinander getrennt dargestellten Platten 21, 20, 26 und 22 übereinander gestapelt und fluidisch dicht miteinander verbunden wodurch die offenen Strukturen, wie Nuten 23''', 24''' und Durchbrüche 2, 3, 4, 5 und 6, unter Bildung von Kanälen und Kammern abgedeckt sind. Der so erhaltene Stapel aus den Platten 21, 20, 26 und 22 kann in ein Mischergehäuse aufgenommen sein, das geeignete fluidische Anschlüsse für die Zuführung von zwei Fluiden und die Abführung des Fluidgemischs aufweist. Darüber hinaus kann durch das Gehäuse eine Anpresskraft auf den Plattenstapel zum fluidisch dichten Verbinden aufgebracht werden. Es ist auch denkbar, den Plattenstapel als Mikrovermischer 1 ohne Gehäuse zu betreiben, wozu mit den Zuführungen 23, 24 und der Abführung 25 der Deckplatte 21 vorteilhaft fluidische Anschlüsse, beispielsweise Schlauchtüllen, verbunden sind.In the ready-to-use micromixer 1 , the plates 21 , 20 , 26 and 22 shown here separately from one another are stacked one above the other and fluidly connected to one another, as a result of which the open structures, such as grooves 23 ''', 24 ''' and openings 2 , 3 , 4 , 5 and 6 , are covered to form channels and chambers. The stack of plates 21 , 20 , 26 and 22 thus obtained can be accommodated in a mixer housing which has suitable fluid connections for the supply of two fluids and the discharge of the fluid mixture. In addition, the housing can be used to apply a contact pressure to the plate stack for fluid-tight connection. It is also conceivable to operate the plate stack as a micro-mixer 1 without a housing, for which purpose fluidic connections, for example hose nozzles, are advantageously connected to the inlets 23 , 24 and the outlet 25 of the cover plate 21 .

Beim eigentlichen Mischvorgang wird in die Zuführungsbohrung 23 und in die Zuführungsbohrung 24 der Deckplatte 21 jeweils ein Fluid A und ein Fluid B eingeleitet. Diese Fluide strömen jeweils durch die Zuführungsstrukturen 23', 23", 23''' und 24', 24", 24''' der Platten 20, 26 und 22 und werden von dort gleichmäßig jeweils in die als Bohrungen ausgebildeten Verteilerstrukturen 27 und 28 verteilt. Von den Bohrungen der Verteilerstruktur 27 strömt das Fluid A in die exakt darüber angeordneten Kanäle 2 der Mischerplatte 20. Ebenso gelangt das Fluid B von den Bohrungen der Verteilerstruktur 28 in die exakt darüber angeordneten Kanäle 3. Die in den Fluidkanälen 2, 3 getrennt geführten Fluidströme A, B werden in der Einlaßkammer 4 zusammengeführt unter Bildung abwechselnd benachbarter Fluidlamellen der Folge ABAB. Bedingt durch die halbkonkave Form der Einlaßkammer 4 werden die vereinigten Fluidströme rasch in den Fokussierungskanal 5 überführt. Der so gebildete fokussierte Gesamtfluidstrom wird tangential in die Wirbelkammer 6 als Fluidstrahl eingeleitet. Es bildet sich in der Wirbelkammer 6 eine konzentrisch nach innen strömende Fluidspirale 100 aus. Die gebildete Mischung der Fluide A, B wird durch die sich über dem Mittelpunkt der Wirbelkammer 6 befindliche Abführungsbohrung 25 der Deckplatte 21 abgeleitet.During the actual mixing process, a fluid A and a fluid B are introduced into the feed bore 23 and into the feed bore 24 of the cover plate 21 . These fluids each flow through the feed structures 23 ', 23 ", 23 ''' and 24 ', 24 ", 24 ''' of the plates 20 , 26 and 22 and from there are uniformly in each case into the distributor structures 27 and 28 designed as bores distributed. The fluid A flows from the bores of the distributor structure 27 into the channels 2 of the mixer plate 20 arranged exactly above it. Likewise, the fluid B passes from the bores of the distributor structure 28 into the channels 3 arranged exactly above it. The fluid flows A, B, which are conducted separately in the fluid channels 2 , 3 , are brought together in the inlet chamber 4 to form alternately adjacent fluid lamellae of the sequence ABAB. Due to the semi-concave shape of the inlet chamber 4 , the combined fluid flows are quickly transferred into the focusing channel 5 . The focused total fluid flow thus formed is introduced tangentially into the swirl chamber 6 as a fluid jet. A fluid spiral 100 flowing concentrically inwards is formed in the swirl chamber 6 . The mixture of fluids A, B formed is discharged through the discharge bore 25 of the cover plate 21 located above the center of the swirl chamber 6 .

Die Fig. 2 zeigt eine Mischerplatte 20 mit drei in eine gemeinsame Wirbelkammer 16 einmündenden Fokussierungskanälen 5, 15, 35 in Draufsicht. Die Fokussierungskanäle 5, 15, 35 stehen jeweils mit einer Einlaßkammer 4, 14, 34 fluidisch in Verbindung, in die die abwechselnd benachbarten Fluidkanäle 2, 3; 12, 13; 32, 33 einmünden. Der Übersichtlichkeit halber sind die Fluidkanäle 2, 3; 12, 13; 32, 33 gegenüber der Anordnung in Fig. 1b vereinfacht dargestellt. Im Gegensatz zur Mischerplatte 20 nach Fig. 1b sind hier die Einlaßkammern 4, 14, 34 in der Ebene der Mischerplatte 20 trichterförmig von den Einmündungen der Fluidkanäle 2, 3; 12, 13; 32, 33 auf den Fokussierungskanal 5, 15, 35 zulaufend ausgebildet. Die Fokussierungskanäle 5, 15, 35 selbst verengen sich in ihrer Breite bis hin zur Einmündung in die gemeinsame Wirbelkammer 16. Die der Zuführung der einzelnen und der vereinigten Fluidströme dienenden Anordnungen aus Fluidkanälen 2, 3; 12, 13; 32, 33, aus Einlaßkammern 4, 14, 34 und Fokussierungskanälen 5, 15, 35 sind am Umfang der in der gezeigten Ebene kreisrunden gemeinsamen Wirbelkammer 16 derart äquidistant angeordnet, daß die Fokussierungskanäle 5, 15, 35 tangential in diese einmünden. In der über der Mischplatte 20 befindlichen Deckplatte und über dem Mittelpunkt der gemeinsamen Wirbelkammer ist ein Auslaßkanal 7 angeordnet, dessen Lage hier mit einer gestrichelten kreisrunden Linie angedeutet ist. Die getrennte Zuführung der Fluide in die Fluidkanäle erfolgt durch eine Boden- und Verteilerplatte analog der in der in Fig. 1a gezeigten Anordnung. Die Zuführungen können so ausgelegt sein, daß den Fluidkanälen 2, 12, 32 für das eine Fluid und den Fluidkanälen 3, 13, 33 für das weitere Fluid jeweils das gleiche Fluid zugeführt wird, so daß der statische Mikrovermischer zur Vermischung zweier Fluide verwendbar ist. Es ist jedoch auch denkbar die Zuführungen so auszulegen, daß mit dem Mikrovermischer drei oder mehr Fluide gemischt werden können. Hier bieten sich unterschiedlichste Möglichkeiten der Zuführung an. Als ein Beispiel wird hier die Ausbildung von Fluidlamellen der Abfolge ABACAB in der gemeinsamen Wirbelkammer 16 erläutert. FIG. 2 shows a mixer plate 20 with three focusing channels 5 , 15 , 35 opening into a common swirl chamber 16 in a top view. The focusing channels 5 , 15 , 35 are each in fluid communication with an inlet chamber 4 , 14 , 34 into which the alternatingly adjacent fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 ; 32 , 33 merge. For the sake of clarity, the fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 ; 32 , 33 compared to the arrangement in Fig. 1b shown in simplified form. In contrast to the mixer plate 20 according to FIG. 1b, the inlet chambers 4 , 14 , 34 in the plane of the mixer plate 20 are funnel-shaped from the openings of the fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 ; 32 , 33 formed tapering to the focusing channel 5 , 15 , 35 . The focusing channels 5 , 15 , 35 themselves narrow in width up to the point where they join the common swirl chamber 16 . The arrangements of the fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 ; 32 , 33 , from inlet chambers 4 , 14 , 34 and focusing channels 5 , 15 , 35 are arranged equidistantly on the circumference of the common vortex chamber 16, which is circular in the plane shown, such that the focusing channels 5 , 15 , 35 open tangentially into them. An outlet channel 7 is arranged in the cover plate located above the mixing plate 20 and above the center of the common swirl chamber, the position of which is indicated here by a dashed circular line. The separate supply of the fluids into the fluid channels takes place through a base and distributor plate analogous to the arrangement shown in FIG. 1a. The feeds can be designed in such a way that the fluid channels 2 , 12 , 32 for one fluid and the fluid channels 3 , 13 , 33 for the other fluid are each supplied with the same fluid, so that the static micromixer can be used to mix two fluids. However, it is also conceivable to design the feeds in such a way that three or more fluids can be mixed with the micromixer. A wide variety of feeding options are available here. The formation of fluid lamellae of the sequence ABACAB in the common swirl chamber 16 is explained here as an example.

Die Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine Mischerplatte 20 mit einer Wirbelkammer 16, in die zwei Fokussierungskanäle 5, 15 und zwei Zuführkanäle 9a, 9b einmünden. Die Fokussierungskanäle 5, 15 stehen jeweils mit einer Einlaßkammer 4, 14 fluidisch in Verbindung, in die die abwechselnd benachbarten Fluidkanäle 2, 3; 12, 13 einmünden. Auch hier sind der Übersichtlichkeit halber die Fluidkanäle 2, 3; 12, 13 gegenüber der Anordnung in Fig. 1b vereinfacht dargestellt. Im Gegensatz zur Mischerplatte 20 nach Fig. 1b sind hier die Einlaßkammern 4, 14 in der Ebene der Mischerplatte 20 trichterförmig von den Einmündungen der Fluidkanäle 2, 3; 12, 13 auf den Fokussierungskanal 5, 15 zulaufend ausgebildet. Die Fokussierungskanäle 5, 15 selbst verengen sich in ihrer Breite bis hin zur Einmündung in die gemeinsame Wirbelkammer 16. Die der Zuführung der einzelnen und der vereinigten Fluidströme dienenden Anordnungen aus Fluidkanälen 2, 3; 12, 13, aus Einlaßkammern 4, 14 Fokussierungskanälen 5, 15 und Zuführkanälen 9a, 9b sind äquidistant am Umfang der in der gezeigten Ebene kreisrunden gemeinsamen Wirbelkammer 16 derart angeordnet, daß die Fokussierungskanäle 5, 15 und die Zuführkanäle 9a, 9b jeweils abwechselnd tangential in diese einmünden. In der über der Mischplatte 20 befindlichen Deckplatte und über dem Mittelpunkt der gemeinsamen Wirbelkammer ist ein Auslaßkanal 7 angeordnet, dessen Lage hier mit einer gestrichelten kreisrunden Linie angedeutet ist. Die getrennte Zuführung der Fluide in die Fluidkanäle und die Zuführkanäle 9a, 9b erfolgt durch eine Boden- und Verteilerplatte analog der in der in Fig. 1a gezeigten Anordnung. Die Zuführungen können so ausgelegt sein, daß den Fluidkanälen 2, 12 ein erstes Fluid, den Fluidkanälen 3, 13 ein zweites Fluid und den Zuführkanälen 9a, 9b ein drittes Fluid, beispielsweise ein Hilfsstoff, zugeführt wird, so daß der statische Mikrovermischer zur Vermischung zweier Fluide unter gleichzeitiger Zugabe eines die Mischung stabilisierenden Hilfsstoffes verwendbar ist. Auch in diesem Ausführungsbeipiel ist es denkbar die Zuführungen so auszulegen, daß mit dem Mikrovermischer drei oder mehr Fluide unter gleichzeitiger Zugabe eines die Mischungstabilisierenden Hilfsstoffes gemischt werden können. Hier bieten sich unterschiedlichste Möglichkeiten der Zuführung an. Als ein Beispiel wird hier die Ausbildung von Fluidlamellen der Abfolge ABACAD in der gemeinsamen Wirbelkammer 16 erläutert. Fig. 3 shows in plan view a mixing plate 20 with a swirl chamber 16 into which two focusing channels 5, 15 and two supply ducts 9 a, 9 b open out. The focusing channels 5 , 15 are each in fluid communication with an inlet chamber 4 , 14 into which the alternately adjacent fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 merge. For the sake of clarity, the fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 compared to the arrangement in Fig. 1b shown in simplified form. In contrast to the mixer plate 20 according to FIG. 1b, the inlet chambers 4 , 14 are funnel-shaped in the plane of the mixer plate 20 from the openings of the fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 designed tapering to the focusing channel 5 , 15 . The focusing channels 5 , 15 themselves narrow in width up to the point where they enter the common swirl chamber 16 . The arrangements of the fluid channels 2 , 3 ; 12 , 13 , from inlet chambers 4 , 14 focusing channels 5 , 15 and feed channels 9 a, 9 b are arranged equidistantly on the circumference of the circular vortex chamber 16, which is circular in the plane shown, such that the focusing channels 5 , 15 and the feed channels 9 a, 9 b open alternately tangentially into these. An outlet channel 7 is arranged in the cover plate located above the mixing plate 20 and above the center of the common swirl chamber, the position of which is indicated here by a dashed circular line. The separate supply of the fluids into the fluid channels and the supply channels 9 a, 9 b takes place through a base and distributor plate analogous to the arrangement shown in FIG. 1a. The feeds can be designed so that the fluid channels 2 , 12 a first fluid, the fluid channels 3 , 13 a second fluid and the feed channels 9 a, 9 b, a third fluid, for example an auxiliary, is supplied so that the static micromixer for Mixing two fluids with the simultaneous addition of an auxiliary stabilizing the mixture can be used. In this exemplary embodiment, too, it is conceivable to design the feeds in such a way that three or more fluids can be mixed with the micromixer with the simultaneous addition of an auxiliary agent which stabilizes the mixture. A wide variety of feeding options are available here. As an example, the formation of fluid lamellae of the sequence ABACAD in the common swirl chamber 16 is explained here.

Die Fig. 4 zeigt eine Mischerplatte 20 zur Herstellung von gas-flüssig- Dispersionen mit vier in eine gemeinsame Wirbelkammer 16 einmündenden Fokussierungskanälen 5, 15, 35, 45 in Draufsicht. Im Gegensatz zur Mischerplatte 20 nach Fig. 2 münden zwei Fokussierungskanäle 15, 45 für die Einleitung von Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsmischungen annähernd tangential und zwei weitere Fokussierungskanäle 5, 35 für die Einleitung von Gasen oder Gasgemischen in einem steileren Winkel in die Wirbelkammer 6 ein. Die Fokussierungskanäle 5, 15, 35, 45 stehen jeweils mit einer Einlaßkammer 4, 14, 34, 44 fluidisch in Verbindung, in die die abwechselnd benachbarten Fluidkanäle 2, 3, 32, 33, 42, 43, 52, 53 einmünden. Der Übersichtlichkeit halber sind die Fluidkanäle 2, 3, 32, 33, 42, 43, 52, 53 auch in dieser Figur gegenüber der Anordnung in Fig. 1b vereinfacht dargestellt. FIG. 4 shows a mixer plate 20 for producing gas-liquid dispersions with four focusing channels 5 , 15 , 35 , 45 opening into a common swirl chamber 16 in a top view. In contrast to the mixer plate 20 according to FIG. 2, two focusing channels 15 , 45 for the introduction of liquids or liquid mixtures open approximately tangentially and two further focusing channels 5 , 35 for the introduction of gases or gas mixtures into the swirl chamber 6 at a steeper angle. The focusing channels 5 , 15 , 35 , 45 are each in fluid communication with an inlet chamber 4 , 14 , 34 , 44 , into which the alternately adjacent fluid channels 2 , 3 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 open. For the sake of clarity, the fluid channels 2 , 3 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 are also shown in simplified form in this figure compared to the arrangement in FIG. 1b.

Die Fig. 5 zeigt einen Teilschnitt durch einen statischen Mikrovermischer 1, der eine zylindrische Wirbelkammer 116 aufweist, in die eine Vielzahl von Fokussierungskanälen 105, 105'-105''', 115, 115'-115''', 135, 135-135''' in mehreren Ebenen im wesentlichen tangential münden. Hierzu sind mehrere Mischerplatten 120, 121, 122 unter Zwischenlegen von Distanzplatten 125 übereinander gestapelt. . The Figure 5 shows a partial section through a static micromixer 1, which has a cylindrical vortex chamber 116, in which a plurality of focusing channels 105, 105 '- 105' '', 115, 115 '- 115' '', 135, 135- 135 '''essentially tangential in several planes. For this purpose, several mixer plates 120 , 121 , 122 are stacked one above the other with spacer plates 125 interposed.

Die Zuführung unterschiedlicher Gesamtfluidströme in die Wirbelkammer 116 erfolgt alternierend über die Fokussierungskanäle einer Ebene oder alternierend über die Fokussierungskanäle unterschiedlicher Ebenen. Um die Ausbildung spiraliger Strömungsmuster zu unterstützen, werden die Fluidströme annähernd tangential in die Wirbelkammer 116 eingeleitet. Die Zuführung der vereinigten Fluidströme von den Einlaßkammern in die Fokussierungskanäle erfolgt durch senkrechte Bohrungen durch die Mischer- und Distanzplatten 120, 121, 122 bzw. 125. Die Bohrungen durchdringen eine definierte Zahl von Misch- und Distanzplatten und stellen so die fluidische Verbindung zu einer spezifischen Ebene von Fokussierungskanälen her. Die Abführung der Fluidströme aus der Wirbelkammer findet über einen zentralen Auslaß an der unteren Stirnfläche der Wirbelkammer statt. Dadurch wird der Strömung eine Geschwindigkeitskomponente entlang der Zylinderachse überlagert und es kommt zur Ausbildung helikaler statt spiralförmiger Stromlinien.Different total fluid flows are fed into the swirl chamber 116 alternately via the focusing channels of one level or alternately via the focusing channels of different levels. In order to support the formation of spiral flow patterns, the fluid flows are introduced into the swirl chamber 116 approximately tangentially. The combined fluid flows from the inlet chambers into the focusing channels are supplied through vertical bores through the mixer and spacer plates 120 , 121 , 122 and 125 . The holes penetrate a defined number of mixing and spacing plates and thus establish the fluidic connection to a specific level of focusing channels. The discharge of the fluid flows from the swirl chamber takes place via a central outlet on the lower end face of the swirl chamber. As a result, a velocity component is superimposed on the flow along the cylinder axis and helical rather than spiral streamlines are formed.

Ausführungsbeispielembodiment

Der in den Fig. 1a und 1b dargestellte statische Mikrovermischer wurde mittels mikrostrukturierter Glasplatten realisiert. Die Mischerplatte 20 und die Verteilerplatte 26 wiesen jeweils eine Stärke von 150 µm und die abschließenden Bodenplatte 22 und Deckplatte 21 jeweils eine Stärke von 1 mm auf. Als Zuführungen 23, 23', 23", 24, 24', 24" in der Deckplatte 21, der Mischerplatte 20 und der Verteilerplatte 26 wurden Bohrungen mit einem Durchmesser von 1,6 mm gewählt. Die Verteilerplatte 26 wies als Verteilerstrukturen 27, 28 zwei Reihen von je 15 Langlöchern einer Länge von 0,6 mm und einer Breite von 0,2 mm auf. Die Fluidkanäle 2, 3 der Mischerplatte 20 wiesen eine Breite von 60 µm bei einer Länge von 11,3 mm bzw. einer Länge von 7,3 mm auf. Im Bereich der Einmündung der Kanäle 2, 3 in die Einlaßkammer 4 wiesen die sich zwischen den Kanälen 2, 3 befindenden Stege eine Breite von 50 µm auf. Die Breite der Einlaßkammer 4 im Bereich der Einmündung der Fluidkanäle 2, 3 reduzierte sich von 4,3 mm hin zur gegenüberliegenden Seite auf eine Breite des Fokussierungskanals von 0,5 mm. Da alle Strukturen der Mischerplatte 20 als Durchbrüche realisiert wurden, weisen die Fluidkanäle 2, 3, die Einlaßkammer 4, der Fokussierungskanal 5 und die Wirbelkammer 6 eine Tiefe auf, die gleich der Stärke der Mischerplatte von 150 µm ist. Die Länge der Einlaßkammer 4, d. h. der Abstand zwischen der Einmündung der Fluidkanäle 2, 3 und der Einmündung des Fokussierungskanals 5, betrug nur 2,5 mm, um ein rasches Ableiten und Fokussieren der vereinigten Fluidströme zu ermöglichen. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Fokussierungskanals zu der Summe der Querschnittsflächen der Fludikanäle 2, 3 betrug damit 1 zu 3,6. Mit einer Länge von 2,5 mm des Fokussierungskanals 5 wurde ein Verhältnis von Länge zu Breite von 5 zu 1 erzielt. Der Fokussierungskanal 5 ging in Längserstreckung in die kanalartig ausgebildete Wirbelkammer 6 einer Länge von 24,6 mm und einer Breite von 2,8 mm über. Der Öffnungswinkel der Seitenflächen der Wirbelkammern 6 im Übergangsbereich zwischen der Wirbelkammer 6 und des Fokussierungskanals 5 betrug 126,7°. Die vier in der Fig. 1a dargestellten Platten besaßen eine Außenabmessung von 26 × 76 mm. Die Platten wurden fotolithographisch unter Verwendung von fotostrukturierbarem Glas mittels eines Verfahrens, wie es in Microelectronic Engineering 30 (1996), S. 497-504 beschrieben ist, strukturiert. Die Platten wurden durch anodisches Bonden fluidisch dicht miteinander verbunden. The static micromixer shown in FIGS. 1a and 1b was realized by means of microstructured glass plates. The mixer plate 20 and the distributor plate 26 each had a thickness of 150 μm and the final base plate 22 and cover plate 21 each had a thickness of 1 mm. Bores with a diameter of 1.6 mm were selected as feeders 23 , 23 ', 23 ", 24 , 24 ', 24 " in the cover plate 21 , the mixer plate 20 and the distributor plate 26 . The distributor plate 26 had two rows of 15 elongated holes each with a length of 0.6 mm and a width of 0.2 mm as distributor structures 27 , 28 . The fluid channels 2 , 3 of the mixer plate 20 had a width of 60 μm with a length of 11.3 mm and a length of 7.3 mm. In the area of the opening of the channels 2 , 3 into the inlet chamber 4, the webs located between the channels 2 , 3 had a width of 50 μm. The width of the inlet chamber 4 in the region of the mouth of the fluid channels 2 , 3 was reduced from 4.3 mm to the opposite side to a width of the focusing channel of 0.5 mm. Since all structures of the mixer plate 20 have been realized as openings, the fluid channels 2 , 3 , the inlet chamber 4 , the focusing channel 5 and the swirl chamber 6 have a depth which is equal to the thickness of the mixer plate of 150 μm. The length of the inlet chamber 4 , ie the distance between the confluence of the fluid channels 2 , 3 and the confluence of the focusing channel 5 , was only 2.5 mm in order to enable the combined fluid streams to be quickly derived and focused. The ratio of the cross-sectional area of the focusing channel to the sum of the cross-sectional areas of the fludica channels 2 , 3 was thus 1 to 3.6. With a length of 2.5 mm of the focusing channel 5 , a ratio of length to width of 5 to 1 was achieved. The focusing channel 5 merged longitudinally into the channel-like swirl chamber 6 with a length of 24.6 mm and a width of 2.8 mm. The opening angle of the side surfaces of the swirl chambers 6 in the transition area between the swirl chamber 6 and the focusing channel 5 was 126.7 °. The four plates shown in FIG. 1a had an outer dimension of 26 × 76 mm. The plates were structured photolithographically using photostructurable glass using a method as described in Microelectronic Engineering 30 ( 1996 ), pp. 497-504. The plates were fluidly sealed together by anodic bonding.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Statischer Mikrovermischer
Static micromixer

22

Fluidkanal für Fluid a
Fluid channel for fluid a

33

Fluidkanal für Fluid b
Fluid channel for fluid b

44

Einlaßkammer
inlet chamber

55

Fokussierungskanal
focusing channel

66

Wirbelkammer
swirl chamber

77

Auslasskanal
exhaust port

88th

Konkave Wand
Concave wall

99

a, a,

99

b Zuführkanal
b feed channel

1212

Fluidkanal für Fluid a
Fluid channel for fluid a

1313

Fluidkanal für Fluid b
Fluid channel for fluid b

1414

Einlaßkammer
inlet chamber

1515

Fokussierungskanal
focusing channel

1616

Wirbelkammer
swirl chamber

2020

Mischerplatte
mixer plate

2121

Deckplatte
cover plate

2222

Bodenplatte
baseplate

2323

Zuführung für Fluid a
Fluid supply a

2424

Zuführung für Fluid b
Fluid supply b

2525

Abführung
removal

2626

Verteilerplatte
distribution plate

2727

Verteilerstruktur für Fluid a
Distribution structure for fluid a

2828

Verteilerstruktur für Fluid b
Distribution structure for fluid b

3232

Fluidkanal für Fluid a
Fluid channel for fluid a

3333

Fluidkanal für Fluid b
Fluid channel for fluid b

3434

Einlaßkammer
inlet chamber

3535

Fokussierungskanal
focusing channel

4242

Fluidkanal für Fluid c
Fluid channel for fluid c

4343

Fluidkanal für Fluid d
Fluid channel for fluid d

4444

Einlaßkammer
inlet chamber

4545

Fokussierungskanal
focusing channel

5252

Fluidkanal für Fluid c
Fluid channel for fluid c

5353

Fluidkanal für Fluid d
Fluid channel for fluid d

5555

Fokussierungskanal
focusing channel

100100

Fluidspirale
fluid spiral

105105

, .

105105

' Fokussierungskanal
'' Focusing channel

115115

, .

115115

' Fokussierungskanal
'' Focusing channel

116116

Wirbelkammer
swirl chamber

120120

Mischerplatte
mixer plate

121121

Mischerplatte
mixer plate

122122

Mischerplatte
mixer plate

123123

Nut
123a, b Verbindungsnut
groove
123a, b connecting groove

123123

a Verteilernut
a distributor groove

123123

b Verteilernut
b Distribution groove

124124

Nut
groove

124124

a Verbindungsnut
a connecting groove

125125

Distanzplatte
spacer plate

135135

, .

135135

' Fokussierungskanal
'' Focusing channel

Claims (32)

1. Verfahren zum Mischen mindestens zweier Fluide, das folgende Schritte umfaßt:
  • - Zusammenführen einer Vielzahl getrennter Fluidströme der beiden Fluide unter Bildung abwechselnd benachbarter Fluidlamellen der beiden Fluide,
  • - Abführen der vereinigten Fluidlamellen unter Ausbildung eines fokussierten Gesamtfluidstroms,
  • - Einleiten des fokussierten Gesamtfluidstroms als Fluidstrahl in eine Wirbelkammer unter Ausbildung einer nach innen strömenden Fluidspirale,
  • - Ableiten der gebildeten Mischung aus dem Zentrum der Fluidspirale.
1. A method for mixing at least two fluids, comprising the following steps:
  • Bringing together a plurality of separate fluid flows of the two fluids to form alternately adjacent fluid lamellae of the two fluids,
  • Removal of the combined fluid lamellae with formation of a focused total fluid flow,
  • Introducing the focused total fluid flow as a fluid jet into a swirl chamber, forming an inward flowing fluid spiral,
  • - Deriving the mixture formed from the center of the fluid spiral.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fluidströme der beiden Fluide mit jeweils einer Breite im Bereich von 1 µm bis 1 mm und einer Tiefe im Bereich von 10 µm bis 10 mm unter Bildung von Fluidlamellen zusammengeführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that fluid flows of the two fluids, each with a width in the range from 1 µm to 1 mm and a depth in the range of 10 µm to 10 mm with formation be brought together by fluid lamellae. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vereinigten Fluidlamellen derart fokussiert werden, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des fokussierten Gesamtfluidstroms zu der Summe der Querschnittsflächen der zusammenzuführenden Fluidlamellen jeweils senkrecht zur Strömungsrichtung im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 500, vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 50, liegt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the united fluid lamellae are focused so that the ratio the cross-sectional area of the focused total fluid flow to the Sum of the cross-sectional areas of the merged Fluid lamellae each perpendicular to the flow direction in the range of 1: 1.5 to 1: 500, preferably in the range from 1: 2 to 1:50.   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des fokussierten Gesamtfluidstroms zu seiner Breite im Bereich von 1 : 1 bis 30 : 1, vorzugsweise im Bereich von 1,5 : 1 zu 10 : 1, liegt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the ratio of the length of the focused Total fluid flow across its width in the range of 1: 1 to 30: 1, preferably in the range from 1.5: 1 to 10: 1. 5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der fokussierte Gesamtfluidstrom in eine Wirbelkammer (6) eingeleitet wird, die in der Ebene der sich ausbildenden Fluidspirale eine im wesentlichen runde oder ovale Form besitzt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the focused total fluid flow is introduced into a swirl chamber ( 6 ) which has a substantially round or oval shape in the plane of the fluid spiral being formed. 6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der fokussierte Gesamtfluidstrom in einem spitzen Winkel oder bevorzugt tangential in die Wirbelkammer (6) eingeleitet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the focused total fluid flow is introduced at an acute angle or preferably tangentially into the swirl chamber ( 6 ). 7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die vereinigten Fluidlamellen oder in den fokussierten Gesamtfluidstrom oder in die Wirbelkammer (6) ein weiteres Fluid, beispielsweise ein einen die Mischung stabilisierenden Hilfsstoff aufweisendes Fluid, eingeleitet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the combined fluid lamellae or in the focused total fluid flow or in the swirl chamber ( 6 ) a further fluid, for example a fluid having a mixture stabilizing auxiliary, is introduced. 8. Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden ersten Verfahrensschritte an mindestens zwei räumlich getrennten Orten jeweils gleichzeitig durchgeführt werden und die so erhaltenen fokussierten Gesamtfluidströme in eine Ebene der Wirbelkammer derart eingeleitet werden, daß sich eine gemeinsame nach innen strömende Fluidspirale bildet, die aus mindestens zwei einzelnen ineinanderliegenden Fluidspiralen gebildet wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the first two process steps on at least two spatially separate locations are carried out simultaneously and the focused total fluid flows thus obtained into a plane of Vertebral chamber are initiated such that there is a common inward flowing fluid spiral that consists of at least two individual fluid spirals lying one inside the other is formed.   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden ersten Verfahrensschritte an mindestens zwei räum­ lich getrennten Orten jeweils gleichzeitig durchgeführt werden und die somit erhaltenen fokussierten Gesamtfluidströme in unterschiedlichen Ebenen der Wirbelkammer derart zugeführt werden, daß sich überein­ anderliegende nach innen strömende Fluidspiralen bilden.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in net that the first two process steps on at least two rooms Lich separate locations are carried out simultaneously and the thus obtained total focused fluid flows in different Levels of the vortex chamber are fed in such a way that they match form other inward flowing fluid spirals. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden zwei- oder mehrfach durchgeführten Verfahrensschritten gleiche und/oder unterschiedliche Fluide verwendet werden.10. The method according to any one of claims 8 or 9, characterized characterized in that carried out two or more times in the two Process steps used the same and / or different fluids become. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden zwei- oder mehrfach durchgeführten Verfahrensschritten gleiche und/oder unterschiedliche Gesamtfluidströme in unterschiedlichen Winkeln in die Wirbelkammer (6, 16) eingeleitet werden.11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the same and / or different total fluid flows are introduced at different angles into the swirl chamber ( 6 , 16 ) in the two process steps carried out two or more times. 12. Statischer Mikrovermischer (1) zum Mischen mindestens zweier Fluide mit
einer Vielzahl abwechselnd benachbarter Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) zur getrennten Zuführung der Fluide als Fluidlamellen,
mindestens einer Einlaßkammer (4, 34, 44), in die die Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) einmünden, und
einem mit der Einlaßkammer (4, 34, 44) fluidisch in Verbindung stehenden Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') zum Abführen der in der Einlaßkammer (4, 14, 34, 44) vereinigten Fluidlamellen unter Ausbildung eines fokussierten Gesamtfluidstroms,
gekennzeichnet durch
eine Wirbelkammer (6, 16, 116), in die der Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') derart einmündet, daß der fokussierte Gesamtfluidstrom als Fluidstrahl eintritt unter Ausbildung einer nach innen strömenden Fluidspirale (100), und
mindestens einen mit der Wirbelkammer (6, 16, 116) fluidisch in Verbindung stehenden Auslaßkanal (7) zum Ableiten der gebildeten Mischung.
12. Static micromixer ( 1 ) for mixing at least two fluids with
a multiplicity of alternately adjacent fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ) for the separate supply of the fluids as fluid lamellae,
at least one inlet chamber ( 4 , 34 , 44 ) into which the fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ) open, and
a focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 '), which is in fluid communication with the inlet chamber ( 4 , 34 , 44 ) for removing the in the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) combined fluid lamellae with formation of a focused total fluid flow,
marked by
a swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) into which the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') opens in such a way that the focused total fluid flow enters as a fluid jet, forming an inward flowing fluid spiral ( 100 ), and
at least one outlet channel ( 7 ) fluidly connected to the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) for discharging the mixture formed.
13. Mikrovermischer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) eine Breite im Bereich von 1 µm bis 1 mm und einer Tiefe im Bereich von 10 µm bis 10 mm aufweisen.13. Micromixer according to claim 12, characterized in that the adjacent fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ) have a width in the range from 1 µm to 1 mm and a depth in the range have from 10 µm to 10 mm. 14. Statischer Mikrovermischer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammer (4, 14, 34, 44) eine den Fluidkanälen gegenüberliegende, konkave Wand (8) aufweist, in die der Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') mittig einmündet.14. Static micromixer according to claim 12 or 13, characterized in that the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) has a concave wall ( 8 ) opposite the fluid channels, into which the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') opens in the middle. 15. Mikrovermischer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammer (4, 14, 34, 44) einen in Strömungsrichtung konstanten Querschnitt aufweist.15. Micromixer according to claim 12 or 13, characterized in that the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) has a constant cross section in the flow direction. 16. Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') in Strömungsrichtung einen konstanten oder sich verjüngenden Querschnitt aufweist.16. Micromixer according to one of claims 12 to 15, characterized in that the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') has a constant or tapering cross section in the flow direction. 17. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des Fokussierungskanals (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') zumindest im Bereich der Einmündung in die Wirbelkammer (6, 16, 116) zu der Summe der Querschnittsflächen der in die Einlaßkammer (4, 14, 34, 44) einmündenden Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) jeweils senkrecht zur Kanalachse im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 500, vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 50, liegt.17. Static micromixer according to one of claims 12 to 16, characterized in that the ratio of the cross-sectional area of the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') at least in the region of the confluence with the vortex chamber ( 6 , 16 , 116 ) to the sum of the cross-sectional areas of the fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ) opening into the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) each perpendicular to the Channel axis is in the range from 1: 1.5 to 1: 500, preferably in the range from 1: 2 to 1:50. 18. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des Fokussierungskanals (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') zu seiner Breite zumindest im Bereich der Einmündung in die Wirbelkammer (6, 16, 116) vorliegenden Breite im Bereich von 1 : 1 bis 30 : 1, vorzugsweise im Bereich von 1,5 : 1 zu 10 : 1, liegt.18. Static micromixer according to one of claims 12 to 17, characterized in that the ratio of the length of the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') to its width at least in the region of the confluence the width of the vortex chamber ( 6 , 16 , 116 ) is in the range from 1: 1 to 30: 1, preferably in the range from 1.5: 1 to 10: 1. 19. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6, 16, 116) in einer Ebene, in der der Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') liegt, einen im wesentlichen runden oder ovalen Querschnitt aufweist.19. Static micromixer according to one of claims 12 to 18, characterized in that the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) in a plane in which the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 '), has a substantially round or oval cross-section. 20. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6, 16, 116) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist. 20. Static micromixer according to one of claims 12 to 19, characterized in that the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) has a substantially cylindrical shape. 21. Mikrovermischer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmesser der Wirbelkammer (6, 16, 116) 2 mm bis 20 cm, vorzugsweise 5 mm bis 10 cm beträgt.21. Micromixer according to claim 20, characterized in that the pressure gauge of the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) is 2 mm to 20 cm, preferably 5 mm to 10 cm. 22. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb und/oder oberhalb eines zentralen Bereichs der Wirbelkammer (6, 16, 116) ein oder mehrere Auslaßkanäle (7) einmünden.22. Static micromixer according to one of claims 12 to 21, characterized in that below and / or above a central region of the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) one or more outlet channels ( 7 ) open out. 23. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53), die Einlaßkammer (4, 14, 34, 44), der Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') und die Wirbelkammer (6, 16, 116) in einer Ebene angeordnet sind und die gleiche Tiefe aufweisen.23. Static micromixer according to one of claims 12 to 22, characterized in that the fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ), the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ), the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') and the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) are arranged in one plane and have the same depth. 24. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß in die Eintrittskammer (4, 14, 34, 44), den Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') oder die Wirbelkammer (6, 16, 116) ein oder mehrere Zuführkanäle (9a, 9b) zum Zuführen eines weiteren Fluids, beispielsweise ein einen die Mischung stabilisierenden Hilfsstoff aufweisendes Fluid, einmünden.24. Static micromixer according to one of claims 12 to 23, characterized in that in the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ), the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') or the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) opens into one or more feed channels ( 9 a, 9 b) for supplying a further fluid, for example a fluid having an auxiliary substance stabilizing the mixture. 25. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') in einem spitzen Winkel oder bevorzugt tangential in die Wirbelkammer (6, 16, 116) einmündend angeordnet ist.25. Static micromixer according to one of claims 12 to 24, characterized in that the focusing channel ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') at an acute angle or preferably tangentially into the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) is arranged at the mouth. 26. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl benachbarter Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53), die Einlaßkammer (4, 14, 34, 44), in die die Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) einmünden, und der mit der Einlaßkammer (4, 14, 34, 44) fluidisch in Verbindung stehende Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') jeweils zwei- oder mehrfach vorhanden sind und die zwei oder mehr Fokussierungskanäle (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') in einer Ebene in die eine gemeinsame Wirbelkammer (6, 16, 116) einmünden.26. Static micromixer according to one of claims 12 to 25, characterized in that the plurality of adjacent fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ), the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) into which the fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ) open, and the focusing channel which is in fluid communication with the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') are each present two or more times and the two or more focusing channels ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ' ) in a plane into which a common vortex chamber ( 6 , 16 , 116 ) opens. 27. Statischer Mikrovermischer nach den Ansprüchen 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl benachbarter Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53), die Einlaßkammer (4, 14, 34, 44), in die die Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) einmünden, und der mit der Einlaßkammer (4, 14, 34, 44) fluidisch in Verbindung stehende Fokussierungskanal (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') jeweils zwei- oder mehrfach vorhanden sind und die zwei oder mehr Fokussierungskanäle (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') in mehreren Ebenen in die eine gemeinsame Wirbelkammer (6, 16, 116) einmünden.27. Static micromixer according to claims 12 to 26, characterized in that the plurality of adjacent fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ), the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) into which the fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ) open, and the focusing channel ( 4 , 14 , 34 , 44 ) which is in fluid communication with the inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ) 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') are each present two or more times and the two or more focusing channels ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') open into several levels into a common vortex chamber ( 6 , 16 , 116 ). 28. Statischer Mikrovermischer nach Anspruch 26 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei oder mehrfach vorhandenen Fokussierungskanäle (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') in unterschiedlichen Winkeln in die Wirbelkammer (6, 16, 116) einmünden.28. Static micromixer according to claim 26 or 28, characterized in that the two or more focusing channels ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') at different angles in the swirl chamber ( 6 , 16 , 116 ) flow into. 29. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidführungsstrukturen, wie die Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53), die Einlaßkammern (4, 14, 34, 44), die Fokussierungskanäle (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115'), Zuführungen (23, 23', 23", 23''', 24, 24', 24", 24''') und die Wirbelkammern (6, 16, 116), als Ausnehmungen und/oder Durchbrüche in Platten aus einem für die zu mischenden Fluide ausreichend inerten Material eingebracht sind und diese offenen Strukturen durch die Stapelung der Platten und durch mindestens eine mit dem Plattenstapel fluidisch dicht verbundene Deck- und/oder Bodenplatte (21, 22) abgeschlossen sind, wobei die Deck- und/oder Bodenplatte (21, 22) mindestens eine Zuführung (23, 23''', 24, 24''') für die beiden Fluide und/oder mindestens eine Abführung (25) für die gebildete Mischung aufweisen.29. Static micromixer according to one of claims 12 to 28, characterized in that the fluid guide structures, such as the fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ), the inlet chambers ( 4 , 14 , 34 , 44 ), the focusing channels ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 '), feeders ( 23 , 23 ', 23 ", 23 ''', 24 , 24 ', 24 " , 24 ''') and the swirl chambers ( 6 , 16 , 116 ), as recesses and / or openings in plates made of a material which is sufficiently inert for the fluids to be mixed, and these open structures by the stacking of the plates and by at least one have been completed with the stack of plates fluidically tightly associated top and / or bottom plate (21, 22), wherein the top and / or bottom plate (21, 22) at least one feed (23, 23 ''', 24, 24' '' ) for the two fluids and / or at least one discharge ( 25 ) for the mixture formed. 30. Statischer Mikrovermischer nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine zwischen einer Mischerplatte (20) mit Fluidkanälen (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53), Einlaßkammer (4, 14, 34, 44), Fokussierungskanälen (5, 15, 35, 45, 105, 105', 115, 115') und Wirbelkammer (6, 16, 116) und der Bodenplatte (22) angeordnete und mit diesen fluidisch dicht verbundene Verteilerplatte (26) mit den Zuführungen (23", 24") zum getrennten Zuführen der Fluide von den Zuführungen (23''', 24''') in der Bodenplatte (22) in die Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) in der Mischerplatte (20).30. Static micromixer according to claim 29, characterized by an between a mixer plate ( 20 ) with fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ), inlet chamber ( 4 , 14 , 34 , 44 ), Focusing channels ( 5 , 15 , 35 , 45 , 105 , 105 ', 115 , 115 ') and vortex chamber ( 6 , 16 , 116 ) and the base plate ( 22 ) arranged and fluidly connected to this with the distributor plate ( 26 ) Feeders ( 23 ", 24 ") for separately feeding the fluids from the feeders ( 23 ''', 24 ''') in the base plate ( 22 ) into the fluid channels ( 2 , 3 , 12 , 13 , 32 , 33 , 42 , 43 , 52 , 53 ) in the mixer plate ( 20 ). 31. Verwendung des Verfahrens und/oder des statischen Mikrovermischers nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen zum Reagieren mindestens zweier Stoffe, wobei beide Stoffe in einem eingeleiteten Fluid oder ein erster Stoff in einem ersten Fluid und ein zweiter Stoff in einem weiteren eingeleiteten Fluid enthalten sind.31. Use of the method and / or the static micromixer according to one or more of the preceding claims for reacting at least two substances, both substances being introduced in one Fluid or a first substance in a first fluid and a second substance are contained in another introduced fluid. 32. Verwendung des Verfahrens und/oder des statischen Mikrovermischers nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen zur Herstellung einer Gas-Flüssig-Dispersion, wobei mindestens ein eingeleitetes Fluid ein Gas oder ein Gas-Gemisch und mindestens ein weiteres eingeleitetes Fluid eine Flüssigkeit, ein Flüssigkeitsgemisch, eine Lösung, eine Dispersion oder eine Emulsion aufweist.32. Use of the method and / or the static micromixer according to one or more of the preceding claims for the production a gas-liquid dispersion, wherein at least one introduced fluid a gas or a gas mixture and at least one other introduced Fluid a liquid, a liquid mixture, a solution, a Has dispersion or an emulsion.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10341110A1 (en) * 2003-09-05 2004-10-28 Siemens Ag Fluid, especially liquid, sample taking and preparation arrangement has inlet, outlet and mixer connections to permit addition or removal of fluid from a specified sample
WO2005068064A1 (en) * 2004-01-13 2005-07-28 Syntics Gmbh Method and device for mixing at least two fluids in a stirred tank microreactor
DE102004062076A1 (en) * 2004-12-23 2006-07-06 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Static micromixer
DE102004062074A1 (en) * 2004-12-23 2006-07-06 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Static micromixer
DE102005015433A1 (en) * 2005-04-05 2006-10-12 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Mixer system, reactor and reactor system
WO2017129177A1 (en) * 2016-01-25 2017-08-03 Instillo Gmbh Method for producing emulsions
EP3372308A1 (en) * 2017-03-10 2018-09-12 Little Things Factory GmbH Focusing device, droplet generator and method for creating a multiplicity of droplets
WO2019240653A1 (en) * 2018-06-12 2019-12-19 Martin Andersson Microfluidic mixing system and method
EP3903921A4 (en) * 2019-08-14 2022-09-21 Inventage Lab Inc. Multichannel manufacturing device for mass production of microspheres

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4346893B2 (en) 2002-11-01 2009-10-21 株式会社日立製作所 Chemical reactor
JP4432104B2 (en) 2003-05-30 2010-03-17 富士フイルム株式会社 Microreactor
US7160025B2 (en) * 2003-06-11 2007-01-09 Agency For Science, Technology And Research Micromixer apparatus and methods of using same
JP2005077219A (en) 2003-08-29 2005-03-24 Fuji Photo Film Co Ltd Fluid mixing/reaction accelerating method of microdevice and microdevice
US7459508B2 (en) 2004-03-02 2008-12-02 Velocys, Inc. Microchannel polymerization reactor
JP4715403B2 (en) * 2005-09-08 2011-07-06 株式会社日立プラントテクノロジー Micro chemical reactor
DE102008029676A1 (en) 2008-06-24 2009-12-31 Pommersheim, Rainer, Dr. Solar collector e.g. solar thermal collector, for heating e.g. industrial water, has fluid channels packed in absorber surface in sealed manner and running parallel to each other, where channels completely grip absorber surface
US20100093098A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-15 Siemens Medical Solutions Nonflow-through appratus and mehod using enhanced flow mechanisms
CN102188944B (en) * 2011-05-16 2013-08-28 利穗科技(苏州)有限公司 Chaotic multistage eddy current micro-reactor
CN102974255B (en) * 2012-10-31 2015-07-01 中国科学院过程工程研究所 Passive spiral micro-structural mixing unit and application thereof
WO2019190823A1 (en) 2018-03-28 2019-10-03 Vtv Therapeutics Llc Pharmaceutically acceptable salts of [3-(4- {2-butyl-1-[4-(4-chlorophenoxy)-phenyl]-1h-imidazol-4-yl} -phenoxy)-propyl]-diethyl-amine
WO2019190822A1 (en) 2018-03-28 2019-10-03 Vtv Therapeutics Llc Crystalline forms of [3-(4- {2-butyl-1-[4-(4-chloro-phenoxy)-phenyl]-1h-imidazol-4-yl} -phenoxy)-propyl]-diethyl-amine
EP3864008A1 (en) 2018-10-10 2021-08-18 vTv Therapeutics LLC Metabolites of [3-(4-{2-butyl-l-[4-(4-chloro-phenoxy)-phenyl]-lh-imidazol-4-yl } -phen ox y)-prop yl] -diethyl-amine
CN115178199B (en) * 2022-05-31 2024-04-30 清华大学 Passive microfluidic micro-reactor and microfluidic chip

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10041823A1 (en) * 2000-08-25 2002-03-14 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Method and static micromixer for mixing at least two fluids

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63304133A (en) * 1987-06-05 1988-12-12 Hitachi Ltd Analyzer using mixed gas
JP3512186B2 (en) * 1993-03-19 2004-03-29 イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー Integrated structures and methods for chemical processing and manufacturing, and methods of using and manufacturing the same
DE19917433C2 (en) * 1999-04-19 2003-05-22 Fraunhofer Ges Forschung Microreactor system for the generation and testing of substances and active substances

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10041823A1 (en) * 2000-08-25 2002-03-14 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Method and static micromixer for mixing at least two fluids

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10341110A1 (en) * 2003-09-05 2004-10-28 Siemens Ag Fluid, especially liquid, sample taking and preparation arrangement has inlet, outlet and mixer connections to permit addition or removal of fluid from a specified sample
WO2005068064A1 (en) * 2004-01-13 2005-07-28 Syntics Gmbh Method and device for mixing at least two fluids in a stirred tank microreactor
DE102004001852A1 (en) * 2004-01-13 2005-08-04 Syntics Gmbh Method and apparatus for mixing at least two fluids in a microstructure
DE102004062076A1 (en) * 2004-12-23 2006-07-06 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Static micromixer
DE102004062074A1 (en) * 2004-12-23 2006-07-06 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Static micromixer
DE102005015433A1 (en) * 2005-04-05 2006-10-12 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Mixer system, reactor and reactor system
US7829039B2 (en) 2005-04-05 2010-11-09 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Mixer system, reactor and reactor system
WO2017129177A1 (en) * 2016-01-25 2017-08-03 Instillo Gmbh Method for producing emulsions
EP3372308A1 (en) * 2017-03-10 2018-09-12 Little Things Factory GmbH Focusing device, droplet generator and method for creating a multiplicity of droplets
DE102017105194A1 (en) 2017-03-10 2018-09-13 Little Things Factory Gmbh Focusing device, drop generator and method for generating a plurality of droplets
WO2019240653A1 (en) * 2018-06-12 2019-12-19 Martin Andersson Microfluidic mixing system and method
EP3903921A4 (en) * 2019-08-14 2022-09-21 Inventage Lab Inc. Multichannel manufacturing device for mass production of microspheres

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Publication number Publication date
WO2002089965A1 (en) 2002-11-14
DE10123092B4 (en) 2005-02-10

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