DE10123092B4 - Method and static mixer for mixing at least two fluids - Google Patents

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Abstract

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.
Method for mixing at least two fluids, comprising the following steps:
Merging a plurality of separate fluid streams of the two fluids to form alternately adjacent fluid fins of the two fluids,
Discharging the combined fluid fins to form a focused total fluid flow,
Introducing the focused total fluid flow as a fluid jet into a vortex chamber to form an inwardly flowing fluid spiral,
- Deriving the mixture formed from the center of the fluid spiral.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

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

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 Mikrovermischern erstrecken 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.aim when mixing at least two fluids, achieving a uniform distribution of the two fluids in a given, usually as possible short time. For this purpose, static micromixers are particularly advantageous used, as they are in the overview by W. Ehrfeld, V. Hessel, H. Leo in Microreactors, New Technology for Modern Chemistry, Wiley-VCH 2000, pages 41 to 85 are shown. For the mixture of liquids are produced by known static micromixers alternately adjacent fluid lamellae of a thickness in the μm range mixing times between 1 s and a few milliseconds achieved. The mixing of gases takes place due to the higher Diffusion constant still much faster instead. In contrast to dynamic mixers, in which turbulent flow conditions prevail in static micromixers by the given geometry exact adjustment of the width of the fluid fins and thus the diffusion paths allows. The result of this in static micromixers achieved very close Distribution of mixing times allows manifold possibilities of optimization of chemical reactions in terms of selectivity and yield. One Another advantage of static micromixers is the reduction the component size and thus Integration into other systems, such as heat exchangers and reactors. Through the interaction of two or more in such a small space interconnected Components in turn result in new possibilities of process optimization. The application potential of micromixers extends from liquid-liquid and gas-gas mixtures for the formation of liquid-liquid emulsions, gas-liquid dispersions and thus also to multiphase 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.One according to the principle of multilamination working static micromixer has a microstructured interdigital structure in one plane from intermeshing channels a width of 25 microns or 40 μm on (supra, pages 64 to 73). The two fluids to be mixed be through the channels in split a plurality of separate fluid streams, the opposite flowing parallel to each other and are arranged alternately to each other. Through a slot become the adjacent fluid streams discharged vertically out of the plane to the top and contacted with each other. Means for The mass production of suitable structuring methods can be the channel geometries and thus the fluid slat width only limited down to the lower micron range to reduce.

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 of the obtained according to the multilamination principle Fluid lamellae can be achieved by so-called geometric focusing become. Such a static micromixer to implement dangerous Fabrics are described by T. M. 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. Alternate adjacent channels for the two lead to mixing fluids in a semicircle radially from the outside in a funnel-shaped extended and in a narrow, long channel passing chamber. The Indian Chamber combined fluid lamella flow is thereby transferred into the narrow channel, whereby a reduction of the fluid slat width takes place. Under these laminar flow conditions the mixture is carried out solely by diffusion, so that also by Reduction of slat widths in the lower μm range Mixing times in the millisecond range be reached. The disadvantage is that the narrow as reaction space serving channel with a view to full mixing in one sufficient length is to design, which requires a large design and a causes relatively high pressure drop 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 The invention has for its object a method and a static micromixer to provide for mixing at least two fluids, which is a faster and more even Mixing with low pressure loss and small installation space enable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einem statischen Mikrovermischer gemäß Anspruch 12 gelöst.The Task is according to the invention with a Method according to claim 1 and a static micromixer according to claim 12.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments are specified in the subclaims.

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.following under the term fluid is a gaseous or liquid substance or a mixture of such substances having one or more solid, liquid or gaseous Solved substances or may contain 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.Of the Term mixing includes also the processes To solve, Dispersing and emulsifying. As a result, 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.Among a plurality of fluid streams, fluid fins or fluid channels, two or more fluid per fluid More, preferably three or more, more preferably five or more fluid flows, fluid lamellae or fluid channels understood. Alternately adjacent fluid fins or fluid channels in two fluids, A, B, mean that they lie side by side in at least one plane alternating, resulting in an order of ABAB. The term "alternately adjacent" in three fluids A, B, C includes different orders, such as ABCABC or ABACABAC. The fluid lamellae or fluid channels can also be alternately adjacent in more than one plane, for example offset in a checkerboard pattern in two dimensions. The fluid laminations and fluid channels associated with the different fluids are preferably arranged in the same direction or in opposite directions parallel to one another. The last-mentioned variant of the flow arrangement is known in principle from microstructured interdigital structures of intermeshing fluid channels. The two fluids to be mixed are divided by the fluid channels in a plurality of separate fluid fins, which are oppositely parallel to each other and arranged alternately to each other.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Mischen von mindestens zwei Fluiden umfaßt 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 inventive method for mixing at least two fluids comprises four process steps. In the first step, a plurality of separate fluid streams of the two Merged fluids, wherein alternately adjacent fluid lamellae of the two fluids form. In the second step, the so united fluid lamellae are under Training a focused total fluid flow dissipated. in the Third step is the resulting total fluid flow as a fluid jet introduced into a vortex chamber to form an inwardly flowing fluid spiral. In the last step, the mixture thus formed is made 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 bring together takes place in such a way that the first separated fluid streams pour into a room. Here you can the fluid streams parallel to each other or into one another, for example radially inward, be aligned. When merging fluid lamellae form out, their cross-sectional areas first those of the fluid streams correspond. By the discharge as a focused total fluid flow finds a reduction in the width and / or the cross-sectional area the fluid lamellae, while increasing the flow rate. The thus accelerated focused total fluid flow is called a fluid jet introduced into the vortex chamber. The entering into the vortex chamber Fluid jet flows along a spiral line inward to the center of the vortex chamber where the mixture is derived becomes. The fluid flow is characterized by the previous focus accordingly closely 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 that in the extreme Swirling streaming Fluid adjoins the lateral inner surfaces of the vortex chamber; the inner turns of the fluid spiral adjoin the side on both sides flowing in the same direction Fluid of the previous and subsequent turns. Therefore contributes to friction essentially only the contact with the upper and lower palm the vortex chamber at. The pressure loss achieved with this mixer is therefore lower than that of a mixer with a corresponding long trained focusing channel. In addition, by the spiral course a compact design with long mixing distance and thus long residence time realized.

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.One Another advantage is the contact of a turn of the fluid spiral with the previous and the following winding, resulting in the faster diffusive mixing of the fluid fins 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.Advantageous prevail in the interior of the vortex chamber laminar flow conditions in front. However, it is also conceivable in some areas turbulent flow conditions in a total spiral flowing inward Fluid stream to have.

Im Hinblick auf eine vollständige Mischung durch Diffusion weist der spiralförmig nach innen fliegende Fluidstrom eine ausreichende Länge und damit eine ausreichende Anzahl an Windungen auf, um je in die Wirbelkammer einströmendem Fluidvolumen eine ausreichende Verweilzeit zu erzielen.in the With regard to a complete Mixture by diffusion has the spiraling inward fluid flow a sufficient length and thus a sufficient number of turns to ever in the Vortex chamber inflowing Fluid volume to achieve a sufficient residence time.

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 the desired conditions can in particular by an appropriate choice of the cross-sectional area of incoming focused total fluid flow, the shape and dimensions of the vortex chamber and the cross-sectional area the outlet for the formed mixture can be reached from the vortex chamber.

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.Preferably become fluid streams each with a width in the range of 1 micron to 1 mm and a depth in Range of 10 microns brought together to 10 mm.

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.Preferably, the combined fluid streams are focused such that the ratio of the cross-sectional area of the focused total fluid flow to the sum of the cross-sectional areas of the fluid flows to be merged is perpendicular to the flow direction in the range of 1 to 1.5 to 1 to 500, preferably in the range of 1 to 2 to 1 to 50, lies. The smaller the ratio, the more the fin width is reduced and the more the flow rate at which the focused total fluid stream is introduced as a fluid jet into the vortex chamber is increased. According to one embodiment variant, the focused total fluid flow has a constant over its length cross-section. According to another embodiment variant, the cross-sectional area of the focused total fluid flow decreases from the area of merging of the fluid streams towards the point of entry into the vortex chamber, the above ratio being valid for the area with the smallest cross-sectional area.

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.Prefers is the ratio the length of the focused total fluid flow to its width in the range of 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 a sufficient focusing effect while maintaining the laminar Flow conditions too force. However, the focused total fluid flow should be short be in order for a low pressure loss and a compact design the total fluid flow as quickly as a fluid jet to be able to initiate into the vortex chamber.

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.Advantageous has the vortex chamber in the plane of the fluid spiral a substantially round or oval shape to form the fluid spiral in laminar flow conditions and to allow 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.To an embodiment For example, the focused total fluid flow is at an acute angle or preferred introduced tangentially into the vortex chamber, in particular as possible generate many turns of the fluid spiral, and dead water areas, d. H. Area that is not constantly flows through 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.at contacting of immiscible fluids (e.g., liquid-gaseous) it cheap be the disperse phase at a steeper angle than the continuous one Phase in the vortex chamber to flow to let. By an adjacent tangential inflow of continuous phase can emerging drops or bubbles are sheared off, resulting in smaller Gets drops / bubbles. As in the case of the mixture liquid and gaseous Fluid the fluid a much higher one Mass as the gas has, the spiral formation by the introduction The gases at a steeper angle only slightly 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 in the combined fluid streams and / or to introduce another fluid into the vortex chamber. The further Fluid may be a mixture stabilizing adjuvant, for example an emulsifier. It is also conceivable that the fluid flows already containing such an excipient included.

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 one preferred embodiment the first two steps on at least two spatially separated Places performed simultaneously and the resulting focused Total fluid streams introduced in a plane of the vortex chamber such that a common inward flowing Fluid spiral forms, consisting of at least two individual nested Fluid spirals is formed. The forming fluid spirals lie together in such a way in a plane and around a center that the respective Windings are adjacent to each other. For example, this results two or three initiated focused fluid flows one Type 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 process steps are at least two spatially separated Places carried out simultaneously and the thus obtained focused total fluid flows fed in different planes of the vortex chamber so that superimposed flowing inward Forming fluid spirals.

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 Gesamtfüssigkeitsströme 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.So is it possible, for example? in a first level one or more focused total gas streams and total liquid streams alternately adjacent to the vortex chamber and in the subsequent Levels in each case further Gesamtfütsigkeitsströme in the Initiate vortex chamber. This can be realized, for example, by that the height of Whirling chamber is enlarged, whereby e.g. the outlet on Floor and the inlets located near the ceiling of the vortex chamber, so that the plane fluid movement a vertical movement superimposed becomes. Instead of spiral trajectories will receive helical trajectories. Thereby, e.g. the dwellings and contact time of gas bubbles in or with a liquid phase elevated become. Become more in the other levels below Total fluid streams introduced into the vortex chamber, so they form less turns up to the discharge from the vortex chamber. By this execution form is by the extension of the fluid flow and the higher Number of turns of the forming fluid spiral one more greater residence time the total fluid flows reached in the vortex chamber.

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.Especially Advantageously, the focused total fluid flows become symmetrical distributed in one or more levels around the vortex chamber in this initiated. The total fluid flows to be introduced may be the same fluids or Also have different fluids, which then only in the common Room to be contacted and mixed. The different versions described above can analogous to this embodiment 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 gasflüssig-Dispersionen aufweisen können. Hierdurch werden die in die Wirbelkamer einströmenden Gesamtgasströme von den Gesamtflüssigkeitsströmen in kleine Gasbläschen zerteilt.In a further embodiment the focused total fluid streams are introduced into the vortex chamber at different angles. This embodiment is used particularly advantageously for mixing gases with liquids in the vortex chamber. Here, the total gas flows are introduced at a steeper angle than the total liquid flows into the vortex chamber, the total liquid streams may also have gas-liquid dispersions. As a result, the total gas flows flowing into the Wirbelkamer be divided from the total liquid flows 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.Of the static according to the invention Micromixer for mixing at least two fluids is characterized by a vortex chamber, into which the focusing channel opens in such a way that the focused one Gesamtfluidstrom as fluid jet occurs to form a flowing inward Fluid spiral, and at least one fluidically with the vortex chamber related outlet channel for deriving 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 Variety alternately adjacent fluid channels preferably has a Width in the range of 1 μm to 1 mm and a depth in the range of 10 microns to 10 mm for the separate feeding of Fluids as fluid streams on.

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 the fluid channels open out, serves the merge the plurality of separate fluid streams the two fluids. The focusing channel is for discharging the in the inlet chamber combined fluid streams to form a focused total fluid flow fluidly with the inlet chamber connected. The focusing channel thus opens into the vortex chamber one that the focused total fluid flow as fluid jet occurs under formation a concentric inward flowing fluid spiral. The at least a fluidically communicating with the vortex chamber outlet channel is used for deriving 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 The advantages associated with this micromixer are explained above inventive method, especially for low pressure loss, increasing for the faster diffusive Mix available standing contact surface 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 Fast mixing is achieved by producing very thin fluid lamellae and thus achieved by a reduction of the diffusion path. The Fluid fins are fed to the vortex chamber, which further reduces the diffusion path by tilting the fluid fins and reduction the slat width causes. The vortex chamber can be relatively large scale be interpreted (large Diameter, big Height), nevertheless, they become very thin Creates slats. The pressure loss in the vortex chamber can through the big one hydraulic diameter are kept low. Only the constriction by the Wearing focusing channel at the pressure loss. However, this constriction can be very local, i.e. on a very small flow length, done so that it only comes to a moderate pressure loss.

Vorzugsweise weist die Einlaßkammer eine den Fluidkanälen gegenüberliegende, konkave Wand auf, in die der Fokussierungskanal vorteilhafterweise mittig einmündet.Preferably has the inlet chamber a the fluid channels opposing concave wall, in which the focusing channel advantageously opens 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.By the concave wall is combined with a focus and rapid merging lead away achieved in the focusing channel to obtain the fluid fins.

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.It However, it is also conceivable, the combined fluid lamella gradually to supply the focusing channel, why the inlet chamber in at least one in the flow direction Plane 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 one further embodiment the inlet chamber a constant in the flow direction Cross-section on. Focusing takes place in the inlet chamber then not instead, but only in the focusing channel, for example a rejuvenating one Have cross section in the flow direction can. In this case, preferably, the cross section of the inlet opening of the Focusing channel corresponding to the cross section of the inlet chamber.

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.Of the Focusing channel can flow in the direction also have a constant cross-section, which is especially true is used when the inlet chamber already ensures a focus So that the Focusing in the focus channel is merely continued.

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, like the fluid channels in the inlet chamber are, are a parallel alignment and a radial direction inlet chamber tapered orientation.

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 Meaning of a simple technical realization, it is advantageous if the fluid channels, the inlet chamber, the focusing channel and / or the vortex chamber the same depth exhibit. It is also advantageous if the junctions of the fluid channels at least in the area of the 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.Preferably, the focusing channel is formed such that the ratio of the cross-sectional area of the focusing channel to the sum of the cross-sectional areas of the in the inlet chamber opening fluid channels each perpendicular to the channel axis in the range of 1 to 1.5 to 1 to 500, preferably in the range of 1 to 2 to 1 to 50, is located. As a result, a further reduction of the lamella width and / or cross-sectional area and, consequently, an increase in the flow rate are achieved compared to the predetermined width of the fluid channels. According to one embodiment, the focusing channel has a substantially constant cross-section over its entire length.

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.To another variant takes the cross-sectional area of the focusing channel from the inlet chamber to the vortex chamber, the above ratio the cross-sectional areas for the area with the smallest cross-sectional area is applicable. The cross-sectional area of the focusing channel in the area of the confluence in the vortex chamber determined by the width and thus the number the turns of the spiral convoluted fluid flow. Advantageously, the ratio of the width of the in the Whirling compartment opening Focusing channel to the diameter of the vortex chamber in the plane, in which the fluid spiral is formed, less than or equal to 1 to 10th

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.Prefers is the ratio the length of the focusing channel to its width at least in the region of junction into the vortex chamber in the range of 1 to 1 to 30 to 1, preferably in the range of 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 Drückverlusts ein rasches Einleiten in die Wirbelkammer erfolgt.in this connection becomes the length the focusing channel advantageously chosen so that focusing on small Fluid lamella widths while maintaining the fluid lamellae as well as in the sense a small pressure loss a rapid introduction into the vortex chamber takes place.

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 at an acute angle or tangential entering the vortex chamber arranged. this makes possible in particular, an introduction of the fluid lamella flow while maintaining laminar flow conditions and forming a fluid coil having a plurality 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.Prefers indicates the vortex chamber in a plane in which the focusing channel is located, a substantially round or oval cross section. hereby Dead water areas are avoided. Particularly preferably, the Whirl chamber to a substantially cylindrical shape. Advantageous Here is the height of the focusing channel, at least in the region of the junction, smaller or equal to the height the vortex 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.Of the or the outlet channels preferably open below and / or above a central area, in particular in the area of the center, in the vortex chamber. The cross-sectional area of the or the outlet channels is advantageous compared to the diameter of the vortex chamber and the cross-sectional area of the opening out Focusing channel sized so that a fluid spiral with can form a variety of turns. Preferably, the ratio of Diameter of the outlet channel to the diameter of the vortex chamber less than or equal to 1 to 5.

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 benachbarten Windungen der Fluidspirale jeweils ein Strom des weiteren Fluid liegt. Besonders vorteilhaf 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 one another embodiment open in the inlet chamber, the focusing channel or the vortex chamber one or more supply channels for supplying a another fluid. Such fluids can stabilize the mixture Excipient, for example an emulsifier. Advantageous flow the feed channels tangential into the vortex chamber so that between adjacent turns of the fluid spiral each have a current of the other Fluid is. Particularly advantageous when feeding a gaseous further fluid into a fluid spiral containing at least one fluid in the vortex chamber the feed channels for the further Fluid is not tangential but at a steeper angle in the Vortex chamber. In this way, the supplied gas from the fluid spiral in small gas bubbles divided 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.To a further embodiment are the plurality of adjacent fluid channels, the inlet chamber, into the fluid channels open out, and with the inlet chamber fluidically communicating focusing channel two each or multiple times and the two or more focus channels open into a level into the one common vortex chamber. The focus channels lead to such at an acute angle or preferably tangentially into the vortex chamber a, that the Fluid jets corresponding to two or more adjacent to each other concentric inward flowing Forming fluid spirals. The focusing channels are advantageous in this case in a plane equidistant arranged around the common vortex chamber. The two or multiple existing plurality of adjacent fluid channels, inlet chambers and focusing channels are spatial arranged separately from each other and only via the common vortex chamber fluidically interconnected. These structures can be the feed the same fluids, for example twice the fluids A, B, or else Also different fluids, such as the fluids A, B and C, D, serve.

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 of adjacent fluid channels; the inlet chamber, into which the fluid channels open, and the focusing channel fluidically communicating with the inlet chamber, each two or more times and the two or more focus Sierungskanäle lead in several levels in the one common 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 Winkel eigeleiteten Gesamtgasströme von den in spitzeren Winkeln eingeleiteten Gesamtflüssigkeitsströmen in feine Gasbläschen zerteilt.In a further advantageous embodiment open the focusing channels for the Total fluid streams at different angles into the vortex chamber. This embodiment is especially for the mixing of focused total gas streams with total fluid streams, the at least one liquid included, used in the vortex chamber. The feed channels for the total gas flows into this case at a more acute angle than the feed channels for the at least a liquid containing total fluid flows into the vortex chamber. In this way, the steep angle Eigeleiteten total gas flows from the introduced at acute angles total liquid flows in fine gas bubbles divided.

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 one another preferred embodiment are the fluid routing structures as recesses and / or breakthroughs in plates from one for the zu mixing fluids sufficiently inert material introduced. recesses, such as grooves or blind holes, are in one plane as well perpendicularly surrounded by material. Breakthroughs, such as slots or holes, on the other hand, go through the material, i. are only in one Level laterally surrounded by the material. The open structures the recesses and breakthroughs become fluid guidance structures by stacking with other plates, like fluid channels and chambers, wherein the plate stack fluidly sealed tightly to the outside deck and / or Bottom plate feeders for the have two fluids and / or at least one discharge for the mixture formed.

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 are the structures of the fluid channels, the inlet chamber, the focusing channel and the swirl chamber as recesses and / or breakthroughs introduced in at least one serving as a mixer plate plate. The open structures of the mixer plate are fluidic through a finished tightly connected to the mixer plate deck and bottom plate.

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 one Another variant of this preferred embodiment, the static Micromixer between the mixer plate and the bottom plate one with these communicating fluidly arranged distribution plate for separate feeding the fluids from the feeders in the bottom plate to the fluid channels of the mixer plate. For this purpose, the distributor plate advantageously ever zuzuführendem Fluid a series of holes on, each hole being associated with exactly one fluid channel. So serves with two fluids, the first row of the supply of the first fluid and the second row of the feeder 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.When suitable materials come depending on the used Different materials such as polymer materials, Metals, alloys, glasses, Quartz glass, ceramics or semiconductor materials, such as silicon, in Question. Preferably, plates of a thickness of 10 .mu.m to 5 mm, particularly preferred of 50 μm up to 1 mm. Suitable methods for fluidically sealing the Plates with each other, for example, pressing together, using from gasketing, gluing or anodic 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.When Process for structuring the plates are known Feinwerk- and microtechnical manufacturing processes, such as laser ablation, Spark erosion, injection molding, embossing or galvanic deposition. Also suitable are LIGA processes that at least the steps of structuring with high-energy radiation and electrodeposition and optionally molding.

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 are advantageous for performing 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 are contained in another fluid. For this purpose, means are advantageous in the static micromixer integrated to control the chemical reaction, such as Temperature or pressure sensors, flow meters, heating elements, indwelling pipes or heat exchanger. These funds can in a static micromixer on plates with the fluid routing structures or further arranged above and / or below and with these be arranged functionally related plates. to execution heterogeneously catalyzed chemical reactions, 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 enthalt.Especially the process according to the invention and the micromixer according to the invention are advantageous used for the preparation of a gas-liquid dispersion, wherein at least one introduced total fluid flow is a gas or a gas mixture and at least one other introduced total fluid flow a liquid, a liquid mixture, a Solution, containing a dispersion or an emulsion.

Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen statischen Mikrovermischers an Hand von Zeichnungen exemplarisch erläutert. Es zeigenfollowing Become embodiments of the static according to the invention Micromixer with reference to drawings exemplified. It demonstrate

1a einen statischen Mikrovermischer, bestehend aus einer Deckplatte, Mischerplatte, Verteilerplatte und Bodenplatte jeweils voneinander getrennt in perspektivischer Darstellung, 1a a static micromixer, consisting of a cover plate, mixer plate, distributor plate and base plate each separated from each other in a perspective view,

1b eine bevorzugte Mischerplatte nach 1a in Draufsicht, 1b a preferred mixer plate after 1a in plan view,

2 eine weitere bevorzugte Mischerplatte in Draufsicht, 2 another preferred mixer plate in plan view,

3 eine weitere bevorzugte Mischerplatte in Draufsicht, 3 another preferred mixer plate in plan view,

4 eine weitere bevorzugte Mischerplatte der Draufsicht, 4 another preferred mixer plate of the plan view,

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

Die 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 1a shows a static micromixer 1 with a cover plate 21 , a mixer plate 20 , a distributor plate 26 and a bottom plate 22 each 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 Verteilerut 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 bottom plate 22 each have a feeder 23 . 23 ' . 23 '' for the fluid A and a supply 24 . 24 ' . 24 '' for the fluid B in the form of a hole. The holes are arranged so that when stacking the plates, the feeds 23 . 23 ' . 23 '' . 24 . 24 ' . 24 '' with the feed structures 23 ''' . 24 ' the bottom plate 22 fluidically communicate. The feeder 23 ''' for the fluid A and the supply 24 ' for the fluid B are in the form of grooves 123a , b, 124a , b so on the bottom plate 22 arranged that the fluid A to the distributor structure 27 and the fluid B to the manifold structure 28 the overlying distributor plate 26 can be passed without significant pressure losses. From the feed structures 23 ''' . 24 ' lead connecting grooves 123a . 124a to distribution grooves 123b . 124b , wherein the distribution groove 124b funnel-shaped expanded. The distributor plate 26 has a distribution 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, passing over the distributor grooves 123b and 124b lie.

Die in 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 angeordneten 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 Stukturen die gleiche Tiefe aufweisen. Durch die darunterliegende Verteilerplatte 26 und die darüberliegende Deckplatte 21 werden diese zu zwei Seiten hin offenen Stukturen unter Bildung von Kanälen bzw. Kammern abgedeckt.In the 1b mixer plate shown in plan view 20 has fluid channels 2 . 3 , an inlet chamber 4 , a focusing channel 5 and a vortex chamber 6 on. The exhaustion 25 in the form of a hole in the cover plate 21 is arranged such that when stacking the plates, the discharge 25 with a central area of the vortex chamber 6 the mixer plate 20 fluidically connected. The channels 2 for the fluid A have a smaller length than the channels 3 for the fluid B on. The channels 2 . 3 are in their from the inlet chamber 4 facing away from each other in parallel, the channels 2 for the fluid A alternately adjacent to the channels 3 lie 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 confluence with the inlet chamber 4 are the channels 2 . 3 again aligned parallel to each other. For a uniform volume flow over all channels 2 . 3 for each to reach a fluid, have the channels 2 . 3 each with the same length on each other. This causes that of the inlet chamber 4 remote ends of the fluid channels 2 . 3 each lying on a sheet. The holes of the distributor structures 27 . 28 the distributor plate 26 are also each arranged in an arc such that the ends of the channels 2 . 3 each fluidically contacted 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 middle area of the concave wall 8th passing the junctions of the fluid channels 2 . 3 is opposite, goes the inlet chamber 4 in the focusing channel 5 above. The focusing channel 5 opens tangentially into the vortex chamber 6 one by one in the plane of the mixer plate 20 arranged circular chamber is formed. The structures of the fluid channels 2 . 3 , the inlet chamber 4 , the focusing channel 5 and the vortex chamber 6 are due to the material of the mixer plate 20 formed through openings, whereby these structures have the same depth. Through the underlying distributor plate 26 and the overlying cover plate 21 these structures, which are open on two sides, are covered 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.When ready to use micromixer 1 are the plates shown here separated from each other 21 . 20 . 26 and 22 stacked on top of each other and fluidly sealed together, creating the open structures, such as grooves 23 ''' . 24 ' and breakthroughs 2 . 3 . 4 . 5 and 6 , are covered to form channels and chambers. The stack thus obtained from the plates 21 . 20 . 26 and 22 may be received in a mixer housing having suitable fluidic connections for the supply of two fluids and the discharge of the fluid mixture. In addition, a contact pressure force can be applied to the plate stack for fluidically tight connection by the housing. It is also conceivable to use the plate stack as a micromixer 1 to operate without housing, including with the feeders 23 . 24 and the exhaustion 25 the cover plate 21 advantageous fluidic connections, such as hose nozzles are connected.

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 is in the feed hole 23 and into the feed hole 24 the cover plate 21 in each case a fluid A and a fluid B are introduced. These fluids flow in each case through the feed structures 23 ' . 23 '' . 23 ''' and 24 ' . 24 '' . 24 ' the plates 20 . 26 and 22 and are from there evenly in each case in the distributor structures designed as bores 27 and 28 distributed. From the holes of the distribution structure 27 the fluid A flows into the exactly above arranged channels 2 the mixer plate 20 , Likewise, the fluid B passes from the bores of the distributor structure 28 in the exactly above arranged channels 3 , The in the fluid channels 2 . 3 separately guided fluid streams A, B are in the inlet chamber 4 merged to form alternately adjacent fluid lamellae of sequence ABAB. Due to the semi-concave shape of the inlet chamber 4 the combined fluid streams rapidly into the focusing channel 5 transferred. The thus-formed focused total fluid flow becomes tangential into the vortex chamber 6 introduced as a fluid jet. It forms in the vortex chamber 6 a concentric inward flowing fluid spiral 100 out. The formed mixture of fluids A, B will pass through the center of the vortex chamber 6 located discharge hole 25 the cover plate 21 derived.

Die 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 1b vereinfacht dargestellt. Im Gegensatz zur Mischerplatte 20 nach 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 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.The 2 shows a mixer plate 20 with three in a common vortex chamber 16 merging focus channels 5 . 15 . 35 in plan view. The focus channels 5 . 15 . 35 each with an inlet chamber 4 . 14 . 34 in fluid communication, in which the alternately adjacent fluid channels 2 . 3 ; 12 . 13 ; 32 . 33 open out. For the sake of clarity, the fluid channels 2 . 3 ; 12 . 13 ; 32 . 33 opposite the arrangement in 1b shown in simplified form. In contrast to the mixer plate 20 to 1b here are the inlet chambers 4 . 14 . 34 in the plane of the mixer plate 20 funnel-shaped from the junctions of the fluid channels 2 . 3 ; 12 . 13 ; 32 . 33 on the focusing channel 5 . 15 . 35 designed to taper. The focus channels 5 . 15 . 35 themselves narrow in their width to the confluence with the common vortex chamber 16 , The arrangements of fluid channels serving to supply the individual and combined fluid streams 2 . 3 ; 12 . 13 ; 32 . 33 , from inlet chambers 4 . 14 . 34 and focusing channels 5 . 15 . 35 are at the periphery of the circular in the plane shown common vortex chamber 16 arranged so equidistant that the focusing channels 5 . 15 . 35 tangentially enter into this. In the above the mixing plate 20 located cover plate and above the center of the common vortex chamber is an outlet channel 7 arranged, whose position is indicated here by a dashed circular line. The separate supply of fluids into the fluid channels is effected by a bottom and distribution plate analogous to that in the in 1a shown arrangement. The feeds may be designed so that the fluid channels 2 . 12 . 32 for the one fluid and the fluid channels 3 . 13 . 33 for the other fluid in each case the same fluid is supplied, so that the static micromixer for mixing two fluids is used. However, it is also conceivable to design the feeders so that three or more fluids can be mixed with the micromixer. Here are a variety of ways to supply. As an example, here is the formation of fluid lamellae of sequence ABACAB in the common vortex chamber 16 explained.

Die 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 1b vereinfacht dargestellt. Im Gegensatz zur Mischerplatte 20 nach 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 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.The 3 shows in plan view a mixer plate 20 with a vortex chamber 16 into the two focusing channels 5 . 15 and two feed channels 9a . 9b open out. The focus channels 5 . 15 each with an inlet chamber 4 . 14 in fluid communication, in which the alternately adjacent fluid channels 2 . 3 ; 12 . 13 open out. Again, the sake of clarity, the fluid channels 2 . 3 ; 12 . 13 opposite the arrangement in 1b shown in simplified form. In contrast to the mixer plate 20 to 1b here are the inlet chambers 4 . 14 in the plane of the mixer plate 20 funnel-shaped from the junctions of the fluid channels 2 . 3 ; 12 . 13 on the focusing channel 5 . 15 designed to taper. The focus channels 5 . 15 themselves narrow in their width to the confluence with the common vortex chamber 16 , The arrangements of fluid channels serving to supply the individual and combined fluid streams 2 . 3 ; 12 . 13 , from inlet chambers 4 . 14 focusing channels 5 . 15 and feed channels 9a . 9b are equidistant on the circumference of the circular in the plane shown common vortex chamber 16 arranged such that the focusing channels 5 . 15 and the feed channels 9a . 9b alternately tangentially enter into this. In the above the mixing plate 20 located cover plate and above the center of the common vortex chamber is an outlet channel 7 arranged, whose position is indicated here by a dashed circular line. The separate supply of fluids into the fluid channels and the feed channels 9a . 9b done by a floor and distribution plate analogous to that in the in 1a shown arrangement. The feeds may be designed so that the fluid channels 2 . 12 a first fluid, the fluid channels 3 . 13 a second fluid and the feed channels 9a . 9b a third fluid, for example an adjuvant, is supplied, so that the static micromixer for mixing two fluids with the simultaneous addition of stabilizing the mixture. Excipient is usable. In this exemplary embodiment, it is also conceivable to design the feeders in such a way that three or more fluids can be mixed with the micromixer with simultaneous addition of a mixture-stabilizing auxiliary. Here are a variety of ways to supply. As an example, here is the formation of fluid lamellae of the sequence ABACAD in the common vortex chamber 16 explained.

Die 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 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 1b vereinfacht dargestellt.The 4 shows a mixer plate 20 to Preparation of gas-liquid dispersions with four in a common vortex chamber 16 merging focus channels 5 . 15 . 35 . 45 in plan view. In contrast to the mixer plate 20 to 2 two focus channels open 15 . 45 for the introduction of liquids or liquid mixtures approximately tangential and two more focusing channels 5 . 35 for the introduction of gases or gas mixtures at a steeper angle into the vortex chamber 6 one. The focus channels 5 . 15 . 35 . 45 each with an inlet chamber 4 . 14 . 34 . 44 in fluid communication, in which the alternately adjacent fluid channels 2 . 3 . 32 . 33 . 42 . 43 . 52 . 53 open out. For the sake of clarity, the fluid channels 2 . 3 . 32 . 33 . 42 . 43 . 52 . 53 also in this figure with respect to the arrangement in 1b shown in simplified form.

Die 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, 135135''' in mehreren Ebenen im wesentlichen tangential münden. Hierzu sind mehrere Mischerplatten 120, 121, 122 unter Zwischenlegen von Distanzplatten 125 übereinander gestapelt.The 5 shows a partial section through a static micromixer 1 , which is 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. These are several mixer plates 120 . 121 . 122 with the interposition of spacer plates 125 stacked.

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.The supply of different total fluid flows in the vortex chamber 116 takes place alternately via the focusing channels of a plane or alternately via the focusing channels of different planes. To aid in the formation of spiral flow patterns, the fluid flows become approximately tangential to the vortex chamber 116 initiated. The supply of the combined fluid streams from the inlet chambers in the focusing channels is carried out by vertical holes through the mixer and spacer plates 120 . 121 . 122 respectively. 125 , The holes penetrate a defined number of mixing and spacer plates, thus establishing the fluidic connection to a specific plane of focusing channels. The discharge of the fluid streams from the vortex chamber takes place via a central outlet at the lower end face of the vortex chamber. As a result, a velocity component along the cylinder axis is superimposed on the flow and helical, rather than spiral, flow lines are formed.

Ausführungsbeispielembodiment

Der in den 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 Wirbelkammer 6 im Übergangsbereich zwischen der Wirbelkammer 6 und des Fokussierungskanals 5 betrug 126,7°. Die vier in der 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 in the 1a and 1b Static micromixer shown was realized by means of microstructured glass plates. The mixer plate 20 and the distributor plate 26 each had a thickness of 150 microns and the final bottom plate 22 and cover plate 21 each having a thickness of 1 mm. As feeders 23 . 23 ' . 23 '' . 24 . 24 ' . 24 '' in the cover plate 21 , the mixer plate 20 and the distributor plate 26 Drill holes with a diameter of 1.6 mm were chosen. The distributor plate 26 pointed as distribution structures 27 . 28 two rows of 15 slots each with a length of 0.6 mm and a width of 0.2 mm. The fluid channels 2 . 3 the mixer plate 20 had a width of 60 microns with a length of 11.3 mm and a length of 7.3 mm. In the area of the mouth of the channels 2 . 3 in the inlet chamber 4 they were between the channels 2 . 3 webs lying on a width of 50 microns. The width of the inlet chamber 4 in the area of the mouth of the fluid channels 2 . 3 reduced from 4.3 mm to the opposite side to a width of the focusing channel of 0.5 mm. Because all the structures of the mixer plate 20 were realized as breakthroughs, have the fluid channels 2 . 3 , the inlet chamber 4 , the focusing channel 5 and the vortex chamber 6 a depth which is equal to the thickness of the mixer plate of 150 microns. The length of the inlet chamber 4 ie the distance between the mouth of the fluid channels 2 . 3 and the confluence of the focusing channel 5 , was only 2.5 mm, to allow for rapid dissipation and focussing of the combined fluid streams. The ratio of the cross-sectional area of the focusing channel to the sum of the cross-sectional areas of the Fludikanäle 2 . 3 was 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 went in longitudinal extension in the channel-like vortex chamber 6 a length of 24.6 mm and a width of 2.8 mm. The opening angle of the side surfaces of the vortex chamber 6 in the transition area between the vortex chamber 6 and the focusing channel 5 was 126.7 °. The four in the 1a shown plates had an outer dimension of 26 × 76 mm. The plates were patterned photolithographically using photo-structurable glass by a method as described in Microelectronic Engineering 30 (1996), pp. 497-504. The plates were fluidly sealed together by anodic bonding.

11
Statischer MikrovermischerStatic micromixer
22
Fluidkanal für Fluid afluid channel for fluid a
33
Fluidkanal für Fluid bfluid channel for fluid b
44
Einlaßkammerinlet chamber
55
Fokussierungskanalfocusing channel
66
Wirbelkammerswirl chamber
77
Auslasskanalexhaust port
88th
Konkave Wandconcave wall
9a, 9b9a 9b
Zuführkanalfeed
1212
Fluidkanal für Fluid afluid channel for fluid a
1313
Fluidkanal für Fluid bfluid channel for fluid b
1414
Einlaßkammerinlet chamber
1515
Fokussierungskanalfocusing channel
1616
Wirbelkammerswirl chamber
2020
Mischerplattemixer plate
2121
Deckplattecover plate
2222
Bodenplattebaseplate
2323
Zuführung für Fluid aSupply for fluid a
2424
Zuführung für Fluid bSupply for fluid b
2525
Abführungremoval
2626
Verteilerplattedistribution plate
2727
Verteilerstruktur für Fluid adistribution structure for fluid a
2828
Verteilerstruktur für Fluid bdistribution structure for fluid b
3232
Fluidkanal für Fluid afluid channel for fluid a
3333
Fluidkanal für Fluid bfluid channel for fluid b
3434
Einlaßkammerinlet chamber
3535
Fokussierungskanalfocusing channel
4242
Fluidkanal für Fluid cfluid channel for fluid c
4343
Fluidkanal für Fluid dfluid channel for fluid d
4444
Einlaßkammerinlet chamber
4545
Fokussierungskanalfocusing channel
5252
Fluidkanal für Fluid cfluid channel for fluid c
5353
Fluidkanal für Fluid dfluid channel for fluid d
5555
Fokussierungskanalfocusing channel
100100
Fluidspiralefluid spiral
105, 105'105 105 '
Fokussierungskanalfocusing channel
115, 115'115 115 '
Fokussierungskanalfocusing channel
116116
Wirbelkammerswirl chamber
120120
Mischerplattemixer plate
121121
Mischerplattemixer plate
122122
Mischerplattemixer plate
123123
Nutgroove
123a123a
Verbindungsnutcommunicating
123b123b
Verteilernutdistributor
124124
Nutgroove
124a124a
Verbindungsnutcommunicating
124b124b
Verteilernutdistributor
125125
Distanzplattespacer plate
135, 135'135 135 '
Fokussierungskanalfocusing channel

Claims (32)

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.Method for mixing at least two fluids, the following steps include: - Merge one Variety of separate fluid streams the two fluids forming alternately adjacent fluid lamellae the two fluids, - discharge the united fluid fins to form a focused total fluid flow, - Initiate of the focused total fluid flow as a fluid jet into a vortex chamber forming an inwardly flowing fluid spiral, - Derive the formed mixture from the center of the fluid spiral. 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.Method according to claim 1, characterized in that that fluid flows of the two Fluids each having a width in the range of 1 micron to 1 mm and a depth in the range of 10 microns to 10 mm to form Fluid lamella merged become. 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.Method according to claim 1 or 2, characterized that the merged fluid fins are focused such that the ratio of the cross-sectional area of the focused total fluid flow to the sum of the cross-sectional areas of the merged Fluid lamella each perpendicular to the flow direction in the range of 1: 1.5 to 1: 500, preferably in the range of 1: 2 to 1:50, lies. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des fokussierten Gesamtfluidstroms zu seine Breite im Bereich von 1 : 1 bis 30 : 1, vorzugsweise im Bereich von 1,5 : 1 zu 10 : 1, liegt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that this relationship the length of the focused total fluid flow to its width in the range of 1: 1 to 30: 1, preferably in the range of 1.5: 1 to 10: 1, lies. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the focused total fluid flow into a vortex chamber ( 6 ) is introduced, which has a substantially round or oval shape in the plane of the forming fluid spiral. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the focused total fluid flow at an acute angle or preferably tangentially into the vortex chamber ( 6 ) is initiated. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the combined fluid lamellae or in the focused total fluid flow or in the vortex chamber ( 6 ) another fluid, for example a fluid containing a stabilizing additive, is introduced. Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that both first method steps on at least two spatially separated Places are carried out simultaneously and the obtained focused total fluid flows be introduced into a plane of the vortex chamber such that a common inward flowing Fluid spiral forms, consisting of at least two individual nested Fluid spirals is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Verfahrensschritte an mindestens zwei räumlich getrennten Orten jeweils gleichzeitig durchgeführt werden und die somit erhaltenen fokussierten Gesamtfluidströme in unterschiedlichen Ebenen der Wirbelkammer derart zugeführt werden, daß sich übereinanderliegende nach innen strömende Fluidspiralen bilden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the both first method steps on at least two spatially separated Places are carried out simultaneously and the thus obtained focused total fluid flows be supplied in different levels to the vortex chamber, that are superimposed flowing inward Forming fluid spirals. 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.Method according to one of claims 8 or 9, characterized that in the same two two or more performed process steps and / or different fluids are used. 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.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that in the two two or more repeated process steps equal and / or different total fluid flows at different angles in the vortex chamber ( 6 . 16 ) be initiated. 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, 14, 34, 44), in die die Fluidkanäle (2, 3, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) einmünden, und einem mit der Einlaßkammer (4, 14, 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.Static micromixer ( 1 ) for mixing at least two fluids having a plurality of alternately adjacent fluid channels ( 2 . 3 . 12 . 13 . 32 . 33 . 42 . 43 . 52 . 53 ) for separately supplying the fluids as fluid fins, at least one inlet chamber ( 4 . 14 . 34 . 44 ) into which the fluid channels ( 2 . 3 . 12 . 13 . 32 . 33 . 42 . 43 . 52 . 53 ) and one with the inlet chamber ( 4 . 14 . 34 . 44 ) fluidically communicating focusing channel ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 ' . 115 . 115 ' ) for discharging the in the inlet chamber ( 4 . 14 . 34 . 44 ) combined fluid lamellae to form a focused total fluid flow, characterized by - a vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) into which the focusing channel ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 ' . 115 . 115 ' ) in such a way that the focused total fluid flow enters as a fluid jet, forming an inwardly flowing fluid spiral (US Pat. 100 ), and - at least one with the vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) fluidly connected outlet channel ( 7 ) for discharging the formed mixture. 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.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 of 1 μm to 1 mm and a depth in the range of 10 μm to 10 mm. 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.Static micromixer according to claim 12 or 13, characterized in that the inlet chamber ( 4 . 14 . 34 . 44 ) a the fluid channels opposite, concave wall ( 8th ) into which the focusing channel ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 ' . 115 . 115 ' ) opens in the middle. Mikrovermischer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammer (4, 14, 34, 44) einen in Strömungsrichtung konstanten Querschnitt aufweist.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. 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.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 tapered cross section in the flow direction. 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.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 in the inlet chamber ( 4 . 14 . 34 . 44 ) opening fluid channels ( 2 . 3 . 12 . 13 . 32 . 33 . 42 . 43 . 52 . 53 ) in each case perpendicular to the channel axis in the range of 1: 1.5 to 1: 500, preferably in the range of 1: 2 to 1: 50, is located. 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.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 with the vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) present in the range of 1: 1 to 30: 1, preferably in the range of 1.5: 1 to 10: 1, is located. 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.Static micromixer according to one of Claims 12 to 18, characterized in that the vortex 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. Statischer Mikrovermischer nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6, 16, 116) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist.Static micromixer according to one of Claims 12 to 19, characterized in that the vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) has a substantially cylindrical shape. Mikrovermischer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Wirbelkammer (6, 16, 116) 2 mm bis 20 cm, vorzugsweise 5 mm bis 10 cm beträgt.Micromixer according to claim 20, characterized in that the diameter of the vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) Is 2 mm to 20 cm, preferably 5 mm to 10 cm. 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.Static micromixer according to one of claims 12 to 21, characterized in that below and / or above a central region of the vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) one or more outlet channels ( 7 ). 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.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 vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) are arranged in a plane and have the same depth. 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.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 vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) one or more feed channels ( 9a . 9b ) for supplying a further fluid, for example, a fluid containing a stabilizing the mixture, open. 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.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 vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ) einmün dend is arranged. 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.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 ), and with the inlet chamber ( 4 . 14 . 34 . 44 ) fluidically communicating focusing channel ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 ' . 115 . 115 ' ) are present two or more times and the two or more focusing channels ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 ' . 115 . 115 ' ) in a plane in which a common vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ). 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.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 ), and with the inlet chamber ( 4 . 14 . 34 . 44 ) fluidically communicating focusing channel ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 '; 115 . 115 ' ) are present two or more times and the two or more focusing channels ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 ' . 115 . 115 ' ) in several planes in which a common vortex chamber ( 6 ; 16 . 116 ). Statischer Mikrovermischer nach Anspruch 26 oder 27, 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.Static micromixer according to claim 26 or 27, characterized in that the two or more existing focusing channels ( 5 . 15 . 35 . 45 . 105 . 105 ' . 115 . 115 ' ) at different angles into the vortex chamber ( 6 . 16 . 116 ). 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.Static micromixer according to one of Claims 12 to 28, characterized in that the fluid-guiding 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 ' ), Allocations ( 23 . 23 ' . 23 '' . 23 ''' . 24 . 24 ' . 24 '' . 24 ' ) and the vortex chambers ( 6 . 16 . 116 ), as recesses and / or openings in plates made of a material sufficiently inert for the fluids to be mixed and these open structures by the stacking of the plates and by at least one fluidically sealed to the plate stack cover and / or bottom plate ( 21 . 22 ), the top and / or bottom plate ( 21 . 22 ) at least one feeder ( 23 . 23 ''' . 24 . 24 ' ) for the two fluids and / or at least one discharge ( 25 ) for the mixture formed. 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).Static micromixer according to claim 29, characterized by a 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 bottom plate ( 22 ) arranged and with these fluidly tightly connected distributor plate ( 26 ) with the feeds ( 23 '' . 24 '' ) for separately supplying the fluids from the feeds ( 23 ''' . 24 ' ) in the bottom plate ( 22 ) in the fluid channels ( 2 . 3 . 12 . 13 . 32 . 33 . 42 . 43 . 52 . 53 ) in the mixer plate ( 20 ). 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.Use of the method and / or the static Micromixer according to one or more of the preceding claims Reacting at least two substances, both substances in one introduced fluid or a first substance in a first fluid and a second substance in another introduced fluid are. 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.Use of the method and / or the static Micromixer according to one or more of the preceding claims Preparation of a gas-liquid dispersion, wherein at least one introduced fluid is a gas or a gas mixture and at least one further introduced fluid is a liquid, a liquid mixture, a solution, a Having dispersion or an emulsion.
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