DE102004062076A1

DE102004062076A1 - Static micromixer

Info

Publication number: DE102004062076A1
Application number: DE102004062076A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Schubert; Jürgen Dr. Brandner; Manfred Kraut; Achim Wenka
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-07-06
Also published as: ATE364438T1; EP1674150A2; EP1674150A3; EP1674150B1; DE502005000859D1

Abstract

A static micro-mixer for mixing fluid fractions, in which the openings of the fluid inlets into the mixing chamber are arranged alternately in at least one plane at one end of the chamber, with the outlet(s) at the other end outside the axis of symmetry of the chamber. A static micro-mixer comprising (a) a mixing chamber (12), (b) inlets (5) for at least two fluid fractions to be mixed or dispersed, each with at least one opening (6) into the chamber (12) and (c) at least one outlet (11) from the chamber (12). In this system, (d) the inlet openings (6) for the fluids are arranged in alternating sequence in at least one plane, (e) the chamber (12) is rotationally symmetrical with an axis of symmetry (13), with the outlet(s) at one end and the inlets at the other end, and (f) the outlet(s) is/are outside the axis of symmetry.

Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Mikrovermischer mit einer Mischkammer, Zuführungen für mindestens zwei zu mischende oder zu dispergierende Fluidfraktionen mit je mindestens einer Einmündung in die Mischkammer sowie mindestens eine Ausmündung aus der Mischkammer gemäß Anspruch 1.The The invention relates to a static micromixer with a mixing chamber, additions for at least two to be mixed or dispersed fluid fractions each at least one junction into the mixing chamber and at least one orifice out of the mixing chamber according to claim 1.

Im einem Mikrovermischer werden die zu mischenden Fluide – jedes getrennt für sich – in eine große Anzahl (oftmals mehrere Tausend) von Fluidstromfäden aufgeteilt, die alle gemeinsam über die Zuführungen geführt über die Einmündungen in eine Mischkammer münden. Durch die so erreichte, eng benachbarte Anordnung der einzelnen Mikrostromfäden der beiden oder mehreren Fluidfraktionen wird auf kurzem Weg und in sehr kurze Zeit eine effektive Vermischung erzielt. Ein statischer Mikrovermischer kennzeichnet sich dadurch, dass in diesem außer den zu vermischenden Fluidfraktionen keine bewegten Teile vorgesehen sind.in the A micromixer becomes the fluids to be mixed - each separate for yourself - in a big Number (often several thousand) of fluid flow filaments, all of them shared by the feeders guided over the junctions open into a mixing chamber. By the so reached, closely adjacent arrangement of the individual Microcurrent threads the two or more fluid fractions is on the short way and achieved in a very short time effective mixing. A static Micromixer is characterized by the fact that in this except the no moving parts provided to be mixed fluid fractions are.

Aus der DE 44 16 343 C2 ist ein derartiger Mikrovermischer mit wenigstens einer Mischkammer und einem vorgeschalteten Führungsbauteil für die getrennte Zufuhr von zu mischenden Fluiden zu einer Mischkammer bekannt, wobei das Führungsbauteil mit Ausdehnungen im Millimeterbereich aus mehreren, übereinander geschichteten Folien mit einer jeweiligen Dicke von ca. 100 Dicke zusammengesetzt ist, in die die Kanäle als Mikrostrukturen eingearbeitet sind. Die Kanäle einer Folie umfassen Zuführungen für nur eine der beiden Fluidfraktionen.From the DE 44 16 343 C2 Such a micromixer having at least one mixing chamber and an upstream guide component for the separate supply of fluids to be mixed to a mixing chamber is known, wherein the guide member having dimensions in the millimeter range of a plurality of superimposed films is composed with a respective thickness of about 100 thickness, in which the channels are incorporated as microstructures. The channels of a film comprise feeds for only one of the two fluid fractions.

Ein ähnlicher Mikrovermischer, bei dem bei sonst gleichem Aufbau und Funktionsprinzip die Zuführungskanäle von für zwei zu mischenden oder zu dispergierenden Fluiden bogenförmig verlaufend parallel zueinander in die Mischkammer ausmünden, wird in DE 195 40 292 C1 beschrieben. Durch diese Anordnung versprich man sich eine über den gesamten Ausströmquerschnitt gleichmäßig hohe und schnelle Vermischung in der Mischkammer. Die Führungs kanäle haben einen gleich bleibenden Querschnitt mit Breiten kleiner 250 μm, die Folien, in denen die Kanalstrukturen eingearbeitet werden, eine Dicke von ca. 100 μm.A similar micromixer, in which the supply channels of two fluids to be mixed or mixed open out in an arcuate manner parallel to one another into the mixing chamber, with otherwise the same design and functional principle DE 195 40 292 C1 described. By this arrangement, it promises a uniform over the entire Ausströmquerschnitt high and fast mixing in the mixing chamber. The guide channels have a constant cross-section with widths smaller than 250 microns, the films in which the channel structures are incorporated, a thickness of about 100 microns.

Auch in der DE 101 23 093 A1 wird ein statischer Mikrovermischer zum Mischen mindestens zweier Fluide offenbart, umfassend mehrere übereinander geschichteter strukturierter Folien. Die Mischkammer wird jedoch durch einen kreisförmigen Durchbruch in einer Folie gebildet, wobei die Einmündungen der beiden Fluide auf derselben Folie eingearbeitet in abwechselnder Reihenfolge in einer Ebene über die gesamte Mischkammerhöhe über die zylinderförmige Wandung der Mischkammer angeordnet sind. In der Mischkammer entsteht während der Vermischung eine zweidimensionale spiralförmige Strömung, die in eine mittig um die Symmetrieachse der Mischkammer angeordneten Bohrung auf einer Stirnfläche der Mischkammer (gebildet eine die Mischkammer begrenzenden Folienfläche) ausmündet.Also in the DE 101 23 093 A1 discloses a static micromixer for mixing at least two fluids comprising a plurality of stacked structured films. However, the mixing chamber is formed by a circular breakthrough in a film, wherein the junctions of the two fluids on the same film incorporated in an alternating order in a plane over the entire mixing chamber height over the cylindrical wall of the mixing chamber are arranged. During the mixing, a two-dimensional spiral flow arises in the mixing chamber, which opens into a bore arranged centrally around the axis of symmetry of the mixing chamber on an end face of the mixing chamber (formed by a film surface delimiting the mixing chamber).

Eine ähnliche Mischapparatur zur Vermischung von mindestens zwei Fluiden mit spiralförmiger Strömungsführung wird auch in der WO 02/089966 A2 beschrieben. Hier werden die Fluide jedoch in separaten Mischern in den Zuleitungen vor Eintritt in die Mischkammer zusätzlich gemischt.A similar Mixing apparatus for mixing at least two fluids with spiral flow guide is also described in WO 02/089966 A2. Here are the fluids however in separate mixers in the supply lines before entering the mixing chamber additionally mixed.

Eine spiralförmige Strömungsführung der vorgenannten Art ist jedoch naturgemäß mit einer Strömungsverengung verbunden, die den möglichen Durchsatz signifikant begrenzt oder eine zunehmende Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Zudem wirken in der Strömungsspirale auf das Fluid Zentrifugalkräfte der grundlegenden Strömungsrichtung zur Mitte der Mischkammer hin entgegen. Beide Einflüsse erhöhen einen gewisser Staudruck in der Mischkammer und damit auch die Wahrscheinlichkeit von turbulenten StrömungsanteilenA spiral Flow guidance of the aforementioned However, nature is naturally with a flow constriction connected the possible throughput significantly limited or causes an increasing flow velocity. In addition, act in the flow spiral on the fluid centrifugal forces the basic flow direction towards the center of the mixing chamber towards. Both influences increase one certain back pressure in the mixing chamber and thus the probability turbulent flow components

Auch die US 5.573.334 offenbart einen statischen Mischer für zwei Fluidfraktionen, umfassend eine zylinderförmige Mischkammer mit zwei Endbereichen, wobei je eine Einmündung pro Flu idfraktion sowie eine gemeinsame Ausmündung in je einem der Endbereiche positioniert sind. Auch hier in die Ausmündung durch eine konzentrische Bohrung im Boden der zylinderförmigen Mischkammer realisiert – grundsätzlich verbunden mit den vorgenannten Auswirkungen.Also the US 5,573,334 discloses a static mixer for two fluid fractions, comprising a cylindrical mixing chamber with two end regions, wherein one confluence per Flu idfraktion and a common orifice in each one of the end portions are positioned. Also realized here in the orifice by a concentric bore in the bottom of the cylindrical mixing chamber - in principle associated with the aforementioned effects.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen statischen Mikrovermischer der gattungsgemäßen Bauart mit einer verbesserten Vermischungseffizienz bereits in der laminaren Fluidströmung vorzuschlagen, wobei die genannten den Durchfluss behindernden und -begrenzenden Nachteile reduziert werden sollen.From that Based on the object of the invention is to provide a static Micromixer of the generic type with an improved mixing efficiency already in the laminar fluid flow to propose, said the flow obstructing and Limiting disadvantages should be reduced.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale in Anspruch 1 gelöst; die hierauf bezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungsformen dieser Lösung.These The object is solved by the characterizing features in claim 1; the related subclaims include advantageous embodiments this solution.

Die Erfindung umfasst eine rotationssymmetrische Mischkammer mit einer Symmetrieachse und zwei Endbereichen, eine Anzahl von Zuführungen für mindestens zwei zu mischende oder zu dispergierende Fluidfraktionen mit je mindestens einer Einmündung in die Mischkammer sowie mindestens eine Ausmündung aus der Mischkammer. Alle Einmündungen befinden sich ausschließlich in einem der beiden Endbereiche, während die Ausmündungen im anderen Endbereich positioniert sind. Vorzugsweise sind die Einmündungen der Fluidfraktionen über dem Umfang der Mantelfläche der Mischkammer, d.h. nicht auf der Stirnfläche in abwechselnder Reihenfolge in einer oder mehreren Ebene angeordnet.The invention comprises a rotationally symmetrical mixing chamber with an axis of symmetry and two end regions, a number of feeds for at least two fluid fractions to be mixed or dispersed, each having at least one confluence with the mixing chamber and at least one orifice from the mixing chamber. All one are located exclusively in one of the two end regions, while the orifices are positioned in the other end region. Preferably, the junctions of the fluid fractions over the circumference of the lateral surface of the mixing chamber, that is not arranged on the end face in an alternating sequence in one or more planes.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung betrifft die Anordnung der Einmündungen der Fluidfraktionen in die Mischkammer, und zwar in abwechselnder Reihenfolge. Die abwechselnde Reihenfolge der Einmündungen und damit der in die Mischkammer einströmenden Fluidstromfäden stellt damit eine hohe spezifische Vermischungsfläche zwischen den zu mischenden oder dispergierenden Fluidfraktionen in der Mischkammer sicher. Bei Anordnung der Einmündungen in mehreren Ebenen und bei einem zusätzlichen Ver satz der Einmündungen in einer Ebene zu denen in der jeweils benachbarten Ebene, erhält man eine weitgehende, möglichst vollständige Ummantelung der Fluidstromfäden einer Fluidfraktion durch Fluidstromfäden der jeweils anderen Fraktion.One An essential feature of the invention relates to the arrangement of the junctions the fluid fractions into the mixing chamber, in alternating Sequence. The alternating order of the junctions and thus the fluid flow filaments flowing into the mixing chamber thus a high specific mixing area between the ones to be mixed or dispersing fluid fractions in the mixing chamber safely. When arranging the junctions in several levels and with an additional offset of the junctions in one level to those in the adjacent level you get one as far as possible full Sheath of the fluid flow filaments a fluid fraction by Fluidstromfäden the other fraction.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung umfasst eine nicht konzentrische Anordnung der Ausmündung in der Mischkammer. Vorzugsweise sind die Ausmündungen im außen liegenden Bereich der Mischkammer, vorzugsweise der Mantelfläche angeordnet. Somit sind von der Fluidmischung die vorgenannten möglichen Zentrifugalkräfte, die der Strömung entgegenwirken nicht in der Höhe, wie im Stand der Technik zu erwarten, zu überwinden. Ein sich bei rotationssymmetrischen Mischkammern gemäß des Stands der Technik einstellende und eine turbulente Vermischung fördernde Staudruck wird hier ebenfalls gezielt reduziert. Grundsätzlich ist der Staudruck bei der Erfindung auch nicht erforderlich, da die Vermischung in vorgenannter Weise im Bereich der laminaren Fluidstromfäden in ausreichender Weise erfolgt.One essential feature of the invention comprises a non-concentric Arrangement of the outlet in the mixing chamber. Preferably, the outlets are in the outer Area of the mixing chamber, preferably arranged on the lateral surface. Thus, of the fluid mixture are the aforementioned possible centrifugal the flow do not counteract in height, as expected in the prior art, overcome. One in rotationally symmetrical Mixing chambers according to the state the technology adjusting and a turbulent mixing promoting Dynamic pressure is also specifically reduced here. Basically the back pressure in the invention also not required because the Mixing in the aforementioned manner in the field of laminar fluid flow strands in sufficient Way done.

Turbulente Strömungsanteile verbessern zwar grundsätzlich die Effinzienz einer Durchmischung oder Dispergierung der Fluidstromfäden in der Mischkammer, verursachen allerdings auch größere, bei bestimmten, insbesondere reaktiven Vermischungsvorgängen unbedingt zu vermeidenden Verweilzeitunterschiede der Fluidmischungen in der Mischkammer. Durch eine Vermeidung oder Reduzierung von turbulenter Strömung sinken in vorteilhafter Weise auch die vorgenannten Verweilzeitunterschiede, insbesondere im Vergleich zu den Vorrichtungen gemäß des Stands der Technik.turbulent flow components Although in principle improve the efficacy of mixing or dispersing the fluid flow filaments in the Mixing chamber, however, also cause larger, in certain, especially reactive mixing processes necessarily avoiding residence time differences of the fluid mixtures in the mixing chamber. By avoiding or reducing turbulent flow advantageously also decrease the abovementioned residence time differences, in particular compared to the devices according to the state of the technique.

Sind die Einmündungen einer Ebene zu denen in der jeweils benachbarten Ebene um jeweils eine Einmündung versetzt angeordnet, erhält man eine Einbettung der in die Mischkammer einströmenden Fluidstromfäden in jeweils eine oder mehrere andere Fluidfraktionen. Idealerweise grenzt jeder der Fluidstromfäden vollständig, d.h. an allen Seiten an Fluidstromfäden einer anderen Fluidfraktion, womit eine größtmögliche spezifische Ver mischungsfläche zwischen den Fluidfraktionen und in Folge dessen eine weitere Verbesserung der Vermischungseffizienz erzielbar ist. Bei der Vermischung oder Dispergierung von zwei Fluidfraktionen entsteht idealer weise eine Anordnung der einzelnen Einmündungsquerschnitte ähnlich einer Schachbrettanordnung.are the junctions one level to those in the adjacent level by one junction staggered, receives one embedding the flowing into the mixing chamber fluid flow threads in each case one or more other fluid fractions. Ideally, everyone is adjacent the fluid flow filaments Completely, i.e. fluid flow filaments of another fluid fraction on all sides, what a maximum specific Mixing area between the fluid fractions and as a result, a further improvement the mixing efficiency can be achieved. When mixing or Dispersion of two fluid fractions ideally creates one Arrangement of the individual confluence cross-sections similar to one Checkerboard arrangement.

Die Ausrichtung der Einmündungen zur Mischkammerwandung, d.h. der Einstrahlungwinkel der Fluidstromfäden erfolgt zwischen 0° (parallel zur Mischkammerwandung) und 90° (orthogonal zu der Mischkammerwandung) vorzugsweise zugunsten einer laminaren Strömung parallel zueinander in Richtung des oder der Auslässe. Vorzugsweise sind die Einmündungen zur Erzeugung einer bevorzugten wendelförmigen Fluidführung in der Mischkammer tangential vorzugsweise mit einem geringen Steigungswinkel zu der als Wandung dienenden Mantelfläche der Mischkammer angeordnet.The Orientation of the junctions to the mixing chamber wall, i. the angle of incidence of the fluid flow filaments takes place between 0 ° (parallel to the mixing chamber wall) and 90 ° (orthogonal to the mixing chamber wall) preferably in favor of a laminar flow parallel to each other in the direction of or the outlets. Preferably are the junctions for producing a preferred helical fluid guide in the mixing chamber tangentially, preferably with a small pitch angle arranged to the wall serving as a lateral surface of the mixing chamber.

Konstruktiv wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ebenen durch gestapelte Folien mit Rillen als Fluidführungen gebildet sind, wobei die Zuführungen pro Fluidfraktion über Fluidkanäle, umfassend übereinander liegende Durchbrüche in den Folien, fluidisch miteinander verbunden sind. Die übereinander liegenden Durchbrüche bilden im Folienstapel die Fluidkanäle, von denen sich die Fluidführungen zur Mischkammer abzweigen. Die Fluidanschlüsse an die Fluidkanäle sind vorzugsweise auf der jeweils begrenzenden äußeren Deckfolie aufgesetzt. Alternativ ist eine Zuführung auch über Kanäle auf einer oder mehreren Folien realisierbar, wobei vorzugsweise die jeweils begrenzenden äußere Deckfolien dichtend die Fluidkanäle abdecken.constructive the task is solved by that the levels through stacked films with grooves as fluid guides are formed, with the feeders per fluid fraction over Fluid channels, comprising one above the other lying breakthroughs in the films, are fluidly interconnected. The one above the other lying breakthroughs form in the film stack the fluid channels, of which the fluid guides Branch off to the mixing chamber. The fluid connections to the fluid channels are preferably placed on the respective limiting outer cover sheet. Alternatively, a feeder also over channels on one or more films feasible, preferably the respective limiting outer cover sheets sealing the fluid channels cover.

Der vorgenannte geringe Steigungswinkel der Einmündungen erzielt man beispielsweise durch eine Gestaltung der Folien ganz oder nur im Bereich der Einmündungen, d.h. unmittelbar in an der Wandung der Mischkammer als Kegelstumpfmantelflächen. Dies ist beispielsweise über eine Kaltumformung der Einzelfolien oder des Folienstapels vor der Verbindung der Folien untereinander zum Führungsbauteil z.B. über ein Diffusionsschweißen realisierbar.Of the The aforementioned low pitch angles of the junctions are obtained, for example by a design of the films entirely or only in the area of the junctions, i.e. directly in on the wall of the mixing chamber as a truncated cone lateral surfaces. This is over for example a cold forming of the individual sheets or the film stack before the connection the films with each other to the guide component e.g. above a diffusion welding realizable.

Es bietet sich ferner an, die Fluidkanäle mit entsprechenden Mitteln für Messungen wie z.B. einem Thermoelement oder für eine Temperierung oder eine Druckmessung wie z.B. mit einem Heizelement oder einem fluidischen Wärmtauscher auszustatten und entsprechend zu dimensionieren, wodurch sich die die Fluidfraktionen in vorteilhafter Weise unmittelbar vor Eintritt in die Fluidführungen individuell konfektionieren lassen.It also offers, the fluid channels with appropriate means for measurements such as. a thermocouple or for a tempering or a Pressure measurement, e.g. with a heating element or a fluidic Wärmtauscher equip and dimension accordingly, causing the the fluid fractions advantageously immediately before entry into the fluid guides can be individually tailored.

Die Erfindung sowie Details dieser werden beispielhaft anhand von Ausführungsformen und folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigenThe Invention as well as details of these will become exemplary by means of embodiments and following figures closer explained. Show it

1a und b die prinzipielle Seiten- und Draufsicht einer ersten Ausführungsform, 1a and b show the principal side and top views of a first embodiment,

2 die perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Mikrovermischers, 2 the perspective view of a second embodiment of a micromixer,

3 eine perspektivische Detailansicht der Einmündungen in die Mischkammer mit zylindrischer Wandung der zweiten Ausführungsform, 3 a detailed perspective view of the junctions in the mixing chamber with a cylindrical wall of the second embodiment,

4 die Aufsichten mehrerer Folien der zweiten Ausführungsform, 4 the plan views of several films of the second embodiment,

5 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform mit einem Ringspaltvolumen als Mischkammer, 5 a sectional view of a third embodiment with an annular gap volume as a mixing chamber,

6 eine perspektivische Detailschnittansicht eines Mischkammerabschnitts mit einer fluidischen Temperierungsvorrichtung sowie 6 a perspective detail sectional view of a mixing chamber section with a fluidic temperature control device and

7 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Temperierungsvorrichtung für ein Ringspaltvolumen gemäß der dritten Ausführungsform. 7 a perspective sectional view of a tempering device for an annular gap volume according to the third embodiment.

Die erste Ausführungsform gem. 1 zeigt schematisch einen Mikrovermischer der ersten Ausführungsform für die Vermischung von zwei Fluidfraktionen A und B mit einer zylinderförmigen Mischkammer 12 im Mischkammergehäuse 14. Dargestellt ist ferner die prinzipielle Anordnung des Führungsbauteils 1 mit den Zuführungen 5 und Einmündungen 6 am oberen Ende sowie einer Ausmündung 11 am unteren Ende des Mischkammergehäuses 14. Zuführungen und Einmündungen sind über den Mantelflächenumfang des einen Mischkammerendes in einer Ebene angeordnet, und zwar in Bezug auf die Fluide A und B in abwechselnder Reihenfolge. Das Führungsbauteil 1 ist dichtend auf ein Mischkammergehäuse 14 aufgesetzt, -geklebt oder -geschweißt. Vorzugsweise ist die Symmetrieachse orthogonal zu den Ebenen, die durch die Folien gebildet werden ausgerichtet.The first embodiment acc. 1 schematically shows a micromixer of the first embodiment for the mixing of two fluid fractions A and B with a cylindrical mixing chamber 12 in the mixing chamber housing 14 , Shown is also the basic arrangement of the guide member 1 with the feeders 5 and junctions 6 at the top and an outlet 11 at the lower end of the mixing chamber housing 14 , Feeders and junctions are arranged over the circumferential surface circumference of the one mixing chamber end in a plane, with respect to the fluids A and B in alternating sequence. The guide component 1 is sealing on a mixing chamber housing 14 put on, -glued or -welded. Preferably, the axis of symmetry is orthogonal to the planes formed by the films.

Eine zweite Ausführungsform des statischen Mikrovermischers geben 2 bis 4 wieder. Sie unterscheidet sich durch die erste Ausführungsform gem. 1 im Wesentlichen durch die Anordnung der Einmündungen und Zuführungen in mehreren Ebenen. Beide Ausführungsformen zeichnen sich durch eine um eine Symmetrieachse 13 rotationssymmetrische vorzugsweise zylinderförmige Mischkammer 12 mit zwei Endbereichen aus.Give a second embodiment of the static micromixer 2 to 4 again. It differs according to the first embodiment. 1 essentially by the arrangement of the junctions and feeds in several levels. Both embodiments are characterized by one about an axis of symmetry 13 rotationally symmetrical preferably cylindrical mixing chamber 12 with two end areas.

Beide vorgenannten Ausführungsformen sind grundsätzlich ähnlich aufgebaut. Dieser Aufbau wird anhand der zweiten Ausführungsform wie folgt näher erläutert (vgl. 2 bis 4). Die Ausführungsformen umfassen ein Führungsbauteil 1, vorzugsweise bestehend aus einer Anzahl von aufeinander gas- und druckdicht miteinander verbundener (z.B. über einen Diffusionsschweißprozess), abwechselnd gestapelter Folien 2 und 3 (erste Folie 2 und zweite Folie 3) zwischen einer als Mischkammerabschluss (Mischkammerende) dienende Deckfolie 4 und einem Mischkammergehäuse 14. Jede Ebene wird durch eine der Folien 2 oder 3 gebildet, d.h. die erste Ausführungsform umfasst nur eine Folie 2 oder 3 (in 1 nicht explizit dargestellt). Auf den Folien 2 und 3 sind die Zuführungen 5 und die Einmündungen 6 als Kanal strukturen eingearbeitet (vorzugsweise spangebend, erosiv oder chemisch ätzend). Die Deckfolien weisen Anschlussöffnungen 7 für die vorgenannten, in 1 bis 4 aber nicht weiter dargestellte Fluidanschlüsse auf. Die Anschlussöffnungen schließen sich im Führungsbauteil an die vorgenannten Fluidkanäle an, welche sich durch eine Anzahl übereinander deckungsgleich angeordneter Durchbrüche 8 in den Folien im Folienstapel bilden. Durch diese Anschlussöffnungen erfolgt eine Einleitung der Fluide A und B in die Fluidkanäle (dargestellt in 2 durch Pfeile auf der Deckfolie 4) und von dort in die Zuführungen 5, um das Führungsbauteil über Einmündungen 6 in die Mischkammer zu verlassen. Die Fläche des Führungsbauteils 1 im Bereich der Einmündungen 6 bildet dabei die ebene Wandung 9 der Mischkammer.Both aforementioned embodiments are basically similar. This structure will be explained in more detail with reference to the second embodiment as follows (see. 2 to 4 ). The embodiments comprise a guide component 1 , preferably consisting of a number of successively gas and pressure-tight interconnected (eg via a diffusion welding process), alternately stacked films 2 and 3 (first slide 2 and second foil 3 ) between serving as a mixing chamber end (mixing chamber end) cover sheet 4 and a mixing chamber housing 14 , Each level is covered by one of the slides 2 or 3 formed, that is, the first embodiment comprises only one foil 2 or 3 (in 1 not explicitly shown). On the slides 2 and 3 are the feeders 5 and the junctions 6 incorporated as a channel structures (preferably cutting, erosive or chemically corrosive). The cover sheets have connection openings 7 for the aforementioned, in 1 to 4 but not further shown fluid connections. The connection openings adjoin the aforementioned fluid channels in the guide component, which are defined by a number of apertures arranged congruently one above the other 8th form in the films in the film stack. Through these connection openings, an introduction of the fluids A and B into the fluid channels (shown in FIG 2 by arrows on the cover foil 4 ) and from there to the feeders 5 to the guide member via junctions 6 to leave the mixing chamber. The surface of the guide component 1 in the area of the junctions 6 it forms the flat wall 9 the mixing chamber.

3 zeigt anhand Detailansichten die Folien 2 und 3 mit den Durchbrüchen 8, sowie die Kanalstrukturen, umfassend die Zuführungen 5 und die Einmündungen 6 im Bereich der Wandung 9. Im Rahmen dieser Ausführungsform mündet je Folie nur eine Zuführung 5 aus jeden Durchbruch 8 aus, wobei die Durchbrüche die Fluidkanäle für die Fluidfraktionen A und B in abwechselnder Reihenfolge bilden. Jede Folie bildet somit eine Ebene mit Einmündungen der Fluidfraktionen A und B in abwechselnder Reihenfolge. Andererseits sind die Kanalstrukturen von Folie 2 und 3 nicht deckungsgleich, sondern weisen versetzt zueinander angeordnete Einmündungen 6 und Zuführungen 5 auf. Sind die Einmündungen der ersten Folien 2 und der zweiten Folien 3 um jeweils eine Einmündung versetzt, erhält man das in 3 dargestellte Schachbrettmuster der Einmündungen 6 der Fluide A und B, wobei die Einmündungen im Winkel von 90° zur Wandung 9 orientiert sind (vgl. 4). 3 shows detailed views of the slides 2 and 3 with the breakthroughs 8th , as well as the channel structures comprising the feeders 5 and the junctions 6 in the area of the wall 9 , In the context of this embodiment, only one feed opens per film 5 from every breakthrough 8th , wherein the apertures form the fluid channels for the fluid fractions A and B in an alternating sequence. Each foil thus forms a plane with junctions of the fluid fractions A and B in alternating sequence. On the other hand, the channel structures of foil 2 and 3 not congruent, but have staggered junctions 6 and feeders 5 on. Are the junctions of the first slides 2 and the second slides 3 each offset by a junction, you get the in 3 illustrated checkerboard pattern of the junctions 6 the fluids A and B, the junctions at an angle of 90 ° to the wall 9 are oriented (cf. 4 ).

Idealerweise sind die Einmündungen 6 der Fluidfraktionen A und B zugunsten einer laminaren Vermischung der vorgenannten Fluidstromfäden aber in der Mischkammer parallel zueinander orientiert (vgl. 2). Dabei bieten sich grundsätzlich Winkel grö ßer 0° vorzugsweise zwischen 45 und 90° an.Ideally, the junctions 6 the fluid fractions A and B in favor of a laminar mixing of the aforementioned fluid flow threads but in the mixing chamber oriented parallel to each other (see. 2 ). In principle, angles greater than 0 ° preferably offer between 45 and 90 °.

Ein ungleicher Winkel und damit ein Überkreuzen der Fluidstromfäden sind dagegen grundsätzlich anzustreben, wenn eine gezielte Einstellung eines turbulenten Strömungszustands unmittelbar an den Einmündungen angestrebt wird. Der Winkelunterschied liegt dabei bevorzugt oberhalb 10°. Liegt er oberhalb von 90°, kommt es zu einem Gegeneinanderströmen der Fluidstromfäden und damit wiederum zu einem erhöhten Staudruck.One uneven angle and thus a crossing over the fluid flow filaments are against it in principle to strive for when a targeted adjustment of a turbulent flow state immediately at the junctions is sought. The angle difference is preferably above 10 °. Lies he above 90 °, it comes to a flow against each other of the fluid flow filaments and in turn to an increased Back pressure.

Die Folien 2 und 3 und damit die Einmündungen (vgl. 2 und 3) und die Ausmündungen 11 (vgl. 2) befinden sich in je einem dieser Endbereiche, wobei das vorgenannte Führungsbauteil 1 das eine Ende der rotationssymmetrischen Mischkammer 12 vollständig umschließt. Analog zu den in 2 dargestellten Folien 2 und 3 weisen die dargestellten Zuführungen 5 auf der zweiten Folie 3 einen Versatz zu den Durchbrüchen 8 auf, womit sich die Einmündungen 6 an der Mischkammerwandung 9 bei abwechselnder Reihenfolge der Folien 2 und 3 und bei einer um je eine Einmündung pro Ebene (Folie) versetzter Anordnung der Einmündungen gemäß eines Schachbrettmusters anordnen (vgl. 3 und 4).The slides 2 and 3 and thus the junctions (cf. 2 and 3 ) and the outlets 11 (see. 2 ) are in each one of these end portions, wherein the aforementioned guide member 1 one end of the rotationally symmetric mixing chamber 12 completely encloses. Analogous to the in 2 illustrated slides 2 and 3 have the feeds shown 5 on the second slide 3 an offset to the breakthroughs 8th on, bringing the junctions 6 at the mixing chamber wall 9 with alternating sequence of slides 2 and 3 and arrange at an order of one junction per level (slide) staggered arrangement of the junctions according to a checkerboard pattern (see. 3 and 4 ).

In der dargestellten Form sind die Einmündungen zur Symmetrieachse hin ausgerichtet und bilden mit dieser jeweils einen rechten Winkel. Alternativ lassen sich die Einmündungen windschief zu der Symmetrieachse anordnen, womit man in einer rotationssymmetrischen Mischkammer eine Strömungsrichtung, vorzugsweise eine wendelförmige insbesondere im außen liegenden Bereich der Mischkammer, vorgibt. Dabei bietet es sich an, die Mischkammer als Ringspaltvolumen zu gestalten und/oder die Ausmündungen in Strömungsrichtung anzuordnen. Vorzugsweise sind die Ausmündungen außerhalb der Symmetrieachse angeordnet. Eine möglichst strickte gleichartige geometrische Ausrichtung aller Einmündungen in ihrer Anordnung zu der Symmetrieachse für beide der Fluidfraktionen begünstigt eine laminare Vermischung der Fluidstromfäden in vorgenannter Weise.In the illustrated form are the junctions to the axis of symmetry aligned with each form a right angle with this. Alternatively, the junctions can be Windschief to the symmetry axis arrange, which one in a rotationally symmetrical Mixing chamber one flow direction, preferably a helical one especially in the outside lying area of the mixing chamber, pretends. It is suitable to design the mixing chamber as an annular gap volume and / or the orifices in the flow direction to arrange. Preferably, the orifices are outside the axis of symmetry arranged. One as possible similar geometric orientation of all junctions in their arrangement to the symmetry axis for both favors the fluid fractions a laminar mixing of the fluid flow filaments in the aforementioned manner.

5 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform mit Ringspaltvolumen als rotationssymmetrische Mischkammer 12. Sie unterscheidet sich von der in 2 bis 4 dargestellten zweiten Ausführungsform durch den um die Symmetrieachse 13 angeordneten Kern 15. Sind die Einmündungen im vorgenannten Sinne windschief zu der Symmetrieachse 13 und zu dieser auch gleichartig ausgerichtet, baut sich im Ringspaltvolumen um den Kern 15 in Richtung der Ausmündung 11 eine Strömungswendel auf. 5 zeigt zudem beispielhaft den verlauf der durch die Durchbrüche der Folien 2 und 3 gebildeten Fluidkanäle 16. 5 shows a sectional view of another embodiment with annular gap volume as a rotationally symmetrical mixing chamber 12 , It is different from the one in 2 to 4 illustrated second embodiment by the about the axis of symmetry 13 arranged core 15 , Are the junctions in the aforementioned sense skewed to the axis of symmetry 13 and aligned to this same, builds in the annular gap volume around the core 15 in the direction of the outlet 11 a flow spiral on. 5 also shows an example of the course of the breakthroughs of the films 2 and 3 formed fluid channels 16 ,

6 zeigt die Ausführungsform gemäß 5, jedoch mit einer Temperiervorrichtung in der Mischkammergehäuseseitigen Mischkammerwandung. In der dargestellten Ausführung umfasst die Temperaturvorrichtung einen mikrofluidischen Wärmetauscher mit Mikrokanalstruktur und einem durchfließenden Temperiermedium, d.h. mit zwei Anschlüssen 1 und zwei Verteilerkanälen 13, zwischen denen eine Vielzahl von parallel geschalteten Einzelkanälen 19 das Mischkammergehäuse 14 durchdringt. 6 shows the embodiment according to 5 , but with a tempering device in the mixing chamber housing side mixing chamber wall. In the illustrated embodiment, the temperature device comprises a microfluidic heat exchanger with a microchannel structure and a temperature control medium flowing through, ie with two connections 1 and two distribution channels 13 , between which a large number of parallel individual channels 19 the mixing chamber housing 14 penetrates.

Alternativ lassen sich auch andere Komponenten des statischen Mikrovermischers temperieren, d.h. heizen oder kühlen, wie z.B. im Bereich des Kerns, selektiv die Zuführungen und Einmündugen für eine Fluidfraktion oder die Ausmündung. Insbesondere bei einer Temperierung der Einmündungen lassen sich unerwünschte Auswirkungen von größeren Temperatur- und Druckgradienten, beispielsweise Kavitation oder Änderungen des Aggregatzustands, bei Eintritt von Fluidstromfäden einer Fluidfraktion aus den Einmündungen in die Mischkammer reduzieren.alternative it is also possible to use other components of the static micromixer temper, i. heat or cool, such as. in the region of the core, selectively the feeds and Einmündugen for a fluid fraction or the outlet. In particular, with a temperature of the junctions can be undesirable effects of larger temperature and pressure gradients, such as cavitation or changes of the state of aggregation, when fluid flow filaments enter Fluid fraction from the junctions reduce into the mixing chamber.

7 zeigt einen Kern 15 (vgl. 5 und 6), welcher als doppeltes Rohr in zwei Teilvolumina unterteilt ist. Im Innenrohr 20 wird das Tempereiermedium axial in eine Richtung zum einen Ende des Kerns geführt, um es zwischen Innen- und Außenrohr unter Wärmeabgabe in den umgebenden Bereich der Mischkammer 12 axial wieder zurück zuleiten. 7 shows a core 15 (see. 5 and 6 ), which is divided as a double tube in two sub-volumes. In the inner tube 20 The Tempereiermedium is axially guided in a direction to one end of the core to heat between inner and outer tube in the surrounding area of the mixing chamber 12 to return axially.

11: Führungsbauteilguiding member
22: erste Foliefirst foil
33: zweite Foliesecond foil
44: Deckfoliecover sheet
55: Zuführungfeed
66: Einmündungjunction
77: Anschlussöffnungport opening
88th: Durchbruchbreakthrough
99: Wandungwall
1111: Ausmündungorifice
1212: Mischkammermixing chamber
1313: Symmetrieachseaxis of symmetry
1414: MischkammergehäuseMixing chamber housing
1515: Kerncore
1616: Fluidkanalfluid channel

Claims

Static micromixer comprising a) a mixing chamber ( 12 ), b) Feeds ( 5 ) for at least two fluid fractions to be mixed or dispersed, each having at least one confluence ( 6 ) into the mixing chamber and c) at least one orifice ( 11 ) from the mixing chamber wherein d) the junctions of the fluid fractions are arranged in an alternating sequence in at least one plane, e) the mixing chamber is rotationally symmetrical with an axis of symmetry ( 13 ) and two end regions is designed, wherein the orifices and the junctions are positioned in each one of the end regions and f) the orifices are arranged outside the axis of symmetry.

Static Mirkovermischer according to claim 1, characterized in that junctions ( 6 ) are arranged in at least two planes, wherein the junctions of a plane are arranged offset to those in the respective adjacent plane.

Static micromixer according to claim 2, characterized in that the junctions ( 6 ) of a plane to which in the respective adjacent plane are arranged offset by a respective junction.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that all junctions ( 6 ) are aligned each fluid fraction at an angle to the wall of the mixing chamber, said angle between 0 and

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the planes are covered by stacked foils ( 2 . 3 ) are formed with grooves as fluid guides, wherein the feeds ( 5 ) per fluid fraction via fluid channels, comprising superimposed openings ( 8th ) in the slides ( 2 . 3 ) are fluidly connected to each other.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the axis of symmetry ( 13 ) is aligned orthogonal to the planes.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the junctions ( 6 ) skewed to the symmetry axis ( 13 ) are arranged.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing chamber ( 12 ) is an annular gap volume.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that all junctions ( 6 ) in their arrangement to the axis of symmetry ( 13 ) are aligned identically for each fluid fraction.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the junctions ( 6 ) in the mixing chamber ( 12 ) specify a direction of flow and the outlets ( 11 ) in their arrangement to the axis of symmetry ( 13 ) are aligned identically.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the outlets ( 11 ) are aligned in a flow direction.

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing chamber walls ( 9 ) having a tempering device.

Static micromixer according to claim 13, characterized in that the tempering device has a microchannel structure with a flowing through Temperature control comprises.