DE10218280C1 - Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf die Gebiete der Keramik und betrifft ein System für die Mikroreaktionstechnik, wie es beispielsweise in Mikroreaktoren zur Anwendung kommen kann. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein System anzugeben, mit dem die Zufuhr einzelner Fluidkomponenten sowohl reguliert als auch abgeschaltet werden kann. DOLLAR A Gelöst wird die Aufgabe durch ein integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik, bestehend aus einem Oberteil, einem Unterteil und einem Einlegeteil, wovon das Ober- und/oder das Unterteil mindestens eine Aussparung für das Einlegeteil aufweist, und das Oberteil und Unterteil mit dem dazwischen liegenden Einlegeteil dichtend verbunden sind, und das Unterteil und/oder das Oberteil oder eine oder beide Seiten des Einlegeteiles mindestens zwei Zuführungen und mindestens einen Auslass, jeweils für Flüssigkeiten oder Gase und jeweils in Form von Aussparungen, aufweisen, wobei die Zuführungen sackartig enden und diese Enden räumlich mit einem Vorraum verbunden sind, der in Form einer Aussparung ausgeführt ist und sich im jeweils anderen Teil befindet, welches mit dem Teil, in dem sich die Aussparungen für die Zuführungen und/oder der oder die Auslässe befinden, eine Trennebene bildet, und bei dem von dem Vorraum eine räumliche Verbindung zu einer oder mehreren Kavitäten hergestellt ist, und die Kavitäten entweder mit einem oder mehreren Auslässen oder mit einem Nachraum räumlich verbunden sind, der ebenfalls in Form einer ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Misch- und Schaltsystem gemäß Patentanspruch 1.

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Keramik, Chemie, Medizin, Pharmazie, Biologie, Gentechnik und der Mikroreaktionstechnik und betrifft ein integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik, wie es beispielsweise in Mikroreaktoren für Synthesen von Wirkstoffen oder Gefahrstoffen oder für Katalysatorscreening zur Anwendung kommen kann.

Mikroreaktoren gewinnen aufgrund ihrer Vorteile im Vergleich zu makroskopischen chemischen Reaktoren zunehmend an Bedeutung. Ihre Vorteile bestehen beispielsweise in kürzeren Ansprechzeiten, niedrigerem Chemikalienverbrauch, geringerem Platzbedarf, niedrigeren Herstellungs- und Betriebskosten sowie in der Möglichkeit der Systemintegration. Mikromischer, in denen chemische Stoffumsetzungen durchgeführt werden können, bilden eine Hauptkomponente der Mikroreaktoren. Für den Ablauf einer gewünschten chemischen Reaktion ist eine in kurzen Zeiträumen ablaufende, homogene Vermischung flüssiger oder gasförmiger Reaktionspartner eine grundlegende Voraussetzung.

Während in Makrosystemen eine intensive Vermischung zweier Komponenten hauptsächlich durch Konvektion, unterstützt durch Rühren oder Schütteln herbeigeführt werden kann, ist der effektivste Wirkmechanismus in Mikromischern die Diffusion, da die Reaktionspartner aufgrund der niedrigen Reynolds-Zahl laminare Strömungsbewegungen zeigen.

Die meisten statischen Mikromischer nutzen das Prinzip der Multilamination, um ein schnelles, diffusionsgetriebenes Vermischen der Komponenten zu gewährleisten.

In WO 99/20379 A1 wird ein statischer Mikromischer zum Mischen von flüssigen, viskosen oder gasförmigen Phasen beschrieben, bestehend aus einem Gehäuseober- und -unterteil, die an den Verbindungsflächen dicht aneinander liegen. In diese Trennebene münden zwei Zuläufe und ein Auslauf. Die Mischstrecke für die zu mischenden Phasen bilden Kanalnuten, die in einer der beiden Verbindungsoberflächen ausgespart sind, und die sich mehrfach kreuzen.

Nachteilig an dieser Erfindung ist die Temperierung des Reaktionsgemisches, die ausschließlich über die Gehäuseteile erfolgt.

Eine andere Ausführung eines statischen Mischers wird in WO 00/78438 A1 beschrieben. Dieser Mikromischer besteht aus einer Mischkammer mit einem vorgeschalteten Führungsbauteil für die getrennte Zuführung von zu mischenden oder zu dispergierenden Fluiden. Das Führungsteil ist mit schräg zu der Mikromischerlängsachse verlaufenden schlitzförmigen Kanälen durchzogen, die sich berührungslos im Wechsel kreuzen und in eine Mischkammer einmünden, von der sie in einen gemeinsamen Austrittsquerschnitt auslaufen.

Ein ebenfalls aus einer Mischkammer und einem vorgeschalteten Führungsbauteil bestehender Mikrovermischer wird in DE 197 48 481 A1 vorgestellt, wobei das Führungsbauteil aus mit Nuten versehenen Folien mindestens zweier Arten besteht, die beim Übereinanderschichten je eine Schar von Kanälen für die Führung der zu mischenden Fluide bilden. Die Nuten mindestens einer Folienart weisen unterschiedliche Länge mit einem bogenförmig gekrümmten Abschnitt auf, und die Wanddicken der Stege zwischen den längeren Nuten weisen einen kleineren Abstand auf, als zwischen den kürzeren Nuten, was eine über die gesamte Stirnfläche gleich hohe Mischungseffektivität bewirken soll.

In DE 199 61 257 A1 wird ein Mikromischer beschrieben, bei dem die Zuführungselemente keilförmige Platten sind, die zu einem Ringsektor zusammensetzbar sind, der die Mischkammer bogenförmig umgibt. Die für jedes Fluid vorgesehenen Mikrokanäle bilden symmetrische, mindestens zwei Stufen umfassende Bifurkationskaskaden. Dieser Mikrovermischer soll sich durch eine besonders einfache und kompakte Bauweise auszeichnen und den Vorteil besitzen, dass an den Ausgängen der Mikrokanäle je Fluid identische Volumenströme vorliegen.

Ein aktiver mikrofluidischer Mischer zum Vermischen von Mikropartikeln und Fluiden wird von Jin-Woo Choi [Jin-Woo Choi et al., Microfluidic Devices and Systems III, Eds. Carlos H. Mastrangelo, Holger Becker, Proceedings of SPIE Vol. 4177 (2000), pp. 154-161] beschrieben, der auf der elektrohydrodynamischen Konvektion beruht. Eine Flüssigkeit, in der Mikropartikeln dispergiert vorliegen, wird mit einer zweiten Reaktionsflüssigkeit in Kontakt gebracht. Über ein externes elektrisches Feld wird den geladenen Partikeln in der Flüssigkeit eine Bewegung aufgezwungen. Durch die Partikelbewegung wird auf die umgebende Flüssigkeit eine Scherwirkung ausgeübt und ein Teil der Flüssigkeit mitgezogen. Auf diese Weise wird eine konvektive Durchmischung beider Flüssigkeiten hervorgerufen. Die Vermischungsgeschwindigkeit wird dabei von den Parametern des angelegten elektrischen Feldes, der elektrischen Leitfähigkeit und der Elektrodengeometrie bestimmt. Der offenkundige Nachteil dieses Mischsystems besteht darin, dass für ein Zustandekommen der elektrohydrodynamischen Konvektion geladene Mikropartikeln erforderlich sind.

Eine Durchmischung reiner flüssiger Phasen ist auf diese Weise nicht möglich.

Als Stand der Technik kann ebenfalls ein in WO 99/01209 A1 beschriebener schaltbarer dynamischer Mikromischer angeführt werden. Dieser Mischer verfügt über eine Mischkammer, innerhalb derer sich mehrere magnetisierbare Perlen befinden, die einseitig von einer Abdeckung überdeckt werden, sich jedoch frei bewegen können, und deren Gesamtlänge in linearer, einander benachbarter Aufreihung etwas unterhalb der kleinsten lateralen Mischkammerausdehnung festgelegt ist. Ein zuschaltbares rotierendes Magnetsystem ermöglicht dann eine gemeinsame Rotation des linearen Perlengebildes und sorgt somit für eine Rührerfunktion.

Ein allen beschriebenen statischen und dynamischen Mischsystemen innewohnender Nachteil ist, dass keine systeminterne Schaltung eine Dosierung oder Abschaltung der Reaktanden ermöglicht. Eine Dosierung der Komponenten oder die Unterbrechung der Zuführung der Reaktanden kann nur außerhalb an den Zuführungen zum Mischer erfolgen. Desweiteren sind diese Mischsysteme nur zum Teil temperierbar. Eine Temperierung erfolgt in diesen Fällen direkt über das gesamte Gehäuse. Eine segmentweise Temperierung im Bereich einer Verweilstrecke vor oder nach Einsetzen der gewünschten chemischen Reaktion wird nicht angeführt.

Weiterhin bekannt ist ein Analyse- und Dosiersystem, welches aus Bauelementen, Ventilen und Anschluss- und Verbindungsleitungen besteht, wobei die wesentlichen Bauelemente und Ventile auf einem Chip angeordnet sind (DE 44 38 785 A1). Dieser Chip besteht aus einem ein- oder mehrschichtigen Substrat und einer ein- oder mehrschichtigen Abdeckung, wobei Substrat und/oder Abdeckung Vertiefungen aufweist, die zur Bildung von Leitungshohlräumen und/oder für das Zusammenwirken mit den Bauelementen dienen.

Die Funktionalität des Systems wird durch die Bauelemente und Ventile realisiert. Medien werden durch Zu- und Abläufe, die aus Vertiefungen im Substrat und/oder der Abdeckung gebildet sind, zu den Ventilen und Bauelementen geleitet, die den Strom der Medien regeln und in den Bauelementen, wie beispielsweise in einer Reaktionskammer auch verarbeiten.

Ebenfalls bekannt ist aus der DE 44 17 251 A1 ein druckausgleichendes Mikroventil mit einer Ventilkammer, einer Einströmöffnung und mit einer Grundplatte, in der eine Ausströmöffnung eingebracht ist, und mit einem Schließglied im Bereich der Ausströmöffnung in der Ventilkammer. Das Schließglied ist über elastische Verbindungselemente mit einer Deckplatte verbunden und mit Betätigungsmitteln versehen, die ein Öffnen und Schließen der Ausströmöffnung mit dem Schließglied ermöglichen. Die Deckplatte ist eine verformbare Membran, die sich beim Verschließen so verformt, dass die elastischen Verbindungselemente eine Kraft auf das Schließglied ausüben, die dem Druck auf das geschlossene Schließglied entgegenwirkt.

Ein derartiges Mikroventil dient als separates Bauelement ausschließlich zum Öffnen und Schließen einer Einlass- oder Auslassöffnung. Auch hier wird die Funktionalität des Systems, in dem ein solches Mikroventil verwendet wird, durch seine Bauelemente bestimmt.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass zur Steuerung und Regelung eines beispielsweise Reaktionssystemes jeweils zahlreiche separate Bauteile und Ventile verwendet werden müssen und damit auch ein erheblicher Platzbedarf notwendig ist, der in der Mikroreaktionstechnik nur begrenzt zur Verfügung steht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik anzugeben, mit dem die Zufuhr einzelner Fluidkomponenten sowohl reguliert als auch abgeschaltet werden kann.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße integrierte Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik besteht aus einem Oberteil, einem Unterteil und einem Einlegeteil, wovon das Ober- und/oder das Unterteil mindestens eine Aussparung für das Einlegeteil aufweist, und das Oberteil und Unterteil mit dem dazwischenliegenden Einlegeteil dichtend verbunden sind. Im Unterteil und/oder im Oberteil oder auf einer oder beiden Seiten des Einlegeteiles sind mindestens zwei Zuführungen und mindestens ein Auslass jeweils in Form von Aussparungen und jeweils für Flüssigkeiten oder Gase angeordnet. Die Zuführungen enden sackartig und sind räumlich mit einem Vorraum verbunden, der in Form einer Aussparung ausgeführt ist und der sich in dem jeweiligen anderen Teil befindet, welches mit dem Teil, in dem die Zuführungen und/oder der Auslass angeordnet sind, eine Trennebene bildet. Von diesem Raum ausgehend ist eine Verbindung zu einer oder mehreren Kavitäten hergestellt. Die Kavitäten sind räumlich entweder mit dem oder den Auslässen verbunden oder enden in einem Nachraum, der ebenfalls in Form einer Aussparung ausgeführt ist und die Verbindung mit einem oder mehreren Auslässen herstellt, die dann in dem jeweiligen anderen Teil angeordnet sind, welches mit dem Teil, in dem der Nachraum angeordnet ist, eine Trennebene bildet.

Durch Verschiebung und/oder Drehung des Einlegeteiles ist die Verbindung zu auch nur einer Zuführung oder einem Auslass hergestellt oder unterbrochen.

Vorteilhafterweise bestehen das Oberteil, das Unterteil und das Einlegeteil aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall oder vorzugsweise aus Keramik.

Weiterhin vorteilhafterweise ist die Aussparung im Oberteil und/oder Unterteil rund und das Einlegeteil weist einen runden Umfang auf.

Ebenfalls vorteilhafterweise ist der Vorraum und/oder der Nachraum, in dem die Zuführungen und/oder Auslässe enden, nierenförmig oder bohnenförmig oder oval oder schlitzförmig ausgebildet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Falle der Anordnung des Vorraumes und/oder des Nachraumes im Einlegeteil der Vorraum und/oder der Nachraum in Form einer Durchtrittsöffnung ausgeführt sind.

Es ist auch vorteilhaft, dass die Zuführungen an den äußeren Bereichen des Vorraumes und/oder Nachraumes enden und die Verbindung mit den Kavitäten in der Mitte des Vorraumes und/oder Nachraumes angeordnet sind.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass durch Drehen oder Verschieben des Einlegeteiles die Verbindung des Vorraumes oder Nachraumes mit einer Zuführung oder mit einem Auslass unterbrochen ist.

Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung ist es, wenn durch wechselseitige Bewegung des Einlegeteiles die Verbindung des Vorraumes oder des Nachraumes mit abwechselnd der einen und der anderen Zuführung oder dem einen oder anderen Auslass realisiert ist.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass die Kavitäten von einem Heiz- oder Kühlsystem umgeben sind, die einen separaten Zu- und Abgang aus dem Einlegeteil und/oder Oberteil und/oder Unterteil aufweisen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Heiz- oder Kühlsystem parallel zu den Kavitäten und/oder Zu- und/oder Abführungen im Oberteil und/oder Unterteil und/oder Einlegeteil geführt sind.

Auch von Vorteil ist es, dass die Oberflächen des Oberteiles, des Unterteiles und des Einlegeteiles mindestens im Randbereich dichtend aufliegen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Einlegeteil mit einem Hebel verbunden ist, der von außerhalb des geschlossenen Oberteiles und Unterteiles bedienbar ist und die Bewegung des Einlegeteiles ermöglicht.

Vorteilhafterweise bestehen das Einlegeteil und/oder der Hebel aus einem ferromagnetischen Material, wodurch die Bewegung des Einlegeteiles über elektromagnetische Bedienung realisiert ist.

Auch vorteilhafterweise bestehen das Einlegeteil und/oder der Hebel aus einem nicht ferromagnetischen Material, wodurch die Bewegung des Einlegeteiles über mechanische Bedienung realisiert ist.

Auch vorteilhafterweise bestehen das Einlegeteil und/oder der Hebel aus einem piezokeramischen Material, wodurch die Bewegung des Einlegeteiles über piezoelektrische Bedienung realisiert ist.

Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Bedienung des Einlegeteiles hydraulisch oder pneumatisch realisiert ist.

Durch das erfindungsgemäße integrierte Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik liegt insbesondere für Mikroreaktoren und Mikromischsysteme ein Misch- und Schaltsystem vor, wodurch die Zufuhr und/oder Ableitung einzelner Komponenten oder Reaktionspartner in gasförmiger oder flüssiger Form sowohl hinsichtlich Zeit, Menge, Konzentration usw. reguliert und auch zu- und abgeschaltet werden kann. Dies kann über mechanische, elektromagnetische, piezoelektrische, hydraulische oder pneumatische Bedienung erfolgen.

Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, den Reaktorraum mit nur einer Komponente zu spülen oder die Bildung eines gewünschten Reaktionsproduktes durch die Zuflussregulierung eines Reaktanden gezielt zu steuern. Eine weitere Möglichkeit der Erfindung besteht darin, dass für das als Mischer und Reaktor dienende System neben der bereits bekannten Temperierungsmöglichkeit des Gesamtsystems auch eine abschnittsweise, zonenweise oder segmentweise Temperierung möglich ist, und dass dadurch beispielsweise ein, Vorwärmen eines Reaktionsgemisches oder ein Abkühlen eines Reaktionsproduktes in einem Systemabschnitt gewährleistet werden kann.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen integrierten Misch- und Schaltsystemes ist folgende. Zwei oder mehrere Fluide treten an den dafür im System vorgesehenen Einlassöffnungen ein und werden räumlich voneinander getrennt in beispielsweise kanalartige Kavitäten geführt, die sackartig enden. Die Zusammenführung der Fluide ist nun nur durch den Eintritt in einen Vorraum möglich, der sich als Aussparung in dem anderen Teil befindet, welches mit dem Teil mit den kanalartigen Kavitäten eine Trennebene bildet. Dabei ist durch Verschieben oder Drehen des Einlegteiles die wechselseitige Zuführung einzelner oder mehrerer Fluide gleichzeitig oder nacheinander in den Vorraum möglich, da durch die Bewegung des Einlegeteiles die räumliche Verbindung zwischen dem Vorraum und einem oder mehreren kanalartigen Kavitäten gleichzeitig oder nacheinander herstellbar ist. Es ist auch ein Sperren der räumlichen Verbindung des Vorraumes mit allen kanalartigen Kavitäten möglich.

Der Vorraum stellt wiederum die räumliche Verbindung zu einer oder mehreren Kavitäten her. Die Kavitäten können sich dabei in oder an allen Teilen innerhalb des Systems befinden.

Die Kavitäten stehen dann in räumlicher Verbindung zu mindestens einem Auslass oder einer oder mehrere oder alle enden in einem Nachraum. Dieser Nachraum ermöglicht den Eintritt der Produkte aus dem oder den Kavitäten in einen oder mehrere Auslässe, die sich als Aussparungen in dem anderen Teil befinden, welches mit dem Teil des Nachraumes eine Trennebene bildet. Die Auslässe können ebenfalls als kanalartige Kavitäten ausgebildet sein.

Die Kavitäten können mäanderförmig oder sich mehrfach kreuzend oder sich mehrfach verzweigend und/oder mit einem größeren Raum, beispielsweise einem Reaktionsraum, oder in Form einer zweidimensionalen Düsenstruktur oder als Fluidschaltstruktur ausgebildet sein.

Durch die Möglichkeit der Anordnung von Durchtrittsöffnungen im Einlegeteil, die als Vor- und/oder Nachraum dienen können, ist ein Wechsel bei der Benutzung der Kavitäten vom Oberteil zum Unterteil und umgekehrt erreichbar.

Durch das erfindungsgemäße Misch- und Schaltsystem ist es beispielsweise möglich, periphere Analysengeräte, Probensammler oder weitere Misch- und/oder Reaktionsstrecken mit dem erzeugten Fluidgemisch oder Reaktionsprodukt zu versorgen.

Im weiteren ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Ein Mikroreaktor besteht aus einem Unterteil, einem Oberteil und einem Einlegeteil. Das Unterteil besitzt zwei Zuführungen für die Edukte und einen Auslass zum Abführen der Mischung und/oder eines Reaktionsproduktes sowie einen Ein- und einen Auslass für ein Temperierungsmedium in Form von Wasser. Das Unterteil besitzt außerdem eine Misch- und/oder Reaktionskammer, in der beide Eduktfluide aufeinandertreffen, miteinander vermischt werden oder miteinander reagieren. Diese Misch- und/oder Reaktionskammer mündet in eine mäanderartige Kanalstruktur, die zum Auslass führt. Diese Kanalstruktur ist so ausgeführt, dass eine Intensivierung des Mischprozesses durch schmale Kanalgeometrien < 500 µm und damit verkürzte Diffusionswege erzielt wird. Gleichzeitig wird ein Kanal vom Einlass des Temperierungsmediums zum Auslass parallel und berührungslos zur Kanalstruktur der Mischung und/oder des Reaktionsgemisches geführt, so dass über die trennende Wand zwischen beiden Kanalstrukturen ein Wärmeaustausch zwischen Temperierungsmedium und Fluidgemisch oder Reaktionsprodukt erfolgen kann. Auf diese Weise wird eine interne Erwärmung eines Reaktionsgemisches oder eine interne Abkühlung eines Reaktionsproduktes erreicht. Eine zusätzliche Temperierung des Mikroreaktors ist, wie als Stand der Technik häufig beschrieben, über die Gehäuseteile möglich. Über eine Kanalstrukturierung zwischen Misch- und/oder Reaktionskammer und Auslass ist neben einer Mischungsintensivierung gleichzeitig eine Verweilstrecke zur Vorwärmung, Reaktionstemperierung oder Abkühlung eines Produktes oder eines Eduktgemisches möglich. Die Fluideinlässe enden in einer bohnenförmigen Sackstruktur, die in dieser Ebene keine Verbindung zur Misch- und/oder Reaktionskammer besitzen. Das Oberteil liegt dichtend an einer Verbindungsfläche im Randbereich auf dem Unterteil auf und besitzt eine runde Aussparung, die der Aufnahme und Führung des runden Einlegeteiles dient. Für eine mechanische Bewegung des Einlegeteiles in der Führung ist im Randbereich des Oberteiles eine schlitzförmige Öffnung gelassen, durch die ein mechanischer Hebel des Einlegeteiles nach außen ragt. Das Einlegeteil sitzt verschiebbar aber seitlich dichtend in der Führung des Oberteiles und liegt dichtend, aber ebenfalls verschiebbar auf dem strukturierten Unterteil auf. Die Abdichtung zwischen den aufeinanderliegenden Verbindungsoberflächen erfolgt durch Druckkräfte, nämlich Zusammenpressen der feinbearbeiteten Oberflächen und/oder Dichtungen, beispielsweise Kunststoff- oder Metallfolien. In der dem Unterteil zugewandten Seite des Einlegeteiles ist eine nicht durchgehende Aussparung vorhanden. Diese Aussparung ermöglicht ein gleichzeitiges Überdecken der bohnenförmigen Sackstruktur mit der Misch- und/oder Reaktionskammer. In dieser Stellung des Einlegeteiles können die Edukte aus den Zuführungen durch Ebenenwechsel in die Aussparung des Einlegeteiles zusammentreffen und sich in der Aussparung und der Misch- und/oder Reaktionskammer turbulent vermischen bzw. reagieren. Da die Reaktionskammer in die Kanalstruktur mündet, wird das Eduktgemisch einer intensiveren Mischung bzw. das Reaktionsprodukt einer Verweilstrecke zugeführt. Durch Verschieben oder Verdrehen des Einlegeteiles wird das Verhältnis des Zustromes der Fluide variiert oder die Zufuhr eines Fluides vollständig unterbunden. Auf diese Weise kann eine Reaktion intern gestoppt oder die gewünschte Reaktion gesteuert werden. Auch ein Spülen des Mikroreaktors mit nur einem Fluid ist auf diese Weise möglich.

Die Mikrostrukturierung kann über bekannte, für die entsprechende Materialklasse geeignete Verfahren erfolgen. Für gesinterte Keramiken sind beispielsweise die Laserbearbeitung, das Erodierverfahren und spezielle mikromechanische Verfahren möglich. Die Formgebung der Keramik im ungesinterten Zustand kann über spezielle Abformtechniken erfolgen, z. B. über Schlickerpressen, Foliengießen, Zentrifugalgießen, Sol-Gel-Gießen, Hoch- und Niederdruckspritzgießen sowie über Gefrierguss.

Claims (17)

1. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik, bestehend aus einem Oberteil, einem Unterteil und einem Einlegeteil, wovon das Ober- und/oder das Unterteil mindestens eine Aussparung für das Einlegeteil aufweist, und das Oberteil und Unterteil mit dem dazwischenliegenden Einlegeteil dichtend verbunden sind, und das Unterteil und/oder das Oberteil oder eine oder beide Seiten des Einlegeteiles mindestens zwei Zuführungen und mindestens einen Auslass, jeweils für Flüssigkeiten oder Gase und jeweils in Form von Aussparungen, aufweisen, wobei die Zuführungen sackartig enden und diese Enden räumlich mit einem Vorraum verbunden sind, der in Form einer Aussparung ausgeführt ist und sich im jeweils anderen Teil befindet, welches mit dem Teil, in dem sich die Aussparungen für die Zuführungen und/oder der oder die Auslässe befinden, eine Trennebene bildet, und bei dem von dem Vorraum eine räumliche Verbindung zu einer oder mehreren Kavitäten hergestellt ist, und die Kavitäten entweder mit einem oder mehreren Auslässen oder mit einem Nachraum räumlich verbunden sind, der ebenfalls in Form einer Aussparung ausgeführt ist und die räumliche Verbindung zu einem oder mehreren sackartig endenden Auslässen herstellt, die in dem jeweils anderen Teil angeordnet sind, welches mit dem Teil, in dem der Nachraum angeordnet ist, eine Trennebene bildet, und wobei durch Verschiebung und/oder Drehung des Einlegeteiles die Verbindung zu einer oder mehreren Zuführungen und/oder Auslässen hergestellt oder unterbrochen ist.

2. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem das Oberteil, das Unterteil und das Einlegeteil aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen.

3. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 2, bei dem das Oberteil, das Unterteil und das Einlegeteil aus Kunststoff, Metall oder Keramik bestehen.

4. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem die Aussparung im Oberteil und/oder Unterteil rund ist und das Einlegeteil einen runden Umfang aufweist.

5. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem der Vorraum und/oder Nachraum, in dem die Zuführungen enden und die Auslässe beginnen, nierenförmig oder bohnenförmig oder oval oder schlitzförmig ausgebildet ist.

6. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem im Falle der Anordnung des Vorraumes und/oder Nachraumes im Einlegeteil der Vorraum und/oder Nachraum in Form einer Durchtrittsöffnung ausgeführt ist.

7. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1 und 4, bei dem die Zuführungen an den äußeren Bereichen des Vorraumes und/oder des Nachraumes enden und die Verbindung mit den Kavitäten in der Mitte des Vorraumes und/oder Nachraumes angeordnet sind.

8. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1 und 5, bei dem durch Drehen oder Verschieben des Einlegeteiles die Verbindung des Vorraumes oder Nachraumes mit einer Zuführung oder einem Auslass unterbrochen ist.

9. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem durch wechselseitige Bewegung des Einlegeteiles die Verbindung des Vorraumes und/oder des Nachraumes mit abwechselnd der einen und der anderen Zuführung und/oder dem einen oder anderen Auslass realisiert ist.

10. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem die Kavitäten von einem Heiz- oder Kühlsystem umgeben sind, die einen separaten Zu- und Abgang aus dem Einlegeteil und/oder Oberteil und/oder Unterteil aufweisen.

11. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem das Heiz- oder Kühlsystem parallel zu den Kavitäten und/oder Zu- und/oder Abführungen im Oberteil und/oder Unterteil und/oder Einlegeteil geführt sind.

12. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem die Oberflächen des Oberteiles, des Unterteiles und des Einlegeteiles mindestens im Randbereich dichtend aufliegen.

13. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem das Einlegeteil mit einem Hebel verbunden ist, der von außerhalb des geschlossenen Oberteiles und Unterteiles bedienbar ist und die Bewegung des Einlegeteiles ermöglicht.

14. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem das Einlegeteil und/oder der Hebel aus einem ferromagnetischen Material bestehen, wodurch die Bewegung des Einlegeteiles über elektromagnetische Bedienung realisiert ist.

15. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem das Einlegeteil und/oder der Hebel aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehen, wodurch die Bewegung des Einlegeteiles über mechanische Bedienung realisiert ist.

16. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem das Einlegeteil und/oder der Hebel aus einem piezokeramischen Material bestehen, wodurch die Bewegung des Einlegeteiles über piezoelektrische Bedienung realisiert ist.

17. Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik nach Anspruch 1, bei dem die Bewegung des Einlegeteiles über hydraulische oder pneumatische Bedienung realisiert ist.