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Die Erfindung betrifft ein Mikroreaktormodul nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Systeme können beispielsweise für einzelne
Operationen, wie das Durchführen
von chemischen, biochemischen und physikochemischen Reaktionen,
Destillieren, Mischen, Trennen, etc. verwendet werden oder auch
für einen
Aufbau einer ganzen Kette von Operationen bis hin zu einer miniaturierten
chemischen Fabrik.
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Aus der
EP 0 688 242 B1 ist ein
chemischer Mikroreaktor bekannt, der aus einer Anzahl von übereinanderliegenden,
dünnen,
strukturierten Platten besteht. Die Platten sind miteinander verbunden.
Der Mikroreaktor kann eine ganze Anzahl von Operationseinheiten
wie Mischer, Verteiler, Wärmetauscher, Separatoren
und Reaktionskammern umfassen und mit Sensoren, Ventilen, Pumpen
und dergleichen versehen sein. Es können zwar auch mehrere dieser bekannten
Mikroreaktoren parallel oder seriell angeordnet werden, der Mikroreaktor
stellt jedoch vor allem eine komplette Reaktionseinheit für einen
vollständigen
Prozeß dar.
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In der
US 5 580 523 A wird ein modulares Reaktorsystem
zur Synthese chemischer Verbindungen beschrieben, bei dem in dem
gesamten Reaktionsgemisch eine gleichförmige Temperatur herrscht, indem
ein Reaktor mit kontinuierlichem Durchfluss unter hohem Druck verwendet
wird. Die Vorrichtung weist eine Reihe generischer Komponenten auf
wie Pumpen, Fließkanäle, Verteiler,
Drosselkörper
und Ventile. Dabei sind modulare Reaktoren, Separatoren und Analysatoren
auf einer Montageplatte angeordnet, wodurch ein System bereitgestellt
wird, bei dem eine modulare Reaktoreinheit einen I.D. von bis zu
100 μm aufweist,
um die Kontrolle der Verweilzeit in der Reaktionszone zu optimieren.
Dieses Reaktorsystem stellt ebenfalls eine nicht-variierbare Reaktionseinheit
für einen
bestimmten Prozess dar.
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Aus der
DE 695 12 032 T2 ist eine
Fluidsammelleitungsanordnung für
eine Gruppierung von Brennstoffzellenstapeln bekannt, bei der die
Zahl und die Komplexität
der Komponenten für
die Lieferung der Einlaß-Reaktanten-
und -Kühlmittelströme zu den
Stapeln und das Ableiten der Auslaß-Reaktanten- und -Kühlmittelströme aus den
Stapeln reduziert wird.
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Es gibt andererseits in letzter Zeit
den Trend, relativ einfach gebaute Module im Baukastenprinzip zu
Reaktoren für
den gewünschten
Prozeß zusammenzufügen. Die
einzelnen Bausteine des so aufgebauten modularen Mikrosystems müssen dabei
mechanisch, fluidisch, optisch, thermisch und gegebenenfalls auch
noch elektrisch leitend an Schnittstellen miteinander verbunden
werden. Um einzelne Bausteine auswechseln zu können, sollten die Verbindungen
lösbar
sein.
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Lösbare
Verbindungen wie Steckverbindungen, Schraubverbindungen und dergleichen
sind zwar auf vielen Gebieten der Technik bekannt. Im allgemeinen
werden dabei die zu verbindenden Teile in Axialrichtung aufeinander
zugeführt,
zueinander ausgerichtet und durch kraftaufbringende Teile zusammengedrückt und
zusammengehalten. Der lösbaren Verbindung
von Mikroreaktormodulen in Mikrosystemen wurde bisher jedoch wenig
Aufmerksamkeit geschenkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die
eingangs genannten Mikroreaktormodule so auszugestalten, daß eine Verbindung
der Mikroreaktormodule in einer oder mehreren Dimensionen möglich ist.
Vorzugsweise soll die Verbindung wieder lösbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der
im Patentanspruch 1 genannten Anordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Anordnung
sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Das erfindungsgemäße Mikroreaktormodul, das Reaktorelemente
wie Fluidkanäle,
Reaktionskammern, Heiz- bzw. Kühlvorrichtungen,
Misch- bzw. Trennvorrichtungen, optische sowie elektrische Elemente
und dergleichen umfaßt,
ist zu einem Mikrosystem zusammensetzbar. Hierfür ist es mit einem Verbindungssystem
mit Verbindungselementen versehen, die beim Zusammensetzen mindestens
zwei Mikroreaktormodule zu einem Sy stem derart formschlüssig miteinander
verbinden, daß die
von einem Modul zum anderen führenden
Fluidkanäle,
nach außen
abdichtend miteinander verbunden sind.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind. die Verbindungselemente als männliche und weibliche Elemente
ausgebildet. Auf diese Weise kann ein seitenverkehrter Zusammenschluß der Module
verhindert werden. In manchen Fällen
kann es jedoch erwünscht
sein, ein Modul je nach Bedarf sowohl in die eine als auch in die
gegenläufige
Fließrichtung
mit anderen Modulen zu verbinden. In solchen Fällen ist das Verbindungselement
geschlechtsneutral ausgebildet.
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Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen,
die Module mittels eines Spannelementes miteinander zu verbinden,
das auf die Module eine diese aneinanderpressende, verbindende Kraft
ausübt.
Diese Spannelemente können
als separate Elemente von außen
auf die Module einwirken. Sie können
jedoch zweckmäßigerweise.
auch im Verbindungselement selbst angeordnet sein.
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Vorzugsweise sind die Verbindungselemente an
den Mikroreaktormodulen angeordnete haken- oder schwalbenschwanzförmige Elemente,
die mit Spiel derart ineinandergreifen, daß eine Relativbewegung der
Mikroreaktormodule senkrecht zur Verbindungsachse mit einem Abstand
der Mikroreaktoren zueinander möglich
ist, wobei das Spiel zwischen den beiden Mikroreaktormodulen durch
Spannelemente aufgehoben werden kann, die in eine von Aussparungen
in den Verbindungselementen gebildete Öffnung einsetzbar sind. Die
Verbindungselemente können
sowohl einstückig
mit dem Modul verbunden sein oder auch mittels Schrauben oder einem ähnlichen
Element oder auch mittels Schweißen und dergleichen am Modul
angebracht sein. Alternativ können
die Verbindungselemente aus Nuten in den Mi kroreaktormodulen bestehen,
wobei jeweils zwei Mikroreaktormodule durch Profilstücke verbunden
werden, die in den von zwei gegenüberliegenden Nuten gebildeten
Hohlraum einsetzbar sind.
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Das erfindungsgemäße Verbindungssystem für Mikroreaktormodule
hat den Vorteil, daß Einzelmodule
aus dem System herausnehmbar sind, ohne daß der gesamte Aufbau zu zerlegen
ist. Die erforderlichen Anschlüsse
elektrischer, fluidtechnischer und sonstiger Art sind bei einer
rechteck- oder würfelförmigen Ausgestaltung
des Mikroreaktormoduls in allen 6 Raumrichtungen möglich. Prinzipiell
sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich.
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Derartige Reaktormodule können sämtliche für den Aufbau
einer chemischen Anlage notwendigen Operationselemente enthalten,
wie beispielsweise Reaktionsräume,
die ggf. heiz- oder
auch kühlbar sind,
in denen die zu reagierenden Substanzen unter heftiger Agitation
miteinander in Kontakt treten, sowie kleine Rührer oder Pumpen, Destillationselemente,
mikroskopisch kleine Separationsgele, Zentrifugen, beispielsweise
auch fluidisch wirkende Spiralzentrifugen oder auch Lichtquellen,
wie z.B. lichtleitende Glasfasern. Auch Elemente zum Steuern, Regeln,
Detektieren und Kontrollieren von Prozessen können in solchen Modulen enthalten
sein. Auf diese Weise lassen sich Anlagen zur Herstellung der unterschiedlichsten
Substanzen zusammenbauen. Da bei solchen Anlagen jeweils nur äußerst geringste
Mengen umgesetzt werden, kann beispielsweise das Aufheizen, Kühlen oder
Trennen der Substanzen in Sekundenbruchteilen erfolgen. Die Modulreaktoren
eignen sich damit sowohl zum Mischen, wärmen, Kühlen, elektrisch-induzierten
und optisch mit Licht induzierten Operationen, z. B. auch zum Messen
und Kontrollieren von Reaktionen mittels optischer Detektoren, zum
Zentrifugieren, Filtrieren sowie zum Verändern von physikalischen und
chemischen Zuständen
von Substanzen. Dies ist insbesondere auch dadurch der Fall, daß lange
Wege zwischen den einzelnen Verfahrensstufen entfallen, da die einzelnen
Reaktoren direkt nebeneinander liegen.
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Mit derartigen, aus Mikroreaktoren
aufgebauten Anordnungen ist es möglich,
chemische Reaktionen genau zu steuern, so daß sie beispielsweise kinetisch
und/oder thermodynamisch gesteuert ablaufen. Auf diese Weise ergeben
sich völlig
neue Reaktionstechniken, die bislang bei der chemischen Synthese
nicht zugänglich
waren. Durch ein Parallelschalten einer Vielzahl solcher Mikroreaktoranlagen ist
es möglich,
mit diesen auch Substanzen im großtechnischen Maßstab, d.
h. im Bereich von mehreren Jahrestonnen, durchzuführen.
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Das erfindungsgemäße Mikroreaktormodul läßt sich
leicht mit einer sogenannten Fluidleiterplatte kombinieren, dem
fluidischen Äquivalent
für die
elektrischen Leiterplatten der Elektrotechnik. In einer besonderen
erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind die Mikroreaktormodule zum Einsatz mit Fluidleiterplatten ausgestaltet.
Dabei weist die Fluidleiterplatte entsprechende, zum Reaktormodul
passende Verbindungselemente auf. Die Fluidleiterplatte selbst weist
Leiterelemente auf, mit denen die Reaktormodule mit Reaktionsfluiden,
Kühl- oder
Heizfluiden oder auch mechanischen Elementen bzw. auch elektrischen
Strom oder Spannung versehen werden können. Sie können auch optische Leitungselemente,
wie z. B. Glasfasern, enthalten. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist die Fluidleiterplatte derart ausgebildet, daß die Reaktormodule nicht oder
nicht ausschließlich
miteinander in direktem Kontakt angeordnet sind, sondern auch über die in
den Fluidleiterplatten angeordneten Leitungen miteinander kommunizieren.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert:
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Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Mikroreaktormoduls;
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2(a) bis 2(d) Anordnungsmöglichkeiten für eine Anzahl
von Mikroreaktormodulen;
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3(a) und 3(b) ein Mikroreaktormodul
mit Verbindungselementen;
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4(a) und 4(b) schematisch die Verbindung
zweier Mikroreaktormodule mit Verbindungselementen nach 3;
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5(a) bis 5(e) Spannelemente für die Verbindung
nach 4;
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6(a) und 6(b) sowie die 7(a) und 7(b) wei tere alternative Spannelemente
für die
Verbindung nach 4;
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8(a) bis 8(c) eine Variante der Verbindung
von zwei Mikroreaktormodulen und
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9(a) und 9(b) zwei weitere Varianten
für die
Verbindung von zwei Mikroreaktormodulen.
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Die 1 zeigt
ein Mikroreaktormodul 10 in Würfelform, das für ein aus
vielen solcher Module mit zum Teil verschiedenen Funktionen aufgebautes
Mikrosystem vorgesehen ist. Die Module können jeweils abgeschlossene
Funktionseinheiten für
vollständige
Prozesse oder Funktionseinheiten für Teilprozesse sein, wie Mischen,
Wärmen,
Kühlen,
Zentrifugieren, Filtrieren für
elektrisch-optische Operationen oder Detektionen oder auch zu einer Änderung des
physikalischen oder chemischen Zustandes. Andere Module wiederum
können
lediglich Fluidkanäle oder
Signalleitungen enthalten oder nur Abschlußmodule sein, die zum Beispiel
Fluidleitungen abschließen
oder aus dem System herausführen.
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Die gezeigte Würfelform ist für die Mikroreaktormodule
nicht unbedingt erforderlich; die Module können zum Beispiel auch Rechteckform
haben.
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Das Mikroreaktormodul 10 kann
im einfachsten Fall einstückig
ausgestaltet sein, es ist jedoch vorzugsweise aus mindestens 2 Teilen 11 zusammengesetzt,
die insbesondere lösbar
miteinander verbunden sind. In zumindest einem Teil sind die für die jeweilige
Funktion des Moduls erforderlichen Strukturen ausgebildet, etwa
Fluidkanäle,
Hohlräume für Reaktionskammern
und dergleichen. Die Teile 11 sind bei der gezeigten Ausführungsform
mittels Schrauben 12 miteinander verschraubt. Die Teile könnnen jedoch
auch auf jede andere Art miteinander verbunden sein.
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Einige der Seitenflächen des
Mikroreaktormoduls 10 weisen Fluidkanalöffnungen 14, 16 auf, über die
von außen
Fluide dem Modul 10 zugeführt oder über die Fluide vom Mikroreaktormodul 10 nach außen abgeführt werden.
Die Fluidkanalöffnung 14 ist
von einer Ringnut 17 umgeben, die ein elastisches Dichtelement
wie einen O-Ring oder dergleichen aufnimmt. Die Fluidkanalöffnung 16 ist
nicht von einer solchen Ringnut umgeben. Das (nicht gezeigte) Dichtelement
in der Ringnut 17 wird zusammengedrückt, wenn an der Seitenfläche des
ersten Moduls 10 mit der Fluidkanalöffnung 14 ein anderes,
zweites Modul angeordnet und derart angedrückt wird, daß die Seitenflächen beider
Module aneinander anliegen. Wenn das zweite Modul gegenüber der
Fluidkanalöffnung 14 im
ersten Mikroreaktormodul 10 eine Fluidkanalöffnung 16 ohne
umgebende Ringnut aufweist, ergibt sich dabei eine nach außen abgedichtete
Fluidverbindung zwischen den Modulen.
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In einer (oder auch mehreren) der
Seitenflächen
des Mikroreaktormoduls 10 können darüberhinaus Buchsen 18 für elektrische
Anschlüsse,
optische Sichtfenster zum Überwachen
von Reaktionen und/oder auch Zugänge
zum Einbringen oder zur Entnahme von Substanzen, beispielsweise
auch von Katalysatoren und dergleichen vorgesehen sein. Ein System
kann auch Module aufweisen mit reinen Verbindungs- und Anschlußfunktionen
mit Meß-
und Regeltechnik, mit Stellgliedern, Pumpen und/oder Ventilen.
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Aus einer Anzahl solcher und ähnlicher
Module, die eindimensional (linear), zweidimensional (in einer Ebene)
und dreidimensional (räumlich)
angeordnet sein können,
ist das Mikrosystem aufgebaut. Die Module können dabei durch Verschrauben
der einzelnen Module miteinander, durch Verschraubungen mit durchgehenden
Schrauben oder durch Einschrauben oder Einspannen in feste Formen
zusammengehalten werden. Die 2(a) bis 2(c) zeigen einige solcher
Anordnungen. Bei der Anordnung der 2(a) werden
die Mikroreaktormodule 10, die sich in einem Rahmen 60 befinden,
durch Schrauben 62 zusammengedrückt, die auf Klemmkeile 64 einwirken.
Die 2(b) stellt eine
Anordnung dar, bei der die Mikroreaktormodule 10 durch
eine Kniehebelvorrichtung 66 in den Rahmen 60 gedrückt werden,
und die 2(c) eine Anordnung,
bei der dies. durch eine Exzentervorrichtung 68 geschieht.
Die 2(d) schließlich zeigt
eine Aufsicht auf ein in zwei Dimensionen angeordnetes Mikrosystem
aus einer Anzahl von Mikroreaktormodulen 10, das mit Spannschrauben 70 zusammengehalten
wird. Beim Verspannen in der zweiten (oder dritten) Dimension muß grundsätzlich darauf
geachtet werden, daß nicht
aus den linear verspannten Modulreihen einzelne Würfel quer herausgedrückt werden.
Dies kann zum Beispiel durch Stützwürfel geschehen,
die nur der mechanischen Abstützung
dienen und die ein Verkanten verhindern. Darüber hinaus können auch
noch andere Modulwürfel
angeordnet sein, die eigene oder die Reaktionen unterstützende Elemente
enthalten.
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Möglich
sind auch Klemmverbindungen zwischen den Modulen an Flanschen über Klemmteile wie
etwa Ringschellen und Schnappverbindungen mit ineinander einrastenden
Steckelementen.
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Solche Schraub-, Klemm- und Steckverbindungen
sind jedoch im Aufbau nicht besonders flexibel, und etwa zum Auswechseln
eines Moduls ist bereits bei einer linearen Anordnung eine vollständige Demontage
des Gesamtsystems erforderlich.
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Um dies zu vermeiden, ist daher vorgesehen,
das Mikroreaktormodul mit Verbindungselementen zu versehen. Die
in der 3(a) gezeigte
erste Ausführungsform
eines Mikroreaktormoduls 100 weist ein Verbindungssystem
mit hakenförmigen
Verbindungselementen 120, 122 am Mikroreaktormodul 100 auf.
Die Verbindungselemente 120, 122 können integral
bzw. einstöckig
mit dem Mikroreaktormodul 100 ausgebildet sein. Sie können jedoch
auch angeschraubt, angeklebt, verschweißt oder dgl. sein. Das Verbindungselement 122 ist
an der Seite des Mikroreaktormoduls 100 angebracht, die
der Seite mit dem Verbindungselement 120 gegenüberliegt,
und komplementär
zum Verbindungselement 120 ausgestaltet.
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3(b) zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Verbindung von 3(a),
bei denen die hakenförmigen
Verbindungselemente 120a, 120b Ausnehmungen 121a, 121b aufweisen
sowie eckseitig liegende Aussparungen 124a und 124b.
Bei dieser speziellen Ausführungsform
sind die eckseitigen Aussparungen 124a, 124b derart
angeordnet, daß sie
ein Innengewinde zum Eindrehen einer Schraube aufweisen, wobei die
Innengewinde für
die benachbart liegenden Verbindungselemente 120a und 120b derart
angeordnet sind, daß die
Schrauben als Spannelemente 128 von gegenüberliegenden
Seiten eingedreht werden können.
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Für
eine mehrdimensionale Verbindung von Mikroreaktormodulen 100 können weitere
Verbindungselemente 120, 122 an den anderen gegenüberliegenden
Seiten des Mikroreaktormoduls 100 vorgesehen sein.
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Wie das Mikroreaktormodul 10 besteht
das Mikroreaktormodul 100 aus Teilen 111, die
von Schrauben 112 zusammengehalten werden. In den Seitenwänden des
Mikroreaktormoduls 100 befinden sich Fluidkanalöffnungen 114 und 116 mit
bzw. ohne einer umgebenden Ringnut 117.
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Das erste Verbindungselement 120 des
Mikroreaktormoduls 100 besteht aus zwei im Abstand voneinander
angeordneten, zueinander zeigenden haken- oder L-förmig hinterschnittenen
Teilen und das zweite Verbindungselement 122 aus einem
T-förmig
hinterschnittenen Teil. Beim Zusammensetzen zweier Mikroreaktormodule 100 wird
das T-förmige Verbindungselement 122 durch
eine Relativbewegung der beiden Module parallel zu den Seitenwänden der
Module, an denen sich die Verbindungselemente 120, 122 befinden,
hinter die beiden hakenförmigen
Teile des ersten Vebindungselements 120 geschoben, bis
sich die beiden Module genau gegenüberliegen und eventuelle Fluidkanalöffnungen 114 bzw. 116 exakt
zueinander ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung kann durch Anschläge an den
Verbindungselementen 120, 122 (nicht gezeigt)
erleichtert werden.
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Wie in den 4(a) und 4(b) gezeigt,
weist die aus den beiden Verbindungselementen 120, 122 aufgebaute
Verbindung ein deutliches Spiel auf, so daß die beiden Verbindungselemente 120, 122 der beiden
zu verbindenden Module ineinandergeschoben werden können, während die
Module selbst in einem ausreichenden Abstand 130 gehalten
werden, damit die Dichtung in der Ringnut 117 um die Fluidkanalöffnung 114 an
einem Fluidkanal 115 beim Zusammenbau nicht durch Abscheren
beschädigt
wird (4(a)).
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Um wie in der 4(b) gezeigt den Abstand 130 zwischen
den beiden zu verbindenden Mikroreaktormodulen 100 auf
Null zu bringen und die Fluidkanäle 115 nach
außen
abdichtend zu verbinden, weisen die Verbindungselemente 120, 122 an
ihren Innenseiten Aussparungen 124, 126 (vgl. 3) auf, die parallel zu
den aneinander anliegenden Seitenwänden der Module 100 verlaufen
und die sich, wenn zwei Module zusammengesetzt sind, gegenüberliegen.
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Wenn die Fluidkanalöffnungen 114, 116 und die
Mikroreaktormodule 100 zueinander ausgerichtet sind, werden
Spannelemente 128 in die Aussparungen 124, 126 eingebracht,
die das Spiel zwischen den beiden Modulen 100 aufheben
und die für
die Fluidabdichtung erforderliche Dichtkraft aufbringen.
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Die Spannelemente 128 können unterschiedlich
ausgebildet sein. Die 5(a) zeigt
ein zylindrisches Spannelement 128 und die 5(b) ein kegelförmiges Spannelement 128 in
der Form entsprechender Stifte bzw. Keile, die in die von den Aussparungen 124, 126 gebildete,
im wesentlichen zyliderförmige Öffnung eingeschlagen
werden, wobei das zylindrische Spannelement 128 zum leichteren Einbringen
vorzugsweise mit einer Spitze versehen ist. Als Spannelement 128 können, wie
in der 5(c) gezeigt,
auch ggf. konisch gestaltete Schrauben verwendet werden. In einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
weist das Spannelement 128 eine zylinderförmige Aussparung
mit Innengewinde auf. Dies ermöglicht
es eine mit einem entsprechenden Gegengewinde versehene Ziehvorrichtung
(nicht dargestellt) in das Spannelement 128 einzuschrauben
und dieses damit in Art eines Korkenziehers aus dem Aussparungen 124, 126 der
Verbindungselemente 120, 122 herauszuziehen. Schließlich ist
es möglich,
wie in den 5(d) und 5(e) gezeigt, in die von
den Aussparungen 124, 126 gebildete Öffnung ein
Exzenterelement mit zum Beispiel ovaler Quer schnittsform einzubringen,
das zum Zusammenziehen der beiden Module 100 um seine Längsachse
gedreht wird (vgl. 5(e)).
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Die 6(a) und 6(b) zeigen Spannelemente 128 in
der Form von Schrauben, die einen Keil (6(a)) oder zwei Keile (6(b)) in die von den Aussparungen 124, 126 gebildete Öffnung drücken bzw.
ziehen.
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Als Spannelemente 128 können, wie
in den 7(a) und 7(b) gezeigt, auch dübelartig
geschlitzte Hülsen
verwendet werden. Das Spannelement 128 der 7(a) besteht aus einer am Ende geschlitzten
Hülse,
die mit einem konischen Innengewinde versehen ist und in die eine
Schraube eingedreht wird. Eine solche Hülse läßt sich leicht dadurch fertigen,
daß zuerst
Vollmaterial geschlitzt wird, in das anschließend ein Innengewinde eingeschnitten wird.
Dabei weitet sich die Hülse
auf, so daß ein
konisches Innengewinde entsteht. Beim Zusammensetzen von Modulen 100 werden
die Hülsen
in zylinderförmige
Aussparungen 124, 126 gesteckt und dann die Schrauben
in die Hülsen
eingeschraubt.
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Die 7(b) zeigt
eine Variante, bei der die Hülse
des Spannelementes 128 mittig zum Beispiel vierfach geschlitzt
ist. Beim Eindrehen der zugehörigen
Schraube weitet sich die Hülse
dementsprechend dann in der Mitte auf.
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Die 8 zeigt
ein Verbindungssystem für die
Mikroreaktormodule 100, bei dem die Verbindungselemente 140, 142 für die Schiebeverbindung schwalbenschwanzförmig ausgestaltet
bzw. hinterschnitten sind (8(a)).
In die von Aussparungen 144, 146 in den Verbindungselementen 140, 142 gebildete Öffnung kann
dann ein daran angepaßtes Spannelement 128 wie
oben beschrieben eingesetzt werden, etwa ein Exzenter-Spannelement 128,
das zum Zusammenspannen der beiden Module 100 verdreht
wird (8(b), 8(c)).
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Bei einer alternativen Ausführungsform
ist das Verbindungssystem so ausgestaltet, daß die rechteck- oder würfelförmige Gehäusegeometrie
der Mikroreaktormodule 100 im wesentlichen erhalten bleibt.
Dazu werden in den Seitenwänden
der Mikroreaktormodule 100, das heißt im Würfel- oder Rechteckkörper der
Module 100, Nuten 150 mit einer Hinterschneidung
ausgebildet. In jeder Seitenwand sind vorzugsweise zwei der Nuten 150 vorgesehen.
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Bei einer ersten, in der 9(a) gezeigten Variante
hat die Nut 150 in jeder der Seitenwände des Mikroreaktormoduls 100 T-Form.
Werden zwei Mikroreaktormodule 100 aneinandergelegt, liegen die
Nuten 150 gegenüber
und es entsteht ein Hohlraum in Doppel-T-Form. Die beiden Mikroreaktormodule 100 werden
verbunden durch ein in den Hohlraum eingesetztes Profilstück 152,
dessen Querschnitt dem Querschnitt des Hohlraums aus den beiden
gegenüberliegenden
Nuten 150 entspricht. Zum leichteren Einführen kann
ein Ende des Profilstücks 152 konisch
ausgeformt sein.
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Bei einer anderen Variante haben
die Nuten 150 Schwalbenschwanztorm, so daß beim Zusammensetzen
zweier Module 100 ein doppelter Schwalbenschwanz entsteht,
in den ein Profilstück 152 mit entsprechendem
Querschnitt eingesetzt wird.
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Die beschriebenen Mikroreaktormodule
weisen vorzugsweise ein Standard-Rastermaß auf, etwa ein Rastermaß von 25
mm, das bei Baukastensystemen relativ weit verbreitet ist. Das Material
für die
Mikroreaktormodule wird nach Bedarf gewählt, etwa Kunststoff, Stahl,
Edelstahl oder auch beschichtetes Material oder ein Verbundmaterial.
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Die beschriebenen Mikroreaktormodule
lassen sich mit Fluidleiterplatten kombinieren. Fluidleiterplatten
sind fluidtechnisch das Äquivalent
zu den bekannten Leiterplatten für
elektrische Schaltungen, und die Mikroreaktormodule entsprechen
dabei den auf die Leiterplatten aufgebrachten Bauteilen für bestimmte
Funktionen in der Schaltung. Die Mikroreaktoren auf den Fluidleiterplatten
können
so bei bestimmten Verfahrensschritten für definierte Verhältnisse
sorgen, etwa exakte Temperatur- und Mischungsverhältnisse
sicherstellen und dergleichen. Durch Zusammenführen von Reaktanten können in den
Mikroreaktoren auch gezielt bestimmte Reaktionen herbeigeführt werden,
deren Produkte dann wieder in der Fluidleiterplatte weitergeführt werden.
Fluidleiterplatten können
darüberhinaus
dazu verwendet werden, um zum Beispiel mehrere parallele Mikroreaktor-Verfahrenslinien
gleichmäßig zu beschicken. Analog
lassen sich die Produkte aus einer solchen Anlage über eine
Fluidleiterplatte sammeln.
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Um ihre Funktion erfüllen zu
können,
müssen
die Mikroreaktormodule mechanisch und fluidisch mit der Fluidleiterplatte
verbunden werden. Dies kann über
direkte Verbindungen zwischen den Modulen und der Leiterplatte oder über separate
Leitungen erfolgen. Es besteht auch die Möglichkeit der Verwendung von
Verbindungsmodulen, die Kanäle
in der Leiterplatte zu bestimmten Reaktormodulen weiterführen.
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- 10
- Mikroreaktormodul
- 11
- Teile
- 12
- Schrauben
- 14,
16
- Fluidkanalöffnungen
- 17
- Ringnut
- 18
- Buchse
- 60
- Rahmen
- 62
- Schrauben
- 64
- Klemmkeile
- 66
- Kniehebelvorrichtung
- 68
- Exzentervorrichtung
- 70
- Spannschrauben
- 100
- Mikroreaktormodul
- 111
- Teile
- 112
- Schrauben
- 114
- Fluidkanalöffnung
- 115
- Fluidkanal
- 116
- Fluidkanalöffnung
- 117
- Ringnut
- 120,
122
- Verbindungselemente
- 121
- Ausnehmung
- 128
- Spannelemente
- 130
- Abstand
- 140,
142
- Verbindungselemente
- 150
- Nuten
- 152
- Profilstück