EP1674152A2

EP1674152A2 - Static micromixer

Info

Publication number: EP1674152A2
Application number: EP05027040A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dr. Schubert; Jürgen Dr. Brandner; Manfred Kraut; Achim Wenka
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-12-10
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-10
Also published as: EP1674152A3; EP1674152B1; DE102004062074A1; DE502005003443D1; ATE390203T1

Abstract

A static micro-mixer has a mixing chamber (12), inlets (5) for at least two fluid fractions, each with at least one opening (6) into the mixing chamber, and at least one outlet from the mixing chamber. The openings of the fluid inlets are arranged alternately in at least two planes, with the openings in one plane being offset from those in the adjacent planes.

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 Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a static micromixer with a mixing chamber, feeds for at least two fluid fractions to be mixed or dispersed, each having at least one junction in the mixing chamber and at least one orifice from the mixing chamber according to the preamble of 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 a micromixer, the fluids to be mixed, each separately separated, are divided into a large number (often several thousand) of fluid flow filaments, all of which open into a mixing chamber via the inlets, via the inlets. As a result of the arrangement of the individual microcurrent filaments of the two or more fluid fractions which is closely adjacent to one another, an effective mixing is achieved by a short path and in a very short time. A static micromixer is characterized by the fact that there are no moving parts in it except for the fluid fractions to be mixed.

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 µm Dicke zusammengesetzt ist, in die die Kanäle als Mikrostrukturen eingearbeitet sind. Die Kanäle einer Folie umfassen Zuführungen für nur eine der beiden Fluidfraktionen.From DE 44 16 343 C2, such a micromixer with 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 with dimensions in the millimeter range of several superimposed films having a respective thickness of 100 microns thickness is composed, 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 verspricht man sich eine über den gesamten Ausströmquerschnitt gleichmäßig hohe und schnelle Vermischung in der Mischkammer. Die Führungskanäle 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, with an otherwise identical structure and functional principle, the supply channels of two fluids to be mixed or discharged in an arcuate manner run parallel to one another into the mixing chamber is described in DE 195 40 292 C1. By this arrangement, one 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 less than 250 microns, the films in which the channel structures are incorporated, a thickness of about 100 microns.

Eine weitere Möglichkeit, den Mischprozess zu optimieren, beschreibt WO97/17130. Durch eine Zusammenlegung von Einzelkanälen zu einem schlitzförmigen Kanal pro Folie erhält der Mikrovermischer durch den Wegfall der Stege zwischen den Einzelkanälen ein günstigeres Verhältnis von Volumenstrom zu Kanalwandfläche und damit eine Reduktion der Reibungsdruckverluste im Führungsbauteil.Another way to optimize the mixing process is WO97 / 17130. By merging individual channels into a slot-shaped channel per film, the micromixer obtains a more favorable ratio of volume flow to channel wall surface and thus a reduction in the friction pressure losses in the guide component due to the omission of the webs between the individual channels.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen statischen Mikrovermischer der gattungsgemäßen Bauart mit einer verbesserten Vermischungseffizienz vorzuschlagen.Based on this, the object of the invention is to propose a static micromixer of the generic type with an improved mixing efficiency.

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

Die Erfindung umfasst eine Mischkammer, 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. Die Wandung der Mischkammer im Bereich der Einmündungen ist beliebig gestaltbar, vorzugsweise aber eben oder als Zylinderfläche.The invention comprises a mixing chamber, 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. The wall of the mixing chamber in the region of the junctions can be designed as desired, but preferably flat or as a cylindrical surface.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung betrifft dabei die Anordnung der Einmündungen der Fluidfraktionen in die Mischkammer, und zwar in abwechselnder Reihenfolge in mindestens zwei Ebenen, wobei die Einmündungen einer Ebene zu denen in der jeweils benachbarte Ebene versetzt angeordnet sind. Eine abwechselnde Reihenfolge der Einmündungen und damit der in die Mischkammer einströmenden Fluidstromfäden stellt hohe spezifische Vermischungsflächen zwischen den zu mischenden oder dispergierenden Fluidfraktionen in der Mischkammer sicher. Dies lässt sich dadurch noch verbessern, dass die Einmündungen in mehreren, d.h. mindestens zwei Ebenen angeordnet sind, wobei die Einmündungen einer Ebene zu denen in der jeweils benachbarten Ebene versetzt angeordnet sind.The essential feature of the invention relates to the arrangement of the junctions of the fluid fractions in the mixing chamber, in alternating order in at least two planes, wherein the junctions of a plane are arranged offset to those in the respective adjacent plane. An alternating sequence of the junctions and thus of the fluid flow filaments flowing into the mixing chamber ensures high specific mixing surfaces between the fluid fractions to be mixed or dispersed in the mixing chamber. This can be further improved by the fact that the junctions in several, ie at least two levels are arranged, wherein the junctions of a plane are arranged offset from those in the respective adjacent level.

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 Vermischungsfläche 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.If the junctions of a plane are offset from those in the respectively adjacent plane by one opening at a time, embedding of the fluid flow filaments flowing into the mixing chamber into one or more other fluid fractions is obtained. Ideally, each of the fluid flow filaments completely borders, i. on all sides of the fluid flow filaments of another fluid fraction, whereby a maximum possible specific mixing surface between the fluid fractions and consequently a further improvement of the mixing efficiency can be achieved. When mixing or dispersing two fluid fractions is ideally created an arrangement of the individual junction cross-sections similar to a 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. Turbulente Strömungsanteile fördern zwar eine 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.The orientation of the junctions to the mixing chamber wall, i. the angle of incidence of the fluid flow filaments is 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 the outlet or outlets. Although turbulent flow fractions promote thorough mixing or dispersion of the fluid flow filaments in the mixing chamber, they also cause larger residence time differences of the fluid mixtures in the mixing chamber, which are absolutely to be avoided in the case of certain, in particular reactive mixing processes.

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 äußeren Deckfolien dichtend die Fluidkanäle abdecken.Constructively, the object is achieved in that the layers are formed by stacked films with grooves as fluid guides, wherein the feeds per fluid fraction via fluid channels, comprising superimposed openings in the films, are fluidly interconnected. The superimposed openings form in the film stack, the fluid channels from which branch off the fluid guides to the mixing chamber. The fluid connections to the fluid channels are preferably placed on the respective limiting outer cover film. Alternatively, one is Feed can also be realized via channels on one or more foils, wherein preferably the respective limiting outer cover foils sealingly cover the fluid channels.

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 oder als angewinkelte, abgebogene oder abgeknickte Folien. 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.The aforementioned low pitch angle of the junctions can be achieved for example by a design of the films wholly or only in the region of the junctions, i. directly in the wall of the mixing chamber as a truncated cone lateral surfaces or as angled, bent or bent films. This is, for example, via a cold forming of the individual films or of the film stack before the connection of the films with one another to the guide component, e.g. realized via a diffusion welding.

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 is further appropriate to provide the fluid channels with appropriate means for measurements such as e.g. a thermocouple or for a temperature control or a pressure measurement such. equipped with a heating element or a fluidic heat exchanger and dimensioned accordingly, which can be tailored to the fluid fractions in an advantageous manner immediately before entering the fluid guides individually.

Die Erfindung sowie Details dieser werden beispielhaft anhand von Ausführungsformen und folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a und b zwei Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform mit ebener Wandung der Mischkammer im Bereich der Einmündungen,
Fig.2 die Aufsichten mehrerer Folien der ersten Ausführungsform,
Fig.3 die Ansicht einer zweiten Ausführungsform mit zylinderförmiger Mischkammer,
Fig.4 eine perspektivische Detailansicht der Einmündungen in die Mischkammer mit zylindrischer Wandung der zweiten Ausführungsform,
Fig.5 die Aufsichten mehrerer Folien der zweiten Ausführungsform,
Fig.6 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform mit einem Ringspaltvolumen als Mischkammer,
Fig.7 eine perspektivische Detailschnittansicht eines Mischkammerabschnitts mit einer fluidischen Temperierungsvorrichtung sowie
Fig.8 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Temperierungsvorrichtung für ein Ringspaltvolumen gemäß der dritten Ausführungsform.

The invention and details thereof are explained in more detail by way of example with reference to embodiments and the following figures. Show it

1a and b show two partial views of a first embodiment with a flat wall of the mixing chamber in the region of the junctions,
2 shows the plan views of several films of the first embodiment,
3 shows the view of a second embodiment with a cylindrical mixing chamber,
4 is a perspective detail view of the junctions in the cylindrical wall mixing chamber of the second embodiment,
5 shows the plan views of several films of the second embodiment,
6 is a sectional view of a third embodiment with an annular gap volume as a mixing chamber,
7 shows a perspective detail sectional view of a mixing chamber section with a fluidic temperature control device and
8 is a perspective sectional view of a tempering device for an annular gap volume according to the third embodiment.

Die erste Ausführungsform weist eine ebene Wandung der Mischkammer im Bereich der Einmündungen auf. Fig. 1a und b zeigen beispielhaft einen Teil dieser Ausführungsform für die Vermischung von zwei Fluidfraktionen A und B, und zwar das Führungsbauteil 1, umfassend eine Vielzahl 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 zwei Deckfolien 4. Auf den Folien 2 und 3 sind die Zuführungen 5 und die Einmündungen 6 als Kanalstrukturen eingearbeitet (vorzugsweise spangebend, e-rosiv oder chemisch ätzend). Die Deckfolien weisen Anschlussöffnungen 7 für die vorgenannten, in Fig.1a und b 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 durch Pfeile auf den Deckfolien 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. Die abwechselnde Schichtfolge der Folien 2 und 3 setzt sich in den Bereich 10 bis zur Deckfolie 4 fort.The first embodiment has a flat wall of the mixing chamber in the region of the junctions. 1a and b show an example of a part of this embodiment for the mixing of two fluid fractions A and B, namely the guide member 1, comprising a plurality of gas-tight and pressure-tight interconnected (eg via a diffusion welding process), alternately stacked films 2 and 3 (first film 2 and second film 3) between two cover films 4. On the films 2 and 3, the feeds 5 and the junctions 6 are incorporated as channel structures (preferably, cutting, e-rosic or chemically corrosive). The cover films have connection openings 7 for the abovementioned fluid connections, which are not shown in FIGS. 1a and b, however. The connection openings adjoin the aforementioned fluid channels in the guide component, which form in the films in the film stack by a number of apertures 8 arranged congruently one above the other. Through these connection openings, the fluids A and B are introduced into the fluid channels (represented by arrows on the cover foils 4) and from there into the feeders 5 in order to leave the guide component via junctions 6 into the mixing chamber. The surface of the guide member 1 in the region of the junctions 6 forms the flat wall 9 of the mixing chamber. The alternating layer sequence of the foils 2 and 3 continues into the region 10 as far as the cover foil 4.

Fig.2 zeigt anhand Detailansichten die Deckfolien 4 mit den Anschlussöffnungen 7 sowie den 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 Fig. 1a und b dargestellte Schachbrettmuster der Einmündungen 6 der Fluide A und B, wobei die Einmündungen im Winkel von 90° zur Wandung 9 orientiert sind (vgl. Fig.2).2 shows detailed views of the cover films 4 with the connection openings 7 and the films 2 and 3 with the apertures 8, as well as the channel structures, comprising the feeds 5 and the junctions 6 in the region of the wall 9. In the context of this embodiment, each film opens only a feed 5 from each aperture 8, 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 film 2 and 3 are not congruent, but have mutually arranged junctions 6 and 5 feeds. If the junctions of the first foils 2 and the second foils 3 are each offset by one junction, the checkerboard pattern of the junctions 6 of the fluids A and B is shown in FIGS. 1a and b, the junctions oriented at an angle of 90 ° to the wall 9 are (see Fig.2).

Alternativ Idealerweise sind die Einmündungen 6 der Fluidfraktionen A und B zugunsten einer laminaren Vermischung der vorgenannten Fluidstromfäden in der Mischkammer parallel zueinander orientiert (vgl. Fig.2). Dabei bieten sich grundsätzlich Winkel größer 0° vorzugsweise zwischen 45 und 90° an.Alternatively, ideally, the junctions 6 of the fluid fractions A and B are oriented parallel to one another in favor of laminar mixing of the abovementioned fluid flow filaments in the mixing chamber (see FIG. In principle, angles greater than 0 °, in particular between 45 and 90 °, are suitable.

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 zu einem unerwünschten erhöhten Staudruck.In contrast, an unequal angle and thus a crossing of the fluid flow filaments are to be striven for in principle, if a targeted adjustment of a turbulent flow state is desired directly at the junctions. The angle difference is preferably above 10 °. If it is above 90 °, there will be a counterflow of the fluid flow filaments and thus an undesired increased back pressure.

Eine zweite Ausführungsform des statischen Mikrovermischers geben Fig.3 bis 5 wieder. Sie zeichnet sich durch eine um eine Symmetrieachse 13 rotationssymmetrische vorzugsweise zylinderförmige Mischkammer 12 mit zwei Endbereichen aus. Das Führungsbauteil 1 umfasst wie in der ersten Ausführungsform eine Vielzahl von Folien 2 und 3 mit Fluidkanäle bildenden Durchbrüchen 8 und Kanalstrukturen, d.h. den Zuführungen 5 und Einmündungen 6, sowie eine Deckfolie 4 mit den Anschlussöffnungen 7 für eine Zuführung der Fluide A und B. Das Führungsbauteil 1 ist wiederum dichtend auf ein Mischkammergehäuse 14 aufgesetzt, -geklebt oder -geschweißt. Vorzugsweise ist die Symmetrieachse orthogonal zu den Ebenen, die durch die Folien gebildet werden ausgerichtet.A second embodiment of the static micromixer is shown in FIGS . 3 to 5 . It is characterized by a preferably symmetrical about an axis of symmetry 13 preferably cylindrical mixing chamber 12 with two end portions. The guide component 1 comprises, as in the first embodiment, a plurality of foils 2 and 3 with fluid channels forming openings 8 and channel structures, ie the leads 5 and junctions 6, and a cover sheet 4 with the connection openings 7 for supplying the fluids A and B. Das Guide member 1 is in turn sealingly placed on a mixing chamber housing 14, -glued or -welded. Preferably, the axis of symmetry is orthogonal to the planes formed by the films.

Die Folien 2 und 3 und damit die Einmündungen (vgl. Fig.3 und 4) und die Ausmündungen 11 (vgl. Fig.3) 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 Fig.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. Fig.4 und 5). The foils 2 and 3 and thus the junctions (see Figures 3 and 4) and the outlets 11 (see Fig.3) are located in each one of these end portions, wherein the aforementioned guide member 1, the one end of the rotationally symmetric mixing chamber 12 completely encloses. Analogously to the foils 2 and 3 shown in FIG . 2, the feeds 5 shown on the second foil 3 have an offset to the apertures 8, whereby the junctions 6 on the mixing chamber wall 9 with alternating sequence of the foils 2 and 3 and in a order each one confluence per level (slide) staggered arrangement of the junctions according to a checkerboard pattern (see Fig.4 and 5).

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, the junctions are aligned with respect to the axis of symmetry and each form a right angle with this. Alternatively, the junctions can be arranged askew to the axis of symmetry, whereby in a rotationally symmetrical mixing chamber, a flow direction, preferably a helical, in particular in the outer region of the mixing chamber, pretending. It makes sense to make the mixing chamber as an annular gap volume and / or to arrange the orifices in the flow direction. Preferably, the orifices are arranged outside the axis of symmetry. A knit as possible similar geometric alignment of all Junctions in their arrangement to the axis of symmetry for both of the fluid fractions favors laminar mixing of the fluid flow filaments in the aforementioned manner.

Fig.6 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform mit Ringspaltvolumen als rotationssymmetrische Mischkammer 12. Sie unterscheidet sich von der in Fig.3 bis 5 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. Fig.6 zeigt zudem beispielhaft den verlauf der durch die Durchbrüche der Folien 2 und 3 gebildeten Fluidkanäle 16. 6 shows a sectional view of another embodiment with an annular gap volume as a rotationally symmetrical mixing chamber 12. It differs from the embodiment shown in Figure 3 to 5 the second embodiment by the arranged around the symmetry axis 13 of core 15. If the inlets in the aforementioned sense skew to the axis of symmetry 13 and also aligned to this, builds in the annular gap volume around the core 15 in the direction of the orifice 11 a flow helix. FIG. 6 also shows by way of example the course of the fluid channels 16 formed by the openings of the foils 2 and 3.

Fig.8 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig.6, 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 18, zwischen denen eine Vielzahl von parallel geschalteten Einzelkanälen 19 das Mischkammergehäuse 14 durchdringt. 8 shows the embodiment according to FIG. 6, 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 18, between which a plurality of parallel individual channels 19 penetrates the mixing chamber housing 14.

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.Alternatively, other components of the static micromixer can also be tempered, i. heat or cool, such as in the region of the core, selectively the feeds and Einmündugen for a fluid fraction or the orifice. In particular, with a temperature of the junctions can be undesirable effects of larger temperature and pressure gradients, such as cavitation or changes in the state of matter, reduce upon entry of fluid flow filaments of a fluid fraction from the junctions into the mixing chamber.

Fig.8 zeigt einen Kern 15 (vgl. Fig.6 und 7), welcher als doppeltes Rohr in zwei Teilvolumina unterteilt ist. Im Innenrohr 20 wird das Temperiermedium 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. 8 shows a core 15 (see FIGS 6 and 7), which is divided as a double tube in two sub-volumes. In the inner tube 20, the temperature control medium is axially in one direction to one Guided end of the core to pass it back axially between the inner and outer tube with heat in the surrounding area of the mixing chamber 12.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Führungsbauteilguiding member
22: erste Foliefirst slide
33: zweite Foliesecond foil
44: Deckfoliecover sheet
55: Zuführungfeed
66: Einmündungjunction
77: Anschlussöffnungport opening
88th: Durchbruchbreakthrough
99: Wandungwall
1010: fortlaufender Bereichcontinuous area
1111: Ausmündungorifice
1212: Mischkammermixing chamber
1313: Symmetrieachseaxis of symmetry
1414: MischkammergehäuseMixing chamber housing
1515: Kerncore
1616: Fluidkanalfluid channel

Claims

Includes static micromixer a) a mixing chamber (12),

b) feeds (5) for at least two fluid fractions to be mixed or dispersed, each having at least one junction (6) in the mixing chamber and

c) at least one orifice (11) from the mixing chamber
characterized in that

d) the junctions of the fluid fractions are arranged in an alternating sequence in at least two planes, wherein the junctions of a plane are arranged offset from those in the respectively adjacent plane.

Static micromixer according to claim 1, characterized in that the junctions (6) of a plane are arranged offset from those in the respectively adjacent plane by one respective junction.

Static micromixer according to claim 1 or 2, characterized in that all junctions per fluid fraction are aligned at an angle to the wall (9) of the mixing chamber, said angle being between 0 and 90 °.

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

Static micromixer according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing chamber (12) is designed rotationally symmetrical with an axis of symmetry (13) and two end regions, wherein the orifices (11) and the junctions (6) positioned in each one of the end regions are.

Static micromixer according to claim 5, characterized in that the axis of symmetry (13) is oriented orthogonal to the planes.

Static micromixer according to claim 5 or 6, characterized in that the junctions (6) are arranged skewed to the symmetry axis (13).

Static micromixer according to claim 7, characterized in that the mixing chamber (12) is an annular gap volume.

Static micromixer according to one of claims 5 to 8, characterized in that the outlets (11) are arranged outside the axis of symmetry (13).

Static micromixer according to one of claims 5 to 9, 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 claims 5 to 10, characterized in that the junctions (6) in the mixing chamber (12) define a flow direction and the outlets (11) are aligned in their arrangement to the axis of symmetry similar.

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 has walls (9) with a tempering device.

Static micromixer according to claim 10, characterized in that the tempering device comprises a microchannel structure with a temperature control medium flowing through it.