KR100566182B1 - 미세혼합장치 - Google Patents

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막시밀리안 피흐트너
게오르그 비쓰마미어
슈테판 엘러스
클라우스 엘게티
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포르슝스첸트룸 칼스루에 게엠베하
바이엘 에이쥐
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Abstract

본 발명은 적어도 한 개가 혼합챔버 및 챔버로부터 상류방향으로 연결되고 혼합 또는 분산되어야 하는 유체를 분리되도록 공급하도록 제공되는 한 개의 안내부품(1)으로 구성된 정적 미세혼합장치에 관련된다. 미세혼합장치의 종방향축에 대해 대각선으로 구성되고 슬롯가공된 채널(2a, 2b)들이 상기 안내부품을 통과한다. 상기 채널(2a, 2b)들은 무접촉상태로 교대로 교차하고 혼합챔버(4)내부로 개방되며 공통의 유출구단면(3a)을 형성한다. 본 발명의 목적은 종래기술에 대해 개선된 안내부품(1)을 구성하여, 안내부품(1)내에서 발생되는 유체압력손실이 채널유입구측부(2a, 2b) 및 공통의 유출구측부(3a)사이에서 추가로 감소되는 것이다. 상기 목적을 위하여, 혼합되는 매체유동의 적어도 일부분에 대하여 상기 채널(2a, 2b)들의 단면적이 유입구측부를 향해 확대된다.

Description

미세혼합장치{STATIC MICROMIXER}
본 발명은 한 개의 혼합챔버 및 혼합챔버에 대해 혼합 또는 분산되어야 하는 유체를 분리되도록 공급하기 위한 안내부품으로 구성된 정적 미세혼합장치에 관련된다.
문헌 DE 44 16 343 C2 호를 참고할 때, 혼합되는 유체들을 한 개의 혼합챔버에 분리되도록 공급하기 위한 조작된 적어도 한 개의 안내부품 및 혼합챔버를 가진 미세혼합장치가 공개되고, 각각 약 100㎛의 두께를 가지고 서로 층을 이루는 다수의 박막으로부터 구성되는 밀리미터 범위의 연장부분을 가진 안내부품이 조립되고, 박막내에서 채널들이 미세구조로서 가공된다. 직선으로 구성되고, 일정한 단면을 가진 공급차널들이 미세혼합장치의 종방향축에 대해 기울어져 구성되며, 근접한 위치의 박막들의 채널들이 무접촉상태로 교차하고 공통의 혼합챔버내부로 유입한다. 상기 채널들은 250㎛이하의 폭 및 약 70㎛의 높이를 가지고 두 개의 채널들사이에서 약 15㎛의 부재두께를 가진다. 각각의 상기 박막들이 예를 들어, 확산용접가공에 의해 진공밀봉 및 가압고정된 균질의 미세구조체에 결합되고, 각각의 상기 최초 및 최종 박막에 대한 폐쇄부분으로서 덮개판이 제공되어야 한다.
문헌 DE 195 40 292 C1호에 설명된 유사한 미세혼합장치를 참고할 때, 이외 에 등가한 제조 및 작동원리에 의하여, 혼합되거나 분산되어야 하는 두 개의 유체들을 위한 상기 공급채널들이 아크형상으로 서로에 대해 평행하게 구성되고, 혼합챔버내부로 유입된다. 상기 배열에 의해 공통의 유출단면위에서 동시에 신속하고 혼합작용이 혼합챔버내에서 보장된다. 상기 안내채널들은 250㎛이하의 폭을 가진 일정한 단면을 가지며, 채널구조가 가공되는 상기 박막들은 약 100㎛의 두께를 가진다.
혼합과정을 최적화하기 위한 또 다른 가능성이 문헌 WO 97/17130 에 설명된다. 박막들마다. 슬롯형상의 채널에 대해 각각의 채널들을 조립하면 , 각각의 채널들사이의 부재를 제거하여 상기 미세혼합장치는 채널벽면에 대해 유리한 체적유동을 가지고, 따라서 안내부품내에서 마찰압력손실이 감소된다.
본 발명의 목적은 , 마지막으로 참고한 종래기술을 기초하여, 상기 분류의 제조기술을 따르는 정적 혼합장치에 의해 , 혼합되는 유체를 혼합챔버에 공급하기 위한 안내부품을 형성하는 것이고, 유입구측부 및 공통의 유출구측부사이에서 안내부품내부의 유체압력손실을 감소시키는 것이다. 따라서 적어도 동일하게 유지되거나 가능한 개선된 혼합상태(혼합과정의 효율)가 달성되어야 한다.
상기 목적이 제 1항의 특징부에 의해 해결된다. 여기서 관련된 종속항들이 상기 해결방법의 유리한 실시예를 포함한다.
여기서 유체유입구측부 및 혼합챔버 사이에 배열되고, 슬롯형상으로 구성된 채널들의 단면이 유체유출구측부를 향해 감소되도록 미세혼합장치의 안내부품이 형 성된다. 각각의 공급채널이 적어도 두 개의 유체공급챔버로부터 미세혼합장치의 종방향축에 대해 기울어져 구성되고, 근접한 위치의 채널들은 다양한 공급챔버들로부터 유체를 포함하고, 무접촉상태로 교차하며, 공통의 유출구횡단면위에서 혼합챔버내에 유입된다. 혼합챔버위에서 경계를 형성하고 슬롯형상의 채널들에 구성된 합류점들이 서로에 대해 직선으로 구성된다. 혼합챔버내에 제 2 혼합매체가 유입하면, 유동을 분류하는 구조 (예를 들어, 격자 )의 구성에 의해 혼합챔버내에서 난류가 증가하고 그 결과 혼합효율이 향상된다.
채널횡단면을 유입구측부를 향해 개선하면, 채널의 확대구성에 의해 유동하는 유체의 유동속도가 일정한 체적유동으로 감소된다. 확대된 채널횡단면 및 감소된 유동속도에 의해 안내부품의 유입구측부 및 유출구측부사이에서 유체의 마찰압력손실이 감소된다.
본 발명을 따르는 미세혼합장치의 실시예 및 상기 미세혼합장치의 구성을 위한 방법이 도면들을 참고하여 하기에 설명된다.
도 1은 미세혼합장치의 실시예를 이론 도면보다 확대도시한 투시도.
도 2는 각각 채널유입구(도 2A) 및 채널유출구(도 2B)에 관한 실시예의 개략평면도 .
도 3은 유동방향을 향하는 안내부재들이 제공되는 채널유출구의 측부에 관한 3개의 서로 다른 실시예들을 도시한 도면.
도 4는 안내부품, 혼합챔버 및 유입과 유출부품을 가진 미세혼합장치를 도시 하고, 채널유출구의 측부에서 유체유동내에 격자가 추가로 배열되는 것을 도시한 도면.
도 5는 상기 안내부품을 제조하기 위한 방법을 도시한 도면.
도 6은 평균의 총에너지밀도 (E)에 대하여, 공지된 미세혼합장치의 실시예와 비교하여, 미세혼합장치의 혼합상태를 결정하기 위해 이용되는 시험반응의 생성물(Q)의 생성물선택도 X(Q) [-]의 선도 [J/m3].
*부호설명
1...안내부품 2a,2b... 채널유입구측부
3a,3b...채널유출구측부 4...혼합챔버
8a,9b...구멍 11...평면
도 1 내지 도 4를 참고할 때, 금속, 플라스틱 또는 세라믹재질의 안내부품(1)이 제공된다. 각각의 유체유동(a, b)의 유동방향은 공통의 혼합챔버(4)내에서 채널유입구측부(2a, 2b)들로부터 채널유출구측부(3a, 3b)들까지 구성되고 공통의 유체유동(c)을 형성한다. 도 6에 도시된 곡선에 대한 데이터를 제공하기 위하여 예로 드는 안내구조의 유출구측부에서 상기 채널(5a, 5b)들은 약 150㎛으 높이 및 9mm의 슬롯폭을 가지고, 유출구측부에서 상기 채널들을 약 1.5mm의 높이 및 약 11mm의 슬롯폭을 가진다. 상기 유출구측부에서 2개의 채널들사이의 벽두께는 약 150㎛이다.
채널유출구측부(3a, 3b)에서 유체유동(a, b)의 도시된 안내작용을 위하여, 유체의 유동방향(화살표 a 및 b)의 부재(6)들이 상기 채널들에 제공될 수 있다. 도 3을 참고할 때, 채널유출구측부에 상기 안내부재들을 위한 세 개의 여러 가지 배열들이 도시된다. 미세혼합장치들의 전체배열에 관한 도 4에서처럼, 유동을 분할하는 구조 예를 들어, 격자(13)형상들이 미세혼합장치(4)내에 배열될 수 있다.
금속 또는 전기전도성 세라믹재질의 안내부품(1)이 제공되고, 도 5 에 도시된 것과 같이 , 상기 안내부품(1)들은 유체유동(a 또는 b)에 대해 단면과 함께 선마모가공에 의해 제조될 수 있다. 상기 제조방법에 대하여, 상기 안내부품(1)을 위해 유동안내 및 자유롭게 회전가능한 장착부(7)가 제공된다. 이를 위해, 우선 유체유동의 각각의 채널군(5a 또는 5b)에 대하여 선마모기술의 개시위치로서 구멍(8a 또는 8b)이 제공되고, 상기 구멍내에 선(9)이 삽입된다. 신속한 삽입작업을 위하여 구멍(8a , 8b) 및 보조단면(10a 또는 10b)들이 채널유입구측부 뿐만 아니라 채널유출구측부에서도 각각의 평면(11 또는 12)들로 덮혀지고, 채널유입구측부(2a, 2b) 및 채널유출구측부(3a, 3b)의 구성영역이 남겨진다. (도 4를 참고)
혼합효율에 관련된 여러 가지 미세혼합장치들을 비교평가하기 위하여, 시험방법에 의하면 1- 및 2- 나프톨 (매체 x 또는 x')과 4-술폰산벤졸디아조니움염(매체 y)의 아조결합반응이 제공된다. 상기 반응은 하기 반응식에 의해 병렬반응으로서 처리된다.
x + y → R
x' + y → Q
상기 제 2생성물(Q)은 간단히 흡수스펙트럼에 의해 분석된다. 따라서 생성물(Q)의 선택도 X(Q)를 통해 혼합과정의 상태가 평가된다. 혼합챔버내에서 모든 관련 매체(x, x', y)들의 신속하고 완전한 혼합작용에 대해 선택도 X(Q)는 선택된 농도비율에 의해 0, 1의 값에 적응된다. 생성물(R)에 불리한 다량의 생성물(Q)이 형성될수록 혼합상태가 더욱 불량해진다.
평균적인 총에너지밀도(E)에 대해,
E = ㅿPi ㆍ(V1 / Vges) +ㅿP2 ㆍ(V2 / Vges ) [ J/m3]
단 Pi = 통로(i)의 압력손실, Vi = 통로(i)의 체적유량, Vges =공통의 체적유량일 때,
수행된 생성물(Q)의 선택도 X(Q) [ -]가 , 도 6을 참고할 때, 처리된 격자(13)가 구성된 경우 및 불비한 경우, 제 1항의 미세혼합장치에 대해 (점들의 무리 B 또는 C ) 문헌 DE 44 16 343 C2의 미세혼합장치와 비교하여 (점들의 무리 A ) 수행된다. 효율이 높은 미세혼합장치가 한편으로 가능한 적은 압력손실, 혼합과정에서 에너지소모 또는 총에너지밀도에 대한 수치를 통해 , 다른 한편으로 생성물(Q)의 적은 선택도 X(Q)를 통해 구성된다. 본 출원을 따르는 미세혼합장치의 정해진 혼합상태 또는 정해진 선택도 X(Q)가 공지된 미세혼합장치의 개념보다는 필수적으로 감소된 총에너지밀도(E)에 의해 형성되는 것을 분명히 알 수 있다.
안내부품의 유출구측부후방에서 격자(13)가 관통할 때, 혼합과정의 효율이 증가된다. 도 4를 참고할 때, 완전한 혼합장치의 배열에 대한 상기 수정예가 도시된다. 삽입된 상기 격자(13)는 약 200㎛의 폭을 가지고, 안내부품(1)의 채널유출구측부(3a, 3b)에 대해 약 1000㎛의 거리에서 혼합챔버(4)내에 위치한다. 또한 도 4를 참고할 때, 유입도관(14a, 14b), 유체유동 (a, b) 및 유출도관(15)들이 도시된다.

Claims (7)

  1. 적어도 한 개가 혼합챔버(4) 및 챔버로부터 상류방향으로 연결되고 혼합 또는 분산되어야 하는 유체(a, b)를 분리되도록 공급하도록 제공되는 한 개의 안내부품(1)으로 구성되고, 미세혼합장치의 종방향축에 대해 대각선으로 구성되고 슬롯가공된 채널(5a, 5b)들이 상기 안내부품을 통과하며, 상기 채널(5a, 5b)들은 무접촉상태로 교대로 교차하고 혼합챔버(4)내부로 개방되며 공통의 유출구단면을 형성하고, 유출구측부(3a, 3b)는 근접한 위치의 유출구채널들사이에서 500㎛ 이하 또는 150㎛이하의 부재높이를 구성하는 정적 미세혼합장치에 있어서,
    안내부품(1)내부의 채널(5a, 5b)들의 단면이 혼합되는 매체유동(a, b)의 적어도 일부분에 대하여 채널유입구측부까지 채널유입구측부를 향하여 연속적으로 증가하고, 채널유입구측부(2a, 2b)들위에서 다시 감소되지 않는 것을 특징으로 하는 미세혼합장치.
  2. 제 1항에 있어서, 슬롯구조의 채널(5a, 5b)들이 전체길이 또는 일부분에 대하여 유동방향의 부재(6)들을 가지는 것을 특징으로 하는 미세혼합장치.
  3. 제 1항에 있어서, 안내부품(1)의 유출구개구부(3a, 3b)의 후방에서 격자(13), 네트 또는 등가한 구성이 유동방향으로 제공되고, 유동을 분할하는 구조가 제공되는 것을 특징으로 하는 미세혼합장치.
  4. 제 1항 및 제 2항에 있어서, 상기 안내부품(1)의 채널(5a, 5b)들이 전기전도 성 기저체내에서 개별적으로 선마모가공에 의해 가공되고, 각 매체유동의 상기 채널들이 안내부품내에서 교대로 비파괴단면을 캠절단기술에 따라 기저체내에 가공되며, 상기 채널들을 연결하는 보조단면(10a, 10b)들이 채널유입구측부(2a, 2b) 및 채널유출구측부(3a, 3b)위에서 각각의 평면(11, 12)들로 덮혀지는 것을 특징으로 하는 미세혼합장치.
  5. 제 1항 및 제 2항에 있어서, 금속분말을 층을 이루며 레이저용융가공하여 상기 안내부품(1)이 제조되고, 채널영역(5a, 5b)들이 용융되지 않으며, 다음에 용융되지 않은 분말을 제거하여 상기 채널영역들이 구성되는 것을 특징으로 하는 미세혼합장치.
  6. 제 1항 및 제 2항에 있어서, 레이저 스테레오 리소그라피기술 (금속 프로타입핑기술)에 의해 플라스틱을 층을 이루며 경화시켜 플라스틱재질의 안내부품(1)이 제조되고, 채널영역(5a, 5b)들이 노출되지 않으며, 다음에 노출되지 않고 경화되지 않은 플라스틱을 제거하여 상기 채널영역들이 구성되는것을 특징으로 하는 미세혼합장치.
  7. 제 1항 및 제 2항에 있어서, 세라믹분말을 층을 이루며 레이저 소결가공하여 상기 안내부품(1)이 제조되고, 채널영역(5a, 5b)들이 소결되지 않으며, 다음에 소결되지 않은 분말을 제거하여 상기 채널영역들이 구성되는것을 특징으로 하는 미세 혼합장치.
KR1020017016298A 1999-06-19 2000-06-16 미세혼합장치 KR100566182B1 (ko)

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