KR101920508B1 - 미소 유체 컴포넌트, 복수의 그러한 컴포넌트를 포함하는 반응기, 및 그들을 생산하는 방법 - Google Patents

미소 유체 컴포넌트, 복수의 그러한 컴포넌트를 포함하는 반응기, 및 그들을 생산하는 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 미소 유체 컴포넌트에 관한 것으로서, 폐쇄된 유체 라인을 포함하고, 금속 시트의 제1 섹션의 구조화 표면 및 금속 시트의 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면으로 형성되는, 구조물을 갖는 금속 시트로 만들어지고, 금속 시트는 접어져서, 서로 일체로 연결된 섹션들이 서로의 상부에 표면 평행 방식으로 배치되게 한다. 금속 시트는 윤곽 엣지를 갖는 적어도 하나의 제3 섹션을 더 포함하고, 또한, 접어져서, 제3 섹션이 표면 평행 방식으로 지지되기도 하고, 윤곽 엣지가 제1 벽 섹션을 형성하며, 제1 섹션 또는 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면은 개방된 유체 라인의 제2 벽 섹션을 형성하게 한다. 이 발명은 또한, 복수의 그러한 미소 유체 컴포넌트를 포함하는 미소 유체 반응기, 및 그러한 컴포넌트들을 생산하는 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

미소 유체 컴포넌트, 복수의 그러한 컴포넌트를 포함하는 반응기, 및 그들을 생산하는 방법 {MICROFLUIDIC COMPONENT, REACTOR COMPRISING A PLURALITY OF SUCH COMPONENTS, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
이 발명은, 다른 것 중에서도 특히, 폐쇄된 유체 라인(fluid line)을 포함하는 구조물을 갖는 금속 시트(metal sheet)로 된 미소 유체 컴포넌트(microfluidic component)에 관한 것이다. “미소 유체 컴포넌트” 또는 미소 유체 구조물을 갖는 컴포넌트라고 함은, 이 문서의 문맥에서는, 모듈형 미소 반응기(modular-design microreactor), 미소 열 교환기(micro heat exchanger), 또는 미소 혼합기(micromixer) 등의 컴포넌트를 의미하며, 채널(channels), 포켓(pockets) 또는 다른 오목부와 같은, 총칭으로 유체 라인인, 컴포넌트의 표면에 합체되는 미소 구조물은 나노미터 범위 내지 밀리미터 범위의 디멘전(dimensions), 특히 100nm 내지 1㎜의 측부 디멘전(lateral dimensions)을 갖는다. 측부 디멘전이라고 함은 주 유동 방향(major direction of flow)을 가로지르는 적어도 하나의 디멘전을 의미한다. 포켓과 같은 넓은 구조물인 경우에 위 설명은, 그 것들의 최소 디멘전, 즉, 그 것들의 프로필 깊이(profile depth)에 적용된다. 금속 시트를 통한 어떤 보어홀(borehole)이든 이 정의에서 관해서는 표면 구조물(surface structures)로 간주하지 않는다.
이 문서에서 “유체 라인”은 유체를 유지하거나 및/또는 이송하기 위한 어떤 주어진 기하학적 형상을 갖든 모든 공동에 대한 총칭으로서 이용된다. 예를 들자면, 포켓, 채널, 또는 튜브 등이 있다. 개방된 유체 라인과 폐쇄된 유체 라인 사이에는 구별이 이루어진다. 여기에서 “개방된 유체 라인”이라고 함은, 어떤 입구 및/또는 출구로부터 떨어진 적어도 하나의 단부 상에서 개방되어 있는 유체 라인을 의미한다. 반대로, “폐쇄된 유체 라인”이라고 함은, 어떤 입구 및/또는 출구든 제외하고, 모든 측부에서 벽 섹션(wall sections)에 의해 경계가 이루어진 공동(cavity)을 의미한다.
미소 유체 구조물 및 그 생산 방법이 문헌 DE 101 08 469 B4에 기술되어 있다. 거기에 개시된 엠보스 가공(embossing method) 방법에 의하면, 다양한 개방된 구조물 요소들이 금속 시트의 표면에 대해 엠보스 가공될 수 있다. 이 것은 개방된 유체 라인을 갖는 미소 유체 컴포넌트로 귀결된다. 위에 제시된 정의와 관련하여, 이 가르침에 따라 제조되는 미소 유체 컴포넌트는, 특허된 청구항 1의 청구 대상은 폐쇄된 유체 라인을 갖지 않으므로, 그 것의 포괄적 개념하에 포함되지 않을 것이다.
폐쇄된 유체 라인 및 그 생성물은, 예를 들어, DE 196 43 934 A1로부터 알려져 있다. 제조 공정의 산출물은 두개의 금속 시트로 이루어진 하나의 시트 금속 어셈블리이다 서로 통합되고, 둘 다 하나의 규격 단위(calibrating unit)로 되며, 그들 중 하나는 두개의 맞물림 프로필을 갖는 롤(intermeshing profiling rolls)에 의해 파형 프로필(wave profile)로 미리 엠보스 가공되었다. 몇 개의 그러한 시트 금속 어셈블리는, 그 후 하나의 상부에 다른 하나가 쌓여서, 파형 프로필을 갖는 시트 및 매끈한 시트가 항상 교번하여 감기고, 예를 들어, 자동차의 배기 계통에서의 촉매 변환 장치(촉매 converter)로서 작용하도록, 재킷으로 덮인 튜브(jacketed tube) 속의 하니컴 바디(honeycomb body)로 이용된다. 문헌이 구조화 금속 시트의 생성물을 설명할지라도, 이 것들은 분명히 미소 유체 컴포넌트로 간주될 것이 아니다. 또한, 거기에 기술된 방법이 본질적으로 미소 유체 컴포넌트에 적용될 수도 있다. 그러나, 그 방법은 단지 그러한 하니컴 바디의 생산에만 거의 전용적으로 적합화 되어 있다. 기타, 더 복잡한 구조물은 거기에 기술된 제조 방법에 의해 제조될 수 없다.
매우 유사한 구성의 촉매 반응을 위한 반응기가 문헌 EP 0 885 653 A2로부터 알려져 있다. 그 반응기는 스택 형(stack shape)이고, 구불구불하게 접어지는 격벽 및 접어진 겹층 속에 삽입되는 주름진 시트 금속 요소로 이루어진다. 여기에서 상이한 구조물들이 파형 프로필의 상이한 횡단면 형태로만 한정되기도 한다.
또한, 유체를 분배하기 위한 파형 구조물(분배 채널) 또는 다른 유체 라인을 가로질서 배치되는 구조물 요소가 제공될 필요가 있는 경우에는, 이 것들이 어떻게 구성될 수 있을지 명백하지 않다.
열 교환기가 WO 2005/088223 A1으로부터 알려져 있으며, 복수의 쌓여 있고 서로 연결된, 특히 용접된, 직사각형 디스크들로부터 조립된다. 디스크들은, 벤딩 엣지를 따라 접어져서 두개의 절반부 표면들이 서로의 상부에 평행하게 배치되고, 매체들이 그 것을 통해 냉각되는 공정을 수행하기 위해 복수의 홈의 형태인 공동을 둘러싸는, 두개의 디스크 절반부로 이루어진다.
DE 10357082 B3로부터, 접기 가공 라인을 따라 절반으로 접어지고, 그 후, 접기 가공 라인의 둘레로 함께 감기는, 직사각형 포일 요소로 이루어진 가이드 컴포넌트를 갖는, 나선형 열 교환기가 알려져 있다. 포일 요소는 접기 가공 라인을 따라 두개의 절반부로 나뉘며, 하나의 절반부는 표면 중 한 면에서, 다른 절반부는 표면 중 반대쪽 면에서 오목부를 갖고, 접기 가공 라인으로부터 접기 가공 라인의 반대 쪽에 있는 포일 요소의 엣지까지 유체 통로로서 연장한다.
인용 문헌들로부터 알려진 방법 외에, 미소 유체 구조물의 생산을 위한, 많은 재료 제거 방법이 알려져 있다. 그 것들은 전기적, 화학적, 전기화학적 또는 기계적 재료 제거 공정들에 기반하고 있다. 그러나, 이러한 방법들은, 공정이 비교적 긴 시간을 필요로 하며, 그러므로, 경제적 대량 생산이 가능할 것 같지 않다는, 공통적인 결점을 갖는다.
이러한 배경으로, 이 발명의 과제는, 더 많은 구조 요소들의 다양성을 갖는 단순한 미소 유체 컴포넌트, 몇 개의 그러한 컴포넌트를 갖는 미소 유체 반응기, 및 그 것들을 생산하기 위한 경제적 방법을 제공하려는 것이다.
과제는, 한편으로는, 청구범위의 독립 청구항 1 또는 청구항 2의 특징 요소들을 갖는 미소 유체 컴포넌트, 청구항 8의 특징 요소들을 갖는 미소 유체 반응기, 및 독립 청구항 10 또는 11에 따른 방법에 의해 해결된다. 양호한 수정들은 종속항들의 청구 주제이다.
이 발명의 제1 양태에 따르면, 폐쇄된 유체 라인을 포함하는 구조물을 갖는 금속 시트로 만들어진 미소 유체 컴포넌트는, 폐쇄된 유체 라인이, 금속 시트(metal sheet)의 제1 섹션의 구조화 표면(structured surface), 및 금속 시트의 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면(unstructured surface)으로 형성되며, 금속 시트는, 서로 일체로 연결된 섹션들이 서로의 상부에 표면 평행 방식으로 배치되도록 접어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서 “금속 시트의 섹션(section of the metal sheet)”이라고 함은 밀착성 단일 부재 금속 시트(cohesive single-piece metal sheet)의 일부를 의미한다. 이 문서에서의 용어 “표면”은 금속 시트의 제각각의 섹션의 상측부 또는 하측부의 표면이다. “비구조화 표면”이라고 함은 기능적 구조화 없는 표면을 의미한다. 브러시 가공(brushed) 되거나, 폴리시 가공(polished) 되거나 또는 롤 가공(rolled) 된 금속 시트 등의 거칠기와 같은 제조 생산된 블랭크 구조물로서 기능적 구조화가 없는 것. 그러므로, 그러한 표면은 비구조화라고 칭해진다. 반대로, 여기에서 “구조화 표면”라고 함은 유체 라인과 같은 미소 유체적 기능이 특별히 도입된 표면 구조물을 의미한다.
미소 유체 컴포넌트를 생산하기 위한, 이 발명의 대응하는 방법은, 구조화 표면을 갖는 적어도 하나의 제1 섹션, 및 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 적어도 하나의 제2 섹션을 갖는 금속 시트가 접어져서, 제1 섹션은 제2 섹션의 상부에 표면 평행하게 배치되고, 제1 섹션의 구조화 표면은 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면과 함께 폐쇄된 유체 라인을 형성하는, 것을 요구한다.
알려진 종래 기술과 달리, 하나 위에 다른 하나가 표면 평행하게 배치된 두개의 일체로 연결된 시트 금속 섹션들로 이루어진, 이 발명의 미소 유체 컴포넌트는, 접기 엣지를 따라 단순한 방식으로 금속 시트를 접음으로써 형성된다. 결과적으로, 더 복잡한 컴포넌트를 하나 이상의 폐쇄된 유체 라인에서 단순한 방식으로 생산할 수 있다. 또한, 양호하게는, 미소 유체 컴포넌트가 단일 부재인 것이, 예를 들어, 미소 유체 반응기로 더 처리하기에 더 쉽다.
양호하게는, 방법에서, 접기 가공 공정(folding process) 전에 엠보스 가공 단계(embossing step)에서 구조화 표면을 만든다. 특히 양호하게는, 구조화 표면이 주름진 구조물(corrugated structure)을 엠보스 가공함으로써 만들어진다.
위에 기술된 두 가지 방식 모두에서, 사람들에게 알려진 엠보스 가공 및 성형 방법(embossing and forming method)을 이용하여, 복수의 구조물, 특히 개방된 유체 라인 및 폐쇄된 유체 라인을 구현하기 위해 이용될 수 있는, 경제적 미소 유체 컴포넌트를 만들 수 있다.
여기에서, 용어 “엠보스 가공”은, 금속 시트에 표면 구조물이 제공될 수 있게 하는 모든 성형 방법에 대한 총칭으로서 이용된다 이 것은, 엠보스 가공(압력 성형)과 관련해서는, 금속 시트의 단지 한 면에만 오목부를 생성하고, 반대쪽 면은 매끈하게 남겨 두거나 또는 상이한 구조물이 제공될 수 있게 한다. 이 것은 또한, 펀치(punch)와 다이(die) 사이에서의 금속 시트의 딥 드로잉(deep-drawing), 스트레치 포밍(stretch-forming)과 딥 드로잉의 조합(인장 압축 변형(tensile compression reshaping)), 또는 예를 들어, 두개의 맞물리는 프로필 롤 사이에서의 금속 시트의 벤딩 - 금속 시트는 전면과 후면에서 보상적 구조물이 제공됨 - 을 포함한다. 단순하게, 우리는 여기에서 총칭으로 “엠보스 가공된 표면”이라고 말한다.
이 발명의 제2 양태에 따르면, 미소 유체 컴포넌트는, 윤곽 엣지를 갖는 적어도 하나의 (제3) 섹션, 및 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 적어도 하나의 (제1 및/또는 제2) 섹션을 갖는, 금속 시트를 가져서, 서로 일체로 연결된 (제1 및 제3 및/또는 제2 및 제3) 섹션들이 서로의 상부에 표면 평행 방식으로 배치고, 윤곽 엣지가 제1 벽 섹션(first wall section)을 형성하며, 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면이 개방된 유체 라인의 제2 벽 섹션(second wall section)을 형성한다.
미소 유체 컴포넌트를 제조하기 위한, 이 발명의 대응하는 방법은, 윤곽 엣지를 적어도 갖는 하나의 (제3) 섹션, 및 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 적어도 하나의 (제1 및/또는 제2) 섹션을 갖는 금속 시트가 접어져서, 윤곽 엣지를 갖는 (제3) 섹션은 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 (제1 및/또는 제2) 섹션의 상부에 표면 평행하게 배치되고, 윤곽 엣지는 제1 벽 섹션을 형성하며, 인접한 (접은 후) 구조화 표면 또는 비구조화 표면은 개방된 유체 라인의 제2 벽 섹션을 형성하는, 것을 요구한다.
이 문서와 관련하여, 용어 “엣지”는, 일반적으로 시트의 주 평면에 대해 직각이고, 예를 들어, 금속 시트가 펀칭되면 생성되는, 금속 시트의 마진(margin)을 따르는 표면을 의미한다. “금속 시트의 마진”은 그 주 평면에 대해 직각으로 돌출된 금속 시트의 경계를 의미한다. 이 문서와 관련하여, “윤곽 엣지”는 가장 단순한 경우에는 곧은 엣지일 수 있다. 윤곽 엣지는 일반적으로 어떤 주어진 기능적으로 요구되거나 원하는 곡면을 따른다. 여기에서, 용어 “벽” 및 “벽 섹션”은 유체 라인의 공간적 경계 요소를 의미한다. 다른 한편, 유체 라인은 몇 개의 벽 섹션들에 의해 정해지는 규칙이다.
양호하게는, 윤곽 엣지는 접기 가공 공정 전에 펀칭 단계(punching step)에서 생산된다.
이렇게 해서, 펀칭 기법과 조합된, 엠보스 가공 및 성성 기법을 이용하여, 복수의 구조물, 특히 개방된 유체 라인을 구현하기 위해 이용될 수 있는, 경제적 미소 유체 컴포넌트를 만들 수 있다.
이 발명의 특히 양호한 변화예에 따르면, 미소 유체 컴포넌트는 상술한 양태들의 둘 다와 조합한다. 이 경우에, 폐쇄된 유체 라인은, 위에 기술된 바와 같이, 금속 시트의 제1 섹션의 구조화 표면, 및 금속 시트의 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면으로부터 형성된다. 또한, 금속 시트는 윤곽 엣지를 갖는 적어도 하나의 제3 섹션을 가지며, 접어져서, 일체로 연결된 제1 섹션 및 제3 섹션 및/또는 제2 섹션 및 제3 섹션이 하나 위에 다른 하나가 표면 평행 방식으로 배치되고, 윤곽 엣지가 제1 벽 섹션을 형성하며, 제1 섹션 또는 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면이 개방된 유체 라인의 제2 벽 섹션을 형성한다.
이 발명의 대응하는 방법은, 구조화 표면 을 갖는 적어도 하나의 제1 섹션, 및 위에서 기술된 바와 같이, 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 적어도 하나의 제2 섹션을 갖는 금속 시트가 접어지고, 금속 시트는 윤곽 엣지를 갖는 제3 섹션을 가지며, 그 것이 접어져서, 윤곽 엣지를 갖는 제3 섹션은 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 제1 섹션 및/또는 제2 섹션의 상부에 표면 평행하게 배치되고, 윤곽 엣지는 제1 벽 섹션을 형성하며, 인접한 (접은 후) 구조화 표면 또는 비구조화 표면은 개방된 유체 라인의 제2 벽 섹션을 형성한다.
이 발명의 두 가지 양태의 장점의 조합은, 훨씬 더 다양한 구조물 요소들을 만들 수 있게 한다. 특히 양호한 것은, 폐쇄된 유체 라인이 폐쇄된 채널을 형성하고, 그 속으로 개방된 유체 라인이 흐르도록 시트 금속을 접기 가공하는 것이다.
대응적으로 접어진 미소 유체 컴포넌트의 하나의 특수한 실시예는, 개방된 유체 라인이 몇 개의 폐쇄된 채널로부터의 유체를 합치거나, 또는 유체를 몇 개의 폐쇄된 채널 사이에서 분배하는 수집 또는 분배 구조물을 특징으로 한다. 수집 구조물이라고 함은, 일반적으로 시작부가 넓고 유동의 방향으로 좁아지는 것을 의미하며, 그 속으로 몇 개의 폐쇄된 채널이 흐르고, 이러한 채널들로부터의 유체가 그 안에서 합쳐져서 하나 이상의 드레인 라인으로 보내지는 구조물을 의미한다. 마찬가지로, 분배 구조물이라고 함은, 일반적으로 유동 방향으로 넓어지는 것을 의미하며, 그 속으로 하나 이상의 유입 라인들이 흐르고, 이러한 유입 라인으로부터의 유체가 그로부터 몇 개의 폐쇄된 채널로 분배되는 구조물을 의미한다. 그에 따라, 분배 구조물과 수집 구조물은 주로 유체의 유동 방향으로 인한 그 기능에 의해 다르다. 구조물에서는, 그들이 일치할 수 있을 것이다.
여기에서, 용어 “채널”은, 길이 방향으로 연장하는, 일반적으로 모세관 유체 라인을 기술하기 위해 이용된다. 그러므로, “폐쇄된 채널”이라 함은, 입구 단부 및 출구 단부에서의 개구를 제외하고, 그 주위의 둘레로 경계가 이루어진 관형 유체 라인을 의미한다. 따라서, “개방된 채널”은, 적어도 하나의 측부에서 주위에 대해 개방된 홈 모양의 유체 라인을 기술한다.
위에서 기술된 미소 유체 컴포넌트는, 펀칭, 엠보스 가공 및 접기 가공이 점진적 복합 다이에서 연쇄적으로 일어나는 방법에 의해, 특히 경제적이고 효율적으로 만들어질 수 있다. 이 것은 대량 생산을 허용하기도 한다.
미소 유체 컴포넌트는, 제1 섹션의 구조화 표면 및/또는 제2 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면은, 적어도 폐쇄된 및/또는 개방된 유체 라인의 구역에서 코팅되는, 반응기 용도에 관해서 수정된다. 양호하게는, 그러나, 촉매가 일반적으로 비구조화 표면에 대한 점착이 더 나쁘고, 또한, 어떤 발열 화학 반응 또는 흡열 화학 반응도 비구조화 표면에서는 일어나지 않을 것이므로, 구조화 표면만 코팅된다,
따라서, 이 발명의 방법은, 양호하게는, 제1 섹션의 구조화 표면 및/또는 제2 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면은, 적어도 폐쇄된 및/또는 개방된 유체 라인의 구역에서 코팅되도록 수정된다.
코팅 공정은, 부착되는 층의 질감 및 컴포넌트의 복잡성에 따라, 거친 블랭크 상에서, 표면의 구조화 후에, 또는 완성된 미소 유체 컴포넌트 상에서 일어날 수 있다, 양호하게는, 표면은 실크 스크린 공정에서 코팅된다.
이 발명의 다른 한 양태는, 위에 기술된 종류의 몇 개의 미소 유체 컴포넌트들 - 쌓여 있고, 정해진 개구들을 제외하고는, 자신들의 주위를 따라 유밀적으로 연결됨 - 로부터 만들어지는 미소 유체 반응기에 관한 것이다. 이 미소 유체 반응기는, 위에 기술된 종류의 몇 개의 미소 유체 컴포넌트들이, 접기 가공 공정 후, 하하 위에 다른 하나가 배치되는 방식으로 쌓여지며, 정해진 개구들을 제외하고, 자신들의 주위를 따라 유밀적으로 연결되는, 공정에서 제조된다.
여기에서, 미소 유체 반응기는, 화학적 또는 생화학적 반응을 위한 미소 반응기, 미소 열 교환기, 또는 미소 혼합기를 포함하다.
연결에 대해서는, 납땜 연결이 고려될 수 있지만, 예를 들어, 납땜 연결이 촉매 재료와 상충하는 경우에는, 양호하게는, 용접 연결이 고려될 수 있다. 몇 개의 미소 유체 컴포넌트들은, 특히 양호하게는 레이저-용접된다.
대응하는 미소 유체 반응기에서, 양호하게는, 위에서 설명한 바와 같은 개방된 유체 라인을 갖는 몇 개의 미소 유체 컴포넌트 중 적어도 하나는, 이웃의 미소 유체 컴포넌트와 인접하여, 인접한 컴포넌트의 개방된 유체 라인과 제1 섹션 또는 제2 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면이 폐쇄된 유체 라인을 형성한다.
다시 말해서, 미소 유체 컴포넌트들이 스택 반응기로 조립되는 경우에만, 원하는 전반적인 미소 유체 구조물이 완전하게 생산된다.
일반적으로, 그리고, 미소 유체 반응에서 이용하고자 할 때, 미소 유체 컴포넌트는 재료 두께가 일반적으로 0.1㎜와 1㎜ 사이인, 얇은 롤 가공된 금속 시트가 양호할 것이다. 엠보스 가공된 표면 구조물 또는 주름진 인발되고 구부려진 표면 구조화가 가능해야 하는지에 따라, 더 두껍거나 또는 더 얇은 재료 두께가 양호할 것이다. 주름진 구조화 섹션을 갖는 금속 시트의 경우, 0.1㎜와 0.5㎜ 사이 및 특히 양호하게는 0.1㎜와 0.3㎜ 사이의 시트 두께가 잘 작동하는 것으로 밝혀졌다.
형성된 개방된 유체 라인 또는 폐쇄된 유체 라인의 폭은 용도에 따라 변할 수 있다. 개방된 채널 또는 폐쇄된 채널의 경우에는, 폭 및 깊이가, 양호하게는 100nm 내지 1㎜의 범위, 특히 양호하게는 25㎛와 1㎜의 사이에 있다. 분배 구조물과 같은 넓은 포켓 형 구조물의 경우에는, 적어도 구조물의 깊이가 표시된 범위에 있다.
이 발명의 다른 요소 및 장점에 대해 바로 아래에서 예시적 실시예에 의해 도면을 참조하여 설명하겠다. 도시된:
도 1a 내지 도 1f는 이 발명의 미소 유체 컴포넌트를 제조하는 6개의 개별적 단계를 도시하고;
도 2 내지 도 5는 접기 가공 후의 미소 유체 컴포넌트의 상이한 실시예의 횡단면도를 도시하며;
도 6은 다양한 미소 유체 컴포넌트로 이루어진 미소 유체 반응기의 단면도를 도시하고;
도 7은 제1 실시예에 따른 코팅된 미소 유체 컴포넌트의 스택을 통한 횡단면도를 도시하며;
도 8은 제2 실시예에 따른 코팅된 미소 유체 컴포넌트의 스택을 통한 횡단면도를 도시하고;
도 9는 제3 실시예에 따른 코팅된 미소 유체 컴포넌트의 스택을 통한 횡단면도를 도시한다.
도 1a 내지 도 1f는 이 발명의 방법에 따라 제조되는 미소 유체 컴포넌트의, 플레이트, 거친 블랭크, 중간 생성물, 및 최종 생성물을 순차로 도시한다.
도 1a는 금속 스트립(10)의 절취부, 양호하게는 제련된 스틸 시트를 도시하며, 그로부터, 미소 유체 컴포넌트의 제조를 위한 전해진 외부 기하학적 구조를 갖는 거친 블랭크들이 점선의 윤곽 라인(12)을 따라 분리된다. 여기에서 “분리”는 펀칭, 톱질, 연삭, 레이저 절단 또는 전단과 같은 다양한 분리 공정에 대한 총칭으로서 이용되며, 그 중 펀칭이 선호된다. 예를 들어, 금속 스트립은 이른바 “코일”로부터 거의 연속적으로 긴 띠의 형태로 풀려진다.
도 1a에 스케치 된 바와 같이, 금속 스트립의 대신에, 몇 개의 블랭크들은, 더 넓은 시트로부터 펀칭하여 잘라내거나, 또는 제각기 별도의 플레이트로부터의 개별적 블랭크일 수도 있을 것이다. 재료의 출발 형태의 선택은, 마진, 기계/장비의 이용 가능성, 블랭크의 요구된 외부 기하학적 구조 및 절단 패턴의 부수적 최적화(최소 폐기), 간략하게 말해서, 제조 공정의 경제성에 따라 조정될 것이다.
그러한 재료에 대한 요구 조건은 유밀적 납땜 또는 용접 가능성, 특히 레이저 용접에 의한, 촉매 재료의 양호한 접착, 및 반응 온도에 대한 열적 내성이다.
블랭크를 펀칭해내는 것은, 예를 들어, 사전 제조된 블랭크가 출발 재료인 경우에는, 이 발명의 제조 방법의 필수적인 부분이 아니다. 그러나, 펀칭이 공정 단계로서 포함되는 점진적 복합 다이를 이용하는 경우에는, 그 것도 이 발명의 제조 방법의 일부로서 고려되어야 한다. 펀칭 자체는 몇 개의 단계로 일어날 수 있다. 펀칭 및 엠보스 가공은 어떤 주어진 순서로든 일어날 수 있다.
어떻게든 생산된 블랭크로 출발하여 도 1b에 묘사된 중간 결과에 도달하고, 그 것은 구조화 표면을 가진 제1 섹션(21), 비구조화 표면을 가진 인접한 제2 섹션(22), 및 제각기 윤곽을 가진 회부 엣지(25 및 26)를 갖는 두개의 제3 섹션(23 및 24)으로, 기능적으로 구분된다. 제1 섹션(21)의 구조화 표면은 섹션(21)의 길이 방향에 직교하는 개방된 미소 채널을 갖는다.
구분이 이루어진 후, 또는 그들이 알려진 화학적, 전기적, 전기화학적 또는 기계적 재료 제거 방법 중 하나에 의해 도입될 수 있을 때, 미소 채널은 시트 섹션의 한 면에서 엠보스 가공될 수 있다. 후자의 재료 제거 방법들이 대량 생산에서는 덜 보편적이지만, 이 발명이 그러한 공정단계를 배척하는 것은 아니다. 물론, 엠보스 가공 방법은 그들이 원하는 생산성을 제공하면 경제적 (대량) 생산을 위해 선호될 것이다.
한 면에 도입된 미소 구조물에 대한 대안으로, 구조화는 전체 시트 섹션에 대해 주름진 프로필을 구성할 수도 있다. 즉, 보상적 표면 구조물은 시트 섹션의 양면 모두에서 만들어진다. 여기에서 이용되는 성형 방법은 딥 드로잉, 스트레치 성형과 딥 드로잉의 조합, 또는 프로필 롤링(rolling)(벤딩(bending))일 것이다.
다음에서는, 도 1c 및 도 1d를 이용하여 성형 공정을 기술하며, 거기에서, 금속 시트는 두개의 작업 단계에서 각각 90°씩 정해진 벤딩 라인(도시 안됨)을 따라, 제3 섹션(23 및 24)이 비구조화 제2 섹션(22)의 상부에 표면 평행하게 배치될 때까지, 접어진다, 이 상황은 도 1d에 묘사되어 있다. 이 상태에서, 제1 섹션(22)의 비구조화 표면에 대한 선반이 제3 섹션(23 및 24)의 윤곽 엣지(25 및 26)를 따라 형성된다.
두개의 후속적인 작업 단계에서, 금속 시트가 정해진 벤딩 라인(도시 안 됨)을 따라 매회 90°씩 시트의 제1, 구조화 섹션(21)이 시트의 제2, 비구조화 섹션(22)의 상부에 대해 표면 평행하게 배치될 때까지 접어진다. 이 상태는 도 1f에 묘사되어 있다. 이 상태에서, 미소 유체 컴포넌트가 완성된다.
제1 섹션, 제2 섹션 및 제3 섹션은 단일 부재로서 계속 결합된다. 관찰자를 향해 돌려진 제1 섹션(21)의 표면 상에서 접기 가공 전에는 개방되어 있던 미소 채널들이, 이제 제2 섹션(22)을 향하고 있는 표면 상에서 접기 가공 후에는 제2 섹션(22)의 비구조화 표면과 함께 폐쇄된 채널을 형성한다.
제3 섹션(23 및 24)의 윤곽 엣지(25 및 26)는 도 1f의 접어진 상태에서는 제1 벽 섹션을 형성하며, 그 것은 본질적으로 제2 섹션(22)의 비구조화 표면에 대해 직각으로 서 있다. 제2 섹션(22)의 비구조화 표면 자체는 매번 제2 벽 섹션을 형성한다. 두개의 벽 섹션은 제1 섹션(21)에 의해 분리된 두개의 오목부(27 및 28)의 형태로 개방된 유체 라인을 형성한다.
제1 섹션(21)은 제2 섹션(22)에 인접한 그 단부 및 섹션(22)으로부터 멀리 있는 그 단부에서 돌출부(29 및 30)를 갖는다. 두개의 제3 섹션(23 및 24)은 제각기 유사한 기하학적 구조를 갖는 돌출부(31 및 32)를 가지며, 그들의 각각은 이 발명과 관련하여 윤곽 엣지의 부분을 형성한다. 돌출부(29 및 30)는 이 발명과 관련하여 윤곽 엣지를 형성하기도 한다. 모두 4개의 돌출부가, 유체에 대해 입구 및 드레인으로서 작용하는, 대각선으로 마주보는 두 개의 개구(33 및 34)를 제외하고는, 자신들의 길이 측부 단부에서 오목부(27 및 28)의 경계를 이룬다. 오목부(27 및 28)는 제각기 이 문서와 관련하여 개방된 유체 라인을 형성한다. 오목부(28)는 유체의 유동을 분배하기 위한 분배 구조물로서 작용하며, 그 것은 예를 들어 개구(34)(입구)를 통해 오목부(28)의 구역 속으로 들어가며, 거기에서, 유동은 제1 섹션(21)과 제2 섹션(22) 사이의 오목부(28) 속으로 흐르는 폐쇄된 채널들로 분배되고, 이러한 채널들에 의해 제2 개방된 유체 라인(27) 속으로 이송된다. 그래서, 오목부(27)는 오목부(27)로 흐르는 폐쇄된 채널들로부터의 유체를 합치는 수집 구조물로서 작용한다. 수집된 유체는 최종적으로 개구(33)(드레인)를 빠져나간다. 화살표는 유동 프로세스를 나타낸다. 분배 구조물(28) 및 수집 구조물(27)은 유체의 유동 방향으로 인한 그들의 기능에서만 다르다. 구조적으로, 그들은 일치한다.
도 1a 내지 도 1f는 이 발명이 시리즈 제조의 요구를 충족함을 보여주며, 개별적 미소 유체 컴포넌트들은 산업적으로 정립된 시트 금속 가공 기법에 의해 생산될 수 있으며, 그렇게 생산된 컴포넌트들의 미소 구조물이 미소 채널로 국한될 필요는 없지만, 예로서 선택된 유동 분배기와 같은 미소 구조물 요소들을 포함할 수도 있다.
도 1f의 미소 유체 컴포넌트는, 예를 들어, 넓은 의미에서 미소 유체 반응기에서의 모듈로서 이용될 수 있다. 그러한 미소 유체 반응기, 그 것을 갖는 몇 개의 그러한 모듈 또는 다른 구조화 및 기능이 하나 위에 다른 하나가 배치되는 방식으로 쌓여진다. 인접한 모듈들은, 개방된 유체 라인을 갖는 각각의 컴포넌트가 인접한 이웃의 모듈의 (구조화 또는 비구조화) 표면에 의해 폐쇄되도록 구성된다. 폐쇄를 위해서는 특히, 이 발명에 따른 미소 유체 컴포넌트들이 덮개 요소로서 구성될 수 있다. 이 의미에 대해서는 아래서 도 7 및 도 8을 참고하여 설명하겠다.
미소 유체 반응기의 용도 목적에 따라, 양호하게는, 제1 섹션(21)의 미소 구조화 표면 및/또는 드물게는, 도 1f의 모듈의 제2 섹션(22)의 비구조화 표면이 촉매로 코팅된다. 양호하게는, 실크 스크린 기법이 코팅 방법으로서 이용된다.
도 2 내지 도 5에서는, 접어진 섹션들의 4개의 상이한 조합에 대한 도면이 이 발명에 따른 미소 유체 컴포넌트를 예시하는 예로서 도시되어 있다. 도 2는 미소 유체 컴포넌트의 도면을 도시하며, 금속 시트가 구조화 표면을 갖는 제1 섹션(41) 및 비구조화 표면을 갖는 제2 섹션(42)을 갖는다. 두개의 섹션(41 및 42)이 단일 부재로서 연결되도록 접기 엣지(44)를 따라 접어진 시트는 하나 위에 다른 하나가 배치되는 방식으로 표면 평행하게 배치된다. 이렇게 해서, 제1 섹션(41)의 하측부의 구조화 표면(45)은 제2 섹션(42)의 상측부의 비구조화 표면(46)과 함께 폐쇄된 유체 라인(48)을 형성한다. 제1 섹션(41)은 주름을 갖게 구조화 되어, 그 표면(49)이 위를 향하고 있을 때에도 접기 가공 후에 개방된 유체 라인을 형성하기도 하는 구조적 요소들을 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같은 미소 유체 컴포넌트의 예시적 실시예는 윤곽 엣지(50)를 갖는 섹션(52) 및 비구조화 표면(54)을 갖는 섹션(56)을 갖는 금속 시트로 이루어진다. 시트는, 일체로 연결된 섹션(52 및 56)이 하나 위에 다른 하나가 배치되는 방식으로 표면 평행하게 배치되도록, 벤딩 엣지(57)를 따라 접어지고, 윤곽 엣지(50)는 제1 벽을 형성하며, 섹션(56)의 인접한 비구조화 표면(54)은 개방된 유체 라인(58)의 제2 벽 섹션을 형성한다.
도 1a 내지 도 1f는 도 2 및 도 3에 의해 설명된 바와 같이 이 발명의 두 가지 양태들을 조합한다.
도 4를 위한 미소 유체 컴포넌트의 예시적 실시예는 도 3의 실시예와 유사하게 구성된다. 그 것은, 윤곽 엣지(60)를 갖는 섹션(62) 및 구조화 표면(64)을 갖는 섹션(66) - 이 것이 도 3과 다름 - 을 갖는 금속 시트로 이루어진다. 두개의 섹션(64 및 66)은 접기 엣지(67)와 유사한 방식으로 접어져서, 그 것들이 하나 위에 다른 하나가 배치되는 방식으로 표면 평행하게 배치되며, 윤곽 엣지(60)는 제1 벽 섹션을 형성하고, 인접한 구조화 표면(64)은 개방된 유체 라인(68)의 제2 벽 섹션을 형성한다. 주름진 구조로 인해, 몇 개의 개방된 유체 라인은 표면(64) 상에 형성되고, 제1 유체 라인(68)만 윤곽 엣지(60)에 의해 경계를 이룬다. 섹션(66)의 구조화는 마찬가지로 주름지는 것이어서, 섹션(66)의 하측의 구조화 표면은 그 자신의 개방된 유체 라인(69)을 제공한다.
도 5의 이 발명의 미소 유체 컴포넌트는 제1 섹션(71) 및 제2 섹션(72)을 갖는 금속 시트로 이루어져, 벤딩 엣지(74)를 따라 접어지지므로, 일체로 연결된 섹션71 및 72)이 하나 위에 다른 하나가 배치되는 방식으로 표면 평행하게 배치된다. 제1 섹션(71)은 구조화 표면(75)을 가지며, 제2 섹션(72)도 마찬가지로 구조화 표면(76)을 갖는다. 접기 가공 후, 구조화 표면(75 및 76)은 서로 인접하며, 폐쇄된 유체 라인(78)을 형성한다.
명백하게, 어떤 원하는 구조 요소든, 도 2 내지 도 5에 도시된 레이아웃들의 각각으로, 표면에 엠보스 가공될 수 있어서, 다양한 개방된 유체 라인 또는 폐쇄된 유체 라인이 생산될 수 있다. 특히, 도 2 내지 도 5에 도시된 구조화 섹션 1 및 2의 각각은, 예를 들어, 금속 시트를 벤딩 또는 딥 드로잉 함으로써 생성될 수 있는 주름진 구조물을 가져서, 섹션의 두개의 표면 상의 구조적 특징 요소들이 서로 보상적임을 알아야 한다. 그러나, 이 것은 단지 하나의 옵션이다. 위에서 언급한 바와 같이, 대응하는 섹션(1 및 2)은 한 면에 엠보스 가공된 구조물을 가질 수도 있다. 이 예는 도 8을 참조하여 설명하겠다.
여기에서 예시된 모든 예에서, 제3 섹션(23, 24 52 또는 62)은 벤딩 엣지에 비해 상대적으로 짧으며, 비교적 긴 벤딩 엣지를 따라 접어진다. 그러나, 이 것은 분명히 필수적인 것은 아니다. 숙련된 자는 온전히 자신의 필요에 따라, 그리고 재료 절감적 절단과 관련해서, 절단 및 접기 가공 패턴을 선택할 수 있을 것이다.
도 6은 이 발명의 미소 유체 반응기의 예시적 실시예를 분해도로 도시한다. 이 예에서 미소 유체 반응기(80)는 이른바 열 교환 플레이트 반응기이다. 도시된 예에서는, 그 것이, 하나 위에 다른 하나가 쌓여지고, 반응기 모듈(84)로 조립된, 3개의 상이한 미소 유체 컴포넌트 또는 모듈(81, 82, 83)로 이루어진다. 몇 개의 반응기 모듈(84)은 그 후 하나 위에 다른 하나가 순차로 쌓이고, 정해진 개구들을 제외하고 자신들의 주위를 따라 유밀적으로 용접된다. 유체를 도입하기 위해, 반응기 스택의 높이를 따라 절반부로 절단된 튜브(85)는가 장착되고, 반응기 스택의 두개의 마주보는 단부 면에서 용접되며, 양호하게는 미소 유체 컴포넌트와 동일한 재료로 제작되고, 양호하게는 제련된 스틸로 이루어진다. 양호하게는, 제련된 스틸로 된 이러한 마주보게 배치된 유체 분배 박스(86)들에 직교하는 반응기 스택의 단부 면을 따라, 유체 입구 및 출구(87)를 갖는 그 것들의 각각에 장착되고 용접된다.
3개의 미소 유체 컴포넌트로 된 그러한 반응기 모듈(84)이 도 7에 횡단면도로 도시되어 있다. 이 실시예에서의 반응기 모듈(84)은 하나 위에 다른 하나가 쌓여진 3개의 상이한 미소 유체 컴포넌트, 즉, 변형기 모듈(90), 버너 모듈(100) 및 덮개 모듈(110)로 이루어진다. 이 배열의 일부가 도 7에 도시되어 있다. 변형기 모듈(90)은 원칙적으로 도 4에 도시된 설계에 대응하며, 윤곽 엣지(93)를 갖는 섹션(92)뿐만 아니라, 구조화 표면(95)을 갖는 섹션(94)을 갖는다. 결국, 구조는 컴포넌트의 금속 시트를 통한 주름으로서 연장하여, 섹션(94)의 양쪽 표면(96)이 보상적 유형의 구조를 갖는다.
버너 모듈(100)은 여기에 도시된 횡단면을 따라 도 2의 설계에 대응하며, 구조화 표면(103)을 갖는 제1 섹션(102), 및 비구조화 표면(105)을 갖는 제2 섹션(104)을 갖는다. 섹션(102)은 결국 주름진 구조를 가져서, 버너 모듈(100)의 외측 상에 구조화 표면(106)을 갖기도 한다. 버너 모듈(100)은, 예를 들어, 도 1a 내지 도 1f에서의 미소 유체 컴포넌트와 유사하게 구성될 수 있다. 모듈은, 개방된 유체 분배기를 형성하면서, 여기에 도시된 횡단면에 직교하는 횡단면을 따르는 윤곽 엣지를 갖는 3개의 섹션을 가질 수 있을 것이다.
덮개 모듈(110)은 도 3의 설계에 따르는 미소 유체 컴포넌트이다. 그 것은 윤곽 엣지(113)를 갖는 섹션(112) 및 비구조화 표면(115)을 갖는 섹션(114)을 갖는다.
3개의 미소 유체 컴포넌트들의 서로의 상부에 쌓여서 덮개 모듈(110)의 비구조화 표면(115)이 버너 모듈(100)의 외측 상의 구조화 표면(106)에 인접한다. 변형기 모듈(90)의 섹션(94)의 구조화 표면(95)은 표면 평행 방식으로 버너 모듈(100)의 제2 섹션(104)의 비구조화 외면에 인접한다.
몇 개의 그러한 반응기 모듈(84)의 스택에서, 변형기 모듈(90)의 상면은 파선으로 도시된 그 덮개 모듈(110')의 비구조화 하면을 갖는 그 다음의 반응기 모듈에 의해 인접해질 것이다.
이 구조에서는, 반응기 모듈(100)의 제2 섹션(104)의 비구조화 외면(107)과 함께 변형기 모듈(90)의 구조화 내면(95)에 의해 구성된 개방된 유체 라인, 및 다른 쪽 면에서, 다음의 덮개 모듈(110')의 비구조화 외면과 함께 변형기 모듈(90)의 구조화 외면(96)에 의해 구성된 개방된 유체 라인이, 버너 모듈의 폐쇄된 유체 라인(97)을 형성한다. 유동은 유체 분배 박스(86)를 가로지르는 단부 면에서 그 것들에 도달한다.
버너 모듈(100) 자체는, 언급한 모든 것 중에서도 특히, 구조화 표면(104)과 비구조화 표면(105) 사이의 폐쇄된 유체 라인들을 형성한다. 또한, 덮개 모듈(110)의 섹션(114)의 비구조화 내면(115)과 함께 버너 모듈(100)의 제1 섹션(102)의 외측 상의 구조화 표면(106)에 의해 형성된, 초기에 개방된 유체 라인(108)은 폐쇄된 유체 라인(108)을 형성한다. 이렇게 해서, 버너 모듈의 폐쇄된 채널의 수가 증가된다. 버너 모듈의 모든 채널들이 양호한 유동을 받아들이기 위해, 양호하게는 덮개 모듈(110)이, 윤곽 엣지를 갖는 도면의 평면에 대해 직교하게 접어진 추가적 섹션들을 가지며, 그 것은 도 1a 내지 도 1f에 따른 버너 모듈의 제3 섹션의 대응하는 윤곽 엣지를 따른다. 이렇게 해서, 유체 분배기(여기에 도시 안 됨)는, 버너 모듈(100)의 제2 섹션(104)의 내면(105)과 덮개 모듈(110)의 섹션(114)의 내면(115) 사이의 전체 공간을 가로지르는 모듈들의 평면으로 측방향으로 연장한다.
도 8은, 한 가지 차이를 제외하고, 구조물에서, 도 7의 반응기 모듈(84)에 대응하는 미소 유체 반응기 모듈(84')의 대안적 예시적 실시예를 도시한다. 변형기 모듈(90')은 섹션(92')을 가지며, 그 벤딩 엣지는 도면의 평명에 직교하지 않고 대신에 평행하게 연장한다. 그러므로, 섹션(92')는 묘사된 횡단면에서는 연결되지 않은, 변형기 모듈(90')의 구조화 표면(95', 96')을 갖는 섹션(94')에 연결되지 않은, 요소로 보인다.
도 9는 반응기 모듈(84)에 기능상 대응하지만, 단지 두개의 미소 유체 컴포넌트만으로, 즉, 변형기 모듈(90) 및 버너 모듈(121)로 이루어지는. 미소 유체 반응기 모듈(120)의 대안적 예시적 실시예를 도시한다. 변형기 모듈(90)은 도 7의 변형기 모듈(90)에 대해 모든 세부사항들이 대응하여, 우리는 이를 위해 위 설명을 참조하게 한다. 그러나, 덮개 모듈은 이 반응기 모듈(120)에서 필요 없다. 이유는 버너 모듈(121)의 수정된 설계 때문이며, 그 것은 구조화 표면(123)을 갖는 제1 섹션(122) 및 비구조화 표면(125)을 갖는 제2 섹션(124)으로 이루어진다. 제1 섹션(122)의 구조화 표면(123)과 제2 섹션(124)의 비구조화 표면(125) 사이에는 폐쇄된 유체 라인(128)들이 구성된다. 이 점에서, 버너 모듈(121)은 도 7의 버너 모듈(100)과 다르지 않다. 차이는, 표면 구조물(123)이 금속 시트의 제1 섹션(122)의 한 면에서 엠보스 가공되어, 반대쪽 표면(127)이 비구조화된다는 것이다. 결과적으로, 버너 모듈(121)의 접어진 금속 시트는 양쪽 외면 상에서 비구조화 표면(127 및 129)을 갖는다. 그러므로, 버너 모듈(121)은, 지향될 수는 있지만, 바람직하게는, 변형기 모듈(90)에 인접하고 위를 향하는 한 표면(127) 또는 다른 표면(129)만을 지향하며, 각각의 경우에, 그 것은 이웃의 반응기 모듈의 변형기 모듈의 구조화 표면에 연결하기 위하여 그 것의 하면 상에 구조물 없는 표면(129)을 제공한다.
개방된 유체 라인 및 폐쇄된 유체 라인의 전형적인 프로필 깊이는 주름진 금속 시트의 시트 두께의 범위 내에 있다. 이 것은, 프로필 섹션의 전체 두께, 즉, 프로필 깊이와 시트 두께의 합은 시트 두께의 2배에 대응하여, 한번 접어진 2배의 시트 두께를 갖는 시트에 의해 대응 프로필을 위해 보상하여 평행 스택이 형성될 수 있게 하는 상황(도 7 및 도 8 참조)에 기인한다. 한 면에서 엠보스 가공된 구조물의 경우에, 프로필 깊이는 전형적으로 시트 두께의 10% 내지 60%의 범위에 있다. 그 것은, 금속 시트가 수㎛ 두께, 즉 매우 얇은 두께를 가질 수 있는 미소 유체 구조물의 표시된 디멘전에 따른 것이다.
여기에서 예시적 실시예들에 의해 보여지지 않았을 지라도, 일체로 연결된 시트의 몇 개의 층들이 하나 위에 다른 하나가 배치되는 방식으로 표면 평행하게 배치되도록, 다중 접지 가공을 갖는 금속 시트 섹션들은 이 발명의 일부인 것으로 간주되어야 한다.
산출되는 개방된 유체 라인 또는 폐쇄된 유체 라인의 폭은 용도에 따라 변할 수 있다. 개방된 채널 또는 폐쇄된 채널의 경우에, 폭은 100㎚ 내 1㎜의 범위에 있으며, 양호하게는, 대략적으로 프로필 깊이의 크기, 즉, 25㎛와 1㎜의 사이에 있다. 포켓 형 유체 분배기의 경우에, 측부 디멘전은 임의로 선택할 수 있고, 원하거나 또는 요구되는 유동 조건에 따른다.
10 플레이트, 거친 블랭크
12 윤곽 라인, 외부 윤곽
21 금속 시트의 제1 섹션
22 금속 시트의 제2 섹션
23, 24 금속 시트의 제3 섹션
25, 26 윤곽 엣지
27 오목부, 개방된 유체 라인, 드레인 라인
28 오목부, 개방된 유체 라인, 배송 라인
29, 30, 31, 32 돌출부
33, 34 개구, 입구 및 드레인
41 제1 섹션
42 제2 섹션
44 벤딩 엣지
45 제1 섹션의 구조화 표면
46 제2 섹션의 비구조화 표면
48 폐쇄된 유체 라인, 폐쇄된 채널
50 윤곽 엣지
52 윤곽 엣지를 갖는 섹션
54 비구조화 표면
56 비구조화 표면을 갖는 섹션
57 벤딩 엣지
58 개방된 유체 라인
60 윤곽 엣지
62 윤곽 엣지를 갖는 섹션
64 구조화 표면
66 구조화 표면을 갖는 섹션
67 벤딩 엣지
68 개방된 유체 라인
68' 제1 개방된 유체 라인
69 외측 상의 개방된 유체 라인
71 구조화 표면을 갖는 제1 섹션
72 구조화 표면을 갖는 제2 섹션
74 벤딩 엣지
75 구조화 표면
76 구조화 표면
78 폐쇄된 유체 라인, 채널
80 미소 유체 반응기
81 제1 미소 유체 컴포넌트
82 제2 미소 유체 컴포넌트
83 제3 미소 유체 컴포넌트
84 반응기 모듈
85 관형 유체 분배기
86 상자 형 유체 분배기
87 입구 및 드레인
90, 90'변경기 모듈, 미소 유체 컴포넌트
92, 92'제1 섹션
93 윤곽 엣지
94, 94'제2 섹션
95, 95'구조화 표면
96, 96'구조화 표면
97 폐쇄된 유체 라인
100 버너 모듈, 미소 유체 컴포넌트
102 제1 섹션
103 구조화 표면
104 제2 섹션
105 비구조화 표면
106 외측 상의 구조화 표면
107 외측 상의 비구조화 표면
108 폐쇄된 유체 라인
110 덮개 모듈, 미소 유체 컴포넌트
112 윤곽 엣지를 갖는 섹션
113 윤곽 엣지
114 비구조화 섹션
115 비구조화 표면
120 반응기 모듈
121 버너 모듈, 미소 유체 컴포넌트
122 제1 섹션
123 구조화 표면
124 제2 섹션
125 비구조화 표면
127 제1 섹션 상의 비구조화 표면
128 폐쇄된 유체 라인, 채널
129 외측 상의 제2 섹션의 비구조화 표면

Claims (22)

  1. 미소 유체 컴포넌트로서, 상기 미소 유체 컴포넌트는 금속 시트로 제조되고, 상기 금속 시트는 구조화 표면을 가진 제1 섹션을 가지며, 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 가진 제2 섹션을 선택적으로 가지고, 윤곽 엣지를 가진 적어도 하나의 제3 섹션을 가지며, 상기 금속 시트는 서로 일체로 연결된 제1 섹션과 제3 섹션이 위아래로 표면 평행 방식으로 배치되도록 접어지고, 상기 윤곽 엣지는 제1 벽 섹션을 형성하며, 상기 제1 섹션의 인접한 구조화 표면은 개방된 유체 라인의 제2 벽 섹션을 형성하고, 상기 제1 섹션의 구조화 표면의 프로필 깊이는 상기 금속 시트의 시트 두께와 같은 것인, 미소 유체 컴포넌트.
  2. 제1항에 따른, 폐쇄된 유체 라인을 포함하는 구조물을 갖는 금속 시트로 제조되는 미소 유체 컴포넌트로서, 폐쇄된 유체 라인은, 금속 시트의 상기 제1 섹션의 구조화 표면, 및 금속 시트의 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면으로 형성되며, 금속 시트는, 서로 일체로 연결된 제1 섹션 및 제2 섹션이 위아래로 표면 평행 방식으로 배치되도록 접어지는 것을 특징으로 하는, 미소 유체 컴포넌트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구조화 표면은 엠보스 가공된 표면인 것을 특징으로 하는, 미소 유체 컴포넌트.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구조화 표면은 주름진 것을 특징으로 하는, 미소 유체 컴포넌트.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄된 유체 라인은 개방된 유체 라인 속으로 흐르는 폐쇄된 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는, 미소 유체 컴포넌트.
  6. 제5항에 있어서, 개방된 유체 라인은, 폐쇄된 채널 중 몇 개로부터의 유체를 합치거나, 또는 유체를 폐쇄된 채널 중 몇 개로 분배하기 위한, 수집 또는 분배 구조물인 것을 특징으로 하는, 미소 유체 컴포넌트.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 섹션의 구조화 표면 및 제2 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면 중 적어도 하나는, 폐쇄된 유체 라인 및 개방된 유체 라인 중 적어도 하나의 구역에서 코팅되는 것을 특징으로 하는, 미소 유체 컴포넌트.
  8. 미소 유체 반응기로서, 제1항 또는 제2항에 따른 몇 개의 미소 유체 컴포넌트들이 적층되어, 지정된 개구들을 제외하고는 미소 유체 컴포넌트들의 주위를 따라 유밀적으로 연결된 것을 특징으로 하는, 미소 유체 반응기.
  9. 제8항에 있어서, 개방된 유체 라인을 갖는 몇 개의 미소 유체 컴포넌트 중 적어도 하나는, 이웃의 미소 유체 컴포넌트와 인접하여, 인접한 컴포넌트의 개방된 유체 라인과 제1 섹션 또는 제2 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면이 폐쇄된 유체 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는, 미소 유체 반응기.
  10. 미소 유체 컴포넌트를 제조하는 방법으로서, 구조화 표면을 갖는 제1 섹션을 갖고, 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 제2 섹션을 선택적으로 가지며, 윤곽 엣지를 갖는 적어도 하나의 제3 섹션을 갖는 금속 시트가 접어져서, 윤곽 엣지를 갖는 제3 섹션은 구조화 표면을 갖는 제1 섹션의 상부에 표면 평행하게 배치되고, 윤곽 엣지는 제1 벽 섹션을 형성하며, 상기 제1 섹션의 인접한 (접은 후) 구조화 표면은 개방된 유체 라인의 제2 벽 섹션을 형성하고, 상기 제1 섹션의 구조화 표면의 프로필 깊이는 상기 금속 시트의 시트 두께와 같은 것인, 방법.
  11. 제10항에 따른 미소 유체 컴포넌트를 생산하는 방법으로서, 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 갖는 제2 섹션을 갖는 금속 시트가 접어져서, 제1 섹션은 제2 섹션의 상부에 표면 평행하게 배치되고, 제1 섹션의 구조화 표면은 제2 섹션의 인접한 구조화 표면 또는 비구조화 표면과 함께 폐쇄된 유체 라인을 형성하는, 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 구조화 표면은 접기 가공 전의 엠보스 가공 단계에서 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 구조화 표면은 주름진 구조물을 엠보스 가공함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 엠보스 가공 및 접기 가공은 점진적 복합 다이에서 연쇄적으로 일어나는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 윤곽 엣지는 접기 가공 전에 펀칭 단계에서 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 금속 시트는, 폐쇄된 유체 라인이 개방된 유체 라인 속으로 흐르는 폐쇄된 채널을 형성하도록, 접어지는 것을 특징으로 하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 펀칭, 엠보스 가공 및 접기 가공은 점진적 복합 다이에서 연쇄적으로 일어나는 것을 특징으로 하는, 방법.
  18. 제10항 또는 제11항에 있어서, 제1 섹션의 구조화 표면 및 제2 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면 중 적어도 하나는, 폐쇄된 유체 라인 및 개방된 유체 라인 중 적어도 하나의 구역에서 코팅되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 제1 섹션의 구조화 표면 및 제2 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면 중 적어도 하나는 실크 스크린 공정으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  20. 미소 유체 반응기를 제조하는 방법으로서, 몇 개의 미소 유체 컴포넌트들이 제10항 또는 제11항에 따라 생산되고, 접기 가공 후의 몇 개의 미소 유체 컴포넌트들은 위아래로 적층되며, 지정된 개구들을 제외하고, 미소 유체 컴포넌트들의 주위를 따라 유밀적으로 용접되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 몇 개의 미소 유체 컴포넌트 중 적어도 하나는 개방된 유체 라인을 형성하고, 개방된 유체 라인은, 인접한 컴포넌트의 섹션의 구조화 표면 또는 비구조화 표면을 위아래로 적층할 때에, 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  22. 제20항에 있어서, 몇 개의 미소 유체 컴포넌트들은 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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