KR20120025020A

KR20120025020A - Micro mixer and method for fabricating thereof

Info

Publication number: KR20120025020A
Application number: KR1020100074013A
Authority: KR
Inventors: 양성; 이동희; 최종찬
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-03-15
Also published as: KR101176175B1

Abstract

PURPOSE: A micro mixer and a manufacturing method thereof are provided to remarkably enhance the mixing performance of a micro mixer by inducing mixing, increasing interfaces between fluids in geometric series. CONSTITUTION: A micro mixer comprises a first injecting port(11), a second injecting port(21), an inlet(12), an outlet(17), and mixing units(16). Different fluids are respectively injected into the first and second injecting ports. Each fluid injected into the first and second injecting ports joins at the inlet. The fluids injected are mixed and sent at the outlet. One or more of the mixing units are arranged between the inlet and the outlet in a series. The mixing unit comprises a main flow path, a branch flow path, and an auxiliary flow path. The main flow path is extended from the inlet. The branch flow path is branched and stopped from the main flow path.

Description

Micro mixer and method for manufacturing the same

본 발명은 마이크로 믹서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로 믹서 내를 유동하는 혼합 대상 유체가 반복하여 분리 및 적층되도록 구성됨으로써 혼합 효과가 우수한 마이크로 믹서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micromixer, and more particularly, to a micromixer having a high mixing effect and a method of manufacturing the same, by being configured to repeatedly separate and stack a fluid to be mixed flowing in the micromixer.

최근 생화학과 생명공학 분야에서 미세유체기계 시스템(microfluidic systems)이 널리 이용되기 시작하였다. 여기에 관련된 응용 과정들로는 샘플의 준비, 청결화, 혼합, 화학반응, 분리 등이 있다. 이러한 일련의 과정들을 하나의 집적 마이크로 시스템 상에서 이루어질 수 있도록 한 것이 Lab-on-a-chip이다. 이것의 장점으로는 대량생산이 가능하며 적은 양의 시료를 사용할 수 있다는 점이다. 따라서 향후 더 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 전망된다.Recently, microfluidic systems have been widely used in biochemistry and biotechnology. Application processes involved include sample preparation, cleansing, mixing, chemical reactions, and separation. It is Lab-on-a-chip that makes this series of steps possible on a single integrated microsystem. The advantage of this is that it can be mass produced and a small amount of sample can be used. Therefore, it is expected to be applied to more various fields in the future.

마이크로 분석 시스템에서 시약이나 샘플을 효과적으로 혼합시키기 위한 혼합기구(mixer)가 필수적이다. 전통적인 매크로 영역에서는 난류생성을 통해 효과적으로 혼합을 할 수 있다. 그러나 마이크로 크기의 유체기구에서는 매우 작은 특성길이와 유동속도로 인해 난류를 생성시키는 것이 불가능하게 된다. 나아가 혼합은 대부분 확산에 의해 일어나므로 매우 느리게 진행된다. 따라서 효과적인 혼합을 위해서는 복잡한 형상을 적용하거나 아주 긴 마이크로 채널을 이용하여야 한다. 이는 큰 압력강하를 수반하게 될 가능성이 있으며, 설계와 제조 공정상의 어려움을 유발할 수 있다. 이를 극복하기 위해서 단순한 형상을 가지며, 혼합되는 경로를 줄이면서 면적은 넓게 하는 것이 효과적인 믹서설계의 전제조건이 된다. A mixer for effectively mixing reagents or samples in a microanalysis system is essential. In traditional macro domains, turbulence can be effectively mixed. However, in micro-sized fluids, very small characteristic lengths and flow rates make it impossible to generate turbulence. Furthermore, the mixing proceeds very slowly because most of it is caused by diffusion. Therefore, effective mixing requires the use of complex geometries or very long microchannels. This is likely to involve a large pressure drop and can cause difficulties in the design and manufacturing process. In order to overcome this problem, it is necessary to have a simple shape, to reduce the mixing path, and to increase the area, which is a prerequisite for effective mixer design.

마이크로 믹서는 혼합방법에 따라 크게 동적 방식(Dynamic type)과 정적 방식(Static type)으로 나뉜다. 동적 방식은 여러 가지 외부 입력을 이용하여 강제적인 대류 효과를 생성시키는 방법이다. 이 때문에 혼합 정도를 증가시킬 수는 있으나 제작이 어렵고 추가적인 외부입력을 사용함으로써 비경제적이라 할 수 있다. 이와는 달리 정적 방식은 외부 입력 없이 혼합 경로의 다양한 형상 변화를 통하여 혼합을 증대 시키는 방식이다. 이에 따라 동적 방식에 비해 혼합량은 상대적으로 적으나 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 높은 혼합효율을 가지는 정적 믹서를 개발, 사용하는 것이 바람직하다 할 수 있다. Micro mixers are largely divided into dynamic type and static type according to the mixing method. The dynamic method uses a variety of external inputs to create forced convection effects. Because of this, the degree of mixing can be increased, but it is difficult to manufacture and it can be economical by using additional external input. In contrast, the static method increases the mixing through various shape changes of the mixing path without external input. Accordingly, the mixing amount is relatively small compared to the dynamic method, but the mass production is possible. Therefore, it may be desirable to develop and use a static mixer having a high mixing efficiency.

하지만 기존의 정적 혼합 방법들의 경우, 마이크로 채널 내부에 많은 장애물들을 설치하여 큰 압력 손실을 유발하는 단점을 안고 있으며, 나아가 점점 복잡한 장애물들을 배치하여 제조 공정을 어렵게 만들고 제조 원가를 상승시키는 단점을 가지고 있다. 이에 정적 혼합 방법을 택하면서 장애물을 도입하지 않아 사출 성형 등의 대량 생산 방법을 통해 쉽게 제작이 가능하며, 분할 및 재배열을 통한 적층 방식의 혼합을 보다 효과적으로 유도할 수 있는 마이크로 믹서의 개발이 요구된다.However, the existing static mixing methods have the disadvantage of causing a large pressure loss by installing a lot of obstacles inside the micro channel, and also have the disadvantage of making the manufacturing process difficult and increasing the manufacturing cost by placing more and more complicated obstacles. . Therefore, it is possible to manufacture easily through mass production methods such as injection molding without introducing obstacles while choosing static mixing method, and it is required to develop a micro mixer that can more effectively induce the mixing of stacking methods through division and rearrangement. do.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 별도의 구동수단을 구비하지 않으면서 동시에 채널 내에 장애물이나 분리벽을 도입하지 않아 사출 성형 등의 대량 생산 방법을 통해 쉽게 제작이 가능하며, 채널의 효과적인 디자인을 통해 분리 및 적층을 통한 수직 방향의 혼합을 보다 효과적으로 유도할 수 있는 마이크로 믹서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, the purpose is not to provide a separate drive means and at the same time do not introduce obstacles or partition walls in the channel easily produced through mass production methods such as injection molding It is possible to provide a micromixer and a method of manufacturing the same that can effectively induce vertical mixing through separation and lamination through effective design of channels.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 서로 다른 유체가 각각 주입되는 제1주입구 및 제2주입구; 상기 제1주입구 및 제2주입구로 주입된 각각의 유체가 합류되어 지나는 유입구; 상기 주입된 유체가 혼합되어 유출되는 유출구; 및 상기 유입구와 상기 유출구 사이에 하나 이상이 일련으로 배치되는 혼합부;를 포함하고, 상기 혼합부는, 상기 유입구로부터 연장되는 메인유로; 상기 메인유로로부터 분기되어 중단되는 하나 이상의 분기유로; 및 상기 분기유로 및 상기 메인유로와 다른 층에 형성되고, 일단이 상기 분기유로와 연통되며, 타단이 상기 메인유로와 연통되는 보조유로;를 포함하는 마이크로 믹서를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention, the first inlet and the second inlet to which different fluids are respectively injected; An inlet through which the respective fluids injected into the first inlet and the second inlet are joined; An outlet through which the injected fluid is mixed and discharged; And at least one mixing unit disposed in series between the inlet and the outlet, wherein the mixing unit comprises: a main flow passage extending from the inlet; At least one branch passage branching off from the main passage; And an auxiliary channel formed on a layer different from the branch channel and the main channel, one end of which is in communication with the branch channel, and the other end of which is in communication with the main channel.

본 발명에 있어서, 상기 보조유로를 상기 분기유로 및 상기 메인유로와 연통시키는 층간통로를 더 포함할 수 있고, 또한 상기 분기유로와 상기 메인유로는 상기 유입구에 대해 대칭으로 분기될 수 있는 한편, 상기 혼합부로 유입된 유체가 분기 후 다시 합류기하기까지, 상기 메인유로를 통해 이동한 거리와, 상기 분기유로 및 상기 보조유로를 통해 이동한 거리는 서로 동일하게 형성될 수 있다.In the present invention, the auxiliary channel may further include an interlayer passage communicating with the branch passage and the main passage, and the branch passage and the main passage may be branched symmetrically with respect to the inlet. The distance traveled through the main flow path and the distance traveled through the branch flow path and the auxiliary flow path may be formed to be equal to each other until the fluid introduced into the mixing part merges again after branching.

또한 바람직하게는, 상기 혼합부의 입구에서 출구에 이르는 경로는 상기 마이크로 믹서의 길이방향에 대해 대칭으로 형성될 수 있으며, 상기 보조유로가 상기 메인유로와 연통되는 지점에서는, 상기 보조유로와 상기 메인유로가 연장되는 방향이 각각 동일하게 형성될 수 있다.Also preferably, the path from the inlet to the outlet of the mixing unit may be formed symmetrically with respect to the longitudinal direction of the micromixer, and at the point where the auxiliary channel communicates with the main channel, the auxiliary channel and the main channel The extending direction may be formed in the same manner.

또한 본 발명은, 상기의 마이크로 믹서를 제조하는 방법에 있어서, 상기 제1주입구, 상기 분기유로, 상기 메인유로 및 상기 유출구를 포함하는 제1플레이트 및 상기 제2주입구 및 상기 보조유로를 포함하는 제2플레이트를 제조하는 단계; 및 상기 제1플레이트 및 제2플레이트를 면 접합하는 단계;를 포함하는 마이크로 믹서 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for manufacturing the micromixer, comprising: a first plate including the first inlet, the branch channel, the main channel and the outlet, and a second plate including the second inlet and the auxiliary channel; Preparing two plates; And surface-bonding the first plate and the second plate.

이때, 상기 층간통로를 포함하는 제3플레이트를 제조하는 단계;를 더 포함하며, 상기 제1플레이트, 제3플레이트 및 제2플레이트는 차례로 면 접합될 수 있다.In this case, the method may further include manufacturing a third plate including the interlayer passage, wherein the first plate, the third plate, and the second plate may be sequentially bonded to each other.

본 발명에 의하면, 별도의 추가 혼합수단을 장착하지 않고도 간단한 구조의 혼합부를 연속적으로 배열하여 유체를 연속적으로 분리 및 적층시킴으로써 유체간의 경계면을 기하급수적으로 증가시키는 혼합을 유도할 수 있어, 마이크로 믹서의 혼합 성능이 현저히 향상된다.According to the present invention, it is possible to induce mixing to exponentially increase the interface between the fluids by arranging the mixing portions of a simple structure continuously and separating and stacking the fluids without installing any additional mixing means. The mixing performance is significantly improved.

또한 본 발명에 의하면, 마이크로 믹서의 유로 내부에 분리벽이나 장애물이 없어 압력 손실을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 구조가 단순하여 사출 성형 등의 대량 생산 등을 통해 쉽게 제조할 수 있어 제조원가가 낮아서 경제성이 우수한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is no separation wall or obstacle inside the flow path of the micromixer, so that the pressure loss can be greatly reduced, and the structure is simple, so that it can be easily manufactured through mass production such as injection molding. This has an excellent advantage.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 개념을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 표시된 마이크로 믹서의 각 부분에서 일어나는 단면에서의 혼합 거동을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서에 두 유체가 유입될 경우 일어나는 혼합 양상에 대한 수치해석 결과를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서를 구성하는 각 플레이트의 사시도이다.1 is a perspective view showing the concept of a micro mixer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the mixing behavior in the cross section occurring in each part of the micromixer shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a numerical analysis result of a mixing mode that occurs when two fluids are introduced into a micromixer according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of each plate constituting the micromixer according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 개념을 도시하는 사시도이며, 도 2는 도 1에 표시된 마이크로 믹서의 각 부분에서 일어나는 단면에서의 혼합 거동을 나타내는 모식도이다. 이하에서는 편의상 메인유로(13)를 유동하는 유체를 상부 유체라고 하며, 메인유로(13)로부터 분기되어 보조유로(22)를 유동하는 유체를 하부 유체라고 한다. 1 is a perspective view showing the concept of a micromixer according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing the mixing behavior in the cross section occurring in each part of the micromixer shown in FIG. Hereinafter, for convenience, a fluid flowing through the main flow passage 13 is referred to as an upper fluid, and a fluid branching from the main flow passage 13 and flowing through the auxiliary flow passage 22 is referred to as a lower fluid.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서는 서로 다른 유체가 각각 주입되는 제1주입구(11) 및 제2주입구(21), 제1주입구(11) 및 제2주입구(21)로 주입된 각각의 유체가 합류되어 지나는 유입구(12), 주입된 유체가 혼합되어 유출되는 유출구(13) 및 유입구(12)와 유출구(13) 사이에 하나 이상이 일련으로 배치되는 혼합부를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the micromixer according to an embodiment of the present invention includes a first inlet 11 and a second inlet 21, a first inlet 11, and a second inlet 21 into which different fluids are respectively injected. Inlet 12 through which each of the injected fluid flows through, an outlet 13 through which the injected fluid is mixed and discharged, and a mixing unit in which one or more are disposed in series between the inlet 12 and the outlet 13. It is composed.

또한 혼합부는, 유입구(12)로부터 연장되는 메인유로(13)와, 메인유로(13)로부터 분기되어 중단되는 분기유로(14)와, 분기유로(14) 및 메인유로(13)와 다른 층에 형성되고 양단이 각각 분기유로(14) 및 메인유로(13)와 연통되는 보조유로(22)와, 보조유로(22)를 분기유로(14) 및 메인유로(13)와 연통시키는 층간통로(31)로 구성될 수 있다.The mixing section includes a main flow passage 13 extending from the inlet 12, a branch flow passage 14 branched from the main flow passage 13, and a branch passage 14 and a main flow passage 13 different from each other. The auxiliary channel 22 formed at both ends and communicating with the branch channel 14 and the main channel 13, respectively, and the interlayer channel 31 connecting the auxiliary channel 22 to the branch channel 14 and the main channel 13, respectively. It can be composed of).

이때 제1주입구(11), 유입구(12), 유출구(13), 메인유로(13) 및 분기유로(14)는 각각 동일한 층에 함께 형성될 수 있고, 제2주입구(21) 및 보조유로(22)는 메인유로(13)와는 다른 층에 함께 형성될 수 있다. 또한 층간통로(31)는 메인유로(13)와 보조유로(22)가 형성되는 층의 사이에 형성될 수 있다.In this case, the first inlet 11, the inlet 12, the outlet 13, the main passage 13 and the branch passage 14 may be formed together on the same layer, respectively, the second inlet 21 and the auxiliary passage ( 22 may be formed together in a different layer than the main flow path 13. In addition, the interlayer passage 31 may be formed between the layers on which the main passage 13 and the auxiliary passage 22 are formed.

제1주입구(11)와 제2주입구(21)에는 각각 제1유체(51)와 제2유체(52)가 주입되어 마이크로 믹서의 유로를 따라 유동하게 된다. 제1주입구(11)와 제2주입구(21)에 제1유체(51)와 제2유체(52)가 주입되면 혼합부에 유입되기 전에 서로 합류되어 유입구(12)로 유입된다. 이때 본 실시예와 같이 하층 유로를 따라 유동하는 제2유체(52)가 층간통로(31)를 통해 밀려 올라가면서 상층 유로를 따라 유동하는 제1유체(51) 하부에 적층되는 방식으로 합류될 수 있다.The first fluid 51 and the second fluid 52 are injected into the first inlet 11 and the second inlet 21, respectively, and flow along the flow path of the micromixer. When the first fluid 51 and the second fluid 52 are injected into the first inlet 11 and the second inlet 21, the first fluid 51 and the second fluid 52 are merged with each other before being introduced into the mixing part and flow into the inlet 12. At this time, the second fluid 52 flowing along the lower flow path as shown in the present embodiment may be pushed up through the interlayer passage 31 and joined in a manner stacked below the first fluid 51 flowing along the upper flow path. have.

혼합부는 입구로부터 연장되어 중단되지 않고 이어지는 메인유로(13), 메인유로(13)로부터 분기되어 중단되는 분기유로(14), 분기유로(14) 및 메인유로(13)와 다른 층에 형성되고, 일단은 분기유로(14)와 연통되며, 타단은 메인유로(13)와 연통되는 보조유로(22), 보조유로(22)를 분기유로(14) 및 메인유로(13)와 연통시키는 층간통로(31)로 구성될 수 있다.The mixing portion is formed on a different layer from the main passage 13 extending from the inlet and continuing without interruption, the branch passage 14 branched from the main passage 13, the branch passage 14, and the main passage 13, One end is in communication with the branch passage 14, the other end is an auxiliary passage 22 in communication with the main passage 13, the interlayer passage for communicating the auxiliary passage 22 with the branch passage 14 and the main passage 13 ( 31).

분기유로(14) 일단은 다른 층에 위치하는 보조유로(22)의 일단과 연통되고, 합류부(16)에는 보조유로(22)의 타단이 메인유로(13)와 합류되도록 구성됨으로써 합류부(16)에서는 층을 달리하여 유동하는 각 유체가 합류되어 수직으로 적층됨으로써 혼합유체를 형성한다.One end of the branch passage 14 communicates with one end of the auxiliary passage 22 located on the other floor, and the joining portion 16 is configured such that the other end of the auxiliary passage 22 joins the main passage 13. In 16), fluids flowing in different layers are joined and stacked vertically to form a mixed fluid.

혼합부는 유입구(12)로부터 유입된 유체를 혼합하여 유출구로 배출시키도록 구성되는데, 유입구(12)와 유출구(13) 사이에 하나 이상이 일련으로 배치된다. 따라서 전 단계의 혼합부의 출구는 다음 단계의 혼합부의 입구와 연통된다. 도 1에는 혼합부가 5개 구비되는 것으로 도시되었으나 혼합부의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.The mixing unit is configured to mix the fluid introduced from the inlet 12 and discharge it to the outlet, wherein one or more are arranged in series between the inlet 12 and the outlet 13. Thus, the outlet of the mixing section of the previous stage is in communication with the inlet of the mixing section of the next stage. Although FIG. 1 illustrates that five mixing units are provided, the number of mixing units may be changed as necessary.

혼합부가 유입구(12)와 유출구(13) 사이에 일련으로 배치됨에 따라 결과적으로 유입구(12)와 유출구(13) 사이가 메인유로(13)에 의해 연통되며, 메인유로(13)는 일정 지점마다 분기유로(14)에 의해 분기되어 보조유로(22)에 의해 합류되는 구조로 형성된다. 따라서 유입구(12)로 유입된 유체는 메인유로(13)를 따라 유동하며, 그 일부는 분기유로(14)에 의해 분기되어 보조유로(22)를 통해 다시 메인유로(13)에 합류하도록 구성된다. 즉, 마이크로 믹서 내를 유동하는 유체는 분기와 합류 과정을 반복함으로써 수직방향으로 혼합된 후 최종적으로 유출구(13)를 빠져나가게 된다.As the mixing portion is disposed in series between the inlet 12 and the outlet 13, as a result, the inlet 12 and the outlet 13 communicate with each other by the main passage 13, and the main passage 13 is fixed at every point. It is formed in a structure branched by the branch passage 14 and joined by the auxiliary passage 22. Accordingly, the fluid introduced into the inlet 12 flows along the main flow passage 13, and a part thereof is branched by the branch flow passage 14 and configured to join the main flow passage 13 again through the auxiliary flow passage 22. . That is, the fluid flowing in the micromixer is mixed vertically by repeating the branching and merging process, and finally exits the outlet 13.

분기와 합류가 반복되면서 유체의 혼합이 이루어지는데, 제1유체(51)와 제2유체(52)가 처음으로 합류 시에는 서로 다른 종류에 해당하는 유체가 혼합되었지만, 두 번째 합류 시부터는 이미 혼합이 이루어져서 동일한 적층구조를 갖는 혼합유체가 반복적인 재결합 및 분리과정을 거치게 된다.As the branching and joining are repeated, the fluid is mixed. When the first fluid 51 and the second fluid 52 join for the first time, different kinds of fluids are mixed, but from the second joining, they are already mixed. As a result, the mixed fluid having the same laminated structure is subjected to repeated recombination and separation processes.

분기부에서 분기된 유체는 각각 메인유로(13)와 분기유로(14)를 통하여 다음 합류부로 이동하는데, 이 경우 양 유로를 통하여 흐르는 유량은 서로 동일한 양을 이룰 수 있다. 결과적으로 합류부에서 혼합된 유체가 다시 양분되어 절반은 일 측 메인유로(13)를 따라 이동하여 다음 합류 지점으로 이동하고, 나머지 절반은 분기유로(14)를 따라 이동하여 보조유로(22)를 거쳐 다음 합류 지점으로 이동하여 다시 메인유로(13)를 통과하는 유체와 합류한다.The fluid branched from the branch portion moves to the next confluence portion through the main flow passage 13 and the branch flow passage 14, in which case, the flow rates flowing through both flow passages can achieve the same amount. As a result, the mixed fluid at the confluence unit is further bisected so that half moves along one main flow passage 13 to the next confluence point, and the other half moves along branch flow passage 14 to move the auxiliary flow passage 22. After moving to the next confluence point, it merges with the fluid passing through the main flow path 13 again.

이때 메인유로(13), 분기유로(14) 및 보조유로(22)가 겹쳐져서 이루는 평면 구조는 본 실시예의 경우 마름모 형상을 이루도록 구성되나, 본 실시예에 도시된 구조에 한정되지 아니하고 여러 가지 구조로 변형될 수 있다. 또한 분기부에서 분기되는 분기유로(14)와 메인유로(13) 사이의 분리 각도는 다양한 각도가 가능하며, 본 발명은 특정 각도에 한정되지 않는다. In this case, the planar structure formed by the main passage 13, the branch passage 14, and the auxiliary passage 22 are configured to have a rhombus shape in the present embodiment, but the structure is not limited to the structure shown in the present embodiment. It can be transformed into. In addition, the separation angle between the branch flow passage 14 and the main flow passage 13 branching from the branch can be various angles, the present invention is not limited to a specific angle.

또한 본 발명을 실시할 경우 메인유로(13)와 분기유로(14) 및 보조유로(22)의 적층 구조는 본 실시예와는 달리, 보조유로(22)가 메인유로(13)와 분기유로(14)의 상층에 위치할 수 있음은 물론이다. In addition, in the case of carrying out the present invention, the main structure 13, the branch channel 14, and the laminated structure of the auxiliary channel 22, unlike the present embodiment, the auxiliary channel 22 is the main channel 13 and the branch channel ( Of course it can be located in the upper layer of 14).

또한 혼합효율을 높이기 위해서는 분기 지점으로부터 다음 합류 지점까지 이르는 양 경로가 동일한 길이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성되는 경우 분기부(15)에서 분기된 유체가 각각 메인유로(13)와, 분기유로(14) 및 보조유로(22)를 통해 유동하여 합류부(16)에서 재결합 될 때까지 각각 실질적으로 동일한 거리만큼 이동하게 된다. 따라서 분기부(15)에서 분기되어 다른 경로를 따라 이동하는 유체의 유동 진로 길이가 서로 동일하게 됨으로써 유동 속도차에 의해 혼합이 전혀 일어나지 않는 부분이 없어진다. 이는 본 실시예와 같이 혼합부의 분기 지점에서 합류 지점에 이르는 경로가 서로 대칭이 되도록 형성함으로써 간단하게 실현될 수 있다.In addition, in order to increase the mixing efficiency, it is preferable that both paths from the branch point to the next confluence point are formed to have the same length. In such a configuration, the fluid branched from the branch part 15 flows through the main channel 13, the branch channel 14, and the auxiliary channel 22, respectively, until the fluid is recombined at the confluence unit 16, respectively. Will move the same distance. Therefore, the flow path lengths of the fluid branched from the branch part 15 and moving along different paths are equal to each other, so there is no part where mixing does not occur at all due to the flow velocity difference. This can be achieved simply by forming the paths from the branch point of the mixing section to the confluence point symmetrically as in this embodiment.

본 실시예의 경우 평면상에서 보조유로(22)가 분기유로(14) 및 메인유로(13)와 겹쳐지는 부분의 어느 한 지점에는 층간통로(31)가 형성되며, 특히 합류부(16) 지점의 층간통로(31)는 보조유로(22)와 메인유로(13)가 연장되는 방향이 각각 동일하게 형성되는 부분에 구비된다. 보조유로(22)를 유동하는 유체가 메인유로(13)의 일 측면방향으로부터 유입될 경우 유체가 한쪽으로 치우치면서 혼합되는 문제점이 발생할 수 있으나, 보조유로(22)와 메인유로(13)가 연장되는 방향이 각각 동일하게 형성되는 부분에 층간통로(31)가 구비됨으로써 하부 유체와 상부 유체가 각각 동일한 방향으로 유동하다 유로의 폭 전체에 걸쳐 합류되기 때문에 유체의 치우침이 방지되어 안정적인 적층이 가능하다.In the present embodiment, the interlayer passage 31 is formed at any point of the portion where the auxiliary passage 22 overlaps the branch passage 14 and the main passage 13 on the plane, and in particular, the interlayer at the junction 16 point. The passage 31 is provided at portions where the auxiliary passages 22 and the main passages 13 extend in the same direction. When the fluid flowing in the auxiliary flow passage 22 is introduced from one side direction of the main flow passage 13, a problem may occur in that the fluid is biased and mixed, but the auxiliary flow passage 22 and the main flow passage 13 extend. Since the interlayer passage 31 is provided in the portions in which the same directions are formed in the same direction, the lower fluid and the upper fluid flow in the same direction, respectively. .

도 1 및 도 2를 참조하여 마이크로 믹서 내의 유체가 서로 분기 및 합류되어 적층되는 과정을 설명한다. 1 and 2, a process in which fluids in a micromixer branch and merge with each other and are stacked will be described.

서로 다른 제1주입구(11)와 제2주입구(21)를 통해 주입된 제1유체(51)와 제2유체(52)는 유입구(12)로 유입되기 전에 혼합되는데, 제1주입구(11)로부터 연장되는 유로를 유동하는 제1유체(51)와 제2주입구(21)로부터 연장되는 유로를 유동하는 제2유체(52)는 층간통로(31)에서 최초로 적층되어 혼합된다. 즉, 제1주입구(11)로부터 연장되는 유로를 유동하는 제1유체(51)에 제2주입구(21)로부터 연장되는 유로를 유동하는 제2유체(52)가 밀려 올라오면서 혼합되며, 이때 층간통로(31)가 합류부가 된다. 이후 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 층간통로(31) 중 보조유로(22)와 메인유로(13) 사이에 형성되는 층간통로(31)는 층을 달리하여 유동하는 각 유체가 서로 적층되는 합류부(16)가 된다.The first fluid 51 and the second fluid 52 injected through the first inlet 11 and the second inlet 21 which are different from each other are mixed before being introduced into the inlet 12. The first fluid 51 flowing through the flow path extending from the first fluid 51 and the second fluid 52 flowing through the flow path extending from the second inlet 21 are first stacked and mixed in the interlayer passage 31. That is, the second fluid 52 flowing through the flow path extending from the second inlet 21 is pushed up and mixed with the first fluid 51 flowing through the flow path extending from the first inlet 11. The passage 31 becomes a confluence part. Since the interlayer passage 31 formed between the auxiliary passage 22 and the main passage 13 of the interlayer passage 31 of the micromixer according to an embodiment of the present invention, each fluid flowing in different layers is stacked on each other. It becomes the joining part 16 which becomes.

합류지점을 통과한 혼합유체는 수직방향으로 적층되면서 제1유체(51)와 제2유체(52)가 층을 이루는 이층구조를 이룬다. 따라서 도 1의 A부분에서는 도 2의 (a)와 같은 형태로 적층이 이루어진다. 이후 혼합유체는 분기부(15)에서 분기되어 일부는 메인유로(13) 쪽으로 향하고 나머지는 분기유로(14) 쪽으로 향하게 된다. 분기유로(14)는 연속적으로 이어진 형태가 아닌 중단된 형태이므로 분기유로(14) 내의 유체는 층간통로(31)를 통해 분기유로(14)와 다른 층에 형성된 보조유로(22)로 유동한다. 이때 도 1의 B 및 C부분에서는 A부분에서의 적층 형태가 유지됨으로써 각각 도 2의 (b) 및 (c)와 같은 형태를 보인다. 이후 분기부(15)에서 분기되어 각각 보조유로(22) 및 메인유로(13)를 유동하는 혼합유체는 다음 합류부(16)에서 다시 합류되는데, 각각 도 2의 (b) 및 (c)와 같은 적층 형태를 이루는 하부 유체 와 상부 유체가 다음 합류부(16)에서 합류되어 층을 이루게 됨으로써 도 1의 D부분에서는 도 2의 (d)와 같은 적층 형태를 보이게 된다.The mixed fluid passing through the confluence point forms a two-layer structure in which the first fluid 51 and the second fluid 52 form a layer while being stacked in a vertical direction. Therefore, in the portion A of FIG. 1, the lamination is performed in the form as shown in FIG. Thereafter, the mixed fluid is branched from the branch 15 so that some of the mixed fluid is directed toward the main flow passage 13 and the other is directed toward the branch flow passage 14. Since the branch passage 14 is in a suspended form rather than in a continuous form, the fluid in the branch passage 14 flows through the interlayer passage 31 to the auxiliary passage 22 formed in the layer different from the branch passage 14. At this time, in the parts B and C of FIG. 1, the stacked form in the A part is maintained, thereby showing shapes as shown in FIGS. 2B and 2C, respectively. Thereafter, the mixed fluid flowing from the branch part 15 and flowing through the auxiliary flow passage 22 and the main flow passage 13, respectively, is joined again at the next confluence portion 16, respectively (b) and (c) of FIG. The lower fluid and the upper fluid, which form the same stacked shape, are joined at the next confluence 16 to form a layer, and thus, the portion D of FIG. 1 shows a stacked shape as shown in FIG.

이와 같이 메인유로(13)와 보조유로(22)는 서로 층을 달리하여 연결되며, 아래쪽에서 합류되는 하부 유체가 층간통로(31)에서 상부로 이동하면서 상층의 상부 유체 하부에 적층되도록 구성됨으로써 동일 유로 내를 유동하던 유체가 다시 수직방향으로 적층되어 재배치된다. 이때 마이크로 미터 단위의 채널 특성상 두 유체는 혼합과정에서 층류를 형성하고 그 결과 상부 유체와 하부 유체는 두 개의 층을 이루는 형태로 혼합 된다. As such, the main flow passage 13 and the auxiliary flow passage 22 are connected to each other in different layers, and the lower fluid joined from the bottom is configured to be stacked below the upper fluid of the upper layer while moving upward from the interlayer passage 31. The fluid flowing in the flow path is again stacked and rearranged in the vertical direction. At this time, the two fluids form a laminar flow during the mixing process due to the characteristics of the micrometer unit, and as a result, the upper fluid and the lower fluid are mixed in the form of two layers.

이러한 혼합 및 분리과정이 반복되면서, 최종적으로 유출구(13)를 통하여 유출되는 최종 혼합유체는 여러 층을 이루는 혼합유체가 되며, 마이크로 믹서 내에 반복 배열된 분기부 및 합류부의 수에 따라 제1유체와 제2유체가 반복적으로 적층되는 구조를 이루게 된다. As the mixing and separation processes are repeated, the final mixed fluid finally flowing out through the outlet 13 becomes a mixed fluid having a plurality of layers, and the first fluid and the plurality of branched and contiguous parts are repeatedly arranged in the micromixer. The second fluid is repeatedly stacked.

마이크로 믹서 내의 유체가 1번 합류되어 적층될 때마다 혼합유체에는 2ⁿ개의 층이 형성된다. 즉 도 2의 도시와 같이 첫 번째 합류 지점에서의 혼합유체에는 2¹개의 층이 형성되고, 두 번째 합류 지점에서의 혼합유체에는 2²개의 층이 형성되며, 세 번째 합류 지점에서의 혼합유체에는 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이 2³개의 층이 형성된다. 이와 같이, 상층과 하층으로 양분된 유로로 유입된 유체가 상층과 하층을 번갈아 가면서 통과하며 두께 방향의 적층이 이루어짐으로써 양 유체의 경계면이 기하급수적으로 늘어나서 혼합 효율이 급격히 향상된다.Each time the fluid in the micromixer is joined and stacked once, 2 ⁿ layers are formed in the mixed fluid. That is also the first mixing fluid has ²¹ layers of the second joining point, as shown in the two is formed, and the two mixing fluids, the second ^two layers are formed in the first joining point, three mixed fluid of the second joining point, As shown in FIG. 2E, two to ^three layers are formed. In this way, the fluid flowing into the flow path divided into the upper layer and the lower layer passes through the upper layer and the lower layer alternately and is laminated in the thickness direction, so that the interface of both fluids increases exponentially, so that the mixing efficiency is drastically improved.

도 3에는 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서에 두 가지 유체가 유입될 경우 일어나는 혼합 양상에 대한 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)의 수치해석 결과가 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이 마이크로 믹서로 유입된 유체가 상층유로와 하층유로를 통과하면서 빠른 속도로 혼합되어 유출구 부분에서는 거의 대부분이 혼합된 것을 볼 수 있다.FIG. 3 shows the numerical results of Computational Fluid Dynamics (CFD) for the mixing behavior that occurs when two fluids are introduced into a micromixer according to an embodiment of the present invention having the above structure. As shown in FIG. 3, the fluid introduced into the micromixer is mixed at a high speed while passing through the upper and lower flow passages, and almost all of the fluid is mixed at the outlet portion.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서를 구성하는 각 플레이트를 도시하는 도 4를 참조하여 본 발명의 마이크로 믹서를 제조하는 방법을 설명한다.Next, a method of manufacturing the micromixer of the present invention will be described with reference to FIG. 4, which shows each plate constituting the micromixer according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서 제조 방법은, 제1플레이트(10), 제2플레이트(20) 및 제3플레이트(30)를 제조하는 플레이트 제조 단계 및 상기 제1플레이트, 제3플레이트 및 제2플레이트를 차례로 맞대어 면 접합하는 플레이트 접합 단계로 구성된다.Micro mixer manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the plate manufacturing step of manufacturing the first plate 10, the second plate 20 and the third plate 30 and the first plate, the third plate and It consists of a plate joining step of joining the second plate face to face in turn.

제1주입구(11), 유입구(12), 메인유로(13), 분기유로(14) 및 유출구(13)는 모두 제1플레이트(10)에 형성된다. 또한 제2주입구(21) 및 보조유로(22)는 모두 제2플레이트(20)에 형성되며, 층간통로(31)는 제3플레이트(30)에 형성된다. The first inlet 11, the inlet 12, the main passage 13, the branch passage 14 and the outlet 13 are all formed in the first plate 10. In addition, both the second inlet 21 and the auxiliary passage 22 are formed in the second plate 20, the interlayer passage 31 is formed in the third plate (30).

도 4에 도시된 바와 같이 각 플레이트(10, 20, 30)는 동일한 형상 및 크기의 편평한 판으로 구성될 수 있으며, 각 플레이트(10, 20, 30)에 형성되는 구성 요소는 모두 각 플레이트(10, 20, 30)의 일정 부분이 천공됨으로써 형성된다. 이와 같이 본 발명에 의한 마이크로 믹서는 틀 역할을 하는 플레이트(10, 20, 30)에 일정한 형상의 관통부를 형성시켜 제조하므로 제작이 간단하다. As shown in FIG. 4, each plate 10, 20, 30 may be composed of flat plates of the same shape and size, and the components formed on each plate 10, 20, 30 are all plates 10. , 20, 30 are formed by drilling a certain portion. As described above, the micromixer according to the present invention is manufactured by forming a penetrating portion having a predetermined shape in the plates 10, 20, and 30, which serve as a mold, and thus the manufacturing is simple.

한편, 각 플레이트(10, 20, 30)는 서로 적층되어 접합되는데 제1주입구(11)와 제2주입구(21)에 각각 유체를 주입하기 위해서는 다양한 방법이 있을 수 있으나, 본 실시예와 같이 접합된 플레이트(10, 20, 30)의 상면으로부터 주입되도록 구성될 수 있다. 따라서 이 경우에는 접합된 플레이트(10, 20, 30)의 상면으로부터 각 주입구(11, 21)까지 관통되는 관통부(17, 32)가 형성된다. 즉, 제1플레이트(10)가 제2플레이트(20)의 상부에 접합되는 경우 제1플레이트(10)와 제3플레이트(20)에는 제2주입구(21)와 대응되는 위치에 각각 관통부(17, 32)가 형성된다. 이와는 반대로 제2플레이트(20)가 제1플레이트(10)의 상부에 접합되는 경우에는 제2플레이트(20)와 제3플레이트(30)에는 제1주입구(11)와 대응되는 위치에 각각 관통부가 형성되어야 할 것이다.On the other hand, the plates 10, 20, 30 are laminated and bonded to each other, there may be a variety of methods for injecting fluid into the first inlet 11 and the second inlet 21, respectively, but bonded as in this embodiment It can be configured to be injected from the upper surface of the plate (10, 20, 30). In this case, therefore, the penetrating portions 17 and 32 penetrating from the upper surfaces of the bonded plates 10, 20 and 30 to the respective injection holes 11 and 21 are formed. That is, when the first plate 10 is bonded to the upper portion of the second plate 20, the first plate 10 and the third plate 20 in each of the through portion (at the position corresponding to the second inlet 21) ( 17, 32) are formed. On the contrary, when the second plate 20 is bonded to the upper portion of the first plate 10, the second plate 20 and the third plate 30 respectively have penetrating portions at positions corresponding to the first inlet 11. It must be formed.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 각 플레이트(10, 20, 30)를 가공하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 먼저 폴리머를 이용하여 사출 성형하는 방법이 있고, 또한 핫 엠보싱(hot embossing), UV-몰딩, 주조 등의 대량 생산 방법을 통해 몰딩하는 방법이 있다. 이때 재료가 되는 폴리머는 열가소성, 열경화성 또는 UV경화성 폴리머 수지가 적용될 수 있으며, 일례로 환형 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, Teflon), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC) 등이 재료로 이용될 수 있다. On the other hand, there may be a variety of methods for processing each plate (10, 20, 30) of the micromixer according to an embodiment of the present invention. First, there is a method of injection molding using a polymer, and there is also a method of molding through mass production methods such as hot embossing, UV-molding, and casting. In this case, the polymer may be a thermoplastic, thermosetting or UV-curable polymer resin. For example, a cyclic olefin copolymer (cyclic olefin copolymer, COC), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS) , Polycarbonate (PC), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (Teflon), polyvinyl chloride (PVC) and the like can be used as the material.

뿐만 아니라, 몰딩기법을 사용하지 않고 마이크로 밀링공정 등의 정밀성형 공정을 통해 제1플레이트 및 제2플레이트를 이루는 폴리머 또는 금속에 채널의 형상을 갖는 관통부를 직접 형성하는 것도 가능하며, 기판 위에 감광재를 패터닝하여 제1플레이트 및 제2플레이트를 식각하여 관통부를 직접 형성하는 것도 가능하다.In addition, it is also possible to directly form through-holes having the shape of channels in the polymer or metal forming the first and second plates without using a molding method through a precision molding process such as a micro milling process. It is also possible to form the through part by etching the first plate and the second plate by patterning.

플레이트(10, 20, 30)의 제조가 완료되면 각 플레이트(10, 20, 30)를 서로 면 접합한다. 이때 플레이트(10, 20, 30)를 접합하는 순서는 제1플레이트(10), 제3플레이트(30), 제2플레이트(20)의 순서로 접합하거나, 반대로 제2플레이트(20), 제3플레이트(30), 제1플레이트(10)의 순서로 접합할 수 있다. 또한 서로 접합된 플레이트(10, 20, 30)의 상면과 하면에는 하우징 역할을 하는 플레이트(40, 50)를 접합시켜 유체가 외부로 유출되지 않도록 한다. 상부와 하부에 각각 플레이트(40, 50)를 접합시키면 유체가 외부로 유출되지 않고 마이크로 믹서의 유로를 유동할 수 있다. 이 경우 상부에 접합되는 플레이트(40)에는 제1주입구(11) 및 제2주입구(21)와 대응되는 위치에 관통부(41, 42)가 형성될 수 있다.When the manufacture of the plates (10, 20, 30) is completed, each plate (10, 20, 30) is bonded to each other. At this time, the bonding order of the plates 10, 20, 30 is in the order of the first plate 10, the third plate 30, the second plate 20, or conversely, the second plate 20, the third The plate 30 and the first plate 10 can be joined in the order. In addition, the upper and lower surfaces of the plates 10, 20, and 30 joined to each other are bonded to the plates 40 and 50 serving as a housing so that fluid does not flow out. When the plates 40 and 50 are bonded to the upper and lower portions, respectively, the fluid may flow through the micromixer without the fluid flowing out. In this case, the through parts 41 and 42 may be formed at the position corresponding to the first inlet 11 and the second inlet 21 in the plate 40 bonded to the upper portion.

한편 각 플레이트(10, 20, 30)를 서로 접합하는 방법 또한 여러 가지가 있을 수 있는데, 열 접합(thermal bonding)을 하거나, UV경화제, 에폭시 또는 저온용 폴리머 접착제 등을 포함하는 본드 물질을 이용하여 접합할 수 있으며, 또한 박판 접합(lamination), 초음파 접합 등의 방법을 이용할 수 있다.On the other hand, each plate 10, 20, 30 may also be bonded to each other by a variety of methods, such as thermal bonding (thermal bonding), using a bond material including a UV curing agent, epoxy or a low temperature polymer adhesive, etc. It can join, and also methods, such as lamination and ultrasonic bonding, can be used.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. . Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10 : 제1플레이트 11 : 제1주입구
12 : 유입구 13 : 메인유로
14 : 분기유로 15 : 분기부
16 : 합류부 17 : 유출구
20 : 제2플레이트 21 : 제2주입구
22 : 보조유로 30 : 제3플레이트
31 : 층간통로10: first plate 11: the first inlet
12: inlet port 13: the main euro
14: branch euro 15: branch
16: confluence 17: outlet
20: second plate 21: second inlet
22: auxiliary flow path 30: third plate
31: interpass

Claims

First and second inlets through which different fluids are respectively injected;
An inlet through which the respective fluids injected into the first inlet and the second inlet are joined;
An outlet through which the injected fluid is mixed and discharged; And
And at least one mixing unit disposed in series between the inlet and the outlet.
The mixing unit,
A main flow passage extending from the inlet;
At least one branch passage branching off from the main passage; And
And an auxiliary channel formed on a layer different from the branch channel and the main channel, one end of which is in communication with the branch channel, and the other end of which is in communication with the main channel.

The method of claim 1,
And an interlayer passage communicating the auxiliary flow passage with the branch flow passage and the main flow passage.

The method of claim 1,
And the branch channel and the main channel branch symmetrically with respect to the inlet.

The method of claim 1,
And the distance traveled through the main flow path and the distance traveled through the branch flow path and the auxiliary flow path are equal to each other until the fluid introduced into the mixing part branches and merges again.

The method of claim 1,
The path from the branch point of the mixing section to the joining point is symmetrical.

The method of claim 1,
At the point where the auxiliary channel communicates with the main channel, the micro mixer is formed in the same direction in which the auxiliary channel and the main channel extend.

In the method for producing a micromixer according to any one of claims 1 to 6,
Manufacturing a first plate including the first inlet, the branch channel, the main channel and the outlet, and a second plate including the second inlet and the auxiliary channel; And
Surface bonding the first plate and the second plate;
Micro mixer manufacturing method comprising a.

The method of claim 7, wherein
Manufacturing a third plate including the interlayer passage;
And the first plate, the third plate and the second plate are face bonded in turn.