WO2003047736A1 - Mikroemulgator - Google Patents

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WO2003047736A1
WO2003047736A1 PCT/EP2002/013854 EP0213854W WO03047736A1 WO 2003047736 A1 WO2003047736 A1 WO 2003047736A1 EP 0213854 W EP0213854 W EP 0213854W WO 03047736 A1 WO03047736 A1 WO 03047736A1
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WO
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flow channel
main flow
microemulsifier
channels
fluid
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PCT/EP2002/013854
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Schwesinger
Jörg Burgold
Original Assignee
Accoris Gmbh
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
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    • B01F25/3143—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit characterised by the specific design of the injector
    • B01F25/31431—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit characterised by the specific design of the injector being a slit extending in the longitudinal direction only
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    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
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    • B01F33/30—Micromixers
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    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/3045—Micromixers using turbulence on microscale

Definitions

  • the present invention relates to a microemulsifier, in particular for high mass throughput of fluids to be mixed or emulsified, consisting of a plurality of microstructured plates arranged one above the other with at least two flow channels running essentially perpendicular to one another for guiding the fluids, which are at least one mixing point or emulsifying point to meet.
  • DE 44 16 343 A 1 discloses a static micromixer which is designed in particular for the mixing of fluids which react chemically with one another and for the effective treatment of the heat of reaction which is generated or required. For this purpose, numerous very fine, extremely closely adjacent current threads are generated in the micro-mixer, which are brought together at interfaces in a mixing chamber in order to achieve thorough mixing in the limited volume of the mixing chamber.
  • DE 195 11 603 A1 describes a device for mixing small amounts of liquid.
  • This device specializes in homogenizing very small amounts of liquid with high efficiency.
  • the liquid-carrying channels are arranged in the microstructures in such a way that multiple elongated interfaces are created, at which the components are mixed.
  • This device is also unsuitable for high mass throughput.
  • a micromixer and a mixing method that can be carried out with it are known.
  • two input channels are also routed parallel to one another here.
  • it should be achieved that the fluids to be mixed are kept separate from each other until their flow speed essentially coincide in amount and direction. Only then are they brought together at an interface to the system.
  • a special separating element is provided for this, which extends into the area of the mixing point.
  • DE 39 26 466 A1 discloses a microreactor for carrying out chemical reactions with a strong exotherm.
  • This microreactor consists of several superimposed plates in which parallel grooves are formed which act as channels for the fluids.
  • a third plate is arranged between two plates, the grooves of which run in parallel planes with a vertical orientation to one another, and has a recess which provides the actual mixing zone. Fluids are introduced into the mixing zone from the grooves of the plates adjoining on both sides in order to be mixed there.
  • this microreactor has the disadvantage that the mixing zone is relatively small and only a side stream of the respective fluids flows through it.
  • the mixture is removed from the mixing zone via differently oriented grooves, so that subsequent bundling of the mixture obtained is necessary, it not being possible to ensure that the two portions of the mixture have the same mixing ratios. It is therefore an object of the present invention to provide a microemulsifier or micromixer which works highly efficiently, delivers a predictable mixing result and in particular enables a comparatively high mass throughput.
  • a main flow channel is provided in the microemulsifier according to the invention, at the outlet of which the fluid mixture or emulsion produced in it is released, and in that a plurality of secondary flow channels for forming a plurality of mixing points located in the main flow channel open essentially perpendicularly into the main flow channel, wherein A swirling of the fluids is generated by feeding fluid or several fluids through the secondary flow channels into the main flow channel in the area of the mixing points.
  • microemulsifier according to the invention is that microturbulence is used for the mixing or for the emulsification of the substances, so that a significantly higher mixing efficiency is achieved compared to the largely flat mixing principles according to the prior art.
  • it is not necessary to greatly reduce the cross section of the individual flow channels, so that a high material flow can be achieved even with highly viscous fluids.
  • To operate the microemulsifier only low external pressures have to be applied at the same time in order to achieve a high fluid flow.
  • An advantageous embodiment of the microemulsifier according to the invention is characterized in that the main flow channel runs in the longitudinal direction of the microstructured plates, a first fluid being fed in at the inlet thereof, and in that the secondary flow channels are fed with a second fluid and open directly into the main flow channel.
  • a modified embodiment of the microemulsifier has a main flow channel that runs in the longitudinal direction of the microstructured plates, a first fluid being fed into the main flow channel via a group of first bypass channels and a second fluid via a group of second bypass channels.
  • This design ensures that for the two fluids there are largely the same flow resistances within the microemulsifier, so that a very uniform mixing or emulsification of essentially the same proportions of the starting fluids can be produced.
  • additional dosing devices can be dispensed with in microsystems.
  • the parallel connection of several channels reduces the pressure build-up inside the microemulsifier.
  • only low pressures have to be applied from the outside in order to transport the fluids through the microemulsifier. Finally, this can result in mass throughput be increased compared to non-parallelized structures.
  • the main flow channel runs in several meanders in the microstructured plates.
  • the surface of the plates can be used better, so that better mixing or emulsification results can be achieved with the same sizes.
  • outflow channels start from the main flow channel and are again fed as secondary flow channels into the main flow channel at a downstream position. The mixing effect caused by the swirling can be multiplied in this way.
  • the secondary flow channels open into the main flow channel at different levels.
  • the turbulence in the main flow channel arises at different heights, which ensures more uniform mixing.
  • the two-dimensional boundary layers between the fluids are additionally distributed uniformly in the main flow, which flows in the main flow channel.
  • a plurality of drainage channels extend perpendicularly from the main flow channel.
  • further swirls are generated at the entrance to the drainage channels in the main flow channel, while at the same time part of the fluid mixture generated is branched off from the main flow channel.
  • the branched mixture parts can be led to the exit via a collecting line or can be fed back to the mixing process in the manner already mentioned above.
  • a further improvement in the mixing effect can be achieved by the additional installation of baffles in the main flow channel. However, this may have a negative impact on the flow resistance, so this measure should only be used with fluids with lower viscosity.
  • the microemulsifier preferably consists of a base plate, an intermediate plate and a cover plate, in each of which microstructures are introduced.
  • the individual plates can be connected to one another, for example, by bonding or gluing.
  • Conventional microstructuring methods for example etching or laser structuring, are used to produce the required structures in the plates.
  • the microstructured plates can be produced from any material, but silicon, glass, polymers or metals are preferably used in microsystem technology.
  • FIG. 1 shows the basic principle of the generation of eddies in a microemulsifier according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows the basic principle of the generation of swirls according to a second embodiment of the microemulsifier
  • FIG. 3 shows a simplified perspective exploded view of a microemulsifier which works on the basic principle according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a simplified perspective exploded view of a modified embodiment of the microemulsifier, which works according to the basic principle according to FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a simplified perspective exploded view of a further modified embodiment of the microemulsifier, which works according to the basic principle according to FIG. 2;
  • FIG. 6 shows a simplified basic illustration of the course of the individual flow channels of the embodiment of the microemulsifier according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a simplified basic illustration of the layer structure that forms within the fluid mixture, which is generated by the microemulsifier in an embodiment according to FIG. 5.
  • FIG. 1 shows the basic principle of the generation of swirls according to a first embodiment of the microemulsifier according to the invention.
  • the functioning of this microemulsifier is based on the fact that a main flow is conducted in a main flow channel 1, the fluids to be mixed being led to the main flow channel via secondary flow channels.
  • the secondary flow channels open essentially vertically into the main flow channel in order to cause eddies there.
  • a group of first secondary flow channels 2 is provided, via which the first fluid is led to the main flow channel 1.
  • a group of second secondary flow channels 3 is formed, which in turn open essentially perpendicularly into the main flow channel on the opposite side.
  • the second fluid is guided in the second secondary flow channels 3.
  • the fluid mixture then forms in the main flow channel 1.
  • turbulences 4 arise due to the coincidence of the respective mass flows, which cause mixing or emulsification of the different fluids.
  • FIG. 1 illustrate the direction of flow of the individual components or of the fluid mixture.
  • the arrows drawn in dashed lines are intended to symbolize that the plurality of secondary flow channels 2, 3 also open into the main flow channel 1 at different levels (i.e. different heights in relation to the cross section of the main flow channel). In this way, the swirls 4, which form the mixing points, are distributed uniformly in the cross section of the main flow channel.
  • the fluids to be emulsified or mixed are generally brought to the respective mixing point via the secondary flow channels 2, 3, while in the main flow channel 1 only the fluid mixture is transported to the outlet of the microemulsifier.
  • a fluid component can also be fed directly into the main flow channel, as will be explained in more detail below.
  • Fig. 2 shows the basic principle of fluid management in the channels of the microemulsifier according to a second embodiment.
  • the first secondary flow channels 2 open substantially perpendicularly into the main flow channel 1, the fluids being swirled at the mixing points 4. Since the group of the second secondary flow channels is not provided as such in the embodiment illustrated here, the second material component is fed directly via the main flow channel 1.
  • a group of drainage channels 5 is arranged, which extend essentially perpendicularly from the main flow channel 1. At least some of the fluid mixture generated is branched off from the main flow channel 1 through the drain channels 5. Since the branching of this partial flow again takes place transversely to the direction of flow in the main flow duct 1, further mixing points 4 also arise in the region of the branching of the discharge ducts 5, at which an additional swirling of the fluid mixture takes place. In the same way as for the secondary flow channels 2, the drain channels 5 can depart from the main flow channel 1 in different planes, which is illustrated by the dashed arrow.
  • FIG. 3 shows a simplified perspective exploded view of a microemulsifier constructed using microstructured plates, in which the flow principle according to FIG. 1 is implemented.
  • the microemulsifier shown consists of a cover plate 6, an intermediate plate 7 and a base plate 8.
  • the plates 6, 7, 8 are layered one above the other, as symbolized by the broken lines and the arrows attached to them.
  • Individual microstructures are formed in the plates by conventional microtechnical processes, so that cavities are created after the plates have been assembled arise that form the individual channels.
  • the plates are connected, for example, by bonding or by gluing.
  • the structures on the upper side of the intermediate plate 7 and the underside of the cover plate 6 are produced essentially in a symmetrical manner, with the structure in other embodiments also being able to be produced only in one of the two plates, while the other plate is merely a flat cover to close the structured channels.
  • the main flow channel 1 extends in the longitudinal direction of the cover plate and the intermediate plate.
  • a first fluid is fed into the microemulsifier via a first supply channel 9 and, starting from the latter, is distributed to a plurality of first secondary flow channels 2.
  • the first fluid is pumped into the main flow channel 1 via the multiplicity of the first secondary flow channels 2, the flow resistance opposing the first fluid being able to be kept relatively small owing to the large number of the first secondary flow channels 2, although the flow cross section of the individual secondary flow channels is smaller than that of the main flow channel 1.
  • a second fluid is pumped into the microemulsifier via a second supply channel 10.
  • the second supply channel 10 runs first in the base plate 8 and then passes through a breakthrough in the intermediate plate 7 into the continuation of the second supply channel 10 in a microstructure of the intermediate plate 7.
  • the second supply channel 10 in turn feeds a group of several second ones Secondary flow channels 3, via which the second fluid is led into the main flow channel 1.
  • An advantage of this design is that the first and second Fluid opposite flow resistances are essentially identical.
  • the fluid mixture generated in the main flow channel 1 is discharged at an outlet 11.
  • FIG. 4 shows a simplified perspective exploded view of a modified embodiment of the microemulsifier, in which the channel principles according to FIGS. 1 and 2 have been combined.
  • the first fluid is in turn supplied via the first supply channel 9.
  • the second fluid is supplied via the second supply channel 10, as is illustrated by the arrow shown.
  • this has a perforation area 12, via which the second fluid penetrates into the main flow channel.
  • Both secondary flow channels and drainage channels are provided, each of which is connected to the main flow channel.
  • several baffles 13 are also arranged in the main flow channel 1, which divide the main flow channel into several sections.
  • the arrows drawn in FIG. 4 illustrate the resulting course of the fluids or the fluid mixture.
  • the fluids flow into the main flow channel via secondary flow channels.
  • the fluid mixture flows out via drainage channels, in order to then return to the main flow channel in the following section via further secondary flow channels.
  • This cascade could be continued in modified embodiments in order to achieve further swirling.
  • the mixture produced is again dispensed at output 11.
  • a modified embodiment of the microemulsifier is shown in a simplified perspective exploded view in FIG Fig. 5 shown.
  • This embodiment works according to the flow principle, which was shown in Fig. 2.
  • the first fluid is supplied via the first supply channel 9.
  • the second fluid is introduced into the microemulsifier via the second supply channel 10.
  • a parallelized channel system 14 is arranged in order to introduce the fluid flows to be mixed into the main flow channel 1.
  • the main flow channel 1 is guided in several meanders through the intermediate plate 7 or the cover plate 6.
  • the first secondary flow channels 2 and the second secondary flow channels 3 are coupled into the main flow channel at each section of the main flow channel 1 which runs transversely to the longitudinal extent of the plates.
  • FIG. 6 shows a basic illustration of the arrangement of the individual duct sections as used in a microemulsifier according to FIG. 5. It can be seen that initially the starting substances are introduced into the main flow channel 1 via the first secondary flow channels 2 and the second secondary flow channels 3. be fed. The individual secondary flow channels 2, 3 are guided in different planes, so that they open into the main flow channel 1 at different heights. In order to ensure the flow of the fluid mixture running in the longitudinal direction of the main flow channel, the transverse sections are each connected to one another via connecting channels 15, so that the meandering pattern shown in FIG. 5 is created.
  • a plurality of discharge channels 5 branch off.
  • the drainage channels are preferably designed such that the entire height of the main flow channel is used for the branch.
  • the cross sections of the drainage channels 5 narrow so that, for example with the usual cross section of a secondary flow channel, they re-open into the opposite section of the main flow channel. In order to better distribute the swirling points, this junction again takes place on different levels. There are numerous mixing points along the entire extent of the main flow channel, at which the individual flow components are swirled.
  • boundary layers can initially arise between the individual flow parts, which promote mixing, as is known from the prior art, these layers are broken up immediately by the micro-turbulence and the individual flow parts are distributed in a disordered (chaotic) form in the main flow, whereby the mixing effect can be significantly increased compared to the pure layering principle.
  • FIG. 7 schematically shows the formation of the possible stratifications in the fluid mixture and the number of the resulting limit areas.
  • the diagram shown in FIG. 7 corresponds to the mixing ratios as they arise in the case of a structure corresponding to FIG. 5 in the main flow channel or in the outflow / secondary flow channels.
  • the microstructured plates can be produced from various materials that are generally suitable for use in microsystem technology. Reference symbol ⁇

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikroemulgator, insbesondere für grossen Massendurchsatz von zu vermischenden Fluiden. Der Mikroemulgator besteht aus mehreren übereinander angeordneten mikrostrukturierten Platten (6, 7, 8) mit zumindest zwei zueinander im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Strömungs­kanälen zur Führung der Fluide, die an zumindest einer Misch­stelle aufeinander treffen, wobei ein Hauptströmungskanal (1) vorgesehen ist, an dessen Ausgang (11) das in ihm erzeugte Fluidgemisch abgegeben wird, wobei mehrere Nebenströmkanäle (2, 3) zur Ausbildung mehrerer im Hauptströmungskanal liegen­der Mischstellen (4) im Wesentlichen senkrecht in den Haupt­strömungskanal (1) münden, und wobei über die Einspeisung von Fluid über die Nebenströmkanäle (2, 3) in den Hauptströmungs­kanal im Bereich der Mischstellen (4) eine Verwirbelung der Fluide erzeugt wird.

Description

Mikroemulgator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikroemulgator, insbesondere für großen Massendurchsatz von zu vermischenden bzw. zu emulgierenden Fluiden, bestehend aus mehreren übereinander angeordneten mikrostrukturierten Platten mit zumindest zwei zueinander im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Strömungskanälen zur Führung der Fluide, die an zumindest einer Mischstelle bzw. Emulgierstelle aufeinander treffen.
In der chemischen Verfahrenstechnik besteht häufig der Bedarf, Stoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften miteinan- der zu vermischen. Üblicherweise besteht die Aufgabe, verschiedene gasförmige oder flüssige Stoffe (nachfolgend allgemein als Fluide bezeichnet) zu einem Fluidgemisch mit möglichst homogener Vermischung zusammenzufügen. Hervorragende homogene Vermischungen und Emulsionen lassen sich mit Hilfe von Mikromischern erzielen, wobei ein Nachteil darin besteht, dass die bekannten Strukturen bislang nur Flussraten in der Größenordnung von wenigen Litern je Stunde zulassen. Dies wird vor allem durch den Druckabfall innerhalb der MikroStrukturen verursacht. Besteht der Bedarf größere Stoff- ströme zu verarbeiten, so gelingt dies bisher nur durch hochgradige Parallelisierung einer Vielzahl von Mikromischern, was jedoch den Nachteil einer großen Zahl von externen Schlauchanschlüssen mit sich bringt, oder durch die Verwendung von makroskopischen Mischgeräten, mit dem Nachteil einer eingeschränkten Mischeffizienz. Die in der Makrotechnik bekannten Mischapparaturen können nicht ohne weiteres in die Mikrotechnik übertragen werden. Aus der DE 44 16 343 A 1 ist ein statischer Mikrovermischer bekannt, der insbesondere auf die Vermischung chemisch miteinander reagierender Fluide sowie die effektive Behandlung der entstehenden bzw. benötigten Reaktionswärme ausge- legt ist. Dazu werden in dem Mikrovermischer zahlreiche feinste, extrem eng benachbarte Stromfäden erzeugt, die in einer Mischkammer an Grenzflächen zusammengeführt werden, um im begrenzten Volumen der Mischkammer eine gute Durchmischung zu erzielen. Dazu ist eine Vielzahl parallel verlaufender Nuten in mikrostrukturierte Platten eingebracht, durch welche die Fluide geführt werden müssen. Die Effizienz der Vermischung hängt generell von der Größe der Grenzflächen zwischen den beiden fluidischen Komponenten ab. Gemäß dem Gegenstand dieser früheren Patentanmeldung können diese Grenzflächen nur erhöht werden, indem die Strömungsfäden möglichst dünn ausgebildet werden, um somit eine Vielzahl von Strömungsfäden in unterschiedlichen Ebenen in die Mischkammer einzuspeisen. Die Möglichkeiten der Grenzflächenvergrößerung sind demzufolge begrenzt. Außerdem eignet sich dieser bekannte Mikrovermi- scher nur für einen relativ geringen Massendurchsatz, da die Durchflussmenge aufgrund der geringen Querschnitte der Nuten begrenzt ist.
In der DE 195 11 603 A 1 ist eine Vorrichtung zum Mischen kleiner Flüssigkeitsmengen beschrieben. Diese Vorrichtung ist darauf spezialisiert, sehr kleine Flüssigkeitsmengen mit hoher Effizienz zu homogenisieren. Dazu werden die flüssigkeitsführenden Kanäle in den MikroStrukturen so angeordnet, dass mehrfach langgestreckte Grenzflächen erzeugt werden, an denen die Vermischung der Komponenten erfolgt. Für einen hohen Massendurchsatz eignet sich diese Vorrichtung ebenfalls nicht. Aus der DE 195 36 856 A 1 sind ein Mikromischer und ein mit diesem ausführbares Mischverfahren bekannt. Gemäß der allgemeinen Überzeugung der Fachwelt hinsichtlich der generellen Prinzipien solcher Mikromischer werden auch hier zwei Eingangskanäle parallel zueinander geführt. Insbesondere soll erreicht werden, dass die zu mischenden Fluide so lange voneinander getrennt gehalten werden, bis ihre Strömungsgeschwindigkeit nach Betrag und Richtung im Wesentlichen übereinstimmen. Erst dann werden sie an einer Grenzfläche zur Anlage aneinander gebracht. Insbesondere ist dafür ein spezielles Trennelement vorgesehen, welches sich bis in den Bereich des Mischpunktes erstreckt.
Schließlich ist aus der DE 39 26 466 A 1 ein Mikroreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen mit starker Wärmetönung bekannt. Dieser Mikroreaktor besteht aus mehreren übereinander liegenden Platten, in denen parallele Rillen ausgebildet sind, die als Kanäle für die Fluide fungieren. Zwischen zwei Platten, deren Rillen in parallelen Ebenen mit senkrechter Ausrichtung zueinander verlaufen, wird eine dritte Platte angeordnet, die eine Aussparung aufweist, welche die eigentliche Mischzone bereitstellt. Aus den Rillen der beidseitig angrenzenden Platten werden Fluide in diese Mischzone eingetragen, um dort vermischt zu werden. Dieser Mikroreaktor hat hinsichtlich der Effizienz der Mischung den Nachteil, dass die Mischzone relativ klein ist und nur von einem Nebenstrom der jeweiligen Fluide durchströmt wird. Außerdem wird das Gemisch über verschieden ausgerichtete Nuten aus der Mischzone abgetragen, so dass eine nachfolgende Bündelung des erhaltenen Gemisches notwendig ist, wobei nicht sichergestellt werden kann, dass die beiden Teilmengen des Gemisches gleiche Mischungsverhältnisse aufweisen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Mikroemulgator bzw. Mikromischer bereitzustellen, der hocheffizient arbeitet, ein vorhersehbares Mischungsergebnis liefert und insbesondere einen vergleichsweise hohen Massen- durchsatz ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im erfindungsgemäßen Mikroemulgator ein Hauptströmungskanal vorgesehen ist, an dessen Ausgang das in ihm erzeugte Fluidgemisch bzw. die Emulsion abgegeben wird, und dass mehrere Nebenströmkanäle zur Ausbildung mehrerer im Hauptströmungskanal liegender Mischstellen im Wesentlichen senkrecht in den Hauptströmungskanal münden, wobei über die Einspeisung von Fluid oder mehreren Fluiden über die Nebenströmkanäle in den Hauptströ- mungskanal im Bereich der Mischstellen eine Verwirbelung der Fluide erzeugt wird.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Mikroemulgators besteht darin, dass Mikroturbulenzen für die Vermischung bzw. für das Emulgieren der Stoffe ausgenutzt werden, so dass gegenüber den weitgehend flächig wirkenden Mischprinzipien gemäß dem Stand der Technik eine deutlich höhere Mischeffizienz erreicht wird. Außerdem ist es bei dem erfindungsgemäßen Mikroemulgator nicht erforderlich, den Querschnitt der einzelnen Strömungskanäle stark zu reduzieren, so dass ein hoher Stoffdurchfluss auch bei hochviskosen Fluiden erreicht werden kann. Zum Betrieb des Mikroemulgators müssen gleichzeitig nur geringe äußere Drücke aufgebracht werden, um einen hohen Fluidstromfluss zu erreichen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass auf Grund der Verwirbelungs- mischung der als solches aus dem Stand der Technik bekannte Effekt der flächigen Schichtung der unterschiedlichen Fluide nicht bestehen bleibt, sondern eine zusätzlich Vermischung auftritt, die ihrerseits zu einer Vermischung beiträgt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroemulgators zeichnet sich dadurch aus, dass der Hauptströmungskanal in Längsrichtung der mikrostrukturierten Platten verläuft, wobei an dessen Eingang ein erstes Fluid eingespeist wird, und dass die Nebenströmkanäle mit einem zweiten Fluid gespeist werden und direkt in den Hauptströmungskanal münden. Bei dieser Anordnung können besonders einfache Strukturen in den Grundplatten gewählt werden, so dass sich der technologische Aufwand zur Herstellung des Mikroemulgators verringert .
Eine abgewandelte Ausführungsform des Mikroemulgators besitzt einen Hauptströmungskanal, der in Längsrichtung der mikrostrukturierten Platten verläuft, wobei ein erstes Fluid über eine Gruppe von ersten Nebenströmkanälen und ein zweites Fluid über eine Gruppe von zweiten Nebenströmkanälen in den Hauptströmungskanal eingespeist werden. Diese Gestaltung stellt sicher, dass für die beiden Fluide innerhalb des Mikroemulgators weitgehend gleiche Strömungswiderstände herrschen, so dass eine sehr gleichmäßige Vermischung bzw. Emul- gierung von im Wesentlichen gleichen Anteilen der Ausgangsfluide hergestellt werden kann. Aufgrund dieser Besonderheiten kann gegebenenfalls in Mikrosystemen auf zusätzliche Dosierungseinrichtungen verzichtet werden. Die Parallelschaltung mehrerer Kanäle reduziert den Druckaufbau im Inneren des Mikroemulgators. Außerdem müssen bei einer geeigneten Parallelisierung von außen nur geringe Drücke aufgebracht werden, um die Fluide durch den Mikroemulgator zu transportieren. Schließlich kann dadurch der Massendurchsatz erhöht werden, im Vergleich zu nicht parallelisierten Strukturen.
Bei einer nochmals abgewandelten Ausführungsform des Mikro- emulgators verläuft der Hauptströmungskanal in mehreren Mäandern in den mikrostrukturierten Platten. Zum einen kann dadurch die Fläche der Platten gegebenenfalls besser genutzt werden, so dass bei gleichen Baugrößen bessere Misch- oder Emulgierergebnisse erzielbar sind. Außerdem eröffnet dies die Möglichkeit, dass gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung vom Hauptströmungskanal Abflusskanäle ausgehen, die an einer stromabwärts gerichteten Position erneut als Nebenströmkanäle in den Hauptströmungskanal eingespeist werden. Der durch die Verwirbelung hervorgerufene Mischeffekt kann auf diese Weise vervielfacht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Nebenströmkanäle in unterschiedlichen Ebenen in den Hauptströmungskanal münden. Einerseits entstehen die Turbulenzen im Hauptströmungskanal damit in unterschiedlichen Höhen, womit eine gleichmäßigere Vermischung sichergestellt ist. Andererseits werden zusätzlich die flächigen Grenzschichten zwischen den Fluiden gleichmäßig im Hauptstrom, der im Hauptströmungskanal fließt, verteilt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Mikroemulgators gehen mehrere Abflusskanäle senkrecht vom Hauptströmungskanal aus. Dadurch werden am Eingang Abflusskanäle im Hauptströmungskanal weitere Verwirbelungen erzeugt, während gleichzeitig ein Teil des erzeugten Fluidgemisches aus dem Hauptströ- mungskanal abgezweigt wird. Die abgezweigten Gemischteile können über eine Sammelleitung zum Ausgang geführt werden oder dem Mischprozess in der bereits oben erwähnten Weise wieder zugeführt werden. Eine weitere Verbesserung des Vermischungseffektes lässt sich durch den zusätzlichen Einbau von Schikanen im Hauptströmungskanal erreichen. Allerdings geht dies ggf. zu Lasten des Strömungswiderstandes, so dass diese Maßnahme nur bei Fluiden mit geringerer Viskosität eingesetzt werden sollte.
Der Mikroemulgator besteht vorzugsweise aus einer Bodenplatte, einer Zwischenplatte und einer Deckelplatte, in welche jeweils MikroStrukturen eingebracht sind. Die einzelnen Platten können beispielsweise durch Bonden oder Kleben miteinander verbunden werden. Zur Herstellung der benötigten Strukturen in den Platten kommen herkömmliche Mikrostruktu- rierungsverfahren zum Einsatz, beispielsweise Ätzen oder Laserstrukturieren. Prinzipiell können die mikrostrukturierten Platten aus jedem Material gefertigt werden, wobei in der Mikrosystemtechnik jedoch vorzugsweise Silizium, Glas, Polymere oder Metalle eingesetzt werden.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mikroemulgators, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 das Grundprinzip der Erzeugung von Verwirbelungen in einem erfindungsgemäßen Mikroemulgator gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 das Grundprinzip der Erzeugung von Verwirbelungen gemäß einer zweiten Ausführungsform des Mikroemulgators; Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung eines Mikroemulgators, der nach dem Grundprinzip gemäß Fig. 1 arbeitet;
Fig. 4 eine vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Mikroemulgators, welcher nach dem Grundprinzip gemäß Fig. 1 arbeitet;
Fig. 5 eine vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung einer nochmals abgewandelten Ausführungsform des Mikroemulgators, welcher nach dem Grundprinzip gemäß Fig. 2 arbeitet;
Fig. 6 eine vereinfachte Prinzipdarstellung des Verlaufs der einzelnen Strömungskanäle der Ausführungsform des Mikroemulgators gemäß Fig. 5;
Fig. 7 eine vereinfachte Prinzipdarstellung des entstehenden Schichtaufbaus innerhalb des Fluidgemisches, welches bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 5 vom Mikroemulgator erzeugt wird.
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Erzeugung von Verwirbelungen gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroemulgators. Die Funktionsweise dieses Mikroemulgators beruht darauf, dass in einem Hauptströmungskanal 1 ein Hauptstrom geführt wird, wobei die zu vermischenden Fluide über Nebenströmkanäle zum Hauptströmungskanal geführt werden. Die Nebenströmkanäle münden im Wesentlichen senkrecht in den Hauptströmungskanal, um dort Verwirbelungen entstehen zu lassen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Gruppe von ersten Nebenströmkanälen 2 vorgesehen, über welche das erste Fluid zum HauptStrömungskanal 1 geführt wird. Darüber hinaus ist eine Gruppe zweiter Nebenströmkanäle 3 ausgebildet, die auf der gegenüberliegenden Seite wiederum im wesentlichen senkrecht in den Hauptströmungskanal münden. In den zweiten Nebenströmkanälen 3 wird das zweite Fluid geführt. Im Hauptströmungskanal 1 bildet sich daraufhin das Fluidgemisch aus. An den einzelnen Mündungsstellen der Nebenströmkanäle 2, 3 entstehen aufgrund des Zusammentreffens der jeweiligen Massenströme Verwirbelungen 4, die eine Vermischung bzw. Emulgierung der verschiedenen Fluide bewirken.
Die in der Fig. 1 eingezeichneten Pfeile verdeutlichen die Flussrichtung der einzelnen Komponenten bzw. des Fluidgemi- sches. Die gestrichelt eingezeichneten Pfeile sollen versinnbildlichen, dass die mehreren Nebenströmkanäle 2, 3 außerdem in unterschiedlichen Ebenen (d.h. unterschiedlichen Höhen in Bezug auf den Querschnitt des HauptStrömungskanals) in den Hauptströmungskanal 1 einmünden. Auf diese Weise werden die Verwirbelungen 4, welche die Mischstellen bilden, gleichmäßig im Querschnitt des Hauptströmungskanals verteilt.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform werden die zu emulgierenden bzw. zu vermischenden Fluide generell über die Nebenströmkanäle 2, 3 an die jeweilige Mischstelle herangeführt, während im Hauptströmungskanal 1 nur das Fluidgemisch zum Ausgang des Mikroemulgators transportiert wird. Bei abge- wandelten Ausführungsformen kann eine Fluidkomponente auch direkt in den Hauptströmungskanal eingespeist werden, wie dies weiter unten detaillierter erläutert wird. Fig. 2 zeigt das Grundprinzip der Fluidführung in den Kanälen des Mikroemulgators gemäß einer zweiten Ausführungsform. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform münden die ersten Nebenströmkanäle 2 im Wesentlichen senkrecht in den Haupt- Strömungskanal 1, wobei die Fluide an den Mischstellen 4 verwirbelt werden. Da bei der hier verdeutlichten Ausführungsform die Gruppe der zweiten Nebenströmkanäle als solche nicht vorgesehen ist, wird die zweite Stoffkomponente unmittelbar über den Hauptströmungskanal 1 zugeführt. Zusätzlich ist eine Gruppe von Abflusskanälen 5 angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht vom Hauptströmungskanal 1 ausgehen. Durch die Abflusskanäle 5 wird zumindest ein Teil des erzeugten Fluidgemisches aus dem Hauptströmungskanal 1 abgezweigt. Da die Abzweigung dieses Teilstromes wiederum quer zur Strö- mungsrichtung im Hauptströmungskanal 1 erfolgt, entstehen auch im Bereich der Abzweigung der Abflusskanäle 5 weitere Mischstellen 4, an denen eine zusätzliche Verwirbelung des Fluidgemisches erfolgt. In gleicher Weise wie bei den Nebenströmkanälen 2 können die Abflusskanäle 5 in unterschiedli- chen Ebenen vom Hauptströmungskanal 1 abgehen, was durch den gestrichelten Pfeil verdeutlicht wird.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung eines mit Hilfe von mikrostrukturierten Platten aufgebauten Mikroemulgators, bei welchem das Strömungsprinzip gemäß Fig. 1 realisiert ist. Der dargestellte Mikroemulgator besteht aus einer Deckelplatte 6, einer Zwischenplatte 7 und einer Bodenplatte 8. Beim Zusammenbau des Mikroemulgators werden die Platten 6, 7, 8 übereinander geschichtet, wie dies durch die gestrichelten Linien und die daran angebrachten Pfeile symbolisiert ist. in den Platten sind durch herkömmliche mikrotechnische Verfahren einzelne MikroStrukturen ausgebildet, so dass nach dem Zusammenbau der Platten Hohlräume entstehen, die die einzelnen Kanäle bilden. Die Verbindung der Platten erfolgt beispielsweise durch Bonden oder durch Kleben. Zur Volumenvergrößerung der einzelnen Kanäle sind die Strukturen auf der Oberseite der Zwischenplatte 7 und der Unterseite der Deckelplatte 6 im Wesentlichen deckungssymmetrisch hergestellt, wobei bei anderen Ausführungsformen die Struktur auch nur in einer der beiden Platten erzeugt werden kann, während die andere Platte lediglich einen planen Deckel zum Verschluss der strukturierten Kanäle bildet.
Bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der Hauptströmungskanal 1 jeweils in Längsrichtung der Deckelplatte und der Zwischenplatte. Ein erstes Fluid wird über einen ersten Versorgungskanal 9 in den Mikroemulgator eingespeist und von diesem ausgehend an mehrere erste Nebenströmkanäle 2 verteilt. Über die Vielzahl der ersten Nebenströmkanäle 2 wird das erste Fluid in den Hauptströmungskanal 1 eingepumpt, wobei der dem ersten Fluid entgegengesetzte Strömungswiderstand aufgrund der großen Anzahl der ersten Nebenströmkanäle 2 relativ klein gehalten werden kann, obwohl der Strömungsquerschnitt der einzelnen Nebenströmkanäle kleiner ist als der des Hauptströmungskanals 1.
Ein zweites Fluid wird über einen zweiten Versorgungskanal 10 in den Mikroemulgator gepumpt. Der zweite Versorgungskanal 10 verläuft im dargestellten Beispiel zuerst in der Bodenplatte 8 und gelangt dann über eine Durchbruch in der Zwischenplatte 7 in die Fortsetzung des zweiten Versorgungskanals 10 in einer Mikrostruktur der Zwischenplatte 7. Der zweite Versor- gungskanal 10 speist seinerseits eine Gruppe aus mehreren zweiten Nebenströmkanälen 3, über welche das zweite Fluid in den Hauptströmungskanal 1 geführt wird. Ein Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass die dem ersten und dem zweiten Fluid entgegengesetzten Strömungswiderstände im Wesentlichen identisch sind. Das im Hauptströmungskanal 1 erzeugte Fluidgemisch wird an einem Ausgang 11 abgegeben.
Fig. 4 zeigt eine vereinfachte perspektivische Explosionsdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Mikroemulgators, bei welcher die Kanalprinzipien gemäß den Fig.n 1 und 2 kombiniert wurden. Das erste Fluid wird wiederum über den ersten Versorgungskanal 9 zugeführt. Gleichzeitig erfolgt die Zuführung des zweiten Fluids über den zweiten Versorgungskanal 10, wie dies durch den eingezeichneten Pfeil verdeutlicht ist. Am Anfang des Hauptströmungskanals 1 besitzt dieser einen Perforationsbereich 12, über welchen das zweite Fluid in den Hauptströmungskanal eindringt. Es sind sowohl Neben- Strömkanäle als auch Abflusskanäle vorgesehen, die jeweils mit dem Hauptströmungskanal in Verbindung stehen. Zur besseren Vermischung sind außerdem im Hauptströmungskanal 1 mehrere Schikanen 13 angeordnet, die den Hauptströmungskanal in mehrere Abschnitte unterteilen. Die in Fig. 4 eingezeich- neten Pfeile verdeutlichen den sich ergebenden Verlauf der Fluide bzw. des Fluidgemisches. Im oberen Abschnitt strömen die Fluide über Nebenströmkanäle in den Hauptströmungskanal ein. Daran schließt sich ein Abschnitt an, in welchem aufgrund der dynamischen Druckverhältnisse das Fluidgemisch über Abflusskanäle ausströmt, um daraufhin in dem folgenden Abschnitt über weitere Nebenströmkanäle erneut in den Hauptströmungskanal zu gelangen. Diese Kaskade könnte bei abgewandelten Ausführungsformen noch fortgesetzt werden, um eine weitere Verwirbelung zu erreichen. Die Abgabe des erzeugten Gemisches erfolgt wiederum am Ausgang 11.
Eine abgewandelte Ausführungsform des Mikroemulgators ist in einer vereinfachten perspektivischen Explosionsansicht in Fig. 5 gezeigt. Diese Ausführungsform arbeitet nach dem Strömungsprinzip, welches in Fig. 2 dargestellt wurde. Die Zuführung des ersten Fluids erfolgt über den ersten Versorgungskanal 9. Das zweite Fluid wird über den zweiten Versorgungska- nal 10 in den Mikroemulgator eingeführt. Am Anfang der Mischbzw. Emulgierstrecke ist ein parallelisiertes Kanalsystem 14 angeordnet, um die zu mischenden Fluidströme in den Hauptströmungskanal 1 einzubringen. Der Hauptströmungskanal 1 ist bei dieser Ausführungsform in mehreren Mäandern durch die Zwischenplatte 7 bzw. die Deckelplatte 6 geführt. An jedem quer zur Längserstreckung der Platten verlaufenden Abschnitt des Hauptströmungskanals 1 werden die ersten Nebenströmkanäle 2 und die zweiten Nebenströmkanäle 3 in den Hauptströmungskanal eingekoppelt. Gleichzeitig werden auf der gegenüberlie- genden Seite des entsprechenden Hauptströmungskanalabschnitts über die Abflusskanäle 5 Teilströme des Gemisches ausgekoppelt. Die Abflusskanäle werden bei dieser Ausführungsform an dem nächsten parallel verlaufenden Hauptströmungskanalab- schnitt (stromabwärts) wieder als Nebenströmkanäle in den Hauptströmungskanal 1 eingeführt. Auf diese Weise kommt es zu einer mehrfachen Vermischung, wodurch die Mischeffizienz gesteigert wird. Der Einfachheit halber sind die Mischabschnitte im mittleren Bereich der Zwischen- und Deckelplatte nicht eingezeichnet. Am Ausgang 11 wird das hergestellte Fluidgemisch abgegeben.
Zur besseren Verdeutlichung der Anordnung der Nebenströmkanäle und des Zusammenwirkens mit den Abflusskanälen zeigt Fig. 6 eine Prinzipdarstellung der Anordnung der einzelnen Kanalabschnitte, wie sie bei einem Mikroemulgator gemäß Fig. 5 genutzt wird. Es ist zu erkennen, dass anfangs über die ersten Nebenströmkanäle 2 und die zweiten Nebenströmkanäle 3 die Ausgangssubstanzen in den Hauptströmungskanal 1 einge- speist werden. Die einzelnen Nebenströmkanäle 2, 3 werden in unterschiedlichen Ebenen geführt, so dass sie in verschiedenen Höhen in den HauptStrömungskanal 1 münden. Um die in Längsrichtung des Hauptströmungskanals verlaufende Strömung des Fluidgemisches zu gewährleisten, sind die quer verlaufenden Abschnitte jeweils über Verbindungskanäle 15 miteinander verbunden, so dass das in Fig. 5 dargestellte Mäandermuster entsteht.
Auf der den Nebenströmkanälen 2, 3 gegenüberliegenden Seite des Hauptströmungskanals zweigen mehrere Abflusskanäle 5 ab. Die Abflusskanäle sind vorzugsweise so gestaltet, dass die gesamte Höhe des Hauptströmungskanals für die Abzweigung ausgenutzt wird. Im weiteren verengen sich die Querschnitte der Abflusskanäle 5 jedoch, so dass sie beispielsweise mit dem üblichen Querschnitt eines Nebenströmkanals erneut in den gegenüberliegenden Abschnitt des Hauptströmungskanals in diesen einmünden. Zur besseren Verteilung der Verwirbelungs- stellen erfolgt diese Einmündung wiederum in unterschiedli- chen Ebenen. Entlang der gesamten Erstreckung des Hauptströmungskanals sind damit zahlreiche Mischstellen vorhanden, an denen eine Verwirblung der einzelnen Strömungsanteile erfolgt. Obwohl prinzipiell zunächst zwischen den einzelnen Strömungsteilen Grenzschichten entstehen können, die die Vermischung begünstigen, wie dies vom Stand der Technik bekannt ist, werden diese Schichtungen aber durch die Mikro- turbulenzen sofort aufgebrochen und die einzelnen Strömungsteile in ungeordneter (chaotischer) Form im Hauptstrom verteilt, wodurch der Mischeffekt deutlich gegenüber dem reinen Schichtungsprinzip gesteigert werden kann.
Fig. 7 zeigt schematisch die Entstehung der möglichen Schichtungen im Fluidgemisch und die Anzahl der entstehenden Grenz- flächen. Das in Fig. 7 dargestellte Schema entspricht den Mischungsverhältnissen, wie sie bei einem Aufbau entsprechend Fig. 5 im Hauptströmungskanal bzw. in den Abfluss- /Nebenströmkanälen entstehen. Nach der Einspeisung der beiden unterschiedlichen Fluide über den ersten Nebenströmkanal 2 und den zweiten Nebenströmkanal 3 liegt im Hauptströmungskanal 1 an der Position A ein Gemisch vor, dass eine Grenzschicht aufweisen könnte. Dieses Gemisch wird teilweise in die Abflusskanäle 5 geleitet und gelangt von dort erneut in den Hauptströmungskanal 1. An der Position B könnten daher bereits 3 flächige Grenzflächen im Fluidgemisch ausgebildet sein. In der nächsten Stufe werden wieder Teile dieses Gemisches über weitere Abflusskanäle 5 abgeleitet und anschließend dem Hauptströmungskanal 1 erneut zugeführt. Damit liegt an der Position C bereits ein Fluidgemisch mit theoretisch sieben Grenzflächen vor. In entsprechender Weise kann die Vermischung in nachfolgenden Stufen fortgesetzt werden. Die flächige Vermischung wird jedoch unterbrochen durch die Verwirbelung, die an jeder Einmündung bzw. Abzweigung von Nebenströmkanälen bzw. Abflusskanälen entsteht.
Weitere Abwandlungen können vorgenommen werden, wobei erfindungsgemäß darauf zu achten ist, dass die Nebenströmkanäle im Wesentlichen senkrecht in den Hauptströmungskanal eingeführt werden, um die gewünschten Verwirbelungsstellen auszubilden. Wie bereits einleitend erwähnt wurde, können die mikrostrukturierten Platten aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, die sich generell für den Einsatz in der Mikrosystem- technik eignen. Bezugszeicheniis θ
1 Hauptströmungskanal
2 erste Nebenströmkanäle 3 zweite Nebenströmkanäle
4 Verwirbelung/Mischstellen
5 Abflusskanäle
6 Deckelplatte
7 Zwischenplatte 8 Bodenplatte
9 erster Versorgungskanal
10 zweiter Versorgungskanal
11 Ausgang
12 Perforation 13 Schikanen
14 parallelisiertes Kanalsystem
15 Verbindungskanäle

Claims

Patentansprüche
1. Mikroemulgator, insbesondere für großen Massendurchsatz von zu vermischenden Fluiden, bestehend aus mehreren über- einander angeordneten mikrostrukturierten Platten (6, 7, 8) mit zumindest zwei zueinander im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Strömungskanälen zur Führung der Fluide, die an zumindest einer Mischstelle aufeinander treffen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptströmungskanal (1) vorgesehen ist, an dessen Ausgang (11) das in ihm erzeugte Fluidgemisch abgegeben wird, und dass mehrere Nebenströmkanäle (2, 3) zur Ausbildung mehrerer im Hauptströmungskanal liegender Mischstellen (4) im Wesentlichen senkrecht in den Hauptströmungskanal (1) münden, wobei über die Einspeisung von Fluid über die Nebenströmkanäle (2, 3) in den Hauptströmungskanal im Bereich der Mischstellen (4) eine Verwirbelung der Fluide erzeugt wird.
2. Mikroemulgator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptströmungskanal (1) in Längsrichtung der mikrostrukturierten Platten verläuft, wobei an dessen Eingang ein erstes Fluid eingespeist wird, und dass die Nebenströmkanäle (3) mit einem zweiten Fluid gespeist werden und direkt in den HauptStrömungskanal (1) münden.
3. Mikroemulgator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptströmungskanal (1) in Längsrichtung der mikrostrukturierten Platten verläuft, und dass ein erstes Fluid über eine Gruppe von ersten Nebenströmkanälen (2) und ein zweites Fluid über eine Gruppe von zweiten Nebenströmkanälen (3) in den Hauptströmungskanal (1) eingespeist werden.
4. Mikroemulgator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptströmungskanal (1) in mehreren Mäandern in den mikrostrukturierten Platten (6, 7) verläuft.
5. Mikroemulgator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Nebenströmkanälen (2, 3) in unterschiedlichen Ebenen in den Hauptströmungskanal (1) münden.
6. Mikroemulgator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nebenströmkanäle (2, 3) durch gemeinsame Versorgungskanäle (9, 10) gespeist werden, die in Längsrichtung der mikrostrukturierten Platten (6, 7, 8) verlaufen.
7. Mikroemulgator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mehrere Abflusskanäle (5) senkrecht vom Hauptströmungskanal ausgehen, um weitere Verwirbelungen (4) am Eingang der Abflusskanäle im Haupt- Strömungskanal (1) zu erzeugen und einen Teil des erzeugten Fluidgemisches aus dem Hauptströmungskanal (1) abzuzweigen.
8. Mikroemulgator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Abflusskanäle (5) an einer stromabwärts gerichteten Position wieder in den Hauptströmungskanal (1) als Nebenströmkanäle eingespeist werden.
9. Mikroemulgator nach Anspruch 8, soweit dieser auf Anspruch 4 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abfluss-/Nebenströmkanäle zwischen parallel verlaufenden Abschnitten des Hauptströmungskanals (1) erstrecken, wobei sich der Querschnitt jedes einzelnen Abfluss-/Nebenström- kanals in Strömungsrichtung etwa um die Hälfte verringert.
10. Mikroemulgator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Nebenströmka- näle (2, 3) und der Abflusskanäle (5) deutlich kleiner als der Querschnitt des Hauptströmungskanals (1) sind.
11. Mikroemulgator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptströmungskanal (1) zusätzliche Schikanen (13) eingebracht sind, die eine weitere Verwirbelung des Fluidgemisches bewirken und/oder den HauptStrömungskanal (1) in mehrere Abschnitte unterteilen.
12. Mikroemulgator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Bodenplatte (8), einer Zwischenplatte (7) und einer Deckelplatte (6) besteht, in welche MikroStrukturen eingebracht sind und die miteinander dicht verbunden sind.
13. Mikroemulgator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierten Platten (6, 7, 8) untereinander gebondet oder verklebt sind.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005058477A1 (en) * 2003-12-16 2005-06-30 Unilever Plc Microfluidic device
WO2019185646A3 (en) * 2018-03-27 2019-11-07 Biome Bioplastics Limited Process for oxidising a substrate
US11185830B2 (en) 2017-09-06 2021-11-30 Waters Technologies Corporation Fluid mixer
US11555805B2 (en) 2019-08-12 2023-01-17 Waters Technologies Corporation Mixer for chromatography system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19757224A1 (de) * 1997-12-22 1999-07-01 Bayer Ag Verfahren und Vorrichtung zur in-situ-Formulierung einer Arzneistofflösung zur parenteralen Applikation
US5921678A (en) * 1997-02-05 1999-07-13 California Institute Of Technology Microfluidic sub-millisecond mixers
US6136272A (en) * 1997-09-26 2000-10-24 University Of Washington Device for rapidly joining and splitting fluid layers
US6171865B1 (en) * 1996-03-29 2001-01-09 University Of Washington Simultaneous analyte determination and reference balancing in reference T-sensor devices
DE19949551A1 (de) * 1999-10-14 2001-05-03 Agilent Technologies Inc Mikrofluidischer Mikrochip mit integrierter Stoffinjektion

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3926466C2 (de) * 1989-08-10 1996-12-19 Christoph Dipl Ing Caesar Mikroreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen von zwei chemischen Stoffen mit starker Wärmetönung
DE4416343C2 (de) * 1994-05-09 1996-10-17 Karlsruhe Forschzent Statischer Mikro-Vermischer
DE19511603A1 (de) * 1995-03-30 1996-10-02 Norbert Dr Ing Schwesinger Vorrichtung zum Mischen kleiner Flüssigkeitsmengen
DE19536856C2 (de) * 1995-10-03 1997-08-21 Danfoss As Mikromischer und Mischverfahren
DE19746583A1 (de) * 1997-10-22 1999-04-29 Merck Patent Gmbh Mikromischer
JP3012608B1 (ja) * 1998-09-17 2000-02-28 農林水産省食品総合研究所長 マイクロチャネル装置及び同装置を用いたエマルションの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6171865B1 (en) * 1996-03-29 2001-01-09 University Of Washington Simultaneous analyte determination and reference balancing in reference T-sensor devices
US5921678A (en) * 1997-02-05 1999-07-13 California Institute Of Technology Microfluidic sub-millisecond mixers
US6136272A (en) * 1997-09-26 2000-10-24 University Of Washington Device for rapidly joining and splitting fluid layers
DE19757224A1 (de) * 1997-12-22 1999-07-01 Bayer Ag Verfahren und Vorrichtung zur in-situ-Formulierung einer Arzneistofflösung zur parenteralen Applikation
DE19949551A1 (de) * 1999-10-14 2001-05-03 Agilent Technologies Inc Mikrofluidischer Mikrochip mit integrierter Stoffinjektion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SIBYLLE D MÜLLER; IVO F SBALZARINI; JENS H WALTHER; PETROS D KOUMOUTSAKOS: "Evolution strategies for the optimization of microdevices", PROCEEDINGS OF THE CONGRESS ON EVOLUTIONARY COMPUTATION (CEC 2001), vol. 1, 27 May 2001 (2001-05-27), pages 302 - 309, XP001149801 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005058477A1 (en) * 2003-12-16 2005-06-30 Unilever Plc Microfluidic device
US11185830B2 (en) 2017-09-06 2021-11-30 Waters Technologies Corporation Fluid mixer
WO2019185646A3 (en) * 2018-03-27 2019-11-07 Biome Bioplastics Limited Process for oxidising a substrate
US11555805B2 (en) 2019-08-12 2023-01-17 Waters Technologies Corporation Mixer for chromatography system

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