扭旋流微流體混合器及模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種多層微流模塊（10），其包括微混合器（12），微混合器（12）以沿著內(nèi)部流體路徑（14）順次包括：第一流體通道（16），沿著第一方向（15）位于模塊（10）的第一層（51）內(nèi)，第一層具有下邊界（21）；至少一個(gè)附加流體通道（17），沿著附加方向（19）位于模塊（10）的第一層（51）內(nèi)；第一注入通路（20），從模塊（10）的第一層（51）的下邊界（21）內(nèi)的第一注入通路入口（22）延伸、穿過(guò)模塊（10）的第二層（52）、到達(dá)第一注入通路出口（24），第一注入通路入口（22）通過(guò)第一層（51）的下邊界（21）分開(kāi)地液體連接到第一流體通道（16）和附加流體通道（17）或經(jīng)由第一層（51）內(nèi)的歧管（25）液體連接到第一流體通道（16）和附加流體通道（17）；以及第二流體通道（26），位于模塊（10）的第三層（53）內(nèi)，第三層（53）具有上邊界（30），第二流體通道具有寬度W26；其中第一方向（15）和附加方向（19）是非共線的，并且其中第一注入通路出口（14）在寬度W26的方向上對(duì)中在第二流體通道（26）內(nèi)，并且具有沿著第二流體通道（26）的長(zhǎng)度L24和在寬度W26方向上的寬度W24，并且其中寬度W24比寬度W26窄，并且其中第一注入通路出口（24）長(zhǎng)寬比L24/W24大于1：1。
【專(zhuān)利說(shuō)明】扭旋流微流體混合器及模塊
[0001]背景
[0002]本申請(qǐng)根據(jù)35USC§ 119要求2011年5月31日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/491506的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容以參見(jiàn)的方式納入本文。
[0003]領(lǐng)域
[0004]本公開(kāi)涉及在連續(xù)流反應(yīng)器中用于混合的混合器和流體模塊，其包括具有橫截面尺寸在毫米以下到大約20毫米范圍的流體通道的這些混合器或混合器模塊，并且涉及或被設(shè)計(jì)用于引起貫穿其中流動(dòng)的流體的軸向捻度流的混合器和流體模塊。
[0005]用于微流體器件的普通形式是基板內(nèi)或基板之間形成微流體通道的基板的層疊件。圖1-4中示出了一些所選擇類(lèi)型的層疊件。圖1是形成流體模塊10的基板的層疊件的正視圖。在圖1中，該流體模塊10由五個(gè)相對(duì)較厚壁的基板或壁結(jié)構(gòu)92組成，這些基板或壁結(jié)構(gòu)被層疊在六個(gè)相對(duì)較薄的板基板或底板結(jié)構(gòu)94之間。壁基板92定義了微流體模塊內(nèi)的流體通路，而該板基板提供支撐并且也可選地形成由壁基板92橫向限定的流體通路的底板和頂板。板和壁基板可以分開(kāi)形成，然后諸如通過(guò)壓縮或其它手段被永久地層疊和密封或熔接在一起，或暫時(shí)封接。諸如以用于制成被受讓給本受讓人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7007709中示出并公開(kāi)的微型反應(yīng)器和微流體模塊的方法和過(guò)程，該壁基板或壁結(jié)構(gòu)92也可以被直接形成或構(gòu)造在板基板94上。如其中大體上描述的，該壁基板或壁結(jié)構(gòu)92可以被形成在板基板94的一側(cè)或兩側(cè)上。在圖1的模塊10的情形中，得到的模塊10包括五個(gè)層51、52、53、54、55，流體通路可以在其中并且可以按照期望被限定。
[0006]用于形成壁基板或壁結(jié)構(gòu)92和板基板94的替換的過(guò)程是許多實(shí)際上包括適合于可以選擇的材料的任何類(lèi)型的機(jī)加工或其它形成方法(塑模、鑄型、沖壓)?？捎糜谛纬杀诮Y(jié)構(gòu)92和板基板94的材料同樣有許多，根據(jù)適當(dāng)考慮化學(xué)和過(guò)程兼容性的所期望用途，材料范圍從諸如玻璃和陶瓷的高化學(xué)耐受材料，到諸如金屬和一些陶瓷的高導(dǎo)熱材料，到諸如塑料材料的低成本材料。如可以`適用于預(yù)期用途，封接可以通過(guò)熔融、用玻璃料的密封或銅焊劑封接、擴(kuò)散粘結(jié)、化學(xué)焊等等來(lái)形成。
[0007]也可以用成形或機(jī)加工等等制成成形的基板96，其在一塊中包括壁結(jié)構(gòu)92和底板結(jié)構(gòu)94兩者。這樣成形的基板96可以?xún)H在一側(cè)上包括壁結(jié)構(gòu)92，并且可以被封接到板基板蓋板98和/或另一個(gè)成形的基板96，如圖3中所示，或者可以在兩側(cè)上包括壁結(jié)構(gòu)92，諸如在圖4中中央成形的基板96在兩面上都被密封到僅在一側(cè)上具有壁結(jié)構(gòu)92的成形的基板96的情況。
[0008]這種分層結(jié)構(gòu)和分層制造技術(shù)在得到的流體模塊10內(nèi)的流體通道的選擇和布局上提供良好的靈活性。理想的是，這種模塊具有流體通道設(shè)置，其在層疊結(jié)構(gòu)內(nèi)容易形成并且利用高比例的模塊的可使用體積，而在使壓力降最小化的同時(shí)允許非常好的混合。
[0009]在高導(dǎo)熱率材料被用于形成流體模塊10的情況下，同樣理想的是使模塊內(nèi)的流體的有效熱阻最小化，從而成功地利用高導(dǎo)熱率壁的益處。
[0010]本申請(qǐng)公開(kāi)的具有這樣的流體路徑設(shè)計(jì)的新的混合器件，其能夠提供低的壓力降和高的混合質(zhì)量，在層疊結(jié)構(gòu)流體模塊內(nèi)具容易制造，并且也能夠有助于使該模塊內(nèi)流動(dòng)的流體的有效熱阻最小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種多層微流體模塊包含混合器，混合器沿著內(nèi)部流體路徑順次包括:第一流體通道，沿著第一方向位于模塊的第一層內(nèi)，第一層具有下邊界；至少一個(gè)附加流體通道，其沿著附加方向位于模塊的第一層內(nèi)；第一注入通路，從模塊的第一層的下邊界中的第一注入通路入口延伸穿過(guò)該模塊的第二層、到達(dá)第一注入通路出口，該第一注入通路入口通過(guò)第一層的下邊界分開(kāi)地流體連接到第一流體通道和附加流體通道或者經(jīng)由第一層內(nèi)的歧管流體連接到第一流體通道和附加流體通道；以及第二流體通道，其位于該模塊的第三層內(nèi)，該第三層具有上邊界，該第二流體通道具有寬度W26;其中第一方向和附加方向是非共線的，并且其中第一注入通路出口在寬度W26的方向上對(duì)中在第二流體通道內(nèi)，并且具有沿著第二流體通道的長(zhǎng)度L24和在寬度W26方向上的寬度W24,并且其中寬度W24比寬度W26窄，并且其中該第一注入通路出口的長(zhǎng)寬比L24/W24大于1:1，理想地是
2:1或更多。根據(jù)本公開(kāi)該方面的結(jié)構(gòu)順次地沿著不位于相同平面的流體通道的各部分引起軸向循環(huán)，以便以彼此間的角度、理想地直角順次地形成渦流，使得接觸流體之間的得到的界面面積進(jìn)一步增加。同時(shí)，在流體通路內(nèi)軸向產(chǎn)生許多渦流，使得良好混合熱交換，而不存在壓降高的缺點(diǎn)。
[0012]將在以下詳細(xì)描述中闡述附加特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)在某種程度上對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)根據(jù)該描述將是顯而易見(jiàn)的，或者通過(guò)實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)以及附圖的本文所述的實(shí)施例可認(rèn)識(shí)到。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上一般描述和以下詳細(xì)描述兩者都只是示例性的，并且它們旨在提供用于理解所要求保護(hù)主題的本質(zhì)和特性的概觀或框架。包括附圖以提供進(jìn)一步理解，附圖包含在該說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成該說(shuō)明書(shū)的一部分。這些附圖示出一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，且與說(shuō)明書(shū)一起來(lái)解釋各實(shí)施例的原理和操作。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是由層疊結(jié)構(gòu)形成的流體模塊的正視圖；
[0014]圖2是由替代類(lèi)型的層疊結(jié)構(gòu)形成的流體模塊的正視圖；
[0015]圖3是由又一種替代類(lèi)型的層疊結(jié)構(gòu)形成的流體模塊的正視圖；
[0016]圖4是根據(jù)本公開(kāi)的一方面的流體模塊10內(nèi)的流體通道的三維立體圖；
[0017]圖5是沿著圖4的流體通道的Z軸觀察的圖解橫截面；
[0018]圖6是沿著圖4的液體通道的Y軸觀察的布局剖面示意圖；
[0019]圖7是從類(lèi)似于圖4的角度的來(lái)自圖4的流體通路的流體模擬的流體線路的計(jì)算機(jī)生成三維立體圖；
[0020]圖8是沿著Z軸觀察的圖7的流動(dòng)線路的計(jì)算機(jī)生成的三維圖的視圖；
[0021]圖9是沿著Y軸觀察的圖7的流動(dòng)線路的計(jì)算機(jī)生成的三維圖的視圖；
[0022]圖10是類(lèi)似于圖6但是是本公開(kāi)的替換實(shí)施例的部分橫截面圖示；
[0023]圖11是沿著Z軸觀察的圖4的流動(dòng)通路的圖示；
[0024]圖12是與圖11相同但是示出本公開(kāi)的另一個(gè)替換實(shí)施例的圖示立體圖；
[0025]圖13是與圖11和12相同但是示出本公開(kāi)的另一個(gè)替換實(shí)施例的圖示立體圖；[0026]圖14是與圖11-13相同但是示出本公開(kāi)的另一個(gè)替換實(shí)施例的圖示立體圖；
[0027]圖15是根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面的在流體模塊10內(nèi)流體通路的三維立體圖；
[0028]圖16是根據(jù)本公開(kāi)的又一個(gè)方面的在流體模塊10內(nèi)平行流體通路的三維立體圖；以及
[0029]圖17是根據(jù)本公開(kāi)的又一個(gè)方面的在流體模塊10內(nèi)的平行流體通路和熱控制流體通路的三維立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]將詳細(xì)參照本發(fā)明的各實(shí)施例，在附圖中示出了這些實(shí)施例的示例。只要有可能，在所有附圖中都用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或類(lèi)似的部件。
[0031]圖4是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的流體模塊10內(nèi)部的流體通路的三維立體圖。以三維陰影表示附圖中的流體通路或流體通路元件16、17、20、26。該流體通路形成混合器或“微混合器” 12，其是流體模塊10的一部分或被容納在流體模塊10內(nèi)。
[0032]如圖1中可以看出，該模塊10采取具有層51、52、和53的多層微流體模塊的形式，層51、52、和53中容納該微混合器12。該微混合器沿著內(nèi)部流體路徑(為了參考標(biāo)記為14)順次包括各種元件。按順序前兩個(gè)是第一流體通道16和附加流體通道17。該流體通道16沿著第一方向15位于該模塊10的第一層51內(nèi)。至少存在一個(gè)(并且在這個(gè)實(shí)施例中只有一個(gè))的附加流體通道17也位于模塊10的第一層51內(nèi)，但沿附加方向19。
[0033]第一注入通路20從在模塊10的第一層51的下邊界21處的第一注入通路入口 22延伸、穿過(guò)該模塊10的第二層52、到達(dá)第一注入通路出口 24。第一注入通路入口 22經(jīng)由第一層51內(nèi)的歧管25被流體連接到第一流體通道16以及附加的流體通道17。在下文中將參考圖13和14進(jìn)一步討論的替換實(shí)施例中，第一注入通路入口 22可以通過(guò)第一層51的下邊界21的直接連接分別被流體連接到第一流體通道16和附加的流體通道17。
[0034]圖4的模塊10還具有第二流體通道26，其位于模塊10的第三層53內(nèi)，該第二流體通道26的寬度由參考符號(hào)W26標(biāo)示。
[0035]第一流體通道16和附加流體通道17沿著第一方向15和附加方向19在第一層51內(nèi)接近彼此，第一方向15和附加的方向19可以是非共線的，并且能夠(如本實(shí)施例中)首先接入第一層51內(nèi)的歧管25，然后在經(jīng)由入口 22退出層51。
[0036]如圖1中可以看出的，在寬度W26的方向上，第一注入通路出口 24對(duì)中在第二流體通道26內(nèi)。L24標(biāo)示在沿著第二流體通道26的方向上的出口 24的長(zhǎng)度，而W24標(biāo)示在寬度W26的方向上出口 24的寬度。根據(jù)本公開(kāi)的各實(shí)施例，該寬度W24比寬度W26窄，并且第一注入通路出口 24的長(zhǎng)寬比L24/W24大于1:1。
[0037]在圖5-9中說(shuō)明了由圖4的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一些優(yōu)點(diǎn)。
[0038]圖5是沿著Z軸觀察的圖4的流體通路示意橫截面，其示出全部在第一層51內(nèi)的第一流體通道16和替代流體通道17偏移地或非共線性地接近和進(jìn)入歧管25在歧管25內(nèi)怎樣產(chǎn)生繞Z軸的渦流60。這起到提供與繞第一軸(圖中的Z軸)渦流60預(yù)先混合或早期混合效果的作用。從該歧管25，流體流入入口 22并通過(guò)第一注入通路20。
[0039]圖6是沿著圖4的流體通路的Y軸觀察的局部示意橫截面，其示出通過(guò)出口 24流出第一注入通路20的流體在第二流體通道26內(nèi)怎樣形成兩個(gè)反轉(zhuǎn)渦流70、72。該渦流70、72的旋轉(zhuǎn)與流體沿著第二流體通道26的運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致第二流體通道26內(nèi)的“雙扭旋”流動(dòng)或“雙螺旋”流動(dòng)。如結(jié)合圖5和6看出，圖4的結(jié)構(gòu)提供了流體流動(dòng)模式，在雙流體首先接觸時(shí)，該模式具有圍繞第一軸的渦流，接著是與第一軸方向不同定向的第二軸(在這個(gè)情形中垂直于第一軸)的雙或多渦流。在沿著流體路徑14的短距離內(nèi)從Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)渦流到雙反轉(zhuǎn)Y軸渦流的快速變化導(dǎo)致在進(jìn)入歧管25的原雙流體之間的界面的復(fù)雜且廣泛伸展，保證良好混合。
[0040]如圖4和6中看出，該寬度W24比寬度W26窄有助于確保渦流70、72的形成。第一注入通路出口 24長(zhǎng)度大于寬度，也促進(jìn)渦流70、72的形成，以及允許注入通路20中的壓力降比其它情形的低。為了這些目的，理想的是，長(zhǎng)寬比L24/W24大于1:1。更加理想的是，長(zhǎng)寬比L24/W24最小2:1，甚至更加理想的至少4:1。
[0041]圖7-9是來(lái)自圖4的通路中流體的流動(dòng)模擬的流動(dòng)線的計(jì)算機(jī)生成三維立體圖；圖7是從類(lèi)似于圖4的視點(diǎn)，圖8是沿著Z軸看的視圖，而圖9是沿著Y軸看的視圖。這些圖清楚地示出圍繞歧管25中的Z軸的渦流60、和在模塊10的第三層53中的第二流體通道26中的雙反轉(zhuǎn)渦流70和72。
[0042]圖10中示出了對(duì)圖4的一個(gè)替換或附加實(shí)施例，其為類(lèi)似于圖6的部分圖示橫截面，但是差別是:附加注入通路20A在第一注入通路20相對(duì)側(cè)上通向第二流體通道26。兩個(gè)注入通路20和20A —起使得在相同通道、第二流體通道26內(nèi)形成并行的四個(gè)渦流70、72、74、76。
[0043]圖11是沿著Z軸觀察的圖4的流動(dòng)通路的示意圖，而沒(méi)有使該圖復(fù)雜的流動(dòng)線路流動(dòng)指示，并且具有以虛線示出的第二流體通道26的壁。圖12顯示了替代實(shí)施例，其中第一流體通道16和至少一個(gè)附加的流體通道17在彼此分開(kāi)的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)入兩個(gè)歧管25中，兩個(gè)歧管25各都具有第一注入通路20，使得多個(gè)第一注入通路(20)(在這個(gè)情形中是兩個(gè))每個(gè)都具有對(duì)中在第二流體通道26內(nèi)的出口 24。
[0044]因?yàn)?，根?jù)本公開(kāi)的注入通路計(jì)劃用于通過(guò)引起渦流或扭流動(dòng)來(lái)混合，而不是用于小流到較大流的注入，所以理想的是，進(jìn)入給定的第二流體通道26的出口 24的液力直徑?jīng)]有比給定的第二流體通道26本身的液力直徑小太多。換句話說(shuō)，由于應(yīng)該使壓降最小，將給定的第二流體通道26中的一個(gè)或多個(gè)出口 24的總長(zhǎng)度L24做成相對(duì)較長(zhǎng)，從而減少由第一注入通路20引起的壓降，并且理想的是使得該總長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)(與足夠的寬度W24—起)，以便注入給定第二流體通道26的一個(gè)或多個(gè)注入通路的總的液力直徑不小于給定的第二流體通路26的最大液力直徑的1/2，理想地不小于3/4。
[0045]圖13示出與圖11和12相同的示意立體圖，但是其示出本公開(kāi)的另一個(gè)替代實(shí)施例，按照該實(shí)施例，第一注入通路22流體通過(guò)第一層51的下邊界21分別連接到第一流體通道16和附加的流體通道17。在這個(gè)實(shí)施例中，沿著第一流體通道16并且進(jìn)入附加流體通道17的流體首先在第一注入通路20內(nèi)彼此接觸，由于在第一層51內(nèi)不存在歧管25，而是多個(gè)(在該情況下是3個(gè))第一流體通路16與多個(gè)(在該情況下是3個(gè))附加流體通路17交錯(cuò)，從而在第一注入通路20內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)流體界面。如圖14中所示，這能夠擴(kuò)展到大于3的數(shù)字，并且擴(kuò)展到并聯(lián)的多個(gè)第一注入通路。
[0046]圖15是根據(jù)本公開(kāi)的另一方面在流體模塊10內(nèi)部的流體通路的三維立體圖，其類(lèi)似于圖4，但具有附加層54和55并且還具有第二注入通路32，該第二注入通路32從第三層53的下邊界28中的第二注入通路入口 34垂直延伸、穿過(guò)模塊10的第四層54、到達(dá)第二注入通路出口 36。
[0047]與第二注入通路32配合的是位于模塊10的第五層55內(nèi)的第三流體通道38，其中第五層55具有頂部邊界40。類(lèi)似于如上所述的圖4，W38標(biāo)示并代表第三流體通道38的寬度，并且第二注入通路出口 36類(lèi)似地沿寬度W38的方向?qū)χ性诘诙黧w通道38內(nèi)。此外，L36標(biāo)示并代表沿著第二流體通道38的出口 36的長(zhǎng)度。如上，該寬度W36比寬度W38窄，并且第二注入通路出口 36的長(zhǎng)寬比L36/W36大于1:1，理想地是至少2:1，甚至至少4:1。如在圖15的底部可以看出，混合推動(dòng)結(jié)構(gòu)可以按照需要在各附加層內(nèi)向下重復(fù)，使第三注入通路42經(jīng)由入口 44從第二流體通路26向下延伸，等等。
[0048]如用于圖15中所示的結(jié)構(gòu)的替代實(shí)施例和應(yīng)用，如果所要求的功能不是兩個(gè)流體的初次接觸，而是單個(gè)饋送的持續(xù)混合或攪拌，那么可以從第一層51選擇性地省略至少一個(gè)附加流體通道17。在這個(gè)情形中，第一流體通道16能夠選擇性地對(duì)中在注入通路20上方。通常在這種實(shí)施例中，層狀組織的多層微流體模塊10包括微混合器12，其本身包括沿著內(nèi)部流體路徑14順次的各種元件。這些包括:第一流體通道16，其位于模塊10的第一層51內(nèi)，第一層51具有下邊界21 ;第一注入通路20,其從第一層51的下邊界21在第一注入通路入口 22處垂直延伸、穿過(guò)通過(guò)模塊10的第二層52、到達(dá)第一注入通路出口 24 ;第二流體通道26，位于該模塊10的第三層53內(nèi)，第三層53具有下邊界28和上邊界30，并且第二流體通道由W26標(biāo)示的寬度；第二注入通路32，其從第三層53的下邊界28中的第二注入通路入口 34延伸、穿過(guò)該模塊10的第四層54、到達(dá)第二注入通路出口 36 ;以及第三流體通道38，位于模塊10的第五層55內(nèi)，該第五層55具有頂部邊界40，第三流體通道38具有覽度W38。
[0049]在這個(gè)實(shí)施例中，第一注入通路出口 24沿寬度W26的方向?qū)χ性诘诙黧w通道26內(nèi)，并且具有沿著第二流體通道26的長(zhǎng)度L24和沿寬度W26的方向的寬度W24,并且寬度W24比寬度W26窄，并且第一注入通路出口 24的長(zhǎng)寬比L24/W24至少為3:2。
[0050]此外，第二注入通路出口 36沿寬度W38的方向?qū)χ性诘诙黧w通道38內(nèi)，并且具有沿著第二流體通道38的長(zhǎng)度L36和沿寬度W38方向的寬度W36。如上，該寬度W36比寬度W38窄，并且第二注入通路出口 36的長(zhǎng)寬比L36/W36至少3:2。
[0051]為了實(shí)現(xiàn)模塊10的內(nèi)部體積的有效利用，可以并聯(lián)采用如同圖15的多個(gè)混合器結(jié)構(gòu)12。圖16和17中示出用于這個(gè)類(lèi)型的模塊10的流體路徑的實(shí)例，其為按照本公開(kāi)的兩個(gè)或多個(gè)方面的流體模塊10內(nèi)部的并聯(lián)流體通路的三維立體圖。
[0052]在圖16的實(shí)施例中，該模塊10包括在模塊10內(nèi)平行定位并用于流體連接的多個(gè)第二流體通道26。只能夠直接從側(cè)面看到一個(gè)這種通道26，但是列C1-C3相應(yīng)于該器件內(nèi)平行放置的三列第二流體通道26。如從圖16的視圖可以看出，圖16的實(shí)施例也包括圖15的實(shí)施例的兩行Rl和R2，以便圖16(和17)的實(shí)施例等價(jià)于圖15實(shí)施例的2X3陣列。通過(guò)以這種方式組成模塊10，高百分比地利用層51、54、和55內(nèi)的體積?？雌饋?lái)會(huì)是容納注入通路的層中的多余空間的實(shí)際上并不多余，這是由于如圖17所示，其為熱控制流體通路T1, T2、和T3提供空間。為了最佳熱控制，這允許每個(gè)〃工作流體〃層之間有熱控制通路。
[0053]本公開(kāi)提供了沿給定流體通道內(nèi)軸向方向上建立多個(gè)同步循環(huán)。這在混合成分之間形成大界面面積，并且無(wú)需顯著增加壓降而改善了熱交換。按照根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供這樣的結(jié)構(gòu)，其引起順序沿著不位于相同平面的流體通道的區(qū)段的軸向循環(huán)，以便彼此成角度地順序形成渦流，理想的是成直角，在接觸流體之間產(chǎn)生得到的界面面積的進(jìn)一步增加。
[0054]在此披露的方法和/或裝置大體用于在微結(jié)構(gòu)內(nèi)執(zhí)行如下任何過(guò)程，包括混合、分離、萃取、結(jié)晶、沉淀或者以其它方式處理流體或流體混合物，而流體混合物包括流體的多相混合物(包括流體或包括包含固體的多相流體混合物的流體混合物)。所述處理可以包括物理處理，化學(xué)反應(yīng)，其中有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、或者有機(jī)物和無(wú)機(jī)物發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，生物化學(xué)處理，或者任意其它形式的處理?？衫盟兜姆椒ê?或裝置來(lái)執(zhí)行以下非限制列出的反應(yīng):氧化；還原；置換；消除；加成；配體交換；金屬交換；以及離子交換。更確切地說(shuō)，可利用所披露的方法和/或裝置來(lái)執(zhí)行任何以下非限制列出的反應(yīng):聚合；烷化；脫烷；硝化；磺化氧化；環(huán)氧化；氨解氧化；氫化；脫氫；有機(jī)金屬反應(yīng)；貴金屬化學(xué)/均相催化劑反應(yīng)；擬基化；硫擬基化；烷氧基化；鹵化；脫氫!鹵化；脫齒；加氫!醒化；竣化；去碳酸基；胺化；芳基化；肽耦合；醇醛縮合；環(huán)化縮合；脫氫環(huán)化；酯化；酰胺化；雜環(huán)合成；脫水；醇解；水解；氨解；醚化；酶催化合成；縮酮；皂化；腈合成；磷酸化；臭氧分解；疊氮化物；復(fù)分解；氫化硅烷化；偶聯(lián)反應(yīng)；以及`酶促反應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.一種多層微流體模塊(10)，所述多層微流體模塊(10)包括微混合器(12)，所述微混合器(12)沿著內(nèi)部流體路徑(14)順次包括: 第一流體通道(16)，所述第一流體通道(16)沿著第一方向(15)位于所述模塊(10)的第一層(51)內(nèi)，所述第一層具有下邊界(21)； 至少一個(gè)附加流體通道(17)，所述至少一個(gè)附加流體通道(17)沿著附加方向(19)位于所述模塊(10)的所述第一層(51)內(nèi)； 第一注入通路(20)，所述第一注入通路(20)從所述模塊(10)的所述第一層(51)的所述下邊界(21)中的第一注入路徑入口(22)延伸、穿過(guò)所述模塊(10)的第二層(52)、到達(dá)第一注入通路出口(24)，所述第一注入通路入口(22)通過(guò)所述第一層(51)的下邊界(21)分開(kāi)地流體連接到所述第一流體通道(16)和所述附加流體通道(17)或者經(jīng)由所述第一層(51)內(nèi)的歧管(25)流體連接到所述第一流體通道(16)和所述附加流體通道(17);以及 第二流體通道(26 )，所述第二流體通道(26 )位于所述模塊(10 )的第三層(53 )內(nèi)，所述第三層(53 )具有上邊界(30 )，并且所述第二流體通道具有寬度W26 ； 其中相應(yīng)的第一流體通道(16)和附加流體通道(17)在所述第一層(51)內(nèi)沿著所述第一方向(15)和所述附加方向(19)彼此靠近,所述第一方向(15)和所述附加方向(19)是非共線的，以及 其中所述第一注入通路出口(24)沿所述寬度W26的方向?qū)χ性谒龅诙黧w通道(26)內(nèi)，并且具有沿著所述第二流體通道(26)的長(zhǎng)度L24和沿寬度W26方向的寬度W24,其中所述寬度W24比所述寬度W26窄，并且其中所述第一注入通路出口(24)的長(zhǎng)寬比L24/W24大于1:1o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述第一注入通路出口(24)的長(zhǎng)寬比L24/W24為至少2:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體模塊，其特征在于，所述第一注入通路出口(24)的長(zhǎng)寬比L24/W24為至少4:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任何一項(xiàng)所述的微流體模塊，其特征在于，所述模塊(10)在所述模塊(10)的所述第一層(51)內(nèi)還包括多個(gè)第一流體通道(16)和多個(gè)附加流體通道(17)，并且其中所述第一注入通路(20 )通過(guò)所述第一層(51)的所述下邊界(21)分開(kāi)地流體連接到所述多個(gè)第一流體通道(16)和所述多個(gè)附加流體通道(17)或者經(jīng)由所述第一層(51)內(nèi)的歧管(25)流體連接到所述多個(gè)第一流體通道(16)和所述多個(gè)附加流體通道(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任何一項(xiàng)所述的微流體模塊，其特征在于，所述模塊(10)還包括多個(gè)第一注入通路(20)，所述多個(gè)第一注入通路(20)每個(gè)都具有沿所述寬度W26方向?qū)χ性谒龅诙黧w通道(26)內(nèi)的出口(24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的微流體模塊，其特征在于，相應(yīng)的第二流體通道26內(nèi)的全部所述出口(24)的總的液力直徑至少是在所述出口(24)的位置處的所述相應(yīng)的第二流體通道26的液力直徑的1/2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的微流體模塊，其特征在于，所述模塊(10)包括在所述模塊(10)內(nèi)平行放置并流體連接的多個(gè)第二流體通道(26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)所述的微流體模塊，其特征在于，還包括:第二注入通路(32)，所述第二注入通路(32)從所述第三層(53)的所述下邊界(28)中的第二注入通路入口(34)垂直延伸、穿過(guò)所述模塊(10)的第四層(54)、到達(dá)第二注入通路出口(36);以及第三流體通道(38)，所述第三流體通道(38)位于所述模塊(10)的第五層(55)內(nèi)，所述第五層(55)具有頂部邊界(40)，所述第三流體通道(38)具有寬度W38，其中所述第二注入通路出口(36)沿所述寬度W38方向?qū)χ性谒龅诙黧w通道(38)內(nèi)，并且具有沿著所述第二流體通道(38)的長(zhǎng)度L36和沿所述寬度W38方向的寬度W36,并且其中所述寬度W36比所述寬度W38窄，并且其中所述第二注入通路出口(36)的長(zhǎng)寬比L36/W36為至少3:2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)所述的微流體模塊，其特征在于，還包括被容納在層(52)內(nèi)的至少一個(gè)熱控制流體通路(Tl)，所述熱控制流體通道(Tl)垂直于所述熱控制流體通道(Tl)的主方向經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)第一注入通路20。
10.一種多層微流體模塊(10)，所述多層微流體模塊(10)包括微混合器(12)，所述微混合器(12)沿著內(nèi)部流體路徑(14)順次包括: 第一流體通道(16)，所述第一流體通道(16)位于所述模塊(10)的第一層(51)內(nèi)，所述第一層具有下邊界(21); 第一注入通路(20)，所述第一注入通路(20)從在所述第一層(51)的所述下邊界(21)處的第一注入通路入口( 22)垂直延伸、穿過(guò)所述模塊(10)的第二層(52)、到達(dá)第一注入通路出口(24)； 第二流體通道(26 )，所述第二流體通道(26 )位于所述模塊(10 )的第三層(53 )內(nèi)，所述第三層(53 )具有下邊界(28 )和上邊界(30 )，并且所述第二流體通道具有寬度W26 ； 第二注入通路(32)，所述第二注入通路(32)從在所述第三層(53)的所述下邊界(28)處的第二注入通路入口(34)垂 直延伸、穿過(guò)所述模塊(10)的第四層(54)、到達(dá)第二注入通路出口(36);以及 第三流體通道(38 )，所述第三流體通道(38 )位于所述模塊(10 )的第五層(55 )內(nèi)，所述第五層(55)具有頂部邊界(40)，所述第三流體通道(38)具有寬度W38 ; 其中所述第一注入通路出口(24)沿所述寬度W26的方向?qū)χ性谒龅诙黧w通道(26)內(nèi)，并且具有沿著所述第二流體通道(26)的長(zhǎng)度L24和沿寬度W26方向的寬度W24,其中所述寬度W24比所述寬度W26窄，并且其中所述第一注入通路出口(24)的長(zhǎng)寬比L24/W24為至少3:2，以及 其中所述第二注入通路出口(36)沿所述寬度W38方向?qū)χ性谒龅诙黧w通道(38)內(nèi)，并且具有沿著所述第二流體通道(38)的長(zhǎng)度L36和沿所述寬度W38方向的寬度W36,并且其中所述寬度W36比所述寬度W38窄，并且其中所述第二注入通路出口(36)的長(zhǎng)寬比L36/W36為至少3:2。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微流體模塊，其特征在于，所述模塊(10)還包括在所述模塊(10)內(nèi)平行放置并流體連接的多個(gè)第二流體通道(26)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任何一項(xiàng)所述的微流體模塊，其特征在于，還包括每個(gè)都被容納在層(52、54、56 )內(nèi)的多個(gè)熱控制流體通路(T1、T2、T3)，所述多個(gè)熱控制流體通路(T1、T2、T3)垂直于所述熱控制流體通道(1\、T2, T3)的主方向經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)第一、第二、或第三注入通路(20、32、40)。
【文檔編號(hào)】B01F5/00GK103561854SQ201280025278
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
【發(fā)明者】M·S·切弗立欽 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司