[发明专利]扭旋流微流体混合器及模块

说明书

背景

本申请根据35USC§119要求2011年5月31日提交的美国临时申请序列号61/491506的优先权权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。

领域

本公开涉及在连续流反应器中用于混合的混合器和流体模块，其包括具有横截面尺寸在毫米以下到大约20毫米范围的流体通道的这些混合器或混合器模块，并且涉及或被设计用于引起贯穿其中流动的流体的轴向捻度流的混合器和流体模块。

用于微流体器件的普通形式是基板内或基板之间形成微流体通道的基板的层叠件。图1-4中示出了一些所选择类型的层叠件。图1是形成流体模块10的基板的层叠件的正视图。在图1中，该流体模块10由五个相对较厚壁的基板或壁结构92组成，这些基板或壁结构被层叠在六个相对较薄的板基板或底板结构94之间。壁基板92定义了微流体模块内的流体通路，而该板基板提供支撑并且也可选地形成由壁基板92横向限定的流体通路的底板和顶板。板和壁基板可以分开形成，然后诸如通过压缩或其它手段被永久地层叠和密封或熔接在一起，或暂时封接。诸如以用于制成被受让给本受让人的美国专利号7007709中示出并公开的微型反应器和微流体模块的方法和过程，该壁基板或壁结构92也可以被直接形成或构造在板基板94上。如其中大体上描述的，该壁基板或壁结构92可以被形成在板基板94的一侧或两侧上。在图1的模块10的情形中，得到的模块10包括五个层51、52、53、54、55，流体通路可以在其中并且可以按照期望被限定。

用于形成壁基板或壁结构92和板基板94的替换的过程是许多实际上包括适合于可以选择的材料的任何类型的机加工或其它形成方法（塑模、铸型、冲压）。可用于形成壁结构92和板基板94的材料同样有许多，根据适当考虑化学和过程兼容性的所期望用途，材料范围从诸如玻璃和陶瓷的高化学耐受材料，到诸如金属和一些陶瓷的高导热材料，到诸如塑料材料的低成本材料。如可以适用于预期用途，封接可以通过熔融、用玻璃料的密封或铜焊剂封接、扩散粘结、化学焊等等来形成。

也可以用成形或机加工等等制成成形的基板96，其在一块中包括壁结构92和底板结构94两者。这样成形的基板96可以仅在一侧上包括壁结构92，并且可以被封接到板基板盖板98和/或另一个成形的基板96，如图3中所示，或者可以在两侧上包括壁结构92，诸如在图4中中央成形的基板96在两面上都被密封到仅在一侧上具有壁结构92的成形的基板96的情况。

这种分层结构和分层制造技术在得到的流体模块10内的流体通道的选择和布局上提供良好的灵活性。理想的是，这种模块具有流体通道设置，其在层叠结构内容易形成并且利用高比例的模块的可使用体积，而在使压力降最小化的同时允许非常好的混合。

在高导热率材料被用于形成流体模块10的情况下，同样理想的是使模块内的流体的有效热阻最小化，从而成功地利用高导热率壁的益处。

本申请公开的具有这样的流体路径设计的新的混合器件，其能够提供低的压力降和高的混合质量，在层叠结构流体模块内具容易制造，并且也能够有助于使该模块内流动的流体的有效热阻最小。

发明内容

根据本发明的一方面，一种多层微流体模块包含混合器，混合器沿着内部流体路径顺次包括：第一流体通道，沿着第一方向位于模块的第一层内，第一层具有下边界；至少一个附加流体通道，其沿着附加方向位于模块的第一层内；第一注入通路，从模块的第一层的下边界中的第一注入通路入口延伸穿过该模块的第二层、到达第一注入通路出口，该第一注入通路入口通过第一层的下边界分开地流体连接到第一流体通道和附加流体通道或者经由第一层内的歧管流体连接到第一流体通道和附加流体通道；以及第二流体通道，其位于该模块的第三层内，该第三层具有上边界，该第二流体通道具有宽度W₂₆；其中第一方向和附加方向是非共线的，并且其中第一注入通路出口在宽度W₂₆的方向上对中在第二流体通道内，并且具有沿着第二流体通道的长度L₂₄和在宽度W₂₆方向上的宽度W₂₄，并且其中宽度W₂₄比宽度W₂₆窄，并且其中该第一注入通路出口的长宽比L₂₄/W₂₄大于1：1，理想地是2：1或更多。根据本公开该方面的结构顺次地沿着不位于相同平面的流体通道的各部分引起轴向循环，以便以彼此间的角度、理想地直角顺次地形成涡流，使得接触流体之间的得到的界面面积进一步增加。同时，在流体通路内轴向产生许多涡流，使得良好混合热交换，而不存在压降高的缺点。