DE10250406B4

DE10250406B4 - Reaktionsvorrichtung und Mischsystem

Info

Publication number: DE10250406B4
Application number: DE10250406A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Sano; Ryo Miyake; Akira Koide; Norihide Saho; Akiomi Kono; Takeshi Harada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: US7413713B2; US20030086842A1; DE10250406A1

Abstract

Mikrostruktur-Reaktionsvorrichtung (60) für eine Reaktion zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas mit
einem ersten Zufuhrströmungskanal (1) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr einer von einer Druckerzeugungsvorrichtung (32) unter Druck gesetzten Flüssigkeit,
einem zweiten Zufuhrströmungskanal (2) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr eines von einer Druckerzeugungsvorrichtung (33) unter Druck gesetzten Gases,
einem mit einem Vereinigungsabschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals (1) und des zweiten Zufuhrströmungskanals (2) verbundenen Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zum Weiterleiten eines Zwei-Phasen Fluids aus dem Gas und der Flüssigkeit, wobei der Strömungskanalquerschnitt des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) so fein ist, dass darin das Gas/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Fluid so vorliegt, dass darin das Gas und die Flüssigkeit nacheinander abwechseln,
einem Reaktionsströmungskanal (4), der mit dem Ausgang des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) verbunden ist und einen größeren Strömungskanalquerschnitt als der Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) aufweist,
einem Flüssigkeitsauslassströmungskanal (13) zur Abgabe der Flüssigkeit aus dem Reaktionsströmungskanal (4), und
einem Gasauslassströmungskanal (6) zur Abgabe des...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikrosstruktur-Reaktionsvorrichtungen und ein Reaktionsverfahren in einer Mikrostruktur Reaktionsvorrichtung sowie eine Mikrostruktur-Mischvorrichtung und ein Mischsystem damit.
Die Druckschrift DE 1 548 912 B betrifft eine Vorrichtung zum Aufteilen strömender Medien auf einzelne aufeinanderfolgende Abschnitte, die voneinander durch Abschnitte eines anderen Mediums, das mit dem Medium des benachbarten Abschnittes nicht mischbar ist, getrennt sind.
Zur Schaffung einer Vorrichtung zum Mischen und Lösen von Gas und Flüssigkeiten, die zur Verbesserung des Lösungsverhältnisses eines Gases in einer Flüssigkeit, zur Verkürzung der für den Lösungsvorgang erforderlichen Zeitspanne und zur Verringerung der Größe geeignet ist, ist beispielsweise in der JP 2001-129377 A eine Vorrichtung zum Mischen und Lösen von Gas und Flüssigkeiten offenbart, die einen im Wesentlichen zylindrischen Lösungsbehälter mit einem in etwa an einem oberen, mittleren Abschnitt ausgebildeten Strömungseinlaß und einer in einem unteren Abschnitt ausgebildeten Auslaßöffnung und eine Düsenvorrichtung zur Turbulenzenbildung in einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch aus einer Flüssigkeit und einem Gas umfaßt, die von dem Strömungseinlaß nach unten miteinander gemischt werden, wobei die Düsenvorrichtung turbulente Wirbel aus Blasen in dem Lösungsbehälter erzeugt, um die in dem Lösungsbehälter gebildeten Blasen feiner einzustellen, wodurch ein Zustand herbeigeführt wird, in dem im Wesentlichen in der gesamten, in dem Lösungsbehälter stagnie renden Flüssigkeit feine Blasen erzeugt werden und das Gas sich in der Flüssigkeit löst. Die Vorrichtung zur Turbulenzenbildung in dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch umfaßt eine Pumpe, die die Flüssigkeit unter Druck setzt und sie vom Strömungseinlaß des Lösungsbehälters verwirbelt, um durch Rühren und Mischen eines von dem Kompressor unter Druck gesetzten Gases mit einer durch die Pumpe unter Druck gesetzten Flüssigkeit und Verwirbeln des Gas-Flüssigkeits-Gemischs vom Strömungseinlaß des Lösungsbehälters ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch zu erzeugen.
Bei der vorstehend beschriebenen existierenden Vorrichtung zum Mischen und Lösen von Gas und Flüssigkeiten werden jedoch Blasen in unterschiedlichen Größen erzeugt, da das Gas-Flüssigkeits-Gemisch durch Rühren und Mischen des durch den Kompressor unter Druck gesetzten Gases mit der durch die Pumpe unter Druck gesetzten Flüssigkeit erzeugt wird, das Gas-Flüssigkeits-Gemisch in den Lösungsbehälter gewirbelt wird, um in dem Lösungsbehälter die turbulenten Wirbel aus Blasen zu erzeugen und die in dem Lösungsbehälter erzeugten Blasen zu verkleinern. Dies hat das Problem zur Folge, daß durch die Vorrichtung zum Mischen und Lösen von Gas und Flüssigkeiten kein stabiles Gas-Flüssigkeits-Mischverhältnis erzielt werden kann und daß das Mischen von Gas und Flüssigkeit langsam vonstatten geht.
Durch die Erfindung soll eine Reaktionsvorrichtung geschaffen werden, die zur Realisierung eines stabilen Gas-Flüssigkeits-Mischverhältnisses und zur Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit geeignet ist.
Ferner soll durch die Erfindung ein Mischsystem geschaffen werden, das in Fällen, in denen Probleme mit einer Mischvorrichtung bzw. bei der Erzeugung der erforderlichen Produkte auftreten, zum einfachen Ersetzen der Mischvorrichtung geeignet ist und durch das ein stabiles Mischverhältnis und eine Steigerung der Mischgeschwindigkeit realisiert werden können.
Diese Aufgabe werden mit den Merkmalen des Ansprüche 1, 8, 12, 13 oder 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Eine erfindungsgemäße Reaktionsvorrichtung umfaßt einen ersten Zufuhrströmungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr der Flüssigkeit, die reagieren soll, einen zweiten Zufuhrströ mungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr des Objekts, das reagieren soll, einen mit einem Verbindungsabschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals und des zweiten Zufuhrströmungskanals verbundenen Zwei-Phasen-Strömungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zum Weiterleiten der Flüssigkeit aus dem ersten Zufuhrströmungskanal und dem Objekt aus dem zweiten Zufuhrströmungskanal als Zwei-Phasen-Fluid, einen Reaktionsströmungskanal, der mit dem Ausgang des Zwei-Phasen-Strömungskanals in Verbindung steht und einen größeren Strömungskanaldurchmesser als der Zwei-Phasen-Strömungskanal aufweist, und einen Flüssigkeitsauslaßströmungskanal zur Abgabe der Flüssigkeit im Reaktionsströmungskanal nach der Reaktion.
Ferner umfaßt eine erfindungsgemäße Reaktionsvorrichtung dargelegten Aufgab, einen ersten Zufuhrströmungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr einer durch eine Druckerzeugungsvorrichtung unter Druck gesetzten Flüssigkeit, einen zweiten Zufuhrströmungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr eines Gases, einen Zwei-Phasen-Strömungskanal zum Weiterleiten eines Zwei- Phasen-Fluids aus einem Gas und einer Flüssigkeit, der mit einem Verbindungsabschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals und des zweiten Zufuhrströmungskanals in Verbindung steht und einen feinen Strömungskanalquerschnitt aufweist, einen Reaktionsströmungskanal, der mit dem Ausgang des Zwei-Phasen-Strömungskanals in Verbindung steht und einen größeren Strömungskanaldurchmesser als der Zwei-Phasen-Strömungskanal aufweist, einen Flüssigkeitsauslaßströmungskanal zur Abgabe der Flüssigkeit aus dem Reaktionsströmungskanal und einen Gasauslaßströmungskanal zur Abgabe des aus dem Reaktionsströmungskanal separierten Gases.
Die Erfindung umfaßt Weiterhin ein Mischsystem eine Mischvorrichtung zum Mischen mehrerer Arten von Fluids und eine Halterung zur lösbaren Montage der Mischvorrichtung, wobei die Halterung einen Verbindungskanal zum Verbinden der Mischvorrichtung mit dem Fluidzufuhrabschnitt bzw. einem Fluidauslaßabschnitt aufweist und die Mischvorrichtung einen ersten Zufuhrströmungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr der zu mischenden Flüssigkeit, einen zweiten Zufuhrströmungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr des anderen, zu mischenden Fluids, einen mit einem Verbindungsabschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals und des zweiten Zufuhrströmungskanals verbundenen Zwei-Phasen-Strömungskanal zum Weiterleiten der Flüssigkeit aus dem ersten Zufuhrströmungskanal und der Flüssigkeit aus dem zweiten Zufuhrströmungskanal als Zwei-Phasen-Fluid, einen Mischströmungskanal, der mit dem Ausgang des Zwei-Phasen-Strömungskanals in Verbin dung steht und einen größeren Strömungskanalquerschnitt als der Zwei-Phasen-Strömungskanal aufweist, und einen Flüssigkeitsaus laßströmungskanal zur Abgabe der Flüssigkeit in dem Mischstromkanal umfaßt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft erläutet. Dazu zeigen:
1 eine auseinandergezogene Konstruktionsansicht, die eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine Schnittansicht des Hauptkörpers der Reaktionsvorrichtung entlang der Linie A-A in 1;
3 eine Schnittansicht des Hauptkörpers der Reaktionsvorrichtung entlang der Linie B-B in 1;
4 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts c in 1;
5 eine Konstruktionsansicht, die eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei auf die Darstellung eines Glassubstrats verzichtet wird;
6 eine Konstruktionsansicht, die eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7 eine Konstruktionsansicht, die eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 eine Konstruktionsansicht, die eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
9 eine Konstruktionsansicht, die ein Mischsystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 eine vergrößerte Schnittansicht eines für das in 9 gezeigte Mischsystem verwendeten Halterungsabschnitts;
11 eine angehobene Konstruktionsansicht einer für das in 9 gezeigte Mischsystem verwendeten Mischvorrichtung;
12 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 11;
13 eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in 11;
14 eine Schnittansicht, die den Hauptkörper einer Reaktionsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 1 zeigt; und
15 eine Schnittansicht, die den Hauptkörper einer Reaktionsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 1 zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei identische Bezugszeichen identische oder entsprechende Teile bezeichnen.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Zunächst ist der Aufbau der Reaktionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zu erläutern.
Eine Reaktionsvorrichtung 60 umfaßt einen Hauptkörper 50 der Vorrichtung, Pumpen 31 bis 34 und Leitungen 41 bis 44. Der Hauptkörper 50 der Vorrichtung bildet einen Hauptbestandteil der Reaktionsvorrichtung 60. Die Pumpen 31 bis 34 sind zur Zufuhr oder für den Auslaß einer Flüssigkeit oder Gases zu bzw. aus dem Haupt körper 50 der Reaktionsvorrichtung 60 vorgesehen. Eine (nicht dargestellte) Steuervorrichtung steuert beispielsweise die Ein- und Ausschaltvorgänge und die Drehzahlen der Pumpen 31 bis 34. Die Leitungen 41 bis 44 sind so aufgebaut, daß sie die Umgebung der Vorrichtungen über die Pumpen 31 bis 34 mit jedem der Verbindungsanschlüsse des Hauptkörpers 50 der Vorrichtung verbinden.
Die Pumpe 32 und die Leitung 42 sind so angeordnet, daß sie eine Druckerzeugungsvorrichtung zur Zufuhr einer unter Druck stehenden Flüssigkeit von außerhalb der Vorrichtung zum Hauptkörper 50 der Vorrichtung bilden. Die Pumpe 33 und die Leitung 43 sind so angeordnet, daß sie eine Druckerzeugungsvorrichtung zur Zufuhr eines unter Druck stehenden Gases von außerhalb der Vorrichtung zum Hauptkörper 50 der Vorrichtung bilden. Die Pumpe 31 und die Leitung 41 sind so angeordnet, daß sie eine Vorrichtung zur Abgabe eines Gases aus dem Hauptkörper 50 der Vorrichtung aus der Vorrichtung heraus bilden. Die Pumpe 34 und die Leitung 44 sind so angeordnet, daß sie eine Vorrichtung zur Abgabe einer Flüssigkeit aus dem Hauptkörper 50 der Vorrichtung aus der Vorrichtung bilden.
Der Hauptkörper 50 der Vorrichtung ist durch Aufeinanderschichten und Verbinden mehrerer Substrate als mehrschichtige Struktur ausgebildet. Genauer ist der Hauptkörper 50 der Vorrichtung eine dreischichtige Struktur, die ein Glassubstrat 51, ein Siliciumsubstrat 52 und ein Glassubstrat 53 umfaßt. Die Strömungskanäle, die Verbindungsanschlüsse und dergleichen des Siliciumsubstrats 52 und des Glassubstrats 53 sind durch Verwendung einer mikromechanischen Bearbeitungstechnik jeweils in einer vorgegebenen Form ausgebildet. Der Hauptkörper der Vorrichtung ist aus einer Mikrokapsel des würfelförmigen Körpers mit einer äußeren, profilier ten Größe von ca. 15 mm Breite auf 20 mm Höhe und 1,5 mm Tiefe ausgebildet.
Eine Gasauslaßöffnung 21 und eine Flüssigkeitseinspritzöffnung 22 sind in einem unteren Abschnitt des Glassubstrats 51 perforiert. Die Gasauslaßöffnung 21 steht an einem Ende mit der Gassaugpumpe 31 und am anderen Ende mit einem Gasauslaßströmungskanal 6 in Verbindung. Die Flüssigkeitseinspritzöffnung 22 steht an einem Ende mit der Flüssigkeitsdruckpumpe 32 und am anderen Ende mit einem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 14 in Verbindung. Die Pumpe 32 ist so beschaffen, daß sie den Druck über eine Steuervorrichtung auf ein vorgegebenes Niveau steigert oder die Strömungsgeschwindigkeit auf eine vorgegebene Geschwindigkeit steuert.
In dem Siliciumsubstrat 52 werden durch eine mikromechanische Bearbeitungstechnik sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite Strömungskanäle gebildet. Auf einer Seite (der Vorderseite) des Siliciumsubstrats 52 sind vom unteren zum oberen Abschnitt ein Strömungskanal 14 zum Einleiten einer Flüssigkeit, ein Zufuhrströmungskanal 1 zur Zufuhr einer Flüssigkeit, ein Zufuhrströmungskanal 2 zur Zufuhr eines Gases, Zwei-Phasen-Strömungskanäle 3 für das Gas und die Flüssigkeit und ein (Blasen-) Reaktionsströmungskanal 4 sowie auf der Seite ein Gasauslaßströmungskanal 6 angeordnet. Auf der andern Seite (der Rückseite) des Siliciumsubstrats 52 sind am oberen und am unteren Abschnitt unabhängig ein Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 13 und ein Gaseinlaßströmungskanal 12 ausgebildet. Der Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 13 ist über den Flüssigkeitsverbindungsströmungskanal 5 mit dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 verbunden. Der Gaseinlaßströmungskanal 12 ist über einen Gasverbindungsströmungskanal 10 mit dem (Gas-) Zufuhrströmungs kanal 2 verbunden. Wie vorstehend beschrieben, fungieren der Flüssigkeitsverbindungsströmungskanal 5 und der Gasverbindungsströmungskanal 10 als Bohrungen zum Verbinden der vorderen und hinteren Strömungskanäle.
Der Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 14 steht an seinem unteren Abschnitt mit der Flüssigkeitseinspritzöffnung 22 und an seinem oberen Abschnitt mit dem unteren Abschnitt des (Flüssigkeits-) Zufuhrströmungskanals 1 in Verbindung. Es sind mehrere Flüssigkeits Zufuhrströmungkanäle 1 vorgesehen, die mit dem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 14 in Verbindung stehen. Der Gaszufuhrströmungskanal 2 ist mit dem oberen Abschnitt jedes Flüssigkeitszufuhrströmungskanals 1 verbunden. Der Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit verläuft von dem Verbindungsabschnitt für das Gas und die Flüssigkeit als Verbindungsabschnitt zwischen dem Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 und dem Gaszufuhrströmungskanal 2 aufwärts und ist mit dem unteren Abschnitt des Blasenreaktionsströmungskanals 4 verbunden. Dementsprechend sind mehrere Zwei-Phasen-Strömungserzeugungsabschnitte, die einen Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1, einen Gaszufuhrströmungskanal 2 und einen Zwei-Phasen-Strömungskanal für das Gas und die Flüssigkeit umfassen, parallel zwischen dem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 14 und dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 vorgesehen. Der Blasenreaktionsströmungskanal 4 ist längs ausgebildet. Der obere Abschnitt des Blasenreaktionsströmungskanals 4 ist mit dem Flüssigkeitsverbindungsströmungskanal 5 und dem Gasauslaßströmungskanal 6 verbunden. Das untere Ende des Flüssigkeitsverbindungsströmungskanals 5 ist unter dem unteren Ende des Gasauslaßströmungskanals 6 angeordnet, und die vertikale Größe des Verbindungsströmungskanals 5 ist größer als die vertikale Größe des Gasauslaßströmungskanals 6 eingestellt. Der Gasauslaßströmungs kanal 6 erstreckt sich vom oberen zum unteren Abschnitt des Siliciumsubstrats 52.
Sowohl der Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 als auch der Gaszufuhrströmungskanal 2 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit sind als winzige Strömungskanäle mit einem Strömungskanalquerschnitt von 1·10^–7 m² oder weniger ausgebildet. Der untere Grenzwert für den Durchmesser der Kanäle ist der Wert, mit dem die Strömungskanäle hergestellt werden können. Bei dieser Ausführungsform weisen der Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit einen identischen Strömungskanaldurchmesser auf, und der Gaszufuhrströmungskanal 2 weist einen kleineren Strömungskanalquerschnitt auf. Obwohl die Form des Querschnitts sowohl bei dem Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 als auch bei dem Gaszufuhrströmungskanal 2 und dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit rechteckig ist, kann es sich auch um ein Trapezoid, ein Parallelogramm oder eine Ellipse handeln. Der zwischen dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit und dem Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 bzw. der zwischen dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit und dem Gaszufuhrströmungskanal 1 gebildete Winkel kann beliebig eingestellt sein, so lange der Winkel den nachstehend beschriebenen Betrieb ermöglicht.
Ferner ist der zum Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 geöffnete Gaszufuhrströmungskanal 2 in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit länger als in der diese kreuzenden Richtung eingestellt.
Obwohl die Form der Öffnung aufgrund der einfachen Fertigung rechteckig ist, kann sie beispielsweise ein Trapezoid, ein Parallelo gramm oder eine Ellipse bilden, wenn nicht die Notwendigkeit besteht, die Einfachheit der Herstellung zu berücksichtigen.
Der Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 13 erstreckt sich von dem Flüssigkeitsverbindungsströmungskanal 5 so nach unten, daß er bis zum mittleren Abschnitt des Glassubstrats 53 mit ihm verbunden ist. Der mittlere Abschnitt des Flüssigkeitsauslaßströmungskanals 13 ist mit einer Flüssigkeitsauslaßöffnung 24 verbunden. Die Gaseinlaßströmungskanäle 12 erstrecken sich von dem Gasverbindungsströmungskanal 10 so nach unten, daß sie jeweils mit ihm verbunden sind, und werden dann im unteren Abschnitt einstückig zusammengefaßt. Der zusammengefaßte Abschnitt des Gaseinlaßströmungskanals 12 ist mit der Gaseinspritzöffnung 23 verbunden.
Die Flüssigkeitsauslaßöffnung 24 und die Gaseinspritzöffnung 23 sind am oberen und am unteren Abschnitt des Siliciumsubstrats 52 perforiert. Die Flüssigkeitsauslaßöffnung 24 ist an einem Ende mit der Pumpe 34 und am anderen Ende mit dem Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 13 verbunden. Die Gaseinspritzöffnung 23 ist an einem Ende mit der Pumpe 33 und am anderen Ende mit dem Gaseinlaßströmungskanal 12 verbunden. Die Pumpe 33 ist so beschaffen, daß sie den Druck durch die Steuervorrichtung auf ein vorgegebenes Niveau steigert oder die Strömungsgeschwindigkeit auf eine vorgegebene Geschwindigkeit steuert.
Nachstehend wird die Funktionsweise der Reaktionsvorrichtung 60 beschrieben:
Zum Herbeiführen einer Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit mittels der Reaktionsvorrichtung 60 werden die Pumpen 31 bis 34 durch die Betätigung der Steuervorrichtung betätigt. Dann wird eine für die Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit zu verwendende Flüssigkeit von außerhalb der Vorrichtung über die Lei tung 42 und die Flüssigkeitseinspritzöffnung 22 in den Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 14 und anschließend aus dem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 14 geleitet, der in mehrere Flüssigkeitszufuhrströmungskanäle 1 unterteilt ist. Ferner wird ein für die Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit verwendetes Gas von außerhalb der Vorrichtung über die Leitung 43 und die Gaseinspritzöffnung 23 in den Gaseinlaßströmungskanal 12 geleitet und anschließend aus dem Gaseinlaßströmungskanal 12, der in mehrere Gasverbindungsströmungskanäle 10 unterteilt ist, dem Gaszufuhrströmungskanal 2 zugeführt.
Die dem Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 zugeführte Flüssigkeit und das dem Gaszufuhrströmungskanal 2 zugeführte Gas werden vereinigt, strömen, wie in 4 gezeigt, als Zwei-Phasen-Strom durch den Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit und erreichen dann den Blasenreaktionsströmungskanal 4. Der Zwei-Phasen-Strom in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit befindet sich in einem Zustand, in dem abwechselnd eine winzige Menge der Flüssigkeit und eine winzige Menge des Gases vorliegen. Der Zustand des Zwei-Phasen-Stroms kann durch den Aufbau aus einem feinen Flüssigkeitszufuhrkanal, einem feinen Gaszufuhrströmungskanal 2 und einem feinen Zwei-Phasen-Strömungskanal für das Gas und die Flüssigkeit herbeigeführt werden. Der Zustand des Zwei-Phasen-Stroms kann durch Steuern der Pumpe 32 und der Pumpe 33 durch die Steuervorrichtung noch zuverlässiger herbeigeführt werden. Dies bedeutet, daß bei einer Steigerung des Drucks der in den Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 eingespritzten Flüssigkeit das Volumen des in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit strömenden Gases verringert wird, wogegen bei einer Steigerung des Drucks des in den Gaszufuhrströmungskanal 2 eingespritzten Gases das Volumen des in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit strömenden Gases gesteigert wird, so daß es möglich ist, das Volumen des in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit strömenden Gases zu steuern und durch die Steuerung beider Drücke den Zwei-Phasen-Strom zu erzeugen. Die gleiche Wirkung kann nicht nur durch die Drucksteuerung, sondern auch durch die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden. Ferner kann der Zwei-Phasen-Strom auch durch experimentelles Bestimmen des Durchmessers der Strömungskanäle 1 bis 3 erzeugt werden, während der Betrieb der Pumpen 32 und 33 konstant gehalten wird.
Wenn sowohl das Gas als auch die Flüssigkeit durch den Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit strömen, beginnt die Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit. Dies bedeutet, daß ein Teil des Gases (des Gases an der Grenze zur Flüssigkeit) an seiner Peripherie mit der Flüssigkeit reagiert. Da der Abschnitt zur Erzeugung des Zwei-Phasen-Stroms, der den Flüssigkeitszufuhrströmungskanal, den Gaszufuhrströmungskanal 2 und den Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit umfaßt, aus feinen Strömungskanälen ausgebildet ist, nimmt dann das Gas in dem Zwei-Phasen-Strom eine extrem geringe Größe an. Dementsprechend wird die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit und dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 gesteigert. Da der feine Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1, der Gaszufuhrströmungskanal 2 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit durch die Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik gleichmäßig ausgebildet sind, erfolgen die Zufuhr des Gases und der Flüssigkeit, die Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit und die Erzeugung des Zwei-Phasen-Stroms stabil.
Da die Form des zum Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 geöffneten Gaszufuhrströmungskanals 2 so ist, daß die Länge in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit im wesentlichen länger als die Länge in der sie kreuzenden Richtung ist, kann insbesondere das aus dem Gaszufuhrströmungskanal 2 in den Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 strömende Gas reduziert werden. Dies bedeutet, daß das Volumen des in den Verbindungsabschnitt strömenden Gases kleiner eingestellt werden kann, da die Oberflächenspannung der am Ausgang des Strömungskanals 2 verbleibenden Blasen verringert wird. Unter diesem Gesichtspunkt kann auch die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit und dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 gesteigert werden.
Da der Strömungskanalquerschnitt des Gaszufuhrströmungskanals 2 kleiner als der des Flüssigkeitszufuhrströmungskanals 1 gehalten wird, kann ferner das aus dem Gaszufuhrströmungskanal 2 zum Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1 strömende Gas reduziert werden. Ebenso kann unter diesem Gesichtspunkt die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit und dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 gesteigert werden.
Das aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit zum Blasenreaktionsströmungskanal 4 strömende Gas wird als feine Blasen in die Flüssigkeit in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 gedrückt. Da die feinen Blasen in einem Zustand des Zwei-Phasen-Stroms herausgedrückt werden, in dem die Flüssigkeit und das Gas abwechselnd aus dem Zwei-Phasen- Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit als feinem Strömungskanal strömen, wird das Gas in dem Zwei-Phasen-Strom sukzessive als extrem feine, gleichmäßige Blasen herausgedrückt. Wenn das Volumen des Gases in dem Zwei-Phasen-Strom besonders klein eingestellt ist, kann das aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit gedrückte Gas leichter herausgedrückt werden, und es werden feinere Blasen in den Blasenreaktionsströmungskanal 4 geleitet. Die feinen Blasen steigen in der Flüssigkeit in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 auf und reagieren während ihres Verbleibs in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 mit der Flüssigkeit.
Da die aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit gedrückten Blasen gleichmäßig und fein sind, erfolgt die Reaktion mit der Flüssigkeit in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 stabil und rasch. Dies bedeutet, daß die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit pro Volumen der Blase bei einer großen Blase verringert wird, da die Blase in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 direkt aufsteigt, wodurch die Dauer des Kontakts mit der Flüssigkeit und die spezifischen, mit ihr in Kontakt stehenden Oberflächenabmessungen verringert werden. Bei einer kleinen Blase wird dagegen die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit pro Volumen der Blase gesteigert, da die Blase in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 langsam aufsteigt, wodurch die Dauer des Kontakts mit der Flüssigkeit und die spezifischen Oberflächenabmessungen vergrößert werden. Dann kann selbst bei einer längeren Kontaktzeit zwischen der Blase und der Flüssigkeit ein stabiles Reaktionsverhältnis zwischen dem Gas und der Flüssigkeit realisiert werden, da die Größe der Blasen gleichmäßig gehalten wird. Dementsprechend wird die Genauigkeit für die Analyse erheblich verbessert, wenn die einer Reaktion zwi schen dem Gas und der Flüssigkeit unterzogene Flüssigkeit analysiert wird.
Da in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 mehrere Zwei-Phasen-Strömungserzeugungsabschnitte angeordnet sind, wird die Anzahl der pro Einheitsvolumen erzeugten Blasen in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 gesteigert. Dadurch wird das Ausmaß der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 gesteigert, wodurch die Effizienz der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in der Reaktionsvorrichtung 60 verbessert wird. Ferner wird auch das Ausmaß der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit des Zwei-Phasen-Stromerzeugungsabschnitts gesteigert, und die Effizienz der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in der Reaktionsvorrichtung 60 wird unter diesem Gesichtspunkt ebenfalls gesteigert:
Da der feine Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 1, der Gaszufuhrströmungskanal 2 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit durch die Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik gleichmäßig geformt sind, sind ferner eine stabile Zufuhr des Gases und der Flüssigkeit, eine stabile Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit und eine stabile Bildung des Zwei-Phasen-Stroms möglich.
Ferner können durch eine Verringerung des Durchmessers der Strömungskanäle 1 und 3 auf 1·10^–8 m² oder weniger Blasen mit einem Durchmesser von 100 μm oder weniger erzeugt werden. Ferner kann bei seiner Verringerung auf 0,25·10^–8 m² der Durchmesser der Blase auf die Hälfte oder weniger verringert werden. Durch die vorstehend beschriebene Einstellung des Strömungskanalquerschnitts kann die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit und dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 erheblich gesteigert werden. Der untere Grenzwert für den Strömungskanalquerschnitt ist ein Wert, mit dem der Strömungskanal hergestellt werden kann.
Die feinen Blasen steigen bis zur Grenze zwischen der Flüssigkeit und dem Gasbehälter auf und werden zusammen mit dem Gasbehälter von der Flüssigkeit getrennt. Da das Gas in dem Gasbehälter auch mit der Flüssigkeit in Kontakt steht, erfolgt eine Reaktion zwischen beiden. Da die spezifischen Oberflächenabmessungen an der Grenze jedoch kleiner als bei den feinen Blasen sind, ist das Reaktionsverhältnis kleiner.
Das von der Flüssigkeit getrennte Gas wird durch den Sog der Pumpe 31 durch den Gasauslaßströmungskanal 6 nach unten geleitet und anschließend nach dem Passieren der Gasauslaßöffnung 21 und der Leitung 41 aus der Vorrichtung abgegeben. Andererseits wird die Flüssigkeit im oberen Abschnitt des Blasenreaktionsströmungskanals 4, die mit dem Gas reagiert hat, durch den Sog der Pumpe 34 durch den Flüssigkeitsverbindungsströmungskanal 5 und den Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 13 nach unten geleitet und weiter nach dem Passieren der Flüssigkeitsauslaßöffnung 24 und der Leitung 44 aus der Vorrichtung abgegeben.
Da der Blasenreaktionsströmungskanal 4 längs ausgebildet ist, das untere Ende des Flüsigkeits-Fluidverbindungsströmungskanals 5 unter dem unteren Ende des Gasauslaßströmungskanals 6 angeordnet ist und die vertikale Größe des Fluidverbindungsströmungskanals 5 größer als die vertikale Größe des Gasauslaßströmungskanals 6 eingestellt ist, werden das getrennte Gas bzw. die getrennte Flüssigkeit zuverlässig abgegeben. Dies bedeutet, daß selbst, wenn die Zufuhrmenge und das Ausmaß der Reaktion der Flüssigkeit und des Gases schwanken, eine derartige Schwankung durch den vorstehend beschriebenen Aufbau zuverlässig absorbiert werden kann.
Wenn das Gas und die Flüssigkeit automatisch getrennt und von der Zufuhrfunktion der Pumpe 32 und der Pumpe 33 entnommen werden, ist es nicht notwendig, die Pumpe 33 und die Pumpe 34 vorzusehen.
Das abgegebene Gas und die Flüssigkeit werden beispielsweise zu einer Analysevorrichtung geleitet und einer vorgegebenen Analyse unterzogen. Dies bedeutet, daß die Reaktionsvorrichtung 60 beispielsweise bei der Analyse des Gehalts an einem Inhaltsstoff des Gases durch dessen Lösung in einer besonderen Flüssigkeit oder bei der Analyse des Gehalts an einem Inhaltsstoff der Flüssigkeit durch deren Lösung in einem vorgegebenen Gas verwendet wird, wobei die beiden Anwendungsverfahren besonders nützlich sind, wenn das verwendete Reagens teuer ist oder die Menge der zu untersuchenden Substanz eine Spurenmenge ist. Ferner ist die Reaktionsvorrichtung 60 beispielsweise für die Erzeugung von Chemikalien, die durch die Reaktion einer Flüssigkeit mit einem Gas hergestellt werden, sowie für die Veränderung der in einem Gas vorhandenen Inhaltsstoffe unter Verwendung von in der Flüssigkeit enthaltenen Enzymen anwendbar.
Obwohl bei dieser Ausführungsform als Hauptkörper 50 der Vorrichtung ein vertikaler Typ verwendet wird, kann auch ein horizontaler Typ verwendet werden. Der horizontale Hauptkörper 50 der Vorrichtung ist in einem Fall effizient, in dem die Installationshöhe begrenzt ist. Bei der Verwendung des horizontalen Typs ist es erforderlich, den Strömungskanal zur Zufuhr des Gases und den Strö mungskanal zur Abgabe des Gases über dem Flüssigkeitsströmungskanal anzuordnen.
Obwohl der Strömungskanal des Hauptkörpers 50 der Vorrichtung unter Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik gefertigt wird, kann er auch unter Verwendung einer Halbleiterfertigungstechnik hergestellt werden. Durch die Herstellung des Strömungskanals unter Verwendung der Halbleiterfertigungstechnik kann die Massenfertigung zu verringerten Kosten erleichtert werden. Ferner kann der Hauptkörper der Vorrichtung auch unter Verwendung eines Harzmaterials hergestellt werden, das mit Strömungskanälen und dergleichen auf ein unter Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik gefertigtes Siliciumsubstrat transferiert wird.
Ferner sind die Strömungskanäle des Hauptkörpers 50 der Vorrichtung bei dieser Ausführungsform auf dem Siliciumsubstrat 52 ausgebildet, die Strömungskanäle können jedoch auf dem Glassubstrat 51 und dem Glassubstrat 53 ausgebildet sein, und ferner können die Strömungskanäle verteilt in dem Glassubstrat 51, dem Siliciumsubstrat 52 und dem Glassubstrat 53 ausgebildet sein.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben, ist jedoch hinsichtlich der restlichen Abschnitte grundsätzlich mit der ersten Ausführungsform identisch.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Strömungskanallänge des Zwei-Phasen-Strömungskanals 3 für das Gas und die Flüssigkeit länger als die Strömungskanallänge des Blasenreaktionsströmungskanals 4. Im Allgemeinen wird die Effizienz einer Reaktion zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit verbessert, wenn der Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit verkürzt und der Blasenreaktionsströmungskanal 4 verlängert werden, wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gezeigt. Abhängig von den physikalischen Eigenschaften, wie der Viskosität der Flüssigkeit, zeigt die in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 3 für das Gas und die Flüssigkeit stattfindende Reaktion jedoch manchmal eine höhere Effizienz. Die zweite Ausführungsform ist in einem derartigen Fall effektiv.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 6 eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben, die restlichen Abschnitte sind jedoch grundsätzlich mit der ersten Ausführungsform identisch.
Bei der dritten Ausführungsform sind mehrere Hauptkörper 50 der Vorrichtung parallel verbunden. Genauer nutzen sämtliche Hauptkörper 50 der Vorrichtung die Pumpen 31 bis 34 gemeinsam, und die Leitungen 41 bis 44 jeder der Pumpen 31 bis 34 sind auf der Seite des Hauptkörpers 50 der Vorrichtung verzweigt und mit dem Hauptkörper 50 der Vorrichtung verbunden. Da die Hauptkörper 50 der Vorrichtung parallel verbunden sind, kann die Verarbeitungsmenge um ein Mehrfaches gesteigert werden. Dementsprechend kann durch die Verwendung identischer (Vorrichtungs-) Hauptkörper 50 leicht eine Reaktionsvorrichtung 60 mit einer anderen Verarbeitungsmenge realisiert werden. Wenn die Verarbeitungsmenge jedes der Hauptkörper 50 der Vorrichtung schwankt, wodurch die Effizienz der Blasenerzeugung verringert wird, ist es wünschenswert, die Verarbeitungsmenge jedes Hauptkörpers 50 der Vorrichtung zu steuern und die Effizienz der Blasenerzeugung durch Anordnen eines Strom ventils in jeder der Leitungen 42 zwischen der Pumpe 32 und jedem der Einspritzabschnitte 22 und Anordnen eines Stromventils in jeder der Leitungen 43 zwischen der Pumpe 33 und jeder der Einspritzöffnungen 23 zu verbessern.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 7 eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben, ist jedoch hinsichtlich der übrigen Punkte grundsätzlich mit der ersten Ausführungsform identisch.
Bei der vierten Ausführungsform sind mehrere Hauptkörper 50a, 50b und 50c der Vorrichtung in Reihe verbunden. Genauer sind die Leitungen 42a, 43a mit einem ersten Hauptkörper 50a der Vorrichtung verbunden, eine Leitung 44a des Hauptkörpers 50a der Vorrichtung ist mit einer Leitung 42b eines zweiten Hauptkörpers 50b der Vorrichtung verbunden, und eine Leitung 41a des Hauptkörpers 50a der Vorrichtung ist mit einer Leitung 43b verbunden. Daher werden eine Flüssigkeit und ein Gas, die im ersten Hauptkörper 50a der Vorrichtung einer Reaktion zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas unterzogen wurden, dem zweiten Hauptkörper 50b der Vorrichtung zugeführt. Ferner ist eine Leitung 44b des Hauptkörpers 50b der Vorrichtung mit einer Leitung 42c des dritten Hauptkörpers 50c der Vorrichtung verbunden, und eine Leitung 41b des Hauptkörpers 50b der Vorrichtung ist mit einer Leitung 43c des Hauptkörpers 50c der Vorrichtung verbunden. Daher werden die Flüssigkeit und das Gas, die im zweiten Hauptkörper 50b der Vorrichtung einer Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit unterzogen wurden, dem dritten Hauptkörper 50c der Vorrichtung zugeführt. Dann werden die Flüssigkeit und das Gas, die in dem dritten Hauptkörper 50c der Vorrichtung einer Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit unterzogen wurden, aus der Leitung 44c und der Leitung 41c entnommen.
Da die Hauptkörper 50 der Vorrichtung in Reihe verbunden sind, wird die Reaktionszeit des Gases und der Flüssigkeit erheblich gesteigert, wodurch die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit erheblich verbessert wird. Dementsprechend kann durch die Verwendung mehrerer identischer Hauptkörper 50a bis 50c der Vorrichtung leicht eine Reaktionsvorrichtung 60 mit unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten des Gases und der Flüssigkeit realisiert werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf 8 eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben, ist jedoch hinsichtlich der übrigen Punkte mit der vierten Ausführungsform identisch.
Obwohl bei der fünften Ausführungsform mehrere Hauptkörper 50a, 50b und 50c der Vorrichtung in Reihe angeordnet sind, ist die Strömungsrichtung der Flüssigkeit der bei der vierten Ausführungsform entgegengesetzt. Auch bei der fünften Ausführungsform kann auf die gleiche Weise wie bei der vierten Ausführungsform eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit von Gas und Flüssigkeit erzielt werden. Durch die selektive Verwendung der vierten und der fünften Ausführungsform kann die Einschränkung der Anordnung der Leitungen für die Flüssigkeit und das Gas verbessert werden.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 13 ein Mischsystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Zunächst sind unter Bezugnahme auf die 9 und 10 der Gesamtaufbau und die Funktionsweise des Mischsystems zu beschreiben. Eine Mischvorrichtung 160 ist abnehmbar an einer. exklusiven Halterung 61 befestigt. Zumindest entweder die Mischvorrichtung 160 oder die Halterung 61 weisen einen elastischen Abschnitt auf, so daß sie lösbar aneinander befestigt werden können, wodurch der befestigte Zustand zuverlässig aufrecht erhalten werden kann und sie leicht befestigt oder abgenommen werden können. Daher kann die Mischvorrichtung 160 einfach durch ein Ersatzteil ersetzt werden, wenn Probleme auftreten. Ferner sind zwei oder mehr Arten von Mischvorrichtungen mit (nicht dargestelltem) unterschiedlichem Aufbau vorgesehen, und eine Mikromischvorrichtung wird den Erfordernissen für den Erhalt der gewünschten Erzeugnisse entsprechend manuell oder automatisch ersetzt.
Die Halterung 61 ist mit mehreren Leitungen 80 bis 84 verbunden, und die mehreren Leitungen 80 bis 84 umfassen Einlaßleitungen 80 bis 82 und Auslaßleitungen 83 und 84. Die Einlaßleitung 80 ist an einem Ende mit einer später beschriebenen Flüssigkeitseinspritzöffnung 125 verbunden, während die Einlaßleitung 81 an einem Ende mit einer später beschriebenen Flüssigkeitseinspritzöffnung 122 in Verbindung steht, die Einlaßleitung 82 an einem Ende mit einer später beschriebenen Fluideinspritzöffnung 123 verbunden ist, die Auslaßleitung 83 an einem Ende mit einer später beschriebenen Flüssigkeitsauslaßöffnung 124 verbunden ist und die Auslaßleitung 84 an einem Ende mit einer später beschriebenen Fluidauslaßöffnung 121 in Verbindung steht.
Die Verbindung zwischen der Mischvorrichtung 160 und der exklusiven Halterung 61 wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Die exklusive Halterung 61 ist aus die Halterung bilden den Teilen 201, 202, 203 und einem elastischen Element 200 zusammengesetzt. Die Mischvorrichtung 160 wird mittels des elastischen Elements 200 zwischen den die Halterung bildenden Teilen 202 und 203 angeordnet. Ferner sind die die Halterung bildenden Teile 202 und 203 durch das elastische Element 200 mit dem die Halterung bildenden Teil 201 verbunden.
Die Strömungskanäle 180, 181, 182, 183, 184 in der exklusiven Halterung 61 sind mit den Einlaßleitungen 80, 81, 82 und den Ausgangsleitungen 83 und 84 verbunden, und ferner sind sie jeweils in die Verbindungsleitungen 280, 281, 282, 283 und 284 in der exklusiven Halterung verzweigt.
Da die die Halterung bildenden Teile 201, 202 und 203 und die Mischvorrichtung 160 einen Aufbau aufweisen, der einer gemäß der Zeichnung in der Richtung der Pfeile wirkenden Kraft unterliegt und das elastische Element dementsprechend verformt wird, weist der Strömungskanal in der exklusiven Halterung 61 einen abgedichteten Aufbau und eine Abschirmung gegen die Umgebung auf. Dementsprechend werden von den Einlaßleitungen 80, 81 und 82 zugeführte Fluids über die exklusive Halterung 61 der Mischvorrichtung 160 zugeführt und dann durch die Auslaßleitungen 83, 84 abgegeben.
Das hier verwendete elastischen Element kann plattenförmig sein oder die Form eines O-Rings aufweisen.
Die Einlaßleitung 80 und die Einlaßleitung 81 sind an ihren anderen Enden über Stromventile 91 mit Leitungen 85 und 86 verbunden, die mit mehreren Behältern 62, 63 verbunden sind, und die Einlaßleitung 82 ist an ihrem anderen Ende mit Leitungen 85, 86 verbunden, die über Stromventile 92 mit den Behältern 62, 63 verbunden sind. Die Einlaßleitung 80 ist parallel zu der Einlaßleitung 81 angeordnet, wobei ein Stromventil 95 in einem Zwischenabschnitt angeordnet ist. Das Ein- und Ausschalten der Stromventile 91, 92 und ihre Öffnungsgrade werden von einer (nicht dargestellten) Steuervorrichtung gesteuert. Die Einlassleitung 81, die Leitung 85, das Stromventil 91 und die Pumpe 93 bilden eine erste Druckerzeugungsvorrichtung für einen Zwei-Phasen-Strömungserzeugungsabschnitt, und die Leitung 82, die Leitung 85, das Stromventil 92 und der (Gas-) Behälter 63 bilden eine zweite Druckerzeugungsvorrichtung für den Zwei-Phasen-Strömungserzeugungsabschnitt.
Die mehreren, Fluide enthaltenden Behälter 62, 63 umfassen Flüssigkeiten zur Verwendung für ein Mischen enthaltende Behälter 62 und Gase zur Verwendung für ein Mischen enthaltende Behälter 63. Es sind mehrere Behälter 62 vorgesehen, und die Leitung 85 ist mit jedem von ihnen verbunden. Jede der Leitungen 85 weist ein Stromventil 91 auf und ist konzentrisch mit der Einlassleitung 81 (und der Einlassleitung 80) verbunden und über ein Stromventil 92 konzentrisch mit der Einlassleitung 82 verbunden. Die Pumpen 93 zum Zuführen der Flüssigkeiten in den Behältern 62 sind zwischen den Stromventilen 91, 92 und den Behältern 62 (beispielsweise am Ausgang der Behälter 62) angeordnet. Es sind mehrere, jeweils mit Leitungen 86 verbundene Behälter 63 vorgesehen. Die Behälter 63 umfassen Gasbehälter, und das in dem Behälter 63 enthaltene Gas wird durch den Druck des eingeschlossenen Gases freigegeben.
Ferner ist das andere Ende der Ausgangsleitung 83 mit einem Behälter 64 verbunden, und das andere Ende der Ausgangsleitung 84 ist über ein Stromventil 94 mit einem Behälter 65 verbunden. Das Ein- und Ausschalten des Stromventils 94 wird durch eine Steuervorrichtung gesteuert.
Wenn die Steuervorrichtung betätigt wird, um das ausgewählte Stromventil 91 zu öffnen, strömt die Flüssigkeit bzw. das Gas in dem dem Stromventil 91 entsprechenden Behälter 62 durch die Einlassleitung 81 (und bei geöffnetem Stromventil 95 auch durch die Einlassleitung 80) zur Halterung 61 und wird darauf der Mischvorrichtung 160 zugeführt. Ferner wird bei einer Betätigung der Steuervorrichtung zum Öffnen des ausgewählten Stromventils 92 die Flüssigkeit bzw. das Gas (die als Fluid bezeichnet werden, wenn auf beide gemeinsam Bezug genommen wird) in dem dem Stromventil 92 entsprechenden Behälter 62, 63 über die Einlassleitung 82 der Halterung 61 und anschließend der Mischvorrichtung 160 zugeführt. Wenn eine Flüssigkeit aus einem Behälter 62 zugeführt wird, ist es erforderlich, die entsprechende Pumpe 93 gleichzeitig zu betätigen. Auf diese Weise wird ein Mischen einer Flüssigkeit und eines Gases oder einer Flüssigkeit mit einer anderen in der Mischvorrichtung 160 begonnen.
Wenn das durch den Mischvorgang erhaltene, gewünschte Erzeugnis eine Art umfaßt, wird das Stromventil 94 geschlossen, und sämtliche Erzeugnisse werden über die Auslassleitung 83 zu dem Behälter 64 geleitet und als Endprodukte bereitgestellt. Wenn die durch das Mischen erzeugten Erzeugnisse zwei Arten von Materialien enthalten, wird das Stromventil 94 geöffnet, wodurch sie getrennt in die Auslassleitung 83 und die Auslassleitung 84 strömen, und die erforderlichen Materialien werden zurückgeholt, um die gewünschten Produkte zu erhalten.
Ferner wird abhängig von der Art der zu mischenden Flüssigkeit bzw. des zu mischenden Gases das Stromventil 95 geöffnet, um einem Mischströmungskanal 104 eine Flüssigkeit aus der Flüssigkeitseinspritzöffnung 125 zuzuführen und ein Strömen der Flüssigkeit zum Ausgang des Verbindungsströmungskanals 115 zu veranlassen. Dies bedeutet, daß durch die Zufuhr der Flüssigkeit aus der Flüssigkeitseinspritzöffnung 125 verhindert werden kann, daß sich Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen im Mischströmungskanal 104 di rekt verbinden, wenn das Fluid in dem Zwei-Phasen-Strom, das aus dem Verbindungsströmungskanal 115 in den Mischströmungskanal 104 gedrückt wird, ein Material ist, bei dem Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen in dem Mischströmungskanal 104 verweilen.
Der konkrete Aufbau und die konkrete Funktionsweise der Mischvorrichtung 160 werden unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 beschrieben.
Die Mischvorrichtung 160 weist einen Hauptkörper 150 der Vorrichtung auf, der einen Hauptteil bildet. Der Hauptkörper 150 der Vorrichtung ist als mehrschichtige Struktur aufgebaut, bei der mehrere Substrate aufeinandergeschichtet und verbunden sind. Genauer weist der Hauptkörper 150 der Vorrichtung eine dreischichtige Struktur aus einem Glassubstrat 151, einem Siliciumsubstrat 152 und einem Glassubstrat 153 auf. Die Strömungskanäle, die Strömungsöffnungen und dergleichen des Glassubstrats 151, des Siliciumsubstrats 152 und des Glassubstrats 153 werden jeweils unter Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik in einer vorgegebenen Form erzeugt. Der Hauptkörper 150 der Vorrichtung ist aus einer Mikrokapsel aus einem dünnen, würfelförmigen Körper mit einer Außenprofilgröße von ca. 15 mm, einer Breite von 20 mm und einer Tiefe von 1,5 mm aufgebaut.
Eine Fluidauslaßöffnung 121 ist im unteren Teil des Glassubstrats 151 perforiert. Die Fluidauslaßöffnung 121 ist an einem Ende mit einer Leitung 84 und am anderen Ende mit einem Fluidauslaßströmungskanal 106 verbunden. Im unteren Teil des Glassubstrats 153 ist eine Flüssigkeitseinspritzöffnung 122 ausgebildet. Die erste Flüssigkeitseinspritzöffnung 122 steht an einem Ende mit der Leitung 81 und am anderen Ende mit einem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114 in Verbindung. Die vorstehend beschriebene Pumpe 93 kann den Druck auf ein vorgegebenes Niveau steigern oder die Strömungsgeschwindigkeit über die Steuervorrichtung auf eine vorgegebene Geschwindigkeit steuern. Ferner ist eine zweite Flüssigkeitseinspritzöffnung 125 im mittleren Abschnitt des Glassubstrats 153 perforiert. Die Flüssigkeitseinspritzöffnung 125 steht an einem Ende mit der Leitung 80 und am anderen Ende, genauer unter einem Verbindungsströmungskanal 115 zwischen dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 und dem Mischströmungskanal 104, mit dem unteren Abschnitt des Mischströmungskanals 104 in Verbindung.
In dem Siliciumsubstrat 152 werden unter Verwendung einer mikromechanischen Bearbeitungstechnik sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite Strömungskanäle erzeugt. Auf einer Seite (der Vorderseite) des Siliciumsubstrats sind vom unteren Abschnitt nach oben ein Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114, ein Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101, ein Fluidzufuhrströmungskanal 102 und ein Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 angeordnet, und in einem oberen Abschnitt ist unabhängig ein Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 angeordnet. Auf der anderen Seite (der Rückseite) des Siliciumsubstrats 152 sind oben und unten unabhängig ein Fluideinlaßströmungskanal 112 und ein Mischströmungskanal 104 ausgebildet. Auf der Seite des Mischströmungskanals 104 ist ein Fluidauslaßströmungskanal 106 ausgebildet. Der Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 steht über einen Verbindungsströmungskanal 105 mit dem Mischströmungskanal 104 in Verbindung. Der Fluideinlaßströmungskanal 112 steht über einen Verbindungsströmungskanal 110 mit dem Fluidzufuhrströmungskanal 102 in Verbindung. Wie vorstehend beschrieben, dienen der Verbindungsströmungskanal 105 und der Verbindungsströmungskanal 110 als Bohrungen zum Verbinden der vorderen und hinteren Strömungskanäle.
Der Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114 steht am unteren Abschnitt mit der ersten Flüssigkeitseinspritzöffnung 122 und am oberen Abschnitt mit dem unteren Abschnitt des Flüssigkeitszufuhrströmungskanals 101 in Verbindung. Mehrere Flüssigkeitszufuhrströmungskanäle 101 stehen mit dem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114 in Verbindung. Jeder der Flüssigkeitszufuhrströmungskanäle 101 steht an seinem oberen Abschnitt mit dem Fluidzufuhrströmungskanal 102 in Verbindung. Der Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 erstreckt sich von dem Fluidzusammenführungsabschnitt als Verbindungsabschnitt zwischen dem Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 und dem Fluidzufuhrströmungskanal 102 nach oben, so daß er mit dem unteren Abschnitt des Mischströmungskanals 104 in Verbindung steht. Dementsprechend sind mehrere Zwei-Phasen-Strömungserzeugungsabschnitte, die jeweils einen Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101, einen Fluidzufuhrströmungskanal 102 und einen Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 umfassen, parallel zwischen dem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114 und dem Mischströmungskanal 104 angeordnet. Der Mischströmungskanal 104 ist längs ausgebildet. Der Mischströmungskanal 104 steht am oberen Abschnitt mit dem Verbindungsströmungskanal 105 und dem Fluidauslaßströmungskanal 106 in Verbindung. Das untere Ende des Verbindungsströmungskanals 105 ist unter dem unteren Ende des Fluidauslaßströmungskanals 106 angeordnet, und die vertikale Größe des Verbindungsströmungskanals 105 ist größer als die vertikale Größe des Fluidauslaßströmungskanals 106 eingestellt. Der Fluidauslaßströmungskanal 106 erstreckt sich vom oberen zum unteren Abschnitt des Siliciumsubstrats 152.
Sowohl der Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 als auch der Fluidzufuhrströmungskanal 102 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 sind als feine Strömungskanäle mit einem Strömungskanalquerschnitt von 1·10^–7 m² oder weniger ausgebildet. Der untere Grenzwert für den Strömungskanalquerschnitt ist der Wert, mit dem der Strömungskanal hergestellt werden kann. Bei dieser Ausführungsform weisen der Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 identische Strömungskanalquerschnitt auf, und der Fluidzufuhrströmungskanal 102 weist einen kleineren Strömungskanalquerschnitt auf.
Ferner ist der zum Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 geöffnete Fluidzufuhrströmungskanal 102 so geformt, daß die Länge in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit größer als in der diese kreuzenden Richtung ist. Die Öffnung wird in der leicht herzustellenden Form eines Rechtecks gefertigt.
Der Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 erstreckt sich von dem Verbindungsströmungskanal 105 so nach unten, daß er bis zum mittleren, oberen Abschnitt des Siliciumsubstrats 152 mit ihm in Verbindung steht. Der mittlere obere Abschnitt des Flüssigkeitsauslaßströmungskanals 113 steht mit der Flüssigkeitsauslaßöffnung 124 in Verbindung. Andererseits erstrecken sich die Fluideinlaßströmungskanäle 112 jeweils vom Verbindungsströmungskanal 110 nach unten und werden im unteren Abschnitt einstückig zusammengefaßt.
Der zusammengefaßte Abschnitt der Fluideinlaßströmungskanäle ist mit der Fluideinspritzöffnung 123 verbunden.
Eine Flüssigkeitsauslaßöffnung 124 dringt in einen mittleren, oberen Abschnitt des Siliciumsubstrats 151 ein. Die Flüssigkeitsauslaßöffnung 124 steht an einem Ende mit der Leitung 83 und am anderen Ende mit dem Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 in Verbindung. Eine Fluideinspritzöffnung 123 dringt in den unteren Abschnitt des Siliciumsubstrats 153 ein. Die Fluideinspritzöffnung 123 steht an einem Ende mit der Leitung 82 und am anderen Ende mit den Fluideinlaßströmungskanälen 112 in Verbindung.
Die Funktionsweise der Mischvorrichtung 160 wird nun beschrieben.
Zum Mischen der Flüssigkeit und des Fluids durch die Mischvorrichtung 160 wird die Steuervorrichtung betätigt, um die dem Behälter 62, 63, der die Flüssigkeit bzw. das Gas als zu mischendes Objekt enthält, entsprechende Pumpe 93 zu betätigen und das Stromventil 91 (einschließlich Strömungsmengensteuerung) zu öffnen. Daher wird eine der zu mischenden Flüssigkeiten aus dem Behälter 62 über die Leitung 81 und die erste Flüssigkeitseinspritzöffnung 122 in den Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114 und weiter aus dem in mehrere Flüssigkeitszufuhrströmungskanäle 101 unterteilten Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114 geleitet. Ferner wird die andere Flüssigkeit bzw. das zu mischende Gas aus dem Behälter 63 oder dem Behälter 62 über die Leitung 82 und die Fluideinspritzöffnung 123 und dann in mehrere Ströme unterteilt in die Fluideinlaßströmungskanäle 112 und weiter aus den Fluideinlaßströmungskanälen 112 über die Verbindungsströmungskanäle 110 zum Fluidzufuhrströmungskanal 102 geleitet.
Die dem Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 zugeführte eine Flüssigkeit und die dem Fluidzufuhrströmungskanal 102 zugeführte andere Flüssigkeit bzw. das Gas werden vereinigt, strömen als Zwei-Phasen-Strom in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 und erreichen dann den Mischströmungskanal 104. Der Zwei-Phasen-Strom in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 befindet sich in einem Zustand, in dem die eine Flüssigkeit und die andere Flüssigkeit bzw. das Gas abwechselnd in einer winzigen Menge vorliegen. Ein derartiger Zustand des Zwei-Phasen-Stroms kann durch den Aufbau mit dem feinen Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101, dem feinen Fluidzufuhrströmungskanal 102 und dem feinen Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 herbeigeführt werden. Darüber hinaus kann der Zustand des Zwei-Phasen-Stroms durch Steuern der Pumpe 93 und der Stromventile 91, 92 durch die Steuervorrichtung noch zuverlässiger hergestellt werden. Dies bedeutet, daß bei einer Steigerung des Einspritzdrucks oder der Einspritzgeschwindigkeit der einen Flüssigkeit das Volumen der anderen Flüssigkeit bzw. des Gases, die bzw. das in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 strömt, verringert wird. Andererseits wird bei einer Steigerung des Einspritzdrucks bzw. der Einspritzgeschwindigkeit der anderen Flüssigkeit bzw. des Gases das Volumen der anderen Flüssigkeit bzw. des Gases, die bzw. das in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 strömt, gesteigert, so daß das Volumen der anderen Flüssigkeit bzw. des Gases, die bzw. das in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 strömt, gesteuert und durch seine Steuerung der Zwei-Phasen-Strom erzeugt werden können.
Wenn die andere Flüssigkeit bzw. das Gas in den Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 fließt, beginnt der Mischvorgang mit der einen Flüssigkeit. Der Mischvorgang führt einen Zustand herbei, in dem die andere Flüssigkeit bzw. das Gas physikalisch mit der einen Flüssigkeit gemischt wird oder in dem abhängig von der Art der beiden Flüssigkeiten und des Gases, die gemischt werden sollen, die andere Flüssigkeit oder das Gas mit der einen Flüssigkeit reagiert und mit ihr gemischt wird. In dem zuletzt genannten Fall reagiert ein Teil der anderen Flüssigkeit bzw. des Gases an ihrer bzw. seiner Peripherie mit der anderen Flüssigkeit und wird mit ihr gemischt.
Da der Abschnitt zur Erzeugung des Zwei-Phasen-Stroms, der den Fluidzufuhrströmungskanal 102 und den Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 umfaßt, aus feinen Strömungskanälen ausge bildet ist, nimmt die andere Flüssigkeit bzw. das Gas in dem Zwei-Phasen-Strom eine extrem geringe Größe an. Dadurch wird die Mischgeschwindigkeit der Fluids in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 und dem Mischströmungskanal 104 gesteigert. Da der feine Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101, der Fluidzufuhrströmungskanal 102 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 durch die Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik gleichmäßig ausgebildet sind, können ferner die Zufuhr der Fluids, das Mischen der Fluids und die Erzeugung des Zwei-Phasen-Stroms stabil erfolgen.
Insbesondere kann die andere Flüssigkeit oder das Gas, die bzw. das aus dem Fluidzufuhströmungskanal 102 in den Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 strömt, reduziert werden, da die Form des zu dem Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 geöffneten Fluidzufuhrströmungskanals 102 so ausgeführt ist, daß die Länge in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Wesentlichen größer als die Länge in der sie kreuzenden Richtung ist. Dies bedeutet, daß das Volumen der anderen Flüssigkeit bzw. des Gases, die bzw. das zu dem Vereinigungsabschnitt strömt, kleiner gehalten werden kann, da die Oberflächenspannung der anderen Flüssigkeit oder Blase, die am Ausgang des Fluidzufuhrströmungskanals 102 verweilt, verringert wird. Unter diesem Gesichtspunkt kann auch die Mischgeschwindigkeit der Fluids in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 und in dem Mischströmungskanal 104 gesteigert werden.
Da ferner der Strömungskanalquerschnitt des Fluidzufuhrströmungskanals 102 kleiner als der des Flüssigkeitszufuhrströmungskanals 101 ist, kann daher die andere Flüssigkeit bzw. das Gas verringert werden, die bzw. das aus dem Fluidzufuhrströmungskanal 102 in den Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101 eingeleitet wird. Ebenso kann unter diesem Gesichtspunkt die Mischge schwindigkeit der beiden Fluids im Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 und im Mischströmungskanal 104 gesteigert werden.
Die andere Flüssigkeit oder das Gas, die bzw. das aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 durch den Verbindungsströmungskanal 115 zum Mischströmungskanal 104 strömt, wird als feine Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen in die Flüssigkeit in dem Mischströmungskanal 104 gedrückt. Da die feinen Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen in einem Zustand des Zwei-Phasen-Stroms vorgeschoben werden, in dem sie sich mit der einen Flüssigkeit aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 als feinem Strömungskanal abwechseln, werden sie nacheinander in einem gleichmäßigen und extrem feinen Zustand vorgeschoben. Wenn das Volumen der anderen Flüssigkeit bzw. des Gases in dem Zwei-Phasen-Strom besonders klein eingestellt ist, kann die andere Flüssigkeit oder das Gas, die bzw. das aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 gedrückt wird, leicht vorwärtsgedrückt werden, und ferner werden feine Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen in den Mischströmungskanal 104 gedrückt. Die feinen Flüssigkeitsblasen steigen in der Flüssigkeit des Mischströmungskanals 104 auf und werden während des ihres Verweilens in der Flüssigkeit in dem Mischströmungskanal 104 mit der Flüssigkeit gemischt.
Da die aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 gedrückten feinen Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen gleichmäßig und fein sind, erfolgt das Mischen mit der Flüssigkeit in dem Mischströmungskanal 104 stabil und rasch. Dies bedeutet, daß eine große Flüssigkeitsblase oder Gasblase sofort in dem Mischströmungskanal 104 aufsteigt, wodurch die Dauer des Kontakts mit der Flüssigkeit verkürzt, die spezifischen, mit ihr in Kontakt stehenden Oberflächenabmessungen reduziert und die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit pro Volumen der Gasblase verringert werden. Andererseits steigt eine kleine Flüssigkeitsblase oder Gasblase langsam in dem Mischströmungskanal 104 auf, wodurch die Dauer des Kontakts mit der Flüssigkeit gesteigert und die spezifischen Oberflächenabmessungen vergrößert werden, so daß die Mischgeschwindigkeit pro Volumen der Flüssigkeitsblase oder Gasblase gesteigert wird. Selbst wenn die Dauer des Kontakts zwischen der Flüssigkeitsblase oder Gasblase und der Flüssigkeit gesteigert wird, kann ferner ein stabiles Mischverhältnis erzielt werden, da die Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen gleichmäßig gehalten werden. Dementsprechend wird die Genauigkeit für die Analyse bei einer Analyse der gemischten Flüssigkeit erheblich verbessert.
Nach dem Mischen der Flüssigkeit und der Flüssigkeit wird dann, wenn sie als leichte Flüssigkeit und schwere Flüssigkeit entnommen werden, das Stromventil 95 geöffnet, um die leichte Flüssigkeit aus der Fluidauslaßöffnung 121 und die schwere Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 zu entnehmen. Ferner wird bei einer Entnahme des Gases und der Flüssigkeit nach dem Mischen des Gases und der Flüssigkeit das Stromventil 95 geöffnet, um das Gas aus der Fluidauslaßöffnung 121 und die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 zu entnehmen. Ferner wird beim Mischen von Flüssigkeiten und ihrer Entnahme als eine Art von Flüssigkeit das Stromventil 95 geschlossen, um die Flüssigkeit nur aus dem Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 zu entnehmen.
Wenn die andere Flüssigkeit oder das Gas, die bzw. das aus dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 in den Mischströmungskanal 104 strömt, so beschaffen ist, daß sie bzw. es zum Verweilen tendiert, wenn sie bzw. es als feine Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen in die Flüssigkeit im Mischströmungskanal 104 hinaus gedrückt wird, wird das Stromventil 95, wie vorstehend beschrieben, ebenfalls durch die Steuervorrichtung geöffnet, wobei die gleiche Flüssigkeit wie die dem Flüssigkeitseinlaßströmungskanal 114 zugeführte Flüssigkeit aus der Flüssigkeitseinspritzöffnung 125 dem Mischströmungskanal 104 zugeführt wird und die Flüssigkeit im Mischströmungskanal 104 mittels des Ausgangs des Verbindungsströmungskanals 115 von der Flüssigkeitseinspritzöffnung 125 fort geleitet wird, wodurch eine Fließkraft auf die Flüssigkeitsauslaßöffnung 124 einwirkt. Dadurch strömen die in den Mischströmungskanal 104 gedrückten Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen ohne zu verweilen zur Flüssigkeitsauslaßöffnung 124, wodurch ihre direkte Kopplung aneinander verhindert wird.
Da in dem Mischströmungskanal 104 mehrere Zwei-Phasen-Stromerzeugungsabschnitte angeordnet sind, wird dann die Anzahl der pro Einheitsvolumen im Mischströmungskanal 104 erzeugten Blasen gesteigert. Dadurch wird das Ausmaß der Vermischung im Mischströmungskanal 104 gesteigert, wodurch die Mischeffizienz der Mischvorrichtung 160 verbessert wird. Ferner wird auch das Ausmaß der Vermischung in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 des Zwei-Phasen-Strömungserzeugungsabschnitts gesteigert, und die Mischeffizienz der Mischvorrichtung 160 wird auch unter diesem Gesichtspunkt verbessert.
Da der feine Flüssigkeitszufuhrströmungskanal 101, der Fluidzufuhrströmungskanal 102 und der Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 durch die Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik gleichmäßig ausgebildet sind, sind ferner eine stabile Gas- bzw. Flüssigkeitszufuhr, ein stabiles Mischen einer Flüssigkeit und eines Ga ses sowie einer Flüssigkeit und einer Flüssigkeit und eine stabile Er zeugung eines Zwei-Phasen-Stroms möglich.
Ferner können durch Verringern des Durchmessers der Strömungskanäle 1 bis 3 auf 1·10^–8 m² oder weniger Blasen mit einem Durchmesser von 100 μm oder weniger erzeugt werden. Ferner kann bei seiner Verringerung auf 0,25·10^–8 m² oder weniger der Durchmesser der Flüssigkeits- oder Gasblasen auf die Hälfte oder weniger verringert werden. Durch die vorstehend beschriebene Einstellung des Strömungskanalquerschnitts kann die Mischgeschwindigkeit in dem Zwei-Phasen-Strömungskanal 103 und dem Mischströmungskanal 104 erheblich gesteigert werden. Der untere Grenzwert für den Strömungskanalquerschnitt ist der Wert, mit dem der Strömungskanal erzeugt werden kann.
Die feinen Flüssigkeits- oder Gasblasen steigen bis zur Grenze zwischen der Flüssigkeit und dem Fluidbehälter auf, vereinigen sich mit dem Fluid oder Gas in dem Fluidbehälter und werden von der Flüssigkeit im unteren Abschnitt des Fluidbehälters getrennt.
Die Flüssigkeit bzw. das Gas in dem Fluidbehälter wird durch den Fluidauslaßströmungskanal 106 nach unten und anschließend durch die Fluidauslaßöffnung 121 und die Auslassleitung 84 und dann hinaus in den Behälter 65 geleitet. Wird die Flüssigkeit bzw. das Gas aus dem Fluidbehälter entnommen, wird jedoch das Stromventil 94 geöffnet, wie vorstehend beschrieben.
Andererseits wird die mit den Flüssigkeitsblasen oder Gasblasen gemischte Flüssigkeit in dem Mischströmungskanal 104 durch den Verbindungsströmungskanal 105 und den Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 113 zu der Flüssigkeitsauslaßöffnung 124 geleitet und dann durch die Auslassleitung 83 in den Behälter 64 abgegeben.
Da der Mischströmungskanal 104 längs ausgebildet ist, das untere Ende des Verbindungsströmungskanals 105 unter dem unteren Ende des Fluidauslaßströmungskanals 106 angeordnet ist und die vertikale Größe des Verbindungsströmungskanals 105 größer als die vertikale Größe des Fluidauslaßströmungskanals 106 eingestellt ist, werden die getrennte Flüssigkeit bzw. das Gas und die Flüssigkeit zuverlässig abgegeben. Dies bedeutet, daß selbst bei einer Schwankung der Zufuhrmenge und des Mischbetrags der Flüssigkeit bzw. des Gases und der Flüssigkeit die Schwankungen durch den vorstehend beschriebenen Aufbau zuverlässig absorbiert werden können.
Die aus der Flüssigkeitsauslaßöffnung 124 ausgegebene Flüssigkeit wird in den Behälter 64 geleitet, wogegen die aus der Fluidauslaßöffnung 121 ausgegebene Flüssigkeit bzw. das Gas in den Behälter 65 geleitet wird, und sie werden als Gemisch für eine Analyse, als Gemisch beispielsweise für Chemikalien, Kosmetika und Nährstoffe sowie als andere Gemische verwendet. Dies bedeutet, daß die Mischvorrichtung 160 bei der Analyse der in einem Gas enthaltenen Inhaltsstoffe durch ihre Lösung in einer spezifizierten Flüssigkeit oder bei der Analyse der in einer Flüssigkeit enthaltenen Inhaltsstoffe durch deren Verteilung in einem spezifizierten Gas für eine Analyse verwendet wird. Die beiden Nutzungsverfahren sind besonders nützlich, wenn das verwendete Reagens teuer ist oder die Menge des zu untersuchenden Materials gering ist. Ferner ist die Mischvorrichtung 160 beispielsweise für die Herstellung von Chemikalien, die durch die Reaktion einer Flüssigkeit und eines Gases erzeugt werden, sowie für die Veränderung der in einem Gas vorhandenen Inhaltsstoffe durch die Nutzung von in der Flüssigkeit enthaltenen Enzymen anwendbar. Ferner wird die Mischvorrichtung 160 zur Herstellung von Kosmetika oder Nährstoffen durch Mischen von Flüssigkeiten miteinander oder durch Mischen einer Flüssigkeit mit einem Gas verwendet.
Obwohl bei dieser Ausführungsform als Hauptkörper 150 der Vorrichtung ein vertikaler Typ verwendet wird, kann auch ein horizontaler Typ verwendet werden. Der horizontale Hauptkörper 50 einer Vorrichtung ist effizient, wenn die Installationshöhe begrenzt ist. Bei der Verwendung des horizontalen Typs ist es erforderlich, den Strömungskanal zur Zufuhr des Gases und den Strömungskanal zur Abgabe des Gases über dem Flüssigkeitsströmungskanal anzuordnen.
Obwohl der Strömungskanal des Hauptkörpers 150 der Vorrichtung unter Verwendung einer mikromechanischen Bearbeitungstechnik hergestellt wird, kann er ferner auch unter Verwendung einer Halbleiterfertigungstechnik erzeugt werden. Die Erzeugung des Strömungskanals unter Verwendung der Halbleiterfertigungstechnik kann die Massenproduktion zu verringerten Kosten erleichtern. Ferner kann der Hauptkörper 150 der Vorrichtung auch unter Verwendung eines Harzmaterials hergestellt werden, das mit Strömungskanälen und dergleichen auf ein unter Verwendung der mikromechanischen Bearbeitungstechnik hergestelltes Siliciumsubstrat transferiert wird.
Ferner sind die Strömungskanäle des Hauptkörpers 150 der Vorrichtung bei dieser Ausführungsform auf dem Siliciumsubstrat 152 ausgebildet, doch die Strömungskanäle können auf dem Glassubstrat 151 und auf dem Glassubstrat 153 ausgebildet sein, und ferner können die Strömungskanäle unterteilt in dem Glassubstrat 151, dem Siliciumsubstrat 152 und dem Glassubstrat 153 ausgebildet sein.
Obwohl die Ausführungsform unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem nur eine Mischvorrichtung 160 verwendet wird, können ferner auf die gleiche Weise wie gemäß der dritten Ausführungsform bzw. gemäß der vierten oder fünften Aus führungsform mehrere Mischvorrichtungen 160 zum Ausführen einer parallelen bzw. seriellen Verarbeitung verwendet werden. Überdies können die parallele Verarbeitung und die serielle Verarbeitung mehrfach kombiniert werden, um nacheinander drei oder mehr Arten von Materialien zu mischen.
Obwohl im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform drei Flüssigkeitsbehälter 62 und drei Gasbehälter 63 gezeigt wurden, besteht ferner erfindungsgemäß keine Beschränkung hinsichtlich ihrer Anzahl und Kombination. Die diesbezüglich erforderliche Mindestzahl beträgt zwei, und die Kombination kann entweder einen Flüssigkeitsbehälter 62 und einen Gasbehälter 63 oder zwei Flüssigkeitsbehälter 62 umfassen. Obwohl fünf mit der Halterung 61 zu verbindende Leitungssysteme dargestellt sind, ist ferner die Anzahl erfindungsgemäß nicht eingeschränkt, vorausgesetzt, daß die erforderliche Mindestzahl von zwei Einlaßleitungssystemen und einem Auslaßleitungssystemen, d.h. insgesamt drei Systemen vorgesehen ist.
Ferner ist das durch die mit der Halterung 61 zur exklusiven Verwendung verbundene Leitung strömende Fluid nicht notwendigerweise von einer Art, sondern es können mehrere Stromventile 91 oder 92 geöffnet werden, und die Fluids können in die Mischvorrichtung geleitet werden, während die Strömungsmenge für jedes von ihnen auf einen beliebigen Wert gesteuert wird.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 14 und 15 eine Reaktionsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
14 ist eine der Linie A-A in 1 entsprechende Schnittansicht, die einen Hauptkörper der Reaktionsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 15 ist eine der Linie B-B in 1 entsprechende Schnittansicht, die den Hauptkör per der Reaktionsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die siebte Ausführungsform ist grundsätzlich identisch mit der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch in den folgenden Punkten. Bei der siebten Ausführungsform sind der Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 13 und die Flüssigkeitsauslaßöffnung 24 der ersten Ausführungsform ein Gasauslaßströmungskanal 13 und eine Gasauslaßöffnung 24, während der Gasauslaßströmungskanal 6 der ersten Ausführungsform ein Flüssigkeitsauslaßströmungskanal 6 ist. Dann ist der zwischen dem Blasenreaktionsströmungskanal 4 und dem Gasauslaßströmungskanal 13 angeordnete Flüssigkeitsverbindungsströmungskanal 5 ein Gasverbindungskanal 5. In dem Gasverbindungskanal 5 ist eine Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit angeordnet. Wie vorstehend beschrieben, sind die Auslaßsysteme für das Gas und die Flüssigkeit bei der siebten Ausführungsform umgekehrt wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet.
Da die Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit aus Silicium ausgebildet und ihre Oberfläche mit einer wasserabweisenden Schicht bedeckt ist, ermöglicht sie das Durchsickern einer Gasphase, verhindert jedoch das Durchsickern einer Flüssigkeit. Dementsprechend kann effektiv verhindert werden, daß der Gasphasenanteil Flüssigkeitströpfchen enthält. Für die Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit kann beispielsweise ein poröser Film verwendet werden, in dem feine Poren von hauptsächlich 20 μm oder weniger ausgebildet sind, wenn die Druckdifferenz vor und hinter der Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit 0,01 MPa und der zwischen dem wasserabweisenden Film und dem als Flüssigkeit verwendeten Wasser gebildete Kontakt winkel 100° betragen. Wenn die Druckdifferenz vor und hinter der Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit kleiner oder der Kontaktwinkel zwischen der zu verwendenden Flüssigkeit und dem wasserabweisenden Film größer ist, kann der Durchmesser der feinen Poren größer eingestellt werden. Ferner ist die Form der hier verwendeten feinen Poren nicht notwendigerweise kreisförmig zylindrisch, sondern kann quadratisch zylinderförmig mit einem im wesentlichen identischen Durchmesser sein.
Das nach dem Passieren der Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit von der Flüssigkeit getrennte Gas wird durch den Sog der Pumpe durch den Gasauslaßströmungskanal 13 nach unten geleitet und anschließend durch die Gasauslaßöffnung 24 aus der Vorrichtung abgegeben. Andererseits wird die Flüssigkeit im oberen Teil des Gasblasenreaktionsströmungskanals, die mit dem Gas reagiert hat, durch den Sog der Pumpe durch den Gasauslaßströmungskanal 6 nach unten geleitet und anschließend durch die Gasauslaßöffnung aus der Vorrichtung abgegeben.
Ferner kann als Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit ein Schlitz mit einer mikrofeinen Breite verwendet werden. Die im Querschnitt längere Seite des Schlitzes mit der mikrofeinen Breite ist senkrecht zur Vorschubrichtung des (Gas-) Blasenreaktionsströmungskanals 4 angeordnet, und ihre Länge ist im wesentlichen identisch mit der Strömungskanalbreite des Gasblasenreaktionsströmungskanals 4. Die Länge der kürzeren Seite des Schlitzes mit der mikrofeinen Breite beträgt vorzugsweise 10 μm oder weniger, wenn die Druckdifferenz vor und hinter der Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit 0,01 MPa und der Kontaktwinkel zwischen dem wasserabweisenden Film und dem als Flüssigkeit verwendeten Wasser 100° betragen. Wenn die Druckdifferenz vor und hinter der Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit kleiner oder der Kontaktwinkel zwischen der verwendeten Flüssigkeit und dem wasserabweisenden Film größer ist, kann die Länge der kürzeren Seite des Schlitzes mit der mikrofeinen Breite größer sein. Ferner können zur Steigerung der verarbeiteten Menge pro Einheitsstunde mehrere Schlitze mit mikrofeiner Breite parallel angeordnet sein, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des den Schlitz mit der mikrofeinen Breite passierenden Gases hoch ist.
Ferner kann die Leistung bei der Trennung des Gases und der Flüssigkeit durch Ausweiten des wasserabweisenden Films der Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit bis zu einem Abschnitt des Gasblasenreaktionsströmungskanals 4 auf der Stromaufseite verbessert werden, wodurch die Häufigkeit des Kontakts zwischen der Flüssigkeit und der Einrichtung 54 zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit verringert wird.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, kann durch die Erfindung eine Reaktionsvorrichtung geschaffen werden, die ein stabiles Gas-Flüssigkeits-Mischverhältnis liefern und die Reaktionsgeschwindigkeit steigern kann.
Ferner kann durch die Erfindung ein Mischsystem geschaffen werden, bei dem die Mischvorrichtung leicht ersetzt werden kann, wenn Probleme mit der Mischvorrichtung auftreten oder wenn erforderliche Produkte erzeugt werden sollen, und das zur Realisierung eines stabilen Mischverhältnisses und zur Steigerung der Mischgeschwindigkeit geeignet ist.

Claims

Mikrostruktur-Reaktionsvorrichtung (60) für eine Reaktion zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas mit einem ersten Zufuhrströmungskanal (1) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr einer von einer Druckerzeugungsvorrichtung (32) unter Druck gesetzten Flüssigkeit, einem zweiten Zufuhrströmungskanal (2) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr eines von einer Druckerzeugungsvorrichtung (33) unter Druck gesetzten Gases, einem mit einem Vereinigungsabschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals (1) und des zweiten Zufuhrströmungskanals (2) verbundenen Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zum Weiterleiten eines Zwei-Phasen Fluids aus dem Gas und der Flüssigkeit, wobei der Strömungskanalquerschnitt des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) so fein ist, dass darin das Gas/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Fluid so vorliegt, dass darin das Gas und die Flüssigkeit nacheinander abwechseln, einem Reaktionsströmungskanal (4), der mit dem Ausgang des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) verbunden ist und einen größeren Strömungskanalquerschnitt als der Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) aufweist, einem Flüssigkeitsauslassströmungskanal (13) zur Abgabe der Flüssigkeit aus dem Reaktionsströmungskanal (4), und einem Gasauslassströmungskanal (6) zur Abgabe des aus dem Reaktionsströmungskanal (4) abgetrennten Gases.
Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der durch Aufeinanderschichten mehrerer Substrate (51, 52, 53) eine Mikrofluidvorrichtung erzeugt wird, wobei jeder der Strömungskanäle in der Mikrofluidvorrichtung unter Verwendung einer mikromechanischen Bearbeitungstechnik, einer Halbleiterfertigungstechnik oder dergleichen erzeugt wird.
Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Strömungskanalquerschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals (1), des zweiten Zufuhrströmungskanals (2) und des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) 1·10^–7 m² oder weniger beträgt.
Reaktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Strömungskanalquerschnitt des zweiten Zufuhrströmungskanals (2) kleiner als der Strömungskanalquerschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals (1) gehalten wird.
Reaktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Öffnung des mit dem ersten Zufuhrströmungskanal (1) verbundenen zweiten Zufuhrströmungskanals (2) in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit erheblich größer ist als in der dazu senkrechten Richtung.
Reaktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der mehrere Abschnitte zur Erzeugung einer Zwei-Phasen-Strömung vorgesehen sind, die jeweils einen ersten Zufuhrströmungskanal (1), einen zweiten Zufuhrströmungskanal (2) und einen Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) umfassen, und die mehreren Abschnitte zur Erzeugung einer Zwei-Phasen-Strömung parallel mit dem Reaktionsströmungskanal (4) verbunden sind.
Reaktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) länger als der Reaktionsströmungskanal (4) ist.
Mikrostruktur-Reaktionsvorrichtung (60) mit einem Hauptkörper (50) mit einem Strömungskanal für eine Reaktion zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas und einer Druckerzeugungsvorrichtung (32) zur Zufuhr der Flüssigkeit und einer Druckerzeugungsvorrichtung (33) zur Zufuhr des Gases zum Strömungskanal des Hauptkörpers (50), wobei der Hauptkörper (50) aus einer mehrschichtigen, dünnen Struktur ausgebildet ist, bei der mehrere Träger (51, 52, 53) aufeinander geschichtet und verbunden sind, der Strömungskanal des Hauptkörpers einen Abschnitt zur Erzeugung einer Gas/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Strömung, einen Blasenreaktions- und Trennabschnitt und einen Gas- und Flüssigkeitsauslassabschnitt umfasst, der Gas/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Strömungserzeugungsabschnitt einen ersten Zufuhrströmungskanal (1) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr der von der Druckerzeugungsvorrichtung (32) unter Druck gesetzten Flüssigkeit, einen zweiten Zufuhrströmungskanal (2) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr des von der Druckerzeugungsvorrichtung (33) unter Druck gesetzten Gases und einen mit einem Vereinigungsabschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals (1) und des zweiten Zufuhrströmungskanals (2) verbundenen Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zum Weiterleiten eines Zwei-Phasen-Fluids aus dem Gas und der Flüssigkeit umfasst, wobei der Strömungskanalquerschnitt des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) so fein ist, dass darin das Gas/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Fluid so vorliegt, dass darin das Gas und die Flüssigkeit nacheinander abwechseln, der Gasblasenreaktions- und Trennabschnitt einen Reaktionsströmungskanal (4) mit einem größeren Strömungskanalquerschnitt als der Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) aufweist, wobei der untere Abschnitt des Reaktionsströmungskanals (4) mit dem Ausgang des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) verbunden ist, der Gas- und Flüssigkeitsauslassabschnitt einen Flüssigkeitsauslassströmungskanal (13) zur Abgabe der Flüssigkeit im oberen Teil des Reaktionsströmungskanals (4) aufweist und einen Gasauslassströmungskanal (6) zur Abgabe des Gases, wobei der Gasauslassströmungskanal (6) oberhalb des Flüssigkeitsauslassströmungskanals (13) angeordnet ist.
Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 8 mit mehreren Hauptkörpern (50), wobei die mehreren Hauptkörper (50) über einen Flüssigkeitsströmungskanal und einen Gasströmungskanal parallel verbunden sind.
Reaktionsvorrichtung nach Anspruch 9 mit mehreren Hauptkörpern, wobei die mehreren Hauptkörper über einen Flüssigkeitsströmungskanal und einen Gasströmungskanal in Reihe verbunden sind.
Reaktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei der eine Einrichtung zum Trennen des Gases und der Flüssigkeit (54) zwischen dem Reaktionsströmungskanal (4) und dem Flüssigkeitsauslassströmungskanal (6) angeordnet ist.
Reaktionsverfahren in einer Mikrostruktur-Reaktionsvorrichtung mit den Schritten: Zufuhr einer Flüssigkeit über einen ersten Zufuhrkanal (1) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt; Zufuhr eines Gases über einen zweiten Zufuhrkanal (2) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt; Leiten der Flüssigkeit aus dem ersten Zufuhrströmungskanal (1) und des Gases aus dem zweiten Zufuhrströmungskanal (2) als Gas/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Fluid zu einem Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt, wobei der Strömungskanalquerschnitt des Zwei-Phasen-Strömungskanals (3) so fein ist, dass darin das Gas/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Fluid so vorliegt, dass darin das Gas und die Flüssigkeit nacheinander abwechseln; Herausleiten des Zwei-Phasen-Fluids in einen Reaktionsströmungskanal (4) mit einem größeren Strömungskanalquerschnitt als der Zwei-Phasen-Strömungskanal (3) und Reaktion der Flüssigkeit und des Gases in dem Reaktionsströmungskanal (4) sowie Entnahme der Flüssigkeit aus dem Reaktionsströmungskanal (4) nach der Reaktion.
Mikrostruktur-Mischvorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeit mit einem Fluid mit einem ersten Zufuhrströmungskanal (101) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr einer durch eine Druckerzeugungsvorrichtung unter Druck gesetzten Flüssigkeit, einem zweiten Zufuhrströmungskanal (102) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr eines Fluids, einem mit einem Vereinigungsabschnitt des ersten Zufuhrströmungskanals (101) und des zweiten Zufuhrströmungskanals (102) verbundenen Flüssigkeit/F1uidZwei-Phasen-Strömungskanal (103) mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zum Weiterleiten der Flüssigkeit aus dem ersten Zufuhrströmungskanal (101) und des Fluids aus dem zweiten Zufuhrströmungskanal (102) als Flüssigkeit/Fluid-Zwei-Phasen-Fluid, wobei der Strömungskanalquerschnitt des Zwei-Phasen-Strömungskanals (103) so fein ist, dass darin das Fluid/Flüssigkeit-Zwei-Phasen-Fluid so vorliegt, dass darin die Flüssigkeit und das Fluid nacheinander abwechseln, einem mit dem Ausgang des Zwei-Phasen-Strömungskanals (103) verbundenen Mischströmungskanal (104) mit einem größeren Strömungskanalquerschnitt als der Zwei-Phasen-Strömungskanal (103), und einem Flüssigkeitsauslassströmungskanal (113) zur Abgabe der Flüssigkeit aus dem Mischströmungskanal (104).
Mischvorrichtung nach Anspruch 13, die ferner einen dritten Zufuhrströmungskanal mit einem feinen Strömungskanalquerschnitt zur Zufuhr des zu mischenden Fluids zu der dem Flüssigkeitsauslassströmungskanal gegenüberliegenden Seite des Mischströmungskanals (104) aufweist.
Mischsystem mit einer Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14 zum Mischen mehrerer Fluids und einer Halterung (61) zur lösbaren Montage der Mischvorrichtung (160), wobei die Halterung (61) Verbindungskanäle zum Verbinden der Mischvorrichtung mit einem Fluidzufuhrabschnitt bzw. einem Fluidauslassabschnitt aufweist.