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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung
eines geregelten oder begrenzten Durchflusses einer Flüssigkeit.
Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist eine Infusionspumpe zur
Bereitstellung eines geregelten Durchflusses von Medizin für einen
Patienten während
eines gewissen Zeitraumes, der eine Anzahl von Tagen betragen kann.
Andere Anwendungen sind im chemischen oder biotechnologischen Bereich
denkbar.
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Bei
medizinischen Infusionen muss der Durchfluss normalerweise auf sehr
niedrige Mengen, z. B. 1000 Mikroliter pro Stunde, begrenzt werden.
Die Bereitstellung von Flüssigkeiten
bei Durchflussmengen von wenigen Millilitern pro Stunde oder weniger
kann dadurch erfolgen, dass eine Quelle einer Druckflüssigkeit
mit einer Kapillare mit einem kleinen inneren Durchmesser verbunden
wird. In Kapillaren hat die Durchflussmenge durch die Kapillare
ein wohldefiniertes Verhältnis
zur Länge
und zum Durchmesser der Kapillare und auch zur Druckdifferenz zwischen
dem Kapillareinlass und dem Kapillarauslass. Für jede gegebene Druckdifferenz muss
die Durchflussmenge somit auf einen gewünschten Wert festgelegt werden,
und zwar dadurch, dass eine Kapillare mit einer passenden Länge und
Durchmesser gewählt
wird.
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Ein
Problem bei Kapillaren mit sehr kleinen inneren Durchmessern (Mikrokapillare)
ist, dass Gasblasen in der Flüssigkeit
einen großen
Einfluss auf die Druckdifferenz oder den Druckabfall haben können, die erforder lich
ist, um eine gegebene Durchflussmenge durch die Kapillare aufrechtzuerhalten,
und im schlimmsten Fall können
Blasen eine totale Sperrung der Kapillare verursachen. Der Grund
hierfür
ist das Phänomen einer
Fragmentierung einer (größeren) Blase
am Einlass der Kapillare in eine Vielzahl von kleinen Blasen in der
Kapillare. Die kleinen Blasen werden durch Pfropfen aus Flüssigkeit
voneinander getrennt, und jede kleine Blase bedarf einer gewissen
Druckdifferenz zwischen ihren Enden, um sich entlang der Kapillare
zu bewegen. Diese Druckdifferenz ist zum größten Teil unabhängig von
der Blasenlänge.
Blasenfragmentierung am Einlass kann die Kapillare mit so vielen
kleinen Blasen füllen,
dass die zur Erzeugung eines Flüssigkeitsdurchflusses verfügbare Druckdifferenz
von der Summe der Druckabfälle,
die erforderlich ist, um die kleinen Blasen entlang der Kapillare
zu treiben, reduziert oder völlig
verbraucht wird. Deshalb kann der Durchfluss durch die Kapillare durch
die Blasenfragmentierung erheblich reduziert oder sogar gestoppt
werden.
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Quarzglas-Mikrokapillaren
mit einem inneren Durchmesser von 10 bis 100 Mikrometern sind im
Bereich der chemischen Analysen weit verbreitet, in Anwendungen
wie z. B. Elektrophorese und Gaschromatographie. Mikrokapillar-Durchflussbegrenzer
zur Anwendung bei medizinischen Infusionen werden einfach dadurch
hergestellt, dass passende Längen
(je von wenigen Zentimetern) von Quarzglas-Mikrokapillarmaterial abgeschnitten
werden. Andere Materiale können
auch verwendet werden, wie z. B. Polymerkapillaren oder mikrobearbeitete,
ebene Kapillarstrukturen.
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Leider
zeigt die Erfahrung, dass das Vorkommen von Blasenfragmentierung
in Mikrokapillar-Durchflussbegrenzern nicht vorhersehbar ist. Bei
einer Anzahl von 100 hergestellten Durchflussbegrenzern werden einige
nur sehr geringe Tendenzen in Bezug auf Blasenfragmentierung aufweisen,
wogegen andere jede eintretende Blase fragmentieren werden. Sowohl
in Bezug auf Leistung als auch in Bezug auf Vorhersehbarkeit gibt
es Mängel.
Beide sind erhebliche Hinderungen bei der industriellen Anwendung
von Mikrokapillar-Durchflussbegrenzern, z. B. in der Massenherstellung
von medizinischen Infusionsgeräten.
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Ein
Kapillar-Durchflussbegrenzer mit aufgeweitetem Einlass, ausgebildet
für das
Vorbeugen von Blasenfragmentierung beim Einlauf in den Durchflussbegrenzer,
um die Bildung eines Blasenzuges zu verhindern, der die Druckdifferenz
zwischen der Quelle und dem Empfänger
konsumiert, wird in einem Dokument von Bargiou M et al offenbart: "A Capillary Suction
Probe for Bubble Size Measurement", Measuring Science and Technology,
IOP Publishing, Bristol, gb, Vol. 2, Nr. 4, 1. April 1991 (1991-04-01),
Seiten 318–326,
XP000227787 ISSN: 0957-0233.
Das Dokument gibt aber kein generelles Verhältnis zwischen den Dimensionen
des Kanals des Durchflussbegrenzers und der Einengung an.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Durchflussbegrenzerstruktur
anzugeben, die eine geringere Tendenz in Bezug auf Blasenfragmentierung
hat, die in ihrem Blasenfragmentierungsverhalten vorhersehbarer ist,
und die eine höhere
Anzahl von brauchbaren Geräten
liefert als bisher bekannte Mikrokapillar-Durchflussbegrenzer.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Durchflussbegrenzer mit den Kennzeichen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen
beschrieben, die zeigen in:
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1 einen
Durchflussbegrenzer, hergestellt durch Abschneiden von Längen eines
Mikrokapillarmaterials, und in
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2 einen
Durchflussbegrenzer, hergestellt durch allmähliche Aufweitung des inneren
Durchmessers einer Mikrokapillare am Einlass, in Übereinstimmung
mit der Erfindung.
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1 zeigt
einen Kapillar-Durchflussbegrenzer 10, hergestellt durch
Abschneiden von Längen
einer Mikrokapillare, die von verschiedenen Herstellern für die Anwendung
im Bereich der chemischen Analysen (Gaschromatographie, Kapillarelektrophorese
usw.) im Handel erhältlich
ist.
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Das
Gerät 10 ist
ein längliches
Rohr, dessen Wand 1 aus aufgeschmolzenem Quarz (Quarzglas)
mit einer äußeren Verkleidung 2 aus
Polyimid besteht. Die Wand 1 umgibt einen Durchflusskanal 3 mit
einem kreisrunden oder rechteckigen (z. B. quadratischen) Querschnitt,
der sich von einem Einlass 4 zu einem Auslass 5 erstreckt.
Am Einlass bildet der Durchflusskanal 3 eine Einlassöffnung 6 in
einer Einlassfläche 7 des Durchflussbegrenzers,
und am Auslass bildet der Durchflusskanal 3 eine Auslassöffnung 8 in
einer Auslassfläche 9 des
Durchflussbegrenzers. Abhängig
davon, wie das Gerät
abgeschnitten wurde, können
die Einlassfläche 7 und
die Auslassfläche 9 des
Gerätes
glatt sein (Schleifschneiden) wie gezeigt bei 7, oder leicht
uneben (durch Kerben und Brechen) wie gezeigt bei 9.
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Der
Durchflussbegrenzer 10 ist in einem Durchflusssystem zur
Lieferung eines geregelten Durchflusses von Flüssigkeit von einer Quelle 12 von
Flüssigkeit 14 zu
einem Empfänger 13 angeordnet.
Die Quelle 12 ist in passender Weise unter Druck gesetzt,
nicht gezeigt, mit einem Druck, der höher ist als der Druck, der
am Empfänger 13 herrscht.
In einem Medizininfusionssystem z. B. kann die Quelle 12 eine
aufgeblasene Blase mit einem Druck von ungefähr 300–2000 mbar über dem Empfängerdruck
sein, und der Empfänger 13 kann ein
Blutgefäss
oder jede andere passende innere Stelle im Körper eines Patienten sein,
der das gesamte Durchflusssystem als Implantat erhalten hat.
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Die
Montageeinzelheiten sind an beiden Enden des Durchflussbegrenzers
schematisch angegeben, wobei die Polyimidverkleidung entfernt worden
ist, um einen direkten Kontakt zwischen einem mit 11 bezeichneten
flüssigkeitsdichten
Befestigungssystem und dem Körper 1 des
Kapillarrohres zu ermöglichen.
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Die
Flüssigkeit 14 kann
Gasblasen 15 aufweisen. Eine solche Blase 16 ist
so dargestellt, dass sie durch die Druckdifferenz zwischen Quelle
und Empfänger
in den Einlass 4 des Durchflusskanals 3 hinein
getrieben wird. Oft bewirkt die Anwesenheit von Blasen einen zweiphasigen
Durchfluss am Kanaleinlass 4. Die Flüssigkeit fließt in einer
dünnen
Schicht 17, die an der inneren Oberfläche des Kanals 3 anhaftet.
Die Flüssigkeitsschicht 17 umgibt
in koaxialer Richtung einen Durchfluss 18 von Gas, der
den restlichen Kern des Kanals 3 füllt.
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Der
zweiphasige Durchfluss im Durchflusskanal 3 stellt einen
Zustand von Unstabilität
dar, die oft zu einer Fragmentierung des Gases in separate Gasblasen 18,
getrennt durch Pfropfen 19 aus Flüssigkeit, führt. Dies wird durch die Oberflächenspannung
der Flüssigkeits-Gas-Grenzschicht
des Films 17 verursacht. Die Oberflächenspannung bewirkt, dass
der Flüssigkeitsfilm
dazu neigt, seine Oberfläche
zu reduzieren. Störungen
mit einer Wellenlänge
von mehr als π·D (wo
D, wie früher
beschrieben, der hydraulische Durchmesser des Kanals ist) können so
lange anwachsen, bis eine Blase abgeklemmt wird, wie bei 20 und 21 angegeben.
Eine solche Fragmentierung wird oft beobachtet, auch wenn sich ihr
Beginn in der Praxis als fast unvorhersagbar erwiesen hat. Sie führt zur
Erzeugung einer Vielzahl von kleinen Blasen, je mit einer Länge Lmin in der Größenordnung des benetzten Perimeters
des Kanals, π·D.
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Wie
allgemein bekannt, folgt der Durchfluss der Flüssigkeit durch den Kanal dem
Gesetz von Hagen-Poiseuille:
wobei Q die Durchflussmenge,
D der hydraulische Durchmesser des Durchflusskanals, ΔP die Druckdifferenz zwischen
dem Einlass und dem Auslass des Durchflusskanals, L die Länge des
Durchflusskanals und η
1 die Viskosität der Flüssigkeit ist. Ein Umformen
der Gleichung (1)
ergibt einen Ausdruck, der
den Druckabfall angibt, der erforderlich ist, um die Durchflussmenge
Q an Flüssigkeit
durch den Kanal
3 zu treiben.
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Bei
einem Durchfluss von Gas durch den Kanal 3 würde der
gleiche Ausdruck (2) mit der Viskosität ηg des
Gases statt der Viskosität η1 der Flüssigkeit
gelten.
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Bei
einer Blasenfragmentierung ist es bekannt, dass jede Gasblase einen
Deformierungsdruckabfall benötigt,
um sich entlang des Kanals
3 zu
bewegen, was dadurch verursacht wird, dass die vordere und die hintere Oberfläche einer
Blase bei der Bewegung der Blase verschiedene Formen annehmen. In
der Gleichung (3) ist α ein
reibungsmäßiger Oberflächenspannungsparameter,
der em pirisch bestimmt werden muss, und D ist der hydraulische Durchmesser
des Kanals. Der Druckabfall ΔP
b, der erforderlich ist, um eine Blase entlang
des Kanals
3 zu treiben, wird deshalb die Summe des viskosen
Druckabfalls und des Deformierungsdruckabfalls:
wobei L
b die
Länge des
Kanals ist, die von der Blase aufgenommen wird. Andererseits, weil
die Gasblase einen Pfropfen von Flüssigkeit der gleichen Länge ersetzt,
und die Viskosität
von Gas generell niedriger ist als die Viskosität von Flüssigkeit, kann eine Gasblase
leichter durch den Kanal
3 fließen als ein Pfropfen von Flüssigkeit
von der gleichen Länge.
Bei einer Kombination der Gleichungen (2) und (4) bewirkt das Ersetzen
eines Pfropfens von Flüssigkeit
durch eine Gasblase keine Änderung
des Druckabfalls, wenn:
wobei L
b wieder
die Länge
der Blase ist, die einen Pfropfen von Flüssigkeit mit der gleichen Länge ersetzt.
In Gleichung (5), bei Δ(ΔP) > 0, erhöht die Einführung einer
Blase den Druckabfall. Es besteht die Gefahr, dass der Durchflusskanal
3 von
Blasen verstopft wird, wogegen, bei Δ(ΔP) < 0, die Einführung von Blasen den Druckabfall
reduziert und keine Gefahr für
den weiteren Durchfluss durch den Kanal darstellt.
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Durch
eine Umordnung der Gleichung (5) wird eine begrenzende Blasenlänge, L
b1, definiert als
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Blasen,
die kürzer
sind als durch den Ausdruck (6) angegeben, führen zu einer Gefahr einer
Verstopfung des Durchflusskanals, da der Gewinn aus einer niedrigeren
Viskosität
des Gases durch den Verlust aus der Deformierung ausgeglichen wird;
Blasen, die länger
sind als durch den Ausdruck (6) angegeben, werden frei entlang des
Durchflusskanals fließen,
weil der Gewinn aus der niedrigeren Viskosität des Gases dominiert.
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Ob
eine Verstopfung tatsächlich
erfolgt, wird selbstverständlich
von dem Druckspielraum abhängen, der
für den
Antrieb des Durchflusses vorhanden ist. Eine Verstopfung wird nur
dann auftreten, wenn die gesamte Druckdifferenz zwischen der Quelle 12 und
dem Empfänger 13 von
der Summe der Druckabfälle
eines Zuges aus Blasen und Flüssigkeitspfropfen,
nach den Gleichungen (2) und (4), verbraucht wird.
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Wie
früher
erwähnt,
ist das Vorkommen von Blasenfragmentierung in Durchflussbegrenzern
der einfachen Konfiguration der 1 unvorhersagbar.
Untersuchungen haben aber gezeigt, dass die Durchflussbegrenzergeometrie
geändert
werden kann, um die Erzeugung von Blasen unter der kritischen Länge zu unterdrücken. Ein
Beispiel einer solchen geänderten
Geometrie wird in 2 gezeigt.
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In 2,
vergrößert im
Verhältnis
zu 1, ist das Einlassende eines Durchflussbegrenzers
der gleichen gesamten Konstruktion wie in 1 gezeigt.
Es gibt aber einen Unterschied, indem der Durchflusskanal 3 in
gleichmäßiger und
allmählicher
Weise am Einlass zur Bildung einer posaunenförmigen Einlassöffnung aufgeweitet
worden ist. Nahe der Einlassfläche 7 ist
der Kanal breit. Weiter entfernt von der Einlassfläche 7 engt sich
der Kanal auf den ursprünglichen
inneren Durchmesser D ein. Ausgedrückt mit Hilfe der Koordinate
z, eingestellt auf Null an der Einlassfläche 7 und in Durchflussrichtung
gerichtet, wie angedeutet bei 22, hat der Kanal bei z =
D einen inneren Durchmesser D(z) = 3,5 D und bei z = 10,5 D hat
der Kanal einen inneren Durchmesser D(z) = D.
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Eine
erste Regel für
die Aufweitung des Kanals
3 kann aus der Bedingung abgeleitet
werden, dass die Einlassgeometrie zumindest die Bildung von Blasen
zulassen soll, die lang genug sind, um eine Verstopfung des Kanals
3 zu
vermeiden. Wenn N die Anzahl von Blasen angibt, die im Durchflussbegrenzer
vorhanden ist, wird der Durchfluss nicht blockiert, wenn
NΔPd < ΔP (7)wobei ΔP
d den Deformierungsdruckabfall jeder einzelnen
Blase wie angegeben in (3) oben angibt. Wir betrachten jetzt das
Abkneifen einer Blase im aufgeweiteten Teil des Durchflusskanals
3 an
einem Punkt, wo der Kanal einen inneren Durchmesser D*>D hat. Das Volumen
einer Blase der Länge
L
min = ηD*
an diesem Punkt kann wie folgt angenähert werden
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Die
maximale Anzahl N von solchen Blasen in einem Durchflusskanal der
Länge L
ist gleich dem Volumen des Kanals geteilt durch das Volumen einer
Blase:
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Wenn
der Ausdruck (9) in den Ausdruck (7) eingesetzt und mit (2) und
(3) kombiniert wird, bekommt man
der so umgeändert werden
kann, dass er
ergibt.
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Die
physikalische Interpretierung dieses Ausdrucks ist wie folgt: Wenn
der Einlass des Kanals 3 auf einen Durchmesser wenig über D* aufgeweitet
wird, schafft dies zumindest die Möglichkeit, dass Blasen, die durch Fragmentierung
gebildet werden, lang genug sein werden, um den Durchfluss durch
den Kanal nicht ganz zu blockieren, auch wenn der Kanal mit solchen
Blasen ganz gefüllt
ist.
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Wenden
wir uns jetzt zu unserem Studium des Fragmentierungsprozesses selbst,
zeigt 2 eine Blase 16 aus Gas 15,
die in den Kanal 3 eintritt. An der Vorderseite 23 der
Blase wird Flüssigkeit
vom Gas verdrängt
und bildet einen dünnen
Film 17 der Dicke h(z) auf der inneren Oberfläche des
Kanals 3. Aufgrund der Oberflächenspannung am Übergang 24 zwischen
Gas und Flüssigkeit
ist der Film 17 nicht stabil. Die Oberflächenspannung übt eine
Pumpenwirkung aus, wobei die Flüssigkeit
dazu neigt, sowohl radial als auch axial zu fließen, wie gezeigt bei 25,
was im Bereich der Hydrodynamik ein wohlbekanntes Phänomen ist.
Dies verursacht eine lokale Anhäufung
von Flüssigkeit,
die nach und nach zur Bildung eines Pfropfens aus Flüssigkeit führen kann,
der den Kanal 3 füllt.
Dadurch kann eine kleinere Blase 18 (nicht gezeigt in 2)
von der Blase 16 abgekniffen werden.
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Unsere
Untersuchungen deuten an, dass es im Großen und Ganzen eine Frage von
lokaler Oberflächenkrümmung und
Zeitgebung ist, ob ein Abkneifen tatsächlich erfolgen wird oder nicht.
Wenn die Blase 16 einen Punkt 25 von beginnender
lokaler Anhäufung
von Flüssigkeit
passiert, der Flüssigkeitsfilm 17 aber
nicht die ausreichende Dicke erreicht, um während der Passage der Blase
einen Flüssigkeitspfropfen
zu bilden, wird ein Abkneifen nicht stattfinden. Andererseits, wenn
der Flüssigkeits film 17 dick
genug wird, um in der Mitte des Kanals 3 zusammenzufließen, um
einen Flüssigkeitspfropfen
zu bilden, während
die Blase 16 am Punkt 25 vorbeifließt, wird
ein Abkneifen das Ergebnis sein.
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Aufgrund
hiervon ist jetzt festgestellt worden, dass es mit einer passenden
Aufweitung des Einlasses des Durchflusskanals, abhängig von
der gewünschten
Durchflussmenge, möglich
ist, die Zeitgebung des Störungswachstums
des Flüssigkeitsfilms
um Gasblasen herum im Kanal 3 so zu regeln, dass jede Blasenfragmentierung
zu Blasen führen
wird, die entweder länger
als die begrenzende Länge
der Gleichung (6) sind und deshalb keine Gefahr einer Blockierung
der Kapillare darstellen, oder kurz genug sind, um den Durchfluss
zu reduzieren, aber nicht zahlreich genug, um den Durchfluss von
Flüssigkeit
durch die Kapillare zu stoppen.
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Aus
experimentellen und numerischen Untersuchungen ist es bekannt, dass
eine Blase, die sich mit einer Blasengeschwindigkeit v(z) entlang
einer geraden Kapillare bewegt, von einem Flüssigkeitsfilm mit der Dicke
umgeben wird, wobei γ die Oberflächenspannung
am Übergang
zwischen Flüssigkeit
und Gas ist. Wie zu erwarten ist, wird eine sich langsam bewegende
Blase von einem dünneren
Film aus Flüssigkeit
umgeben als eine sich schnell bewegende Blase. Im Fall eines Stopps
wird eine Blase allmählich
alle umgebende Flüssigkeit
verdrängen und
die sie umgebende Oberfläche
des Kanals austrocknen.
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Es
soll erwähnt
werden, dass sich jede Blase
18 mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit
bewegt wie die umgebende Flüssigkeit.
Deshalb ist
wobei v(z) die Geschwindigkeit
der Blase am Punkt z angibt. Für
eine Blase mit einer Länge
von L
b führt
dies zu einer Blasentransportzeit τ
b am
Punkt z von
τb(z)
= Lb/v(z) (14) -
Die
Blasengeschwindigkeit hat einen charakteristischen (maximalen) Wert
v* bei einer Koordinate z entlang dem Kanal 3, wo R(z)
seinen minimalen Wert hat. Entsprechend hat die Blasentransportzeit
einen charakteristischen (minimalen) Wert τb bei τb = Lb/v* (15)
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Jedoch
ist nicht nur die Blasengeschwindigkeit bestimmend für die Filmdicke.
Da der Flüssigkeitsfilm an
der Kanaloberfläche
haftet, folgt er der Oberfläche
genau. Die Filmdicke kann dadurch beeinflusst werden, dass die Form
der Kanaloberfläche
gesteuert wird.
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Wie
gezeigt bei
26 in
2, neigt
sich die Kanaloberfläche
bei jeder Koordinate z innerhalb des aufgeweite ten Kanalabschnitts
nach innen mit einer wie folgt definierten Neigung
und hat ein Tangens bei z
mit dem entsprechenden Neigungswinkel
θT(z) = arctan(a(z)) (17)im Verhältnis zur
Längsachse
des Kanals
3, wie gezeigt bei
27 in
2. Ähnlich wie
mit der Blasengeschwindigkeit und Transportzeit oben, definieren
wir den maximalen Neigungswinkel im Kapillareinlass als θ
T*.
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Es
hat sich herausgestellt, dass innerhalb des sich verjüngenden
Kanalabschnitts Unstabilitäten
typischerweise einen Flüssigkeitsfilm
der Dicke h(z) in der Mitte des Durchflusskanals zum Koaleszieren
bringen und dadurch eine Blase abkneifen, innerhalb einer lokalen
Zeitperiode τ
p(z) von
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Unsere
Untersuchungen zeigen, dass die kürzeste dieser lokalen Zeitperioden, τ*, die Zeitskala
der Blasensegmentierung im aufgeweiteten Teil des Kanals 3 steuert.
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Da
es gewünscht
wird, Blasenfragmentierung in Blasen, die kleiner sind als die in
Gleichung (6) angegebene begrenzende Blasenlänge, zu verhindern, und die
charakteristische (minimale) Transportzeit τb1 solcher
Blasen τbl =
Lb1/v* (19)ist,
wird eine Kanalneigung, die wie folgt konstruiert ist τ* > τb1 (20)die Bildung
von Blasen verhindern, die eine Länge Lb < Lb1 haben.
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Die
Gleichungen (11) und (20) können
dann in der Konstruktion des aufgeweiteten Einlasses zum Kanal 3 kombiniert
werden, um einen Durchflussbegrenzer zu bilden, der gegenüber Blasenfragmentierung
tolerant ist, wie folgt:
In einem ersten Abschnitt des Kanals 3 zwischen
der Einlassfläche 7 und
einer ersten z-Koordinate z1 sollte der
Kanaldurchmesser D größer als
der in obiger Gleichung (11) angegebene Wert D* gehalten werden.
In dieser Verbindung wird die Koordinate z1 als
der erste Punkt entlang des Kanals definiert, wo sich der Kanaldurchmesser
auf D* einengt. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Blasensegmentierung
innerhalb des ersten Abschnittes keine Blasen erzeugt, die so kurz
sind, dass sie den Durchfluss ganz blockieren.
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In
einem zweiten Abschnitt des Kanals, zwischen der z-Koordinate z1 und einer zweiten z-Koordinate z2, sollte der Kanal so konstruiert sein,
dass er sich in Richtung des ursprünglichen Kanaldurchmessers
D in Übereinstimmung
mit der Gleichung (20) allmählich
einengt. Die zweite z-Koordinate z2 wird
definiert als der erste Punkt entlang des Kanals, wo sich der Kanal
auf seinen ursprünglichen,
generellen Durchmesser D einengt. In der Praxis bedeutet dies, dass
die Geometrie so konstruiert sein sollte, dass die Änderung
der Oberflächenkrümmung während der
Einengung des Kanals gering bleibt. Dadurch wird sichergestellt,
dass Blasen, die z1 unfragmentiert erreicht
haben, oder bei z1 in Blasen mit unkritischer
Länge fragmentiert
worden sind, bei ihrer Passage des zweiten Kanalabschnitts nicht
weiter fragmentiert werden und unfragmentiert in den restlichen,
geraden Abschnitt des Kanals 3 eintreten und dort auch
unfragmentiert bleiben.
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Wir
behalten uns das Recht vor, Durchflussbegrenzer, die in Übereinstimmung
mit der Gleichung (11), der Gleichung (20), oder beiden, oder jeder
anderen Gleichung offenbart in dieser Patentanmeldung oder jeder physikalischen
Auslegung solcher Gleichungen konstruiert worden sind, zu beanspruchen.
Die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform sollte in einer
nicht begrenzenden Weise als ein bevorzugtes Verfahren zur Ausführung der
Erfindung angesehen werden. Als eine Alternative können Durchflussbegrenzer
einer ähnlichen
Art in Planartechnologie durch Mikrobearbeitung oder Prägung hergestellt
werden. Bei solchen Ausführungen kann
vorgesehen werden, mehrere Durchflussbegrenzer für spezifische Zwecke in Reihe
oder parallel zu schalten.
ergibt einen Ausdruck, der den Druckabfall angibt, der erforderlich ist, um die Durchflussmenge Q an Flüssigkeit durch den Kanal
ergibt.
