CN216171903U - 一种具有空间结构的被动式微混合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有空间结构的被动式微混合器，包括若干个输入装置、一个混合装置和一个输出装置。所述输入装置包括输入装置壳体和输入流道；所述混合装置包括混合装置壳体、入口流道、混合流道和布设在混合流道内的混合机构；所述混合机构包括空间混合机构和凸台混合机构；所述输出装置包括输出装置壳体和输出流道。本实用新型通过扭转混合以及增加涡流的方式实现溶液混合均匀的目的，快速高效的获得具有良好混合度的溶液。
Description
技术领域
本实用新型涉及微流体混合技术领域，具体地说是一种具有空间结构的被动式微混合器。
背景技术
微混合器是微流体或芯片实验室设备中进行化学或生物反应和检测分析物的关键部件。微混合器广泛应用于微流体系统中，以产生用于化学反应、化学合成、纯化、聚合、样品预浓缩、脱氧核糖核酸消化和纳米医学的均匀混合物。在这种应用中，混合是至关重要的，因为非均匀混合对最终产品的特性有负面影响。当雷诺数(Re)低于2000时出现层流，导致扩散成为混合的驱动机制。因此，流体的混合受到流体之间的界面面积和扩散长度的影响。在低Re值下实现有效混合的传统方法是显著增加微流体通道的长度，然而，这在小体积的的微流控芯片中很难实现。在微流体装置中，混合通常受到扩散的限制，扩散时间相对较长，导致后续分析效率不高。为此，混合效率的提高一直是各种研究的焦点。
增强微通道内混合性能的装置可分为两大类，主动混合器和被动混合器。主动混合器由于所需额外的设备来提高混合效率，操作复杂且成本高，所以更多时候人们会优先选择被动式微混合器。被动式微混合器主要通过扩散和混沌流来完成混合作用，常用结构包括T形结构、Y形结构、之字形结构和螺旋形结构等结构。然而，大部分被动式微混合器的混合效率依然被器件尺寸的大小所限制。
因此，设计制造出一种体积小、结构简单，方便制造且混合效率高的微混合器来实现快速均匀的混合液体具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有空间结构的被动式微混合器，该混合器通过扭转混合以及增加涡流的方式实现溶液混合均匀的目的，快速高效的获得具有良好混合度的溶液。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种具有空间结构的被动式微混合器，包括若干个输入装置、一个混合装置和一个输出装置。
所述输入装置包括输入装置壳体和输入流道。
所述混合装置包括混合装置壳体、入口流道、混合流道和布设在混合流道内的混合机构。
所述输出装置包括输出装置壳体和输出流道。
所述输入装置壳体与所述混合装置壳体一端连接；所述混合装置壳体另一端连接输出装置壳体。
所述输入流道布设在输入装置壳体内且贯穿输入装置壳体；所述输出流道布设在输出装置壳体内且贯穿输出装置壳体。
所述输入流道与入口流道一端相连；所述入口流道另一端连接混合流道的一端；所述混合流道另一端连接输出流道。
所述入口流道一端设置有若干个分叉流道，分别与若干个输入装置的输入流道对应连接；若干个分叉流道汇集至一个主流道，与混合流道连通。
所述混合机构包括空间混合机构和凸台混合机构。
所述空间混合机构一端与入口流道的主流道连接，此端分叉为若干条分叉流道，若干条分叉流道在空间混合机构另一端汇集成一个主流道，并连接至凸台混合机构。
所述空间混合机构的若干条分叉流道所在平面与入口流道若干个分叉流道所在平面垂直。
所述凸台混合机构包括若干个非对称的人字形凸台。
作为本实用新型进一步优选地，所述输入装置还包括有用于加固的肋板；所述肋板与输入装置壳体的侧面连接；若干个输入装置的输入装置壳体均布设有肋板。
作为本实用新型进一步优选地，所述输出装置也包括有用于加固的肋板；所述肋板与输出装置壳体的侧面连接。
作为本实用新型进一步优选地，所述凸台混合机构的人字形凸台的长短边的夹角为90°，且长短边长度之比为2:1。
作为本实用新型进一步优选地，所述凸台混合机构的人字形凸台的长短边与液体来方向的混合流道侧壁均呈45°连接。
作为本实用新型进一步优选地，所述凸台混合机构的人字形凸台成组布设，每组包括9个人字形凸台，相邻组的人字形凸台的长短边布设方向相反。
作为本实用新型进一步优选地，相邻组的人字形凸台之间的距离大于组内人字形凸台之间的距离。
本实用新型具有如下有益效果：
1.相比于主动式微混合器，本发明的装置结构简单，体积小，操作方便，无需额外的装置来驱动微混合器
2.相比于现有的被动式微混合器，本发明具有两种不同的混合模式，空间混合模块采用改变流体运动方向的方式使溶液达到快速混合的目的，即使是对于低雷诺数或者相容性差的溶液同样有较好的混合效果，凸台混合模块则是通过非对称的人字形凸台使得流体横截面产生额外的涡流，增加了流体的横向运动，使溶液能够更好的混合并且混合的更均匀。
附图说明
图1是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的结构示意图。
图2是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的输入装置示意图。
图3是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的输出装置示意图。
图4是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的入口流道示意图。
图5是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的混合机构示意图。
图6是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的空间混合机构示意图。
图7是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的凸台混合机构示意图。
图8a和图8b是本实用新型一种具有空间结构的被动式微混合器的凸台混合机构形成的涡流示意图。
其中有：
10.输入装置；11输入装置壳体；12.输入流道；13.肋板；
20.混合装置；21.混合装置壳体；22.入口流道；23.混合流道；24.混合机构；241.空间混合机构；242.凸台混合机构；2421.人字形凸台；
30.输出装置；31.输出装置壳体；32.输出流道。
具体实施方式
本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
下面结合附图和和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种具有空间结构的被动式微混合器，包括若干个输入装置10、一个混合装置20和一个输出装置30。
如图2所示，所述输入装置10包括输入装置壳体11和输入流道12。
所述混合装置20包括混合装置壳体21、入口流道22、混合流道23和布设在混合流道23内的混合机构24。
如图3所示，所述输出装置30包括输出装置壳体31和输出流道32。
所述输入装置壳体11与所述混合装置壳体21一端连接；所述混合装置壳体21另一端连接输出装置壳体31。
所述输入流道12布设在输入装置壳体11内且贯穿输入装置壳体11；所述输出流道32布设在输出装置壳体31内且贯穿输出装置壳体31。
所述输入装置10还包括有用于加固的肋板13；所述肋板13与输入装置壳体11的侧面连接；若干个输入装置10的输入装置壳体11均布设有肋板13。
所述输出装置30也包括有用于加固的肋板13；所述肋板13与输出装置壳体31的侧面连接。
所述输入流道12与入口流道22一端相连；所述入口流道22另一端连接混合流道23的一端；所述混合流道23另一端连接输出流道32。
如图4所示，所述入口流道22一端设置有若干个分叉流道，分别与若干个输入装置10的输入流道12对应连接；若干个分叉流道汇集至一个主流道，与混合流道23连通。
如图5所示，所述混合机构24包括空间混合机构241和凸台混合机构242。
如图6所示，所述空间混合机构241一端与入口流道22的主流道连接，此端分叉为若干条分叉流道，若干条分叉流道在空间混合机构241另一端汇集成一个主流道，并连接至凸台混合机构242。
所述空间混合机构241的若干条分叉流道所在平面与入口流道22若干个分叉流道所在平面垂直。
如图7所示，所述凸台混合机构242包括若干个非对称的人字形凸台2421。
所述凸台混合机构242的人字形凸台2421的长短边的夹角为90°，且长短边长度之比为2:1。
所述凸台混合机构242的人字形凸台2421的长短边与液体来方向的混合流道23侧壁均呈45°连接。
所述凸台混合机构242的人字形凸台2421成组布设，每组包括9个人字形凸台2421，相邻组的人字形凸台2421的长短边布设方向相反。
相邻组的人字形凸台2421之间的距离大于组内人字形凸台2421之间的距离。
优选实施例1
所述输入装置10的输入装置壳体11为长度为4mm，上下圆直径分别为1.6mm和0.8mm的圆台，0.8mm一端用于连通细管与其他外接输入设备，所述肋板13用于提高通用输入装置壳体11的强度，所述输入装置壳体11中间有截面形状为正方形的输入流道12，流道宽度为0.3mm，用于输入溶液。
所述混合装置壳体21设置为两端厚，中间薄的形式，此形式便于观察溶液在混合流道23中的混合情况。混合装置壳体21的长度为16mm，宽度为4mm，两边较厚部分宽度为1mm，高度为1.6mm，中间较薄部分高度为0.8mm。
所述入口流道22中两个分支分别与输入流道12连接，将不同种溶液汇合成一股输送进溶液混合模块。入口流道22的两个分支流道尺寸分别为高0.3mm，宽0.3mm，汇合成一股流道的尺寸也为高0.3mm，宽0.3mm。
所述空间混合机构241入口处为高0.5mm，宽0.3mm的矩形流道，上下空间流道为高0.3mm，宽0.3mm的矩形流道，空间混合机构241出口处为高0.3mm，宽0.5mm的矩形流道。进入空间混合机构241时流体的状态呈现左右分布，空间混合机构241利用三维空间结构，先将溶液平分成上下两部分，经空间结构对流体方向的转变，再左右汇合成一股溶液，实现流体的分流及重新组流，完成了溶液的快速高效混合。
流体经空间混合机构241进入凸台混合机构242。
所述凸台混合机构242通过在流道底部设置一系列的非对称人字形凸台2421，相邻两组人字形凸台2421的方向相反。
如图8a和图8b所示，通过设置非对称的人字形凸台2421，流体在混合流道23的横截面方向产生横向涡流，显著增强了微混合器的混合效果。
所述人字形凸台2421高度为0.1mm，宽度为0.1mm，转角为90度，所述凸台混合机构242的人字形凸台2421的长短边与液体来方向的混合流道23侧壁均呈45°连接，长短边的长度比值为2:1。
所述凸台混合机构242的人字形凸台2421成组布设，每组包括9个人字形凸台2421，相邻两个人字形凸台2421间隔0.15mm，，相邻两组人字形凸台242之间间隔0.2mm以上。
优选实施例2
所述输入装置10的输入装置壳体11为长度为4mm，边长为0.8mm的矩形，所述输入装置壳体11中间有截面形状为圆形的输入流道12，流道直径为0.3mm，用于输入溶液。
入口流道22的两个分支流道尺寸直径为0.3mm，汇合成一股流道的直径尺寸也为0.3mm。
所述空间混合机构241入口处为方圆节，圆形面直径0.3mm，方形面高0.5mm，宽0.3mm，分成的分叉流道为高0.3mm，宽0.3mm的矩形流道，空间混合机构241出口处为高0.5mm，宽0.5mm的矩形流道。
流体经空间混合机构241进入凸台混合机构242。
混合流道23尺寸为高0.5mm，宽0.5mm，人字形凸台2421高度为0.1mm，宽度为0.1mm。混合流道23的顶部和底部均布设有凸台混合机构242。混合流道23与输出流道32连接一端为方圆节，方形面高0.5mm，宽0.5mm，圆形面直径0.3mm。
所述人字形凸台2421高度为0.1mm，宽度为0.1mm，转角为90度，所述凸台混合机构242的人字形凸台2421的长短边与液体来方向的混合流道23侧壁均呈45°连接，长短边的长度比值为2:1。
所述凸台混合机构242的人字形凸台2421成组布设，每组包括9个人字形凸台2421，相邻两个人字形凸台2421间隔0.15mm，，相邻两组人字形凸台242之间间隔0.2mm以上。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有空间结构的被动式微混合器，其特征在于：包括若干个输入装置（10）、一个混合装置（20）和一个输出装置（30）；
所述输入装置（10）包括输入装置壳体（11）和输入流道（12）；
所述混合装置（20）包括混合装置壳体（21）、入口流道（22）、混合流道（23）和布设在混合流道（23）内的混合机构（24）；
所述输出装置（30）包括输出装置壳体（31）和输出流道（32）；
所述输入装置壳体（11）与所述混合装置壳体（21）一端连接；所述混合装置壳体（21）另一端连接输出装置壳体（31）；
所述输入流道（12）布设在输入装置壳体（11）内且贯穿输入装置壳体（11）；所述输出流道（32）布设在输出装置壳体（31）内且贯穿输出装置壳体（31）；
所述输入流道（12）与入口流道（22）一端相连；所述入口流道（22）另一端连接混合流道（23）的一端；所述混合流道（23）另一端连接输出流道（32）；
所述入口流道（22）一端设置有若干个分叉流道，分别与若干个输入装置（10）的输入流道（12）对应连接；若干个分叉流道汇集至一个主流道，与混合流道（23）连通；
所述混合机构（24）包括空间混合机构（241）和凸台混合机构（242）；
所述空间混合机构（241）一端与入口流道（22）的主流道连接，此端分叉为若干条分叉流道，若干条分叉流道在空间混合机构（241）另一端汇集成一个主流道，并连接至凸台混合机构（242）；
所述空间混合机构（241）的若干条分叉流道所在平面与入口流道（22）若干个分叉流道所在平面垂直；
所述凸台混合机构（242）包括若干个非对称的人字形凸台（2421）。
2.根据权利要求1所述的一种具有空间结构的被动式微混合器，其特征在于：所述输入装置（10）还包括有用于加固的肋板（13）；所述肋板（13）与输入装置壳体（11）的侧面连接；若干个输入装置（10）的输入装置壳体（11）均布设有肋板（13）。
3.根据权利要求1所述的一种具有空间结构的被动式微混合器，其特征在于：所述输出装置（30）也包括有用于加固的肋板（13）；所述肋板（13）与输出装置壳体（31）的侧面连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有空间结构的被动式微混合器，其特征在于：所述凸台混合机构（242）的人字形凸台（2421）的长短边的夹角为90°，且长短边长度之比为2:1。
5.根据权利要求1所述的一种具有空间结构的被动式微混合器，其特征在于：所述凸台混合机构（242）的人字形凸台（2421）的长短边与液体来方向的混合流道（23）侧壁均呈45°连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有空间结构的被动式微混合器，其特征在于：所述凸台混合机构（242）的人字形凸台（2421）成组布设，每组包括9个人字形凸台（2421），相邻组的人字形凸台（2421）的长短边布设方向相反。
7.根据权利要求6所述的一种具有空间结构的被动式微混合器，其特征在于：相邻组的人字形凸台（2421）之间的距离大于组内人字形凸台（2421）之间的距离。
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| CN202122360860.4U CN216171903U (zh) | 2021-09-28 | 2021-09-28 | 一种具有空间结构的被动式微混合器 |
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Cited By (1)
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| CN116422389A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-07-14 | 宁波玄流智造有限公司 | 一种微流控芯片及其在制备脂质纳米颗粒中的应用 |
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2021
- 2021-09-28 CN CN202122360860.4U patent/CN216171903U/zh active Active
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