液滴和/或气泡发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于产生气泡或液滴的设备，该设备包括‑空腔(7)，该空腔包括第一加压相；‑第二相的至少一个输入毛细管(6)；‑输出毛细管(1)，该输出毛细管与该至少一个输入毛细管(1)同轴对齐；其特征在于，该至少一个输入毛细管(6)的头端(4)的开口的内径小于该输出毛细管(1)的内径的一半，并且其中，该空腔(7)的截面选择为使得在使用中，所述空腔中的平均速度场是准静态的。

Droplet and / or bubble generator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】液滴和/或气泡发生器
本专利技术的设备是一种用于高流量地产生微尺寸和单分散的液滴和/或气泡的微流体设备。
技术介绍
本专利技术的设备最初被开发用于需要高通量乳化(现有系统无法完全满足)的各种微流体应用。一方面由于其技术规格，另一方面由于其所依赖的物理机制，该设备允许以非常稳健和可再现的方式长期生产液滴。因此，本专利技术的设备是用于化学和制药工业的现有解决方案未能达到生产阶段的集成液滴生产系统开发的非常好的起点。气泡和液滴是微流体中已经确立的基本成分，用于以良好控制的方式混合、溶解、反应、结晶或运输物质，如《流体力学年鉴(AnnualReviewofFluidMechanics)》，48(1)：285-309，2016年1月，雪莱恩安娜(ShelleyLynnAnna)的“微流体设备中的液滴和气泡(DropletsandBubblesinMicrofluidicDevices)”中所述。生产气泡和液滴的最常见配置是T型结、流动聚焦和共流，共流具有的独特优点是要分散的相永远不与微通道壁接触，从而避免了对这些壁的费力的而通常短暂的润湿性处理。共流中的液滴形成依赖于相界面不稳定性(Rayleigh-Plateauinstability)，因此需要分散相与连续相之间的界面张力。对共流基态的局部稳定性分析导致确定绝对不稳定性(用于具有零群速度并因此将在空间中局部增长的扰动)与对流不稳定性(用于具有正的群速度并因此将与流动进行平流输送的扰动)之间的过渡。通常接受的是，如图1所示，滴落到喷射过渡与绝对不稳定性/对流不稳定性过渡近似重合，如《物理评论快报(PhysicalReviewLetters)》，99(10)：104502，2007年9月，皮埃尔古洛特(PierreGuillot)、安妮科林(AnnieColin)、安德鲁S.宇多田(AndrewS.Utada)和阿曼德艾达里(ArmandAjdari)的“低雷诺数下约束压力驱动的双相流中射流的稳定性(StabilityofaJetinConfinedPressure-DrivenBiphasicFlowsatLowReynoldsNumbers)”的润滑近似框架中约束流配置所显示的那样。为了增加乳化通量，韦茨(Weitz)等人已经在约束共流配置中引入附加提取管、以挤压流动(参见图1c至1d)，并将滴落/喷射过渡转变为更高流量，如《科学(Science)》，308(5721)：537-541，2005年4月的“从微毛细管设备产生的单分散双重乳化(MonodisperseDoubleEmulsionsGeneratedfromaMicrocapillaryDevice)”所述。埃尔布(Erb)等人开发了一种描述在这种配置下产生的液滴尺寸模型，如《软物质(SoftMatter)》，7卷，8757-8761页，2011年的“预测由微流体流动引发的滴落产生的液滴的尺寸(Predictingsizesofdropletsmadebymicrofluidicflow-induceddripping)”所述。确实，在实践中，滴落方式优于喷射方式，因为它与具有固定本征模的绝对不稳定性相关联、是有助于产生单分散液滴的情形。相反，喷射方式与对流不稳定性相关联，对流不稳定性具有宽泛的不稳定模式，并且表现得如同噪声放大器，通常会导致液滴尺寸发生一些分散。约束配置中的喷射方式和滴落方式受连续相施加在分散相上的剪切应力的影响，并且因此受到系统可以支持的最大压降的限制(参见《物理评论快报》，100(1)：014502，2008年1月，安德鲁S.宇多田、阿尔贝托费尔南德斯涅韦斯(AlbertoFernandez-Nieves)、约瑟M.戈迪略(JoseM.Gordillo)和大卫A.韦茨(DavidA.Weitz)的“共流的流中液体射流的绝对不稳定性(AbsoluteInstabilityofaLiquidJetinaCoflowingStream)”)。在WO2016/085739中，韦茨等人描述了另一种约束配置，其中，同心管在液滴内产生复合液滴。在此文献中，外管约束整个设备。通过以相反的方向将两相注入所述外管中，通过内同心输入管注入第三液体以及通过内同心输出管提取产生的三元液滴，使得这种约束变得必要。WO2016/085739没有披露提供准静态速度场的外腔。近来，由戈迪略(Gordillo)小组提出的新配置已经显示了通过在没有任何周围约束的情况下将提取管放置在注入管的前面的有前景的替代方案(A.Evangelio，F.Campo-Cort′es和J.M.Gordillo，“通过高拉伸液体射流的毛细管破裂产生的简单和双重微乳液(Simpleanddoublemicroemulsionsviathecapillarybreakupofhighlystretchedliquidjets)”，《流体力学杂志(JournalofFluidMechanics)》，804：550-577，2016年10月)，如图1e所示。因此，连续相在提取管中被加速，从而产生压降，就像在文丘里管中。戈迪略及其合作者已经利用这种压降产生了分散相的拉伸空气射流，该空气射流进一步不稳定而变为微气泡，这种机制被称为“尖端流(tipstreaming)”。对于连续相的大雷诺数，压降由惯性控制，而对于小雷诺数，压降而是由粘性力控制。这些作者还利用后一种条件来生产简单乳液和双重乳液。与约束配置(图1a至1d)相比，图1e所示的无约束配置允许更高的通量，因为压降仅位于提取管中。但是，它仅在喷射方式下起作用，这不利于单分散性。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于产生乳液的设备或液滴发生器，该设备或液滴发生器包括：-空腔，该空腔包括第一加压相；-第二相的至少一个输入毛细管；-输出毛细管，该输出毛细管与该至少一个输入毛细管同轴对齐；其特征在于，该至少一个输入毛细管的头端的开口的内径小于该输出毛细管的内径的一半，并且该空腔呈现了垂直于该输出毛细管的截面为该输出毛细管的截面的表面的至少两倍(优选四倍)。有利地，该空腔的所有尺寸大于给设备进料的所有输入毛细管的内尺寸和提取产生的液滴的输出毛细管的内尺寸。优选地，空腔的所有尺寸大于2mm(有利地大于4mm)，而所有输入毛细管和输出毛细管的内径均小于1mm。空腔的截面有利地选择成使得在使用中，所述空腔中的平均速度场是输出毛细管中的平均速度场的至少二分之一(优选为四分之一)。此特征允许在输出毛细管中定位连续相的压降，从而增加系统的潜在通量。有利地，所述空腔中的速度场是准静态的。在本专利技术中，当空腔呈现了垂直于输出毛细管的截面至少是输出毛细管的截面的表面的十倍时，速度场被认为是准静态的。优选地，输出毛细管是水力直径小于1mm、有利地小于500μm的微流体毛细管，并且空腔是所有尺寸大于3mm、优选地大于5mm的宏观空腔。当处理非圆形的管和通道中的流动时，水力直径DH是常用术语。它被定义为：A是流动的截面面积，<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生气泡或液滴的设备，该设备包括/n-空腔(7)，该空腔包括第一加压相；/n-第二相的至少一个输入毛细管(6)；/n-输出毛细管(1)，该输出毛细管与该至少一个输入毛细管(1)同轴对齐；/n其特征在于，该至少一个输入毛细管(6)的头端(4)的开口的内径小于该输出毛细管(1)的内径的一半，并且其中，该空腔(7)的截面选择为使得在使用中，所述空腔中的平均速度场是准静态的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170704 EP 17179585.91.一种用于产生气泡或液滴的设备，该设备包括
-空腔(7)，该空腔包括第一加压相；
-第二相的至少一个输入毛细管(6)；
-输出毛细管(1)，该输出毛细管与该至少一个输入毛细管(1)同轴对齐；
其特征在于，该至少一个输入毛细管(6)的头端(4)的开口的内径小于该输出毛细管(1)的内径的一半，并且其中，该空腔(7)的截面选择为使得在使用中，所述空腔中的平均速度场是准静态的。


2.根据权利要求1所述的设备，包括第一相输入管(20)，该第一相输入管连接到第一相储存器(23)，所述储存器(23)中的压力由第一压力调节器(25)调节。


3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一相输入管(20)包括用于测量流量的装置(22)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括第二相输入管(15)，该第二相输入管连接到第二相储存器(16)，所述储存器(16)中的压力由第二压力调节器(18)调节。


5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第二相输入管(15)包括用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯努瓦·沙伊德，阿德里安·德旺德尔，尤恩·维特里，
申请(专利权)人：布鲁塞尔自由大学，
类型：发明
国别省市：比利时;BE