混合装置的制作方法

本发明涉及用于实验室系统的混合装置。

背景技术：

1、在用于分子或生物分子的合成和/或提纯的实验室系统中，往往有必要使缓冲剂(buffer)或溶剂混合成期望的比率。这可通过使用在第一液体流与第二液体流之间交替的切换阀而实现，其中，期望的比率通过相对于第二液体流的持续时间控制第一液体流的持续时间来实现。这允许期望的比率随时间推移而如所要求的那样变化，因而例如容许来自色谱柱(chromatography column)的梯度洗脱(gradient elution)。然而，在两种不同液体之间的切换由于小于在两种液体之间的完全扩散混合而引起在第一液体与第二液体之间所获得的比率的某一周期性波动。为了减少或排除该波动，往往有必要使液体继切换阀之后经过混合器。磁性混合器在本领域中普遍地使用，以便获得充分混合并且减少液体组成中的不期望的波动。磁性混合器普遍地包括磁性搅拌棒，磁性搅拌棒布置于液体流动路径和旋转磁场中，以引起搅拌棒自旋，因而使液体接近搅拌棒混合。

2、依然需要针对实验室系统的用于混合液体的改进的手段。

技术实现思路

1、本发明的发明人已认识到现有技术中的许多缺点。磁性混合器要求活动部件和电气电路系统，这导致混合装置的增加的复杂性和成本。此外，磁性混合器必须在实验室系统内布置于其中电力的供应可容易地获得的点处，因而造成对混合装置的位置和实验室系统的设计的约束。

2、本发明的目标是补救或至少改善所认识到的缺点中的至少一些。特别地，本发明的目标是提供这样的混合装置，其提供液体的充分混合，而不要求电力供应或活动部件。

3、这些目标由根据所附独立权利要求的混合装置实现。

4、混合装置包括入口通道、出口通道、混合腔以及布置于混合腔内的层状混合元件。

5、入口通道沿着混合装置的轴线从混合装置的第一端延伸到混合腔。

6、出口通道沿着轴线从混合腔延伸到混合装置的布置成与第一端相反的第二端。

7、混合腔布置于入口通道与出口通道之间。混合腔沿着轴线沿轴向方向延伸，并且从轴线向外沿径向方向延伸到混合腔的外壁。

8、层状混合元件径向上横跨混合腔，从而将混合腔细分成入口部分和出口部分。混合元件包括延伸穿过混合元件的多个孔。所述孔分布在混合元件上。

9、这样的混合装置提供经过该装置的液体的充分混合。由于孔分布在混合元件上，因而通过该装置的流动路径的长度取决于液体经过哪个孔而变化。如下导致在不借助于活动部件的情况下液体的良好混合：造成将液体细分成遵循变化的长度的流动路径的大量的个别的流，随后将大量的流重新整合成单个整合的流。由于没有活动部件，因而混合装置不要求电力供应。混合装置可进一步包括多个出口支柱，所述多个出口支柱分布于混合腔的出口部分中，并且轴向上横跨出口部分，使得每个出口支柱支承混合元件的出口侧。出口支柱的提供支承混合元件抵抗液体流，因而帮助防止混合元件在混合装置的使用期间普遍存在的水力条件下的屈曲或变形。

10、混合装置可进一步包括多个入口支柱，所述多个入口支柱分布于混合腔的入口部分中，并且轴向上横跨入口部分，使得每个入口支柱支承混合元件的入口侧。入口支柱的提供沿逆流方向支承混合装置，因而帮助防止在过大的压力积聚于混合腔的出口部分中的情况下对混合元件的损坏。

11、此外，具有入口支柱和出口支柱两者确保无论通过混合装置的流动方向如何，混合元件都被充分地支承，因而帮助提供这样的混合装置，即无论通过混合装置的流动方向如何都可利用该混合装置。每个入口支柱可与对应的出口支柱共线地布置，使得每个相应的入口支柱/出口支柱对从两侧在同一区域处支承混合元件。这再次不但帮助无论流动方向如何都确保针对混合元件的充分支承，而且帮助无论流动方向如何都提供均匀混合性能。

12、混合装置可包括至少10个出口支柱，诸如，从10至20个出口支柱。备选地或另外，混合装置可包括至少10个入口支柱，诸如，从10至20个入口支柱。这样的多个支承支柱帮助确保针对混合元件的充分支承。入口支柱和/或出口支柱可在混合元件上既沿径向方向又沿周向方向分布。这帮助确保混合元件在其整个跨度上被充分地支承。

13、所述多个孔可在混合元件上既沿径向方向又沿周向方向分布。这帮助确保经过混合装置的液体的良好混合。

14、多个孔的最内行可以距轴线的第一径向距离分布。多个孔的最外行可以距轴线的第二径向距离分布，其中，第二径向距离大于第一径向距离。这确保各种各样的流动路径长度被经过混合器的液体遇到，并且因而帮助提供良好混合。最外行可包括与最内行相比的至少两倍的孔数，诸如，从3至10倍的孔数，优选地四倍的孔数。这帮助提供孔的良好空间分布，并且因而改进的混合。

15、多个孔可由至少四个行，诸如从5至10行，优选地六行组成，其中，每一行以与其它行不同的距轴线的径向距离分布。存在具有距轴线的不同径向距离的大量的行确保多种多样的流动路径长度被经过混合器的液体遇到并且因而帮助提供良好混合。

16、多个孔可包括至少50个孔，诸如从100至300个孔，优选地大约170个孔。这确保流过混合装置的液体充分细分成遵循不同长度的流动路径的许多子流，并且因而帮助确保充分混合。

17、混合元件的与轴线同中心地布置的内部部分(诸如，混合元件的内部圆形部分)可没有孔。这确保液体不可在不遵循迂回路径的情况下就直接地经过混合器，并且因而帮助确保良好混合。

18、每个个别的孔可具有从大约0.1mm至大约1mm(诸如，大约0.12mm)的直径。在所述多个孔中的所有孔都可具有相同直径。孔的正确的尺寸定制确保通过每个孔的相对同等的流动，并且因而帮助提供良好混合。

19、入口通道可具有每个孔的直径的从2至10倍，优选地每个孔的直径的大约两倍的直径。出口通道可具有每个孔的直径的从2至10倍，优选地每个孔的直径的大约两倍的直径。这帮助向混合元件提供充分液体供应，同时确保充分流动特性，诸如混合装置上的压力降。混合腔可具有每个孔的直径的从100至500倍(诸如，每个孔的直径的大约200倍)的径向直径。这帮助确保可在混合装置中获得在液体流动路径的长度中的明显变化。这在如下的情形下尤其是有利的：其中，液体组成周期性地波动，并且，为了获得充分混合，在混合装置中的停留时间必须针对不同的液体子流而变化。

20、该轴线可为混合装置的中心轴线。这导致入口通道在中心放置于混合元件中并且帮助确保流体相对均匀地分布到混合元件中的所有孔。

21、外壁可与轴线同中心地布置，即，混合腔和混合元件为圆形的。这帮助确保流体在混合元件的整个入口表面上的相对均匀的分布。

22、混合元件可布置于镜面对称平面上。入口通道、出口通道以及混合腔可表现出关于镜面对称平面的镜面对称性。由于与液体流接触的所有表面都表现出镜面对称性，因而混合装置无论其在液体流动路径中的取向如何，都提供相同的混合结果。也就是说，尽管使用术语入口/出口通道，仍然可能在所有范围和目的上都不需要将这些通道彼此区分开，即，出口通道可充当液体入口并且反之亦然，入口通道可充当液体出口。这样的构建提供使用的容易性，因为混合装置因而不会在错误的方向中联接。

23、混合装置可包括至少三个构件：入口构件、出口构件以及层状构件。入口构件构成混合装置的入口通道、入口部分以及可选地入口支柱。出口构件构成混合装置的出口通道、出口部分以及可选地出口支柱。层状构件构成层状混合元件。

24、重要的是，注意到，术语“构成”在本文中用作开放表述，即，相关构件至少形成所叙述的特征，但还可也组成另外的特征。例如，入口和出口构件可构成紧固件，以便组装混合装置。

25、通过由多个构件组装混合装置，这可能使混合装置能够出于例如清洗、消毒以及质量控制的目的而被拆卸。这在很大程度上提供优于不可被拆卸的混合装置的明显的优点。

26、层状构件可通过激光切割制造。这提供对层状构件机加工的简单、低成本并且准确的手段。激光切割的层状构件可由适合于激光切割的各种各样的材料中的任一种制造，包括但不限于钛和peek(聚醚醚酮)。这样的材料具有与可使用混合装置来混合的多种多样的液体和物质的良好兼容性。

27、混合装置可进一步包括布置成将入口构件、出口构件以及层状构件相对于彼此可逆地紧固的紧固构件。在这样的情况下，入口构件和/或出口构件的外表面可包括诸如螺纹之类的紧固元件，其可布置成与紧固构件处于螺纹式接触中。这提供确保各种混合装置构件相对于彼此而布置于适当的空间中的简单手段。

28、混合装置可进一步包括布置成在入口构件与层状构件之间提供的密封的入口密封环。混合装置可进一步包括布置成在出口构件与层状构件之间提供的密封的出口密封环。使用密封环(也被已知为o型环)是实现混合腔中的液密密封的低价、稳健的手段。

29、备选地，混合装置相应地可被增材制造为单个构件。这确保液密的混合腔(除了入口和出口通道之外)并且使材料使用最小化。许多材料适合于增材制造技术，包括但不限于钛和peek，并且，混合装置可合适地由任何这样的材料制造。

30、混合装置可用钛、paek(聚芳醚酮)、不锈钢或它们的组合，优选地钛、peek或它们的组合制造。这样的材料具有优异的机械特性，非常适合于可用于制造混合装置的任何制造技术，并且具有与可使用混合装置来混合的多种多样的液体和物质的良好兼容性。

31、混合元件可用钛、paek、不锈钢或它们的组合，优选地钛或peek制造。这样的材料具有优异的机械特性，非常适合于可用于制造混合元件的诸如激光切割之类的任何制造技术，并且具有与可与混合元件长期接触的多种多样的液体和物质的良好兼容性。

32、本发明的另外的目标、优点以及新特征将从下文的详细描述变得对本领域技术人员明显可见。