專利名稱：用于分離微粒的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微粒分離器和微粒分離方法。尤其是，本發(fā)明涉及一 種用于分離包括在含具有不同物理屬性的混合微粒的流體中的微粒的微 粒分離器，以及其,分離方法。
背景技術(shù)：
微粒分離器根據(jù)物理或化學(xué)方法分離單一流體中不同類型的微粒，詳 細(xì)地說，當(dāng)包括在流動流體中的微粒具有不同物理、化學(xué)或生理學(xué)特性時， 微粒分離器通過使用預(yù)定類型的微粒具有的特性來分離微粒。根據(jù)本發(fā)明實施例的微粒包括生化微粒，例如DNA、蛋白質(zhì)、細(xì) 胞、酶或抗體；以及有機/無機化合物，例如碳納米管、納米線、金屬、半導(dǎo)體、聚合體和化學(xué)摻雜劑。且m^被定義為包括以單個物體或鏈方式的預(yù)定形式存在于流體中的任何東西，以及實質(zhì)上作為組分占用預(yù)定空間 并具有質(zhì)量的東西。在本例中，物理屬性包括各種特性，例如介電常數(shù)、極性、ph值、 形狀、電阻以及電容，且施加到外部的力包括由電場、磁場或光場引起的 力。經(jīng)研究，當(dāng)將具有不同物理屬性的,混合時，利用期望的屬性分離 很重要。例如，當(dāng)可以沒有損害地分離血漿中的"球和白血球時，可以更簡 單地診斷各種疾病，且在例如克隆和培養(yǎng)的生物學(xué)處理中從精子中生理學(xué) 地分離死和活精子是非常重要的。作為另一個例子，微粒分離器可以用于分離具有在物理化學(xué)生產(chǎn)處理 中難以控制的物理屬性的碳納米管(CNT， carbon nanotube)的領(lǐng)域。碳納米管(CNT )是納米管的代表性材料，它在90年代在日本由ljima 博士發(fā)現(xiàn)，并由于其極好的性能被非常積極地研究以應(yīng)用于包括工業(yè)的各 種領(lǐng)域。碳納米管具有薄且長的管形，其被分類為具有單層壁的單壁納米管(SWNT, single-walled nanotube )以及具有多層壁的多壁納米管 (MWNT， multi-walled nanotube )。通常，SWNT的直徑小于lnm， MWNT的直徑給定為10到100nm, 取決于制造條件和方法，可以使直徑更小或更大。在制造過程中，納米管 的長度通常大約是幾Mm，且最近有報告稱開發(fā)出了具有幾mm長度的納 米管。碳納米管比鋁重量輕，但比普通鐵堅固幾十倍，比銅具有更好的電流 傳輸屬性，且針對化學(xué)和物理條件具有非常強的耐抗性。此外，因為由于 其管狀形狀，碳納米管具有寬表面積，所以其它化學(xué)品可以附著或固定在 其上，從而，碳納米管還被研究作為燃料電池。在制造過程中，碳納米管被賦予半導(dǎo)體或金屬屬性，且其可以應(yīng)用于 場效應(yīng)晶體管(FET)、單電子晶體管(SET, single electron transistor) 以及納米線。當(dāng)接收電流時，碳納米管產(chǎn)生電子和X射線，其被開發(fā)用 于場致發(fā)射顯示器和光源。另夕卜，碳納米管的其它應(yīng)用包括化學(xué)和生物傳感器、復(fù)合材料、納 米存儲器以及納米計算機。為了將碳納米管應(yīng)用到各種工業(yè)領(lǐng)域，存在很多要解決的問題。最重 要的任務(wù)之一是通過預(yù)先控制這樣的條件制造具有期望屬性的碳納米管， 在該務(wù)fr下，具有不同特性的碳納米管被以混合的方式制造。然而，尚未開發(fā)出具有足夠生產(chǎn)力的用于制造碳納米管的方法。因此， 很多研究者試圖從具有各種屬性的混合納米管中分離具有期望屬性的納 米管。最近，Krupke展示了通過使用介電電泳并將金屬性納米管附到期望 的電極來從半導(dǎo)體納米管分離金屬性納米管的可能性。此夕卜，進行了其它 實驗性研究，但是他們沒有提出用于分離和聚集工業(yè)的現(xiàn)實領(lǐng)域所需的半 導(dǎo)體納米管和金屬納米管的生產(chǎn)方法。傳統(tǒng)微粒分離器控制輸入到具有流入孔的通道的流體中混合的,， 使其才艮據(jù)物理屬性從不同的流出孔輸出。然而，微粒分離器難以通過使用單個力來在各期望方向上控制具有不 同物理屬性的微粒。即，當(dāng),帶有正電荷和負(fù)電荷時，它們可以在電場中被容易地分離，但是當(dāng)一個微粒帶有正電荷而另一個微粒不具有電屬性時，很難在期望的 方向上控制#*立。因此，傳統(tǒng)設(shè)^^在從具有4艮多類型的微粒的流體分離具有預(yù)定屬性的 微粒時存在困難。此外，為了解決無機納米微粒的凝固現(xiàn)象，通過使用表面活性劑分離 例如銀和金的無機納米微粒，在這種情況下，根據(jù)工業(yè)的觀點，非常需要 將人造納米,M外包括了表面活性劑的溶液中分離。為了解決該問題，利用離心分離器分離納米,，但是單位時間分離量低，JbNl應(yīng)生產(chǎn)力低。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明試圖提供一種用于從包括具有不同物理屬性的微粒的流體中 容易地分離具有預(yù)定物理屬性的微粒的微粒分離器，以及其微粒分離方 法。技術(shù)方案在本發(fā)明的一個方面中， 一種微粒分離器包括通道單元，其包括流 通道和多個流出通道，含具有至少一個物理特性的微粒的第一流體和在第 一流體附近流動的第二流體通過流通道流動，所述多個流出通if^流通道 連接，并分離通過了流通道的流體；以及場形成單元，其鄰近流通道安裝， 用于從第一流體分離第一流體包括的微粒，并產(chǎn)生不均勻的場，使得, 可以與第二流體一起流動。在本發(fā)明的另一個方面中， 一種微粒分離方法包括合并第一流體和 第二流體，第一流體包括具有至少一個物理特性的,，第二流體鄰近第 一流體被傳送；產(chǎn)生用于對第一流體和第二流體施加物理力的場；從第一 流體分離具有受場影響的物理屬性的,，并將微粒與第二流體一起傳 送；以及分開合并的流體。場形成單元包括電連接到電源的電極。電源包括AC電源。電源包括DC電源或包括彼此電連接的DC電源和AC電源。電極鄰近流通道寬度方向上的同一邊緣安裝。電極鄰近流通道寬度方向上的面對邊緣安裝，且在電極之間形成空隙?？障对O(shè)置在流通道寬度方向上的 一側(cè)?？障稊U展到流通道的一個寬度方向側(cè)，且隨接近流體的流動方向而變窄。電極中的一個或兩個形成為錐形。 電極的表面相對于面對電極的表面具有傾斜。 電極包括在流通道的寬度方向上突出的突起。不同電極的突起交替地設(shè)置，且突起之間的空隙隨接近流通道的一個 寬度方向邊緣而減小。通道單元包括多個^L^通道，多個;^通道被安^L流出通道安裝一側(cè)的相對側(cè)來與流通ii^目通，并接收第一流體和第二流體。在電極處形成寬度方向上穿過流通道的突起，且突起被鄰近流通道和 用于接收第 一流體的流入通道安裝。場形成單元包括鄰近流通道的 一個寬度方向邊緣安裝并產(chǎn)生磁場的 磁體。場形成單元包括電極，電極鄰近流通道的一個寬度方向邊緣安裝并包 括用于產(chǎn)生磁場的電極。透光材料的可透光構(gòu)件被安M流通道的一個寬度方向邊緣中，以及 光源被鄰近可透光構(gòu)件安裝。微粒分離器包括大于兩個級段的分離單元，分離單元與流出通道中的 一個相通，并分離和輸出從流出通道輸入的流體中包括的,。流通道具有第 一流體和第二流體相遇的匯合處，以及第 一流體和第二 流體被分開的分開點。場形成單元產(chǎn)生電場、磁場和光場中的一個或兩個。包括在第一流體中的微粒具有多個類型，以及不同類型的微粒具有不 同的物理屬性。有益效果根據(jù)本發(fā)明，首先，在一起流動的同時，通過不均勻的場，第一流體 和第二流體將具有預(yù)定物理屬性的微粒移動到第二流體，從而容易地分離 帶有預(yù)定屬性的微粒。其次，因為所述場是不垂直于流體移動方向的不均勻場，所以可以自 由地控制場的形式和強度，并可以自由地控制微粒的移動路徑，從而高效 地分離各種類型的銜險。第三，因為在流動過程中分離出微粒，所以可以連續(xù)地分離微粒，并 且可以容易地分離大量,。第四，因為是沒有與,直^^觸地分離,，所以,被分離而沒 有任何損壞。第五，包括電場、磁場和光場的各種場可以應(yīng)用為用于移動微粒的場， 因此，可以高效地分離具有各種屬性的微粒。第六，因為微粒分離器可以是多層結(jié)構(gòu)，所以其可以一次分離很多類第七，當(dāng)所述場是電場時，可以將電極結(jié)構(gòu)構(gòu)造為三角形或錐形，形 成具有不均勻電場強度的場，并容易地通過介電電泳將微粒移動到第二流 體。第八，形成電場的電極包括突起，且可以通過根據(jù)突起的形狀和布置 容易地控制電場強度來高效地分離,。


圖l是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的銜g分離器的簡要透視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的用于通過使用微粒分離器分 離微粒的處理的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的用于通過使用微粒分離器分 離銜險的處理的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的當(dāng)沒有對,分離器供電時 與第二流體一起輸出的銀納米,的照片。圖5是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的當(dāng)對,分離器供電時與第 二流體一起輸出的銀納米銜fe的照片。圖6是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的微粒分離器的示意圖。 圖7是根據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例的銜險分離器的示意圖。 圖8是根據(jù)本發(fā)明第四示例性實施例的微粒分離器的示意圖。 圖9是根據(jù)本發(fā)明第五示例性實施例的銜險分離器的示意圖。 圖10《一根據(jù)本發(fā)明第六示例性實施例的微粒分離器的示意圖。 圖ll是根據(jù)本發(fā)明第七示例性實施例的銜險分離器的示意圖。 圖12是根據(jù)本發(fā)明第八示例性實施例的銜險分離器的示意圖。
具體實施方式
圖1《L根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的銜險分離器的簡要透視圖。圖 2和圖3是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的微粒分離器的工作原理的示意 圖。參考附圖，微粒分離器包括通道單元30，通道單元30具有這樣的空 間在其中，分布有混合了不同類型微粒的第一流體17以及鄰近第一流 體17流動的第二流體16。微粒分離器還包括場形成單元40,其鄰近通道 單元30安裝，并形成用于將部分,拖拽到第二流體16的場。不同類型 的微粒具有至少一個不同的物理特性。場表示這樣的空間在該空間中，提供用于對微粒施加物理刺激的預(yù) 定感應(yīng)，其定義為包括電場、磁場、光場和電磁場。此外，通道表示微 粒移動的路徑。通道單元30包括流入單元31a和32a，用于接收第一流體17和第 二流體16;流通道35，用于分布第一流體17和第二流體16;以及流出 單元33a和34a，用于輸出流體17和16。此夕卜，通道單元30包括形成在一個邊緣并接收第一流體17的^7v通 道32，以及用于接收第二流體16的流入通道31。流入通道31和32被形 成為相對于流通道35傾斜。合并點36形成在流入通道31和32與流通道35相遇的點處，且通過 流入通道31和32提供的流體在合并點36處相遇。通道單元30包括形成在其它邊緣并輸出第一流體17和第二流體16 的流出通道33和34，并且在流出通道33和34相遇的點處形成用于分離第一流體17和第二流體16的分開點37。在本發(fā)明的實施例中將分開定 義為包括第一流體17和第二流體16的完全分開；以及在通過分開點 37后，多于一半的第一流體17或第二流體16 ^L提供在各自的流出通道 33和34中的情況。$"通道31和32被連接到用于存儲第一流體17的容器12和用于存 儲第二流體16的容器11，使得第一流體17和第二流體16可以被輸入， 且流出通道33和34被連接到分別用于存儲分開的第一流體17和第二流 體16的容器13和14。上述結(jié)構(gòu)是一個例子，且可以將不同于容器的管 子連接到i^通道31和32以及流出通道33和34。在第一流體17中，不同類型的微粒與作為液體^^的溶劑混合，且 第二流體16包括沒有,的液體。在本發(fā)明的示例性實施例中，第一流體17和第二流體16是液體，而 第一流體17和第二流體16可以是氣體。此外，第二流體以沒有,的液體作為例子，而如果需要，第二流體 可以包括#^。期望在通道單元中執(zhí)行層流，從而第一流體17和第二流體16可以不 混合。雷諾數(shù)一定要小，以便第一流體17和第二流體16執(zhí)行層流，取決 于流體類型、速度和流路大小，雷諾ltA可變的，且其l^變變小和i^ 大小變小而減小。當(dāng)?shù)谝涣黧w17和第二流體16執(zhí)行層流時，第一流體17和第二流體 16不混合，且流微粒與介質(zhì)一起沿流方向移動。本發(fā)明實施例不限于此， 當(dāng)?shù)谝涣黧w17和第二流體16執(zhí)行湍流時，可以將微粒移動到第二流體 16，以增加預(yù)定,的密度，因此，當(dāng)?shù)谝涣黧w17和第二流體16進行湍 流，且流體16和17部分混合時，可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實施例的微粒分離 器。微粒可以在兩種流體的邊，擴散，因此，隨著用于從合并點36移 動到分開點37的時間增加，當(dāng)包括在第一流體17中的微粒移動到第二流 體16時，更多的棉W立被擴散。此外，期望控制第一流體17和第二流體16以相同的速度輸入流通道 35。當(dāng)?shù)谝涣黧w17和第二流體16以不同it^L輸入到流通道35時，在第 一流體17和第二流體16的邊界處產(chǎn)生湍流，使得流體16和17容易被混 合。因此，設(shè)計根據(jù)本發(fā)明實施例的通道單元30， 4吏得流入通道單元30 的流體可以執(zhí)行層流，以使流體的混合最小，且使擴散引起的微粒移動最 小。與微粒相比，流體通道35具有足夠大的區(qū)域，因此，流體通道35 的相對流體流動方向的橫截面允許多個微粒同時通過。因此，大量微?？?以被同時分離，從而提高處理效率。在流通道35的一個寬度方向的邊緣上安裝用于生成場的場形成單元 40，該場用于將第一流體17中包括的微粒和具有預(yù)定物理屬性的微粒移 動到第二流體16。該場包括電場，且場形成單元40包括用于對流通道 35形成電場的多個電極42和43，以及用于將電流施加到電極42和43的 電源41。電源41具有預(yù)定頻率的AC電源。電源包括DC電源，或電源 包括連接的AC電源和DC電源的結(jié)構(gòu)。場形成單元40被安*^流通道35的一個寬度方向邊緣處，以沿流通 道35的寬度方向形成不均勻的電場。即，因為電極42和43被鄰近沿流 通道35的寬度方向的相同邊緣安裝，形成在一個邊緣處的電場強于形成 在另一個邊緣處的電場。該場包括不垂直于流體流動方向的不均勻電場，且該不均勻電場對微 粒生成介電電泳，從而將,向強電場強度或弱電場強度的方向移動。當(dāng) 形成不均勻電場時，可以通過控制電場的強度和形式來自由地控制,的 移動路徑。電極42和43被安裝在第二流體16流動的部分，以便場形成單元40 將執(zhí)行正介電電泳的,移動到第二流體16。當(dāng)執(zhí)行負(fù)介電電泳的, 被移動到第二流體16時，電極42和43可以被安裝在第一流體17流動的 部分。介電電泳將介質(zhì)中提供的電介質(zhì)材料放到不均勻電場中，從而控制電 介質(zhì)材料沿電場的較大或較小梯度方向移動。介電電泳現(xiàn)象主要在用于分離DNA或細(xì)胞的生物處理中使用，其最 近在移動或聚集納米級材料的處理中進行了使用。正介電電泳呈現(xiàn)具有大于介質(zhì)的極化度的極化度的材料移動到具有 較大電場強度的部分的現(xiàn)象。相反，負(fù)介電電泳呈現(xiàn)具有小于介質(zhì)的極化 度的極化度的材料移動到具有較小電場強度的部分的現(xiàn)象。在本例中，極 化度取決于電壓的頻率以及溶液和材料的介電常數(shù)。離的代表性材料是碳納米管。介電常數(shù)具有實部和虛部，且金屬性的碳納米管具有非常大的實部和 虛部。對于半導(dǎo)^暖納米管，介電常數(shù)的實部具有接近l的值，且取決于碳納米管存在的條件，虛部具有o值或小值。因此，金屬性的碳納米管在全部頻率帶寬中顯示正介電電泳，而半導(dǎo) 體碳納米管取決于頻率存在具有負(fù)介電電泳的區(qū)域。與金屬性的碳納米管相比，半導(dǎo)M納米管的介電電泳力具有非常小的值。因此，當(dāng)碳納米管良好分布的第一流體17與第二流體16—起$" 流通道35時，由場形成單元40以預(yù)定頻率產(chǎn)生的不均勻電場控制金屬性 碳納米管向第二流體16移動。從而將金屬性碳納米管與半導(dǎo)體暖納米管 分離。在本例中，第一流體17使用的介質(zhì)包括對碳納米管不^it成化學(xué)或 物理損壞的材料。當(dāng)希望生成預(yù)定分子或化學(xué)>^應(yīng)來改變碳納米管時，可 以在執(zhí)行適當(dāng)?shù)鼗瘜W(xué)處理之后分離碳納米管，或可以在分離碳納米管之后 執(zhí)行化學(xué)處理。如圖2中所示，當(dāng)執(zhí)行正介電電泳的第一銜險22和4艮少執(zhí)行介電電 泳的第Jl^粒21被包括在第一流體17中并輸入到流通道35中時，由于 不均勻電場，第一,22被朝第二流體16移動。在本例中，當(dāng)通過電場 作用在第一,22上的力小于流體速度時，第一,22不移動到第二流 體16，并與第二微粒21—起留在第一流體17中。然而，如圖3中所示，當(dāng)通過電場作用在第一微粒22上的力大于第 一流體17的速度時，第一微粒22從第一流體17移動到第二流體16，且 第一#^: 22和第二, 21通過不同的流出單元33a和34a輸出。根據(jù)本示例性實施例，因為在包括不同類型的微粒的第一流體17與 第二流體16—起流動的同時，想要的,被移動到第二流體16，且可以 分離出該微粒，所以可以從各種微粒中容易地分離具有預(yù)定屬性的微粒。圖4和圖5是示出將作為包括銀納米,的溶液的第一流體輸入到一 個流入單元32a，并將作為第二流體的7K^r入到另一個流入單元31a的實 驗結(jié)果的照片。當(dāng)沒有對電極供電時，如圖4中所示，通過擴散，少量納米銜險與第 二流體一起被輸出到流出通道34。然而，當(dāng)對電極供電時，如圖5中所 示，通過介電電泳，銀納米,被移動到第二流體，且大多數(shù)銀納米 被與第二流體一起輸出到流出通道34 。在示例性實施例中，場形成單元形成電場，以通過介電電泳移動微粒， 而不限于此，除了電場，場形成單元可以形成例如磁場、光場和電磁場的 場，以及多個場。圖6是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的微粒分離器的示意圖。該,分離器包括用于產(chǎn)生電場的場形成單元50，且場形成單元50 包括電源51以及在流通道35的寬度方向上彼此面對的電極52和53。電極52和53被安裝在流通道35寬度方向上的兩個邊緣處，且電極 52和53中間設(shè)置有間隙，使得可以在電極52和53之間形成電場。在本 例中， 一個電極52具有面對電極53的楔形。此外，挨著流通道35的寬 度方向的一側(cè)設(shè)置有空隙(clearance).當(dāng)試圖將執(zhí)行正介電電泳的, 移動到第二流體16時，沿第二流體16流動的方向設(shè)置空隙。通常，因為在電極52和53之間的窄空隙中電場強度強，所以在楔形 電極52的頂和電極53之間產(chǎn)生相對強的電場。因此，包括在第一流體 17中的部分,移動到具有強電場強度的一側(cè)，以被輸入到第二流體16， 并由此分離微粒。當(dāng)電極52具有楔形時，在頂端產(chǎn)生強電場，4吏得由于相鄰區(qū)域和電 場之間的差異，執(zhí)行正介電電泳的微?？梢?^易地移動。圖7g一^^據(jù)本發(fā)明第三示例性實施例的微粒分離器的示意圖。參考圖7,微粒分離器包括安^fr流通道35的寬度方向邊緣上的電 極62和63，以及具有電連接到電極62和63的電源61的電場形成單元 60。電極63面對電極62的一側(cè)相對電極62傾斜。電極62和63之間的 空隙沿流通道35的流方向減小，該空隙沿流方向接近流通道35的一個寬 度方向邊緣。當(dāng)將執(zhí)行正介電電泳的^*移動到第二流體16時，電極62和63之 間的空隙接近第二流體16，且當(dāng)將執(zhí)行負(fù)介電電泳的,移動到第二流 體16時，電極62和63之間的空隙可以接近第一流體17。沿流方向電場強度變大，當(dāng)其接近第二流體16時變得更大。因此， 第一流體17包括的微粒中執(zhí)行正介電電泳的微粒移動到具有大電場強度 的第二流體16。當(dāng)電極62和63之間的空隙沿流體16和17的流動方向減小時，執(zhí)行 正介電電泳的微粒同時在第二流體16的方向上并在流方向上受力，且其 可以被前進到較低部分，并可以被容易地移動到第二流體16。圖8是根據(jù)本發(fā)明第四示例性實施例的微粒分離器的示意圖。參考圖8，微粒分離器包括具有兩個流入通道31和32的通道單元 30，兩個流出通道33和34，以及用來分布第二流體16和第一流體17的 流通道35。具有突起72a和73a的電極72和73被安^E流通道35寬度方向的 兩端，串聯(lián)連接的AC電源71和DC電源75被安絲電極72和73中。形成在電極72和73上的突起72a和73a被交替設(shè)置，詳細(xì)地說，安 裝在流通道35的另 一個邊緣附近的電極73的突起73a被插入在安裝在其 一個邊緣附近的電極72的突起72a之間。形成突起72a和73a，使得一 個突起72a面對另一個突起73a的一側(cè)相對于突起73a的面對側(cè)傾斜，使 得突起72a和73a之間的間隙可以隨第二流體16接近流通道35的逸緣而 減小。因此，突起72a和73a隨著沿第二流體16的方向行進而彼此變得更 靠近，且在突起72a和73a之間形成的電場強度隨著接近第二流體16而 變得更大。因此，執(zhí)行正介電電泳的,被移動到具有強電場強度的第二 流體16，沒有受電場影響的微粒隨第一流體17流動，因此，可以分離出 具有不同屬性的微粒。上述結(jié)構(gòu)是用于將執(zhí)行正介電電泳的微粒移動到第二流體16的情況 的例子，而將執(zhí)行負(fù)介電電泳的銜險移動到第二流體16的情況具有這樣 的結(jié)構(gòu)突起72a和73a之間的間隙隨接近第 一流體17變窄。根據(jù)實施例，可以通過控制突起72a和73a的形狀和數(shù)目iMt流通道 35的寬度方向上控制電場強度的梯度，并將微粒更容易地移動到第二流 體16。圖9是根據(jù)本發(fā)明第五示例性實施例的微粒分離器的示意圖。參考圖9，微粒分離器包括具有^^通道31和32的通道單元30， j;"通道31和32用于接收第一流體17和第二流體16;以及具有電極82 和83和電源81的場形成單元80，電極82和83被安裝在通道單元30的 兩個寬度方向邊緣處，電源81用于對電極82和83提供電流。電極82和83包括多個突起82a和83a，突起82a和83a的結(jié)構(gòu)與根 據(jù)本發(fā)明第四示例性實施例的那些結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。電極82和83擴展到通道單元30的流入通道32以及流通道35，且 突起82a和83a被安M用于接收第一流體17的^L^通道32中。因此，第一流體17中包括的微粒從流入通道32被電場感應(yīng)，并在通 過流入通道32時被逐漸向第二流體16移動。當(dāng)?shù)谝涣黧w17被應(yīng)用到流通道35中時，已經(jīng)移動到第二流體16和 第一流體17相遇部分的,被電場移動到第二流體16，從而與其它, 分離。因此，因為突起82a和83a可以從i^通道32安裝，且微粒可以被 移動到一側(cè)，所以第一流體17和第二流體16—起流動時，^ 可以被更 快地分離。因此，通過減小第一流體17和第二流體16的接觸時間，可以 將其它微粒通過擴散流入到第二流體16的量減到最小。圖IO是根據(jù)本發(fā)明第六示例性實施例的,分離器的示意圖。參考圖10，微粒分離器包括用于形成磁場的場形成單元87，且場形 成單元87包括之間具有間隙的多個磁體85和86。磁體85和86被安裝到鄰近流通道35的寬度方向上相同側(cè)的邊緣， 使得可以沿流通道35的寬度方向形成磁場強度的梯度。此外，當(dāng)磁體85的N極被安^t流通道35附近時，將磁體86的S 極安^t流通道35附近,并在流通道35附近安^體85和86的不同極。在流通道35附件的N極和S極之間產(chǎn)生磁場，JUt體安裝側(cè)的磁場 強度大于沒有安^體側(cè)的磁場強度。因此，當(dāng)?shù)诙黧w16沿安裝了磁體的方向流動，第一流體17沿相反 方向流動時，通過將沿大強度的磁場方向移動的微粒移動到第二流體16， 可以從沿大強度的磁場方向移動的微粒和沒有受磁場影響的,中分離 出沿大強度的磁場方向移動的微粒。圖ll是根據(jù)本發(fā)明第七示例性實施例的銜險分離器的示意圖。參考圖11，微粒分離器包括具有流入通道31和32的通道單元30; 流出通道33和34;以及用于分布第一流體17和第二流體16的流通道35， 且流通道35的一側(cè)安裝了用于透光的可透光構(gòu)件35a。16可透光構(gòu)件35a被安M流通道35寬度方向上的一個邊緣處，使得 在流通道35的寬度方向上輸入的光的光強度可以不同?？赏腹鈽?gòu)件35a由例如塑料或玻璃的透明板制成。本發(fā)明實施例不限 于此，可透光構(gòu)件35a還包括透明膜和透光材料。將用于對可透光構(gòu)件35a施加光的場形成單元98安^fr流通道35 附近。場形成單元98包括光源和用于對光源揭 供電流的電源，并在流通 道35周圍形成光場。將場形成單元98安裝得鄰近流通道35的一個寬度方向的邊緣,使得 可以在流通道35的寬度方向上施加具有不同強度的光。當(dāng)試圖通過將微 粒移動到第二流體16來將移動到具有較大光強度的一側(cè)的微粒分離時， 將場形成單元98安裝在第二流體16流動的部分的邊緣處，且當(dāng)試圖通過 將微粒移動到第二流體16來將移動到具有較小光強度的一側(cè)的微粒分離 時，可以將場形成單元98安裝在第一流體17流動的部分中。因此，當(dāng)4吏用可透光構(gòu)件35a和用于對可透光構(gòu)件35a施加光的場形 成單元98時，微粒分離器可以通it^其它微粒中將根據(jù)光強度移動的微 粒移動到另一側(cè)，來分離這些微粒。圖12是根據(jù)本發(fā)明第八示例性實施例的微粒分離器的示意圖。參考附圖，微粒分離器90具有多個用于分離微粒的級段。微粒分離 器卯包括相鄰的第一流體17和第二流體16在其中流動的第一分離單 元95;第一流入通道91和92,它們被安裝在第一分離單元95的一個邊 緣處，并分別接收第一流體17和第二流體16;以及第一流出通道93和 94，它們形成在第一分離單元95的另一個邊緣，并輸出第一流體17和第 二流體16。微粒分離器卯還包括第二分離單元96和第三分離單元97，它們分 別連接到輸出已經(jīng)通過第一分離單元95的流體的第一流出通道93和94。即，第一分離單元95包括兩個第一流入通道91和92以及兩個第一 流出通道93和94，且第一流出通道93和94的每一個被連接到第二分離 單元96和第三分離單元97。第 一流體17和第二流體16被經(jīng)過流入通道91和92輸入到第 一分離 單元95，且包括在第一流體17中的部分微粒在通過第一分離單元95時 被電場移動到第二流體16。說明書第14/14頁包括分離出的,的第二流體16被經(jīng)過第一流出通道94輸入到第二 分離單元96，且包括其它微粒的第一流體17被經(jīng)過第一流出通道93輸 入到第三分離單元97。第二分離單元96包括用于接收第三流體16a的第二流入通道96a， 以及兩個第二流出通道96b和96c。在與第三流體16a —起通過第二分離 單元96時，通過電場，經(jīng)由第一流出通道94輸入的第二流體16將包括 在第二流體16中的部分,傳送到第三流體16a。第二流體16被輸出到 第二流出通道96c，且第三流體16a被輸出到第二流出通道96b。第三分離單元97包括用于接收第四流體16b的第三流入通道97a， 以及兩個第三流出通道97b和97c。經(jīng)由第一流出通道93輸入的第一流 體117與第四流體16b —起通過第三分離單元97，并通過電場將包括在 第一流體17中的部分銜險傳送到第四流體16b。第一流體17被輸出到第 三流出通道97c，且第四流體16b被經(jīng)過第三流出通道97b輸出。因此，微粒分離器90具有通過多個級段連接的多個分離單元95、 96 和97，使得當(dāng)多于3種的不同銜險包括在第一流體17中時，^U險可以 由微粒分離器90 —次性分離。雖然結(jié)合目前認(rèn)為是實用的示例性實施例的內(nèi)容說明了本發(fā)明，應(yīng)該 理解，本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明意^ta蓋包括在所附 權(quán)利要求書的實質(zhì)和范圍內(nèi)的各種變型和等同設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種微粒分離器，包括通道單元，其包括流通道和多個流出通道，含具有至少一個物理特性的微粒的第一流體和在所述第一流體附近流動的第二流體通過所述流通道流動，所述多個流出通道從所述流通道連接，并分離通過了所述流通道的流體；以及場形成單元，其鄰近所述流通道安裝，用于從所述第一流體分離微粒，并產(chǎn)生不均勻的場，使得所述微?？梢耘c所述第二流體一起流動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的^分離器，其中 所述場形成單元包括電連接到電源的電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的，分離器，其中 所述電源包括AC電源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的,分離器，其中所述電源包括DC電源，或包括彼此電連接的DC電源和AC電源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的,分離器，其中 所述電極鄰近所述流通道寬度方向上的同一側(cè)的邊緣安裝。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的,分離器，其中所述電極鄰近所述流通道寬度方向上的面對邊緣安裝，且在所述電極 之間形成空隙。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的,分離器，其中所述空隙設(shè)置在所述流通道之上，并設(shè)置在所述流通道寬度方向上的 一側(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的,分離器，其中所述空隙擴展到所述流通道的一個寬度方向側(cè)，且隨接近流體的流動 方向而變窄。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的,分離器，其中 所述電極中的一個或兩個形成為楔形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的,分離器，其中所述電極的表面相對于面對電極的表面具有傾斜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的,分離器，其中 所述電極包括在所述流通道的寬度方向上突出的突起。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的,分離器，其中不同電極的突起交替地設(shè)置，且突起之間的空隙隨接近接近所述流通 道的一個寬度方向邊緣而減小。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的,分離器，其中所述通道單元包括多個流入通道，所述多個流入通道被安裝在所述流 出通道安裝一側(cè)的相對側(cè)來與所述流通道相通，并接收所述第 一流體和第 二流體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的,分離器，其中在電極處形成寬度方向上穿過所述流通道的突起，且所述突起被鄰近 所述流通道和用于接收所述第 一流體的流入通道安裝。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的,分離器，其中所述場形成單元包括鄰近所述流通道的 一個寬度方向邊緣安裝并產(chǎn) 生磁場的磁體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的^^分離器，其中所述場形成單元包括電極，所述電極鄰近所述流通道的一個寬度方向 邊緣安裝并包括用于產(chǎn)生磁場的電極。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的,分離器，其中透光材料的可透光構(gòu)件被安裝在所述流通道的一個寬度方向邊緣中， 以及光源被鄰近所述可透光構(gòu)件安裝。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的,分離器，其中所述微粒分離器包括大于兩個級段的分離單元，所述分離單元與所述 流出通道中的一個相通，并分離和輸出從所述流出通道輸入的流體中包括 的微。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的,分離器，其中所述流通道具有所述第 一流體和所述第二流體相遇的匯合處，以及所述第 一流體和所述第二流體被分開的分開點。
20. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的,分離器，其中 所述場形成單元產(chǎn)生電場、磁場和光場中的一個或兩個。
21. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的,分離器，其中 包括在所述第一流體中的微粒具有多個類型，以及 不同類型的微粒具有不同的物理特性。
22. —種微粒分離方法，包括合并第一流體和笫二流體，所述第一流體包括具有至少一個物理特性 的微粒，所述第二流體鄰近所述第一流體^L傳送；產(chǎn)生用于對一起被傳送的所述第一流體和第二流體施加物理力的場；從所述第一流體分離具有受所述場影響的物理屬性的微粒，并將所述 微粒與所述第二流體一起傳送；以及分開合并的流體。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的^分離方法，其中 所述場由磁場、電場、電磁場和光場或它們的結(jié)合中的一個形成。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的#^分離方法，其中 所述第 一流體和所述第二流糾艮據(jù)層流流動。
全文摘要
一種微粒分離器，用于分離具有不同屬性的不同類型的微粒，其包括通道單元，其包括流通道和多個流出通道，含具有至少一個物理特性的微粒的第一流體和在第一流體附近流動的第二流體通過流通道流動，該多個流出通道從流通道連接，并分離通過了流通道的流體；以及場形成單元，其鄰近流通道安裝，用于從第一流體中分離第一流體所包括的微粒，并產(chǎn)生不均勻的場，使得微?？梢耘c第二流體一起流動。
文檔編號B03C5/02GK101405085SQ200780009497
公開日2009年4月8日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者金知銀, 韓昌洙 申請人:韓國機械研究院