JP2005131503A - Extension flow passage module and fluid mixer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an easily handleable extension flow passage module of simple structure suited to be integrally assembled to a mixer formed by laminating a plurality of flow passage modules. <P>SOLUTION: This extension flow passage module is provided with an extension flow passage module body having a flat part formed with a groove serving as a flow passage with a given length on one face, and used by closely attaching another flat body on the one face of the flat plate; and a flow-in port provided at one end of the groove of the module body, penetrating through the flat part. The other end of the groove serves as a flow-out port. The groove forming the flow passage with the given length is provided by forming a given flow passage pattern from a central part of the flat part toward a near part of its end part. A first extension flow passage module provided with the flow-in port at the end part of the groove positioned at the central part in the flat part is superposed on a second extension module provided with a flow-in port at the end part of the groove positioned at the end part in the flat part as a pair. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、順次に積層されて複数層に亘って連なる流路を形成する複数枚の流路モジュールにより実現される流体混合器や流体反応器、或いは熱交換器等に一体に組み込むに好適な増設流路モジュール、およびこの増設流路モジュールを組み込んだ簡易な構造の流体混合器に関する。   The present invention is suitable for integration into a fluid mixer, a fluid reactor, a heat exchanger, or the like realized by a plurality of channel modules that are sequentially stacked to form a channel that extends over a plurality of layers. The present invention relates to an extension channel module and a fluid mixer having a simple structure incorporating the extension channel module.

マイクロマシンニング技術等を用いて製作されるマイクロ混合器（流体混合器）は、基本的には２種類の液（流体）Ａ,Ｂを混合して２層の層流（Ａ＋Ｂ）を形成した後、この層流（Ａ＋Ｂ）をその層方向に（Ａ＋Ｂ）／２ずつ２分割し、更にこれらの２分割された２つの層流（Ａ／２＋Ｂ／２）を混合して４層の層流（Ａ／２＋Ｂ／２＋Ａ／２＋Ｂ／２）を形成した後、これらの層流をその層方向に更に２分割すると言う処理を多段階に繰り返すことで、上記各液Ａ,Ｂがなす層（大きさ）を徐々に細分化し、これによって前記各液Ａ,Ｂの拡散（混合）を速めるように構成される。   A micro-mixer (fluid mixer) manufactured using micro-machining technology, etc., basically mixes two types of liquids (fluids) A and B to form a two-layer laminar flow (A + B) The laminar flow (A + B) is divided into two (A + B) / 2 in the laminar direction, and these two divided laminar flows (A / 2 + B / 2) are further mixed to form a four-layer laminar flow ( A / 2 + B / 2 + A / 2 + B / 2) is formed, and then the process of dividing these laminar flows into two further in the layer direction is repeated in multiple stages, so that the layers (sizes) formed by the liquids A and B are as follows. ) Is gradually subdivided, thereby speeding up the diffusion (mixing) of the liquids A and B.

しかしながら従来の一般的なマイクロ混合器にあっては、流体（液）を混合・分配する為の流路自体が微細であり、クリティカルな製作精度が要求されるので、その加工（製造）自体が複雑であることが否めず、しかも組み付けに正確なアライメント調整を必要とするので製造コストが高いと言う問題がある。
そこで本出願人は、先に２個の流入口と２個の流出口とを備えた所定数の混合分配ユニットを設けた複数枚の流路モジュールを準備し、各流路モジュールの１つの混合分配ユニットにおける２個の流出口を次層の流路モジュールにおける２つの混合分配ユニットの各１個の流入口にそれぞれ個別に連結して前記複数枚の流路モジュールを順に積層した構造のマイクロ混合器を提唱した（例えば特許文献１を参照）。このような構造のマイクロ混合器（流体混合器）によれば、基本的には複数枚の流路モジュールを順に積層するだけで実現することができるので、その構造が簡単であり、製作も容易である等の利点がある。
特開２００２−３４６３５３号公報 However, in the conventional general micromixer, the flow path for mixing and distributing the fluid (liquid) is very fine, and critical manufacturing accuracy is required. There is a problem that the manufacturing cost is high because it cannot be denied that it is complicated and accurate alignment adjustment is required for assembly.
Therefore, the present applicant prepares a plurality of flow channel modules provided with a predetermined number of mixing / distributing units each having two inlets and two outlets, and mixes one of the channel modules. A micro-mixing structure in which two flow outlets in the distribution unit are individually connected to one flow inlet of each of the two mixing / distribution units in the channel module of the next layer, and the plurality of flow path modules are sequentially stacked. A vessel was proposed (see, for example, Patent Document 1). According to the micro mixer (fluid mixer) having such a structure, it can be realized by simply laminating a plurality of flow channel modules in order, so that the structure is simple and easy to manufacture. There are advantages such as being.
JP 2002-346353 A

しかしながら上述した特許文献１に示す構造のマイクロ混合器（流体混合器）にあっては、各流路モジュールの板面に沿って流路が層状に形成されるといえども、その全体的な流路長は、例えば各流路モジュールの板厚の総和の２〜４倍程度であり、十分に長いとは言い難い。これ故、前述した如く拡散（混合）させた液（流体）Ａ,Ｂの種類によっては、これらの液Ａ,Ｂを十分に反応させることができない場合がある。   However, in the micro mixer (fluid mixer) having the structure shown in Patent Document 1 described above, although the flow paths are formed in layers along the plate surface of each flow path module, the overall flow is not limited. The path length is, for example, about 2 to 4 times the sum of the plate thicknesses of the respective flow path modules, and is not sufficiently long. Therefore, depending on the types of liquids (fluids) A and B diffused (mixed) as described above, these liquids A and B may not be sufficiently reacted.

そこで従来では、例えばマイクロ混合器の流体流出口に所定長さのチューブ等を連結してその流路長を確保するようにしている。しかしながらこのようなチューブを連結した場合、チューブを含めたマイクロ混合器の全体形状が嵩張ったものとなることのみならず、その取り扱いが面倒となることが否めない。しかもチューブの捻れや潰れ等によってその流路が遮断される虞や、チューブの破損に起因する液漏れの虞もあった。   Therefore, conventionally, for example, a tube having a predetermined length is connected to the fluid outlet of the micromixer to ensure the flow path length. However, when such a tube is connected, not only does the overall shape of the micromixer including the tube become bulky, but it cannot be denied that its handling becomes troublesome. In addition, the flow path may be blocked by twisting or crushing the tube, or there may be liquid leakage due to breakage of the tube.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、順次に積層されて複数層に亘って連なる流路を形成する複数枚の流路モジュールにより実現される流体混合器や流体反応器、或いは熱交換器等に一体に組み込むに好適な簡易な構造の取り扱いの容易な増設流路モジュールを提供することにある。
また本発明の別の目的は、異種の液（流体）を良好に混合しながらその混合液の反応時間を十分に確保することができ、しかもその製作が容易な安価で簡易な構造の流体混合器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is a fluid mixer realized by a plurality of flow channel modules that are sequentially stacked to form a flow channel that extends over a plurality of layers. It is an object of the present invention to provide an easy-to-handle additional flow path module having a simple structure suitable for being integrated into a fluid reactor, a heat exchanger or the like.
Another object of the present invention is to mix fluids of different types well while ensuring a sufficient reaction time of the mixed solution, and to easily manufacture the fluid with a simple and simple structure. Is to provide a vessel.

上述した目的を達成するべく本発明に係る増設流路モジュールは、順次に積層されて複数層に亘って連なる流路を形成する複数枚の流路モジュールに重ねて用いられるものであって、
一面に所定長さの流路をなす溝を形成した平板部を有し、この平板部の一面に他の部材の平板部を密着させて用いられる増設流路モジュール本体と、この増設流路モジュール本体における前記溝の一端に前記平板部を貫通して設けられた流体の流入口とを具備し、前記溝の他端を流体の流出口としたことを特徴としている（請求項１）。 In order to achieve the above-described object, the additional flow channel module according to the present invention is used by being stacked on a plurality of flow channel modules that are sequentially stacked to form a continuous flow channel over a plurality of layers,
An additional flow path module body having a flat plate portion formed with a groove forming a flow path of a predetermined length on one surface, and a flat plate portion of another member in close contact with the one surface of the flat plate portion, and the additional flow channel module A fluid inflow port provided at one end of the groove in the main body through the flat plate portion is provided, and the other end of the groove is a fluid outflow port (Claim 1).

好ましくは前記所定の長さの流路をなす溝は、前記平板部の中央部から該平板部の端部近傍に掛けて所定の流路パターンを形成して設けられるものであって、
前記平板部の中央部に位置付けられた前記溝の端部に該溝に連通する前記流入口を設けた第１の増設流路モジュールと、前記平板部の端部近傍に位置付けられた前記溝の端部に該溝に連通する前記流入口を設けた第２の増設流路モジュールとからなり、これらの第１および第２の増設流路モジュールを対にして重ねて用いることを特徴としている（請求項２）。 Preferably, the groove forming the predetermined length of the flow path is provided by forming a predetermined flow path pattern extending from the central portion of the flat plate portion to the vicinity of the end portion of the flat plate portion,
A first additional flow path module provided with the inflow port communicating with the groove at an end portion of the groove positioned at a center portion of the flat plate portion; and a groove of the groove positioned near the end portion of the flat plate portion. It is composed of a second additional flow channel module provided with the inflow port communicating with the groove at an end portion, and the first and second additional flow channel modules are used as a pair in combination ( Claim 2).

ちなみに順次に積層されて複数層に亘って連なる流路を形成する複数枚の流路モジュールは、少なくとも流体混合器、流体反応器、或いは熱交換器の１つを構成するものである（請求項３）。
また本発明に係る流体混合器は、
２個の流入口と２個の流出口とを備えた所定数の混合分配ユニットおよび／または２個の流入口と１個の流出口とを備えた１つまたは２つの混合ユニットを、そのユニット数を１つずつ減らして形成した複数枚の流路モジュールを具備し、これらの各流路モジュールにおける各ユニットの流出口を次層の流路モジュールにおける前記ユニットの流入口にそれぞれ個別に連結して前記複数枚の流路モジュールを順に重ね合わせた混合器本体と、
所定長さの流路を形成してなり、上記混合器本体における最下流の流路モジュールにおける混合ユニットの流出口に接続されて前記混合器本体に重ね合わせて設けられた前述した構成の増設流路モジュールと
を備えたことを特徴としている（請求項４）。 Incidentally, the plurality of flow path modules that are sequentially stacked to form a flow path that extends over a plurality of layers constitute at least one of a fluid mixer, a fluid reactor, or a heat exchanger. 3).
Moreover, the fluid mixer according to the present invention comprises:
A predetermined number of mixing and distribution units with two inlets and two outlets and / or one or two mixing units with two inlets and one outlet. A plurality of flow path modules formed by reducing the number by one, and the outlets of the units in each of the flow path modules are individually connected to the inlets of the units in the flow path module of the next layer. A mixer body in which the plurality of flow path modules are sequentially stacked,
A flow path having a predetermined length is formed, and is connected to the outlet of the mixing unit in the most downstream flow path module in the mixer main body, and the additional flow having the above-described configuration is provided to overlap the mixer main body. And a road module (claim 4).

尚、前記流路モジュールおよび／または増設流路モジュールについては、ガラス材等の透明体からなる所定厚みの平板状基板に流路をなす溝を形成すると共に、上記基板を貫通して流入口をなす透孔を形成したものとして実現するようにすれば良い。ちなみに本発明においては、複数個組み合わせて用いられて所定の流路を形成したり、或いは混合器や混合器本体等を構築する部品要素をモジュールと称している。また各モジュールにおける個々の機能単位をユニットと称している。   For the flow channel module and / or the additional flow channel module, a groove forming a flow channel is formed in a flat substrate having a predetermined thickness made of a transparent material such as a glass material, and an inlet is formed through the substrate. What is necessary is just to implement | achieve as what formed the through-hole made. Incidentally, in the present invention, a component element that is used in combination to form a predetermined flow path or construct a mixer, a mixer main body, or the like is referred to as a module. Each functional unit in each module is called a unit.

上述した構成の増設流路モジュールによれば、順次に積層されて複数層に亘って連なる流路を形成する複数枚の流路モジュールにより構成される、例えば流体混合器、流体反応器、或いは熱交換器等における最下流の流路モジュールに重ねて一体化して用いるだけで必要な流路長を確保することができるので、その取り扱いが簡単である。しかも平板状のモジュールの一面に所定長さの流路をなす溝を形成し、この溝を形成した一面に他の部材の平板部を密着させて上記流路を形成する構造なので、その流路自体を強固な構造として実現することができ、チューブに見られたような捻れや潰れ、更には破損等の不具合を招来することがない。   According to the additional flow path module having the above-described configuration, for example, a fluid mixer, a fluid reactor, or a heat composed of a plurality of flow path modules that are sequentially stacked to form a flow path that extends over a plurality of layers. Since a necessary flow path length can be ensured simply by overlapping and using the most downstream flow path module in an exchanger or the like, the handling is easy. In addition, since the groove that forms a channel of a predetermined length is formed on one surface of the flat module and the above-mentioned channel is formed by closely contacting a flat plate portion of another member to the surface on which the groove is formed, the channel The structure itself can be realized as a strong structure, and there is no inconvenience such as twisting and crushing as seen in the tube, and further breakage.

また流入口と流出口との位置を逆にした第１の増設流路モジュールと第２の増設流路モジュールとを対にして重ねて用いることで、これらの第１および第２の増設流路モジュールにより一体に構築される増設流路モジュールの流入口と流出口との位置を、その表裏面間において一致させることができるので、その取り扱いを一層簡便なものとすることができる。更には第１および第２の増設流路モジュールからなる複数対の増設流路モジュールを重ねて用いることで、その流路長を簡単に延長することも可能であり、その汎用性を高めることも可能となる。   Further, by using the first extension channel module and the second extension channel module in which the positions of the inflow port and the outflow port are reversed to be used in pairs, these first and second extension flow channels are used. Since the positions of the inlet and outlet of the additional flow path module constructed integrally by the module can be matched between the front and back surfaces, the handling can be further simplified. Furthermore, by using a plurality of pairs of additional flow path modules made up of the first and second additional flow path modules, the flow path length can be easily extended, and the versatility can be improved. It becomes possible.

尚、増設流路モジュール（第１および第２の増設流路モジュール）を、ガラス材等の透明部材にて形成するようにすれば、その流路内に外部から光を導入することができるので、光の照射によって前記流路を通流する混合流体等の反応を促進させることが可能となる等の効果も奏せられる。
また前述した構成の流体混合器によれば、複数枚の流路モジュールを順に重ね合わせた混合器本体に重ね合わせて設けられる増設流路モジュールによって簡易にその流路長を延ばすことができるので、混合液の反応時間を十分に確保することができる。しかも増設流路モジュールを混合器本体（複数の流路モジュールの積層体）に重ね合わせて設け、これらを積層一体化するだけで良いので、その構造が簡単であり、製作コストも十分に安価に抑えることができる。 If the extension channel module (first and second extension channel modules) is formed of a transparent member such as a glass material, light can be introduced into the channel from the outside. In addition, it is possible to promote the reaction of the mixed fluid or the like flowing through the flow path by light irradiation.
In addition, according to the fluid mixer having the above-described configuration, the flow path length can be easily extended by the additional flow path module provided to be superimposed on the mixer body in which a plurality of flow path modules are sequentially stacked. A sufficient reaction time of the mixed solution can be ensured. Moreover, it is only necessary to install the additional flow channel module on the mixer body (stacked body of multiple flow channel modules) and stack and integrate them, so the structure is simple and the manufacturing cost is sufficiently low. Can be suppressed.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る増設流路モジュールとこの増設流路モジュールを備えた流体混合器について、特に０.４ｍｍ×０.４ｍｍ程度の微小な流路断面積の流路を形成した、いわゆるマイクロ混合器を例に説明する。
図１はこの実施形態に係るマイクロ混合器の全体構成を示す外観図で、このマイクロ混合器は全体的には一辺が略２５ｍｍからなる略立方体形状の装置として実現されている。このマイクロ混合器は、５ｍｍ程度の肉厚の金属（Ａl材やステンレス鋼等）からなる平板状の下部プレート体１および上部プレート体２と、これらの下部プレート体１および上部プレート体２間に積層されて保持された複数枚（ｎ枚）の平板体からなる流路モジュール３1,〜３n、および対をなす２枚の平板体からなる増設流路モジュール(第１および第２の増設流路モジュール)４ａ,４ｂとにより構成される。尚、これらの流路モジュール３1,〜３n,４ａ,４ｂは、複数枚重ねて用いられて所定の流路を形成する部品要素をなすもので、各平板体の上下面はそれぞれ鏡面仕上げされており、これらを互いに重ね合わせたとき、一体に密着するようになっている。 Hereinafter, with reference to the drawings, an additional flow channel module according to an embodiment of the present invention and a fluid mixer provided with the additional flow channel module have a very small channel cross-sectional area of about 0.4 mm × 0.4 mm. A so-called micromixer having a flow channel will be described as an example.
FIG. 1 is an external view showing the overall configuration of the micromixer according to this embodiment, and the micromixer is realized as a substantially cubic device having a side of approximately 25 mm as a whole. This micro mixer is composed of a flat plate-like lower plate body 1 and upper plate body 2 made of a metal (Al material, stainless steel, etc.) having a thickness of about 5 mm, and between these lower plate body 1 and upper plate body 2. The flow path modules 3 1 to 3 n composed of a plurality of (n) flat plates that are stacked and held, and the additional flow channel module (first and second expansions) composed of two flat plates that form a pair. (Channel module) 4a, 4b. The flow path modules 3 1 to 3 n , 4a, and 4b are used as a plurality of components and form component elements that form a predetermined flow path. When these are superposed on each other, they are brought into close contact with each other.

尚、図中５,６は、上述した如く積層された上記各プレート体１,２、ｎ枚の流路モジュール３1,〜３n、および増設流路モジュール４ａ,４ｂの四隅をそれぞれ貫通して設けられて、これらの積層体を一体化した４組のボルトおよびナットである。また前記上部プレート体２の上面には、２種類の液（流体）Ａ,Ｂを注入する流体注入コネクタ７ａ,７ｂが、その混合液を取り出す為の流体取り出しコネクタ８を挟んで設けられている。また前記各プレート体１,２、流路モジュール３1,〜３n、および増設流路モジュール４ａ,４ｂの各一辺部には、これらを位置合わせして積層する為の三角形状の切り込みがそれぞれ設けられている。 In the figure, reference numerals 5 and 6 respectively pass through the four corners of the plate bodies 1 and 2 stacked as described above, the n flow channel modules 3 1 to 3 n , and the additional flow channel modules 4a and 4b. And four sets of bolts and nuts integrated with these laminates. Further, fluid injection connectors 7a and 7b for injecting two types of liquids (fluids) A and B are provided on the upper surface of the upper plate body 2 with a fluid extraction connector 8 for taking out the mixed liquid therebetween. . Each plate body 1, 2, flow channel modules 3 1 , 3 n , and additional flow channel modules 4 a, 4 b are respectively provided with triangular cuts for aligning and laminating them. Is provided.

さて前記下部プレート体１の上面には、例えば図２(ａ)に平面図を示すように前述した流体注入コネクタ７ａ,７ｂに対向する位置を頂点とする二等辺三角形状の浅い凹部（流体導入チャネル）１ａ,１ｂが、後述する混合分配ユニットの並びに沿って該プレート体１の中央部に設けた隔壁１ｃを挟んで対称に穿たれている。これらの凹部１ａ,１ｂは、前述した流体注入コネクタ７ａ,７ｂからそれぞれ注入され、前記流路モジュール３1,〜３nおよび増設流路モジュール４ａ,４ｂにそれぞれ貫通して設けられた流体導入孔３ｘ,３ｙ,４ｘ,４ｙを介して導かれた液（流体）Ａ,Ｂを、最下位置に設けられる流路モジュール３1にそれぞれ導く役割を担う。 Now, on the upper surface of the lower plate body 1, for example, as shown in a plan view in FIG. 2A, an isosceles shallow concavity (fluid introduction) whose apex is the position facing the fluid injection connectors 7 a and 7 b described above. Channels) 1a and 1b are pierced symmetrically with a partition wall 1c provided at the center of the plate body 1 along the arrangement of the mixing / distributing units described later. These recesses 1a and 1b are respectively injected from the fluid injection connectors 7a and 7b described above, and fluid introduction holes provided through the flow channel modules 3 1 to 3 n and the additional flow channel modules 4a and 4b, respectively. 3x, responsible 3y, 4x, liquid guided through the 4y (fluid) a, a B, and the role of guiding the respective channel module 3 1 provided in the lowermost position.

さて前記各流路モジュール３1,〜３nは、例えば図２(ｂ)に示すように、所定数の混合分配ユニット１１および／または１つ若しくは２つの混合ユニット１２を所定の配列ピッチで直線状に設けたものからなる。尚、ここではそれぞれが所定の機能を担う機能単位をユニットと称している。具体的には、後述するように２つの流入口から導入された２種類の流体Ａ,Ｂを混合した後、これを２つに分配してする２つの流出口からそれぞれ出力する機能を有するものを混合分配ユニット、また２つの流入口から導入された２種類の流体Ａ,Ｂを混合した後、１つの流出口から出力する機能を有するものを混合ユニットとそれぞれ称する。 As shown in FIG. 2 (b), for example, each of the flow path modules 3 1 ,..., 3 n includes a predetermined number of mixing / distributing units 11 and / or one or two mixing units 12 in a straight line at a predetermined arrangement pitch. It consists of what was provided in the shape. Here, the functional units each having a predetermined function are referred to as a unit. Specifically, as described later, the two types of fluids A and B introduced from the two inlets are mixed, and then the two fluids are distributed to two and output from the two outlets, respectively. And a unit having a function of mixing two kinds of fluids A and B introduced from two inlets and then outputting them from one outlet are referred to as a mixing unit.

特にｎ枚の流路モジュール３1,〜３nは、上記ユニット１１,１２の数を順に１つずつ減らして設けた構造を有している。具体的には、図３に７枚の流路モジュール３1,〜３7を積層する例を示すように最上部（最下流位置）に設けられる流路モジュール３7（３n）は、１つの混合ユニット１２だけを備え、その上流側（下側）に設けられる流路モジュール３6（３n-1）は、２つの混合ユニット１２を対称に設けた構造を有する。そしてその次の流路モジュール３5（３n-2）は、２つの混合ユニット１２の間に１つの混合分配ユニット１１を設けた構造を有し、以降、その上流側の各流路モジュール３1,〜３4は、２つの混合ユニット１２の間に設けられる混合分配ユニット１１を順次１つずつ増やした構造を有している。 In particular, the n flow channel modules 3 1 to 3 n have a structure in which the number of the units 11 and 12 is sequentially reduced one by one. Specifically, as shown in FIG. 3 in which an example in which seven flow path modules 3 1 to 3 7 are stacked, the flow path module 3 7 (3 n ) provided at the uppermost portion (the most downstream position) is 1 The flow path module 3 6 (3 n-1 ) provided with only one mixing unit 12 and provided on the upstream side (lower side) thereof has a structure in which the two mixing units 12 are provided symmetrically. The next channel module 3 5 (3 n−2 ) has a structure in which one mixing / distributing unit 11 is provided between two mixing units 12, and thereafter each channel module 3 on the upstream side thereof. 1, to 3 4 includes sequentially one by one to increase structure the mixing and dispensing unit 11 provided between the two mixing units 12.

ここで混合分配ユニット１１および混合ユニット１２について説明する。
混合分配ユニット１１は、例えば図４にその概略構成を拡大して示すように、板状の流路モジュール３を貫通して設けた２個の流入口１１ａ,１１ａと、上記流路モジュール３における下流面（上面）側を開放して設けた２個の流出口１１ｂ,１１bとを備え、その上面側に穿いた深さ０.４ｍｍの溝からなる流路（チャネル）１１ｃを介して上記各流入口１１ａ,１１aと流出口１１ｂ,１１ｂとを連結した構造を有する。尚、流出口１１ｂ,１１ｂおよび流路１１ｃは、全体的にはその上端が開放された１つの溝として形成されている。そしてその上面に別の流路モジュール３が重ね合わせられとき、開放された上端側が上記別の流路モジュール３の下面により塞さがれることで所定の流路断面積の流路１１ｃを形成し、また溝の端部が開放されて流出口１１ｂ,１１ｂとして機能する。 Here, the mixing / distributing unit 11 and the mixing unit 12 will be described.
The mixing / distributing unit 11 includes, for example, two inflow ports 11a and 11a provided through the plate-like channel module 3 and the channel module 3 as shown in an enlarged schematic configuration in FIG. The two outlets 11b and 11b provided with the downstream surface (upper surface) open, and each of the above-mentioned each through a flow channel (channel) 11c formed by a groove having a depth of 0.4 mm drilled on the upper surface side. The inflow port 11a, 11a and the outflow port 11b, 11b are connected. The outflow ports 11b and 11b and the flow path 11c are formed as one groove whose upper end is opened as a whole. When another channel module 3 is overlaid on the upper surface, the opened upper end side is closed by the lower surface of the other channel module 3, thereby forming a channel 11c having a predetermined channel cross-sectional area. Moreover, the edge part of a groove | channel is open | released and it functions as outflow port 11b, 11b.

特にこの混合分配ユニット１１においては、前記流路１１ｃの中央に位置付けられて該流路１１ｃにおける流体通流方向を定める島状の仕切部１１ｄが設けられている。そして上述した２個の流入口１１ａ,１１ａ、および２個の流出口１１ｂ,１１ｂは、上記仕切部１４を挟んで互いに直交する方向にそれぞれ対称に設けた構造となっている。またこの混合分配ユニット１１における流入口１１ａ,１１ａの径、流出口１１ｂ,１１ｂの径、そして流路１１ｃの幅とその深さは、例えば０.４ｍｍとして互いに等しく設定されており、更に２個の流入口１１ａ,１１ａは０.４ｍｍの間隔を隔てて、また２個の流出口１１ｂ,１１ｂは１.２ｍｍの間隔を隔てて設けられている。   In particular, the mixing / distributing unit 11 is provided with an island-shaped partition portion 11d that is positioned at the center of the flow path 11c and determines the fluid flow direction in the flow path 11c. The two inflow ports 11a and 11a and the two outflow ports 11b and 11b described above are provided symmetrically in directions orthogonal to each other with the partition portion 14 interposed therebetween. The diameters of the inlets 11a and 11a, the diameters of the outlets 11b and 11b, and the width and depth of the flow path 11c in the mixing / distributing unit 11 are set to be equal to each other, for example, 0.4 mm. The inflow ports 11a and 11a are provided with an interval of 0.4 mm, and the two outflow ports 11b and 11b are provided with an interval of 1.2 mm.

このような構造の混合分配ユニット１１は、２つの流入口１１ａ,１１ａからそれぞれ導入された流体Ａ,Ｂを仕切部１１ｄにより２方向に分流し、これらの分流された各流体を流路１１ｃを介して２層の層流（Ａ／２＋Ｂ／２）にそれぞれまとめて各流出口１１ｂ,１１ｂにそれぞれ導くように機能する。従って２つの流入口１１ａ,１１ａからそれぞれ導入された流体Ａ,Ｂは、２つの流出口１１ｂ,１１ｂから混合分配された流体（Ａ／２＋Ｂ／２）としてそれぞれ出力されることになる。   The mixing / distributing unit 11 having such a structure divides the fluids A and B introduced from the two inlets 11a and 11a in two directions by the partitioning portion 11d, and distributes the divided fluids through the flow path 11c. The two layers of laminar flow (A / 2 + B / 2) are collectively led to the respective outlets 11b and 11b. Accordingly, the fluids A and B introduced from the two inflow ports 11a and 11a are respectively output as fluid (A / 2 + B / 2) mixed and distributed from the two outflow ports 11b and 11b.

尚、混合ユニット１２は、図５に例示するように上述した構造の混合分配ユニット１１における一方の側の流出口１１ｂを省略した構造を有し、２つの流入口１１ａ,１１ａからそれぞれ導入された流体Ａ,Ｂを流路１１ｃを介して２層の層流（Ａ＋Ｂ）にまとめて流出口１１ｂに導くように機能する。従って２つの流入口１１ａ,１１ａからそれぞれ導入された流体Ａ,Ｂは、流出口１１ｂから混合された流体（Ａ＋Ｂ）として出力されることになる。   As illustrated in FIG. 5, the mixing unit 12 has a structure in which the outlet 11b on one side of the mixing / distributing unit 11 having the above-described structure is omitted, and is introduced from the two inlets 11a and 11a, respectively. It functions so that the fluids A and B are combined into a two-layer laminar flow (A + B) through the flow path 11c and led to the outlet 11b. Therefore, the fluids A and B introduced from the two inflow ports 11a and 11a are output as mixed fluid (A + B) from the outflow port 11b.

上述した混合分配ユニット１１および／または混合ユニット１２をそれぞれ所定個数備えた複数枚の流路モジュール３1,〜３n（３1,〜３7）は、その２つの流入口１１ａ,１１ａを、図３に示すようにその上流側（下面側）の流路モジュール３における隣接したユニット１１,１２の各１個の流出口１１ｂ,１１ｂにそれぞれ連結して順次積層される。この結果、前述した如く流体注入コネクタ７ａ,７ｂからそれぞれ注入され、凹部（流体導入チャネル）１ａ,１ｂを介して前記流路モジュール３1に導入された液（流体）Ａ,Ｂは、複数枚の流路モジュール３1,〜３nを順に介することによって、即ち、各流路モジュール３1,〜３nにそれぞれ設けられた混合分配ユニット１１および／または混合ユニット１２を順に介して混合分配されることによって拡散（混合）されることになる。そして最下流の流路モジュール３nの流出口１１ｂから１つの混合液として出力されることになる。 A plurality of flow path modules 3 1 , .about.3 n (3 1 , .about.3 7 ) each having a predetermined number of the mixing / distributing units 11 and / or mixing units 12 described above are provided with two inlets 11a, 11a. As shown in FIG. 3, the upstream side (lower side) flow path module 3 is connected to each of the outlets 11b and 11b of the adjacent units 11 and 12 and sequentially stacked. As a result, fluid injection connector 7a as described above, are respectively injected from 7b, the recess (fluid inlet channel) 1a, is introduced into the flow path module 3 1 through 1b liquid (fluid) A, B has a plurality the passage modules 3 1, by passing through the to 3 n in sequence, i.e., each channel module 3 1, is mixed dispensed through a mixing and dispensing unit 11 and / or mixing unit 12 respectively provided to 3 n in order Will be diffused (mixed). And it will be output from the most downstream passage modules 3 n outlet 11b as a single mixture.

さてこのような複数枚の流路モジュール３1,〜３nに重ねて設けられる前述した増設流路モジュール４ａ,４ｂは、例えば図２(ｃ)(ｄ)にそれぞれ示すように、例えばその上面に所定の流路断面積をなす溝を渦巻き状に設けて所定長（例えば５０ｃｍ）の流路２１を形成すると共に、その両端部に流入口２２と流出口２３とを形成した構造を有する。流入口２２は、増設流路モジュール４ａ,４ｂの上下面を貫通して設けた透孔として形成されている。また流路２１をなす溝および流出口２３は、前述した混合分配ユニット１１におけるｌ流路１１ｃおよび流出口１１ｂと同様に、その上端に重ねて設けられる他の平板体である増設流路モジュール４ａ,４ｂまたは上部プレート体２の下面にて、その開放された上端側が塞さがれることで所定の流路断面積の流路２１を形成し、また溝の端部が開放されて流出口２３として機能する。 The above-described additional flow path modules 4a and 4b provided to overlap the plurality of flow path modules 3 1 to 3 n are, for example, as shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d), for example. A groove having a predetermined channel cross-sectional area is provided in a spiral shape to form a channel 21 having a predetermined length (for example, 50 cm), and an inlet 22 and an outlet 23 are formed at both ends thereof. The inflow port 22 is formed as a through hole provided through the upper and lower surfaces of the additional flow path modules 4a and 4b. Further, the groove and the outlet 23 forming the channel 21 are the other channel modules 4a which are other flat plates provided on the upper ends of the channel 11c and the outlet 11b in the mixing / distributing unit 11 described above. 4b or the lower surface of the upper plate body 2, the opened upper end side is closed to form a flow channel 21 having a predetermined flow channel cross-sectional area, and the end of the groove is opened so that the outlet 23 Function as.

特に図２(ｃ)(ｄ)にそれぞれ示す第１および第２の増設流路モジュール４ａ,４ｂは、その流入口２２と流出口２３の位置を逆にしたものである。具体的には第１の増設流路モジュール４ａの流入口２２は、前述した最下流（最上位）に位置付けられる流路モジュール３nの流出口１１ｂに対応する位置に設けられており、この流入口２２を中心に渦巻き状に設けた溝（流路）２１の終端部を流出口２３としている。逆に第２の増設流路モジュール４ｂは、第１の増設流路モジュール４ａにおける流入口２２に対応する位置を流出口２３とし、同時に第１の増設流路モジュール４ａにおける流出口２３に対応する位置を流入口２２としている。 In particular, the first and second additional flow path modules 4a and 4b shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d) are obtained by reversing the positions of the inflow port 22 and the outflow port 23, respectively. Specifically inlet 22 of the first expansion channel module 4a is provided at a position corresponding to the outlet port 11b of the most downstream channel module positioned (top level) 3 n mentioned above, the flow A terminal portion of a groove (flow path) 21 provided in a spiral shape around the inlet 22 is used as an outlet 23. On the other hand, the second extension channel module 4b corresponds to the outlet 23 in the first extension channel module 4a at the same time as the outlet 23 in the first extension channel module 4a. The position is the inlet 22.

このような第１および第２の増設流路モジュール４ａ,４ｂは、これらを対として重ねて用いられる。即ち、第１の増設流路モジュール４ａの流路２１を介してその中央部から側部に導いた混合液を、第２の増設流路モジュール４ｂの流路２１を介して折り返して中央部に導くことで、第１および第２の増設流路モジュール４ａ,４ｂを重ねて一体に構築される増設流路モジュール４の流入口および流出口の位置が、その表裏面間において一致するようになっている。そしてこれらの流入口および流出口は、前述した流路モジュール３nの流出口１１ｂに対応する位置、および上部プレート体２の流体取り出しコネクタ８に対応する位置にそれぞれ位置付けられようになっている。 Such first and second additional flow path modules 4a and 4b are used by overlapping them as a pair. That is, the mixed liquid led from the central portion to the side portion through the flow passage 21 of the first additional flow passage module 4a is folded back through the flow passage 21 of the second additional flow passage module 4b to the central portion. By guiding, the positions of the inlet and outlet of the extension channel module 4 constructed integrally by overlapping the first and second extension channel modules 4a and 4b are matched between the front and back surfaces. ing. These inflow ports and outflow ports are respectively positioned at positions corresponding to the above-described outflow ports 11b of the flow path module 3 n and positions corresponding to the fluid outlet connectors 8 of the upper plate body 2.

このような対をなす第１および第２の増設流路モジュール４ａ,４ｂを、前述した如く積層した複数枚の流路モジュール３1,〜３nに更に重ねて構成されるマイクロ混合器によれば、上記流路モジュール３1,〜３nにて拡散（混合）した液（流体）Ａ,Ｂの混合液を、上記増設流路モジュール４ａ,４ｂを介して所定の通流時間を経た後、前記流体取り出しコネクタ８から取り出すことが可能となる。 According to the micro-mixer configured such that the first and second additional flow path modules 4a and 4b forming such a pair are further stacked on the plurality of flow path modules 3 1 to 3 n stacked as described above. For example, after the liquid mixture of fluids (fluids) A and B diffused (mixed) in the flow path modules 3 1 to 3 n has passed through a predetermined flow time through the additional flow path modules 4a and 4b. The fluid can be taken out from the fluid take-out connector 8.

従って複数枚の流路モジュール３1,〜３nにおける液（流体）Ａ,Ｂの拡散（混合）時間に比較して上記液（流体）Ａ,Ｂの反応時間が短いような場合であっても、増設流路モジュール４ａ,４ｂを介する混合液（流体）の通流に要する時間によってその反応時間を十分に稼ぐことができる。従って液（流体）Ａ,Ｂを十分に反応させた混合液を簡易に得ることが可能となる。 Therefore, the reaction time of the liquids (fluids) A and B is shorter than the diffusion (mixing) time of the liquids (fluids) A and B in the plurality of flow path modules 3 1 to 3 n . However, the reaction time can be sufficiently obtained by the time required for the flow of the mixed liquid (fluid) through the additional flow path modules 4a and 4b. Therefore, it is possible to easily obtain a mixed liquid in which the liquids (fluids) A and B are sufficiently reacted.

また上述した構成の増設流路モジュール４ａ,４ｂによれば、複数枚の流路モジュール３1,〜３n上にそのまま重ねて上下一対のプレート体１,２間に積層して保持することができるのでその構造が簡単な上、所要性能を有するマイクロ混合器を安価に製作することができる。しかも複数枚の流路モジュール３1,〜３nに重ねる増設流路モジュール４ａ,４ｂの枚数を、上述した第１および第２の増設流路モジュール４ａ,４ｂを対として増やしていくことも容易なので、液（流体）Ａ,Ｂの種類に応じてその反応時間の調整を簡単に行うことができる等の利点もある。 Further, according to the additional flow path modules 4a and 4b having the above-described configuration, the plurality of flow path modules 3 1 to 3 n can be stacked and held between the pair of upper and lower plate bodies 1 and 2 as they are. As a result, the structure is simple and a micro mixer having the required performance can be manufactured at low cost. Moreover, it is easy to increase the number of the additional flow path modules 4a and 4b stacked on the plurality of flow path modules 3 1 to 3 n as a pair with the first and second additional flow path modules 4a and 4b described above. Therefore, there is an advantage that the reaction time can be easily adjusted according to the types of liquids (fluids) A and B.

尚、増設流路モジュール４については、上述した例においては図６(ａ)にその断面構造を示すように、１枚の基板３１の上面に渦巻き状の溝を形成して流路２１としたが、図６(ｂ)に示すようにを渦巻き状のスリット２１ａを形成した基板３２と、流入口２２をなす透孔を形成した基板３３とを接合一体化して製作することもできる。また或いは図６(ｃ)に示すように、更に流出口２３をなす透孔を形成した基板３４も重ね合わせることで、単独で使用可能な増設流路モジュールとしても良い。   As for the additional flow path module 4, in the above-described example, a spiral groove is formed on the upper surface of one substrate 31 as shown in FIG. However, as shown in FIG. 6B, the substrate 32 having the spiral slit 21a and the substrate 33 having the through hole forming the inflow port 22 may be joined and integrated. Alternatively, as shown in FIG. 6C, an additional flow path module that can be used alone may be obtained by superimposing a substrate 34 on which a through hole forming the outlet 23 is formed.

更には増設流路モジュール４に形成する流路２１のパターン形状については、図７(ａ)に示すようにジグザグ状に交互に折り返した形状として実現することも可能であり、更には図７(ｂ)に示すように２重にジグザグ状に折り返した形状として実現することも可能である。また図７(ｃ)に示すように同一面内において渦巻きパターンを折り返した形状とすることも可能であり、図７(ｄ)に示すようにミアンダ状に蛇行した流路パターン形状としても良い。   Furthermore, the pattern shape of the flow path 21 formed in the additional flow path module 4 can be realized as a shape that is alternately folded back and forth in a zigzag shape as shown in FIG. As shown in b), it can be realized as a double zigzag folded shape. Further, as shown in FIG. 7 (c), the spiral pattern may be folded in the same plane, and the flow path pattern may be meandered in a meander shape as shown in FIG. 7 (d).

尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば流路モジュール３1,〜３nや増設流路モジュール４ａ,４ｂをガラス材等の透明部材、好ましくは紫外線を透過する石英ガラス等を用いて形成すれば、マイクロ混合器の外部からその流路内に光を照射することが可能となるので、例えば光の照射により液（流体）Ａ,Ｂの反応を促進することが可能となる。また流路モジュール３1,〜３nや増設流路モジュール４ａ,４ｂについては、基本的には混合処理対象とする液（流体）Ａ,Ｂに対する耐性を有する材料のものを用いて製作するようにすれば良いが、その流路壁面を液（流体）Ａ,Ｂに対する耐性を有する素材にてコーティングすることも有用である。 In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. For example, if the flow path modules 3 1 to 3 n and the additional flow path modules 4a and 4b are formed using a transparent member such as a glass material, preferably quartz glass that transmits ultraviolet rays, the flow from the outside of the micromixer. Since it is possible to irradiate light in the path, for example, the reaction of the liquids (fluids) A and B can be promoted by irradiating light. The flow path modules 3 1 to 3 n and the additional flow path modules 4a and 4b are basically manufactured using materials having resistance to the liquids (fluids) A and B to be mixed. However, it is also useful to coat the channel wall surface with a material having resistance to liquids (fluids) A and B.

またここではマイクロ混合器を例に説明したが、複数枚の流路モジュールに積層して構築されるマイクロリアクタ（マイクロ反応器）やマイクロ熱交換器等にも同様に適用することができる。更に上述した実施形態においては、前述した各流路モジュール３1,〜３n,４ａ,４ｂがそれぞれ平板体として構成されるものとして説明したが、例えばその中央部にだけ平板部を有し、この平板部に前述した混合分配ユニット１１や混合ユニット１２、更には流路２１を形成したものであっても良い。この場合、各流路モジュール３1,〜３n,４ａ,４ｂにおける平板部の周囲については、これらの各流路モジュール３1,〜３n,４ａ,４ｂを互いに密着させて積層することを妨げることのない構造（形状）としておけば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Although a micro mixer has been described here as an example, the present invention can be similarly applied to a microreactor (microreactor), a micro heat exchanger, and the like constructed by stacking a plurality of flow path modules. Furthermore, in the above-described embodiment, the flow path modules 3 1 , 3 n , 4a, and 4b described above are each configured as a flat plate body. The flat plate portion may be formed with the mixing / distributing unit 11 or the mixing unit 12 and the flow path 21 described above. In this case, each passage module 3 1, to 3 n, 4a, for the periphery of the flat plate portion in 4b, respective passage modules 3 of 1, to 3 n, 4a, that 4b was close contact with each other laminating What is necessary is just to set it as the structure (shape) which does not interfere. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

本発明の一実施形態に係る増設流路モジュールを備えたマイクロ混合器（流体混合器）の全体構成を示す外観図。The external view which shows the whole structure of the micro mixer (fluid mixer) provided with the additional flow path module which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示すマイクロ混合器における下部プレート、流路モジュール、および増設流路モジュールの概略構成をそれぞれ示す図。The figure which shows schematic structure of the lower plate in the micro mixer shown in FIG. 1, a flow path module, and an additional flow path module, respectively. 複数枚の流路モジュールにそれぞれ設けられる混合分配ユニットおよび／または混合ユニット間の連結構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the connection structure between the mixing distribution unit and / or mixing unit which are each provided in several flow-path module. 混合分配ユニットの概略構成を拡大して示す図。The figure which expands and shows schematic structure of a mixing distribution unit. 混合ユニットの概略構成を拡大して示す図。The figure which expands and shows schematic structure of a mixing unit. 増設流路モジュールの断面構造のその変形例をそれぞれ示す図。The figure which shows the modification of the cross-sectional structure of an additional flow path module, respectively. 増設流路モジュールに設けられる流路の複数種のパターン形状をそれぞれ示す図。The figure which respectively shows the multiple types of pattern shape of the flow path provided in an additional flow path module.

符号の説明Explanation of symbols

１ 下部プレート体
２ 上部プレート体
３1,〜３n 流路モジュール
４ａ,４ｂ 増設流路モジュール
７ａ,７ｂ 流体注入コネクタ
８ 流体取り出しコネクタ
１１ 混合分配ユニット
１２ 混合ユニット
２１ 流路
２２ 流入口
２３ 流出口 1 the lower plate member 2 top plate body 3 1, to 3 n the channel module 4a, 4b expansion channel modules 7a, 7b fluid injection connector 8 fluid extraction connector 11 mixed dispensing unit 12 mixing unit 21 the flow channel 22 inlet 23 outlet

Claims (4)

順次に積層されて複数層に亘って連なる流路を形成する複数枚の流路モジュールに重ねて用いられる増設流路モジュールであって、
一面に所定長さの流路をなす溝を形成した平板部を有し、この平板部の一面に他の部材の平板部を密着させて用いられる増設流路モジュール本体と、この増設流路モジュール本体における前記溝の一端に前記平板部を貫通して設けられた流体の流入口とを具備し、前記溝の他端を流体の流出口としたことを特徴とする増設流路モジュール。 It is an additional flow channel module that is used by being stacked on a plurality of flow channel modules that are sequentially stacked to form a flow channel that extends over a plurality of layers,
An additional flow path module body having a flat plate portion formed with a groove forming a flow path of a predetermined length on one surface, and a flat plate portion of another member in close contact with the one surface of the flat plate portion, and the additional flow channel module An additional flow path module comprising: a fluid inlet provided at one end of the groove in the main body so as to penetrate the flat plate portion; and the other end of the groove as a fluid outlet. 前記所定の長さの流路をなす溝は、前記平板部の中央部から該平板部の端部近傍に掛けて所定の流路パターンを形成して設けられるものであって、
前記平板部の中央部に位置付けられた前記溝の端部に該溝に連通する前記流入口を設けた第１の増設流路モジュールと、前記平板部の端部近傍に位置付けられた前記溝の端部に該溝に連通する前記流入口を設けた第２の増設流路モジュールとからなり、
これらの第１および第２の増設流路モジュールを対にして重ねて用いられるものである請求項１に記載の増設流路モジュール。 The groove forming the flow path of the predetermined length is provided by forming a predetermined flow path pattern extending from the central portion of the flat plate portion to the vicinity of the end portion of the flat plate portion,
A first additional flow path module provided with the inflow port communicating with the groove at an end portion of the groove positioned at a center portion of the flat plate portion; and a groove of the groove positioned near the end portion of the flat plate portion. A second additional flow path module provided with the inflow port communicating with the groove at the end,
The additional flow path module according to claim 1, wherein the first and second additional flow path modules are used in a paired manner. 前記順次に積層されて複数層に亘って連なる流路を形成する複数枚の流路モジュールは、少なくとも流体混合器、流体反応器、或いは熱交換器の１つを構成するものである請求項１に記載の増設流路モジュール。   2. The plurality of flow path modules that are sequentially stacked to form a flow path that extends over a plurality of layers constitute at least one of a fluid mixer, a fluid reactor, or a heat exchanger. The additional flow path module described in 1. ２個の流入口と２個の流出口とを備えた所定数の混合分配ユニットおよび／または２個の流入口と１個の流出口とを備えた平板状の１つまたは２つの混合ユニットを、そのユニット数を１つずつ減らして形成した複数枚の流路モジュールを具備し、これらの各流路モジュールにおける各ユニットの流出口を次層の流路モジュールにおける前記ユニットの流入口にそれぞれ個別に連結して前記複数枚の流路モジュールを順に重ね合わせた流体混合器本体と、
所定長さの流路を形成した平板部を有し、上記流体混合器本体における最下流の流路モジュールにおける混合ユニットの流出口に接続されて前記流体混合器本体に重ね合わせて設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の増設流路モジュールと
を具備したことを特徴とする流体混合器。 A predetermined number of mixing and distribution units with two inlets and two outlets and / or one or two mixing units in the form of a plate with two inlets and one outlet A plurality of channel modules formed by reducing the number of units one by one, and the outlet of each unit in each channel module is individually connected to the inlet of the unit in the channel module of the next layer A fluid mixer main body which is connected to the plurality of flow path modules in order, and
A flat plate portion having a flow path of a predetermined length, and connected to an outlet of a mixing unit in a most downstream flow path module in the fluid mixer main body and provided to overlap the fluid mixer main body. A fluid mixer comprising the additional flow path module according to any one of Items 1 to 3.
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