JP2009195817A - マイクロリアクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体用の筒状反応器であって、同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路1Bと三路微小流路を少なくとも1つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路1Cと繋がり外周に形成した溝状の合流部1Dに連通する排出流路を形成した反応器本体1と、前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び/或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リング2と、前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する1組のエンドプレート3とよりなり、それぞれを機密性を保ち組み上げる。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1(特開2004ー243308号公報)の発明では、微小流路の集積密度を上げ微小流路で化学合成物質或いは微粒子を工業的に大量生産する目的で、微小流路に原材料を送液する一例を上げている。その構造は、薄い円板(ディスク)にY字状の微小流路を形成した微小流路体を、2つの流体供給用構造体で挟み、2つの流体供給用構造体それぞれの流体導入口から材料を供給し、前記の中央に挟持されたY字状の微小流路で混合、或いは化学反応した材料を、2つのうち一方の流体供給構造体に設けた流体排出口から排出しているものである。これによりゲル製造用の微粒子製造装置として活用できると開示されている。
特許文献1の発明では基本部材の微小粒路基板に「微細加工」が必要で高価な装置になるという問題、或いは「成形加工」などで微細構造を実現し、低価格での実現しようとすると、組み上げ時の微細流路からの液の漏れを防止する為の密閉度を実現する構造的な制約などの課題がある。
或いは、特許文献4の発明では、微小流量の物に対応するには管の径を細くする必要があり、そうした場合、内管の径も当然小さなものとなってしまい、そうした小径の管に多数の小孔を形成する加工上の課題と、量への対応に課題があった。
流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも1つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び/或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する1組のエンドプレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられている構成としている。
また、一方のエンドプレートに代えて、
前記反応器本体の他の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する、熱伝導率の低い材料により形成された1つの中間プレートと、
中間プレートを固定する環状プレートとする構成としている。
或いは、同心円上に形成した三路微小流路を2つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路と接続する構成としている。
さらに、一部に温冷熱源等を付加して温度調節機能を付加すること、環状の封止部材を備えること、また、前記三路微小流路の合流前のそれぞれの流路の径及び合流後の流路の径が流量に比例した径であることが好ましい。
三路微小流路のリアクタによる好ましい微小流体の混合及び/或いは反応が実現され、密集した配置による混合及び/或いは反応をそれぞれの三路微小流路における微小流体の混合及び/或いは反応の周囲条件を同一条件で行うことができる。
また、必要に応じて反応温度条件を変えたり、或いは流入するそれぞれの流体の温度条件を異なった設定とすることができ、さらには、異なった流量に対応した流体の混合及び/或いは反応を1つの反応器によって、簡単に反応器本体の回動(回転)で行なうことが可能であり、さらには所用の総流量の2つの流体の混合及び/或いは反応を確実に、効率的にしかも低コストで行うことが可能となる。
図1は本発明による筒状反応器の一例として「円筒状」の反応器の断面を示すもので、
反応器本体1の外周には外リング2が嵌め合わされ、両端には外部より流体を供給する配管が接続され、反応器本体1及び外リング2と一体で固定するためのエンドプレート3が備えられる。
さらに詳しく構成を説明すると、反応器本体1は、端面に外部からの流体を導入して複数の流路に流体を分散する拡散部1Aが形成され、また反応器本体1の両端面の拡散部1Aからは、同心円上に複数の導入流路1Bを介して中央に、「三路」が直線とその中央で直角に交差する「T字型」で構成されたT字型微小流路1Cが形成され、そのT字型微小流路1Cの中央の足の位置にある微小流路は、径方向外向きにして形成され、さらに反応器本体1の中央外周にはT字型微小流路1Cの中央の足の位置にある微小流路の径より大なる径の排出流路を介して合流部1Dが形成されている。
このOリング4は接合面のどちらに配置されてあっても良い。また、導入流路1Bに流体を供給するこの拡散部1Aは、反応器本体1に形成するとあるが、エンドプレート3側にあっても良い。
流体のT字型微小流路までの動きは同一であるので、以下片側の流体の流れで説明する。
この複数のT字型微小流路1Cの両側から流れ込んだ2つの流体は、このT字型微小流路1Cの中央で衝突、合流して、混合及び/或いは反応しながら中央部で分岐し外周方向に向かって延びた流路から反応器本体1の中央外周に形成された環状の合流部1Dに流れ出す。
これによってそれぞれの流体の通過部分の周囲に、個別に溝を形成してOリングを挿入して流体の通過部分からの流体の漏れを封止するのに比べ、構成部品が少なくてコストを抑え、流体の漏れを封止することが実現される。
図4のように、他のエンドプレート3を外部との流体配管接続部と、前記反応器本体1のT字型微小流路1Cに連結する複数の傾斜導入流路7−1が形成される熱伝導率の低い材料による中間プレート7と、前記中間プレート7を固定する環状プレート8とで構成することが好ましい。この熱伝導率の低い材料としては耐薬品性に優れた樹脂材料や、高温特性に優れたセラミック材料などが推奨される。
本発明のマイクロリアクタの性能も、ステンレス鋼に本発明によるマイクロリアクタとして1つのT字型微小流路を形成し、その流路の径をφ0.1mmとした本発明のマイクロリアクタで1ml/min程度の微小流量において波長352nmの吸光度を計測すると、その値は0.012、またT字型微小流路1Cの径をφ0.5mmとした本発明のマイクロリアクタで10ml/minの流量において吸光度を計測すると0.013であり、非特許文献の引用文献における筆者らの最高の性能のミキサーと同等以上の2液の混合を達成している。
2 外リング
3 エンドプレート
4 Oリング
5 温冷熱源
6 環状封止部材
7 中間プレート
8 環状プレート
Claims (6)
- 流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも1つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び/或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する1組のエンドプレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられていることを特徴とするマイクロリアクタ。 - 流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも1つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び/或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の1の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する1つのエンドプレートと、
前記反応器本体の他の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する、熱伝導率の低い材料により形成された中間プレートと、
中間プレートを固定する環状プレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられていることを特徴とするマイクロリアクタ。 - 同心円上に複数形成した前記三路微小流路を2つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路と接続する構成とする請求項1ないし請求項2記載のマイクロリアクタ。
- 前記外リング等に温度調節機能を備えた特許請求の範囲第1項から第3項記載のマイクロリアクタ
- 前記反応器本体及び前記外リングと、前記のエンドプレートの接合部に環状の封止部材を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第4項記載のマイクロリアクタ
- 前記三路微小流路の合流前のそれぞれの流路の径及び合流後の流路の径が流量に比例した径である特許請求の範囲第1項から第5項記載のマイクロリアクタ
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