JP4872320B2

JP4872320B2 - Micro mixer

Info

Publication number: JP4872320B2
Application number: JP2005336829A
Authority: JP
Inventors: 秀之村田
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP2007136411A

Description

本発明はマイクロミキサーに関し、さらに詳しくは、２種類以上の流体をマイクロミキサー内で加熱若しくは冷却して、所定の温度に調節した後に混合し、さらに背圧弁の開度を調節することにより、混合後の流体の圧力を該マイクロミキサー内部と出口以降で任意に制御可能な、熱交換機構および背圧調節機構を有するマイクロミキサーに関する。 The present invention relates to a micromixer. More specifically, two or more kinds of fluids are heated or cooled in a micromixer, adjusted to a predetermined temperature, mixed, and further adjusted by adjusting the opening of a back pressure valve. The present invention relates to a micromixer having a heat exchanging mechanism and a back pressure adjusting mechanism capable of arbitrarily controlling the pressure of a later fluid inside the micromixer and after the outlet.

化学反応を実施するための液体若しくは気体成分の混合や水溶液と油状物質の乳化、分散などを目的として各種の静止ミキサーが提案されており、この中でも混合する２種類以上の成分をマイクロマシニング技術で加工されたマイクロ流路内に導入する構造を有するマイクロミキサーが、効率的な混合・分散用静止ミキサーとして注目されている（例えば、特許文献１参照）。 Various stationary mixers have been proposed for the purpose of mixing liquid or gas components to carry out chemical reactions and emulsifying and dispersing aqueous and oily substances. Among them, two or more types of components to be mixed are micromachined. A micromixer having a structure to be introduced into a processed microchannel has attracted attention as an efficient mixing / dispersion stationary mixer (see, for example, Patent Document 1).

このようなマイクロミキサーは、混合若しくは分散する液体若しくは気体状の物質を流路幅が０．０１ｍｍから３ｍｍ程度のマイクロ流路内で微小な流体要素に分割し、しかる後に混合、分散する機構を有しているため、従来の静止ミキサーに比べて短時間で効率的な混合、分散が達成されることから、広範囲にわたる化学プロセスへの適用が検討されている。その一例として、化学反応を実施するためのマイクロミキサー（特許文献２）や微粒子を製造するためのマイクロ反応器（特許文献３）、マイクロ乳化器（特許文献４）が挙げられる。
特表平０９−５０６０３４号公報（図１から図３）特表平１１−５１４５７３号公報（図１から図６）特開２００３−１６４７４５号公報（図１から図３）特開２００２−３４６３５２号公報（図１から図５） Such a micromixer has a mechanism in which a liquid or gaseous substance to be mixed or dispersed is divided into minute fluid elements in a microchannel having a channel width of about 0.01 mm to 3 mm, and then mixed and dispersed. Therefore, since efficient mixing and dispersion can be achieved in a short time compared with the conventional static mixer, application to a wide range of chemical processes is being studied. Examples thereof include a micromixer (Patent Document 2) for performing a chemical reaction, a microreactor (Patent Document 3) for producing fine particles, and a microemulsifier (Patent Document 4).
JP-T 09-506034 (FIGS. 1 to 3) Japanese National Patent Publication No. 11-514573 (FIGS. 1 to 6) JP2003-164745A (FIGS. 1 to 3) JP 2002-346352 A (FIGS. 1 to 5)

しかしながら、これらの従来のマイクロミキサーは、同一の温度および同一の圧力での混合が前提となっているため、２以上の流体を任意の温度で混合し、かつ、混合後の流体に任意の差圧を持たせることにより、沸点以上の温度で液体を混合したり、混合後の流体の逆流を防止したりすることができなかった。 However, these conventional micromixers are premised on the mixing at the same temperature and the same pressure. Therefore, two or more fluids are mixed at an arbitrary temperature, and the mixed fluid has an arbitrary difference. By giving a pressure, it was not possible to mix the liquid at a temperature equal to or higher than the boiling point, or to prevent backflow of the fluid after mixing.

従来のマイクロミキサー出口に別途、背圧弁を設置するなどして、混合後の流体に圧力勾配をつけることも可能ではあったが、該マイクロミキサー出口と該背圧弁の間には多少なりとも間隔が開いているので、混合直後に差圧を持たせることは困難であった。 Although it was possible to create a pressure gradient in the mixed fluid by installing a separate back pressure valve at the outlet of the conventional micromixer, there was a slight gap between the micromixer outlet and the back pressure valve. Since it is open, it was difficult to have a differential pressure immediately after mixing.

また、背圧機構付きのマイクロミキサーの使用が好適なプロセスとして、液状製品中に混入している微量の反応溶媒などの不純揮発成分を加圧下で高温水と混合して該不純物を高温水に移行させ、その後、減圧して高温水を気化させて水蒸気とし、該水蒸気とともに該不純揮発成分を除去するフラッシュ蒸留するプロセスが挙げられる。 In addition, as a process suitable for the use of a micromixer with a back pressure mechanism, an impurity volatile component such as a small amount of reaction solvent mixed in a liquid product is mixed with hot water under pressure to convert the impurities into hot water. There is a process of performing flash distillation in which high-temperature water is vaporized by reducing pressure to vaporize the vapor and then removing the impure volatile components together with the vapor.

例えば、エポキシ樹脂などの高粘度の液状ポリマーまたはオリゴマーを製造する際には、不要な揮発性の溶媒や微量の揮発性原料成分を除去する必要があるが、従来の回分式の減圧蒸留法や高温水と接触させて揮発性成分の除去を促進させる水蒸気蒸留法を用いても、数ｐｐｍ程度までの除去が限界であった。ここで、背圧機構付きのマイクロミキサーを使用してフラッシュ蒸留することにより、揮発性成分の除去を効率的に行うことができるものである。このフラッシュ蒸留を行うマイクロミキサーにおいては、水を加圧して高温水にするためや、水蒸気の気化によって失われる気化熱のために操作温度が低下するのを防止する目的で加熱操作が必要であるため、熱交換機構を備えていることが好ましい。 For example, when producing a highly viscous liquid polymer or oligomer such as an epoxy resin, it is necessary to remove unnecessary volatile solvents and trace amounts of volatile raw material components. Even using a steam distillation method that promotes the removal of volatile components by contacting with high-temperature water, removal to the order of several ppm was the limit. Here, volatile components can be efficiently removed by flash distillation using a micromixer with a back pressure mechanism. In the micromixer that performs this flash distillation, heating operation is necessary for pressurizing water into high-temperature water and for preventing the operating temperature from decreasing due to vaporization heat lost by vaporization of water vapor. Therefore, it is preferable to provide a heat exchange mechanism.

このように背圧調節機構と熱交換機構の双方を有し、これを一体化したマイクロミキサーが求められていたが、従来のマイクロミキサーではこの要望に対応できず、例えば上記のフラッシュ蒸留プロセスや圧力および温度が精密に制御された環境での混合プロセスなどには適用できない場合もあった。 Thus, there has been a demand for a micromixer having both a back pressure adjusting mechanism and a heat exchanging mechanism, and integrating this, but conventional micromixers cannot meet this demand. For example, the above flash distillation process or In some cases, it was not applicable to mixing processes in environments where pressure and temperature were precisely controlled.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、２種類以上の流体をマイクロミキサー内で加熱若しくは冷却して、所定の温度に調節する熱交換機構と、混合後の流体の圧力を該マイクロミキサー内部と出口以降で任意に調節できる背圧調節機構とを有するマイクロミキサーの提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a heat exchange mechanism that heats or cools two or more types of fluids in a micromixer to adjust them to a predetermined temperature, and a mixed fluid. It is an object of the present invention to provide a micromixer having a back pressure adjusting mechanism capable of arbitrarily adjusting the pressure inside and after the outlet of the micromixer.

上記課題を解決するために、本発明は、プレートが２以上積層されてなり、２種以上の流体を混合するためのマイクロミキサーであって、前記プレートは、混合する前記流体のいずれかが流通する流体流路と、前記流体の熱交換を行うための媒体が流通する媒体流路と、前記流体流路に連通するとともに前記プレートの厚さ方向に貫通した貫通孔とを有し、隣接する一対の前記プレートは、一方の前記プレートの前記貫通孔と他方の前記プレートの前記貫通孔とが連通するように、かつ、一方の前記プレートに形成された一の流体を流通する前記流体流路と他方の前記プレートに形成された前記媒体流路とが積層されるとともに、他方の前記プレートの他の流体を流通する前記流体流路と一方の前記プレートの前記媒体流路とが積層されるように配置され、前記貫通孔が連通されることにより、これら一の流体と他の流体とが混合される流体混合部が形成され、該流体混合部には、前記流体の流れ方向に沿って移動可能な背圧弁が挿入され、該背圧弁の先端が、前記２以上のプレートのうち最外層のプレートの前記流体流路が構成された面に当接されるように配置された出側カバー部材に形成された混合流体排出口のテーパ孔部に配置されていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a micromixer for mixing two or more kinds of fluids in which two or more plates are laminated, and any one of the fluids to be mixed flows through the plate. It includes a fluid flow path, and the medium flow path medium for exchanging heat of the fluid flows, and a through hole penetrating in the thickness direction of the plate communicates with the said fluid flow paths, adjacent The pair of plates are arranged so that the through hole of one of the plates and the through hole of the other plate communicate with each other, and the fluid flow path that circulates one fluid formed in one of the plates. And the medium flow path formed in the other plate are stacked, and the fluid flow path for flowing the other fluid of the other plate and the medium flow path of the one plate are stacked. Yo The fluid mixing part is formed by mixing the one fluid and the other fluid, and the fluid mixing part moves along the flow direction of the fluid. A possible back pressure valve is inserted , and the outlet cover is arranged such that the tip of the back pressure valve is brought into contact with the surface of the outermost plate of the two or more plates on which the fluid flow path is configured. It is characterized by being arranged in a tapered hole portion of a mixed fluid discharge port formed in the member .

本発明のマイクロミキサーでは、従来のマイクロミキサーでは困難であった、精密な温度制御と同時に、混合直後の流体と該マイクロミキサー出口の間で任意の圧力差をつけることが可能となり、例えば液状製品中に混入している微量の反応溶媒などの除去すべき揮発成分を加圧下で高温水と混合して該揮発成分を高温水に移行させ、その後、減圧して高温水を気化させて水蒸気とし、該水蒸気とともに該揮発成分を除去するフラッシュ蒸留プロセスなどの構築が容易となる。 In the micromixer of the present invention, it is possible to create an arbitrary pressure difference between the fluid immediately after mixing and the outlet of the micromixer at the same time as precise temperature control, which is difficult with conventional micromixers. Volatile components to be removed, such as a small amount of reaction solvent, mixed in with high-temperature water under pressure and transferred to high-temperature water, and then reduced in pressure to vaporize the high-temperature water into steam. The flash distillation process for removing the volatile components together with the water vapor can be easily constructed.

本発明の実施形態であるマイクロミキサーは、偶数枚の前記プレートが積層されて構成されたものである。この構成のマイクロミキサーによれば、同一形状をなすプレートを積層することで、流体流路とこれに隣接する媒体流路とがそれぞれ対になって配置されるため、混合する流体の熱交換を確実に行うことができる。 The micromixer according to an embodiment of the present invention is configured by stacking an even number of the plates. According to the micromixer of this configuration, by laminating plates having the same shape, the fluid flow path and the medium flow path adjacent thereto are arranged in pairs, so that heat exchange of the fluid to be mixed is performed. It can be done reliably.

以下、本発明の実施例によるマイクロミキサー１について添付した図面を参照して説明する。本実施例に係るマイクロミキサー１は、流体Ａと流体Ｂの２種類の流体を混合させるものである。 Hereinafter, a micromixer 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The micromixer 1 according to the present embodiment mixes two types of fluids, fluid A and fluid B.

このマイクロミキサー１を構成するプレート２は、図１に示すように、概略長方形平板状をなしており、その長手方向中央部には、幅方向外側に膨らんだ幅広部３が形成されている。この幅広部３の中央部分には、プレート２の厚さ方向に凹んだ平面視円形をなす凹部４が形成されている。
この凹部４の中央には、プレート２の厚さ方向に貫通した断面円形をなす中央貫通孔５が穿設されている。この中央貫通孔５の縁部には、上方に凸となる環状凸部６が形成され、この環状凸部６には、外周側から内周側へ向けて延びる複数の排出溝７が形成されている。本実施例では、複数の排出溝７が周方向に等間隔に配置されており、すべての排出溝７が、内周面に向かうにしたがい径方向に対して所定角度をなすように傾斜して配列されている。 As shown in FIG. 1, the plate 2 constituting the micromixer 1 has a substantially rectangular flat plate shape, and a wide portion 3 swelled outward in the width direction is formed at the center in the longitudinal direction. A concave portion 4 having a circular shape in plan view that is recessed in the thickness direction of the plate 2 is formed in the central portion of the wide portion 3.
A central through hole 5 having a circular cross section penetrating in the thickness direction of the plate 2 is formed in the center of the recess 4. An annular convex portion 6 that is convex upward is formed at the edge of the central through hole 5, and a plurality of discharge grooves 7 that extend from the outer peripheral side toward the inner peripheral side are formed in the annular convex portion 6. ing. In the present embodiment, the plurality of discharge grooves 7 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and all the discharge grooves 7 are inclined so as to form a predetermined angle with respect to the radial direction toward the inner peripheral surface. It is arranged.

また、このプレート２の４つのコーナ部には、プレート２の厚さ方向に貫通し、断面円形をなす挿通孔８が、ひとつのコーナ部にひとつずつ穿設されている。これら４つの挿通孔８は、プレート２の長手方向の２等分線に対して対称に、かつ、プレート２の幅方向の２等分線に対しても対称に配置されている。この４つの挿通孔８のうちのひとつが、混合される流体が流通する流体連絡口９とされ、後述する流体流路１１に連通されている。また、この流体連絡口９とプレート２の長手方向の２等分線に対して対称となる位置に配置された挿通孔８が、媒体が流通する媒体連絡口１０とされ、後述する媒体流路１２に連通されている。 Further, through the four corner portions of the plate 2, through holes 8 that penetrate in the thickness direction of the plate 2 and have a circular cross section are formed one by one in one corner portion. These four insertion holes 8 are arranged symmetrically with respect to the bisector in the longitudinal direction of the plate 2 and symmetrically with respect to the bisector in the width direction of the plate 2. One of the four insertion holes 8 serves as a fluid communication port 9 through which the fluid to be mixed flows, and communicates with a fluid flow path 11 described later. Further, an insertion hole 8 disposed at a position symmetrical to the bisector of the longitudinal direction of the fluid communication port 9 and the plate 2 serves as a medium communication port 10 through which a medium flows, and a medium flow path to be described later 12 is communicated.

このプレート２の表面のうち前記幅広部３の一端側から延びる表面には、混合される流体のいずれかが流通する流体流路１１が形成され、前記幅広部３の他端側から延びる表面には、熱交換を行うための熱交換用媒体が流通する媒体流路１２が形成されている。
流体流路１１は、プレート２の表面を凹溝状に切り欠くことにより形成されており、その一端が前記流体連絡口９に連通されるとともに、他端がプレート２中央に形成された凹部４に連通され、プレート２表面を大きく蛇行するように形成されている。 Of the surface of the plate 2, a fluid channel 11 through which any of the fluids to be mixed flows is formed on the surface extending from one end side of the wide portion 3, and on the surface extending from the other end side of the wide portion 3. Is formed with a medium flow path 12 through which a heat exchange medium for performing heat exchange flows.
The fluid flow path 11 is formed by cutting out the surface of the plate 2 in the shape of a concave groove. One end of the fluid flow path 11 communicates with the fluid communication port 9 and the other end is a recess 4 formed in the center of the plate 2. And the surface of the plate 2 is greatly meandered.

また、媒体流路１２は、プレート２表面に大きく広がる幅広溝１３と、この幅広溝１３の底面から屹立する複数の遮蔽壁１４とからなり、本実施例では、図１に示すように、プレート２長手方向に延びる３つの遮蔽壁１４が互いに平行に配置されている。この媒体流路１２の一端は、コーナ部に穿設された前記媒体連絡口１０に連通され、他端側は、前記凹部４がなす円の半周分を囲うように円弧状に形成されており、この円弧の両端部分にプレート２の厚さ方向に貫通した連絡孔１５がそれぞれ穿設されている。
ここで、前記中央貫通孔５の中心及び媒体流路１２に形成された２つの連絡孔１５の中心は、プレート２の長手方向の２等分線上に並ぶように配置されている。 Further, the medium flow path 12 is composed of a wide groove 13 that greatly spreads on the surface of the plate 2 and a plurality of shielding walls 14 that stand up from the bottom surface of the wide groove 13. In this embodiment, as shown in FIG. 2. Three shielding walls 14 extending in the longitudinal direction are arranged in parallel to each other. One end of the medium flow path 12 communicates with the medium communication port 10 formed in the corner portion, and the other end side is formed in an arc shape so as to surround a half circumference of the circle formed by the concave portion 4. In addition, connecting holes 15 penetrating in the thickness direction of the plate 2 are formed in both end portions of the arc.
Here, the center of the central through hole 5 and the center of the two communication holes 15 formed in the medium flow path 12 are arranged so as to be aligned on a bisector in the longitudinal direction of the plate 2.

このプレート２は、ステンレス鋼によって構成されており、上述した流体流路１１、媒体流路１２及び凹部４等は、切削工具による切削加工、エッチング加工及び放電加工等によって成形される。ここで、プレート２の厚さは、熱交換効率及び混合効率の観点から、０．０１ｍｍから５ｍｍの範囲が好ましく、同様に流体流路１１、媒体流路１２は、幅を０．０１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲とし、かつ、流路深さを０．００５ｍｍ〜３ｍｍの範囲とすることが好ましく、特に流路幅は０．０２ｍｍ〜１０ｍｍとし、かつ、流路深さは０．０１ｍｍ〜１ｍｍとすることが好ましい。各遮蔽壁１４の幅は、流体流路１１等の幅と略同等〜略１／２程度とすること好ましい。
また、ステンレス鋼で構成されたプレート２は、拡散接合等によって接合することにより、プレート２同士を強固に接合でき、接合部分からの液モレを防止できる。 The plate 2 is made of stainless steel, and the fluid flow path 11, the medium flow path 12 and the recess 4 described above are formed by cutting, etching, electrical discharge machining, or the like using a cutting tool. Here, the thickness of the plate 2 is preferably in the range of 0.01 mm to 5 mm from the viewpoint of heat exchange efficiency and mixing efficiency. Similarly, the fluid channel 11 and the medium channel 12 have a width of 0.01 mm to 20 mm. And the flow path depth is preferably in the range of 0.005 mm to 3 mm, in particular the flow path width is 0.02 mm to 10 mm, and the flow path depth is 0.01 mm to 1 mm. It is preferable. The width of each shielding wall 14 is preferably approximately equal to approximately ½ of the width of the fluid flow path 11 or the like.
Further, the plates 2 made of stainless steel can be firmly joined to each other by diffusion bonding or the like, and liquid leakage from the joined portion can be prevented.

流体Ａと流体Ｂの２種類の流体を混合させるマイクロミキサー１では、このようなプレート２が２枚１組として使用される。図２に示すように、流体流路１１及び媒体流路１２が形成された面が同一方向を向くように、かつ、一方のプレート２Ａと他方のプレート２Ｂとが互い違いに１８０°回転させた状態で積層され、一方のプレート２Ａの流体流路１１の積層方向に隣接するように他方のプレート２Ｂの媒体流路１２が配置され、また、他方のプレート２Ｂの流体流路１１の積層方向に隣接するように一方のプレート２Ａの媒体流路１２が配置される。 In the micromixer 1 that mixes two types of fluids A and B, such a plate 2 is used as a set of two sheets. As shown in FIG. 2, the state in which the surface on which the fluid flow path 11 and the medium flow path 12 are formed faces the same direction, and one plate 2A and the other plate 2B are alternately rotated by 180 ° The medium flow path 12 of the other plate 2B is arranged so as to be adjacent to the stacking direction of the fluid flow path 11 of one plate 2A, and adjacent to the stacking direction of the fluid flow path 11 of the other plate 2B. Thus, the medium flow path 12 of one plate 2A is arranged.

このように積層することにより、一方のプレート２Ａの中央貫通孔５と他方のプレート２Ｂの中央貫通孔５とが連通されるとともに、プレート２の長手方向の２等分線上に並ぶように配置された２つの連絡孔１５も、一方のプレート２Ａと他方のプレート２Ｂとで連通されることになる。 By laminating in this way, the central through hole 5 of one plate 2A and the central through hole 5 of the other plate 2B communicate with each other and are arranged so as to be aligned on a bisector in the longitudinal direction of the plate 2. The two communication holes 15 are also communicated with one plate 2A and the other plate 2B.

また、プレート２のコーナ部に形成された４つの挿通孔８が、プレート２の長手方向の２等分線に対して対称に、かつ、プレート２の幅方向の２等分線に対しても対称に配置されているので、積層した２つのプレート２の挿通孔８が一致することになる。ここで、一方のプレート２Ａの流体連絡口９が他方のプレート２Ｂの挿通孔８に連通され、一方のプレート２Ａの媒体連絡口１０が他方のプレート２Ｂの挿通孔８に連通されるとともに、他方のプレート２Ｂの流体連絡口９が一方のプレート２Ａの挿通孔８に連通され、他方のプレート２Ｂの媒体連絡口１０が一方のプレート２Ａの挿通孔８に連通される。 Further, the four insertion holes 8 formed in the corner portion of the plate 2 are symmetrical with respect to the bisector in the longitudinal direction of the plate 2 and also with respect to the bisector in the width direction of the plate 2. Since they are arranged symmetrically, the insertion holes 8 of the two stacked plates 2 coincide. Here, the fluid communication port 9 of one plate 2A communicates with the insertion hole 8 of the other plate 2B, the medium communication port 10 of one plate 2A communicates with the insertion hole 8 of the other plate 2B, and the other The fluid communication port 9 of the plate 2B is communicated with the insertion hole 8 of one plate 2A, and the medium communication port 10 of the other plate 2B is communicated with the insertion hole 8 of one plate 2A.

ここで、本実施例では、図３に示すように、２つのプレート２が積層されたプレート対が２組、つまり、第１プレート２Ａａ、第２プレート２Ｂａ、第３プレート２Ａｂ、第４プレート２Ｂｂの４つのプレート２が積層されているのである。
これら４つのプレート２を積層することにより、それぞれの中央貫通孔５が連通されて、プレート２の厚さ方向に延びる流体混合部１６が形成される。ここで、中央貫通孔５が断面円形であるためにこの流体混合部１６も断面円形とされる。 Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, two sets of plate pairs in which two plates 2 are laminated, that is, a first plate 2Aa, a second plate 2Ba, a third plate 2Ab, and a fourth plate 2Bb. These four plates 2 are laminated.
By laminating these four plates 2, the respective central through holes 5 are communicated to form a fluid mixing portion 16 extending in the thickness direction of the plate 2. Here, since the central through hole 5 has a circular cross section, the fluid mixing portion 16 also has a circular cross section.

この流体混合部１６に、外形がニードル状をなして流体混合部１６の内径よりも小さな外径を有する背圧弁１７が挿入される。図４に本実施例で使用される背圧弁１７を示す。図４（ａ）は背圧弁１７の上面図であり、図４（ｂ）は背圧弁１７の側面図である。本実施例で使用される背圧弁１７は、その外周面に螺旋溝１８が形成されており、流体混合部１６に供給された流体は、この螺旋溝１８と流体混合部１６の内壁面との間に形成された混合流体流通部を流通することになる。本実施例では、この混合流体流通部の幅は、プレート２に形成した流体流路１１と同程度の幅とされ、具体的には０．０１ｍｍ〜２０ｍｍの間に設定されている。 A back pressure valve 17 having an outer shape that is needle-shaped and having an outer diameter smaller than the inner diameter of the fluid mixing unit 16 is inserted into the fluid mixing unit 16. FIG. 4 shows the back pressure valve 17 used in this embodiment. FIG. 4A is a top view of the back pressure valve 17, and FIG. 4B is a side view of the back pressure valve 17. The back pressure valve 17 used in the present embodiment has a spiral groove 18 formed on the outer peripheral surface thereof, and the fluid supplied to the fluid mixing section 16 is formed between the spiral groove 18 and the inner wall surface of the fluid mixing section 16. It will circulate through the mixed fluid circulation part formed between them. In the present embodiment, the width of the mixed fluid circulation portion is approximately the same as that of the fluid flow path 11 formed in the plate 2, and is specifically set between 0.01 mm and 20 mm.

そして、図５に示すように、第４プレート２Ｂｂの流体流路１１等が構成された面に当接されるように出側カバー部材１９が配置される。出側カバー部材１９には、前記流体混合部１６に挿通された混合流体排出口２０が形成されている。この混合流体排出口２０には、図８に示すように、第４プレート２Ｂｂから離れるにしたがい漸次内径が小さくなるようなテーパ孔部２１が形成され、このテーパ孔部２１に、前記背圧弁１７の先端部が配置される。 And as shown in FIG. 5, the exit side cover member 19 is arrange | positioned so that it may contact | abut to the surface where the fluid flow path 11 grade | etc., Of 4th plate 2Bb was comprised. The outlet cover member 19 is formed with a mixed fluid discharge port 20 inserted through the fluid mixing portion 16. As shown in FIG. 8, the mixed fluid discharge port 20 is formed with a tapered hole portion 21 whose inner diameter gradually decreases as the distance from the fourth plate 2 </ b> Bb increases, and the back pressure valve 17 is formed in the tapered hole portion 21. The tip of is arranged.

また、第１プレート２Ａａの前記流体流路１１等が構成されていない面に当接するように入側カバー部材２２が配置される。この入側カバー部材２２には、図５及び図６に示すように、第１プレート２Ａａの流体連絡口９に連通された第１流体入口２３と、第１プレート２Ａａの挿通孔８のうち第２プレート２Ｂａの流体連絡口９に連通されている挿通孔８に連通された第２流体入口２４と、第１プレート２Ａａの媒体連絡口１０に連通された媒体入口２５と、第１プレート２Ａａの挿通孔８のうち第２プレート２Ｂａの媒体連絡口１０に連通されている挿通孔８に連通された媒体出口２６とが形成されている。 Further, the entrance cover member 22 is disposed so as to abut on the surface of the first plate 2Aa where the fluid flow path 11 and the like are not configured. As shown in FIGS. 5 and 6, the entrance cover member 22 has a first fluid inlet 23 communicated with the fluid communication port 9 of the first plate 2Aa and a first of the insertion holes 8 of the first plate 2Aa. The second fluid inlet 24 communicated with the insertion hole 8 communicated with the fluid communication port 9 of the two plates 2Ba, the medium inlet 25 communicated with the medium communication port 10 of the first plate 2Aa, and the first plate 2Aa A medium outlet 26 communicated with the insertion hole 8 communicated with the medium communication port 10 of the second plate 2Ba is formed in the insertion hole 8.

この入側カバー部材２２の第１プレート２Ａａと当接された面の反対側には、図６及び図８に示すように、前記反対側に向けて突出して、前記流体混合部１６に連通されるとともに前記背圧弁１７が進退可能な内周孔２８を有する円筒凸部２７が形成されている。この円筒凸部２７の外周面には雄ネジが形成されており、この雄ネジ部に、一端が閉止された底部を有するナット２９が螺着されている。 As shown in FIGS. 6 and 8, the entrance cover member 22 protrudes toward the opposite side of the surface that is in contact with the first plate 2 </ b> Aa and communicates with the fluid mixing unit 16. In addition, a cylindrical convex portion 27 having an inner peripheral hole 28 through which the back pressure valve 17 can advance and retract is formed. A male screw is formed on the outer peripheral surface of the cylindrical convex portion 27, and a nut 29 having a bottom portion whose one end is closed is screwed to the male screw portion.

背圧弁１７の後端側にはスプリング３０が配置されており、このスプリング３０の一端がナット２９の底部に押圧されており、ナット２９の締め込み量を調整することにより、背圧弁１７が流体混合部１６内を移動し、出側カバー部材１９のテーパ孔部２１と前記背圧弁１７との空隙の大きさが変化して、混合流体を排出する際の背圧が調整されるとともに、各プレート２の流体流路１１内の圧力が調整されることになる。
また、この背圧弁１７の後端側外周面には、流体混合部１６を流通する混合流体の液漏れを防止するためのＯリング３１が備えられている。 A spring 30 is disposed on the rear end side of the back pressure valve 17. One end of the spring 30 is pressed against the bottom of the nut 29, and the back pressure valve 17 is fluidized by adjusting the tightening amount of the nut 29. The inside of the mixing portion 16 moves, the size of the gap between the tapered hole portion 21 of the outlet cover member 19 and the back pressure valve 17 changes, and the back pressure when the mixed fluid is discharged is adjusted. The pressure in the fluid flow path 11 of the plate 2 is adjusted.
In addition, an O-ring 31 for preventing leakage of the mixed fluid flowing through the fluid mixing portion 16 is provided on the outer peripheral surface on the rear end side of the back pressure valve 17.

このように構成されたマイクロミキサー１では、第１流体入口２３から流体Ａが、第２流体入口２４から流体Ｂが、それぞれ供給される。すると、流体Ａは、第１プレート２Ａａ及び第３プレート２Ａｂの流体流路１１を流通してそれぞれの中央貫通孔５へと排出され、流体Ｂは、第２プレート２Ｂａ及び第４プレート２Ｂｂの流体流路１１を流通してそれぞれの中央貫通孔５へと排出される。
それぞれのプレート２の中央貫通孔５へと排出された流体Ａ及び流体Ｂは、中央貫通孔５が連通して形成された流体混合部１６の内壁面と背圧弁１７の螺旋溝１８との間に形成された混合流体流通部を流通しながら混合され、出側カバー部材１９の混合流体排出口２０から、流体Ａと流体Ｂの混合流体が排出される。 In the micromixer 1 configured as described above, the fluid A is supplied from the first fluid inlet 23 and the fluid B is supplied from the second fluid inlet 24. Then, the fluid A flows through the fluid flow paths 11 of the first plate 2Aa and the third plate 2Ab and is discharged to the respective central through holes 5, and the fluid B is the fluid of the second plate 2Ba and the fourth plate 2Bb. It flows through the flow path 11 and is discharged to the respective central through holes 5.
The fluid A and fluid B discharged to the central through hole 5 of each plate 2 are between the inner wall surface of the fluid mixing portion 16 formed by communicating the central through hole 5 and the spiral groove 18 of the back pressure valve 17. The mixed fluid is mixed while flowing through the mixed fluid circulation portion, and the mixed fluid of fluid A and fluid B is discharged from the mixed fluid outlet 20 of the outlet cover member 19.

このとき、入側カバー部材２２の媒体入口２５から熱交換用媒体が供給されると、熱交換用媒体は、第１プレート２Ａａ及び第３プレート２Ａｂの媒体連絡口１０から媒体流路１２を流通した後に、連絡孔１５を通じて第２プレート２Ｂａ及び第４プレート２Ｂｂの媒体流路１２へと供給され、第２プレート２Ｂａ及び第４プレート２Ｂｂの媒体連絡口１０を通じて入側カバー部材２２の媒体出口２６から外部へ排出される。 At this time, when the heat exchange medium is supplied from the medium inlet 25 of the entry side cover member 22, the heat exchange medium flows through the medium flow path 12 from the medium connection ports 10 of the first plate 2Aa and the third plate 2Ab. After that, the medium is supplied to the medium flow path 12 of the second plate 2Ba and the fourth plate 2Bb through the communication hole 15, and the medium outlet 26 of the entry side cover member 22 through the medium communication port 10 of the second plate 2Ba and the fourth plate 2Bb. Is discharged to the outside.

本実施例であるマイクロミキサー１によれば、熱交換用媒体及び混合する流体Ａ、流体Ｂを流通させることによって、混合される流体Ａ、流体Ｂはそれぞれを流通させるプレート２において、該プレート２の積層方向に隣接するプレート２を流通する熱交換用媒体によって熱交換されるので、流体Ａ及び流体Ｂの温度を所定温度に保持した状態で流体の混合を行うことができる。 According to the micromixer 1 of the present embodiment, the fluid A and the fluid B to be mixed are circulated by passing the heat exchange medium and the fluid A and the fluid B to be mixed. Since the heat exchange is performed by the heat exchange medium flowing through the plates 2 adjacent to each other in the stacking direction, the fluids can be mixed while the temperatures of the fluid A and the fluid B are maintained at a predetermined temperature.

ここで、流体流路１１がプレート２表面を大きく蛇行するように配置されるとともに、媒体流路１２がプレート２表面に大きく広がる幅広溝１３と、この幅広溝１３の底面から屹立する複数の遮蔽壁１４とから構成されているので、積層方向に隣接するプレート２同士の流体流路１１及び媒体流路１２との接触面積を確保することができ、効率良く熱交換を行うことができる。 Here, the fluid flow path 11 is arranged so as to meander significantly on the surface of the plate 2, the medium flow path 12 widens on the surface of the plate 2, and a plurality of shields standing from the bottom surface of the wide groove 13. Since it is comprised from the wall 14, the contact area with the fluid flow path 11 and the medium flow path 12 of the plates 2 adjacent in the lamination direction can be ensured, and heat exchange can be performed efficiently.

また、流体Ａを流通する第１プレート２Ａａ及び第３プレート２Ａｂと、流体Ｂを流通する第２プレート２Ｂａ及び第４プレート２Ｂｂとが、それぞれ交互に配置されているので、流体混合部１６において流体Ａと流体Ｂとが互い違いに合流することになり、流体Ａと流体Ｂとの混合を促進させることができる。 In addition, since the first plate 2Aa and the third plate 2Ab that circulate the fluid A and the second plate 2Ba and the fourth plate 2Bb that circulate the fluid B are alternately arranged, the fluid mixing unit 16 A and the fluid B merge alternately, and mixing of the fluid A and the fluid B can be promoted.

また、ナット２９を締め付けたり緩めたりすることにより、混合流体を排出する際の背圧及び各プレート２の流体流路１１内の圧力を調整することができるので、混合する流体Ａ及び流体Ｂの粘性係数等の物性値を考慮して、流体流路１１内を所定の圧力に維持することができる。
例えば、ナット２９の締め付け量を調整して、流体流路１１内の圧力と混合流体排出口２０での圧力とに大きな圧力勾配を取ることにより、混合後の流体に大きな縮流効果を作用させて、流体Ａと流体Ｂとの混合をさらに促進させることができる。 Further, by tightening or loosening the nut 29, the back pressure when discharging the mixed fluid and the pressure in the fluid flow path 11 of each plate 2 can be adjusted, so that the fluid A and fluid B to be mixed can be adjusted. The inside of the fluid flow path 11 can be maintained at a predetermined pressure in consideration of physical property values such as a viscosity coefficient.
For example, by adjusting the tightening amount of the nut 29 and taking a large pressure gradient between the pressure in the fluid flow path 11 and the pressure at the mixed fluid discharge port 20, a large contraction effect is exerted on the mixed fluid. Thus, mixing of the fluid A and the fluid B can be further promoted.

また、各プレート２の中央貫通孔５の縁部に環状凸部６が形成され、この環状凸部６の外周側から内周側へ向けて径方向に対して傾斜する方向に延びる複数の排出溝７が形成されているので、流体が中央貫通孔５へと排出される際に、流体に旋回流が生じることになる。さらに、背圧弁１７の外周に螺旋溝１８が形成されており、中央貫通孔５へと排出された流体は、この螺旋溝１８と流体混合部１６の内壁面との間に形成された混合流体流通部を流通することになる。
よって、この螺旋溝１８に沿った旋回流も生じることになる、流体Ａ及び流体Ｂの混合を一層促進させることができる。 Further, an annular convex portion 6 is formed at the edge of the central through hole 5 of each plate 2, and a plurality of discharges extending in a direction inclined with respect to the radial direction from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the annular convex portion 6. Since the groove 7 is formed, when the fluid is discharged to the central through hole 5, a swirling flow is generated in the fluid. Further, a spiral groove 18 is formed on the outer periphery of the back pressure valve 17, and the fluid discharged to the central through hole 5 is a mixed fluid formed between the spiral groove 18 and the inner wall surface of the fluid mixing unit 16. The distribution department will be distributed.
Therefore, the mixing of the fluid A and the fluid B, which causes a swirling flow along the spiral groove 18, can be further promoted.

また、流体混合部１６と混合流体排出口２０との間で任意の圧力差をつけることが可能となるため、例えば、液状製品中に混入している微量の反応溶媒などの除去すべき揮発成分を加圧下で高温水と混合して該揮発成分を高温水に移行させ、その後、減圧して高温水を気化させて水蒸気とし、該水蒸気とともに該揮発成分を除去するフラッシュ蒸留プロセス等に使用することができる。
したがって、例えば、エポキシ樹脂などの高粘度の液状ポリマーまたはオリゴマーの製造において、揮発性溶媒や揮発性原料成分をｐｐｂ以下レベルまで除去することができ、高品質の製品を製造することができる。 In addition, since it is possible to create an arbitrary pressure difference between the fluid mixing unit 16 and the mixed fluid discharge port 20, for example, a volatile component to be removed such as a small amount of reaction solvent mixed in the liquid product. Is mixed with high-temperature water under pressure to transfer the volatile components to high-temperature water, and then decompressed to vaporize the high-temperature water into steam, which is used for a flash distillation process or the like that removes the volatile components together with the water-vapor. be able to.
Therefore, for example, in the production of a high-viscosity liquid polymer or oligomer such as an epoxy resin, volatile solvents and volatile raw material components can be removed to a level of ppb or lower, and a high-quality product can be produced.

以上、本発明の実施例であるマイクロミキサー１について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、混合する流体を流体Ａと流体Ｂの２種類とし、２枚のプレート対を２層、合計４枚のプレート２を積層したものとして説明したが、これに限定されることはなく、２枚のプレート対を１層あるいは３層以上積層したものであっても良く、その混合する流体Ａ及び流体Ｂの処理量に応じて積層数を調整することが好ましい。 The micromixer 1 as an embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
For example, the fluids to be mixed are described as two types of fluid A and fluid B, and two plate pairs are stacked in two layers, for a total of four plates 2. However, the present invention is not limited to this. One plate pair or three or more layers may be laminated, and the number of laminated layers is preferably adjusted according to the throughput of fluid A and fluid B to be mixed.

また、混合する流体の種類も流体Ａ及び流体Ｂの２種類に限定されることはなく、例えば、混合する流体数が４種類であっても良い。この場合には、図９に示すように、６つの挿通孔８を有するプレート２を４枚１組として使用すれば良い。第１プレート２Ａに流体Ａを、第２プレート２Ｂに流体Ｂを、第３プレート２Ｃに流体Ｃを、第４プレート２Ｄに流体Ｄを流通させ、６つの挿通孔８のうちの４つをそれぞれの流体の流体連絡口９とする。そして、残りの２つの挿通孔８を媒体連絡口１０として使用することで、このマイクロミキサーに流体Ａ、流体Ｂ、流体Ｃ、流体Ｄおよび熱交換用媒体を流通させることができ、これら４つの流体を熱交換しながら混合することができる。 Further, the types of fluids to be mixed are not limited to two types of fluid A and fluid B, and for example, the number of fluids to be mixed may be four. In this case, as shown in FIG. 9, the plate 2 having the six insertion holes 8 may be used as a set of four plates. Fluid A is passed through the first plate 2A, fluid B is passed through the second plate 2B, fluid C is passed through the third plate 2C, and fluid D is passed through the fourth plate 2D. A fluid communication port 9 for the fluid is used. Then, by using the remaining two insertion holes 8 as the medium communication port 10, the fluid A, the fluid B, the fluid C, the fluid D, and the heat exchange medium can be circulated through the micromixer. The fluid can be mixed with heat exchange.

同様にして、混合する流体が３種類または５種類以上であっても本発明の熱交換機構および背圧調節機構を有するマイクロミキサー１を提供することができる。ただし、積層するプレート２の数が奇数の場合には、熱交換効率が不十分となる可能性があるため、偶数枚積層することが好ましい。また、混合する流体が奇数である場合に、プレート２を偶数枚積層させて、そのうちの１つのプレート２の流体流路１１に流体を流通させないように使用しても良い。 Similarly, the micromixer 1 having the heat exchanging mechanism and the back pressure adjusting mechanism of the present invention can be provided even when three or more fluids are mixed. However, when the number of plates 2 to be stacked is an odd number, the heat exchange efficiency may be insufficient. Therefore, it is preferable to stack even numbers. Further, when the number of fluids to be mixed is an odd number, an even number of plates 2 may be stacked so that the fluid does not flow through the fluid flow path 11 of one of the plates 2.

また、背圧弁１７として、外周面に螺旋溝１８を形成したもので説明したが、これに限定されることはなく、背圧弁１７の外周面と流体混合部１６の内壁面との間に空隙が形成されるものであれば良い。背圧弁１７の他の例を図１０及び図１１に示す。これらの図において（ａ）は背圧弁の上面図であり（ｂ）は背圧弁の側面図である。図１０に示す背圧弁は、先端に向けて縮径するような概略円錐状をなすものであり、また、図１１に示す背圧弁は、概略四角柱状をなすものであり、これら円錐及び四角柱の外周面と流体混合部１６の内壁面との間に空隙が形成されるように構成されている。 Further, the back pressure valve 17 has been described with the spiral groove 18 formed on the outer peripheral surface. However, the back pressure valve 17 is not limited to this, and a gap is formed between the outer peripheral surface of the back pressure valve 17 and the inner wall surface of the fluid mixing unit 16. What is necessary is just to be formed. Another example of the back pressure valve 17 is shown in FIGS. In these drawings, (a) is a top view of the back pressure valve, and (b) is a side view of the back pressure valve. The back pressure valve shown in FIG. 10 has a substantially conical shape that is reduced in diameter toward the tip, and the back pressure valve shown in FIG. 11 has a substantially quadrangular prism shape. A gap is formed between the outer peripheral surface of the fluid and the inner wall surface of the fluid mixing portion 16.

さらに、プレート２をステンレス鋼で構成したものとして説明したが、プレート２の材質に制限はなく、セラミックスや合成樹脂等で構成されていてもよく、流通する流体に対する耐久性等を考慮して選択することが好ましい。
また、マイクロミキサー１の各部位のサイズについても、本実施例に限定されることはなく、流体の性質や処理量によって適宜設定することができる。 Further, the plate 2 has been described as being made of stainless steel, but the material of the plate 2 is not limited, and may be made of ceramics, synthetic resin, etc., and is selected in consideration of durability against the circulating fluid, etc. It is preferable to do.
Further, the size of each part of the micromixer 1 is not limited to the present embodiment, and can be appropriately set depending on the properties of the fluid and the processing amount.

また、流体流路１１や媒体流路１２の形状についても制限はなく、混合する流体や熱交換用媒体を流通できるものであれば良く、遮蔽壁１４や流路の側壁を例えば円柱状の突起で構成しても良い。複数の円柱状の突起を配置する場合には、これら突起同士の間隔は、０．０１ｍｍから２０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
さらに、中央貫通孔５を断面円形のものとして説明したが、これに限定されることはなく、四角形孔などであっても良い。また、中央貫通孔５の縁部に環状凸部６を形成したもので説明したが、このような環状凸部６が形成されていなくても良い。 Further, the shape of the fluid flow path 11 and the medium flow path 12 is not limited as long as the fluid to be mixed and the medium for heat exchange can be circulated. You may comprise. In the case where a plurality of columnar protrusions are arranged, the interval between these protrusions is preferably in the range of 0.01 mm to 20 mm.
Furthermore, although the central through hole 5 has been described as having a circular cross section, the present invention is not limited to this, and a square hole or the like may be used. Moreover, although the annular convex part 6 was formed in the edge part of the center through-hole 5, although such an annular convex part 6 does not need to be formed.

本発明の実施例であるマイクロミキサーを構成するプレートを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate which comprises the micromixer which is an Example of this invention. 図１に示すプレートを２枚積層させたプレート対を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate pair which laminated | stacked two plates shown in FIG. 図２に示すプレート対を２組積層させた状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which laminated | stacked 2 sets of plate pairs shown in FIG. 本発明の実施例であるマイクロミキサーに備えられた背圧弁を示す上面図及び側面図である。It is the upper side figure and side view which show the back pressure valve with which the micro mixer which is the Example of this invention was equipped. 本発明の実施例であるマイクロミキサーの組立図である。It is an assembly drawing of the micromixer which is an Example of this invention. 本発明の実施例であるマイクロミキサーを入側カバー部材側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the micromixer which is an Example of this invention from the entrance side cover member side. 本発明の実施例であるマイクロミキサーを出側カバー部材側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the micromixer which is an Example of this invention from the exit side cover member side. 本発明の実施例であるマイクロミキサーの断面図である。It is sectional drawing of the micromixer which is an Example of this invention. ４種類の流体を混合するためのマイクロミキサーを構成するプレートの積層状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lamination | stacking state of the plate which comprises the micromixer for mixing four types of fluids. 本発明の実施例であるマイクロミキサーに適用される背圧弁の他の例を示す上面図及び側面図である。It is the top view and side view which show the other example of the back pressure valve applied to the micro mixer which is an Example of this invention. 本発明の実施例であるマイクロミキサーに適用される背圧弁の他の例を示す上面図及び側面図である。It is the top view and side view which show the other example of the back pressure valve applied to the micro mixer which is an Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１マイクロミキサー
２プレート
５中央貫通孔（貫通孔）
１１流体流路
１２媒体流路
１６流体混合部
１７背圧弁 1 Micromixer 2 Plate 5 Center through hole (through hole)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fluid flow path 12 Medium flow path 16 Fluid mixing part 17 Back pressure valve

Claims

プレートが２以上積層されてなり、２種以上の流体を混合するためのマイクロミキサーであって、
前記プレートは、混合する前記流体のいずれかが流通する流体流路と、前記流体の熱交換を行うための媒体が流通する媒体流路と、前記流体流路に連通するとともに前記プレートの厚さ方向に貫通した貫通孔とを有し、
隣接する一対の前記プレートは、一方の前記プレートの前記貫通孔と他方の前記プレートの前記貫通孔とが連通するように、かつ、一方の前記プレートに形成された一の流体を流通する前記流体流路と他方の前記プレートに形成された前記媒体流路とが積層されるとともに、他方の前記プレートの他の流体を流通する前記流体流路と一方の前記プレートの前記媒体流路とが積層されるように配置され、
前記貫通孔が連通されることにより、これら一の流体と他の流体とが混合される流体混合部が形成され、該流体混合部には、前記流体の流れ方向に沿って移動可能な背圧弁が挿入され、該背圧弁の先端が、前記２以上のプレートのうち最外層のプレートの前記流体流路が構成された面に当接されるように配置された出側カバー部材に形成された混合流体排出口のテーパ孔部に配置されていることを特徴とするマイクロミキサー。 A micromixer comprising two or more plates laminated to mix two or more fluids,
The plate communicates with the fluid flow path through which any of the fluids to be mixed flows, the medium flow path through which the medium for performing heat exchange of the fluid flows, and the thickness of the plate A through hole penetrating in the direction,
The pair of adjacent plates communicates the fluid formed in one of the plates so that the through hole of one of the plates and the through hole of the other plate communicate with each other. The flow path and the medium flow path formed in the other plate are stacked, and the fluid flow path for flowing the other fluid of the other plate and the medium flow path of the one plate are stacked. Arranged to be
When the through hole is communicated, a fluid mixing portion is formed in which the one fluid and the other fluid are mixed, and the back pressure valve is movable in the fluid flow direction in the fluid mixing portion. Is inserted, and the tip of the back pressure valve is formed on an outlet cover member arranged so as to be in contact with the surface of the outermost plate of the two or more plates on which the fluid flow path is configured. The micromixer is arranged in a tapered hole portion of the mixed fluid discharge port .

偶数枚の前記プレートが積層されて構成されている請求項１に記載のマイクロミキサー。 The micromixer according to claim 1, wherein an even number of the plates are stacked.