JP5504526B2 - Method of forming slag flow using a microreactor - Google Patents
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Description
この発明は、マイクロ化学プロセスに必要な微量流体の混合および反応を実現するマイクロリアクターに関し、特には高効率のリアクター機能を達成するためにスラグの様相の変化を積極的に利用するマイクロリアクター(アクティブスラグリアクター)に関するものである。
この発明は、有機合成化学、分析化学、化学工学、機械工学、生化学などと密接に関わっており、各種の工業化学プロセスへ即座に適用可能なものである。
This invention relates to a microreactor for implementing the mixing and reaction of the microfluidic required microchemical process, in particular a micro reactor (active to actively utilize the change in the appearance of the slag to achieve a reactor features high efficiency Slag reactor) .
The present invention is closely related to organic synthetic chemistry, analytical chemistry, chemical engineering, mechanical engineering, biochemistry, and the like, and can be immediately applied to various industrial chemical processes.
マイクロ化学プロセス用デバイスに必要とされる重要な機能として「混合」があり、公知のマイクロ化学プロセス用の混合装置としては、例えば以下に挙げるものが提案され、または既に使用されている。
(1) 機械的な撹拌による混合方式(例えばドイツIMM社製マイクロミキサー)。
(2) 交互流れ流による混合方式(例えば非特許文献1参照)。
(3) T字路による混合方式(例えば非特許文献2参照)。
(4) Y字路による混合方式(例えば非特許文献3参照)。
(1) A mixing method using mechanical stirring (for example, a micro mixer manufactured by IMM, Germany).
(2) A mixing method using alternating flow (for example, see Non-Patent Document 1).
(3) A mixing method using a T-junction (for example, see Non-Patent Document 2).
(4) A mixing method using a Y-junction (for example, see Non-Patent Document 3).
しかしながら、上記(1)および(2)の方式は何れも、装置が大掛かりになり、かつ構造も複雑になるため、その大きさ、重量、そして価格がマイクロ化学プロセスには適していない。例えば、ドイツIMM社の液々マイクロミキサーは、単純なパターンの流路で構成され、これを連結するものであるが、混合部位以外の不必要な部分(ジョイント部など)を含むため、装置が大型化してしまい、マイクロリアクターの一つの特徴である小型化を困難にする原因の一つとなっている。 However, the methods (1) and (2) are both large in size and complicated in structure, so that their size, weight and price are not suitable for microchemical processes. For example, the liquid-liquid micromixer of IMM in Germany is composed of simple patterns of flow paths and connects them, but it includes unnecessary parts (such as joint parts) other than the mixing site, so the device is The size of the microreactor is one of the causes that make it difficult to reduce the size of the microreactor.
また上記(3)および(4)の方式は、(1)および(2)の方式の欠点を解決するための簡易的かつ一般的な方法として、「チューブで連結されたT字管(T字路)やY字管(Y字路)内で流体を衝突させる際に生じる乱れを利用する方法」や「吐出噴出流による衝突乱流を利用する方法」等として提案されているが、これらの方法は、乱れの発生が一カ所だけであり、特に乱れの継続性を実現できないことに最大の欠点がある。 The above methods (3) and (4) are simple and general methods for solving the disadvantages of the methods (1) and (2). Road) and Y-pipe (Y-junction) have been proposed as "a method of using turbulence generated when a fluid collides" and "a method of using a collision turbulent flow caused by a discharge jet flow". The method has the greatest drawback in that the occurrence of disturbance is only one place, and in particular, the continuity of disturbance cannot be realized.
そこで本発明者等は、乱れを継続的に発生させる方法の一つとして、衝突の回数を増やす方式を考え、特許出願している。しかしながら、衝突回数を増やすことで乱れを継続的に持続させる方式として、合流と分離を繰りかえす方法を用いているため、結果として流路長が長くなること、さらには流路の加工が複雑であり、コスト高になる等の改良すべき点がある。 Therefore, the present inventors have applied for a patent considering a method of increasing the number of collisions as one of the methods for continuously generating disturbance. However, as a method of continuously maintaining turbulence by increasing the number of collisions, the method of repeating merging and separation is used, resulting in a longer flow path length and more complicated processing of the flow path. There are some points to be improved, such as high costs.
そして、これら管やチューブを連結した方法や噴出流衝突方法では、流路の姿勢、位置関係、長さ等の寸法的条件の他、対象流体の流れ特性の変化等、流れ状態を正確に設定することの困難を伴い、乱れた状態の確実性や継続性を維持することが非常に難しく、流れ特性の不安定を招き、混合特性にばらつきを生ずることがある。 And in these pipe and tube connection methods and jet flow collision methods, the flow conditions such as the flow characteristics of the target fluid are accurately set in addition to the dimensional conditions such as the posture, positional relationship, and length of the flow path. It is very difficult to maintain the certainty and continuity of the turbulent state, which may cause instability in the flow characteristics and cause variations in the mixing characteristics.
それゆえこの発明は、マイクロチャンネル内部で混合対象の複数流体により発生するスラグの様相の変化を混合および反応に積極的に利用し、マイクロリアクターの小型化、集積化を可能にするための構造を提案することを目的としている。 Therefore, the present invention has a structure for enabling the miniaturization and integration of the microreactor by actively utilizing the change in the appearance of the slag generated by a plurality of fluids to be mixed inside the microchannel for the mixing and reaction. The purpose is to propose.
この発明は、上記課題を有利に解決するために、2相以上の流体によるスラグ流に関し、変形するスラグを発現させるための凹凸形状の流路内面構造を備えたマイクロ化学プロセス用デバイスを提案し、単純かつ独創的な流路構造により、継続的な乱れを可能とする高効率な混合機能を与えるものであり、より具体的には、流路幅が数十μm〜数mm微小な流路の内部をスラグ流という様相で流れる流体に、乱れを確実かつ継続的に発生させて、高効率な混合を得るための効果的な方策として、流路内面の対称凹凸形状効果(直線、多角形あるいは円弧等による凹凸を軸線に関し対称に有するもの)、流路内面の非対称凹凸形状効果、流路内面形状による断面積変化効果等を独立に、あるいは幾つか組み合わせた構造を提案するものである。 In order to advantageously solve the above problems, the present invention proposes a device for a microchemical process having a concavo-convex channel inner surface structure for expressing a deforming slag with respect to a slag flow by two or more fluids. The simple and original flow channel structure provides a highly efficient mixing function that enables continuous disturbance. More specifically, the flow channel width is several tens of μm to several mm. As an effective measure to obtain high-efficiency mixing by generating turbulence reliably and continuously in the fluid flowing in the slag flow, the effect of symmetrical irregularities on the inner surface of the flow path (straight, polygonal) In addition, the present invention proposes a structure in which the unevenness due to the arc or the like is symmetrical with respect to the axis), the asymmetric unevenness effect on the inner surface of the flow path, the cross-sectional area change effect due to the shape of the inner surface of the flow path, or the like.
すなわち、この発明のマイクロリアクターを用いてスラグ流を形成する方法は、複数の入口のそれぞれに繋がる入口流路を合流点で繋ぐとともに該合流点と出口との間を繋ぐ流路を具えるマイクロリアクターを用いて、相溶性のない複数種類の流体をそれぞれ前記複数の入口から流入させて前記流路内に各流体が交互に出現するスラグ流を形成する方法であって、前記合流点と出口との間を繋ぐ流路の互いに対向する内面がそれぞれ、当該流路に対して凹形状及び凸形状となる凹部及び凸部を当該流路に沿って繰り返し並べたものであり、当該流路を挟んで対向する各凸部間の最小距離は、前記流路内を流れるスラグ流のスラグが対向する対向する凸部の両方に同時に接触しながら前記出口まで移動することが可能な距離であり、前記互いに対向する内面が、前記スラグを前記凹部及び凸部に沿わせて変形させながらその流路に沿って案内するものであるということを特徴としている。 That is, the method of forming a slug flow using microreactor of the present invention, a micro that Ru comprising a flow path connecting between the confluence point and the outlet with connecting inlet channel leading to each of the plurality of inlets at confluence using reactor, the fluid in the flow channel compatibility plurality of types without fluid was allowed to flow from the plurality of inlets, each a method of forming a slug flow appearing alternately, the meeting point and the outlet The inner surfaces facing each other of the flow path connecting between and each of the flow paths are formed by repeatedly arranging concave and convex portions that are concave and convex with respect to the flow path along the flow path. The minimum distance between the convex portions facing each other is the distance that allows the slag of the slag flow flowing in the flow path to move to the outlet while simultaneously contacting both opposing convex portions, Said each other Interior surface direction is, is characterized in that the slag is to guide along the flow path while deformed along a said recess and protrusion.
かかる構成を具えるこの発明にあっては、合流点と出口との間を繋ぐ流路の互いに対向する内面が、それぞれその流路に沿って並んだ凹凸を有し、互いに対向する内面間の最小距離が、その流路内を流れるスラグ流のスラグが互いに対向する内面の両方に同時に接触しつつ移動できる距離であることから、入口から出口へと流路内を流れるスラグ流のスラグが、流路の互いに対向する内面の両方に同時に(但し、必ずしも内面の凹部の奥までは接触しない場合も含めて)接触しながら移動し、それらの内面が有する凹凸が、スラグをその凹凸に概ね添わせて変形させながらその流路に沿って案内するので、流路内でのスラグの移動中に、スラグ内およびスラグの近傍の流体内で乱れが確実かつ継続的に発生する。 In the present invention comprising such a structure, mutually opposing inner surfaces of the flow path connecting between the confluence and outlet have respective uneven aligned along the flow path, between the inner surfaces facing each other Since the minimum distance is the distance that the slag of the slag flow flowing in the flow path can move while simultaneously contacting both of the inner surfaces facing each other, the slag of the slag flow flowing in the flow path from the inlet to the outlet is It moves while touching both of the inner surfaces facing each other at the same time (but not necessarily to the depth of the recesses on the inner surface), and the unevenness of these inner surfaces generally adds slag to the unevenness. Therefore, the turbulence is reliably and continuously generated in the slag and in the fluid in the vicinity of the slag during the movement of the slag in the flow path while being deformed.
従って、この発明によれば、スラグ内の流体の混合・反応や、スラグとその近傍の流体との間の界面を介した抽出・混合・反応等を効率良く発生させることができ、しかも、従来問題となっていた流路構造と作成過程とが複雑であるという問題を解決するので、流路長を短くし、かつ容易に作成することが可能で、マイクロリアクターの小型化、集積化を可能にすることができ、並列処理をも容易に実現することができる。 Therefore, according to the present invention , it is possible to efficiently generate mixing / reaction of fluid in the slag, extraction / mixing / reaction via the interface between the slag and the fluid in the vicinity thereof, and the like. It solves the problem of the complicated flow channel structure and creation process, which makes it possible to shorten the flow channel length and easily create the microreactor and to reduce the size and integration of the microreactor. And parallel processing can be easily realized.
なお、この発明においては、前記流路は、二つの部材間に挟まれたプレートに形成されたスリットまたは、部材もしくはプレートの表面に形成されて他の部材で蓋をされた溝により構成され、前記互いに対向する内面は、前記スリットまたは前記溝の壁面であっても良く、このようにすれば、プレートが充分に薄い場合はスリットが微小流路を形成し、部材もしくはプレートの表面に形成された溝もその深さや幅が充分に小さい場合は数十μm〜数mmの幅や深さの微小流路を形成するので、マイクロリアクターの小型化、集積化を容易に可能にすることができる。 Note that the configuration Oite to the present invention, the flow path is a slit formed in the plate sandwiched between two members or by being formed on the surface of the member or plate which is covered with another member groove The inner surfaces facing each other may be the wall surfaces of the slits or the grooves. In this way, when the plate is sufficiently thin, the slits form a micro flow path, and are formed on the surface of the member or the plate. If the depth and width of the formed groove are sufficiently small, a microchannel with a width and depth of several tens of μm to several mm is formed, so that the microreactor can be easily downsized and integrated. Can do.
また、この発明においては、前記互いに対向する内面間の最小距離は、前記内面と前記スラグとの接触角が大きいほど大きくされても良く、このようにすれば、例えば商品名テフロン(登録商標)等のスラグとの接触角が大きい材料で流路内面を形成することで、互いに対向する内面間の最小距離を大きくして流量をより多くすることができる。 Further, Oite to the present invention, the minimum distance between the inner surfaces of said opposite each other, the may be larger the greater the contact angle of the inner surface and the slag, in this manner, for example, under the trade name Teflon ( By forming the flow path inner surface with a material having a large contact angle with a slag such as a trademark, the minimum distance between the inner surfaces facing each other can be increased to increase the flow rate.
さらに、この発明においては、前記互いに対向する内面の凹部及び凸部は、前記流路の軸線に関し対称な断面形状を有していても良く、このようにすれば容易に流路に沿って流路断面積を変化させることができるので、より確実にスラグを変形させることができる。 Furthermore, Oite to the present invention, concave and convex portions of the inner surface of the facing each other may have a symmetrical cross-sectional shape relates axis of the channel, along the easy passage Thus Since the cross-sectional area of the flow path can be changed, the slag can be more reliably deformed.
一方、この発明においては、前記互いに対向する内面の凹部及び凸部は、前記流路の軸線に関し非対称な断面形状を有していても良く、このようにすればスラグの変形も非対称になるので、スラグ内の流体の混合・反応をより多く生じさせることができる。 On the other hand, Oite to the present invention, concave and convex portions of the inner surface of the facing each other, may have an asymmetrical sectional shape relates axis of the channel, the deformation of the slug so doing also asymmetrically Therefore, more mixing and reaction of the fluid in the slag can be caused.
さらに、この発明においては、前記互いに対向する内面の凹部及び凸部の断面形状は、前記流路の軸線に対して傾斜して延びる直線部と屈曲部とが交互に繰り返される鋸刃状をなしていても良く、このようにすれば、スラグを滑らかに変形させて流路抵抗を小さくすることができる。 Furthermore, Oite to the present invention, the sectional shape of the concave and convex portions of the inner surface of the facing each other, the channel saw blade shape and a bent portion linear portion extending obliquely relative to the axis are alternately repeated in In this way, the slag can be smoothly deformed to reduce the channel resistance.
一方、この発明においては、前記互いに対向する内面の凹部及び凸部の断面形状は、円弧を組み合わせた形状をなしていても良く、このようにすれば、スラグを急激に変形させてスラグ内の流体の混合・反応をより多く生じさせることができる。 On the other hand, Oite to the present invention, the sectional shape of the concave and convex portions of the inner surface of the opposing, which may be a shape which is a combination of arcs, in this manner, to rapidly deform the slag slag It is possible to generate more mixing and reaction of the fluid inside.
さらに、この発明においては、前記互いに対向する内面の凹部及び凸部の断面形状は、円弧と直線とを組み合わせた形状をなしていても良く、その場合には流路抵抗を小さくするとともにスラグ内の流体の混合・反応を多く生じさせることができる。 Furthermore, Oite to the present invention, the sectional shape of the concave and convex portions of the inner surface of the opposing, which may be a shape of a combination of a circular arc and a straight line, while reducing the flow resistance in that case Many mixing and reaction of the fluid in the slag can occur.
さらに、この発明においては、前記流路は渦巻状に延在していても良く、このようにすれば、限れられた広さの領域内により長い流路を形成し得て、マイクロリアクターの小型化、集積化をより容易に可能にすることができる。 Furthermore, Oite to the present invention, the flow path may not extend spirally, in this manner, be obtained by forming a long flow path by Kagire was wide in the region, the microreactor It is possible to more easily reduce the size and the integration.
そして、この発明においては、前記流路は、複数並列に組み合わされていても、また、複数直列に組み合わされていても良く、このようにすれば、マイクロリアクターの小型化、集積化をより容易に可能にすることができる。 Then, Oite to the present invention, the flow path, be combined in parallel a plurality, also may be combined in several series, in this manner, miniaturization of the microreactor, integration It can be made easier.
以下、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図1(a),(b),(c),(d)は、この発明に関するマイクロリアクター(アクティブスラグリアクターともいう。)の一実施例を示す平面図、側面図、流路詳細図およびそのA部詳細図であり、図中符号1はこの実施例のマイクロリアクター、2は第1の入口、3は第2の入口、4は出口、そして5はそれら入口2,3と出口4とを繋ぐ流路をそれぞれ示す。なお、以下の各実施例における寸法はあくまで例示であり、この発明に関するマイクロリアクターは、これらの寸法のものには限定されない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D are a plan view, a side view, and a flow channel detail showing an embodiment of a microreactor (also referred to as an active slag reactor) according to the present invention. FIG. 1 is a detailed view of the part A, in which 1 is the microreactor of this embodiment, 2 is the first inlet, 3 is the second inlet, 4 is the outlet, and 5 is the
図1に示す実施例では、厚さtが0.3mmのステンレス鋼(SUS 304)製のプレート6に、上下に貫通する幅0.5mmから1.3mmのスリットを形成することで、入口2,3と出口4とを繋ぐ流路5を具えるマイクロリアクター1を構成しており、入口2,3からの流路5は合流点Iで合流し、その合流点Iから出口4までの流路5は、上記スリットの壁面で形成される互いに対向する内面5a,5bを有し、それらの内面5a,5bの、プレート6の表面に平行な平面で切った断面形状は、図1(d)に示すように、流路5の中心軸線Cに関して対称な鋸刃状(流路5の中心軸線Cに対して傾斜して延びる直線部と屈曲部とが交互に繰り返される形状)をなしている。
In the embodiment shown in FIG. 1, a
この互いに対向する内面5a,5bの断面形状は、より具体的には、中心軸線Cに関して対称にその中心軸線Cに対し30°の角度で交差して最大で互いに1mm離間する二本の基準線5cに対しそれぞれ外側に0.15mm距離をおいてそれらの基準線5cに平行に延在するように定められており、これによりこの実施例では、内面5a,5bの鋸刃状の凹凸の各先端部のなす角度を120°とするとともに、内面5a,5bの間の最小距離を約0.35mm、最大距離を約1.35mmとしている。なお、この鋸刃状の凹凸の各先端部のなす角度は、図1(e)の変形例に示すように90°としても良いが、120°の方が、凹形状内でスラグが表面張力の影響を受けにくいため、凹形状の奥までスラグが接触してスラグが十分変形されるので好ましい。
More specifically, the cross-sectional shapes of the
このプレート6は、それと略同一の大きさの、スラグ流の観察を可能にする場合には例えば石英ガラス製の、また反応等のみを目的とする場合は例えばステンレス鋼製の、図示しない二枚の厚板で密に挟持され、それらの厚板の一方には、または双方に分配されて、第1の入口2と第2の入口3とにそれぞれ繋がる二つの入口流路と、出口4に繋がる出口流路とが形成されている。これにより、二つの入口流路から第1の入口2と第2の入口3とに交互に流入した流体が合流点Iで合流してスラグ流(いわゆる各々の流体が交互に流れる様相)を形成し、そのプラグ流が合流点Iから出口4へ向かって流路5内を流動した後出口4を通って出口流路から流出する。
The
図2は、この実施例のマイクロリアクター1の流路内にプラグ流を流す実験を行った結果を示す説明図であり、石英ガラス製の二枚の厚板でプレート6を挟持して、青色の水Aを第1の入口2から、また橙色のシクロヘキサン(cyclohexane)Bを第2の入口3から交互に流入させて合流点でスラグ流を形成すると、そのスラグ流のスラグ(流体要素:符号は流体と同じものを用いる)A,Bのうち、それ自身の表面張力で丸まった水のスラグAが、内面5a,5bの鋸刃状の凹凸で押されて雲のように括れた形状に変形されて、その括れ部位を連続的に流れの後方へ移動させつつ出口4へ向かって移動する。
Figure 2 is an explanatory view showing the results of an experiment to flow plug flow micro reactor 1 of the flow path of this embodiment, the
従って、この実施例のマイクロリアクター1によれば、二種類の液体あるいは液体と気体、もしくは液体と粉体等からなるプラグ流におけるスラグ内での混合・反応や、スラグとその近傍の流体との間の界面を介した抽出・混合・反応等を効率良く発生させることができ、しかも流路構造および作成過程が何れも単純なため、流路長を短くし、かつ容易に作成することが可能であるので、マイクロリアクターの小型化、集積化を可能にすることができる。 Therefore, according to the micro reactor 1 of this embodiment, two types of liquid or liquid and gas or mixed-reactions and in the slag in the plug flow consisting of liquid and powder, etc., slag and the vicinity thereof of the fluid Extraction, mixing, reaction, etc. can be efficiently generated through the interface between them, and since the flow path structure and creation process are both simple, the flow path length can be shortened and created easily. Therefore, the microreactor can be miniaturized and integrated.
図3(a),(b),(c),(d)は、この発明に関するマイクロリアクターの他の一実施例を示す平面図、側面図、流路詳細図およびそのA部詳細図であり、図中、先の実施例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。この実施例のマイクロリアクター1は、流路5の互いに対向する内面5a,5bの、プレート6の表面に平行な平面で切った断面形状が、図3(d)に示すように、流路5の中心軸線Cに関して対称をなすように流路5に沿って並んだ多数の略半円形状からなっている点のみ、先の実施例と異なっており、他の点では先の実施例と同様に構成されている。
3 (a), (b), (c), and (d) are a plan view, a side view, a flow path detail view, and a part A detail view showing another embodiment of the microreactor according to the present invention. In the figure, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals. In the microreactor 1 of this example, the cross-sectional shape of the
この互いに対向する内面5a,5bの断面形状は、より具体的には、中心軸線Cに平行に延在するとともに互いに0.3mm離間する二本の基準線5cに対しそれぞれ外側にその基準線5c上の点を中心とした半径0.15mmの円弧を0.355mmピッチで中心軸線Cに関して対称に多数描き、それらの円弧を半径0.03mmの円弧で繋いだ形状とされており、これによりこの実施例では、内面5a,5bの間の最小距離を0.3mm、最大距離を約0.6mmとしている。
More specifically, the cross-sectional shape of the
この実施例のマイクロリアクター1によれば、先の実施例と同様の作用効果をもたらすことができるのに加えて、特に、内面5a,5bの凸形状が急峻ゆえスラグの変形度合いを著しくできるので、スラグ内での混合・反応や、スラグとその近傍の流体との間の界面を介した抽出・混合・反応等をより効率良く発生させることができる。
According to the micro reactor 1 of this embodiment, in addition to being able to bring about the same effect as the previous embodiment, in particular, the
図4(a),(b),(c)は、この発明に関するマイクロリアクターの他の一実施例を示す平面図、側面図および流路詳細図であり、図中、先の実施例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。この実施例のマイクロリアクター1は、流路5の互いに対向する内面5a,5bの、プレート6の表面に平行な平面で切った断面形状が、図4(c)に示すように、流路5の中心軸線Cに関して非対称をなすように流路5に沿って並んだ多数の略半円形状からなっている点のみ、図1,図3に示す実施例と異なっており、他の点ではそれらの実施例と同様に構成されている。
FIGS. 4A, 4B, and 4C are a plan view, a side view, and a flow channel detail diagram showing another embodiment of the microreactor according to the present invention, in which the same as the previous embodiment. This part is indicated by the same reference numeral. In the microreactor 1 of this embodiment, the cross-sectional shape of the
この互いに対向する内面5a,5bの断面形状は、より具体的には、中心軸線Cに平行に延在するとともに互いに0.3mm離間する二本の基準線5cに対し内面5aでは外側、内面5bでは内側にその基準線5c上の、中心軸線Cに関し対称に位置する点を中心とした半径0.15mmの円弧を多数並べて描き、それらの円弧を、加工可能な最小半径の円弧で繋いだ形状とされており、これによりこの実施例では、内面5aの形状を中心軸線Cと直交する方向へ0.3mm平行移動させたものを内面5bの形状とし、内面5a,5bの間の最小距離を内面5aの凸部と内面5bの凸部との間で0.3mmよりも小さくしている。
More specifically, the cross-sectional shape of the
この実施例のマイクロリアクター1によれば、先の実施例と同様の作用効果をもたらすことができるのに加えて、特に、内面5a,5bの凹凸形状が中心軸線Cに関して非対称をなしているゆえ、スラグの変形を中心軸線Cに関して非対称にできるので、スラグ内での混合・反応や、スラグとその近傍の流体との間の界面を介した抽出・混合・反応等をより効率良く発生させることができる。
According to the micro reactor 1 of this embodiment, in addition to being able to bring about the same effect as the previous embodiment, in particular, because the
図5(a),(b),(c)は、この発明に関するマイクロリアクターのさらに他の一実施例を示す平面図、側面図および流路詳細図であり、図中、先の実施例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。この実施例のマイクロリアクター1は、流路5の互いに対向する内面5a,5bの、プレート6の表面に平行な平面で切った断面形状が、図5(c)に示すように、流路5の中心軸線Cに関して非対称をなすように流路5に沿って並んだ多数の略半円形状からなっている点のみ、図1,図3に示す実施例と異なっており、他の点ではそれらの実施例と同様に構成されている。
FIGS. 5A, 5B, and 5C are a plan view, a side view, and a flow channel detail diagram showing still another embodiment of the microreactor according to the present invention. Similar parts are denoted by the same reference numerals. In the microreactor 1 of this example, the cross-sectional shape of the
この互いに対向する内面5a,5bの断面形状は、より具体的には、中心軸線Cに平行に延在するとともに互いに0.3mm離間する二本の基準線5cに対し内面5aでは外側、内側の順、内面5bでは内側、外側の順にその基準線5c上の、中心軸線Cに関し対称に位置する点を中心とした半径0.15mmの円弧を多数並べて描き、それらの円弧を繋いだ形状とされており、これによりこの実施例では、内面5aの形状を中心軸線Cと直交する方向へ0.3mm平行移動させたものを内面5bの形状とし、内面5a,5bの間の最小距離を内面5aの凸部と内面5bの凸部との間で0.3mmよりも小さくしている。
More specifically, the cross-sectional shapes of the
この実施例のマイクロリアクター1によれば、図1,3に示す実施例と同様の作用効果をもたらすことができるのに加えて、特に、図4に示す実施例と同様、内面5a,5bの凹凸形状が中心軸線Cに関して非対称をなしているゆえ、スラグの変形を中心軸線Cに関して非対称にできるので、スラグ内での混合・反応や、スラグとその近傍の流体との間の界面を介した抽出・混合・反応等をより効率良く発生させることができる。
According to the micro reactor 1 of this embodiment, in addition to being able to bring about the same effects as the embodiment shown in FIGS. 1 and 3, in particular, similarly to the embodiment shown in FIG. 4, the
図6(a),(b),(c)は、この発明に関するマイクロリアクターのさらに他の実施例における流路5の内面5a,5bの断面形状をそれぞれ示す略線図であり、図6(a)に示す実施例では、円弧同士を繋いだ形状を内面5a,5bで中心軸線に関して対称に形成した後、内面5a,5bの一方を半ピッチずらしており、図6(b)に示す実施例では、円弧同士を繋いだ形状を内面5aで形成した後、中心軸線と直交する方向へ平行移動させて内面5bを中心軸線Cに関し内面5aと非対称に形成しており、図6(c)に示す実施例では、内面5a,5bを、それぞれ円弧の間を直線で繋いで中心軸線に関して対称に形成している。これらの実施例によっても、先の実施例と同様の作用効果をもたらすことができる。
FIG 6 (a), (b) , (c) is a schematic diagram showing the
図7は、この発明に関するマイクロリアクターのさらに他の実施例における流路5の形状を示す略線図であり、この実施例では、流路5を湾曲させて延在させ、特に図示例では渦巻状に延在させるとともに、内面5a,5bの断面形状を図1に示す実施例と同様の鋸刃状にしている。なお、湾曲の形態は図示例の如き渦巻状だけでなく蛇腹状でも良く、それらを組み合わせても良い。
Figure 7 is a schematic diagram showing a shape of the
この実施例のマイクロリアクター1によれば、先の実施例と同様の作用効果をもたらすことができるのに加えて、特に、限れられた広さの領域内により長い流路5を形成し得て、マイクロリアクターの小型化、集積化をより容易に可能にすることができる。
According to the micro reactor 1 of this embodiment, in addition to being able to bring about the same effect as the previous embodiment, in particular, it is obtained by forming a
図8は、この発明に関するマイクロリアクターのさらに他の一実施例における流路5の構成を示す略線図であり、この実施例では、鋸刃状の内面を持つ流路5を複数列(図示例では3列)並列に組み合わせ、それらの流路5の出口同士を合流させてマイクロリアクターを構成しており、この発明に関するマイクロリアクターでは、この実施例のように同一または異なる種類の複数の流路を並列に組み合わせるだけでなく、同一または異なる種類の複数数の流路を複数直列に組み合わせても良く、あるいは並列と直列とに組み合わせても良い。このようにすれば、マイクロリアクターの小型化、集積化をより容易に可能にすることができる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えばプレート6を、商品名テフロン(登録商標)等の濡れ性の悪い材料で形成するか、あるいは上述したステンレス鋼の如き金属製のプレート6の流路5を形成するスリットの壁面を濡れ性の悪い材料で覆って内面を形成するようにしても良く、このようにして流路内面の濡れ性を悪くすれば、流路の内面間の最小距離を大きくしても流路内の二種類の流体を並行流になりにくくし得て、流路の流通抵抗をより小さくすることができる。また、上記例ではスリットで流路を構成したが、部材表面に形成した溝で流路を構成しても良い。
Although the present invention has been described based on the illustrated example, the present invention is not limited to the above-described example, and can be appropriately changed within the scope of the claims. For example, the
さらに、上記実施例では流路の壁面に相当する内面の形状を二次元的に変化させたが、流路の上下面に相当する内面の形状を二次元的に変化させても良く、あるいは流路の全周(上下左右)面を三次元的に凸凹に変化させても良い。
また、図6,図8以外の各実施例では二つの入口2,3を具えているが、別途スラグ流を形成していれば、図6,図8に示す各実施例のように流路の入口が一つでも良い。
Furthermore, in the above embodiment, the shape of the inner surface corresponding to the wall surface of the flow path is changed two-dimensionally. However, the shape of the inner surface corresponding to the upper and lower surfaces of the flow path may be changed two-dimensionally, or the flow The entire circumference (up / down / left / right) of the road may be three-dimensionally uneven.
Further, each of the embodiments other than FIGS. 6 and 8 has two
かくしてこの発明によれば、スラグ内の流体の混合・反応や、スラグとその近傍の流体との間の界面を介した抽出・混合・反応等を効率良く発生させることができ、しかも、流路長を短くし、かつ容易に作成することが可能で、マイクロリアクターの小型化、集積化を可能にすることができ、並列処理をも容易に実現することができる。 Thus , according to the present invention , the mixing / reaction of the fluid in the slag, the extraction / mixing / reaction via the interface between the slag and the fluid in the vicinity thereof can be efficiently generated, and the flow path The length of the microreactor can be easily reduced, the microreactor can be miniaturized and integrated, and parallel processing can be easily realized.
1 マイクロリアクター
2 第1の入口
3 第2の入口
4 出口
5 流路
5a,5b 内面
5c 基準線
6 プレート
A 青色の水
B 橙色のシクロヘキサン
C 中心軸線
I 合流点
1
Claims (11)
前記合流点と出口との間を繋ぐ流路の互いに対向する内面がそれぞれ、当該流路に対して凹形状及び凸形状となる凹部及び凸部を当該流路に沿って繰り返し並べたものであり、
当該流路を挟んで対向する各凸部間の最小距離は、前記流路内を流れるスラグ流のスラグが対向する凸部の両方に同時に接触しながら前記出口まで移動することが可能な距離であり、
前記互いに対向する内面が、前記スラグを前記凹部及び凸部に沿わせて変形させながらその流路に沿って案内するものである、マイクロリアクターを用いてスラグ流を形成する方法。 Using a microreactor Ru comprising a flow path connecting between the confluence point and the outlet with connecting inlet channel leading to each of the plurality of inlets at the merging point, the plurality of compatibility without a plurality of types of fluids, respectively A method of forming a slag flow in which each fluid appears alternately in the flow path by flowing from an inlet,
The inner surfaces facing each other of the flow path connecting the junction and the outlet are each formed by repeatedly arranging concave and convex portions that are concave and convex with respect to the flow path along the flow path. ,
The minimum distance between the convex portions facing each other across the flow channel is a distance that allows the slag of the slag flow flowing in the flow channel to move to the outlet while simultaneously contacting both the convex portions facing each other. Yes,
A method of forming a slag flow using a microreactor, wherein the inner surfaces facing each other guide the slag along the flow path while deforming the slag along the concave and convex portions.
前記互いに対向する内面は、前記スリットまたは前記溝の壁面であることを特徴とする、請求項1記載のマイクロリアクターを用いてスラグ流を形成する方法。 The flow path is constituted by a slit formed in a plate sandwiched between two members or a groove formed on the surface of a member or plate and covered with another member,
The method for forming a slag flow using a microreactor according to claim 1, wherein the inner surfaces facing each other are wall surfaces of the slits or the grooves.
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