CN101109762A - 具有一体式连接器的微型反应器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有一体式连接器的微型反应器装置。该微型反应器装置包括：微型反应器主体，该微型反应器主体包括第一和第二基材；微型通道，该微型通道形成在所述微型反应器主体的内部；以及多个一体式连接器，所述一体式连接器可拆卸地布置在所述微型反应器主体上，并且供应/排放管通过所述一体式连接器分别连接至所述微型通道的端部。

Description

具有一体式连接器的微型反应器装置
技术领域
本发明涉及一种具有一体式连接器的微型反应器装置，用于将反应流体(液体或气体)供给到所述微型反应器装置或从所述微型反应器装置排放反应流体的供给/排放管通过所述一体式连接器连接到微型反应器主体。
背景技术
微型反应器为小反应器的总称，该小反应器也称为微型通道反应器或微型流体装置，并且通常具有几微米到几百微米的微型通道。使用微型反应器的大部分化学反应在流动系统中进行。作为用于形成微型通道的微型反应器主体，可使用诸如玻璃、塑料、金属和硅的各种材料。为了从外部观察到微型通道中的流动或反应情况，使用诸如玻璃或塑料的透明材料比较方便。
微型反应器主体需要用于连接管(“导管”的同义词)的连接器，待通过所述管供给(“导入”或“注入”的同义词)和排放(“回收”的同义词)反应流体。例如，为了实现这些，可使用用于液相色谱的连接部件。然而在这样的情况下，当在已经形成于微型反应器主体中的微型通道的一部分中直接钻螺纹孔时，存在这样的可能性，即，在钻螺纹孔时产生的屑可能进入通道。因此，必须采取防范措施。在使用其中在两个基材(substrate)之间的结合界面中形成微型通道的微型反应器主体的情况下，攻丝作用楔入结合界面，因此存在界面剥落的可能。
在用于供给或排放流体的管将被布置在由玻璃或塑料制成的微型反应器主体上的情况下，通过粘合剂将管直接安装至主体比较方便。然而，通过粘合剂的连接增加了微型通道或连接管被堵塞或污染的可能性。当这些元件一旦被污染时，很难清洁这些元件。
因此，公开了一种化学微型装置，其中测试液体将要通过的通道被布置在基材中，安装部分与基材一体地布置，从而从供给/排放端口附近突出，在安装部分上待安装有用于向通道供给测试液体或从通道排放测试液体的供给/排放管(参见JP-A-2004-150891(在此术语“JP-A”是指“未审查的公开日本专利申请”)。在该装置中，通道形成在两个基材或上下基材的结合面中，在将两个基材结合之前，安装部分被预先一体地安装至上基材，之后将两个基材结合在一起。
公开了这样一个示例，其中供给/排放端口被突出地安装至化学微型装置的基材的侧面部分。在该示例中，化学微型装置通过将具有通道的第一基材结合到第二基材上而构成，用来导入管的管安装件安装至第二基材(参见日本实用新型登记No.3,110,712)。
在专利文献1和2的装置中，管安装件不容易更换，并且流体不能平滑地导入和排放，因为供给/排放管沿着垂直于通道的方向连接，或者用于将通道与供给/排放管连接的引导通路与通道垂直交叉。
本发明要解决的问题在于提供一种微型反应器装置，其具有不会堵塞或污染微型通道或供给/排放管的连接件，并且可以容易地进行连接件的更换。本发明要解决的另一个问题在于提供一种微型反应器装置，其具有在其中可得到平滑流体流动的一体式连接器。
发明内容
(1)根据本发明的一个方面，一种微型反应器装置包括：
微型反应器主体，该微型反应器主体包括第一和第二基材；微型通道，该微型通道形成在所述微型反应器主体的内部；以及多个一体式连接器，所述一体式连接器可拆卸地布置在所述微型反应器主体上，并且供应/排放管通过所述一体式连接器分别连接至所述微型通道的端部。
(2)根据项(1)所述的微型反应器装置，其中：所述微型反应器主体具有通过将所述第一和第二基材的各自一个表面结合在一起而形成的结合表面，并且所述微型通道形成在所述结合表面中。
(3)根据项(1)所述的微型反应器装置，其中：所述微型反应器主体具有在所述微型通道的所述端部处的切除部分。
(4)根据项(1)所述的微型反应器装置，该微型反应器装置包括包含弹性件的封闭件，所述封闭件安装在每个所述连接器的主体和所述微型反应器主体之间。
(5)根据项(4)所述的微型反应器装置，其中：所述第一和第二基材包含热塑性树脂。
(6)根据项(1)所述的微型反应器装置，其中：每个所述一体式连接器包括：连接器主体；联接件，该联接件固定至所述连接器主体，并且所述供给/排放管可连接至该联接件；以及固定件，该固定件将所述连接器主体可拆卸地固定至所述微型反应器主体。
(7)根据项(6)所述的微型反应器装置，其中：所述联接件的中心轴线与所述微型通道的所述端部的一轴线重合，该轴线沿着垂直于所述端部的口径面(aperture plane)的方向延伸通过所述口径面的轴心。
(8)根据项(6)所述的微型反应器装置，其中：通过使所述固定件与所述微型反应器主体的接合孔接合而将所述连接器主体固定至具有所述接合孔的所述微型反应器主体，所述接合孔设置在所述微型反应器主体的表面上的不包括所述微型反应器的所述端部在内的位置处。
根据本发明，不需要在所述微型反应器主体的所述微型通道的端部上进行钻孔处理。因此，即使当通过结合两个基材而形成所述通道时，也不会在所述微型反应器上作用会破坏所述结合表面的结合的外力。所述微型通道和所述供给/排放管可在所述连接器中连接在一起，从而沿着大致相同的方向延伸。例如，即使在含有诸如颗粒的固体的溶液的情况下，也不会在所述连接器中出现聚集，可稳定且长期地进行液体供给/排放。而且，在供给高粘性液体的情况下，所述连接器可承受高压液体供给。所述一体式连接器可容易地安装至主体以及从主体上拆卸。因此，即使当在所述通道中出现由颗粒等引起的堵塞时，也可以容易地进行所述一体式连接器的更换以及所述通道和供给/排放管的清洁。由于不在所述微型反应器主体上直接采用用于连接所述供给/排放管的处理，所以通过用其它一体式连接器更换所述一体式连接器可以容易地改变这样类型和尺寸的供给/排放管等等。
附图说明
将基于附图详细描述本发明的示例性实施例，附图中：
图1A至1C为示出本发明的微型反应器装置的示例的概念图，在该微型反应器装置中布置嵌入式的一体式连接器；
图2A至2C为示出本发明的微型反应器装置的示例的概念图，在该微型反应器装置中布置突出式的一体式连接器；
图3为示出本发明的微型反应器装置的示例的概念图，在该微型反应器装置中布置半圆形微型通道；
图4A至4C为示出联接件的另一个示例的概念图，该联接件用于本发明的微型反应器装置中的一体式连接器中；
图5为示出联接件的又一个示例的概念图，该联接件用于本发明的微型反应器装置中的一体式连接器中；并且
图6为示出微型反应器装置的示例的概念图，在该微型反应器中没有布置一体式连接器。
具体实施方式
本发明的微型反应器装置的特征在于，该微型反应器装置具有：微型反应器主体；微型通道，其形成在微型反应器主体中；以及多个一体式连接器，所述一体式连接器可拆卸地布置在微型反应器主体上，并且供给/排放管通过一体式连接器分别连接到微型通道的端部。
以下，将参照附图对本发明的微型反应器装置进行描述。
图1A至1C为示出本发明的微型反应器装置的示例的概念图。微型反应器主体2通过将两个矩形丙烯酸树脂板2A和2B结合而形成。在丙烯酸树脂板2A的结合表面的大致中央形成线性通道，该线性通道的宽度为500μm并且距离表面的深度为100μm。通过将丙烯酸树脂板2A结合到另一个矩形丙烯酸树脂板2B而形成微型通道1。
通过切除包括微型通道1的两端附近在内的长方体形状部分而在微型反应器主体2中形成切除部分3。在每个切除部分3中，以微型通道的端部10为中心地布置四个螺纹孔4。一体式连接器5可分别可拆卸地安装至微型反应器主体2的切除部分3。
每个一体式连接器5都由连接器主体6和联接件7构成，通过联接件7将供给/排放管连接到连接器主体6。在连接器主体6中形成四个通孔8，一体式连接器5可通过固定螺钉9气密地或者液密地安装到微型反应器主体2。由弹性件构成的环形封闭件11安装在一体式连接器5与微型反应器主体2的微型通道的端部之间，由此确保密封封闭性能。
尽管本发明中使用的微型反应器主体的材料可从玻璃、塑料(合成树脂)、金属、半导体等中自由选择，但可优先选择透明塑料(合成树脂)。丙烯酸树脂板可容易地加工，因此优选在本发明中使用。丙烯酸树脂板的示例为由NITTO RESIN INDUSTRIES制造的KURALEX S。
在该实施例中，微型通道是指宽度或直径优选为几μm到几百μm的通道。虽然微型通道可具有约100μm至约2.0mm的宽度或直径，但特别优选的是将宽度或直径设定为100至500μm。
在微型通道的宽度或直径在上述的数值范围内的情况下，即使当散布有颗粒的液体流动时，微型通道也不会被颗粒的沉积堵塞，并且可形成稳定的流线流动。
可通过多种方法形成微型通道。例如，通过合成树脂的注模成型来模制在结合表面中具有半圆形凹部的板，并且将这些板结合在一起以形成圆形的微型通道。或者，可通过在将要结合的两个合成树脂板中的至少一个的表面中进行微处理而形成所需形状的凹部，并且可将这些板结合在一起而形成微型通道。对于微型通道的形成有用的微处理手段的具体示例有端铣刀(endmill)、蚀刻法、YAG激光器和紫外线激光器等。
在微型通道形成于合成树脂板的表面中并且之后将两个合成树脂板的表面结合在一起的情况下，可采用各种已知方法，例如热熔合、通过粘合剂的粘合和超声波熔化结合。在丙烯酸树脂板的结合中，优选使用超声波熔化结合等，特别优选的是扩散结合。
每个一体式连接器由连接器主体和联接件构成，该连接器主体构成一体式连接器的基材，供给/排放管可通过所述联接件连接到连接器主体。
在本发明中，“供给/排放管”是指通过其向微型反应器主体供应(“导入”或“注入”的同义词)反应流体和从微型反应器主体排放(“回收”的同义词)反应流体的管(“导管”的同义词)。
虽然在本发明中使用的一体式连接器的连接器主体的材料可从玻璃、塑料(合成树脂)、金属等中自由选择，但优先选择透明塑料(合成树脂)。可通过机械加工或热塑性合成树脂的注模成型而进行连接器主体或联接件的加工或模制。
在本发明中，作为供给/排放管的材料，可使用玻璃、橡胶、塑料(合成树脂)、金属等。优选使用塑料(合成树脂)，并且可优先选择聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、硅树脂、氟树脂、它们的衍生物或共聚物等。为了提高耐用性或功能性，供给/排放管可具有多层结构，以便进行功能性分离。供给/排放管具有从几μm到几mm的内径。为了承受在供给/排放时的液体压力，供给/排放管的外径优选比内径大几百μm到几mm。
在一体式连接器中，优选地，联接件可安装到连接器主体并可从连接器主体拆卸。例如，在图1A至1C中，具有沿着中心轴线的通道的柱形联接件可通过布置在连接部分的外周上的螺丝头而旋入布置在连接器主体中的螺纹槽中。在需要时，在连接器主体与联接件之间可使用具有弹性的封闭件(O形环等)。在联接件的端部中布置用于连接供给/排放管的管连接部分。一体式连接器和联接件可构造成几个实施例。下面以示例的方式举例出与图1A至1C的实施例不同的实施例。
在本发明中，优选地，一体式连接器可拆卸地固定至微型反应器主体。
将一体式连接器固定至微型反应器主体的方式可为突出型、嵌入型和中间型中的任意一个。在突出型中，微型反应器主体具有矩形形状，并且一体式连接器从外部固定至微型反应器主体。与之对照，可使用嵌入型，在嵌入型中，将其上待固定一体式连接器的部分以凹进方式切除，并且将一体式连接器嵌入到所述部分中。或者，可采用居于突出型和嵌入型中间的局部嵌入型。
在微型反应器主体和每个一体式连接器之间的连接部分中，为了确保在微型通道中的平滑流体流动，一体式连接器优选布置成使得联接件的中心轴线与在微型反应器主体中的微型通道的一端中的微型通道的切线方向重合。如示例3所示，在半圆形微型通道的情况下，一体式连接器布置成使得微型通道的端部的切线方向与供给/排放管的方向重合。
优选地，由弹性件构成的环形封闭件11被夹在微型反应器主体2的微型通道的端部与一体式连接器5之间以确保密封封闭性能。用于封闭件的弹性件没有具体限定。弹性件的材料的示例为聚氨脂橡胶、硅橡胶(silicone rubber)和氟橡胶。
示例
(示例1)
如图1A至1C所示，两个矩形丙烯酸树脂板2A和2B(由NITTORESIN INDUSTRIES制造的KURALEX S：长度76mm×宽度100mm×高度8mm)彼此重叠。作为其上将要安装一体式连接器的安装部分，从包括重叠部分的树脂板的侧面部分的中央切除尺寸为长度16mm×宽度16mm×高度8mm的两个部分，从而形成两个相对的切除部分。然后，通过使用端铣刀在丙烯酸树脂板2A中线性地形成微型通道(宽度：500μm，深度：100μm)。之后，将丙烯酸树脂板2A和2B以扩散结合的方式超声波熔化结合在一起，从而生成在结合表面中具有微型通道的微型反应器主体。
为了将每个一体式连接器固定至微型反应器主体，在微型反应器主体的切除部分中的相应一个中，用钻在以微型通道的端部为中心的四个位置处钻孔，从而形成孔(Φ3mm)，然后攻螺纹。在用作一体式连接器的连接器主体的丙烯酸树脂块(长度16mm×宽度16mm×高度8mm)中，形成孔(Φ5mm×深度9mm)，然后攻螺纹，在该孔中将要装配用于连接供给/排放管的联接件。以该螺纹孔为中心，在连接器主体中通过使用端铣刀在微型反应器主体的螺纹孔的延长部分上形成四个通孔(Φ5mm)。通过固定螺钉将与联接件连接的一体式连接器经由O形环(外径：Φ3.5mm，内径：Φ1.0mm)固定至微型反应器主体。
将供给/排放管(外径：Φ3mm，内径：Φ2mm，材料：硅树脂)连接到微型反应器装置上，然后通过注射泵将调色剂分散液(liquid tonerdispersion)供给到该装置。稳定地进行八小时液体供给而未造成堵塞。
(示例2)
如图2A至2C所示，以与示例1相同的方式制成微型反应器装置，但是用于一体式连接器的两个安装部分没有被切除。因此，得到其中一体式连接器在从微型反应器主体12的侧面突出的同时进行安装的微型反应器装置。
操作性能与示例1相同。
(示例3)
如图3所示，半圆形微型通道21形成在微型反应器主体20中，并且一体式连接器5布置成使得通道端部的切线方向与供给/排放管的方向重合。在其他方面以与示例2相同的方式制成微型反应器装置。
操作性能与示例2相同。
(示例4)
供给/排放管31可插入并且固定到如图4A所示的联接件30中，并且同时穿过联接件的中心轴线。在直径小于圆形凸缘部分33的安装部分34的外周中，形成螺纹36使其与在如图4B所示的连接器主体32中形成的螺纹槽35对应，其中圆形凸缘部分33待抵靠连接器主体32的侧面。图4C示出了与联接件30连接的一体式连接器的示例。在其他方面以与示例2相同的方式制成微型反应器装置。
操作性能与示例2相同。
(示例5)
如图5所示，用于供给/排放管并且其中形成螺纹46的安装部分42布置在连接器主体41上而从连接器主体突出。辅助安装件44安装在供给/排放管的顶端部上，在该辅助安装件44中容纳环形密封件43并布置与螺纹46对应的螺纹槽47。供给/排放管安装成使得辅助安装件44围绕安装部分42的外周，并且供给/排放管45插入安装部分42。之后，辅助安装件44在使螺纹槽47沿着布置在安装部分42上的螺纹46转动的同时拧紧，从而通过布置在辅助安装件44中的环形密封件43而密封在供给/排放管45、安装部分42和辅助安装件44之间的间隙。在其他方面以与示例1相同的方式制成微型反应器装置。
操作性能与示例2相同。
(对比示例1)
如图6所示，使用与示例1中所用相同的矩形丙烯酸树脂板50A和50B，并且通过使用端铣刀在丙烯酸树脂板50A中形成与示例1中相同的微型通道(宽度：500μm，深度：100μm)。之后，通过扩散结合的方式将丙烯酸树脂板50A和50B熔化结合在一起，从而生成在结合表面中具有微型通道的微型反应器主体50。以微型通道的端部为中心，用钻钻出多个孔51(Φ5mm×深度9mm)，然后攻螺纹，联接件待装配在所述孔中。O形环被插入所述孔中，并且通过螺纹连接安装联接件。
为了检查性能，供应离子交换水，结果观察到正常流动。之后，通过注射泵供给调色剂分散液，并且出现堵塞。通过显微镜观察出现堵塞的位置，发现在钻孔中产生的屑进入通道。试图除去屑。然而未能除去屑。为了除去屑，使用超声波清洗机器。然而，还没有能够除去屑。
当通过注射泵供给调色剂分散液时，液体从联接件与螺纹部分之间的界面泄漏。当联接件被进一步紧固以防止出现泄漏时，结合部分剥落。

Claims (8)

1.一种微型反应器装置，该微型反应器装置包括：
微型反应器主体，该微型反应器主体包括第一和第二基材；
微型通道，该微型通道形成在所述微型反应器主体的内部；以及
多个一体式连接器，所述一体式连接器可拆卸地布置在所述微型反应器主体上，并且供应/排放管通过所述一体式连接器分别连接至所述微型通道的端部。
2.根据权利要求1所述的微型反应器装置，其中，
所述微型反应器主体具有通过将所述第一和第二基材的各自一个表面结合在一起而形成的结合表面，并且
所述微型通道形成在所述结合表面中。
3.根据权利要求1所述的微型反应器装置，其中，所述微型反应器主体具有在所述微型通道的所述端部处的切除部分。
4.根据权利要求1所述的微型反应器装置，其中，该微型反应器装置包括包含弹性件的封闭件，该封闭件安装在每个所述连接器的主体和所述微型反应器主体之间。
5.根据权利要求4所述的微型反应器装置，其中，所述第一和第二基材包含热塑性树脂。
6.根据权利要求1所述的微型反应器装置，其中，每个所述一体式连接器包括：
连接器主体；
联接件，该联接件固定至所述连接器主体，并且所述供给/排放管可连接到该联接件；以及
固定件，该固定件将所述连接器主体可拆卸地固定至所述微型反应器主体。
7.根据权利要求6所述的微型反应器装置，其中，所述联接件的中心轴线与所述微型通道的所述端部的一轴线重合，该轴线沿着垂直于所述端部的口径面的方向延伸通过所述口径面的轴心。
8.根据权利要求6所述的微型反应器装置，其中，通过使所述固定件与所述微型反应器主体的接合孔接合而将所述连接器主体固定至具有所述接合孔的所述微型反应器主体，所述接合孔设置在所述微型反应器主体的表面上的不包括所述微型反应器的所述端部在内的位置处。
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