DE602004009360T2

DE602004009360T2 - Vorrichtung zur Mischen von Fluiden

Info

Publication number: DE602004009360T2
Application number: DE602004009360T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Minami-Ashigara-shi Fujiwara; Mamoru Minami-Ashigara-shi Fujisawa
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: CN1550255A; CN101822952B; CN101822952A; US20040213083A1; EP1473077A2; DE602004009360D1; CN1550255B; JP4804718B2; EP1473077B1; US7549788B2; JP2004344877A; ATE375199T1; EP1473077A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidmischvorrichtung und ein Fluidmischsystem zum Mischen von zwei oder mehr einströmenden Fluiden oder zum Verursachen einer Reaktion zwischen diesen.
Beschreibung des Standes der Technik
In jüngerer Zeit hat als innovative Technik zum effizienteren und rascheren Bewirken einer Reaktion und einer Durchmischung eine chemische Reaktion Aufmerksamkeit erlangt, bei der Werkstoffe innerhalb einer kurzen Zeitspanne in Mikrokanälen zur Diffusion gebracht werden, ebenso ein exaktes Reaktions- und Mischsystem (ein Mikroreaktor) für chemische Lösungen und dergleichen unter Verwendung von Mikrokanälen, die durch Mikrofertigung wie beispielsweise Ätzen gebildet sind.
Beispielsweise ist in der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 00/62914 gemäß den 53 und 54 ein Mikroreaktor 600 zum Mischen zweier Arten von Lösungen offenbart. Kammförmige Mikrokanäle 604 mit einer Breite von 20 μm sind abwechselnd miteinander kämmend angeordnet und abwechselnde Fluide 1 und 2 strömen als laminare Strömungen. Eine Austragöffnung 608 besitzt eine Schlitzform mit einer Breite von 60 μm und ist entlang einer Richtung orthogonal zu den kammförmigen Mikrokanälen angeordnet. Das Fluid 1 und das Fluid 2 werden in abwechselnd angeordneten Bändern innerhalb der Austragöffnung gebildet und ausgetragen.
Weil allerdings nach der WO 00/62914 die Arten von strömungsfähigen Fluiden auf zwei beschränkt sind, müssen, um drei oder mehr Fluide zum Mischen oder zum Reagieren zu bringen, mehrere Vorrichtungen vorhanden sein, und dies führt zu folgenden Problemen: (1) die Struktur der Vorrichtung wird komplex und baulich umfangreich, die Ausrüstungskosten und Wartungskosten zum Reinigen und für andere Zwecke steigen; (2) man kann nicht gleichzeitig eine große Anzahl von Fluiden mischen, die Gestaltung des Reaktionssystems unterliegt erheblichen Beschränkungen (das heißt: es können nicht drei oder mehr Fluide gleichzeitig gemischt und miteinander zum chemischen Reagieren gebracht werden); (3) der Fertigungsprozess basiert auf dem Siliciumverarbeitungsverfahren, wie es bei der Halbleiterfertigung zum Einsatz kommt. Damit sind die einsetzbaren Werkstoffe begrenzt und Leistungsmerkmale wie beispielsweise Festigkeit oder chemische Beständigkeit verschlechtern sich.
Außerdem kann der Mikroreaktor 600 bei reaktiven Fluiden angewendet werden, und man kann ein Reaktionsprodukt S in wirksamer Weise dadurch gewinnen, dass man das Fluid 1 und das Fluid 2 zum Reagieren bringt. Weil allerdings das Reaktionsprodukt, welches in der Nähe der Innenwände des Schlitzes entsteht, an den Innenwänden haften bleibt, ergibt sich das Problem, dass die Fluide nicht störungsfrei strömen können. Außerdem steht zu befürchten, dass die Kanäle verstopfen. Als Gegenmaßnahme hierzu kommt in Betracht, die Innenwände des Schlitzes und dergleichen mit einer Spiegelpolierung zu versehen. Da allerdings die Kanäle miniaturisiert ausgebildet sind, wurden diese Maßnahmen bislang noch nicht in die Praxis umgesetzt.
Außerdem zeigt das US-Patent 5 534 328 gemäß 55 einen Mikroreaktor 610, der Laminier-Platten enthält, an denen Mikrokanäle ausgebildet sind. Die Mikrokanäle werden an den Platten mit guter Fertigungsausbeute hergestellt, und durch Stapeln der Platten lässt sich ein dreidimensionaler Mikroreaktor mit komplexem Aufbau herstellen.
Allerdings lassen sich Lücken, die an den miteinander verbundenen Flächen zwischen benachbarte Platten ebenso wenig verhindern wie Unebenheiten von Durchgangslöchern. Folglich entstand das Problem, dass Lücken und Ungleichmäßigkeiten zu einer turbulen ten Strömung führten. Weil außerdem das Reaktionsprodukt leicht an den Lücken und Abstufungen hängen bleibt, ergab sich das weitere Problem, dass die Kanäle möglicherweise verstopften.
Um diese Probleme zu lösen, ist nach der japanischen Patentanmeldung (JP-A) Nr. 2002-292274 gemäß den 56A bis 56C ein Mikroreaktor 620 mit Einführkanälen vorgesehen, die zu einem Hauptkanal vereint sind. Bei diesem Mikroreaktor 620 wird ein Fluid 2 daran gehindert, von dem Einleitkanal 624 in das durch den Hauptkanal 622 strömende Fluid 1 einzuströmen, so dass das Verstopfen der Mikrokanäle durch Haftenbleiben des Reaktionsprodukts an den Kanalwänden verringert wird.
Weil allerdings nach der JP-A- Nr. 2002-292274 der Mikroreaktor 620 dadurch gebildet ist, dass der Hauptkanal die Einführkanäle durchdringen kann, ist die Eignung für die Fertigung nicht besonders gut im Vergleich zu dem Mikroreaktor 610 nach dem US-Patent 5 534 328 , der von einem LIGA-Prozess und dergleichen Gebrauch macht. Im Fall der Massenproduktion des Mikroreaktors 620 wird also davon ausgegangen, dass es zu Schwierigkeiten bei der Fertigungszeit und den Fertigungskosten kommt. Bei dem LIGA-Verfahren handelt es sich um ein Fertigungsverfahren für Massenprodukte durch Spritzguss, nachdem eine Form aus Nickel oder dergleichen (Elektroform) hergestellt wurde mit Hilfe eines Masters, der durch ein Halbleiterfertigungsverfahren wie zum Beispiel Lithographie und Präzisionsätzen als Ursprungsform gefertigt wurde.
Weil es von Bedeutung für den Mikroreaktor ist, dass die Mikrokanäle in einem Mikroraum ausgebildet werden, lässt sich eine Zunahme der Ausbeute durch beträchtliche Vergrößerung der Vorrichtung nicht erwarten. Außerdem ist die aus jedem Mikroreaktor gewonnene Ausbeute eine minimale Menge. Eine Steigerung der Anzahl der Vorrichtungen wird also notwendig, um die Ausbeute zu steigern. Damit wird von einem Mikroreaktor gefordert, dass er sich gut zur Fertigung eignet, das heißt, dass er sich für die Massenproduktion mit geringem Kostenaufwand innerhalb kurzer Zeitspannen eignet.
In der US-Patentschrift 5 534 328 und der JP-A Nr. 2002-292274 lässt sich außerdem der dort beschriebene Mikroreaktor nicht in einfacher Weise in seine Bauteile zerlegen, so dass es zu Schwierigkeiten bei der Wartung der Vorrichtung und bei einem Austausch von Komponenten kommt.
Die DE-A-101 48 615 zeigt eine Fluidmischvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wie oben beschrieben wurde, wurde bislang noch kein Mikroreaktor realisiert, der sämtliche obigen Bedingungen (1) bis (4) erfüllt. Das heißt: (1) die Kanäle werden an einer Verstopfung durch das Reaktionsprodukt gehindert, indem die Kanalwand mit einem Fluid bedeckt wird; (2) die Fertigungsfähigkeit ist gut, und man kann eine gewünschte Ausbeute durch Steigerung der Anzahl von Vorrichtungen erreichen; (3) drei oder noch mehr Fluide lassen sich wirksam mischen oder zum Reagieren bringen; und (4) Wartungsarbeiten und dergleichen sind ohne Schwierigkeiten möglich.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eines der Hauptziele der Erfindung ist die Schaffung einer Fluidmischvorrichtung und eines Fluidmischsystems, die in der Lage sind, zu verhindern, dass Reaktionsprodukte an der Kanalwand haften bleiben, die sich billig durch Massenfertigung herstellen lassen, und die sich einfach warten lassen.
Ein erster Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Fluidmischvorrichtung zum Mischen verschiedener Arten von Fluiden gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Form der Ausströmöffnung des konzentrischen gleichrichtenden Teils ist keiner besonderen Beschränkung unterworfen. Der innerhalb des konzentrisch gleichrichtenden Teils gebildete Kanal ist häufig ein Mikrokanal, und zur Bildung des Mikrokanals kommen mikroelektrische Entladungsbearbeitung, ultrapräzises abtragendes Bearbeiten (Schneiden, Schleifen und dergleichen), Ätzen wie zum Beispiel das ICP und dergleichen in Betracht. Durch abtragendes Bearbeiten unter Verwendung derartiger Verarbeitungsverfahren lässt sich die Freiheit bei der Wahl der Werkstoffe der einzelnen Komponenten steigern. Außerdem können durch die durch das Bearbeitungsverfahren als Form gefertigte Platte Massenproduktionstechniken wie beispielsweise das LIGA-Verfahren, Spritzgießen, Heißprägen, Feinbearbeiten, Spritzguss und dergleichen angewendet werden.
Die Fluide, die in den konzentrisch gleichrichtenden Teil eingeströmt sind, strömen konzentrisch aus und strömen in den Fluidmischteil, um dort gemischt zu werden. Als Ergebnis der Mischung kann eine Reaktion zustande kommen.
Dabei wird durch Einstellung des Strömungsvolumens, des Strömungsdurchsatzes, der Fluidkonzentration und dergleichen der einzelnen Fluide, die in den konzentrisch gleichrichtenden Teil einströmen und diesen konzentrisch in Form einer laminaren Strömung verlassen können, eine chemische Reaktion unter exakter Steuerung durchlaufen. Beispielsweise lassen sich im Fall der Fertigung einer photoempfindlichen Emulsion als Reaktionsprodukt Partikeldurchmesser der Emulgierung und Diffusion leicht steuern. Um die Mischgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Reaktion zu erhöhen, können die Fluide als turbulente Strömung ausgelassen werden. Weil die Kanalwand von dem Fluid der äußersten Schicht, die in der laminaren Strömung ausströmt, geschützt wird, kann das Zustandekommen einer Verstopfung des Ausströmungskanals aufgrund des Klebens des Gemisches und des Reaktionsprodukts an der Kanalwand verhindert werden, und selbst wenn das Reaktionsprodukt ein Fluid mit starker korrosiver Beschaffenheit ist, kann die Kanalwand vor Korrosion geschützt werden.
Weil der konzentrisch gleichrichtende Teil und der Fluidmischteil separat ausgebildet sind und die eingeströmten Fluide als konzentrische Ströme entsprechend der Anzahl von Arten ausströmen können, kontaktiert der durch das Mischen in dem Fluidmischteil gebildete gemischte Strom kaum die erfindungsgemäße Kanalwand des konzentrisch gleichrichtenden Teils, in welchem häufig Mikrokanäle ausgebildet sind. Aus diesem Grund haftet ein innerhalb des gemischten Stroms leicht zustande gekommenes haftendes Material kaum an der Kanalwand im Inneren des konzentrisch gleichrichtenden Teils.
Außerdem lässt sich die Vorrichtung einfach mit einer solchen Konstruktion ausgestalten, dass eine große Vielfalt von Fluiden in einer mehrschichtigen Struktur ausströmen kann, und durch Wahl einer solchen Konstruktion lässt sich die Freiheit bei der Wahl der Mischbedingungen verbessern.
Im Rahmen der Erfindung besitzt der konzentrisch gleichrichtende Teil die Form einer Platte und enthält eine Mehrzahl von Ausströmkanälen, damit eine Anzahl von Fluiden in Form konzentrischer Strömungen durchströmen kann, wobei die Platte lösbar an dem Fluidmischteil angebracht ist.
Weil der konzentrisch gleichrichtende Teil und der Fluidmischteil lösbar voneinander montiert sind, lässt sich, wenn Arbeiten wie beispielsweise Wartungsarbeiten und Austauscharbeiten (im folgenden allgemein als Wartung bezeichnet) ausgeführt werden, dies durch bloßes Abnehmen einer Zielkomponente durchführen. Auf diese Weise wird die Wartung erheblich einfacher, der Zeitaufwand für die Wartung lässt sich drastisch verkürzen. Weil außerdem der konzentrisch gleichrichtende Teil die Form einer Platte aufweist, lässt er sich einfach an dem Fluidmischteil anbringen oder von diesem ablösen.
Im Rahmen der Erfindung kann ein Deckelteil, an welchem ein Einströmrohr angebracht ist, um das Fluid von dem Einströmrohr zu einer Einströmöffnung des konzentrisch gleichrichtenden Teils zu leiten, lösbar an einer Einströmöffnungsseite des konzentrisch gleichrichtenden Teils angebracht sein.
Hierdurch lässt sich der konzentrisch gleichrichtende Teil noch einfacher anbringen und ablösen.
Im Rahmen der Erfindung können Positionierlöcher in dem Deckelteil, dem konzentrisch gleichrichtenden Teil und dem Fluidmischteil ausgebildet sein, wobei die relativen Längen des Deckelteils, des konzentrisch gleichrichtenden Teils und des Fluidmischteils positioniert werden durch einen Positionierstift, der die Positionierlöcher durchdringt.
Hierdurch lassen sich das Positionieren des Deckelteils, das Positionieren des konzentrisch gleichrichtenden Teils und das Positionieren des Fluidmischteils in einfacher Weise vornehmen.
Erfindungsgemäß können an dem Deckelteil, dem konzentrisch gleichrichtenden Teil und dem Fluidmischteil Verrastungsteile ausgebildet sein, und die relativen Positionen des Deckelteils, des konzentrisch gleichrichtenden Teils und des Fluidmischteils können mit Hilfe der Verrastungsteile positioniert werden.
Hierdurch lässt sich das Positionieren des Deckelteils, des konzentrisch gleichrichtenden Teils und des Fluidmischteils in einfacher Weise vornehmen.
Erfindungsgemäß sind der konzentrisch gleichrichtende Teil und der Fluidmischteil durch Heiß-Direktbonden oder Kalt-Direktbonden miteinander verbunden. Hierdurch wird ein Befestigen durch Schrauben überflüssig.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Mikroreaktors.
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Mikroreaktors.
3 ist eine Grundriss-Schnittansicht des Aufbaus des Mikroreaktors.
4 ist eine teilperspektivische Ansicht, die die Einströmseite einer den Mikroreaktor bildenden Platte veranschaulicht.
5 ist eine teilperspektivische Ansicht, die die Ausströmseite der den Mikroreaktor bildenden Platte zeigt.
6 ist eine Teil-Frontansicht der Ausströmseite der den Mikroreaktor bildenden Platte.
7 ist eine teilperspektivische Ansicht, die die Form von Rippen der den Mikroreaktor bildenden Platte veranschaulicht.
8 ist eine teilperspektivische Ansicht, die die Form der Rippen der den Mikroreaktor bildenden Platte in einer modifizierten Version veranschaulicht.
9 ist eine Schnittansicht entsprechend einer Ebene durch die einander gegenüberliegenden Rippen, um das Konzept eines modifizierten Beispiels der Form der Ausströmkanäle zu veranschaulichen, die in der den Mikroreaktor bildenden Platte gebildet sind.
10 ist eine Schnittansicht entsprechend einer Ebene durch die einander gegenüberliegenden Rippen, um das Konzept der Form der Ausströmkanäle zu veranschaulichen, die in der den Mikroreaktor bildenden Platte ausgebildet sind.
11 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
12 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
13 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
14 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
15 ist eine Teil-Frontansicht, die die Ausströmseite einer Platte eines weiteren Mikroreaktors veranschaulicht.
16 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte eines weiteren Mikroreaktors.
17 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
18 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
19 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
20 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines weiteren Mikroreaktors zeigt.
21 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
22A und 22B sind eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors bzw. eine Perspektivansicht des Mikroreaktors in einem zusammengebauten Zustand.
23 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines weiteren Mikroreaktors.
24 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des Mikroreaktors.
25 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
26 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
27A ist eine perspektivische Ansicht einer Platte des Mikroreaktors bei Betrachtung von dessen Einströmseite her.
27B ist eine perspektivische Ansicht einer Platte des Mikroreaktors bei Betrachtung von dessen Ausströmseite her.
28 ist ein Strukturdiagramm eines Fluidmischsystems.
29 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte eines weiteren Mikroreaktors.
30 ist ein schematisches Diagramm, das die Prozedur zum Fertigen eines Mikroreaktors zeigt.
31 ist ein schematisches Diagramm, welches die Prozedur zur Fertigung eines weiteren Mikroreaktors zeigt.
32 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Basismoduls eines weiteren Mikroreaktors.
33 ist eine Teil-Frontansicht der Ausströmseite eines weiteren Mikroreaktors.
34 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines weiteren Mikroreaktors.
35 ist eine schematische Seiten-Schnittansicht, die zeigt, wie zwei Fluide in dem Mikroreaktor gemischt und separiert werden.
36 ist eine teilperspektivische Ansicht der Einströmseite einer ersten Platte, die den Mikroreaktor bildet.
37 ist eine teilperspektivische Ansicht der Einströmseite einer zweiten Platte, die den Mikroreaktor bildet.
38 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer abgewandelten Form des Mikroreaktors.
39 ist eine Querschnittansicht, die beispielhaft das Mischen und Trennen von zwei Flüssigkeitstypen in dem Mikroreaktor veranschaulicht.
40 ist eine teilperspektivische Ansicht der Einströmseite der zweiten Platte einer Abwandlung des Mikroreaktors.
41 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass der Mikroreaktor sich in der horizontalen Richtung erstreckt.
42 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass der Mikroreaktor sich in vertikaler Richtung erstreckt.
43 ist ein Diagramm eines weiteren Mikroreaktors.
44 ist ein Diagramm eines Moduls, das ein Beispiel des Mikroreaktors bildet.
45 ist ein Diagramm eines Moduls, welches ein Beispiel des Mikroreaktors bildet.
46 ist ein Diagramm, welches einen weiteren Mikroreaktor zeigt.
47 ist ein Diagramm, das ein erstes Deckelteil zeigt, welches den Mikroreaktor bildet.
48 ist ein Diagramm eines zweiten Deckelteils als Bestandteil des Mikroreaktors.
49 ist ein schematisches Diagramm, welches die Prozedur zur Fertigung eines weiteren Mikroreaktors veranschaulicht.
50 ist ein schematisches Diagramm der Prozedur zum Fertigen eines weiteren Mikroreaktors.
51 ist eine schematische Seiten-Schnittansicht, die zeigt, dass Trennung und Extraktion dadurch veranlasst werden, dass drei Fluide zum Reagieren miteinander in einem weiteren Mikroreaktor gebracht werden.
52 ist eine schematische Seiten-Schnittansicht, die zeigt, dass Trennen und Extrahieren dadurch vorgenommen werden, dass drei Fluide in einem weiteren Mikroreaktor zum Reagieren gebracht werden.
53 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Beispiels eines herkömmlichen Mikroreaktors.
54 ist eine Draufsicht, die eine Mikrokanalstruktur eines Beispiels des herkömmlichen Mikroreaktors veranschaulicht.
55 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines weiteren Beispiels des herkömmlichen Mikroreaktors veranschaulicht.
56A ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des herkömmlichen Mikroreaktors.
56B ist eine Seiten-Schnittansicht eines weiteren Beispiels für den herkömmlichen Mikroreaktor.
56C ist eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines noch weiteren Beispiels für den herkömmlichen Mikroreaktor.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele erläutert. Gleiche Komponenten wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform tragen gleiche Bezugszeichen, auf ihre nochmalige Beschreibung wird verzichtet.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, ist ein Mikroreaktor 10 gemäß der Ausführungsform eine Vorrichtung zum Veranlassen von drei Fluiden, miteinander zu reagieren, indem sie in eine konzentrisch laminare Strömung gebracht und gleichzeitig gemischt werden. Der Mikroreaktor 10 enthält eine Platte 12, ein Deckelteil 14 und ein Aufnahmeteil 16 auf der stromaufwärtigen bzw. der stromabwärtigen Seite der Platte 12, so dass die Platte 12 sandwichartig eingefasst wird.
Auf der stromaufwärtigen Seite des Deckelteils 14 sind Verbinder 20A bis 20C vorgesehen, an denen lösbar drei Einströmrohre 18A bis 18C angebracht sind. In der Platte 12 sind Mikrokanäle 24 ausgebildet, welche die Fluide dazu bringen, konzentrisch aus den Rohren 18A bis 18C auszuströmen. In dem Aufnahmeteil 16 ist ein Mischkanal 28 zum gleichzeitigen Mischen der drei von den Mikrokanälen 24 ausströmenden Fluide vorgesehen, so dass die Fluide gemischte Fluide bilden (ein Reaktionsprodukt), und auf der stromabwärtigen Seite des Aufnahmeteils 16 befindet sich ein Verbinder 32, an dem lösbar ein Ausströmrohr 30 angebracht ist.
Wie in 3 gezeigt ist, sind in dem Deckelteil 14 Deckelteil-Durchgangslöcher 14A bis 14C gebildet, in die die Fluide aus den Rohren 18A bis 18C strömen.
Wie in den 3 bis 6 zu sehen ist, ist in der Mitte der Platte 12 ein Plattendurchgangsloch 12A gebildet, welches mit dem Deckelteil-Durchgangsloch 14A kommuniziert. Der Innendurchmesser des Plattendurchgangslochs 12A ist derart gewählt, dass das Fluid in laminarer Strömung innerhalb des Plattendurchgangslochs 12A strömen kann (das heißt, die Reynolds-Zahl kann gleich oder kleiner als 2.320 sein). Außerdem sind das De ckelteil-Durchgangsloch 14A und das Plattendurchgangsloch 12A derart ausgebildet, dass sie den gleichen Durchmesser haben, demzufolge es zu keiner Stufe zwischen dem Deckelteil-Durchgangsloch 14A und dem Plattendurchgangsloch 12A kommt.
Darüber hinaus ist in der Platte 12 ein schlitzförmiges zylindrisches Durchgangsloch 12B in Form eines das Plattendurchgangsloch 12A umgebenden Schlitzes ausgebildet, ferner ein radialer Kanal 13B, der das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 12B und das Deckelteil-Durchgangsloch 14B miteinander verbindet. Die Kanal-Querschnittsfläche des radialen Kanals 13B ist so eingestellt, dass sie keinen Flaschenhals bildet.
Außerdem sind in der Platte 12 ein dicker und kurzer zylindrischer konkaver Teil 12C um das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 12B herum, ein Außenschicht-Durchgangsloch 11C, welches das Deckelteil-Durchgangsloch 14C verbindet, und ein radialer Kanal 13C (siehe 2), der das Außenschicht-Durchgangsloch 11C und den dicken und kurzen zylindrischen konkaven Teil 12C verbindet, ausgebildet. Der radiale Kanal 13C ist an einer im wesentlichen symmetrischen Stelle zu dem radialen Kanal 13B ausgebildet, und die Kanal-Querschnittsfläche des radialen Kanals 13C ist so eingestellt, dass sie keinen Flaschenhals bildet.
Das Plattendurchgangsloch 12A und das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 12B sind durch einen inneren Teilungswandplattenteil 38 unterteilt in eine dünne und kurze zylindrische Form, und das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 12B und der dicke und kurze zylindrische konkave Teil 12C sind von einem mittleren Unterteilungswand-Plattenteil 40 in eine dünne und kurze zylindrische Form aufgeteilt.
Die Platte 12 besitzt einen Kanalwand-Bildungsteil 41, der den Bodenteil des dicken und kurzen zylindrischen konkaven Teils 12C und die Kanalwand auf der äußeren Umfangsseite des schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 12B bildet, wobei der mittlere Unterteilungswand-Plattenteil 40 sich von der am weitesten innen gelegenen Seite des Kanalwand-Bildungsteils 41 entlang der Ausströmrichtung erstreckt.
Wie in 2 dargestellt ist, ist die Länge L einer Seite der Platte 12 länger als das 1,5-Fache des Außendurchmessers D des dicken und kurzen zylindrischen konkaven Teils 12C. Wenn L kürzer als jener Wert ist, ist die Bildung der Mikrokanäle 24 durch spanabhebende Bearbeitung nicht einfach. Die Platte 12 kann hergestellt werden durch Bonden von zwei Plattenteilen nach deren Bearbeitung, oder durch spanabhebende Bearbeitung eines Plattenteils.
Wie in 3 gezeigt ist, ist der oben beschriebene Mischkanal 28 in dem Aufnahmeteil 16 gebildet, und die aus dem dicken und kurzen zylindrischen konkaven Teil 12C, dem schlitzförmigen zylindrischen Durchgangsloch 12B und dem Plattendurchgangsloch 12A ausströmenden Fluide werden in dem Mischkanal 28 gemischt und zum gegenseitigen Reagieren gebracht. Außerdem ist auf der stromaufwärtigen Seite des Aufnahmeteils 16 ein ringförmiger erhabener Teil 17 gebildet, der beim Zusammenbau des Mikroreaktors 10 in den dicken und kurzen zylindrischen konkaven Teil 12C eintritt, um zwischen dem mittleren Unterteilungswand-Plattenteil 40 und sich selbst einen ringschlitzförmigen Außenschichtkanal 15C zu bilden.
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, sind in dem schlitzförmigen zylindrischen Durchgangsloch 12B mehrere Rippen 42 angeordnet, die von dem inneren Unterteilungswand-Plattenteil 38 und dem Kanalwand-Bildungsteil 41 weggehen. Diese Rippen 42 sind derart angeordnet, dass die Abstände zwischen ihnen nahezu gleichförmig sind, während der Raum vermieden wird, in welchem die radialen Kanäle 13B und 13C ausgebildet sind, wie in 6 gezeigt ist. Weiterhin befindet sich die Rippe 42 nicht in der Nähe der Ausströmöffnung des schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 12B, damit die Fluide in Form einer laminaren Strömung in kreisförmiger Rohrform strömen können.
Durch den oben beschriebenen Aufbau strömen die durch den Außenschichtkanal 15C, das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 12B und das Plattendurchgangsloch 12A strömenden Fluide in gleicher Richtung in laminarer Strömung. Deshalb bilden diese drei Kanäle Hochlaufabschnitte für die jeweiligen Fluide.
Man beachte, dass für den Fall, dass der Strömungsdurchsatz des durch den Mikroreaktor strömenden Fluids gering ist, für die Praxis keine Probleme entstehen, wenn die Rippe 42 bis zu der rückseitigen Fläche der Platte 12 reicht. Außerdem können eine Rippe 44 mit einer in Stromabwärtsrichtung zulaufenden Ende gemäß 8 und einer Rippe mit einer stromlinienförmigen stromabwärtigen Seite vorgesehen sein, so dass hierdurch der Strom der durch das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 12B strömenden Fluide eine laminare Strömung in kurzer Zeit einnehmen kann.
Außerdem kann gemäß 9 ein schlitzförmiges zylindrisches Durchgangsloch 62B sowie ein dicker und kurzer zylindrischer konkaver Teil 62C, welcher derart verjüngt ist, dass sich die Öffnungen von der stromaufwärtigen Seite allmählich zur stromabwärtigen Seite der Strömung hin erweitern, vorgesehen sein. Hierdurch lässt sich ein Gleichrichteffekt erzielen. Außerdem bildet ein solcher sich verjüngender Bereich eine sogenannte Entformungsschräge, und die Platte 12 lässt sich durch Spritzguss als Massenartikel herstellen, was eine hocheffiziente Fertigung bedeutet.
Im Fall des Einsatzes eines spanabhebenden Verfahrens, welches keinen Entformungswinkel erfordert, wie es zum Beispiel beim Heißprägeverfahren oder bei einem Zerspanungsverfahren der Fall ist, bei dem eine sich verjüngende Formbildung schwierig zu erreichen ist, so zum Beispiel beim Präzisionsstanzverfahren, kann der Verjüngungswinkel 0° betragen (das heißt es ist keine Verjüngungs-Formbildung erforderlich), wie dies in den 3 und 10 gezeigt ist. Im Vergleich zu der sich verjüngenden Form ist es hierbei häufig erforderlich, dass die Fertigungsbedingungen im Einsatz der Vorrichtung eingerichtet werden unter Berücksichtigung von Bedingungen wie beispielsweise Strömungsdurchsatz, Fluid-Viskosität und dergleichen, um die laminare Strömung zu erreichen.
Wie in 2 gezeigt ist, sind im Inneren des Deckelteils 14 zwei Eingriffsstäbe 46 und 48 vorgesehen, die sich von der oberen Mitte und der unteren Mitte des Deckelteils 14 aus erstrecken, während in der Platte 12 Eingriffslöcher 47 und 49 vorgesehen sind, in die die Eingriffsstäbe 46 bzw. 48 eintreten. Durch das Eintreten der Eingriffsstäbe 46 und 48 in die Eingriffslöcher 47 und 49 werden die relativen Positionen zwischen dem Deckelteil 14 und der Platte 12 festgelegt. Die Eingriffsstäbe 46 und 48 besitzen voneinander verschiedene Durchmesser, und ebenso haben die Eingriffslöcher 47 und 49 unterschiedliche Durchmesser, so dass verhindert wird, dass das Deckelteil 14 gegenüber der Platte 12 im nicht-aufrechten Zustand montiert wird.
In vier Ecken des Aufnahmeteils 16 befinden sich Durchgangslöcher 54, in welche Kupplungsbolzen 52 eingeführt werden. In ähnlicher Weise befinden sich in vier Ecken der Platte 21 und in vier Ecken des Deckelteils 14 Durchgangslöcher 56 bzw. Durchgangslöcher 58.
Als Beispiel für die Abmessungen beträgt gemäß 3 der Durchmesser d des Plattendurchgangslochs 12A 500 μmϕ, die Kanalbreite (Spalte) W des schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 12B beträgt 100 μm, die Dicke T der Platte 12 beträgt 600 μm, und die Dicke t der Rippe 42 (vergleiche 7) beträgt 100 μm. Damit die drei Fluide in einer konzentrischen laminaren Strömung aus der Platte 12 ausströmen können, können die oben angegebenen Abmessungen geändert werden, falls die Reynolds-Zahl gleich oder kleiner ist als die kritische Reynolds-Zahl (im Fall eines kreisförmigen Rohrs 2.320).
Man beachte, dass, weil die Diffusionsgeschwindigkeit der zum Reagieren zu bringenden Werkstoffe normalerweise nicht zu hoch ist, gilt: je größer die Durchmesser des Plattendurchgangslochs 12A, des schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 12B und des dicken und kurzen zylindrischen konkaven Teils 12C, desto länger ist die benötigte Reaktionszeit. Dies berücksichtend, werden diese Durchmesser in einigen Fällen auf gleich oder weniger als 1 mmϕ eingestellt. Berücksichtigt man weiter die Einschränkungen der zerspanenden Bearbeitung, die Beziehung zwischen Strömungswiderstand des Strömungsfluids und der Ausbeute und dergleichen, so werden diese Durchmesser in einigen Fällen auf gleich oder größer 1 μm eingestellt.
Als Werkstoffe der Bauelemente des Mikroreaktors 10 werden Teile aus SUS (Edelstahl) häufig durch mikroelektrische Entladung zur Bildung von Mikrokanälen bearbeitet, um die Festigkeit zu verbessern, die Korrosion einzudämmen und die Fluidität zu steigern.

Grundwerkstoffe mit den in Tabelle 1 angegebenen Qualitätswerten lassen sich durch die jeweils angegebenen Zerspanungsverfahren bearbeiten, um die Bauteile des Mikroreaktors 10 zu bilden, so dass eine große Vielfalt von Werkstoffen mit einer großen Vielfalt von Bearbeitungsverfahren zur Bildung der Komponenten bearbeitet werden kann. Tabelle 1

Klassifizierung der be-arbeiteten Werkstoffe	Qualität der bearbeiteten Werkstoffe	Haupt-Bearbeitungsverfahren
Metall, Legierung	Ni, Al, Cu, Ag, Au, Pt, Ta, T, SUS, Ni-Fe, Au-Pt	Ultragenaues Zerspanen, mikroelektrisches Entladungsbearbeiten, Trockenätzen (ICP etc.), Feinschneiden (Stanzen), Wasserstrahlen, Laserverarbeiten, Sandstrahlen, Nassätzen, Präzisionsformen
Leitende Keramiken	SiC	Ultragenaues Zerspanen, mikroelektrisches Entladungsbearbeiten, Trockenätzen (ICP etc.), Feinschneiden (Stanzen), Wasserstrahlen, Laserverarbeiten, Sandstrahlen, Nassätzen, Präzisionsformen und Sintern
Keramiken	Glass, Al₂O₃	Ultrapräzises Zerspanen, Trockenätzen, Heißprägen, Wasserstrahlen, Laserverarbeiten, Sandstrahlen, Nassätzen, Präzisionsformen und Sintern
Harz	Acryl, PP, PE	Spritzgießen, ultrapräzises Zerspanen, Heißprägen, Trockenätzen, Wasserstrahlen, Laserbearbeiten, Sandstrahlen, Nassätzen

Weiterhin lassen sich die Korrosionsbeständigkeit und die Fluidität dadurch verbessern, dass eine Oberflächen-Modifizierungsbehandlung vorgenommen wird, beispielsweise in Form des Plasma-CVD-Verfahrens, um auf den Oberflächen der Komponenten des Mikroreaktors 10 einen Film aus SiN₄, SiN₂ und Al₂O₃ zu bilden.
Wie im folgenden ausgeführt werden wird, wird im Betrieb des Mikroreaktors 10 durch das gleichzeitige Mischen von drei Fluiden einer Silbernitratlösung (AgNO₃-Lösung), einer Gelatinelösung und einer Haloidsalzlösung (zum Beispiel einer XCl-Lösung, wobei X entsprechend der erwünschten Reaktion ausgewählt wird) eine photoempfindliche Emulsion gebildet.
Bei dieser Ausführungsform werden die Silbernitratlösung P und die Haloidsalzlösung R derart zubereitet, dass die Reaktion bei einer 1:1-Volumenumwandlung erfolgt. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung so ausgestaltet, dass die Reaktion der Silbernitratlösung P und der Haloidsalzlösung R in einer laminaren Strömung innerhalb der Mikrokanäle 28 vervollständigt wird durch die Gelatinelösung Q mit dem gleichen Strömungsdurchsatz innerhalb der gleichen Zeit, indem die Querschnittsfläche auf der Oberfläche orthogonal zur Strömungsrichtung in dem Plattendurchgangsloch 12A und die Querschnittsfläche auf der Oberfläche orthogonal zur Strömungsrichtung in dem Außenschichtkanal 15C auf 1:1 eingestellt wird.
Für den Fall, dass zwischen den Strömungsdurchsätzen der Silbernitratlösung P und der Haloidsalzlösung R aufgrund des Einflusses der Fluid-Viskosität, der zwischen der Haloidsalzlösung R und dem Mischkanal 28 und der Innenwand des Rohrs 30 ein Scherwiderstand zustande kommt, werden die Reaktionsbedingungen innerhalb der Gelatinelösung Q optimiert durch Einstellen von Konzentration und Druck.
Bei dieser Ausführungsform werden die Silbernitratlösung P, die Gelatinelösung Q und die Haloidsalzlösung R durch die Rohre 18A, 18B und 18C geleitet.
Im Ergebnis strömt die Silbernitratlösung P über das Deckelteil-Durchgangsloch 14A in das Plattendurchgangsloch 12A, die Gelatinelösung Q strömt durch das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 12B im Anschluss an das Deckelteil-Durchgangsloch 14B und den radialen Kanal 13B, und die Haloidsalzlösung R strömt über das Deckelteil-Durchgangsloch 14C, das Außenschicht-Durchgangsloch 11C und den radialen Kanal 13C in den Außenschichtkanal 15C.
Auf der stromabwärtigen Seite der Platte 12 strömt folglich die Silbernitratlösung P aus dem Plattendurchgangsloch 12A, die Gelatinelösung Q strömt aus dem schlitzförmigen zylindrischen Durchgangsloch 12B, und die Haloidsalzlösung R strömt aus dem Außenschichtkanal 12C, und anschließend strömen die Fluide in den Mischkanal 28 des Aufnahmeteils 16 in einen Zustand, in welchem die am weitesten innen befindliche Schicht eine Silbernitratlösungsschicht P1 ist, eine Zwischenschicht eine Gelatinelösungsschicht Q1 ist, und die am weitesten außen befindliche Schicht eine Haloidsalzlösungsschicht R1 ist.
In dem Ablauf beim Durchströmen des Mischkanals 28 und des Rohrs 30 werden die Silbernitratlösung P und die Haloidsalzlösung R in der Gelatinelösungsschicht Q1 diffundiert und reagieren dort, und demzufolge wird als Reaktionsprodukt eine photoempfindliche Emulsion synthetisiert.
Wie oben beschrieben wurde, lässt sich, weil die Haloidsalzlösung R und die Silbernitratlösung P gleichzeitig diffundiert werden und von außen nach innen in die Gelatinelösungsschicht Q1 diffundieren, die in den Mischkanal 28 strömt, um in laminarem Zustand durch das Rohr 30 zu strömen, die Zeit bis zum Ende der Reaktion (Durchmischung) drastisch verkürzen. Weil außerdem die Haloidsalzlösungsschicht R1 in laminarem Strömungszustand außerhalb der Gelatinelösung strömt, kann verhindert werden, dass die photoempfindliche Emulsion S als Reaktionsprodukt an der Kanalwand des Mischkanals 28 haften bleibt.
Obschon es einige Stufen sowohl an der Anschlussöffnung zwischen dem Mischkanal 28 und dem Verbinder 32 als auch der Verbindungsöffnung zwischen dem Verbinder 32 und dem Rohr 27 gibt, behält die Gelatinelösungsschicht Q1 als Reaktionsschicht ihren laminaren Strömungszustand bei (siehe 3), weil die Haloidsalzlösung R an den Stufen Reservoir bildet.
Aus dem gleichen Grund wird die Gelatinelösungsschicht Q1 als Reaktionsschicht in dem laminaren Strömungszustand gehalten, ohne dass es eine Verspiegelung der Bearbeitungsfläche der Mikrokanäle gibt, weil die Haloidsalzlösung R in den mikrokonvexen Bereichen der Kanalwand Reservoire bildet. Außerdem kann ein Kanalverstopfung durch die photoempfindliche Emulsion S als Reaktionsprodukt, welches an der rauen Innenfläche des Kanals haften bleibt, verhindert werden.
Wie oben beschrieben wurde, sind das Deckelteil 14, die Platte 12 und das Aufnahmeteil 16 modular aufgebaut, sämtliche Teile sind lösbar voneinander an dem Mikroreaktor 10 angebracht. Bei Wartungsarbeiten braucht also lediglich das zu wartende Teil, also der Deckelteil 14, die Platte 12 oder das Aufnahmeteil 16 abgelöst und gewartet werden, so dass der Wartungsvorgang deutlich einfacher und weniger zeitraubend ist. Dieser Vorteil ist nicht auf Wartungsarbeiten beschränkt, sondern gilt auch für den Austausch von Komponenten.
Weil außerdem die drei Fluide konzentrisch ausströmen können und in dem Mischkanal 28 vermischt werden, anstatt direkt an der Ausströmöffnung der Platte vermischt zu werden, kann verhindert werden, dass sich verfestigtes Material des Reaktionsprodukts an der Ausströmöffnung der Platte 12 festsetzt.
Weil außerdem der Aufbau der Mikrokanäle 24 eine Struktur aufweist, bei der die Platte 12 durch ein einziges Teil gebildet werden kann, lässt sich die Platte 12 einfach fertigen.
Weil außerdem die Haloidsalzlösungsschicht R1 in laminarem Zustand in die am weitesten außen befindliche Schicht einströmen kann, lässt sich verhindern, dass die photoemp findliche Emulsion S als Reaktionsprodukt an der Kanalwand innerhalb des Mischkanals 28 haften bleibt.
Wie in 11 gezeigt ist, enthält ein Mikroreaktor 70 ein Deckelteil 74 mit einem zylindrischen Kernmaterial 72, welches in das Plattendurchgangsloch 12A eintritt, wobei das Deckelteil das Deckelteil 14 (siehe 1 und 2) ersetzt. Durch das Kernmaterial 72 und den inneren Trennwand-Plattenteil 38 wird ein Ringkanal gebildet.
Durch Einstellen des Durchmessers des Kernmaterials 72 nach einer Vorjustierung lässt sich der Fluidwiderstand, dem die äußerste Schicht (beispielsweise die Haloidsalzlösungsschicht), die in den Mischkanal 28 (siehe 3) einströmt, von der Kanalwand ausgesetzt ist, sowie der Fluidwiderstand, dem die innerste Schicht (zum Beispiel die Silbernitratlösungsschicht) von der Kanalwand (der Kernmaterialoberfläche) ausgesetzt ist, ausgleichen. Weil außerdem die Breite der innersten Schicht (das heißt die Kanalbreite, gebildet durch das Kernmaterial 72 und den inneren Trennwand-Plattenteil 38 (siehe 3)) auch dann schmaler gestaltet werden, wenn die Durchmesser des schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 12B und des Mischkanals 28 (siehe jeweils 3) größer sind, schmaler gemacht werden, und man kann einen groß bemessenen Mikroreaktor von gleich oder größer 1 mmϕ realisieren. Weil die Fläche der Berührungsstelle zwischen den Fluiden vergrößert werden kann, lässt sich die Ausbeute für jeweils einen Mikroreaktor drastisch steigern.
Wie in 12 gezeigt ist, ist ein Mikroreaktor 80 ein Beispiel, bei dem der Verbinder 20C an einem Aufnahmeteil 86 vorgesehen ist, welches die Platte 12 zwischen dem Deckelteil 14 und sich selbst einschließt, wobei das Rohr 18C an den Verbinder 20C angeschlossen ist.
Wenn das Rohr 30 ein Heizmedium durchleiten kann, beispielsweise in Form eines Heißwasserbads zur Temperatursteuerung zwecks Beschleunigung der Reaktion, so ist der Verbinder 20C häufig auf der gleichen Seite angeordnet, an der sich die Verbinder 20A und 20B (siehe 1) befinden. Wenn allerdings das Rohr 30 das Heizmedium nicht durchlassen muss, so ist diese Ausführungsform wirksam als Maßnahme zur Erhöhung der Freiheit bei der Anordnung des Rohrs 18C. Das Außenschicht-Durchgangsloch 11C (siehe 1 und 3) bei der ersten Ausführungsform wird in dem Aufnahmeteil 86 anstatt in dem Deckelteil 14 ausgebildet.
Wie in 13 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Mikroreaktor in Form des Mikrokanals 94 in der Platte 92, die durch das Deckelteil 14 und das Aufnahmeteil 16 (vergleiche 1 bis 3) eingefasst wird, wobei die Mikrokanäle 94 eine Rechteckform bei Betrachtung von der Ausströmseite und der Einströmseite der Platte 92 aufweisen.
Das heißt: sowohl ein mittlerer Trennwand-Plattenteil 100, der das Fluid in der äußersten Schicht (beispielsweise die Haloidsalzlösung) und das Fluid in der Zwischenschicht (zum Beispiel die Gelatinelösung) auftrennt, als auch ein innerer Trennwand-Plattenteil 98, der das Fluid in der Zwischenschicht und das Fluid in der innersten Schicht (zum Beispiel die Silbernitratlösung) trennt, besitzen bei Betrachtung von der Ausströmseite der Platte 92 her Rechteckformen. Dementsprechend besitzt auch der (nicht gezeigte) Mischkanal des Aufnahmeteils Rechteckform.
Weiterhin sind auf der Außenumfangsseite des mittleren Trennwand-Plattenteils 100 Verstärkungsrippen 102 zum Verstärken der flachen Bereiche des mittleren Trennwand-Plattenteils 100 vorgesehen, wodurch die flachen Bereiche des mittleren Trennwand-Plattenteils 100 verstärkt werden. Man beachte, dass selbst dann, wenn der mittlere Trennwand-Plattenteil 100 eine zylindrische Form bei Betrachtung von der Ausströmseite der Platte 92 her besitzt, die Verstärkungsrippe 102 wirksam ist bei der Steigerung der Festigkeit.
Die äußere Form des in der Platte ausgebildeten Mikrokanals lässt sich beliebig festlegen.
Wie in 14 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Mikroreaktor in der Form der Mikrokanäle 114, die in einer Platte 112 ausgebildet sind, sowie darin, dass der Mikrokanal 114 eine Zickzackform (zum Beispiel eine Sternform oder die Form eines Zeigers) aufweist, betrachtet von der Ausströmseite und der Einströmseite der Platte 112.
Das heißt: sowohl ein mittlerer Trennwand-Plattenteil 120, der das Fluid in der äußersten Schicht (beispielsweise die Haloidsalzlösung) und das Fluid in der Zwischenschicht (zum Beispiel die Gelatinelösung) trennt, als auch ein innerer Trennwand-Plattenteil 118, der das Fluid in der Zwischenschicht und das Fluid in der innersten Schicht (zum Beispiel die Silbernitratlösung) trennt, besitzt Zickzackform bei Betrachtung von der Ausströmseite der Platte 112. Dementsprechend besitzt der (nicht gezeigte) Mischkanal des Aufnahmeteils Zickzackform. Um einen derartigen Kanal durch Zerspanen auszuformen, kann von der verfügbaren mikroelektrischen Entladungsbearbeitungstechnik Gebrauch gemacht werden.
Weil die Fläche des Kontaktbereichs zwischen den Fluiden vergrößert werden kann, verkürzt sich die Reaktionszeit, und die Ausbeute pro Mikroreaktor lässt sich drastisch steigern.
Wie in 15 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Mikroreaktor in der Form der in einer Platte 122 ausgebildeten Mikrokanäle 124 sowie darin, dass nur ein innerer Trennwand-Plattenteil 128 mit Zickzackform bei Betrachtung von der Ausströmseite ausgebildet ist, und der mittlere Trennwand-Plattenteil 40 in üblicher Weise zylindrische Form hat. Man beachte, dass gleiche Rippen 42 vorhanden sind.
Für den Fall, dass eine laminare Strömung erzeugt wird, damit die Querschnittsflächen der jeweiligen Fluidschichten gleichmäßig sind, ist die Grenzfläche (Kontaktfläche) des in der innersten Schicht strömenden Fluids (das ist das Fluid in dem zentralen Kanal) mit dem in der Zwischenschicht strömenden Fluid kleiner als die Grenzfläche des in der äußersten Schicht strömenden Fluids. Weil die Diffusionsrate aus dem in dem Innenschicht-Zentralkanal strömenden Fluids zu dem Fluid, welches in der Zwischenschicht strömt, kleiner wird als die Diffusionsrate aus dem in der Außenschicht strömenden Fluid in das in der Zwischenschicht strömenden Fluid, versteht sich also, dass die Situation, in der die Zeit bis zum Abschluss der Reaktion länger wird, vermieden werden kann. Nur der innere Trennwand-Plattenteil 128 hat Zickzackform, der mittlere Trennwand-Plattenteil 40 hat die gleiche zylindrische Form wie der herkömmliche Plattenteil, so dass die Grenzfläche zwischen der Innenumfangsseite und der Außenumfangsseite der Zwischenschicht gleich groß gemacht werden kann, das heißt, die Diffusionsrate kann zwischen diesen Bereichen ausgeglichen werden, wodurch die Reaktionszeit verkürzt werden kann.
Wie in 16 zu sehen ist, besitzt ein Mikroreaktor einen inneren Trennwand-Plattenteil 138 in einer Platte 132 zum Trennen der innersten Schicht und der Zwischenschicht eine Zickzackform. Allerdings besitzt der Außenumfang des mittleren Trennwand-Plattenteils 1340, der die äußerste Schicht von der Zwischenschicht trennt, das heißt der Innenumfang des Außenschichtkanals, einen kreisförmigen Querschnitt, und der Außenumfang des Außenschichtkanals besitzt ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt. Aus diesem Grund hat die äußerste Schicht bei Betrachtung von der Ausströmseite die Form eines Rings und ist laminar.
Bei dieser Ausführungsform sind sowohl das Fluid der innersten Schicht als auch das Fluid der Zwischenschicht mit Absicht in einen Zustand gebracht, in welchem die Fluide unter Bedingungen strömen, welche die kritische Reynolds-Zahl übersteigen, so dass eine turbulente Strömung entsteht. Hierdurch schreitet die Reaktion zwischen dem Fluid der innersten Schicht und dem Fluid der Zwischenschicht rasch voran und ist innerhalb einer kurzen Zeitspanne abgeschlossen. Selbst wenn das Reaktionsprodukt ein aktives Mittel oder eine stark korrosive Substanz ist, lässt sich die Außenkanalwand des Kanals der äußersten Schicht gegen das Reaktionsprodukt durch das Fluid der äußersten Schicht schützen.
Wie in 17 gezeigt ist, sind in einem Mikroreaktor 150 eine Düsenplatte 152, in der Düsen 151 zum Erzeugen einer turbulenten Strömung ausgebildet sind, lösbar zwischen de Platte 12 und dem Aufnahmeteil 16 angeordnet.
Damit besitzt das zwischen dem Deckelteil 14 und dem Aufnahmeteil 16 eingefasste Plattenteil eine mehrlagige Struktur, so dass der Austausch der Düsenplatte 152 vereinfacht ist und dementsprechend ein Mikroreaktor realisiert werden kann, der in der Lage ist, in flexibler Weise eine große Vielfalt von Fluiden zu verarbeiten, ohne dass die teure Platte 12 mit den Mikrokanälen ausgetauscht wird.
Die Düsenplatte 152 kann hergestellt werden durch spanabhebende Bearbeitung bei einer großen Vielfalt von Werkstoffen mit einer großen Vielfalt von Bearbeitungsverfahren, wie sie ebenso für die Platte 12 in der Tabelle 1 angegeben sind.
Wie in 18 gezeigt ist, ist in einem Mikroreaktor 160 die Vorrichtung vereinfacht durch Bilden einer konzentrisch laminaren Strömung aus zwei Schichten, wobei die beiden Schichtfluide chemisch miteinander reagieren oder vermischt werden können.
Die in einem Deckelteil 164 des Mikroreaktors 160 vorgesehenen Verbinder sind zwei Verbinder in Form des Verbinders 20A, an den das Rohr 18A angeschlossen ist, und des Verbinders 20B, an den das Rohr 18B angeschlossen ist, während der Verbinder 20C fehlt. Außerdem besitzt die Platte 162 keinen äußersten Kanal, im Gegensatz zu der Platte 12 (vergleiche 1 bis 3). Außerdem besitzt ein Aufnahmeteil 166 keinen erhabenen Bereich 17 (siehe 1).
Bei dieser Ausführungsform wird ein Mikroreaktor realisiert, der eine weiter vereinfachte Vorrichtung darstellt. Darüber hinaus lässt sich durch Laminieren der Platten, in denen Mikrokanäle ausgebildet sind, das heißt durch Schaffung mehrerer Platten zwischen dem Deckelteil 164 und dem Aufnahmeteil 166, eine mehrschichtige konzentrische laminare Strömung erzeugen.
Wie in 19 gezeigt ist, sind in einem Mikroreaktor 170 Platten mit darin ausgebildeten Mikrokanälen in einer geschichteten Struktur vorgesehen.
Der Mikroreaktor 170 enthält ein Deckelteil 174, eine erste Platte 178, eine Trennplatte 179 und eine zweite Platte 180 (vergleiche auch die 1 und 2), die sequentiell von der Seite des Deckelteils 174 gestapelt sind, und ein Aufnahmeteil 186 (vergleiche auch die 1 und 2).
In dem Deckelteil 174 ist im Gegensatz zu dem Deckelteil 14 (siehe 2) ein weiteres Deckelteil-Durchgangsloch 174D gebildet, und mit diesem ist ebenso wie mit den Deckelteil-Durchgangslöchern 14A bis 14C ein Verbinder sowie ein Rohr gekoppelt.
In der ersten Platte 178 sind ein erstes Plattendurchgangsloch 178A in Verbindung mit dem Deckelteil-Durchgangsloch 14A und ein schlitzförmiges zylindrisches Durchgangsloch 178D, welches um das erste Plattendurchgangsloch 178A herum ausgebildet ist, sowie ein radialer Kanal 177D in Verbindung mit dem Deckelteil-Durchgangsloch 174D und das schlitzförmige zylindrische Durchgangsloch 178D ausgebildet. Weiterhin sind in der ersten Platte 178 ein erstes Plattendurchgangsloch 178B in Verbindung mit dem Deckelteil-Durchgangsloch 14B und ein erstes Plattendurchgangsloch 178C in Verbindung mit dem Deckelteil-Durchgangsloch 14C ausgebildet. Durch diesen Aufbau strömt das aus dem schlitzförmigen zylindrischen Durchgangsloch 178D ausströmende Fluid als laminare Strömung in einem Zustand aus, welcher die Umgebung des in laminarer Strömung aus dem ersten Plattendurchgangsloch 178A ausströmenden Fluids abdeckt.
Die Trennplatte 179 besitzt einen ersten Mischkanal 188, in welchem das aus dem ersten Plattendurchgangsloch 178A ausströmende Fluid und das aus dem schlitzförmigen zylindrischen Durchgangsloch 178D ausströmende Fluid vermischt werden. Außerdem sind in der Trennplatte 179 ein Trennplatten-Durchgangsloch 179B zum Ausströmen-Lassen von Fluid aus dem Plattendurchgangsloch 178B zum Durchgang durch das Trennplatten-Durchgangsloch 179C ausgebildet, wodurch Fluid aus dem ersten Plattendurchgangsloch 178C ausströmen kann.
Der Aufbau der zweiten Platte 180 ist der gleiche wie der der Platte 12 (siehe 1 bis 3), nur dass der Durchmesser eines zweiten Plattendurchgangslochs 182 in der Mitte der Platte und eines das zweite Plattendurchgangsloch 182 umgebenden schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 184 etwas größer sind, entsprechend der Form des ersten Mischkanals 188.
Der Aufbau des Aufnahmeteils 186 ist ebenfalls der gleiche wie der des Aufnahmeteils (siehe 1 bis 3), nur dass der Durchmesser eines (nicht gezeigten) Mischkanals etwas größer gewählt ist entsprechend der Form des schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 184.
Bei dieser Ausführungsform lassen sich vier Fluide dadurch mischen, dass eine vierschichtige konzentrische laminare Strömung ausströmen kann.
Wie in 20 gezeigt ist, ist ein Mikroreaktor 190 eine Vorrichtung, in der zwei Mikroreaktoren 10X und 10Y gleichen Aufbaus seriell an ein Rohr 198 angeschlossen sind.
Hierdurch lassen sich fünf Fluide dadurch mischen, dass die Fluide in einem konzentrisch laminaren Strom aus fünf Schichten ausströmen können und miteinander zur Reaktion kommen. Darüber hinaus sind Mikroreaktoren gleichen Aufbaus in Serie geschaltet, wodurch ein laminarer Strom weiterer Schichten erzeugt und gemischt werden kann.
Wie in 21 gezeigt ist, sind in einem Mikroreaktor 200 die Mikroreaktoren 10X und 10Y mit Hilfe eines Verbindungsglieds 204 anstelle des Rohrs 198 verbunden. An sämtlichen Umfängen der Rohröffnungen in dem Verbindungsglied 204 befinden sich O-Ringe, und ein Lecken der Fluide wird dadurch verhindert, dass die Teile durch eine äußere Kraft zusammengedrückt werden. Ein Deckelteil 14X auf der stromaufwärtigen Seite des Mikroreaktors 10X und ein Aufnahmeteil 16Y auf der stromaufwärtigen Seite des Mikroreaktors 10Y sind mit Bolzen 202 festgemacht.
Das Verbindungsglied 204 besitzt außerdem Rohröffnungen in anderen Flächenbereichen als den Zonen gegenüber dem Aufnahmeteil 16X des stromaufwärts gelegenen Mikroreaktors 10X und einem Deckelteil 14Y des stromabwärts gelegenen Mikroreaktors 10Y, und es sind beispielsweise zwei Rohröffnungen 207 und 208 auf der Oberseite des Verbindungsteils 204 ausgebildet. Hierdurch können Einströmöffnungen für zwei miteinander zu vermischende Fluide zusätzlich an einer beliebigen Fläche vorgesehen sein, so zum Beispiel der Oberseite des Verbindungsteils 204.
Bei dieser Ausführungsform lässt sich eine Zone, die relativ leicht eine Verformungskraft aufnimmt, so zum Beispiel das Rohr 198 (siehe 20) vermieden werden, und es kann auf den Verbinder zum Anschließen des Rohrs 198 verzichtet werden, wodurch der Apparateaufbau kompakt ausfallen kann.
Wie in den 22A und 22B gezeigt ist, sind in einem Mikroreaktor 210 Komponenten mit Hilfe einer Zwinge 212 aneinander befestigt. Die Zwinge 212 besitzt ein Plattenteil 214 mit einer Durchgangsöffnung, durch die der Verbinder 32 verläuft, das Ausströmrohr 30 ist an den Verbinder 32 angeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform lässt sich ein modularer Mikroreaktor 210 realisieren.
Wie in 23 zu sehen ist, sind ein Mikroreaktor 220 und Mikroreaktoren 210 in Längsrichtung fluchtend angeordnet und aneinander mit Hilfe einer Zwinge 222 befestigt. Durch Ändern der Form der Zwinge 222, um eine breitere Zwinge 224 gemäß 24 zu bilden, lässt sich ein Mikroreaktor 230 herstellen, bei dem Mikroreaktoren 210 zweidimensional angeordnet sind.
Hierdurch kann man auf Rohre und Verbinder zum Verbinden der Mikroreaktoren 210 verzichten, und man realisiert einen kompakten Mikroreaktor 220 oder 230.
Durch Standardisieren der Fluidzuführöffnung (der Ausströmöffnung des Reaktionsprodukts) der Zwinge 210 kann die Produktionsanlage (das heißt der Mikroreaktor 220 oder 230) erneuert werden, wenn nur die Komponenten des Mikroreaktors 220, das heißt die Komponenten wie zum Beispiel der Deckelteil, die Platte, das Aufnahmeteil und das Ver bindungsteil durch neuwertige Teile ersetzt werden, so dass innerhalb kurzer Zeit die Produktionsanlage extrem einfach erneuert werden kann.
Wie in 25 zu sehen ist, sind in einem Mikroreaktor 240 an diagonal gegenüberliegenden Ecken der benachbarten Elemente, das heißt eines Deckelteils 244, einer Platte 242 und eines Aufnahmeteils 246 Raststrukturteile 248 ausgebildet. Die Raststrukturteile in benachbarten Elementen bedeuten eine Struktur, bei der ein konvexer Teil in dem einen der benachbarten Teile vorgesehen ist, während in dem anderen der Teile ein mit dem konvexen Teil zusammenwirkender konkaver Teil ausgebildet ist.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Anzahl der geschichteten Plattenteile erhöht oder vermindert wird, lässt sich deren Positionierung in einfacher Weise vornehmen. Die Raststruktur ist wirksam bei der Positionierung des Mikroreaktors und der Zwinge.
Wie in 26 zu sehen ist, ist ein Mikroreaktor 250 ein Beispiel, bei dem Dummyblöcke für den Fall eingesetzt werden, dass die Gesamtzahl der vorhandenen Mikroreaktoren 210 kleiner ist als die Anzahl von Elementen, die durch die Zwinge 224 gehalten wird. Als Dummyblock wird ein Verbindungsteil 254 ohne darin ausgebildeten Kanal verwendet.
Bei dieser Ausführungsform lässt sich die Anzahl von Mikroreaktoren auf eine beliebige Anzahl ändern, ohne dass die Form der Zwinge 224 zu ändern ist.
In einem Mikroreaktor sind der Deckelteil 14, die Platte 12 und der Aufnahmeteil 16 (vergleiche 1 und 2) anstatt durch eine Bolzenverbindung mit Klebstoffen fixiert. Beim Fixieren mit Klebstoffen erfolgt der Transferauftrag und die Präzisionsauftragung mit Hilfe eines Präzisionsspenders häufig zu dem Zweck, Klebstoffe an einem Auslaufen zu hindern.
Das Problem des Auslaufens von Klebstoffen lässt sich also durch Einsatz des Direktbondens vermeiden.
Man beachte, dass dann, wenn für den Deckelteil 14, die Platte 12 und den Aufnahmeteil 16 gleicher Werkstoff verwendet wird, vom Heiß-Direktbonden Gebrauch gemacht werden kann. Unterscheiden sich die Werkstoffe, so kann durch Kalt-Direktbonden die durch thermische Ausdehnung zustande kommende Spannung reduziert werden.
In einem Mikroreaktor gemäß einer weiteren Ausführungsform können der Deckelteil 14, die Platte 12 und der Aufnahmeteil 16 (vergleiche jeweils 1 und 2) durch Magnetkraft gegeneinander gezogen werden. Beispielsweise wird die Platte 12 aus einem magnetischen Werkstoff wie Kohlenstoffstahl hergestellt, und der Deckelteil 14 und der Aufnahmeteil 16 werden aus Eisenmaterial gefertigt. Im Ergebnis zieht die Platte 12 den Deckelteil 14 und den Aufnahmeteil 16 durch magnetische Kraft an.
In den Mikrokanälen 24 ist, weil Kräfte zum Separieren der jeweiligen Teile auch dann gering sind, wenn der Druck der Fluide groß ist, eine schwache magnetische Kraft unproblematisch. Durch Beseitigen der dauermagnetischen Eigenschaft durch Anlegen eines umgekehrten Magnetfelds von außen an den Mikroreaktor lässt sich ein Zerlegen in die einzelnen Einheiten in einfacher Weise vornehmen.
Solange der Deckelteil 14, die Platte 12 und das Aufnahmeteil 16 durch Magnetkraft gegeneinander gezogen werden, können der Deckelteil 14 und der Aufnahmeteil 16 aus magnetischem Werkstoff bestehen.
Falls starke Haltekraft erforderlich ist, so ist, wenn die Platte 12 aus einem magnetischen Werkstoff der Serie Neodym-Eisen-Bor gefertigt wird, die magnetische Kraft stark, und man kann eine starke Haltekraft erreichen. Der Magnet der Serie Neodym-Eisen-Bor kann im allgemeinen mit Hilfe einer Prozedur „Lösen von Rohmaterialien → Zerkleinern → Pressformen in einem Magnetfeld → Flüssigphasen-Sinterung → Alterung" hergestellt werden, wobei dieses Fertigungsverfahren auf die Ausführungsform angewendet werden kann.
Wenn man einem magnetischen Fluid ermöglicht, in der äußersten Schicht zu strömen, lässt sich eine magnetische Schutzschicht auf der Innenseite der Kanäle und der Rohre bilden, wodurch der Abdeckungseffekt der Mikrokanalwand gesteigert werden kann.
Wie in 27 zu sehen ist, ist ein Mikroreaktor ein Beispiel, bei dem eine große Anzahl Mikrokanäle 24 in einer Platte 262 angeordnet ist, wobei eine Steigerung der Anzahl von Vorrichtungen möglich ist. Die Platte 262 ist mit dem Deckelteil und dem Aufnahmeteil durch Direktbonden verbunden (gebondet), so dass O-Ringe entfallen können und die Anzahl sowie die Länge von Rohren auf einem minimalen Wert gehalten werden können.
Als Fertigungstechnik kommt hier die Halbleiterfertigungstechnik zum Einsatz, so zum Beispiel Trockenätzen, plastische Formung wie beispielsweise Mikrodruck und Laserablation.
Mit Hilfe dieser Ausführungsform lässt sich eine hochdichte Packung des Mikroreaktors erreichen.
Wie in 28 zu sehen ist, enthält ein Fluidmischsystem 270 ein Deckelteil 274, ein Aufnahmeteil 276 und eine Platte 272, die zwischen Deckelteil 274 und Aufnahmeteil 276 eingefasst ist, außerdem Rohre 278A bis 278C, die an den Deckelteil 274 angeschlossen sind. Der Aufbau ist der gleiche, wie er anhand der 1 und 2 beschrieben wurde, jedoch in größerem Maßstab. Außerdem enthält das Fluidmischsystem 270 einen Behälter 276 zur Aufnahme des Fluids 4 anstelle des Rohrs 30 (vergleiche 1 und 2).
Als Fluid 4 wird ein Fluid wie beispielsweise Öl mit einem spezifischen Gewicht von weniger als dem der übrigen verwendeten Fluide und ohne Affinität zueinander in dem Behälter 276 aufgenommen. Außerdem sind die Fluide 1 bis 4 derart ausgewählt, dass die spezifischen Gewichte der Fluide 1 bis 3 durch die Rohre 278A bis 278C strömen und als Rohmaterial dienen können, während das Fluid 4 der Reihung Fluid 4 < Fluid 3 < Fluid 2 < Fluid 1 entspricht. Die gemischten Fluide können nach Abschluss der Reaktion trennbar sein. Wenn das spezifische Gewicht des Fluids 4 zu gering ist, so wird, weil die konzen trisch laminare Strömung durch Schwerkraft beschleunigt wird und zu einer turbulenten Strömung wird, das spezifische Gewicht ebenso wie die Viskosität des Fluids auf einen Wert in dem Bereich eingestellt, in welchem die konzentrisch laminare Strömung nicht aufgehoben wird. Die Fluide 1 bis 3 sind derart beschaffen, dass beispielsweise das Fluid 1 eine Silbernitratlösung, das Fluid 2 eine Gelatinelösung und das Fluid 3 eine Haloidsalzlösung ist.
Bei dieser Ausführungsform darf das Fluid 1 als innerste Schicht, das Fluid 2 als Zwischenschicht und das Fluid 3 als äußerste Schicht in dem Fluid 35 strömen.
Dabei wird das Fluid 1 in das Fluid 2 diffundiert, und das Fluid 2 wird in das Fluid 1 diffundiert und infiltriert das Fluid 1. Weil das spezifische Gewicht des Fluids 1 unter den Fluiden das größte ist, bleibt das Fluid 1 mit dem darin diffundierten und infiltrierten Fluid 2 als Bodenschicht erhalten.
Das Fluidmischsystem 270 enthält eine Umwälzpumpe 280A, die an das Rohr 278A angeschlossen ist, um das Fluid zu dem Rohr 278A zu leiten, einen Mischer 282A, der an die stromabwärtige Seite der Umwälzpumpe 280A angeschlossen ist, ein Filter 284A an der stromabwärtigen Seite des Mischers 282A, und eine Zuleitung 286A zum Zuführen von Reaktionsprodukten zu dem Mischer 282A. Ein Rohr 288A ist an der Stelle angeschlossen, an der das in der Bodenschicht befindliche Fluid aus dem Behälter 274 ausgelassen wird, während die stromabwärtige Seite des Filters 284A an das Rohr 288A angeschlossen ist.
Dementsprechend läuft das in der Bodenschicht des Behälters 274 befindliche Fluid (Fluid 1, in welches das Fluid 2 diffundiert und infiltriert ist) durch das Filter 284A. Dann strömt das Reaktionsprodukt aus der Zuleitung 286A ein und wird in dem Mischer 282A gemischt, um erneut von der Umwälzpumpe 280A dem Rohr 278A zugeführt zu werden.
Weiterhin wird das Fluid 3 in der äußersten Schicht in das Fluid 2 diffundiert, und das Fluid 2 in der äußersten Schicht wird in das Fluid 3 diffundiert. Weil das spezifische Ge wicht des Fluids 3 das zweitkleinste ist unter den Fluiden des Fluids 35 in dem Behälter 274, bleibt das Fluid 4 als obere Schicht stehen, und das Fluid 3, in welches das Fluid 2 diffundiert und infiltriert ist, verbleibt in einer Schicht unmittelbar unterhalb des Fluids 35.
Das Fluidmischsystem 270 enthält eine Umwälzpumpe 280C, die an das Rohr 278C angeschlossen ist, um das Fluid dem Rohr 278C zuzuleiten, einen an die stromabwärtige Seite der Umwälzpumpe 280C angeschlossenen Mischer 282C, ein an die stromabwärtige Seite des Mischers 282C angeschlossenes Filter 284C und eine Zuleitung 286C zum Zuleiten von Reaktionsprodukten zu dem Mischer 282C. Ein Rohr 288C ist an der Stelle angeschlossen, an der das in der Schicht unmittelbar unterhalb der Schicht des Fluids 4 des Behälters 276 befindliche Fluid ausgelassen wird, und die stromabwärtige Seite des Filters 284C ist an das Rohr 288C angeschlossen.
Folglich läuft das in der Schicht unmittelbar unterhalb der Schicht des Fluids 4 in dem Behälter 276 befindliche Fluid (das Fluid 3, in das das Fluid 2 diffundiert und infiltriert ist) durch das Filter 284C. Dann strömt das Reaktionsprodukt von der Zuleitung 286C ein und wird im Mischer 282C gemischt, um dann von der Umwälzpumpe 280C erneut dem Rohr 278C zugeführt zu werden.
Darüber hinaus strömt das Fluid 2 als Zwischenschicht zwischen dem Fluid 1 und dem Fluid 3, und das Fluid 2 wird in das Fluid 1 diffundiert, während das Fluid 3 und das Fluid 1 sowie das Fluid 3 in das Fluid 2 diffundiert werden. Weil das spezifische Gewicht des Fluids 2 geringer ist als das des Fluids 1 und höher ist als das des Fluids 3 in dem Behälter 276, verbleiben die drei Mischfluide 5, in denen das Fluid 3 und das Fluid 1 das Fluid 2 infiltrieren, als Schicht unmittelbar oberhalb der Bodenschicht.
Die drei Mischfluide 5 enthalten eine Emulsion 6, gebildet durch geeignete Mischung von drei Fluiden (Fluid 1, Fluid 2 und Fluid 3) und das Fluid 2.
Das Fluidmischsystem 270 enthält eine Umwälzpumpe 280B, die an das Rohr 278B zum Zuleiten des Fluids zu dem Rohr 278B angeschlossen ist, ein an die stromabwärtige Seite der Umwälzpumpe 280B angeschlossenes Filter 284B, und eine Separiereinheit 285, die an die stromabwärtige Seite des Filters 284B angeschlossen ist. Ein Rohr 288B ist an einer Stelle angeschlossen, an der das in der Schicht unmittelbar oberhalb der Bodenschicht des Behälters 276 befindliche Fluid ausgeleitet wird, und die stromabwärtige Seite der Separiereinheit 285 ist an das Rohr 288B angeschlossen.
Folglich wird das in der Schicht unmittelbar oberhalb der Bodenschicht des Behälters 276 befindliche Fluid aufgetrennt in die Emulsion 6 und das Fluid 2, was in der Separiereinheit 285 geschieht. Die Emulsion 6 strömt in ein Emulsionsausströmrohr 290, welches an die Separiereinheit 285 angeschlossen ist, und wird gesammelt. Die separierte Flüssigkeit 2 läuft durch das Filter 284B und wird erneut von der Umwälzpumpe 280B dem Rohr 278B zugeleitet.
Bei dieser Ausführungsform werden Effekte durch das Anschließen des Ausströmrohrs an das Aufnahmeteil 276 ausgeschlossen, und die Reaktionstemperatur lässt sich präzise dadurch steuern, dass man die Temperatur des Fluids 4 durch eine Heizung 292 oder dergleichen regelt. Außerdem lassen sich die Medien der Fluide 1 bis 3 recyceln.
Man beachte, dass durch Anwenden des für die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform beschriebenen Mikroreaktors bei den Mischern 282A bis 282C eine effizientere Vermischung erreicht werden kann.
Wie in 29 zu sehen ist, sind in einem Mikroreaktor Mikronuten 304 und 306 in einer Platte 302 ausgebildet, und ein Temperatursensor 305 und eine Heizung 307 sind eingebaut. Hierdurch lässt sich eine exakte Temperatursteuerung ausführen, und die Reaktion lässt sich gleichförmig und mit hohem Wirkungsgrad gestalten.
Man beachte, dass durch Verwenden eines Siliciumteils als Platte 302 der Temperaturfühler und die Heizvorrichtung direkt mittels MEMS-Technik an der Platte angebracht wer den können. Wenn es schwierig ist, die beiden Seiten der Platte 302 spanabhebend zu bearbeiten, kann von einer Mikrofertigung auf den Seiten durch Ätzen Gebrauch gemacht werden, während nicht bearbeitete Seiten mit den einander zugewandten Rückseiten der Platten verbunden werden.
Wie in 30 gezeigt ist, gibt es ein Beispiel, bei dem ein Mikroreaktor durch Bonden von Wafern und Trennen der so geschaffenen Teile gefertigt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Wafer 312 geätzt, um mehrere Platten in kontinuierlicher Relation zueinander zusammenhängend auszubilden, und ein Wafer 314 sowie ein Wafer 316 werden geätzt, um mehrere Deckelteile und Aufnahmeteile zusammenhängend in geordnetem Zustand zu erhalten.
Dann werden die Wafer durch Kalt-Direktbonden miteinander verbunden und durch Spleißen in individuelle Mikroreaktoren 320 aufgetrennt.
Durch diese Stapeltechnik auf Waferebene lässt sich der Fertigungswirkungsgrad für den Mikroreaktor zusätzlich verbessern.
Man beachte, dass gemäß den 31 und 32 durch eine solche Gestaltung, dass die Kanäle in einem Zustand gebildet werden, in welchem Wafer 318A bis 318G übereinandergestapelt werden, eine große Anzahl von Fluidmischvorrichtungen geschaffen werden kann, ohne zunächst die Wafer 318A bis 318G in Würfel zu trennen.
Für den Fall, dass eine große Menge von Reaktionsprodukten herzustellen ist, indem man die Anzahl der Vorrichtungen erhöht, wird hier also die für den Verbindungsvorgang aufzubringende Zeit deutlich reduziert. Durch Zuführen der Fluide über eine geringe Anzahl von Zuführöffnungen 317 (siehe 31) zu einer großen Anzahl aus konzentrisch gleichrichtenden Teilen, können die gemischten Fluide, die aus der großen Anzahl von Fluidmischteilen ausgetragen werden, mit einer Austragöffnung 319 abgegriffen werden. Durch einen solchen Aufbau besteht die Möglichkeit, dass es bei herkömmlichen und normalen Fluidmischvorrichtungen zu Verstopfungen kommt, wobei allerdings hier die im Großmaßstab angelegte Apparatur kaum verstopft, da die Fluide in konzentrischer Weise strömen können.
Wie in 33 gezeigt ist, besitzt ein Mikroreaktor eine andere Plattenkonstruktion. In einer Platte 322 ist eine große Anzahl von Zwischenschicht-Ausströmlöchern 324 auf dem gleichen Kreis angeordnet und tritt an die Stelle des schlitzförmigen zylindrischen Durchgangslochs 12B (siehe 4). Eine große Anzahl von Außenschicht-Ausströmlöchern 326 befindet sich auf dem gleichen Kreis anstelle des dicken und kurzen zylindrischen konkaven Teils 12C (vergleiche 11).
Hierdurch können Fluide, die von den Zwischenschicht-Ausströmlöchern 324 und den Außenschicht-Ausströmlöchern 326 ausströmen, eine turbulente Strömung hervorrufen, und alternativ auch bei laminarer Strömung die gegenseitigen Berührungsflächen der Fluide breiter machen. Hierdurch verkürzt sich die Mischzeit zusätzlich.
Wie in 34 und 35 gezeigt ist, ist ein Mikroreaktor 330 der vierundzwanzigsten Ausführungsform einer Vorrichtung, die zwei Fluide zum Reagieren bringt, indem sie in eine konzentrisch laminare Strömung bei gleichzeitiger Durchmischung gebracht werden und außerdem das Fluid auf der Kanalkernseite als Extrakt geliefert wird.
Der Mikroreaktor 300 enthält eine erste Platte 332 (siehe auch 36) und ein erstes Deckelteil 334 sowie einen Mischkanalteil 336 auf der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite der ersten Platte 332, um die erste Platte 332 einzufassen. Die erste Platte 332 und der erste Deckelteil 334 sind lösbar an dem Mikroreaktor angebracht. Außerdem ist in der ersten Platte 332 und dem ersten Deckelteil 334 kein Kanal zum Durchleiten von Fluiden zu der äußersten Schicht ausgebildet. Es wird von folgender Struktur Gebrauch gemacht:
Auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Deckelteils 334 sind Verbinder 20A und 20B vorgesehen, an denen zwei Einleitrohre 18A und 18B lösbar angebracht sind. In der ersten Platte 332 sind erste Mikrokanäle 344 zum Ausströmen-Lassen der Fluide aus den Rohren 18A und 18B in einem konzentrisch laminaren Strom gebildet.
In dem Mischkanalteil 336 ist ein Mischkanal 336F zum gleichzeitigen Mischen der beiden aus den ersten Mikrokanälen 344 ausströmenden Fluide und zum Mischen der Fluide (Reaktionsprodukt) gebildet, wodurch eine Reaktion, eine Diffusion und eine Reinigung und dergleichen vonstatten gehen, während die beiden aus den ersten Mikrokanälen 344 ausströmenden Fluide die konzentrisch laminare Strömung aufrecht erhalten.
Außerdem enthält der Mikroreaktor 330 eine zweite Platte 337 (siehe auch 37) auf der stromabwärtigen Seite des Mischkanalteils 336, und ein zweites Deckelteil 339, welches die zweite Platte 337 zwischen dem Mischkanalteil 336 und sich selbst einfasst. Die zweite Platte 337 und das zweite Deckelteil 339 sind lösbar an dem Mikroreaktor 330 angebracht.
In der zweiten Platte 337 sind zweite Mikrokanäle 336 zum Trennen und Abnehmen eines kernseitigen Fluids 341, welches auf der Kanal-Kernseite strömt, und eines wandseitigen Fluids 343, welches auf der Kanalwandseite (der Kanal-Umfangsseite) von den Fluiden aus dem konzentrisch laminaren Strom 340 aus dem Mischkanal 336F gebildet. In dem zweiten Deckelteil 339 befinden sich Ausströmkanäle 339A und 339B zum Ausleiten des kernseitigen Fluids 341 und des wandseitigen Fluids 343, die von den zweiten Mikrokanälen 336 separiert und abgesondert wurden.
Zur Bildung der zweiten Mikrokanäle 346 in der zweiten Platte 337 sind gemäß 37 eine Einströmöffnung 348, in der die konzentrisch laminare Strömung 340 strömt, und ein Ausleit-Trennwand-Plattenteil 350 mit einer ringförmigen Ausleitöffnung 350I innerhalb dieser Einströmöffnung 348 ausgebildet.
Die Kombination aus dem zweiten Deckelteil 339 und der zweiten Platte 337 ist eine spiegelbildliche (flächig symmetrische) Relation bezüglich der Kombination aus der ersten Platte 332 und dem ersten Deckelteil 334 und kann zwei Fluide in eine konzentrisch laminare Strömung bringen und die konzentrisch laminare Strömung 340 nach dem Durchgang durch den Mischkanal 336F in zwei Fluide separieren.
Die Separier- und Sammelrate des kernseitigen Fluids 341 als Extrakt lässt sich dadurch verbessern, dass man den Durchmesser des Mittellochs der zweiten Platte 337 (den Innendurchmesser des Extraktions-Trennwand-Plattenteils 350) etwas größer macht als den Durchmesser der ersten Platte 332. Wenn der Mittelloch-Durchmesser der zweiten Platte 337 etwas kleiner ist als der der ersten Platte 332, lässt sich die Reinheit des kernseitigen Fluids 341 verbessern.
Bei dieser Ausführungsform wird beispielsweise ein organisches Pigment-Dispergiermittel als kernseitiges Fluid 341 verwendet, Wasser dient als wandseitiges Fluid 343. Hydroxyl-Ionen von Wasser werden in das organische Pigment-Dispergiermittel diffundiert, wodurch organische Pigmente ausfallen. Weil das ausgefallene organische Pigment größer ist und eine kleinere Diffusionsrate als das Hydroxyl-Ion hat, werden die Diffusion von Hydroxylen und das Ausfällen der organischen Pigmente innerhalb der Zeitspanne abgeschlossen, in der sie etwas in der Wasserschicht (dem wandseitigen Fluid 343), welche ihren Außenumfang umgibt, diffundieren. Deshalb steht nicht zu befürchten, dass organische Pigmente an der Wand des Mischkanals 336F haften bleiben.
Nach dem Separieren der Fluide, das heißt nach deren Durchlauf durch die zweite Platte 337, könnten organische Pigmente an der Wand haften bleiben. Allerdings lässt sich die zweite Platte 337 für den Separiervorgang relativ dünn herstellen und somit einfach reinigen. Da weiterhin der Kanal des zweiten Deckelteils 339 nicht notwendigerweise ein Mikrokanal ist, besteht für Verstopfungen keine Gefahr.
Die Diffusionsrate lässt sich erhöhen, und der Mischkanal 336F lässt sich verkürzen, wenn man eine Heizung oder ein Peltier-Element in den Mischkanalteil 336 einbaut, um die Fluide in dem Mischkanal 336F auf eine passende Temperatur zu erwärmen. Durch Einbau einer Kühleinheit in den Mischkanalteil 336 lässt sich auch die Ausfällrate stei gern. Außerdem lässt sich durch eine Kombination von Erwärmen und Kühlen ein weiterer Effekt erwarten.
Als Material des Mikroreaktors kommt zum Beispiel Edelstahl (SUS) mit Wärmebeständigkeit und Beständigkeit gegen organisches Pigment-Dispergiermittel zum Einsatz. Bei dieser Ausführungsform kann, weil das organische Material von der Wasserschicht bedeckt ist, sogar ein für organische Werkstoffe schwaches Harzmaterial als Komponente des Mischkanalteils 336 verwendet werden, so dass dann die Vorteile der leichten Bearbeitbarkeit genutzt werden.
Der Durchmesser des Mischkanals 336F kann ein Durchmesser mit einer Reynolds-Zahl gleich oder kleiner 2.300 sein. Dies hängt ab vom Strömungsvolumen und von der Viskosität der Fluide. Wenn allerdings der äquivalente Durchmesser des Mischkanals 336F gleich oder kleiner als 10 mmϕ ist, wird die Reynolds-Zahl gleich oder kleiner als 2.300, und in den meisten Fällen kommt es zu einer laminaren Strömung. Weil die Zeit für die Materialdiffusion proportional zum Quadrat des Abstands ist, wird, wenn der äquivalente Durchmesser des Mischkanals 336F größer ist, längere Zeit benötigt bis zum Abschluss der Diffusion (Reaktion, Reinigung), so dass der Mischkanal 336F länger sein muss. Dies berücksichtigend, sollte in der Praxis der äquivalente Durchmesser des Mischkanals 336F gleich oder kleiner 10 mmϕ sein.
In den 34, 35 und 37 ist als Ausführungsform ein Beispiel gezeigt, bei dem die zweite Platte mit den zweiten Mikrokanälen 336 installiert ist. Die zweite Platte 354 mit einem Durchgangsloch 353 zwischen oberen und unteren Strömungsseiten kann gemäß 38 bis 40 installiert werden. Mit der zweiten Platte 337 lässt sich Turbulenz vermeiden, so dass eine Separier-Effizienz gewährleistet wird. Es ist für die Mikrokanäle keine neue Gestaltung erforderlich, weil die zweite Platte 337 ein Spiegelbild der ersten Platte 332 ist. Die zweite Platte 354 hat ohne die Mikrokanäle einen einfacheren Aufbau. Dies erleichtert die Fertigung.
Bei der in 41 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um ein Beispiel, bei dem der Mikroreaktor 330 sich in einer solchen Richtung erstreckt, dass der Mischkanal 336F in horizontale Richtung weist. Wie allerdings in 42 gezeigt ist, lässt sich eine Störung der konzentrisch laminaren Strömung aufgrund der Schwerkraft dadurch unterdrücken, dass man den Mikroreaktor 330 in einer solchen Richtung anordnet, dass der Mischkanal 336F in vertikaler Richtung verläuft. Im Ergebnis lässt sich eine konzentrisch laminare Strömung in stabiler Weise erreichen, wenn man von Fluiden Gebrauch macht, die stark unterschiedliche spezifische Gewichte und große eindiffundierte Partikel aufweisen.
Außerdem sind bei dieser Ausführungsform der erste Deckelteil 334, die erste Platte 332, der Mischkanalteil 336, die zweite Platte und der zweite Deckelteil 339 mittels Schrauben 352 gekoppelt, und zum Vermeiden von Fluid-Lecken werden O-Ringe verwendet. Allerdings ist das Verfahren für den Zusammenbau nicht hierauf beschränkt, man kann auch vom Direkt-Bonden Gebrauch machen unter Ausnutzung von Intermolekularkräften zwischen den sich berührenden Flächen. Durch Einsatz des Direkt-Bondens kann die Struktur frei von O-Ringen sein, es können Fluide eingesetzt werden, welche Gummiwerkstoffe korrodieren lassen. Außerdem lässt sich der Wärmeverformungseffekt auf Bauteile dadurch unterdrücken, dass man einen Argonionenstrahl oder dergleichen unter Vakuum auf Bauelemente aufbringt, um deren Oberflächen auf atomarer Ebene zu reinigen, und man kann vom Kalt-Direktbonden (Oberflächenaktivierungs-Bunden) Gebrauch machen, um bei Normaltemperatur einen Druckbondvorgang auszuführen. Dieses Kalt-Direktbonden ist wirksam bei der Unterdrückung thermischer Spannungen aufgrund unterschiedlicher linearer Ausdehnungskoeffizienten für den Fall, dass die erste Platte 332 und der erste Deckelteil 334 aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, oder die zweite Platte 337 und der zweite Deckelteil 339 aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Wie in 4 zu sehen ist, ist in einem Mikroreaktor 360 ein Mikroreaktor 330 ohne ersten Deckelteil 332 mit der nachfolgenden Seite eines weiteren Mikroreaktors 330 gekoppelt, wodurch ein Aufbau ähnlich demjenigen erhalten wird, bei dem zwei Mikroreaktoren 330 in Serie gekoppelt sind. In einem Blockteil 356 ist ein Führungskanal 356F zum Leiten des kernseitigen Fluids 341 aus dem stromaufwärtigen Mikroreaktor zu dem stromabwärtigen Mikroreaktor gebildet.
Durch Verwendung des Mikroreaktors 360 lassen sich Prozesse wie beispielsweise Diffusion, Reaktion oder Reinigung gründlich durchführen.
Für den Fall, dass der Mittelloch-Durchmesser der zweiten Platte 337 etwas größer ist als der der ersten Platte 332, um die Sammelrate zu steigern, werden die Austrittsabmessungen des Mikroreaktors der ersten Stufe und die Eintrittsabmessungen des Reaktors der zweiten Stufe in Übereinstimmung miteinander gebracht, indem ein sich verjüngender Kanal 358 geschaffen wird, der sich in dem zweiten Deckelteil 339 gemäß 44 verjüngt, so dass der Mikroreaktor modular aufgebaut werden kann.
Für den Fall, dass die Reinigung des extrahierten kernseitigen Fluids 341 verbessert werden soll, wird der Mittelloch-Durchmesser der ersten Platte 332 etwas größer gemacht als der der zweiten Platte 337, und es wird ein sich verjüngender Kanal 359 mit einem am Ende verdickten Bereich in der zweiten Platte 337 gemäß 45 ausgebildet, so dass dann der Mikroreaktor in ähnlicher Weise modular ausgebildet werden kann.
Wie in 46 gezeigt ist, sind ein Mikroreaktor 370 vorgesehen, in welchem Komponenten durch Zwingen 376 vertikal verbunden sind.
Dieser Mikroreaktor 370 enthält die erste Platte 332 und die zweite Platte 337, einen ersten Deckelteil 374 und den Mischkanalteil 336, der die erste Platte 332 von der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite einfasst, einen zweiten Deckelteil 379, der die zweite Platte 337 zwischen dem Mischkanalteil 336 und sich selbst einfasst, und die oben angesprochene Zwinge 376 zum Verbinden dieser Komponenten. Bei der Ausführungsform sind außerdem die Mikroreaktoren 370 durch äußere Rahmen-Zwingen 378 vertikal verbunden.
Wie in 47 gezeigt ist, ist in dem ersten Deckelteil 374 ein vertikaler Einströmkanal 384, in den das auf der Kanalwandseite innerhalb des Mischkanals des Mischkanalteils 336 strömende Fluid von oben einströmt, ausgebildet. Dieser vertikale Einströmkanal 384 durchdringt den ersten Deckelteil 374 in vertikaler Richtung und kommuniziert mit vertikalen Einströmkanälen benachbarter Mikroreaktoren 370.
Wie in 48 zu sehen ist, ist in dem zweiten Deckelteil 379 ein vertikaler Ausströmkanal 386 gebildet, in den das Fluid ausströmt, welches auf der Kanalwandseite innerhalb des Mischkanals des Mischkanalteils 336 geströmt ist. Dieser vertikale Ausströmkanal 336 durchdringt den zweiten Deckelteil 379 in vertikaler Richtung und kommuniziert mit vertikalen Ausströmkanälen benachbarter Mikroreaktoren 370.
Man beachte, dass in der äußeren Rahmen-Zwinge 378 ein Einströmrohr 385, welches mit dem vertikalen Einströmkanal 384 kommuniziert, und ein Ausströmrohr 387, welches mit dem vertikalen Ausströmkanal 386 kommuniziert, ausgebildet sind.
Wie oben beschrieben wurde, ist der Mikroreaktor modular koppelbar, um dadurch die Menge des gesammelten Materials durch „Anzahl-Steigerung" zu erhöhen (industrielle Anwendbarkeit der Laborergebnisse innerhalb einer kurzen Zeitspanne).
Wie in 49 gezeigt ist, gibt es ein Beispiel, bei dem ein Mikroreaktor durch Bonden von Wafern und Auftrennen gefertigt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Wafer 390 geätzt, um mehrere erste Deckelteile zusammenhängend in einem geordneten Zustand zu erhalten, und ein Wafer 392 und ein Wafer 394 werden zu mehreren ersten Platten und Mischkanalteilen in zusammenhängender Weise geätzt. Außerdem werden ein Wafer 396 und ein Wafer 398 geätzt, um zweite Platte und zweite Deckelteile in zusammenhängender Weise in geordnetem Zustand herzustellen.
Dann werden die Wafer gebondet und durch Auftrennen in individuelle Mikroreaktoren 400 unterteilt. Beim Bonden können Klebstoff eingesetzt werden. Durch Einsatz des Direktbondens kann ein Auslaufen von Klebstoffen in Kanäle verhindert werden. Beim Einsatz von Wärme-Bonden lässt sich Pyrex (R) mit nahezu gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie Silicium verwenden. Wenn allerdings Wafer mit unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten gebondet werden, erfolgt die Verarbeitung vorzugsweise in Form von Kalt-Direktbonden.
Mit Hilfe dieser Wafer-Packungstechnik lässt sich der Fertigungswirkungsgrad von Mikroreaktoren zusätzlich steigern.
Weil außerdem die Mikrokanäle durch Nassätzen erzeugt werden, können auch andere Werkstoffe als Silicium verwendet werden (zum Beispiel SUS). Durch elektrisches Entladungsbearbeiten lässt sich außerdem eine Bearbeitung sämtlicher Materialien mit Leitfähigkeit vornehmen.
Wie in 50 gezeigt ist, kann, weil der Aufbau mit Kanälen durch Wafer 404A bis 404H in gestapeltem Zustand ausgeführt ist, eine große Anzahl von Mikroreaktoren geschaffen werden, ohne dass die Wafer 404A bis 404H zu Würfeln zerkleinert werden. Wenn eine große Menge von Reaktionsprodukten durch Erhöhen der Anzahl der Reaktoren geschaffen werden soll, lässt sich damit die Zeit zum Auftrennen oder Durchleiten drastisch reduzieren. Darüber hinaus können Fluide aus einer kleineren Anzahl von Zuführöffnungen zu einer großen Anzahl von Mikroreaktoren geleitet werden, und es können gemischte Fluide aus einer Entnahmeöffnung 406 abgenommen werden. Durch einen solchen Aufbau lassen sich Großanlagen herstellen, die kaum verstopfen.
Wie in 51 gezeigt ist, ist ein Mikroreaktor 410 ein Mikroreaktor zum Veranlassen, dass drei Fluide miteinander reagieren, um eine Separierung und Extraktion vorzunehmen.
Bei dieser Ausführungsform können eine Silbernitratlösung, die Gelatinelösung und die Haloidsalzlösung in einen innersten Bereich 412, eine Zwischenschicht 414, eine äußerste Schicht 416 in Form eines konzentrisch laminaren Stroms einströmen, um Silbersalz-Feinpartikel für photoempfindliche Werkstoffe zu bilden. Das durch Reaktion von Silbernitrat und Haloidsalz erzeugte Silberhalogenid wird von der Gelatinelösung als Zwischenschicht 414 eingefangen.
Bei dieser Ausführungsform kann ausschließlich die Zwischenschicht 414 separiert und abgenommen werden.
Wie in 52 gezeigt ist, ist der Mikroreaktor 420 ein Mikroreaktor, mit dem fünf Fluide einen konzentrisch laminaren Strom zur Reaktion, Separierung und Abnahme bilden können.
Bei dieser Ausführungsform kann Wasser in sowohl dem innersten Teil 422 als auch der äußersten Schicht 430 strömen, und die Silbernitratlösung, die Gelatinelösung und die Haloidsalzlösung können in einer ersten Zwischenschicht 424 benachbart zur Außenumfangsseite des innersten Teils 422, einer zweiten Zwischenschicht 426 benachbart zu der Außenumfangsseite der ersten Zwischenschicht 424 und einer dritten Zwischenschicht 428 benachbart zu der Außenumfangsseite der zweiten Zwischenschicht 426 strömen.
Hierdurch lässt sich die Fläche der Reaktionsgrenze vergrößern, und man kann verhindern, dass Haloidsalz an den Kanalwänden entlang der konzentrisch laminaren Strömung der fünf Fluide haften bleibt. Bei dieser Ausführungsform ist weder eine Separierung noch eine Abnahme der innenseitigen Haloidsalzlösung (der dritten Zwischenschicht 428) von dem Wasser in der äußersten Schicht 430 notwendig, noch ist eine Separierung oder Abnahme der außenseitigen Silbernitratlösung (der ersten Zwischenschicht 424) von dem Wasser in der innersten Schicht 422 erforderlich. Deshalb lassen sich die Fluide in drei Arten von Gelatinelösung separieren und abnehmen, die aus der zweiten Zwischenschicht 426, der Lösung auf deren Außenseite und der Lösung auf deren Innenseite kommen.
Selbst in einem Mikroreaktor für sechs oder mehr Fluide in Form eines konzentrisch laminaren Stroms kann ausschließlich ein spezielles Fluid durch den gleichen Aufbau separiert und abgenommen werden.
Wie oben beschrieben wurde, wurden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft dargestellt. Allerdings sind diese Ausführungsformen nur Beispiele und können implementiert werden unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Abänderungen der Ausführungsbeispiele, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Selbstverständlich ist der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Da die Erfindung durch die oben beschriebenen Konstruktionen verkörpert wird, lässt sich eine Fluidmischvorrichtung sowie ein Fluidmischsystem schaffen, die in der Lage sind, das Haftenbleiben des Reaktionsprodukts an der Kanalwand zu vermeiden, und die sich billig in Massenfertigung herstellen lassen, außerdem einfach zu warten sind. Außerdem lassen sich eine Fluidmischvorrichtung und ein Fluidmisch- und -separiersystem zum Separieren und Extrahieren einer Fluidschicht realisieren, wobei das Extrahieren aus weiteren Fluidschichten nach einem Mischen erfolgt.

Claims

Fluidmischvorrichtung zum Mischen verschiedener Arten von Fluiden, umfassend die als getrennte Elemente vorhandenen Teile: einen konzentrisch gleichrichtenden Teil (12), der es den eingeströmten Fluiden ermöglicht, als konzentrische Ströme entsprechend der Anzahl der Arten auszuströmen; und einen Fluidmischteil (16, 28) zum Mischen des konzentrischen Stroms, der aus dem konzentrisch gleichrichtenden Teil (12) ausgeströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrisch gleichrichtende Teil (12) die Form einer Platte besitzt und mehrere Ausströmkanäle (12A–12C) aufweist, um Fluiden zu ermöglichen, die Form konzentrischer Ströme anzunehmen, und lösbar an dem Fluidmischteil angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Deckelteil (14), an welchem ein Einströmrohr angebracht ist, um das Fluid von dem Einströmrohr (18A–18C) zu einer Einströmöffnung des konzentrisch gleichrichtenden Teils (16) zu leiten, lösbar an einer Einströmöffnungsseite des konzentrisch gleichrichtenden Teils angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem Positionierlöcher (58) in dem Deckelteil (14), dem konzentrisch gleichrichtenden Teil (12) und dem Fluidmischteil (16, 28) ausgebildet sind, wobei die relativen Lagen des Deckelteils (14), des konzentrisch gleichrichtenden Teils (12) und des Fluidmischteils (16, 28) positioniert werden durch einen Positionierstift (52), der die Positionierlöcher (58) durchdringt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der Verrastungsteile (248) in dem Deckelteil (14), dem konzentrisch gleichrichtenden Teil (16, 28) und dem Fluidmischteil (12) ausgebildet sind, wobei die relativen Lagen des Deckelteils, des konzentrisch gleichrichtenden Teils und des Fluidmischteils durch die Verrastungsteile positioniert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der konzentrisch gleichrichtende Teil (12) und der Fluidmischteil durch Heiß-Direktbonden oder Kalt-Direktbonden miteinander verbunden sind.