JP2002504019A - 反応器において気体、液体および／または固体を加熱／冷却するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、中空体10と、この中空体10内を部分的に通過する加熱／冷却媒体流動用加熱／冷却管13とを備える、気体、液体および／または固体を加熱／冷却するための装置１を提供する。中空体10は、その頂部および底部において開口しており、加熱／冷却管13は、中空体10開口部断面のいずれの地点においても完全に閉塞することがないように、配置する。この配置により、気体、液体または固体を、この装置内を通過させて、反応器に供給できると共に、反応器から除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 反応器において気体、液体および／または固体を加熱／冷却するための装置 本発明は、請求項１の前段に記載のような、反応器において気体、液体および ／または固体を加熱／冷却するための装置に関する。 医薬産業や大学の化学研究においては、可能な限り迅速に多数の有力な活性化 合物を見いだして、これらを試験することが、ますます重要になっている。この ため、現在、化学研究のある種のものは、組み合わせ化学実験や、平行合成実験 や、高速化学実験に関するものである。この場合、特に重要なことは、可能な限 り少ない適用回数で、可能な限り広範な既知化学反応や新規化学反応を採用でき ることである。このような反応を実施するには、しばしば広範な温度範囲が必要 となり、これには、反応器上部に、充分な能力の凝縮システムの使用が必要とな る。 種々の装置のうち、大半のものは、化学的プロセス、生化学的プロセス、生物 学的プロセスまたは物理学的プロセスのような複数のプロセスを並列的に実施し うるように、設計されている。このような装置では、その選択された構造のため 、形成した気体を冷却するためのシステムを備えておらず、また固体の添加も不 可能であるなど、大幅な制限がある。加えて、特定の用途のみに適しているに過 ぎず、また非常に複雑な方法で組み立てられ、かつ非常に大型であり、しかもそ の操作が非常に困難であるため、各処理工程を充分に自動化することができない 。 化学的プロセス、生化学的プロセス、生物学的プロセスまたは物理学的プロセ スのような複数のプロセスを並列的に実施するための、この種の装置は、市販さ れている(商標名RAM Synthesizer BHD 1524,Bohdan Europe，フランス)。この市 販装置は、複数の反応器を着脱自在に付設しうるようなブロックを備えている。 高温条件が必要な場合には、反応器の下部を加熱する。形成しうる蒸気は、冷却 システムによって凝縮することができるが、この冷却システムは、対応する反応 器の外面のみを冷却するに過ぎず(ゾーン冷却)、単一の各反応器を冷却すること はできない。外部から反応器をシールするのに、隔壁プレートが使用され ている。 Aldrich company(スイス)は、商標名Cold-Finger Condenserを市販しており、 この装置は、反応容器において、気体や液体や固体を加熱／冷却するもので、中 空体と加熱／冷却管とを備えている。加熱／冷却管は、中空体の頂部から導入さ れ、その一部が中空体内を通過している。加熱／冷却媒体は、加熱／冷却管内を 流動する。この中空体は、加熱／冷却管の挿入部分を除き、シールされている。 この加熱／冷却装置によって、気体や液体や固体の加熱／冷却を、反応器内にお いて、加熱／冷却装置と反応器との接続域よりも下方で、実施することができる 。 しかしながら、上記装置は、中空ニードルやへらやスプーンなどを、この装置 内を通過させて反応器内に挿入できないという、欠点を有している。また、気体 、液体および固体は、いずれも、上記装置内を通過させて、反応器内に供給でき ず、かつ反応器から取り出すことができない。加えて、上記装置は、その複数を 連結すると、加熱／冷却管の配置のために、無駄な空間が比較的大きい。 本発明の目的は、既知の上記装置の欠点を解決することである。すなわち、前 記したタイプの装置である、反応器において気体、液体および／または固体を加 熱／冷却するための装置において、気体、液体および／または固体を、この装置 内を通過させることによって、それらの反応器内への添加および反応器からの除 去を可能にさせるような装置が、必要である。 上記目的は、請求項１記載の本発明の装置によって達成される。また請求項８ および請求項９において、本発明の加熱／冷却装置を複数有する加熱／冷却シス テムおよび、本発明の加熱／冷却装置の使用が開示される。好適な具体例は、他 の請求項に開示される。 本発明の要旨によれば、中空体と、この中空体内を部分的に通過する加熱／冷 却媒体流動用加熱／冷却管13とを備える、反応器において気体、液体および／ま たは固体を加熱／冷却するための装置において、中空体は、頂部および底部にお いて開口しており、加熱／冷却管は、中空体のオリフィス断面のいずれの地点に おいても完全に閉塞することがないように、配置することを特徴とする装置が提 供される。 本発明の装置によれば、気体、液体または固体は、この装置内を通過して反応 器内に添加でき、かつ反応器から除去することができる。すなわち、気体、液体 または固体の添加および除去の間、これと同時に、加熱／冷却を実施することが でき、これが、所定の用途に有利である。特に、本発明の装置によって、反応器 内に、液体を供給したり、保護ガス、気相反応体、気相触媒または固体を添加す ることができ、そして／または圧力平衡を、還流冷却と同時に、供給具および／ または気体チャネルによって達成することができる。以上のような反応器に関す る処理は、全て同じオリフィスによって達成することができる。 次に、本発明に従う、反応器において気体、液体および／または固体を加熱／ 冷却するための装置、この加熱／冷却装置を複数有する加熱／冷却システムおよ び、この加熱／冷却装置の使用を、その具体例について添付の図面を参照しなが らさらに詳細に説明する。 図１は、本発明の装置の具体例を示す側面図、 図２は、図１の装置の上面図、 図３は、フレキシブルなカップリングに固定された本発明の装置を示す側面図 (この図には、管によって接続された２つの反応器が示され、その一方の反応器 は、ガラス製である。)、 図４は、上面に付設した隔壁プレートおよび２つのフレキシブルなカップリン グの具体例を有する簡易なブロックを示す斜視図、 図５は、化学的プロセス、生化学的プロセス、生物学的プロセスまたは物理学 的ブロセスのような複数のプロセスを並列的に実施するための装置の具体例を、 上方および一方側から見た斜視図、 図６は、フレキシブルなカップリングの側面図、 図７は、図５のカップリングを線A-Aに沿って切欠した断面を示す断面図、 図８は、単一のブロック、フレキシブルなカップリング、本発明の加熱／冷却 装置、反応器および振とう装置を備えた実験用装置を示す正面図、 図９は、直列式に相互に連結した本発明の装置の空間節約配置を示す図、 図10は、加熱／冷却室を組み込んだ反応器を示す図、 図11は、図10の反応器の部分図、 図12〜14は、各々、図11の反応器を線B-B、C-CおよびD-Dに沿って切欠した断 面を示す断面図である。 図１および図２ 反応器において気体、液体および／または固体を加熱／冷却するための図示し た本発明装置１は、中空体10および、この中空体10内を部分的に通過する加熱／ 冷却媒体流動用加熱／冷却管13を備える。 中空体10は、管の形態を有しかつ頂部および底部において開口するように設計 されている。中空体10は、その頂部内面において、標準すり合わせ接続面12を有 し、この接続面12は、装置１の着脱自在な連結具を、実験システムの標準すり合 わせ接続面または実験システムのカップリングに対し着脱自在に接続するための 面である。また中空体10は、その下部外面において標準すり合わせ接続面11を有 し、この接続面11は、装置１の着脱自在な連結具を、反応器に対し着脱自在に接 続するための面である。標準すり合わせ接続ジョイントに代えて、ネジ式接続ま たは他のタイプの連結具も考えられる。 図面に示すように、加熱／冷却管13は、中空体10の外部から横方向に延在して 中空体10の内部に導入し、次いで中空体10の底部からその外部に導出し、次いで 中空体10の内部に再導入し、次いで横方向に延在して中空体の外部に導出する。 この配置によって、載置された反応器では、この反応器と加熱／冷却装置１との 接続領域よりも下方で、冷却を実施することができる。これにより、例えば、気 相は、反応器において比較的遠くの下部方向に凝縮でき、凝縮物は、上流の標準 すり合わせガラス接続部に集められ、その残部は、反応器中に残る。 加熱／冷却管13は、中空体10のオリフィス断面において、非対称に配置される 。すなわち、管13は、断面中央から断面外部に向かって横方向に延在するように 配置され、この配置によって、供給具および／または取出具、例えば中空ニード ル、へらまたはスプーンを導入するための空間および／または、保護ガス、気相 反応体、気相触媒または固体を載置反応器内に直接添加するための空間を形成す ることができる。 水のような加熱／冷却媒体は、有利には、フレキシブルな供給および除去ライ ンによって供給および除去されるが、これら供給および除去ラインは、加熱／冷 却管13のコネクター131,132に接続されている。コネクター131,132は、複数の本 発明装置１の接続が可能となるような空間節約方式で、配置される。この場合、 コネクター132は、コネクター131よりも高い位置に配置する。供給ラインおよび 除去ラインは、加熱／冷却管13を、加熱／冷却媒体供給用の加熱／冷却ユニット 、例えばクリオスタット（低温保持装置）に接続するのに使用することができる 。本発明の装置１を複数で使用する場合、このような供給／除去ラインは、空間 節約方式で、直列で接続でき、また、共用加熱／冷却ユニットに接続でき、また 、別個の加熱／冷却ユニットを用い、各々について、調節可能な各温度を達成す ることができる。 図３ 本発明の装置１は、原則として、種々の異なるタイプの反応器と一緒に使用す ることができる。有利には、装置１は、反応器を装置１に付設するための接続手 段（本発明の具体例では、標準すり合わせジョイント）を有することが必要であ る。反応器の形態および能力は、利用可能な空間および隣接して使用される反応 器の所望の数についての関数として、広範に変化させることができる。したがっ て、例えば、丸底または平底を有する円筒状反応器、丸底フラスコ、先細フラス コなど、特に0.3〜200mlの容量を有するものが、好適である。 図３は、フレキシブルまたは硬質な管21およびブレース（添え木）22によって 相互に接続された、２つの反応器2',2"を示し、これら反応器は、ろ過に使用す ることができる。ろ過用管23の一端は、反応器2"の上部域内に突出し、その他端 は、反応器2'の底部域においてフリット24、例えばガラスフリットと一体になる 。反応器2'の加圧状態形成および／または反応器2"の真空形成によって、フリッ ト24を介し、ろ過を達成することができる。より好適には、フィルターケーキが フリット24の上流に残存するだけでなく、ろ液が、付加的な処理用の供給および ／または除去装置の介在装置に接近可能なように、ろ過を行う。ろ過は、振とう と同時および／または振とう前に実施することができる。 反応器2'は、標準すり合わせジョイントによって、本発明の加熱／冷却装置１ に接続でき、この装置１自体は、付加的な標準すり合わせジョイント２によって フレキシブルなカップリング３に付設することができる。 図４ 本発明の加熱／冷却装置は、例えばフレキシブルなカップリング3,3'に対し、 着脱自在に付設することができ、これらカップリング3,3'は、実験システムの硬 質ブロック４に載置することができる。このタイプのフレキシブルなカッブリン グは、以下の図６および図７に関し、詳細に説明する。 硬質ブロック４は、複数の貫通孔41を有するものとして示される。貫通孔41は 、その一面が隔壁プレート42によってシールされ、隔壁プレート42は、ブロック ４の頂部に固定されている。要すれば、隔壁プレート42は、省略することができ る。貫通孔41の各々に対し、１つの各反応器を割り当てることができ、また、１ つの共用反応器を、複数の貫通孔41に割り当てることができる。 図５ 本発明の加熱／冷却装置は、化学的プロセス、生化学的プロセス、生物学的プ ロセスまたは物理学的プロセスのような複数のプロセスを並列的に実施するため の装置８において、スイッチブロック82に対し、使用することができる。図示し た装置８は、支持フレーム81を備える。フレーム81内に、２つのスイッチブロッ ク82が配置されているが、これらのブロックに加えて、付加的な３つのスイッチ ブロックを配置しうる空間が存在する。スイッチブロック82は、ネジ止めされる 。この目的のため、支持フレーム81は、ネジ山付孔811を有する。加えて、支持 フレーム81上に、出発物質容器フレーム83が配置される。なお、フレーム83は、 出発物質バイアル831を貯蔵するのに使用される。またフレーム83は、出発物質 バイアル831を２つのレベルに配置しうるように、設計され、利用空間の良好な 活用に役立つため、適用しうる出発物質バイアル831の数を増加させることがで きる。付加的な出発物質バイアルまたはサンプル採取バイアルを保持するため、 保持ブロックまたは採取プレート84を設ける。溶媒分配地点85によって、溶媒タ ンクから溶媒を取り出すことができる。 サンプラーのアーム６は、出発物質または生成物質を取り扱うための中空ニー ドル61を担持するために、使用される。中空ニードル61のアクセス面のコーナー 地点は、ニードル61によってマークされる。 装置８に関連するものとして、次のような装置（図示せず）を挙げることがで きる。 振とうシステム、真空ポンプ、複数のガス供給装置、ガス供給装置用および真空 ポンプ用のバルブ、加熱／冷却ユニット、複数の制御ユニット、希釈装置および 複数の反応器 図６および図７ 図示したフレキシブルなカップリング３は、ブロック側部分31および反応器側 部分32を備え、これらの間に、ベローズ33が配置される。ベローズ33の機能は、 反応器側部分32をブロック側部分31に対し、変位可能にさせる（好適には、相対 的変位だけでなくｘ、ｙおよびｚ軸方向への変位を可能にさせる）ことである。 図示したｘ、ｙおよびｚ座標系は、可能な移動方向の説明に役立つ。ブロック側 部分31は、ネジ311を備え、これにより、カップリング３は、硬質ブロックまた はスイッチブロック82のネジ山付孔内にねじ込むことができる。反応器側部分32 は、固定クランプ載置用の固定域321を備えると共に、例えば、本発明の加熱／ 冷却装置１を反応器または別の部分に着脱自在に付設するための標準すり合わせ ジョイント322を備える。加えて、フレキシブルなカップリング３は、中央オリ フィス34を有する。 カップリング３は、例えば、プラスチック製または金属製、特にテフロン製、 ポリプロピレン製、ポリエチレン製またはスチール製シートであってよい。 ベローズ33に代えて、例えば、フレキシブルな管を使用することができる(フ レキシブルなカップリング3'、図４参照)。しかしながら、ボールおよびソケッ トジョイントまたは二軸もしくは多軸ソケットも、考えられる。 図８ 図８では、本発明の３つの加熱／冷却装置１は、フレキシブルなカップリング ３によって、硬質ブロック４に対し載置される。また、この加熱／冷却装置１ に対し、反応器２が固定される。反応器２は、各々、隔壁43によってブロック４ に対し緊密にシールされている。各隔壁43は、プラスチック製ネジ式キャップ44 によって固定される。 フレキシブルなカップリング３によって、反応器２は、高振動数で振とうする ことができる。このために、反応器２の振とうは、振とうユニット５のキャリヤ ー51によって行い、振とうの動きは、矢印の方向になされる。この場合、反応器 ２は、加熱／冷却装置１と一緒に、振とうの動きが硬質ブロック４に伝達される ことなく、振とうされる。フレキシブルなカップリング３は、付加的な軸方向の 順応性を示すため、堅固に相互接続された２つの反応器でさえ、振とうさせるこ とができる。 さらに加えて、反応器２とその内容物の全重量が振とうユニット５に負荷して いないため、比較的数少ない振動を形成するような、比較的弱い振とうユニット ５でも、振動感受周辺ユニット、例えば、気体および／または液体および／また は固体の供給および／または除去ためのサンプラー、ロボットシステムまたは他 の自動装置を採用するのに、充分である。 本発明の加熱／冷却装置１の本質的で重要な利点によれば、振とうの間でも、 液体、気体または固体についての、反応器２への添加および／または反応器２か らの除去が、いずれの問題を起こすことなく、中空ニードル61、へらまたはスプ ーンのような供給具および／または除去用具を用い、硬質ブロック４、フレキシ ブルなカップリング３および加熱／冷却装置１内の通過によって、可能になった 。これは、既知の従来装置の場合には大幅に制限されていたものである。上記利 点は、本発明の加熱／冷却管13によって可能になったもので、この加熱／冷却管 13は、中空体10においてその断面中央から断面外部に横方向に延在して片寄った 位置に配置され、このため、比較的大きい空間を、液体、気体または固体の供給 および／または除去のために、利用することができる。 図９ 図９では、本発明の複数の加熱／冷却装置１は、直列式、特に空間節約方式で 相互接続される。各接続部分では、加熱／冷却装置１入口は、これに隣接し て対向または対角線方向に位置する加熱／冷却装置１出口または加熱／冷却ユニ ット（図示せず）に対し、接続される。各加熱／冷却装置１またはその加熱／冷 却管13は、フレキシブルな供給または除去ライン７（これは、コネクター131,13 2に接続される。）によって、相互に接続されるかまたは加熱／冷却ユニットに 対し接続される。各々の場合、コネクター132は、コネクター131よりも高い位置 に配置されるため、交差する二本の供給および除去ライン７は、異なる高さで通 過し、これにより、加熱／冷却装置１の空間節約配置が可能になる。ルーブ状接 続方式によって、複数の加熱／冷却装置１のために、単一の共用加熱／冷却ユニ ットを使用することができる。 図10〜図14 本発明の加熱／冷却装置１は、加熱／冷却室25が予め組み込まれた反応器2"と 一緒に使用することができる。この場合、加熱／冷却室25は、反応器本体26の底 部に一体化している。加熱／冷却室25は、供給または除去ラインのための接続部 分27,28を有し、これにより冷却室または加熱室として使用することができる。 複数の加熱／冷却室25は、図９の加熱／冷却装置１と同様な方法に従い、空間節 約方式で相互に接続することができる。 図３に関して記載した、反応器2',2"は、付加的な加熱／冷却室25を用いて、 作製することができる。原則として、前記した構成要素と、全ての可能なタイプ の反応器との組み合わせの大半が、変形例として考えられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｌ 9/06 Ｂ０１Ｌ 9/06 Ｆ１６Ｌ 39/02 Ｆ１６Ｌ 39/02 Ｆ２８Ｄ 7/06 Ｆ２８Ｄ 7/06 (31)優先権主張番号 ９４／９８ (32)優先日 平成10年１月15日(1998．1．15) (33)優先権主張国 スイス（ＣＨ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 チルキー，ハンスイェルク スイス、ツェーハー―4107エティンゲン、 クンストマットリング15番 (72)発明者 シュプライター，ヴァルター スイス、ツェーハー―4132ムッテンツ、ガ ルテンシュトラーセ17番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．中空体10と、この中空体10内を部分的に通過する加熱／冷却媒体流動用加 熱／冷却管13とを備える、反応器2,2',2”,2'''において気体、液体および／ま たは固体を加熱／冷却するための装置１であって、 中空体10は、その頂部および底部において開口しており、 加熱／冷却管13は、中空体10オリフィス断面のいずれの地点においても完全に 閉塞することがないように、配置する ことを特徴とする装置。 ２．中空体10は、管状の形態を有するように設計し、 加熱／冷却管13は、中空ニードル61が加熱／冷却管13に加えて中空体10内を通 過しうるように、配置する請求項１記載の装置。 ３．加熱／冷却管13は、管状の中空体10内において横方向に配置し、特に中空 体10の長手方向の半分のみに配置する請求項２記載の装置。 ４．中空体10は、装置１を反応器2,2',2",2'''に着脱自在に接続するための手 段、特に標準すり合わせ接続面11を備える請求項1〜3のいずれかに記載の装置。 ５．中空体10は、装置１を実験システム（例えば、化学的プロセス、生化学的 プロセス、生物学的プロセスまたは物理学的プロセスのような複数のプロセスを 並列的に実施するための装置）または実験システム用カップリング3,3'に着脱自 在に付設するための手段、特に標準すり合わせ接続面12を備える請求項1〜4のい ずれかに記載の装置。 ６．加熱／冷却管13は、中空体10の外部から横方向に延在して中空体10の内部 に導入し、次いで中空体10の底部からその外部に導出し、次いで中空体10の内部 に再導入し、次いで横方向に延在して中空体の外部に導出する請求項1〜5のいず れかに記載の装置。 ７．加熱／冷却管13の、中空体10側面入口および中空体10側面出口は、それら の高さが食い違う請求項６記載の装置。 ８．請求項1〜7のいずれかに記載の加熱／冷却装置１を複数有する加熱／冷却 システムにおいて、 加熱／冷却装置１は、ライン７によって直列で相互に接続して、共用加熱／冷 却ユニットから加熱／冷却媒体を供給する ことを特徴とするシステム。 ９．反応器2,2',2”,2'''において気体、液体および／または固体を加熱／冷 却するための、請求項1〜7のいずれかに記載の装置１についての、 実験システム、例えば、化学的プロセス、生化学的プロセス、生物学的プロセ スまたは物理学的プロセスのような複数のプロセスを並列的に実施するための装 置への使用。 10．加熱／冷却装置１は、フレキシブルなカップリング3,3'によって実験シス テムに固定する請求項９記載の使用。