JP2003047839A - Micro reactor - Google Patents

Micro reactor

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JP2003047839A
JP2003047839A JP2001237842A JP2001237842A JP2003047839A JP 2003047839 A JP2003047839 A JP 2003047839A JP 2001237842 A JP2001237842 A JP 2001237842A JP 2001237842 A JP2001237842 A JP 2001237842A JP 2003047839 A JP2003047839 A JP 2003047839A
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Application number
JP2001237842A
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Inventor
Nobuaki Honda
宣昭 本田
Original Assignee
Yamatake Corp
株式会社山武
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro reactor capable of stably achieving a chemical reaction (micro chemical reaction) in a micro channel according to the velocity and flow rate of a fluid that flows through the micro channel. SOLUTION: A plurality of micro heaters 4 are disposed in a micro channel 1 forming a fluid conduction passage along the fluid conduction direction and a prescribed number of micro heaters sequential in the fluid conduction direction in the micro channel among the micro heaters are selectively electrified with a heater control section 7. Each of the micro heaters has a length equal to integral multiples of a previously set unit length and the micro heaters are arranged in the order of increasing length along the fluid conduction direction of the micro channel.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、所定の反応条件下での微小空間における化学反応(マイクロ化学反応)を安定に実現することのできるマイクロリアクタに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention relates to a microreactor capable of realizing a chemical reaction in the minute space at a given reaction conditions (the micro chemical reaction) stable. 【0002】 【関連する背景技術】マイクロリアクタは、微小な流路断面積の流体通流路を形成したマイクロチャネルに反応性のある2種類またはそれ以上の流体(液体または気体)を導き、これらの流体を互いに接触させることでマイクロ化学反応を生起するものである。 [0002] [Related Art] microreactor leads to two or more fluids are reactive in microchannels forming the fluid flow path of the small flow passage cross-sectional area (liquid or gas), these it is intended to rise to micro-chemical reactions by contacting the fluid with each other. このようなマイクロリアクタは、例えばバイオ・ケミカル反応を伴う特定物質の検出や、マイクロ領域(微小空間)での化学反応メカニズムの分析、更には化学物質の製造等に用いられる。 Such microreactor, for example, detection of a specific substance with a bio-chemical reaction, analysis of the chemical reaction mechanism of the micro areas (small space), and further used in the production of chemical substances. 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところでマイクロ化学プラントで用いられる複数のマイクロリアクタは、一般的には、その反応系を制御するフロー系内にそれぞれ組み込まれる。 [0003] [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally plurality of microreactor used in micro-chemical plant are generally incorporated respectively in the flow system to control the reaction system. ちなみに上記フロー系の制御は、例えば系全体の流量をモニタしながら、ポンプ等により生起される流体圧力を制御することにより実現される。 Incidentally control of the flow system, for example, while monitoring the flow rate of the overall system is achieved by controlling the fluid pressure is caused by a pump or the like. この為、 For this reason,
系全体の流量が決定されるものの、複数のマイクロリアクタをそれぞれ通流する流体の流量(流速)を個々に設定することが困難である。 Although the flow rate of the overall system is determined, it is difficult to set the fluid respectively through flow multiple microreactor flow rate (flow velocity) individually. 換言すれば、各マイクロリアクタにおける流量(流速)は、専ら、そのフロー系全体における他の制約条件によって決定される。 In other words, the flow rate of each microreactor (flow rate) is exclusively determined by other constraints throughout the flow system. 【0004】すると複数のマイクロリアクタにおけるマイクロ化学反応が、その流量(流速)によって互いに異なることが否めない。 [0004] Then a micro chemical reaction in a plurality of microreactors, undeniable be different from each other by their flow rate (flow velocity). 即ち、各マイクロリアクタにおける流量(流速)が異なると、各マイクロリアクタにおける流体の滞留時間が変化することになり、例えばマイクロチャネルに流れる流体の速度が速いと該流体のマイクロチャネル内での滞留時間が短くなるので、十分なるマイクロ化学反応を生起することができなくなる。 That is, when the flow rate of each microreactor (flow rate) is different, will be the residence time of the fluid in each microreactor is changed, for example, residence time in the microchannels speed is high and the fluid of the fluid flowing through the microchannel is short since, it is impossible to rise to sufficient Naru microchemical reactions. 特にマイクロチャネルに組み込んだヒータを用いて該マイクロマイクロチャネルに供給された流体を加熱しながらマイクロ化学反応を生起するような場合、ヒータによる流体の加熱量(加熱時間)がその流速によって変化し、十分な反応が生じなくなる虞がある。 Especially when using a heater incorporated in the micro-channels, such as occurring micro chemical reaction while heating fluid supplied to the micro-micro-channel, heating of the fluid by the heater (heating time) is changed depending on the flow rate, adequate reaction there is a possibility that not occur. 【0005】そこで各マイクロリアクタを上記フロー系内での各部の仕様(流量)に応じて個々に設計することが考えられる。 [0005] Accordingly it is conceivable to individually designed according to each part of the specification (flow rate) of each microreactor in the flow system. しかしながら前記フロー系の各部における流量(流速)に応じた複数種のマイクロリアクタを設計し、製作することはコストの面からも非現実的である。 However designing a plurality of types of microreactor according to the flow rate (flow velocity) in each part of the flow system, it is impractical in terms of cost of manufacture. またマイクロリアクタ(マイクロチャネル)に目詰まり等の不具合が生じて流体の通流が妨げられ、その流速が変化することも考えられる。 The flow of fluid is prevented by cause problems such as clogging of the microreactor (microchannel), it is also considered that the flow velocity is changed. 従ってマイクロチャネルに供給される流体の速度や流量、ひいては流体のマイクロチャネル内での滞留時間に拘わることなしに、流体の化学反応を十分安定に生起させるに適したマイクロリアクタの開発が望まれている。 Thus the fluid velocity and flow rate supplied to the microchannel, without threatening the residence time in turn in a microchannel of a fluid, the development of microreactor suitable for sufficiently stable rise to chemical reactions of the fluid is desired . 【0006】本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、マイクロチャネルを流れる流体の速度や流量に応じてマイクロヒータ内での流体の化学反応時間(化学反応を生起する領域長)を制御することができ、該マイクロチャネルにおける化学反応(マイクロ化学反応)を安定に実現することのできるマイクロリアクタを提供することにある。 [0006] The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is rise to chemical reaction time (reaction fluid in the micro-heater according to the speed or flow rate of the fluid flowing through the microchannel it is possible to control the space length) which is to provide a microreactor capable of chemical reaction (micro chemical reaction) stably realized in said microchannel. 【0007】 【課題を解決するための手段】上述した目的を達成するべく本発明は、マイクロチャネル内における加熱領域の長さを変化させることで、該マイクロチャネルの上記加熱領域を流体が通過するに要する時間、換言すれば化学反応領域(加熱領域)における流体の滞留時間を一定化し、これによってマイクロチャネルを流れる流体の速度や流量に関わることなく安定したマイクロ化学反応環境を実現することを特徴としている。 [0007] According to an aspect of the present invention in order to achieve the above objects, by changing the length of the heating region in the microchannel, the heating region of the microchannel fluid passes wherein time, in other words a certain the residence time of the fluid in the reaction zone (heating zone) if, thereby realizing a stable micro-chemistry environment without involving speed and flow rate of the fluid flowing through the microchannels required for It is set to. 【0008】そこで本発明に係るマイクロリアクタは、 [0008] Therefore, the microreactor according to the present invention,
流体の通流路をなすマイクロチャネルの流体通流方向に沿って複数のマイクロヒータを配設し、ヒータ制御部においては、上記複数のマイクロヒータ中の前記マイクロチャネルにおける流体通流方向に連続している所定数のマイクロヒータを選択的に通電することを特徴としている。 Along the direction of fluid flow through the microchannels forming the through passage of the fluid disposed a plurality of micro-heaters, in heater control unit, continuous in fluid flow direction in the microchannel in the plurality of micro-heaters and which is characterized by selectively energizing a predetermined number of micro-heaters. 【0009】本発明の好ましい態様は、請求項2に記載するように前記マイクロチャネルにそれぞれ設けられる複数のマイクロヒータを、予め設定された単位長の整数倍の長さをそれぞれ有するものとし、これらのマイクロヒータを前記マイクロチャネルの流体通流方向に沿って、その長さが順に長くなるように配列することを特徴とする。 A preferred embodiment of the present invention, a plurality of micro-heaters provided to each of the microchannels as described in claim 2, shall have predetermined unit length of an integral multiple length of each of these along the micro-heater in fluid flow direction of the microchannel, characterized in that arranged so that its length is sequentially increased. そして請求項3に記載するように前記ヒータ制御部においては、前記マイクロチャネルに導かれる流体の流速に応じて選択的に通電するマイクロヒータを制御して、該マイクロヒータによる加熱領域長およびその発熱量を可変するように構成される。 And in the heater control unit as claimed in claim 3, wherein by controlling the micro-heater for selectively energized in response to the flow rate of fluid directed into the microchannel, the heating area length and its heat generated by the micro-heater It constituted the amount to variably. 【0010】また本発明の係るマイクロリアクタは、更に前記マイクロチャネルに配設されたマイクロ温度センサを備えることを特徴としている。 [0010] microreactor according the present invention is characterized by further comprising a micro temperature sensor disposed in the microchannel. そしてこのマイクロ温度センサにより検出されるマイクロチャネルの温度に応じて、前記ヒータ制御部によるマイクロヒータの発熱量を制御するように構成される。 And in accordance with the temperature of the micro-channel is detected by the micro temperature sensor, configured to control the heating value of the micro-heater by the heater controller. 【0011】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るマイクロリアクタについて説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, a microreactor will be described according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings. 図1 Figure 1
は、この実施形態に係るマイクロリアクタの基本的な概略構成を示す図である。 Is a diagram showing a basic schematic configuration of a microreactor according to this embodiment. このマイクロリアクタは、例えばSi半導体基板をベースとし、マイクロマシンニング技術を用いて上記Si半導体基板上に流体の通流路をなすマイクロチャネル1を形成して実現される。 The microreactor, such as Si semiconductor substrate as a base, is realized by forming a micro channel 1 forming a flowing path of the fluid on the Si semiconductor substrate using micromachining techniques. このマイクロチャネル1は、例えば2つのインレット2a,2b The microchannel 1, for example, two inlets 2a, 2b
と1つのアウトレット3とを結ぶ所定の流路断面積の液体通流路を形成したもので、インレット2a,2bからそれぞれ入力される被検出流体と反応試薬とを混合してマイクロ反応を生じさせた後、その反応液をアウトレット3から排出する役割を担う。 If one outlet 3 and in which the formation of the liquid flow path of the predetermined flow path cross-sectional area connecting, causing micro-reaction by mixing the reaction reagents and the detection fluid is inputted from the inlet 2a, 2b after, responsible for discharging the reaction mixture from the outlet 3. 【0012】しかしてこのマイクロチャネル1には、複数のマイクロヒータ4(4a,4b,〜4n)が、その流体通流方向に沿って配設されている。 [0012] Thus in this microchannel 1 has a plurality of micro-heaters 4 (4a, 4b, ~4n), are disposed along the fluid flow direction. これらのマイクロヒータ4a,4b,〜4nは、前記Si半導体基板上にSi These micro heaters 4a, 4b, to 4n is, Si in the Si semiconductor substrate
2等からなる絶縁性薄膜を介して設けられる、例えば厚みが1μm程度の白金(Pt)薄膜からなり、予め設定された単位長の整数倍の長さをそれぞれ有するもので、マイクロチャネル1を通流する流体を加熱する役割を担う。 Via an insulating thin film composed of O 2, etc. are provided, for example, the thickness is from about 1μm platinum (Pt) thin film, those having a preset unit length of an integral multiple length of each microchannel 1 responsible for heating the fluid flowing through. 特にこれらのマイクロヒータ4a,4b,〜4n In particular, these micro-heaters 4a, 4b, ~4n
はマイクロチャネル1の流体通流方向に沿って、例えばその上流側から下流側に向けて、その長さが順に長くなるように配列されている。 Along the direction of fluid flow through the microchannel 1, for example, toward the downstream side from the upstream side are arranged such that the length is sequentially increased. 【0013】尚、各マイクロヒータ4a,4b,〜4n [0013] Incidentally, each micro-heater 4a, 4b, to 4n
は、具体的には図2に例示するように所定幅の白金(P It is of a predetermined width as specifically illustrated in FIG. 2 Platinum (P
t)薄膜導体をミアンダ状に蛇行させたものからなり、 t) consists those obtained by meandering the thin-film conductor to meander,
所定の折り返し部位毎に電極リードを取り出すことで、 By taking out the electrode lead for each predetermined folding-back section,
ヒータ長(発熱領域長)の異なる複数のマイクロヒータ4a,4b,〜4nに区分した構造を有する。 Having different micro-heaters 4a, 4b, the structure divided into ~4n the heater length (heating area length). そしてこれらのマイクロヒータ4a,4b,〜4nは、上記電極リード中を2つの選択することでその通電区間が特定され、 And these micro-heaters 4a, 4b, to 4n, the conducting time zone is identified by two select in the electrode lead,
後述するようにマイクロチャネル1における流体通流方向に連続している所定数のマイクロヒータ4だけが選択的に発熱駆動されるものとなっている。 Predetermined number micro-heater 4, which is continuous with the fluid flow direction in the micro-channel 1 is turned to that selectively heated and driven as described below. 【0014】また前記マイクロチャネル1には、白金(Pt)からなるマイクロ温度センサ5が配設されており、このマイクロ温度センサ5によってマイクロチャネル1内を通流し、前記マイクロヒータ4a,4b,〜4n Further to the micro channel 1 is disposed a micro temperature sensor 5 made of platinum (Pt), it flows through the inside of the micro-channel 1 by the micro temperature sensor 5, the micro-heater 4a, 4b, ~ 4n
によって加熱された流体の温度がモニタされるようになっている。 Temperature of the fluid is adapted to be monitored which is heated by the. このマイクロ温度センサ5についても、前述したマイクロヒータ4a,4b,〜4nと同様に、所定幅の白金(Pt)薄膜導体をミアンダ状に蛇行させたものとし、所定の折り返し部位毎に電極リードを取り出すことで、温度検出領域の異なる複数のマイクロ温度センサ5a,5b,〜5nに区分した構造のものとすれば良い。 This micro temperature sensor 5 is also micro-heater 4a described above, 4b, similarly to the to 4n, and those obtained by meandering platinum (Pt) thin film conductor having a predetermined width in a meandering, an electrode lead for each predetermined folding site by taking out, different micro temperature sensor 5a temperature detection region, 5b, may be those of the classification structure to through 5n. 【0015】より具体的には、図3に示すように前述した如くミアンダ状に蛇行して所定幅(幅広)の白金(P More specifically 0015], platinum having a predetermined width meandering in meander as described above, as shown in FIG. 3 (wide) (P
t)薄膜導体を配設したマイクロヒータ4に沿って、マイクロ温度センサ5を配設するようにすれば良い。 t) along the micro-heater 4 which is disposed the thin film conductor may be to dispose the micro temperature sensor 5. そして前記マイクロヒータ4a,4b,〜4nがそれぞれ設けられた領域の温度を複数のマイクロ温度センサ5a,5 Then the micro heater 4a, 4b, to 4n is the temperature of the region a plurality of which are provided respectively micro temperature sensor 5a, 5
b,〜5nによりそれぞれ検出するようにすれば良い。 b, it may be detected respectively by the through 5n. 【0016】このような構造のマイクロ温度センサ5 [0016] The micro-temperature sensor 5 of such a structure
(5a,5b,〜5n)によれば、マイクロチャネル1における全体的な温度(平均温度)や、マイクロヒータ4 (5a, 5b, through 5n) according to the overall temperature (average temperature) of the micro-channel 1 and, micro-heater 4
a,4b,〜4nがそれぞれ設けられた領域の温度をそれぞれ容易に検出することが可能となる。 a, 4b, it is possible ~4n to easily detect each of the temperature regions provided respectively. 尚、マイクロ温度センサ5をマイクロチャネル1の下流側や上流側に設け、該マイクロチャネル1に導かれる流体の入口側および出口側の温度をそれぞれ検出するように構成することも可能である。 Incidentally, the micro temperature sensor 5 provided on the downstream side and the upstream side of the microchannel 1, it is also possible to constitute the fluid led into the microchannel 1 inlet and the temperature at the outlet side to detect respectively. 【0017】一方、このマイクロリアクタにおいては、 [0017] On the other hand, in the microreactor,
前記アウトレット3に連接してフローセンサ6が設けられており、このフローセンサ6によりマイクロチャネル1を介して通流する流体の速度や流量がモニタされている。 And flow sensor 6 is provided connected to the outlet 3, the speed and flow rate of the fluid flowing through the micro channel 1 is being monitored by the flow sensor 6. そして加熱制御部(ヒータ制御部)7は、前記マイクロ温度センサ5(5a,5b,〜5n)により検出される流体の温度、更には前記フローセンサ6により検出される流体の速度や流量に応じて上述した複数のマイクロヒータ4a,4b,〜4nを選択的に通電して発熱駆動し、これによってマイクロチャネル1を流れる流体に加える熱量を制御する役割を担う。 The heating control section (heater control unit) 7, according to the micro temperature sensor 5 (5a, 5b, through 5n) the temperature of the fluid detected by, more speed and flow rate of the fluid detected by the flow sensor 6 a plurality of micro-heaters 4a described above Te, 4b, and heated and driven by selectively energizing to 4n, thereby responsible for controlling the amount of heat applied to the fluid flowing through the microchannel 1. 【0018】尚、ここではSi半導体基板をベースとしてマイクロチャネル1を形成するものとしているが、A [0018] Note that, although it is assumed that the forming microchannels 1 Si semiconductor substrate as a base, A
l材やSUS鋼等の金属ベースでマイクロチャネル1を形成することも可能である。 It is also possible to form a micro-channel 1 with a metal base such as l material or SUS steel. 但し、この場合には金属ベース上に薄膜絶縁体層を介して前述した複数のマイクロヒータ4a,4b,〜4nやマイクロ温度センサ5をそれぞれ配設形成してマイクロチャネル1に集積化するようにすれば良い。 However, as integrated in the micro-channel 1 and disposed respectively formed a plurality of micro-heaters 4a described above via a thin insulating layer on a metal base, 4b, to 4n and micro temperature sensor 5 are in this case it is sufficient. 【0019】ここで上述した如くマイクロチャネル1 [0019] The micro-channel 1 as described above here
に、その流体通流方向に沿って配設した複数のマイクロヒータ4a,4b,〜4nと、これらのマイクロヒータ4 A plurality of micro-heaters 4a which is disposed along the fluid flow direction, 4b, and to 4n, these micro-heater 4
a,4b,〜4nの前記加熱制御部7による選択的な通電による発熱駆動について今少し詳しく説明する。 a, 4b, now it is described in some detail for heated and driven by selective energization by the heating control unit 7 of the to 4n. 前述した複数のマイクロヒータ4a,4b,〜4nは、発熱領域の単位長を[1]としてその整数倍の長さに設定された、 A plurality of micro-heaters 4a described above, 4b, to 4n has been set the unit length of the heating area as a [1] to the length of the integral multiple,
例えば長さ[1]の2つのマイクロヒータ4a,4b、長さ[2]の2つのマイクロヒータ4c,4d、長さ[4]の2つのマイクロヒータ4e,4f、および長さ[8]の2 Two micro heaters 4a, for example the length [1], 4b, two micro heater 4c length [2], 4d, two micro heaters 4e length [4], 4f, and the length of [8] 2
つのマイクロヒータ4g,4hからなる。 One of the micro-heater 4g, consisting of 4h. そしてこれらの計8個のマイクロヒータ4a,4b,〜4hは、マイクロチャネル1の流体通流方向に沿ってその上流側から下流側に向けて、その長さが順に長くなるように直線状に配列されている。 And these total of eight micro heaters 4a, 4b, ~4h is toward the upstream side to the downstream side along the direction of fluid flow through the microchannel 1, linearly as its length is sequentially lengthened It is arranged. 加熱制御部7は、これらのマイクロヒータ4a,4b,〜4h中の、前記マイクロチャネル1において流体通流方向に連続している所定数のマイクロヒータ4のまとまり毎に選択的に通電するもので、これによってマイクロチャネル1におけるマイクロヒータ4による加熱領域(加熱ゾーン)の長さを調整するものとなっている。 Heating control unit 7 is for selectively energizing these micro-heaters 4a, 4b, in ~4H, each group of the microchannel predetermined number of micro-heater 4 to be contiguous to the fluid flow direction in the 1 thereby it has become used to adjust the length of the region heated by micro heater 4 in the micro-channel 1 (heating zone). 尚、上述した複数のマイクロヒータ4a,4 The plurality of micro-heaters 4a described above, 4
b,〜4hを、マイクロチャネル1の上流側から下流側に向けて、その長さが順に短くなるように直線状に配列することも可能である。 b, and ~4H, from upstream to downstream of the microchannel 1 can also be arranged in a straight line as its length is sequentially shortened. 【0020】具体的には加熱制御部7は、1列に直線状に配列された8個のマイクロヒータ4a,4b,〜4hの中から、マイクロチャネル1の流体通流方向に連続している1個〜8個のマイクロヒータ4のまとまりを、図4 [0020] Specifically the heating control unit 7, the eight micro heater 4a that is linearly arranged in one row, 4b, from the ~4H, are continuous in the direction of fluid flow through the microchannel 1 the group of one to eight of the micro-heater 4, 4
(a)〜(v)に斜線を付して示すように選択的に抽出し、 (A) selectively extracted as shown hatched ~ (v),
このマイクロヒータ4のまとまりを一括して通電することで、マイクロチャネル1における加熱領域の長さを可変している。 By energizing collectively cohesiveness of the micro-heater 4, and varying the length of the heating region in the microchannel 1. 【0021】そして長さ[1]の2つのマイクロヒータ4 [0021] The two lengths [1] of the micro-heater 4
a,4bの一方だけを通電することで、図4(a)に示すように加熱領域の長さを[1]とし、また長さ[2]の2つのマイクロヒータ4c,4dの一方だけを通電することで、図4(b)に示すように加熱領域の長さを[2]としている。 a, by energizing one of 4b only, the length of the heating region, as shown in FIG. 4 (a) and [1], also two micro heater 4c length [2], the 4d while only by energizing, the length of the heating region, as shown in FIG. 4 (b) is set to [2]. 更には互いに隣接する長さ[1]のマイクロヒータ4bと長さ[2]のマイクロヒータ4cの2個を1つのまとまりとし、これらのマイクロヒータ4b,4cを一括して通電することで、図4(c)に示すように加熱領域の長さを[3]とし、また互いに隣接する長さ[2]のマイクロヒータ4c,4dの2個を1つのまとまりとし、これらのマイクロヒータ4c,4dを一括して通電することで、図4(d)に示すように加熱領域の長さを[4]としている。 By further 2 micro heater 4c of the micro-heater 4b and length [2] adjacent length [1] as one unity with each other, energizing these micro heater 4b, and 4c collectively, FIG. 4 the length of the heating area, as shown in (c) and [3], also micro-heater 4c of the adjacent lengths to [2], two 4d was one chunk to each other, these micro-heater 4c, 4d by collectively energized, the length of the heating region, as shown in FIG. 4 (d) is set to [4]. 【0022】更に加熱制御部7は、マイクロチャネル1 Furthermore heating control unit 7, the micro-channel 1
の流体通流方向に連続している2個〜8個のマイクロヒータ4のまとまりを選択的に抽出して通電することで、 By passing a 2 to 8 amino group of micro-heaters 4 to the fluid flow direction are continuous selectively extracted and,
図4(e)〜(v)にそれぞれ示すようにマイクロチャネル1における加熱領域の長さを[5],[6]〜[30]として選択的に設定するものとなっている。 Figure 4 (e) ~ (v) in the length of the heating region in the micro channel 1 as shown respectively [5], which is assumed to be set selectively as [6] - [30]. そして全体的には、加熱制御部7はマイクロチャネル1における加熱領域の長さを、[1],[2],[3],[4],[5],[6],[8], And Overall, the heating control section 7 the length of the heating region in the microchannel 1, [1], [2], [3], [4], [5], [6], [8],
[9],[10],[12],[13],[14],[16],[18],[2 [9], [10], [12], [13], [14], [16], [18], [2
0],[21],[22],[24],[26],[28],[29],[3 0], [21], [22], [24], [26], [28], [29], [3
0]からなる22通りのパターンとして選択的に設定するものとなっている。 It has become one that selectively set as a pattern of 22 kinds of zero. 【0023】尚、図4(w)に示すように、長さ[1]のマイクロヒータをマイクロヒータ4a,4bの横に2つ追加し、長さ[1]のマイクロヒータを4個連続させて設けておけば、[7],[11],[15],[23]なる長さの加熱領域を設定することも容易である。 [0023] Incidentally, as shown in FIG. 4 (w), the micro-heater micro heater 4a length [1], two additional beside 4b, by four successive micro heater length [1] if provided Te, [7], [11], [15], it is easy to set the heating region of length made [23]. またこの例においては特に図示しないが、更に長さ[1]のマイクロヒータを長さ[8]のマイクロヒータ4hの横に1個追加すれば、[25],[27]なる長さの加熱領域を設定することも可能となる。 Although not specifically shown in this example, if one adds further a micro-heater of length [1] next to the micro-heater 4h Length [8], [25], heating length made [27] it is possible to set the region. 【0024】このようにしてマイクロチャネル1に、その流体通流方向に沿って配列された複数のマイクロヒータ4を選択的に通電し、これによって該マイクロチャネル1における加熱領域の長さを調整し得るように構成されたマイクロリアクタによれば、複数のマイクロヒータ4の選択的な通電制御だけでマクロチャネル1に供給された流体に与える熱量を簡単に調整することができる。 [0024] Micro channel 1 in this manner, selectively energizing a plurality of micro-heater 4 arranged along the fluid flow direction, thereby adjusting the length of the heating region in the microchannel 1 According to the thus constructed microreactor to obtain, it is possible to easily adjust the amount of heat applied to the fluid supplied to the macro channel 1 only selective energization control of a plurality of micro-heater 4.
特にマイクロチャネル1を流れる流体の速度やその流量に応じて複数のマイクロヒータ4を選択的に通電制御すれば、これによって上記流体に与える熱量を一定化することも可能である。 Especially when selectively energized controlling a plurality of micro-heater 4 according to the speed and the flow rate of the fluid flowing through the micro-channel 1, whereby it is possible to uniform the amount of heat applied to the fluid. 【0025】具体的にはマイクロチャネル1を流れる流体の速度が遅く、マイクロチャネル1における流体の滞留時間が長いような場合には、マイクロヒータ4による加熱領域を短くし、また流体の速度が速く、マイクロチャネル1における流体の滞留時間が短いようない場合には、マイクロヒータ4による加熱領域を長く設定することで、その通流速度(滞留時間)に拘わることなく単位体積当たりの流体に与える熱量を一定化することが可能となる。 [0025] Specifically, slow speed of the fluid flowing through the micro-channel 1, if such a long residence time of the fluid in the micro-channel 1, to shorten the heating region by the micro-heater 4, also fast rate of the fluid , in the absence as short residence time of the fluid in the microchannel 1, by setting a longer region heated by micro heater 4, the amount of heat applied to the fluid per unit volume without relating to the flowing rate (residence time) it is possible to uniform the. 【0026】ちなみにマイクロリアクタ(マイクロチャネル1)を流れる流体の流量と、その圧損をモニタすれば、マイクロチャネル1内における流体(反応物質)の実流速を求めることが可能となる。 [0026] Incidentally the flow rate of the fluid flowing through the microreactor the (micro channel 1), by monitoring the pressure drop, it is possible to determine the actual flow rate of the fluid (reactant) in microchannel 1. そこでこの実流速に基づいてマイクロヒータ4がなす加熱領域の長さを上述したように調整すれば、マイクロチャネル1を流れる流体(反応物質)が所定の時間に亘って上記加熱領域内に保持されることになる。 Therefore by adjusting, as described above the length of the heating area formed by the micro-heater 4 on the basis of the actual flow rate, is held fluid flowing through the microchannel 1 (reactant) is over a predetermined time to the heating zone It becomes Rukoto. つまり流体(反応物質)が所定時間を掛けてマイクロヒータ4がなす加熱領域を通過することになるので、ここに最適なマイクロ反応を生起することが可能となる。 That the fluid (reactant) will pass through a heating zone formed by the micro-heater 4 over a predetermined time, it is possible to rise to optimal microreaction here. 【0027】この際、マイクロチャネル1の下流側に設けた、或いはマイクロヒータ4に沿って設けたマイクロ温度センサ5により検出される流体の温度に応じて前記加熱制御部7により選択的に通電するマイクロヒータ4 [0027] In this case, it provided downstream of the microchannel 1, or selectively energized by the heating control unit 7 according to the temperature of the fluid detected by the micro temperature sensor 5 provided along the micro-heater 4 micro-heater 4
をフィードバック制御すれば、これによって上記流体の温度を容易に一定化することができる。 If the feedback control, whereby it is possible to easily uniform the temperature of the fluid. またマイクロチャネル1の上流側に設けたマイクロ温度センサにより検出される流体の温度に応じて前記加熱制御部7により選択的に通電するマイクロヒータ4をフィードフォワード制御しても、上記流体の温度を容易に一定化することができる。 Also even if the micro-heater 4 for selectively energized by the heating control unit 7 according to the temperature of the fluid detected by the micro temperature sensor provided on the upstream side of the microchannel 1 feed and forward control, the temperature of the fluid it can be easily kept constant. 【0028】ところで複数のマイクロチャネル1(1 [0028] By the way plurality of micro-channel 1 (1
A,1B,〜1N)を並列に設けてマイクロリアクタを構成する場合には、例えば図5に示すように各マイクロチャネル1(1A,1B,〜1N)毎に、先に実施形態と同様に複数のマイクロヒータ4(4a,4b,〜4n)をその流体通流方向に沿ってそれぞれ配設するようにすれば良い。 A, 1B, when constituting the microreactor is provided in parallel to 1n), for example each microchannel 1 (1A, as shown in FIG. 5, 1B, 1n) each, a plurality similar to the embodiment previously the micro-heater 4 (4a, 4b, ~4n) a may be such that each disposed along the fluid flow direction. この場合には、例えば各マイクロチャネル1(1 In this case, for example, each micro-channel 1 (1
A,1B,〜1N)にそれぞれ配設された所定数のマイクロヒータ4(4a,4b,〜4n)を、特にその配列位置を同じくするもの同士を前記各マイクロチャネル1(1 A, 1B, micro-heater 4 (4a predetermined number disposed respectively 1n), 4b, to 4n) and, in particular, the to each other each microchannel 1 which also the sequence positions (1
A,1B,〜1N)間で共通に接続して所定数のマイクロヒータ群を形成する。 A, 1B, to form a predetermined number of micro-heater group connected to a common among 1n). そして加熱制御部7においては、 Then the heating control section 7,
これらの各マイクロヒータ群をそれぞれ1つの通電単位とすることで前記各マイクロチャネル1(1A,1B,〜 Wherein these respective micro heater group by each one of the current supply units each microchannel 1 (1A, 1B, ~
1N)にそれぞれ配設された複数のマイクロヒータ4を共通に通電制御するように構成される。 Configured to energization control a plurality of micro-heater 4 disposed respectively 1N) in common. 【0029】この際、加熱制御部7は、前記各マイクロチャネル1(1A,1B,〜1N)において、その流体通流方向にそれぞれ連続している所定数のマイクロヒータ4を一括して通電するべく、前記各マイクロヒータ4がなす所定数のマイクロヒータ群を選択的に通電するものとなっている。 [0029] At this time, the heating control unit 7, the in each microchannel 1 (1A, 1B, ~1N), energized collectively a predetermined number of micro-heater 4 are continuous respectively to the fluid flow direction order, which is intended to selectively energized a predetermined number of micro-heater groups each micro-heater 4 is formed. これにより各マイクロチャネル1(1 Thus each microchannel 1 (1
A,1B,〜1N)における所定数のマイクロヒータ4が先の実施形態と同様に通電され、各マイクロチャネル1 A, 1B, a predetermined number of micro-heater 4 in 1n) is energized as in the previous embodiment, each microchannel 1
(1A,1B,〜1N)での加熱領域の長さがそれぞれ設定される。 (1A, 1B, ~1N) the length of the heating region in the set, respectively. 【0030】従ってこのように複数のマイクロチャネル1(1A,1B,〜1N)を並列に設けたマイクロリアクタにおいても、各マイクロチャネル1(1A,1B,〜1 [0030] Accordingly this way a plurality of microchannels 1 (1A, 1B, ~1N) even microreactor provided in parallel, each microchannel 1 (1A, 1B, to 1
N)での加熱領域の長さを調整することができるので、 It is possible to adjust the length of the heating region in the N),
例えばマイクロ化学プラントにおける反応系の制御を司るポンプ等のフロー制御系の制御動作に応じて、マイクロヒータ4による流体の加熱時間を最適に調整することが可能となる。 For example in response to a control operation of the flow control system such as a pump for controlling the reaction system in the micro chemical plant, it is possible to optimally adjust the heating time of the fluid by micro-heater 4. 故に、並列に設けた複数のマイクロチャネル1(1A,1B,〜1N)を用いて流体のマイクロ反応を大量に生起する場合であっても、各マイクロチャネル1(1A,1B,〜1N)における流体の反応環境を一括して安定に最適化することができると言う利点がある。 Thus, a plurality of micro-channels 1 provided in parallel (1A, 1B, 1n) even when a large amount rise to microreaction fluid using, in each micro-channel 1 (1A, 1B, 1n) there is an advantage that can be optimized stable collectively reaction environment of the fluid. 【0031】また上述した如く構成されたマイクロリアクタによれば、仮にマイクロチャネル1に目詰まりが生じた場合であっても、目詰まりに伴う流速の変化に応じてマイクロヒータ4による加熱領域の長さを調整すればよいので、目詰まりが生じる都度、マイクロリアクタを交換する必要がなく、マイクロリアクタを長時間に亘って運転することが可能である。 [0031] According to a microreactor that is composed as described above, even if a case where clogging occurs in the micro-channel 1, the length of the region heated by micro heater 4 in accordance with a change in the flow rate due to clogging since may be adjusted, each time clogging occurs, it is not necessary to replace the microreactor, it is possible to operate over a microreactor for a long time. 従ってマイクロ化学プラントにおけるランニングコストを低減することができ、 Therefore it is possible to reduce the running cost of the micro-chemical plant,
更にはマイクロ化学プラント自体の設計の自由度を高めて、その設計コストを大きく削減し得る等の効果も奏せられる。 Further enhances the flexibility of the micro-chemical plant itself design, effects such as may reduce the design cost increases also Sose. 【0032】尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。 [0032] The present invention is not limited to the above embodiments. 例えばマイクロチャネル1をその流体通流方向に区分して設定される加熱領域(ヒータ4) For example, the heating region set by dividing a microchannel 1 to the fluid flow direction (heater 4)
の数や、その加熱領域の長さは、マイクロリアクタ(マイクロチャネル)の仕様に応じて定めれば良いものである。 The number and the length of the heating area are those which may be determined according to the specifications of the microreactor (microchannel). また複数のマイクロチャネル1の数や、その配列形態についても種々変形可能なものであり、要は本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 The number and the plurality of microchannels 1, also as it can be modified variously for the arrangement form, short present invention can be modified in various ways without departing from the scope thereof. 【0033】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マイクロチャネルにおける流体通流方向に沿って配設された複数のマイクロヒータを備え、これらのマイクロヒータを通電加熱制御してマイクロチャネルにおける加熱領域の長さを制御するので、所定の反応条件下での微小空間における化学反応(マイクロ化学反応)を安定に実現することができる。 According to the present invention as described in the foregoing, comprising a plurality of micro-heaters disposed along the fluid flow direction in the micro-channel, electrical heating control to these micro-heater and it controls the length of the heating region in the microchannel, a chemical reaction in the minute space at a given reaction conditions (the micro chemical reaction) can be stably realized. しかも簡易な構成で加熱領域長およびその加熱量の制御性の高いマイクロリアクタを提供することができる。 Moreover it is possible to provide a heated area length and high microreactor controllability of the heating amount with a simple structure.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施形態に係るマイクロリアクタの概略構成図。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS schematic diagram of a microreactor according to a first embodiment of the present invention; FIG. 【図2】マイクロチャネルに組み込まれるマイクロヒータの例を示す図。 FIG. 2 shows an example of a micro-heater incorporated in the microchannel. 【図3】マイクロチャネルに組み込まれるマイクロ温度センサの例を示す図。 FIG. 3 shows an example of a micro temperature sensor incorporated in the microchannel. 【図4】図1に示すマイクロリアクタにおける加熱領域の長さ制御の形態を示す図。 4 is a diagram showing the form of a length control of the heating region in the microreactor shown in Fig. 【図5】本発明の第2の実施形態に係るマイクロリアクタの概略構成図。 Figure 5 is a schematic diagram of a microreactor according to the second embodiment of the present invention. 【符号の説明】 1(1A,1B,〜1N) マイクロチャネル2a,2b インレット3 アウトレット4(4a,4b,〜4n) マイクロヒータ5 マイクロ温度センサ6 フローセンサ7 加熱制御部(ヒータ制御部) [Description of symbols] 1 (1A, 1B, ~1N) microchannel 2a, 2b inlet 3 outlet 4 (4a, 4b, ~4n) micro-heater 5 micro temperature sensor 6 Flow sensor 7 the heating control section (heater control unit)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G042 AA01 CB03 GA01 HA05 HA07 HA10 4G035 AC01 AE02 AE15 4G037 CA11 CA18 EA01 4G075 AA39 AA63 BA05 BD15 CA02 DA03 EA05 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page of continued F-term (reference) 2G042 AA01 CB03 GA01 HA05 HA07 HA10 4G035 AC01 AE02 AE15 4G037 CA11 CA18 EA01 4G075 AA39 AA63 BA05 BD15 CA02 DA03 EA05

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 流体の通流路をなすマイクロチャネルと、 このマイクロチャネルの流体通流方向に沿って配設された複数のマイクロヒータと、 これらの複数のマイクロヒータ中の前記マイクロチャネルにおける流体通流方向に連続している所定数のマイクロヒータを選択的に通電するヒータ制御部とを具備したことを特徴とするマイクロリアクタ。 Claims 1. A microchannel forming a flowing path of the fluid, and a plurality of micro-heaters disposed along the fluid flow direction of the microchannel in the plurality of micro-heaters microreactor, characterized by comprising a heater control unit for selectively energizing a predetermined number of micro-heaters that are contiguous to the fluid flow direction in the microchannel. 【請求項2】 前記マイクロチャネルにそれぞれ設けられる複数のマイクロヒータは、予め設定された単位長の整数倍の長さをそれぞれ有するものであって、 前記マイクロチャネルの流体通流方向に沿って、その長さが順に長くなるように配列されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロリアクタ。 Wherein said microchannel plurality of micro-heaters provided in the include those having predetermined unit length of an integral multiple length respectively, along the fluid flow direction of the micro channel, microreactor according to claim 1, characterized in that its length is arranged such order becomes longer. 【請求項3】 前記ヒータ制御部は、前記マイクロチャネルに導かれる流体の流速に応じて選択的に通電するマイクロヒータを制御するものである請求項1に記載のマイクロリアクタ。 Wherein the heater control unit microreactor of claim 1 is for controlling the micro-heater for selectively energized in response to the flow rate of fluid directed into said microchannel. 【請求項4】 請求項1に記載のマイクロリアクタにおいて、 更に前記マイクロチャネルに配設されたマイクロ温度センサを備えることを特徴とするマイクロリアクタ。 4. A microreactor according to claim 1, microreactor, characterized by further comprising a micro temperature sensor disposed in the microchannel.
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