JP2003164745A - マイクロ反応器 - Google Patents

マイクロ反応器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 目詰まりの問題を招来することなく、互いに
反応する2種類の流体の接触によるマイクロ化学反応を
安定に生起することのできる簡易な構成のマイクロ反応
器を提供する。 【解決手段】 対をなして互いに反応する2種類の流体
A,Bをそれぞれ通流させるマイクロチャネル11,12
の間に、前記2種類の流体と反応することのない流体C
を通流させる補助マイクロチャネル13を設けたことを
特徴とする。特に前記マイクロチャネルおよび補助マイ
クロチャネルを、互いに平行にそれぞれ複数チャネルず
つ設ける場合には、補助マイクロチャネルを複数対マイ
クロチャネルの間に、または各マイクロチャネルを囲ん
で設けることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロチャネル
に互いに反応する2種類の流体を通流させ、これらの流
体を反応させて微粒子を析出させるマイクロ反応器に関
する。
【0002】
【関連する背景技術】マイクロ反応器は、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、互い
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。このような
マイクロ反応器は、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。
【0003】ちなみにマイクロ反応器は、例えば図4に
示すように隔壁1により区画されて平行に設けられて流
体の導入部をなす一対のマイクロチャネル2,3と、こ
れらのマイクロチャネル2,3の出口部に連接されて上
記流体の反応部をなすマイクロチャネル4とを備えて構
成される。そして上記一対の流体導入用マイクロチャネ
ル2,3に互いに反応する2種類の流体A,Bをそれぞれ
通流させ、反応用マイクロチャネル4において上記流体
A,Bを接触させてマイクロ化学反応を生起させ、微粒
子Pを析出させるものとなっている。
【0004】尚、上記マイクロチャネル2,3,4の流路
断面積は、一般的には10〜500μm角程度であり、
このような微小な流路断面積のマイクロチャネルは、シ
リコンをエッチングする等のマイクロマシンニング技術
を用いて形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところでこのようなマ
イクロ反応器を用いて化学物質を製造する場合、反応性
流体A,Bの接触によって析出した微粒子Pが次第にマ
イクロチャネル4内に堆積し、特に図中Qに示すように
マイクロチャネル2,3の出口部周辺に堆積し、マイク
ロチャネルを詰まらせると言う不具合がある。このよう
な目詰まりの問題は、マイクロチャネルの流路断面積を
広くすることにより緩和することができるが、マイクロ
反応器自体の特徴が損なわれると言う大きな問題があ
る。これ故、従来においては、専ら、マイクロチャネル
を定期的に超音波洗浄しているのが実情である。
【0006】しかしながら化学プラント等においてマイ
クロ反応器を用いて化学物質を製造するような場合、複
数のマイクロチャネル、例えば100〜1000個のマ
イクロチャネルを平行に設けたマイクロ反応器を用い、
流体A,Bのマイクロ化学反応を同時に大量に生起する
ことになるので、その洗浄自体が非常に困難なものとな
ると考えられる。
【0007】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、マイクロチャネルの目詰まりの
問題を招来することなく、互いに反応する2種類の流体
の接触によるマイクロ化学反応を安定に生起することの
できる簡易な構成のマイクロ反応器を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係るマイクロ反応器は、対をなすマイクロ
チャネルに互いに反応する2種類の流体をそれぞれ通流
させ、前記マイクロチャネルの出口部において上記2種
類の流体を反応させて微粒子を析出させるものであっ
て、特に前記対をなすマイクロチャネルの間に、前記2
種類の流体と反応することのない流体を通流させる補助
マイクロチャネルを設けたことを特徴としている。
【0009】具体的には、例えば水酸化カルシウム[C
a(OH)2]の水溶液(流体A)を通流させる第1のマイ
クロチャネルと、炭酸水[H2CO3](流体B)を通流
させる第2のマイクロチャネルとの間に、水[H2O]
(流体C)を通流させる補助マイクロチャネルを設け
る。そして補助マイクロチャネルから吐出させる水によ
って上記水酸化カルシウムと炭酸とが接触する領域を前
記第1および第2のマイクロチャネルの出口部から離反
させ、前記水酸化カルシウムと炭酸との反応により析出
する炭酸カリウム[CaCO3]の微粒子が前記第1およ
び第2のマイクロチャネルの出口部周辺に堆積しないよ
うにしたことを特徴としている。
【0010】好ましくは前記マイクロチャネルおよび補
助マイクロチャネルは、その出口部を揃えて互いに平行
に設けられ、前記各流体の合流部をなす反応用マイクロ
チャネルに連接されたものとして実現される。また前記
マイクロチャネルおよび補助マイクロチャネルを、互い
に平行にそれぞれ複数チャネルずつ設ける場合には、前
記補助マイクロチャネルを複数対マイクロチャネルの間
に、または各マイクロチャネルを囲んで設けることを特
徴としている。
【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反応器について説明する。図1は
この実施形態に係るマイクロ反応器の概略構成を示す断
面図である。このマイクロ反応器は、互いに反応する2
種類の流体A,B、例えば水酸化カルシウム[Ca(OH)
2]の水溶液および炭酸水[H2CO3]をそれぞれ通流
させる第1および第2のマイクロチャネル11,12
と、これらのマイクロチャネル11,12の間に設けら
れて上記各流体A,Bとは反応することのない流体Cを
通流する補助マイクロチャネル13とを備える。これら
の3つのマイクロチャネル11,12,13は、その出口
部を揃えて互いに平行に設けられるものであって、流体
A,Bの反応部をなす反応用マイクロチャネル14に連
接された構造をなす。
【0012】尚、上記各マイクロチャネル11,12,1
3,14は、シリコンをエッチングする等して形成され
た溝として実現される。より具体的には反応用マイクロ
チャネル14は、外壁15,16により囲まれた幅広の
空間(流体通流路)として実現される。またその出口部
を揃え、上記反応用マイクロチャネル14に連接されて
互いに平行に設けられる3つのマイクロチャネル11,
12,13は、上記外壁15,16間に設けられた2つの
隔壁17,18により区画される3つ空間(流体通流
路)として実現される。
【0013】このように構成されたマイクロ反応器によ
れば、マイクロチャネル11,12から反応用マイクロ
チャネル14にそれぞれ吐出される流体A,Bは、その
出口部において上記マイクロチャネル11,12の間に
設けられた補助マイクロチャネルCから吐出される流体
Cを間にして層流をなして流れ、その接触が互いに阻止
される。そして上記流体A,Bは、反応用マイクロチャ
ネル14を流れるに従って前記流体Cを含んで次第に混
合して接触し、マイクロ化学反応を生起して微粒子を析
出する。具体的には水酸化カルシウム[Ca(OH)2]と
炭酸水[H2CO3]との接触によるマイクロ化学反応に
より、炭酸カリウム[CaCO3]の微粒子を析出する。
【0014】この際、補助マイクロチャネル13から吐
出される流体Cは、図1に示すように流体A,Bの接触
による微粒子の析出領域Pを前記マイクロチャネル1
1,12,13の出口部近傍、特に隔壁17,18の端部
から離反させる役割を果たす。従って流体A,Bの接触
により析出する微粒子が隔壁17,18の端部に堆積す
ることがなく、従来のようにマイクロチャネル11,1
2,13の出口部を塞いで目詰まりを発生させるような
不具合を招来することがない。
【0015】この結果、従来のようにマイクロチャネル
を定期的に超音波洗浄する等の処理が不要となり、前述
した炭酸カリウム[CaCO3]の微粒子を連続して安定
に生成することが可能となる。特に微小空間にてマイク
ロ化学反応を生起するマイクロ反応器の特徴を損なうこ
となしに、その反応生成物(微粒子)を安定に生成する
ことが可能となる。
【0016】尚、前記各マイクロチャネル11,12,1
3をそれぞれ複数チャネル設け、これらの各マイクロチ
ャネル11,12,13を立体的に配列して流体A,Bの
反応生成物を大量生産する場合には、例えば図2(a)に
示すように複数の補助マイクロチャネル13を、それぞ
れ対をなす複数の第1および第2のマイクロチャネル1
1,12の間にそれぞれ設けるようにすれば良い。或い
は図2(b)に示すように複数の補助マイクロチャネル1
3を、複数の第1および第2のマイクロチャネル11,
12をそれぞれ囲んで設けるようにすれば良い。
【0017】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば図3に示すように流体Cを循環
させる循環槽21内に、流体A,Bをそれぞれ供給する
第1および第2のマイクロチャネル(ノズル)22,2
3を設け、これらのマイクロチャネル(ノズル)22,
23からそれぞれ吐出される流体A,B間に上記流体C
が供給されるようにしても良い。この場合、上記マイク
ロチャネル(ノズル)22,23間の流体Cが通流する
隙間が補助マイクロチャネルとして機能することにな
る。
【0018】尚、図中、24は循環槽21内に流体Cを
循環させるポンプ(スクリュー機構)を示している。ま
た前記第1および第2のマイクロチャネル(ノズル)2
2,23を互いに離反させてそれぞれ複数本設けること
も勿論可能である。その他、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。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、対
をなして互いに反応する2種類の流体をそれぞれ通流す
るマイクロチャネルの間に、前記2種類の流体と反応す
ることのない流体を通流させる補助マイクロチャネルを
設けているので、これらのマイクロチャネルの出口部に
上記2種類の流体が反応して析出する微粒子が堆積する
ことがなく、従ってマイクロチャネルの目詰まりを招来
することがない。従ってその超音波洗浄等を不要とする
ことのみならず、マイクロ化学反応を連続して安定に生
起させ得る簡易な構成のマイクロ反応器を実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るマイクロ反応器の要
部概略構成図。
【図2】補助マイクロチャネルの配置構造を示す断面
図。
【図3】本発明の更に別の実施形態に係るマイクロ反応
器の概略構成図。
【図4】従来のマイクロ反応器の概略構成図。
【符号の説明】
11,12 対をなすマイクロチャネル 13 補助マイクロチャネル 14 反応用マイクロチャネル 15,16 外壁 17,18 隔壁 21 循環槽(補助マイクロチャネル) 22,23 マイクロチャネル(ノズル)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対をなすマイクロチャネルに互いに反応
    する2種類の流体をそれぞれ通流させ、前記マイクロチ
    ャネルの出口部において上記2種類の流体を反応させて
    微粒子を析出させるマイクロ反応器であって、 前記対をなすマイクロチャネルの間に、前記2種類の流
    体と反応することのない流体を通流させる補助マイクロ
    チャネルを設けたことを特徴とするマイクロ反応器。
  2. 【請求項2】 前記マイクロチャネルおよび補助マイク
    ロチャネルは、その出口部を揃えて互いに平行に設けら
    れ、前記各流体の合流部をなす反応用マイクロチャネル
    に連接されたものである請求項1に記載のマイクロ反応
    器。
  3. 【請求項3】 前記マイクロチャネルおよび補助マイク
    ロチャネルは、それぞれ複数チャネル設けられ、前記補
    助マイクロチャネルは複数対マイクロチャネルの間に、
    または各マイクロチャネルを囲んで設けられるものであ
    る請求項1に記載のマイクロ反応器。
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