JP2007044619A - 微小混合装置、微小反応装置、流体混合方法、および流体反応方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 流路の幅を制御でき、内部の洗浄が容易で、流体の種類や条件によらず最適な条件で混合を行うことができる微小混合装置および流体混合方法を提供する。
【解決手段】 流体供給口から複数の流体を導入する複数の流体導入部１２１と、該流体導入部を通過した複数の流体を混合する流体混合部１４５を有する微小混合装置であって、前記流体混合部１４５が、少なくとも一部の位置に傾斜した外側壁１０４を有する外筒１０１と、該外筒の内側に間隙を設けて配置され、少なくとも一部の位置に傾斜した内側壁１０６を有する内筒１０５と、該外筒と内筒を相対的に変位させ、前記外側壁と内側壁の間隙で前記複数の流体を混合する混合手段を有する微小混合装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２種類以上の流体を微小空間で混合する微小混合装置、流体混合方法および２種類以上の流体を微小空間で反応させる微小反応装置、流体反応方法に関する。

従来、各種の微小空間中で流体を混合する微小混合装置や、微小空間中で化学反応を起こさせる微小反応装置が、提案されている（特許文献１）。以下、微小反応装置を包含した意味で微小混合装置という用語を用いる。

微小混合装置は、従来のタンク中での混合等に比べて、流体同士の相互的な拡散距離が非常に小さくなるので、反応を短い時間で起こすことが可能である。また、拡散距離を精密に制御できるので、従来よりもバラツキの小さな最終生成物を得ることが可能である。また、微小混合装置の数を増やすことで生産量を増加することができ、実験室と工場での最終生成物の違いを最小限にすることが可能になる。
特開２００３−２１０９５９号公報

一般に、微小混合装置は、拡散距離を短くするためには流路幅を狭くすることが望ましい。しかし、流路幅を狭くすると以下のような問題が生じる。まず、流体の粘度による流抵抗が増加するため必要なポンピング圧力が増加する。また、反応性生物が粒子状である場合、生成した粒子が壁面に付着しやすくなる。そのため、流す流体の性状や反応の種類に応じて最適な流路幅が存在するが、従来の微小混合装置は流路幅を制御できないという問題点があった。また、従来の微小混合装置は、洗浄を行うのが容易でないという問題点もあった。

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、流路の幅を制御でき、内部の洗浄が容易で、流体の種類や条件によらず最適な条件で混合を行うことができる微小混合装置および流体混合方法を提供するものである。

すなわち、本発明は、流体供給口から複数の流体を導入する複数の流体導入部と、該流体導入部を通過した複数の流体を混合する流体混合部を有する微小混合装置であって、前記流体混合部が、少なくとも一部の位置に傾斜した外側壁を有する外筒と、該外筒の内側に間隙を設けて配置され、少なくとも一部の位置に傾斜した内側壁を有する内筒と、該外筒および内筒を相対的に変位させ、前記外側壁と内側壁の間隙で前記複数の流体を混合する混合手段を有することを特徴とする微小混合装置である。

また、本発明は、流体供給口から複数の流体を流体導入部に導入し、該流体導入部を通過した複数の流体を混合する流体混合方法であって、少なくとも一部の位置に傾斜した外側壁を有する外筒と、該外筒の内側に配置され、少なくとも一部の位置に傾斜した内側壁を有する内筒とにより形成された間隙に複数の流体を導入し、該外筒と内筒を相対的に変位させて、前記外側壁と内側壁の間隙で前記複数の流体を混合する工程を有することを特徴とする流体混合方法である。

本発明は、前記外筒および内筒は軸が同一となる様に配置され、外筒および内筒のいずれか一方を固定し、他方を軸方向に往復移動させることにより外筒および内筒を変位させることを特徴とする。

本発明は、前記外筒と内筒が分離可能であることを特徴とする。
本発明は、前記複数の流体を混合して反応させる微小反応装置として用いることを特徴とする。

本発明によれば、流路の幅を制御でき、内部の洗浄が容易で、流体の種類や条件によらず最適な条件で混合を行うことができる微小混合装置および流体混合方法を提供できる。

本発明の微小混合装置の具体例としては、複数の流体供給口と、該流体供給口から流入された複数の流体を略同心円筒状の流れに整流する複数の流体導入部と、該流体導入部で整流された略同心円筒状に流れる複数の該流体を混合する流体混合部からなる微小混合装置であって、該流体混合部が、少なくとも一部に内径が連続的に変化する部位を有する円筒状の外筒と、該外筒と同心に組み合わされた少なくとも一部に外径が連続的に変化する部位を有する円筒状の内筒と、該外筒と該内筒を軸方向に相対的に変位させる駆動手段を有する微小混合装置が好ましい。

本発明において、外筒および内筒の形状は、外筒および内筒の間に流体を混合する間隙が形成できればよく、例えば筒状、錐状であり、また断面形状は円形、楕円形、四角形等の多角形が挙げられる。

さらに、前記外筒と前記内筒を容易に分離できる分離手段を有することが好ましい。
さらに、上記の微小混合装置を用いて流体を混合することを特徴とする流体混合方法が好ましい。

以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
図１は、本発明の微小混合装置の一実施態様を示す断面図である。

本実施例の微小混合装置は、２種の流体Ａ、Ｂを混合して、流体Ｚを得る。流体Ａ、Ｂの物質には、例えば顔料が溶解したアルカリ溶液と水が用いられる。
外筒１０１は、両端部にそれぞれフランジ１０２、１０３を有しており、中間部には、内径が連続的に変化するテーパー部１０４からなる傾斜した外側壁がある。

外筒１０１の図中の左側には隔壁１１１と外筒蓋１１５が配置されており、図中右側の内側にはスライドガイド１３６が配置されている。外筒蓋１１５とフランジ１０２は脱着容易に結合されている。外筒蓋１１５には、モータ取り付け板１１６が取り付けられており、モータ取り付け板１１６には、ステッピングモータ１３１が取り付けられている。ステッピングモータ１３１の回転軸には、駆動ネジ１３２が同軸になるように取り付けられている。

内筒１０５は外径が連続的に変化するテーパー部１０６からなる傾斜した内側壁を有し、図中左側に内筒蓋１３３が取り付けられている。内筒蓋１３３には回転防止ガイド１３４が一体に形成されており、軸中心には雌ネジ１３５が切られている。

外筒１０１と内筒１０５は、対称軸１５０が同一で、テーパー部１０４とテーパー部１０６はおよそ対向するようになるように配置されている。駆動ネジ１３２と雌ネジ１３５はかみ合っている。内筒１０５は外筒蓋１１５およびスライドガイド１３６に対して図中左右方向に摺動するようになっている。回転防止ガイド１３４は、外筒蓋１１５に設けられたガイド溝１１７とかみ合っており、外筒１０１と内筒１０５が軸周りに回転することを防止している。

外筒１０１、内筒１０５、隔壁１１１、外筒蓋１１５に囲まれた部分が、流体導入部１４１、１４２を構成している。また、流体導入部１４１、１４２には、それぞれ流体導入管１２１、１２２がつながれている。流体導入管１２１、１２２に、それぞれ流体Ａ、Ｂを流入すると、それらは流体導入部１４１、１４２で整流され、外筒１０１と内筒１０５の間の混合領域１４５に入って混合が行なわれ、流体Ｚが生成される。

本実施例においては、ステッピングモータ１３１により駆動ネジ１３２を駆動することで、内筒１０５を外筒１０１に対して軸方向に相対的に駆動することが可能である。図１においては、テーパー部１０４とテーパー部１０６の距離がＷ１である状態を示している。図２は、内筒１０５を距離Ｓだけ駆動した状態を表している。このとき、テーパー部１０４とテーパー部１０６の距離はＷ２になっている。本実施例においては、内筒１０５を図中で右側に移動させるとテーパー部１０４とテーパー部１０６の距離は縮まる傾向がある。このように、本実施例においては、流路幅を制御することが可能である。これにより、流体の種類や条件が変わっても常に最適な条件で流体を混合することが可能である。

また、本実施例においては外筒蓋１１５とフランジ１０２が脱着容易に結合されているため、この部分を外すことで外筒１０１と内筒１０５が容易に分離でき、容易に清掃できる。

実施例２
図３は、本実施例を説明するための断面図である。図３において、２０１〜２４５は、実施例１の１０１〜１４５に対応しており、２１２、２２３、２４３は、それぞれ隔壁、流体導入管、流体導入部である。実施例１と異なり、本実施例においては流体導入部が３つあるので３種類の流体を混合することができる。もちろん、流体導入部の数は３つに限られるものではなく、必要に応じていくらでも増やすことができるのは言うまでもない。

本実施例においても実施例１と同様に、ステッピングモータ２３１を駆動することで、内筒２０５を外筒２０１に対して相対的に駆動することが可能である。本実施例においては、内筒２０５を図中で右側に移動させるとテーパー部２０４とテーパー部２０６の距離は広がる傾向がある。このように、本実施例においても流路幅を制御することが可能であり、流体の種類や条件が変わっても常に最適な条件で流体を混合することが可能である。

本発明の微小混合装置は、流路の幅を制御でき、内部の洗浄が容易で、流体の種類や条件によらず最適な条件で混合を行うことができるので、顔料等の微粒子の生産等に利用することができる。

本発明の微小混合装置の一実施態様を示す断面図である。 図１の微小反応装置の動作を説明する図である。 本発明の微小混合装置の他の実施態様を示す断面図である。

符号の説明

１０１、２０１ 外筒
１０２、１０３、２０３ フランジ
１０４、２０４ テーパー部（外側壁）
１０５、２０５ 内筒
１０６、２０６ テーパー部（内側壁）
１１１、２１１、２１２ 隔壁
１１５、２１５ 外筒蓋
１１６、２１６ モータ取り付け板
１２１、１２２、２２１、２２２、２２３ 流体導入管
１３１、２３１ ステッピングモータ
１３２、２３２ 駆動ネジ
１３３、２３３ 内筒蓋
１３４、２３４ 回転防止ガイド
１３５、２３５ 雌ネジ
１３６、２３６ スライドガイド
１４１、１４２、２４１、２４２、２４３ 流体導入部
１４５、２４５ 混合領域
１５０、２５０ 対称軸

Claims (6)

1. 流体供給口から複数の流体を導入する複数の流体導入部と、該流体導入部を通過した複数の流体を混合する流体混合部を有する微小混合装置であって、前記流体混合部が、少なくとも一部の位置に傾斜した外側壁を有する外筒と、該外筒の内側に間隙を設けて配置され、少なくとも一部の位置に傾斜した内側壁を有する内筒と、該外筒および内筒を相対的に変位させ、前記外側壁と内側壁の間隙で前記複数の流体を混合する混合手段を有することを特徴とする微小混合装置。
2. 前記外筒および内筒は軸が同一となる様に配置され、外筒および内筒のいずれか一方を固定し、他方を軸方向に往復移動させることにより外筒および内筒を変位させることを特徴とする請求項１に記載の微小混合装置。
3. 前記外筒と内筒が分離可能であることを特徴とする請求項１に記載の微小混合装置。
4. 前記複数の流体を混合して反応させる微小反応装置として用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の微小混合装置。
5. 流体供給口から複数の流体を流体導入部に導入し、該流体導入部を通過した複数の流体を混合する流体混合方法であって、少なくとも一部の位置に傾斜した外側壁を有する外筒と、該外筒の内側に配置され、少なくとも一部の位置に傾斜した内側壁を有する内筒とにより形成された間隙に複数の流体を導入し、該外筒と内筒を相対的に変位させて、前記外側壁と内側壁の間隙で前記複数の流体を混合する工程を有することを特徴とする流体混合方法。
6. 前記複数の流体を混合して反応させる流体反応方法として用いることを特徴とする請求項５に記載の流体混合方法。

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