JP2007098225A - 流体デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロ流路12に複数の液体L1,L2を流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に液体L1,L2の温度調整を行う温度調整機構14を備えた流体デバイス10において、温度調整機構14は、マイクロ流路12の液体L1,L2の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路18に所望温度の熱媒体Hを流す機構であって、該熱媒体流路18の流路幅W2がマイクロ流路12の流路幅W1よりも広く形成されている。
【選択図】 図3
Description
請求項12によれば、流体流路が内部に形成された円筒状の流体流路ブロックの外側に、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックが合わさるように配置される。そして、流体流路には反応操作又は単位操作を行う複数の流体が流体供給手段から供給され、熱媒体流路には流体流路を流れる流体の温度調整を行う熱媒体が熱媒体供給手段から供給される。これにより、熱媒体流路を流れる熱媒体と流体流路を流れる熱媒体とが熱交換されて、流体の温度が調整される。尚、流体供給手段は複数の流体ごとに設けることが好ましい。
図1は、本発明の流体デバイスの第1の実施の形態の全体構成図であり、薄片流型の層流を形成する薄片流型流体デバイス10の一例である。また、流体流路としては流路幅が1mm以下のマイクロな流路の例で説明すると共に、流体としては、液液反応を行う2種類の液体L1、L2の例で以下に説明する。
ちなみに、流体流路12の流路幅W1を1mmとした場合には、熱媒体流路18の流路幅W2は1.5mm〜3mmの範囲となる。
(1) X線リソグラフィと電気メッキを組み合わせたLIGA技術
(2) EPON SU8を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法
(3) 機械的マイクロ切削加工(ドリル径がマイクロメートルオーダのドリルを高速回転するマイクロドリル加工等)
(4) Deep RIEによるシリコンの高アスペクト比加工法
(5) Hot Emboss加工法
(6) 光造形法
(7) レーザー加工法
(8) イオンビーム法
また、流体デバイス10の装置本体15を製作するための材料としては、耐熱、耐圧及び耐溶剤性、加工容易性等の要求に応じ、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック、シリコン、及びテフロン等を好適に使用できる。装置本体15の製作においては、流体流路12や熱媒体流路18の製作は勿論重要であるが、蓋部材28や底部材42を本体部材26、40に接合する接合技術も重要である。蓋部材28や底部材42の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流体流路12や熱媒体流路18の破壊を伴わず寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合(例えば、圧接接合や拡散接合等)や液相接合(例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等)を選択することが好ましい。例えば、材料としてシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等がある。セラミックスの接合については、金属のようにメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してglass solderなる接合剤をスクリーン印刷で80μmに印刷し、圧力をかけずに440〜500°Cで処理する方法がある。また、研究段階ではあるが、新しい接合技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接結合、HF(フッ化水素)水溶液を用いた接合等がある。
図12は、本発明の流体デバイスの第2の実施の形態の全体構成図であり、同芯流の層流を形成する同芯流型流体デバイス100の一例である。また、流体としては、液液反応を行う3種類の液体L1、L2、L3の例で以下に説明する。尚、第2の実施の形態において後記する流体流路111とは、反応流路156と、反応によって生成された反応生成液LMの出液路170の両方を合わせたものを言い、反応流路156と出液路170とを流れる液体L1,L2に温度調整機構300で温度調整できるように構成した。
先ず、従来の流体デバイスのように、流体流路の流路幅と熱媒体流路の流路幅が同じ場合について試験した。即ち、流路幅300μm、流路深さ200μmの流体流路が形成された流体流路プレートの下面に、流体流路の流路幅と同じ300μmで、流路深さが1000μmの熱媒体流路が形成された熱媒体流路プレートを配置した。そして、流体流路には90°Cの温水を流し、熱媒体流路には氷点下20°C(−20°C)の熱媒体(冷媒)を流しながら流体流路出口での温水の温度を測定した。測定は、直径500μmのK熱伝対を流体流路出口に差し込むことにより行った。流体流路を流れる温水の流量を1mL/分とし、及び熱媒体流路を流れる熱媒体の流量を5mL/分とした。
(試験2…本発明の実施例1)
次に、本発明の流体デバイスを使用して同様の試験を行った。即ち、流路幅300μm、流路深さ200μmの流体流路が形成された流体流路プレートの下面に、流路幅1000μmで、流路深さが300μmの熱媒体流路が形成された熱媒体流路プレートを配置した。
(試験3…本発明の実施例2)
試験2では、熱媒体流路の下流側にいくに従って、温水と熱媒体との温度差が小さくなり熱交換効率が低下した。このことから、熱媒体流路を縮流構造として同様の試験を行った。即ち、熱媒体流路の入口位置での流路幅を1000μmとし、出口位置での流路幅を600μmとし、1000μmから600μmに直線的に縮流されるようにした。
Claims (12)
- 流体流路にて反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスにおいて、
前記温度調整機構は、前記流体流路の流体の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路に所望温度の熱媒体が層流状態で流れる機構であって、該熱媒体流路の流路幅が前記流体流路の流路幅よりも広く形成されていることを特徴とする流体デバイス。 - 前記流体流路の流路幅は1mm以下であることを特徴とする請求項1の流体デバイス。
- 前記流体流路の流路幅をW1とし、前記熱媒体流路の流路幅をW2とし、W2−W1をΔWとしたときに、
0.5≦ΔW/W1≦2であることを特徴とする請求項1又は2の流体デバイス。 - 前記熱媒体流路の流路幅は前記流体流路の上流側よりも下流側が狭くなる縮流構造に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1の流体デバイス。
- 前記熱媒体流路は、前記流体流路を流れる流体の流れ方向の上流側から下流側に複数個設けられ、それぞれの熱媒体流路に異なる温度及び/又は異なる流速の熱媒体を流すことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1の流体デバイス。
- 前記熱媒体流路は、前記流体の流れ方向に平行な複数の流体に分割されていると共に、該分割流体はそれぞれに異なる温度の熱媒体及び/又は異なる流速の熱媒体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1の流体デバイス。
- 前記熱媒体流路が波型形状に形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1の流体デバイス。
- 前記流体デバイスは、
前記流体流路が内部に形成された板状の流体流路プレートと、
前記流体流路プレートの上面又は下面に配置され、熱媒体流路が内部に形成された板状の熱媒体流路プレートと、
前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、
前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項1〜7の何れか1の流体デバイス。 - 流体流路に複数の流体を同芯状で流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスにおいて、
前記温度調整機構は、前記流体流路の外側に形成される筒状の熱媒体流路に前記流体の温度を調整する所望温度の熱媒体を流す機構であって、該熱媒体流路の流路径が前記流体流路の上流側よりも下流側が狭くなる縮流構造に形成されていることを特徴とする流体デバイス。 - 前記熱媒体流路が波型形状に形成されていることを特徴とする請求項9の流体デバイス。
- 前記熱媒体流路は、前記流体流路を流れる流体の流れ方向の上流側から下流側に複数個設けられ、それぞれの熱媒体流路に異なる温度及び/又は異なる流速の熱媒体を供給することを特徴とする請求項9又は10の流体デバイス。
- 前記流体デバイスは、
前記流体流路が内部に形成された円筒状の流体流路ブロックと、
前記流体流路ブロックの外側に配置され、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックと、
前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、
前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1の流体デバイス。
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