JP2009509725A - 積層反応装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、投入される原料物質に応じてチャネル長さ（即ち、反応時間）の調節が可能で、十分な時間の間、原料物質を反応でき、原料物質を完全に混合することができ、反応効率を向上させることができる積層反応装置を開示する。本発明に係る積層反応装置は、少なくとも２種類の原料物質がそれぞれ流入される投入口及び投入口に連結されたチャネルが下部表面に形成されている上部ブロック；及び上部面には上部ブロックのチャネルに対応する上部チャネルが、下部面には部材を貫通する連結流路によって上部チャネルに連結される下部チャネルが、それぞれ形成されている単位ブロック；を含み、上部ブロックと単位ブロックとの結合時、上部ブロックのチャネルと単位ブロックの上部チャネルによって原料物質の流れ経路である流路が形成される。

Description

本発明は、積層反応装置に関するものであり、特に、反応時間及びチャネル長さの調節が可能で、原料物質が十分に混合され、反応の効率を最大化する積層反応装置に関するものである。

一般に、２種以上の原料物質を互いに接触（または混合）及び反応させて反応物を生成する反応装置には、原料物質が流動するチャネルが形成されている。原料物質がチャネルに沿って流動する過程で、互いに接触及び混合されて化学反応を起こし、この反応の結果として反応物が生成される。

一般的な反応装置は、原料物質がそれぞれ投入される投入口、投入口に連結されて反応物質が流動するチャネル、チャネルに連結されて生成された反応物質が排出される単一の排出口を含む。

上記で説明した構造を持つ反応装置では、生成物の排出と原料物質の反応が同時に起こるため、原料物質によっては原料物質を完全に反応させることが難しい。即ち、原料物質はその種類によって反応時間が互いに異なる。従って、反応時間（即ち、接触／混合時間）は、原料物質の種類によって異なるように決定されなければならない。

しかし、投入口と排出口との間の距離が限定されている構造では、全ての原料物質（特に、長い反応時間を必要とする原料物質）は、画一的に限定された時間の間だけ反応されることによって、原料物質の間に完全な反応が得られない。

さらに、一般的な反応装置では、原料物質がチャネルに沿って単純に流動するため、原料物質が互いに充分に接触／混合されることを期待することが困難である。その結果、完全な反応生成物を得ることが難しいという問題がある。

本発明は、反応装置で生じる上記問題点を解決するためのものであり、投入される原料物質に応じてチャネル長さ（即ち、反応時間）を調節することができ、十分な時間の間、原料物質が互いに反応されるようにすることができる積層反応装置を提供することにその目的がある。

また、本発明の別の目的は、投入された原料物質を完全に混合し、反応効率を最大化することができる積層反応装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、原料物質が反応する時、形成される沈澱物がチャネル（流路）に溜まるのを抑制し、原料物質（または反応生成物）の流れを順調に維持する積層反応装置を提供することにある。

上述の目的を実現するための本発明に係る積層反応装置は、別種の原料物質がそれぞれ流入される少なくとも２個の投入口及び投入口に連結されたチャネルが下部表面に形成されている上部ブロック；及び上部面には上部ブロックのチャネルに対応する上部チャネルが、下部面には部材を貫通する連結流路を介して上部チャネルに連結される下部チャネルがそれぞれ形成されている単位ブロック；を含む。上部ブロックと単位ブロックとは互いに結合され、上部ブロックのチャネルと単位ブロックの上部チャネルとが互いに対応することによって原料物質の流れ経路として作用する流路を形成する。

本発明の積層反応装置で、上部ブロックは各投入口と下部チャネルを連結する少なくとも２個の連結チャネルをさらに含み、単位ブロックは上部ブロックの連結チャネルに対応する少なくとも２個の連結チャネルをさらに含み、各連結チャネルは単位ブロックと上部ブロックの投入口から上部チャネルに向かって徐々に減少する。

また、本発明の積層反応装置は、低い流速で流動する原料物質の流速を増大させるために、上部ブロックの一つの連結チャネルと単位ブロックの対応する連結チャネルによって形成された流路の排出口に設けられた流速調節部材をさらに含む。

本発明に係る積層反応装置は、単位ブロックの下部に結合され、上部面には隣接するブロックの下部表面に形成された下部チャネルに対応して流路を形成する上部チャネルが、下部面には連結流路を介して上部チャネルに連結された下部チャネルが、それぞれ形成された少なくとも一つの補助単位ブロックをさらに含む。ここで、補助単位ブロックの連結流路は隣接するブロックの連結流路が形成されたチャネルの終端と反対の終端に形成される。

本発明の積層反応装置で、各単位ブロックの上部チャネルと下部チャネルそれぞれは、複数の直線チャネル及び隣接する２個の直線チャネルを連結する少なくとも一つの折曲チャネルを含み、各折曲チャネルはある一つの直線チャネルから分岐された第１及び第２分岐チャネルからなり、分岐チャネルは互いに間隔をおいて延び、排出口を介して別の直線チャネルで合流する。

また、各単位ブロックの上部チャネルの第１分岐チャネルは、隣接する直線チャネルから折曲地点までの上向き傾斜領域と、折曲地点から隣接するまた別の直線チャネルまでの平面領域とに分けられ、平面領域一部には突起部が形成され、各単位ブロックの上部チャネルに対応するまた別の単位ブロックの下部チャネルの分岐チャネルは、上部チャネルの第１分岐チャネルの上向き傾斜領域に対応する部分は上向き傾斜面で、平面領域に対応する部分は下向き傾斜面で構成される。また、各単位ブロックの上部チャネルの第２分岐チャネルは、ある一つの直線チャネルから折曲地点までの下向き傾斜領域と、折曲地点からまた別の直線チャネルまでの上向き傾斜領域とに分けられ、各単位ブロックの上部チャネルに対応するまた別の単位ブロックの下部チャネルの分岐チャネルは、上部チャネルの第２分岐チャネルの下向き傾斜領域に対応する部分は下向き傾斜面で、上向き傾斜領域に対応する部分は平面領域で構成され、平面領域には突起部が形成されている。

各分岐チャネルの流入端の幅は、対応する隣接する直線チャネル幅の約１／２であり、排出端は対応する直線チャネルの幅と同じであり、第１分岐チャネルの排出端は対応する直線チャネルの上部に対応し、第２分岐チャネルの排出端は対応する直線チャネルに対応する。

特に、各ブロックの下部チャネルを構成する各折曲チャネルの分岐チャネルは、上部チャネルを構成する折曲チャネルの対応分岐チャネルの構造と上下・左右に対称の構造を持つ。

本発明の積層反応装置で、２個の結合されたブロックの上部チャネル及び下部チャネルによって形成される流路は、少なくとも２個以上の一体流路及び２個の一体流路を連結する少なくとも一つの連結流路を含み、各連結流路はある一つの一体流路から分岐された第１及び第２分岐流路からなり、第１及び第２分岐流路は互いに間隔をおいて延び、排出端が隣接する別の直線流路で合流するようになる。

流路で、第１分岐流路は流入端と折曲部との間の領域が上向き傾斜し、折曲部と排出端との間の領域が下向き傾斜する形状を有し、第２分岐流路は流入端と折曲部との間の領域が下向き傾斜し、折曲部と排出端との間の領域が上向き傾斜する形状を持つ。

また、流路で、第１及び第２分岐流路のそれぞれは、一つの直線流路に連結され、連結された直線流路の幅の１／２の幅を持つ流入端、別の直線流路に連結され、連結された直線流路の幅と同じ幅を持つ排出端を含み、第１分岐流路の排出端は対応する直線流路の上部に対応し、第２分岐流路の排出端は対応する直線流路の下部に対応して第２分岐流路の排出端が第１分岐流路の排出端下部に位置する。

以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参考して詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る積層反応装置を構成する各ブロックを図示するための分離斜視図である。本実施例に係る積層反応装置５００は、上部ブロック１０及び多数の単位ブロック２０、３０、４０、５０を含む。

上部ブロック１０の一側には少なくとも２個の原料物質がそれぞれ投入される投入口１１、１２が形成され、この投入口１１、１２から延びた流路１１−１、１２−１は上部ブロック１０を貫通し、その終端が下部面に対応する。

上部ブロック１０の下部面には所定深さ及び長さを持つチャネル１３が形成されている。チャネル１３の一端には流路１１−１、１２−１とチャネル１３を連結する連結チャネル１３−１ａ、１３−１ｂが形成されている。

上部ブロック１０の下部に位置する第１単位ブロック２０の上部面は、上部ブロック１０の下部面と同じ構造を持つ。即ち、第１単位ブロック２０の上部面には所定深さ及び長さを持つ上部チャネル２３が形成されている。また上部チャネル２３の第１終端には上部ブロック１０の連結チャネル１３−１ａ、１３−１ｂに対応する連結チャネル２３−２ａ、２３−２ｂが形成されている。

従って、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０を連結手段（未図示）を介して結合した場合、上部ブロック１０のチャネル１３及び連結チャネル１３−１ａ、１３−１ｂが第１単位ブロック２０の上部チャネル２３及び連結チャネル２３−２ａ、２３−２ｂとそれぞれ対応されることによって、両端が開放された密閉型流路が両ブロック１０、２０間に形成される。

ここで、第１単位ブロック２０の上部面に形成された上部チャネル２３の第２終端は、第１単位ブロック２０を垂直貫通する連結流路２３−１に対応される。

一方、第１単位ブロック２０の下部面には、所定深さ及び長さを持つ下部チャネル２５が形成されている。一方、下部チャネル２５は図面の簡略化のために平面形態に図示した。

下部チャネル２５の第２終端は、第２単位ブロック２０を貫通する連結流路２３−１に対応する。従って、第１単位ブロック２０の上部チャネル２３と下部チャネル２５は連結流路２３−１を介して互いに連結される。

上述のような上部ブロック１０と第１単位ブロック２０は、本発明に係る積層反応装置の最小構成単位である。これに加えて、図１に図示されたような第２単位ブロック３０、第３単位ブロック４０及び第４単位ブロック５０（補助ブロック）を第１単位ブロック２０下部にさらに取り付けることができる。

一方、第２単位ブロック３０、第３単位ブロック４０及び第４単位ブロック５０は同じ構造を有し、以下では、便宜上、第２単位ブロック３０の構成だけを説明することにする。また、図１では、上部ブロック１０の下部面及び各単位ブロック２０、３０、４０、５０の両面に形成されたチャネル１３、２３、３３、４３、５３を一直線形態に図示したが、各チャネルの細部的な形状は図３、図４及び図５を介して具体的に説明する。

図１に示されるように、第１単位ブロック２０の下部に位置する第２単位ブロック３０の上部面は第１単位ブロック２０の下部面と同じ構造を持つ。

即ち、第２単位ブロック３０の上部面には、所定深さ及び長さを持つ上部チャネル３３が形成され、上部チャネル３３の両終端は第１単位ブロック２０の下部チャネル２５の両終端に対応される。

従って、連結手段（未図示）を介して第１単位ブロック２０と第２単位ブロック３０とを結合した場合、第１単位ブロック２０の下部チャネル２５が第２単位ブロック３０の上部チャネル３３に対応されることによって、両端が開放された密閉型流路が両ブロック２０、３０間に形成される。

ここで、第３単位ブロック２０の上部面に形成された上部チャネル３３の第１終端は、第３単位ブロック３０を垂直貫通する連結流路３３−１に対応される。

一方、第２単位ブロック３０の下部面には、所定深さ及び長さを持つ下部チャネル３５が形成されている。下部チャネル３５の第１終端は、第２単位ブロック３０を貫通する連結流路３３−１に対応する。従って、第２単位ブロック３０の上部チャネル３３と下部チャネル３５とは連結流路３３−１を介して互いに連結される。

このような上部ブロック１０及び第１単位ブロック２０からなる積層反応装置では、第１単位ブロック２０の連結流路２３−１が反応物質が排出される排出口の機能を果たし、上部ブロック１０、第１単位ブロック２０及び第２単位ブロック３０からなる積層反応装置では、第２単位ブロック３０の連結流路３３−１が反応物質が排出される排出口の機能を果たす。

また、図１のように、上部ブロック１０、第１単位ブロック２０、第２単位ブロック３０、第３単位ブロック４０及び第４単位ブロック５０からなる積層反応装置では、第４単位ブロック５０の連結流路５３−１が反応物質が排出される排出口の機能を遂行する。

上記のように、２個のブロック１０、２０によって形成された所定長さの流路に加えて、単位ブロック３０、４０、５０が２個のブロック１０、２０にさらに取り付けられる毎に、同じ長さの流路がさらに連結される。

一方、理解を助けるために、図１では各ブロックによって形成される流路に沿って流動する原料物質（又は反応物質）を矢印で図示した。

以上でのように、原料物質に応じて取り付けられるブロック１０、２０、３０、４０、５０の数を適切に選択することによって、原料物質の流れ経路である流路長さを調節でき、従って、十分な時間の間、反応が行われるようにすることができる。

以下では、上部ブロック１０の下部面に形成されたチャネル１３と第１単位ブロック２０の上部チャネル２３によって形成される流体流路の構成を図２を参照して説明する。

図２は、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０とを結合する時、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０の境界面に形成された流路を図示した斜視図であり、便宜上、流路１００をボックス形態で図示した。

ここで、図２に図示された流路１００を形成するための上部ブロック１０と第１単位ブロック２０の構成、即ち、チャネルの細部的な構成及び形状は後記する。

一方、第１単位ブロック２０と第２単位ブロック３０の境界面、第２単位ブロック３０と第３単位ブロック４０の境界面、そして、第３単位ブロック４０と第４単位ブロック５０の境界面にも図２に図示された流路と同じ流路が形成される。しかし、流路に沿って流動する原料物質（又は反応物質）の流れ方向は隣接する流路に沿って流動する原料物質の流れ方向と異なる。

図２に図示された流路１００は、上部ブロック１０下部面のチャネル１３と第１単位ブロック２０の上部面に形成された上部チャネル２３によって形成され、この流路は両端部に形成された一体流路１１１、１１４を含む多数の一体流路１１１、１１２、１１３、１１４及び隣接する２個の一体流路をそれぞれ連結する多数の連結流路１４０、１５０、１６０を含む。

第１一体流路１１１と第２一体流路１１２を連結する連結流路１４０は、第１分岐流路１４１及び第２分岐流路１４２で構成される。一方、第１一体流路１１１は、図１に図示された連結チャネル１３−１ａ、１３−１ｂ、２３−２ａ、２３−２ｂを介して上部ブロック１０に形成された投入口１１、１２に連結される。

２個の分岐流路１４１、１４２の流入口（即ち、第１一体流路１１１対応部）は、第１一体流路１１１の全幅にわたって水平状態で連結され、２個の分岐流路１４１、１４２の排出口（即ち、第２一体流路１１２対応部）は互いに重畳された状態で第２一体流路１１２に連結される。

即ち、各分岐流路１４１、１４２の流入口の幅は、第１一体流路１１１の幅の１/２であり、各分岐流路１４１、１４２の排出口の幅は第２一体流路１１２の幅と同一である。

一方、各分岐流路１４１、１４２は、その中央部が互いに反対方向に折り曲げられた形状を持つ。即ち、ある一つの分岐流路（例えば、１４１）はその中央部が一体流路１１１、１１２より高く位置し、別の分岐流路（例えば、１４２）の中央部は一体流路１１１、１１２より低く位置する。

図２に示されるように、このような構成は残りの連結流路１５０、１６０を構成する分岐流路１５１、１５２、１６１、１６２に同様に適用される。

図１に図示された上部ブロック１０の投入口１１、１２を介して投入された２種類以上の原料物質は、第１一体流路１１１内で第１次接触／混合され、反応し、以降、第１連結流路１４０に流入される。

即ち、第１一体流路１１１から排出された（第１次混合された状態）原料物質は左右に分離され、２個の分岐流路１４１、１４２にそれぞれ流入される。以降、２個の分岐流路１４１、１４２内で上下流動する過程で原料物質の混合が行われる。

第１分岐流路１４１から排出された原料物質と第２分岐流路１４２から排出された原料物質が垂直に重なった状態で、第１連結流路１４０の２個の分岐流路１４１、１４２から排出された混合原料物質は第２一体流路１１２内に流入される。従って、原料物質はさらに完全に混合される。

第２一体流路１１２から排出された原料物質に対する上記過程は、第２連結流路１５０の２個の分岐流路１５１、１５２、第３一体流路１１３、そして、第３連結流路１６０の２個の分岐流路１６１、１６２内で進行され、従って、原料物質は繰り返して混合、反応される。

第４一体流路１１４から排出された原料物質は、図１に図示された第１単位ブロック２０と第２単位ブロック３０との間に形成された流路（即ち、第１単位ブロック２０の下部チャネル２５と第２単位ブロック３０の上部チャネル３３によって形成される。）内に流入された後、上記説明のような同じ過程を、再度行う。

一方、十分な時間の間、遂行された反応を通じて生成された反応生成物は、外部貯蔵装置（未図示）に投入、貯蔵される。

ここで、図２及び上記説明では、２個のブロック１０、２０によって形成された流路１００が、４個の一体流路１１１、１１２、１１３、１１４及び２個の一体流路間に、それぞれ形成された３個の連結流路１４０、１５０、１６０で構成されていることを図示して説明しているが、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、反応機器の種類、各流路の幅及び高さ、そして、原料物質の種類及び物理的特性（例えば、粘度等）によって全体流路の長さ及び流路を構成する一体流路に連結流路の個数が決定されなければならない。

上記のように、原料物質は２個のブロックによって形成された流路１００、特に、多数の一体流路１１１、１１２、１１３及び多数の連結流路１４０、１５０、１６０；即ち、分岐流路）を流れながら、分岐流路による左／右の分離、分岐流路の形状による上／下流動及び混合の過程を数回繰り返され、従って、２種類の原料物質は充分に接触及び混合され、完全に反応するようになる。

ここで、各ブロックのチャネル表面には、原料物質の反応を促進するために、触媒層が形成されていてもよい。触媒層を構成する材料は、原料物質に応じて様々な材料から選択することができ、従って、これに対する説明は本明細書で省略する。

一方、参考符号“２１０”、“２２０”、“２３０”及び“２４０”は、２個のブロック間に、それぞれ位置するガスケットである。上記説明のように、結合手段（未図示）によって２個のブロック、例えば、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０とが結合され、ブロック１０、２０の対応表面に形成されたチャネル１３、２３によって流路（図２の１００）が形成される。

平面が互いに対応した状態で、結合された上部ブロック１０と第１単位ブロック２０との間には微細ではあるが、間隔が存在するようになり、従って、凹部形態に形成されたチャネル１３、２３内部を流動する原料物質は、この微細間隔を介して外部に漏出され得る。

このような問題点が発生することを防止するために、２個のブロック間にガスケット２１０、２２０、２３０、２４０がそれぞれ位置する。

ガスケット２１０、２２０、２３０、２４０を構成する平板部材２１１、２２１、２３１、２４１には、各ブロック１０、２０、３０、４０、５０のチャネル（例えば、１３、２３、２５、３３）に対応する開口２１２、２２２、２３２、２４２が形成されている。従って、ブロック１０、２０、３０、４０、５０のチャネルは、この開口２１２、２２２、２３２、２４２を介して隣接するブロックの対応チャネルと連通された状態であり、従って、ガスケット２１０、２２０、２３０、２４０は流路の形成に影響を及ぼさない。

ガスケット２１０を２個のブロック間に位置させた状態で、ブロック、例えば、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０とを結合すれば、ブロック１０、２０間に間隔が存在する場合にも、ガスケット２１０によって流路１００は完全に密封される。従って、流路１００；即ち、チャネル）内を流動する原料物質は外部に漏出することがない。

以下では、２個のブロックが対応する時、流路１００を形成するブロックの表面に形成されたチャネルの構造を説明する。便宜上、図１に図示された第１単位ブロック２０に形成された上部チャネル２３を例えて説明する。

図３は図１に図示された第１単位ブロックの平面図、図４及び図５は図３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切断した状態の断面図である。図４及び図５で、第１単位ブロック２０の構成、即ち、第１単位ブロック２０の上部面に形成された上部チャネル２３の構造が図示され、太い実線の矢印は原料物質の流れを示す。

一方、流路１００をさらに明確に示すために、断面図である図４及び図５では第１単位ブロック２０上に位置し、第１単位ブロックと共に流路１００を構成する上部ブロック１０の一部を共に図示した。

上記説明のように、第１単位ブロック２０の上部面には、連結チャネル２３−２ａ、２３−２ｂと上部チャネル２３が形成されており、上部チャネル２３の一方の終端には第２単位ブロック２０を貫通する連結流路２３−１が形成されている。

連結チャネル２３−２ａ、２３−２ｂに連結流路２３−１間に位置するチャネル２３は、第１、第２及び第３直線チャネル２３ａ、２３ｂ、２３ｃを含む多数の直線チャネル及び隣接する２個の直線チャネルを連結する多数の折曲チャネル２３ａ−１、２３ｂ−１に区分される。

ここで、直線チャネル２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、図２に図示された一体流路１１１、１１２、１１３を形成し、折曲チャネル２３ａ−１、２３ｂ−１は連結流路１４０、１５０を形成する。

一方、連結チャネル２３−２ａ、２３−２ｂは、図１に示されるように、上部ブロック１０に対応する第１単位ブロック２０にのみ形成されている。

以下では、第１及び第２直線チャネル２３ａ、２３ｂ及び直線チャネル２３ａ、２３ｂを連結し、第１単位ブロック２０の上部チャネル２３を構成する一つの折曲チャネル２３ａ−１だけを説明する。

図３に示されるように、折曲チャネル２３ａ−１は、第１直線チャネル２３ａから分岐された第１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−１、２３ａ−１−２に分かれる。

第１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−１、２３ａ−１−２は、第１直線チャネル２３ａから外側方向にそれぞれ延びる。また、第１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−１、２３ａ−１−２はその中心部から内側へそれぞれ折り曲げられ、各分岐チャネルの後端部は第２直線チャネル２３ｂに向かって延びる。結果的に、第１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−１、２３ａ−１−２の終端部は第２直線チャネル２３ｂで合流する。

図４に示されるように、第１分岐チャネル２３ａ−１−１は、第１直線チャネル２３ａから折曲地点Ｐまでの上向き傾斜領域Ｐ１〜Ｐと、折曲地点Ｐから第２直線チャネル２３ｂまでの平面領域Ｐ〜Ｐ２とに区分され、平面領域Ｐ〜Ｐ２は第１単位ブロック２０の上部面と水平をなす。ここで、折曲地点Ｐと２直線チャネル２３ｂとの間、即ち、平面領域Ｐ〜Ｐ２には突起部２９が形成されている。

一方、第１単位ブロック２０の上部チャネル２３に対応する上部ブロック１０の下部チャネル１３は、第１単位ブロック２０の下部チャネル２５と同じ形状を有するが、第１分岐チャネル２３ａ−１−１の上向き傾斜領域Ｐ１〜Ｐに対応する部分は上向き傾斜面、平面領域Ｐ〜Ｐ２に対応する部分は下向き傾斜面を有する。

結果的に、第１単位ブロック２０の第１分岐チャネル２３ａ−１−１によって形成された流路（図２で、第１分岐流路１４１）は、その内部を流れる原料物質を矢印で示されるように上昇及び下降させる。

ここで、第１分岐チャネル２３ａ−１−１の流入端（第１直線チャネル２３ａに対応するＰ１部分）の幅は、第１直線チャネル２３ａの幅の１／２程度であるが、排出端（第２直線チャネル２３ｂに対応するＰ２部分）の幅は第２直線チャネル２３ｂの幅と同じである。

図５に示されるように、第２分岐チャネル２３ａ−１−２は、第１直線チャネル２３ａから折曲地点Ｐまでの下向き傾斜領域Ｐ１〜Ｐと、折曲地点Ｐから第２直線チャネル２３ｂまでの上向き傾斜領域Ｐ〜Ｐ２とに区分される。

一方、第１単位ブロック２０の上部チャネル２３に対応する上部ブロック１０の下部チャネル１３は、第１単位ブロックの上部チャネル２５と同じ形状を有するが、第２分岐チャネル２３ａ−１−２の下向き傾斜ならばＰ１〜Ｐに対応する部分は下向き傾斜面を、上向き傾斜領域Ｐ〜Ｐ２に対応する部分は扁平な表面を有する。ここで、第２直線チャネル２３ｂと折曲地点Ｐとの間、即ち、平面領域Ｐ〜Ｐ２上には所定高さの突起部１９が形成されている。

結果的に、第１単位ブロック２０の第２分岐チャネル２３ａ−１−２によって形成された流路（図２で、第２分岐流路１４２）は、その内部を流れる原料物質を矢印で示されるように下降及び上昇させる。

ここで、第２分岐チャネル２３ａ−１−２の流入端（第１直線チャネル２３ａに対応するＰ１部分）の幅は、第１直線チャネル２３ａの幅の１／２程度であるが、排出端（第２直線チャネル２３ｂに対応するＰ２部分）の幅は第２直線チャネル２３ｂの幅と同じである。

一方、図４に示されるように、第２直線チャネル２３ｂに対応する第１分岐チャネル２３ａ−１−１の排出端（即ち、平面領域）は、上部ブロック１０の下部チャネル１３と第１単位ブロック２０の第２直線チャネル２３ｂによって形成された流路（図２の１１２）の上部に対応し、従って、第１分岐チャネル２３ａ−１−１から排出された原料物質は流路の上部に流入される。

反対に、図５に示されるように、第２直線チャネル２３ｂに対応する第２分岐チャネル２３ａ−１−２の排出端は、上部ブロック１０の下部チャネル１３と第１単位ブロック２０の第２直線チャネル２３ｂによって形成された流路（図２の１１２）の下部に対応し、従って、第２分岐チャネル２３ａ−１−２から排出された原料物質は流路の下部に流入される。

結果的に、このような分岐チャネルの構造によって、図２に図示された第１分岐流路１４１と第２分岐流路１４２から排出された原料物質は、上下積層された状態で、第２一体流路（図２の１１２）内に流入され、第２一体流路内の原料物質は左右に分離され、隣接する２個の分岐流路（図２の１５１、１５２）に流入される。

上部ブロック１０の底面に形成されたチャネル１３の構成は、第１単位ブロック２０の上部チャネル２３の構成（直線チャネル及び折曲チャネルからなる構成）と同じである。従って、図４及び図５に示されるように、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０とが結合された状態では、上部ブロック１０の下部チャネル１３と第１単位ブロック２０の上部チャネル２３とが対応し、図２に図示されるような流路１００が形成される。

第１分岐チャネル２３ａ−１−１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−２からなる第１折曲チャネル２３ａ−１の構成は第２折曲チャネル２３ｂ−１を含む全ての折曲チャネルに同一に適用され、また全ての単位ブロック３０、４０、５０に形成されたチャネルにも同様に適用される。

図４及び図５では、上部ブロック１０及びこれに対応する第１単位ブロック２０だけを図示したが、別の単位ブロック３０、４０、５０の上部面及び下部面に、それぞれ形成されたチャネル３３、４３、５３も、やはり上部ブロック及び第１単位ブロックのチャネル１３、２３の構成及び機能と同じ構成及び機能を持つ。

しかし、図１に図示されるような積層反応装置５００で、チャネル（流路）に沿って流動する原料物質の流れ方向に合わせて、各ブロックの上部チャネルに形成された分岐チャネルと下部チャネルに形成された分岐チャネルは、図４及び図５に示されるように互いに上下及び左右に対称の構造を持つことが好ましい。

一方、上記で説明した上部ブロック及び単位ブロック上に形成されたチャネルの第１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−１、２３ａ−１−２は、その中間地点に曲率半径を持つ湾曲部ではない所定角度の折曲部が形成され、従って、このような折曲部によって別種の原料物質が均一に混合される。

別種の原料物質が第１直線チャネル（２３ａ；即ち、一体流路１１１）内で、第１次混合された後、第１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−１、２３ａ−１−２に分岐され、投入される。原料物質が折曲部を通過する時、第１及び第２分岐チャネル２３ａ−１−１、２３ａ−１−２を介して流動する原料物質の流れは、乱流に変化され、従って、このような乱流によって原料物質はさらに效果的に混合され得る。

図６は図１の“Ｅ”部分の詳細平面図であり、第１単位ブロックの上部チャネルを構成する連結チャネルを図示する。上記説明のように、上部ブロック１０の投入口１１、１２を介して流入された原料物質は、上部ブロック１０の延長された流路１１−１、１２−１を通過し、その後、上部ブロック１０のチャネル１３と第１単位ブロック２０の上部チャネル２３によって形成された流路（図２の１００）内に流入される。

別の原料物質（溶液）は、それらの最適の濃度を保持し、従って、各原料物質の流速は、原料物質の濃度によって決定される。２種類以上の原料物質を、設定された等価物で最適に混合及び反応させるために、原料物質の流速に差がないか、原料物質間に流速の差が最小に抑えることが好ましい。

例えば、リチウム化反応で、速い流速で流入されるテトラヒドロフラン（ＴＨＦ；溶媒）は、低速で流入されるブチルリチウムと結合する場合、ブチルリチウムの低速で排出される出口に水酸化リチウムの固体沈澱物が積層される。この結果、原料物質が円滑に供給されなくなり、従って、原料物質間の混合及び反応が発生しなくなる。

上記問題点を解決するために、本発明では、全長に沿って連結チャネルの幅が別の状態で上部ブロック１０上に連結チャネル１３−１ａ、１３−１ｂを形成し、第１単位ブロック２０上に連結チャネル２３−２ａ、２３−２ｂを形成する。

即ち、図６に示されるように、上部ブロック１０の投入口１１、１２をチャネル１３、２３によって形成された流路に連結する各連結チャネル１３−１ａ及び１３−１ｂ、２３−２ａ及び２３−２ｂの幅は、ブロック１０、２０のチャネル１３、２３に向かって徐々に減少する。

従って、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０とが結合される時、第２連結チャネル１３−１ａ及び２３−２ａ、１３−１ｂ及び２３−２ｂによって形成された流路の断面積は、チャネル１３、２３によって形成された流路に向かって徐々に減少する。結果的に、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０のチャネル１３、２３によって形成された流路の投入口で、連結チャネル１３−１ａ、２３−２ａによって形成された流路内部を流れる原料物質の流速は、連結チャネル１３−１ｂ、２３−２ｂによって形成された流路内部を流れる別の原料物質の流速と同様になる。

図７は、上部ブロック１０のある連結チャネル（例えば、１３−１ａ）と第１単位ブロック２０のある連結チャネル（例えば、２３−２ａ）によって形成された流路内に設けられた流速調節部材３００の斜視図である。

このような流速調節部材３００は、本体３０１及び本体３０１を貫通する流路３０２で構成され、流路３０２は排出口３０２ｂ及び排出口３０２ｂの断面積より広い断面積を持つ投入口３０２ａ）を持つ。

上記のような流速調節部材３００が、原料物質が低速で流動する、２個の対応する連結チャネル（例えば、１３-１ａ、２３−２ａ）によって形成された、ある一つの流路内に設けられていれば、この原料物質は流速調節部材３００の流路３０２を通過し、従って、流速調節部材３００の排出口３０２ｂで原料物質の流速は増加する。結果的に、上部ブロック１０と第１単位ブロック２０によって形成された流路１００内に流入された２個の原料物質の流速を同じ値に調節することができる。

図８は、本発明の第２の実施例に係る反応装置を構成するブロックを図示した下記分離斜視図である。図１に図示された反応装置５００のように、本実施例に係る積層反応装置６００も上部ブロック６１０、多数の単位ブロック６２０、６３０、６４０及び多数のガスケットを含む。一方、便宜上、ガスケットを図８では図示しなかった。

上部ブロック６１０及び各単位ブロック６２０、６３０、６４０の構成及び機能は、第１の実施例での上部ブロック１０及び各単位ブロック２０、３０、４０、５０の構成及び機能と同一であり、また、ブロック６１０、６２０、６３０、６４０上に形成されたチャネルの構造及び機能も図１に図示されたブロック１０、２０、３０、４０、５０上に形成されたチャネルの構成及び機能と同一である。従って、これに対する説明は省略する。

本実施例に係る積層反応装置６００の最も大きな特徴は、各ブロック６１０、６２０、６３０、６４０が傾斜した表面を持つということである。

図８に示されるように、各ブロック（例えば、第１単位ブロック６２０）は、傾斜した上部面６２１及び上部面６２１の傾斜方向と反対方向に傾斜した下部面６２２を持つ。また、各ブロックの各表面（上部表面または下部表面）は、これと結合されるブロックの対応表面の傾斜方向と同じ方向に傾斜する。

この時、各ブロック６１０、６２０、６３０、６４０表面の傾斜方向は、流路（即ち、ブロック上に形成されたチャネル）に沿って流動する原料物質が下向き移動され得るように決定されなければならない。

従って、このような傾斜した表面によって多数のブロック６１０、６２０、６３０、６４０からなる積層反応装置内には、下向き傾斜流路が構成される。このような傾斜流路によって次のような効果が得られる。

原料物質が互いに反応することによって、反応生成物と共に沈澱物が発生するようになり、この沈澱物は反応生成物と共に外部に排出されるか、その一部は流路内に残留するようになる。

洗浄または補修作業無しに、長時間、反応装置を使用する場合、この沈澱物が徐々に溜まるようになり、原料物質の円滑な流れを妨害するようになる。従って、原料物質又は反応生成物の流れが停滞し、原料物質又は反応生成物の停滞が激しい場合、原料物質の反応自体が進まなくなる。

図８に示されるように、各ブロック６１０、６２０、６３０、６４０の上部面６１１、６２１、６３１、６４１及び下部面６１２、６２２、６３２、６４２を傾斜面に構成することによって、２個のブロックが結合され、形成される流路も傾斜した構造を持つようになり、従って、傾斜した流路内部を流動する原料物質（又は反応生成物）の流速は、水平流路を介して流動する原料物質の流速より早くなる。

従って、流路内に存在する沈澱物は高速で流動する原料物質（又は反応生成物）と共に流動するようになり、結果的に、流路内に沈澱物が溜まることを防止することができる。

以上のような本発明に係る積層反応装置は、反応時間の異なる原料物質に応じて、装置を構成するブロックの数を通じて反応時間及び反応経路を適切に調節でき、最適の反応を誘導することができる。

また、原料物質（又は反応生成物）が流動する流路を傾斜した状態で形成することによって、沈澱物が流路内に溜まる問題点も改善することができる効果がある。

以上で説明した本発明の好ましい実施例は、例示の目的のために開示された。従って、本発明に対する通常の知識を有する当業者であれば、本発明の思想と範囲内で、様々な修飾、変更、付加が可能なことであり、このような修飾、変更及び付加は、下記の特許請求の範囲に属するものでる。

本発明の第１の実施例に係る積層反応装置を構成する各ブロックを図示するための分離斜視図である。 図１に図示された上部ブロックと第１単位ブロックとの間に形成された流路を説明するための概念図である。 図１に図示された第１単位ブロックの平面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿って切断した状態の断面図であり、上部ブロックの一部を共に図示した図である。 図３の Ｂ−Ｂ線に沿って切断した状態の断面図であり、上部ブロックの一部を共に図示した図である。 図１の“Ｅ”部分の詳細平面図であり、第１単位ブロックの上部チャネルに連結された連結チャネルを詳細に図示した図である。 連結チャネル内に装置流速調節モジュールの斜視図である。 本発明の第２の実施例に係る積層反応装置を構成する各ブロックを図示した分離斜視図である。

符号の説明

１０ 上部ブロック
１１ 投入口
１１−１ 流路
１２ 投入口
１２−１ 流路
１３ チャネル
１３−１ａ 連結チャネル
１３−１ｂ 連結チャネル
１９ 突起部
２０ 第１単位ブロック
２３ 上部チャネル
２３−１ 連結流路
２３−２ａ 連結チャネル
２３−２ｂ 連結チャネル
２３ａ 第１直線チャネル
２３ｂ 第２直線チャネル
２３ｃ 第３直線チャネル
２３ａ−１ 折曲チャネル
２３ｂ−１ 折曲チャネル
２３ａ−１−１ 第１分岐チャネル
２３ａ−１−２ 第２分岐チャネル
２５ 下部チャネル
２９ 突起部
３０ 第２単位ブロック
３３ 上部チャネル
３３−１ 連結流路
３５ 下部チャネル
４０ 第３単位ブロック
４３ チャネル
５０ 第４単位ブロック
５３ チャネル
５３−１ 連結流路
１００ 流路
１１１ 第１一体流路
１１２ 第２一体流路
１１３ 第３一体流路
１１４ 第４一体流路
１４０ 第１連結流路
１４１ 第１分岐流路
１４２ 第２分岐流路
１５０ 第２連結流路
１５１ 分岐流路
１５２ 分岐流路
１６０ 第３連結流路
１６１ 分岐流路
１６２ 分岐流路
２１０ ガスケット
２１１ 平面部材
２１２ 開口
２２０ ガスケット
２２１ 平面部材
２２２ 開口
２３０ ガスケット
２３１ 平面部材
２３２ 開口
２４０ ガスケット
２４１ 平面部材
２４２ 開口
３００ 流速調節部材
３０１ 本体
３０２ 流路
３０２ａ 投入口
３０２ｂ 排出口
５００ 積層反応装置
６００ 積層反応装置
６１０ 上部ブロック
６１１ 上部面
６１２ 下部面
６２０ 単位ブロック
６２１ 上部面
６２２ 下部面
６３０ 単位ブロック
６３１ 上部面
６３２ 下部面
６４０ 単位ブロック
６４１ 上部面
６４２ 下部面

Claims (19)

1. 別種の原料物質が、それぞれ流入される投入口及び投入口に連結されたチャネルが下部表面に形成されている上部ブロックと、
   上部面には上部ブロックのチャネルに対応する上部チャネルが、下部面には部材を貫通する連結流路を介して上部チャネルに連結される下部チャネルが、それぞれ形成されている単位ブロックと、を含み、
   上部ブロックと単位ブロックとは互いに結合され、上部ブロックの下部チャネルと単位ブロックの上部チャネルが対応して原料物質の流れ経路として作用する流路を形成する積層反応装置。
2. 上部ブロックは、各投入口と下部チャネルを連結する少なくとも２個の連結チャネルをさらに含み、単位ブロックは、上部ブロックの連結チャネルに対応する少なくとも２個の連結チャネルをさらに含み、
   各連結チャネルは単位ブロックと上部ブロックの投入口から上部チャネルに向かって徐々に減少する幅を持つ請求項１に記載の積層反応装置。
3. 低い流速で流動する原料物質の流速を増大させるために、上部ブロックの一つの連結チャネルと単位ブロックの対応する連結チャネルによって形成された流路の排出口に設けられた流速調節部材をさらに含む請求項２に記載の積層反応装置。
4. 流速調節部材は、本体及び本体を貫通する流路を含み、
   流路は投入口及び投入口の断面積より小さい断面積を持つ排出口を持つ請求項３に記載の積層反応装置。
5. 単位ブロックの下部に結合され、上部面には隣接するブロックの下部表面に形成された下部チャネルに対応して流路を形成する上部チャネルが、下部面には連結流路を介して上部チャネルに連結された下部チャネルが、それぞれ形成された少なくとも一つの補助単位ブロックをさらに含み、
   補助単位ブロックの連結流路は、隣接するブロックの連結流路が形成されたチャネルの終端と反対の終端に形成されている請求項１に記載の積層反応装置。
6. 各チャネルは、その表面に形成された触媒層を持つ請求項５に記載の積層反応装置。
7. 各単位ブロックの上部チャネル及び下部チャネルのそれぞれは、複数の直線チャネル及び隣接する２個の直線チャネルを連結する少なくとも一つの折曲チャネルを含み、
   各折曲チャネルは、ある一つの直線チャネルから分岐された第１及び第２分岐チャネルからなり、第１及び第２分岐チャネルは互いに間隔をおいて延び、排出端が隣接する別の直線チャネルで合流する請求項５に記載の積層反応装置。
8. 第１分岐チャネル及び第２分岐チャネルには直線チャネルに向かって折り曲げられた折曲部が形成されている請求項７に記載の積層反応装置。
9. 各単位ブロックの上部チャネルの第１分岐チャネルは、隣接する直線チャネルから折曲地点までの上向き傾斜領域と折曲地点から隣接するまた別の直線チャネルまでの平面領域とに区分され、平面領域の一部には突起部が形成され、
   各単位ブロックの上部チャネルに対応するまた別の単位ブロックの下部チャネルの分岐チャネルは、上部チャネルの第１分岐チャネルの上向き傾斜領域に対応する部分は上向き傾斜面で、平面領域に対応する部分は下向き傾斜面で構成され、
   各単位ブロックの上部チャネルの第２分岐チャネルは、ある一つの直線チャネルから折曲地点までの下向き傾斜領域と折曲地点からまた別の直線チャネルまでの上向き傾斜領域に区分され、
   各単位ブロックの上部チャネルに対応するまた別の単位ブロックの下部チャネルの分岐チャネルは、上部チャネルの第２分岐チャネルの下向き傾斜領域に対応する部分は下向き傾斜面で、上向き傾斜領域に対応する部分は平面領域で構成されており、平面領域には突起部が形成されている請求項８に記載の積層反応装置。
10. 各分岐チャネルの流入端の幅は対応する隣接する直線チャネル幅の約１／２であり、排出端は対応する直線チャネルの幅と同じであり、第１分岐チャネルの排出端は対応する直線チャネルの上部に対応し、第２分岐チャネルの排出端は対応する直線チャネルに対応する請求項９に記載の積層反応装置。
11. 各ブロックの下部チャネルを構成する各折曲チャネルの分岐チャネルは、上部チャネルを構成する折曲チャネルの対応する分岐チャネルと上下・左右に対称の構造を持つ請求項９に記載の積層反応装置。
12. ２個のブロックが対応するとき、上部チャネル及び下部チャネルによって形成される流路は、少なくとも２個以上の一体流路及び２個の一体流路を連結する連結流路を含み、
    各連結流路はある一つの一体流路から分岐された第１及び第２分岐流路からなり、第１及び第２分岐流路は互いに間隔をおいて延び、排出端が隣接する別の直線流路で合流する請求項１に記載の積層反応装置。
13. 第１及び第２分岐流路は、中央部に直線流路に向かって折り曲げられた折曲部を持つ請求項１２に記載の積層反応装置。
14. 第１分岐流路は流入端と折曲地点との間の領域が上向き傾斜し、折曲地点と排出端との間の領域が下向き傾斜する形状を有し、第２分岐流路は流入端と折曲地点との間の領域が下向き傾斜し、折曲地点と排出端との間の領域が上向き傾斜する形状を有する請求項１２に記載の積層反応装置。
15. 第１分岐流路及び第２分岐流路は、
    ある一つの直線流路に連結され、連結された直線流路の幅の１／２程度の幅を持つ流入端及び、
    隣接する別の直線流路に連結され、連結された直線流路の幅と同じ幅を持つ排出端を有し、
    第１分岐流路の排出端は連結された直線流路の上部領域に対応し、第２分岐流路の排出端は連結された直線流路の下部領域に対応し、第２分岐流路の排出端が第１分岐流路の排出端下部に位置する請求項１２に記載の積層反応装置。
16. ２個のブロック間にそれぞれ位置し、原料物質の外部漏れを防止する複数のガスケットを、さらに含む請求項２に記載の積層反応装置。
17. 各ガスケットは平板型部材であり、各ブロックに形成されたチャネルに対応する開口が形成されている請求項１６に記載の積層反応装置。
18. 各ブロックは、上部面と下部面とが互いに反対方向に傾斜した構造を有し、各ブロックの表面は結合されたブロックの対応表面と同じ方向に傾斜されている請求項５に記載の積層反応装置。
19. 各ブロックの上部面と下部面との傾斜方向は、原料物質が流路に沿って下向き流動できるように設定された請求項１８に記載の積層反応装置。

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