JP2020179360A - 卓上連続撹拌槽型反応器 - Google Patents

Abstract

【課題】粘性の高い液体であっても、反応槽において十分に撹拌することが可能な卓上連続撹拌槽型反応器を提供することを目的とする。【解決手段】卓上で使用される連続撹拌槽型反応器であって、卓上連続撹拌槽型反応器は、連通部により互いに連通される複数の反応槽と、複数の反応槽内に配置される撹拌子と、先端部に撹拌子が接続され、基端部に従動部が接続される駆動軸と、動力軸を備えており、動力軸の先端部に駆動部が接続される動力源とを含んでおり、動力源から供給される動力を、動力軸、駆動部、従動部、及び駆動軸に伝達し、撹拌子を駆動し、反応槽に含まれる液体を撹拌する卓上連続撹拌槽型反応器である。【選択図】図２

Description

本発明は、卓上で使用される連続撹拌槽型反応器に関する。

化学工業では、所望の化学物質を製造するために連続式の反応器が使用されることがある。連続型の反応器としては、管の中に流体を流しながら反応させる管型反応器と、複数のバッチ型の反応槽を連結して、各反応槽で流体を撹拌しながら反応させる連続撹拌槽型反応器が知られている。

例えば、特許文献１のように管型反応器に関しては、小型の管型反応器が多数開発されている。このような管型反応器はマイクロリアクターと呼ばれている。

また、例えば、連続撹拌槽型反応器としては、特許文献２のような、卓上連続撹拌槽型反応器が知られている。この反応器は、複数の有底の反応槽を備えており、それぞれの有底の反応槽は連通された構成となっている。有底の反応槽には、撹拌子を投入する。マグネチックスターラーで撹拌子を回転させることにより、反応を進行させる。

特開２００９−２７９４６８号公報 特開２０１８−１９２３８４号公報

粘性の高い液体を特許文献１に示されたような管型反応器で反応させようとした場合は、微細な管路中を高い粘性を有する液体が流れにくく、所望の反応を効率よく行うことができない場合があった。

特許文献２のようなマグネチックスターラーを使用する連続撹拌槽型反応器において、粘性の高い液体を反応させようとした場合は、液の粘性によって、撹拌子が十分に回転せず、所望の反応を行うことができない場合があった。

本発明は、粘性の高い液体であっても、反応槽において十分に撹拌することが可能な卓上連続撹拌槽型反応器を提供することを目的とする。

卓上で使用される連続撹拌槽型反応器であって、該卓上連続撹拌槽型反応器は、連通部により互いに連通される複数の反応槽と、複数の反応槽内に配置される撹拌子と、先端部に撹拌子が接続され、基端部に従動部が接続される駆動軸と、動力を出力する動力軸を備えており、動力軸の先端部に駆動部が接続される動力源とを含んでおり、動力源から供給される動力を、動力軸、駆動部、従動部、及び駆動軸に伝達し、撹拌子を駆動し、反応槽に含まれる液体を撹拌する卓上連続撹拌槽型反応器により、上記の課題を解決する。上記の卓上連続撹拌槽型反応器では、磁力を利用したマグネッチックスターラーではなく、駆動軸を含む動力伝達機構によって、駆動させるので、粘性の高い液体でも効率的に撹拌することが可能である。

上記の卓上連続撹拌槽型反応器は、一つの動力源により、複数の従動部を介して、複数の駆動軸及び複数の撹拌子を駆動する構成とすることが好ましい。これにより、装置を小型化することができる。

上記の卓上連続撹拌槽型反応器において、従動部又は駆動部は、例えば、スプロケット、チェーン、歯車、プーリー、又はベルトで構成することができる。

上記の卓上連続撹拌槽型反応器において、複数の反応槽は、単一の部材として構成することが好ましい。これにより、複数の反応槽をひとつのユニットとして扱うことができるので、例えば、卓上連続撹拌槽型反応器を分解又は組み上げる際に、取り扱いが容易になるし、卓上連続撹拌槽型反応器を移動させる際にも、取り扱いが容易となる。

上記の卓上連続撹拌槽型反応器において、従動部、駆動軸、及び撹拌子は、複数の反応槽の開口部を覆う蓋体に対して組み付けられる構成とすることが好ましい。これにより、従動部、駆動軸、撹拌子、及び蓋体をひとつのユニットとして取り扱うことが可能になるので、卓上連続撹拌槽型反応器を分解又はくみ上げたり、反応槽に対して蓋を被せる際に、取り扱いが容易となる。

本発明によれば、粘性の高い液体であっても、反応槽において十分に撹拌することが可能な卓上連続撹拌槽型反応器を提供することができる。

卓上連続撹拌槽型反応器の一実施形態の斜視図である。 図１の卓上連続撹拌槽型反応器の分解状態を示す斜視図である。 図１の卓上連続撹拌槽型反応器の動力軸、駆動部、従動部、駆動軸、及び撹拌子を示す斜視図である。 卓上連続撹拌槽型反応器を組み上げた状態における、図２のＡＡ部における断面図である。 第２ケースの平面図である。 図５のＢＢ部における断面図である。 反応槽を形成した基材の平面図である。 図７のＣＣ部における断面図である。 他の実施形態に係る卓上連続撹拌槽型反応器の斜視図である。 図９の卓上連続撹拌槽型反応器の分解斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。最初に歯車式の卓上連続撹拌槽型反応器の実施形態について説明し、その後、ベルト式の卓上連続撹拌槽型反応器の実施形態について説明する。

［歯車式の卓上連続撹拌槽型反応器］
図１ないし図１０に、歯車式の卓上連続撹拌槽型反応器１（以下、単に槽型反応器という。）を示す。図２ないし図８に示したように、本実施形態の槽型反応器１は、連通部１２により互いに連通される複数の反応槽１１と、複数の反応槽内に配置される撹拌子１４と、先端部に撹拌子１４が接続され、基端部に従動部１６が接続される駆動軸１５と、動力軸１８を備えており、動力軸１８の先端部に駆動部１９が接続される動力源１７とを含む。

本実施形態の槽型反応器１では、複数の反応槽１１は、図７及び図８に示されているように、円柱状の基材１３の上面に設けられており、基材１３の底面まで達しない複数の有底の穴から構成される。これにより、複数の反応槽１１は、ユニット化された単一の部材として構成される。複数の反応槽１１は、これによって、単一の部材として取り扱うことができるため、槽型反応器１を移動させる際に、少ない動作で、移動させることが可能となる。また、槽型反応器を組み立てる際にも、少ない工程数で組み立てることが可能になる。さらに、反応槽１１に対して、後述する蓋体を被せる際にも、取り扱いが容易になる。上記の反応槽１１は、例えば、ステンレス鋼やプラスチックからなるブロックを切削することで複数の穴を穿孔することで形成することができる。

本実施形態の槽型反応器１では、図７及び図８に示したように、隣接する反応槽１１は、連通部１２によって、互いに連通した状態とされている。これにより、複数の反応槽１１の間で反応させる液体を移動させることができる。連通部は、例えば、円形や多角形状の貫通孔など、その形状は特に制限されず、反応槽を連通させるものであればよい。図７及び図８の例では、連通部１２は、隣接する反応槽１１を隔てる壁の上端から反応槽１１の底にまで達しない長さのスリット孔から構成される。

上記の複数の反応槽１１には、図３及び図４に示したように、複数の撹拌子１４が配置される。本実施形態の槽型反応器１では、撹拌子１４は、複数の撹拌羽１４１と、撹拌羽１４１を固定する基部１４２とを有する。基部１４２は、環状の部材である。基部１４２の環状の部分に、棒状の駆動軸１５の先端部が接続され固定されている。撹拌子の構成は、この例に限定されず、駆動軸に接続され、反応槽に貯留された液体を撹拌できる形状であればよい。

駆動軸１５の基端部には、図３及び図４に示したように、従動部１６が接続及び固定されている。本実施形態の槽型反応器１では、従動部１６は、平歯歯車から構成されており、駆動軸１５は、金属製の棒で構成されている。後述する動力軸も同様に金属の棒で構成されている。駆動軸又は動力軸は、その他、プラスチックなど必要な強度を備える素材で適宜構成することができる。

上記の従動部１６は、複数個配置されている。本実施形態の槽型反応器１では、従動部１６の数は、撹拌子１４の数及び駆動軸１５の数と同数である。そして、複数の従動部１６には、平歯歯車から構成される駆動部１９が係合している。本実施形態の槽型反応器１では、駆動部１９の数は、ひとつであり、後述する動力軸１８及び動力源１７の数と同数である。これによって、槽型反応器１の小型化を図っている。

上述の従動部１６には、図２及び図４に示したように、動力源１７から延びる動力軸１８の先端部に配される駆動部１９が係合している。具体的には、中央に配置される駆動部１９を囲むように複数の従動部１６が配置され、両者の歯車が相互に係合している。本実施形態の槽型反応器１では、平歯歯車から構成される駆動部１９の穴に動力軸１８の先端部が挿通された状態で固定されている。動力軸１８は、動力源１７から延びる第１動力軸１８１と駆動部１９に接続される第２動力軸１８２とからなる。図４に示したように、第１動力軸１８１と第２動力軸１８２とは、上面と下面に穴を有する連結部材１８３の前記穴にはめ込まれた状態で固定され、連結される。連結部材１８３は、円柱状の中実な部材であり、第１動力軸１８１及び第２動力軸１８２と同調して回転する。連結部材は、第１動力軸と第２動力軸を連結することできる構成であればよい。

本実施形態の槽型反応器１では、動力源１７として、単一の電動モーターを使用している。動力源は、動力を出力することができるものであればよく、例えば、複数の小型モーターなど、単一の電動モーター以外の構成としてもよい。

本実施形態の槽型反応器１では、動力源１７から供給される動力は、動力軸１８、駆動部１９、従動部１６及び駆動軸１５に伝達され、駆動軸１５により撹拌子１４が駆動されて回転する。そして、撹拌子１４によって、反応槽１１に含まれる液体が撹拌される。撹拌子は、磁力ではなく、このような動力伝達系によって、回転されるため、反応槽内の液体が粘性に富む場合でも、撹拌することができる。これにより、例えば、反応基質と触媒などを十分に混合させるなどして、意図した反応をより確実に生じさせることができるようになる。

本実施形態の槽型反応器１では、図４に示したように、複数の反応槽１１を有する基材１３は、凹穴２１１を有する円筒状の第１ケース２１に収納される。反応槽１１を第１ケース２１の内部に収納した状態において、反応槽１１の外面と、第１ケース２１の内面との間には、凹穴２１１による空間が形成される。この空間２１１には、例えば、加熱用又は冷却用の媒体を通すことにより、複数の反応槽を加熱、冷却、又は保温などの温度管理を行えるように構成されている。媒体は液気体又は気体などの流体が挙げられる。

図４に示したように、上記の従動部１６、駆動軸１５、及び撹拌子１４は、複数の反応槽１１を覆う蓋体２２１に対して取り付けられている。これによって、従動部１６、駆動軸１５、及び撹拌子１４を、蓋体ごと、ひとつのユニットして取り扱うことができるようになり、取り扱いや組付けが容易になる。図４の例では、複数の駆動軸１５の基端部と中ほどに配されたベアリング２２３及び２２４を介して、蓋体２２１に設けられた複数の貫通孔２２２に対して、従動部１６、駆動軸１５、及び撹拌子１４が蓋体２２１に対して、回転可能な状態で、固定されている。

駆動軸１５は、蓋体２２１に設けられた貫通孔２２２に挿通されている。そして、その状態で、駆動軸１５の先端部には撹拌子１４が接続されている。蓋体２２１の上面から突出する駆動軸の基端部には、従動部１６が接続されている。従動部の上方には、動力源１７が位置している。動力源１７から延びる動力軸１８とその先端部に取り付けられる駆動部１９は、上方に変移させることにより、従動部１６との係合関係を解除して、分解することができる。

上記の蓋体２２１は、外縁部から上方に円筒状の壁部２２５が突出する形状となっており、第２ケース２２を構成する。第２ケース２２の内側に、上述の、従動部１６、駆動軸１５、及び撹拌子１４が、収納される。第２ケース２２によって、従動部１６等が破損したり、塵芥などが従動部１６等に混入することが防止される。

蓋体は、駆動軸を挿通し、動力軸の端部を回転可能に支持する構造とすることが好ましい。蓋体は、上述の壁部２２５と一体に構成してもよいし、壁部とは別の部材として構成された板状としてもよい。

第２ケース２２には、図３、図５、及び図６に示したように、その側壁面から蓋体２２１の底面へと連通する貫通孔２２７が設けられている。なお、図面における破線は、隠れた構造を示す。この貫通孔２２７の一端部は、複数に分岐しており、他端部はひとつに収束した形状である。この貫通孔２２７は、シリンジの先端部と対応する形状とされている。貫通孔２２７の一端部から、複数の反応基質などを導入し、任意の反応槽１１に、貫通孔内に注入した反応基質などを導入できるように構成されている。図５の例では、貫通孔２２７の他端部は、図７及び図８に示した、始端側の反応槽１１の導入穴１１１と連通する。図８においては、右端に始端側の反応槽が位置し、左端に終端側の反応槽が位置する。

図７に示したように、導入穴１１１は、反応槽１１の上端側から下端側へ向かって下り勾配となる斜面を有する孔であり、上記の貫通孔２２７の一端部から導入された反応基質などを始端側の反応槽１１へと導くものである。本実施形態の槽型反応器１では、反応槽１１の上方に駆動軸１５や撹拌子１４などの構造物を設けているため、第２ケース２２の側面から、反応基質などを導入する構成とした。

本実施形態の槽型反応器１では、図２及び図４に示したように、動力源１７から延びる動力軸１８及び連結部材１８３は、円筒状の第３ケース２３に収納されている。第３ケース２３は、その底面に配され、別部材として構成される、円盤状の支持体２３１を備えている。支持体２３１には、動力軸１８の中ほどに配されたベアリング２３２を掛止する貫通孔２３３を備えている。また、支持体２３１には、上述の撹拌子に接続される駆動軸１５の基端部がベアリング２２４を介して接続されている。動力軸１８の先端側にも、ベアリング２３４が配されている。そして、第３ケース２３は、その上方の開口を塞ぐように配され、別部材として構成される、円盤状の第２支持体２４を備えている。第２支持体２４には、貫通孔２４１を備えており、動力源１７から延びる動力軸１８を挿通することができる。第３ケース２３を介して、動力源１７、動力軸１８、駆動部１９は、一つのユニットとして取り扱うことが可能になる。

支持体は、動力軸を挿通し、駆動軸の端部を回転可能に支持する構造とすることが好ましい。支持体は、上述の壁部を有する第３ケースと一体形状としてもよいし、第３ケースとは別の部材で構成された板状としてもよい。第２支持体は、動力軸を挿通する構成とすることが好ましい。第２支持体も同様に、壁部を有する第３ケースと一体形状としてもよいし、第３ケースとは別の部材で構成された板状としてもよい。

第２ケース２２に対して第３ケース２３を取り付ける際には、第２ケース２２の蓋体２２１に設けた凹穴２２６に対して、動力軸１８の先端部に設けたベアリング２３４を掛止し、第２ケース２２に支持された従動部１６に対して、第３ケース２３に支持された駆動部１９を係合させる。第２ケース２２と第３ケース２３とを、相互に固定することにより、動力源１７、動力軸１８、駆動部１９、従動部１６、駆動軸１５、及び撹拌子１４は、単一の部材、すなわち、一つのユニットとして取り扱うことができるようになる。さらに、第２ケース２２と、上述の第１ケース２１とを、相互に固定することもできる。これにより、第１ケース２１と、第２ケース２２と、第３ケース２３と、動力源１７と、それらのケースに内蔵される部品は、図１に示したように、一つの装置として取り扱うことができる。第１ケース２１と、第２ケース２２とを、固定するに際しては、図２に示したように、円環状のスペーサー２５を介装してもよい。

本実施形態の槽型反応器では、反応器の下から上方に向けて順に、第１ケース２１、第２ケース２２、第３ケース２３、及び駆動源１７が配置され、それらが相互に接続された状態となっている。

本実施形態の槽型反応器１では、図７及び図８に示したように、複数の反応槽１１は、上端に開口部を有する円柱状である。反応槽の形状はこれに限定されず、例えば、円柱状の基部と、円錐状の先端部とが連通する先の尖った管状としてもよい。先の尖った、管状とすることによって、少ない液量でも、反応槽内の液位を上昇させて、反応させることができる。反応槽の形状は、その他、角柱状、円柱状の基部と球状の先端部とが連通する管状などとしてもよい。

本実施形態の槽型反応器１では、反応槽の数は６個とした。複数の反応槽の数は、特に限定されず、例えば、２〜２０個など、適宜の数とすることができる。

複数の反応槽を構成する基材の素材は、特に限定されず、ポリテトラフルオロエチレンなどの合成樹脂材料、ステンレス鋼などの金属材料などで構成することができる。複数の反応槽を構成する基材の形状も、特に限定されず、例えば、円柱状又は角柱状など任意の形状にすることができる。

本実施形態の槽型反応器１では、第１ケース、第２ケース、及び第３ケースは、円筒状である。第１ケース、第２ケース、及び第３ケースは、従動部、駆動部、動力軸、又は駆動軸を内蔵することができるものであればよく、例えば、角筒状などにしてもよい。

蓋体は、複数の反応槽の開口部を覆う形状でればよい。蓋体は、例えば、円筒の底面を構成する板状部を蓋体としてもよいし、板状の部材を蓋体としてもよいし、ブロック状の部材の底面を蓋体としてもよい。

［ベルト式の卓上連続撹拌槽型反応器］
図９及び図１０に、ベルト式の卓上連続撹拌槽型反応器４（以下、単に槽型反応器という。）を示す。図９及び図１０において、歯車式の槽型反応器１と同様の構成を有する部材には、図１ないし図８と同一の符号を付した。

図９及び図１０に示したように、この槽型反応器４では、動力軸１８に対して接続される駆動部１９ｂとして駆動用プーリー１９１ｂと、ベルト１９２ｂとを使用している。そして、先端部に撹拌子１４が接続される駆動軸１５の基端部に接続される従動部１６ｂとして、従動用プーリー１６１ｂを使用している。前記ベルト１９２ｂは、駆動用プーリー１９１ｂと従動用プーリー１６１ｂに掛け回される。プーリーの周面とベルトの内面には、滑り止め用の凹凸を設けてもよい。

この実施形態の槽型反応器１では、動力源の動力は、動力軸１８、駆動用プーリー１９１ｂ、ベルト１９２ｂ、従動用プーリー１６１ｂ、及び駆動軸１５を、この記載した順に経て、撹拌子１４へと伝達される。このようにこの実施形態の槽型反応器１においても、駆動用プーリー１９１ｂ、ベルト１９２ｂ、従動用プーリーなどの動力伝達系により、撹拌子が駆動されるので、反応槽１１の液体が粘性に富む場合においても、液体を撹拌させて、反応を意図したとおりに生じさせることができる。

本実施形態の槽型反応器４１では、蓋体２２１ｂは、上記の壁部２２５を備えておらず、円盤状である。また、支持体２３１ｂは、蓋体２２１ｂよりも面積の小さい板状であり、蓋体２２１ｂに設けられた、排出孔２２８を露出させる形状である。蓋体２２１ｂの排出孔２２８は、複数の反応槽のうち終端側の反応槽と連通している。このため、排出孔２２８を介して反応後の液体を簡単に排出することができるようになっている。

本実施形態の槽型反応器１では、円柱状かつブロック状の基材１３ｂの中ほどにも始端側の反応槽１１ｂが設けられている。蓋体２２１ｂの中ほどにも、始端側の反応槽１１ｂと連通する導入孔２２９が設けられている。蓋体２２１ｂの導入孔２２９を経て、始端側の反応槽１１ｂに反応基質などの液体を導入することができるようになっている。支持体２３１ｂも、中ほどにおいては板が形成されておらず、導入孔２２９を露出させる形状とされている。

本実施形態の槽型反応器４では、支持体２３１ｂの上面に、第１板２５１と第２板２５２と第１板２５１及び第２板２５２を連結する連結部２５３とを有する支持部材２５を固定している。第１板２５１と第２板２５２との間には、第１動力軸１８の端部と第２動力軸１８の端部とを連結する連結部材１８３が配置されている。支持部材２５の第１板２５１の上には、動力源１７である電動モーターの筐体が固定されている。そして、第２板２５２は、支持体２３１ｂの上面に固定されている。このように構成された支持部材２５により、動力源１７が動力軸１８と共回りしないようになっている。

本実施形態に係る槽型反応器４では、図１０に示したように、駆動用プーリー１９１ｂの上方から突出する駆動軸１５の基端部が、第２動力軸１８２ｂとしても機能する。動力源１７からは第１動力軸１８１ｂが延びている。そして、第１動力軸１８１ｂと第２動力軸１８２ｂとは、連結部材１８３によって、連結される。

図９及び図１０に示したように、本実施形態の槽型反応器４では、蓋体２２１ｂに対して、撹拌子１４、駆動軸１５、従動用プーリー１９１ｂ、ベルト２２８、及び駆動用プーリー１９１ｂが固定されている。さらに、上記のようにして駆動源１７を固定した支持体２３１ｂと、蓋体２２１ｂとで、動用プーリー１９１ｂ、ベルト２２８、及び駆動用プーリー１９１ｂを挟むように、固定している。このため、撹拌子１４、駆動軸１５、従動用プーリー１９１ｂ、ベルト２２８、駆動用プーリー１９１ｂ、動力軸１８、連結部材１８３、支持部材２５、及び駆動源を、一つのユニットとして取り扱うことができる。

駆動軸１５は、蓋体２２１ｂに設けられた複数の貫通孔に挿通された状態で、ベアリングを介して蓋体に対して回転可能な状態で固定されている。駆動軸１５の基端部は、支持体２３１ｂに設けられた複数の孔に挿通された状態でベアリングを介して支持体２３１ｂに対して回転可能な状態で固定されている。この点は、図４に示した上記の実施形態に係る槽型反応器１の構成と同様である。

駆動部及び従動部は、駆動用スプロケットと、従動用スプロケットと、駆動用スプロケット及び従動用スプロケットに対して巻回されるチェーンなどの動力伝達手段としてもよい。この場合、例えば、駆動用スプロケットは、動力源から延びる動力軸に接続することができる。また、従動用スプロケットは、撹拌子が接続される駆動軸の基端部に接続することができる。

撹拌子を駆動するその他の構成として、例えば、歯車とチェーン及びスプロケットを組み合わせてもよいし、歯車とプーリー及びベルトを組み合わせてもよい。

１ 連続撹拌槽型反応器
４ 連続撹拌槽型反応器
１２ 連通部
１１ 反応槽
１４ 撹拌子
１６ 従動部
１６ｂ 従動部
１９ 駆動部
１９ｂ 駆動部
１５ 駆動軸
１８ 動力軸
１７ 動力源

Claims (5)

1. 卓上で使用される連続撹拌槽型反応器であって、
   卓上連続撹拌槽型反応器は、
   連通部により互いに連通される複数の反応槽と、
   複数の反応槽内に配置される撹拌子と、
   先端部に撹拌子が接続され、基端部に従動部が接続される駆動軸と、
   動力軸を備えており、動力軸の先端部に駆動部が接続される動力源とを含んでおり、
   動力源から供給される動力を、動力軸、駆動部、従動部、及び駆動軸に伝達し、撹拌子を駆動し、反応槽に含まれる液体を撹拌する卓上連続撹拌槽型反応器。
2. 一つの動力源により、複数の従動部を介して、複数の駆動軸及び複数の撹拌子を駆動する請求項１に記載の卓上連続撹拌槽型反応器。
3. 従動部又は駆動部は、スプロケット、チェーン、歯車、プーリー、又はベルトである請求項１又は２に記載の卓上連続撹拌槽型反応器。
4. 複数の反応槽は、単一の部材として構成される請求項１ないし３のいずれかに記載の卓上連続撹拌槽型反応器。
5. 従動部、駆動軸、及び撹拌子は、複数の反応槽の開口部を覆う蓋体に対して組付けられる請求項１ないし４のいずれかに記載の卓上連続撹拌槽型反応器。

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