JP4403943B2 - Fluid mixer and microreactor system - Google Patents
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Description
本発明は、化学合成や化学分析などの分野において液体又は気体を混合する流体混合器に係わり、また、この混合器を備えたマイクロリアクタシステムに関する。 The present invention relates to a fluid mixer that mixes liquid or gas in fields such as chemical synthesis and chemical analysis, and also relates to a microreactor system including the mixer.
近年、化学合成や化学分析の分野において、反応時間の短縮及び副反応抑制のために、マイクロ加工(MEMS:Micro Electro Mechanical System)技術を用いて製作された断面寸法が数十〜数百μmの流路から構成される混合器が使用されはじめている。このような混合器は、マイクロミキサ、又はマイクロリアクタと呼ばれる。マイクロミキサでは流路の代表長さが短いので、流体の慣性力と粘性力の比を表わす無次元数であるレイノルズ数が小さいため、流れは層流となる。したがって、2種類の流体を混合する場合には、分子拡散によって混合が進む。そこで、流路の代表長さを小さくするほど、拡散距離が短縮されるため、流体の混合は促進される。また、流路の代表長さが小さいことにより流路内の熱伝達率が向上するため、精密な流体の温度制御が可能となる。例えば、マイクロミキサで反応熱を伴う反応を行う場合、一様な温度場を作ることが可能なため、副反応を抑制することができる。 In recent years, in the fields of chemical synthesis and chemical analysis, the cross-sectional dimension produced using micro processing (MEMS) technology is several tens to several hundreds μm in order to shorten the reaction time and suppress side reactions. Mixers composed of flow paths are beginning to be used. Such a mixer is called a micromixer or a microreactor. Since the representative length of the flow path in the micromixer is short, the flow becomes a laminar flow because the Reynolds number, which is a dimensionless number representing the ratio between the inertia force and the viscous force of the fluid, is small. Therefore, when mixing two types of fluids, mixing proceeds by molecular diffusion. Therefore, as the representative length of the flow path is reduced, the diffusion distance is shortened, so that fluid mixing is promoted. In addition, since the heat transfer coefficient in the flow path is improved due to the small representative length of the flow path, it is possible to precisely control the temperature of the fluid. For example, when a reaction involving reaction heat is performed using a micromixer, a side temperature can be suppressed because a uniform temperature field can be created.
特許文献1では、混合流路の下方から2種類の流体を流れ方向に交互に流入させて、流路の高さ方向に流れを多層化して2流体間の拡散距離を小さくすることにより混合性を向上させている。
In
特許文献2では、混合流路の上流に2種類の流れを幅方向に層状にして交互に流す複数の仕切壁を設けることにより、混合部で流れを多層化して2流体間の拡散距離を小さくして混合性を向上させている。
In
特許文献3では、第1流体が流入する混合部の下方に設けた複数の開口部から第2流体が流入し、各開口部には流れの下流方向に開口部のあるU字形ノズルを設置している。これにより、2種類の流れが交互に層状で流れ、2流体間の拡散距離を小さくして混合性を向上させている。
In
特許文献4では、混合部につながる複数本の流路に2種類の流体が交互に流入し、さらに、混合部下流の流路幅が小さくなることにより、流れを多層化して2流体間の拡散距離を小さくして混合性を向上させている。
In
特許文献1の従来技術では、混合流路の下方から2種類の流体を流れ方向に交互に流入させる導入流路の深さを導入流路の幅よりも大きくしている。このため、混合部に均一に流体を流入させ得るものの、マイクロミキサの厚みが増大し、構造物での熱抵抗が増大するため、温度制御性が低下する可能性がある。
In the prior art of
特許文献2の従来技術では、混合流路の上流の流路内に複数の仕切壁を設けるため、製造工程が複雑になり生産コストが増大する。また、仕切壁の強度を上げるためには、仕切壁の厚さを増大させる必要があるため、全体の流路幅が増大する。また、壁面が多いため圧力損失が増大する可能性がある。さらに、仕切壁が存在すると、各流路幅が狭くなるため、固体浮遊物又は反応による析出物が存在する場合には、流路が閉塞する可能性がある。
In the prior art of
特許文献3の従来技術では、流路内に複数のノズルを設けるためには、製造工程が複雑になり生産コストが増大する。また、U字形ノズルの強度を上げるためには、ノズルの壁の厚さを増大させる必要があるため、全体の流路幅が増大してしまう。
In the prior art of
特許文献4の従来技術では、細い流路が多いため、圧力損失が増大する可能性があり、固体浮遊物又は反応による析出物が存在する場合には、流路が閉塞する可能性がある。
In the prior art of
本発明の目的は、簡便な構造で圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞が防止できる流体混合器又は流体混合器を備えたマイクロリアクタシステムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a fluid mixer or a microreactor system including a fluid mixer that can reduce pressure loss with a simple structure and prevent blockage of a solid suspension.
本発明の望ましい実施態様においては、複数の異種流体を導入する導入流路が形成された導入プレートと、混合流路が形成された混合プレートと、導入プレートの導入流路から混合プレートの混合流路へ連通するように、導入プレートと混合プレートを重ね合わせて形成した連通部を備え、複数の異種流体を幅方向にそれぞれ複数列に分割し、幅方向に交互に混合プレートの混合流路へ流入させるように、連通部を混合流路の上流端部直後に対応する位置に形成したことを特徴とする。 In a preferred embodiment of the present invention, an introduction plate in which an introduction flow path for introducing a plurality of different fluids is formed, a mixing plate in which a mixing flow path is formed, and a mixed flow of the mixing plate from the introduction flow path of the introduction plate A communication part formed by overlapping the introduction plate and the mixing plate so as to communicate with the channel is provided, and a plurality of different fluids are divided into a plurality of rows in the width direction, and alternately to the mixing channel of the mixing plate in the width direction. The communication portion is formed at a position corresponding to immediately after the upstream end portion of the mixing channel so as to flow in.
また、本発明の望ましい実施態様においては、混合流路下流の流路幅を1mm以上とし、異種流体の一方の流体を多層化した分割数で混合部下流の流路幅を除した値を1mm未満としている。 Further, in a preferred embodiment of the present invention, the value obtained by dividing the channel width downstream of the mixing unit by the division number obtained by dividing one of the different fluids into multiple layers is 1 mm. Less than.
本発明の望ましい実施態様によれば、簡便な構造により異種の流体を多層化して混合性を向上させながら、圧力損失が小さく、かつ流路閉塞が発生しにくい流体混合器又はマイクロミキサあるいはマイクロリアクタを提供できる。 According to a preferred embodiment of the present invention, a fluid mixer, a micromixer, or a microreactor that has a simple structure and multi-layers different types of fluids to improve mixing properties while reducing pressure loss and preventing channel blockage. Can be provided.
また、他の本発明の望ましい実施態様によれば、混合流路の流路幅を1mm以上と大きくしているため、生産量又は処理量が大きいマイクロリアクタを提供できる。 According to another desirable embodiment of the present invention, since the channel width of the mixing channel is increased to 1 mm or more, a microreactor having a large production amount or processing amount can be provided.
本発明によるその他の目的と特徴は以下に述べる実施例の説明で明らかにする。 Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of the embodiments.
以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図である。図2は、図1の流体混合器の構造を示す部分平面図とその断面図であり、同図(a)は流路10と混合部121の関係図で、同図(b)はそのb−b断面図、同図(c)は混合部121と流路11の関係図で、同図(d)はそのd−d断面図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of a fluid mixer according to a first embodiment of the present invention. 2 is a partial plan view showing the structure of the fluid mixer shown in FIG. 1 and a sectional view thereof. FIG. 2A is a diagram showing the relationship between the
流体混合器は、面同士が密着して重ね合わされて接合された5枚のプレート1〜5を備えている。一番上のプレートは上蓋1であり、2つの流入孔61,62及び1つの排出孔7が設けられている。一番下のプレートは下蓋5である。流体8を流す導入流路10が形成された導入プレート2と、流体9を流す導入流路11が形成された導入プレート4の間に、2種類の流体を混合させる混合流路12が形成された混合プレート3が積層されている。混合流路12の上流には混合部121が設けられ、この混合部121の下流の縮流部を介して流路122が形成されている。なお、縮流部を設けることなく、混合部121と下流の流路122の幅を同じとすることもできる。2つの導入流路10,11の下流端部には、流路凸部15(151,153,155)と、流路凸部16(162,164,166)とを設けている。図2の(a),(b)と(c),(d)に示すように、混合部上流端部20には、上部と下部に設置された導入流路10と11の流路凸部15(151,153,155)と16(162,164,166)とが、幅方向に交互に重なる。これにより、2種類の流体8と9とが、混合部121の上流端部20直後から互い違いに流入する。混合流路12の混合部121では、流体8及び流体9が幅方向に多層状態となり、混合部121の下流では、縮流部により混合流路12が縮流される。多層状態になった流体8及び流体9の間隔は、この流路が狭まる縮流部でさらに小さくなり混合が促進される。
The fluid mixer includes five
ここで、混合流路12の幅(図1においては縮流後の流路122の幅)は1mm以上であり、かつ、これを流体8や9の分割数3で除した値を1mm未満とする。これにより、混合性能を向上させながら、反応生成物の生産量を増大させ、また、圧力損失を低減し、さらに固体浮遊物による流路閉塞を防止することができる。
Here, the width of the mixing channel 12 (the width of the
図3は、本発明の第2の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図であり、図1の流体混合器の変形例を示す。図1及び図2の流体混合器の実施例と異なる点は、導入流路10と11の下流端部の流路凸部15と16が、流れ方向に長くなり、流路を形成していることである。この場合も、図2(b)と(d)の断面図については全く同一となり、第1の実施例と同様の効果が得られる。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the structure of the fluid mixer according to the second embodiment of the present invention, and shows a modification of the fluid mixer of FIG. 1 and FIG. 2 is different from the embodiment of the fluid mixer shown in FIG. 1 in that the flow path convex
図4は、本発明の第3の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図であり、図5は、図4の流体混合器の構造を図2に倣って示す部分平面図とその断面図である。 FIG. 4 is an exploded perspective view showing the structure of the fluid mixer according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a partial plan view showing the structure of the fluid mixer of FIG. It is sectional drawing.
流体混合器は、面同士が密着して重ね合わされて接合された7枚のプレート1、2、3、4、5、21、23からなる。一番上のプレートは上蓋1であり、2つの流入孔61,62及び1つの排出孔7が設けられている。一番下のプレートは下蓋5である。流体8を流す導入流路10が形成された導入プレート2と、流体9を流す導入流路11が形成された導入プレート4の間に、混合流路12が形成された混合プレート3が積層されている。混合流路12の上流には混合部121が設けられている。混合プレート3と上部の導入プレート2の間には、連通孔22が設置された連通プレート21が積層されている。また、混合プレート3と下部の導入プレート4の間には、連通孔24が設置された連通プレート23が積層されている。混合流路の上流端部20の下流側直後の位置に対応して連通孔22及び24が幅方向に交互になるようにそれぞれの連通プレート21、23に設置されている。したがって、2つの導入流路10、11から異種の流体8と9が上下から連通孔22と24を経て混合流路の上流端部20の下流側直後に交互に流入する。混合部121では、流体8及び流体9が幅方向に多層状態となる。さらに、この実施例においても、混合部121の下流では混合流路12は縮流しており、幅方向に多層状態になった流体8と9の間隔はさらに小さくなり混合が促進される。その他の寸法は先の実施例と同じであり、混合性能を向上させると共に、反応生成物の生産量を増大させ、また、圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞を防止することができる。
The fluid mixer is composed of seven
図6は、本発明の第4の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図である。図7は、図6の流体混合器の構造を示す部分平面図とその断面図であり、同図(a)は流路10と混合部121の関係図で、同図(b)はそのb−b断面図、同図(c)は混合部121と流路11の関係図で、同図(d)はそのd−d断面図である。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing the structure of the fluid mixer according to the fourth embodiment of the present invention. 7 is a partial plan view showing the structure of the fluid mixer shown in FIG. 6 and a cross-sectional view thereof. FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the
流体混合器は、面同士が密着して重ね合わされて接合された5枚のプレート1〜5を備えている。一番上のプレートは上蓋1であり、2つの流入孔61,62及び1つの排出孔7が設けられている。一番下のプレートは下蓋5である。流体8を流す導入流路10が形成された導入プレート2と、流体9を流す導入流路11が形成された導入プレート4の間に、2種類の流体を混合させる混合流路12が形成された混合プレート3が積層されている。混合流路12の上流には混合部121が設けられ、この混合部121の下流の縮流部を介して流路122が形成されている。なお、縮流部を設けることなく、混合部121と下流の流路122の幅を同じとすることもできる。混合部121より上流には、流路凸部14が6個(141〜146)設けられている。一方、2つの導入流路10,11の下流端部には、前記混合流路12の1つ置きの流路凸部に対向するように、それぞれ半数の流路凸部15(151,153,155)と、流路凸部16(162,164,166)とを設けている。図7の(a),(b)と(c),(d)に示すように、混合部より上流の流路凸部14(141〜146)には、上部と下部に設置された導入流路10と11の流路凸部15(151,153,155)と16(162,164,166)とが、幅方向に交互に重なる。これにより、2種類の流体8と9とが、混合部121より上流の流路凸部141〜146から互い違いに流入する。混合流路12の混合部121では、流体8及び流体9が幅方向に多層状態となり、混合部121の下流では、縮流部により混合流路12が縮流される。多層状態になった流体8及び流体9の間隔は、この流路が狭まる縮流部でさらに小さくなり混合が促進される。
The fluid mixer includes five
混合流路12より上流において、上下の導入流路10と11から導入した2つの流体は、流路凸部141〜146によって形成される仕切壁によりその進路が誘導される。これにより、混合部121では2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることなく、流路の幅方向に多層状に流れるため、優れた混合性能が得られる。図7に示すように、混合部121より上流における流路凸部14の流れ方向長さは、導入流路10、11の下流端部における流路凸部15、16と流路凸部14とで形成された連通部の流れ方向長さLとほぼ等しく形成されている。混合部121において2つの流体が流路の上下方向で2層に分かれることを防止するには、流体の流れる方向を規制する仕切壁の役目を果たす流路凸部14の流れ方向長さが大きいほど効果は増大し、流路凸部14の流れ方向長さがLでほぼ防止でき、さらに大きくなるほど防止効果は完全となるが、次第にその効果は飽和し、逆に流体の圧力損失が増大する。したがって、混合部121において2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることを防止すると共に流体の圧力損失を抑制するためには、流路凸部14の流れ方向長さを、連通部の流れ方向長さLの3倍以下に形成することが望ましい。これによって、簡便な構造により、異種の流体を多層化して混合性を向上させながら、圧力損失が小さく、かつ流路閉塞が発生しにくい流体混合器を実現できる。
Upstream from the mixing
その他の寸法は先の実施例と同じであり、混合性能を向上させると共に、反応生成物の生産量を増大させ、また、圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞を防止することができる。 Other dimensions are the same as in the previous example, which improves the mixing performance, increases the production of reaction products, reduces the pressure loss, and prevents the blockage of the solid suspension. it can.
また、混合流路より上流の流路凸部の形状は、半楕円形等の任意形状が可能である。ここで、流れの分割数が多いほど混合性能は向上する。 Further, the shape of the channel convex portion upstream from the mixing channel can be an arbitrary shape such as a semi-elliptical shape. Here, the mixing performance improves as the number of flow divisions increases.
図8は、本発明の第5の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図である。図9は、図8の流体混合器の構造を図2に倣って示す部分平面図とその断面図である。 FIG. 8 is an exploded perspective view showing the structure of the fluid mixer according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a partial plan view showing the structure of the fluid mixer shown in FIG.
流体混合器は、面同士が密着して重ね合わされて接合された7枚のプレート1〜5、21、23からなる。一番上のプレートは上蓋1であり、2つの流入孔61,62及び1つの排出孔7が設けられている。一番下のプレートは下蓋5である。流体8を流す導入流路10が形成された導入プレート2と、流体9を流す導入流路11が形成された導入プレート4の間に、2種類の流体を混合させるための混合流路12が形成された混合プレート3が積層されている。混合流路12の上流には混合部121が設けられ、混合部より上流には、図6と同様に上流側に向いた流路凸部14が6個設けられている。混合プレート3と上部の導入プレート2の間には、連通孔22が設置された連通プレート21が積層されている。また、混合プレート3と下部の導入プレート4の間には、連通孔24が設置された連通プレート23が積層されている。混合流路より上流の流路凸部14の位置に対応して流路凸部の大きさ以下の連通孔22及び連通孔24が、幅方向に交互になるようにそれぞれの連通プレート21、23に設置されている。したがって、2つの導入流路10、11から異種の流体8と9が、上下からそれぞれ連通孔22と24を経て、混合プレート3の混合流路12より上流に幅方向に並んだ6つの流路凸部14に交互に流入する。
The fluid mixer is composed of seven
混合流路12より上流において、上下の導入流路10と11から連通孔22と24を経て流入した2つの流体は、流路凸部14によって形成される仕切壁によりその進路が誘導される。これにより、混合部121では2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることなく、流路の幅方向に多層状に流れるため、優れた混合性能が得られる。図9に示すように、混合部121より上流における流路凸部14の流れ方向長さは、連通孔22、24の流れ方向長さLとほぼ等しく形成されている。混合部121において2つの流体が流路の上下方向で2層に分かれることを防止するには、流体の流れる方向を規制する仕切壁の役目を果たす流路凸部14の流れ方向長さが大きいほど効果は増大し、流路凸部14の流れ方向長さがLでほぼ防止でき、さらに大きくなるほど防止効果は完全となるが、次第にその効果は飽和し、逆に流体の圧力損失が増大する。したがって、混合部121において2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることを防止すると共に流体の圧力損失を抑制するためには、流路凸部14の流れ方向長さを、連通孔の流れ方向長さLの3倍以下に形成することが望ましい。これによって、簡便な構造により、異種の流体を多層化して混合性を向上させながら、圧力損失が小さく、かつ流路閉塞が発生しにくい流体混合器を実現できる。
Upstream of the mixing
その他の寸法は先の実施例と同じであり、混合性能を向上させると共に、反応生成物の生産量を増大させ、また、圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞を防止することができる。 Other dimensions are the same as in the previous example, which improves the mixing performance, increases the production of reaction products, reduces the pressure loss, and prevents the blockage of the solid suspension. it can.
図10は、本発明の第6の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図であり、図11は、図10の流体混合器の構造を図2に倣って示す部分平面図とその断面図である。 FIG. 10 is an exploded perspective view showing the structure of a fluid mixer according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a partial plan view showing the structure of the fluid mixer of FIG. It is sectional drawing.
流体混合器は、面同士が密着して重ね合わされて接合された5枚のプレート1、2、25、3、5からなる。一番上のプレートは上蓋1であり、2つの流入孔61,62及び1つの排出孔7が設けられている。一番下のプレートは下蓋5である。流体8を流す導入流路10及び流体9を流す導入流路11が形成された1枚の導入プレート2と、2種類の流体を混合させる混合流路12が形成された混合プレート3が、連通プレート25を挟んで積層されている。混合流路12の上流には混合部121が設けられ、混合部121より上流には図6,8と全く同様に、上流に向いた流路凸部14が6個設けられている。2つの導入流路10,11の下流端部には、それぞれ混合流路の場合の半数づつ流路凸部15、16が設けられている。これらの流路凸部15、16の位置にそれぞれ対応させて、流路凸部の大きさ以下の連通孔22と24を、幅方向に交互になるように連通プレート25に配置している。また、これらの連通孔22と24は、混合プレート3の混合流路より上流の流路凸部14の位置に対応しており、したがって、2つの導入流路10、11からの異種の流体8と9は、それぞれ連通孔22と24を経て、混合流路より上流に幅方向に並んだ6つの流路凸部14に互い違いに流入する。
The fluid mixer is composed of five
混合流路12より上流において、導入流路10と11から連通孔22と24を経て流入した2つの流体は、流路凸部14によって形成される仕切壁によりその進路が誘導される。これにより、混合部121では2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることなく、流路の幅方向に多層に流れるため、優れた混合性能が得られる。図11に示すように、混合部121より上流における流路凸部14の流れ方向長さは、連通孔22、24の流れ方向長さLとほぼ等しく形成されている。混合部121において2つの流体が流路の上下方向で2層に分かれることを防止するには、流体の流れる方向を規制する仕切壁の役目を果たす流路凸部14の流れ方向長さが大きいほど効果は増大し、流路凸部14の流れ方向長さがLでほぼ防止でき、さらに大きくなるほど防止効果は完全となるが、次第にその効果は飽和し、逆に流体の圧力損失が増大する。したがって、混合部121において2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることを防止すると共に流体の圧力損失を抑制するためには、流路凸部14の流れ方向長さを、連通孔の流れ方向長さLの3倍以下に形成することが望ましい。これによって、簡便な構造により、異種の流体を多層化して混合性を向上させながら、圧力損失が小さく、かつ流路閉塞が発生しにくい流体混合器を実現できる。
Upstream from the mixing
その他の寸法は先の実施例と同じであり、混合性能を向上させると共に、反応生成物の生産量を増大させ、また、圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞を防止することができる。 Other dimensions are the same as in the previous example, which improves the mixing performance, increases the production of reaction products, reduces the pressure loss, and prevents the blockage of the solid suspension. it can.
図12は、本発明の第7の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図であり、図13は、図12の流体混合器の構造を図2に倣って示す部分平面図とその断面図である。 FIG. 12 is an exploded perspective view showing the structure of the fluid mixer according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 13 is a partial plan view showing the structure of the fluid mixer of FIG. It is sectional drawing.
流体混合器は、面同士が密着して重ね合わされて接合された6枚のプレート1〜5、21からなる。一番上のプレートは上蓋1であり、2つの流入孔61,62及び1つの排出孔7が設けられている。一番下のプレートは下蓋5である。上蓋1と下蓋5の間には、導入流路10が形成された導入プレート2と、連通孔22が形成された連通プレート21と、混合流路12が形成された混合プレート3と、導入流路11が形成された導入プレート4が積層されている。混合流路12の上流には混合部121が設けられ、混合部の上流には複数(図では3個)の流路凸部14が間隔を置いて設けられている。
The fluid mixer is composed of six
連通プレート21には、混合部上流端部20の下流直後の位置に対応して、混合部上流端部20の幅以下の幅を持つ連通孔22が幅方向に間隔を置いて3個並べて設置され、導入流路10は、連通孔22に重なるように設置される。これにより、流体8は連通孔22を経て混合部上流端部20の下流直後に流入する。一方、導入流路11は、混合流路12より上流の凸部14の流れ方向の長さの範囲内で重なることにより、流体9が混合部121より上流の凸部14に流入する。
In the
混合流路12の上流において、導入流路11から流入した流体9は、流路凸部14によって形成される仕切壁によりその進路が誘導される。一方、流体8は導入流路10から連通孔22を経て混合部上流端部20の下流直後に流入する。流体9は仕切壁により混合部下流方向に流れ、混合部上流端部20の下流直後には流れ込み難くなるため、混合部121では2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることなく、流路の幅方向に多層状に流れることにより、優れた混合性能が得られる。図13に示すように、混合部121の上流における流路凸部14の流れ方向長さは、導入流路11と流路凸部14とで形成される連通部の流れ方向長さLとほぼ等しく形成されている。混合部121において2つの流体が流路の上下方向で2層に分かれることを防止するには、流体の流れる方向を規制する仕切壁の役目を果たす流路凸部14の流れ方向長さが大きいほど効果は増大し、流路凸部14の流れ方向長さがLでほぼ防止でき、さらに大きくなるほど防止効果は完全となるが、次第にその効果は飽和し、逆に流体の圧力損失が増大する。したがって、混合部121において2つの流体が流路の上下方向へ2層に分かれることを防止すると共に流体の圧力損失を抑制するためには、流路凸部14の流れ方向長さを、連通部の流れ方向長さLの3倍以下に形成することが望ましい。これによって、簡便な構造により、異種の流体を多層化して混合性を向上させながら、圧力損失が小さく、かつ流路閉塞が発生しにくい流体混合器を実現できる。
Upstream of the mixing
その他の寸法は先の実施例と同じであり、混合性能を向上させると共に、反応生成物の生産量を増大させ、また、圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞を防止することができる。 Other dimensions are the same as in the previous example, which improves the mixing performance, increases the production of reaction products, reduces the pressure loss, and prevents the blockage of the solid suspension. it can.
図14は、本発明の第8の実施例による流体混合器の構造を示す分解斜視図である。流体混合器は、面同士が密着して重ね合わされて接合された5枚のプレート1、2、3、5、25からなる。一番上のプレートは上蓋1であり、2つの流入孔61,62及び1つの排出孔7が設けられている。一番下のプレートは下蓋5である。上蓋1と下蓋5の間には、流体8を流す導入流路10と流体9を流す導入流路11が形成された導入プレート2と、連通孔22と連通孔24が形成された連通プレート25と、混合流路12が形成された混合プレート3が積層されている。混合流路12の上流には混合部121が設けられ、混合部121より上流には先の実施例と同様に、流路凸部14と混合部上流端部20がそれぞれ交互に3個設けられている。連通プレート25には、混合流路より上流の流路凸部14の位置に対応して、流路凸部の幅以下の幅を持つ連通孔22が3個設置されている。また、混合部上流端部20の下流直後の位置に対応して混合部上流端部20の幅以下の幅を持つ連通孔24が3個設置され、導入流路10は連通孔22に、導入流路11は連通孔24に重なるように設置される。これにより、流体8は連通孔22を経て混合部より上流の流路凸部14に、流体9は連通孔24を経て混合部上流端部20の下流直後に流入する。混合部121では、流体8及び流体9が幅方向に多層状態となる。さらに、この実施例では、混合部121の下流で混合流路12を縮流しており、幅方向に多層状態になった流体8及び流体9の間隔はさらに小さくなり混合が促進される。
FIG. 14 is an exploded perspective view showing the structure of the fluid mixer according to the eighth embodiment of the present invention. The fluid mixer is composed of five
その他の寸法は、先の実施例と同じであり、混合性能を向上させると共に、反応生成物の生産量を増大させ、また、圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞を防止することができる。 Other dimensions are the same as in the previous examples, improve mixing performance, increase reaction product production, reduce pressure loss, and prevent blockage of solid suspension. Can do.
図15は、本発明の他の実施例による流体混合器の混合部121の構造を示す要部平面図である。図15(a)は、図1〜3の実施例に示す流体混合器の導入流路下流端部の流路凸部15、16の幅方向の寸法を変化させたものである。図15(b)は図4、5の実施例に示す流体混合器の連通孔22、24の幅方向の開口寸法を変化させたものである。ここでは、連通孔の形状は矩形としているがそれ以外の形状も可能である。図15(c)は図6〜11の実施例に示す流体混合器の混合部121より上流の流路凸部14の幅方向の寸法を変化させたものである。図15(d)は、図12〜14の実施例に示す流体混合器の混合部121より上流の流路凸部14及び混合部上流端部20の幅方向の寸法を変化させたものである。
FIG. 15 is a plan view of an essential part showing the structure of the
図15(a)、(b)、(c)、(d)において、図1〜14の実施例では異種流体の一方の流体の分割数は3であるが、ここでは分割数が4の場合を示す。混合部121の流路幅方向に関して、流路内の流速は流路中央で大きく壁面で零になるため、流路中央部ほど流路幅方向の物質の拡散が小さい。また、幅方向に交互に層状化した異種流体において、壁面に隣接する流体は、壁方向に拡散できない。図15(a)では、導入流路の下流端部の流路凸部15、16の幅方向の寸法は、流路中心から幅方向に進むにつれて増大し、また幅方向の両側の壁面に最も近い流路凸部の幅は、隣接する流路凸部の幅の半分以下である。図15(b)では、連通孔の幅方向の開口寸法は、混合流路上流端部の中心から幅方向に進むにつれて増大し、混合流路上流端部の幅方向の両側の壁面に最も近い連通孔の開口幅は、隣接する開口部の幅の半分以下である。図15(c)では、混合流路より上流の流路凸部14の幅方向の寸法は、流路中心から幅方向に進むにつれて増大し、また幅方向の両側の壁面に最も近い流路凸部の幅は、隣接する流路凸部の幅の半分以下である。図15(d)では、混合流路上流端部の流路凸部14又は混合部上流端部20の幅方向の寸法は、流路中心から流路幅方向進むにつれて増大し、また、幅方向の両側の壁面に最も近い流路凸部又は混合部上流端部の幅は、隣接する流路凸部又は混合部上流端部の幅の半分以下である。
15 (a), (b), (c) and (d), in the embodiment of FIGS. 1 to 14, the number of divisions of one of the different fluids is 3, but here the number of divisions is 4 Indicates. With respect to the channel width direction of the
これにより、流体8及び流体9の幅方向の拡散が均一化されるため、異種流体の混合が完了する流れ方向の距離を短縮できる。
Thereby, since the spreading | diffusion of the width direction of the
図16は、本発明によるマイクロリアクタシステムの一実施例を示す分解斜視図である。図1〜15の実施例による流体混合器26の上面及び下面に、熱交換器27を面同士が密着するように重ね合わせて接合又はボルト締め等により固定したものである。熱交換器27の片方の面には、機械加工等により熱媒体30が流通する熱媒体流路31が形成されている。流体8及び流体9は異なる位置の流入孔61,62から流入し、流体混合器で混合され反応が終了した後に排出孔7から流出される。熱媒体30は、熱媒体流入孔28から流入し、熱交換器27の片面に形成された熱媒体流路31を流通しながら流体混合器26と熱交換した後、熱媒体流出孔29から流出される。
FIG. 16 is an exploded perspective view showing an embodiment of the microreactor system according to the present invention. The
これにより、目的の反応温度で流体温度を制御することができるため、副反応を抑制して、反応収率を向上させることができる。ここで、図1〜15の実施例の流体混合器26は薄いため、熱交換効率が向上する。
Thereby, since the fluid temperature can be controlled at the target reaction temperature, side reactions can be suppressed and the reaction yield can be improved. Here, since the
以上の実施例によれば、簡便な構造で圧力損失を低減し、固体浮遊物による流路閉塞が防止できる流体混合器又は流体混合器を備えたマイクロリアクタシステムを提供することができる。 According to the above embodiment, it is possible to provide a fluid mixer or a microreactor system equipped with a fluid mixer that can reduce pressure loss with a simple structure and prevent a channel from being blocked by a solid suspended matter.
本発明による流体混合器は、医薬品、化学工業製品の合成プロセスにおける複数の流体の混合又は反応、また、分析化学、医療用分析のための分析装置における複数の試薬の混合又は反応を効率的に実施するために利用することができる。 The fluid mixer according to the present invention efficiently mixes or reacts a plurality of fluids in a synthesis process of pharmaceuticals and chemical industrial products, and also mixes or reacts a plurality of reagents in an analytical apparatus for analytical chemistry and medical analysis. Can be used to implement.
1…上蓋、2…導入プレート、3…混合プレート、4…導入プレート、5…下蓋、61,62…流入孔、7…排出孔、8,9…流体、10,11…導入流路、12…混合流路、121…混合部、122…流路、14(141〜146)…混合部より上流の流路凸部、15,16…導入流路の流路凸部、18,19…導入流路の下流端部、20…混合部上流端部、21,23,25…連通プレート、22,24…連通孔、26…流体混合器、27…熱交換器、28…熱媒体流入孔、29…熱媒体流出孔、30…熱媒体、31…熱媒体流路。
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