JP4904374B2 - Microreactor - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ流路を用いて、流体の混合や反応を行うマイクロリアクタに関する。 The present invention uses the microchannel, to a microreactor for mixing and reaction of fluids. より詳しくは、コイル状に巻回され内部にマイクロ流路が形成されたマイクロチューブと、マイクロチューブを加熱するシースヒータと、マイクロチューブ及びシースヒータに冷却用流体を作用させる冷却部とを備えるマイクロリアクタに関する。 More particularly, to a microreactor comprising a microtube of the microchannel formed therein is wound in a coil shape, a sheath heater for heating the microtube, and a cooling unit for applying a cooling fluid to the microtube and the sheath heater.

この種のマイクロリアクタとして、本出願人は、以前に特許文献1を特許出願した。 As this type of microreactor, the applicant has filed a patent application for Patent Document 1 previously. 図7は従来のマイクロリアクタの基本構成を示す斜視図である。 Figure 7 is a perspective view showing a basic structure of a conventional microreactor. 図7に示すように、従来のマイクロリアクタ10Aは、ケーシング2、リアクタ本体3A、断熱材4及び冷却部6を備える。 As shown in FIG. 7, the conventional microreactor 10A comprises a casing 2, reactor main body 3A, the heat insulating material 4 and the cooling unit 6. なお、後述の本発明に係るマイクロリアクタ1と同一の構成要素には、それらと同一の符号を付してある。 Incidentally, the same components as the microreactor 1 according to the present invention described below are denoted by the same reference numerals as those.

ケーシング2は、中空箱状体のケーシング本体21と、このケーシング本体21に対して開閉自在となるように取り付けられた蓋体22とを備える。 Casing 2 includes a casing body 21 of hollow box-like body, and a lid 22 mounted so as to be freely opened and closed with respect to the casing body 21.

リアクタ本体3Aは、シースヒータ31Aとマイクロチューブ32Aとを備える。 Reactor main body 3A is provided with a sheath heater 31A and the micro tube 32A. シースヒータ31Aは、長尺の略円柱形状をなし、内部に充填された発熱体312Aを通電により発熱させることで、その表面温度を900°Cまで昇温可能とされる。 Sheath heater 31A has a substantially cylindrical elongated, by heating by energization of the heat generating element 312A filled inside, is capable heated the surface temperature to 900 ° C. その太さは、直径30mm程度の径太のものとされる。 Its thickness is as a 径太 a diameter of about 30 mm. マイクロチューブ32Aは、内部にマイクロ流路が形成された長尺可撓性のチューブ体をシースヒータ31Aにコイル状に巻回した形態とされる。 Microtube 32A is a form wound tube body elongated flexible microchannel formed therein coiled sheath heater 31A. マイクロチューブ32Aは、被反応液が導入される被反応液入口ポート321Aを一端に備え、マイクロ流路内で反応を済ませた反応済液を導出する反応済液出口ポート322Aを他端に備える。 Microtube 32A includes the other provided at one end of the reaction liquid inlet port 321A of the reaction solution is introduced, the reaction completion solution outlet port 322A to derive a reaction already liquid finished the reaction microchannel.

断熱材4は、リアクタ本体3Aを収容するための溝空間42Mを有し、リアクタ本体3Aを取り囲むように設けられる。 Heat insulating material 4 has a groove chamber 42M for accommodating the reactor main body 3A, it is provided so as to surround the reactor main body 3A. この溝空間42Mは、リアクタ本体3Aとの間に所定広さの空間が形成されるサイズとされる。 The groove chamber 42M is sized space of a predetermined size is formed between the reactor main body 3A.

冷却部6は、冷却空気入口ポート61、冷却空気出口ポート62及び冷却空気貯留タンク(図示せず)などからなる。 Cooling unit 6, the cooling air inlet port 61, and the like cooling air outlet port 62 and the cooling air storage tank (not shown). 冷却空気入口ポート61及び冷却空気出口ポート62は溝空間42Mに連通するように設けられる。 Cooling air inlet port 61 and the cooling air outlet ports 62 are provided so as to communicate with the groove chamber 42M. 冷却空気入口ポート61は、バルブ及び加圧ポンプを介して冷却空気貯留タンクの空気供給側に配管接続される。 Cooling air inlet port 61 is connected by piping to an air supply side of the cooling air storage tank through a valve and a pressure pump. 冷却空気出口ポート62は、冷却空気貯留タンクのリターン側に配管接続される。 Cooling air outlet port 62 is a pipe connected to the return side of the cooling air storage tank.

マイクロリアクタ10Aは、蓋体22を閉めた状態で、マイクロ化学プラントに組み込まれて、次のようにして使用される。 Microreactor 10A is in a state of closing the lid 22, is incorporated in the micro-chemical plant, it is used as follows. 即ち、被反応液入口ポート321Aからは被反応液を導入する。 That is, from the reaction solution inlet port 321A for introducing the object reaction. 一方、リード部材314Aを介して発熱体312Aに電力を供給する。 On the other hand, it supplies power to the heating element 312A through the lead member 314A. これにより、シースヒータ31Aの表面温度を所望の温度まで昇温させる。 Thus, to raise the temperature of the surface temperature of the sheath heater 31A to a desired temperature. シースヒータ31Aの昇温によりマイクロチューブ32Aが加熱される。 Microtube 32A is heated by heating of the sheath heater 31A. マイクロチューブ32Aがシースヒータ31Aから得た熱は、マイクロチューブ32A内の被反応液に伝わり、これを昇温させる。 Heat microtube 32A was obtained from sheath heater 31A is transmitted to the reaction liquid in the microtube 32A, raising the temperature of this. このようにして、被反応液入口ポート321Aから導入された被反応液は、マイクロ流路を通過中に、昇温されつつ反応を進行させ、反応済液出口ポート321Aから反応済液として導出される。 In this way, the reaction liquid introduced from the reaction solution inlet port 321A is in passing through the micro flow channel, while being heated to proceed the reaction, are derived as a reaction completion solution from the reaction completion solution outlet port 321A that.

ところで、マイクロリアクタ10Aにおいて、被反応液の反応が発熱を伴う反応である場合、被反応液の温度が目的温度よりも上昇することがある。 Incidentally, in the microreactor 10A, when the reaction of the reaction liquid is a reaction exothermic, the temperature of the object reaction solution becomes higher than target temperature. このような反応の場合には、冷却空気入口ポート61から冷却空気を加圧導入して溝空間42Mを循環させる。 In such a case the reaction circulates groove chamber 42M by pressure introducing cooling air from the cooling air inlet port 61. これにより、マイクロチューブ32A及びシースヒータ31Aを冷却することができ、延いてはマイクロチューブ32A内を流れる被反応液を冷却することができる。 Thus, it is possible to cool the microtubes 32A and sheath heater 31A, and by extension may be cooled to be the reaction liquid flowing through the microtube 32A. このようにマイクロリアクタ10Aでは、マイクロチューブ32A及びシースヒータ31Aを強制的に冷却できるため、シースヒータ31Aをオフにしただけでは得られない冷却効果を奏する。 In this way microreactor 10A, since it forcibly cooled microtubes 32A and sheath heater 31A, it exhibits a cooling effect that is can not be obtained simply by turning off the sheath heater 31A. つまり、被反応液の反応が発熱を伴う反応である場合でも、過加熱とすることなく、最適の温度を保つことができる。 That is, even if the reaction of the reaction liquid is a reaction exothermic, without the over-heating, it is possible to keep the temperature optimum.

特願2008−335619号 Japanese Patent Application No. 2008-335619

ところで、従来のマイクロリアクタ10Aでは、シースヒータ31Aとして、直径30mm程度の径太のものを使用し、これにマイクロチューブ32Aを巻回した構成としていた。 Incidentally, in the conventional microreactor 10A, as sheath heater 31A, using those 径太 a diameter of about 30 mm, this was configured by winding a microtube 32A. このようなシースヒータ31Aは、それ自体の熱容量がかなり大きいため、冷却空気入口ポート61から冷却用エアーを導入し、溝空間42Mを循環させても、短時間では十分な冷却効果が得られず、シースヒータ31A及びマイクロチューブ32Aを冷却するのに長い時間を要した。 Such sheath heater 31A, since it is rather large heat capacity of itself, introduces cooling air from the cooling air inlet port 61, also by circulating groove chamber 42M, no sufficient cooling effect can be obtained in a short time, the sheath heater 31A and the micro tube 32A took a long time to cool. その結果、発熱を伴う反応プロセスに要する時間が長くかかるといった問題があった。 As a result, the time required for the reaction process involving heat generation there is a problem takes longer. また、加熱する際にも、シースヒータ31Aの熱容量が大きいことから、目的の高温まで上昇させるのに長い時間を要した。 Also, when heating is also the fact that a large heat capacity of sheath heater 31A, took a long time to raise to a high temperature of interest.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、短時間で十分な加熱効果及び冷却効果の得られるマイクロリアクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a microreactor capable of obtaining sufficient heating effect and cooling effect in a short time.

上記目的は、下記の本発明により達成される。 The above object is achieved by the present invention described below. なお本欄(「課題を解決するための手段」)において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する第1実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 Note Honran in ( "Means for Solving the Problem") in parentheses as those in the constituent codes are those that show the correspondence with specific means described in the first embodiment described later.

請求項1の発明は、コイル状に巻回され、且つ、マイクロチューブ(32)の内部にマイクロ流路(5)が形成されたマイクロチューブ(32)と、マイクロチューブ(32)を加熱するシースヒータ(31)と、マイクロチューブ(32)及びシースヒータ(31)に冷却用流体を作用させる冷却部(6)とを備えるマイクロリアクタ(1)において、長尺円柱状且つ細径の細長いシースヒータ(31)をコイル状に巻回し且つマイクロチューブ(32)に伝熱可能な位置に設け、被反応流体が、マイクロ流路(5)を通過中に、昇温されつつ反応を進行させて、反応済み液が出口ポート(322)から導出されることを特徴とする。 The invention according to claim 1, wound in a coil shape, and is heated and microtube interior microchannel (5) is formed of a micro-tube (32) (32), a micro-tube (32) sheath heater and (31), in the microreactor (1) and a cooling unit for applying a cooling fluid to a microtube (32) and the sheath heaters (31) (6), an elongated cylindrical and small-diameter elongated sheath heater (31) and winding in a coil shape provided in the heat transfer can be located in a microtube (32), the reaction fluid, while passing through the micro flow path (5), the reaction allowed to proceed while being heated, is reacted solution characterized in that it is derived from the outlet port (322).

請求項1の発明によると、シースヒータ(31)として、長尺円柱状且つ細径の細長いもの、即ちそれ自体の熱容量が小さいものを使用している。 According to the invention of claim 1, as a sheath heater (31), using those things long cylindrical and of diameter elongated, that is, the heat capacity of itself small. これにより、加熱されたシースヒータ(31)を冷却部(6)により短時間で冷却することができる。 This allows the heated sheath heater (31) is cooled in a short time by the cooling unit (6). つまり短時間で十分な冷却効果が得られる。 That sufficient cooling effect can be obtained in a short time. また、加熱する際にも、シースヒータ(31)の熱容量が小さいことから、短時間で目的の高温まで上昇させることが可能である。 Also, when heating is also the heat capacity of the sheath heater (31) is small, it is possible to increase to a high temperature in a short time purposes. なお、細長いシースヒータ(31)を使用することにより、単位長さあたりの放熱面積が小さくなるため、単位長さあたり発熱量が少なくなるが、この不都合はコイル状に巻回して長さを十分に確保することで補っている。 Incidentally, elongated by the use of sheath heaters (31), since the heat dissipation area per unit length is reduced, but the heating value per unit length is reduced, this disadvantage is the length sufficiently wound like a coil It is compensated by securing. これにより放熱面積を十分に確保することができ、十分な発熱量を得ることができるようにしている。 This makes it possible to secure a sufficient heat dissipation area, so that it is possible to obtain a sufficient heating value.

請求項2の発明は、前記シースヒータ(31)及び前記マイクロチューブ(32)を固定支持するための円筒状の伝熱性材からなる固定支持手段(30)を備え、前記シースヒータ(31)は固定支持手段(30)の外周面または内周面のいずれか一方に外接または内接するように設けられ、前記マイクロチューブ(32)は固定支持手段(30)において前記シースヒータ(31)が設けられない側の周面に内接または外接するように設けられ、前記冷却部(6)は、固定支持手段(30)の中空部と外側とに冷却用流体を流すように構成される。 The invention of claim 2, wherein comprises a sheath heater (31) and fixed support means for said made a microtube (32) of a cylindrical heat transfer member for fixing the support (30), the sheath heater (31) is fixedly supported means (30) outer peripheral surface or inner peripheral surface either one provided so as to circumscribe or inscribed in the establishment and the microtube (32) is not the sheath heater (31) is provided in the fixed support means (30) side provided to be inscribed or circumscribed in the peripheral surface, the cooling unit (6) is configured to flow a hollow portion and a cooling fluid to the outside of the fixed support means (30).

請求項2の発明によると、反応を開始させる段階において、シースヒータ(31)が持つ熱は、まず固定支持手段(30)の肉厚部を介してマイクロチューブ(32)に伝わる。 According to the invention of claim 2, in the step of starting the reaction, heat of the sheath heater (31) is transmitted to a microtube (32) first through the thick portion of the fixed support means (30). マイクロチューブ(32)に伝わった熱は、マイクロ流路(5)を流れる被反応流体に伝わる。 Heat transferred into a microtube (32) is transmitted to the reaction fluid flowing through the microchannel (5). ここで、被反応液の反応が発熱を伴う反応である場合は、必要温度以上に被反応流体を昇温させないために、冷却部(6)により、固定支持手段(30)の中空部と外側とに冷却用流体を流すことで、マイクロチューブ(32)及びシースヒータ(31)を冷却することができる。 Here, when the reaction of the reaction liquid is a reaction involving fever, in order not to raise the temperature of the object reaction fluid more than necessary temperature, the cooling unit (6), a hollow portion of the fixed support means (30) outside by flowing a cooling fluid to the preparative, it is possible to cool the microtube (32) and the sheath heaters (31). この冷却は、シースヒータ(31)としてそれ自体の熱容量が小さいものを選択したために、短時間で実現される。 This cooling, in order to select those small heat capacity itself as a sheath heater (31) is realized in a short time. また、シースヒータ(31)及びマイクロチューブ(32)は、固定支持手段(30)への内接または外接により支持されるので、巻回部分が外力等によって歪んだり潰れたりすることがなくなり、安定したコイル形状を保持できる。 Furthermore, sheath heater (31) and the micro tube (32), since it is supported by the inscribed or circumscribed to the fixed support means (30), it prevents the wound portion or crushed or distorted by an external force or the like, stable It can hold coil shape.

請求項3の発明は、前記固定支持手段(30)の外周面に外接したシースヒータ(31)またはマイクロチューブ(32)のいずれか一方が、溶接または接着剤の固着手段によって前記固定支持手段(30)の外周面に固着してなる。 The invention of claim 3, wherein the fixed support means (30) said fixed support means (30 either sheath heater which circumscribes the outer peripheral surface (31) or microtube (32), by a fixing means of a welding or adhesive ) formed by sticking to the outer peripheral surface of the.

請求項3の発明によると、前記固定支持手段(30)の外周面に外接したシースヒータ(31)またはマイクロチューブ(32)が当該外周面に確実に固定され、浮き上がったり、位置ズレを生じたりすることがない。 According to the invention of claim 3, wherein the sheath heater which circumscribes the outer peripheral surface of the fixed support means (30) (31) or microtube (32) is securely fixed to the outer peripheral surface, or lifted, or misaligned that there is no.

請求項4の発明は、前記シースヒータ(31)は直径4.8mm以下の細長い長尺円柱状体とされる。 The invention of claim 4, wherein the sheath heater (31) is an elongated elongated cylindrical body of diameter less than 4.8 mm. なお「直径」とは、シースヒータ(31)をその長手方向に垂直な平面で切ったときの断面の直径である。 Note that "diameter" is the diameter of the cross section when taken along a plane perpendicular sheath heater (31) in the longitudinal direction.

本発明によると、短時間で十分な加熱効果及び冷却効果が得られるマイクロリアクタが提供される。 According to the present invention, a short time with sufficient heating effect and microreactor cooling effect is obtained is provided.

本発明に係る第1実施形態のマイクロリアクタの概略を示す斜視図である。 Is a perspective view schematically showing a microreactor according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態のリアクタ本体を示す外観斜視図である。 It is an external perspective view of a reactor body of the first embodiment. シースヒータの内部構造を示す正面一部断面図である。 It is a front partial sectional view showing the internal structure of the sheath heater. 第1実施形態のマイクロリアクタの側面一部断面図である。 It is a partial cross sectional side view of the microreactor of the first embodiment. 第1実施形態のマイクロリアクタにおけるリアクタ本体の要部を示す正面一部断面図である。 It is a front partial sectional view showing a main portion of the reactor main body in the microreactor according to the first embodiment. 第2実施形態のリアクタ本体の要部を示す正面一部断面図である。 It is a front partial sectional view showing a main portion of the reactor main body of the second embodiment. 従来のマイクロリアクタの基本構成を示す斜視図である。 It is a perspective view showing a basic structure of a conventional microreactor.

〔第1実施形態〕 First Embodiment
以下、添付図面を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a description will be given of a first embodiment of the present invention. 図1は本発明に係る第1実施形態のマイクロリアクタの概略を示す斜視図、図2は第1実施形態のリアクタ本体を示す外観斜視図、図3はシースヒータの内部構造を示す正面一部断面図、図4は第1実施形態のマイクロリアクタの側面一部断面図、図5は第1実施形態のマイクロリアクタにおけるリアクタ本体の要部を示す正面一部断面図である。 Figure 1 is a perspective view showing an outline of a microreactor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an external perspective view showing a reactor main body of the first embodiment, FIG. 3 is a front partial sectional view showing the internal structure of the sheath heater 4 shows partial cross sectional side view of the microreactor of the first embodiment, FIG. 5 is a front partial sectional view showing a main portion of the reactor main body in the microreactor according to the first embodiment.

図1に示すように、第1実施形態に係るマイクロリアクタ1は、ケーシング2、リアクタ本体3及び断熱材4を備え、リアクタ本体3が、断熱材4により取り囲まれた状態でケーシング2内に収容された構成とされる。 As shown in FIG. 1, a microreactor 1 according to the first embodiment includes a casing 2, comprises a reactor main body 3 and the heat insulating material 4, the reactor body 3 is housed in the casing 2 in a state surrounded by the heat insulating material 4 It is said to have constructed.

ケーシング2は、ケーシング本体21と蓋体22とを備える。 Casing 2 comprises a casing body 21 and the lid 22. ケーシング本体21は、上方が開放され且つ外形が直方体を呈する中空箱状体であり、ステンレス鋼等の金属を材質としている。 Casing body 21 is a hollow box-like body and outer upper is opened exhibits a rectangular parallelepiped, and the material of metal such as stainless steel. 蓋体22は、ケーシング本体21の上部に蝶番23を介して開閉自在となるように取り付けられ、ケーシング本体21と同様にステンレス鋼等の金属を材質としている。 Lid 22 is mounted so as to be openable and closable via a hinge 23 to the upper portion of the casing body 21, and the material of metal such as stainless steel similarly to the casing body 21. 蓋体22はフック部材24を有しており、蓋体22を閉めた状態でこのフック部材24をケーシング本体21の留め部材25に留めることでロック状態とすることができる。 Lid 22 has a hook member 24 can be locked by fastening the hook member 24 to the retaining member 25 of the casing body 21 in a closed state of the lid 22.

リアクタ本体3は、図2に示すように、コア体30とシースヒータ31とマイクロチューブ32とを備える。 Reactor main body 3, as shown in FIG. 2, and a core member 30 and the sheath heater 31 and the micro tube 32.

コア体30は、ステンレス鋼等の金属を材質とした円筒体であり、その肉厚は1mm〜1.5mm程度が好ましく、外径は30mm〜50mm程度が好ましい。 The core body 30 is a cylindrical body in which a metal such as stainless steel and the material, its thickness is preferably about 1 mm to 1.5 mm, an outer diameter of about 30mm~50mm are preferred. これらの諸元は、コア体30の熱伝導性等の諸条件から考慮された値である。 These specifications are values ​​considered from various conditions of the thermal conductivity and the like of the core body 30. コア体30の外周面は、コイル状に巻回されたシースヒータ31が外接する被外接面とされ、また、その内周面は、コイル状に巻回されたマイクロチューブ32が内接する被内接面とされる。 The outer peripheral surface of the core body 30 is an object to be circumscribed surface of sheath heater 31 wound in a coil shape is circumscribed, also the inner peripheral surface thereof, the inscribed microtube 32 wound in a coil shape is inscribed It is the surface. コア体30は、シースヒータ31が発した熱をマイクロチューブ32に伝熱する手段として機能する。 The core body 30 functions as a transfer heat means the heat sheath heater 31 is emitted to the microtube 32. また、シースヒータ31及びマイクロチューブ32を固定支持する手段として機能する。 Also functions as means for fixedly supporting the sheath heater 31 and the micro-tube 32. また、冷却空気M1,M2を流す流路を形成するための流路形成体としても機能する。 Also it functions as a flow path forming member for forming a flow path for flowing the cooling air M1, M2.

シースヒータ31は、直径4.8mm以下の細長い長尺円柱状体からなるマイクロヒータを、図2,4,5に示すように、コア体30の外周面にコイル状に巻回する(つまり外接させる)と共に、接着剤または溶接等の固着手段によりコア体30の外周面に固定したものである。 Sheath heater 31, the micro-heater consisting of an elongated elongated cylindrical body diameter 4.8 mm, as shown in FIG. 2, 4 and 5, is (i.e. circumscribed wound in a coil shape on the outer peripheral surface of the core body 30 ) with, in which is fixed to the outer peripheral surface of the core body 30 by fixing means such as adhesive or welding. マイクロチューブ32の巻回の中心軸は、コア体30の中心軸に一致している。 Winding center axis of the microtube 32 is coincident with the central axis of the core body 30. シースヒータ31の巻回は、互いに隣合う外周面同士が互いに一定間隔d(図5参照)をあける形態とされる。 Winding the sheathed heater 31 is in the form of opening the predetermined interval d (see FIG. 5) with each other the outer peripheral faces adjacent to each other. これにより、シースヒータ31の発する熱をコア体30に対してほぼ均一に伝熱可能としている。 Thus, it is substantially uniformly heat transfer enables the heat generated by the sheath heater 31 relative to the core body 30. また、マイクロチューブ32の巻回は、その外周面とコア体30の内周面とが接触点P2で接触する形態とされる。 Also, winding of the microtube 32 is a form in which its outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the core body 30 is in contact at a contact point P2.

シースヒータ31は、図3に示すように、シース311、発熱体312、絶縁材313及びリード部材314を備える。 Sheath heater 31, as shown in FIG. 3, comprises a sheath 311, heating element 312, insulating material 313 and the lead member 314. このようなシースヒータ31は、リード部材314を介して発熱体312に電力を供給することで発熱体312を発熱させ、この発熱体312の熱をシース311に伝えることで、その表面温度を900°Cまで昇温可能とされる。 Such sheath heater 31, the heating element 312 to generate heat by supplying electric power to the heating element 312 via a lead member 314, by transmitting the heat of the heating element 312 in the sheath 311, the surface temperature of 900 ° It is capable of raising the temperature up to C.

上記シース311は、発熱体312の発熱により加熱可能な加熱表面を有する。 The sheath 311 has a possible heating surface heated by heating of the heating element 312. 発熱体312は、グラファイト、ニクロム、タンタル等の導電体粉末または粒体などを使用でき、シース311の内部における中心軸線まわりにほぼ均等となるように収納されている。 Heating element 312 is graphite, nichrome, such as a conductive powder or granules such as tantalum can be used, are accommodated so as to be substantially equally about the central axis of the sheath 311. 絶縁材313は、マグネシア、アルミナ等の粉末からなり、発熱体312とシース311の内周面との間に充填されている。 Insulating material 313, magnesia consists powder such as alumina, is filled between the inner peripheral surface of the heating element 312 and the sheath 311. リード部材314は、シース311の一端部側において、発熱体312に接続された金属線等からなる。 Lead member 314 at one end side of the sheath 311, made of connecting metal wire or the like to the heating element 312.

また、シース311の途中には、熱電対式温度センサ315を備え、リード部材317を介してその温度信号をフィードバック信号として、図示しない制御装置に取り込むようになっている。 Further, in the middle of the sheath 311 is provided with a thermocouple type temperature sensor 315, the temperature signal as a feedback signal via the lead member 317, so that the capture to a control device (not shown). なお、シースヒータ31の表面温度は、この制御装置により、所望する任意の値に設定可能とされる。 The surface temperature of the sheath heater 31, by the control device, is settable to any value desired. 熱電対式温度センサ315は、感熱部としての熱電対を先端に備え、シース311の外周面上の一箇所または複数箇所に取り付けられる。 Thermocouple type temperature sensor 315 is provided at the tip of the thermocouple as the thermosensitive portion, it is attached at one or more positions on the outer peripheral surface of the sheath 311. 熱電対316はリード部材317に電気接続されている。 Thermocouple 316 is electrically connected to the lead member 317. この位置で熱電対が検出した温度に基づいて、シース311が所望の設定温度に保たれるように、フィードバック制御されるようになっている。 Based on the temperature the thermocouple detected by this position, as the sheath 311 is maintained at a desired set temperature, it is fed back controlled.

マイクロチューブ32は、内径が0.5mm以上且つ3mm以下のマイクロ流路5を有した長尺可撓性の筒状体をコイル状に巻回してなる。 Microtube 32 is formed by winding a tubular body elongated flexible inner diameter having a micro channel 5 0.5mm or more and less than 3mm in a coil shape. このコイル状体は、コア体30の内周面に内接するように挿設される。 The coiled body is inserted to be inscribed on the inner peripheral surface of the core body 30. マイクロチューブ32の巻回の中心軸は、コア体30の中心軸に一致している。 Winding center axis of the microtube 32 is coincident with the central axis of the core body 30. マイクロチューブ32は、全体に亘ってコア体30の内周面と接触部P1(図5参照)で接触するようになっており、コア体30の内周面から離れることなく設けられる。 Microtube 32 is brought into contact with the contact portions P1 and the inner peripheral surface of the core body 30 (see FIG. 5) over the entire provided without departing from the inner peripheral surface of the core body 30. これによりコア体30を介して伝わったシースヒータ31の熱を、接触部P1を介して直接にマイクロチューブ32に伝熱可能としている。 Thus the heat of the sheath heater 31 transmitted through the core member 30, directly to have the heat transfer possible microtube 32 through the contact portion P1. また、互いに隣り合うマイクロチューブ32,32の外周面同士が接触部P3を有するように巻回されている。 The outer peripheral surfaces of the microtube 32 is wound so as to have a contact portion P3 adjacent to each other. これにより、コア体30を介して伝わったシースヒータ31の熱が、接触部P3を介して、当該マイクロチューブ32に隣接するマイクロチューブ32に伝わるようにし、伝熱効率を良くしている。 Thus, the heat of the sheathed heater 31 transmitted through the core body 30, via the contact portion P3, as transmitted to the microtube 32 adjacent to the microtube 32, and improve the heat transfer efficiency.

なお、マイクロチューブ32の材質に金属を用いることにより、接触部P2におけるコア体30からマイクロチューブ32への熱伝導性、及び接触部P3で互いに隣接するマイクロチューブ32,32間での熱伝導性を良くすることができる。 Note that by using the metal material of the microtube 32, the thermally conductive core member 30 to the microtube 32 at the contact portion P2, and the thermal conductivity between the microtube 32, 32 adjacent to each other at the contact portion P3 it is possible to improve the. これにより、マイクロ流路5を流れる被反応液への伝熱速度を高めることができる。 Thus, it is possible to increase the heat transfer rate into the reaction liquid flowing through the micro flow path 5. このような金属としては例えば、ステンレス鋼やハステロイ(米国ヘインズ・インターナショナル社の登録商標)等を用いることができる。 Such metals can be used, for example stainless steel or Hastelloy (US Haynes International Inc. registered trademark). また、上記のように巻回することで、互いに隣接するマイクロチューブ32,32とコア体30とにより、微小な空間S1が形成される。 In addition, by winding as described above, by the microtube 32, 32 and the core body 30 adjacent to each other, very small space S1 is formed. このような微小な空間S1の中で存在する空気は熱容量が極めて小さいため、容易に加熱される。 Air present in such small space S1 is heat capacity is extremely small, it is easily heated. マイクロリアクタ1では、コア体30を介して伝わるシースヒータ31の熱を、この加熱空気からもマイクロチューブ32に伝えることができるようにしている。 In the microreactor 1, the heat of the sheathed heater 31 transmitted through the core member 30, and be able to tell the microtube 32 from the heated air.

このようなマイクロチューブ32は、コア体30に対して密に巻回される。 The micro tube 32 is tightly wound to the core body 30. 具体的には、コア体30の表面のうち80パーセント以上をマイクロチューブ32で巻回することが好ましい。 Specifically, it is preferable to wound the 80 percent or more of the surface of the core body 30 in a microtube 32. これにより、接触部P2はコア体30における広範囲に亘って存在することになる。 Thus, the contact portion P2 will exist over a wide range in the core body 30. つまり、マイクロチューブ32がコア体30に直接に接触する箇所が、一つのコア体30について多く確保できる。 That is, locations microtube 32 is directly in contact with the core body 30 can be secured much about one of the core body 30. これにより、コア体30を介して伝わるシースヒータ31の熱をマイクロチューブ32に損失少なく伝えるようにできる。 This allows the heat of the sheathed heater 31 transmitted through the core member 30 to convey less loss microtube 32.

また、マイクロチューブ32に形成されるマイクロ流路5は、上述したように、内径が0.5mm以上且つ3mm以下という微小なものであるため、次に示す理由により、伝熱効率が良い。 The micro flow path 5 formed in a microtube 32, as described above, since the inner diameter is of very small as 0.5mm or more and 3mm or less, by the following reasons, a good heat transfer efficiency. 即ち、マイクロチューブ32においてマイクロ流路5の単位容積Vと、その単位容積Vに対する周面の表面積Sとしたとき、Vが非常に小さい分、S/Vの値を大きくすることができ、マイクロ流路5を流れる単位容積あたりの流体に伝わる熱量を大きく確保できるからである。 That is, the unit volume V of the microchannel 5 in the micro tube 32, when the surface area S of the circumferential surface with respect to its unit volume V, V is divided very small, it is possible to increase the value of S / V, micro This is because the amount of heat transferred to the fluid per unit volume flowing through the channel 5 can be largely ensured.

断熱材4は、図1,4に示すように、リアクタ本体3を取り囲むように設けられる。 Heat insulating material 4, as shown in FIGS. 1 and 4, is provided so as to surround the reactor main body 3. 断熱材4は、第1断熱材41と第2断熱材42とからなる。 Heat insulating material 4 is composed of a first heat insulator 41 second heat insulating material 42. 第1断熱材41は、リアクタ本体3を収容するための溝空間42Mを形成するように設けられる。 The first insulation material 41 is provided so as to form a groove chamber 42M for accommodating the reactor main body 3. この溝空間42Mは、リアクタ本体3との間に所定広さの空間を形成するように設けられる。 The groove chamber 42M is provided to form a space of a predetermined size between the reactor main body 3. この所定広さの空間は、冷却空気が流れる部屋とされる。 Space of the predetermined size is a room in which the cooling air flows. 第2断熱材42は、第1断熱材41に密着してこれを取り囲むように設けられる。 The second heat insulator 42 is provided so as to surround it in close contact with the first heat insulating material 41. 第1断熱材41及び第2断熱材42は、例えばファインフレックス(株式会社ニチアス社の登録商標)ハードボードからなる。 The first insulation material 41 and the second heat insulator 42 is made of, for example, hardboard (registered trademark of Nichias Corporation) Fine Flex. 断熱材4により、リアクタ本体3の保温性を確保し、シースヒータ31から放射される熱の有効利用を図ると共に、ケーシング2が高温になることを防止している。 The heat insulating material 4, to ensure the insulation of the reactor main body 3, along with efficient use of heat radiated from the sheath heater 31, thereby preventing the casing 2 becomes hot.

冷却部6は、冷却空気入口ポート61、冷却空気出口ポート62及び冷却空気ファン(図示せず)などからなる。 Cooling unit 6, the cooling air inlet port 61, and the like cooling air outlet port 62 and the cooling air fan (not shown). 冷却空気入口ポート61及び冷却空気出口ポート62は溝空間42Mに連通するように設けられる。 Cooling air inlet port 61 and the cooling air outlet ports 62 are provided so as to communicate with the groove chamber 42M. 冷却空気入口ポート61は、冷却空気ファンの空気供給側に配管接続される。 Cooling air inlet port 61 is connected by piping to an air supply side of the cooling air fan. 冷却空気出口ポート62は、外部空間に連通しており、冷却空気ファンから供給され溝空間42Mを流れた冷却空気が系外排気として外部へ排気されるようになっている。 Cooling air outlet port 62 is in communication with the external space, the cooling air flowing through the supplied groove chamber 42M from the cooling air fan is adapted to be exhausted to the outside as the outside of the system exhaust.

次に、本発明に係るマイクロリアクタ1の使用例について説明する。 Next, a description will be given of usage examples of the microreactor 1 according to the present invention. マイクロリアクタ1は、蓋体22をロックした状態でマイクロプラントに組み込まれて使用される。 Microreactor 1 is used by being incorporated in a micro plant in a state of locking the lid 22. 具体的には、マイクロリアクタ1における入口ポート321は、図示しない被反応液供給部に配管接続される。 Specifically, the inlet port 321 in the micro-reactor 1 is connected by piping to the reaction liquid supply unit (not shown). この被反応液供給部は、被反応液を所定の圧力で圧送可能に構成される。 The target reaction liquid supply unit, pumpable configured to be reaction at a predetermined pressure. ここでの被反応液は、反応に必要とされる温度がT1(常温以上且つ600°C以下)の液体であるものとする。 Wherein of the reaction solution, the temperature required for the reaction is assumed to be liquid T1 (room temperature or higher and 600 ° C or less). このような被反応液は、異なる複数種類の液体の混合液からなるものとする。 Such the reaction is assumed to consist of a mixture of different types of liquids. また、出口ポート322は、図示しない反応済み液回収タンクに配管接続される。 Further, the outlet port 322 is connected by piping to the reacted solution recovery tank (not shown). シースヒータ31は、図示しない制御装置にリード部材314,317により電気接続される。 Sheath heater 31 is electrically connected by a lead member 314,317 to a control device (not shown). この制御装置は、シース311の温度がT2となるように設定可能とされる。 The control device, the temperature of the sheath 311 is settable so that T2. この温度T2は、具体的には、マイクロ流路5を流れる被反応液を、T1の温度に昇温できる設定温度であり、少なくともT1よりも高い値である。 The temperature T2 is specifically to be the reaction liquid flowing through the micro flow path 5, a set temperature can be raised to a temperature of T1, which is higher than at least T1.

このような構成・設定の下で、リアクタ本体3における入口ポート321(図1参照)からは被反応液が導入される。 Under such configuration and settings, the reaction solution is introduced from the inlet port 321 (see FIG. 1) in the reactor main body 3. 導入された被反応液は、マイクロ流路5を流れて出口ポート322へと向かう。 Introduced the reaction mixture is directed to the outlet port 322 flows through the micro channel 5. 一方、シースヒータ31は、シース311がT2の温度に昇温するように加熱される。 On the other hand, the sheath heater 31, the sheath 311 is heated to heated to a temperature of T2. これによりマイクロチューブ32は、次のようにして昇温する。 Thus microtube 32, the temperature is raised in the following manner. 即ち、T2の温度に昇温したシース311が持つ熱は、図5に示す接触部P1を介してコア体30に伝わる。 That is, heat of the sheath 311 and heated to a temperature of T2 is transmitted to the core body 30 via the contact portion P1 shown in FIG. シース311からコア体30に伝わった熱は、接触部P2を介してマイクロチューブ32に伝わる。 Heat transferred from the sheath 311 to core member 30 is transmitted to the microtube 32 through the contact portion P2. また、接触部P2を介してマイクロチューブ32に伝わった熱は、接触部P3を介して、当該マイクロチューブ32に隣接するマイクロチューブ32に伝わる。 Moreover, the heat transferred to the microtube 32 through the contact portion P2, via the contact portion P3, transferred to a microtube 32 adjacent to the microtube 32. 更に、コア体30の熱は、微小空間S1に存在する空気を介してもマイクロチューブ32に伝わる。 Furthermore, the heat of the core body 30, even through the air present in the minute space S1 transmitted to the micro-tube 32. このようにしてシースヒータ31の熱がマイクロチューブ32に伝わる。 Thus the heat of the sheathed heater 31 is transferred to a microtube 32.

以上のようにしてマイクロチューブ32に伝わった熱は、マイクロ流路5を流れる被反応液に伝わる。 Heat transferred to the microtube 32 as described above is transmitted to the reaction liquid flowing through the micro flow path 5. 被反応液は、マイクロチューブ32におけるマイクロ流路5を通過中に、温度T1に昇温されつつ反応を進行させて、反応済み液が出口ポート322(図1参照)から導出される。 The reaction solution, while passing through the micro flow channel 5 in the micro tube 32, and the reaction allowed to proceed while being heated to a temperature T1, the reaction-liquid is derived from the outlet port 322 (see FIG. 1). このとき断熱材4により、シースヒータ31の熱が外部に逃げることが防止される。 The heat insulating material 4 at this time, the heat of the sheath heater 31 is prevented from escaping to the outside. これにより、シースヒータ31から放出される熱の有効利用を図ることができる。 Thus, it is possible to effectively utilize the heat released from the sheath heater 31. それと共にケーシング2が高温になることを防止することができる。 It is possible to prevent the casing 2 becomes hot therewith.

マイクロリアクタ1において、被反応液の反応が発熱を伴う反応である場合、被反応液の温度が目的温度よりも上昇することがある。 In the microreactor 1, when the reaction of the reaction liquid is a reaction exothermic, the temperature of the object reaction solution becomes higher than target temperature. このような反応の場合には、冷却空気ファンにより加圧した冷却空気を冷却空気入口ポート61から導入して溝空間42Mを流す。 In this case the reaction, flow groove chamber 42M is introduced cooling air pressurized by the cooling air fan from the cooling air inlet port 61. この冷却空気は、コア体30の中空部とコア体30の外側部とをコア体30の長手方向に沿って流れる。 The cooling air flows along an outer portion of the hollow portion and the core body 30 of the core body 30 in the longitudinal direction of the core body 30. 図5に示すように、コア体30の中空部を流れる冷却空気M1は、マイクロチューブ32を冷却し、コア体30の外側部を流れる冷却空気M2は、シースヒータ31を冷却する。 As shown in FIG. 5, the cooling air M1 flowing hollow portion of the core body 30 cools the microtube 32, the cooling air M2 flowing outside portion of the core body 30 cools the sheath heater 31. マイクロリアクタ1では、シースヒータ31として、直径4.8mm以下の細長い長尺円柱状体のもの、即ちそれ自体の熱容量が小さいものを使用している。 In the microreactor 1, as sheath heater 31, using those ones of the elongated follows diameter 4.8mm long cylindrical body, i.e., the heat capacity of itself small. これにより、加熱されたシースヒータ31を冷却部6により短時間で冷却することができる。 This allows the sheath heater 31 which is heated and cooled in a short time by the cooling unit 6. つまり、短時間で十分な冷却効果が得られる。 In other words, a sufficient cooling effect can be obtained in a short time. また、加熱する際にも、シースヒータ31の熱容量が小さいことから、短時間で目的の高温まで上昇させることが可能である。 Also, when heating is also the heat capacity of the sheath heater 31 is small, it is possible to increase to a high temperature in a short time purposes.

〔第2実施形態〕 Second Embodiment
次に、本発明の第2実施形態について説明する。 Next, a description of a second embodiment of the present invention. 図6は第2実施形態のリアクタ本体の要部を示す正面一部断面図である。 6 is a front partial sectional view showing a main portion of the reactor main body of the second embodiment.

第2実施形態に係るマイクロリアクタ1Aは、第1実施形態に係るマイクロリアクタ1の変形例であり、基本的には、第1実施形態に係るマイクロリアクタ1におけるリアクタ本体3に代えてリアクタ本体3′を有する。 Microreactor 1A according to the second embodiment is a modification of the microreactor 1 according to the first embodiment, basically, has a reactor main body 3 'in place of the reactor main body 3 in the microreactor 1 according to the first embodiment . リアクタ本体3′は、マイクロチューブ32′、コア体30及びシースヒータ31′を備える。 Reactor main body 3 ', the micro tube 32' comprises a core body 30 and the sheath heater 31 '. マイクロチューブ32′は、第1実施形態におけるマイクロチューブ32と同様な巻回形態であるが、コア体30の外周面に外接するように設けられる点で、第1実施形態とは異なる。 Microtube 32 'is a similar winding forms the microtube 32 in the first embodiment in that is provided so as to circumscribe the outer peripheral surface of the core body 30, it differs from the first embodiment. マイクロチューブ32′は、溶接または接着剤等の固着手段によって、コア体30の外周面に固着される。 Microtube 32 ', by a fastening mechanism such as welding or adhesive, is secured to the outer peripheral surface of the core body 30.

第2実施形態に係るマイクロリアクタ1Aにおいても、第1実施形態に係るマイクロリアクタ1と同様にシースヒータ31として、直径4.8mm以下の細長い長尺円柱状体のもの、即ちそれ自体の熱容量が小さいものを使用しているため、冷却空気M1,M2を作用させたときに、短時間で十分な冷却効果を得ることができる。 Even in the microreactor 1A according to the second embodiment, as micro reactor 1 in the same manner as the sheathed heater 31 according to the first embodiment, those of the elongated elongated cylindrical body of diameter less than 4.8 mm, i.e. it shall heat capacity itself is small due to the use, when allowed to act cool air M1, M2, can be obtained in a short time a sufficient cooling effect. また、加熱する際にも、短時間で目的の高温まで上昇させることが可能である。 Also, when heating is also possible to raise to a high temperature in a short time purposes.

以上、本発明の第1及び第2実施形態について説明を行ったが、上に開示した2つの実施形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。 Has been described with reference to the first and second embodiments of the present invention, two embodiments disclosed above, and the scope of the invention be limited to this embodiment Absent. 本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。 The scope of the present invention is shown by the following claims, it is intended further to include all modifications within the meaning and range of equivalency of the claims. 即ち、マイクロリアクタ1,1Aの全体または一部の構造、形状、サイズ、材質、個数などは、本発明の趣旨に沿って種々に変更することができる。 That is, the structure of all or part of the microreactor 1, 1A, shape, size, material, number, etc., can be variously modified along the gist of the present invention. また、上に開示した実施形態では、被反応流体は液体として例示したが、気体とすることもできる。 In the embodiments disclosed above, but the reaction fluid was exemplified as a liquid, it can also be a gas.

1 マイクロリアクタ 1A マイクロリアクタ 5 マイクロ流路 6 冷却部 31 シースヒータ 31′ シースヒータ 32 マイクロチューブ 32′ マイクロチューブ 1 microreactor 1A microreactor 5 microchannel 6 cooling unit 31 sheathed heater 31 'sheath heater 32 microtube 32' microtube

Claims (4)

  1. コイル状に巻回され、且つ、マイクロチューブの内部にマイクロ流路が形成されたマイクロチューブと、マイクロチューブを加熱するシースヒータと、マイクロチューブ及びシースヒータに冷却用流体を作用させる冷却部とを備えるマイクロリアクタにおいて、長尺円柱状且つ細径の細長いシースヒータをコイル状に巻回し且つマイクロチューブに伝熱可能な位置に設け、被反応流体が、マイクロ流路を通過中に、昇温されつつ反応を進行させて、反応済み液が出口ポートから導出されることを特徴とするマイクロリアクタ。 Wound in a coil shape, and, microreactor comprising a microtube of the micro channel is formed inside the microtube, a sheathed heater for heating the microtube, and a cooling unit for applying a cooling fluid to the micro-tubes and the sheath heater in, it provided the heat transfer can be located in winding and microtube an elongated cylindrical and small-diameter elongated sheath heater coil, progress the reaction fluid, while passing through the micro flow channel, the reaction being heated is allowed, the microreactor the reaction-liquid is characterized in that it is derived from the outlet port.
  2. 前記シースヒータ及び前記マイクロチューブを固定支持するための円筒状の伝熱性材からなる固定支持手段を備え、 The sheath heater and a cylindrical fixed support means comprising a thermally conductive material for fixing and supporting the micro tube,
    前記シースヒータは固定支持手段の外周面または内周面のいずれか一方に外接または内接するように設けられ、 The sheath heater is provided so as to circumscribe or inscribed on one of the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the fixed support means,
    前記マイクロチューブは固定支持手段において前記シースヒータが設けられない側の周面に内接または外接するように設けられ、 The microtubes arranged to be inscribed or circumscribed in the peripheral surface of the sheath heater is not provided in the fixed support means side,
    前記冷却部は、固定支持手段の中空部と外側とに冷却用流体を流すように構成された請求項1に記載のマイクロリアクタ。 The cooling unit, the microreactor according to claim 1, which is configured to flow cooling fluid into a hollow portion of the fixed support means and the outer.
  3. 前記固定支持手段の外周面に外接したシースヒータまたはマイクロチューブのいずれか一方が、溶接または接着剤の固着手段によって前記固定支持手段の外周面に固着してなる請求項2に記載のマイクロリアクタ。 The fixed one of the support means sheath heater or microtubes circumscribes the outer peripheral surface of the microreactor according to claim 2, by a fixing means welding or adhesive formed by sticking to the outer peripheral surface of said fixed support means.
  4. 前記シースヒータは直径4.8mm以下の細長い長尺円柱状体とされた請求項1から請求項3のいずれかに記載のマイクロリアクタ。 The sheath heater microreactor according to any one of claims 1, which is elongated in the following diameter 4.8mm long cylindrical body according to claim 3.
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