JP5232983B2 - Micro mixer - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、欧州ではμ−TAS(Micro Total Analysis Systemの略)、米国ではLab−on−A−chipと称されるマイクロリアクターに代表される微細構造をもつマイクロ流体素子を用いて行う、2種類の微量流体の混合・撹拌を可能にする新規なマイクロミキサーに関する。 The present invention is carried out using a microfluidic device having a microstructure represented by a microreactor represented by μ-TAS (abbreviation of Micro Total Analysis System) in Europe and Lab-on-A-chip in the United States. The present invention relates to a novel micromixer that enables mixing and stirring of two kinds of microfluids.
マイクロミキサーの構造に関する従来技術としては、例えば特許文献1に記載されているように、Y字状に微小流路を形成した基板を用いたマイクロミキサーや、特許文献2に記載されているように、T字状に微小流路を形成した基板を用いたマイクロミキサーが知られている。
これらY字状やT字状の微小流路を形成したマイクロミキサー内では、流れは層流状態である。よって、2つの供給口から供給された溶液は、微小流路では2層の流れとなり、これら2層の撹拌・混合は拡散に支配されるため、完全混合を短時間で行うことは難しく、ある程度の時間が必要であるという問題がある。 In the micromixer in which these Y-shaped and T-shaped microchannels are formed, the flow is in a laminar state. Therefore, the solution supplied from the two supply ports becomes a two-layer flow in the microchannel, and the stirring / mixing of these two layers is governed by diffusion. Therefore, it is difficult to perform complete mixing in a short time. There is a problem that time is required.
また、混合時間の短縮を目的として、2液の界面の面積を大きくするための手段としては、例えば2層の流れを平面上で多数に分割して、多数の層流を形成し、混合・撹拌効率を向上させる方法が挙げられる。しかしながら、かかる方法は、流れを多数に分割するため、精密加工技術を用いて複雑なマルチ流路の形成が必要であり、これは、加工コストの高騰を招くため好ましくない。また、マルチ流路を用いた場合であっても、やはり平面的に形成された微小流路であるので、流体は依然として層流であり、撹拌・混合は拡散で支配されるため、混合効率に関して改良の余地があった。加えて、マルチ流路を平面上に形成するには、ある程度、大きな基板面積が必要となり、これは、マイクロミキサー全体を小型化する用途には使用できないという問題もあった。 For the purpose of shortening the mixing time, as a means for increasing the area of the interface between the two liquids, for example, the flow of two layers is divided into a large number on a plane to form a large number of laminar flows. The method of improving stirring efficiency is mentioned. However, since such a method divides the flow into a large number, it is necessary to form a complicated multi-channel using a precision processing technique, which is not preferable because the processing cost increases. In addition, even when multi-channel is used, since it is a micro-channel formed in a plane, the fluid is still laminar and stirring / mixing is governed by diffusion. There was room for improvement. In addition, in order to form a multi-channel on a flat surface, a large substrate area is required to some extent, which has a problem that it cannot be used for the purpose of downsizing the entire micromixer.
さらに、他のマイクロミキサーの従来技術としては、多孔フィルターを用いたミキサー、多層ミキサー、流体のらせん流れを利用したカオス混合によって混合を行うミキサー、流路壁に衝突させることで発生する擬似乱流を利用するミキサー、超音波、電場、磁場、微小な撹拌子を利用したマイクロミキサー(例えば特許文献3)等の多種多様なマイクロミキサーが報告されているが、これらのマイクロミキサーはいずれも、流路パターンや装置構成が複雑であるため、高価となり、大量生産には適さないという問題がある。
この発明の目的は、上述した問題点を鑑みなされたもので、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a micromixer that is small in size, has a relatively simple structure, and can effectively increase mixing efficiency.
上記目的を達成するため、この発明の要旨は以下のとおりである。
(1)少なくとも3本の管状部材を連結して形成してなり、第1流体が第1方向に指向した流れになるように案内する第1管状部材と、該第1管状部材の下流側部分に挿入されているとともに前記第1方向とは逆向きに指向した流れになるよう第2流体を案内する管状先端部を有し、該管状先端部が第1管状部材の下流側部分の流路スペースよりも狭い流路スペースをもつ第2管状部材と、前記第1管状部材の下流側部分と前記第2管状部材の管状先端部とで区画され、第1管状部材内を流れる第1流体と第2管状部材内を流れる第2流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第1方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の流体圧力を高める第1環状空間と、該第1環状空間と連通し、前記第1環状空間から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる、第2管状部材の流入口と吐出口の間に位置するブロック状部材内に形成された圧力緩和空間と、該圧力緩和空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第3管状部材とを有し、前記第2管状部材は前記圧力緩和空間を貫くように構成されていることを特徴とするマイクロミキサー(第1発明)。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows.
(1) a be formed by connecting at least three tubular member, a first tubular member first fluid guide so as to flow and directed to the first direction, the downstream portion of the first tubular member has a tubular tip portion for guiding the second fluid so that the flow was directed in a direction opposite to the first direction with being inserted into, the tubular tip flow channel of the downstream portion of the first tubular member a second tubular member having a narrow flow passage space than the said downstream side portion of the first tubular member is defined by a tubular distal portion of the second tubular member, the first fluid flowing through the first tubular member the mixed fluid obtained by the second fluid flowing through the second tubular member to collide countercurrently, with guides to the flow which is directed in the same direction as the first direction, the increase the fluid pressure of the
(2)少なくとも2枚の板状部材の積層体からなり、第1板状部材に、底壁と第1溝壁とで区画形成され、平面視で略長方形状をなし、第1流体が第1方向に指向した流れになるように案内する第1区画溝と、前記第1板状部材に、前記第1区画溝の下流側部分内に第2溝壁で区画形成され前記第1方向とは逆向きに指向した流れになるよう第2流体を案内する先端溝部をもち、該先端溝部が第1区画溝の下流側部分の流路スペースよりも狭い流路スペースを持つ第2区画溝と、前記第1区画溝の下流側部分と前記第2区画溝の先端溝部とで区画され、第1区画溝を流れる第1流体と第2区画溝を流れる第2流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第1方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第3区画溝と、前記第1板状部材の第3区画溝から吐出される混合流体の流入が可能な位置に、前記第1板状部材とともに重ね合わされた第2板状部材に形成され、前記第3区画溝から吐出される前記混合流体の圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる圧力緩和空間と、前記第2板状部材の圧力緩和空間から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材とを有することを特徴とするマイクロミキサー(第2発明)。
(2) even without least Ri Do a stack of two plate-like members, the first plate member, is partitioned and formed by the bottom wall and the first groove wall, to name a substantially rectangular shape in plan view, the a first compartment groove 1 fluid guides so that the flow was directed in a first direction, before Symbol first plate member, is partitioned and formed by the second groove wall in the downstream portion of the first partition groove the Chi also tip groove for guiding the second fluid so that the flow was directed in a direction opposite to the first direction, the narrow flow passage space than end groove tip flow path space of the downstream portion of the first partition groove second compartment groove is defined by the downstream side portion and the second compartment groove tip groove portion before Symbol first partitioning groove, the second fluid flowing in the first fluid and the second compartment groove through the first compartment groove having The mixed fluid obtained by impinging on the countercurrent flow is guided to a flow directed in the same direction as the first direction, and the pressure of the mixed fluid is And Mel third section groove, before Symbol third possible inflow of the mixed fluid that will be ejected from the compartment groove position of the first plate member, a second plate member superimposed with said first plate member is formed, the third lower the pressure of the mixed fluid ejected from the compartment groove, a pressure relief space which promotes the mixing of the mixed fluid by the eddy flow generated in association with this, pressure relief space before Symbol second plate member and having a guide member for guiding the mixed fluid flowing into predetermined collecting means micro mixer (second invention).
この発明によれば、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することが可能になった。
特に、この発明は、第1案内流路内を流れる第1流体と第2案内流路内を流れる第2流体とを向流で衝突させることにより、得られる混合流体の混合効率を高めることができ、また、衝突して得られた混合流体を、第2案内流路の吐出部分の吐出口で前記第1方向と同じ向きに指向した流れに案内することにより乱流を形成させて混合効率をさらに高めることができると共に、第3案内流路内で、流路を狭める等の構成に伴って混合流体の圧力を高めることにより、混合流体中の分子拡散距離を極力短くして混合効率をさらに高めることができ、さらに、第3案内流路から吐出される混合流体を混合促進空間に流入させて流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させることができる結果、完全混合状態を形成しにくいような第1流体と第2流体とを混合する場合であっても、低流量(または低流速)であっても完全混合を容易に達成することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a micromixer that is small in size, relatively simple in structure, and can effectively increase the mixing efficiency.
In particular, the present invention improves the mixing efficiency of the obtained mixed fluid by causing the first fluid flowing in the first guide channel and the second fluid flowing in the second guide channel to collide countercurrently. In addition, the mixed fluid obtained by the collision is guided to a flow directed in the same direction as the first direction at the discharge port of the discharge portion of the second guide flow path, thereby forming a turbulent flow and mixing efficiency. In the third guide channel, by increasing the pressure of the mixed fluid in accordance with the configuration such as narrowing the channel, the molecular diffusion distance in the mixed fluid is shortened as much as possible and the mixing efficiency is increased. As a result, the mixed fluid discharged from the third guide flow channel can flow into the mixing promoting space to lower the fluid pressure, and the mixing fluid can be promoted by the vortex generated thereby. Forming a fully mixed state Even when mixing the first fluid and the second fluid, such as piles, it can easily achieve complete mixing even at low flow rates (or low velocity).
この発明のマイクロミキサーは、第1流体が第1方向に指向した流れになるように案内するストレート状の第1案内流路と、該第1案内流路の下流側部分内に、前記第1方向とは逆向きに指向した流れになるよう第2流体を案内する吐出部分を有し、前記吐出部分が第1案内流路の下流側部分の流路スペースよりも狭い流路スペースをもち、好適には、該吐出部分が第1案内流路の中心に位置するとともに、第1案内流路と同心に設けられたストレート状の第2案内流路と、第1流路の下流側部分と第2案内流路の吐出部分とで区画され、第1案内流路内を流れる第1流体と第2案内流路内を流れる第2流体とを互いに衝突させて得られる混合流体を、前記第1方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第3案内流路と、該第3案内流路に連通し、前記第3案内流路から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間と、該混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第4案内流路とを有することにある。 The micromixer according to the present invention includes a straight first guide channel that guides the first fluid to flow in a first direction, and the first guide channel in the downstream portion of the first guide channel. A discharge portion that guides the second fluid so as to flow in a direction opposite to the direction, the discharge portion having a flow path space narrower than a flow path space of a downstream portion of the first guide flow path, Preferably, the discharge portion is located at the center of the first guide channel, and a straight second guide channel provided concentrically with the first guide channel, a downstream portion of the first channel, A mixed fluid obtained by causing the first fluid flowing in the first guide channel and the second fluid flowing in the second guide channel to collide with each other. The flow is directed in the same direction as one direction and the pressure of the mixed fluid is increased. A third guide channel and mixing that communicates with the third guide channel, lowers the fluid pressure of the mixed fluid discharged from the third guide channel, and promotes mixing of the mixed fluid by a vortex generated along with the fluid pressure The present invention is to have a promotion space and a fourth guide channel for guiding the mixed fluid in the mixing promotion space to a predetermined recovery means.
この発明に従う実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
図1および図2は、第1発明に従うマイクロミキサーの要部構成を示したものであって、図1は正面図、図2は分解図である。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 and 2 show the configuration of the main part of the micromixer according to the first invention, in which FIG. 1 is a front view and FIG. 2 is an exploded view.
第1発明のマイクロミキサー1は、第1案内流路である第1管状部材2と、第2案内流路である第2管状部材3と、第3案内流路である第1環状空間4(図3)と、混合促進空間5と、第4案内流路である第3管状部材6とで主に構成され、少なくとも3本の管状部材、図1では3本の管状部材2、3および6を、好適にはT字状に連結して形成してなるマイクロミキサーである。
The
第1管状部材2は、好適にはストレート状をなし、第1流体7が第1方向xに指向した流れになるように案内するために設けられる。
The first
第2管状部材3は、好適にはストレート状をなし、第1管状部材2の下流側部分2a内に、前記第1方向xとは逆向きの方向、好適には第1方向xに対して150〜180°、最適には図1に示すように第1方向xに対して180°逆向きの方向yに指向した流れになるように第2流体8を案内する吐出部分である管状先端部3aを有し、この管状先端部3aが第1管状部材2の下流側部分の流路スペースS1よりも狭い流路スペースS2をもつ。図1では、第2管状部材3を、第1管状部材と同じサイズの外管部10と、その外管部10内に一端が挿入され他端が第1管状部材2内に挿入される内管部11とからなる2重管構造とするとともに、前記外管部10と内管部11との連結部12は、水密封鎖されるように構成した場合を示しているが、全長にわたって同径の1本の管で構成しても良い。
The second
第1環状空間4は、第1管状部材2の下流側部分2aと第2管状部材3の管状先端部3aとで区画され、第1管状部材2内を流れる第1流体7と、第2管状部材3内を流れる第2流体8とを向流で衝突させて得られる混合流体9を、前記第1方向xと同じ向きの方向、好適には第1方向xに対して0〜30°、最適には図1に示すように第1方向xに対して0°の方向に指向した流れに案内するとともに、前記混合流体9の圧力を高めるために設けられている。第1環状空間4にて混合流体9の圧力を高めるための手段としては、例えば、図1および図3では、第1環状空間4の流路断面積を第2管状部材3の管状先端部3aの外径を第1管状部材2の内径にできる限り近づけることによって狭めることにより混合流体9の圧力を高める場合を示しているが、第1流体7または第2流体8の流量を大きくすることによって混合流体9の圧力を高めてもよく、かかる構成については、種々の態様が考えられる。
The first
混合促進空間5は、第2管状部材3の流入口13と吐出口14の間に位置するブロック状部材15内に形成される圧力緩和空間であって、第1環状空間4と連通し、この環状空間4から吐出される混合流体9の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体9の混合を促進させるために設けられている。
The mixing promoting space 5 is a pressure relaxation space formed in the block-
第3管状部材6は、この混合促進空間5内の混合流体9を所定の回収手段(図示せず)へ案内するために設けられ、図1では、環状空間4を流れる混合流体9をx方向に対し90°屈曲させた方向Zにブロック状部材15に装着されている。
The third tubular member 6 is provided to guide the mixed
図3は、第1管状部材2内を流れる第1流体7と、第2管状部材3内を流れる第2流体8とを向流で衝突させて得られる混合流体9の流れを説明するための概念図である。
FIG. 3 illustrates the flow of the mixed
本発明のマイクロミキサーは、図3に示すように、第2流体8を吐出する第2管状部材3の吐出口14位置または吐出直後の位置で、第1流体7と第2流体8とが向流で供給され、衝突により混合が行われて混合流体9にすることができる。ただし、この混合流体9が、第1流体、例えば水と、第2流体、例えば10%ポリアクリル酸水溶液とを混合するような完全混合状態を形成しにくいような混合流体である場合、従来のマイクロミキサーでは、例えば0.1ml/min以下のような低流量(または低流速)での混合では完全混合状態は形成されない。
As shown in FIG. 3, in the micromixer of the present invention, the first fluid 7 and the
次に、前記混合流体9は、第1管状部材2の下流側部分2aと第2管状部材3の管状先端部3aとで区画された第1環状空間4で、混合流体9の流体圧力を高めてから混合促進空間5内に排出される。このとき、第1環状空間4内を通る混合流体9の流れは、第1流体7の流れ方向(x方向)と同じ向きでかつ第2流体8の流れ方向(y方向)とは逆向きの方向になる。
Next, the mixed
そして、本発明では、第1環状空間4から混合促進空間5内へ排出された混合流体9は、第1環状空間4内で高められた混合流体9の流体圧力を、混合促進空間5で圧力解放される際に発生する渦流により、混合・撹拌がより一層促進される結果、構造が比較的単純でありながら、流体の混合効率を有効に高めることができるのである。
And in this invention, the mixed
また、第1発明では、第1管状部材2、第2管状部材3および第1環状空間4の断面積の比率は、5〜10:1:1〜3とすることが、衝突による混合に関わる2つの流体の運動エネルギーを増大せしめる点、縮流による混合に関わる分子拡散距離を減少せしめる点、混合流体圧力の上昇および圧力解放(混合流体圧力の降下)による混合に関わる渦流を有効に形成せしめる点で好ましい。
In the first invention, the ratio of the cross-sectional areas of the first
第2管状部材3から吐出される第2流体8は、第1管状部材2を流れる第1流体7よりも流束が大きいことが好ましい。例えば、第1流体7が2%硫酸水溶液、第2流体8が10%水酸化ナトリウム水溶液の場合には、第2流体8と第2流体7の流束の差が20mm/s以上であることが好適である。
The
さらに、第1環状空間4内を通る混合流体9の流体圧力P1は、0.2〜5MPaであることが好ましく、また、混合促進空間5内を通る混合流体9の流体圧力P2は0.1〜1MPaが好ましく、これらの圧力差P1-P2を0.1〜5MPaとすることが好適であり、より好適には、0.5〜1MPaである。なお、第1流体と第2流体の混合割合の調整方法は、例えば、第1流体および第2流体を供給するポンプの流量設定によって行う方法が挙げられる。
Furthermore, the fluid pressure P1 of the
さらにまた、第1管状部材2や第2管状部材3には、前記流体が逆流するのを防止するため、必要に応じて逆止弁(図示せず)を設けることができる。
Furthermore, the first
また、第1発明のマイクロミキサーは、図2では、第1、第2および第3管状部材2、3、6に、水密性を保持するためのシール材16、17、18を設けると共に、これら第1、第2および第3管状部材2、3、6に設けたナット19、20、21等の連結部を、第1環状空間を形成するブロック状部材15に設けたねじ切り部22、23、24にそれぞれねじ連結する構成を示しているが、かかる構成には限定されない。前記シール材16、17、18の材質としては、水密性を保持できる材質であればよく、特に限定はしないが、例えば、アルミニウムのような金属、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金、テフロン(登録商標)のようなプラスチック樹脂等が挙げられる。
In FIG. 2, the micromixer of the first invention is provided with sealing
図4は、第2発明に従うマイクロミキサーの要部構成を示した分解斜視図である。 FIG. 4 is an exploded perspective view showing the main configuration of the micromixer according to the second invention.
第2発明のマイクロミキサー101は、第1案内流路である第1区画溝102と、第2案内流路である第2区画溝103と、第3案内流路である第3区画溝104と、混合促進空間105と、第4案内流路である案内部材106とで主に構成され、少なくとも2枚の板状部材、図4では4枚の板状部材107、111、112,113の積層体からなるマイクロミキサーである。
The
第1区画溝102は、第1流体7が第1方向xに指向した流れになるように案内するために設けられ、第1板状部材107に、1つの底壁108と第1溝壁109とで区画形成され、平面視で略長方形状をなす。
The
第2区画溝103は、第1区画溝102の下流側部分内に、前記第1方向xとは逆向きの方向yに指向した流れになるよう第2流体8を案内する、第2溝壁110で区画形成された先端溝部103aを有し、該先端溝部103aが第1区画溝102の下流側部分の流路スペースS1よりも狭い流路スペースS2を有している。
The
第3区画溝104は、第1区画溝102の下流側部分と第2区画溝103の先端溝部103aとで区画され、第1区画溝102内を流れる第1流体7と、第2区画溝103内を流れる第2流体8とを向流で衝突させて得られる混合流体9を、前記第1方向xと同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体9の圧力を高めるために設けられる。
The
混合促進空間105は、第3区画溝104に連通し、この第3区画溝104から吐出される混合流体9の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体9の混合を促進させる、前記第1板状部材107の第3区画溝104から吐出する混合流体9の流入が可能な位置に、前記第1板状部材107とともに重ね合わされた第2板状部材111に形成された圧力緩和空間である。なお、図4では、混合促進空間105は、第1板状部材107の上に、1枚の別の板状部材112を介して重ね合わせる構成が示されているが、第1板状部材107の上に直接重ね合わせても、あるいは、2枚以上の別の板状部材112を介して重ね合わせてもよく、加えて、第1板状部材107の下面側に、第1板状部材107に第1流体と第2流体を導入する貫通孔をそれぞれ設けた1枚以上の他の板状部材113を重ね合わせてもよく、それらの構成は必要に応じて適宜選択することができる。
The
案内部材106は、前記第2板状部材111から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内するために設けられる。
The
そして、第2発明のマイクロミキサーもまた、上述した第1発明のマイクロミキサーと同様なメカニズムによって、構造が比較的単純でありながら、流体の混合効率を有効に高めることができるのである。 The micromixer of the second invention can also effectively increase the mixing efficiency of the fluid by the same mechanism as the micromixer of the first invention described above, while having a relatively simple structure.
また、第1および第2発明のマイクロミキサを構成する各部材の材質としては、例えば、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金、テフロンやアクリルのようなプラスチック樹脂、石英のようなガラス、ジルコニアや窒化ケイ素のようなセラミックス等を用いることが好ましいが、圧力による部材の破壊防止の観点から、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金を用いることが特に好適である。 The material of each member constituting the micromixer of the first and second inventions is, for example, an alloy such as stainless steel or a nickel base alloy, a plastic resin such as Teflon or acrylic, a glass such as quartz, or zirconia. It is preferable to use ceramics such as silicon nitride, but it is particularly preferable to use an alloy such as stainless steel or a nickel-based alloy from the viewpoint of preventing damage to the member due to pressure.
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。 The above description is merely an example of the embodiment of the present invention, and various modifications can be made within the scope of the claims.
次に、本発明(第1発明)に従うマイクロミキサーを試作し、このマイクロミキサーを用いて2種類の流体の混合を行ったので、以下で説明する。 Next, a micromixer according to the present invention (first invention) was prototyped, and two types of fluids were mixed using this micromixer, which will be described below.
(実施例)
第1発明に従うマイクロミキサーは、図1に示すように、第1管状部材2(サイズ:長さ35mm、外径1.6mm、内径0.48mm)、第2管状部材3(外管部10のサイズ:長さ35mm、外径1.6mm、内径0.48mm、内管部11のサイズ:長さ10mm、外径0.44mm、内径0.14mm)および第3管状部材6(サイズ:長さ50mm、外径1.6mm、内径0.48mm)の3本の管状部材からなるマイクロミキサーであり、第1流体7として、2%の硫酸水溶液を用い、第2流体として、1.60%KI水溶液、0.41%KIO3水溶液、3.34%H3BO3水溶液および0.80%NaOH水溶液を、体積比で、1:1:1:1の割合で混合した4種混合水溶液を用いた。なお、第3管状部材6には、紫外可視分光光度計に混合水溶液が直接流入するように構成した。第1管状部材2内を流れる第1流体7の流量は0.125〜0.5ml/minとし、第2管状部材3内を流れる第2流体8の流量は0.125〜0.5ml/minとし、第3管状部材6内を流れる混合流体9を構成する第1流体7と第2流体8の割合は、1:1とし、第3管状部材6内を流れる混合流体9の流量を0.25〜1.0ml/minの範囲内で変化させた。
(Example)
As shown in FIG. 1, the micromixer according to the first invention includes a first tubular member 2 (size: length 35 mm, outer diameter 1.6 mm, inner diameter 0.48 mm), second tubular member 3 (outer tube portion 10). Size: length 35 mm, outer diameter 1.6 mm, inner diameter 0.48 mm, inner tube portion 11 size:
第1流体と第2流体の混合特性は、Villermaux/Dushman反応を利用して評価した。すなわち、2種の流体を混合するとき、混合特性が良い場合には速い反応が優先的に進み、逆に混合特性が悪い場合には遅い反応も進む現象を利用して、遅い反応により生成される物質の濃度を測定することで混合特性を評価することができる。具体的には、上記第1流体と第2流体の混合すると、酸−アルカリ中和反応あるいは混合特性が悪い場合の反応であるI2生成反応が起こり、このI2生成反応が起こった場合、生成したI2は一部I3 −となるが、このI3 −は353nmの波長で吸収ピークを持つため、その吸光度を測定することで混合特性を評価した。この実施例では、353nmの波長での吸収ピークが小さいほど、混合特性が優れていることを示している。評価結果を図7に示す。 The mixing characteristics of the first fluid and the second fluid were evaluated using the Villermaux / Dushman reaction. That is, when two types of fluids are mixed, a fast reaction is preferentially advanced when the mixing characteristics are good, and conversely, a slow reaction is also advanced when the mixing characteristics are poor. The mixing characteristics can be evaluated by measuring the concentration of the substance. Specifically, when the first fluid and the second fluid are mixed, an acid-alkali neutralization reaction or an I 2 generation reaction that is a reaction when the mixing characteristics are poor occurs, and when this I 2 generation reaction occurs, The generated I 2 partly becomes I 3 −, and since this I 3 − has an absorption peak at a wavelength of 353 nm, the mixing property was evaluated by measuring the absorbance. This example shows that the smaller the absorption peak at a wavelength of 353 nm, the better the mixing characteristics. The evaluation results are shown in FIG.
(比較例)
比較のため、図6に示すように、第1管状部材202と第2管状部材203とを対向させて設け、第1管状部材202内を通る第1流体7と、第2管状部材203内を通る第2流体8とを対流で衝突させて混合流体とした後、この混合流体9は、第1環状空間や混合促進空間を経ることなく、直接、第3管状部材206を通って排出されることを除いて実施例と同じ構成のマイクロミキサー201を試作し、混合特性を評価したのでその評価結果を図7に示す。なお、図7に示す比較例1は、第1管状部材202および第2管状部材203のサイズをともに、長さ35mm、外径1.6mmおよび内径0.48mmとし、第3管状部材206のサイズを長さ50mm、外径1.6mmおよび内径0.48mmとした。比較例2は、第1管状部材202および第2管状部材203のサイズをともに、長さ35mm、外径1.6mmおよび内径0.14mmとし、第3管状部材206のサイズを長さ50mm、外径1.6mmおよび内径0.48mmとした。
(Comparative example)
For comparison, as shown in FIG. 6, the first
図7に示す結果から、実施例は、比較例1および2に比べて、いずれの流速においても、353nmの波長での吸収ピークが小さく、混合特性が優れているのがわかる。 From the results shown in FIG. 7, it can be seen that the example has a smaller absorption peak at a wavelength of 353 nm and superior mixing characteristics at any flow rate as compared with Comparative Examples 1 and 2.
この発明によれば、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することが可能になった。
特に、この発明は、第1案内流路内を流れる第1流体と第2案内流路内を流れる第2流体とを向流で衝突させることにより、得られる混合流体の混合効率を高めることができ、また、衝突して得られた混合流体を、第3案内流路で前記第1方向と同じ向きに指向した流れに案内することにより乱流を形成させると共に、第3案内流路内で、流路を狭める等の構成に伴って混合流体の圧力を高めることにより、混合流体中の分子拡散距離を極力短くして混合効率をさらに高めることができ、さらに、第3案内流路から吐出される混合流体を混合促進空間に流入させて流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させることができる結果、完全混合状態を形成しにくいような第1流体と第2流体とを混合する場合であっても、低流量(または低流速)であっても完全混合を容易に達成することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a micromixer that is small in size, relatively simple in structure, and can effectively increase the mixing efficiency.
In particular, the present invention improves the mixing efficiency of the obtained mixed fluid by causing the first fluid flowing in the first guide channel and the second fluid flowing in the second guide channel to collide countercurrently. In addition, the mixed fluid obtained by the collision is guided to the flow directed in the same direction as the first direction by the third guide channel, thereby forming a turbulent flow, and in the third guide channel. By increasing the pressure of the mixed fluid in accordance with the configuration such as narrowing the flow path, the molecular diffusion distance in the mixed fluid can be shortened as much as possible to further increase the mixing efficiency, and further the discharge from the third guide flow path The mixed fluid is allowed to flow into the mixing promoting space to lower the fluid pressure, and the mixing of the mixed fluid is promoted by the vortex generated thereby. When mixing two fluids. Also, even at low flow rates (or low flow rate) can be easily achieve complete mixing.
1、101 マイクロミキサー
2 第1管状部材
3 第2管状部材
4 第1環状空間
5 混合促進空間
6 第3管状部材
7 第1流体
8 第2流体
10 外管部
11 内管部
12 連結部
13 第2管状部材の流入口
14 第2管状部材の吐出口
15 ブロック状部材
16、17、18 シール材
19、20、21 ナット
22、23、24 ブロック状部材のねじ切り部
102 第1区画溝
103 第2区画溝
104 第3区画溝
105 混合促進空間
106 案内部材
107 第1板状部材
108 底壁
109 第1溝壁
110 第2溝壁
111 第2板状部材
112、113 板状部材
1, 101
10 Outer pipe
11 Inner pipe
12 Connecting part
13 Inlet of second tubular member
14 Discharge port of second tubular member
15 Block-shaped member
16, 17, 18 Sealing material
19, 20, 21 Nut
22, 23, 24 Block member threaded part
102 First section groove
103 Second partition groove
104 Third section groove
105 Mixing promotion space
106 Guide member
107 First plate member
108 Bottom wall
109 First groove wall
110 Second groove wall
111 Second plate member
112, 113 Plate member
Claims (2)
第1流体が第1方向に指向した流れになるように案内する第1管状部材と、
該第1管状部材の下流側部分に挿入されているとともに前記第1方向とは逆向きに指向した流れになるよう第2流体を案内する管状先端部を有し、該管状先端部が第1管状部材の下流側部分の流路スペースよりも狭い流路スペースをもつ第2管状部材と、
前記第1管状部材の下流側部分と前記第2管状部材の管状先端部とで区画され、第1管状部材内を流れる第1流体と第2管状部材内を流れる第2流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第1方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第1環状空間と、
該第1環状空間と連通し、前記第1環状空間から吐出される混合流体の圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる、第2管状部材の流入口と吐出口の間に位置するブロック状部材内に形成された圧力緩和空間と、
該圧力緩和空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第3管状部材と
を有し、前記第2管状部材は前記圧力緩和空間を貫くように構成されていることを特徴とするマイクロミキサー。 Formed by connecting at least three tubular members,
A first tubular member that guides the first fluid to flow in a first direction;
Has a tubular tip portion for guiding the second fluid so that the flow was directed in a direction opposite to the first direction with being inserted into the downstream portion of the first tubular member, said tubular tip is first A second tubular member having a channel space narrower than the channel space of the downstream portion of the tubular member ;
The partitioned by a tubular front end portion of the downstream side portion and the second tubular member of the first tubular member, and a second fluid flowing in the first fluid flowing through the first tubular member within the second tubular member countercurrently A first annular space that guides the mixed fluid obtained by collision into a flow directed in the same direction as the first direction, and increases the pressure of the mixed fluid;
First through annular space and communicating, the first lowering the pressure of the mixed fluid discharged from the annular space, to promote the mixing of the mixed fluid by the eddy flow generated in association with this, the inlet and the outlet of the second tubular member A pressure relaxation space formed in the block-like member located between
And a third tubular member for guiding the mixed fluid of the pressure relief space into predetermined collecting means, said second tubular member micromixer, characterized in that is configured to penetrate the pressure relief space .
第1板状部材に、底壁と第1溝壁とで区画形成され、平面視で略長方形状をなし、第1流体が第1方向に指向した流れになるように案内する第1区画溝と、
前記第1板状部材に、前記第1区画溝の下流側部分内に第2溝壁で区画形成され前記第1方向とは逆向きに指向した流れになるよう第2流体を案内する先端溝部をもち、該先端溝部が第1区画溝の下流側部分の流路スペースよりも狭い流路スペースを持つ第2区画溝と、
前記第1区画溝の下流側部分と前記第2区画溝の先端溝部とで区画され、第1区画溝を流れる第1流体と第2区画溝を流れる第2流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第1方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第3区画溝と、
前記第1板状部材の第3区画溝から吐出される混合流体の流入が可能な位置に前記第1板状部材とともに重ね合わされた第2板状部材に形成され、前記第3区画溝から吐出される前記混合流体の圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる圧力緩和空間と、
前記第2板状部材の圧力緩和空間から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材と
を有することを特徴とするマイクロミキサー。 It consists of a laminate of at least two plate-like members,
A first partition groove formed on the first plate-like member by a bottom wall and a first groove wall, having a substantially rectangular shape in plan view, and guiding the first fluid to flow in a first direction. When,
A tip groove portion that is partitioned in the first plate-like member by a second groove wall in the downstream portion of the first partition groove and guides the second fluid so that the flow is directed in the direction opposite to the first direction. A second partition groove having a channel space that is narrower than the channel space of the downstream portion of the first partition groove;
A first fluid flowing through the first partition groove and a second fluid flowing through the second partition groove are collided in countercurrent with a downstream portion of the first partition groove and a tip groove portion of the second partition groove. A third partition groove that guides the resulting mixed fluid in a flow directed in the same direction as the first direction and increases the pressure of the mixed fluid;
It is formed on the second plate-like member that is overlapped with the first plate-like member at a position where the mixed fluid discharged from the third compartment groove of the first plate-like member can flow in, and is discharged from the third partition groove. A pressure relief space that lowers the pressure of the mixed fluid and promotes mixing of the mixed fluid by a vortex generated by the pressure,
A micromixer comprising: a guide member that guides the mixed fluid flowing out from the pressure relaxation space of the second plate member to a predetermined recovery means.
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JP2007098223A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Fujifilm Corp | Fluid operation method of chemical device |
JP4840916B2 (en) * | 2006-07-06 | 2011-12-21 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | High temperature high pressure micro mixer |
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