JP5724787B2 - マイクロミキサー及びそれを備えたマイクロリアクター - Google Patents
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Description
軸方向に沿って互いに平行に延びる複数の主流路と、
軸方向に対して斜め方向に延び、前記主流路間を連通させる複数の副流路とを設け、
主流路を流れる流体に前記副流路を通じて他の主流路の流体を分岐/合流させることを繰り返して前記複数種の流体を混合することを特徴とするマイクロミキサー。
(2)前記複数の主流路が、前記軸体の外表面上に周方向に間隔をあけて形成される複数の平行な切欠溝よりなり、且つ前記副流路が、同じく前記軸体の外表面上に形成され、前記切欠溝と交差しながら螺旋状に延びる単又は複数本の凹条溝よりなる前記(1)記載のマイクロミキサー。
(3)前記本体部に、前記軸体を装着するための装着孔を前記丸穴の上流側軸方向に連通して設け、前記丸穴の各主流路の上流部に対応する位置に開口し、該主流路に流体を供給するための複数の供給路を設けてなる前記(1)又は(2)記載のマイクロミキサー。
(4)前記(1)〜(3)のいずれかに記載のマイクロミキサーを備えるマイクロリアクター。
このような構成にすることにより、本体部2と軸体4とが着脱可能で、かつ、その操作が容易となる。そのため、反応終了後の軸体4や本体部2の丸穴3の洗浄が容易であり、軸体4が破損した場合には、軸体4を交換するだけで本体部3等をそのまま再利用が可能である。
尚、本例では、供給路16a、16bは、それぞれ主流路7a、7bに直接各流体を供給するように構成されているが、各供給路から供給された各流体を一旦合流させる図示しない合流部(空間)を設け、合流部から主流路と副流路に混合した流体を流すように構成してもよい。尚、合流部としては、例えば、供給路16a、16bに近接する部分の軸体4の外表面に、環状の切欠き部を設けることで、形成することができる。
従って、本発明に係るマイクロミキサーおよびマイクロリアクターは、合成技術や薬品製造技術の開発、微量成分の検出や分析などに好適に使用することができる。
図1に示すように、ニッケル基合金(ハステロイ(登録商標))(以下、単に「ニッケル基合金」と称す。)製の本体部(2)に約φ0.5mm×長さ9mmの丸穴(3)と、約φ0.5mmの2つの供給路(16a、16b)とをT字状に設けた。尚、丸穴(3)の下流側には、軸体(4)が配されない部分を約1.8mm残存させ、排出路(21)とした。また、軸体(4)を装着するための約φ0.5mmの開口部(14)を有する装着孔(11)を、丸穴(3)の上流側軸方向に設けた。また、ニッケル基合金製のコネクタ(18a、18b)の内部には本体部(2)の供給路(16a、16b)に連通する約φ0.4mmの供給路を設け、本体部(2)の供給孔(7)に螺合させた。また、ニッケル基合金製のコネクタ(23)には丸穴(3)と連通する約φ0.5mmの排出路(21)を設け、本体部(2)の排出孔(22)に螺合させた。
軸体(4)は、丸穴(3)に配される部分の長さを7mmとし、最大幅が約0.5mm、主流路を構成する切欠溝の深さが約0.08mm(丸穴の軸方向に対して垂直方向断面では直線状の切欠溝)(主流路の各断面積は丸穴の断面積の約10.3%、合計約20.6%)、副流路を構成する凹条溝を、深さが約0.13mm、幅が約0.3mm、ピッチ間隔0.5mmの2重螺旋状に形成した(副流路の各断面積は丸穴の断面積の約1.2%、合計約2.4%)。(尚、本実施例では、軸体(4)において2重螺旋状の凹条溝を形成している点で、図1、2に示した実施形態とは異なる。)
軸体(4)をアダプター(12)に嵌合固定した後、本体部(2)の装着孔(14)、開口部(11)から軸体(4)を挿入して、丸穴(3)内に軸体(4)を装着し、アダプタ(12)を装着孔(11)に螺合させて、マイクロミキサーを作製した。
軸体として、切欠溝を形成していないものを用いた以外は、実施例1と同様にして、マイクロミキサーを作製した。
実施例1および比較例1で作製したマイクロミキサーを用いて、2液の混合性能評価を行った。評価は、二つの混合可能な流体(A液、B液)のVillermaux/Dushman 反応に基づいて、Ehrfeld法で行い、15秒以内に、352nm(I3 -)でUVスペクトロメトリーの吸収を測定した。具体的には、A液としてHCl水溶液(137.4mmol/l)を、B液として、KIが16mmol/l、KIO3が3.18mmol/l、CH3COONaが1.330mol/lの混合液を、流量比(A:B)1:1となるように表1に示す合成流量にてマイクロミキサーに供給した。I3 -のUV吸光度(λ=352nm)を測定し、マイクロミキサーの混合性能評価を行った。原理は以下の通りである。
5I- + IO3 - + 6H+ → 3I2 + 3H2O (2)
I2 + I- → I3 - (3)
上記(1)、(2)式の反応は共に迅速であるが、反応(1)が最も迅速である。混合が迅速である程、I2及びI3 -の生成量が減少する。従って、I3 -のUV吸光度が低いほど混合が良好と評価される。評価結果を表1に示す。
評価1の場合と同様にA液とB液を用い、同様の条件にてA液とB液を送液し、図3に示す測定系を用いて、A液側の上流側とA液とB液の混合液が排出される下流側での差圧を測定することで、圧力損失を測定した。評価結果を表1に示す。
図3に示した測定系33を簡単に説明する。測定系33は、実施例および比較例において作製したマイクロミキサー32、A液貯留槽26、B液貯留槽27、A液とB液の混合液の貯留槽31、A液およびB液をそれぞれマイクロミキサー32に送液するためのポンプ28、マイクロミキサー32の上流側および下流側の圧力を検出するためのオリフィス29、上流側と下流側のオリフィス29で検出された圧力の差圧を計測するマノメーター(圧力計)30、および配管から構成される。
A液貯留槽26からの配管はマイクロミキサー32の図示しないコネクター(18b)に接続され、図示しない供給路(16b)にA液が送液される。同様に、B液貯留槽27からの配管はマイクロミキサー32の図示しないコネクター(18a)に接続され、図示しない供給路(16a)にB液が送液される。
2 本体部
3 丸穴
4 軸体
5 内周面
6 外表面
7a、7b 主流路
8a〜g 副流路
9a、9b 切欠溝
10 凹条溝
11 装着孔
12 アダプター
13 雄ねじ部
14 開口部
15 雌ねじ部
16a、16b 供給路
17a、17b 供給孔
18a、18b コネクタ
19a、19b 雄ねじ部
20a、20b 雌ねじ部
21 排出路
22 排出孔
23 コネクタ
24 雄ねじ部
25 雌ねじ部
26 A液貯留槽
27 B液貯留槽
28 ポンプ
29 オリフィス
30 マノメーター(圧力計)
31 A液とB液の混合液の貯留槽
32 マイクロミキサー
33 測定系
Claims (4)
- 本体部に形成される軸方向に長い丸穴に軸体を挿着し、前記丸穴の内周面と軸体の外表面との隙間に複数種の流体を軸方向に流しながら混合させる流路を形成してなるマイクロミキサーであって、
軸方向に沿って互いに平行に延びる複数の主流路と、
軸方向に対して斜め方向に延び、前記主流路間を連通させる複数の副流路とを設け、
主流路を流れる流体に前記副流路を通じて他の主流路の流体を分岐/合流させることを繰り返して前記複数種の流体を混合することを特徴とするマイクロミキサー。 - 前記複数の主流路が、前記軸体の外表面上に周方向に間隔をあけて形成される複数の平行な切欠溝よりなり、且つ前記副流路が、同じく前記軸体の外表面上に形成され、前記切欠溝と交差しながら螺旋状に延びる単又は複数本の凹条溝よりなる請求項1記載のマイクロミキサー。
- 前記本体部に、前記軸体を装着するための装着孔を前記丸穴の上流側軸方向に連通して設け、前記丸穴の各主流路の上流部に対応する位置に開口し、該主流路に流体を供給するための複数の供給路を設けてなる請求項1又は2記載のマイクロミキサー。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロミキサーを備えるマイクロリアクター。
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