JPWO2006030952A1 - Fluid mixer - Google Patents

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基彦 能見
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正典 後藤
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深雪 山田
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Abstract

本発明は、混合流路とこれに接続する複数の流入路からなる微小流路を有し、少なくとも2種の流体がそれぞれ複数の流入路から混合流路へ導入されて流体の混合が行われる流体混合器であって、前記混合流路で混合される試薬間の化学反応、例えば、所定の物質の生産を目的とした合成反応もしくは検査を目的とした試薬と被検体との反応を行わせるための流体混合器(以下マイクロリアクターともいう)に関する。The present invention has a micro-channel composed of a mixing channel and a plurality of inflow channels connected to the mixing channel, and at least two kinds of fluids are introduced into the mixing channel from the plurality of inflow channels, respectively, and the fluid is mixed. A fluid mixer for causing a chemical reaction between reagents mixed in the mixing flow path, for example, a reaction between a reagent and a specimen for a synthetic reaction or a test for the purpose of producing a predetermined substance The present invention relates to a fluid mixer (hereinafter also referred to as a microreactor).

Description

本発明は、混合流路とこれに接続する複数の流入路からなる微小流路を有し、少なくとも2種の流体がそれぞれ複数の流入路から混合流路へ導入されて流体の混合が行われる流体混合器であって、前記混合流路で混合される試薬間の化学反応、例えば、所定の物質の生産を目的とした合成反応もしくは検査を目的とした試薬と被検体との反応を行わせるための流体混合器(以下マイクロリアクターともいう)に関する。   The present invention has a micro-channel composed of a mixing channel and a plurality of inflow channels connected to the mixing channel, and at least two kinds of fluids are introduced into the mixing channel from the plurality of inflow channels, respectively, and the fluid is mixed. A fluid mixer for causing a chemical reaction between reagents mixed in the mixing flow path, for example, a reaction between a reagent and a specimen for a synthetic reaction or a test for the purpose of producing a predetermined substance The present invention relates to a fluid mixer (hereinafter also referred to as a microreactor).

ここでいう流体とは、液体あるいは気体、あるいは液体と気体の混合物、あるいは、これらに固形物を含むものであり、以下液体の場合、単に試薬または試薬溶液ともいう。   The fluid here refers to a liquid or gas, or a mixture of liquid and gas, or a solid containing them. In the case of a liquid, it is also simply referred to as a reagent or a reagent solution.

なお上記記載の微小流路とは、断面寸法10mm以下の流路を示す。現在の加工技術に照らし合わせた条件で、望ましくは500μm〜100nmの断面寸法の流路である。微小流路の加工技術進歩により加工費用の低下、および加工精度の向上が図られた場合には、試薬を分子レベルで制御するために、1μm〜100nmの断面寸法の流路がさらに望ましい。   In addition, the micro flow path described above refers to a flow path having a cross-sectional dimension of 10 mm or less. The flow path preferably has a cross-sectional dimension of 500 μm to 100 nm under the conditions in light of the current processing technology. In the case where the processing cost is reduced and the processing accuracy is improved by the progress of the processing technology of the micro flow channel, a flow channel having a cross-sectional dimension of 1 μm to 100 nm is further desirable in order to control the reagent at the molecular level.

近年、微小な流路断面積の流路(微小流路)を用いて試薬溶液を流通させながら種々の微小化学反応を起こさせるマイクロリアクターが注目されている。このようなマイクロリアクターには、例えば、流路断面積が微小であることから、試薬溶液、検体の体積が少量で十分であることに加え、流路を流れる比表面積(単位体積当たりの表面積)が大きくなるので、熱交換効率が極めて高く、温度制御を迅速に行うことが容易であるため、反応生成物の立体化学、幾何異性、および位置異性に対して高い選択性が得られ、反応を効率的に行わせることができる等のメリットがある。   2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on microreactors that cause various microchemical reactions while circulating reagent solutions using channels (microchannels) having a minute channel cross-sectional area. In such a microreactor, for example, since the cross-sectional area of the flow path is very small, a small volume of the reagent solution and the sample is sufficient, and a specific surface area (surface area per unit volume) flowing through the flow path is sufficient. Therefore, the heat exchange efficiency is extremely high and the temperature control is easy to perform quickly, so that high selectivity is obtained for the stereochemistry, geometric isomerism, and positional isomerism of the reaction product, and the reaction can be performed. There is a merit that it can be performed efficiently.

ここで一般的な化学反応においては、反応ごとに好適な温度条件が存在する。これは化学反応において温度を上げると、溶液中の粒子の熱運動エネルギが大きくなることに起因する。化学反応が起こるためには、原子、分子、イオンなどの粒子が衝突して粒子の間で原子の組替えが起こらなければならない。粒子間で起こる原子の組替えは、衝突した粒子のすべてに起こるわけではない。図1に示すように、活性化エネルギと呼ばれるある一定以上のエネルギをもつ粒子の間で、いったんエネルギの高い不安定な状態の活性錯合体がつくられて、活性錯合体を形成した粒子のみが生成物に変化する。なお、図1の縦軸はエネルギ、横軸は反応の進行方向を示す。ここで反応物より生成物のエネルギが低い場合が発熱反応、逆の場合が吸熱反応であり、図1は発熱反応の場合を示す。よって化学反応においては、温度を上げると反応速度が増加する傾向にある。この傾向は下記の式1に示すアレニウスの式によっても明確に示される。   Here, in general chemical reactions, suitable temperature conditions exist for each reaction. This is because when the temperature is increased in the chemical reaction, the thermal kinetic energy of the particles in the solution increases. In order for a chemical reaction to occur, particles such as atoms, molecules, and ions must collide, and atomic recombination must occur between the particles. The atomic recombination that occurs between particles does not occur in all of the colliding particles. As shown in FIG. 1, an active complex in an unstable state with high energy is once created between particles having a certain energy or more called activation energy, and only particles that have formed an active complex It turns into a product. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 1 shows energy, and a horizontal axis shows the advancing direction of reaction. Here, the case where the energy of the product is lower than that of the reactant is an exothermic reaction, and the opposite case is the endothermic reaction, and FIG. 1 shows the case of the exothermic reaction. Therefore, in a chemical reaction, the reaction rate tends to increase with increasing temperature. This tendency is also clearly shown by the Arrhenius equation shown in Equation 1 below.

ここでAは頻度因子、Eaは活性化エネルギであり、これらは反応に固有な定数である。またRは気体定数、Tは絶対温度である。さらにkは速度定数と呼ばれ、大きくなるほど反応速度は速くなる。Where A is the frequency factor and E a is the activation energy, which are constants specific to the reaction. R is a gas constant and T is an absolute temperature. Further, k is referred to as a rate constant, and the reaction rate increases as the value increases.

しかしながら、極端に高温な反応では、反応前の試薬を化学的に分解する等の好ましくない現象が生じる。そのため化学反応ごとに好適な温度条件が存在し、反応領域における温度管理は非常に重要である。温度管理が不十分であると、化学反応が予定通りに行われず、目的とする主生成物の収量低下などの生産性が悪いシステムを余儀なくされる。ところが、従来のようにフラスコ、ビーカー、および大きな反応槽を用いた化学反応では、ある程度の量の試薬溶液を用いて化学反応させるため反応領域全域を迅速に、かつ均一に温度調整することが非常に困難であった。これに対して、マイクロリアクターにおける化学反応では、反応領域における試薬溶液の質量が極少であるため、温度設定を迅速に、かつ均一に行える。そのため化学反応に好適な温度条件を得ることが可能となる。   However, an extremely high temperature reaction causes undesirable phenomena such as chemical decomposition of the reagent before the reaction. Therefore, suitable temperature conditions exist for each chemical reaction, and temperature control in the reaction region is very important. If the temperature control is insufficient, the chemical reaction is not performed as scheduled, and a system with poor productivity such as a decrease in the yield of the target main product is forced. However, in conventional chemical reactions using flasks, beakers, and large reaction tanks, it is very easy to adjust the temperature of the entire reaction area quickly and uniformly because chemical reactions are performed using a certain amount of reagent solution. It was difficult. On the other hand, in the chemical reaction in the microreactor, the mass of the reagent solution in the reaction region is extremely small, so that the temperature can be set quickly and uniformly. Therefore, it is possible to obtain a temperature condition suitable for the chemical reaction.

以上のようにマイクロリアクターを用いた化学反応には多くのメリットがあり、次世代のリアクターとして有望視されている。   As described above, a chemical reaction using a microreactor has many merits and is regarded as a promising next-generation reactor.

しかし、マイクロリアクター運用時の最も大きな懸念事項の一つとして、マイクロリアクターで異なる種類の試薬溶液を混合した際に、十分に混合が進まないことが挙げられる。一般的にマイクロリアクターでは試験管、ビーカー、またはフラスコなどの反応容器(混合器)と比較して、攪拌などによる混合が促進されない。流体が混合するには、分子拡散と乱流拡散が作用する。分子拡散と比較して乱流拡散は、混合の際に大きな効果がある。例えばコーヒーにミルクを落とした際に、静観して分子拡散によってミルクが混合するのを待つより、スプーン等で攪拌し乱流拡散によって混合したほうが早く確実に混合することからも直感的に理解できる。上記の事柄を指標するものとして、理論的には流体工学の用語であるレイノルズ数Reを用いる。レイノルズ数Reの定義式を式2に示す。   However, one of the greatest concerns during microreactor operation is that mixing of different types of reagent solutions in the microreactor does not sufficiently proceed. In general, in a microreactor, mixing by stirring or the like is not promoted as compared with a reaction vessel (mixer) such as a test tube, a beaker, or a flask. Molecular diffusion and turbulent diffusion act to mix the fluid. Compared with molecular diffusion, turbulent diffusion has a great effect on mixing. For example, when you drop milk into coffee, you can intuitively understand that it is faster and more reliable to mix by turbulent diffusion by stirring with a spoon etc. than waiting for the milk to mix by molecular diffusion while looking still . Theoretically, the Reynolds number Re, which is the term of fluid engineering, is used as an indicator of the above matters. The definition formula of Reynolds number Re is shown in Formula 2.

ここでVは流速、およびνは動粘性係数である。Dは代表寸法と呼ばれ、流体が流れる流路の断面寸法(幅や高さ)などを用いる。Re数が小さい流れを層流、Reが大きい流れを乱流と呼ぶ。   Here, V is a flow velocity, and ν is a kinematic viscosity coefficient. D is referred to as a representative dimension, and uses a cross-sectional dimension (width or height) of a flow path through which fluid flows. A flow with a small Re number is called laminar flow, and a flow with a large Re is called turbulent flow.

層流および乱流の流動様相の一例として、流れ場中に障害物(円柱)を置いた場合の流れの可視化写真を図2および図3に示す。例えばRe≒32である図2においては、障害物の下流側で流れはきれいな層状に流れ、乱れなどが生じていないことが分かる。このようなきれいな層状の流れを層流と呼ぶ。ところがRe≒161の図3においては、障害物の下流側ではカルマン渦列と呼ばれる千鳥状の渦列が生じ、渦の効果によって混合が促進されていることが分かる。また図示してはいないが、Re数が103〜105の領域では、障害物の左右から放出される渦は、下流に行くに従って拡散し、流れ全体が不規則に乱れた流れになる。このような流れ場を乱流と呼ぶ。As an example of laminar flow and turbulent flow, FIGS. 2 and 3 show flow visualization photographs when an obstacle (cylinder) is placed in the flow field. For example, in FIG. 2 where Re≈32, it can be seen that the flow flows in a clean layer on the downstream side of the obstacle, and there is no turbulence. Such a beautiful laminar flow is called a laminar flow. However, in FIG. 3 where Re≈161, a staggered vortex street called Karman vortex street is formed on the downstream side of the obstacle, and it can be seen that mixing is promoted by the effect of the vortex. Although not shown, in the region where the Re number is 10 3 to 10 5 , vortices discharged from the left and right sides of the obstacle diffuse toward the downstream and the entire flow becomes irregularly turbulent. Such a flow field is called turbulent flow.

マイクロリアクター内の流れのような管内流れにおいては、Re数が1000程度で層流から乱流に遷移することが知られており、乱流の拡散効果を得るためには式2よりリアクターの流路幅は大きく、流速も大きいほうが良いと言える。   In a pipe flow such as a flow in a microreactor, it is known that the Re number is about 1000, and a transition from a laminar flow to a turbulent flow is obtained. It can be said that the road width is large and the flow velocity is large.

従来の技術の代表的なマイクロリアクター形状の一例を図4に示す。該リアクターの混合流路におけるRe数は、代表寸法Dを流路幅の100μm、混合流路内で流速を0.001m/s、および流れる流体を水と仮定して試算する。そうすると   An example of a typical microreactor shape of the prior art is shown in FIG. The Re number in the mixing channel of the reactor is calculated assuming that the representative dimension D is 100 μm of the channel width, the flow rate is 0.001 m / s in the mixing channel, and the flowing fluid is water. Then

となり、Re数は小さい層流領域である。このため、混合流路ではきれいな層状の流れとなり混合が促進されにくいことが予測される。 The Re number is a small laminar flow region. For this reason, it is predicted that the mixing channel is a clean laminar flow and mixing is not easily promoted.

また図5は、図4のリアクターにおいて2種の溶液を混合させたときの流体解析の一例である。解析条件として流入路Aには分子量131g/molのある仮定した物質(以下単に、物質A)の濃度1.0mol/l水溶液(試薬溶液A)が、流入路Bには水(試薬溶液B)がそれぞれ流速0.001m/sで流入する。水に対する物質Aの拡散係数は6.9×10-8cm2/sとした。図5のコンターマップは試薬溶液Aの体積濃度を示す。図5の解析結果より従来技術のマイクロリアクターでは、混合流路内で試薬溶液AとBの接合面から徐々に拡散しているが、層状になって下流まで流れている状態が見て取れ、混合が促進していないことがわかる。Re数を上げ混合促進を促すように混合流路内の流速を上げた場合には、リアクター内の摩擦損失の増加、および混合距離の増大からリアクターの大形化を招いてしまう。図36(c)に示すように2つの流路を蛇行する流路に合流させて、省スペースで2流体を十分に混合することが考えられるが、この場合はさらに摩擦損失が増大する。さらに、微細流路において、流体の圧力、流速、温度、pHおよび濃度等の情報を計測したり、あるいは流体に振動、加熱・冷却等のエネルギーを投入する際、図36(c)のような折れ曲がった微細流路では、形状が複雑なため素子の設置が煩雑であり、また曲がりの内周と外周で物理量に差があるので、計測や制御が複雑となるという問題点がある。よってマイクロリアクターにおいてはRe数を上げることが困難であり、混合は乱流拡散よりも分子拡散に依存すると言える。このため従来のマイクロリアクターは長い混合流路が必要であり、十分な混合および化学反応を完結するためには長い時間が必要であった。FIG. 5 is an example of fluid analysis when two kinds of solutions are mixed in the reactor of FIG. As analysis conditions, an assumed substance (hereinafter simply referred to as substance A) having a molecular weight of 131 g / mol is introduced into inflow path A with a 1.0 mol / l aqueous solution (reagent solution A), and water (reagent solution B) is introduced into inflow path B. Each flows at a flow rate of 0.001 m / s. The diffusion coefficient of substance A to water was 6.9 × 10 −8 cm 2 / s. The contour map of FIG. 5 shows the volume concentration of the reagent solution A. From the analysis result of FIG. 5, in the microreactor of the prior art, it is gradually diffusing from the joint surface of the reagent solutions A and B in the mixing channel, but it can be seen that it is layered and flows to the downstream. It turns out that it is not promoting. When the flow rate in the mixing flow path is increased so as to promote the promotion of mixing by increasing the Re number, the reactor is increased in size due to an increase in friction loss in the reactor and an increase in the mixing distance. As shown in FIG. 36 (c), it is conceivable that the two fluids are joined to the meandering fluid channel and the two fluids are sufficiently mixed in a space-saving manner, but in this case, the friction loss further increases. Further, when measuring information such as the pressure, flow velocity, temperature, pH and concentration of the fluid in the fine channel, or when inputting energy such as vibration, heating and cooling to the fluid, as shown in FIG. The bent fine flow path has a complicated shape, so that installation of elements is complicated, and there is a difference in physical quantity between the inner periphery and the outer periphery of the bend, so that measurement and control are complicated. Therefore, it is difficult to increase the Re number in a microreactor, and it can be said that mixing depends on molecular diffusion rather than turbulent diffusion. For this reason, a conventional microreactor requires a long mixing channel, and a long time is required to complete sufficient mixing and chemical reaction.

前述したようにマイクロリアクターにおける試薬溶液の混合は、分子拡散に支配されることになる。分子拡散は粒子のブラウン運動により生じる現象で、拡散距離は温度のみの関数になる。換言すれば温度が一定であれば、マイクロリアクターの混合流路で混合したい試薬溶液を極めて薄い層として形成し、薄い層の界面同士を接合すれば混合距離が小さくなるため迅速な混合が得られる。   As described above, mixing of the reagent solution in the microreactor is governed by molecular diffusion. Molecular diffusion is a phenomenon caused by the Brownian motion of particles, and the diffusion distance is a function of temperature only. In other words, if the temperature is constant, the reagent solution to be mixed is formed as a very thin layer in the mixing channel of the microreactor, and if the interfaces of the thin layers are joined together, the mixing distance is reduced, so that rapid mixing can be obtained. .

一方、適切な薄さの層間に界面を形成したまま流路の断面積を拡大することによって流れを減速させ、流れ方向の混合距離を小さくすることも考えられる。   On the other hand, it is conceivable to reduce the mixing distance in the flow direction by decelerating the flow by enlarging the cross-sectional area of the flow path while forming an interface between layers of appropriate thinness.

上述の問題を解決するために、従来から様々な形状の流体混合器が提案されてきた。例えばスーパーフォーカスと呼ばれる技術で、異なった試薬溶液を多層状態の流れにしてその後、流れ全体を極めて細い流路を通過させることによって、混合距離(流路の幅方向)を短くして混合促進を図るものがある。しかし、流路を細くするとそれに伴い流速は増加するため、該リアクターにおいて細い流路を通過する時間は極めて短く、該リアクターの混合効果は低いと推察される。   In order to solve the above problems, various types of fluid mixers have been proposed. For example, with a technique called superfocus, different reagent solutions are made into a multi-layered flow, and then the entire flow is passed through an extremely thin flow path, thereby shortening the mixing distance (width direction of the flow path) and promoting mixing. There is something to plan. However, since the flow rate increases as the flow path becomes thinner, the time for passing through the narrow flow path in the reactor is extremely short, and it is assumed that the mixing effect of the reactor is low.

また、分子拡散による混合に好適とされる流路の配置等も提案されている。例えば、特開2001-120971号公報には、2枚のプレートを備え、一方のプレートに分割流路を有する液体分割用細溝が形成され、他方のプレートに混合用細溝が形成され、これらを重ね合わせて接合することにより形成される液体混合器であって、混合用細溝内に分割流路から導入された液体の薄い層を得るとされる混合器が記載されている。   Moreover, the arrangement | positioning of the flow path etc. which are suitable for mixing by molecular diffusion are proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-120971, two plates are provided, one plate is provided with a liquid dividing fine groove having a divided flow path, and the other plate is formed with a mixing fine groove. A liquid mixer formed by superimposing and joining a liquid is described, in which a thin layer of liquid introduced from a divided flow path is obtained in a mixing fine groove.

また、従来からある構成として、混合用流路に対して2つの搬送用流路が対称に設けられた特開2003-294596号公報の混合機構が挙げられる。   Further, as a conventional configuration, there is a mixing mechanism disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-294596, in which two conveying channels are provided symmetrically with respect to the mixing channel.

上記従来の混合器および機構は、流体の混合部分で分子拡散混合を行わせようとするものである。ここで本発明者の検討によれば、分子拡散による効果的な混合は、混合部分において混合対象の流体を薄くかつ一様な多層に形成すること、あるいは薄い層を保ちつつ流速を減速させることにより達成される。   The conventional mixer and mechanism are intended to perform molecular diffusion mixing in the fluid mixing portion. Here, according to the inventor's investigation, effective mixing by molecular diffusion is to form a fluid to be mixed in a thin and uniform multilayer in the mixing portion, or to reduce the flow velocity while keeping the thin layer. Is achieved.

しかしながら、上記のような従来の液体混合器は、そのような薄くかつ一様な流体層を形成するのに必ずしも好適であるとは言えない。   However, the conventional liquid mixer as described above is not necessarily suitable for forming such a thin and uniform fluid layer.

例えば、上記の特開2001-120971号公報には「液体混合用細溝5の中では先端に近いほど液の流速が速まる。液体混合用細溝5における流速を一定にしたければ、液体混合用細溝5が先端に近くなるに従って太くなるようにすればよい。」との記述がある(段落「0021」参照)。しかし多層の薄層を形成した後、該公報の図5の高さ方向(紙面に垂直な方向)に大きくしたのでは、拡散距離が大きくなるため良好な混合に適していない。また、該公報の図5にはA層とB層の多層が描かれているが、次のような問題がある。すなわち、その混合器では、液体混合用細溝5に対して各液分割用細溝3,4の配置が対称となっていないため、液体混合用細溝5に流入する部分で、流れの偏流や、流速が比較的高めのときに流れのはく離が生じる。換言すれば、この混合器はXYZの3方向に流れ成分を有する3次元性が強い流れを生じやすい形状であると言える。3次元性が生じた流れが液体混合用細溝5に流入した場合、実際には図示されたような均一の薄層にはならず、層の厚さに違いが生じる。当然ながら層が厚くなった部分では、分子拡散の拡散距離が大きくなることから混合が促進されない。   For example, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-120971 states that “the closer to the tip of the liquid mixing fine groove 5 the faster the liquid flow rate. There is a description that “the narrow groove 5 should be thicker as it gets closer to the tip” (see paragraph “0021”). However, if a multi-layered thin layer is formed and then increased in the height direction (direction perpendicular to the paper surface) in FIG. 5 of the publication, the diffusion distance increases, which is not suitable for good mixing. Further, FIG. 5 of the publication shows a multilayer of A layer and B layer, but has the following problems. That is, in the mixer, since the arrangement of the liquid dividing fine grooves 3 and 4 is not symmetrical with respect to the liquid mixing fine groove 5, the flow drifts at the portion flowing into the liquid mixing fine groove 5. Alternatively, flow separation occurs when the flow velocity is relatively high. In other words, it can be said that this mixer has a shape that tends to generate a flow having a strong three-dimensionality having flow components in the three directions of XYZ. When the flow in which the three-dimensionality is generated flows into the liquid mixing fine groove 5, in reality, it does not become a uniform thin layer as shown in the figure, and the thickness of the layer is different. As a matter of course, in the portion where the layer is thick, the diffusion distance of molecular diffusion is increased, so that mixing is not promoted.

さらに上記公報には、各液分割用細溝3、および4の長さ、太さに関する言及がなされてない。液体混合細溝5は微小な断面形状であるため、流体の圧力損失が大きく、液体混合細溝5の上流と下流で大きな流路損失が生じると思われる。よって各液分割細溝3、および4は、液体混合細溝5の流れ方向に対して、太さや長さを変化させる等なんらかの工夫が必要と推察される。前記公報に記載の形状では、各細溝から液体混合用細溝5に流入する流量が一様でない可能性が大きい。各細溝からの流量の差異は、該公報に記載の図5におけるA液、B液の各層の厚さの違いとなって生じる。当然厚くなった層では周囲層との混合が促進されない。この従来技術では、各細溝から液体混合用細溝に流入する流量を制御して、液体混合細溝における各層の厚さを均一にする重要性ついて全く配慮されていない。   Furthermore, the above publication does not mention the length and thickness of each of the liquid dividing thin grooves 3 and 4. Since the liquid mixing fine groove 5 has a minute cross-sectional shape, the pressure loss of the fluid is large, and it seems that a large flow path loss occurs upstream and downstream of the liquid mixing fine groove 5. Therefore, it is surmised that some contrivance is required for each of the liquid dividing fine grooves 3 and 4, such as changing the thickness or length with respect to the flow direction of the liquid mixing fine grooves 5. In the shape described in the above publication, there is a high possibility that the flow rate flowing from each narrow groove into the liquid mixing narrow groove 5 is not uniform. The difference in flow rate from each narrow groove is caused by the difference in the thickness of each layer of the liquid A and liquid B in FIG. Naturally, the thickened layer does not promote mixing with the surrounding layers. In this prior art, the importance of making the thickness of each layer in the liquid mixing fine groove uniform by controlling the flow rate flowing into the liquid mixing fine groove from each fine groove is not considered at all.

また、上記の特開2003-294596号公報に記載の混合機構おいては、搬送用流路a、b1、およびb2が混合用流路abに対して対称に設けられているため、混合用流路abにおいて一様な層状態を得ることが可能と思われる([図7]参照)。しかし、この公報には「なお、前記同じ液体を搬送する少なくとも2つの搬送用流路は、別の液体を搬送する他の搬送用流路を基準として異なる側から前記混合用流路に連結してあればよく、それらは同一平面状になくても良い」との記述がある(段落「0031」参照)。さらに「前記同じ液体を搬送する少なくとも2つの搬送用流路を連結する位置としては、当該搬送用流路を介して混合用流路に送られる液体が混合用流路に同時に合流するような位置であってもよいし、それらの液体のうち一方が先に合流するような位置であってもよい。」との記述もある(段落「0033」参照)。このように、流路のあらゆる接続形態をなんら区別なく許容している開示内容から見て、この混合機構では、混合用流路内で一様な薄層を形成するためには好ましくない3次元的な流れが生じる要素を排除するという観点からの検討がなされているとは言えない。   Further, in the mixing mechanism described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-294596, the conveying flow paths a, b1, and b2 are provided symmetrically with respect to the mixing flow path ab. It seems possible to obtain a uniform layer state in the path ab (see [FIG. 7]). However, this publication states that “at least two transport channels for transporting the same liquid are connected to the mixing channel from different sides on the basis of another transport channel for transporting another liquid. There is a description that “they need not be on the same plane as long as they are present” (see paragraph “0031”). Further, “the position where at least two transport channels for transporting the same liquid are connected is a position where the liquid sent to the mixing channel via the transport channel simultaneously joins the mixing channel. It may also be a position where one of these liquids joins first ”(see paragraph“ 0033 ”). Thus, in view of the disclosure that allows any connection form of the flow path without any distinction, this mixing mechanism is unfavorable for forming a uniform thin layer in the flow path for mixing. It cannot be said that the examination from the viewpoint of eliminating the element that causes the general flow has been made.

従来、分子拡散による混合効果に依存するしかない低Re数状態のマイクロリアクター内における試薬混合において、マイクロリアクター内部での各試薬溶液の混合が十分に行われず、結果として収率の低下や予定した化学物質が合成されない等の深刻な問題があった。しかしながら、上述の通り、先行技術ではこの問題へ十分な対応がなされていない。従って、分子拡散による混合の促進に関して更なる検討および改良の余地が存在する。   Conventionally, in reagent mixing in a microreactor in a low Re number state that only depends on the mixing effect due to molecular diffusion, mixing of each reagent solution in the microreactor is not performed sufficiently, resulting in a decrease in yield and planned There were serious problems such as chemical substances not being synthesized. However, as described above, the prior art does not sufficiently cope with this problem. Therefore, there is room for further study and improvement regarding the promotion of mixing by molecular diffusion.

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、混合流路内に一様に極薄化した試薬溶液を多層重ねた状態を安定かつ安易に形成でき、極薄多層化によって好ましい分子拡散混合の効果が得られる流体混合器、あるいは混合流路内に一様に層化した試薬を重ねた状態を形成し、その状態で流れを減速することにより好ましい分子拡散混合の効果が得られる流体混合器を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can stably and easily form a multi-layered state of uniformly thinned reagent solutions in a mixing channel, and is a molecule that is preferable by ultrathin multilayering. A fluid mixer that can achieve the effect of diffusive mixing, or a state in which uniformly layered reagents are stacked in the mixing flow path, and the flow is decelerated in that state, resulting in a favorable molecular diffusive mixing effect. It is an object to provide a fluid mixer.

前記課題を解決するため本発明は、混合流路とこれに接続する複数の流入路を有し、少なくとも2種の流体がそれぞれ複数の流入路から混合流路へ導入されて流体の混合が行われる流体混合器であって、前記混合流路には、流れ方向で前記複数の流入路が所定間隔で接続されることにより複数の流路接続部が設けられ、且つ隣り合う流路接続部では異なる種類の流体が導入されるように配管されていることを特徴とする流体混合器を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention has a mixing channel and a plurality of inflow channels connected to the mixing channel, and at least two kinds of fluids are respectively introduced from the plurality of inflow channels into the mixing channel to mix the fluids. In the fluid mixer, a plurality of flow path connection portions are provided in the mixing flow path by connecting the plurality of inflow paths at a predetermined interval in the flow direction. Provided is a fluid mixer characterized in that piping is provided so that different types of fluids are introduced.

本発明の流体混合器において、前記複数の流入路が、混合流路に対して対称に配列されていることが好ましい。   In the fluid mixer according to the present invention, it is preferable that the plurality of inflow channels are arranged symmetrically with respect to the mixing channel.

また本発明の流体混合器において、前記複数の流入路が、混合流路と略同一面上に配列され、前記流路接続部の各々では同じ種類の流体を導入するための少なくとも2つの流入路が混合流路に対しその両側から接続していることが好ましい。   In the fluid mixer of the present invention, the plurality of inflow paths are arranged on substantially the same plane as the mixing flow path, and at least two inflow paths for introducing the same kind of fluid in each of the flow path connecting portions. Is preferably connected to both sides of the mixing channel.

また本発明の流体混合器においては、各流入路の流量一様化の観点から、前記複数の流入路の各流路長を、混合流路の下流側へ位置するものほど長くした構成にするとよい。また、前記複数の流入路の各断面積を、混合流路の下流側へ位置するものほど小さくした構成にするとよい。また、前記複数の流入路内に、混合流路の下流側へ位置する流入路ほど流体損失が大きくなるように抵抗体を設けた構成にするとよい。   Further, in the fluid mixer of the present invention, from the viewpoint of uniform flow rate of each inflow path, the length of each flow path of the plurality of inflow paths is set to be longer toward the downstream side of the mixing flow path. Good. Moreover, it is good to set it as the structure which made each cross-sectional area of these inflow path small so that it might be located in the downstream of a mixing flow path. Further, it is preferable that a resistor is provided in the plurality of inflow passages so that the fluid loss increases as the inflow passage is located downstream of the mixing flow passage.

また本発明の流体混合器は、多層構造の流体混合器であって、少なくとも1枚の層上に混合流路とこれに接続する複数の流入路が設けられ、その上層および/または下層に少なくとも2種の流体をそれぞれ有する供給槽が設けられ、且つ該供給槽と前記流入路とを連通させる縦穴を設けることにより所定の供給槽から各流入路に流体が供給されるように構成することができる。   The fluid mixer of the present invention is a fluid mixer having a multilayer structure, wherein a mixing channel and a plurality of inflow passages connected to the mixing channel are provided on at least one layer, and at least the upper layer and / or the lower layer are provided. A supply tank having two kinds of fluids is provided, and a fluid is supplied from a predetermined supply tank to each inflow path by providing a vertical hole that connects the supply tank and the inflow path. it can.

また上記多層構造の本発明の流体混合器において、各流入路の流量一様化の観点から、前記縦穴の径を、混合流路の下流側へ位置するものほど小さくした構成にするとよい。また、同種の流体を供給するための供給槽を、異なる背圧で送液可能な部分に分割して配置し、混合流路の下流側へ位置するものほど背圧が低くなるように設定可能であるとよい。   Moreover, in the fluid mixer of the present invention having the multilayer structure described above, it is preferable that the diameter of the vertical hole is made smaller as it is located downstream of the mixing flow channel from the viewpoint of uniform flow rate of each inflow channel. In addition, the supply tank for supplying the same kind of fluid can be divided into parts that can be fed with different back pressures, and the back pressure can be set to be lower as it is located downstream of the mixing channel. It is good to be.

また本発明の流体混合器において、各流入路の流量一様化の観点から、前記複数の流入路近傍の温度を制御できる構成とし、混合流路の上流側へ位置するものほど温度が高くなるように設定可能であるとよい。また、前記混合流路の深さを、その下流側に位置する部分ほど深くするとよい。また、流路接続部を有する範囲から下流部分での混合流路の断面積を、その上流部分での断面積よりも小さくするとよい。   Further, in the fluid mixer of the present invention, from the viewpoint of uniforming the flow rate of each inflow path, the temperature in the vicinity of the plurality of inflow paths can be controlled, and the temperature is higher as it is located upstream of the mixing flow path. It is good that it can be set as follows. Further, the depth of the mixing channel may be made deeper as the part located on the downstream side thereof. Further, the cross-sectional area of the mixing flow channel in the downstream portion from the range having the flow channel connecting portion may be smaller than the cross-sectional area in the upstream portion.

また本発明の流体混合器において、さらなる混合促進の観点から、流路接続部を有する範囲から下流部分にある混合流路が蛇行している構成にするとよい。   Further, in the fluid mixer of the present invention, from the viewpoint of further promoting the mixing, it is preferable that the mixing channel in the downstream portion meanders from the range having the channel connecting portion.

さらにまた、本発明には以下の発明が包含される。   Furthermore, the present invention includes the following inventions.

(1) 1または複数の流体に対して所定の処理を行う処理器であって、円盤状の処理空間を形成する処理室と、前記処理室に前記流体を導入する導入流路と、前記処理室から前記流体を導出する導出流路とを備え、前記流体が前記処理室内を半径方向に流れる間に前記所定の処理が行われることを特徴とする処理器。   (1) A processing device that performs a predetermined process on one or a plurality of fluids, a processing chamber that forms a disk-shaped processing space, an introduction channel that introduces the fluid into the processing chamber, and the processing A processing apparatus comprising: a discharge channel for discharging the fluid from a chamber, wherein the predetermined processing is performed while the fluid flows in a radial direction in the processing chamber.

(1)に記載の発明によれば、流体が円盤状の処理空間内を半径方向に流れる際に、その流路断面積が大きいので流速が小さくなり、したがって、充分な処理時間を得ることができる。したがって、例えば、マイクロチップのような微細な処理空間であって乱流による攪拌作用を得るのが難しい場合でも、界面間での相互拡散作用を充分に行うことで、処理がされる。   According to the invention described in (1), when the fluid flows in the radial direction in the disc-shaped processing space, the flow velocity is reduced because the flow path cross-sectional area is large, and therefore sufficient processing time can be obtained. it can. Therefore, for example, even if it is a fine processing space such as a microchip and it is difficult to obtain a stirring action by turbulent flow, the processing is performed by sufficiently performing the mutual diffusion action between the interfaces.

(2) (1)に記載の発明において、前記導入流路が前記処理空間の中央側に設けられ、前記導出流路が前記処理空間の外周側に設けられていることを特徴とする処理器。   (2) The processor according to (1), wherein the introduction flow path is provided on a central side of the processing space, and the outlet flow path is provided on an outer peripheral side of the processing space. .

(3) (1)に記載の発明において、前記導出流路が前記処理空間の中央側に設けられ、前記導入流路が前記処理空間の外周側に設けられていることを特徴とする処理器。   (3) The processor according to (1), wherein the outlet channel is provided on a central side of the processing space, and the introduction channel is provided on an outer peripheral side of the processing space. .

(4) (1)ないし(3)のいずれかに記載の発明において、前記導入流路が複数設けられており、これらの導入流路から異なる流体を導入することを特徴とする処理器。   (4) The processor according to any one of (1) to (3), wherein a plurality of the introduction flow paths are provided, and different fluids are introduced from these introduction flow paths.

(5) (4)に記載の発明において、前記複数の導入流路が同軸に設けられていることを特徴とする処理器。   (5) The processor according to (4), wherein the plurality of introduction channels are provided coaxially.

(6) (1)ないし(5)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間を厚さ方向に分割する分割板が設けられ、この分割板により区画された2つの処理空間は、該分割板の縁部近傍で合流するようになっていることを特徴とする処理器。   (6) In the invention according to any one of (1) to (5), a dividing plate that divides the processing space in the thickness direction is provided, and two processing spaces partitioned by the dividing plate are divided. A processor characterized by merging near an edge of a plate.

(7) (1)ないし(6)のいずれかに記載の発明において、前記導出流路が複数設けられていることを特徴とする処理器。   (7) The processor according to any one of (1) to (6), wherein a plurality of the outlet channels are provided.

(8) (7)に記載の発明において、前記複数の導出流路が周方向に配置されていることを特徴とする処理器。   (8) The processor according to (7), wherein the plurality of outlet channels are arranged in a circumferential direction.

(9) (1)ないし(8)のいずれかに記載の発明において、前記導出流路が前記処理室の接線方向に沿って設けられていることを特徴とする処理器。これにより、旋回流が形成されて、処理空間を効率的に活用でき、また、導出流路の占有面積を小さくして装置を小型化することができる。   (9) The processor according to any one of (1) to (8), wherein the outlet channel is provided along a tangential direction of the processing chamber. Thereby, a swirl flow is formed, the processing space can be efficiently utilized, and the area occupied by the outlet channel can be reduced to reduce the size of the apparatus.

(10) (1)ないし(9)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間は、径方向に厚みの分布が形成されていることを特徴とする処理器。これにより、流路断面積を変化させて流速を調整することができる。   (10) The processor according to any one of (1) to (9), wherein the processing space has a radial thickness distribution. Thereby, a flow-path cross-sectional area can be changed and a flow velocity can be adjusted.

(11) (1)ないし(10)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間の内部に径方向に延びる区画部材が設けられていることを特徴とする処理器。これにより、径方向の流れを細分化したり調整することができる。   (11) The processor according to any one of (1) to (10), wherein a partition member extending in a radial direction is provided inside the processing space. Thereby, the flow of radial direction can be subdivided and adjusted.

(12) (11)に記載の発明において、前記区画部材は、前記処理空間を螺旋状に区画するように設けられていることを特徴とする処理器。これにより、旋回流が形成されて、処理空間を効率的に活用でき、また、導出流路の占有面積を小さくして装置を小型化することができる。   (12) In the invention described in (11), the partition member is provided so as to partition the processing space in a spiral shape. Thereby, a swirl flow is formed, the processing space can be efficiently utilized, and the area occupied by the outlet channel can be reduced to reduce the size of the apparatus.

(13) (1)ないし(12)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間の内部に触媒が設けられていることを特徴とする処理器。   (13) The processor according to any one of (1) to (12), wherein a catalyst is provided in the processing space.

(14) (1)ないし(13)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間の内部の流体に電磁波を照射する手段が設けられていることを特徴とする処理器。   (14) The processor according to any one of (1) to (13), wherein means for irradiating electromagnetic waves to a fluid inside the processing space is provided.

(15) (1)ないし(14)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間の内部の流体を加熱または冷却する手段が設けられていることを特徴とする処理器。   (15) The processor according to any one of (1) to (14), wherein means for heating or cooling the fluid inside the processing space is provided.

(16) (1)ないし(15)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間の内部の流体を振動または超音波振動させる手段が設けられていることを特徴とする処理器。   (16) The processor according to any one of (1) to (15), wherein means for vibrating or ultrasonically vibrating a fluid inside the processing space is provided.

これらの構成により、処理空間で所望の各種の反応を促進することができる。   With these configurations, various desired reactions can be promoted in the processing space.

(17) (1)ないし(16)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間の内部に、流体の物理的又は化学的な特性値を測定する手段が設けられていることを特徴とする処理器。これにより、測定結果に基づいて種々のパラメータを調整し、処理の制御を正確に行うことができる。   (17) In the invention according to any one of (1) to (16), means for measuring a physical or chemical characteristic value of a fluid is provided inside the processing space. Processor. Thereby, various parameters can be adjusted based on the measurement result, and the process can be accurately controlled.

(18) (1)ないし(17)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間が複数設けられ、前記流体がこれらに順次流れるようになっていることを特徴とする処理器。これにより、さらに長い処理時間を確保したり、多段の処理を行うことができる。   (18) The processor according to any one of (1) to (17), wherein a plurality of the processing spaces are provided, and the fluid sequentially flows through them. As a result, a longer processing time can be secured and multistage processing can be performed.

(19) (18)に記載の発明において、互いに隣接する前記処理空間において、流体が径方向において交互に逆向きに流れることを特徴とする処理器。   (19) The processor according to the item (18), wherein in the processing spaces adjacent to each other, the fluid alternately flows in the opposite directions in the radial direction.

(20) (1)ないし(19)のいずれかに記載の発明において、前記第2の処理空間の中心部に導出流路が設けられていることを特徴とする処理器。   (20) The processor according to any one of (1) to (19), wherein a lead-out flow path is provided in a central portion of the second processing space.

(21) (18)ないし(20)のいずれかに記載の発明において、前記第1及び第2の処理空間を同軸に多段に接続したことを特徴とする処理器。これにより、コンパクトな構成で、多段の処理空間を得ることができる。   (21) The processor according to any one of (18) to (20), wherein the first and second processing spaces are coaxially connected in multiple stages. Thereby, a multi-stage processing space can be obtained with a compact configuration.

(22) (1)ないし(21)のいずれかに記載の発明において、前記導入流路の相当直径が1cm以下、前記処理空間の直径が10cm以下、前記処理空間の厚みが1cm以下であることを特徴とする処理器。   (22) In the invention according to any one of (1) to (21), the introduction channel has an equivalent diameter of 1 cm or less, the diameter of the processing space is 10 cm or less, and the thickness of the processing space is 1 cm or less. A processor characterized by.

(23) (1)ないし(22)のいずれかに記載の発明において、前記処理空間の厚みが1mm以下であることを特徴とする処理器。このような微細な処理空間であっても、必要な処理時間を得ることができる。   (23) The processor according to any one of (1) to (22), wherein the processing space has a thickness of 1 mm or less. Even in such a fine processing space, the necessary processing time can be obtained.

(24) 1または複数の流体を円盤状の処理空間を形成する処理室に導入し、前記流体が前記処理室内を半径方向に流れる間に前記1または複数の流体に対して混合および/または化学反応を行なうことを特徴とする処理方法。   (24) introducing one or more fluids into a processing chamber forming a disc-shaped processing space, and mixing and / or chemistry with the one or more fluids while the fluid flows radially through the processing chamber. The processing method characterized by performing reaction.

(25) (24)に記載の発明において、圧力、流速、温度、pH等の内一つあるいは複数を計測する機能を用い、実時間で混合状況、化学反応状況を計測し、この状況を負帰還させて、流入される流体の圧力、流速、温度、pH、濃度等を変更することにより、最適な混合および/または化学反応を行うことを特徴とする処理方法。   (25) In the invention described in (24), the function of measuring one or more of pressure, flow velocity, temperature, pH, etc. is used to measure the mixing situation and chemical reaction situation in real time, and this situation is negatively affected. A processing method characterized by performing an optimum mixing and / or chemical reaction by changing the pressure, flow rate, temperature, pH, concentration, etc. of the fluid to be returned.

本発明の流体混合器は、複数の流入路が流れ方向に所定間隔で接続されることにより複数の流路接続部が設けられ、且つ隣り合う流路接続部では異なる種類の流体が導入されるように配置されているので、混合流路内で異なる種類の流体が極薄化されて一様な厚さで順次積層し多層化した流れ場を得ることができ、2種以上の流体間の分子拡散による混合を良好に促進することができる。   In the fluid mixer of the present invention, a plurality of flow paths are provided by connecting a plurality of inflow paths at predetermined intervals in the flow direction, and different types of fluids are introduced into adjacent flow path connections. Therefore, different types of fluids in the mixing channel are extremely thinned, and a flow field can be obtained by sequentially laminating with a uniform thickness to obtain a multi-layered flow field between two or more types of fluids. Mixing by molecular diffusion can be favorably promoted.

特に、非常に低いRe数の流れ場であるため分子拡散による混合を余儀なくされるマイクロリアクター内の微小な混合流路においては、短い混合流路で試薬溶液の混合が可能になり、収率の向上および化学反応時間の短縮を図ることが可能になる。また、混合流路を短縮できればマイクロリアクターの小形化が可能になり、リアクター内の圧力損失も減少する。リアクター内の圧力損失低減は、マイクロリアクションシステムのランニングコスト低減に直接貢献するものである。さらにマイクロリアクションシステムの生産量調整のためには、並列化(ナンバリングアップ)が行われている。生産量拡充のために数千、数万のリアクターを並列化した際に、1つのリアクターの小形化は装置全体の小形化に大きく寄与する。   In particular, in the minute mixing channel in the microreactor where mixing by molecular diffusion is forced because the flow field has a very low Re number, the reagent solution can be mixed in a short mixing channel and the yield can be reduced. It is possible to improve and shorten the chemical reaction time. If the mixing channel can be shortened, the microreactor can be miniaturized and the pressure loss in the reactor is also reduced. Reduction of the pressure loss in the reactor directly contributes to reducing the running cost of the micro reaction system. Furthermore, parallelization (numbering up) is performed to adjust the production volume of the micro reaction system. When thousands or tens of thousands of reactors are arranged in parallel to expand production volume, downsizing of one reactor greatly contributes to downsizing of the entire apparatus.

さらに、上記(1)ないし(23)に記載の処理器、及び、(24)ないし(25)に記載の処理方法によれば、簡単な形状や構成で流体の物理的又は化学的な処理を促進し又は制御することができ、安価で効率の良い処理装置や処理方法を提供することができる。   Furthermore, according to the processing device described in the above (1) to (23) and the processing method described in (24) to (25), physical or chemical processing of a fluid can be performed with a simple shape and configuration. It is possible to provide a processing apparatus and a processing method that can be promoted or controlled and are inexpensive and efficient.

図1は、マイクロリアクター内で扱われる化学反応の進行を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the progress of a chemical reaction handled in a microreactor. 図2は、液体の混合を説明するために層流の状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a laminar flow state for explaining mixing of liquids. 図3は、液体の混合を説明するために乱流の状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a turbulent state in order to explain the mixing of the liquid. 図4は、従来の技術の代表的なマイクロリアクターの流路形状の一例を示す模式図である。上側の流入管より試薬A(分子量131g/mol、濃度1.0mol/lの水溶液)が0.001m/sで流入し、下側の流入管より試薬B(水)が0.001m/sで流入する。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a flow path shape of a typical microreactor of the prior art. Reagent A (aqueous solution having a molecular weight of 131 g / mol and a concentration of 1.0 mol / l) flows from the upper inflow pipe at 0.001 m / s, and reagent B (water) flows from the lower inflow pipe at 0.001 m / s. 図5は、図4のリアクターにおいて2種の溶液を混合させたときの流体解析の結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the result of fluid analysis when two kinds of solutions are mixed in the reactor of FIG. 図6は、本混合器の一実施形態の概略構成を示す模式図である。上層プレートの枝管端と下層プレートを竪穴で連通し、上層プレートへ試薬供給するが、試薬の種類数によって下層プレートは複数層になりうる。FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present mixer. The branch pipe end of the upper layer plate and the lower layer plate are communicated with each other through a pothole, and the reagent is supplied to the upper layer plate. 図7は、本混合器の混合流路内に形成される試薬溶液A及びBの多層流を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a multilayer flow of reagent solutions A and B formed in the mixing flow path of the mixer. 図8は、本混合器による分子拡散効果を確認するために流れ解析のモデルを示す模式図である。上側の流入管より試薬A(分子量131g/mol、濃度1.0mol/lの水溶液)が0.001m/sで流入し、下側の流入管より試薬B(水)が0.001m/sで流入する。FIG. 8 is a schematic diagram showing a model of flow analysis in order to confirm the molecular diffusion effect by the mixer. Reagent A (aqueous solution having a molecular weight of 131 g / mol and a concentration of 1.0 mol / l) flows from the upper inflow pipe at 0.001 m / s, and reagent B (water) flows from the lower inflow pipe at 0.001 m / s. 図9は、図8のモデルにおける解析結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an analysis result in the model of FIG. 図10は、本混合器における流路損失を計算するためのモデルを示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a model for calculating flow path loss in the mixer. 図11は、流路長を好適に変化させた本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic view showing an embodiment of the present mixer in which the flow path length is suitably changed. 図12は、管径を好適に変化させた本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic view showing an embodiment of the present mixer in which the tube diameter is suitably changed. 図13は、供給槽と流入路を連通する縦穴の径を好適に変化させた本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic view showing an embodiment of the present mixer in which the diameter of the vertical hole communicating with the supply tank and the inflow passage is suitably changed. 図14は、供給槽の背圧を好適に変化させた本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic view showing an embodiment of the present mixer in which the back pressure of the supply tank is suitably changed. 図15は、流入路内に抵抗体を好適に設置した本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic view showing an embodiment of the present mixer in which a resistor is suitably installed in the inflow channel. 図16は、各流入路の温度を流れ方向で好適に変化させた本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing an embodiment of the mixer in which the temperature of each inflow path is suitably changed in the flow direction. 図17は、混合流路を下流側に向かって好適に深くした本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 17 is a schematic view showing an embodiment of the present mixer in which the mixing channel is suitably deepened toward the downstream side. 図18は、混合流路の下流側で流路幅を好適に小さくした本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 18 is a schematic diagram showing an embodiment of the present mixer in which the channel width is suitably reduced on the downstream side of the mixing channel. 図19は、混合流路の幅を試薬溶液の流入に応じて好適に太くした本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram showing an embodiment of the present mixer in which the width of the mixing channel is suitably increased according to the inflow of the reagent solution. 図20は、多段階反応を1つの混合器上で行う実施態様を示す模式図である。FIG. 20 is a schematic diagram showing an embodiment in which the multistage reaction is performed on one mixer. 図21は、多段階反応を複数の混合器上で行う実施態様を示す模式図である。FIG. 21 is a schematic diagram showing an embodiment in which a multistage reaction is performed on a plurality of mixers. 図22は、一方の供給槽の配置を変更した本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 22 is a schematic diagram showing an embodiment of the present mixer in which the arrangement of one supply tank is changed. 図23は、混合流路の下流部分を蛇行させた本混合器の実施態様を示す模式図である。FIG. 23 is a schematic diagram showing an embodiment of the present mixer in which the downstream portion of the mixing flow path is meandering. 図24(a)及び(b)は、本発明の実施の形態の処理器を示す図である。24 (a) and 24 (b) are diagrams showing the processor according to the embodiment of the present invention. 図25(a)及び(b)は、本発明の他の実施の形態の処理器を示す図である。25 (a) and 25 (b) are diagrams showing a processor according to another embodiment of the present invention. 図26(a)ないし(c)は、本発明の他の実施の形態の処理器を示す図である。FIGS. 26A to 26C are diagrams showing a processor according to another embodiment of the present invention. 図27(a)及び(b)は、本発明の実施の形態の処理器を示す図である。FIGS. 27A and 27B are diagrams showing the processor according to the embodiment of the present invention. 図28(a)ないし(d)は、本発明の実施の形態の処理器を示す図である。FIGS. 28A to 28D are diagrams showing a processor according to the embodiment of the present invention. 図29(a)及び(b)は、本発明の他の実施の形態の処理器を示す図である。FIGS. 29A and 29B are diagrams showing a processor according to another embodiment of the present invention. 図30(a)及び(b)は、本発明の実施の形態の処理器を示す図である。30 (a) and 30 (b) are diagrams showing a processor according to the embodiment of the present invention. 図31(a)は、従来の処理器を、(b)及び(c)は、本発明の実施の形態の処理器を示す図である。FIG. 31A shows a conventional processor, and FIGS. 31B and C show a processor according to an embodiment of the present invention. 図32(a)は、本発明の他の実施の形態の処理器を、(b)は、従来の処理器を示す図である。FIG. 32A is a diagram showing a processor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 32B is a diagram showing a conventional processor. 図33(a)及び(b)は、従来の処理器を、(c)及び(d)は、本発明の他の実施の形態の処理器を示す図である。33A and 33B show a conventional processor, and FIGS. 33C and D show a processor according to another embodiment of the present invention. 図34は、本発明の他の実施の形態の処理器を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing a processor according to another embodiment of the present invention. 図35は、本発明の他の実施の形態の処理器を示す図である。FIG. 35 is a diagram showing a processor according to another embodiment of the present invention. 図36(a)は、従来の標準的なマイクロ混合処理器を示す図、(b)及び(c)は、拡散距離を十分取るため混合流路を長くした従来のマイクロ処理器を示す図、(d)は、従来の混合用滞留空間である処理器を示す図である。[符号の説明] 10・・処理室 11,12・・導入流路 13,13A・・導出流路 16,16b・・区画部材 17 分割板 18 柱状体 19 柱状体 20 ヒータ 21 移行部 22 連絡流路 23 分割板 25 連絡流路 28 圧力センサ 29 流速センサ 30 pHセンサ 31 濃度センサ 32 温度センサ 43,44 導入流路 51 加熱器 52 酸化チタン層 53 クーラー 54 太陽光 56 超音波発振素子 P マイクロポンプ S 処理空間FIG. 36 (a) is a diagram showing a conventional standard micro-mixing processor, and FIGS. 36 (b) and (c) are diagrams showing a conventional micro-processor having a long mixing channel in order to take a sufficient diffusion distance. (D) is a figure which shows the processing device which is the conventional residence space for mixing. [Explanation of symbols] 10 .... Processing chamber 11, 12 .... Introduction flow path 13, 13A..Delivery flow path 16, 16b..Division member 17 Dividing plate 18 Columnar body 19 Columnar body 20 Heater 21 Transition portion 22 Communication flow Path 23 Dividing plate 25 Connection flow path 28 Pressure sensor 29 Flow rate sensor 30 pH sensor 31 Concentration sensor 32 Temperature sensor 43, 44 Introduction flow path 51 Heater 52 Titanium oxide layer 53 Cooler 54 Sunlight 56 Ultrasonic oscillator P Micro pump S Processing space

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図6は、本発明の一実施形態である流体混合器の概略構成を模式的に示す。この流体混合器(以下単に本混合器という)は、互いに貼り合わせて接合される2枚のプレートからなり、その上層プレート(または下層プレート)の片面には、異なった種類の試薬溶液を混合するための混合流路、および混合流路に流路接続部で接合する複数の流入路が形成され、その上層プレート(または下層プレート)には、複数の流入路の各々に所定の試薬溶液を供給するための供給槽が形成されている。混合流路と複数の流入路は、1枚の上層プレート上に形成され、すべての流路が略同一面上に配列されている。供給槽と流入路は縦穴で連通しており、それぞれ対応した流入路に試薬溶液を供給するようになっている。試薬溶液の供給槽は、混合流路を具備した層の下(または上)に配設されており、供給する試薬の種類および量によって複数の層に設けてもよい。   FIG. 6 schematically shows a schematic configuration of a fluid mixer according to an embodiment of the present invention. This fluid mixer (hereinafter simply referred to as this mixer) is composed of two plates that are bonded together and joined together, and different types of reagent solutions are mixed on one side of the upper layer plate (or lower layer plate). And a plurality of inflow passages joined to the mixing flow channel at the flow passage connecting portion, and a predetermined reagent solution is supplied to each of the plurality of inflow passages in the upper layer plate (or lower layer plate) A supply tank is formed. The mixing channel and the plurality of inflow channels are formed on one upper layer plate, and all the channels are arranged on substantially the same plane. The supply tank and the inflow path communicate with each other through a vertical hole, and the reagent solution is supplied to the corresponding inflow path. The reagent solution supply tank is disposed below (or above) the layer having the mixing channel, and may be provided in a plurality of layers depending on the type and amount of the reagent to be supplied.

混合流路には、複数の流入路が2本ずつほぼ等間隔で接続されている複数の流路接続部が設けられている。1箇所の流路接続部に繋がる2つの流入路は、混合流路へその両側から合流するように接続され、混合流路を挟んで対称的な配置となっている。こうして、各流路接続部において所定の試薬溶液が混合流路の両側面から同量供給されるようになっている。さらに、各流入路は、隣接する流路接続部間で異なる長さを持ち、その長さに応じて異なる供給槽に繋がるため、異なる種類の試薬溶液が供給される。   The mixing flow path is provided with a plurality of flow path connection portions in which two of the plurality of inflow paths are connected at approximately equal intervals. The two inflow passages connected to one flow path connecting portion are connected to the mixing flow path so as to merge from both sides thereof, and are symmetrically arranged with the mixing flow path interposed therebetween. Thus, the same amount of the predetermined reagent solution is supplied from both side surfaces of the mixing channel at each channel connecting portion. Furthermore, each inflow path has a different length between adjacent flow path connecting portions, and is connected to a different supply tank according to the length, so that different types of reagent solutions are supplied.

本混合器では、試薬溶液Aに対応する流路長の短い流入路と、試薬溶液Bに対応する流路長の長い流入路とが、混合流路の流れ方向で交互に配管・接続され、2つの異なる試薬溶液が交互に同量流入するようになっている。本混合器の構成によれば、混合流路に対し、各流路接続部で同じ種類の試薬溶液を同一面上で両側から同時に同量で流入させると共に、隣り合う流路接続部間では異なる種類の試薬溶液を交互に同量流入させるので、それら流路接続部および混合流路内で3次元性の強い流れが生じることがない。したがって、すべての試薬溶液の流入が完了した位置において混合流路内では各試薬溶液の流体が極めて薄い層を一様に重ねた様相を呈する(図7中の拡大図参照)。このようにして、試薬溶液各層の拡散距離が縮まるので混合が促進される。   In this mixer, an inflow channel with a short channel length corresponding to the reagent solution A and an inflow channel with a long channel length corresponding to the reagent solution B are alternately piped and connected in the flow direction of the mixing channel, Two different reagent solutions flow alternately in the same amount. According to the configuration of the present mixer, the same type of reagent solution is allowed to flow in the same amount from both sides on the same surface at the same flow rate in the respective flow path connection portions, and is different between adjacent flow path connection portions. Since the same amount of each type of reagent solution is allowed to flow in, the flow having strong three-dimensionality does not occur in the flow path connection portion and the mixing flow path. Therefore, in the mixing channel at the position where the flow of all the reagent solutions is completed, the fluid of each reagent solution appears to have an extremely thin layer (see an enlarged view in FIG. 7). In this way, the diffusion distance of each layer of the reagent solution is reduced, so that mixing is promoted.

なお、使用されるプレートの材質や取り扱い、およびプレートへの微小流路や供給槽の形成方法等の詳細は、半導体工学で常用されているフォトリソグラフィー技術の常法に従う。本混合器の場合も本願の開示を基に、当該技術分野で周知の材料および方法を使用して作製することができる。また、供給槽から各流入路への流体の駆動方法には、公知のあらゆる手段を適用することができ、例えば、ポンプ等による圧力駆動および/または電気泳動や電気浸透流等による電気的駆動を利用することができる。   The details of the material and handling of the plate used and the method for forming the micro flow path and supply tank to the plate follow the conventional method of photolithography technology commonly used in semiconductor engineering. The present mixer can also be manufactured using materials and methods well known in the art based on the disclosure of the present application. Any known means can be applied to the method of driving the fluid from the supply tank to each inflow path. For example, pressure driving by a pump or the like and / or electric driving by electrophoresis or electroosmotic flow or the like can be used. Can be used.

本混合器での分子拡散効果を確認するために流れ解析を行った。図8にその解析モデルを示す。図5の従来の混合機構での解析結果と比較検討するために、試薬溶液Aの流入路には分子量131g/molのある仮定した物質(以下単に、物質A)の濃度1.0mol/l水溶液(試薬溶液A)が、流入路Bには水(試薬溶液B)がそれぞれ流速0.0001m/sで流入する。水に対する拡散物質Aの拡散係数も同様に6.9×10-8cm2/sとした。Flow analysis was performed to confirm the molecular diffusion effect in this mixer. FIG. 8 shows the analysis model. In order to compare with the analysis result of the conventional mixing mechanism in FIG. 5, the assumed solution (hereinafter simply referred to as “substance A”) having a molecular weight of 131 g / mol in the inflow channel of the reagent solution A has a 1.0 mol / l aqueous solution Reagent solution A) and water (reagent solution B) flow into inflow channel B at a flow rate of 0.0001 m / s, respectively. Similarly, the diffusion coefficient of the diffusion substance A with respect to water was set to 6.9 × 10 −8 cm 2 / s.

解析結果を図9に示す。図5の解析結果と比較して、明らかに本混合器のほうが拡散が早く、短い混合流路でも確実に試薬溶液の混合が進むことが分かった。これは混合流路の下流部に向かうに従い、交互に異なった試薬溶液が混合流路の両側から流入し、これにより異なる試薬溶液の流体が均一厚の薄層として重なり合って多層を形成し、その結果分子拡散による混合が促進されるからである。例えば、図8に示す混合器の場合には、各試薬溶液の層が混合流路の幅方向で20層形成される。理論上では幅100μmの混合流路において、5μm程度の各試薬溶液層が形成されたと予測され、各試薬溶液層が極薄化して混合が急激に促進したものと考えられる。   The analysis results are shown in FIG. Compared with the analysis result of FIG. 5, it was found that the present mixer clearly diffuses faster, and the mixing of the reagent solution surely proceeds even in a short mixing channel. This is because the different reagent solutions flow alternately from both sides of the mixing flow path as they go to the downstream part of the mixing flow path, whereby the fluids of the different reagent solutions overlap as a thin layer of uniform thickness, forming a multilayer. This is because mixing by molecular diffusion is promoted. For example, in the case of the mixer shown in FIG. 8, 20 layers of each reagent solution are formed in the width direction of the mixing channel. Theoretically, it is estimated that each reagent solution layer of about 5 μm was formed in the mixing channel having a width of 100 μm, and it is considered that each reagent solution layer became extremely thin and mixing was accelerated rapidly.

例えば、25μmの多層の微小流路を得ることができるリアクターを用いて、高い選択性を得られたフリーデルクラフツ反応のような事例がある(S. Suga et al., Chemical Communications, 2003, pages 354-355, "Highly Selective Fridel-Crafts Monoalkylation Using Micromixing"を参照)。当該反応条件においては、直径500μmのチューブを用いた反応では選択性の向上が得られなかった。それに対して、25μmの多層を得ることによって分子拡散が効率的に起こり、理想的に反応が進行して選択性が向上するという結果が得られたものと考えられる。   For example, there are cases such as the Friedel-Crafts reaction that has been obtained with high selectivity using a reactor capable of obtaining a multi-channel of 25 μm (S. Suga et al., Chemical Communications, 2003, pages 354-355, "Highly Selective Fridel-Crafts Monoalkylation Using Micromixing"). Under the reaction conditions, the selectivity using a tube having a diameter of 500 μm was not improved. On the other hand, it is considered that by obtaining a multilayer of 25 μm, molecular diffusion occurs efficiently, and the reaction progresses ideally to improve the selectivity.

次に、各流入路の流量調整について説明する。   Next, the flow rate adjustment of each inflow channel will be described.

上述の通り本混合器において、混合流路内での分子拡散による混合を促進するには各試薬溶液の流体層を実質的に均一な厚みに形成できることが重要であり、そのためには各流入路から混合流路への流量を一様にすることが極めて好ましい。しかし、上記の解析は各流入路の流量を境界条件で規定して行ったものであり、実際には混合流路の流路損失により各々の流入路からの混合流路への流入量が変化してしまうことが予測される。そこで、混合流路部分の流路損失を試算した。   As described above, in this mixer, in order to promote mixing by molecular diffusion in the mixing channel, it is important that the fluid layer of each reagent solution can be formed in a substantially uniform thickness. It is highly preferable to make the flow rate from to the mixing channel uniform. However, the above analysis was carried out by defining the flow rate of each inflow channel with boundary conditions. Actually, the inflow amount from each inflow channel to the mixing channel changes due to the channel loss of the mixing channel. It is predicted that Therefore, the channel loss in the mixed channel portion was estimated.

ここでは混合流路および流入路の断面形状を矩形と仮定し、それぞれの水力直径を求めて流路損失を検討する。混合流路の上流側から下流側に向かって流入路をA15およびB15として、それぞれの合流点をA15合流点、およびB15合流点とし(図10参照)、他のパラメーターは下記の通りとする。Here, it is assumed that the cross-sectional shapes of the mixing channel and the inflow channel are rectangular, and the hydraulic loss is obtained for each to examine the channel loss. From the upstream side to the downstream side of the mixing channel, the inflow paths are A 1 to 5 and B 1 to 5 , and the respective junctions are A 1 to 5 junctions and B 1 to 5 junctions (see FIG. 10). ), Other parameters are as follows.

ここで各流路の損失係数λには、次式を用いる。   Here, the following equation is used for the loss coefficient λ of each flow path.

以上の条件で、混合流路A1〜B1合流点までの損失hA1B1は、次式で表される。Under the above conditions, the loss h A1B1 up to the merging point of the mixing channels A1 to B1 is expressed by the following equation.

同様にB1合流点より下流における、各流入路合流点間の混合流路での損失hXXは、それぞれ下式の通りとなる。Similarly, the loss h XX in the mixing channel between the inflow channel junctions downstream from the B1 junction is expressed by the following equation.

上記の混合流路における損失hXXを踏まえた上で、各流入路の流路損失を調整することによって、各流入路の流量を均一にすることができる。すなわち、混合流路の流れ方向で影響を増す流路損失と均衡を図るように下流側の流入路を順次長くすることによって、下流側に位置する各流入路での流量を確保することができる。The flow rate of each inflow path can be made uniform by adjusting the flow path loss of each inflow path in consideration of the loss h XX in the mixing flow path. That is, the flow rate in each inflow path located on the downstream side can be ensured by lengthening the inflow paths on the downstream side in order to balance the flow path loss that increases in the flow direction of the mixing flow path. .

ここで長さLの流入路における損失は、   Here, the loss in the inflow channel of length L is

となる。よって、流入路A2の長さをA1よりLA2だけ長くしてhA1A2の損失hを得るには、It becomes. Therefore, in order to obtain the loss h of h A1A2 by making the length of the inflow channel A 2 longer than A 1 by L A2 ,

となる。 It becomes.

上式より、流入路A2においてA1より長くすべき流路長LA2は、From the above equation, the flow path length L A2 that should be longer than A 1 in the inflow path A 2 is

となる。 It becomes.

同様に、流入路A3〜A5にそれぞれ追加すべき流路長LA3A5は、Similarly, the channel lengths L A3 to A5 to be added to the inflow channels A 3 to A 5 respectively

となる。また流入路B2〜B5においても、B1より長くすべき流路長LB1B5は、上記と同様に求めることができ、それぞれ下式のようになる。It becomes. Also in the inflow path B 2 .about.B 5, the flow path length L B1 ~ B5 be longer than B 1 represents can be determined in the same manner as described above, so that the following equation, respectively.

以上の試算結果に基づいて、流量が均一となるように各流入路の長さを好適に変化させた実施例を模式的に図11に示す。   FIG. 11 schematically shows an embodiment in which the length of each inflow path is suitably changed so that the flow rate is uniform based on the above calculation results.

なお、上記の試算は様々な仮定をおいて算出した一例であり上記式中の係数は、実際に製作した混合器の流入路や混合流路の壁面物性、流路幅、流速、およびそれに伴うRe数の変化に対して好適に可変させて試算し直す必要がある。   The above trial calculation is an example calculated under various assumptions, and the coefficients in the above formula are the inflow path of the mixer and the wall surface properties of the mixing flow path, the flow path width, the flow velocity, and the accompanying factors. It is necessary to change the Re number appropriately and recalculate the trial calculation.

また、各流入路の長さLは一定で、各流入路の管径dを変化させることにより、各流入路の流量を一様にすることもできる。これに関して以下の試算を行った。A2の管径をd2として、hA1A2の損失を得る。ただし流量:Further, the length L of each inflow path is constant, and the flow rate of each inflow path can be made uniform by changing the pipe diameter d of each inflow path. In this regard, the following estimation was made. The loss of h A1A2 is obtained with the tube diameter of A 2 being d 2 . However, flow rate:

は一定とする。 Is constant.

となる。 It becomes.

同様にA35の流入路の管径d35はそれぞれLikewise A 3 tube diameter d 3 of the inlet channel of ~ 5-5 respectively

となる。 It becomes.

仮に流入路Lの長さを4600μm、流入路のピッチpを200μmとすると、流入路A5の管径d5は、流入路A1の管径dの70%程度の管径で製作する必要がある。この試算結果に基づいて、管径を調整した実施例を模式的に図12に示す。   If the length of the inflow channel L is 4600 μm and the pitch p of the inflow channel is 200 μm, the tube diameter d5 of the inflow channel A5 needs to be manufactured with a tube diameter of about 70% of the tube diameter d of the inflow channel A1. FIG. 12 schematically shows an embodiment in which the pipe diameter is adjusted based on the trial calculation result.

なお、本試算も様々な仮定をおいて算出した一例であり、実際に製作した混合器の流入路や混合流路の壁面物性、流路幅、流速、およびそれに伴うRe数の変化に対して好適に可変させて試算し直す必要がある。   This trial calculation is also an example calculated under various assumptions. For the actual inflow channel of the mixer and the wall surface property of the mixing channel, the channel width, the flow velocity, and the accompanying change in the Re number. It is necessary to make a suitable change and recalculate.

また、上述のように混合流路の流路損失に応じて流入路の長さや管径による調整する以外にも、様々な方法で流量を一様化できる。例えば、下記の実施態様が挙げられる。   Further, the flow rate can be made uniform by various methods other than the adjustment by the length of the inflow passage and the pipe diameter according to the flow path loss of the mixing flow path as described above. For example, the following embodiment is mentioned.

図13の混合器は、供給槽と流入路を連通する縦穴の径を好適に変化させ、下流側に位置する流入路ほど流圧を抑えて各流入路の流量一様化を図ったものである。図14の混合器は、供給槽の背圧を好適に変化させ、同様に各流入路の流量一様化を図ったものである。図15の混合器は、下流側に位置する流入路ほど流れが抑制されるように、所定の流入路内にバルブ等の流れを妨げる各種抵抗体を設置して流量一様化を図ったものである。図16の混合器は、各流入路近傍の温度を流れ方向で好適に変化させる手段を設けたものである。すなわち、混合流路上流部に繋がる流入路の温度を高く、混合流路下流部に繋がる流入路の温度を低く設定して、流入する試薬溶液の粘性を変化させ、これにより流量一様化を図ったものである。   The mixer shown in FIG. 13 is a device in which the diameter of the vertical hole communicating with the supply tank and the inflow path is suitably changed, and the inflow path positioned on the downstream side suppresses the flow pressure to equalize the flow rate of each inflow path. is there. The mixer of FIG. 14 changes the back pressure of a supply tank suitably, and aims at equalizing the flow volume of each inflow path similarly. The mixer shown in FIG. 15 has a uniform flow rate by installing various resistors that block the flow of valves and the like in a predetermined inflow path so that the flow is suppressed toward the inflow path located on the downstream side. It is. The mixer of FIG. 16 is provided with means for suitably changing the temperature in the vicinity of each inflow path in the flow direction. That is, the temperature of the inflow channel connected to the upstream portion of the mixing channel is set high, and the temperature of the inflow channel connected to the downstream portion of the mixing channel is set low, thereby changing the viscosity of the reagent solution flowing in, thereby making the flow rate uniform. It is intended.

また図17に示すように、混合流路を下流側に向かって深くしたような形状も流量の一様化に有効である。混合流路の形状が一定である場合、各試薬溶液が混合流路に流入するため下流に向かうに従い、混合流路の流速が増大するためそれに伴い流路損失が増大する。そこで、図17の混合器のように混合流路断面を深さ方向(混合流路および流入路が位置する平面に対し垂直な方向)で下流側に向かって大きすることによって、各試薬溶液層の厚さを増加させることなく混合流路における増速を軽減することが可能となる。言及するまでもないが、混合流路を幅方向で大きくなるよう変化させるのは、各試薬溶液層の厚さを増して分子拡散による混合を抑制する危険性があるため好ましくない。   Further, as shown in FIG. 17, a shape in which the mixing channel is deepened toward the downstream side is also effective in making the flow rate uniform. When the shape of the mixing channel is constant, each reagent solution flows into the mixing channel, so that the flow rate of the mixing channel increases as it goes downstream, and the channel loss increases accordingly. Therefore, by increasing the cross section of the mixing flow channel in the depth direction (direction perpendicular to the plane where the mixing flow channel and the inflow channel are located) like the mixer of FIG. It is possible to reduce the speed increase in the mixing channel without increasing the thickness. Needless to say, changing the mixing channel so as to increase in the width direction is not preferable because the thickness of each reagent solution layer may be increased to suppress mixing due to molecular diffusion.

また、前述で試算した通り混合流路における流路損失はかなり大きく、各流入路の流量を十分満足できるレベルまで一様化するのは簡単ではない。よって図18に示すように、混合流路の流路幅を適宜調整することも拡散混合の促進に有効である。図18の混合器は、試薬溶液の多層化が図られる部分(すなわち流入路が接続している範囲)で混合流路の幅を大きくし、形成された試薬溶液の多層が流れるその下流部分で混合流路の幅を急激に細くした態様である。この態様によれば、その下流部分で試薬溶液多層の全体が薄くなるに伴って各層が均一に薄層化するので、比較的簡単に一定幅で極薄な試薬溶液層を得ることができる。なおこの場合に、試薬溶液の多層化を図る部分の混合流路の幅は試薬溶液の流入に応じて太くしてもよい(図19参照)。   Further, as calculated above, the flow path loss in the mixing flow path is quite large, and it is not easy to equalize the flow rate of each inflow path to a sufficiently satisfactory level. Therefore, as shown in FIG. 18, appropriately adjusting the channel width of the mixing channel is also effective in promoting diffusion mixing. The mixer of FIG. 18 increases the width of the mixing channel in the portion where the reagent solution is multi-layered (that is, the range where the inflow channel is connected), and in the downstream portion where the multi-layer of the formed reagent solution flows. This is a mode in which the width of the mixing channel is sharply narrowed. According to this aspect, as the entire reagent solution multilayer becomes thinner in the downstream portion, each layer is uniformly thinned, so that an extremely thin reagent solution layer with a constant width can be obtained relatively easily. In this case, the width of the mixing channel in the part where the reagent solution is to be multilayered may be increased according to the inflow of the reagent solution (see FIG. 19).

さらに以下では、本混合器に関する他の態様を示す。   Furthermore, the other aspect regarding this mixer is shown below.

本混合器では、3種以上の試薬を用いた多段階反応を1つのプレート上で行うこともできるが、この場合、それらの試薬混合の一部に本発明を適用してもよい。例えば、図20に示すように一方の流入路において試薬溶液Aと試薬溶液Bの速やかな第1混合を行い、前記第1混合により生じる反応生成物流Cと他方の流入路からの試薬溶液Dを混合流路に交互に流入させる。試薬溶液Aと試薬溶液Bの混合ではほぼ完全な収率で直ちに反応が完了するが、反応生成物流Cと試薬溶液Dの混合は比較的促進されにくいような場合、この態様を考慮することが好ましいであろう。   In this mixer, a multistage reaction using three or more kinds of reagents can be performed on one plate. In this case, the present invention may be applied to a part of the reagent mixture. For example, as shown in FIG. 20, the reagent solution A and the reagent solution B are rapidly mixed in one inflow path, and the reaction product stream C generated by the first mixing and the reagent solution D from the other inflow path are mixed. Alternately flow into the mixing channel. In the case of mixing the reagent solution A and the reagent solution B, the reaction is immediately completed with almost perfect yield, but this aspect may be considered when the mixing of the reaction product stream C and the reagent solution D is relatively difficult to promote. Would be preferred.

また本混合器は、上記のように1つの混合器上で多段階の反応を行ってもよいが、各段階を各々個別の混合器上で行うこともできる。図21は、本混合器を複数組み合わせて構成し、3種以上の試薬溶液を混合させる一実施態様を示す。   Moreover, although this mixer may perform multistage reaction on one mixer as mentioned above, each stage can also be performed on each separate mixer. FIG. 21 shows an embodiment in which a plurality of the present mixers are combined to mix three or more kinds of reagent solutions.

また本混合器において、流入路へ試薬溶液を供給する供給槽は、構造上可能であれば流入路および混合流路と同一の層に設けてもよい(図22参照)。   Further, in this mixer, the supply tank for supplying the reagent solution to the inflow path may be provided in the same layer as the inflow path and the mixing flow path if possible (see FIG. 22).

また本混合器において、拡散促進のために試薬溶液の多層流が流れる混合流路部分を蛇行させることもできる(図23参照)。このようにすれば混合器全体のサイズを小さいままに混合時間を得ることができるため混合の促進に効果的である。さらに、その混合流路の曲がり部では遠心力の作用により混合が促進されるため、より効果的である。   Moreover, in this mixer, the mixing flow path part through which the multilayer flow of the reagent solution flows can be meandered to promote diffusion (see FIG. 23). In this way, the mixing time can be obtained while keeping the overall size of the mixer small, which is effective in promoting mixing. Furthermore, since the mixing is promoted by the action of centrifugal force at the bent portion of the mixing flow path, it is more effective.

図24(a)および(b)は、本発明の一実施形態として、薬液の混合装置に適用した処理器を示すもので、図24(a)は横断面図、図24(b)は正面から見た断面図である。この薬液の混合装置は、例えばマイクロチップ上に構成されており、内部に円盤状の処理空間Sを形成する処理室10と、この処理室10の両側からその中央部に合流する一対の導入流路11,12と、処理室10の外周部に径方向外方に直線的に延びる導出流路13とを備えている。導出流路13は、この実施の形態では4本が周方向等間隔に設けられているが、中央から外方へ向かう径方向の流れを形成できる限り、1又は複数の適宜の数とすることができる。   24 (a) and 24 (b) show a processing device applied to a chemical liquid mixing apparatus as one embodiment of the present invention. FIG. 24 (a) is a cross-sectional view, and FIG. 24 (b) is a front view. It is sectional drawing seen from. The chemical liquid mixing apparatus is configured on, for example, a microchip, and includes a processing chamber 10 in which a disk-shaped processing space S is formed, and a pair of introduction flows that merge from both sides of the processing chamber 10 to the center thereof. The channels 11 and 12 and the outlet channel 13 extending linearly outward in the radial direction are provided on the outer peripheral portion of the processing chamber 10. In this embodiment, four outlet channels 13 are provided at equal intervals in the circumferential direction. However, as long as a radial flow from the center to the outside can be formed, the number of outlet channels 13 is one or more appropriate numbers. Can do.

この実施の形態においては、第1および第2の各導入流路11,12には、第1および第2のリザーバー14,15が形成され、これらにはそれぞれ第1および第2のマイクロポンプPが設けられている。マイクロポンプPとしては、従来既知の種々の原理および形式のものを適宜に採用することができる。第1および第2のリザーバー14,15はそれぞれ図示しない液体供給源に連通している。   In this embodiment, first and second reservoirs 14 and 15 are formed in the first and second introduction flow passages 11 and 12, respectively, and the first and second micropumps P and P, respectively. Is provided. As the micropump P, various known principles and types can be appropriately employed. The first and second reservoirs 14 and 15 communicate with a liquid supply source (not shown).

以下、このように構成された微細処理器の作用について説明する。   Hereinafter, the operation of the micro processor configured as described above will be described.

それぞれのマイクロポンプPを作動させると、第1および第2のリザーバー14,15からそれぞれ第1および第2の液体(薬液)が、第1および第2の導入流路11,12を通じて円盤状の処理空間Sの中央部に導入される。これらの2つの液体は処理空間Sの中央部で衝突し、混在状態となって径方向外方に向きを変えて流れる。処理室10は厚さが小さいので、2つの液体はそれぞれ層流を形成しつつ流れ、この過程で、2つの液体が接する界面において相互に拡散して混合する。外周部に達した液体は、導出流路13から処理器の外に流出する。   When the respective micropumps P are operated, the first and second liquids (chemical solutions) from the first and second reservoirs 14 and 15 respectively have a disc-like shape through the first and second introduction channels 11 and 12. It is introduced into the central part of the processing space S. These two liquids collide with each other at the center of the processing space S, flow in a mixed state and change the direction outward in the radial direction. Since the processing chamber 10 has a small thickness, the two liquids each flow while forming a laminar flow, and in this process, they diffuse and mix with each other at the interface where the two liquids contact. The liquid that has reached the outer periphery flows out of the processor from the outlet channel 13.

円盤状の処理空間Sにおいて流体が中央から外方に向かうときには、流路断面積が漸次大きくなり、全体としての流速は導入流路11,12よりもかなり小さくなる。したがって、2つの液体の界面における拡散のための充分な時間が得られるので、2つの液体の相互の拡散係数が小さい場合でも、充分な混合を行うことができる。また、流路断面積が大きいので混合部である処理空間Sにおける圧損は少なくなり、マイクロポンプPの性能も、多大であることを要しない。さらに、処理室10は円形なので、比較的単純な加工により、したがって低コストで製造することが可能である。   When the fluid moves from the center to the outside in the disc-shaped processing space S, the cross-sectional area of the flow path gradually increases, and the overall flow velocity becomes considerably smaller than that of the introduction flow paths 11 and 12. Therefore, since sufficient time for diffusion at the interface between the two liquids can be obtained, sufficient mixing can be performed even when the mutual diffusion coefficients of the two liquids are small. Moreover, since the cross-sectional area of the flow path is large, the pressure loss in the processing space S that is the mixing portion is reduced, and the performance of the micropump P does not need to be great. Furthermore, since the processing chamber 10 is circular, it can be manufactured with relatively simple processing and therefore at low cost.

図25(a)および図25(b)は、この発明の他の実施の形態であり、それぞれ図24(b)と同じ軸方向から見た断面図である。図25(a)は、処理室10Aは処理空間Sの外周部が螺旋状に拡大するように形成するとともに、導出流路13Aは処理空間Sの最大径の外周部において概接線方向に延びて形成されているものである。これにより、処理室10内において2つの液体の流れに旋回成分を与えて安定化させることができる。また、処理空間Sの内部において液体が流れないデッドゾーンが形成されることなく、空間の全体を用いた効率のよい混合が行われる。また、導出流路13Aを接線方向に近づけるように傾斜させることにより全体のスペースを小さくすることができる。   25 (a) and 25 (b) are other embodiments of the present invention, and are sectional views as seen from the same axial direction as FIG. 24 (b). In FIG. 25A, the processing chamber 10A is formed so that the outer peripheral portion of the processing space S expands in a spiral shape, and the outlet channel 13A extends in the tangential direction at the outermost peripheral portion of the maximum diameter of the processing space S. Is formed. Thereby, the swirl component can be given to the flow of the two liquids in the processing chamber 10 to be stabilized. Further, efficient mixing using the entire space is performed without forming a dead zone in which liquid does not flow inside the processing space S. Further, the entire space can be reduced by inclining the outlet channel 13A so as to approach the tangential direction.

また、図25(b)は、処理空間Sを螺旋状に区画するように径方向に延びる複数の区画部材16を設けたものである。これにより、螺旋流れを安定化することができる。   FIG. 25B shows a case in which a plurality of partition members 16 extending in the radial direction are provided so as to partition the processing space S in a spiral shape. Thereby, a spiral flow can be stabilized.

図26(a)ないし図26(c)は、この発明の他の実施の形態であり、2本の導出流路13Bを処理空間Sの外周部において対向するように形成するとともに、処理室10B内の処理空間Sを螺旋状に区画するように径方向に延びる複数の区画部材16を設けたものである。これらの実施の形態においては、導出流路13Bと径方向とのなす角度θは90度であり、導出流路13Bと区画部材16は同じ向きに傾斜している。図26(a)の実施の形態においては、図25の場合と同様に、流れに旋回成分を与えて安定化させることができる。また、処理空間Sの内部において液体が流れないデッドゾーンが形成されることがなく、空間の全体を用いた効率のよい混合が行われる。また、導出流路13Bを接線方向に近づけるように傾斜させることにより全体のスペースを小さくすることができる。   26 (a) to 26 (c) show another embodiment of the present invention. Two outlet channels 13B are formed so as to face each other at the outer periphery of the processing space S, and the processing chamber 10B. A plurality of partition members 16 extending in the radial direction are provided so as to partition the inner processing space S in a spiral shape. In these embodiments, the angle θ formed between the outlet channel 13B and the radial direction is 90 degrees, and the outlet channel 13B and the partition member 16 are inclined in the same direction. In the embodiment of FIG. 26 (a), as in the case of FIG. 25, a swirl component can be given to the flow to be stabilized. In addition, a dead zone where no liquid flows inside the processing space S is not formed, and efficient mixing using the entire space is performed. Further, the entire space can be reduced by inclining the outlet channel 13B so as to approach the tangential direction.

図26(b)では、図26(a)の構成において、区画部材16bを導入流路に向かう処理空間Sの中心部まで延びて形成したものである。このようにすることにより、図26(a)の上述した作用に加え、導入流路11,12から処理空間Sに流入する液体がそれぞれ区画部材16bに案内されて分割して流れるので、2つの液体が互いに偏在した状態で流れてしまうような事態が回避される。この区画部材16bをさらに中心まで延ばして互いに連結するようにしてもよい。   In FIG. 26B, in the configuration of FIG. 26A, the partition member 16b is formed to extend to the center of the processing space S toward the introduction flow path. In this way, in addition to the above-described operation of FIG. 26A, the liquid flowing into the processing space S from the introduction flow paths 11 and 12 is guided by the partition member 16b and flows separately. A situation in which the liquid flows while being unevenly distributed is avoided. The partition members 16b may be further extended to the center and connected to each other.

図26(c)では、処理空間Sの中心部まで延びる区画部材16bの間に、さらにより下流側部分を区画する第2の区画部材16cを設けたものである。これにより、旋回成分の安定化を実現しつつ、長い区画部材を多数挿入することによる二つの液体の接触面積の減少や圧損の増大を防止することができる。   In FIG. 26C, a second partition member 16 c that partitions a further downstream portion is provided between the partition members 16 b extending to the center of the processing space S. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in contact area between two liquids and an increase in pressure loss due to the insertion of a large number of long partition members while realizing the stabilization of the swirl component.

なお、図25(a)ないし図26(c)における導出流路13A,13Bと径方向とのなす角度θは−90度から90度まで任意であり、また、導出流路13A,13Bの本数も任意である。また、区画部材16、16b、16cの形状、傾斜角度、本数等も適宜に設定することができる。   The angle θ formed between the outlet channels 13A and 13B and the radial direction in FIGS. 25A to 26C is arbitrary from −90 degrees to 90 degrees, and the number of outlet channels 13A and 13B. Is also optional. In addition, the shape, inclination angle, number, etc., of the partition members 16, 16b, 16c can be set as appropriate.

図27は、本発明の他の実施の形態を示すものであり、3種類の気体を反応させるための処理器である。この実施の形態の処理室10Cには、処理空間Sを厚さ方向に分割する分割板17が設けられている。分割板17は、この実施の形態では処理空間Sの径の約1/2の径であり、処理空間Sには、分割板17の両側の第1の空間S1および第2の空間S2と、分割板17の径方向外側の第3の空間S3が形成されている。処理室10Cは、外方側の厚さが中央部より薄くなっており、第3の空間S3の流路断面積が過度に大きくならないようにしている。図27には、処理空間Sのみが示されているが、処理室10Cの外形及び導出経路の配置は、図24ないし図26のいずれのタイプを用いることもできる。   FIG. 27 shows another embodiment of the present invention, which is a processor for reacting three kinds of gases. In the processing chamber 10C of this embodiment, a dividing plate 17 that divides the processing space S in the thickness direction is provided. In this embodiment, the dividing plate 17 has a diameter that is approximately ½ of the diameter of the processing space S. The processing space S includes a first space S1 and a second space S2 on both sides of the dividing plate 17, and A third space S <b> 3 on the outer side in the radial direction of the dividing plate 17 is formed. The processing chamber 10C has a thickness on the outer side that is thinner than the central portion, so that the flow path cross-sectional area of the third space S3 does not become excessively large. Although only the processing space S is shown in FIG. 27, any of the types shown in FIGS. 24 to 26 can be used for the outer shape of the processing chamber 10C and the arrangement of the lead-out paths.

この実施の形態では、第1の触媒を含む材料から形成された複数の柱状体18が第1の空間S1に配置され、分割板17はこの柱状体18によって処理室10Cの一方の壁に固定されている。第1の空間S1の中央部には、同軸状の第1及び第2の導入流路11C,12Cが接続されており、第2の空間S2には、第1及び第2の導入流路11C,12Cと反対側から第3の導入流路12Dが接続されている。   In this embodiment, a plurality of columnar bodies 18 formed of a material containing the first catalyst are arranged in the first space S1, and the dividing plate 17 is fixed to one wall of the processing chamber 10C by the columnar bodies 18. Has been. Coaxial first and second introduction flow paths 11C and 12C are connected to the center of the first space S1, and the first and second introduction flow paths 11C are connected to the second space S2. , 12C, a third introduction flow path 12D is connected from the opposite side.

第3の空間S3には、第2の触媒を含む材料から形成された複数の柱状体19と、所望の温度に加熱するための複数のヒータ20が配置されている。ヒータ20は、径方向に延びる板状であり、図25(b)等に示す区画部材16としての機能も有している。ヒータ20としては、電熱線を利用したもの、ペルチエ素子を利用したものなどを適宜に採用することができる。この実施の形態では、第1及び第2の空間S1,S2から第3の空間S3へ移行する部分21で厚さが小さくなっており、流路断面積が小さくなっている。したがって、気体の流速はこの移行部21において上昇しており、これにより、ヒータ20の加熱が熱伝導で上流に伝播して、上流側で好ましくない反応が起きる事態を防止している。なお、第1及び第2の触媒は、それぞれの空間で行う反応を促進させるためのものが選択され、同一又は異なる種類の触媒が適宜に選択される。   In the third space S3, a plurality of columnar bodies 19 formed of a material containing the second catalyst and a plurality of heaters 20 for heating to a desired temperature are arranged. The heater 20 has a plate shape extending in the radial direction, and also has a function as the partition member 16 shown in FIG. As the heater 20, a heater using a heating wire, a heater using a Peltier element, or the like can be appropriately employed. In this embodiment, the thickness is reduced at the portion 21 that transitions from the first and second spaces S1, S2 to the third space S3, and the cross-sectional area of the flow path is reduced. Therefore, the flow rate of the gas is increased at the transition portion 21, thereby preventing the heating of the heater 20 from being propagated upstream by heat conduction and causing an undesirable reaction on the upstream side. The first and second catalysts are selected to promote the reaction performed in each space, and the same or different types of catalysts are appropriately selected.

以下、上記のように構成された第2の実施の形態の微細処理器の作用について説明する。   Hereinafter, the operation of the micro processor according to the second embodiment configured as described above will be described.

この処理器においては、図示しない圧送又は吸引手段により、第1ないし第3の導入流路11C,12C,12Dからそれぞれ第1ないし第3の気体が処理空間Sに流入する。第1及び第2の気体は第1の空間S1の中央部に導入され、ここで混合した後、外方に向けて流れる。この際、柱状体18に含まれる第1の触媒により、第1及び第2の気体の間で第1の反応が促進され、その結果、気体状の中間体が生成する。   In this processor, the first to third gases flow into the processing space S from the first to third introduction flow paths 11C, 12C, and 12D, respectively, by pressure feeding or suction means (not shown). The first and second gases are introduced into the central portion of the first space S1, mixed here, and then flow outward. At this time, the first catalyst contained in the columnar body 18 promotes the first reaction between the first and second gases, and as a result, a gaseous intermediate is generated.

この中間体ガスは、移行部21へと流出し、第2の空間S2を流れてきた第3の気体と合流して混合し、さらに第3の空間を外側に向かって流れる。混合したガスは、第3の空間S3において、ヒータ20により加熱され、第2の触媒の作用によって起きる第2の反応により、最終製品を生成し、これは導出流路13Bより排出される。   This intermediate gas flows out to the transition part 21, joins and mixes with the third gas that has flowed through the second space S2, and further flows outward through the third space. The mixed gas is heated by the heater 20 in the third space S3 to generate a final product by the second reaction caused by the action of the second catalyst, which is discharged from the outlet channel 13B.

上記において、気体の流路は第3の空間S3への移行部21を境に断面積が減少しているので、第3の空間S3において流速が大きく減速することがない。したがって、ヒータ20の加熱が熱伝導で上流に伝播して、上流側で気体が劣化したり、好ましくない反応物が生成する等の事態が防止され、効率の良い、安定した反応処理を行うことができる。   In the above, since the cross-sectional area of the gas flow path decreases with the transition portion 21 to the third space S3 as a boundary, the flow velocity does not greatly decrease in the third space S3. Therefore, the heating of the heater 20 is propagated upstream by heat conduction, and the situation such as deterioration of gas or generation of undesirable reactants is prevented on the upstream side, and efficient and stable reaction processing is performed. Can do.

図28(a)ないし図28(d)は、本発明の他の実施の形態を示すものであり、図24ないし図26と同様に液体の混合装置である。これらの図は、図24(a)と同じ横断面図であり、リザーバーやマイクロポンプは省略している。   28 (a) to 28 (d) show another embodiment of the present invention, which is a liquid mixing apparatus as in FIGS. 24 to 26. FIG. These drawings are the same cross-sectional views as FIG. 24A, and the reservoir and the micropump are omitted.

図28(a)の実施の形態の処理室10Eには、図24(a)に示すような円盤状の第1の処理空間S11の下流側に、やはり円盤状の第2の処理空間S12が設けられている。第2の処理空間S12は第1の処理空間S11の外周部の連絡流路22を介して第1の処理空間Sに連絡している。連絡流路22は、この実施の形態では全周が連絡するように設けられているが、図24ないし図26に示す導出流路13Bのように周方向の所定箇所に設けてもよい。また、これらの図に示すような区画部材16,16b,16cを配置してもよい。この実施の形態では、第2の処理空間S12は第2の導入流路12Eの側に、これをを取り囲むように設けられた環状の空間となっている。第2の処理空間S12の内端側には、軸方向に延びる円環状の導出流路13Eが設けられている。   In the processing chamber 10E of the embodiment of FIG. 28A, there is also a disk-shaped second processing space S12 on the downstream side of the disk-shaped first processing space S11 as shown in FIG. Is provided. The second processing space S12 communicates with the first processing space S via a communication channel 22 on the outer periphery of the first processing space S11. In this embodiment, the communication flow path 22 is provided so as to communicate with the entire circumference. However, the communication flow path 22 may be provided at a predetermined position in the circumferential direction as in the lead-out flow path 13B shown in FIGS. Moreover, you may arrange | position the division members 16, 16b, and 16c as shown in these figures. In this embodiment, the second processing space S12 is an annular space provided on the second introduction flow path 12E side so as to surround it. An annular outlet channel 13E extending in the axial direction is provided on the inner end side of the second processing space S12.

この実施の形態の混合装置においては、先の実施の形態と同様に、第1の液体と第2の液体が第1の処理空間S11の中央部に導入され、径方向外側に流れて外周部に達すると、さらに連絡流路22から第2の処理空間S12に導入され、径方向内側に流れ、内端部から導出流路13Eを経て流出する。このように円盤状の処理空間S11,S12を2つ重ねて設けることにより、図24の実施の形態に比べて2倍近くの距離の流路を形成し、したがって、処理時間を大幅に長くすることができる。また、処理空間S11,S12が充分な流路断面積を有するので、圧損が過度に大きくなることもない。   In the mixing apparatus of this embodiment, the first liquid and the second liquid are introduced into the central portion of the first processing space S11 and flow outward in the radial direction, as in the previous embodiment, and the outer peripheral portion. Is further introduced into the second processing space S12 from the communication channel 22, flows radially inward, and flows out from the inner end portion through the outlet channel 13E. Thus, by providing two disk-shaped processing spaces S11 and S12, a flow path having a distance nearly twice that of the embodiment shown in FIG. 24 is formed, and therefore the processing time is significantly increased. be able to. Further, since the processing spaces S11 and S12 have a sufficient flow path cross-sectional area, the pressure loss does not become excessively large.

図28(b)は、他の実施の形態の混合装置であり、ここでは2つの導入流路11F,12Fを処理室10Fの同じ側に形成している。したがって、第1の処理空間S21と第2の処理空間S22を分割板23により形成することができる。この実施の形態では、導出流路13Fを軸線上に設けることができるので、構造がより簡単になる。図28(c)では、連絡流路22a〜22dを介してさらに多くの数の処理空間S11〜S15を重ねて設けている。また、図28(d)では、軸線上の連絡流路25を介してさらに多くの数の処理空間S21〜S24を重ねて設けている。これにより、より長い処理時間を得ることができるのは、言うまでもない。   FIG. 28B shows a mixing apparatus according to another embodiment, in which two introduction channels 11F and 12F are formed on the same side of the processing chamber 10F. Therefore, the first processing space S21 and the second processing space S22 can be formed by the dividing plate 23. In this embodiment, since the outlet channel 13F can be provided on the axis, the structure becomes simpler. In FIG. 28C, a larger number of processing spaces S11 to S15 are provided so as to overlap with each other through the communication channels 22a to 22d. Further, in FIG. 28 (d), a larger number of processing spaces S21 to S24 are provided so as to overlap with each other via the communication channel 25 on the axis. It goes without saying that this makes it possible to obtain a longer processing time.

図29は本発明の他の実施の形態を示すものであり、液体の反応処理器である。処理室10Cの構造は、基本的に図24ないし図26に示すものと同様であるが、図27ないし図28の各実施の形態に適用しても良い。この実施の形態においては、処理室10Jに、圧力センサ28、流速センサ29、pHセンサ30、濃度センサ31、温度センサ32がそれぞれ周方向等間隔に配置されている。これらセンサは、処理空間S内の流体について上記の物理的又は化学的な特性値を測定し、これらの情報は図示しない制御装置に入力されている。これらの情報を基に、制御装置は、各導入流路11J,12Jの上流側の液体の送液系や調質系の各種の調整手段を操作し、所望の状態が得られるように反応を制御する。処理空間S内の流れは中心軸に対称であるため、同一半径であればセンサ類を周方向の異なる位置に配置しても、同一点の状態量を計測したのと同じ計測が可能である。   FIG. 29 shows another embodiment of the present invention, which is a liquid reaction processor. The structure of the processing chamber 10C is basically the same as that shown in FIGS. 24 to 26, but may be applied to each of the embodiments shown in FIGS. In this embodiment, a pressure sensor 28, a flow velocity sensor 29, a pH sensor 30, a concentration sensor 31, and a temperature sensor 32 are arranged at equal intervals in the circumferential direction in the processing chamber 10J. These sensors measure the physical or chemical characteristic values of the fluid in the processing space S, and these pieces of information are input to a control device (not shown). Based on these information, the control device operates various liquid feeding system and tempering system adjusting means upstream of each introduction flow path 11J, 12J, and reacts to obtain a desired state. Control. Since the flow in the processing space S is symmetric with respect to the central axis, even if the sensors are arranged at different positions in the circumferential direction if the radius is the same, the same measurement as when the state quantity at the same point is measured is possible. .

例えば、圧力センサとしては、歪みゲージ式、ピエゾ抵抗効果、容量型等が挙げられ、流速センサとしてはピトー管式、熱線式等、光学式、電磁式等が挙げられる。また、pHセンサとしてはガラス電極式、ISFET電極式等が有り、濃度センサとしてはイオンセンサやバイオセンサ等が有る。さらに、温度センサとしては熱電対、測温抵抗体、サーミスター等いずれを使っても良い。なお、センサの種類や取付位置は、これらに限られるものではない。   For example, the pressure sensor includes a strain gauge type, a piezoresistive effect, a capacitance type, and the like, and the flow rate sensor includes a pitot tube type, a hot wire type, an optical type, an electromagnetic type, and the like. Moreover, there are a glass electrode type, an ISFET electrode type, etc. as pH sensors, and an ion sensor, a biosensor, etc. as concentration sensors. Further, any of a thermocouple, a resistance temperature detector, a thermistor, etc. may be used as the temperature sensor. Note that the type and mounting position of the sensor are not limited to these.

図30は本発明のさらに他の実施の形態を示すものであり、液体の混合装置である。この実施の形態の処理室10Kにおいては、2つの導入流路11K,12Kは処理空間Sと平行に設けられており、それぞれ曲がり部33と曲がり部34を経て処理空間Sに開口する。このような構造を用いることにより、本発明の混合および反応装置を、より平面的に構成することができ、チップ状のマイクロ流体機器に組み込むことが容易になる。   FIG. 30 shows still another embodiment of the present invention, which is a liquid mixing apparatus. In the processing chamber 10K of this embodiment, the two introduction flow paths 11K and 12K are provided in parallel with the processing space S, and open to the processing space S through the bent portion 33 and the bent portion 34, respectively. By using such a structure, the mixing and reaction apparatus of the present invention can be configured in a more planar manner, and can be easily incorporated into a chip-like microfluidic device.

マイクロ流路に本発明の処理器を用いた実施の形態を図31に示す。図31は、化学反応が生じる流路の例であり、図31(a)は従来の方法の内径1mmの円管流路である。ここに0.5ml/minの薬液を導入させ、反応時間60秒を経過するまで円管流路を流すとすると円管長さ約63cmを必要とする。図31(b)は本発明の処理器であり、処理室10Lには、厚み方向の内法1mmの円盤状の処理空間Sが形成され、その中央に内径1mmの導入流路11Lが接続されている。ここに0.5ml/minの薬液を導入し、反応時間60秒を経過するまで処理空間Sを流すとすると処理空間Sの半径は約1.3cmで足りる。このことから、本発明の処理器を用いることにより、反応装置を小型化することができることが分かる。   FIG. 31 shows an embodiment in which the processing device of the present invention is used in the microchannel. FIG. 31 shows an example of a flow path in which a chemical reaction occurs, and FIG. 31 (a) shows a circular pipe flow path having an inner diameter of 1 mm according to the conventional method. If a 0.5 ml / min chemical solution is introduced here and a circular flow path is allowed to flow until a reaction time of 60 seconds elapses, a circular tube length of about 63 cm is required. FIG. 31 (b) shows a processing device according to the present invention, wherein a processing chamber 10L is formed with a disk-shaped processing space S having an inner diameter of 1 mm in the thickness direction, and an introduction channel 11L having an inner diameter of 1 mm is connected to the center thereof. ing. If a 0.5 ml / min chemical solution is introduced here and the treatment space S is allowed to flow until a reaction time of 60 seconds elapses, the radius of the treatment space S is about 1.3 cm. From this, it can be seen that the reactor can be miniaturized by using the processor of the present invention.

図31(c)は、本発明の処理器のさらに他の実施の形態であり、処理室10Mにおいて、円盤状の処理空間Sの厚みを半径方向外側に向かうにつれ大きくしたものである。これにより、処理空間Sの外側部分における流速を減速させることで、さらに円盤の半径を小さくすることができる。通常はマイクロ化学反応ではおおよそ1mm以下の寸法の流路を使用する場合が多いが、同図のように処理空間Sの外周部の厚みを3mmまで拡大すれば、円盤の半径は約9mmで足り、装置の面積をより小さくすることができる。   FIG. 31C shows still another embodiment of the processor of the present invention. In the processing chamber 10M, the thickness of the disk-shaped processing space S is increased toward the outer side in the radial direction. Thereby, the radius of the disk can be further reduced by decelerating the flow velocity in the outer portion of the processing space S. In general, microchemical reactions often use channels with dimensions of about 1 mm or less, but if the thickness of the outer periphery of the processing space S is increased to 3 mm as shown in the figure, a radius of about 9 mm is sufficient. The area of the device can be further reduced.

図32は、二種類の薬液を混合させる流路の例である。図32(a)では、処理室10Nにおいて、厚さ10(mの円盤状の処理空間Sの中央部に、互いに対向する方向から内径100(mの導入流路11N,12Nが接続されている。一方、図32(b)は従来の方法であり、内径100(mの導入流路43,44が内径10(mの直管流路45に接続されている。一般に拡散を促進させるためには、拡散に要する距離を減らすのが望ましい。図32のいずれも2種類の薬液は、代表寸法10(mの狭い流路に導入されるので流れに対し直交する方向の拡散距離は低減する。しかしながら、図32(b)では合流後に流路の断面積が1/200となり流速が著しく増速されるので拡散を十分進めるためには直管流路45の流れ方向の長さを長く取る必要がある。一方、図32(a)では、半径方向に行くにつれ混合薬液は急激に減速し、直径500(mの位置で、導入流路11N,12Nの断面積の和と同じ断面積になり、流速が過度に上がることがない。このため、処理空間Sの径を過大にしなくても拡散を十分進めることができる。   FIG. 32 is an example of a flow path for mixing two types of chemical solutions. In FIG. 32 (a), in the processing chamber 10N, the introduction channels 11N and 12N having an inner diameter of 100 (m) are connected to the central part of the disc-shaped processing space S having a thickness of 10 (m) from the direction facing each other. 32 (b) shows a conventional method in which introduction channels 43 and 44 having an inner diameter of 100 (m) are connected to a straight pipe channel 45 having an inner diameter of 10 (m. Generally, in order to promote diffusion. It is desirable to reduce the distance required for diffusion, since both types of chemical solutions in FIG.32 are introduced into a narrow channel having a representative dimension 10 (m), the diffusion distance in the direction orthogonal to the flow is reduced. However, in FIG. 32 (b), the cross-sectional area of the flow path becomes 1/200 after merging and the flow velocity is significantly increased. Therefore, in order to sufficiently advance the diffusion, it is necessary to increase the length of the straight pipe flow path 45 in the flow direction. On the other hand, in FIG. The mixture solution is rapidly decelerated to have the same cross-sectional area as the sum of the cross-sectional areas of the introduction flow paths 11N and 12N at a diameter of 500 (m), and the flow velocity does not increase excessively. Diffusion can be sufficiently advanced without making the diameter excessive.

図33は、大型のポリスチレン重合反応器に用いた実施の形態である。純度100%のスチレンを無触媒・熱開始重合反応を用いてポリスチレンに重合させる際、既知データによれば160℃で3時間反応させると、スチレンの約90%がポリスチレンに転化する。この条件下で20000kg/hのスチレンを投入する反応器を考える。160℃のスチレンの比重は約0.78g/cm3であり、従って入口の体積流量は25.6m3/hである。ここにおいて、この反応の反応次数は1とし、また計算は概略のものとして反応進行による溶液の比重変化は考えない。FIG. 33 shows an embodiment used in a large polystyrene polymerization reactor. When polymerizing 100% pure styrene to polystyrene using a non-catalytic / thermally initiated polymerization reaction, according to known data, if reacted at 160 ° C. for 3 hours, about 90% of the styrene is converted to polystyrene. Consider a reactor charged with 20000 kg / h styrene under these conditions. The specific gravity of styrene at 160 ° C. is about 0.78 g / cm 3 , so the volume flow rate at the inlet is 25.6 m 3 / h. Here, the reaction order of this reaction is 1, and the calculation is approximate, and the change in specific gravity of the solution due to the progress of the reaction is not considered.

このような反応に関し、完全混合槽型反応器とプラグフロー型反応器の体積比は、転化率90%から0.9/(1-0.9)/ln(1/(1-0.9)=3.9となる。反応時間を3時間とする条件から、プラグフロー型の体積は25.6×3=76.8m3、完全混合槽型は76.8×3.9=299.5m3となる。この体積を実現するのにプラグフロー型では、従来の、例えば直径2m×長さ24.4mの直管状(図33(a))、完全混合槽型は、直径7m×長さ7.8mの円筒状(図33(b))になる。一方、本発明の処理器では、体積ではプラグフロー型と同一であり、単段では、図33(c)に示すように、直径7m×厚み2mの円盤状の処理空間Sとなる。また、多段(2段)では、図33(d)に示すように、直径5m×厚み2mの処理空間Sを2段となる。いずれも、完全混合槽型よりも極めて小さく、管状のプラグフロー型よりも面積を取らない構成が可能となる。Regarding such a reaction, the volume ratio of the complete mixing tank reactor and the plug flow reactor is such that the conversion rate is 90% to 0.9 / (1-0.9) / ln (1 / (1-0.9). From the condition that the reaction time is 3 hours, the volume of the plug flow type is 25.6 × 3 = 76.8 m 3 , and the complete mixing tank type is 76.8 × 3.9 = 299. a 5 m 3. the plug flow type to achieve this volume, a straight tubular conventional, for example a diameter of 2m × length 24.4 m (FIG. 33 (a)), complete mixing tank type, diameter 7m × length On the other hand, in the processing device of the present invention, the volume is the same as that of the plug flow type, and in a single stage, as shown in FIG. A disk-shaped processing space S having a diameter of 7 m and a thickness of 2 m is formed, and the multi-stage (two stages) has two stages of the processing space S having a diameter of 5 m and a thickness of 2 m, as shown in FIG. Even complete Extremely small than if tank than plug flow tubular becomes possible configuration that does not take the area.

図34は、本発明の他の実施の形態であり、大気中の有害物質であるトルエンを除去するための、空気清浄機の例である。この実施の形態の処理室10Pには、導入流路11は1つのみが設けられており、これには電動機付きファン47が配置されている。円盤状の処理空間Sの一方の壁50は透明な材料で製作されており、太陽光54が処理空間Sに入射されるようになっている。処理空間Sの他方の壁面49には、内側に加熱器51が設けられ、中間部分には光触媒である酸化チタン層52が形成され、さらに外側部分にクーラー53が設けられている。   FIG. 34 shows another embodiment of the present invention, which is an example of an air cleaner for removing toluene which is a harmful substance in the atmosphere. In the processing chamber 10P of this embodiment, only one introduction flow path 11 is provided, and a motor-equipped fan 47 is disposed in this. One wall 50 of the disk-shaped processing space S is made of a transparent material so that sunlight 54 enters the processing space S. On the other wall surface 49 of the processing space S, a heater 51 is provided on the inner side, a titanium oxide layer 52 that is a photocatalyst is formed on an intermediate part, and a cooler 53 is provided on the outer part.

このような構成において、電動機付きファン47によって取り込まれたトルエンを含む空気は、処理空間Sに送り込まれ、外方に向けて流れる。そして、内側部分において加熱器51で化学反応に適した温度まで予熱され、中間部分において太陽光54と触媒の作用、つまり光触媒反応により、トルエンが水と二酸化炭素に分解される。そして、外側部分においてクーラー53で適切な温度に冷却され、導出流路13Bから大気中に排出される。   In such a configuration, the air containing toluene taken in by the motor-equipped fan 47 is sent into the processing space S and flows outward. Then, the heater 51 is preheated to a temperature suitable for the chemical reaction in the inner part, and toluene is decomposed into water and carbon dioxide by the action of sunlight 54 and the catalyst, that is, the photocatalytic reaction, in the intermediate part. And it cools to suitable temperature with the cooler 53 in an outer side part, and is discharged | emitted in air | atmosphere from the derived | lead-out flow path 13B.

なお、この実施の形態では、太陽光を用いているが専用のランプを用いても良い。また壁面50を光反射性の材料に変え、壁面50の処理空間Sに面した内側に直接ランプを取り付けても良い。また、処理空間Sの構成については、図24ないし図28の適宜の構成を採用することができる。   In this embodiment, sunlight is used, but a dedicated lamp may be used. Alternatively, the wall surface 50 may be changed to a light reflective material, and the lamp may be directly attached to the inside of the wall surface 50 facing the processing space S. Further, as the configuration of the processing space S, an appropriate configuration shown in FIGS. 24 to 28 can be adopted.

図35は、本発明の他の実施の形態であり、混合しにくい2つの流体を混合させる混合装置である。この実施の形態の処理室10Qには、処理空間Sの周方向に均等に、超音波発振素子56を設置している。処理空間Sの構成については、図25ないし図26の適宜の構成を採用することができる。   FIG. 35 shows another embodiment of the present invention, which is a mixing device that mixes two fluids that are difficult to mix. In the processing chamber 10Q of this embodiment, the ultrasonic oscillation elements 56 are installed evenly in the circumferential direction of the processing space S. As the configuration of the processing space S, an appropriate configuration shown in FIGS. 25 to 26 can be adopted.

例えば、水と油のような物質は分子拡散だけでは混合が進行しない。この装置では、処理室10Qに超音波発振素子56を設置し、処理空間S内部の2流体に超音波を照射することにより、水と油のような混合しにくい流体においても、混合が促進される。処理空間Sの中心部から半径方向外側にいくにつれて流速が低下するので、径方向外側の位置に超音波発振素子を設置すると、超音波に暴露される有効時間も大となり、混合効果が大きい。

For example, substances such as water and oil cannot be mixed by molecular diffusion alone. In this apparatus, by installing the ultrasonic oscillation element 56 in the processing chamber 10Q and irradiating two fluids in the processing space S with ultrasonic waves, mixing is promoted even in fluids that are difficult to mix such as water and oil. The Since the flow velocity decreases from the center of the processing space S toward the outer side in the radial direction, if the ultrasonic oscillation element is installed at a position on the outer side in the radial direction, the effective time of exposure to the ultrasonic wave increases, and the mixing effect is large.

Claims (38)

混合流路とこれに接続する複数の流入路を有し、少なくとも2種の流体がそれぞれ複数の流入路から混合流路へ導入されて流体の混合が行われる流体混合器であって、
前記混合流路には、流れ方向で前記複数の流入路が所定間隔で接続されることにより複数の流路接続部が設けられ、且つ隣り合う流路接続部で異なる種類の流体が導入されるように配管されていることを特徴とする流体混合器。
A fluid mixer having a mixing channel and a plurality of inflow channels connected to the mixing channel, wherein at least two kinds of fluids are respectively introduced into the mixing channel from the plurality of inflow channels, and the fluid is mixed;
The mixing channel is provided with a plurality of channel connecting portions by connecting the plurality of inflow channels at a predetermined interval in the flow direction, and different types of fluids are introduced at adjacent channel connecting portions. A fluid mixer characterized in that the pipe is piped like this.
前記複数の流入路が、混合流路に対して対称に配列されていることを特徴とする、請求項1に記載の流体混合器。 The fluid mixer according to claim 1, wherein the plurality of inflow channels are arranged symmetrically with respect to the mixing channel. 前記複数の流入路が、混合流路と略同一面上に配列され、前記流路接続部の各々では同じ種類の流体を導入するための少なくとも2つの流入路が混合流路に対しその両側から接続していることを特徴とする、請求項1または2に記載の流体混合器。 The plurality of inflow paths are arranged on substantially the same plane as the mixing flow path, and at least two inflow paths for introducing the same kind of fluid from each of the flow path connecting portions from both sides of the mixing flow path The fluid mixer according to claim 1, wherein the fluid mixer is connected. 前記複数の流入路の各流路長を、混合流路の下流側へ位置するものほど長くしたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の流体混合器。 The fluid mixer according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the plurality of inflow passages has a length that is longer toward a downstream side of the mixing passage. 前記複数の流入路の各断面積を、混合流路の下流側へ位置するものほど小さくしたことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流体混合器。 The fluid mixer according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the plurality of inflow passages has a smaller cross-sectional area as it is located downstream of the mixing passage. 前記複数の流入路内に、混合流路の下流側へ位置する流入路ほど流体損失が大きくなるように抵抗体を設けたことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の流体混合器。 6. The resistor according to claim 1, wherein a resistor is provided in the plurality of inflow passages such that the fluid loss increases as the inflow passage is located downstream of the mixing passage. Fluid mixer. 多層構造の流体混合器であって、少なくとも1枚の層上に混合流路とこれに接続する複数の流入路が設けられ、その上層および/または下層に少なくとも2種の流体をそれぞれ有する供給槽が設けられ、且つ該供給槽と前記流入路とを連通させる縦穴を設けることにより所定の供給槽から各流入路に流体が供給されるように構成したことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の流体混合器。 A fluid mixer having a multilayer structure, wherein a supply tank having a mixing channel and a plurality of inflow channels connected to the mixing channel on at least one layer and having at least two kinds of fluids in the upper layer and / or the lower layer, respectively And a fluid is supplied from a predetermined supply tank to each inflow path by providing a vertical hole for communicating the supply tank and the inflow path. The fluid mixer according to any one of the above. 前記縦穴の径を、混合流路の下流側へ位置するものほど小さくしたことを特徴とする、請求項7に記載の流体混合器。 8. The fluid mixer according to claim 7, wherein the diameter of the vertical hole is made smaller toward the downstream side of the mixing channel. 同種の流体を供給するための供給槽を、異なる背圧で送液可能な部分に分割して配置し、混合流路の下流側へ位置するものほど背圧が低くなるように設定可能であること特徴とする、請求項7に記載の流体混合器。 The supply tank for supplying the same kind of fluid can be divided into portions that can be fed with different back pressures, and the back pressure can be set to be lower as it is located downstream of the mixing channel. The fluid mixer according to claim 7. 前記複数の流入路近傍の温度を制御できる構成とし、混合流路の上流側へ位置するものほど温度が高くなるように設定可能であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の流体混合器。 The temperature in the vicinity of the plurality of inflow paths can be controlled, and the temperature can be set higher as the temperature is higher on the upstream side of the mixing flow path. The fluid mixer according to item. 前記混合流路の深さを、その下流側に位置する部分ほど深くしたことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の流体混合器。 The fluid mixer according to any one of claims 1 to 10, wherein the depth of the mixing channel is made deeper in a portion located on the downstream side thereof. 流路接続部を有する範囲から下流部分での混合流路の断面積を、その上流部分での断面積よりも小さくしたことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の流体混合器。 The cross-sectional area of the mixing flow path in the downstream portion from the range having the flow path connecting portion is made smaller than the cross-sectional area in the upstream portion thereof, according to any one of claims 1 to 11, Fluid mixer. 流路接続部を有する範囲から下流部分にある混合流路が蛇行していることを特徴とする、請求項1〜12に記載の流体混合器。 The fluid mixer according to any one of claims 1 to 12, wherein the mixing channel in the downstream portion meanders from the range having the channel connecting portion. 1または複数の流体に対して所定の処理を行う処理器であって、
円盤状の処理空間を形成する処理室と、
前記処理室に前記流体を導入する導入流路と、
前記処理室から前記流体を導出する導出流路とを備え、
前記流体が前記処理室内を半径方向に流れる間に前記所定の処理が行われることを特徴とする処理器。
A processor that performs a predetermined process on one or more fluids,
A processing chamber forming a disk-shaped processing space;
An introduction flow path for introducing the fluid into the processing chamber;
A lead-out flow path for leading the fluid from the processing chamber,
The processing device, wherein the predetermined processing is performed while the fluid flows in a radial direction in the processing chamber.
前記導入流路が前記処理空間の中央側に設けられ、前記導出流路が前記処理空間の外周側に設けられていることを特徴とする請求項14に記載の処理器。 The processor according to claim 14, wherein the introduction channel is provided on a central side of the processing space, and the outlet channel is provided on an outer peripheral side of the processing space. 前記導出流路が前記処理空間の中央側に設けられ、前記導入流路が前記処理空間の外周側に設けられていることを特徴とする請求項14に記載の処理器。 The processor according to claim 14, wherein the outlet channel is provided on a central side of the processing space, and the introduction channel is provided on an outer peripheral side of the processing space. 前記導入流路が複数設けられており、これらの導入流路から異なる流体を導入することを特徴とする請求項14ないし請求項16のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 16, wherein a plurality of the introduction channels are provided, and different fluids are introduced from these introduction channels. 前記複数の導入流路が同軸に設けられていることを特徴とする請求項17に記載の処理器。 The processor according to claim 17, wherein the plurality of introduction flow paths are provided coaxially. 前記処理空間を厚さ方向に分割する分割板が設けられ、この分割板により区画された2つの処理空間は、該分割板の縁部近傍で合流するようになっていることを特徴とする請求項14ないし請求項18のいずれかに記載の処理器。 A dividing plate that divides the processing space in a thickness direction is provided, and two processing spaces partitioned by the dividing plate are joined in the vicinity of an edge of the dividing plate. Item 19. The processor according to any one of items 14 to 18. 前記導出流路が複数設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項19のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 19, wherein a plurality of the outlet channels are provided. 前記複数の導出流路が周方向に配置されていることを特徴とする請求項20に記載の処理器。 The processing device according to claim 20, wherein the plurality of outlet channels are arranged in a circumferential direction. 前記導出流路が前記処理室の接線方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項21のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 21, wherein the outlet channel is provided along a tangential direction of the processing chamber. 前記処理空間は、径方向に厚みの分布が形成されていることを特徴とする請求項14ないし請求項22のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 22, wherein the processing space has a thickness distribution formed in a radial direction. 前記処理空間の内部に径方向に延びる区画部材が設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項23のいずれかに記載の処理器。 The processing device according to any one of claims 14 to 23, wherein a partition member extending in a radial direction is provided inside the processing space. 前記区画部材は、前記処理空間を螺旋状に区画するように設けられていることを特徴とする請求項24に記載の処理器。 The processing device according to claim 24, wherein the partition member is provided so as to partition the processing space in a spiral shape. 前記処理空間の内部に触媒が設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項25のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 25, wherein a catalyst is provided in the processing space. 前記処理空間の内部の流体に電磁波を照射する手段が設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項26のいずれかに記載の処理器。 27. The processor according to claim 14, further comprising means for irradiating electromagnetic waves to a fluid inside the processing space. 前記処理空間の内部の流体を加熱または冷却する手段が設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項27のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 27, wherein means for heating or cooling a fluid inside the processing space is provided. 前記処理空間の内部の流体を振動または超音波振動させる手段が設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項28のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 28, further comprising means for vibrating or ultrasonically vibrating a fluid inside the processing space. 前記処理空間の内部に、流体の物理的又は化学的な特性値を測定する手段が設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項29のいずれかに記載の処理器。 30. The processor according to any one of claims 14 to 29, wherein means for measuring a physical or chemical characteristic value of a fluid is provided inside the processing space. 前記処理空間が複数設けられ、前記流体がこれらに順次流れるようになっていることを特徴とする請求項14ないし請求項30のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 14 to 30, wherein a plurality of the processing spaces are provided, and the fluid sequentially flows through them. 互いに隣接する前記処理空間において、流体が径方向において交互に逆向きに流れることを特徴とする請求項31に記載の処理器。 32. The processor according to claim 31, wherein in the processing spaces adjacent to each other, the fluid alternately flows in the opposite directions in the radial direction. 前記第2の処理空間の中心部に導出流路が設けられていることを特徴とする請求項14ないし請求項32のいずれかに記載の処理器。 The processing device according to any one of claims 14 to 32, wherein a lead-out flow path is provided in a central portion of the second processing space. 前記第1及び第2の処理空間を同軸に多段に接続したことを特徴とする請求項31ないし請求項33のいずれかに記載の処理器。 The processor according to any one of claims 31 to 33, wherein the first and second processing spaces are coaxially connected in multiple stages. 前記導入流路の相当直径が1cm以下、前記処理空間の直径が10cm以下、前記処理空間の厚みが1cm以下であることを特徴とする請求項14ないし請求項34のいずれかに記載の処理器。 35. The processing device according to claim 14, wherein the introduction channel has an equivalent diameter of 1 cm or less, a diameter of the processing space of 10 cm or less, and a thickness of the processing space of 1 cm or less. . 前記処理空間の厚みが1mm以下であることを特徴とする請求項14ないし請求項35のいずれかに記載の処理器。 36. The processing device according to claim 14, wherein the processing space has a thickness of 1 mm or less. 1または複数の流体を円盤状の処理空間を形成する処理室に導入し、前記流体が前記処理室内を半径方向に流れる間に前記1または複数の流体に対して混合および/または化学反応を行なうことを特徴とする処理方法。 One or more fluids are introduced into a processing chamber forming a disc-shaped processing space, and mixing and / or chemical reaction is performed on the one or more fluids while the fluid flows in the radial direction in the processing chamber. A processing method characterized by the above. 圧力、流速、温度、pH等の内一つあるいは複数を計測する機能を用い、実時間で混合状況、化学反応状況を計測し、この状況を負帰還させて、流入される流体の圧力、流速、温度、pH、濃度等を変更することにより、最適な混合および/または化学反応を行うことを特徴とする請求項37に記載の処理方法。

Using the function to measure one or more of pressure, flow velocity, temperature, pH, etc., measure the mixing situation and chemical reaction situation in real time, and negatively feed back this situation to the pressure and flow velocity of the inflowing fluid 38. The processing method according to claim 37, wherein optimal mixing and / or chemical reaction is performed by changing temperature, pH, concentration and the like.

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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1854536A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-14 Corning Incorporated High throughput thermally tempered microreactor devices and methods
US9440207B2 (en) 2007-09-18 2016-09-13 Indiana University Research And Technology Corporation Compact microfluidic structures for manipulating fluids
KR101324405B1 (en) * 2010-06-28 2013-11-01 디아이씨 가부시끼가이샤 Micro mixer
EP2623191A1 (en) * 2010-09-30 2013-08-07 DIC Corporation Micromixer
CN103328092B (en) 2011-01-13 2017-06-13 DPx控股有限公司 Vibration fluid micro-reactor
JP5747774B2 (en) * 2011-10-03 2015-07-15 信越化学工業株式会社 Method for producing silicone resin using microreactor
FR3045404B1 (en) * 2015-12-17 2021-06-11 Univ Nantes DEVICE AND METHOD FOR CARRYING OUT A CONTINUOUS EMULSION OF TWO IMMISCIBLE LIQUIDS
JP2022159960A (en) * 2021-04-05 2022-10-18 Ckd株式会社 Micro-mixer
JP2022159961A (en) * 2021-04-05 2022-10-18 Ckd株式会社 Piping-welded structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001165939A (en) * 1999-12-10 2001-06-22 Asahi Kasei Corp Capillary analyzer
JP2001259392A (en) * 2000-03-24 2001-09-25 Shimadzu Corp Liquid mixer
JP2002045666A (en) * 2000-08-07 2002-02-12 Shimadzu Corp Liquid mixer
JP2003294596A (en) * 2002-03-29 2003-10-15 Asahi Kasei Corp Mixing mechanism
JP2004148235A (en) * 2002-10-31 2004-05-27 Shimadzu Corp Microfluid mixer

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5887977A (en) * 1997-09-30 1999-03-30 Uniflows Co., Ltd. Stationary in-line mixer
DE69939397D1 (en) * 1998-10-26 2008-10-02 Matrix Global Technology Ltd MIXER BODY FOR STATIONARY MIXERS
JP3968929B2 (en) * 1999-10-21 2007-08-29 株式会社島津製作所 Liquid mixer
DE10042746A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-28 Degussa Method and device for carrying out reactions in a reactor with slit-shaped reaction spaces
JP2002236131A (en) * 2000-12-08 2002-08-23 Minolta Co Ltd Microchip
DE10109589A1 (en) * 2001-02-28 2002-09-12 Merck Patent Gmbh microreactor
ATE410225T1 (en) * 2001-08-02 2008-10-15 Lg Life Sciences Ltd METHOD FOR PRODUCING AMINO-PROTECTED 4-AMINOMETHYLENE-PYRROLIDINE-3-ONE DERIVATIVES, GEMIFLOXACIN AND SALTS THEREOF
JP2003047839A (en) * 2001-08-06 2003-02-18 Yamatake Corp Micro reactor
JP3939556B2 (en) * 2002-01-18 2007-07-04 富士フイルム株式会社 Micro mixer
JP3857194B2 (en) * 2002-07-01 2006-12-13 本田技研工業株式会社 Mixer
JP2005169218A (en) * 2003-12-09 2005-06-30 Tama Tlo Kk Micro-mixer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001165939A (en) * 1999-12-10 2001-06-22 Asahi Kasei Corp Capillary analyzer
JP2001259392A (en) * 2000-03-24 2001-09-25 Shimadzu Corp Liquid mixer
JP2002045666A (en) * 2000-08-07 2002-02-12 Shimadzu Corp Liquid mixer
JP2003294596A (en) * 2002-03-29 2003-10-15 Asahi Kasei Corp Mixing mechanism
JP2004148235A (en) * 2002-10-31 2004-05-27 Shimadzu Corp Microfluid mixer

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