KR101813724B1 - 모듈식 반응기 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 특징으로서 본 발명은 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템 및 반응기에 관한 것으로서, 각각의 다중 미소구조체는 제 1 엣지 및 제 2 엣지와 입구면(18)을 포함하고, 입구 포트(22)와 입구면을 통하는 하나 이상의 여러 포트를 포함하며, 상기 입구면(32a, 32b)을 통하는 모든 포트가 표준 패턴으로 제 2 엣지 보다는 제 1 엣지에 보다 가깝게 배치된다. 바람직하게는, 입구 포트(22) 및 출구 포트(24)가 동축이다.
Description
본 발명은 모듈식 미소구조의 반응기 및 반응기 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 유리, 유리-세라믹 및 세라믹 미소유체 장치와 모듈식 반응기를 형성하기 위한 이들 연결 및 상호 연결과 시스템에 관한 것이다.
미소구조의 특징부, 더욱 상세하게는 유리, 유리-세라믹 및 세라믹 미소유체 장치(미소구조체)를 포함한 유체 장치가 많은 특허문헌 중, 예를 들면 미국특허 제7,007,709호에 개시되어 있다.
이들 미소구조체는 반응물용 입구 및 출구뿐만 아니라, 전형적으로, 열 유체 입구 및 출구를 제공하기 위해 후방면 또는(및) 전방면에서 드릴가공될 수 있다. 특정 연결 시스템이 이미 기재되어 있다.
이러한 연결 시스템은 프랑스 특허 출원번호 제2 821 657호 및 국제공개번호 WO 2005/107 937에 더욱 상세하게 개시되어 있으며, (이들 특허문헌에) 폴리머 시일을 갖는 다중포트 연결기가 기재되어 있다. 또한 유럽특허출원번호 제1 925 364호(기재된 연결은 암부 및 숫부의 상호작용을 의미함) 및 미국특허출원번호 제2007/280855호(연결기가 상기 특허문헌에서 기계적 수단을 통해(나사, 못(peg) 또는 여러 파스너에 의해) 미소반응기에 고정됨)에 있어서 면 연결이 보장되지만 그러나 기계적 스트레스를 미소구조체 상에 유도한다. 또한 출원인은 특정 연결 시스템을 유럽특허출원번호 제1 854 543호에서 제안하였다. 상기 특정 연결 시스템이 첨부된 종래 기술의 도 1 - 도 5에 도시되어 있다.
도 1에서 단면도로 도시된 바와 같이, EP 1 854 543에 따라, 각각의 입구 및 출구에서의 유체 연결은, 나사산이 형성된 조인트(64)에 발생된 장력을 용이하게 조정하기 위해 파지면 또는 렌치면(62)을 갖는 나사산이 형성된 피팅부(fitting)의 형태로 조정가능한 장력기(60)에 의해 미소구조체(11)의 입구면(18)에 대해 유지되는, 유체 연결기(30)의 0-링 홈(58)에 수용된 0-링(56)에 의해 달성된다. c-클램프(52) 형태의 장력 또는 외력 전달 부재가 일반적으로 미소구조체(11)의 외측면(16)의 양 면(18, 20) 주위에 적어도 부분적으로 도달하여, 패드(66)(전형적으로 탄성 패드)를 O-링(56)과 마주한 면(20)에 가압할 수 있다. 따라서, O-링의 압축에 의한 미소구조체(11) 상의 외력이 바람직한 미소구조체(11) 재료에 유리, 유리-세라믹 및 세라믹으로써 잘 견디는 압축력으로 제한된다.
패드(66)의 대안으로서, 미소구조체(11)의 마주한 면(20)이 도 2의 좌측에 도시된 바와 같이, 어느 한 0-링에 의해 유체 연결기(30)와 접촉될 수 있다. 개별 C-클램프(52)가 O-링 위치 사이에서 발생하는 전단력을 유지하게 된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, C-클램프(52)는 일반적으로 프레임(50)에 고정된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(50)은 이후 미소구조체(11)를 선택적으로 위치시키기 위해 빔(70)을 부가적으로 지지할 수 있는 보다 큰 구조적 지지 프레임(68) 내에 장착된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 보다 큰 모듈식 반응기가 다중 구조적 지지 프레임(68)을 프레임 조립체(72)와 결합함으로써 조립될 수 있다.
도 1 - 도 5에 반영된 유럽 특허출원번호 제1 854 543호의 연결 및 상호연결 시스템이 다용도이지만, 도 3a 및 도 3b에 도시된 2개의 매우 상이한 C-클램프 패턴에서와 같이, 다중 통상적인 부품(custom piece)이나 또는 통상적인 조립체를 필요로 할 수 있다. 따라서, 상호연결부의 가요성 및 간결성을 제공할 수 있는 모듈식 반응기 및 반응기 시스템이 바람직하다.
본 발명은 다중 미소구조체(11a-11j)를 포함한 반응기 및 반응기 시스템(10)을 제공하며, 상기 각각의 미소구조체는 제 1 엣지(26) 및 제 2 엣지(28)와 입구면(18)을 구비하고, 입구 포트(22)와 상기 입구면(18)을 통하는 하나 이상의 여러 포트(32a, 32b, 34a-34d)를 포함한 상태에서 상기 입구면(18)을 통하는 모든 포트가 제 2 엣지(28) 보다 제 1 엣지(26)에 보다 가깝게 표준 패턴으로 배치된다. 바람직하게는, 입구 포트(22) 및 출구 포트(24)가 동심이다.
본 발명의 장점 및 부가적인 특징이 아래 상세한 설명에 설명되어 있고, 당업자에 의해 실시예로부터 파악되거나, 또는 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면과 상세한 설명을 포함하는 본 명세서에 기재된 본 발명을 실시함으로써 파악될 수 있을 것이다.
상기 일반적인 설명과 본 발명의 실시예에 기재된 아래 상세한 설명 모두는 청구된 바와 같은 본 발명의 특징의 전반적인 또는 개략적인 이해를 돕기 위해 제공되었다는 것을 알 수 있을 것이다. 첨부한 도면은 본 발명의 이해를 더욱 돕기 위해 제공되었으며, 본 명세서의 일부를 이루도록 통합되어 있다. 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 것이며 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 설명하기 위해 사용된다.
도 1(종래 기술)은 미소구조체에 대한 유체 연결부의 단면도이다.
도 2(종래 기술)는 도 1에 도시된 타입의 어느 한 실시예의 유체 연결의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b(종래 기술)는 도 1 및 도 2에 도시된 타입의 유체 연결로 사용된 프레임의 개략적인 사시도이다.
도 4(종래 기술)는 도 1 - 도 3의 미소구조체와 프레임으로 사용된 구조적 프레임의 개략적인 사시도이다.
도 5(종래 기술)는 도 4에 도시된 타입의 프레임의 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 프레임에 끼워맞춰진, 본 발명의 일 특징에 따른 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 6c는 본 발명의 하나 이상의 특징에 따라 연결되어 지지된 모듈식 반응기 또는 반응기 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 7은 모든 포트가 하나의 엣지 보다는 다른 하나의 엣지 근방에 위치한 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 8은 모든 포트가 공통의 라인에 있는 상태로서, 모든 포트가 하나의 엣지보다는 다른 하나의 엣지 근방에 더 가깝게 위치한 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 어느 한 실시예의 개략적인 부분 평면도이다.
도 9는 모든 포트가 공통의 라인에 있는 상태로서, 모든 포트가 하나의 엣지 보다는 다른 하나의 엣지 근방에 더 가깝게 위치한 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 어느 한 실시예의 개략적인 부분 평면도이다.
도 10은 다중 미소구조체를 포함한 미소구조체 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 11은 상이한 크기의 미소구조체(11)나 또는 미소구조체 모듈(12)을 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 반응기 시스템의 개략적인 도면이다.
도 12 및 도 13은 입구 포트 및 출구 포트의 상이한 상대 위치를 갖는 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 14는 도 13의 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈로 사용가능한 유체 연결기의 개략적인 사시단면도이다.
도 15a는 도 6c에 도시된 구조적 부재의 일부의 개략적인 평면도이다.
도 15b는 도 15에 도시된 구조적 부재의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 16은 연결 지지 구조체의 위쪽 사시도이다.
도 17은 도 16의 연결 지지 구조체의 아래쪽 사시도이다.
도 18은 상이한 크기의 미소구조체(11) 또는 미소구조체 모듈(12)을 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 어느 한 반응기 시스템의 개략적인 도면이다.
도 19는 어느 한 연결 지지 구조체의 개략적인 위쪽 사시도이다.
도 20은 모듈식 반응기 또는 반응기 시스템의 어느 한 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 21은 모듈식 반응기 또는 반응기 시스템의 어느 한 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 2(종래 기술)는 도 1에 도시된 타입의 어느 한 실시예의 유체 연결의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b(종래 기술)는 도 1 및 도 2에 도시된 타입의 유체 연결로 사용된 프레임의 개략적인 사시도이다.
도 4(종래 기술)는 도 1 - 도 3의 미소구조체와 프레임으로 사용된 구조적 프레임의 개략적인 사시도이다.
도 5(종래 기술)는 도 4에 도시된 타입의 프레임의 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 프레임에 끼워맞춰진, 본 발명의 일 특징에 따른 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 6c는 본 발명의 하나 이상의 특징에 따라 연결되어 지지된 모듈식 반응기 또는 반응기 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 7은 모든 포트가 하나의 엣지 보다는 다른 하나의 엣지 근방에 위치한 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 8은 모든 포트가 공통의 라인에 있는 상태로서, 모든 포트가 하나의 엣지보다는 다른 하나의 엣지 근방에 더 가깝게 위치한 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 어느 한 실시예의 개략적인 부분 평면도이다.
도 9는 모든 포트가 공통의 라인에 있는 상태로서, 모든 포트가 하나의 엣지 보다는 다른 하나의 엣지 근방에 더 가깝게 위치한 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 어느 한 실시예의 개략적인 부분 평면도이다.
도 10은 다중 미소구조체를 포함한 미소구조체 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 11은 상이한 크기의 미소구조체(11)나 또는 미소구조체 모듈(12)을 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 반응기 시스템의 개략적인 도면이다.
도 12 및 도 13은 입구 포트 및 출구 포트의 상이한 상대 위치를 갖는 미소구조체 또는 미소구조체 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 14는 도 13의 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈로 사용가능한 유체 연결기의 개략적인 사시단면도이다.
도 15a는 도 6c에 도시된 구조적 부재의 일부의 개략적인 평면도이다.
도 15b는 도 15에 도시된 구조적 부재의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 16은 연결 지지 구조체의 위쪽 사시도이다.
도 17은 도 16의 연결 지지 구조체의 아래쪽 사시도이다.
도 18은 상이한 크기의 미소구조체(11) 또는 미소구조체 모듈(12)을 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 어느 한 반응기 시스템의 개략적인 도면이다.
도 19는 어느 한 연결 지지 구조체의 개략적인 위쪽 사시도이다.
도 20은 모듈식 반응기 또는 반응기 시스템의 어느 한 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 21은 모듈식 반응기 또는 반응기 시스템의 어느 한 실시예의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 아래 상세하게 기재되어 있고 이들 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 설명되어 있다. 가능하다면, 동일한 부재번호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지시하도록 도면에 사용되어 있다.
본 특허문헌에 있어서, "미소구조체"는 수 밀리미터 내지 1밀리미터 이하 범위의 특징적인 단면 치수의 내부 통로를 갖는 미소유체 장치를 의미한다. 미소구조체는 예를 들면, 본 명세서에 개시된 방법이나 다른 방법을 사용해 만들어진, "A Microfluidic Device and Manufacture Thereof"를 발명의 명칭으로 하는 미국특허 제7,007,709호에 개시된 것과 유사하며 이를 포함하는 장치를 포함한다. "반응기"는 화학적 공정이나 물리적 공정 또는 이들의 조합된 공정을 실행하기 위한 장치를 의미하며, 상기 장치는 상기 특허문헌에 개시된 바와 같이, 유체 연통을 위해 연결된 2개 이상의 미소구조체를 포함한다. "미소구조체 모듈"은 단일의 미소구조체나 또는 스택이나 여러 폐쇄 구성으로 유체 및 기계적으로 함께 연결된 2개 이상의 미소구조체를 의미한다.
도 1 - 도 5(종래 기술)가 상기 기재되어 있다.
도 6a는 개략적인 사시도이고 도 6b는 프레임(50) 내에 끼워맞춰진, 본 발명의 일 특징에 따른 미소 구조체(11)나 또는 미소구조체 모듈(12)의 사시도이다. 각각의 도면에 있어서 미소구조체(11)나 또는 미소구조체 모듈은 적어도 제 1 내부 유체 통로(도 12 및 도 13과 관련하여 아래 기재되고 도시되지는 않음)를 포함한다. 각각의 미소구조체(11)나 또는 미소구조체 모듈(12)은 입구면(18)과 상기 입구면(18) 반대쪽 출구면(20)으로 이루어진 외측면(16)을 포함한다. 각각의 미소구조체(11) 또는 미소구조체 모듈(12)은 또한 상기 미소구조체(11)나 상기 미소구조체 모듈(12)의 입구면(18)을 통해 제 1 내부 유체 통로로 뻗어있는 입구 포트(22)와, 출구면(20)을 통해 상기 제 1 내부 유체 통로로부터 뻗어있는 출구 포트(24)를 구비한다. 각각의 미소구조체(11) 또는 미소구조체 모듈(12)은 또한 제 1 엣지(26)와 상기 제 1 엣지(26) 반대쪽 제 2 엣지(28)를 구비하며, 상기 제 1 및 제 2 엣지(26, 28)는 입구면(18)으로부터 출구면(20) 까지 뻗어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 각각의 미소구조체(11)에 대해, 열 제어 유체에 일반적으로 사용되는 포트(32a 및 32b)와 같은 입구면(18)을 통해 뻗어있는 입구 포트 및 하나 이상의 여러 포트(34a-34d)가 제 2 엣지(28) 보다는 제 1 엣지(26)에 보다 가깝게 표준 패턴으로 배치되고, 입구 포트(22) 및 출구 포트(24)가 동심이다. 표준 패턴은 제 1 엣지(26)로부터의 설정 거리에 있는 선인 것이 바람직하다. 바람직하게도, 이러한 라인의 길이는 5 내지 30 mm이고, 2 포트 내지 10 포트를 어느 곳에서나 포함한다. 모든 포트의 직경의 크기는 바람직하게는 1 내지 10 mm 이거나, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 5 mm이며, 열 유체 포트의 크기 범위는 바람직하게는 2 내지 5 mm 이고 더욱 바람직하게는 3 내지 5 mm이다.
미소구조체(11)의 제 1 엣지(26) 쪽에서 본 정면도인 도 6b에서 특히 보여지는 바와 같이, 하나의 엣지(제 1 엣지(26)) 근처의 모든 포트(22, 32a 및 32b)에 의해 미소구조체 또는 미소구조체 모듈(11, 12)으로의 유체 연결이 이용가능하다. 이러한 하나의 엣지(26)로부터, 모든 유체 연결기(30)가 나사(74) 뿐만 아니라 직접적으로 이용가능하며 이 나사에 의해 관련된 C-클램프가 프레임(50)에 고정된다. 아래 설명된 바와 같이, 나사 헤드(76)가 또한 도 6b에 보여지며, 나사 헤드가 프레임을 연장 구성된 지지 부재(40) 상에 지지하도록 상호작동한다.
도 6c는 모듈식 반응기 또는 반응기 시스템의 개략적인 사시도이며, 상기 도면에 이러한 연장 구성된 지지 부재(40)가 도시되어 있고, 각각의 수개의 미소구조체 또는 미소구조체 모듈(11a-11j, 12a-12j)이 연장 구성된 지지 부재(40)의 긴 방향의 방향에 평행하고 상기 연장 구성된 지지 부재(40)의 긴 방향에 수직한 적어도 2개의 선형 변위 자유도(44, 46)로 조정가능한 각각의 연결 지지 구조체(42)에 의해 연장 구성된 지지 부재(40)에 독립적으로 지지된다. 이러한 배치는 조립을 용이하게 하고, 미소구조체 또는 미소구조체 모듈(11a-11j, 12a-12j)의 개별 교체를 용이하게 한다.
연장된 지지 부재의 유무에 상관없이 유용한 본 발명의 여러 유리한 특징이 또한 도 6에 도시되어 있다. 예를 들면, 도 6의 모듈식 반응기나 또는 반응기 시스템(10)에 있어서, 수개의 미소구조체 또는 미소구조체 모듈(11a-j 및 12a-j)은 단일의 열로 연결되어, 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 미소구조체 모듈(12a-12c, 예를 들면)이 유체 연통을 위해 하나로부터 다음으로 순차로 각각 유체연통 된다. 각각의 제 1, 제 2 및 제 3 모듈이 또한 (도시된) 적어도 제 1 내부 유체 통로(14), 그리고 입구면(18)과 상기 입구면(18)의 반대쪽 출구면(20)을 포함한 외측면(16)을 포함하며, 입구 포트(22)는 미소구조체(11a-11c)나 또는 모듈(12a-12c)의 입구면(18)을 통해 제 1 내부 유체 통로(14)로 뻗어있고, 출구 포트(24)는 제 1 내부 유체 통로(14)로부터 출구면(20)을 통해 뻗어있다. 제 1 엣지(26)와 상기 제 1 엣지의 반대쪽 제 2 엣지(28)가 도면에 표시되어 있고, 제 1 및 제 2 엣지(26, 28)가 입구면(18)으로부터 출구면(20)까지 뻗어있다.
각각의 제 1, 제 2 및 제 3 모듈(12a-12c)이나 또는 미소구조체(11a-11c)에 대해, 입구 포트(22) 및 출구 포트(24)가 제 2 엣지(28) 보다 모듈(12a-12c)의 제 1 엣지(26)에 보다 가깝게 위치되고, 그리고 제 1 모듈(12a)의 출구 포트(24)가 제 2 모듈(12b)의 입구 포트(22)와 동축이거나 또는 특정 거리로 오프셋된 상태에서 제 1 모듈(12a)의 출구면(20)이 제 2 모듈(12b)의 입구면(18)과 마주한다는 점에서 특별한 장점이 된다. 이와 유사하게, 제 2 모듈(12b)의 출구면(20)이 제 3 모듈(12c)의 입구 포트(22)와 동축이거나 또는 동일한 특정 거리로 오프셋된 상태에서, 상기 제 2 모듈(12b)의 출구면(20)이 제 3 모듈(12c)의 입구면(18)과 마주한다. 제 1, 제 2 및 제 3 모듈(12a-12c)의 제 1 엣지(26)가 정렬되고, 제 1 유체 연결기(30a)가 제 1 모듈(12a)의 출구 포트(24)로부터 제 2 모듈(12b)의 입구 포트(22)까지 뻗어있고, 제 2 유체 연결기(30b)는 제 2 모듈(12b)의 출구 포트(24)로부터 제 3 모듈(12c)의 입구 포트(22)까지 뻗어있다.
이러한 구성은 한 쪽으로부터 잘 접근가능하고 표준화된 유체 연결기(30)를 사용해 열(row)로 많은 유체 연결을 가능하게 한다. 제 1 모듈(12a)의 출구 포트(24)가 제 2 모듈의 입구 포트(22)와 동심인 경우, 도 12에서 단면도로 개략적으로 도시된 것과 같은 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈(11, 12)이 바람직하게 사용된다. 여기서, 모듈의 입구면(18)을 통하는 입구 포트(22)가 3개의 층의 중앙에 주로 유지되는 제 1 유체 경로(14)와 결합된다. 열 제어 유체에 유용한 제 2 유체 경로(36)가 외부 층의 잔여부에서 발견된다. 도 6a에서 처럼 제 1 엣지가 정렬된 상태에서, 그리고 또한 상기 제 1 엣지에 인접한 엣지가 정렬된 상태에서, 출구 포트(24)는 입구 포트(22)에 대해 직접적으로 정렬되거나 또는 동심이 된다. 이러한 구성에 의해 간단하고, 직접적이고, 직선형인 유체 연결기(30)가 각각의 모듈(12) 사이에 사용될 수 있게 된다.
제 1 모듈(12a)의 출구 포트(24)가 제 2 모듈의 입구 포트(22)로부터 특정 거리 오프셋 되는 경우에, 도 13에서 단면도로 개략적으로 도시된 것과 같은 미소구조체나 미소구조체 모듈(11, 12)이 바람직하게 사용된다. 여기서, 도 12의 실시예에서와 같이, 입구 포트(22) 및 출구 포트(24)에 필요한 내부 볼륨 사이의 충돌 없이, 모듈의 입구면(18)을 통과하는 입구 포트(22)가 3개의 층의 중심에 더욱 용이하게 위치할 수 있는 제 1 유체 경로(14)와 결합한다. 도 13의 실시예에 있어서, 도 12에서와 같이, 열 제어 유체에 유용한 제 2 유체 경로(36)가 제 1 유체 경로(14)에 의해 사용되지 않는 외부 층의 일부에서 발견된다. 제 1 엣지(26)가 도 6a에서 처럼 정렬된 상태에서, 그리고 또한 제 1 엣지(26)에 인접한 엣지가 정렬된 상태에서, 출구 포트(24)가 입구 포트(22)와 정렬되지만 특정 거리(54) 만큼 오프셋된다. 이러한 동일량의 유체 경로 병진, 특정 거리(54)가 도 14에서 개략적인 사시 단면도로 도시된, 선택적인 유체 연결기(30)로 만들어진다. 따라서, 특정 거리(54)의 오프셋이 유지되는 동안, 도 14의 연결기(30)는 직접적인, 직선형 유체 연결기(30)가 각각의 연속의 모듈(12) 사이에서 사용될 수 있게 한다.
포트(22, 32a, 32b, 34a-34d)의 현재의 여러 바람직한 배치가 도 7 - 도 9에 도시되어 있다. 도 12와 관련하여 설명된 바와 같이, 도 7에서 개략적인 사시도로 도시된, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예에 있어서, (제 1 유체 경로(14)에 대해) 입구 포트(22)(작은 원으로 도시됨) 및 출구 포트(24)(큰 검은 원으로 도시됨)가 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈(11, 12)의 양 면(18, 20)에서 바람직하게 동축이다. 제 2 유체 경로용 입구 및 출구 포트(32a, 32b)가 동일한 면에, 즉 모듈(12)의 전방면(18)(도면에서 후방과 마주한 면)에 있는 것이 바람직하다. 모든 포트(22, 24, 32a, 및 32b)가 바람직하게도 제 2 엣지(28) 보다 제 1 엣지(26)로 지시된 하나의 엣지에 보다 가깝게 위치된다. 바람직하게도 포트가 가능하다면, 엣지(28) 보다 엣지(26)에 2배 또는 3배 더 가깝게 상당히 근접한다.
도 8은 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈(11, 12)의 어느 한 실시예의 개략적인 부분 평면도로서, 이 경우 입구면(18)이 전면을 향하고, 다른 하나의 엣지 보다는 하나의 엣지(제 1 엣지(26))에 보다 가깝게 모든 포트를 구비하지만, 이러한 경우에 있어서 모든 포트가 공통의 라인(28) 상의 특정 패턴을 취한다. (라인(38)이 물리적인 구조일 필요는 없으며, 단지 외형적으로만 필요하다.) 도 7에 이미 도시되고 설명된 포트와 관련하여, 도 8의 실시예에서 부가적인 입구 포트(34a)가 제 1 내부 유체 통로(14)(도시 생략)에 부가된다. 선택적으로, 미소구조체를 통과해 연직하는 직선과 달리 모듈의 내부의 임의의 통로에 들어가지 않으면서, 포트(34a)가 모듈이나 또는 미소구조체를 직접적으로 통과하는 관통-포트일 수 있다.
도 9는 도 8과 유사하지만, 제 1 내부 유체 통로(도시 생략)에 대해 다중 부가적인 입구 포트(34a-34d)를 갖는 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈(11, 12)의 어느 한 실시예의 개략적인 부분 평면도이다. 어느 한 실시예에 있어서, 포트가 표준 분포로 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 하나의 표준 분포가 도 8 및 도 9의 실시예에서의 공통의 포트로 도시된 것이다. 도 9의 부가적인 포트가 동일선 상에 있지만, 도 8의 모듈 상의 위치에 대응하는 포트의 위치를 변경시키지 않는다. 표준 분포는 미소구조체 또는 모듈의 일 단부나 양 단부에서 그룹을 이루거나, 또는 제 1 엣지를 따라 어느 정도 균일하게 펼쳐질 수 있다. 통로(14)로부터 출구면(20)을 통하는 하나 이상의 부가적인 출구 포트(도시 생략)가 또한 필요한 경우 사용될 수 있다.
상기 기재한 바와 같이, 미소구조체 모듈은 하나 또는 다중 미소구조체일 수 있으며, 이 경우 다중 미소구조체는 스택 또는 여러 폐쇄 구성으로 유체 및 기계적으로 함께 연결된다. 도 10은 다중 미소구조체(11a-11e)를 포함한 이러한 미소구조체 모듈(12)의 개략적인 단면도이다. 모듈(12)은 미소구조체(11a-11e)의 유체 접근을 가능하게 하는 포트(32a, 32b, 22, 24)를 포함한다. 미소구조체(11a-11e)는 개스킷이나 또는 보다 영구적인 수단을 포함한, 임의의 적당한 수단에 의해 기계적으로 그리고 유체적으로 함께 연결되어 시일될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 미소구조체(11a)의 입구면 표면은 이후 모듈(12)의 입구면(18)이 되는 한편, 이와 유사하게 최종 미소구조체(11d)의 출구면은 모듈(12)의 출구면(20)이 된다.
도 11은 상이한 크기의 미소구조체 모듈(12)이나 또는 미소구조체(11)를 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 반응기 시스템의 개략적인 도면이다. 상이한 크기의 프레임(50)이 동일한 압축 구성된 지지 부재(40)에 달려있다. 이러한 실시예에 있어서, 화살표로 지시된 바와 같이, 입구 포트 및 출구 포트가 시스템(10)에 함께 배치된 모듈/미소구조체(12/11)의 상이한 길이 및/또는 폭에도 불구하고 집중적으로 정렬된다.
도 15a는 도 6c에 도시된 지지 부재(40)의 연장 구성된 지지 부재의 일부의 평면도이고, 도 15b는 상기 지지 부재의 단면도이다. 이들 실시예에 있어서, 지지 부재(40)가 압출된 금속 레일(41)의 형태를 취한다. 개별 연결 지지 구조체(42)에 의해 긴 레일(41)과 연결된, 3개의 직교한 압출된 레일 부(45)가 레일(41)의 도시된 부분에 장착된다.
도 16은 연결 지지 구조체(42)의 개략적인 위쪽 사시도이며, 도 17은 도 16의 연결 지지 구조체(42)의 아래쪽 사시도이다. 사용 중, 구조체(42)가 관련된 직교 레일 부와 단단하게 고정된 상태에서, 하부 레일-결합 부재(49)가 관련된 직교 레일(45)의 중앙 오목부와 정렬된다. 구조체(42)의 상부에서, 나사 헤드(도시 생략)가 긴 압출된 레일(41)의 채널 내에 수용되도록 돌출되어, 레일(41)의 길이부를 따라 자유롭게 이동하는 고정 부착부를 제공한다. 따라서, 연장 구성된 지지 부재(40)의 길이에 평행한 선형 변위 자유도(44)나 또는 방향으로의 자유로운 이동이 가능하게 된다(도 6에서 화살표로 표시된 방향 참조). 대형의 상부 레일 결합 부재가 레일(41)의 하측의 중앙 슬롯과 정렬되고 상기 중앙 슬롯으로 상향 뻗어있으며, 결합 방지에 도움이 된다.
도 18은 상이한 크기의 미소구조체 모듈(12)이나 또는 미소구조체(11)를 사용하는 본 발명의 어느 한 실시예에 따른 어느 한 반응기 시스템의 개략적인 도면이다. 화살표로 지시된 바와 같이, 집중적으로 정렬된 입구 포트 및 출구 포트가 미소구조체(12, 11)나 또는 모듈의 제 1 엣지(26)의 중앙에 있다. 따라서 상이한 크기의 프레임(50)이 도시된 바와 같이, 동일한 연장 구성된 지지 부재(40)에 달려있지만 높이가 상이하다. 상이한 높이가 구조체(42)의 다양한 수직 단면으로 도 18에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상이한 두께의 연결 지지 구조체(42)에 의해 선택적으로 제공될 수 있다. 도 19의 사시도에 있어서, 높이가 높아진 일 실시예의 구조체(42)가 도시되었다.
물론 압출된 레일(41) 이외의 지지 부재(40)가 사용될 수 있다. 하나의 대안이 도 20의 모듈식 반응기 또는 시스템(10)에 도시되어 있고, 여기서 세장형 구성의 지지 부재(40)가 로드(39)의 형태를 취하며, 상기 로드 상에 각각의 연결 지지 구조체(42)의 일부로서 개별 선형 베어링(43)이 지지된다. 이러한 배치는 지지 부재(40)의 길이부에 평행한 방향(44)으로 미소구조체나 또는 미소구조체 모듈을 용이하게 이동시키고 마찰을 감소시킬 수 있다. 또한 이러한 저 마찰 지지부는 반응기 작동 동안에 서로에 대한 프레임(50)의 작은 이동을 가능하게 하여 직선형 유체 연결기(30)의 열 팽창을 조정할 수 있다.
본 발명의 모듈식 반응기와 반응기 시스템에 대해 많은 장점이 있다. 이들 장점 중 일부의 장점은 모든 실시예에 공통이며, 나머지 장점들은 특정 실시예로 한정된다. 이들 대부분은 당업자에 의해 용이하게 파악될 수 있다.
이러한 하나의 장점이 평행하고 실질적으로 동일한 높이로 배치된 2개의 연장 구성된 지지 부재를 포함한 모듈식 반응기나 또는 반응기 시스템의 개략적인 사시도인 도 21과 관련해 알 수 있으며, 각각의 다중 모듈 또는 미소구조체(12, 11)가 현수되어 있다. 특히 이러한 배치의 장점은 모든 모듈이나 또는 미소구조체(12, 11)의 제 1 엣지가 외측을 향한다는 것이다. 따라서, 필요하거나 요구되는 경우, 모듈 또는 미소구조체(12, 11)가 (도면에서의 반응기/시스템(10)의 중앙 아래쪽 위치에서) 함께 매우 근접해 위치되는 한편, 조립자, 기술자, 조작자, 또는 수리공이 유체 연결을 조정하고 유지하며 미소구조체나 또는 모듈(11, 12)을 교체할 수 있도록 접근가능하게 한다. 물론, 복수의 이들 2열이 컴팩트한 반응기 풋프린트(footprint)를 위해, 수직으로 스택될 수 있다.
여러 장점이 포함될 수 있지만 아래 기재된 바와 같이 한정되는 것은 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.
고장수리 및 사용이 더욱 용이하게 된다. 도 6c에서 열로 또는 반응기의 단일 쪽으로 보여지는 모든 입구 및 출구를 구비한 본 발명의 시스템에서 가능한 본 발명의 모듈식 반응기의 간단한 레이아웃은 주어진 반응기가 더욱 용이하게 이해될 수 있다는 것을 의미한다. 고장수리가 단일의 면, 전방면으로부터 행해질 수 있고 반응기의 모든 4개의 면으로 더 이상 접근할 필요가 없다. 반응기의 후면은 유지보수에 아무런 문제없이 벽부에 대해 행해질 수 있다. 이러한 반응기를 후드에 넣는 것은 약간의 제약이 있지만 가능하다.
조립 시간이 감소된다. 모든 미소구조체나 또는 모듈이 동일한 방식으로 장착되기 때문에, 그리고 모든 연결이 동일한 방식으로 실행되기 때문에, 반응기 조립 시간이 상당히 감소된다.
기계적인 구조가 간단해지고 기계적인 복잡도가 감소된다. 모든 미소구조체에 대해 동일한 연결 패턴을 갖는 것은, 작동과 무관하게, 동일한 기계적 경계면이 전반적으로 사용되고(도 4a 및 도 4b에서와 달리) 이에 따라 단독의 기계적인 부품의 갯수가 달성된다는 것을 의미한다.
표준화가 미소구조체 제조에서 향상된다.
모든 상이한 유체 설계에 대한 연결 패턴의 표준화는 상이한 드릴링 패턴의 횟수의 감소를 의미한다. 상이한 미소구조체 설계품의 제조가 이후 더욱 표준화되고 보다 덜 어렵게 된다.
미소구조체 사이의 짧은 직접적인 연결이 달성된다.
제품 출구가 반응물 입구의 전방에 형성된 오프셋으로 또는 집중적으로 위치된다는 사실에 의해 2개의 모듈이나 또는 미소구조체 사이의 짧고 직선형의 연결이 가능하게 된다. 이는 연결을 위해 관을 구부릴 필요성을 없게 하고 다양한 통상적인 피팅의 필요성을 상당히 감소시킨다. 따라서, 용이하게 FDA-인증될 수 있는 재료 만의 사용에 의해 직선형 짧은 연결(미소구조체나 또는 모듈 사이의 상호연결)을 용이하게 만들 수 있다. 예를 들면, 연결기(30)나 또는 상기 연결기(30)의 모든 유체-접촉부가 PTFE나 또는 PFA의 특정 등급으로부터 기계가공될 수 있다.
조밀도가 향상된다. 주 반응물 입구에 대해 형성된 작은 오프셋 또는 동일 축선에 위치된 제품 출구 때문에, 연결을 위해 미소구조체를 이동시킬 필요없이 또는 수평방향으로 병진이동시킬 필요 없이, 모든 미소구조체를 정렬시킬 수 있고 직접적인 짧은 연결을 가능하게 된다. 반응기에 대한 장점은 조밀도가 향상된다는 것이다(도 6).
종래와 달리, 표준 연결 패턴으로써 상이한 크기의 미소구조체를 동일한 반응기 내에서 관련시키는데 편리하다.
사용 방법 및/또는 본 명세서에 개시된 장치는 미소구조체 내에서의 혼합, 분리, 추출, 결정화, 침전, 또는 유체나 또는 유체의 다상 혼합물을 포함하고 있는 유체의 혼합물의 처리를 포함한 그리고 유체나 또는 고체를 수용한 유체의 다상 혼합물을 포함한 유체의 혼합물을 포함한 임의의 공정을 실행하는데 일반적으로 유용하다. 공정은 물리적인 공정, 유기, 무기, 또는 유기 종 및 무기 종의 상호변환에서 초래된 공정으로 형성된 화학 반응, 물리적 공정, 또는 임의의 다른 형태의 공정을 포함한다. 예를 들면 산화; 환원; 치환; 제거; 부가; 리간드(legand) 교환; 금속 교환; 및 이온 교환과 같은 예시적인 반응이 개시된 장치 및/또는 방법 내에서 행해질 수 있다. 더욱 상세하게는, 예를 들면, 중합화; 알킬화; 탈알킬화; 니트로화; 과산화; 황산화; 에폭시화; 암모산화; 수소화; 탈수소화; 유기금속의 반응; 귀금속 화학/ 균등한 촉매 반응; 카르보닐화; 티오카르보닐화; 알콕시레이션(alkoxylation); 할로겐화; 탈할로겐화수소; 탈할로겐화; 히드로포밀화; 카르복실화; 탈카르복실화; 아미노화; 아릴화; 펩타이드(peptide) 커플링; 알돌 축합; 고리응축화(cyclocondensation); 탈수소고리화; 에스테르화; 아미드화; 헤테르고리 합성; 탈수; 알코올분해; 가수분해; 암모놀리시스; 에테르화; 효소적 합성; 케탈화; 비누화; 이성화; 4차화(quaternization); 포르밀화; 상 전이(transfer) 반응; 실리레이션(silylation); 니트릴 합성; 인산화반응; 오존분해; 아지드 화학(azide chemistry); 복분해(metathesis); 하이드로실릴레이션(hydrosilylation); 커플링 반응; 및 효소 반응와 같은 임의의 예시적인 반응이 개시된 장치 및/또는 방법 내에서 행해질 수 있다.
Claims (8)
- 적어도 제 1 내부 유체 통로;
입구면과 상기 입구면 반대쪽 출구면을 포함한 외측면;
미소구조체의 입구면을 통해 상기 제 1 내부 유체 통로로 뻗어 있는 입구 포트;
상기 제 1 내부 유체 통로로부터 상기 출구면을 통해 뻗어있는 출구 포트; 및
상기 입구면으로부터 상기 출구면까지 뻗어있는 제 1 엣지와 상기 제 1 엣지 반대쪽 제 2 엣지;를 구비한 각각의 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템에 있어서,
각각의 상기 미소구조체에 대해, 상기 입구 포트와 상기 입구면을 통하는 하나 이상의 여러 포트가 상기 제 2 엣지 보다는 상기 제 1 엣지에 가깝게 위치되는 패턴으로 배치되고, 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 동축이고,
상기 반응기 시스템은:
연장 구성된 지지 부재;
유체 연통하도록 연결되고 상기 연장 구성된 지지 부재 상에 지지된, 상기 다중 미소구조체의 2개 이상의 미소구조체를 더 포함하고,
각각의 미소구조체는, 상기 연장 구성된 지지 부재의 긴 방향에 평행하고 상기 연장 구성된 지지 부재(40)의 긴 방향에 수직한 2개 이상의 선형 변위 자유도로 조정가능한 각각의 연결 지지 구조체에 의해, 상기 연장 구성된 지지 부재(40)에 독립적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템. - 청구항 1에 있어서,
제 2 내부 유체 통로용 입구 포트 및 출구 포트 양자는 상기 입구면을 통해 뻗어있는 것을 특징으로 하는 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 입구면을 통해 제 1 내부 유체 통로로 뻗어있는 하나 이상의 부가적인 입구 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 입구 포트와 상기 입구면을 통하는 하나 이상의 여러 포트의 현 모든 포트가 직선으로 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 미소구조체의 크기는 변경가능한 것을 특징으로 하는 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
적어도 제 1 내부 유체 통로;
입구면과 상기 입구면 반대쪽 출구면을 포함한 외측면;
미소구조체의 상기 입구면을 통해 제 1 내부 유체 통로로 뻗어있는 입구 포트;
상기 제 1 내부 유체 통로로부터 상기 출구면을 통해 뻗어있는 출구 포트; 및
상기 입구면으로부터 상기 출구면까지 뻗어있는 제 1 엣지 및 상기 제 1 엣지의 반대쪽 제 2 엣지;를 각각 포함하고, 하나가 다음 것과 유체 연통하도록 순차로 각각 유체 연통된 상기 다중 미소구조체의 각각의 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 미소구조체를 포함하고,
각각의 상기 제 1, 제 2 및 제 3 미소구조체에 대해, 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 상기 제 2 엣지보다 상기 미소구조체의 상기 제 1 엣지에 더 가깝게 위치되고, 그리고 상기 제 1 미소구조체의 상기 출구면은 상기 제 2 미소구조체의 상기 입구 포트로부터 특정 거리 오프셋되거나 또는 동축인 상기 제 1 미소구조체의 출구 포트와 상기 제 2 미소구조체의 입구면을 마주하게 하고, 상기 제 2 미소구조체의 상기 출구면은 상기 제 3 미소구조체의 입구 포트로부터 특정 거리 오프셋되거나 동축인 상기 제 2 미소구조체의 출구 포트와 상기 제 3 미소구조체의 입구면을 마주하게 하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 미소구조체의 제 1 엣지는 정렬되고, 제 1 유체 연결기가 상기 제 1 미소구조체의 상기 출구 포트로부터 상기 제 2 미소구조체의 상기 입구 포트까지 뻗어있고, 그리고 제 2 유체 연결기가 상기 제 2 미소구조체의 상기 출구 포트로부터 상기 제 3 미소구조체의 상기 입구 포트까지 뻗어있고,
상기 반응기 시스템은 연장 구성된 지지 부재를 더 포함하고, 각각의 미소구조체는, 상기 연장 구성된 지지 부재의 긴 방향의 방향과 평행하고 상기 연장 구성된 지지 부재의 상기 긴 방향에 수직한 2개 이상의 선형 변위 자유도로 조정가능한 각각의 연결 지지 구조체에 의해, 상기 연장 구성된 지지 부재 상에 독립적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 다중 미소구조체를 포함한 반응기 시스템. - 삭제
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