KR20120058499A

KR20120058499A - 소형 반응기

Info

Publication number: KR20120058499A
Application number: KR1020127001197A
Authority: KR
Inventors: 시게시 사카키바라; 가츠노부 엔도; 유지 가네코 (사망); 히로유키 미나미
Original assignee: 소니 케미카루 앤드 인포메이션 디바이스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-06-07
Also published as: JPWO2011004822A1; WO2011004822A1

Abstract

유리 접합으로 제작된 유리제 소형 반응기로서, 매체 공급부의 내압을 높인 소형 반응기를 제공한다. 세로 방향 매체 유로 (21c), (25g) 의 개구 (35), (36) 에 링 부재를 개재하여 플랜지를 장착하고, 플랜지로부터 세로 방향 매체 유로 (21c), (25g) 를 통하여 소형 반응기 (3) 내부의 폭이 넓은 유로 (21k), (24j) 에 온도 관리 매체를 공급하기 위해서, 폭이 넓은 유로 (21k), (24j) 와, 세로 방향 매체 유로 (21c), (25g) 를 접속 유로 (21m), (25m) 에 의해 접속시킨다. 접속 유로 (21m), (25m) 는 링 부재 하방 위치를 부분적으로 횡단하도록 되어 있기 때문에, 힘이 가해지는 부분의 유로의 면적이 적어져, 링 부재의 가압력에 대한 강도가 증가된다.

Description

소형 반응기 {MICRO-REACTOR}

본 발명은, 유리제 기판을 적층하여 구성시키는 소형 반응기에 관한 것으로서, 특히, 온도 관리 매체를 큰 압력으로 공급하는 소형 반응기에 관한 것이다.

본 출원은, 일본에 있어서 2009년 7월 6일에 출원된 특허출원번호 2009-159432호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로서, 이 출원을 참조함으로써 본 출원에 원용된다.

미세한 유로를 내장한 소형 반응기 (마이크로 리액터) 는, 종래 SUS (스테인리스) 플레이트가 복수 장 첩합(貼合)된 금속제인 것이 주류였지만, 최근, 복수 장의 유리 기판이 첩합된 유리제 소형 반응기가 출현하였다.

유리제 소형 반응기는, 금속제 소형 반응기보다 산이나 알칼리에 강하고, 또 투명하기 때문에 내부의 반응 상태를 관찰할 수 있는 등의 이점이 있지만, 소형 반응기를 반응 모듈 등의 외부 장치에 장착할 때에, SUS 제에서는 문제가 없었던 유리의 균열 (파손) 이 발생할 우려가 있다.

유리제 소형 반응기를 크게 나누면, 복수 장의 유리 기판을 수지 (접착제) 로 접착시킨 것과, 접착제를 사용하지 않고, 유리 접합법에 의해 유리 기판을 접착시킨 것의 2 종류가 있다.

2 종의 소형 반응기 중, 접착제를 사용하지 않는 유리제 소형 반응기는, 반응 유체 중으로의 접착제 오염이 없는 점이나, 투명도가 높은 점에서, 접착제로 굳힌 유리제 소형 반응기보다 유리하지만, 접착제로 굳힌 유리제 소형 반응기에서는, 통상적인 SUS 제 소형 반응기의 매체 유로 그대로의 형상으로 제작해도, 유리/접착제/유리의 샌드위치 구조가 되기 때문에, 유리를 파손시킬 위험성은 낮지만, 유리 접합으로 제작한 유리제 소형 반응기에서는, 통상적인 SUS 제 소형 반응기의 매체 유로 그대로의 형상에서는, 매체의 공급부의 내압이 약하여, 외부 장치에 설치할 때에 O 링 등의 링 부재로 체결을 실시하면, 파손될 우려가 있다.

도 4 는 통상적인 SUS 제 소형 반응기의 유로와 동일한 패턴의 유로를 형성하도록, 복수의 유리 기판을 접착제를 사용하지 않고 적층하여 접합시킨 종래의 유리제 소형 반응기 (103) 의 측면도이다.

이 소형 반응기 (103) 는 약액 반응용의 반응 유로 (122i) 와, 온도 관리용의 2 층의 매체조 유로 (131, 134) 를 갖고 있다.

2 층의 매체조 유로 (131, 134) 는 상하로 겹쳐지는 위치에 배치되어 있고, 반응 유로 (122i) 는, 그 사이에 위치하도록 형성되어 있다.

매체조 유로 (131, 134) 의 바닥부 또는 천장부에는 세로 방향 매체 유로 (121c, 125g) 의 일단이 접속되고, 타단이 소형 반응기 (103) 의 이면과 표면에서 개구 (135, 136) 를 형성하고 있다.

2 층의 매체조 유로 (131, 134) 는, 소형 반응기 (103) 의 내부에서 연락 유로 (137a, 137b) 에 의해 서로 접속되어 있고, 이면과 표면 중 어느 일방의 개구 (135, 136) 로부터 도입된 온도 관리 매체는, 세로 방향 매체 유로 (121c, 125g) 와 매체조 유로 (131, 134) 와 연락 유로 (137a, 137b) 를 흘러, 타방의 개구 (135, 136) 로부터 유출되도록 되어 있다.

반응 유로 (122i) 의 일단은 도입 유로 (138e) 에 접속되고, 타단은 도출 유로 (121b) 에 접속되어 있어, 도입 유로 (138e) 로부터 반응 유로 (122i) 내에 약액 (반응 유체) 을 도입하면, 반응 유로 (122i) 내를 흘러 반응하고, 반응 생성물을 함유하는 약액은 도출 유로 (121b) 로부터 소형 반응기 (103) 의 외부로 유출된다.

반응 유로 (122i) 는 매체조 유로 (131, 134) 사이에 위치하고 있고, 매체조 유로 (131, 134) 는 온도가 관리된 온도 관리 매체가 충만되어 흐르고 있기 때문에, 온도를 관리하여 반응을 진행시킬 수 있다.

온도 관리 매체를 개구 (135, 136) 로 도입, 도출시킬 때에는 큰 압력으로 온도 관리 매체가 공급되기 때문에, 온도 관리 매체가 흐르는 배관의 선단에 플랜지를 형성하고, 도 7 에 나타내는 위치에 O 링 (151) 이 배치되고, O 링 (151) 을 통하여 플랜지를 소형 반응기 (103) 에 가압하여, O 링 (151) 으로 둘러싸인 영역에 온도 관리 매체를 도입 또는 도출시키고 있다.

이 때, 플랜지를 소형 반응기 (103) 에 누르기 때문에, 소형 반응기 (103) 중, O 링 (151) 과 접촉하는 부분의 하방에 힘이 가해진다. 이 소형 반응기 (103) 에서는, 힘이 가해지는 부분에 큰 공동인 바닥이 없는 매체조 유로 (131, 134) 가 위치하고 있기 때문에, 매체조 유로 (131, 134) 의 위 또는 아래에 위치하는 유리 기판에 균열, 금이 발생한다.

또한, 소형 반응기 (103) 에 관한 기술은 하기 공보에 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2005-66382호 일본 공개특허공보 2004-81949호

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 창작된 것으로서, 그 목적은, 유리 접합으로 제작된 유리제 소형 반응기로서, 매체 공급부의 내압을 높인 소형 반응기를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 기판이 적층되어 구성되는 반응기 본체와, 상기 반응기 본체의 일면 및 타면에 개구된 1 쌍의 개구부와, 상기 1 쌍의 개구부의 일방으로부터 상기 반응기 본체 내를 통하여 상기 1 쌍의 개구부의 타방으로 연속되는 유로를 구비하고, 상기 개구부 주위에, 그 개구부와 상기 유로에 대해 유체를 유입 또는 유출시키는 배관의 접속 부재 사이에 배치되는 링 부재가 맞닿게 되는 환상의 맞닿음부를 갖고, 상기 유로는, 상기 환상의 맞닿음부 바로 밑을 횡단하도록 형성되어 있는 소형 반응기이다.

또, 본 발명은, 상기 유로는, 상기 환상의 맞닿음부의 중심으로부터 외주의 일부에 걸쳐 횡단하는 소형 반응기이다.

또, 본 발명은, 상기 링 부재의 외주보다 내측의 영역인 접속 영역의 바로 밑에 위치하는 상기 유로의 면적은, 상기 접속 영역의 면적의 50 % 보다 작아지도록 형성된 소형 반응기이다.

또, 본 발명은, 상기 반응기 본체의 내부에는, 반응 유체가 흐르는 반응 유로와, 온도 관리 매체가 흐르는 매체조 유로와, 상기 반응기 본체의 표면에 형성된 상기 개구부에 상기 매체조를 접속시키는 세로 방향 매체 유로가 형성되고, 상기 온도 관리 매체는, 상기 개구부로부터 상기 세로 방향 매체 유로를 통과하여 상기 매체조 유로로 유입 또는 유출되도록 구성되고, 상기 매체조 유로는, 광폭(廣幅) 유로와, 일단이 상기 광폭(廣幅) 유로에 접속되고, 타단이 상기 세로 방향 매체 유로에 접속된 접속 유로를 갖고, 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 상기 링 부재가, 상기 개구부로 상기 온도 관리 매체를 유입 또는 유출시키는 플랜지에 의해 상기 반응기 본체에 가압되도록 배치되었을 때에, 상기 접속 유로는, 상기 링 부재 바로 밑을 횡단하도록 형성된 소형 반응기이다.

또, 본 발명은, 상기 반응기 본체의 일면 및 타면은 직사각 형상으로 형성되고, 상기 1 쌍의 개구부는, 상기 일면의 길이 방향의 일방측 및 상기 타면의 길이 방향의 타방에 형성되어 있는 소형 반응기이다.

또, 본 발명은, 상기 반응기 본체는, 상기 맞닿음부에 맞닿는 상기 링 부재와, 그 맞닿음부가 형성된 면과 반대측의 면에 상기 맞닿음부에 대응하여 맞닿는 가압 부재에 의해 사이에 위치하는 소형 반응기이다.

본 발명은, 매체가 공급되는 개구부 주위의 내압을 개선하고 있기 때문에, 반응 모듈 등의 외부 장치에 설치할 때에, 파손이 잘 발생하지 않는다.

또, 본 발명은, 접착제를 사용하고 있지 않기 때문에, 반응계에 접착제로부터 발생하는 불순물이 혼입되는 일은 없고, 또 반응을 고온으로 하여 실시할 수도 있다 (300 ℃ 이상).

도 1(a) ? 도 1(e) 는, 본 발명의 소형 반응기를 구성하는 5 장의 기판의 평면도이다.
도 2(a) ? 도 2(e) 는, 본 발명의 소형 반응기를 구성하는 5 장의 기판의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 소형 반응기의 일례의 측면도이다.
도 4 는 종래의 소형 반응기의 일례의 측면도이다.
도 5 는 온도 관리 매체를 소형 반응기에 도입?도출시키는 외부 장치의 측면도이다.
도 6 은 외부 장치와 소형 반응기로 구성된 소형 반응 장치의 측면도이다.
도 7 은 종래의 소형 반응기의 평면도이다.

도 3 은 본 발명의 소형 반응기 (3) 의 일례의 측면도를 나타내고 있고, 도 1(a) ? 도 1(e) 에 나타낸 무기 투명 기판인 제 1 ? 제 5 기판 (11 ? 15) 이 적층되어 서로 고정되어 구성되어 있다.

제 1 ? 제 5 기판 (11 ? 15) 의 서수는, 도 3 에 나타내는 바와 같이 상하를 결정하여 배치했을 때에, 최하부에서 최상부를 향하여 점증되도록 부여하였다.

도 3 을 참조하여, 소형 반응기 (3) 는 반응 유로 (22i) 와, 반응 유로 (22i) 의 상부와 하부로 이간하여 배치되고, 서로 대략 동일 형상의 상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 를 갖고 있다.

상부 매체조 유로 (34) 의 일부인 상부 광폭 유로 (24j) 와 하부 매체조 유로 (31) 의 일부인 하부 광폭 유로 (21k) 는, 대략 직사각 형상이며, 상부 광폭 유로 (24j) 로부터 이간한 위치에는, 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 가 형성되어 있고, 하부 광폭 유로 (21k) 로부터 이간한 위치에는, 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 가 형성되어 있다.

상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 는 서로 겹쳐는 위치에 배치되어 있고, 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 는, 겹쳐진 상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 의 일단에 위치하고, 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 는, 겹쳐진 상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 의 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 에 대한 반대측에 위치하고 있다.

상부 광폭 유로 (24j) 와 하부 광폭 유로 (21k) 는 폭이 넓고, 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 와 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 의 크기는, 상부 광폭 유로 (24j) 나 하부 광폭 유로 (21k) 의 폭보다 작게 되어 있다.

상부 광폭 유로 (24j) 의 상방에는, 상부 광폭 유로 (24j) 에 접속된 폭이 넓은 접속 유로 (25k) 가 배치되어 있다.

폭이 넓은 접속 유로 (25k) 와 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 사이에는, 상부 광폭 유로 (24j) 보다 폭이 좁은 상부 접속 유로 (25m) 가 배치되어 있고, 폭이 넓은 접속 유로 (25k) 와 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 는, 상부 접속 유로 (25m) 에 의해 접속되어 있다.

한편, 하부 광폭 유로 (21k) 와 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 사이에는, 하부 광폭 유로 (21k) 의 폭보다 좁은 하부 접속 유로 (21m) 가 배치되어 있고, 하부 광폭 유로 (21k) 와 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 는, 하부 접속 유로 (21m) 에 의해 접속되어 있다.

하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 와 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 는, 소형 반응기 (3) 의 이면과 표면으로까지 각각 연장 형성되어 있고, 이면과 표면에는, 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 와 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 의 선단(先端)인 하부 개구 (35) 와 상부 개구 (36) 가 각각 형성되어 있다.

상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 사이에는, 제 1, 제 2 연락 유로 (37a, 37c) 가 배치되어 있다.

제 1 연락 유로 (37a) 는, 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 에 가까운 위치에 배치되어 있고, 제 2 연락 유로 (37c) 는, 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 에 가까운 위치에 배치되고, 상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 는, 제 1, 제 2 연락 유로 (37a, 37c) 에 의해 2 지점에서 서로 접속되어 있다.

따라서, 하부 개구 (35) 와 상부 개구 (36) 중, 어느 일방으로부터 온도 관리된 열수, 냉수 또는 오일 등으로 이루어지는 온도 관리 매체를 소형 반응기 (3) 내로 도입하면, 먼저, 하부 매체조 유로 (31) 또는 상부 매체조 유로 (34) 중 어느 일방이 온도 관리 매체로 채워지고, 제 1 또는 제 2 연락 유로 (37a, 37c) 를 통과한 온도 관리 매체에 의해 타방이 채워지고, 온도 관리 매체는, 하부 개구 (35) 와 상부 개구 (36) 중, 타방으로부터 외부로 유출된다.

반응 유로 (22i) 는, 일단이 1 또는 2 이상인 반응액 도입 유로 (38e, 38f) 에 접속되고, 타단이 반응액 도출 유로 (21b) 에 접속되어 있어, 반응액 도입 유로 (38e, 38f) 로부터 도입된 약액 (반응 유체) 이 반응 유로 (22i) 를 흐를 때에 반응하고, 반응 생성물을 함유하는 액체가, 반응액 도출 유로 (21b) 로부터 외부로 유출되게 되어 있다.

반응 유로 (22i) 는, 상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 사이에 위치하고 있으며, 상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 를 흐르는 온도 관리 매체에 의해, 반응 유로 (22i) 내를 흐르는 약액을 원하는 온도로 할 수 있게 되어 있다.

본 발명에서는, 소형 반응기 (3) 의 표면과 이면은 평행하게 되어 있고, 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 와 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 는, 표면과 이면에 대해 수직으로 배치되어 있다.

도 5 의 부호 4 는, 약액을 소형 반응기 (3) 내로 도입?도출시키는 외부 장치를 나타내고 있고, 도 6 의 부호 5 는, 외부 장치 (4) 와 소형 반응기 (3) 로 구성된 소형 반응 장치를 나타내고 있다.

외부 장치 (4) 는, 상부 플랜지 (51a) 와, 하부 플랜지 (51b) 와, 2 장의 평판 (54a, 54b) 과, 복수의 긴 나사 (52a, 52b) 와, 각각 탄성력이 있는 상부 링 부재 (50a) 와, 하부 링 부재 (50b) 와, 각각 탄성력이 있는 복수의 누름 부재 (55a, 55b) (여기에서는 2 개) 를 갖고 있다.

상부 플랜지 (51a) 와 하부 플랜지 (51b) 에는, 탄성력을 갖는 상부 링 부재 (50a) 와 하부 링 부재 (50b) 가 배치되어 있고, 상부 링 부재 (50a) 와 하부 링 부재 (50b) 를 노출시켜, 상부 플랜지 (51a) 와 하부 플랜지 (51b) 가 2 장의 평판 (54a, 54b) 에 형성된 구멍에 끼워넣어져 있다.

평판 (54a, 54b) 은, 평판 (54a, 54b) 에 끼워넣어져 상부 링 부재 (50a) 와 하부 링 부재 (50b) 가, 상부 개구 (36) 의 주위와 하부 개구 (35) 의 주위에 각각 접촉하도록 소형 반응기 (3) 와의 사이에서 위치가 맞춰져 배치되어 있다.

누름 부재 (55a, 55b) 는, 소형 반응기 (3) 의 표면과 평판 (54a) 사이와 이면과 평판 (54b) 사이로서, 상부 플랜지 (51a) 와 하부 플랜지 (51b) 와 대향하는 위치에 배치되고, 상부 플랜지 (51a) 와 누름 부재 (55a) 에 힘을 가하며, 또, 하부 플랜지 (51b) 와 누름 부재 (55b) 사이에 힘을 가하면, 소형 반응기 (3) 의 표면과 이면에 수직으로 힘이 인가되도록 되어 있다.

그렇게, 2 장의 평판 (54a, 54b) 과 소형 반응기 (3) 사이에 상부 플랜지 (51a) 와 하부 플랜지 (51b) 와 누름 부재 (55a, 55b) 를 배치하고, 2 장의 평판 (54a, 54b) 에 형성된 관통 구멍에 긴 나사 (52a, 52b) 를 삽입 통과시켜 선단에 너트 (53a, 53b) 를 장착하여 나사를 조이면, 소형 반응기 (3) 는 2 장의 평판 (54a, 54b) 에 의해 가압된다.

그 결과, 상부 링 부재 (50a) 와 하부 링 부재 (50b) 는, 상부 개구 (36) 와 하부 개구 (35) 를 각각 둘러싸도록 배치되어 있고, 상부 링 부재 (50a) 와 하부 링 부재 (50b) 는 상부 플랜지 (51a) 와 하부 플랜지 (51b) 를 개재하여 2 장의 평판 (55a, 55b) 에 의해 소형 반응기 (3) 에 가압된다.

상부 플랜지 (51a) 와 하부 플랜지 (51b) 에는, 관통 구멍 (58a, 58b) 이 각각 형성되어 있고, 관통 구멍 (58a, 58b) 의 일단은, 상부 링 부재 (50a) 와 하부 링 부재 (50b) 로 둘러싸인 영역의 내측에 노출되어 있다.

하부 플랜지 (51b) 에는 도입 배관 (56b) 이 접속되고, 상부 플랜지 (51a) 에는 도출 배관 (56a) 이 접속되어 있어, 도입 배관 (56b) 으로부터, 하부 링 부재 (50b) 로 둘러싸인 영역을 통하여 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 로 도입되고, 내부를 흐른 온도 관리 매체는, 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 로부터, 상부 링 부재 (50a) 로 둘러싸인 영역을 통하여 도출 배관 (56a) 으로 유출된다.

도 1(a) ? 도 1(e) 의 부호 41a ? 45a 와 부호 41b ? 45b 는, 도 3 과 같이 조립하여, 상부 링 부재 (50a) 와 누름 부재 (55a) 사이와, 하부 링 부재 (50b) 와 누름 부재 (55b) 사이에 수직으로 힘이 가해졌을 때에, 상부 링 부재 (50a) 가 맞닿아 가압되는 링상의 맞닿음부와, 하부 링 부재 (50b) 가 맞닿아 가압되는 링상의 맞닿음부를 나타내고 있다.

상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 와 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 는, 가압되는 링상의 맞닿음부 (41a ? 45a, 41b ? 45b) 로 둘러싸여진 부분의 바로 밑에 각각 위치하고 있다.

한편, 제 1, 제 2 연락 유로 (37a, 37c) 와 상부 매체조 유로 (34) 와 하부 매체조 유로 (31) 와, 약액 (반응 유체) 이 흐르는 유로 (22i, 38e, 38f) 는, 가압되는 링상의 맞닿음부 (41a ? 45a, 41b ? 45b) 의 외측에 위치하고 있다.

가압되는 링상의 맞닿음부 (41a ? 45a, 41b ? 45b) 의 바로 밑을 횡단하는 유로는, 상부 접속 유로 (25m) 와 하부 접속 유로 (21m) 뿐이고, 상부 접속 유로 (25m) 의 폭은, 상부 링 부재 (50a) 의 직경보다 작게 형성되어 있고, 하부 접속 유로 (21m) 의 폭은, 하부 링 부재 (50b) 의 직경보다 작게 형성되어 있고, 상부 접속 유로 (25m) 는, 상부 링 부재 (50a) 의 중심으로부터 외주의 일부에 걸쳐 그 바로 밑 위치를 횡단하고, 하부 접속 유로 (21m) 는 하부 링 부재 (50b) 의 중심으로부터 외주의 일부에 걸쳐 그 바로 밑 위치를 횡단한다.

따라서, 상부 링 부재 (50a) 와 누름 부재 (55a) 사이와, 하부 링 부재 (50b) 와 누름 부재 (55b) 사이에 수직으로 힘이 가해졌을 때, 힘이 가해지는 부분에는 폭이 좁은 상부?하부 접속 유로 (25m, 21m) 밖에 배치되어 있지 않기 때문에, 어느 기판 (11 ? 15) 도 파손되는 경우는 없다.

또, 각 링 부재 (50a, 50b) 의 외주보다 내측의 영역인 접속 영역의 바로 밑 또는 바로 위에 위치하는 상부, 하부 접속 유로 (25m, 21m) 의 면적은, 각 접속 영역의 면적의 50 % 보다 작아지도록 형성되어 있다.

종래의 소형 반응기 (103) 는 2 N?m 의 나사 조임력에 의해 개구 부분이 파손되었지만, 본 발명의 내압 개선을 한 소형 반응기 (3) 에 대해서는, 6 N?m 의 나사 조임력에서도 파손은 발생하지 않았다.

이 소형 반응기 (3) 는, 붕규산 유리로 이루어지는 5 장의 무기 투명 기판 (제 1 ? 제 5 기판) (11 ? 15) 이, 이하와 같은 처리를 실시한 후에 적층되고, 서로 고정되어 형성되어 있다.

도 1(a) ? 도 1(e) 는 제 1 ? 제 5 기판 (11 ? 15) 의 평면도이고, 도 2(a) ? 도 2(e) 는 제 1 ? 제 5 기판 (11 ? 15) 의 단면도이다.

각 기판 (11 ? 15) 은, 각각 다른 기판 (11 ? 15) 과 적층되고 인접하는 기판 (11 ? 15) 과 접촉하는 면을 갖고 있고, 그 면을 「접착면」으로 하면, 적층했을 때에 최하부에 위치하는 제 1 기판 (11) 은 표면이 접착면이고, 최상부에 위치하는 제 5 기판 (15) 은, 바닥면이 접착면이고, 최하부와 최상부에 위치하는 제 1, 제 5 기판 (11, 15) 사이에 위치하는 제 2 ? 제 4 기판 (12 ? 14) 은, 양면이 접착면이다.

각 기판 (11 ? 15) 의 접착면에는, 먼저, 연마에 의한 평탄화 처리를 실시한 후, 바닥이 있거나 없는 홈이나 바닥이 있거나 없는 구멍 등의 유로의 형성 처리를 실시한다. 이 유로 형성은, 약액이나 반응성 가스에 의한 접착면의 부분적인 에칭 제거나, 굴착, 부분적 연삭 등의 기계적 처리가 포함된다.

이어서, 접착면을 과산화수소와 암모니아와 물의 혼합액 (1 : 1 : 5) 에 접촉시키고, 접착면을 친수화시킨 후, 순수에 의한 세정 처리를 한다.

이 상태에서는, 각 기판 (11 ? 15) 의 접착면에는 순수막이 형성되어 있고, 각 기판 (11 ? 15) 을 회전시켜, 회전에 의한 원심력으로 순수막을 털어내어 제거한다.

각 기판 (11 ? 15) 의 순수막은 제거되지만, 순수막은 가열되어 증발 제거되지는 않기 때문에, 털어냄 제거의 직후에는 접착면에 물 분자가 흡착되어 있고, 그 상태에서, 각 기판 (11 ? 15) 을 접촉면끼리를 접촉시켜 적층하면, 물 분자를 통한 수소 결합에 의해, 각 기판 (11 ? 15) 이 서로 접착된다.

각 기판 (11 ? 15) 은 붕규산 유리나 석영 유리로 구성되어 있고 (여기서는 붕규산 유리), 각 기판 (11 ? 15) 이 수소 결합에 의해 서로 접착된 상태에서, 500 ℃ 이상 1000 ℃ 이하 (여기서는 570 ℃) 로 가열하면, 수소 결합이 산소를 통하여 화학 결합으로 바뀌고, 접촉하는 접착면은, 산소를 통하여 화학 결합하여 고정되어 소형 반응기 (3) 가 얻어진다.

각 기판 (11 ? 15) 을 접착제를 사용하지 않고 접합시킴으로써, 소형 반응기 (3) 의 반응계에 접착제로부터 발생하는 불순물이 혼입되는 경우는 없고, 또 반응을 300 ℃ 이상의 고온으로 하여 실시할 수 있다.

각 기판 (11 ? 15) 에 형성된 유로의 상대적인 위치 관계는, 각 기판 (11 ? 15) 을 적층하거나 소형 반응기 (3) 를 형성해도 변화하지 않기 때문에, 이하, 소형 반응기 (3) 가 형성되었을 때의 위치 관계로 설명한다.

각 기판 (11 ? 15) 은, 네 모서리 중, 한 모서리에 절결이 형성된 직사각형으로서, 동일 면적, 동일 형상으로 형성되어 있다.

제 1 기판 (11) 에는, 온도 관리용으로서 바닥이 있는 홈으로 이루어지는 하부 광폭 유로 (21k) 와, 하부 광폭 유로 (21k) 의 측방으로 이간하여 형성되고, 각각 관통 구멍으로 이루어지는 하부 세로 방향 매체 유로 (열 매체 도입 유로) (21c) 와 약액 도출 유로 (21b) 와, 하부 광폭 유로 (21k) 와 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 를 접속시키는 바닥이 있는 홈으로 이루어지는 하부 접속 유로 (21m) 가 형성되어 있다. 하부 접속 유로 (21m) 는, 폭이 넓은 하부 광폭 유로 (21k) 의 폭보다 좁은 폭으로 형성되어 있다.

제 1 기판 (11) 상에 배치되는 제 2 기판 (12) 의 상방의 면 (표면) 에는, 하부 광폭 유로 (21k) 의 상부에 위치하는 바닥이 있는 홈으로 이루어지는 가늘고 긴 반응 유로 (22i) 가 형성되어 있다. 제 2 기판 (12) 의 하방의 면은 하부 광폭 유로 (21k) 와 하부 접속 유로 (21m) 를 덮어, 도 3 의 하부 매체조 유로 (하부 재킷) (31) 를 구성시킨다.

또, 제 2 기판 (12) 에는, 각각 관통 구멍인 제 1 연락 유로 (22a) 와 제 2 연락 유로 (22c) 가 형성되어 있다.

제 1, 제 2 연락 유로 (22a, 22c) 의 일단은, 하부 매체조 유로 (31) 에 접속되어 있다.

반응 유로 (22i) 는 합류 지점 (22d) 을 중심으로 하여 3 방향으로 분기되어 있고, 분기된 부분 중 일 단부에는, 관통 구멍으로 이루어지는 약액 도출 유로 (22b) 가 형성되고 있고, 그 하단은, 적층되었을 때에, 제 1 기판 (11) 의 약액 도출 유로 (21b) 와 연통되도록 구성되어 있다.

반응 유로 (22i) 의 분기된 다른 2 개의 단부에는, 반응 유로 (22i) 보다 폭이 넓은 바닥이 있는 홈인 약액 도입부 (22e, 22f) 가 형성되어 있다.

제 3 기판 (13) 의 하방의 면은, 적층되었을 때에, 반응 유로 (22i) 의 표면을 덮고, 반응 유로 (22i) 를 파이프 형상으로 한다.

또, 제 3 기판 (13) 에는, 제 2 기판 (12) 의 제 1, 제 2 연락 유로 (22a, 22c) 와 각각 연통되는 위치에, 관통 구멍으로 이루어지는 제 1, 제 2 연락 유로 (23a, 23c) 가 각각 형성되어 있다.

따라서, 제 2, 제 3 기판 (12, 13) 의 서로 연통하는 제 1 연락 유로 (22a, 23a) 와, 제 2 연락 유로 (22c, 23c) 에 의해, 각각 도 3 에 나타낸 제 1, 제 2 연락 유로 (37a, 37c) 가 형성된다.

또 제 3 기판 (13) 에는, 제 2 기판 (12) 의 약액 도입부 (22e, 22f) 의 상부에 위치하고, 약액 도입부 (22e, 22f) 에 접속되는, 관통 구멍으로 이루어지는 약액 도입 유로 (23e, 23f) 가 형성되어 있다.

제 4 기판 (14) 에는, 온도 관리용으로서 바닥이 없고 폭이 넓은 상부 광폭 유로 (24j) 가 형성되어 있고, 상부 광폭 유로 (24j) 의 측방으로 이간하여, 관통 구멍으로 이루어지는 약액 도입 유로 (24e, 24f) 가 형성되어 있다.

상부 광폭 유로 (24j) 는, 제 3 기판 (13) 의 제 1, 제 2 연락 유로 (23a, 23c) 상에 위치하고 있고, 상부 광폭 유로 (24j) 의 바닥면은, 제 1, 제 2 연락 유로 (23a, 23c) 상의 부분을 제외하고, 제 3 기판 (13) 의 상방을 향한 면에 의해 막힌다.

제 4 기판 (14) 이 제 3 기판 (13) 에 적층되면, 후술하는 바와 같이 상부 광폭 유로 (24j) 에 의해 형성되는 상부 매체조 유로 (34) 는, 제 1, 제 2 연락 유로 (37a, 37c) 에 의해 하부 매체조 유로 (31) 에 접속된다.

제 4 기판 (14) 상에 제 5 기판 (15) 이 적층되면, 상부 광폭 유로 (24j) 는 제 3, 제 5 기판 (13, 15) 의 접착면에 사이에 위치하여, 상부 매체조 유로 (상부 재킷) (34) 가 형성된다.

제 5 기판 (15) 의 제 4 기판 (14) 과 접착되는 접착면에는, 바닥이 있는 홈으로 이루어지는 폭이 넓은 접속 유로 (25k) 와, 관통 구멍으로 이루어지는 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 와, 폭이 넓은 접속 유로 (25k) 와 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 를 접속시키는 바닥이 있는 홈으로 이루어지는 상부 접속 유로 (25m) 가 형성되어 있다.

적층했을 때에 폭이 넓은 접속 유로 (25k) 는 상부 광폭 유로 (24j) 상에 위치하고, 상부 매체조 유로 (34) 에 접속되기 때문에, 상부 매체조 유로 (34) 와 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 는, 상부 접속 유로 (25m) 와 폭이 넓은 접속 유로 (25k) 로 이루어지는 유로 (25a) 에 의해 접속되어 있다.

또 제 5 기판 (15) 에는, 제 4 기판 (14) 의 2 개의 약액 도입 유로 (24e, 24f) 의 상방 위치에, 관통 구멍으로 이루어지는 약액 도입 유로 (25e, 25f) 가 각각 배치되어 있고, 제 5, 제 4, 제 3 기판 (15, 14, 13) 에 형성된 약액 도입 유로 (25e, 25f, 24e, 24f, 23e, 23f) 는, 적층 방향으로 2 개의 유로를 형성하도록 연통되어 있다.

그리고, 그 적층 방향의 2 개의 유로는, 합류 지점 (22d) 과 합류되는 반응 유로 (22i) 의 2 개에, 약액 도입부 (22e, 22f) 에 있어서 각각 접속되어 있고, 적층 방향의 유로로부터 도입된 약액 (반응 유체) 은, 반응 유로 (22i) 내에서 합류 지점 (22d) 의 1 점에서 합류하여 1 개가 되어 흘러, 약액 도출 유로 (21b) 로부터 소형 반응기 (3) 의 외부로 도출된다.

따라서, 제 5 기판 (15) 의 2 개의 약액 도입 유로 (25e, 25f) 로부터 소형 반응기 (3) 내로 서로 반응하는 약액을 도입하면, 반응 유로 (22i) 의 합류 지점 (22d) 에서 합류하고, 혼합되어 반응이 개시되어, 1 개의 반응 유로 (22i) 를 흐르는 동안에 반응이 진행되고, 반응 생성물은, 약액 도출 유로 (21b) 로부터 외부로 취출할 수 있다.

이 소형 반응기 (3) 를 상기 서술한 바와 같은 외부 장치 (4) 에 장착하면, 하부 플랜지 (51b) 를 통하여 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 로부터 온도 관리 매체를 도입하여 하부 매체조 유로 (31) 를 채운 후, 그 온도 관리 열 매체를, 제 1 연락 유로 (22a, 23a) 와 도출 유로 (25a) 를 통하여 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 로부터 외부로 배출함과 함께, 하부 세로 방향 매체 유로 (21c) 로부터 도입한 온도 관리 매체를, 제 2 연락 유로 (22c, 23c) 를 통하여 상부 매체조 유로 (34) 내로 도입하여, 상부 매체조 유로 (34) 를 채운 후, 도출 유로 (25a) 를 통하여 상부 세로 방향 매체 유로 (25g) 로부터 외부로 배출시키면, 반응 유로 (22i) 는, 하부 및 상부 매체조 유로 (31, 34) 에 충만된 온도 관리 매체 사이에 위치한 상태가 되어, 온도 관리 매체의 온도를 관리함으로써, 반응 유로 (22i) 내의 약액 (반응 유체) 의 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있다.

따라서, 반응 유로 (22i) 를 흐르는 약액의 가열이나 냉각을 고효율로 실시할 수 있다.

또한, 상기 소형 반응기 (3) 에서는, 하방으로부터 상방을 향하여 온도 관리 매체를 흘렸지만, 상방으로부터 하방을 향하여 흘려도 된다. 또, 약액 (반응 유체) 에 대해서도, 상기 소형 반응기 (3) 를 상하 반전시켜 설치하고, 2 지점의 유로를 하방으로부터 상방을 향하여 흘리고, 합류 지점에서 합류시킨 후, 상방을 향하여 흘려도 된다.

또, 상기 예에서는, 전부의 접착면이, 그 일부 표면을 에칭하고 있었지만, 에칭하지 않는 접착면이 있어도 된다.

또, 2 종류의 약액 (반응 유체) 을 합류시켜 반응 유로 (22i) 내에서 화학 반응을 시키고 있었지만, 본 발명의 소형 반응기 (3) 는 그것에 한정되는 것이 아니며, 1 종류의 약품을 반응 유로 (22i) 내를 흘릴 때에 가열 또는 냉각시켜 반응을 제어하는 경우도 포함된다.

또, 하부 개구 (35) 와 상부 개구 (36) 를 소형 반응기 (3) 의 상이한 표면에 배치했지만, 동일한 면에 배치해도 된다.

또한, 하부 개구 (35) 와 상부 개구 (36) 를 길이 방향의 서로 반대측에 배치했지만, 동일한 측에 배치해도 되고, 일직선으로 배치한 경우에는, 플랜지 (51a, 51b) 끼리를 가압함으로써, 누름 부재 (55a, 55b) 를 사용하지 않아도 링 부재 (50a, 50b) 를 소형 반응기 (3) 의 표면에 밀착시킬 수 있다.

3 소형 반응기,
11 ? 15 기판,
21k, 24j 폭이 넓은 유로,
21m, 25m, 25k 접속 유로,
22i 반응 유로,
31, 34 매체조 유로,
21c, 25g 세로 방향 매체 유로,
50a, 50b 링 부재,
51a, 51b 플랜지

Claims

기판이 적층되어 구성되는 반응기 본체와,
상기 반응기 본체의 일면 및 타면에 개구된 1 쌍의 개구부와,
상기 1 쌍의 개구부의 일방으로부터 상기 반응기 본체 내를 통하여 상기 1 쌍의 개구부의 타방으로 연속되는 유로를 구비하고,
상기 개구부 주위에, 그 개구부와 상기 유로에 대해 유체를 유입 또는 유출시키는 배관의 접속 부재 사이에 배치되는 링 부재가 맞닿게 되는 환상의 맞닿음부를 갖고,
상기 유로는, 상기 환상의 맞닿음부 바로 밑을 횡단하도록 형성되어 있는 소형 반응기.
제 1 항에 있어서,
상기 유로는, 상기 환상의 맞닿음부의 중심으로부터 외주의 일부에 걸쳐 횡단하는 소형 반응기.
제 2 항에 있어서,
상기 링 부재의 외주보다 내측의 영역인 접속 영역의 바로 밑에 위치하는 상기 유로의 면적은, 상기 접속 영역의 면적의 50 % 보다 작아지도록 형성된 소형 반응기.
제 1 항에 있어서,
상기 반응기 본체의 내부에는, 반응 유체가 흐르는 반응 유로와, 온도 관리 매체가 흐르는 매체조 유로와, 상기 반응기 본체의 표면에 형성된 상기 개구부에 상기 매체조를 접속시키는 세로 방향 매체 유로가 형성되고,
상기 온도 관리 매체는, 상기 개구부로부터 상기 세로 방향 매체 유로를 통과하여 상기 매체조 유로로 유입 또는 유출되도록 구성되고,
상기 매체조 유로는, 광폭 유로와, 일단이 상기 광폭 유로에 접속되고, 타단이 상기 세로 방향 매체 유로에 접속된 접속 유로를 갖고,
상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 상기 링 부재가, 상기 개구부로 상기 온도 관리 매체를 유입 또는 유출시키는 플랜지에 의해 상기 반응기 본체에 가압되도록 배치되었을 때에, 상기 접속 유로는, 상기 링 부재 바로 밑을 횡단하도록 형성된 소형 반응기.
제 1 항에 있어서,
상기 반응기 본체의 일면 및 타면은 직사각 형상으로 형성되고,
상기 1 쌍의 개구부는, 상기 일면의 길이 방향의 일방측 및 상기 타면의 길이 방향의 타방에 형성되어 있는 소형 반응기.
제 5 항에 있어서,
상기 반응기 본체는, 상기 맞닿음부에 맞닿는 상기 링 부재와, 그 맞닿음부가 형성된 면과 반대측의 면에 상기 맞닿음부에 대응하여 맞닿는 가압 부재에 의해 사이에 위치하는 소형 반응기.