TWI636948B - 防止流體逆流的微流體反應器 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種微流體反應器，包含：第一供料單元；第二供料單元；以及混合單元，係分別透過第一流道與第二流道連接第一供料單元與第二供料單元，使第一流道與第二流道間形成有超過0度、180度以下的第一夾角；其中，第一流道與第二流道各配置有逆止閥。

Description

防止流體逆流的微流體反應器

本發明關於一種微流體反應器，且特別攸關一種防止流體逆流的微流體反應器。

微流體反應器為一種管道式連續反應設備，相較反應釜等其他批式反應設備，其提供流體反應物均勻快速混合與高導熱效率、生成產物窄停滯時間分布與高再現性。此外，微流體反應器具備快速系統響應，方便操作，幾乎無放大效應，且流體反應物的注入量少降低反應發生危險的可能性。因此，微流體反應器已逐漸取代傳統反應設備以應用於不同產業類別，如醫藥、農藥、材料、或食品製造、未知物成分分析、與生醫檢測。

請參照圖2、3，說明著一習用例的微流體反應器，其揭示於日本特許專利申請案JP2011-215092。所示的微流體反應器具有供給流路（1）、漿料形成流路（2）、反應流路（3）、擴寬部（4）、及排出流路（5）。供給流路（1）可交互地供應相互形成氣-液界面或液-液界面的流體試樣；漿料形成流路（2）可形成由供給流路（1）供應之試樣交互連接的漿料；反應流路（3）較漿料形成流路（2）寬幅地形成，且藉由光照於試樣的界面進行化學反應；擴寬部（4）介於漿料形成流路（2）與反應流路（3）間，其一端與漿料形成流路（2）連接，另端則與反應流路（3）連接，並逐漸擴寬；排出流路（5）自反應流路（3）連接，將反應後的試樣排出。另外，供給流路（1）具有第一供給路徑（11）、第二供給路徑（12）、及合流路徑（13）；第一供給路徑（11）可供應形成氣-液界面或液-液界面之試樣中的一者，第二供給路徑（12）可供應形成氣-液界面或液-液界面之試樣中的另者，合流路徑（13）可供試樣合流，且第一供給路徑（11）、第二供給路徑（12）、與合流路徑（13）具有同一管徑尺寸。然而，於流體試樣合流時，它們會因碰撞而彼此產生推擠效應。此時，試樣中的一者恐會迅速地往漿料形成流路（2）方向流動，另者恐會往第一供給路徑（11）方向、第二供給路徑（12）方向、或二方向流動，後者稱為「流體逆流」。另外，於流體試樣合流時，它們亦會因下游壓力增加而彼此產生推擠效應。此時，試樣恐會往第一供給路徑（11）方向、第二供給路徑（12）方向、或二方向流動，此亦稱為「流體逆流」。以上現象無法有效地控制試樣於微流體反應器內的流動時間與反應時間，從而影響反應品質。而且，流體逆流發生時，往第一供給路徑（11）方向、第二供給路徑（12）方向、或二方向流動者會與另者於某種程度地混合。若試樣又流回連結第一供給路徑（11）或第二供給路徑（12）的注射器（6），這恐會造成流體試樣來源汙染。

職是之故，針對習用微流體反應器提出改良以解決流體合流所衍生的問題，確實為本發明所屬技術領域之人士及/或業者積極解決的課題之一。

本發明之一目的在於解決流體試樣於習用微流體反應器合流所造成的問題，如無法有效控制流體於微流體反應器內的流動時間與反應時間、或汙染流體來源。

為達成上述及/或其他目的，本發明提出一種微流體反應器，其包括：一第一供料單元；一第二供料單元；以及一混合單元，係分別透過一第一流道與一第二流道連接第一供料單元與第二供料單元，使第一流道與第二流道間形成有一超過0度、180度以下的第一夾角；其中，第一流道與第二流道各配置有一逆止閥。

依上述結構，二流體反應物可各自第一供料單元與第二供料單元先經第一流道與第二流道，後於混合單元內接觸並混合。於二流體反應物接觸時，彼此間會因碰撞或下游壓力增加而推擠，以致二流體反應物中的一或二者會有往第一供料單元方向、第二供料單元方向、或二方向流動的動力，而這可能會造成所謂的「流體逆流」。由於配置於第一流道與第二流道的逆止閥為一僅供流體單向流動的裝置，故可避免流體反應物回流至第一供料單元或第二供料單元。藉此，流體反應物可於微流體反應器內穩定地朝下游方向流動。

為讓本發明上述及/或其他目的、功效、特徵更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照圖1，繪示本發明之一實施方式的微流體反應器，其含有：一第一供料單元（1）、 一第二供料單元（2）、一混合單元（3）、一反應單元（4）、一收料單元（5）、一反應輔助單元（6）、以及一冷卻單元（7）。

第一供料單元（1）與第二供料單元（2）可各供應一流體反應物。為維持流體反應物於微流體反應器內穩定地往第一供料單元（1）與第二供料單元（2）的下游單元流動，此二供料單元（1、2）各配置有一注射泵（圖未示）。

混合單元（3）為分別透過一第一流道（11）與一第二流道（21）連接第一供料單元（1）與第二供料單元（2），使得二流道（11、21）間形成有一第一夾角（θ1），第一夾角（θ1）為超過0度、180度以下。此外，第一夾角（θ1）較佳地為超過0度、90度以下，更佳地為超過0度、45度以下。混合單元（3）可供二流體反應物接觸混合，並且於二流體反應物接觸時，它們間會產生推擠或下游壓力增加以造成其中一者或二者有往第一供料單元（1）方向、第二供料單元（2）方向、或二方向流動的動力。為避免後續可能造成的「流體逆流」現象發生，第一流道（11）與第二流道（21）各配置有一具有僅供流體單向流動特性的逆止閥（12、22）。

另如圖1所示，第一流道（11）與混合單元（3）間形成的夾角定義為一第二夾角（θ2），第二流道（21）與混合單元（3）間形成的夾角定義為一第三夾角（θ3），而θ1＋θ2＋θ3＝180度。為便於控制流體反應物供應至第一流道（11）與第二流道（21），較佳地θ2＝θ3。

反應單元（4）為連接混合單元（3），其可供混合後的流體反應物發生化學反應。此外，二單元（3、4）間可配置有一第三流道（31），且第三流道（31）配置有一逆止閥（32）。由於化學反應可能會造成反應單元（4）內的流體膨脹或收縮（如：化學反應為放熱反應時，流體會因熱漲冷縮而膨脹），因此反應單元（4）內的流體恐會有往混合單元（3）方向流動的動力。然而，配置於第三流道（31）之逆止閥（32）的用意即在於：透過其僅供流體單向流動特性防止後續可能造成的「流體逆流」現象。另外，第三流道（31）與反應單元（4）可單獨地為相對於混合單元（3）為水平、向下傾斜、或向下垂直設置的，且外觀上可單獨地呈螺旋狀。

收料單元（5）為連接反應單元（4），而可收集化學反應產物。另外，二單元（4、5）間可配置有一第四流道（41），第四流道（41）配置有一逆止閥（42）。如前所述，化學反應可能會造成反應單元（4）內的流體膨脹或收縮。當反應單元（4）內的流體收縮時，化學反應產物可能會流動至反應單元（4），如此不僅可能影響流體反應物的反應速度，也可能誘發其他化學反應並產生其他副產物以降低化學反應產物的純度。由此可知，配置於第四流道（41）之逆止閥（42）的目的即在於避免以上現象發生。另外，第四流道（41）與收料單元（5）可單獨地為相對於反應單元（4）為水平、向下傾斜、或向下垂直設置的，且外觀上可單獨地呈螺旋狀。

一般而言，化學反應須透過其他因素加快進行。為此，可配置反應輔助單元（6）鄰近反應單元（4），反應輔助單元（6）的實例可以為但不限於加熱單元、加壓單元、或光照單元。當反應輔助單元（6）為加熱單元時，反應單元（4）內的流體會受熱膨脹，因而產生往混合單元（3）及/或收料單元（5）方向流動的動力。為避免流動發生影響收料單元（5）內化學反應產物的純度或影響反應單元（4）內流體的反應速度，位於第三流道（31）與第四流道（41）之逆止閥（32、42）的配置為必要的。再者，當反應輔助單元（6）為加壓單元時，反應單元（4）內的流體會受壓力增加分子數目（molecular number），因而混合單元（3）內的流體及/或收料單元（5）內的流體會產生往反應單元（4）方向流動的動力。為防止流動發生而影響收料單元（5）內化學反應產物的純度或影響反應單元（4）內流體的反應速度，位於第三流道（31）與第四流道（41）之逆止閥（32、42）的配置為必要的。

此外，若化學反應為放熱反應時，化學反應產物會因膨脹而噴射以造成危險。為避免此問題，可配置冷卻單元（7）鄰近收料單元（5）。

綜上所述，本實施方式透過配置於各流道的逆止閥防止各流道連接之下游單元內的流體逆流。透過此方式，可精準地控制流體反應物於微流體反應器內的反應時間與流動時間，並可避免各單元內的流體相互汙染。另透過逆止閥的配置更可讓本實施方式的微流體反應器於高溫或高壓下使用，使得流體反應物可於此種條件下進行反應來提升反應品質。

雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神及範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附之申請專利範圍所請求者為準。

＜相關前案＞

(1)‧‧‧供給流路

(11)‧‧‧第一供給路徑

(12)‧‧‧第二供給路徑

(13)‧‧‧合流路徑

(2)‧‧‧漿料形成流路

(3)‧‧‧反應流路

(4)‧‧‧擴寬部

(5)‧‧‧排出流路

(6)‧‧‧注射器

＜實施方式＞

(1)‧‧‧第一供料單元

(11)‧‧‧第一流道

(12)‧‧‧逆止閥

(2)‧‧‧第二供料單元

(21)‧‧‧第二流道

(22)‧‧‧逆止閥

(3)‧‧‧混合單元

(31)‧‧‧第三流道

(32)‧‧‧逆止閥

(4)‧‧‧反應單元

(41)‧‧‧第四流道

(42)‧‧‧逆止閥

(5)‧‧‧收料單元

(6)‧‧‧反應輔助單元

(7)‧‧‧冷卻單元

(θ1)‧‧‧第一夾角

(θ2)‧‧‧第二夾角

(θ3)‧‧‧第三夾角

圖1為一示意圖，說明本發明之一實施方式的微流體反應器。 圖2、3為結構示意圖，說明相關前案日本特許專利申請號JP2011-215092的微流體反應器。

Claims (9)

1. 一種微流體反應器，係包括：一第一供料單元；一第二供料單元；一混合單元，係分別透過一第一流道與一第二流道連接該第一供料單元與該第二供料單元，使該第一流道與該第二流道間形成有一超過0度、180度以下的第一夾角；一反應單元，係連接該混合單元；以及一收料單元，係連接該反應單元；其中，該第一流道與該第二流道各配置有一逆止閥；該混合單元與該反應單元間配置有一第三流道，該第三流道配置有一逆止閥；該反應單元與該收料單元間配置有一第四流道，該第四流道配置有一逆止閥。
2. 如請求項第1項所述之微流體反應器，其中該第一供料單元與該第二供料單元各配置有一注射泵。
3. 如請求項第1項所述之微流體反應器，更包括：一加熱單元，係鄰近該反應單元。
4. 如請求項第1項所述之微流體反應器，更包括：一加壓單元，係鄰近該反應單元。
5. 如請求項第1項所述之微流體反應器，更包括：一光照單元，係鄰近該反應單元。
6. 如請求項第1項所述之微流體反應器，更包括：一冷卻單元，係鄰近該收料單元。
7. 如請求項第1項所述之微流體反應器，其中該第一流道與該混合單元間形成有一第二夾角，該第二流道與該混合單元間形成有一第三夾角，該第一夾角、該第二夾角與該第三夾角的總和為180度，且該第二夾角等於該第三夾角。
8. 如請求項第1項所述之微流體反應器，其中該第三流道與該反應單元單獨地為相對於該混合單元為水平、向下傾斜、或向下垂直設置的，且單獨地呈螺旋狀。
9. 如請求項第1項所述之微流體反應器，其中該第四流道與該收料單元單獨地為相對於該反應單元為水平、向下傾斜、或向下垂直設置的，且單獨地呈螺旋狀。