マイクロリアクタ
【課題】マイクロ流路の長さがそれほど長くなくて済み、反応が完了するまでに要する時間を短縮できるマイクロリアクタを提供する。
【解決手段】マイクロリアクタ１０において、第１導入ポートＰ１の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第１導入ポートＰ１から導入した第１被反応流体Ｌ１をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第１スリット状流路Ｒ１と、第２導入ポートＰ２の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第２導入ポートＰ２から導入した第２被反応流体Ｌ２をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第２スリット状流路Ｒ２とを備え、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とは、互いに平行でない状態でマイクロ流路Ｒ４の入口に設けられる。
【解決手段】マイクロリアクタ１０において、第１導入ポートＰ１の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第１導入ポートＰ１から導入した第１被反応流体Ｌ１をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第１スリット状流路Ｒ１と、第２導入ポートＰ２の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第２導入ポートＰ２から導入した第２被反応流体Ｌ２をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第２スリット状流路Ｒ２とを備え、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とは、互いに平行でない状態でマイクロ流路Ｒ４の入口に設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少な流路を用いて、流体の混合や反応を行うマイクロリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ化学プラントは、マイクロスケールの空間内での混合、化学反応、分離などを利用した生産設備であり、大型タンク等を用いた従来のバッチ方式のプラントと比較して多くの有利点を備える。例えば、複数の流体の混合や化学反応を短時間且つ微量の試料で行えること、装置が小型であるため実験室レベルで生成物の製造技術を確立できればナンバリングアップを行うことで容易に量産用の設備化ができること、爆発などの危険を伴う反応にも適用可能であること、多品種少量生産を必要とする化合物の生成などにも素早く適応できること、需要量に合わせた生産量の調整が容易にできることなどである。このため、化学工業や医薬品工業の分野では、流体の混合または反応を行い材料や製品を製造するための好適な装置として注目され、近年、その研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
マイクロ化学プラントの構成要素は、材料供給装置、マイクロミキサ、熱交換装置、マイクロリアクタ、分離装置、これらの各装置を接続する配管、及び制御装置などである。このうち、マイクロミキサ及びマイクロリアクタは、それぞれ流路幅が数μｍ〜１ｍｍ程度のオーダーである微少な流路を有し、この流路に導かれた複数種類の流体を互いに接触させることで混合または化学反応を生起するものである。マイクロミキサとマイクロリアクタとは、基本的には共通な構成とされ、一般にその用途が混合である場合はマイクロミキサと呼び、化学反応である場合はマイクロリアクタと呼ぶが、本明細書では、マイクロミキサもマイクロリアクタの一部として扱う。
【０００４】
マイクロリアクタの一例として、特許文献１には、１つの反応流路に連通する複数の供給路を同心軸の多重筒構造にして、複数の流体をそれぞれの供給路を通して反応流路に合流させることにより、これらの流体を同心軸で積層させて該同心軸に直交する断面が環状の層流として流通させつつ、流体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して反応を行わせるものが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−４６６５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のマイクロリアクタでは、複数種類の流体をそれぞれ断面が同心円状となるように形成された複数の微少流路を通して、薄い層流として微少空間内に供給して反応させる。すなわち、層流流れで分子の拡散混合を行っているため、マイクロ流路の長さを長くする必要があると同時に、反応が完了するまでに要する時間が長いという問題があった。本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、マイクロ流路の長さがそれほど長くなくて済み、反応が完了するまでに要する時間を短縮できるマイクロリアクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１のマイクロリアクタ１０は、少なくとも２種類の第１被反応流体Ｌ１及び第２被反応流体Ｌ２をそれぞれ少なくとも２つの第１導入ポートＰ１及び第２導入ポートＰ２からマイクロ流路Ｒ４に導入し、このマイクロ流路Ｒ４内で反応を進行させ、反応済み流体Ｌ４を導出ポートＱ４から排出するように構成したマイクロリアクタ１０において、第１導入ポートＰ１の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第１導入ポートＰ１から導入した第１被反応流体Ｌ１をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第１スリット状流路Ｒ１と、第２導入ポートＰ２の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第２導入ポートＰ２から導入した第２被反応流体Ｌ２をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第２スリット状流路Ｒ２とを備え、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とは、互いに平行でない状態でマイクロ流路Ｒ４の入口に設けられたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１のマイクロリアクタ１０によると、第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とは、互いに平行でない流れで合流して衝突し合う形となる。従って、乱流が発生し、例えば両被反応流体Ｌ１，Ｌ２が平行に合流する場合に生じ得る「層流現象」が極めて起こり難い。このため、瞬時に反応を生起することが可能となり、短い反応速度で反応を進行させることができる。なお、本発明で言う“第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とが互いに平行でない”とは、両流路がそれぞれ第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とを同一方向に流して合流させないことを意味する。従って、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とが対向している場合、つまり両流路のなす角度θの大きさが１８０度の場合も本発明の範囲内である。
【０００８】
請求項２のマイクロリアクタでは、マイクロ流路Ｒ４は、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの対頂角θ’の間に設けられる
。
【０００９】
請求項２のマイクロリアクタによると、マイクロ流路Ｒ４は、図１２のように、対頂角θ’の間に設けられているため、合流した第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とが、マイクロ流路Ｒ４内で流路壁面に直接衝突することが防止でき、少ない摩擦抵抗で流れることができる。
【００１０】
請求項３のマイクロリアクタでは、第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２との反応に関与しない不関与流体Ｌ３を導入するための第３導入ポートＰ３と、第３導入ポートＰ３の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第３導入ポートＰ３から導入した不関与流体Ｌ３をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第３スリット状流路Ｒ３とを備える。
【００１１】
請求項３のマイクロリアクタによると、第３スリット状流路Ｒ３は、不関与流体Ｌ３をマイクロ流路Ｒ４に導入するため、合流して反応を生起した第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とが、合流部Ｄに滞留することが防止され、併せてこのとき生じた析出物の滞留も防止される。
【００１２】
請求項４のマイクロリアクタは、第３スリット状流路Ｒ３は、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの間においてマイクロ流路Ｒ４の延長となるように設けられる。
【００１３】
請求項４のマイクロリアクタによると、第３スリット状流路Ｒ３は、図１２のように、角θの間においてマイクロ流路Ｒ４の延長となるように設けられるため、第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２との衝突により反応を生起した流体を、その延長上のマイクロ流路Ｒ４に向けて押し進めるように作用する。これにより、請求項３のマイクロリアクタによる作用効果をより一層顕著なものとすることができる。
【００１４】
請求項５のマイクロリアクタでは、第１スリット状流路Ｒ１はスリット状の縦長円環形状とされ、第２スリット状流路Ｒ２はスリット状の扁平円環形状とされ、第３スリット状流路Ｒ３はスリット状の略逆円錐台形状とされ、マイクロ流路Ｒ４はスリット状の略逆円錐形状とされ、これら第１スリット状流路Ｒ１、第２スリット状流路Ｒ２、第３スリット状流路Ｒ３及びマイクロ流路Ｒ４は共通の中心軸Ｊを有する。
【００１５】
請求項５のマイクロリアクタによると、各流路Ｒ１〜Ｒ４は、中心軸Ｊまわりの周方向への連続体をなし端面がないため、平面的に流路を形成した場合に比べて、澱みや流速の差が生じ難く且つ大量の液を処理することが可能となる。
【００１６】
請求項６のマイクロリアクタでは、その入口から出口に至るまで、中心軸Ｊに直交する任意の平面で切断したときの断面積が略一定である
【００１７】
請求項６のマイクロリアクタによると、単位時間あたりにマイクロ流路Ｒ４内を移動する流量及び通過速度が一定となり、圧損がなく安定した反応を進行させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のマイクロリアクタによると、マイクロ流路の長さがそれほど長くなくて済み、反応が完了するまでに要する時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明に係るマイクロリアクタの正面一部断面図、図２は第１ブロックの正面一部断面図、図３は第２ブロックの正面一部断面図、図４は第３ブロックの正面一部断面図、図５は第４ブロックの正面一部断面図、図６は第５ブロックの正面一部断面図、図７は第６ブロックの正面一部断面図、図８は図１のＡ−Ａ線矢視図、図９は図１のＢ−Ｂ線矢視図、図１０は図１のＣ−Ｃ線矢視図、図１１は本発明に係るマイクロリアクタの内部に形成される各流路を示す一部断面斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係るマイクロリアクタ１０は、第１ブロック１、第２ブロック２、第３ブロック３、第４ブロック４、第５ブロック５、第６ブロック６、オーリング７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ及び六角ボルト８ａ，８ｂから構成される。第１ブロック１から第６ブロック６は、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属またはプラスチック等の合成樹脂を材質として構成される。この材質は、被反応液及び反応済液に応じて適宜選択され、それらの液により浸食または腐食されないものとされる。
【００２１】
第１ブロック１は、中空薄円盤１１と有底筒体１２と長尺管１３とが同心一体的に結合した形状とされる。中空薄円盤１１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴１１ｈを備える。中空薄円盤１１の下面には、オーリング７ａを嵌装するための円環溝１１ａが形成される。有底筒体１２の有底部には、中心軸Ｊ方向に貫通する雌ねじ穴である温度調整液入口Ｑ５を備え、側面には、径方向に貫通する雌ねじ穴である温度調整液出口Ｑ６を備える。長尺管１３の中空部は、温度調整液入口Ｑ５に連通している。
【００２２】
第２ブロック２は、中空薄円板２１と先窄筒体２２とが同心一体的に結合した形状とされる。中空薄円盤２１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴２１ｈを備える。先窄筒体２２は、筒体部２３と逆円錐体部２４とからなり、第１ブロック１における長尺管１３を十分なスペースＳ１を確保した状態で挿設可能な中空部を備える。このスペースＳ１は温度調整液の循環室となる。筒体部２３は、長手方向両端付近がそれぞれ径大部２３１，２３２とされ、これら２つの径大部２３１，２３２間は径小部２３３とされる。
【００２３】
第３ブロック３は、中空厚円盤３１と略逆円錐台体３２とが同心一体的に結合した形状とされる。中空厚円盤３１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴３１ｈを備える。中空厚円盤３１の上面には、オーリング７ｃを嵌装するための円環溝３１ａが形成される。また、中空厚円盤３１は、その外周面から内周面に貫通する末細穴である第１液入口Ｑ１を備える。略逆円錐台体３２は、筒体部３３と逆円錐体部３４とからなり、第２ブロック２における先窄筒体２２の筒体部２３を挿設可能な中空部を備える。第３ブロック３の内周面中央部と第２ブロック２における筒体部２３の径小部２３３とにより、第１液入口Ｑ１に連通した縦長円環状の密閉空間である第１導入ポートＰ１が形成される。また、第３ブロック３の内周面下部と第２ブロック２における筒体部２３の径大部２３２とにより、第１導入ポートＰ１に連通した縦長円環スリット状の密閉空間である第１スリット状流路Ｒ１が形成される。
【００２４】
第４ブロック４は、中空厚円盤４１と中空薄円盤４２とが同心一体的に結合した形状とされる。中空厚円盤４１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通したボルト穴４１ｈを備える。中空厚円盤４１の上面には、オーリング７ｄを嵌装するための円環溝４１ａが形成される。
【００２５】
第４ブロック４は、第３ブロック３における略逆円錐台体３２を挿設可能な中空部を備える。第４ブロック４の内周面は、筒状部４３と座繰り状部４４とテーパ部４５とを備える。中空厚円盤４１は、その外周面から内周面の座繰り状部４４に貫通する末細穴である第３液入口Ｑ３を備える。第４ブロック４の内周面における座繰り状部４４と、第３ブロック３における逆円錐台部３４のテーパ面とにより、第３液入口Ｑ３に連通した円環状の密閉空間である第３導入ポートＰ３が形成される。また、第４ブロック４の内周面におけるテーパ部４５と、第３ブロック３における逆円錐台部３４のテーパ面とにより、第３導入ポートＰ３に連通した逆円錐台スリット状の密閉空間である第３スリット状流路Ｒ３が形成される。
【００２６】
第５ブロック５は、中空厚円盤の形状とされる。第５ブロック５は、第４ブロック４における薄型円盤４２を挿設可能な円環状溝５１と、第２ブロック２における逆円錐状筒体２２を挿設可能な逆円錐状穴５２とを備える。第５ブロック５は、上面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に穿設した有底の雌ネジ穴５１ｈを備える。第５ブロック５における上面の円環状溝５１の中には、オーリング７ｄを嵌装するための円環溝５１ａが形成される。また、円環状溝５１ａの内側には、これと同心の円環状溝５１Ｍが形成される。第５ブロック５は、その外周面から円環状溝５１Ｍに連通する末細穴である第２液入口Ｑ２を備える。
【００２７】
第５ブロック５の円環状溝５１Ｍと、第４ブロック４における中空薄円盤４２とにより、第２液入口Ｑ２に連通した扁平円環状の密閉空間である第２導入ポートＰ２が形成される。また、第５ブロック５における円環状溝５１と、第４ブロック４における中空薄円盤４２とにより、第２導入ポートＰ２に連通した扁平円環スリット状の密閉空間である第２スリット状流路Ｒ２が形成される。また、第５ブロック５の逆円錐状穴５２と、第２ブロック２における逆円錐状筒体２２の逆円錐部２４とにより、逆円錐環状の密閉空間であるマイクロ流路Ｒ４が形成される。このマイクロ流路Ｒ４は、その入口から出口に至るまで、流路断面積が略一定である。すなわち中心軸Ｊに直交する任意の平面でマイクロ流路Ｒ４を切断したときの断面積が略一定である。
【００２８】
更に、第５ブロック５は、下面から中心軸Ｊ方向に穿設され第２温度調整液が循環する有底円環状穴Ｓ２を備える。第５ブロック５の側面には、温度調整液入口Ｑ７と温度調整液出口Ｑ８とを備える。温度調整液入口Ｑ７は、第５ブロック５の外周面の下方位置から有底円環状穴Ｓ２に連通するように貫通する雌ねじ穴である。温度調整液出口Ｑ８は、中心軸Ｊを挟んで温度調整液入口Ｑ７と対象な外周面の上方位置から有底円環状穴Ｓ２に連通するように貫通する雌ねじ穴である。また、第５ブロック５は、下面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に穿設した有底の雌ネジ穴５１ｊを備える。
【００２９】
第６ブロック６は、薄型円盤６１と有底筒体６２とが一体化した形状とされる。薄型円盤６１は、中心穴を備えると共に、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴６１ｈを備える。薄型円盤６１の上面には、大小２つのオーリング７ｅ，７ｆをそれぞれ嵌装するための円環溝６１ａ，６１ｂが形成される。有底筒体６２の有底部は中心軸Ｊ方向に貫通し反応済液の導出ポートＱ４となる雌ねじ穴を備える。
【００３０】
マイクロリアクタ１０は、以上のような第１ブロック１から第６ブロック６の各ブロック間にそれぞれオーリング７ａから７ｆを介在させた状態で上からこの順に各ブロックが同心となるように重ね合わせ、第１ブロック１から第４ブロック４のそれそれのボルト穴１１ｈ，２１ｈ，３１ｈ，４１ｈにボルト８ａを挿通させた後、第５ブロック５の雌ねじ穴５１ｈに締結すると共に、第６ブロック６のボルト穴６１ｈにボルト８ｂを挿通させた後、第５ブロック５の雌ねじ穴５１ｂに締結することで、図１に示すような一体ものとして組み上げられる。
【００３１】
その内部には、図１１に示すように、第１から第３導入ポートＰ１〜Ｐ３、第１から第３スリット状流路Ｒ１〜Ｒ３、及びマイクロ流路Ｒ４が形成される。第１導入ポートＰ１は縦長円環形状とされ、第２導入ポートＰ２は扁平円環形状とされ、第３導入ポートＰ３は略逆円錐台形状とされる。また、第１スリット状流路Ｒ１はスリット状の縦長円環形状とされ、第２スリット状流路Ｒ２はスリット状の扁平円環形状とされ、第３スリット状流路Ｒ３はスリット状の略逆円錐台形状とされ、マイクロ流路Ｒ４はスリット状の略逆円錐形状とされる。これら第１スリット状流路Ｒ１、第２スリット状流路Ｒ２、第３スリット状流路Ｒ３及びマイクロ流路Ｒ４は共通の中心軸Ｊを有する。
【００３２】
マイクロリアクタ１０は、図示しない各種ポンプに配管により次のように接続して用いられる。すなわち、温度調整液入口Ｑ５は第１温度調整液ポンプの供給側に接続され、温度調整液出口Ｑ６は第１温度調整液ポンプのリターン側に接続される。また、温度調整液入口Ｑ７は第２温度調整液ポンプの供給側に接続され、温度調整液出口Ｑ８は第２温度調整液ポンプのリターン側に接続される。第１温度調整液ポンプ及び第２温度調整液ポンプは、それぞれ第１温度調整液及び第２温度調整液を所定の圧力で圧送可能なポンプである。
【００３３】
また、第１液入口Ｑ１は第１液ポンプの供給側に接続され、第２液入口Ｑ２は第２液ポンプの供給側に接続され、第３液入口Ｑ３は第３液ポンプの供給側に接続される。第１液ポンプ、第２液ポンプ及び第３液ポンプは、それぞれ第１液Ｌ１、第２液Ｌ２及び第３液Ｌ３を所定の圧力で圧送可能なポンプである。ここで、第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とが被反応液であり、第３液Ｌ２は第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とのどちらとも反応を起こさない液が選択される。
【００３４】
次に、図１２も参照して、本発明に係るマイクロリアクタ１０の機能動作について説明する。図１２は本発明に係るマイクロリアクタによる機能動作を説明するための図である。第１液入口Ｑ１から導入された第１液Ｌ１は、第１導入ポートＰ１を通った後、第１スリット状流路Ｒ１に導入される。第１スリット状流路Ｒ１は開口幅（外周面と内周面との距離）０．０２〜０．１ｍｍ程度の幅狭流路とされており、第１導入ポートＰ１から導入された第１液Ｌ１は、第１スリット状流路Ｒ１において高速流となって合流部Ｄに流れ込む。
【００３５】
同様に、第２液入口Ｑ２から導入された第２液Ｌ２は、第２導入ポートＰ２を通った後、第２スリット状流路Ｒ２に導入される。第２スリット状流路Ｒ２は開口幅０．０２〜０．１ｍｍ程度の幅狭流路とされており、第２導入ポートＰ２から導入された第２液Ｌ２は、第２スリット状流路Ｒ２において高速流となって合流部Ｄに流れ込む。
【００３６】
第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの大きさは９０度であるため、図１２に示すように、第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とは、互いに真横から合流して衝突し合う形となる。従って、乱流が発生し、例えば両液Ｌ１，Ｌ２が平行に合流する場合に生じ得る「層流現象」が極めて起こり難い。このため、瞬時に反応を生起することが可能となり、短い反応速度で反応を進行させることができる。なお、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの大きさを９０度よりも大きく且つ１８０以下とした場合も同様な効果を期待できる。
【００３７】
一方、第３液入口Ｑ３から導入された第３液Ｌ３は、第３導入ポートＰ３を通った後、第３スリット状流路Ｒ３に導入される。第３スリット状流路Ｒ３は開口幅０．０２〜０．１ｍｍ程度の幅狭流路とされており、第３導入ポートＰ３から導入された第３液Ｌ３は、第３スリット状流路Ｒ３において高速流となって合流部Ｄに流れ込む。
【００３８】
第３スリット状流路Ｒ３は、第３液Ｌ３を高速流としてマイクロ流路Ｒ４に導入するため、合流して反応を生起した第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とが、合流部Ｄに滞留することが防止され、併せてこのとき生じた析出物の滞留も防止される。また、第３スリット状流路Ｒ３は、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの間においてマイクロ流路Ｒ４の延長となるように設けられる。このため、第３スリット状流路Ｒ３を出た第３液Ｌ３は、第１液Ｌ１と第２液Ｌ２との衝突により反応を生起した液を、その延長上のマイクロ流路Ｒ４に向けて押し進めるように作用する。これにより、上記作用効果をより一層顕著なものとすることができる。なお、中心軸Ｊを基準とした第３スリット状流路Ｒ３の傾き角φの大きさは、好ましくは１０度以上８０度以下であり、更に好ましくは２０度以上６０度以下である。
【００３９】
第１液Ｌ１と第２液Ｌ２との反応を生起した液は、マイクロ流路Ｒ４内で反応を進行させ、導出ポートＱ４に達するまでに反応を完了する。ここでマイクロ流路Ｒ４は、その入口から出口に至るまで、流路断面積が略一定である。すなわち中心軸Ｊに直交する任意の平面でマイクロ流路Ｒ４を切断したときの断面積が略一定である。このため、単位時間あたりにマイクロ流路Ｒ４内を移動する流量及び通過速度が一定となり、圧損がなく安定した反応を進行させることができる。なお、マイクロ流路Ｒ４の開口幅は、最狭部（最上部）で０．０６ｍｍ前後、最広部（最下部）で０．７ｍｍ前後である。
【００４０】
第１導入ポートＰ１、第１スリット状流路Ｒ１、第２導入ポートＰ２、第２スリット状流路Ｒ２、第３導入ポートＰ３、第３スリット状流路Ｒ３及びマイクロ流路Ｒ４は共通の中心軸Ｊを有し、中心軸Ｊまわりの周方向への連続体をなし端面がないため、平面的に流路を形成した場合に比べて、澱みや流速の差が生じ難く且つ大量の液を処理することが可能となる。
【００４１】
また、第１温度調整液ポンプにより供給された第１温度調整液は、スペースＳ１を循環し各流路を通過中の液温を適当な温度に保つことができる。同様に、第２温度調整液ポンプにより供給された第２温度調整液は、有底円環状穴Ｓ２を循環し各流路を通過中の液温を適当な温度に保つことができる。以上のようにして、マイクロ流路Ｒ４内で反応を完了した反応済液は、導出ポートＱ４から配管を通じて取り出され次の工程へと進む。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明を行ったが、上に開示した実施形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るマイクロリアクタの正面一部断面図である。
【図２】第１ブロックの正面一部断面図である。
【図３】第２ブロックの正面一部断面図である。
【図４】第３ブロックの正面一部断面図である。
【図５】第４ブロックの正面一部断面図である。
【図６】第５ブロックの正面一部断面図である。
【図７】第６ブロックの正面一部断面図である。
【図８】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図９】図１のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図１０】図１のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図１１】本発明に係るマイクロリアクタの内部に形成される各流路を示す一部断面斜視図である。
【図１２】本発明に係るマイクロリアクタによる機能動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ マイクロリアクタ
Ｊ 中心軸
Ｌ１ 第１液（第１被反応流体）
Ｌ２ 第２液（第２被反応流体）
Ｌ３ 第３液（不関与流体）
Ｌ４ 反応済み液（反応済み流体）
Ｐ１ 第１導入ポート
Ｐ２ 第２導入ポート
Ｐ３ 第３導入ポート
Ｑ４ 導出ポート
Ｒ１ 第１スリット状流路
Ｒ２ 第２スリット状流路
Ｒ３ 第２スリット状流路
Ｒ４ マイクロ流路
θ 角
θ’ 対頂角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少な流路を用いて、流体の混合や反応を行うマイクロリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ化学プラントは、マイクロスケールの空間内での混合、化学反応、分離などを利用した生産設備であり、大型タンク等を用いた従来のバッチ方式のプラントと比較して多くの有利点を備える。例えば、複数の流体の混合や化学反応を短時間且つ微量の試料で行えること、装置が小型であるため実験室レベルで生成物の製造技術を確立できればナンバリングアップを行うことで容易に量産用の設備化ができること、爆発などの危険を伴う反応にも適用可能であること、多品種少量生産を必要とする化合物の生成などにも素早く適応できること、需要量に合わせた生産量の調整が容易にできることなどである。このため、化学工業や医薬品工業の分野では、流体の混合または反応を行い材料や製品を製造するための好適な装置として注目され、近年、その研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
マイクロ化学プラントの構成要素は、材料供給装置、マイクロミキサ、熱交換装置、マイクロリアクタ、分離装置、これらの各装置を接続する配管、及び制御装置などである。このうち、マイクロミキサ及びマイクロリアクタは、それぞれ流路幅が数μｍ〜１ｍｍ程度のオーダーである微少な流路を有し、この流路に導かれた複数種類の流体を互いに接触させることで混合または化学反応を生起するものである。マイクロミキサとマイクロリアクタとは、基本的には共通な構成とされ、一般にその用途が混合である場合はマイクロミキサと呼び、化学反応である場合はマイクロリアクタと呼ぶが、本明細書では、マイクロミキサもマイクロリアクタの一部として扱う。
【０００４】
マイクロリアクタの一例として、特許文献１には、１つの反応流路に連通する複数の供給路を同心軸の多重筒構造にして、複数の流体をそれぞれの供給路を通して反応流路に合流させることにより、これらの流体を同心軸で積層させて該同心軸に直交する断面が環状の層流として流通させつつ、流体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して反応を行わせるものが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−４６６５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のマイクロリアクタでは、複数種類の流体をそれぞれ断面が同心円状となるように形成された複数の微少流路を通して、薄い層流として微少空間内に供給して反応させる。すなわち、層流流れで分子の拡散混合を行っているため、マイクロ流路の長さを長くする必要があると同時に、反応が完了するまでに要する時間が長いという問題があった。本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、マイクロ流路の長さがそれほど長くなくて済み、反応が完了するまでに要する時間を短縮できるマイクロリアクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１のマイクロリアクタ１０は、少なくとも２種類の第１被反応流体Ｌ１及び第２被反応流体Ｌ２をそれぞれ少なくとも２つの第１導入ポートＰ１及び第２導入ポートＰ２からマイクロ流路Ｒ４に導入し、このマイクロ流路Ｒ４内で反応を進行させ、反応済み流体Ｌ４を導出ポートＱ４から排出するように構成したマイクロリアクタ１０において、第１導入ポートＰ１の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第１導入ポートＰ１から導入した第１被反応流体Ｌ１をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第１スリット状流路Ｒ１と、第２導入ポートＰ２の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第２導入ポートＰ２から導入した第２被反応流体Ｌ２をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第２スリット状流路Ｒ２とを備え、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とは、互いに平行でない状態でマイクロ流路Ｒ４の入口に設けられたことを特徴とする。
【０００７】
請求項１のマイクロリアクタ１０によると、第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とは、互いに平行でない流れで合流して衝突し合う形となる。従って、乱流が発生し、例えば両被反応流体Ｌ１，Ｌ２が平行に合流する場合に生じ得る「層流現象」が極めて起こり難い。このため、瞬時に反応を生起することが可能となり、短い反応速度で反応を進行させることができる。なお、本発明で言う“第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とが互いに平行でない”とは、両流路がそれぞれ第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とを同一方向に流して合流させないことを意味する。従って、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とが対向している場合、つまり両流路のなす角度θの大きさが１８０度の場合も本発明の範囲内である。
【０００８】
請求項２のマイクロリアクタでは、マイクロ流路Ｒ４は、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの対頂角θ’の間に設けられる
。
【０００９】
請求項２のマイクロリアクタによると、マイクロ流路Ｒ４は、図１２のように、対頂角θ’の間に設けられているため、合流した第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とが、マイクロ流路Ｒ４内で流路壁面に直接衝突することが防止でき、少ない摩擦抵抗で流れることができる。
【００１０】
請求項３のマイクロリアクタでは、第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２との反応に関与しない不関与流体Ｌ３を導入するための第３導入ポートＰ３と、第３導入ポートＰ３の出口とマイクロ流路Ｒ４の入口との間に設けられ第３導入ポートＰ３から導入した不関与流体Ｌ３をマイクロ流路Ｒ４に導入するための第３スリット状流路Ｒ３とを備える。
【００１１】
請求項３のマイクロリアクタによると、第３スリット状流路Ｒ３は、不関与流体Ｌ３をマイクロ流路Ｒ４に導入するため、合流して反応を生起した第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２とが、合流部Ｄに滞留することが防止され、併せてこのとき生じた析出物の滞留も防止される。
【００１２】
請求項４のマイクロリアクタは、第３スリット状流路Ｒ３は、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの間においてマイクロ流路Ｒ４の延長となるように設けられる。
【００１３】
請求項４のマイクロリアクタによると、第３スリット状流路Ｒ３は、図１２のように、角θの間においてマイクロ流路Ｒ４の延長となるように設けられるため、第１被反応流体Ｌ１と第２被反応流体Ｌ２との衝突により反応を生起した流体を、その延長上のマイクロ流路Ｒ４に向けて押し進めるように作用する。これにより、請求項３のマイクロリアクタによる作用効果をより一層顕著なものとすることができる。
【００１４】
請求項５のマイクロリアクタでは、第１スリット状流路Ｒ１はスリット状の縦長円環形状とされ、第２スリット状流路Ｒ２はスリット状の扁平円環形状とされ、第３スリット状流路Ｒ３はスリット状の略逆円錐台形状とされ、マイクロ流路Ｒ４はスリット状の略逆円錐形状とされ、これら第１スリット状流路Ｒ１、第２スリット状流路Ｒ２、第３スリット状流路Ｒ３及びマイクロ流路Ｒ４は共通の中心軸Ｊを有する。
【００１５】
請求項５のマイクロリアクタによると、各流路Ｒ１〜Ｒ４は、中心軸Ｊまわりの周方向への連続体をなし端面がないため、平面的に流路を形成した場合に比べて、澱みや流速の差が生じ難く且つ大量の液を処理することが可能となる。
【００１６】
請求項６のマイクロリアクタでは、その入口から出口に至るまで、中心軸Ｊに直交する任意の平面で切断したときの断面積が略一定である
【００１７】
請求項６のマイクロリアクタによると、単位時間あたりにマイクロ流路Ｒ４内を移動する流量及び通過速度が一定となり、圧損がなく安定した反応を進行させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のマイクロリアクタによると、マイクロ流路の長さがそれほど長くなくて済み、反応が完了するまでに要する時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明に係るマイクロリアクタの正面一部断面図、図２は第１ブロックの正面一部断面図、図３は第２ブロックの正面一部断面図、図４は第３ブロックの正面一部断面図、図５は第４ブロックの正面一部断面図、図６は第５ブロックの正面一部断面図、図７は第６ブロックの正面一部断面図、図８は図１のＡ−Ａ線矢視図、図９は図１のＢ−Ｂ線矢視図、図１０は図１のＣ−Ｃ線矢視図、図１１は本発明に係るマイクロリアクタの内部に形成される各流路を示す一部断面斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係るマイクロリアクタ１０は、第１ブロック１、第２ブロック２、第３ブロック３、第４ブロック４、第５ブロック５、第６ブロック６、オーリング７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ及び六角ボルト８ａ，８ｂから構成される。第１ブロック１から第６ブロック６は、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属またはプラスチック等の合成樹脂を材質として構成される。この材質は、被反応液及び反応済液に応じて適宜選択され、それらの液により浸食または腐食されないものとされる。
【００２１】
第１ブロック１は、中空薄円盤１１と有底筒体１２と長尺管１３とが同心一体的に結合した形状とされる。中空薄円盤１１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴１１ｈを備える。中空薄円盤１１の下面には、オーリング７ａを嵌装するための円環溝１１ａが形成される。有底筒体１２の有底部には、中心軸Ｊ方向に貫通する雌ねじ穴である温度調整液入口Ｑ５を備え、側面には、径方向に貫通する雌ねじ穴である温度調整液出口Ｑ６を備える。長尺管１３の中空部は、温度調整液入口Ｑ５に連通している。
【００２２】
第２ブロック２は、中空薄円板２１と先窄筒体２２とが同心一体的に結合した形状とされる。中空薄円盤２１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴２１ｈを備える。先窄筒体２２は、筒体部２３と逆円錐体部２４とからなり、第１ブロック１における長尺管１３を十分なスペースＳ１を確保した状態で挿設可能な中空部を備える。このスペースＳ１は温度調整液の循環室となる。筒体部２３は、長手方向両端付近がそれぞれ径大部２３１，２３２とされ、これら２つの径大部２３１，２３２間は径小部２３３とされる。
【００２３】
第３ブロック３は、中空厚円盤３１と略逆円錐台体３２とが同心一体的に結合した形状とされる。中空厚円盤３１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴３１ｈを備える。中空厚円盤３１の上面には、オーリング７ｃを嵌装するための円環溝３１ａが形成される。また、中空厚円盤３１は、その外周面から内周面に貫通する末細穴である第１液入口Ｑ１を備える。略逆円錐台体３２は、筒体部３３と逆円錐体部３４とからなり、第２ブロック２における先窄筒体２２の筒体部２３を挿設可能な中空部を備える。第３ブロック３の内周面中央部と第２ブロック２における筒体部２３の径小部２３３とにより、第１液入口Ｑ１に連通した縦長円環状の密閉空間である第１導入ポートＰ１が形成される。また、第３ブロック３の内周面下部と第２ブロック２における筒体部２３の径大部２３２とにより、第１導入ポートＰ１に連通した縦長円環スリット状の密閉空間である第１スリット状流路Ｒ１が形成される。
【００２４】
第４ブロック４は、中空厚円盤４１と中空薄円盤４２とが同心一体的に結合した形状とされる。中空厚円盤４１は、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通したボルト穴４１ｈを備える。中空厚円盤４１の上面には、オーリング７ｄを嵌装するための円環溝４１ａが形成される。
【００２５】
第４ブロック４は、第３ブロック３における略逆円錐台体３２を挿設可能な中空部を備える。第４ブロック４の内周面は、筒状部４３と座繰り状部４４とテーパ部４５とを備える。中空厚円盤４１は、その外周面から内周面の座繰り状部４４に貫通する末細穴である第３液入口Ｑ３を備える。第４ブロック４の内周面における座繰り状部４４と、第３ブロック３における逆円錐台部３４のテーパ面とにより、第３液入口Ｑ３に連通した円環状の密閉空間である第３導入ポートＰ３が形成される。また、第４ブロック４の内周面におけるテーパ部４５と、第３ブロック３における逆円錐台部３４のテーパ面とにより、第３導入ポートＰ３に連通した逆円錐台スリット状の密閉空間である第３スリット状流路Ｒ３が形成される。
【００２６】
第５ブロック５は、中空厚円盤の形状とされる。第５ブロック５は、第４ブロック４における薄型円盤４２を挿設可能な円環状溝５１と、第２ブロック２における逆円錐状筒体２２を挿設可能な逆円錐状穴５２とを備える。第５ブロック５は、上面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に穿設した有底の雌ネジ穴５１ｈを備える。第５ブロック５における上面の円環状溝５１の中には、オーリング７ｄを嵌装するための円環溝５１ａが形成される。また、円環状溝５１ａの内側には、これと同心の円環状溝５１Ｍが形成される。第５ブロック５は、その外周面から円環状溝５１Ｍに連通する末細穴である第２液入口Ｑ２を備える。
【００２７】
第５ブロック５の円環状溝５１Ｍと、第４ブロック４における中空薄円盤４２とにより、第２液入口Ｑ２に連通した扁平円環状の密閉空間である第２導入ポートＰ２が形成される。また、第５ブロック５における円環状溝５１と、第４ブロック４における中空薄円盤４２とにより、第２導入ポートＰ２に連通した扁平円環スリット状の密閉空間である第２スリット状流路Ｒ２が形成される。また、第５ブロック５の逆円錐状穴５２と、第２ブロック２における逆円錐状筒体２２の逆円錐部２４とにより、逆円錐環状の密閉空間であるマイクロ流路Ｒ４が形成される。このマイクロ流路Ｒ４は、その入口から出口に至るまで、流路断面積が略一定である。すなわち中心軸Ｊに直交する任意の平面でマイクロ流路Ｒ４を切断したときの断面積が略一定である。
【００２８】
更に、第５ブロック５は、下面から中心軸Ｊ方向に穿設され第２温度調整液が循環する有底円環状穴Ｓ２を備える。第５ブロック５の側面には、温度調整液入口Ｑ７と温度調整液出口Ｑ８とを備える。温度調整液入口Ｑ７は、第５ブロック５の外周面の下方位置から有底円環状穴Ｓ２に連通するように貫通する雌ねじ穴である。温度調整液出口Ｑ８は、中心軸Ｊを挟んで温度調整液入口Ｑ７と対象な外周面の上方位置から有底円環状穴Ｓ２に連通するように貫通する雌ねじ穴である。また、第５ブロック５は、下面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に穿設した有底の雌ネジ穴５１ｊを備える。
【００２９】
第６ブロック６は、薄型円盤６１と有底筒体６２とが一体化した形状とされる。薄型円盤６１は、中心穴を備えると共に、その上下各面における周方向の等間隔６箇所に中心軸Ｊ方向に貫通するボルト穴６１ｈを備える。薄型円盤６１の上面には、大小２つのオーリング７ｅ，７ｆをそれぞれ嵌装するための円環溝６１ａ，６１ｂが形成される。有底筒体６２の有底部は中心軸Ｊ方向に貫通し反応済液の導出ポートＱ４となる雌ねじ穴を備える。
【００３０】
マイクロリアクタ１０は、以上のような第１ブロック１から第６ブロック６の各ブロック間にそれぞれオーリング７ａから７ｆを介在させた状態で上からこの順に各ブロックが同心となるように重ね合わせ、第１ブロック１から第４ブロック４のそれそれのボルト穴１１ｈ，２１ｈ，３１ｈ，４１ｈにボルト８ａを挿通させた後、第５ブロック５の雌ねじ穴５１ｈに締結すると共に、第６ブロック６のボルト穴６１ｈにボルト８ｂを挿通させた後、第５ブロック５の雌ねじ穴５１ｂに締結することで、図１に示すような一体ものとして組み上げられる。
【００３１】
その内部には、図１１に示すように、第１から第３導入ポートＰ１〜Ｐ３、第１から第３スリット状流路Ｒ１〜Ｒ３、及びマイクロ流路Ｒ４が形成される。第１導入ポートＰ１は縦長円環形状とされ、第２導入ポートＰ２は扁平円環形状とされ、第３導入ポートＰ３は略逆円錐台形状とされる。また、第１スリット状流路Ｒ１はスリット状の縦長円環形状とされ、第２スリット状流路Ｒ２はスリット状の扁平円環形状とされ、第３スリット状流路Ｒ３はスリット状の略逆円錐台形状とされ、マイクロ流路Ｒ４はスリット状の略逆円錐形状とされる。これら第１スリット状流路Ｒ１、第２スリット状流路Ｒ２、第３スリット状流路Ｒ３及びマイクロ流路Ｒ４は共通の中心軸Ｊを有する。
【００３２】
マイクロリアクタ１０は、図示しない各種ポンプに配管により次のように接続して用いられる。すなわち、温度調整液入口Ｑ５は第１温度調整液ポンプの供給側に接続され、温度調整液出口Ｑ６は第１温度調整液ポンプのリターン側に接続される。また、温度調整液入口Ｑ７は第２温度調整液ポンプの供給側に接続され、温度調整液出口Ｑ８は第２温度調整液ポンプのリターン側に接続される。第１温度調整液ポンプ及び第２温度調整液ポンプは、それぞれ第１温度調整液及び第２温度調整液を所定の圧力で圧送可能なポンプである。
【００３３】
また、第１液入口Ｑ１は第１液ポンプの供給側に接続され、第２液入口Ｑ２は第２液ポンプの供給側に接続され、第３液入口Ｑ３は第３液ポンプの供給側に接続される。第１液ポンプ、第２液ポンプ及び第３液ポンプは、それぞれ第１液Ｌ１、第２液Ｌ２及び第３液Ｌ３を所定の圧力で圧送可能なポンプである。ここで、第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とが被反応液であり、第３液Ｌ２は第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とのどちらとも反応を起こさない液が選択される。
【００３４】
次に、図１２も参照して、本発明に係るマイクロリアクタ１０の機能動作について説明する。図１２は本発明に係るマイクロリアクタによる機能動作を説明するための図である。第１液入口Ｑ１から導入された第１液Ｌ１は、第１導入ポートＰ１を通った後、第１スリット状流路Ｒ１に導入される。第１スリット状流路Ｒ１は開口幅（外周面と内周面との距離）０．０２〜０．１ｍｍ程度の幅狭流路とされており、第１導入ポートＰ１から導入された第１液Ｌ１は、第１スリット状流路Ｒ１において高速流となって合流部Ｄに流れ込む。
【００３５】
同様に、第２液入口Ｑ２から導入された第２液Ｌ２は、第２導入ポートＰ２を通った後、第２スリット状流路Ｒ２に導入される。第２スリット状流路Ｒ２は開口幅０．０２〜０．１ｍｍ程度の幅狭流路とされており、第２導入ポートＰ２から導入された第２液Ｌ２は、第２スリット状流路Ｒ２において高速流となって合流部Ｄに流れ込む。
【００３６】
第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの大きさは９０度であるため、図１２に示すように、第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とは、互いに真横から合流して衝突し合う形となる。従って、乱流が発生し、例えば両液Ｌ１，Ｌ２が平行に合流する場合に生じ得る「層流現象」が極めて起こり難い。このため、瞬時に反応を生起することが可能となり、短い反応速度で反応を進行させることができる。なお、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの大きさを９０度よりも大きく且つ１８０以下とした場合も同様な効果を期待できる。
【００３７】
一方、第３液入口Ｑ３から導入された第３液Ｌ３は、第３導入ポートＰ３を通った後、第３スリット状流路Ｒ３に導入される。第３スリット状流路Ｒ３は開口幅０．０２〜０．１ｍｍ程度の幅狭流路とされており、第３導入ポートＰ３から導入された第３液Ｌ３は、第３スリット状流路Ｒ３において高速流となって合流部Ｄに流れ込む。
【００３８】
第３スリット状流路Ｒ３は、第３液Ｌ３を高速流としてマイクロ流路Ｒ４に導入するため、合流して反応を生起した第１液Ｌ１と第２液Ｌ２とが、合流部Ｄに滞留することが防止され、併せてこのとき生じた析出物の滞留も防止される。また、第３スリット状流路Ｒ３は、第１スリット状流路Ｒ１と第２スリット状流路Ｒ２とのなす角θの間においてマイクロ流路Ｒ４の延長となるように設けられる。このため、第３スリット状流路Ｒ３を出た第３液Ｌ３は、第１液Ｌ１と第２液Ｌ２との衝突により反応を生起した液を、その延長上のマイクロ流路Ｒ４に向けて押し進めるように作用する。これにより、上記作用効果をより一層顕著なものとすることができる。なお、中心軸Ｊを基準とした第３スリット状流路Ｒ３の傾き角φの大きさは、好ましくは１０度以上８０度以下であり、更に好ましくは２０度以上６０度以下である。
【００３９】
第１液Ｌ１と第２液Ｌ２との反応を生起した液は、マイクロ流路Ｒ４内で反応を進行させ、導出ポートＱ４に達するまでに反応を完了する。ここでマイクロ流路Ｒ４は、その入口から出口に至るまで、流路断面積が略一定である。すなわち中心軸Ｊに直交する任意の平面でマイクロ流路Ｒ４を切断したときの断面積が略一定である。このため、単位時間あたりにマイクロ流路Ｒ４内を移動する流量及び通過速度が一定となり、圧損がなく安定した反応を進行させることができる。なお、マイクロ流路Ｒ４の開口幅は、最狭部（最上部）で０．０６ｍｍ前後、最広部（最下部）で０．７ｍｍ前後である。
【００４０】
第１導入ポートＰ１、第１スリット状流路Ｒ１、第２導入ポートＰ２、第２スリット状流路Ｒ２、第３導入ポートＰ３、第３スリット状流路Ｒ３及びマイクロ流路Ｒ４は共通の中心軸Ｊを有し、中心軸Ｊまわりの周方向への連続体をなし端面がないため、平面的に流路を形成した場合に比べて、澱みや流速の差が生じ難く且つ大量の液を処理することが可能となる。
【００４１】
また、第１温度調整液ポンプにより供給された第１温度調整液は、スペースＳ１を循環し各流路を通過中の液温を適当な温度に保つことができる。同様に、第２温度調整液ポンプにより供給された第２温度調整液は、有底円環状穴Ｓ２を循環し各流路を通過中の液温を適当な温度に保つことができる。以上のようにして、マイクロ流路Ｒ４内で反応を完了した反応済液は、導出ポートＱ４から配管を通じて取り出され次の工程へと進む。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明を行ったが、上に開示した実施形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るマイクロリアクタの正面一部断面図である。
【図２】第１ブロックの正面一部断面図である。
【図３】第２ブロックの正面一部断面図である。
【図４】第３ブロックの正面一部断面図である。
【図５】第４ブロックの正面一部断面図である。
【図６】第５ブロックの正面一部断面図である。
【図７】第６ブロックの正面一部断面図である。
【図８】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図９】図１のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図１０】図１のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図１１】本発明に係るマイクロリアクタの内部に形成される各流路を示す一部断面斜視図である。
【図１２】本発明に係るマイクロリアクタによる機能動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ マイクロリアクタ
Ｊ 中心軸
Ｌ１ 第１液（第１被反応流体）
Ｌ２ 第２液（第２被反応流体）
Ｌ３ 第３液（不関与流体）
Ｌ４ 反応済み液（反応済み流体）
Ｐ１ 第１導入ポート
Ｐ２ 第２導入ポート
Ｐ３ 第３導入ポート
Ｑ４ 導出ポート
Ｒ１ 第１スリット状流路
Ｒ２ 第２スリット状流路
Ｒ３ 第２スリット状流路
Ｒ４ マイクロ流路
θ 角
θ’ 対頂角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の第１被反応流体（Ｌ１）及び第２被反応流体（Ｌ２）をそれぞれ少なくとも２つの第１導入ポート（Ｐ１）及び第２導入ポート（Ｐ２）からマイクロ流路（Ｒ４）に導入し、このマイクロ流路（Ｒ４）内で反応を進行させ、反応済み流体（Ｌ４）を導出ポート（Ｑ４）から排出するように構成したマイクロリアクタ（１０）において、
第１導入ポート（Ｐ１）の出口とマイクロ流路（Ｒ４）の入口との間に設けられ第１導入ポート（Ｐ１）から導入した第１被反応流体（Ｌ１）をマイクロ流路（Ｒ４）に導入するための第１スリット状流路（Ｒ１）と、
第２導入ポート（Ｐ２）の出口とマイクロ流路（Ｒ４）の入口との間に設けられ第２導入ポート（Ｐ２）から導入した第２被反応流体（Ｌ２）をマイクロ流路（Ｒ４）に導入するための第２スリット状流路（Ｒ２）とを備え、
第１スリット状流路（Ｒ１）と第２スリット状流路（Ｒ２）とは、互いに平行でない状態でマイクロ流路（Ｒ４）の入口に設けられたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項２】
マイクロ流路（Ｒ４）は、第１スリット状流路（Ｒ１）と第２スリット状流路（Ｒ２）とのなす角（θ）の対頂角（θ’）の間に設けられた請求項１に記載のマイクロリアクタ。
【請求項３】
第１被反応流体（Ｌ１）と第２被反応流体（Ｌ２）との反応に関与しない不関与流体（Ｌ３）を導入するための第３導入ポート（Ｐ３）と、第３導入ポート（Ｐ３）の出口とマイクロ流路（Ｒ４）の入口との間に設けられ第３導入ポート（Ｐ３）から導入した不関与流体（Ｌ３）をマイクロ流路（Ｒ４）に導入するための第３スリット状流路（Ｒ３）とを備える請求項１または請求項２に記載のマイクロリアクタ。
【請求項４】
第３スリット状流路（Ｒ３）は、第１スリット状流路（Ｒ１）と第２スリット状流路（Ｒ２）とのなす角（θ）の間においてマイクロ流路（Ｒ４）の延長となるように設けられた請求項３に記載のマイクロリアクタ。
【請求項５】
第１スリット状流路（Ｒ１）はスリット状の縦長円環形状とされ、第２スリット状流路（Ｒ２）はスリット状の扁平円環形状とされ、第３スリット状流路（Ｒ３）はスリット状の略逆円錐台形状とされ、マイクロ流路（Ｒ４）はスリット状の略逆円錐形状とされ、これら第１スリット状流路（Ｒ１）、第２スリット状流路（Ｒ２）、第３スリット状流路（Ｒ３）及びマイクロ流路（Ｒ４）は共通の中心軸（Ｊ）を有する請求項３または請求項４に記載のマイクロリアクタ。
【請求項６】
マイクロ流路（Ｒ４）は、その入口から出口に至るまで、中心軸（Ｊ）に直交する任意の平面で切断したときの断面積が略一定である請求項５に記載のマイクロリアクタ。
【請求項１】
少なくとも２種類の第１被反応流体（Ｌ１）及び第２被反応流体（Ｌ２）をそれぞれ少なくとも２つの第１導入ポート（Ｐ１）及び第２導入ポート（Ｐ２）からマイクロ流路（Ｒ４）に導入し、このマイクロ流路（Ｒ４）内で反応を進行させ、反応済み流体（Ｌ４）を導出ポート（Ｑ４）から排出するように構成したマイクロリアクタ（１０）において、
第１導入ポート（Ｐ１）の出口とマイクロ流路（Ｒ４）の入口との間に設けられ第１導入ポート（Ｐ１）から導入した第１被反応流体（Ｌ１）をマイクロ流路（Ｒ４）に導入するための第１スリット状流路（Ｒ１）と、
第２導入ポート（Ｐ２）の出口とマイクロ流路（Ｒ４）の入口との間に設けられ第２導入ポート（Ｐ２）から導入した第２被反応流体（Ｌ２）をマイクロ流路（Ｒ４）に導入するための第２スリット状流路（Ｒ２）とを備え、
第１スリット状流路（Ｒ１）と第２スリット状流路（Ｒ２）とは、互いに平行でない状態でマイクロ流路（Ｒ４）の入口に設けられたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項２】
マイクロ流路（Ｒ４）は、第１スリット状流路（Ｒ１）と第２スリット状流路（Ｒ２）とのなす角（θ）の対頂角（θ’）の間に設けられた請求項１に記載のマイクロリアクタ。
【請求項３】
第１被反応流体（Ｌ１）と第２被反応流体（Ｌ２）との反応に関与しない不関与流体（Ｌ３）を導入するための第３導入ポート（Ｐ３）と、第３導入ポート（Ｐ３）の出口とマイクロ流路（Ｒ４）の入口との間に設けられ第３導入ポート（Ｐ３）から導入した不関与流体（Ｌ３）をマイクロ流路（Ｒ４）に導入するための第３スリット状流路（Ｒ３）とを備える請求項１または請求項２に記載のマイクロリアクタ。
【請求項４】
第３スリット状流路（Ｒ３）は、第１スリット状流路（Ｒ１）と第２スリット状流路（Ｒ２）とのなす角（θ）の間においてマイクロ流路（Ｒ４）の延長となるように設けられた請求項３に記載のマイクロリアクタ。
【請求項５】
第１スリット状流路（Ｒ１）はスリット状の縦長円環形状とされ、第２スリット状流路（Ｒ２）はスリット状の扁平円環形状とされ、第３スリット状流路（Ｒ３）はスリット状の略逆円錐台形状とされ、マイクロ流路（Ｒ４）はスリット状の略逆円錐形状とされ、これら第１スリット状流路（Ｒ１）、第２スリット状流路（Ｒ２）、第３スリット状流路（Ｒ３）及びマイクロ流路（Ｒ４）は共通の中心軸（Ｊ）を有する請求項３または請求項４に記載のマイクロリアクタ。
【請求項６】
マイクロ流路（Ｒ４）は、その入口から出口に至るまで、中心軸（Ｊ）に直交する任意の平面で切断したときの断面積が略一定である請求項５に記載のマイクロリアクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−３１９８１３（Ｐ２００７−３１９８１３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５４２９９（Ｐ２００６−１５４２９９）
【出願日】平成１８年６月２日（２００６．６．２）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２日（２００６．６．２）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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