(57)【要約】  マイクロ流体システムは、流体を案内するためのマイクロチャネル構造と、マイクロチャネル構造から少なくとも１つの隔壁によって隔離され熱伝達流体を案内するための他のチャネル構造とを有する。マイクロ流体システムにおける内部漏れの危険を適切な時機に認識することができるようにするために、マイクロチャネル構造（２）が少なくとも１つの個所において他の隔壁（１１）によって空洞（１２）から隔離され、他の隔壁（１１）が、少なくとも局所的に、マイクロチャネル構造（２）と他のチャネル構造（５）との間の隔壁（８）よりも弱く構成され、空洞（１２）が侵入流体を検出するための検出装置（１４）に接続されている。
2009502525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体（３，４）を案内するためのマイクロチャネル構造（２）と、マイクロチャネル構造（２）から少なくとも１つの隔壁（８）によって隔離され熱伝達流体（６）を案内するための他のチャネル構造（５）とを有するマイクロ流体システムにおいて、マイクロチャネル構造（２）が少なくとも１つの個所において他の隔壁（１１）によって空洞（１２）から隔離され、他の隔壁（１１）が、少なくとも局所的に、マイクロチャネル構造（２）と他のチャネル構造（５）との間の隔壁（８）よりも弱く構成され、空洞（１２）が侵入流体を検出するための検出装置（１４）に接続されていることを特徴とするマイクロ流体システム。
【請求項２】
検出装置（１４）が空洞（１２）内に配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ流体システム。
【請求項３】
空洞（１２）が検出装置（１４）に案内されているチャネルとして構成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ流体システム。
【請求項４】
他の隔壁（１１）が、マイクロチャネル構造（２）と他のチャネル構造（５）との間の隔壁（８）よりも薄く構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のマイクロ流体システム。
【請求項５】
他の隔壁（１１）が化学的な前処理および／または放射線処理によって弱められていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のマイクロ流体システム。
【請求項６】
他の隔壁（１１）の一方の面における空洞（１２）の幅が他の隔壁（１１）の他方の面におけるマイクロチャネル構造（２）のチャネル幅よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のマイクロ流体システム。
【請求項７】
マイクロチャネル構造（２）の少なくとも１つの他の個所に、他の隔壁、空洞および検出装置が冗長的に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のマイクロ流体システム。
【請求項８】
マイクロチャネル構造（２）の少なくとも１つの他の個所に、他の隔壁、空洞および検出装置が補足的に配置され、他の隔壁の弱さが異なっていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のマイクロ流体システム。
【請求項９】
マイクロ流体システムがマイクロリアクター、マイクロ混合器および／またはマイクロ滞留器として構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のマイクロ流体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を案内するためのマイクロチャネル構造と、マイクロチャネル構造から少なくとも１つの隔壁によって隔離され熱伝達流体を案内するための他のチャネル構造とを有するマイクロ流体システムに関する。
【０００２】
欧州特許出願公開第１２１７０９９号明細書から公知のこの種のマイクロ流体システムは、被混合流体（反応物質）および反応生成物のためのマイクロチャネル構造が第１の板内に形成されそして熱伝達流体のための他のチャネル構造が他の板内に形成されているマイクロリアクターを構成している。両板は、マイクロチャネル構造と他のチャネル構造との間の隔壁を成す第３の板の隔離層のもとでつなぎ合わされている。熱伝達流体は外部から適切な温度に調整され、すなわち加熱または冷却される。
【０００３】
良好な熱伝達を保証するためには、生成物側と熱媒体側との間の隔壁ができるだけ薄く構成されていなければならない。化学反応時に、特に高い反応温度の場合に、マイクロチャネル構造の内壁にしばしば腐食が生じる。この場合に、化学物質の流出による外への漏れが認識されることがある。反応は一般に強制通風を有する換気室内で行なわれることから、操作者にとって危険は比較的小さい。これに対して熱媒体側と生成物側との間において漏れが発生し、その際に熱媒体回路へ化学物質が侵入するという事態になると、化学物質が場合によっては換気室の外側の恒温装置において蒸発し、それによって操作者が有毒物質の蒸気に曝されることがある。更に、化学物質が熱媒体回路に到達するか、もしくは熱媒体がマイクロリアクターのマイクロチャネル構造に到達すると、熱伝達もしくは化学反応が妨害される。
【０００４】
したがって、本発明の課題は、適切な温度に調整されるマイクロ流体システムにおける内部漏れの危険を適切な時機に認識することにある。
【０００５】
本発明によれば、この課題は、冒頭に述べたごときマイクロ流体システムにおいて、マイクロチャネル構造が少なくとも１つの個所において他の隔壁によって空洞から隔離され、他の隔壁が、少なくとも局所的に、マイクロチャネル構造と他のチャネル構造との間の隔壁よりも弱く構成され、空洞が侵入流体を検出するための検出装置に接続されていることによって解決される。
【０００６】
したがって、他の隔壁は、マイクロチャネル構造内における腐食時に最初に破壊する予定破損個所を構成する。この場合、流体がマイクロチャネル構造から空洞内へ流れ、そこにおいて流体が検出装置により検出される。検出の結果として、警報信号を発生させることおよび／または現在の反応プロセスを自動的に中断させることが可能である。
【０００７】
空洞内に侵入する流体を検出するために多数の異なる検出原理を用いることができる。これには、とりわけ熱線が侵入流体によって冷却される熱式測風法、侵入流体によって変化する空洞内の導電度または静電容量値の測定法、濁度測定の如き光学式測定法、侵入流体による空洞内の音伝播変化を検出する超音波法等が含まれる。
【０００８】
検出装置を空洞内に直接に配置できるように、例えば熱式測風法、導電度測定法または静電容量測定法のような簡単で、したがって低コストの検出原理を使用することが好ましい。マイクロ流体システムは故障時に修理することができないので、検出装置も低コストの使い捨て部品であるべきである。
【０００９】
代替として空洞がチャネルとして構成され、このチャネルに次のような検出装置、すなわち、本来のマイクロ流体システムの外側において例えば圧力に対して密閉されたカプセル内に配置された検出装置、またはマイクロ流体システムを含む多層構成の１つの層内に配置された検出装置が接続されているとよい。
【００１０】
予定破壊個所として役立つ他の隔壁は、種々の手法で、マイクロチャネル構造と他のチャネル構造との間の隔壁よりも弱く構成することができる。好ましくは、他の隔壁が、マイクロチャネル構造と他のチャネル構造との間の隔壁よりも薄く構成されているとよい。代替または追加として、他の隔壁が化学的な前処理または放射線処理によって弱められているとよい。
【００１１】
マイクロ流体システムは一般に耐圧に対する定められた要求を満足しなければならないので、マイクロチャネル構造と他のチャネル構造との間の隔壁の最小許容壁強度は下限を制限されている。隔壁の両側のチャネル幅が小さくなるほど、壁強度が低くなる。したがって、他の隔壁が圧力試験時に試験圧力によって破壊される危険なしに他の隔壁の壁厚を低減することができるように、他の隔壁の一方の面における空洞の幅が他方の面におけるマイクロチャネル構造のチャネル幅よりも小さいと好ましい。
【００１２】
マイクロ流体システムの腐食による危険状態の検出時の安全性および確実性を高めるために、あるいは複数の危機的な個所を監視できるようにするために、マイクロチャネル構造の少なくとも１つの他の個所に、他の隔壁、空洞および検出装置が冗長的に配置されているとよい。この場合に、マイクロチャネル構造と異なった空洞との間の他の隔壁の強度低減は等しくてもよいし、異なっていてもよい。２つ以上の予定破壊個所のうちの第１番の予定破壊個所においてそれぞれ背後にある空洞への流体侵入が生じたときに、先ず警報または予備警報が発せられるのに対して、第２番またはそれ以降の予定破壊個所の破壊時には場合によっては更に高い段階の警報が発せられ、あるいはマイクロ流体システムにおける反応プロセスが自動的に中断され、場合によっては、例えば洗浄プロセスのような他の安全措置が実行される。
【００１３】
本発明は、高い温度、物質転移等のような特別な状況により高められた腐食に曝されるようなマイクロ流体システムに適用されるとよい。それに応じて本発明によるマイクロ流体システムはマイクロリアクター、マイクロ混合器および／またはマイクロ滞留器（Ｍｉｋｒｏｖｅｒｗｅｉｌｅｒ）であるとよい。
【００１４】
以下において本発明の更なる説明のために図面の図を参照する。個別的には、図１は本発明によるマイクロ流体システムの概略的な実施例を示し、図２は本発明によるマイクロ流体システムの他の実施例を断面図にて示す。
【００１５】
図１は、単一部分または複数部分からなる担持体（基板）１を有するマイクロリアクターとしてのマイクロ流体システムを示し、担持体１内に流体３，４を案内して混合するためのマイクロチャネル構造２が構成されている。更に担持体１は他のチャネル構造５を有し、他のチャネル構造５内には熱伝達流体６が流れる。マイクロチャネル構造２の混合区間７の範囲において、マイクロチャネル構造２は数１０分の１ミリメートルの厚みを有する薄い隔壁８によって他のチャネル構造５から隔離されている。他のチャネル構造５は、チューブ接続または流体チャネルのような流体接続手段９を介して恒温装置１０に接続されている。恒温装置１０においては熱伝達流体６が適切な温度に調整され、発熱反応の場合には流体３，４が冷却される。
【００１６】
混合区間７の範囲内の１つの個所において、マイクロチャネル構造２は、他の隔壁１１によって、同様に担持体１内に構成された空洞１２から隔離されている。空洞１２は、ここではチャネル状に構成され、他の流体接続手段１３を介して検出装置１４に接続されている。検出装置１４は空洞１２内に侵入する流体を検出するように構成されている。このために用いられる検出方法は一般に知られているのでこれ以上の説明はしない。検出時に検出装置１４は出力信号１５を発生する。出力信号１５は警報発生に利用されるか、または例えば反応プロセスの中断のような措置の導入に利用される。他の隔壁１１は隔壁８に比べて弱く、ここでは薄く構成されているので、マイクロチャネル構造２内の腐食時に、隔壁８が破壊させられて流体がマイクロチャネル構造２から他のチャネル構造５内へ又は逆に他のチャネル構造５からマイクロチャネル構造２内へ侵入し得る前に、最初に他の隔壁１１の破壊が起きる。
【００１７】
図２は、マイクロ流体システムのためのモジュールの形でマイクロリアクターを示す。複数部分から成る担持体１の台板１６上に、マイクロチャネル構造２を含む構造化層（構造化された層）１７が形成されている。代替として、マイクロチャネル構造２が、マイクロ技術の適切なプロセスによって単一の板の片面だけに設けられてもよい。上に向けて開いたマイクロチャネル構造２が薄い板１８により覆われている。板１８は他のチャネル構造５の一部を含む他の構造化層１９のための台板として用いられる。層１９は上側を他の板２０によって覆われている。他のチャネル構造５の残りの部分は付加的な台板２２上の付加的な構造化層２１内に構成されている。台板２２および層２１は下から台板１６に隣接する。流体３，４および熱伝達流体６の供給もしくは排出のために、ならびにチャネル構造５の両部分の接続のために、板および構造１６〜２２の底面に対して垂直に延びこれらを相応に横断する流体チャネル２３が用いられる。板１６，１８，２２は部分的に電気的構造を担持する。この電気的構造は、構成に応じて温度センサ２４または容量式圧力センサ２５であり、マイクロチャネル構造２における流体の温度および圧力の測定に役立つ。
【００１８】
混合区間７の範囲においては、板１６と板２２との間に空洞１２が構成され、空洞１２内には空洞１２内へ侵入する流体を検出するための電気的構造２６が配置されている。この電気的構造２６は、例えば互いに隔離された２つの電極からなるとよく、両電極間において導電度または静電容量値が測定される。しかしながら、電気的構造２６は例えば音波の伝播を測定する音響トランスデューサまたは光電センサの形での濁度センサであってもよい。電気的構造２６はここに示されていない後続の評価装置と共に検出装置１４を構成する。板１６は、空洞１２の範囲において厚みを減らされ、そこにおいて他の隔壁１１の予定破壊個所を形成する。他の隔壁１１の一方の面における空洞１２の幅は他方の面におけるマイクロチャネル構造２のチャネル幅よりも小さいので、他の隔壁１１の厚み低減にもかかわらず、他の隔壁１１が圧力試験時に試験圧力によって破壊される危険はない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるマイクロ流体システムの実施例を示す概略図
【図２】本発明によるマイクロ流体システムの他の実施例を示す断面図
【符号の説明】
【００２０】
１        担持体
２        マイクロチャネル構造
３        流体
４        流体
５        他のチャネル構造
６        熱伝達流体
７        混合区間
８        隔壁
９        流体接続手段
１０        恒温装置
１１        他の隔壁
１２        空洞
１３        流体接続手段
１４        検出装置
１５        出力信号
１６        台板
１７        構造化層
１８        薄い板
１９        他の構造化層
２０        他の板
２１        付加的な構造化層
２２        付加的な台板
２３        流体チャネル
２４        温度センサ
２５        圧力センサ
２６        電気的構造
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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