(57)【要約】  本発明は、化学反応器を形成するための第１の回路であって、前記第１の回路が、少なくとも２つの化学物質が中を循環することにより相互に反応する複数のチャネル（１０）を備え、前記チャネル（１０）が、流体の方向転換を課する屈折部および連接部を含む３次元構造を有する、第１の回路と、反応が中で生ずるチャネル（１０）の可能な限り近くで伝熱流体が中を循環する複数のチャネル（３６）を備える第２の熱交換回路とを備える、化学反応器を形成するデバイスに関する。
2013516314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの流体を混合するためのデバイスであって、前記流体を混合するための回路（Ｃ１）と、伝熱流体が中を流れるように意図された熱交換回路（Ｃ２）とを備えるデバイスにおいて、
‐前記混合回路（Ｃ１）は、並置された複数のチャネル網を備え、各網のチャネルが、相互に連結されて、第１の長手方向端部と第２の長手方向端部との間に平均流れ方向を画定し、前記複数のチャネル網の前記平均流れ方向同士は平行であり、各網は、前記平均流れ方向に対して概して平行である共通流れ部分と、前記流れを２つに分割する分岐部分とを備え、前記分岐部分は、共通上流流れ部分と共通下流流れ部分とに連結され、各前記分岐部分は、流れ方向を少なくとも３回変化させ、
‐前記熱交換回路（Ｃ２）は、並置された複数の分岐チャネルを備え、前記チャネル（３６）は、前記混合回路（Ｃ１）内に位置決めされ、前記交換回路内における平均横流れ方向が前記混合回路内における平均流れ方向に対して概して垂直になるように、第１の横方向端部から第２の横方向端部まで延在し、前記チャネルはそれぞれ、前記混合回路の前記チャネル網の２つの連続する分岐部分の間に位置決めされ、
‐前記平均長手流れ方向および前記平均横流れ方向は、平均流れ平面（Ｐ）を画定し、
‐流れ方向の少なくとも１回の変化が、前記平均流れ平面から離れた平面内において行われ、
‐前記混合回路の前記少なくとも１つの相互連結チャネル網（１０）は、前記平均流れ平面（Ｐ）に対して共に平行な第１の端部平面および第２の端部平面によって画成され、
‐前記熱交換回路（Ｃ２）は、前記第１の端部平面と前記第２の端部平面との間に位置決めされる、
デバイス。
【請求項２】
前記熱交換回路（Ｃ２）の前記チャネルは、共通部分と、上流共通部分および下流共通部分に連結された分岐部分とを備え、前記分岐部分は、前記混合回路（Ｃ２）の前記網の前記共通部分の両側に延在する、請求項１に記載の混合デバイス。
【請求項３】
前記熱交換回路（Ｃ２）は、前記平均流れ平面（Ｐ）の両側に位置する２つの分岐平行チャネル（３６）を備える、請求項１に記載の混合デバイス。
【請求項４】
少なくとも２つの流体を混合するためのデバイスであって、前記流体を混合するための回路（Ｃ１）と、熱交換回路（Ｃ２）とを備えるデバイスにおいて、
前記混合回路（Ｃ１）は、並置された複数のチャネル網を備え、各網のチャネル（３１０）が、相互に連結され、各網は、第１の長手方向端部と第２の長手方向端部との間に平均流れ方向を画定し、前記網は、前記平均流れ方向に対して概して平行である共通流れ部分と、前記流れを２つに分割する分岐部分とを備え、前記分岐部分は、共通上流流れ部分と、共通下流流れ部分とに連結され、各前記分岐部分が、流れ方向を少なくとも３回変化させ、前記複数の網の前記平均流れ方向は平行であり、
前記熱交換回路（Ｃ２）は、複数の分岐チャネルを備え、前記チャネル（３３６）は、前記混合回路内に位置決めされ、前記交換回路内における平均流れが前記混合回路（Ｃ１）内における平均流れに対して概して平行になるように、第１の長手方向端部から第２の長手方向端部まで延在し、前記チャネルはそれぞれ、チャネル網の前記分岐部分を形成する前記チャネルにより画成される空間の内部に位置決めされ、
前記平均長手流れ方向および平均横流れ方向は、平均流れ平面を画定し、
流れ方向の少なくとも１回の変化が、前記平均流れ平面から離れた平面内において行われ、
前記混合回路（Ｃ１）の前記少なくとも１つの相互連結チャネル網（３１０）は、相互に平行であり、且つ前記平均流れ平面に対して平行な、端部平面の第１の対と、相互に平行な端部平面の第２の対とによって画成され、前記平面の第１の対の中の少なくとも１つの平面と、前記平面の第２の対の中の少なくとも１つの平面とに交差する直線が、前記平均流れ方向に対して平行であり、
前記熱交換回路（Ｃ２）の前記少なくとも１つのチャネル（３３６）は、前記端部平面の第１の対と前記端部平面の第２の対との間に位置決めされる、デバイス。
【請求項５】
前記熱交換回路（Ｃ２）内の伝熱流体の流れ方向が、前記熱交換回路の少なくとも一部にわたり、前記混合回路（Ｃ１）内の流れ方向の逆となる、請求項４に記載の熱交換デバイス。
【請求項６】
前記混合回路（Ｃ１）の前記網は、混合すべき流体が少なくとも第１の方向に、および第２の方向に流れるように連結される、請求項４または５に記載の混合デバイス。
【請求項７】
前記混合デバイスは、拡散溶接により連結された複数の積層金属プレートを備え、前記プレートのそれぞれは、前記混合回路および／または前記熱交換回路の少なくとも一部分を含むようにエッチングされる、請求項１から６のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項８】
前記プレートは、熱間等方加圧により連結される、請求項７に記載の混合デバイス。
【請求項９】
前記熱交換回路は、前記プレート同士の間に金属パイプ（４２）を配置することにより形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１０】
前記熱交換回路（Ｃ２）は、対向し合う積層プレートの面内に作製された対の溝（４４）により形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１１】
プレートのスタックを囲む側壁部（４８）と長手方向端部壁部（５２）とを備え、前記長手方向端部プレート（５２）は、混合用の前記流体を供給するシステムに前記混合回路を連結し、熱交換流体を流させるシステムに前記熱交換回路を連結するための穿孔（５６）を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１２】
プレートのスタックを囲む側壁部と長手方向端部壁部とを備え、前記長手方向端部プレートは、混合用の前記流体を供給するシステムに前記混合回路を連結するための穿孔を備え、前記側壁部は、熱交換流体を流させるシステムに前記熱交換回路を連結するための穿孔を備える、請求項１、２、または３に記載の混合デバイス。
【請求項１３】
前記スタックの前記プレートの少なくとも１つが、少なくとも１つの長手方向端面内に、前記混合回路（Ｃ１）の各網に対する１つの長手方向突出部（５４）を備え、前記突出部（５４）は、前記関連する網の平均軸と位置合わせされ、この面を覆う前記長手方向端部プレート（５２）は、各長手方向突出部を収容するためのスロットを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１４】
ステンレス鋼から製造される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１５】
前記金属パイプ（４２）は、ステンレス鋼から作製される、請求項９と組み合わせられた請求項１４に記載の混合デバイス。
【請求項１６】
ａ）略平行六面体状の形状の複数の金属プレートを切断するステップと、
ｂ）前記プレートの少なくとも一部にパターンを切削するステップと、
ｃ）前記パターンが前記混合回路および前記熱交換回路を画成するように、前記プレートを積み重ねるステップと、
ｄ）拡散溶接により前記プレートを連結するステップと、
ｅ）前記混合回路の前記網の端部を露出させ、供給システムに連結させ得るようにするために、前記長手方向面を切削するステップと
を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の混合デバイスを作製するための方法。
【請求項１７】
前記ステップｃ）において、金属パイプが、前記プレート間に配置されて、前記熱交換回路を形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップｃ）において作製されるプレートのスタックは、切欠部を含まない下方金属プレートおよび上方金属プレートを含み、前記方法は、ｃ’）側部プレートおよび長手方向端部プレートを設置して、切欠部を含まない上方プレートおよび下方プレートと共に封止コンテナを形成するステップと、ｃ’’）前記コンテナの内部を脱ガスするステップとを含む、請求項１６または１７に記載の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性流体を流動させることにより、例えば前記流体内に含まれる少なくとも２つの化学試薬の間で化学反応を生じさせ得るように意図された、少なくとも１つの第１の回路と、この第１の回路に熱を伝達するかまたはこの第１の回路から熱を抽出する少なくとも１つの第２の回路とを備えるデバイスに、およびかかるデバイスの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、液体流が、周期的な態様で２つの流れに分割され再び合流する、特に有効な混合回路について記載されている。流れは、２つに分割される際に、方向を転換される。流体の粒子に課せられるこれらの特定の軌道により、無秩序な層流運動が引き起こされる。したがって、これらの配列により、ある特定の混合度が、迅速に達成され得る。さらに、短絡がなく、回路の曲折部のデッドゾーンが非常に少ない。
【０００３】
また、別の混合回路の構成が非特許文献２に記載されている。
【０００４】
これらの構造は、混合物の生成において非常に有効であり、特に生命科学の分野において混合物を生成するために使用される。
【０００５】
これらの構造物は、化学試薬の精密混合を達成し、したがって歩留まりの向上を実現するので、化学反応器としての使用が想定され得る。しかし、かかる用途の場合には、反応を遅滞させないために、および熱暴走を防止するために、回路から熱を効率的に抽出することが可能でなければならない。また、反応を開始および／または加速させるために、可能な限り回路の近くにおいて熱を与えることが可能であると有利となり得る。現行のデバイスは、そのような熱交換を達成するための効率的な手段を備えていない。
【０００６】
従来使用されてきた方法は、十分な厚さを必要とするものであり、このことは、伝熱流体が、混合回路内の流れの近傍を流れ得ないことを意味する。さらに、熱を付加または抽出するための現行のデバイスにおいては、伝熱流体をデバイスの周囲に、より具体的には図１３に図示するような流れの周囲に流すことが可能であるに過ぎない。図１３は、反応が中で生じるＰＲプレートと、伝熱流体が中を流れるＰＲＦ冷却プレートとが交互に設けられたデバイスを示す。したがって、冷却は最適なものではない。非特許文献３には、図９において、反応が中で生じる中央チャネルと、冷却液が中を流れる２つの横方向チャネルとを備える反応器が説明されている。
【０００７】
さらに、これらの構造物は、工業生産が困難である。例えば、鋳造、すなわち成形および中子造型による製造は、この例と同様に、過度に複雑なパーツには適用することができない。射出鋳造は、大型パーツの場合には経済的にスイプロトルージョンル（ｓｕｉｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎｌｅ）ではない。粉末のフリッティング（ｆｒｉｔｔｉｎｇ）およびレーザ溶融のステップを伴う高速プロトタイプ式の製造では、等方性の機械的特徴を有するパーツを得ることができず、得られるパーツのサイズは限定される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃ  ｍｉｘｉｎｇ  ｏｎ  ａ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｃｈｉｐ」（Ｈ．  Ｃｈｅｎ  ａｎｄ  Ｊ−Ｃ  Ｍｅｉｎｅｒｓ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．  ８４、Ｎｕｍｂｅｒ  １２、２１９３〜２１９５頁、２００４年３月２２日）
【非特許文献２】「Ｎｏｖｅｌ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｎ．Ｌ．Ｇｒａｙ  ａｎｄ  ａｌ．、「Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」、７７（１９９９年）５７〜６５頁）
【非特許文献３】「Ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ／ｒｅａｃｔｏｒｓ  （ＨＥＸ  ｒｅａｃｔｏｒｓ）：  Ｃｏｎｃｅｐｔｓ，  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：  Ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｔｈｅ−ａｒｔ」（「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、４７（２００８年）、２０２９〜２０５０頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の１つの目的は、例えば、少なくとも２つの化学試薬が相互に反応する一方で、外部との効率的な熱交換を達成するように、それらの化学試薬の精密混合を可能にし得るデバイスを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、工業規模で使用され得るかかる構造物を簡単に作製するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるデバイスは、「混合回路」と呼ばれる、化学反応器を形成するように意図された第１の回路であって、相互に反応するように意図された少なくとも２つの化学物質が中を流れ、流体を方向転換させる屈折部および連接部を含む少なくとも１つの３次元構造を形成する、第１の回路と、混合回路に可能な限り近くに位置決めされた、「熱交換回路」と呼ばれる第２の回路とを備える。
【００１２】
換言すれば、少なくとも１つの熱交換構造体が、混合構造体に組み込まれ、混合構造体は、流体流において一連の分岐相および混合相を生じさせる。
【００１３】
一例の実施形態においては、混合回路は、第１の方向に流れを画定する少なくとも１つのチャネルを備え、熱交換回路は、横断方向に流れを画定する。
【００１４】
別の例の実施形態においては、混合回路および熱交換回路は、同一方向にほぼ位置合わせされた流れを画定し、これらの２つの回路は、相互に組み込まれる。
【００１５】
有利には、各回路が、複数のチャネルを備え、これらのチャネルの方向は、略平行である。
【００１６】
作製方法は、優先的には熱間等方加圧による、拡散溶接ステップの利用を含む。これを遂行するために、デバイスは、積層プレートの形態で作製され、プレートは、一方または両方の回路の一部分を画定するスロットを備える。
【００１７】
第１の例の実施形態によれば、少なくとも２つの流体を混合するためのデバイスは、前記流体を混合するための回路と、伝熱流体が中を流れるように意図された熱交換回路とを備え、
前記混合回路は、並置された複数のチャネル網（ｃｈａｎｎｅｌ  ｎｅｔｗｏｒｋ）を備え、各網のチャネルは、相互に連結されて、第１の長手方向端部と第２の長手方向端部との間に平均流れ方向を画定し、複数のチャネル網の平均流れ方向同士は、平行であり、各網は、平均流れ方向に対して概して平行である共通流れ部分と、流れを２つに分割する分岐部分とを備え、分岐部分は、共通上流流れ部分と、共通下流流れ部分とに連結され、各分岐部分は、流れ方向を少なくとも３回変化させ、
前記熱交換回路は、並置された複数の分岐チャネルを備え、前記チャネルは、混合回路内に位置決めされ、交換回路内における平均横流れ方向が混合回路内における平均流れ方向に対して概して垂直になるように、第１の横方向端部から第２の横方向端部まで延在し、前記チャネルはそれぞれ、混合回路のチャネル網の２つの連続する分岐部分の間に位置決めされ、
平均長手流れ方向および平均横流れ方向は、平均流れ平面を画定し、
流れ方向の少なくとも１回の変化が、平均流れ平面以外の平面内において行われ、
混合回路の前記少なくとも１つの相互連結チャネル網は、平均流れ平面に対して共に平行な第１の端部平面および第２の端部平面によって画成され、
前記熱交換回路は、前記第１の端部平面と前記第２の端部平面との間に位置決めされる。
【００１８】
方向転換は、例えば相互に直角となる。有利には、略同一の負荷損失が、分岐部分において生ずる。
【００１９】
例えば、熱交換回路網は、共通部と、共通上流部分および共通下流部分に連結される分岐部分とを備える。分岐部分は、混合回路網の共通部の両側に延在する。熱交換回路は、平均流れ平面の両側に位置する２つの別個の平行チャネルを備えてもよい。
【００２０】
１．  第２の例の実施形態によれば、少なくとも２つの流体を混合するためのデバイスは、前記流体を混合するための回路と、熱交換回路とを備え、
前記混合回路は、並置された複数のチャネル網を備え、各網のチャネル（３１０）が、相互に連結され、各網は、第１の長手方向端部と第２の長手方向端部との間に平均流れ方向を画定し、前記網は、平均流れ方向に対して概して平行である共通流れ部分を備え、分岐部分が、流れを２つに分割し、分岐部分は、共通上流流れ部分と、共通下流流れ部分とに連結され、各分岐部分が、流れ方向を少なくとも３回変化させ、複数の網の平均流れ方向は平行であり、
前記熱交換回路は、複数の分岐チャネルを備え、前記チャネルは、混合回路内に位置決めされ、交換回路内における平均流れが混合回路内における平均流れに対して概して平行になるように、第１の長手方向端部から第２の長手方向端部まで延在し、前記チャネルはそれぞれ、チャネル網の分岐部分を形成するチャネルにより画成される空間の内部に位置決めされ、
平均長手流れ方向および平均横流れ方向は、平均流れ平面を画定し、
流れ方向の少なくとも１回の変化が、平均流れ平面から離れた平面内において行われ、
混合回路の少なくとも１つの相互連結チャネル網は、相互に平行であり、且つ平均流れ平面に対して平行な、端部平面の第１の対と、相互に平行な端部平面の第２の対とによって画成され、第１の平面の中の少なくとも１つと、第２の対の平面の中の少なくとも１つの平面とに交差する直線が、平均流れ方向に対して平行であり、
熱交換回路の前記少なくとも１つのチャネルは、端部平面の第１の対と端部平面の第２の対との間に位置決めされる。
【００２１】
熱交換回路（Ｃ２）内の伝熱流体の流れ方向は、好ましくは、熱交換回路の少なくとも一部にわたり、混合回路（Ｃ１）内の流れ方向の逆となる。
【００２２】
混合回路の網は、例えば混合すべき流体が少なくとも第１の方向に、および第２の方向に流れるように連結される。
【００２３】
ある特定の有利な態様において、本デバイスは、複数の積層金属プレートを備え、これらのプレートのそれぞれは、混合回路および／または熱交換回路の少なくとも一部分を含み、前記プレートは、拡散溶接により連結される。より一層有利な態様においては、プレートは、熱間等方加圧により連結される。
【００２４】
一例の実施形態においては、熱交換回路は、プレート同士の間に金属パイプを配置することにより形成される。
【００２５】
別の例の実施形態においては、熱交換回路は、対向し合う積層プレートの面内に作製された対の溝により形成される。
【００２６】
第１の実施形態によれば、本デバイスは、プレートのスタックを囲む側壁部と長手方向端部壁部とを備えてもよく、長手方向端部プレートは、混合用の流体を供給するシステムに混合回路を連結し、熱交換流体を流させるシステムに熱交換回路を連結するための穿孔を備える。
【００２７】
第２の実施形態によれば、本デバイスは、プレートのスタックを囲む側壁部と長手方向端部壁部とを備えてもよく、長手方向端部プレートは、混合用の流体を供給するシステムに混合回路を連結するための穿孔を備え、側壁部は、熱交換流体を流させるシステムに熱交換回路を連結するための穿孔を備える。
【００２８】
有利には、スタックのプレートの少なくとも１つが、少なくとも１つの長手方向端面内に、混合回路の各網に対する１つの長手方向突出部を備え、前記突出部は、対応する網の平均軸と位置合わせされ、この面を覆う長手方向端部プレートは、各長手方向突出部を収容するためのスロットを備える。
【００２９】
好ましくは、本デバイスは、ステンレス鋼から作製される。また、有利には、熱交換回路を画成する金属パイプも、ステンレス鋼から作製される。
【００３０】
本発明の別の主題は、本発明による混合デバイスを作製するための方法であって、
ａ）略平行六面体状の形状の複数の金属プレートを切削するステップと、
ｂ）プレートの少なくとも一部にパターンを切削するステップと、
ｃ）パターンが混合回路および熱交換回路を画成するように、プレートを積み重ねるステップと、
ｄ）拡散溶接によりプレートを連結するステップと、
ｅ）混合回路の網の端部を露出させ、供給システムに連結させ得るようにするために、長手方向面を切削するステップと
を含む。
【００３１】
ステップｃ）において、金属パイプが、プレート間に配置されて、熱交換回路を形成することができる。
【００３２】
ステップｃ）において作製されるプレートのスタックは、切欠部を含まない下方金属プレートおよび上方金属プレートを含んでもよく、前記方法は、ｃ’）側部プレートおよび長手方向端部プレートを設置して、切欠部を含まない上方プレートおよび下方プレートと共に封止コンテナを形成するステップと、ｃ’’）前記コンテナの内部を脱ガスするステップとを含んでもよい。
【００３３】
以下の説明および添付の図面により、本発明がさらによく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】混合デバイスの第１の例の実施形態の透視斜視図である。
【図２】混合回路の流れ端部において見た、図１のデバイスの透視拡大部分斜視図である。
【図３】熱交換回路の流れ端部において見た、図１のデバイスの透視拡大斜視図である。
【図４】熱交換回路の流れ端部において見た、図１のデバイスの寸法図である。
【図５Ａ】熱間等方加圧による組立の前の、図１のデバイスの分解図である。
【図５Ｂ】図５Ａのデバイスのプレートの詳細図である。
【図６Ａ】組み立てられた場合の図５Ａのデバイスの斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの詳細図である。
【図７】熱間等方加圧による組立の前の、デバイスの第２の例示的な実施形態の分解図である。
【図８】混合回路の端部における、第１の実施形態によるデバイスの端部の詳細図である。
【図９】デバイスの第３の例の実施形態の透視斜視図である。
【図１０】熱間等方加圧による組立の前の、図９のデバイスの分解図である。
【図１１Ａ】混合デバイスの第４の例の実施形態の透視斜視図である。
【図１１Ｂ】熱間等方加圧による組立の前の、図１１Ａのデバイスの分解図である。
【図１１Ｃ】別の例の実施形態による混合チャネルの斜視図である。
【図１２Ａ】混合デバイスの第５の例の実施形態の透視斜視図である。
【図１２Ｂ】熱間等方加圧による組立の前の、図１２Ａのデバイスの分解図である。
【図１３】最新技術の熱交換回路を有する化学反応器の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１および図２においては、化学反応器を形成するように意図されたデバイスＤ１の第１の実施例が示される。以降の説明において、化学反応器をデバイスと呼ぶ。
【００３６】
デバイスＤ１は、より面積の大きな上面４．１および下面４．２と、２つの長手方向端面６．１、６．２と、２つの側方端面８．１、８．２とを有する、略平行六面体状の形状の本体部２を備える。
【００３７】
デバイスＤ１は、化学反応器を形成するように意図され、以下においては「混合回路」と呼ばれる第１の回路Ｃ１と、第２の熱交換回路Ｃ２とを備える。
【００３８】
この示した例においては、混合回路Ｃ１は、複数の個別の混合チャネル１０を備える。第１の回路が１つのチャネルのみを備えるデバイスは、本発明の範囲外とはならない。しかし、産業利用との関連で、化学反応が中で生ずる複数のチャネルを有することが有利であり、これにより、障害を制限しつつ、化学試薬の接触時間を増大させ得る。
【００３９】
混合チャネル１０は、本体部の第１の長手方向面６．１と第２の長手方向端面６．２との間に延在し、これらの面内に現れる。各混合チャネルは、長手方向軸Ｘに対して平行な方向Ｘ１、Ｘ２、．．．Ｘｎに延びる流れを画定する。
【００４０】
この示した例においては、混合チャネルは略同一であり、したがって、それらの中の１つのみを詳細に説明する。
【００４１】
流れ軸Ｘ１、Ｘ２、．．．Ｘｎを含む平面Ｐについて考察する。平面Ｐを、平均流れ平面と呼ぶ。
【００４２】
図２および図３には、混合チャネル１０が詳細に示される。
【００４３】
混合チャネル１０は、直列に流体連結された一連の同一パターンＭ１、Ｍ２、．．．Ｍｎを備える。この一連のパターンＭ１、Ｍ２、．．．Ｍｎは、図３において特に視認可能である。
【００４４】
この示した例においては、パターンＭ１、したがって実質的には一連のパターンから形成された混合チャネルが、軸Ｘ１に対して軸対称となる。
【００４５】
基準点Ｘ１Ｙ１Ｚ１が規定される。ここで、軸Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１は、相互に垂直である。
【００４６】
パターンＭ１は、全ての流体が中を流れる、軸Ｘ１の第１の共通パイプ１４を備え、このパイプには、分岐パイプと呼ばれる２つの第２のパイプ１６．１、１６．２が続き、それにより、流体流量が２つに分割される。
【００４７】
第２の分岐パイプ１６．１、１６．２はそれぞれ、５つのパイプ部分を備え、それにより、流体の方向を２回以上変化させる。
【００４８】
この示した例においては、第２の分岐パイプ１６．１は、平面Ｐに対して垂直なＺ１に対して平行な軸を有するとともに下面４．２の方向に延在する第１の部分１８．１と、軸Ｘ１および軸Ｚ１に対して垂直なＹ１に対して平行な軸を有し、側方面８．１の方向に延在する第２の部分２０．１と、軸Ｚ１に対して平行な軸を有し、上面４．１の方向に延在する第３の部分２２．１と、平面Ｐ内に含まれ、端面６．２の方向に延在する軸Ｘ１に対して平行な軸を有する第４の部分２４．１と、軸Ｙ１に対して平行な軸を有し、側方面８．２の方向に延在する第５の部分２６．１とを備える。
【００４９】
また、この示した例においては、第２の分岐パイプ１６．２は、平面Ｐに対して垂直な軸Ｚ１を有するとともに上面４．１の方向に延在する第１の部分１８．２と、側方面８．２の方向に延在するＹ１に対して平行な軸を有する第２の部分２０．２と、下面４．２の方向に延在する軸Ｚ１に対して平行な軸を有する第３の部分２２．２と、平面Ｐ内に含まれ、Ｚ１の端面６．２の方向に延在する、軸Ｘ１に対して平行な軸を有する第４の部分２４．２と、軸Ｙ１に対して平行な軸を有し、側方面８．１の方向に延在する第５の部分２６．２とを備える。
【００５０】
第５の部分２６．１、２６．２は、軸Ｘ１にて相互に連結され、次いで隣のパターンの第１の部分１４に連結される。
【００５１】
軸Ｘ１に沿って見ると、混合チャネルは、平均流れ平面の両側に配置されるとともにこの平均流れ平面に対して平行な、２つの端部平面の間に収容される。この示した例においては、これらの端部平面は、第２の部分２０．１、２０．２の外方壁部を含む。
【００５２】
各パターンにおいて、流体は、２つの流れに分割され、これらの流れは、後に再び合流する。
【００５３】
第２の分岐パイプは共に、略同一の負荷損失を引き起こすようなものである。この示した例においては、これらの分岐パイプは、対称構造を有する。
【００５４】
この示した例においては、各分岐パイプは、流体に対して６回の方向変換を強いる。これらの分岐パイプは、以下において説明する図１１Ｃに示す構造物の場合と同様に、流体に対して少なくとも３回の方向転換を強いる。
【００５５】
この示した例においては、混合チャネルは、流体がこのデバイスにおいて流出移動および帰還移動をなすように、直列に連結される。この場合に、第１の回路は、図１に示す第１の端部２８および第２の端部３０により外部供給／収集システムに連結されたコイルのように形状設定される。第１の回路Ｃ１の第１の端部２８および第２の端部３０は、本体部の側方面に最も近いチャネルに対応する。
【００５６】
したがって、中間チャネル同士は、２つの連続するチャネルの端部間の長手方向面６．１、６．２内に位置する横方向連結チャネル３２により、それら中間チャネルの長手方向端部を介して連結される。これらの溝は、小プレート３４により封止される。流体がこれらの溝３２内を流れる場合に、流体は、一つのチャネルから隣接するチャネルへと移動し、方向転換し、反対方向に流れる。この示した例においては、これらのチャネルは、２つの隣接し合うチャネルを連結するトレンチと、このトレンチを封止して漏れ防止を施す小プレート３４とによって形成される。有利には、トレンチの輪郭上に、小プレートを位置決めするための溝が存在する。この小プレートは、例えば溶接により装着される。
【００５７】
トレンチと小プレート３４との間に形成された横方向連結チャネル３２は、それらが連結する長手方向混合チャネルの断面と略同一の断面を有する。
【００５８】
有利には、小閉鎖プレート３４においては、例えば温度、圧力、および／またはｐＨに関するデータを収集するために、１つまたは複数の測定計器を設置することが可能である。また、これらの小閉鎖プレート３４により、追加の試薬を導入すること、および／または汚損もしくは固化が生じた場合にチャネルを洗浄することが可能となる。また、最後に、やはりこれらの小閉鎖プレート３４により、定置ブレンダ、または任意の他の所要のインサート、特に触媒で覆われたインサートを追加することが可能となる。
【００５９】
熱交換回路Ｃ２は、本体部の側方面内に現れる、軸Ｙに対して平行な軸を有する横方向チャネル３６を備える。
【００６０】
熱交換チャネル３６は、混合チャネルの構造体内に配置される。熱交換チャネル３６は、平均流れ平面Ｐと、混合チャネルの上端または下端を画定する端部平面との間に配置される。
【００６１】
この示した例においては、熱交換回路Ｃ２は、平面Ｐの両側に、平面Ｐに対して平行な２つの平面内に分配されたチャネル３６を備える。さらに、チャネル３６の対が、混合チャネル１０の２つの連続するパターンの間に位置決めされる。
【００６２】
この示した例においては、チャネル３６の対は、平面Ｐに対して垂直な同一平面内に位置する。
【００６３】
熱交換チャネルをこのように分配することにより、高密度のチャネルを混合回路に可能な限り近くに配置することが可能となり、したがって熱を最適に加えるまたは抽出することが可能となるので、有利である。
【００６４】
さらに少数、またはさらに多数の熱交換チャネル３６が存在してもよい。例えば、平面Ｐの上方および下方に配置されるチャネルを交互に置くことにより、単一のチャネル３６のみを２つのパターン間に設けることを想定することが可能である。
【００６５】
この示した例においては、および有利には、熱交換チャネル３６は、並列に連結され、図１に示す、熱交換流体を供給および収集するためのコネクタ３８は、本体部の側方面に装着される。この並列連結により、デバイス全体に対して非常に満足のゆく温度均等化を、実現することが可能となる。
【００６６】
しかし、混合チャネルに関しては、直列に連結することが可能であり、熱交換流体の入口および出口はそれぞれ１つのみ存在することが可能である。
【００６７】
また、図１においては、供給／収集システムに混合回路Ｃ１を連結するためのコネクタ４０が示される。
【００６８】
混合チャネル１０の個数は、流体がデバイス内に留まるべきことが求められる時間に応じて選択される。熱交換チャネル３６の個数は、付加および抽出することが求められる熱量に応じて選択される。
【００６９】
この示した例においては、回路Ｃ１およびＣ２のチャネルは、製造が容易な正方形状断面を有する。しかし、矩形状、楕円形状、または円形状の断面を有するチャネルから形成される回路Ｃ１およびＣ２は、本発明の範囲外とはならない。また、正方形状または矩形状の断面を有するチャネルを製造することも可能であり、このときにチャネル内に研磨ペーストまたはさらにはフッ化水素酸などの酸を流すことにより、鋭角縁部を除去することが可能である。
【００７０】
図５Ａにおいては、製造デバイスＤ１の一例の分解図が示される。
【００７１】
デバイスＤ１は、一般的には、混合回路および熱交換回路の一部分を備えるように事前に構成されたプレートのスタックから製造される。
【００７２】
さらに具体的には、この示した例においては、デバイスＤ１を構成するこのアセンブリは、切欠部を有さない下端プレートＰ１と、回路Ｃ１およびＣ２を画成する５つの中間構造プレートＰ２〜Ｐ６と、孔を有し切欠部を有さない上端プレートＰ７とを備える。
【００７３】
この例の実施形態においては、熱交換チャネル３６は、プレートＰ２とＰ３との間、およびプレートＰ５とＰ６との間に挿入されたチューブ４２から形成され、前記チューブ４２は、プレートＰ２、Ｐ３、およびＰ５、Ｐ６内に形成された横方向溝４４の中に収容される。溝４４は、２個ずつが相互に対面し、このような態様で、チューブ４２のための横方向凹部を画成する。熱交換流体を流すためのチューブ４２の使用により、耐圧性デバイスを得ることが可能となる。実際には、熱交換流体の圧力は、約１０バールとなる場合があり、この圧力は、チューブの壁部に対して印加され、プレートＰ５およびＰ６ならびにＰ２およびＰ３に対しては直接的に印加されない。
【００７４】
図示のように、プレートＰ２およびＰ６は同一のスロットを有し、プレートＰ３およびＰ５も同様である。しかし、これらのスロットの位置は、必ずしも同一ではない。実際には、この構造体の混合チャネルは、軸Ｘ１に対して軸対称であるため、プレートＰ５、Ｐ６中のスロットは、軸Ｙに沿って偏倚される。
【００７５】
中央プレートＰ４は、図５Ｂにおいてより詳細に視認可能である。このプレートは、平均流れ平面Ｐを含み、第１のパイプ１４を画成するスロット４６と、第４の部分および第５の部分２４．１、２４．２、２６．１、２６．２とを有する。
【００７６】
有利には、プレート中のスロットは、レーザデバイスにより形成される。また、チューブを収容する溝は、フライス切削加工により作製され得る。
【００７７】
さらに、このアセンブリは、チューブ４２の端部を収容するように意図された穿孔５０を有する側部プレート４８と、第１の回路への連結を可能にするために穿通されるように意図された長手方向端部プレート５２とを備える。
【００７８】
有利には、中央プレートＰ４は、その一方の長手方向端部に、軸Ｘ１、Ｘ２、．．．Ｘｎと位置合わせされた軸方向突出部５４を備え、長手方向端部プレート５２は、軸方向突出部５４を通すためのスロット５６を備える。突出部５４により、長手方向プレートを穿通して横方向連結チャネルを形成するように、混合チャネル１０の端部の位置を決めることが可能となる。
【００７９】
本作製方法は、以下のステップ、すなわち
‐上述のように、組み立てられることとなる要素の形態でデバイスを作製するステップと、
‐拡散溶接により組み立てるステップと、
を含む。
【００８０】
拡散溶接により組み立てる方法は、パーツのアセンブリに高温および高圧を印加して、パーツ間に原子の拡散を生じさせることからなる。
【００８１】
拡散溶接による組立は、選択的にはデバイスの要素を熱間等方加圧（以下ではＨＩＰと呼ぶ）することによる組立である。
【００８２】
ＨＩＰの原理は、金属、セラミック、またはサーメットのパーツからなるアセンブリに、高温で、所与の時間にわたって高ガス圧を印加するというものであり、このガスは例えばアルゴンである。この圧力および温度の作用により、パーツ間のギャップが解消され、これらのパーツの固体状態にて原子を拡散させることによる溶接が生じる（拡散溶接と呼ばれる）。これにより、単体構成要素が得られる。
【００８３】
アセンブリの外面にガス圧を印加するために、アセンブリの外部プレートは、漏れ防止の態様で閉鎖されたコンテナを形成する。このコンテナには、ガス圧が印加され、このコンテナはガス圧を内部要素に伝達する。
【００８４】
図６Ａにおいては、閉鎖されたコンテナ５８が示される。
【００８５】
図５Ａを参照すると、コンテナ５８は、下方プレートＰ１、上方プレートＰ７、側部プレート４８、および端部プレート５２から形成される。
【００８６】
上方プレートＰ７は、コンテナ５８の内部体積の脱ガスを可能にするための、より具体的にはアセンブリの個々のパーツの拡散溶接を妨げ得る、アセンブリの個々のパーツ間の界面部分に捕捉されたガスの抜出しを可能にするための孔６０を備える。例えば、シール溶接穴（図示せず）が、脱ガスを遂行するために孔６０内に加えられる。次いで、このシール溶接穴は、ＨＩＰステップの前に封止される。
【００８７】
有利には、上方プレートおよび下方プレートは、コンテナが、第１のＨＩＰサイクル中にチャネルにおけるコンテナの圧壊を防ぐのに十分な厚さを有するように、選択される。
【００８８】
図６Ｂにおいては、図６Ａの有利なコンテナの詳細が示される。コンテナの側部プレート４８および長手方向端部プレート５２は、それらの端部が４分の１ずつ重畳するように寸法設定され、これにより、溶接品質を向上させ、したがって十分な封止を実現し得る。コンテナの個々の要素間の溶接は、例えばＴＩＧ溶接である。
【００８９】
有利には、ＨＩＰは、２つのサイクル、すなわち
‐例えば５０〜１５０バールの間の圧力および１０００℃〜１１００℃の間の温度にて２時間にわたり実施される、「低圧」サイクルと呼ばれる第１のサイクルと、
‐例えば１０００〜１５００バールの間の圧力および１０００℃〜１１００℃の間の温度にて２時間にわたり実施される、「高圧」サイクルと呼ばれる、穿通によりチャネルが開かれた後の第２のサイクルとにおいて遂行される。チャネルは、突出部５４に穿孔を形成することにより開かれる。その後、コンテナの内部に圧力を印加するために、加圧ガスが、これらの穿孔を経由してコンテナ内に導入される。また、圧力は、このガスを介してコンテナの外面にも印加される。コンテナの内部および外部に圧力を印加することにより、種々の要素が相互に圧迫され、パーツ間において原子の拡散が引き起こされる。
【００９０】
図５Ａのデバイスの製造方法は、以下のステップ、すなわち
‐組み立てられるとデバイスを形成するパーツを製造するステップであって、前記パーツが例えばレーザデバイスを使用して切断される、ステップと、
‐プレート間において、溝内にチューブを挿入するステップと、
‐コンテナの要素を相互に溶接し、コンテナの側部プレート４８の穿孔５０内にチューブを溶接して、封止されたシステムを画成するステップと、
‐コンテナの内部の脱ガスを行い、シール溶接穴を封止するステップと、
‐ＨＩＰによりパーツおよびチューブを連結するステップと、
‐混合回路および熱交換回路の連結を可能にするように機械加工するステップと
を含む。
【００９１】
ＨＩＰステップの終了時に、コンテナ５８は、全体的または部分的に、機械加工により取り外されるか、または保持され得る。保持される場合には、コンテナの壁部は、熱交換チャネルおよび混合チャネルを露出させるように穿通または機械加工される。
【００９２】
ＨＩＰステップに続き、２段階で実施される機械加工が、遂行される。
【００９３】
初めにデバイスを所望の最終寸法に仕上げ、混合チャネルの入口および出口の障害物を除去し、必要に応じて上方表面および下方表面の平面度およびアラインメントをチェックするための、表面仕上げによる「脱被覆加工」作業が行われる。
【００９４】
第２の段階において、隣接し合う混合チャネルを連結するように意図されたトレンチが、作製される。次いで、これらのトレンチは、既述のような小プレートにより漏れ防止の態様で封止される。この小プレートは、溶接により装着される。これらの横方向連結チャネルの断面は、混合チャネルの断面と略等しい。前述のように、有利には、溝が、小プレートの設置およびセンタリングのために、凹部の開口の周囲に作製される。
【００９５】
図７においては、図１のデバイスＤ１の作製を意図されたアセンブリの別の例の実施形態の分解図が示される。このアセンブリは、熱交換チャネルが、プレートＰ２、Ｐ３、およびＰ５、Ｐ６の面内に形成された溝４４の壁部によってそのまま形成される点において、図５Ａのアセンブリとは異なる。このアセンブリは、作製がより容易であり、低原価である。
【００９６】
非限定的な一例として、図５Ａに示す混合デバイスの作製の実際的な一例を説明する。
【００９７】
このデバイスは、以下の外寸、すなわち、幅８７ｍｍ、長さ１８８ｍｍ、および高さ２０．４ｍｍを有することが可能である。このデバイスは、２つの平面に分配された、４つの混合チャネル１０と、２２個の熱交換チャネル３６とを備える。全ての混合チャネル１０が、正方形状の断面を有し、それらの辺は、３ｍｍの長さである。
【００９８】
３１６Ｌステンレス鋼が、アセンブリの個々のパーツを作製するために使用される。
【００９９】
スタックは、７つの３ｍｍ厚のプレートを備える。混合チャネルを画成するプレート中のスロットは、レーザを使用して形成される。熱交換チャネルを形成するチューブは、３１６Ｌステンレス鋼から作製され、２ｍｍの内径および４ｍｍの外径を有する。これらのチューブは、９１ｍｍの長さを有し、プレートの全幅にわたり延在し、側部プレート４８内に貫通する。
【０１００】
熱交換チャネルへの供給を行い、熱交換流体を収集するように意図された側方コネクタは、３１６Ｌステンレス鋼から作製され、１４ｍｍの内径および１６ｍｍの外径を有し、１８８ｍｍの長さを有するハーフチューブである。
【０１０１】
コンテナの上方プレートＰ７および下方プレートＰ１は、３ｍｍの厚さであり、これにより、第１のＨＩＰサイクル中のチャネルにおけるコンテナの圧壊が防止される。対照的に、側部プレート４８は、例えば２ｍｍなど、厚さがより小さくなるように選択することができ、それにより、全体のかさを抑制することが可能となる。
【０１０２】
上方プレートＰ７は、直径６ｍｍの孔６０を備える。
【０１０３】
トレンチが、横方向連結チャネルを作製するために機械加工された後に、小さな３１６Ｌステンレス鋼プレートが、これらのトレンチを閉鎖するように溶接される。これらの３１６Ｌステンレス鋼プレートは、厚さが１ｍｍであり、０．２ｍｍの深さの溝の中に挿入される。
【０１０４】
この製造方法、および特にＨＩＰによる拡散溶接ステップにより、金属の充填を伴わずに大型の複雑な表面を組み付けることが可能となり、したがって、低融点材料が存在することに伴う問題、例えばデバイスの作動温度制限、低い耐腐食性、およびろう付けされた接合部による化学試薬の汚染などが防がれる。
【０１０５】
さらに、拡散溶接により得られる連接部は、特に耐性を有する。漏出源となり得る、壁部を横断して存在する溶接部は、回避される。
【０１０６】
ＨＩＰによる組立により、生じ得るポロシティを排除することができる。１００％密度の材料、すなわちポロシティを有さない材料が得られる。このようにして得られたアセンブリは、非常に満足のゆく機械的特性を有する。さらに、このアセンブリは、実施が非常に簡単である。さらに、ＨＩＰ法の結果として得られる製品は、高品質となる。
【０１０７】
さらに、この技術は、見込まれる大型の構成要素に適用することができる。例えば、直径１．５ｍおよび高さ３ｍのＨＩＰ炉が存在する。
【０１０８】
図９においては、混合デバイスＤ３の別の例の実施形態が示される。ここで、熱交換チャネルは、複数の平面内に延在する。また、この示した例においては、熱交換チャネルは、混合チャネル内の流体の平均流れに対して横方向に配向される。
【０１０９】
デバイスＤ３は、前述の例において上述したチャネル１０と同一の混合チャネル１１０を備える。各チャネル１１０は、長手方向軸Ｘ１、Ｘ２に沿って延在する。
【０１１０】
チャネル１３６同士は、同一である。単一のチャネルを詳細に説明する。
【０１１１】
チャネル１３６は、軸Ｘ１に対して直交する軸Ｙ１に沿って延在し、全ての熱交換流体が流れる部分と、この流体が２つに分岐され、混合チャネル１１０の両側を流れる部分とを備える。
【０１１２】
この示した例においては、チャネル１３６は、外部熱交換回路に連結されるように意図された第１の共通部分１３８と、連接部を形成し、第１の混合チャネルの両側に延在する第１の部分１４０と、第２の共通部分１４２と、連接部を形成し、第２の混合チャネルの両側に延在する第２の部分１４４と、外部熱交換回路に連結されるように意図された第３の共通部分１４６とを備える。
【０１１３】
これらの共通部分は、混合チャネルの平均流れ平面Ｐ内に延在する。
【０１１４】
この示した例においては、熱交換チャネル１３６は、存在する混合チャネルと同数の連接部を備える。
【０１１５】
これらの連接部は、相互に対面するように位置決めされた２つのＵ字状パイプにより形成され、Ｕ字状ブランチの端部にて共通部分に連結される。
【０１１６】
熱交換チャネル１３６は、プレート中にスロットを形成することにより、混合チャネルと同様の態様で作製される。
【０１１７】
前述の例におけるように、熱交換チャネル１３６は、２つのパターン間の連結点にて混合チャネルと交差する。
【０１１８】
この例の実施形態は、連接部がチャネルを横方向に囲むため、混合チャネルに一層近い熱交換チャネルを有するという利点を有し、したがってこれにより混合回路内において生ずる反応の熱制御を改善することが可能となる。さらに、これらのチャネルは、混合チャネルと同一の態様で作製されるため、製造方法が単純化され、実施すべきステップがより少数になる。
【０１１９】
熱交換チャネルは、混合チャネルより少数の連接部を有するように設計されてもよく、または、側方端部に２つだけの共通部分と、混合チャネルの両側に２つの連接部とを有してもよい。
【０１２０】
図１０においては、図９のデバイスを製造するために使用されるアセンブリの分解図が示される。これは、２つの端部プレートＰ１０およびＰ７０と、チャネルを画成するように意図されたスロットを有する５つの中間プレートＰ２０〜Ｐ６０とを備える。
【０１２１】
中央プレートＰ４０に見ることができるように、この中央プレートＰ４０は、平面Ｐ内の混合チャネルのパイプ部分と、チャネル１３６の共通部分とを同時に形成するように意図されたスロットを備える。これらのチャネル１３６の共通部分は、プレートＰ４０内に横方向スロット１３８を形成する。
【０１２２】
この例においては、デバイスが、２つのみの混合チャネル１１０を備えるため、中央プレートＰ４０は、２つのみの位置決め突出部を備える。
【０１２３】
このアセンブリの連結および漏れ防止の実現は、上述のデバイスと同様の態様でＨＩＰにより得られる。このステップは、再度説明しない。
【０１２４】
図１１Ａにおいては、混合デバイスＤ４の別の例が示される。この実施例Ｄ４においては、混合チャネルは、異なる形状を有する。
【０１２５】
デバイスＤ４は、より面積の大きな上面２０４．１および下面２０４．２と、２つの長手方向端面２０６．１、２０６．２及び側方端面２０８．１、２０８．２とを有する、略平行六面体状の形状の本体部２０２を備える。
【０１２６】
単一の混合チャネル２１０が、図１１Ｃに示される。この混合チャネル２１０は、共通流パイプと、流体が分岐されるパイプとを備える。
【０１２７】
基準点Ｘ１Ｙ１Ｚ１が規定される。
【０１２８】
混合チャネル２１０は、直列に流体連結された一連の同一のパターンを備える。
【０１２９】
パターンＭ１’は、軸Ｘ１を有する第１の共通パイプ２１４と、流れを二方に分割する２つの第２のパイプ２１６．１、２１６．２とを備える。
【０１３０】
第２のパイプの一方２１６．１は、軸Ｘ１を有する第１の部分２１８．１、及びそれに続く、図１１Ｃの図において上面２０４．１の方向に延在するＺ１に対して平行な軸を有する第２の部分２２０．１と、側方面２０８．２の方向に延在する平行軸Ｙ１を有する第３の部分２２２．１、及びそれに続く、Ｘ１に対して平行な軸を有する第４の部分２２４．１と、側方面２０８．１の方向に延在するＹ１に対して平行な軸を有する第５の部分２２６．１と、Ｚ１に対して平行な軸を有し、下面２０４．２の方向に延在する第６の部分２２８．１とを備える。
【０１３１】
他方の第２のパイプ２１６．２は、側方面２０８．２の方向に延在するＹ１に対して平行な軸を有する第１の部分２１８．２、及びそれに続く、上面２０４．１の方向に延在するＺ１に対して平行な軸を有する第２の部分２２０．２と、長手方向端部２０６．２の方向に延在するＸ１に対して平行な軸を有する第３の部分２２２．２、及びそれに続く、下面２０４．２の方向に延在するＺ１に対して平行な軸を有する第４の部分２２４．２と、Ｙ１に対して平行な軸を有し、側方面２０８．１の方向に延在する第５の部分２２６．２と、軸Ｘ１を有する第６の部分２２８．２とを備える。
【０１３２】
第３の部分２２２．１、２２２．２は、相互に連結される。したがって、流体は再び合流し、次いで分岐される。また、第６の部分２２８．１、２２８．２は、連結され、次いで後のパターンの第１の共通パイプに連結される。
【０１３３】
第２のパイプの両方は、略同一の負荷損失を有する。
【０１３４】
混合チャネルは、例えば、直列に連結されて、単一の回路のみを形成する。
【０１３５】
この実施形態による混合チャネルは、正方形状断面の平行六面体内に収容される。これらのチャネルは、よりコンパクトである。
【０１３６】
図１１Ａの例は、熱交換チャネル２３６が横方向にあるため、図１の例に類似する。この例においては、熱交換チャネル２３６は、単一の平面内に分配され、混合チャネル２１０に、２つの連続するパターン間において交差する。熱交換チャネル２３６の平面は、混合チャネル２１０に対する正中面を形成する。熱交換チャネル２３６は、可能な限り近くにて混合チャネル２１０と交差し、その結果として、非常に満足のゆく熱交換を達成する。
【０１３７】
図１１Ｂにおいては、図１１Ａのデバイスを製造するために使用される要素のアセンブリの分解図が示される。
【０１３８】
このアセンブリは、５つの積層プレートＰ１００〜Ｐ５００、すなわち２つの端部プレートＰ１００、Ｐ５００と、３つの中間プレートＰ２００、Ｐ３００、Ｐ４００とを備える。
【０１３９】
３つの中間プレートＰ２００、Ｐ３００、Ｐ４００は、これらのプレートが組み立てられた後に、図１１Ａにおいて透視的に示される混合回路および熱交換回路を画成する、スロットを有する。
【０１４０】
最下の中間プレートＰ２００は、外部回路に連結される端部を画成するプレートである。有利には、プレートＰ２００は、混合チャネル２１０の軸と位置合わせされた位置決め突出部を備える。
【０１４１】
特に、熱交換チャネル２３６は、中間プレートＰ３００、Ｐ４００の面内に形成された横方向溝２４４から作製される。
【０１４２】
図１の例におけるように、チューブは、溝２４４同士の間に挿入し得る。
【０１４３】
また、このアセンブリは、側部プレートと長手方向プレートとを備える。位置決め突出部の側に位置決めされる一方は、位置決め突出部を挿入することが可能な凹部を備える。
【０１４４】
図１２Ｂには、混合デバイスＤ５の別の例の実施形態が示される。ここでは、混合チャネル３１０は、図１１Ｃの混合チャネルと同様である。対照的に、熱交換チャネル３３６は、長手方向に延在する。各熱交換チャネル３３６は、混合チャネル３１０の中央に位置決めされる。
【０１４５】
図１１Ｃに見ることができるように、混合チャネルは、第１の長手方向端部から第２の長手方向端部まで延在する自由中央通路を画成する。ここでは、混合チャネルのパイプ部分に対して漏れ防止の態様で隔離されたチャネルが、この自由中央通路内に収容され得る。
【０１４６】
混合チャネル３１０の中央に熱交換チャネル３３６を位置決めすることにより、混合チャネル３１０と熱交換チャネル３３６との間の熱交換をさらに改善させることが可能となる。
【０１４７】
この示した例においては、熱交換チャネル３３６と外部回路との連結部は、デバイスの正中面内の直交ピックオフ３３８ｓの形態である。連結部は、長手方向面内に含まれ得る。チャネル３３６は、上方プレートの上に横方向コネクタを位置決めすることにより、例えば並列に、伝熱流体を供給される。
【０１４８】
有利には、伝熱流体は、環状チャネル内の流体の方向とは逆の方向に流され得、これにより、熱交換が改善する。混合チャネルが直列に連結される、この示した例においては、混合すべき流体は、流出移動および帰還移動をなすが、熱交換流体は、一方の方向にのみ流れる。したがって、この逆方向への流れは、１つおきの混合チャネル‐熱交換チャネルアセンブリにおいて行われる。
【０１４９】
図１２Ｂには、図１２ＡのデバイスＤ５を製造するために使用される要素のアセンブリの分解図を見ることができる。
【０１５０】
このアセンブリは、６つのプレート、すなわち２つの端部プレートＰ１０００、Ｐ６０００と、スロットを有する４つの中間プレートＰ２０００、Ｐ３０００、Ｐ４０００、Ｐ５０００とを備える。プレートＰ３０００内には、プレートの全長にほぼ沿って延在し、熱交換チャネル３３６を形成するスロット３３７を見ることができる。
【０１５１】
有利には、上方プレートＰ６０００は、縁部に沿って位置合わせされた突出部３３８を備える。これらの突出部３３８は、熱交換チャネル３３６の個数と等しく６つ存在する。これらの突出部により、垂直方向ピックオフを位置決めすることが可能となり、次いで熱交換チャネル３３６を外部回路に連結することが可能となる。
【０１５２】
この示した例においては、混合チャネル同士は、同一の構造を有する。混合チャネルは別様に構成することも可能であり、例えば、図１の例の混合チャネルおよび図１１Ｃのチャネルを備えるデバイスを作製することが想定され得る。
【０１５３】
この示した例においては、混合チャネルは直列に連結され、したがって、少なくとも２つの化学物質間における単一のタイプの化学反応が生じるようなものとなる。相互に独立した封止チャネルを形成し、したがって異なるチャネル内において異なる化学反応を生じさせることが、想定され得る。
【０１５４】
本発明によるデバイスは、サイズを推定し得るという利点を有する。実際に、チャネルの断面は、熱効率を低下させることなく拡大することが可能である。したがって、デバイスの構造物のサイズを、扱われる流体の量に適合するように単に変更することが必要とされるに過ぎず、寸法を変更されたデバイス内の熱交換現象を解析する必要はない。チャネルのサイズに関わらず、混合特性、熱特性、および水圧特性は、維持される。
【０１５５】
本発明により、および混合チャネルおよび熱交換チャネルの特定の構成により、熱交換効率が大幅に改善される。
【符号の説明】
【０１５６】
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５  デバイス
４．１  上面
４．２  下面
６．１、６．２  長手方向端面
８．１、８．２  側方端面
１０  混合チャネル
１４  第１の共通パイプ
１６．１、１６．２  第２のパイプ
１８．１、１８．２  第１の部分
２０．１、２０．２  第２の部分
２２．１、２２．２  第３の部分
２４．１、２４．２  第４の部分
２６．１、２６．２  第５の部分
２８  第１の端部
３０  第２の端部
３２  横方向連結チャネル
３４  小プレート
３６  熱交換チャネル
３８、４０  コネクタ
４２  チューブ
４４  横方向溝
４６  スロット
４８  側部プレート
５０  穿孔
５２  長手方向端部プレート
５４  軸方向突出部
５６  スロット
５８  コンテナ
６０  孔
Ｃ１  第１の回路
Ｃ２  第２の熱交換回路
Ｘ  長手方向軸
Ｐ１  下端プレート
Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６  中間構造プレート
Ｐ７  上端プレート
１１０  混合チャネル
１３６  チャネル
１３８  第１の共通部分
１４０  第１の部分
１４２  第２の共通部分
１４４  第２の部分
１４６  第３の共通部分
２０４．１  上面
２０４．２  下面
２０６．１、２０６．２  長手方向端面
２０８．１、２０８．２  側方面
２１０  混合チャネル
２１４  第１の共通パイプ
２１６．１、２１８．１  第２のパイプ
２１８．１、２１８．２  第１の部分
２２０．１、２２０．２  第２の部分
２２２．１、２２２．２  第３の部分
２２４．１、２２４．２  第４の部分
２２６．１、２２６．２  第５の部分
２２８．１、２２８．２  第６の部分
２３６  熱交換チャネル
２４４  横方向溝
Ｐ１００、Ｐ５００  端部プレート
Ｐ２００、Ｐ３００、Ｐ４００  中間プレート
３１０  混合チャネル
３３６  熱交換チャネル
３３７  スロット
３３８  突出部
３３８ｓ  直交ピックオフ
Ｐ１０００、Ｐ６０００  端部プレート
Ｐ２０００、Ｐ３０００、Ｐ４０００、Ｐ５０００  中間プレート
【図１】
2013516314.tif 000003
【図２】
2013516314.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2013516314.tif 000007
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2013516314.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013516314.tif 000013
【図１０】
2013516314.tif 000014
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月11日(2012.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの流体を混合するためのデバイスであって、前記流体を混合するための回路（Ｃ１）と、伝熱流体が中を流れるように意図された熱交換回路（Ｃ２）とを備えるデバイスにおいて、
‐前記混合回路（Ｃ１）は、並置された複数のチャネル網を備え、各網のチャネルが、相互に連結されて、第１の長手方向端部と第２の長手方向端部との間に平均流れ方向を画定し、前記複数のチャネル網の前記平均流れ方向同士は平行であり、各網は、前記平均流れ方向に対して概して平行である共通流れ部分と、前記流れを２つに分割する分岐部分とを備え、前記分岐部分は、共通上流流れ部分と共通下流流れ部分とに連結され、各前記分岐部分は、流れ方向を少なくとも３回変化させ、
‐前記熱交換回路（Ｃ２）は、並置された複数の分岐チャネルを備え、前記チャネル（３６）は、前記混合回路（Ｃ１）内に位置決めされ、前記交換回路内における平均横流れ方向が前記混合回路内における平均流れ方向に対して概して垂直になるように、第１の横方向端部から第２の横方向端部まで延在し、前記チャネルはそれぞれ、前記混合回路の前記チャネル網の２つの連続する分岐部分の間に位置決めされ、
‐前記平均長手流れ方向および前記平均横流れ方向は、平均流れ平面（Ｐ）を画定し、
‐流れ方向の少なくとも１回の変化が、前記平均流れ平面から離れた平面内において行われ、
‐前記混合回路の前記少なくとも１つの相互連結チャネル網（１０）は、前記平均流れ平面（Ｐ）に対して共に平行な第１の端部平面および第２の端部平面によって画成され、
‐前記熱交換回路（Ｃ２）は、前記第１の端部平面と前記第２の端部平面との間に位置決めされる、
デバイス。
【請求項２】
前記熱交換回路（Ｃ２）の前記チャネルは、共通部分と、上流共通部分および下流共通部分に連結された分岐部分とを備え、前記分岐部分は、前記混合回路（Ｃ２）の前記網の前記共通部分の両側に延在する、請求項１に記載の混合デバイス。
【請求項３】
前記熱交換回路（Ｃ２）は、前記平均流れ平面（Ｐ）の両側に位置する２つの分岐平行チャネル（３６）を備える、請求項１に記載の混合デバイス。
【請求項４】
少なくとも２つの流体を混合するためのデバイスであって、前記流体を混合するための回路（Ｃ１）と、熱交換回路（Ｃ２）とを備えるデバイスにおいて、
前記混合回路（Ｃ１）は、並置された複数のチャネル網を備え、各網のチャネル（３１０）が、相互に連結され、各網は、第１の長手方向端部と第２の長手方向端部との間に平均流れ方向を画定し、前記網は、前記平均流れ方向に対して概して平行である共通流れ部分と、前記流れを２つに分割する分岐部分とを備え、前記分岐部分は、共通上流流れ部分と、共通下流流れ部分とに連結され、各前記分岐部分が、流れ方向を少なくとも３回変化させ、前記複数の網の前記平均流れ方向は平行であり、
前記熱交換回路（Ｃ２）は、複数の分岐チャネルを備え、前記チャネル（３３６）は、前記混合回路内に位置決めされ、前記交換回路内における平均流れが前記混合回路（Ｃ１）内における平均流れに対して概して平行になるように、第１の長手方向端部から第２の長手方向端部まで延在し、前記チャネルはそれぞれ、チャネル網の前記分岐部分を形成する前記チャネルにより画成される空間の内部に位置決めされ、
前記平均長手流れ方向および平均横流れ方向は、平均流れ平面を画定し、
流れ方向の少なくとも１回の変化が、前記平均流れ平面から離れた平面内において行われ、
前記混合回路（Ｃ１）の前記少なくとも１つの相互連結チャネル網（３１０）は、相互に平行であり、且つ前記平均流れ平面に対して平行な、端部平面の第１の対と、相互に平行な端部平面の第２の対とによって画成され、前記平面の第１の対の中の少なくとも１つの平面と、前記平面の第２の対の中の少なくとも１つの平面とに交差する直線が、前記平均流れ方向に対して平行であり、
前記熱交換回路（Ｃ２）の前記少なくとも１つのチャネル（３３６）は、前記端部平面の第１の対と前記端部平面の第２の対との間に位置決めされる、デバイス。
【請求項５】
前記熱交換回路（Ｃ２）内の伝熱流体の流れ方向が、前記熱交換回路の少なくとも一部にわたり、前記混合回路（Ｃ１）内の流れ方向の逆となる、請求項４に記載の熱交換デバイス。
【請求項６】
前記混合回路（Ｃ１）の前記網は、混合すべき流体が少なくとも第１の方向に、および第２の方向に流れるように連結される、請求項４または５に記載の混合デバイス。
【請求項７】
前記混合デバイスは、拡散溶接により連結された複数の積層金属プレートを備え、前記プレートのそれぞれは、前記混合回路および／または前記熱交換回路の少なくとも一部分を含むようにエッチングされる、請求項１から６のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項８】
前記プレートは、熱間等方加圧により連結される、請求項７に記載の混合デバイス。
【請求項９】
前記熱交換回路は、前記プレート同士の間に金属パイプ（４２）を配置することにより形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１０】
前記熱交換回路（Ｃ２）は、対向し合う積層プレートの面内に作製された対の溝（４４）により形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１１】
プレートのスタックを囲む側壁部（４８）と長手方向端部壁部（５２）とを備え、前記長手方向端部プレート（５２）は、混合用の前記流体を供給するシステムに前記混合回路を連結し、熱交換流体を流させるシステムに前記熱交換回路を連結するための穿孔（５６）を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１２】
プレートのスタックを囲む側壁部と長手方向端部壁部とを備え、前記長手方向端部プレートは、混合用の前記流体を供給するシステムに前記混合回路を連結するための穿孔を備え、前記側壁部は、熱交換流体を流させるシステムに前記熱交換回路を連結するための穿孔を備える、請求項１、２、または３に記載の混合デバイス。
【請求項１３】
前記スタックの前記プレートの少なくとも１つが、少なくとも１つの長手方向端面内に、前記混合回路（Ｃ１）の各網に対する１つの長手方向突出部（５４）を備え、前記突出部（５４）は、前記関連する網の平均軸と位置合わせされ、この面を覆う前記長手方向端部プレート（５２）は、各長手方向突出部を収容するためのスロットを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１４】
ステンレス鋼から製造される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の混合デバイス。
【請求項１５】
前記熱交換回路は、前記プレート間に金属パイプ（４２）を配置することにより形成され、前記金属パイプ（４２）は、ステンレス鋼から作製される請求項１４に記載の混合デバイス。
【請求項１６】
ａ）略平行六面体状の形状の複数の金属プレートを切断するステップと、
ｂ）前記プレートの少なくとも一部にパターンを切削するステップと、
ｃ）前記パターンが前記混合回路および前記熱交換回路を画成するように、前記プレートを積み重ねるステップと、
ｄ）拡散溶接により前記プレートを連結するステップと、
ｅ）前記混合回路の前記網の端部を露出させ、供給システムに連結させ得るようにするために、前記長手方向面を切削するステップと
を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の混合デバイスを作製するための方法。
【請求項１７】
前記ステップｃ）において、金属パイプが、前記プレート間に配置されて、前記熱交換回路を形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップｃ）において作製されるプレートのスタックは、切欠部を含まない下方金属プレートおよび上方金属プレートを含み、前記方法は、ｃ’）側部プレートおよび長手方向端部プレートを設置して、切欠部を含まない上方プレートおよび下方プレートと共に封止コンテナを形成するステップと、ｃ’’）前記コンテナの内部を脱ガスするステップとを含む、請求項１６または１７に記載の作製方法。
【国際調査報告】
2013516314.tif 000021
2013516314.tif 000022
2013516314.tif 000023
2013516314.tif 000024
2013516314.tif 000025
2013516314.tif 000026