(57)【要約】  本発明は、中央平面で分割可能なフロープレートに関する。フロープレートは、２つの部品を備え、各部品は、チャネル面（２）およびユーティリティ面（３）を備え、フロープレートの２つの部品は、相手方部品であり、互いに相補的である。フロープレートが連結されると、２つの部品によって、２つの相手方部品となっているチャネル面間でチャネル（７）が形成される。チャネル（７）は、湾曲した障害部（４）、側壁（５）、およびチャネル床（６）を備え、前記湾曲した障害部（４）は、側壁（５）によって分離された平行な列として配列され、湾曲した障害部（４）の列の裏面は、深く機械加工された溝（８）を有し、ユーティリティ面（３）で伝熱流体が流れるように障害部が中空となっている。本発明はまた、フロープレート区画、およびフローモジュールに関する。
2015513658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央平面で分割可能なフロープレート（１）であって、２つの部品を備え、各部品が、チャネル面（２）およびユーティリティ面（３）を備え、前記フロープレートの前記２つの部品が、相手方部品であり、互いに相補的であり、各チャネル面（２）が、障害部（４）の平行な列、側壁（５）、およびチャネル床（６）の平行な列を備え、前記側壁（５）によって、湾曲した障害部（４）の前記平行な列が分離され、前記側壁（５）によって、チャネル床（６）の前記平行な列が分離され、湾曲した障害部（４）の前記列が、チャネル床（６）の前記列と相補的であり、それによって前記フロープレート（１）の前記２つのチャネル面（２）間でチャネル（７）が形成され、湾曲した障害部（４）の前記列の前記ユーティリティ面（３）が、深く機械加工された溝（８）を有し、前記深く機械加工された溝（８）が、フロープレート（１）の前記ユーティリティ面（３）で平行な列として配列され、深く機械加工された溝（８）の前記列が、前記チャネル（７）に垂直であり、深く機械加工された溝（８）の前記列が、前記ユーティリティ面（３）で伝熱流体を流すためのものである、フロープレート。
【請求項２】
２枚のバリアプレート（１４）、および２枚のタービュレータプレート（１２）をさらに備え、前記タービュレータプレート（１２）が、前記深く機械加工された溝（８）をカバーするように設計され、前記２枚のバリアプレート（１４）によって前記ユーティリティ面（３）が閉じられ、各ユーティリティ面（３）上の、ユーティリティ面（３）に対向する１枚のバリアプレートによって、ユーティリティチャネル（１５）が形成され、各バリアプレートが、伝熱流体を分配するための切開部分（１７）を有し、前記切開部分に、伝熱流体用にそれぞれ配置された入口（１９）または出口（１９）がある、請求項１に記載のフロープレート。
【請求項３】
各タービュレータプレート（１２）が、列として配列された２組の孔（１８）を有し、タービュレータプレート（１２）の各端部に１つの列があり、前記組の孔（１８）が切開部分（１７）とともに、伝熱流体を前記深く機械加工された溝（８）およびユーティリティチャネル（１５）に分配するためのものであり、それによってチャネル（７）への、またはチャネル（７）からの伝熱が行われる、請求項１または２に記載のフロープレート。
【請求項４】
１つまたは複数のアクセスポート（１６）、あるいは１つまたは複数のポート孔（１６）、あるいはそれらの組合せによって、チャネル（７）へのアクセスが行われ、少なくとも１つのアクセスポート（１６）もしくは１つのポート孔（１６）、またはそれらの組合せが、チャネル（７）に連結した入口となり、少なくとも１つのアクセスポート（１６）もしくは１つのポート孔（１６）、またはそれらの組合せが、チャネル（７）に連結した出口となる、請求項１、２、または３のいずれか一項に記載のフロープレート。
【請求項５】
側壁（５）が、前記深く機械加工された溝（８）のバー（９）に嵌め込まれる、請求項１から４のいずれか一項に記載のフロープレート。
【請求項６】
フロープレート（１）の前記２つの相手方部品が、成型される、機械加工される、または成型と機械加工との組合せである、請求項１から５のいずれか一項に記載のフロープレート。
【請求項７】
側壁（５）とバー（９）との間の隙間スロット（１０）が、動作中に清浄に保つための小バイパスとなり、かつフロープレート（１）の組立て時、および分解時にフロープレート（１）が取り扱いやすくなる、請求項１から６のいずれか一項に記載のフロープレート。
【請求項８】
前記フロープレートが、転向ボックス（３９）をさらに有し、前記転向ボックスが、壁（４１）によって分割された２つの小室（４０）を備え、各小室には、３次元流を生じるように１つのミニ障害部（４２）が配置され、チャネル（７）内での混合が高められ、流体が、第１のチャネル列から転向ボックス（３９）内を通って第２のチャネル列へと流れる、請求項１から７のいずれか一項に記載のフロープレート。
【請求項９】
前記深く機械加工された溝（８）が、金属フォーム、オフセットストリップ型フィンタービュレータ、またはタービュレータ（１２）に連結されるストリップ（４４）に配置されたタービュレータウイング（４３）から選択された挿入タービュレータを有し、好ましくは、前記挿入タービュレータが、タービュレータ（１２）に連結されるストリップ（４４）に配置されたタービュレータウイング（４３）であり、前記タービュレータが、前記深く機械加工された溝内の乱流を強めるためものである、請求項１から８のいずれか一項に記載のフロープレート。
【請求項１０】
フロープレート（１）を備える組立て式フロープレート区画であって、前記フロープレート（１）が、中央平面で分割可能であり、かつ前記フロープレート区画のコアであり、前記フロープレート（１）が、２つのチャネル面（２）および２つのユーティリティ面（３）を備え、前記２つのチャネル面（２）間で、障害部（４）の湾曲した側面によってチャネル（７）が形成され、チャネル（７）が、相手方部品となっている前記２つのチャネル面（２）間でガスケット（１１）によって封止され、前記２つのユーティリティ面（３）が、湾曲した障害部（４）の列の裏面によって配列され、前記裏面が、伝熱流体が流れる深く機械加工された溝（８）を有し、各ユーティリティ面（３）に、フレームプレート（２１）、Ｏリング（２０）、タービュレータプレート（１２）、さらにはバリアプレート（１４）が配置され、前記２枚のバリアプレート（１４）によって、前記組立て式フロープレート区画が閉じられている、組立て式フロープレート区画。
【請求項１１】
前記フロープレートが、請求項１から９のいずれか一項に記載のフロープレートである、請求項１０に記載の組立て式フロープレート区画。
【請求項１２】
各バリアプレートが、伝熱流体を、前記深く機械加工された溝（８）へ分配するとともに、タービュレータプレート（１２）およびバリアプレート（１４）によって形成されたユーティリティチャネル（１５）へ分配するための切開部分（１７）を有し、前記切開部分に、伝熱流体用にそれぞれ配置された入口（１９）または出口（１９）がある、請求項１０または１１に記載の組立て式フロープレート区画。
【請求項１３】
フローモジュールであって、好ましくはプレート反応器であって、請求項１０、１１、または１２に記載の１つまたは複数の組立て式フロープレート区画、および挟持装置を備え、前記挟持装置が、フレーム（２３）、２枚のエンドプレート（２５）、円盤ばね（２４）、およびテンションロッド（３０）を備え、円盤ばね（２４）のパイルが、フロープレート（１）にかかる挟持力を分散させるように、エンドプレート（２５）で支持されたばねグリッドとして配置され、前記フロープレートが、２枚のエンドプレート（２５）間に配置される、フローモジュール。
【請求項１４】
前記挟持装置が、エンドプレート（２５）と、各エンドプレート（２５）にある２本のビームウェブ（３３）と、を備える２つのＵ形端部区画（３２）を備え、ビームウェブ（３３）の各長辺が、少なくとも１つのノッチ（３５）を有し、その中にエンドプレート（２５）の少なくとも１つの舌部（３４）が嵌め込まれ、それによってＵ形端部区画（３２）が形成されることになる、請求項１３に記載のフローモジュール。
【請求項１５】
前記フローモジュールが、直列に連結された２つ以上のチャンバを備える１つまたは複数の滞留時間プレートをさらに備え、前記チャンバが、平行な壁によって分離され、各壁が、孔または通路を有し、前記孔または前記通路によって、２つのチャンバ間が連通し、前記孔または前記通路が、滞留時間プレート（４５）の右側または左側に交互にあり、滞留時間プレート（４５）が、少なくとも１つの入口、および少なくとも１つの出口を有し、前記チャンバが、折重ねシート挿入部（４６）、バッフルラダーシート挿入部、積層シート挿入部、金属フォーム、オフセットストリップ型フィンタービュレータ、またはそれらの組合せからなる群から選択された挿入部を装備する、請求項１３または１４に記載のフローモジュール。
【請求項１６】
前記挿入部が、折り目ごとに交互に位置がずれ、バッフルの高さが交互になるジグザグパターンを形成しているバッフルを備える折重ねシート挿入部（４６）である、請求項１５に記載のフローモジュール。
【請求項１７】
請求項１３から１６のいずれか一項に記載のフローモジュールの、化学反応用の反応器としての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロープレート、組立て式フロープレート区画、フロープレートを備えるフローモジュール、フローモジュールのプレート反応器としての使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続したプレート反応器、または連続したフローモジュールのチャネル内のプロセスフローへの、またはそこからの伝熱は通常、伝熱プレートにより、チャネルプレートの両面で実施され、伝熱プレートは、プロセス流体とユーティリティ流体との間のバリアとして働く。スケールアップ時、すなわちプロセスフローチャネルの断面が増大すると、伝熱表面と容積との比が減少し、その結果伝熱能力が不十分となることがある。冷却が不十分となると、より多くの副生成物などが生じる結果となり得、これは回避すべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明は、新しいフロープレート概念を提供することによって、上述の技術問題に対する解決策を見出すものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、本発明は、フロープレート伝熱システムに関し、前記フロープレート伝熱システムは、中央平面で２つの部品、すなわちチャネルプレートの２つのチャネル面および２つのユーティリティ面に分割可能なプレートを備える。フロープレート伝熱システム、すなわちフロープレートの２つの部品は、互いに相補的であり、これらを一体に合わせると、２つのチャネル面間でプロセスチャネルが形成される。フロープレートのチャネル面は、湾曲したチャネルによって形成された障害部、側壁、およびプロセスチャネル床を備える。障害部、すなわち湾曲したチャネルによって形成された障害部は、側壁によって分離された列として配列され、障害部の列の裏面は溝が深く機械加工され、したがってユーティリティ面で伝熱流体が流れるように障害部が中空となっている。
【０００５】
したがって、本発明の一態様は、中央平面で分割可能なフロープレートに関し、前記フロープレートは、２つの部品を備え、各部品は、チャネル面およびユーティリティ面を備える。フロープレートのこれらの２つの部品は、相手方部品（counter part）であり、互いに相補的である。各チャネル面は、障害部の平行な列、側壁、およびチャネル床の平行な列を備える。前記側壁によって、湾曲した障害部の前記平行な列が分離され、前記側壁によってまた、チャネル床の前記平行な列も分離されている。湾曲した障害部の列は、前記チャネル床の列と相補的であり、それによって前記フロープレートの２つのチャネル面間でチャネルが形成されている。湾曲した障害部の列のユーティリティ面は、深く機械加工された溝を有する。前記深く機械加工された溝は、フロープレートのユーティリティ面で平行な列として配列され、深く機械加工された溝の列は、チャネルに垂直である。深く機械加工された溝の列は、ユーティリティ面で伝熱流体を流すためのものである。
【０００６】
チャネルは、プレートを通るサーペンタインタイプの通路を有し、このチャネルは、第１の側壁と第２の側壁との間など以下同様に形成される。チャネルはまた、湾曲した障害部とチャネル床との間でも形成される。湾曲した障害部とチャネル床との間の通路によって、チャネル中を流れるプロセスフローの混合が高められる。
【０００７】
このフロープレートは、プレートをその中央平面で分けることによって２つの部品に分割することができ、したがってチャネルの複雑な構造を簡素化することができ、したがって製造しやすくなる。フロープレートがフローモジュールまたはプレート反応器内に取り付けられるときに、２つの部品間でフロープレートのプロセスチャネルをガスケットで封止することができる。
【０００８】
このフロープレートは、２枚のタービュレータプレートをさらに備えることができ、前記タービュレータプレートは、障害部の配列された列の裏面に形成された深く機械加工された溝の列をカバーするように設計することができる。タービュレータプレートはそれぞれ、２組の孔を有することができ、各組の孔は、タービュレータプレートの各端部に別個の列として配置される。これらの組の孔は、障害部裏面の深く機械加工された溝の列と連通させることができる。深く機械加工された溝の各列には、側壁に対応するバーを取り付けることができ、これらの側壁によって、フロープレート内で形成されるプロセスチャネルの列が分離されている。側壁は、障害部の列を通過して延び、それによって深く機械加工された溝内でバーを形成している。これらのバーによって、伝熱流体の混合が促進され、フロープレートの伝熱表面が増大し、さらにまたプロセスチャネル内を流れる流体への、またそこからの伝熱が高められる。フロープレートの２つの相手方部品は、成型しても、機械加工しても、または成型と機械加工との組合せでもよい。
【０００９】
側壁とバーとの間の隙間スロットは、プロセス流体の小さなバイパスとすることができ、このバイパス流体によって、フロープレートを動作中に清浄に保つことができ、かつフロープレートの組立て時、および分解時にフロープレートを取り扱いやすくすることができる。
【００１０】
フロープレートの深く機械加工された溝は、挿入タービュレータを有することができる。このタービュレータは、金属フォーム、オフセットストリップ型フィンタービュレータ、またはユーティリティ面のタービュレータに連結されるストリップに配置されたタービュレータウイングから選択することができ、好ましくは、挿入タービュレータは、タービュレータに連結されるストリップに配置されたタービュレータウイングでよい。タービュレータは、溝内の乱流を強めるためのものであり、したがってチャネル内を流れるプロセスフローへの、またそこからの伝熱を高めるためのものである。
【００１１】
２枚のバリアプレートによってフロープレートを閉じることができ、フロープレートの各ユーティリティ面に１枚のバリアプレートがある。伝熱流体用の入口および出口を、各バリアプレートに配置することができる。
【００１２】
フロープレートに形成されるチャネルは、少なくとも１つの転向ボックス（turning box）を有することができ、この転向ボックスは、フロープレート内の隣接する２列の障害部の列間のスペースまたは空間でよい。転向ボックスによって、隣接する２列の障害部の列間、すなわち２列のチャネルの列間の連通が可能となり、したがって流体が、転向ボックスのスペース内を通って一方の列から他方の列へと流れることができることになる。各転向ボックスは、壁によって分割された２つの小室を備える。転向ボックスの各小室には、３次元流を生じるように１つのミニ障害部が配置され、チャネル内でのプロセスフローの混合が高められる。流体フローは、第１のチャネル列から転向ボックス内を通って第２のチャネル列へと流れる。転向ボックスを使用することによって、プロセスフローの混合を高める真の３次元流を生じることが可能となる。１つまたは複数のアクセスポート、あるいは１つまたは複数のポート孔、あるいはそれらの組合せによって、プロセスチャネルへのアクセス、好ましくは転向ボックスへのアクセスを行うことができる。プロセスチャネルの一端部に少なくとも１つの入口を連結することができ、少なくとも１つの出口をプロセスチャネルの他方の端部に連結することができる。ノズルをアクセスポートまたは入口に挿入することができ、このノズルは、適切な任意のノズルから選択することができ、ノズルの例は、噴射ノズル、散布ノズル、再散布ノズル、再混合ノズル、共軸ノズル、チューブノズルなどである。共軸ノズルを入口ポート用に選択することができ、このノズルは、２つ以上のチューブが、大きい半径を有するより大型のチューブがより小さい半径を有するより小型のチューブを取り囲むように互いに入れ子に配置されたノズルとして定義することができる。かかるノズルを使用すると、２つ以上の流体を混合する、または散布することができる。再混合ノズルは、ノズルヘッドに孔を備えたチューブノズルでよく、この孔は、チューブよりも小さい半径を有する。ノズルは、出口に１つまたは複数の孔を有することができる散布ノズルでよく、これらの孔は、同心円に配置することができ、または適切な他のパターンに配置してもよい。
【００１３】
アクセスポートまたはポート孔には、ポート取付け具を挿入することができる。ポート取付け具は、固締要素、および封止部を備えることができ、この封止部は、前記シャフトに外側から配置しても、ヘッドから離れて面する第２の端部部分に配置しても、前記第２の端部部分の短辺に配置してもよい。この封止部によって、ポート孔を、ポート取付け具とともに、流体がプロセスチャネルに流れ混まないように封止することができる。ポート取付け具はまた、ポート孔またはアクセスポートを閉じるプラグでもよい。ポート取付け具は、入口、出口、ノズル、センサユニット、熱電対、ばね式センサ、または抵抗温度計を装備することができる。プロセスチャネル内の流体フローを監視するいかなる種類の機器も、ポート取付け具内に配置することができる。
【００１４】
本発明はまた、本発明によるフロープレートを備える、組立て式フロープレート区画に関する。この組立て式フロープレート区画では、フロープレートがコアとして配置される。このフロープレートは、中央平面で分割可能であり、２つのチャネル面および２つのユーティリティ面を備える。２つのチャネル面間で、障害部の湾曲した側面によってチャネルが形成されている。このチャネルは、相手方部品となっている２つのチャネル面間でガスケットによって封止されている。２つのユーティリティ面は、湾曲した障害部の列の裏面によって配列され、この裏面は、伝熱流体が流れる深溝を有する。２つのユーティリティ面の各面には、フレームプレート、Ｏリング、タービュレータプレート、さらにはバリアプレートが配置されている。２枚のバリアプレートによって、フロープレートを備える組立て式フロープレート区画が閉じられている。
【００１５】
組立て式フロープレート区画はまた、各バリアプレートに、伝熱流体を障害部の裏面にある溝と、タービュレータプレートおよびバリアプレートによって形成されたユーティリティチャネルとに分配するための切開部分を備える。バリアプレートの切開部分には、伝熱流体用にそれぞれ配置された入口または出口がある。
【００１６】
ユーティリティフローまたは伝熱流体は、２枚のユーティリティプレートを流れるように分割することができ、すなわちフロープレートの各面に１つの流れを生じ、出口で回収することができる。したがって、プロセス面とユーティリティ面とは完全に分離しておくことができ、流体間は封止部によって封止されているため、接触することがない。したがって、全ての封止部が雰囲気に向くことになる。
【００１７】
本発明はまた、フローモジュール、好ましくは連続したプレート反応器に関し、このフローモジュールは、本発明の１つまたは複数のフロープレートシステム、および挟持装置を備える。この挟持装置は、フレーム、２枚のエンドプレート、円盤ばね、およびテンションロッドを備える。円盤ばねのパイルは、フロープレートにかかる挟持力（clamping force）を分散させるように、エンドプレートで支持されたばねグリッドとして配置することができ、このフロープレートは、２枚のエンドプレート間に配置される。
【００１８】
このフローモジュールはまた、２つのＵ形端部区画と、エンドプレートと、各エンドプレートにある２本のビームウェブとを備える挟持装置を備えることができる。ビームウェブの各長辺は、少なくとも１つのノッチを有し、その中にエンドプレートの少なくとも１つの舌部が嵌め込まれ、それによってＵ形端部区画が形成されることになる。
【００１９】
このフローモジュールはまた、様々な機能を有する他の種類のプレートを備えることもでき、かかるプレートの一例は、滞留時間プレートである。フローモジュールは、この例に限られるものではなく、他の種類のプレートもやはり可能である。滞留時間プレートは、例えば反応を完了させることができ、したがってフローモジュール内でより長い滞留時間をもたらすことができる。したがって、このフローモジュールはまた、１つまたは複数の滞留時間プレートを備える。滞留時間プレートは、直列に連結された２つ以上のチャンバを備えることができ、これらのチャンバは、平行な壁によって分離され、各壁は、孔または通路を有し、この孔または通路によって、２つのチャンバ間が連通している。壁にある孔または通路は、滞留時間プレートの右側または左側に交互に設けることができ、滞留時間プレートは、少なくとも１つの入口、および少なくとも１つの出口を有する。これらのチャンバは、折重ねシート挿入部、バッフルラダーシート挿入部、積層シート挿入部、金属フォーム、オフセットストリップ型フィンタービュレータ、またはそれらの組合せからなる群から選択された挿入部を装備することができる。好ましくは、このフローモジュールは、挿入された折重ねシート挿入部を有することができ、この折重ねシート挿入部は、折り目ごとに交互に位置がずれ、バッフルの高さが交互になるジグザグパターンを形成しているバッフルを備える。
【００２０】
本発明はまた、このフローモジュールのプレート反応器としての使用に関する。本発明のさらなる実施形態、および態様が、独立請求項、および従属請求項に規定されている。
【００２１】
本発明の他の態様および利点について、添付の図面を参照しながら、以下の本発明の実施形態の詳細な説明に示すものとする。以下の図は、本発明を例示するものであり、本発明の単なる例にすぎず、本発明の範囲を限定するようなものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】中央平面で分割されたフロープレートの部品の一方の主なレイアウトを示す図である。
【図２】フロープレートの２つの相手方部品が連結された様子を示す図である。
【図３】フロープレートのユーティリティ溝を示す図である。
【図４】ガスケットがチャネルをどのように封止しているかを示す図である。
【図５】フロープレートのユーティリティ面から見た、伝熱流体が流れる平行な溝を示す図である。
【図６】フロープレートのユーティリティ面で、溝がタービュレータによってどのようにカバーされるかを示す図である。
【図７】２つのユーティリティ面の上面に、２枚のバリアプレートがどのように配置されるかを示す図である。
【図８】チャネルへのアクセスを有するポート孔を示す図である。
【図９】伝熱システムを備えたフロープレートの断面図である。
【図１０】ユーティリティ面から見たフロープレートの分解部品図である。
【図１１】チャネル面から見たフロープレートの分解部品図である。
【図１２】フレームまたは挟持装置内にあるフロープレートを示す図である。
【図１３】Ｕ形エンドプレート区画を示す図である。
【図１４】転向ボックスを有するフロープレートの部分断面図である。
【図１５】溝に挿入されるタービュレータウイングを示す図である。
【図１６】組み立てられたフロープレート内のタービュレータウイングを示す図である。
【図１７】滞留時間プレートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、フロープレート１の部品の一方の主なレイアウトを開示しており、このフロープレート１は、中央平面で鏡映をなす２つの相手方部品に分割されている。これらの相手方部品はそれぞれ、チャネル面２、およびユーティリティ面３を有する。チャネル面には、湾曲した障害部４、側壁５、およびチャネル床６がある。
【００２４】
図２では、フロープレートの２つの部品が一体に合わされ、これらの部品は相手方部品であり、互いに鏡映となっている。これらのフロープレート部品が連結されると、相手方部品となっている２つのチャネル面間でチャネル７が形成される。チャネル７は、湾曲した障害部４、側壁５、およびチャネル床６によって区切られ、各障害部４は、チャネル床６に対向して配置され、チャネル７は、チャネル７の両側が側壁５によって分割されている。チャネル７は、障害部４、チャネル床６、および側壁５によって形成されたスペース内でサーペンタインタイプの方向を有することになり、したがってチャネルの方向は、上昇し、下降し、次いで前進することになる。各フロープレート部品にある前記湾曲した障害部４は、側壁５によって分離された列として配列され、前記湾曲した障害部４の配列された列は深溝８を有し、この深溝８によって、障害部４、および側壁５の一部が、ユーティリティ面３で伝熱流体が流れるように中空となっている。溝８は、フロープレート上で互いに平行に配列されており、溝８はチャネル７に垂直である。
【００２５】
図３は、側壁５が溝８をどのように通過しているかを示し、側壁５によって溝８内にバー９を構成することができる。バー９によって、伝熱流体の混合が促進され、かつフロープレートの伝熱表面が増大し、それによってやはりチャネル７内を流れる流体への、またそこからの伝熱が高められる。側壁５とバー９との間には、フローモジュールの動作中、清浄に保つための小バイパス流用の隙間スロット１０がある。隙間スロット１０によってまた、フロープレートの組立て時、および分解時にフロープレートが取り扱いやすくなる。
【００２６】
図４は、２つのチャネル面を互いに封止するように、したがってチャネル７を封止するように、ガスケット１１が一方のチャネル面２にどのように配置されるかを開示している。ガスケット１１は、側壁５上に配置されている。図５は、ユーティリティ面３から見たフロープレート１を示している。この図から、伝熱流体が流れる平行な溝８を見て取ることができる。側壁５によって溝８内にバー９を構成することができ、この様子もやはり図５から分かる。バー９によって、伝熱流体の流れの乱流が、したがってチャネル７への、またそこからの熱が増進される。
【００２７】
図６は、溝８がユーティリティ面３でタービュレータ１２によってどのようにカバーされるかを開示している。タービュレータ１２はフィン１３を有することができるが、他の代替形態もやはり可能である。伝熱流体は、ユーティリティ面３の障害部４内の溝８内を流れ、ユーティリティ面で混合促進フィン１３を備えたタービュレータ１２を通過し、このタービュレータは、伝熱流体の流れに所望の乱流をもたらすように構築されている。チャネル７内のプロセス流体は、ユーティリティ面３からチャネル列に沿って、かつ湾曲した障害部４内の溝８から加熱または冷却される。
【００２８】
図７では、２枚のバリアプレート１４が、２つのユーティリティ面３の上面に配置され、形成されたユーティリティチャネル１５の対向する面をカバーし、それによって伝熱流体が、形成されたユーティリティチャネル１５および深溝８を流れることが可能となる。ユーティリティチャネル１５および深溝８にユーティリティ流体を流すことによって、チャネル７内のプロセスフローへの、またそこからの伝熱を高めることが可能となる。
【００２９】
図８は、１つまたは複数のアクセスポート１６、あるいは１つまたは複数のポート孔１６、あるいはそれらの組合せによって、チャネル７へのアクセスがどのように行われるかを示している。ポート１６、すなわちアクセスポートまたはポート孔の少なくとも１つが、チャネル７に連結した入口となり、ポート１６、すなわちアクセスポートまたはポート孔の少なくとも１つが、チャネル７からの出口となっている。図８はまた、深溝８を備えた障害部４を示している。
【００３０】
図９は、フロープレート１およびバリアプレート１４の断面図を示し、このバリアプレートは、図９で見られる切開部分１７を有する。バリアプレート１４は長手方向に切断されており、図９では切開部分１７、およびタービュレータプレート１２の一部が見えている。切開部分１７によってまた、ユーティリティ流体をユーティリティチャネル１５、および深溝８に分配することが可能となる。各タービュレータプレート１２は、２組の孔１８をタービュレータプレート１２の各端部に有する。孔１８は列として配列され、タービュレータプレート１２の各端部に１つの列がある。孔１８は、ユーティリティチャネル１５とともに、伝熱流体を深溝８およびユーティリティ面３に分配するためのものであり、それによってチャネル７への、またそこからの伝熱が行われる。入口１９または出口１９によって、伝熱流体がユーティリティ面３へと、またはそこから分配される。図９はまた、チャネル７と連通している１つのポート１６を示している。
【００３１】
図１０は、ユーティリティ面３から見たフロープレート１の分解部品図を示し、図１１は、チャネル面２から見たフロープレート１の分解部品図を示している。図１０は、溝８がどのようにして平行な列として配置されているかを示し、これらの列は、フロープレート１のチャネル７に垂直であり、チャネル７は図１０には見えていない。タービュレータプレート１２は、フロープレート１のユーティリティ面３と、バリアプレート１４との間で、Ｏリング２０を用いてフレームプレート２１に対して封止することができる。２組の孔１８が、溝８と連通し、伝熱流体を溝８に搬送するように、タービュレータプレート１２に設けられている。フレームプレート２１は、一代替形態として、フロープレート１のユーティリティ面３と一体にしてもよく、またはフレームプレート２１は、別の代替形態として、バリアプレート１４と一体にしてもよいが、フレームプレート２１はまた、図１０に示すように別個のプレートとしてもよい。図１０では、切開部分１７は見えないが、これはバリアプレート１４がこの図では切断されていないからであり、バリアプレート１４はここでは外側から見た図である。
【００３２】
図１１は、チャネル面２から見た、フロープレート１をタービュレータプレート１２、およびバリアプレート１４とともに示した分解部品図を示し、図１１は、フロープレート１が、少なくとも１つの転向ボックスで方向を変えることができるチャネル７を備えることを開示しているが、この転向ボックスは図１１または図１０には示されていない。転向ボックスは図１４で見ることができるが、隣接する２列のチャネル列２２間に配置することができ、それによってフロープレート１の隣接する２列のチャネル列２２と、フロープレートの一方の内面との間のスペース内に２つの小部屋が形成される。こうした小部屋は、壁によって分割して、３次元流を生じることができ、それによって混合が高められ、流体が、第１のチャネル列から転向ボックス内を通って第２の列へと流れることができることになる。溝８は、フロープレートのチャネル列２２に垂直な列として配列される。図１１では、切開部分１７が見え、これはバリアプレート１４がチャネル面２から見られているからである。入口１９または出口１９もやはり、図１１では見えている。
【００３３】
図１２は、フロープレート１、フレーム２３、ばねグリッド２４、およびエンドプレート２５を備える挟持装置（clamping device）を示し、これらが組み立てられるとフローモジュールが形成される。フロープレート１は、フレーム２３内に組み付けられる。フレーム２３は、フロープレート１を、２枚のエンドプレート２５間で、２枚の圧力プレート２７とともに、２枚の分散プレート２６間で定位置に保持している。フロープレート１は、定位置に配置し、油圧シリンダを用いてテンションロッドに張力をかけて圧縮することができる。フロープレート１は、ばねグリッド２４、およびエンドプレート２５からの力によって定位置に保持され、ナット２８によって締め付けることができ、油圧シリンダからの力を解除することができる。開位置にあるときに、意図した枚数のフロープレート１を２枚のエンドプレート２５間に入れることができるように、２枚のエンドプレート２５を配置することができる。エンドプレート２５間の間隔は、スリーブ２９の数を選択し、各テンションロッド３０の一端部をナット２８で締め付けることによって調節することができる。
【００３４】
分散プレート２６は、ばねグリッド２４、およびエンドプレート２５からの力の寄与を分散させる。フロープレート１にかかる力は、エンドプレート２５間の間隔を、またインジケータピン３１が外側エンドプレート２５に達するまでどれだけ離れているかを測定することによって測定することができる。このフローモジュールは、プレート反応器とすることができる。
【００３５】
図１３は、フレーム２３とともに組み立てることのできるＵ形端部区画（U-formed end sections）３２を示す。各Ｕ形端部区画３２は、エンドプレート２５、および２本の細長いビームウェブ（elongated beam webs）３３を備える。２本の細長いビームウェブ３３をエンドプレート２５の両側に配置することができ、それによってＵ形ビーム構成を形成することができる。エンドプレート２５の長辺の各縁部には段差を設けることができ、すなわちこの縁部は、縁部の約半分の厚さの舌部３４を有する。各ビームウェブ３３は、その長辺３６の縁部に沿ってノッチ３５を有する。ビームウェブ３３とエンドプレート２５とを一体に固定するために、ボルト３７が、ビームウェブ３３の縁部に沿って貫通孔３８に配置され、エンドプレート２５の対応する孔に締め付けられ、舌部３４がビームウェブ３３のノッチ３５に嵌め込まれる。ビームウェブ３３の位置をエンドプレート２５に対してさらに固定し、その設計を強化するために、ノッチ３５は、ブリッジ３９を有することができ、すなわち効果的な位置でノッチ３５が中断しており、このブリッジ３９は、舌部３４の同じ位置の中断部に対応している。
【００３６】
図１４は、転向ボックス（turning boxes）３９を有するフロープレートの一部を示している。図１４のフロープレートは、障害部４の上面および転向ボックス３９が見えるように切断されている。転向ボックス３９は、隣接する２列のチャネル列間のスペースに対応する２つの小室４０を有する。２つの小室４０は、壁４１によって分割され、この壁４１は、側壁５の延長部分であるが、２つの小室間が接触するように異なる高さを有する。２つのミニ障害部４２が各小室に１つあり、これらのミニ障害部４２もやはり、障害部４に比べて異なる高さを有する。ミニ障害部４２の高さは、壁４１の高さに相当し、チャネル７に３次元流をもたらし、その結果、混合が高められ、流体が第１のチャネル列から転向ボックス３９内を通って第２の列へと流れることになる。
【００３７】
図１５は、溝に挿入することができるタービュレータウイング（turbulator wings）４３を示している。ウイング４３は、ストリップ４４に配置され、このストリップ４４がタービュレータ１２に連結される。図１６は、組み立てられたフロープレートの溝８に挿入されたタービュレータウイング４３を示している。タービュレータウイング４３を追加することによって、溝内での乱流が強められることになり、したがって伝熱が高められることになる。溝８に挿入することができる他の種類のタービュレータは、金属フォーム、またはオフセットストリップ型フィンタービュレータ（offset strip fin turbulators）でよい。
【００３８】
図１７は、滞留時間プレート（residence time plate）４５を示し、滞留時間プレート４５は、直列に連結された２つ以上のチャンバを備え、これらのチャンバは、平行な壁によって分離され、各壁は、孔または通路を有し、この孔または通路によって、２つのチャンバ間が連通し、これらの孔または通路は、滞留時間プレート４５の右側または左側に交互にある。滞留時間プレート４５は、少なくとも１つの入口、および少なくとも１つの出口を有する。これらのチャンバは、折重ねシート挿入部４６、バッフルラダーシート挿入部、積層シート挿入部、金属フォーム、オフセットストリップ型フィンタービュレータ、またはそれらの組合せからなる群から選択された挿入部を装備することができる。
【００３９】
好ましくは、挿入部は折重ねシート挿入部４６であり、この折重ねシート挿入部４６は、折り目ごとに交互に位置がずれ、バッフルの高さが交互になるジグザグパターンを形成しているバッフルを備える。
【００４０】
滞留時間プレート４５の各面には、滞留時間プレートを封止するガスケット４７がある。滞留時間プレート４５、およびガスケット４７は、フローモジュールが組み立てられるときに、少なくとも１枚のユーティリティプレート４８内に配置される。
【００４１】
本発明のフローモジュールは、以下のプロセス作業、すなわち製造、反応、混合、ブレンディング、極低温作業の実施、洗浄、抽出および精製、ｐＨ調節、溶媒交換、化学物質の製造、中間化学物質の製造、低温作業で実施する際のＡＰＩ（医薬品有効成分）の製造、医薬品中間体の製造、スケールアップおよびスケールダウン開発、析出または結晶化、多重注入または多重添加または複数測定または多重サンプリングの実施、多段反応を伴う作業、予備冷却作業、予熱作業、ポスト加熱およびポスト冷却作業、バッチ処理から連続処理への変換プロセス、ならびに分流および再合流作業を行う際に有用である。
【００４２】
本発明で実施することができる反応の種類には、付加反応、置換反応、脱離反応、交換反応、急冷反応、還元、中和、分解、置換または追出反応、不均化反応、触媒反応、切断反応、酸化、閉環および開環、芳香族化反応および脱芳香族化反応、保護反応および脱保護反応、相間移動および相間移動触媒作用、光化学反応、気相、液相、および固相が関連し、かつ遊離基、求電子体、求核体、イオン、中性分子が関連し得る反応などが含まれる。
【００４３】
アミノ酸合成、不斉合成、キラル合成、液相ペプチド合成、オレフィン複分解、ペプチド合成などの合成もやはり、このフローモジュールを用いて実施することができる。このフローモジュールを使用することができる他の種類の合成は、炭水化物化学、二硫化炭素化学、シアン化化学、ジボラン化学、エピクロロヒドリン化学、ヒドラジン化学、ニトロメタン化学などの範囲内の反応、または複素環式化合物、アセチレン化合物、酸塩化物、触媒、細胞毒性化合物、ステロイド中間体、イオン液体、ピリジン化学物質、ポリマー、モノマー、炭水化物、ニトロンなどの合成である。
【００４４】
このフローモジュールは、アルドール縮合、バーチ還元、バイヤー−ビリガー酸化、クルチウス転位、ディークマン縮合、ディールス−アルダー反応、デーブナー−クネーファナーゲル縮合、フリーデル−クラフツ反応、フリース転位、ガブリエル合成、ゴンバーグ−バックマン反応、グリニャール反応、ヘック反応、ホフマン転位、ヤップ−クリンゲマン反応、レイングルーバ−バッチョインドール合成、マンニッヒ反応、マイケル付加、ミカエリス−アルブゾフ反応、光延反応、鈴木−宮浦反応、レフォルマトスキー反応、リッター反応、ローゼンムント還元、ザントマイヤー反応、シッフ塩基還元、ショッテン−バウマン反応、シャープレスエポキシ化、スクラウプ合成、薗頭カップリング、ストレッカーアミノ酸合成、スワーン酸化、ウルマン反応、ヴィルゲロット転位、ビルスマイヤー−ハック反応、ウィリアムソンエーテル合成、ウィッティヒ反応などの人名反応に適している。
【００４５】
このフローモジュールが適するさらなる反応には、縮合反応、カップリング反応、鹸化、オゾン分解、環化反応、環化重合反応、脱ハロゲン化、脱水素環化、脱水素化、脱ハロゲン化水素化、ジアゾ化、硫酸ジメチル反応、ハロゲン化物交換、シアン化水素反応、フッ化水素反応、水素化反応、ヨウ素化反応、イソシアン酸反応、ケテン反応、液体アンモニア反応、メチル化反応、カップリング、有機金属反応、金属化、酸化反応、酸化カップリング、オキソ反応、重縮合、ポリエステル化、重合反応や、他の反応、例えばアセチル化、アリール化、アクリル化、アルコキシ化、加アンモニア分解、アルキル化、アリル臭素化、アミド化、アミノ化、アジ化、ベンゾイル化、臭素化、ブチル化、カルボニル化、カルボキシル化、塩素化、クロロメチル化、クロロスルホン化、シアノ化、シアノエチル化、シアノメチル化、シアヌレート化、エポキシ化、エステル化、エーテル化、ハロゲン化、ヒドロホルミル化、ヒドロシリル化、ヒドロキシル化、ケタール化、ニトロ化、ニトロメチル化、ニトロソ化、過酸化、ホスゲン化、４級化、シリル化、スルホクロル化、スルホン化、スルホ酸化、チオカルボニル化、チオホスゲン化、トシル化、アミノ基転移、エステル転移などの反応がある。
【００４６】
本発明は、独立請求項、および従属請求項によってさらに規定されている。
【符号の説明】
【００４７】
１  フロープレート
２  チャネル面
３  ユーティリティ面
４  湾曲した障害部
５  側壁
６  チャネル床
７  チャネル
８  深く機械加工された溝
９  バー
１０  隙間スロット
１１  ガスケット
１２  タービュレータプレート
１３  フィン
１４  バリアプレート
１５  ユーティリティチャネル
１６  アクセスポート、ポート孔
１７  切開部分
１８  孔
１９  入口または出口
２０  Ｏリング
２１  フレームプレート
２２  チャネル列
２３  フレーム
２４  円盤ばね、ばねグリッド
２５  エンドプレート
２６  分散プレート
２７  圧力プレート
２８  ナット
２９  スリーブ
３０  テンションロッド
３１  インジケータピン
３２  Ｕ形端部区画
３３  ビームウェブ
３４  舌部
３５  ノッチ
３６  長辺
３７  ボルト
３８  貫通孔
３９  ブリッジ、転向ボックス
４０  小室
４１  壁
４２  ミニ障害部
４３  タービュレータウイング
４４  ストリップ
４５  滞留時間プレート
４６  折重ねシート挿入部
４７  ガスケット
４８  ユーティリティプレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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