(57)【要約】本発明は、好ましくはプレート状に具現化され、好ましくはシリコンからなる超小型構成要素（２）、特にマイクロリアクタの温度を制御する装置に関する。少なくとも１つの超小型構成要素が、ホルダ内の温度制御要素（１５、２０）に対して押し付けられる。超小型構成要素（２）と温度制御要素（１５、２０）とが、平面熱伝導が行われるように接続される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくはプレート形に設計され、かつ好ましくはシリコンからなる、超小型構成要素（２）、特にマイクロリアクタの温度制御装置であって、
温度制御要素（１５、２０）を備えること、および超小型構成要素（２）と温度制御要素（１５、２０）とが、平面熱伝導が行われるように接続されていることを特徴とする、前記装置。
【請求項２】
温度制御要素が、ペルチエ素子（１５）であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
冷却媒体または加熱媒体をそれに供給することのできる熱交換器（１８、２０）が、超小型構成要素と反対向きのペルチエ素子の面に配設されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
熱交換器（１８）が、周囲空気との熱交換のための拡大表面によって形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
熱交換を支援するために、ファン（１９）が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
温度制御要素が、冷却媒体または加熱媒体をそれに供給することのできる、熱交換器（１８、２０）であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
熱交換器(２)が、中空設計であると共に、冷却媒体または加熱媒体用のライン接続（２１、２２）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
温度制御要素（１８、２０）の熱交換面の寸法が、本質的に超小型構成要素（２）の隣接面の寸法であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
温度制御要素の熱交換面が、超小型構成要素の隣接面よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
ホルダ（１、３、３’）が、その端面を圧力プレート（３、３’）にねじ止めすることのできる２つのアーム（５、６）を備えた、超小型構成要素（２）用および温度制御要素（１５）用のＵ形収容部を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
圧力プレート（３）が、Ｕ形収容部（１）のアーム（５、６）の間に適合する、肉厚中央部（４）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
温度制御要素（１５）を収容するための開口（１２）が、圧力プレート（３）と反対側にあるＵ形収容部（１）の領域に配設されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
接続要素（１０）を収容するための穴が、圧力プレートに設けられていることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
温度制御要素（１５）用の電気接続（１７）が、収容部に設けられていることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
ホルダ（１、３、３’）が耐熱性プラスチックからなることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
複数の超小型構成要素（２、２’）が、互いに接触して保持されていること、および外側の超小型構成要素（２）が、温度制御要素（１５）への熱伝導が行われるように接続されていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
さらに、他方の外側超小型構成要素（２’）が、別の温度制御要素（３’）への熱伝導が行われるように接続されていることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
熱伝導度の低いプレート(２３)が、隣接する超小型構成要素間に配設されていることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
プレートが、同様に開口が設けられた隣接する超小型構成要素間で物質を通過させるための、開口を有することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも１つの超小型構成要素の温度を測定するために、温度制御要素の少なくとも１つの調整器を制御する、少なくとも１つのセンサが設けられていることを特徴とする、請求項１〜１９に記載の装置。
【請求項２１】
少なくとも１つのセンサ（２４）が、ホルダ（３’）内の溝（２５）に配設され、その溝が隣接する超小型構成要素の方向に開いていることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、超小型構成要素の温度制御装置に関し、特に、好ましくはプレート形に設計され、かつ好ましくはシリコンからなるマイクロリアクタに関する。
【０００２】
化学の分野における新規の物質の開発および製造には、広範な実験を必要とすることが多い。この目的で、それを用いることで少量での実験を実施することのできる超小型構成要素が開示されている。これらの超小型構成要素、例えばマイクロリアクタおよび様々な物質を処理するためのその他の構成部品を、モジュール構造とすることで、特定のタスクに対してのシステムの組立てが容易になる。この種のモジュール化化学マイクロシステムが、DE  198 54 096 A1およびDE  199 17 398 A1に記載されている。
【０００３】
それぞれの場合において望ましい反応を起こさせるには、予め指定される温度を維持することが求められることが多い。本発明の目的は、超小型構成要素、特にマイクロリアクタの温度を、有利な方法で、超小型構成要素からなるシステムの柔軟性を維持した上で制御することである。この目的は、本発明によれば、温度制御要素を提供すると共に、超小型構成要素と温度制御要素とを平面熱伝導が行われるように接続することによって達成される。
【０００４】
本発明の有利な態様によれば、温度制御要素はペルチエ素子である。この態様は、とりわけ入力または出力の熱的性能を比較的迅速に変更することができることに利点がある。環境とのさらなる熱交換を行うために、本態様においては、冷却媒体または加熱媒体をそれに供給することのできる熱交換器を、超小型構成要素と反対向きのペルチエ素子の面に配設することができる。このときの熱交換器は、好ましくは周囲空気との熱交換のために拡大した表面によって形成することができる。熱交換は、ファンを用いて支援することもできる。
【０００５】
本発明の別の有利な態様においては、温度制御要素を、冷却媒体または加熱媒体をそれに供給することのできる熱交換器とすることによって、温度制御を達成できる。冷却媒体または加熱媒体は、例えば水または熱交換オイルであることができる。
両方の有利な態様において、熱交換器は、中空設計として、冷却媒体または加熱媒体用のライン接続を設けることができる。
【０００６】
本発明においては、温度制御要素の熱交換面は、超小型構成要素の隣接面の寸法と本質的に同じにするのが好ましい。しかし、熱交換に適切な表面が、超小型構成要素のいくつかにのみある場合には、本発明による装置を、温度制御要素の熱交換面が、超小型構成要素の隣接側面よりも小さくなるように、改良することができる。
本発明による装置の別の改良においては、ホルダには、その端面を圧力プレートにねじ止めすることのできる２つのアームを備えた、超小型構成要素用および温度制御要素用のＵ形収容部が設けられている。
【０００７】
単一のホルダを用いて厚さの異なる超小型構成要素、または超小型構成要素のスタックを締め付けることができるように、さらに別の有利な態様においては、圧力プレートに、Ｕ形収容部のアーム間に適合する肉厚中央部を設けてある。
別の有利な態様においては、温度制御要素を収容するための開口を、圧力プレートと反対側にある、Ｕ形収容部の領域に配設することによって、温度制御要素、特にペルチエ素子を賢明に配設することが容易になる。
【０００８】
別の有利な態様によれば、接続要素を収容するために圧力プレート内に設けられている貫通孔を介して、外部への接続が可能となる。
本発明による装置の取り扱い、特に電線の配線は、温度制御要素用の電気接続を、収容部に設けることによって簡略化することができる。
本発明による装置の用途に応じて、ホルダとして様々な材料が利用可能である。しかしながら、ホルダは、耐熱性プラスチックで構成するのが有利であることが分かっている。
【０００９】
すでに述べたように、複数の超小型構成要素を、任意にスタックとして、互いに組み付けて接続することができる。この場合の温度制御は、互いに接触して保持された複数の超小型構成要素、および温度制御要素に熱伝導可能に接続された外側の超小型構成要素、またはさらに別の温度制御要素に熱伝導可能に接続された他方の外側超小型構成要素を介して、実行することができる。スタックの両側の温度制御は、複数の超小型構成要素の温度を、同一方向に制御するため、すなわち例えば冷却または加熱するために、同一方向に行われることもある。しかし、スタックの２側面で異なる温度での温度制御を実行すること、例えば、外側の超小型構成要素の一方を冷やし、他方を暖めることも可能である。
【００１０】
超小型構成要素間の温度の均一化を緩和するために、低熱伝導度のプレートを隣接する超小型構成要素間に配置することもできる。この場合にはプレートには、同様に開口が設けられている近傍の超小型構成要素間で、物質を通過させるための開口を設けてもよい。
予め指定された温度を維持するために、本発明による装置には、さらに、少なくとも１つの超小型構成要素の温度を測定するために少なくとも１つのセンサを設け、このセンサが温度制御要素の少なくとも１つの調整器を制御するようにしてもよい。
【００１１】
超小型構成要素からセンサへの良好な熱伝達を確保するための、センサの有利な配設は、少なくとも１つのセンサをホルダ内の溝に配設し、この溝が隣接する超小型構成要素の方向に開くようにすることで達成される
本発明の説明のための態様を、いくつかの図を参照して図面に示し、以下の記述においてより詳細に説明する。
【００１２】
図１に示す装置は、少なくとも１つの超小型構成要素２を収容するためのＵ形収容部１と、収容部１の側面ウエブ５、６（アーム）にねじ止めすることのできる圧力プレート３とからなる。圧力プレート３は、中央領域４で肉厚が増している。説明のための態様においては、単一の超小型構成要素を示してあるが、複数の超小型構成要素を保持することも可能である。収容部１は、適当な基部に取り付けるための、２つのフランジ状延長部７、８を有する。それぞれがシールディスク１１をその端面に備え、かつ超小型構成要素の表面に対して液密、または任意に気密の接続を形成する接続要素１０を、圧力プレート３にねじ込むことができる。
【００１３】
収容部１には、ペルチエ素子１５の外形と確実に連結するように、２つの対向縁端１３、１４に切り欠き部１２が形成されている。図１に切断して示してあるケーブル接続１６は、多重接続プラグ１７を介してペルチエ素子１５に電気エネルギを供給する役割をする。接続１６を、収容部１内の穴に通すことによって（図示せず）、多重接続プラグ１７を収容部１に直接取り付けることができるようになる（図２および図３）。
【００１４】
ペルチエ素子１５は、印加する電圧に応じて温度差を生成し、したがって超小型構成要素２に対する熱の供給および除去に使用することができる。簡単かつ迅速に熱の流れを逆転させることが可能である。図１に示す例には、環境との熱交換のために、その表面面積を一連のリブによって増加させた要素１８を設けてある。ファン１９からの空気流は、リブの間に向けられている。
【００１５】
本発明による装置に好適な、市販のペルチエ素子は、例えばその寸法、冷却／加熱能力において限定されている。より高い能力、特に温度差が必要な場合には、複数のペルチエ素子を直列に接続し、またはステップ付きピラミッドの形状に互いに結合することができる。
【００１６】
要素１８の代わりに、接続２１、２２を介して供給または排出することのできる冷却媒体／加熱媒体を流すための空隙を有する、熱交換器２０（図１ａ）をペルチエ素子１５に接続することもできる。
図４に示す説明のための態様では、ペルチエ素子１５によって運搬される熱を供給または放出するための、リブ付き要素１８（図１〜３）の代わりに、図１ａに示す冷却要素２０を設けることもできる。
【００１７】
図５に示す、説明のための態様は、本発明による装置を示し、この装置では、プレート２３によって隔離された２つの超小型構成要素２、２’が、ホルダ１、３’内に配設されている。このプレートは、超小型構成要素２、２’間を通過する物質の封止と、熱絶縁の役割をする。図５に示す、説明のための態様においては、圧力プレート３’に、図では見えないチャネルが設けられており、その中を、２１および２２から供給または排出されるオイルまたは加熱媒体を通過させることができる。超小型構成要素、または超小型構成要素のスタックの両側で温度を制御するために、２つのペルチエ素子、または冷却媒体または加熱媒体がその中を流れる２つの熱交換器を、図５の説明のための態様の変更態様に設けてもよい。
【００１８】
図６は、その内部に温度センサ２４用の溝２５が導入されている、圧力プレート３’を示す。次いでセンサは、超小型構成要素に対向する圧力プレート３’の面とほぼ同一平面上にあり、これによって超小型構成要素との良好な熱伝導接触が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による装置の部品の分解組立図である。
【図１ａ】さらに別の部品を示した図である。
【図２】図１に示す説明のための態様を組み立てた状態で一方向から示した図である。
【図３】図１に示す説明のための態様を組み立てた状態で図２とは異なる方向から示した図である。
【図４】第２の説明のための態様を示した図である。
【図５】第３の説明のための態様を示した図である。
【図６】センサを備えた、図１の説明のための態様の一部を示した図である。
【図１】
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【図１ａ】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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