(57)【要約】  プロセス流体流路、柔軟シール及び冷却流体流路を有するマイクロリアクタ用集成流体ポート部品が提供される。柔軟シールはプロセス流体流出口近傍に配置され、プロセス流体流出口とマイクロリアクタの流体ポートの間の封緘インターフェースを定めるような形につくられる。冷却流体流路は冷却流体インターフェースで終端し、冷却流体インターフェースと封緘インターフェースの間に小出し間隙を定める。冷却流体流出口は、集成流体ポート部品の柔軟シールがマイクロリアクタの流体ポートに嵌合したときに、柔軟シールの周縁に冷却流体を流通させるような、また柔軟シールの周縁から小出し間隙を通して冷却流体を流し出すような、形状につくられる。冷却流体は流体ポート近傍のマイクロリアクタ領域及び柔軟シールから熱を取り去る。
2012509754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体流路、柔軟シール及び冷却流体流路を有する集成ポート部品において、
前記プロセス流体流路がプロセス流体流入口及びプロセス流体流出口を有し、
前記柔軟シールが前記プロセス流体流出口の近傍に配置され、前記柔軟シールは前記プロセス流体流出口とマイクロリアクタの流体ポートの間に封緘インターフェースを定めるような形につくられ、
前記冷却流体流路が、冷却流体流入口及び、冷却流体インターフェースで終端する冷却流体流出口を有し、
前記冷却流体流出口によって定められる前記冷却流体インターフェースが、前記冷却流体インターフェースと前記封緘インターフェースの間に小出し間隙を定めるように、前記柔軟シールによって定められる前記封緘インターフェースから離され、
前記冷却流体流出口が、前記柔軟シールの周縁に冷却流体を流通させるような、また前記柔軟シールの前記周縁から前記小出し間隙を通して冷却流体を流し出すような、形状につくられる、
ことを特徴とする集成流体ポート部品。
【請求項２】
前記集成流体ポート部品の前記柔軟シールがマイクロリアクタの流体ポートに嵌合したときに、前記柔軟シールの前記周縁を流通する冷却流体が前記柔軟シールから前記マイクロリアクタの表面に沿って流れ出して前記流体ポートの近傍の前記マイクロリアクタの領域から熱を取り去るように、前記集成流体ポート部品が構成されることを特徴とする請求項１に記載の集成流体ポート部品。
【請求項３】
前記冷却流体流路が前記冷却流体流入口から前記柔軟シールの前記周縁に向かって流体を下流に移動させるような形状につくられることを特徴とする請求項１に記載の集成流体ポート部品。
【請求項４】
前記冷却流体流出口の断面積が、前記冷却流体流入口から下流に流体流が進むに方向に大きくなるように選ばれることを特徴とする請求項１に記載の集成流体ポート部品。
【請求項５】
前記集成流体ポート部品が、前記プロセス流体流路を入れる内部構造体及び前記内部構造体と協同して前記冷却流体流路を形成する外部構造体を有することを特徴とする請求項１に記載の集成流体ポート部品。
【請求項６】
前記外部構造体が前記内部構造体に取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の集成流体ポート部品。
【請求項７】
前記外部構造体または前記内部構造体が、あるいはいずれもが、前記マイクロリアクタの前記流体ポートを囲むマイクロリアクタ表面領域に前記柔軟シールを嵌合させるためにクランプ力を印加することができるクランプ面を定めることを特徴とする請求項６に記載の集成流体ポート部品。
【請求項８】
前記内部構造体及び前記外部構造体が同軸構造を定めることを特徴とする請求項５に記載の集成流体ポート部品。
【請求項９】
前記集成流体ポート部品が、複数のプロセス流体流路並びに対応する複数の柔軟シール及び冷却流体流路を有することを特徴とする請求項１に記載の集成流体ポート部品。
【請求項１０】
前記柔軟シールが高分子材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の集成流体ポート部品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２００７年１１月２９日に出願された、欧州特許出願第０７３０１５９９.２号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明はマイクロリアクタ技術に関する。マイクロリアクタは普通、微細構造リアクタ、マイクロチャネルリアクタまたは微細流体デバイスと称される。用いられる特定の名称にかかわらず、マイクロリアクタは、移動しているかまたは静止している目標試料がその中に拘束されて、処理及び／または分析にかけられる、デバイスである。マイクロチャネルはそのような拘束の最も代表的な形態であり、マイクロリアクタは通常、バッチリアクタとは対照的に、連続流リアクタである。マイクロリアクタは、エネルギー効率、反応速度、反応収量、安全性、信頼性、スケーラビリティ、等の向上を含む、従来のスケールリアクタに優る多くの利点を提供する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロリアクタは、非常に高いかまたは低い温度における動作が望まれるか、あるいは高い熱伝達速度または高い熱遷移速度の提供が望まれる場合に、用いられることが多い。この結果、代表的な従来のリアクタより高い反応温度に耐えるように設計されたマイクロリアクタがある。例えば、ガラスまたはガラス−セラミックのリアクタのための気密集成ポート部品が特許文献１に詳細に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５/０２７６７３０Ａ１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
マイクロリアクタは通常、不安定な中間生成物の順次処理を可能にし、一般的なバッチ作成遅延を避けるために、連続的に動作される。連続動作は、マイクロリアクタのマイクロチャネルネットワークに適切な入力ポート部品及び出力ポート部品を用いることで容易になることが多い。本発明の発明者等は、このポート部品は高温及び高圧における動作のために構成されることが望ましいことを認識した。マイクロリアクタ及び付帯コンポーネント内の材料の加圧は一般に、例えば溶媒の沸点より高く温度を上げることにより、反応速度を高めることを可能にし、液流内への反応体ガスの溶解も可能にし得る。したがって、本発明は全般的に、比較的高い温度及び圧力における動作のためのマイクロリアクタ用の安全な集成入力ポート部品及び集成出力ポート部品の構成に関するが、本明細書に提案される様々な構成は特定の温度及び圧力より高い温度及び圧力での動作に限定されない。
【０００６】
本発明の一実施形態にしたがえば、プロセス流体流路、柔軟シール及び冷却流体流路を有する、マイクロリアクタ用集成流体ポート部品が提供される。柔軟シールはプロセス流体流出口近傍に配置され、プロセス流体流出口とマイクロリアクタの流体ポートの間に封緘インターフェースを定めるような形状につくられる。冷却流体流路は冷却流体インターフェースで終端し、冷却流体インターフェースと封緘インターフェースの間に小出し間隙を定める。冷却流体流出口は、柔軟シールの周縁に冷却流体を流通させ、冷却流体を柔軟シールの周縁から小出し間隙を通して流し出すような、形状につくられる。集成流体ポート部品は、集成流体ポート部品の柔軟シールがマイクロリアクタの流体ポートと嵌合すると、柔軟シールの周縁に流通させた冷却流体がマイクロリアクタの表面に沿って柔軟シールから流し出されて、流体ポートの近傍のマイクロリアクタの領域及び柔軟シールから熱を取り去るように、構成することができる。
【０００７】
本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照数字で示される、添付図面とともに読まれたときに最善に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の一実施形態にしたがう集成流体ポート部品を備える集成マイクロリアクタ装置の略図である。
【図２】図２は図１に示される集成流体ポート部品の簡略な取出し図である。
【図３】図３は図１に示される集成マイクロリアクタ装置の一部の拡大図である。
【図４】図４は図２の集成ポート部品の内部構造体の取出し図である。
【図５】図５は本発明の別の実施形態にしたがう集成流体ポート部品の簡略な取出し図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
初めに図１を参照すれば、集成マイクロリアクタ装置１００は集成流体ポート部品１０及びマイクロリアクタ５０を備える。図示される実施形態において、マイクロリアクタ５０は１つないしさらに多くのマイクロリアクタチャネル５４と通じている単一の流体ポート５２を有する。しかし、マイクロリアクタ技術を熟知した技術者には当然であろうように、様々なマイクロリアクタのポート及びフローチャネルは複雑であって、大幅に変わることができるから、図１による比較的単純な略図でしか示すことができなかった。いずれにせよ、マイクロリアクタ５０は流体ポート５２を囲むマイクロリアクタ表面領域５６も有する。マイクロリアクタ構造体は全体として、またマイクロリアクタ表面領域５６は特に、熱交換器５８Ａ,５８Ｂと熱流通状態におかれ、したがって、本明細書では反応温度ＴＲと称される、高動作温度にさらされる。熱交換器５８Ａ,５８Ｂの特定の構造は本発明の範囲外にあり、マイクロリアクタ５０の温度制御に適するいずれかの手段で置き換えることができるであろうが、熱交換器５８Ａ,５８Ｂがマイクロリアクタ５０の表面領域に焼結された積層ガラス流体チャネルを有し、熱流体の循環を利用してマイクロリアクタ５０の温度を制御できることに注意されたい。
【００１０】
図２〜４に集成流体ポート部品１０がさらに詳細に示され、集成流体ポート部品１０はプロセス流体流入口２２及びプロセス流体流出口２４をもつプロセス流体流路２０を有する。柔軟シール３０がプロセス流体流出口２４の近傍に配置され、柔軟シール３０はプロセス流体流出口２４とマイクロリアクタ５０の流体ポート５２の間に封緘インターフェース３５を定めるような形状につくられる。封緘インターフェース３５は１５バール(１.５×１０６Ｐａ)をこえる動作圧力を受け得るから、封緘インターフェースにおいて適切な封止が確実になされるように柔軟シール３０の組成が選ばれることを保証するために注意が払われるべきである。例えば、柔軟シール３０は高分子材Ｏリングを含むことができ、プロセス流体流出口２４はＯリング３０を収めるＯリング座２６を有することができる。
【００１１】
多くの場合、柔軟シール３０の組成及び形状は、上述した反応温度ＴＲにおいて故障がおこらないであろうような組成及び形状である。したがって、集成流体ポート部品１０はさらに、冷却流体流入口４２及び冷却流体インターフェース４５において終端する冷却流体流出口４４をもつ、冷却流体流路４０を有する。冷却流体流出口４４によって定められる冷却流体インターフェース４５は、封緘インターフェース３５と冷却流体インターフェース４５の間に小出し間隙ｇを定めるように、柔軟シール３０によって定められる封緘インターフェース３５から離される。さらに、図１に示されるように、冷却流体流出口４４は、柔軟シール３０の周縁に冷却流体を流通させ、冷却流体を柔軟シールの周縁から小出し間隙ｇを通して流し出すような、形状につくられる。このようにすれば、集成流体ポート部品１０の柔軟シール３０がマイクロリアクタ５０の流体ポート５２と嵌合したときに、流体ポート５２の近傍のマイクロリアクタ５０の領域及び柔軟シール３０から熱を取り去って、柔軟シール３０の動作完全性を維持するために、冷却流体を柔軟シール３０の周縁に流通させて、柔軟シール３０からマイクロリアクタ５０の表面５６に沿って流し出すことができる。
【００１２】
図１及び２に示されるように、冷却流体流路４０は冷却流体流入口４２から柔軟シール３０の周縁に向かって流体を下流に移動させるような形状につくられる。さらに、冷却流体流出口４４の断面積は下流方向に大きくなり、柔軟シール近傍の冷却をさらに強める。集成流体ポート部品１０は、プロセス流体流路２０を入れる内部構造体１２及び内部構造体１２と協同して冷却流体流路４０を形成する外部構造体１４を有するように構成することができる。図示される実施形態においては外部構造体が内部構造体に取り付けらていれるが、内部構造体及び外部構造体はそれぞれ独立にマイクロリアクタ５０に取り付けることができるであろうと考えられる。
【００１３】
適切な設置、取付け及び封止を容易にするため、内部構造体１２または外部構造体１４は、あるいはいずれも、柔軟シール３０をマイクロリアクタ５０の流体ポート５２を囲むマイクロリアクタ表面領域５６と嵌合させるためにクランプ力を印加することができるクランプ面１６を定めるような形状につくることができる。さらに、内部構造体１２及び外部構造体１４は図示される同軸構造を定めるような形状につくることができる。
【００１４】
図１〜４に示される集成流体ポート部品１０は、共通の冷却流体流出口４４に進む複数の冷却流体流路４０を有するが、集成流体ポート部品は、集合して冷却流体インターフェース４５を定めるそれぞれ異なる冷却流体流出口に進む、複数の冷却流体流路４０を有することもできると考えられる。本発明の範囲内において、集成流体ポート部品１０の構造形態の様々な適する変形が実施され得ることも考えられる。別形の集成流体ポート部品構造の一例が、同様の構造が同様の参照数字で識別される、図５に示される。
【００１５】
上述したように、様々なマイクロリアクタのポート及びフローチャネルは複雑であって、大幅に変わることができるから、図１による比較的単純な略図でしか示すことができなかった。多くの用途において、集成マイクロリアクタ装置は、本明細書に説明される、複数のプロセス流体流路２０並びに対応する複数の柔軟シール３０及び冷却流体流路４０を有するであろう。加えて、集成流体ポート部品は、例えば圧縮空気の、冷却流体供給源、及びプロセス流体供給源をさらに備えることができる。
【００１６】
特定の特性または特定の態様における機能を具現化するために、特定の様相の「形につくられている」本発明のコンポーネントの本明細書における言明は、目的用途の言明とは対照的な、構造の言明であることに注意されたい。さらに詳しくは、あるコンポーネントが「形につくられている」態様への本明細書における言及は、そのコンポーネントの既存の物理的状態を表し、したがって、そのコンポーネントの構造特性の明確に限定された言明としてとられるべきである。
【００１７】
「好ましい」、「普通に」及び「一般に」のような語句は、本明細書に用いられる場合、特許請求される本発明の範囲を限定するため、あるいはある特徴が特許請求される本発明の構造または機能に必須であるか、肝要であるかまたは重要であることさえ、意味するために用いられてはいないことに注意されたい。むしろ、これらの語句は、本発明のある実施形態の特定の態様を識別すること、あるいは本発明の特定の実施形態に利用され得るかまたは利用され得ない、別のまたは追加の特徴を強調することが意図されているに過ぎない。
【００１８】
本発明を詳細に、また本発明の特定の実施形態を参照して、説明したが、添付される特許請求の範囲に定められる本発明の範囲を逸脱することなく改変及び変形が可能であることは明らかであろう。さらに詳しくは、本発明のいくつかの態様は本明細書において好ましいかまたは特に有利であると認定されるが、本発明が本発明のそのような好ましい態様に限定される必要はないと考えられる。
【符号の説明】
【００１９】
１０    集成流体ポート部品
１２    内部構造体
１４    外部構造体
１６    クランプ面
２０    プロセス流体流路
２２    プロセス流体流入口
２４    プロセス流体流出口
２６    Ｏリング座
３０    柔軟シール
３５    封緘インターフェース
４０    冷却流体流路
４２    冷却流体流入口
４４    冷却流体流出口
４５    冷却流体インターフェース
５０    マイクロリアクタ
５２    流体ポート
５４    マイクロリアクタチャネル
５６    マイクロリアクタ表面領域
５８Ａ,５８Ｂ    熱交換器
１００    集成マイクロリアクタ装置
【図１】
2012509754.tif 000003
【図２】
2012509754.tif 000004
【図３】
2012509754.tif 000005
【図４】
2012509754.tif 000006
【図５】
2012509754.tif 000007
【国際調査報告】
2012509754.tif 000008