微混合器的制作方法

专利名称：微混合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微混合器(micro mixer)。
背景技术：
为了对至少两种以上的流体进行混合，已提出了各种静态混合器。静态混合器使用在利用化学反应或结晶化(crystallization)等的微粒子制造过程中。在所述各种静态混合器中，将混合的流体供给至微流路内的微混合器已受到关注。微混合器包括流路宽度为10 μ m至1000 μ m左右的微流路。在微混合器中，至少两种以上的流体通过微流路而被分割为微小流体之后混合。在微混合器内，流体被分割为 微小流体，流体的扩散距离缩短。借此，流体的混合速度加快。因此，与以往的静态混合器相比较，可在更短的时间内，有效率地对流体进行混合。作为微混合器的构造，例如包括Y字形的流路的混合器已为人所知。在此种混合器中，使第一流体流动的流路与使第二流体流动的流路是以形成锐角即Y字的方式而交叉，从而形成一条汇合流路。分别供给至各流路的流体在流路的交叉部，以层流的状态而汇流。然后，各流体相互扩散地混合。专利文献I揭示了一种层叠型微混合器。该文献所揭示的层叠型微混合器包括如下的两种板，一种板形成有作为混合对象的反应物A所流经的微细通道(channel)，另一种板形成有反应物B所流经的微细通道。从板的上表面观察，各微细通道是以形成锐角的方式而交叉。各流体在混合室/反应室的入口汇流。如上所述，在将流路配置为Y字形的混合器、或将微细通道配置为锐角的混合器中，各流体以层流的状态而混合。因此，所述各种混合器适合于对低粘度流体进行混合。然而，当使高粘度流体彼此混合，或使粘度差大的流体彼此混合时，流体的接触面积或流体内的剪力(shearing force)减少,混合效率有可能会下降。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特表平9-512742号公报

发明内容
发明要解决的课题本发明的目的在于提供可效率良好地对高粘度流体或不同粘度的流体进行混合的微混合器及流体混合构造体。解决课题的手段为了实现所述目的，根据本发明的第一形式，提供一种用以对两种以上的流体进行混合的微混合器。微混合器包括混合板，该混合板包括第一流路形成部与第二流路形成部。在第一流路形成部中，形成有第一流体所流经的第一流路，在第二流路形成部中，形成有第二流体所流经的第二流路。在第一流路形成部与第二流路形成部之间，设置有使第一流体及第二流体汇流的汇合流路。第一流路的出口与第二流路的出口隔着汇合流路而相向，面向汇合流路的中心轴的第一流路的出口的位置包含于面向中心轴的第二流路的出口的位置，或与该第二流路的出口的位置相同。根据所述构成，从第一流路送出的第一流体的流动方向是与从第二流路送出的第二流体的流动方向相反的方向，且相对于汇合流路的轴线而对称。因此，各流体在汇合流路中，从正面发生碰撞。借此，各流体的接触面积增大，在碰撞位置附近产生剪力。借此，可效率良好地对高粘度流体或不同粘度的流体进行混合。在所述微混合器中，第一流路的出口的剖面中心轴优选与第二流路的出口的剖面中心轴相同。根据所述构成，由于从第一流路及第二流路的各出口送出的流体彼此从正面发生碰撞，因此，可效率良好地对高粘度流体或不同粘度的流体进行混合。在所述微混合器中，第一流路的出口面优选与第二流路的出口面呈平行。·根据所述构成，来自第一流路的第一流体的流动方向与来自第二流路的第二流体的流动方向呈平行，且方向相反。因此，各流体的接触面积增大，可效率良好地对高粘度流体或不同粘度的流体进行混合。在所述微混合器中，优选第一流路的出口为多个出口中的一个出口，第二流路的出口为多个出口中的一个出口，第一流路的出口与第二流路的出口以一对一的关系而相向。根据所述构成，可将各流体分别分割为多个微小流体，进而使经分割的微小流体以一对一的关系发生碰撞。因此，各流体的接触面积增大，混合速度加快。在所述微混合器中，优选汇合流路形成为长条状，在形成汇合流路的一对相向的侧面中的一个侧面上，多个第一流路的出口沿着汇合流路的长度方向排列，在另一个侧面上，多个第二流路的出口沿着汇合流路的长度方向排列。根据所述构成，不将流路的出口之间的距离予以变更，对汇合流路的长度进行调节或使流路的数量增加，借此，微混合器的处理量提高。因此，可使处理量提高，而不会使流体的碰撞效果减小。在所述微混合器中，优选还包括层叠于混合板的温度调节板，温度调节板包括第一媒体所流经的第一媒体流路、第二媒体所流经的第二媒体流路、以及设置在第一媒体流路及第二媒体流路之间的隔热部，在混合板及温度调节板层叠的状态下，第一流路形成部与第一媒体流路以在层叠方向上相对应的方式配置，第二流路形成部与第二媒体流路以在层叠方向上相对应的方式配置。根据所述构成，第一媒体可仅作用于第一流体，第二媒体可仅作用于第二流体。另夕卜，通过第一媒体流路形成部及第二媒体流路形成部之间的隔热部，第一媒体与第二媒体之间的热传导受到抑制，因此，可精度良好地对温度进行调节。在所述微混合器中，优选在第一流路及第二流路中，出口的剖面积小于入口的剖面积。根据所述构成，使从汇合流路送出的流体的流速加快，借此，各流体的混合效率进
一步提闻。


图I是本发明的一个实施方式的微混合器的概略图。图2是层叠体的分解立体图。图3是混合板的立体图。图4是混合板的平面图。
图5是调温板的立体图。图6是层叠体的立体图。图7是其他例子的混合板的立体图。图8是其他例子的混合板的立体图。图9是其他例子的混合板的平面图。图10是其他例子的混合板的平面图。图11是其他例子的混合板的平面图。图12是其他例子的混合板的平面图。图13是其他例子的混合板的平面图。图14是其他例子的混合板的平面图。图15是其他例子的调温板的平面图。图16是其他例子的混合板的平面图。
具体实施例方式以下，根据图I 图6，对将本发明的微混合器予以具体化而成的一个实施方式进行说明。如图I所不，微混合器I包括中空状的外壳(case) C。层叠体11固定在外壳C内，该层叠体11形成有各种微细流路。层叠体11包括如下的流路，作为混合对象物或反应对象物的第一流体Fl及第二流体F2、与第一热媒Hl (第一媒体)及第二热媒H2 (第二媒体)在所述流路中流动。第一热媒Hl及第二热媒H2分别与流体FI、F2进行热交换。在外壳C的左端Cl设置有第一流体供给部4A，该第一流体供给部4A将第一流体Fl供给至外壳C内。在外壳C的右端C2设置有第二流体供给部4B，该第二流体供给部4B将第二流体F2供给至外壳C内。以下，当不对各流体供给部4A、4B进行区分地说明时，仅作为流体供给部4来进行说明。流体供给部4包括开口部2，形成于外壳C的端部；以及连接器(connector) 3，连结于开口部2。连接器3连接于储罐(tank)，该储罐分别积存着各流体F1、F2。另外，连接器3也连接于压送机构，该压送机构包含加压泵、及连结于该泵的管路等。各流体F1、F2在由压送机构加压的状态下，被分别向连接器3压送。在外壳C的两端分别设置有开口部2。在外壳C的各开口部2、与外壳C内的层叠体11的各侧面IlaUlb之间设置有空间。该空间作为积存部SI、S2而发挥功能，该积存部SI、S2用以暂时积存从压送机构送出的各流体F1、F2。在外壳C的上端C3形成有热媒供给部7A、7B。各热媒Hl通过热媒供给部7A而供给至外壳C内，各热媒H2通过热媒供给部7B而供给至外壳C内。与流体供给部4同样地，热媒供给部7A、7B分别包括开口部5A、开口部5B、连接器6A、及连接器6B。在外壳C的下端C4形成有热媒送出部7C、7D。供给至各热媒供给部7A、7B的热媒HI、H2通过层叠体11内的流路之后，分别通过各热媒送出部7C、7D而被送出至外壳C的外部。与流体供给部4同样地，热媒送出部7C、7D分别包括开口部5C、开口部K)、连接器6C、及连接器6D。在外壳C的下端C4设置有送出部10。在层叠体11内进行了混合或反应的各流体F1、F2的混合液F3(或反应液)通过送出部10而被送出至外壳C外。送出部10包括开口部8、与连结于开口部8的连接器9。S卩，各流体FI、F2从各流体供给部4A、4B供给至外壳C的内部之后，在层叠体11的微细流路中混合或反应。此处，各流体FI、F2在微细流路中混合，因此，各流体FI、F2的扩散距离缩短。借此，各流体FI、F2的混合速度增大，所需量的各流体FI、F2效率良好地混合。各流体FI、F2经混合而成为混合液F3 (或反应液)，且被从送出部10送出至外壳C夕卜。再者，微混合器I的外壳C或各流体供给部4A、4B、送出部10的位置等并不限定于所述 构成，也可根据需要而加以变更。接着，参照图2来对层叠体11进行说明。如图2所示，层叠体11包括长方形状的一对盖板(cover plate)P1、P2、及包含多个板的板群12。板群12设置在两个盖板P1、P2之间。板群12包括三块调温板13、与两块混合板14。板群12是对调温板13及混合板14进行层叠而构成。调温板13构成板群12的最上层与最下层，混合板14是以夹在调温板13之间的状态而层叠。各盖板P1、P2、各调温板13及各混合板14的外形均具有相同的长方形。各盖板PU P2、调温板13及混合板14例如是由金属材料、树脂、玻璃、及陶瓷等形成。若使用所述材料来形成各板13、14、P1、P2，则用以形成流路的加工变得容易，可在不易产生漏液等的密着的状态下，将各板彼此固定。可通过相同的材料来形成各板13、14、P1、P2，或也可通过不同的材料来形成各板13、14、P1、P2。例如，也可由不锈钢来形成各板13、14、P2、P2，并在通过扩散结合(diffusion bonding)而密着的状态下,对各板进行固定。作为各板13、14、P2、P2的加工方法，例如可列举射出成型、溶剂铸造(cast)法、熔融复制(replica)法、切削、蚀刻(etching)、光微影法(photolithography)、以及激光消融(laser ablation)等。接着，根据图3及图4来对混合板14进行详述。如图3所示，混合板14包含一对板。混合板14包括第一流路形成部14A与第二流路形成部14B。第一流路形成部14A及第二流路形成部14B均为矩形，且形成为板状。在第一流路形成部14A的上表面14a中的短边方向(图中的Y方向)的中央，形成有三条第一流路15。各第一流路15等间隔地配置。各第一流路15形成为从第一流路形成部14A的左侧端14b延伸至右侧端14c为止的槽状。各第一流路15在第一流路形成部14A的左侧端14b、右侧端14c及上表面14a形成开口。第一流路形成部14A的左侧端14b的开口形成第一流路15的入口 15a，第一流路形成部14A的右侧端14c的开口形成第一流路15的出口 15b。入口 15a连通于供给第一流体Fl的第一流体供给部4A。第一流路15包括流路宽度大的大宽度部16、流路宽度小的窄宽度部17、以及斜面部18。斜面部18的流路宽度从大宽度部16向窄宽度部17平稳地变小。与流体的流动方向正交的大宽度部16的剖面呈矩形状。大宽度部16从第一流路形成部14A的左侧端14b延伸至右侧端14c附近为止。关于大宽度部16的宽度及深度，为了确保流体的温度分布的均一性或装置的强度，例如优选将宽度设定于0. Imm以上且为IOOmm以下的范围，将深度设于5mm以下的范围，更优选将宽度设定于O. Imm以上且为20mm以下的范围，将深度设定于2mm以下的范围。即，只要以如下的方式来设计大宽度部16即可，所述方式是指不使压力损失变得过大，使流路不易堵塞，能够迅速地对流路进行加热、冷却，且使生广性提闻。窄宽度部17的剖面也呈矩形状。窄宽度部17从第一流路形成部14A的右侧端14c附近延伸至右侧端14c为止。窄宽度部17具有至少比大宽度部16的剖面积更小的剖面积。对于窄宽度部17而言，例如优选将宽度设定于O. Imm以上且为20mm以下的范围，将深度设定于5mm以下的范围，更优选将宽度设定于O. Imm以上且为5mm以下的范围，将深度设定于2_以下的范围。即，只要以如下的方式来设计窄宽度部17即可，所述方式是指不使压力损失变得过大，使流路不易堵塞，能够迅速地对流路进行加热、冷却，且使生产性提高。
在第一流路形成部14A与第二流路形成部14B之间设置有汇合流路19。该汇合流路19包含规定宽度的空间。如图3所示，在汇合流路19中，底面及上表面形成开口，且在混合板14的前表面14g及背面14h形成开口。在混合板14的前表面14g形成开口的开口部19c为汇合流路19的出口，且连通于送出部10。在混合板14的背面14h形成开口的开口部19b被外壳C或其他构件堵塞。形成汇合流路19的一对侧面分别由第一流路形成部14A及第二流路形成部14B构成。汇合流路19在平面观察时，形成为呈长方形的长条状的流路。汇合流路19的长度方向与混合板14的短边方向呈平行。第二流路形成部14B包括第二流体F2所流经的第二流路20。第二流路形成部14B相对于汇合流路19而与第一流路形成部14A对称。即，在第二流路形成部14B的上表面14d中的短边方向的中央，形成有三条第二流路20。各第二流路20等间隔地配置。各第二流路20在第二流路形成部14B的左侧端He、右侧端14f及上表面14d以及底面形成开口。第二流路形成部14B的左侧端14e的开口形成第二流路20的出口 20b，第二流路形成部14B的右侧端14f的开口形成第二流路20的入口 20a。该入口 20a连通于供给第二流体F2的第二流体供给部4B。第二流路20包括大宽度部21、窄宽度部22、以及设置在大宽度部21及窄宽度部22之间的斜面部23。大宽度部21具有与第一流路形成部14A的大宽度部16相同的形状及相同的流路宽度。大宽度部21从第二流路形成部14B的右侧端14f延伸至左侧端14e附近为止。窄宽度部22也具有与第一流路形成部14A的窄宽度部17相同的形状及相同的流路宽度。窄宽度部22从第二流路形成部14B的左侧端14e附近延伸至左侧端14e为止。如图4所示，第一流路形成部14A及第二流路形成部14B是以如下的方式配置，即，使第一流路15的出口 15b与第二流路20的出口 20b隔着汇合流路19而相向。面向汇合流路19的中心轴Xl的出口 15b的位置与面向中心轴Xl的出口 20b的位置相同。出口15b、20b的出口面呈平行。另外，第一流路15及第二流路20的各出口 15b、20b的剖面中心轴为相同的中心轴X2。第一流路15的位置也可并非为图4所示的左侧而是右侧。另外，第二流路20也可并非为图4所示的右侧而是左侧。而且，在形成汇合流路19的一对相向的侧面中的一个侧面上，形成有三个第一流路15的出口 15b，在另一个侧面上，形成有三个第二流路20的出口 20b。各出口 15b、20b分别沿着汇合流路19的长度方向而并排地配置。从第一流路15及第二流路20的入口 15a、20a经加压而被供给的流体F1、F2在各大宽度部16、21中流动，然后经由各斜面部18、23而分别流入至各窄宽度部17、22。流入至窄宽度部17、22的各流体F1、F2以比流入至入口 15a、20a时更快的流速，分别从出口 15b、20b流入至汇合流路19。此时，面向中心轴Xl的两个出口 15b、20b的位置相同，且以一对一的关系而相向，因此，若将流体F1、F2分别从出口 15b、20b送出至汇合流路19，则所述流体FI、F2彼此会从正面发生碰撞。因此，与各流体FI、F2以层流的状态而汇流的情况相比较，各流体FI、F2的接触面积增大，各流体FI、F2会效率良好地混合。另外，使各流体F1、F2彼此从正面发生碰撞，借此，各流体F1、F2中的流体要素会从第一流体Fl的流动方向与第二流体F2的流动方向接受剪力。因此，各流体FI、F2的混合速度加快。特别是当流体F1、F2中的至少一种流体的流动性低且为高粘度流体时，或当流体F1、F2的粘度差大时，特别可发挥效果。汇合流路19的开口部19b被堵塞。因此，各流体Fl、F2在发生碰撞之后，通过主液压送机构的压力而流向开口部19c。若考虑在汇合流路19中产生的压力损失、高粘度流体及不同粘度的流体的稳定的通流、混合力、以及装置的强度，则优选将汇合流路19的宽度，即，各出口 15b、20b之间的距离设定为O. Imm以上且为30mm以下。另外，优选将汇合流路19的深度设定为O. 3mm以上。可根据各流体FI、F2的粘性、与作为目标的混合程度等，将汇合流路19的宽度予以变更。若使汇合流路19的宽度变短，则压力损失会变得较大，另·一方面，各流体彼此的碰撞力增大，流体内的剪力升高。若使汇合流路19的宽度变长，则虽然碰撞力减弱，但压力损失减少。接着，根据图5来对调温板13进行说明。调温板13为长方形状且形成为板状。调温板13具有与混合板14大致相同的大小。在调温板13的长度方向的中央形成有隔热部30。该隔热部30是以如下的方式配置，即，与层叠的混合板14所形成的汇合流路19重叠。隔热部30形成为长条状。从调温板13的前表面13c向纵深方向(图中的Y方向)，将该调温板13切开，借此来形成隔热部30。隔热部30在调温板13的厚度方向(图中的Z方向)上，将该调温板13贯通。隔热部30在调温板13的前表面13c包括开口部30a。隔热部30的宽度与混合板14的汇合流路19的宽度大致相同。在调温板13中，在隔热部30的左侧及右侧，分别形成有大致长方形状的凹部24。在调温板13的上表面13a上，形成有流入路径26及流出路径27。流入路径26及流出路径27均形成为槽状，并且分别连通于凹部24。在凹部24的底面形成有长条状的壁部24a、24b。壁部24a、24b在调温板13的长度方向(图中的X方向)上延伸。在壁部24a、24b的前端与凹部24的内壁面之间，设置有用以构成流路的一部分的空间。在凹部24的底面，在两个壁部24a、24b之间形成有呈长条状的四根壁部25。壁部25的全长比凹部24的宽度(图中的X方向的长度)更短。在壁部25的两端与凹部24的内壁面之间，也设置有用以构成流路的一部分的空间。各壁部24a、24b,25对凹部24内的空间进行划分，从而构成热媒H1、H2所流经的流路。即，各壁部24a、24b,25构成热媒流路31，该热媒流路31作为热媒H1、H2所流经的媒体流路。热媒流路31包含流入路径26及流出路径27。热媒流路31从流入路径26向调温板13的中央延伸之后弯曲，接着向凹部24的左侧面24c延伸。然后，热媒流路31在左侧面24c的近前弯曲，接着向凹部24的右侧面24d延伸。然后，热媒流路31在右侧面24d的近前弯曲，接着再次向左侧面24c延伸。如此，热媒流路31在凹部24内弯曲多次之后，到达流出路径27。
在调温板13左侧的凹部24中形成有热媒流路31A，在右侧的凹部24中形成有热媒流路31B。将热媒Hl供给至热媒流路31A，将热媒H2供给至热媒流路31B。若将混合板14层叠于调温板13的上方或下方，则如图4所示，热媒Hl所流经的第一热媒流路31A重叠于第一流体Fl所流经的第一流路15的 上方或下方。热媒H2所流经的第二热媒流路31B重叠于第二流体F2所流经的第二流路20的上方或下方。因此，在第一热媒Hl与第一流体之间进行热交换，且在第二热媒H2与第二流体之间进行热交换。通过隔热部30来抑制各热媒流路31A、31B周边部的热传递(heattransfer)。因此，即使将温度差大的热媒H1、H2分别供给至各热媒流路31A、31B，热媒H1、H2的温度既不会显著地低于所需的温度，也不会显著地高于所需的温度。因此，即使在流路内的各流体F1、F2的温度容易发生变化的微混合器I中，也可精度良好地对第一流体Fl及第二流体F2的温度进行调整。即，可抑制如下的情况，该情况是指流体F1、F2低于所需的温度范围。因此，各流路15、20或汇合流路19不会被析出物堵塞。借此，在微粒子制造过程中，可防止由结晶化等引起的生产性的下降。如图6所示，若使三层的调温板13及两层的混合板14交替地层叠，则调温板13的隔热部30与混合板14的汇合流路19重叠。结果，在层叠体11中构成汇合流路32，该汇合流路32具有与层叠方向的长度相同的距离的深度。在汇合流路32的左侧面，设置有六个第一流路15的出口 15b。在汇合流路32的右侧面，也设置有六个第二流路20的出口20b。各出口 15b分别与各出口 20b相向。在各调温板13及各混合板14彼此密着地结合的状态下，混合板14的第一流路15及第二流路20的上表面开口被调温板13的底面堵塞。另外，调温板13的各热媒流路31A、31B的上表面开口被混合板14的底面或盖板Pl的底面堵塞。在所述层叠体11中，第一流体Fl是以加压状态，从第一流体供给部4A供给至外壳C内。第一流体Fl暂时积存于积存部SI之后，被分割地供给至层叠体11的六个第一流路15。另一方面，第二流体F2是以加压状态，从第二流体供给部4B供给至外壳C内。第二流体F2暂时积存于积存部S2之后，被分割地供给至层叠体11的六个第二流路20。一面从各第一流路15的大宽度部16向窄宽度部17，使第一流体Fl的流速加快，一面将第一流体Fl从出口 15b送出至汇合流路19。另一方面，也一面从各第二流路20的大宽度部21向窄宽度部22，使第二流体F2的流速加快，一面将第二流体F2从出口 20b送出至汇合流路19。从各出口 15b送出的第一流体Fl的微小流体与从各出口 20b送出的第二流体F2的微小流体是以一对一的关系，从正面发生碰撞。因此，各流体FI、F2的微小流体因所述碰撞而混合，所以整体的混合速度进一步加快。分别从六对出口 15b、20b送出的各流体F1、F2 —面在汇合流路19内产生乱流，一面进行混合之后，流向汇合流路32的出口32a。混合液F3从出口 32a输送至送出部10，接着向外壳C外送出。在微混合器I中，为了使作为混合对象的流体F1、F2的处理量增加，不改变汇合流路32的宽度，S卩，出口 15b、20b之间的距离，只要使汇合流路32的长度延长即可。或者不改变汇合流路32的宽度，只要使在汇合流路19的侧面形成开口的流路15、20的数量增加，或使层叠的混合板14的数量增加即可。借此，处理量增大，而不会使汇合流路32中的混合效率下降。另外，在微混合器I中，汇合流路32的容积比较大，可防止因压力损失增大而引起的流路的堵塞。而且，也可根据作为混合对象的流体的粘性，适当地将汇合流路32的宽度予以变更。借此，与装置的设计相关的自由度提高。此处，分别对微混合器I的利用例进行说明。首先，对树脂合成实验的一例进行说明。使用已将粘度调整为3mPa · s的异氰酸酯化合物作为第一流体F1，使用已将粘度调整为4mPa *s的丙烯酸酯作为第二流体F2。接着，使用柱塞泵(plunger pump),将第一流体Fl及第二流体F2的流量设为100g/min,使第一流体Fl及第二流体F2在汇合流路32中碰撞并混合。然后，连续地使用微混合器I来进行合成反应。结果，反应率为94%。相对于此，使用以往的层叠型微混合器来同样地进行实验，但反应率为90%。SP，若使用所述实施方式的微混合器I，则流体会效率良好地混合， 因此，反应率提高。根据所述实施方式，可获得如下所述的效果。(I)微混合器I的混合板14包括第一流路形成部14A，形成有第一流体Fl所流经的第一流路15 ;以及第二流路形成部14B，形成有第二流体F2所流经的第二流路20。第一流路15及第二流路20的各出口 15b、20b隔着使第一流体Fl及第二流体F2汇流的汇合流路19而彼此相向。面向汇合流路19的中心轴Xl的出口 15b的位置与面向中心轴Xl的出口 20b的位置相同。即，第一流路15及第二流路20的各出口 15b、20b的剖面中心轴为相同的中心轴X2。因此，来自第一流路15的第一流体Fl的流动方向是与来自第二流路20的第二流体F2的流动方向相反的方向，且相对于汇合流路19的中心轴Xl而对称。因此，各流体F1、F2从正面发生碰撞。借此，各流体F1、F2的接触面积增大，并产生剪力。借此，可效率良好地对高粘度流体或不同粘度的流体进行混合。(2)第一流路15及第二流路20的各出口 15b、20b的出口面呈平行。因此，来自第一流路15的第一流体Fl的流动方向与来自第二流路20的第二流体F2的流动方向呈平行，且方向相反。借此，各流体FI、F2从正面发生碰撞，因此，各流体FI、F2的接触面积增大,可产生大剪力。(3)第一流路15及第二流路20的出口 15b、20b以一对一的关系而彼此相向。因此，可将流体FI、F2分别分割为多个微小流体，进而使分割而成的微小流体以一对一的关系发生碰撞并混合。借此，各流体FI、F2的混合效率进一步提高。(4)在形成长条状的汇合流路19的一对侧面中的一个侧面上，三个出口 15b沿着汇合流路19的长度方向排列，在另一个侧面上，三个出口 20b沿着汇合流路19的长度方向排列。因此，不将两个出口 15b、20b之间的距离予以变更，而使汇合流路19延长或使两个出口 15b、20b的数量增加，借此，每块混合板14的处理量提高。因此，处理量提高，而不会使混合效率下降。(5)微混合器I包括层叠在混合板14上的调温板13。调温板13包括第一热媒Hl所流经的第一热媒流路31A、第二热媒H2所流经的第二热媒流路31B、以及设置在第一热媒流路31A及第二热媒流路31B之间的隔热部30。在混合板14及调温板13层叠的状态下，第一流路形成部14A与第一热媒流路31A以在层叠方向上相对应的方式而配置，第二流路形成部14B与第二热媒流路31B以在层叠方向上相对应的方式而配置。因此，第一热媒Hl仅作用于第一流体Fl，第二热媒H2仅作用于第二流体F2。另外，在第一热媒流路3IA及第二热媒流路31B之间设置有隔热部30。因此，在流路内的流体温度容易发生变化的微混合器I中，第一热媒Hl及第二热媒H2之间的热传导受到抑制，因此，可精度良好地对温度进行调节。(6)第一流路15及第二流路20的出口 15b、20b的各剖面积小于入口 15a、20a的各剖面积。因此，可使送出至汇合流路19的各流体F1、F2的流速加快。借此，来自第一流路15的流体Fl与来自第二流路20的流体F2的碰撞力增大，可获得大剪力。[实例I]使用微混合器I来对粘性不同的流体进行实验。将第一流路15及第二流路20的大宽度部16、21设为宽度8mmX深度O. 2mmX长度30mm，将窄宽度部17、22设为宽度
0.4mmX深度O. 2mmX长度1mm。另外，将汇合流路19及隔热部30设为宽度2. OmmX深度
1.OX长度15mm。利用盖板P1、P2来对一块混合板14进行固定，将两块调温板13上下地层叠并收容在外壳C内。使用柱塞泵来使粘度为ImPa · s的水与粘度为IOOmPa · s的水饴 以10g/min的流速流动，并在汇合流路19中汇流。结果，汇合流路32中的压力损失变为O. 2MPa左右，从而可使各流体Fl、F2无间歇地顺畅地流通。因此，已发现在实例I的微混合器I中，由于汇合流路32的容量大，因此，可使压力损失减少。[比较例I]使用以往的Y形微混合器来对粘性不同的流体进行实验。将设置于Y形微混合器的第一流体所流经的流路设为宽度O. 4mmX深度O. 2mmX长度15_，将第二流体所流经的流路设为宽度O. 4mmX深度O. 2mmX长度15_。另外，将混合液所流经的流路设为宽度O. 8mmX深度O. 2X长度15mm。形成流路的板为与实例I相同的材质。因此，流路壁面的粗糙度与实例I相同。另外，与实例I同样地，使用柱塞泵，使粘度为IrnPa · s的水与粘度为IOOmPa · s的水饴流动。结果，混合液所流经的流路的压力损失变为IOMPa以上，低粘度的水会间歇地流通，从而难以实现稳定的流通。对Y字形混合器进行设计，以使各流路交叉，从而使各流体汇流。因此，当使粘度不同的两种流体在各流路中流通时，低粘度的流体的流速增大，另一方面，高粘度的流体的流速减小。因此，导致产生间歇性的流通。再者，也可以如下的方式来将所述实施方式予以变更。也可如图7所示，在混合板14的前表面14g的中央形成长条状的缺口，从而形成汇合流路19。也可如图8所示，将T字形的堵塞构件42连结于第一实施方式的混合板14的汇合流路19的开口部19b。也可如图9所示，使第一流路15的入口(大宽度部)的流路宽度Φ1与第二流路20的入口(大宽度部)的流路宽度Φ2不同。另外，也可使第一流路15的出口(窄宽度部)的流路宽度Φ3与第二流路20的出口(窄宽度部)的流路宽度Φ4不同。例如，当使粘度比第一流体Fl的粘度更高的第二流体F2在第二流路20中流动时，也可使第二流路20的流路宽度Φ 2大于第一流路15的流路宽度Φ I。此处，若各流路的流路宽度不同，则各流路的剖面积也会不同。另外，也可使第一流路15的流路长度LI与第二流路20的流路长度L2不同。如图10所示，也可将第一流路15及第二流路20的数量分别设为一条。或者也可将第一流路15及第二流路20的数量分别设为两条或四条以上。如图11所示，也可使间隔d2大于间隔dl，所述间隔dl是最靠近混合板14的背面14h的第一流路15与中央的第一流路15的间隔，所述间隔d2是中央的第一流路15与最靠近混合板14的前表面14g的第一流路15的间隔。另外，当对容易产生间歇性的通流的流体进行处理时，如图12所示，第一流路15及第二流路20也可沿着混合板14的长度方向呈直线状地延伸。也可将一条流路与另一条流路形成为不同的形状，例如仅使第一流路15及第二流路20中的任一条流路成为直线状。如图13所不，也可由大览度部19e、览度小于大览度部19e的览度的窄览度部19f、及设置在大宽度部19e及窄宽度部19f之间的斜面部19g，来构成汇合流路19。如图14所示，也可使汇合流路19的流路宽度向汇合流路19的出口即开口部19c平稳地缩小。如图15所示，也可在调温板13的隔着隔热部30的两侧分别形成凹部45，该凹部45在上表面、背面13b及前表面13c中形成开口，并且在凹部45内形成壁部46。壁部46从背面13b向前表面13c，沿着调温板13的短边方向延伸。即使在此情况下，凹部45内的空间也会被壁部46划分成长条状的多个空间，从而构成热媒流路47。该热媒流路47是以 与第一流路15及第二流路20正交的方式形成。因此，加热效率或冷却效率提高。也可将隔热材料嵌合于调温板13的隔热部30，或一体地形成隔热部30。面向汇合流路19的中心轴Xl的第一流路15的出口 15b的位置，也可包含于面向中心轴Xl的第二流路20的出口 20b的位置。例如，如图16所示，也可将第二流路20的出口 20b的宽度W2设为第一流路15的出口 15b的宽度Wl的两倍以上。即，也可使从两条第一流路15送出的第一流体Fl，与从一条第二流路20送出的第二流体F2发生碰撞。也可将混合板14的第一流路15及第二流路20变更为如下的构成，该构成包括从入口 15a、20a起延伸的一条流路、及从该流路分支的多个出口 15b、20b。当无需对温度进行调节时，也可仅对混合板14进行层叠。 也可仅由一块混合板14来构成微混合器I。
权利要求
1.ー种微混合器，用以对两种以上的流体进行混合，所述微混合器包括混合板，该混合板包括第一流路形成部与第二流路形成部，在所述第一流路形成部中，形成有第一流体所流经的第一流路，在所述第二流路形成部中，形成有第二流体所流经的第二流路，所述微混合器的特征在于 在所述第一流路形成部与所述第二流路形成部之间，设置有使所述第一流体及所述第二流体汇流的汇合流路，所述第一流路的出口与所述第二流路的出口隔着所述汇合流路而相向，面向所述汇合流路的中心轴的所述第一流路的出口的位置包含于面向所述中心轴的所述第二流路的出口的位置，或与所述第二流路的出口的位置相同。
2.根据权利要求I所述的微混合器，其特征在于 所述第一流路的出口的剖面中心轴与所述第二流路的出口的剖面中心轴相同。
3.根据权利要求I或2所述的微混合器，其特征在于 所述第一流路的出ロ面与所述第二流路的出ロ面呈平行。
4.根据权利要求I至3中任ー项所述的微混合器，其特征在于 所述第一流路的出口为多个出口中的ー个出口，所述第二流路的出口为多个出口中的ー个出口，所述第一流路的出口与所述第二流路的出ロ以ー对一的关系而相向。
5.根据权利要求I至4中任ー项所述的微混合器，其特征在于 所述汇合流路形成为长条状，在形成所述汇合流路的ー对相向的侧面中的一个侧面上，多个所述第一流路的出口沿着所述汇合流路的长度方向排列，在另ー个侧面上，多个所述第二流路的出口沿着所述汇合流路的长度方向排列。
6.根据权利要求I至5中任ー项所述的微混合器，其特征在于 还包括层叠于所述混合板的温度调节板， 所述温度调节板包括第一媒体所流经的第一媒体流路、第二媒体所流经的第二媒体流路、以及设置在所述第一媒体流路及所述第二媒体流路之间的隔热部， 在所述混合板及所述温度调节板层叠的状态下，所述第一流路形成部与所述第一媒体流路以在层叠方向上相对应的方式配置，所述第二流路形成部与所述第二媒体流路以在层叠方向上相对应的方式配置。
7.根据权利要求I至6中任ー项所述的微混合器，其特征在于 在所述第一流路及所述第二流路中，出口的剖面积小于入口的剖面积。
全文摘要
微混合器包括混合板(14)，该混合板(14)包括第一流路形成部与第二流路形成部。在第一流路形成部中，形成有第一流体所流经的第一流路，在第二流路形成部中，形成有第二流体所流经的第二流路。在第一流路形成部与第二流路形成部之间，设置有使第一流体及第二流体汇流的汇合流路。第一流路的出口与第二流路的出口隔着汇合流路而相向。面向汇合流路的中心轴的第一流路的出口的位置包含于面向中心轴的第二流路的出口的位置，或与该第二流路的出口的位置相同。
文档编号B01F5/00GK102958588SQ201180031818
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年6月28日
发明者石山文彦, 飞泽猛, 龟井清雄 申请人:Dic株式会社