JP2007113433A - Plunger pump system - Google Patents

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Yoshinori Kino
義紀 城野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plunger pump system capable of stable continuous operation while performing highly-accurate flow control by inhibiting pulsations. <P>SOLUTION: The plunger pump system 1 comprises a pair of plunger pumps 10, each of which has an individual drive 19 and which are connected in parallel between a liquid source 38 and a micro reactor 2 flow path, a flow mater 46 disposed in the micro reactor flow path, and a control unit 28 for alternately operating the pair of plunger pumps 10 for discharge at a predetermined constant feed speed. The control unit 28 adjusts the feed speed at predetermined timing based on a measurement value of the flow meter 46 when the plunger pump 10 is operated for discharge. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばマイクロリアクタに送液を行うためのプランジャポンプ装置に関する。   The present invention relates to a plunger pump device for feeding liquid to, for example, a microreactor.

近年、試薬などの液体を反応させるための流体反応装置として、マイクロリアクタの開発が進められている。このマイクロリアクタは、通常2種類の液体を微小流路を通過させて液体どうしを混合し、かつ反応させるものである。流路の内径が小さくなると、レイノルズ数が小さくなり、液体の流れは層流になる。層流領域において液体を速やかに混合させるためには、流路の内径をできるだけ小さくすることが有効である。これは、層流領域では分子拡散が律速因子となり、液体の拡散時間は流路の幅の二乗に比例するからである。   In recent years, a microreactor has been developed as a fluid reaction apparatus for reacting a liquid such as a reagent. In this microreactor, usually two kinds of liquids are passed through a micro flow channel to mix and react with each other. As the inner diameter of the flow path becomes smaller, the Reynolds number becomes smaller and the liquid flow becomes laminar. In order to rapidly mix the liquid in the laminar flow region, it is effective to make the inner diameter of the flow path as small as possible. This is because in the laminar flow region, molecular diffusion becomes a rate-limiting factor, and the liquid diffusion time is proportional to the square of the width of the flow path.

層流領域においては、流路の流れ方向に液体の濃度差があると、液体が不均一に混合することになる。液体の混合が不均一となると、反応により生成された物質がさらに原液と反応して副生成物が生じ、収率が低下してしまう。したがって、混合前の各液体の流量を一定に保つ送液手段として、例えば、圧力発生器によって送り出された薬液が混合器に入る前の流路に流量計と流量調整弁を設け、流量計信号で弁開度を調整して流量をコントロールする等の手段が採られていた。   In the laminar flow region, if there is a liquid concentration difference in the flow direction of the flow path, the liquid will be mixed non-uniformly. If the mixing of the liquid becomes uneven, the substance produced by the reaction further reacts with the stock solution to produce a by-product, resulting in a decrease in yield. Therefore, as a liquid feeding means for keeping the flow rate of each liquid before mixing constant, for example, a flow meter and a flow regulating valve are provided in the flow path before the chemical liquid sent out by the pressure generator enters the mixer, and the flow meter signal Thus, measures such as adjusting the valve opening to control the flow rate have been adopted.

一方、マイクロリアクタに高圧力で送液するために容積型のプランジャポンプが用いられるようになっている。このような容積型ポンプでは、流路途中にバルブを設けるのではなく、プランジャの送り速度を変えて吐出量を変更して制御する。その場合、従来のように流量計で流量を測定してフィードバック制御する方法が考えられるが、流量計の精度、応答速度を考えると大まかな制御にならざるを得なかった。特に、プランジャポンプは1台では間歇運転となるので2台を並列に設置しており、交互に切り換えて動作させるが、その切換時に流量変動や脈動が生じやすかった。   On the other hand, a positive displacement plunger pump is used to feed a microreactor at a high pressure. In such a positive displacement pump, a valve is not provided in the middle of the flow path, but is controlled by changing the discharge rate by changing the feed rate of the plunger. In such a case, a method of measuring the flow rate with a flow meter and performing feedback control as in the past can be considered. However, considering the accuracy and response speed of the flow meter, rough control has to be performed. In particular, since one plunger pump is intermittently operated, two units are installed in parallel and are operated by switching alternately, but flow rate fluctuation and pulsation are likely to occur at the time of switching.

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、脈動を抑制して高精度の流量制御を行いつつ安定した連続運転が可能なプランジャポンプ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a plunger pump device capable of stable continuous operation while performing high-precision flow rate control by suppressing pulsation.

前記目的を達成するために、請求項1に記載のプランジャポンプ装置は、それぞれ個別の駆動装置を有し、液体源とマイクロリアクタ流路間において並列に接続された一対のプランジャポンプと、前記マイクロリアクタ流路内に設置された流量計と、前記一対のプランジャポンプを交互に一定の所定送り速度で吐出動作させる制御部を備え、前記制御部は、前記プランジャポンプが吐出動作しているときの前記流量計の測定値に基づいて、所定のタイミングで前記送り速度を調整することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the plunger pump device according to claim 1, each having a separate driving device, a pair of plunger pumps connected in parallel between a liquid source and a microreactor flow path, and the microreactor flow A flow meter installed in the path and a control unit that alternately discharges the pair of plunger pumps at a constant predetermined feed rate, and the control unit performs the flow rate when the plunger pump is discharging. The feed rate is adjusted at a predetermined timing based on the measured value of the meter.

請求項1に記載の発明においては、プランジャポンプが吐出動作しているときの流量計の測定値に基づいて、所定のタイミングで送り速度が調整されるので、複雑な制御手段を用いることなく、プランジャポンプの吐出量の精度を維持することができる。流量計による測定値は、所定の時間の平均値として求めることが望ましい。プランジャポンプを個別に調整するようにしてもよく、その場合には測定も個別に行うこととする。   In the invention according to claim 1, since the feed rate is adjusted at a predetermined timing based on the measured value of the flow meter when the plunger pump is discharging, without using complicated control means, The accuracy of the discharge amount of the plunger pump can be maintained. It is desirable to obtain the measured value by the flow meter as an average value for a predetermined time. The plunger pump may be adjusted individually, and in that case, the measurement is also performed individually.

請求項2に記載のプランジャポンプ装置は、請求項1に記載の発明において、前記マイクロリアクタ流路内に設置された圧力センサを備え、前記制御部は、前記圧力センサの出力値に基づいて前記送り速度を微調整することを特徴とする。
請求項2に記載の発明においては、マイクロリアクタ流路内に設置された圧力センサの出力値に基づいて送り速度が微調整されるので、種々の原因による脈動が抑制される。
According to a second aspect of the present invention, the plunger pump device according to the first aspect of the present invention includes a pressure sensor installed in the microreactor flow path, and the control unit performs the feeding based on an output value of the pressure sensor. It is characterized by finely adjusting the speed.
In the invention described in claim 2, since the feed rate is finely adjusted based on the output value of the pressure sensor installed in the microreactor flow path, pulsation due to various causes is suppressed.

請求項3に記載のプランジャポンプ装置は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記制御部は、前記一対のプランジャポンプを、それぞれが吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程を行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにして流量を一定のまま切換制御することを特徴とする。
請求項3に記載の発明においては、一方のプランジャポンプから他方のプランジャポンプへの移行が、流量を一定としたまま行われる。
According to a third aspect of the present invention, in the plunger pump device according to the first or second aspect, the controller controls the pair of plunger pumps to increase and decrease the speed of the pair of plunger pumps at the initial stage and the final stage, respectively. A process is performed, and one acceleration process and the other deceleration process are overlapped with each other, and the flow rate is switched and controlled.
In the invention according to claim 3, the transition from one plunger pump to the other plunger pump is performed while the flow rate is kept constant.

請求項4に記載のプランジャポンプ装置は、請求項3に記載の発明において、前記切換制御時には、前記送り速度の微調整を一方のプランジャポンプについてのみ行うことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the plunger pump device according to the third aspect of the invention is characterized in that the feed rate is finely adjusted only for one plunger pump during the switching control.

請求項5に記載のプランジャポンプ装置は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の発明において、前記制御部は、前記プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行うように制御することを特徴とする。
請求項5に記載の発明においては、各プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行うので、各プランジャポンプにおける流れや弁の動作が安定してから次の動作が始められる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the control unit is configured so that the plunger pump performs a fixed stopping process between the forward movement and the backward movement. It is characterized by controlling.
In the invention according to claim 5, since each plunger pump performs a fixed stopping process between the forward movement and the backward movement, the next operation is started after the flow in each plunger pump and the valve operation are stabilized.

請求項6に記載のプランジャポンプ装置は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の発明において、前記プランジャポンプのプランジャの位置を検出する位置センサを備え、前記制御部はこの位置センサの出力に基づいて送り速度を制御することを特徴とする。   A plunger pump device according to a sixth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a position sensor that detects a position of the plunger of the plunger pump, and the control unit includes a position sensor of the position sensor. The feed rate is controlled based on the output.

請求項1ないし請求項6に記載のプランジャポンプ装置によれば、複雑な制御手段を用いることなく、脈動を抑制して高精度の流量制御を行いつつ安定した連続運転が可能なプランジャポンプ装置を提供することができる。   According to the plunger pump device according to any one of claims 1 to 6, a plunger pump device capable of stable continuous operation while performing high-precision flow rate control by suppressing pulsation without using complicated control means. Can be provided.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図1は、この発明の実施の形態の2連式のプランジャポンプ装置を示す図であり、例えば、マイクロリアクタに薬液を連続的に定流量で吐出する目的で使用される。このプランジャポンプ装置1は、同一構造の一対のプランジャポンプ10から構成されている。各プランジャポンプ10は、シリンダ12と、シリンダ12内を摺動可能に設けられたプランジャ14と、これらを往復移動させる駆動装置19と、各部を制御する制御部28とを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a dual plunger pump device according to an embodiment of the present invention, and is used for the purpose of, for example, discharging a chemical solution continuously to a microreactor at a constant flow rate. The plunger pump device 1 is composed of a pair of plunger pumps 10 having the same structure. Each plunger pump 10 includes a cylinder 12, a plunger 14 slidably provided in the cylinder 12, a drive device 19 that reciprocates them, and a control unit 28 that controls each part.

各プランジャ14は、円板状のピストン16と、これに連結されたロッド18により構成され、端部化への間にポンプ室17を形成している。ロッド18は、端部壁を挿通して駆動装置19に連結されている。駆動装置19は、この実施の形態では、モータ20により回転駆動される送りねじ22と、これに螺合するナット24を有しており、ナット24はロッド18の端部に固定されている。送りねじ22とナット24の間にはボール(ベアリング)が介在しており、ボールねじと呼ばれる円滑かつ高精度の直動機構が構成されている。また、ナット24の位置を検出するリニアスケール(位置センサ)26が設けられ、その出力は制御部28に送られている。制御部28はこの出力に基づいてモータ20の回転をフィードバック制御し、プランジャ14の位置や送り速度を正確に制御することができる。   Each plunger 14 is constituted by a disk-like piston 16 and a rod 18 connected thereto, and a pump chamber 17 is formed between the end portions. The rod 18 is connected to the drive device 19 through the end wall. In this embodiment, the drive device 19 has a feed screw 22 that is rotationally driven by a motor 20 and a nut 24 that is screwed to the feed screw 22, and the nut 24 is fixed to the end of the rod 18. A ball (bearing) is interposed between the feed screw 22 and the nut 24 to constitute a smooth and highly accurate linear motion mechanism called a ball screw. Further, a linear scale (position sensor) 26 for detecting the position of the nut 24 is provided, and its output is sent to the control unit 28. The control unit 28 feedback-controls the rotation of the motor 20 based on this output, and can accurately control the position and feed rate of the plunger 14.

ピストン16とシリンダ12の内壁との間にはシール構造が設けられている。ポンプ室17の端部壁には、吐出ポート30および吸込ポート32とが設けられ、これらはそれぞれ逆止弁34を介して吐出ライン36又は流体タンク38につながる供給ライン40に接続されている。これにより、薬液等の流体は、プランジャ14の後退動作(図1において左への移動)によって吸込ポート32からポンプ室に吸い込まれ、プランジャ14の前進動作(図1において右への移動)によって吐出ポート30から吐出されるようになっている。プランジャ14をはじめとする接液部の材質は、腐食性や浸食性の薬液を扱う場合には、それに対応することができることが好ましく、例えば、サファイヤ、ルビー、アルミナ、セラミック、SUS、ハステロイ、チタン等を適宜に用いる。   A seal structure is provided between the piston 16 and the inner wall of the cylinder 12. A discharge port 30 and a suction port 32 are provided on the end wall of the pump chamber 17, and these are connected to a supply line 40 connected to a discharge line 36 or a fluid tank 38 via a check valve 34, respectively. Thereby, fluid such as a chemical solution is sucked into the pump chamber from the suction port 32 by the backward movement of the plunger 14 (moving left in FIG. 1), and discharged by the forward movement of the plunger 14 (moving right in FIG. 1). It is discharged from the port 30. The material of the wetted part including the plunger 14 is preferably compatible with a corrosive or erosive chemical solution, for example, sapphire, ruby, alumina, ceramic, SUS, hastelloy, titanium. Etc. are used as appropriate.

図2に示すように、2つのプランジャポンプ10の吐出ポート30は合流し、マイクロリアクタ2の原料受入ポート42に接続される。このマイクロリアクタ2では、2つの原料受入ポート42が設けられ、これらは導入流路44を経由して混合・反応部50において合流する。導入流路44には、それぞれ流量計46と圧力センサ48が設けられており、これらの出力は制御部28に入力され、後述するような制御に用いられる。なお、図2では制御部28は各プランジャポンプ装置1ごとに設けられているが、もちろん1つの制御部28を共有するようにしてもよい。また、これらの制御部28を例えばマイクロリアクタ2の制御装置と連結して統合制御するようにしてもよい。   As shown in FIG. 2, the discharge ports 30 of the two plunger pumps 10 merge and are connected to the raw material receiving port 42 of the microreactor 2. In the microreactor 2, two raw material receiving ports 42 are provided, and these join at the mixing / reaction unit 50 via the introduction flow path 44. The introduction flow path 44 is provided with a flow meter 46 and a pressure sensor 48, respectively, and these outputs are input to the control unit 28 and used for control as described later. In FIG. 2, the control unit 28 is provided for each plunger pump device 1, but of course, one control unit 28 may be shared. Further, these control units 28 may be connected to the control device of the microreactor 2 for integrated control.

以下、このような構成のプランジャポンプ装置1の動作を説明する。制御部28は、プランジャポンプ10を、2つの制御方法、すなわち予め決められたパターンに沿って制御するパターン制御と、センサの測定値に基づいて制御するフィードバック制御を組み合わせて用いる。これらはいずれもプランジャ14の送り速度を制御するものであるが、基本的にはパターン制御が主であり、フィードバック制御は従である。これについて概念的に説明すると、全体の制御関数Fは、時間tの関数であるパターン制御関数F1(t)と、測定圧力pの関数であるフィードバック制御関数F2(p)によって、
F=F1(t){1+F2(p)} (式1)
で表される。すなわち、圧力変動が無い場合にはF=F1(t)のパターン制御のみであり、圧力変動がある場合にはそれがF2(p)の比率で変動する。F2(p)がどの程度の寄与をするかは、その関数の設定の仕方により決められるが、例えば、最大で10%程度とするのが好ましい。
Hereinafter, the operation of the plunger pump device 1 having such a configuration will be described. The control unit 28 uses a combination of two control methods, that is, pattern control for controlling the plunger pump 10 along a predetermined pattern, and feedback control for controlling the plunger pump 10 based on the measured value of the sensor. Each of these controls the feed speed of the plunger 14, but basically the pattern control is subordinate and the feedback control is subordinate. Describing this conceptually, the overall control function F is represented by a pattern control function F1 (t) that is a function of time t and a feedback control function F2 (p) that is a function of measured pressure p.
F = F1 (t) {1 + F2 (p)} (Formula 1)
It is represented by That is, when there is no pressure fluctuation, only pattern control of F = F1 (t) is performed, and when there is a pressure fluctuation, it fluctuates at a ratio of F2 (p). How much F2 (p) contributes is determined by how the function is set, for example, it is preferably about 10% at the maximum.

図3及び図4は、パターン制御について説明するものである。図3は個々のプランジャポンプ10の動作を示すもので、線Aは、プランジャ14が1往復する際の速度線図である。横軸は時間を1周期を360度として表し、縦軸はプランジャ14の速度(+は前進方向、−は後退方向)をそれぞれ示す。吐出量はプランジャ14の速度に比例するので、縦軸は吐出量をも表す。また、線Bはポンプ室17の容積変化を表す。図4は、2つのプランジャポンプ10が位相を180度ずらせた状態で動作している状態を示す。   3 and 4 explain pattern control. FIG. 3 shows the operation of each plunger pump 10, and line A is a velocity diagram when the plunger 14 reciprocates once. The horizontal axis represents time as 360 degrees per cycle, and the vertical axis represents the speed of the plunger 14 (+ is the forward direction and − is the backward direction). Since the discharge amount is proportional to the speed of the plunger 14, the vertical axis also represents the discharge amount. A line B represents a change in volume of the pump chamber 17. FIG. 4 shows a state in which the two plunger pumps 10 are operating with a phase shifted by 180 degrees.

これらの図から分かるように、2つのプランジャポンプ10は吐出過程の初期と終期において、一方は増速過程、他方は減速過程を行うように重複動作している。これにより、この切換過程では総流量が一定となるように制御されつつ、吐出動作を行うプランジャポンプ10が切り換えられる。また、各プランジャポンプ10の吐出動作の後と吸込動作の後にそれぞれ短時間の停止過程が設けられている。従って、吐出ポート30又は吸込ポート32の逆止弁34,36の閉動作が確実に行われてから、あるいはこの部分での流れが落ち着いてから次の吸込又は吐出の動作が始まるので、逆止弁34,36からの逆流等による脈動が防止される。   As can be seen from these drawings, the two plunger pumps 10 are operated in an overlapping manner so that one of the two pumps 10 performs the speed increasing process and the other performs the speed reducing process at the beginning and the end of the discharge process. Thereby, in this switching process, the plunger pump 10 that performs the discharge operation is switched while the total flow rate is controlled to be constant. A short stop process is provided after the discharge operation and the suction operation of each plunger pump 10. Accordingly, after the check valve 34, 36 of the discharge port 30 or the suction port 32 is securely closed or the flow at this portion is settled, the next suction or discharge operation starts. Pulsation due to backflow or the like from the valves 34 and 36 is prevented.

このパターン制御では、吐出時の定常送り速度Vcは必要な吐出量及び次の式に基づいて決められ、これにより当初のパターン関数P(t)が設定される。
流量L=プランジャ断面積S×プランジャ送り速度V (式2)
しかしながら、実機では計算と異なる場合が有り、使用による経時変化も有る。そこで、この設定値を実測値によって調整する作業を行う。これは、定常的に行うのではなく、適当なタイミングと頻度で行う。定常的にフィードバック制御しても、流量センサの応答速度が低いので効果が無く、プランジャ14の特性からして、適時の調整で充分と考えられるからである。タイミングと頻度は任意であるが、例えば、始動時に行う、一定の稼動時間経過ごとに行う、あるいはこれらを組み合わせる等が挙げられる。
In this pattern control, the steady feed speed Vc at the time of discharge is determined based on the required discharge amount and the following equation, and thereby the initial pattern function P (t) is set.
Flow rate L = Plunger cross-sectional area S x Plunger feed speed V (Formula 2)
However, the actual machine may differ from the calculation and may change with time. Therefore, an operation of adjusting the set value with the actually measured value is performed. This is not performed constantly but at an appropriate timing and frequency. This is because even if the feedback control is steadily performed, there is no effect because the response speed of the flow sensor is low, and due to the characteristics of the plunger 14, a timely adjustment is considered sufficient. Although timing and frequency are arbitrary, for example, it is performed at start-up, performed every time a certain operation time elapses, or a combination thereof.

この調整過程について、図5のフロー図と、図6の各測定値の変化を示すグラフを参照して説明する。なお、図6(a)は、マイクロリアクタ2流路に設置した流量計46の測定値の変化の一例を、(b)は圧力センサ48の出力値の変化の一例を、(c)はプランジャ14の送り速度の変化の一例をそれぞれ示すものである。   This adjustment process will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and the graph showing the change of each measured value in FIG. 6A shows an example of the change in the measured value of the flow meter 46 installed in the microreactor 2 flow path, FIG. 6B shows an example of the change in the output value of the pressure sensor 48, and FIG. 6C shows the plunger 14 One example of the change in the feed speed is shown.

まず、制御部28は、調整作業のタイミングかどうかを判断する(ステップ1)。これは、例えば、始動時にその指令信号の有無を検出する、あるいはタイマーから所定時間稼動したことを知らせる信号の有無を検出することにより行う。そのタイミングであれば、まず第1のプランジャポンプ10のみが吐出動作をしている時の流量を測定する(ステップ2)。ここでは、ある時点での瞬間的流量ではなく、所定の時間の平均流量を算出する。1つのサイクルでなく、幾つかのサイクルにおける1つのポンプの流量の平均値を用いるようにしてもよい。   First, the control unit 28 determines whether it is the timing of the adjustment work (step 1). This is performed, for example, by detecting the presence or absence of the command signal at the time of starting, or by detecting the presence or absence of a signal that informs the operation from the timer for a predetermined time. At that timing, first, the flow rate when only the first plunger pump 10 is discharging is measured (step 2). Here, an average flow rate for a predetermined time is calculated, not an instantaneous flow rate at a certain point in time. You may make it use the average value of the flow volume of one pump in several cycles instead of one cycle.

次に、測定した流量と規定流量の差ΔLを算出し、これが事前に設定した許容上限値より大きいかどうかを判断する(ステップ3)。図6(a)に示すように、設定した上限値より大きい場合には、それに対する送り速度の調整量を算出し(ステップ4)、算出値に基づいて調整を行う(ステップ5)。調整量ΔVの算出は、式2に基づく以下の式を用いる。
送り速度調整量ΔV=流量差ΔL/プランジャ断面積S (式3)
Next, a difference ΔL between the measured flow rate and the specified flow rate is calculated, and it is determined whether or not this is larger than a preset allowable upper limit value (step 3). As shown in FIG. 6A, if it is larger than the set upper limit value, the feed rate adjustment amount is calculated (step 4), and the adjustment is made based on the calculated value (step 5). Calculation of the adjustment amount ΔV uses the following expression based on Expression 2.
Feed rate adjustment amount ΔV = flow rate difference ΔL / plunger cross-sectional area S (Formula 3)

ステップ3においてΔLが許容上限値より小さい場合には調整を行わない。次に、第2のポンプについて同じように測定ないし調整動作を行い(ステップ6〜ステップ9)、調整作業を終了する。このようにして新たな定常送り速度Vcが決められ、これに沿って切換過程の勾配等を調整した新たなパターン関数P(t)が決定される。これにより、実機での正確な流量出力が簡単な制御手法で達成される。   If ΔL is smaller than the allowable upper limit value in step 3, no adjustment is performed. Next, the measurement or adjustment operation is performed in the same manner for the second pump (steps 6 to 9), and the adjustment operation is completed. In this way, a new steady feed speed Vc is determined, and a new pattern function P (t) in which the gradient of the switching process is adjusted is determined along with this. Thereby, an accurate flow rate output in an actual machine can be achieved by a simple control method.

この実施の形態では、プランジャポンプ10ごとに調整を行っているので、2つのプランジャポンプ10や流路の特性に差が有る場合でも、常に流量変動が無い送液を行うことができる。なお、プランジャポンプ10ごとに差が無い場合には2つを同じパターン関数で制御するようにしてもよい。この場合は、ステップ6〜ステップ9は省略する。ステップ2において、2つのポンプの吐出動作の流量を測定し、これを平均して測定値とするのが好ましい。   In this embodiment, since adjustment is performed for each plunger pump 10, even when there is a difference in the characteristics of the two plunger pumps 10 and the flow paths, it is possible to always perform liquid feeding with no flow rate fluctuation. In addition, when there is no difference for every plunger pump 10, you may make it control two by the same pattern function. In this case, step 6 to step 9 are omitted. In step 2, it is preferable that the flow rates of the discharge operations of the two pumps are measured and averaged to obtain a measured value.

次に、マイクロリアクタ2の流路に設置した圧力センサ48の測定値に基づいて送り速度をフィードバック制御する場合を、図6及び図7を参照して説明する。これは、送り速度全体の制御関数を、以下に再掲する式1のように設定して行う。
F=F1(t){1+F2(p)} (式1)
F(p)の実際の形は、例えば、実験と理論的な解析を併用してPID制御の係数を求めることにより得られる。
Next, the case where the feed rate is feedback controlled based on the measurement value of the pressure sensor 48 installed in the flow path of the microreactor 2 will be described with reference to FIGS. This is done by setting the control function for the overall feed rate as shown in Equation 1 below.
F = F1 (t) {1 + F2 (p)} (Formula 1)
The actual form of F (p) can be obtained, for example, by obtaining a PID control coefficient by using both experiments and theoretical analysis.

圧力は流路の長さや形状などで変わるが、一定の流量が保たれていれば圧力は一定になる。このため、圧力の変化は流路内流量変動を表すから、これをフィードバック制御すれば流量変動を抑えることができる。また、圧力センサ48の応答は一般的な流量計46と比べて、速くかつ高精度であるため、流量の変動を抑えるには好適である。なお、2つのポンプが動作する切換過程では、各ポンプの制御関数において、P(t)の部分は一方が増加し、他方が減少することで総流量が維持される点が異なるが、フィードバック制御の意味は同じである。   The pressure varies depending on the length and shape of the flow path, but the pressure is constant if a constant flow rate is maintained. For this reason, since the change in pressure represents the flow rate fluctuation in the flow path, the flow rate fluctuation can be suppressed by feedback-controlling this. Further, since the response of the pressure sensor 48 is faster and more accurate than the general flow meter 46, it is suitable for suppressing fluctuations in the flow rate. In the switching process in which the two pumps operate, the control function of each pump is different in that one of P (t) is increased and the other is decreased, so that the total flow rate is maintained. The meaning of is the same.

この実施の形態のプランジャポンプ装置1では、プランジャ14の送りがメカニカルな誤差によりずれたり、流体内に気体が混入したり、チェック弁動作が不安定になったりした場合などに生ずる脈動を打ち消すように吐出量をコントロールすることが出来る。例えば、図6(b)においてケース1は定常送り中の圧力変動を、ケース2は定常送り中の圧力変動を、それぞれ示すが、これを検出して送り速度を同図(c)のようにフィードバック制御することで、圧力変動は抑制され、吐出量の変動も同図(a)に示すように抑制される。   In the plunger pump device 1 of this embodiment, the pulsation generated when the feed of the plunger 14 is shifted due to a mechanical error, gas is mixed in the fluid, or the check valve operation becomes unstable is canceled. It is possible to control the discharge amount. For example, in FIG. 6B, the case 1 shows pressure fluctuation during steady feeding, and the case 2 shows pressure fluctuation during steady feeding, respectively, and this is detected and the feed speed is as shown in FIG. By performing feedback control, pressure fluctuations are suppressed, and fluctuations in the discharge amount are also suppressed as shown in FIG.

なお、上記の実施の形態においては、図7(a)に示すように、1台が吐出を行う定常吐出過程時、及び2台が吐出を行う切換過程時のいずれにおいても、常時圧力センサ48によるフィードバック制御を行うようにしたが、2つのプランジャに同じ制御を同時に行うと制御が不安定になる等の不具合が起きる場合が有る。そこで、図7(b)に示すように、切換過程においては、一方のポンプのみに圧力フィードバック制御を行うようにしてもよい。この例では、切換過程において増速過程にあるポンプについて圧力フィードバック制御を行っているが、逆でもよい。また、図7(c)に示すように、吐出量の多い方のポンプのみに圧力フィードバック制御を行うようにしてもよい。   In the above-described embodiment, as shown in FIG. 7A, the pressure sensor 48 is always used in both the steady discharge process in which one unit discharges and the switching process in which two units discharge. However, when the same control is simultaneously performed on the two plungers, there may be a problem that the control becomes unstable. Therefore, as shown in FIG. 7B, in the switching process, pressure feedback control may be performed on only one of the pumps. In this example, the pressure feedback control is performed for the pump in the speed increasing process in the switching process, but the reverse may be possible. Further, as shown in FIG. 7C, pressure feedback control may be performed only for the pump having the larger discharge amount.

次に、上述した本発明の一実施形態に係る2連式プランジャポンプ装置を組み込んだ流体反応装置(マイクロリアクタ2)について説明する。図8ないし図10(b)はこの流体反応装置の全体構成を示す図である。なお、以下に述べる流体反応装置は、2種類またはそれ以上の液体を混合し、反応させるために用いられる装置である。   Next, a fluid reaction device (microreactor 2) incorporating the above-described double plunger pump device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 to FIG. 10B are diagrams showing the overall configuration of this fluid reaction apparatus. The fluid reaction apparatus described below is an apparatus used for mixing and reacting two or more kinds of liquids.

図8,図9,図10(a),および図10(b)に示すように、流体反応装置は、全体が1つの設置スペースに設置されてパッケージ化されている。この構成例では、この設置スペースは長方形であり、長手方向に沿って4つの領域に区画される。すなわち、一端側の第1の領域は、原料液を貯留する複数の貯留容器110(図8では2つの貯留容器110A,110Bのみを示す)が設置された原料貯留部101であり、それに隣接する第2の領域は、貯留容器110の原料液を移送する2連式プランジャポンプ装置1A,1Bが設置された配液部102となっている。第2の領域に隣接する第3の領域は、原料液を混同させる混合部(混合チップ)140および混合された原料液を反応させる反応部(反応チップ)142を有する処理部103となっている。他端側の第4の領域は、処理の結果得られた生成物を導出して貯留する生成物貯留部(回収容器設置スペース)104である。   As shown in FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10 (a), and FIG. 10 (b), the entire fluid reaction device is installed in one installation space and packaged. In this configuration example, the installation space is rectangular and is divided into four regions along the longitudinal direction. That is, the first region on one end side is the raw material storage unit 101 in which a plurality of storage containers 110 for storing the raw material liquid (only two storage containers 110A and 110B are shown in FIG. 8) are installed, and are adjacent thereto. The second region is a liquid distribution unit 102 in which double plunger pump devices 1A and 1B for transferring the raw material liquid in the storage container 110 are installed. A third region adjacent to the second region is a processing unit 103 having a mixing unit (mixing chip) 140 that mixes the raw material liquid and a reaction unit (reaction chip) 142 that reacts the mixed raw material liquid. . The fourth region on the other end side is a product storage unit (recovery container installation space) 104 for deriving and storing a product obtained as a result of the processing.

また、この流体反応装置は、各部の動作の制御を行うコンピュータである動作制御部106と、温度調整ケース146に熱媒体を流して処理部103の温度調整を行う熱媒体コントローラ107を備えている。また、動作制御部106には、図8に示すように、液体の流量と温度をモニタできる流量モニタ270および温度モニタ272が搭載されている。なお、この構成例では、動作制御部106と熱媒体コントローラ107は流体反応装置と別置きになっているが、勿論一体でも良い。図9に示すように、第2〜第4の領域の床下部分には配管室105が形成され、ここには混合部140および反応部142へ加熱又は冷却用の熱媒体を送るための配管が設けられている。動作制御部106とプランジャポンプ装置1の制御部28は別になっているが、勿論一体でも良い。   In addition, the fluid reaction apparatus includes an operation control unit 106 that is a computer that controls the operation of each unit, and a heat medium controller 107 that adjusts the temperature of the processing unit 103 by flowing a heat medium through the temperature adjustment case 146. . Further, as shown in FIG. 8, the operation control unit 106 is equipped with a flow rate monitor 270 and a temperature monitor 272 that can monitor the flow rate and temperature of the liquid. In this configuration example, the operation control unit 106 and the heat medium controller 107 are separated from the fluid reaction device, but may be integrated as a matter of course. As shown in FIG. 9, a piping chamber 105 is formed in the lower floor portion of the second to fourth regions, where piping for sending a heating medium for heating or cooling to the mixing unit 140 and the reaction unit 142 is provided. Is provided. The operation control unit 106 and the control unit 28 of the plunger pump device 1 are separate, but may be integrated.

このように、上流側から下流側へと各部を配置することによって液体の流れを円滑にし、かつ装置全体をコンパクトにまとめることができる。この構成例では、各部の配列を直線状にしたが、例えば、全体が正方形に近いスペースであれば、各部を液体の流れがループを形成するように構成してもよい。   In this way, by arranging the respective parts from the upstream side to the downstream side, the flow of the liquid can be made smooth, and the entire apparatus can be made compact. In this configuration example, each part is arranged in a straight line. However, for example, if the entire space is close to a square, each part may be configured such that the liquid flow forms a loop.

図9において、符号250は装置下部に設けられた液溜めパンであり、符号252は液溜めパン250上に設置された漏液センサを示す。またこの装置例では、配液部102、処理部103、生成物貯留部104は隔壁254,256により区画されており、各部にはカバー258,260,262が取り付けられて装置外部とこれらを隔離している。符号264は排気ポートであり、図示しない排気ファンに接続されている。そして、装置内の圧力を装置外より負とすることで装置内の有毒ガスが外部に漏出することを防いでいる。   In FIG. 9, reference numeral 250 denotes a liquid reservoir pan provided at the lower part of the apparatus, and reference numeral 252 denotes a liquid leakage sensor installed on the liquid reservoir pan 250. In this example of the apparatus, the liquid distribution unit 102, the processing unit 103, and the product storage unit 104 are partitioned by partition walls 254 and 256, and covers 258, 260, and 262 are attached to the respective parts to isolate them from the outside of the apparatus. is doing. Reference numeral 264 denotes an exhaust port, which is connected to an exhaust fan (not shown). And the toxic gas in the apparatus is prevented from leaking outside by making the pressure in the apparatus negative from the outside of the apparatus.

図8に示す原料貯留部101には、2つの貯留容器110A,110Bが設置されているが、必要に応じて3つまたはそれ以上の貯留容器を使用してもよい。例えば、同じ液体を2つの貯留容器に収容し、これらを交互に切り換えて用いることにより、処理を継続的に行うことができる。なお、原料貯留部101に、ライン洗浄用のアセトンなどの有機溶剤、塩酸、純水などが入った洗浄液容器112や、パージ用の窒素ガスが封入された圧力源114を設けてもよい。また、廃液容器136を原料貯留部101に置いてもよい。   Although the two storage containers 110A and 110B are installed in the raw material storage unit 101 shown in FIG. 8, three or more storage containers may be used as necessary. For example, the process can be continuously performed by storing the same liquid in two storage containers and using them alternately. Note that the raw material storage unit 101 may be provided with a cleaning liquid container 112 containing an organic solvent such as acetone for line cleaning, hydrochloric acid, pure water, or the like, or a pressure source 114 filled with nitrogen gas for purging. Further, the waste liquid container 136 may be placed in the raw material storage unit 101.

配液部(導入部)102には、貯留容器110A,110Bに輸送管121A,121Bを介して接続されたプランジャポンプ装置1A,1Bが設置されている。また、配液部102は、プランジャポンプ装置1A,1Bの下流側に配置された流量調整装置300A,300B、リリーフ弁122A,122B、圧力測定センサ124A,124B、流路切換弁126A,126B、および逆洗ポンプ130を有している。流路切換弁126A,126Bは、輸送管121A,121Bの他に、洗浄液容器112や、圧力源114にそれぞれ接続されている。逆洗ポンプ130は、混合部140や反応部142の流路内が生成物によって閉塞した場合に用いられる。逆洗ポンプ130は洗浄液を貯留する洗浄液容器112に接続され、さらに流路切換弁132を介して反応部142の出口に接続される。逆洗ポンプ130により移送される洗浄液は通常の流れと逆に流れる。すなわち、洗浄液は、反応部142の出口から混合部140の入口に向かって流れ、流路切換弁126A,126Bを経て廃液口134から図示しない配管を通って廃液貯留容器136に入れられる。   In the liquid distribution part (introduction part) 102, plunger pump devices 1A and 1B connected to the storage containers 110A and 110B via transport pipes 121A and 121B are installed. Further, the liquid distribution unit 102 includes flow rate adjusting devices 300A and 300B, relief valves 122A and 122B, pressure measurement sensors 124A and 124B, flow path switching valves 126A and 126B, which are arranged downstream of the plunger pump devices 1A and 1B, and A backwash pump 130 is provided. The flow path switching valves 126A and 126B are connected to the cleaning liquid container 112 and the pressure source 114 in addition to the transport pipes 121A and 121B, respectively. The backwash pump 130 is used when the inside of the flow path of the mixing unit 140 or the reaction unit 142 is blocked by a product. The backwash pump 130 is connected to the cleaning liquid container 112 that stores the cleaning liquid, and is further connected to the outlet of the reaction unit 142 via the flow path switching valve 132. The cleaning liquid transferred by the backwash pump 130 flows in the opposite direction to the normal flow. That is, the cleaning liquid flows from the outlet of the reaction unit 142 toward the inlet of the mixing unit 140, passes through the flow path switching valves 126 </ b> A and 126 </ b> B, and enters the waste liquid storage container 136 from the waste liquid port 134 through a pipe (not shown).

逆洗ポンプ130は吐出圧力が高く、洗浄液に脈動を起こさせて生成物を除去することが可能なように1本ピストン型のポンプが好ましい。洗浄液としては、有機溶剤、塩酸、硝酸、りん酸、有機酸、純水などが好適に用いられる。有機溶剤の例としては、アセトン、エタノール、メタノールなどが挙げられる。図8に示す導入口240は、外部から純水や水素水を導入する場合に設けられたもので、洗浄液容器112内の洗浄液の代わりに洗浄に使用できる。   The backwash pump 130 is preferably a single piston pump so that the discharge pressure is high and the product can be removed by causing pulsation in the cleaning liquid. As the cleaning liquid, an organic solvent, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, organic acid, pure water, or the like is preferably used. Examples of the organic solvent include acetone, ethanol, methanol and the like. An introduction port 240 shown in FIG. 8 is provided when pure water or hydrogen water is introduced from the outside, and can be used for cleaning instead of the cleaning liquid in the cleaning liquid container 112.

図11は、原料液の予備加熱(予備温度調整)と混合を行うための混合部140を示すもので、3枚の薄板状の基材である上板144a、中板144b、下板144cが接合されて全厚さ5mmの混合部140が形成されている。なお、以下に説明する流路はいずれも中板144bの表面に形成された溝である。上板144aを貫通して形成された2つの流入ポート147A,147Bは、中板144bの上面に形成されたそれぞれ2つの予備加熱流路148A,148Bに連通する。これらの予備加熱流路148A,148Bはそれぞれ途中で分岐しかつそれぞれ拡大し、再度合流する。さらに、予備加熱流路148A,148Bはそれぞれ出口流路150A,150Bに連通し、これらの出口流路150A,150Bは合流部152に通じている。出口流路150Aは、中板144bの上面に、出口流路150Bは中板144bの下面に形成されている。   FIG. 11 shows a mixing unit 140 for performing preheating (preliminary temperature adjustment) and mixing of the raw material liquid. The upper plate 144a, the middle plate 144b, and the lower plate 144c, which are three thin plate-like base materials, are shown. The mixing portion 140 having a total thickness of 5 mm is formed by bonding. In addition, all the flow paths described below are grooves formed on the surface of the intermediate plate 144b. The two inflow ports 147A and 147B formed through the upper plate 144a communicate with the two preheating channels 148A and 148B formed on the upper surface of the middle plate 144b, respectively. These preheating flow paths 148A and 148B each branch in the middle and expand, and merge again. Further, the preheating channels 148A and 148B communicate with the outlet channels 150A and 150B, respectively, and these outlet channels 150A and 150B communicate with the junction 152. The outlet channel 150A is formed on the upper surface of the middle plate 144b, and the outlet channel 150B is formed on the lower surface of the middle plate 144b.

図12は図11に示す合流部の拡大図である。図12に示すように、合流部152は、出口流路150A,150Bに通じる円弧状の溝として中板144bの上下面にそれぞれ形成されたヘッダ部154,155と、このヘッダ部154,155から円弧の中心に向かって延びる複数の分液流路156,157と、これらの分液流路156,157が合流する合流空間158とを有している。分液流路156,157と合流空間158は中板144bの上面に形成され、分液流路156,157は交互に配置されている。下面側のヘッダ部155と分液流路157とは、中板144bを貫通する連絡孔157aにより連通している。合流空間158は、下流側に向けて幅が徐々に小さくなるように形成され、中板144bおよび下板144cを貫通して形成された流出ポート160に連通している。   FIG. 12 is an enlarged view of the junction shown in FIG. As shown in FIG. 12, the merging portion 152 includes header portions 154 and 155 formed on the upper and lower surfaces of the intermediate plate 144b as arc-shaped grooves communicating with the outlet flow paths 150A and 150B, and the header portions 154 and 155, respectively. It has a plurality of liquid separation channels 156 and 157 extending toward the center of the arc, and a merge space 158 where these liquid separation channels 156 and 157 merge. The liquid separation channels 156 and 157 and the merge space 158 are formed on the upper surface of the intermediate plate 144b, and the liquid separation channels 156 and 157 are alternately arranged. The header portion 155 on the lower surface side and the liquid separation channel 157 communicate with each other through a communication hole 157a penetrating the intermediate plate 144b. The merge space 158 is formed so that the width gradually decreases toward the downstream side, and communicates with an outflow port 160 formed through the middle plate 144b and the lower plate 144c.

図12に示す例では、合流空間158の入口側の開口面159において分液流路156が5本、分液流路157が4本、交互に配置されている。分液流路156,157からそれぞれ流出した2種類の液体は、合流空間158内で縞状の流れを形成しつつ下流側に流れ、合流空間158の流路幅が徐々に縮小するに従い、強制的に両液が混合される。この例では、合流空間158の流路幅は最終的に40μmに達する。加工技術精度を上げれば、流路幅を10μmにすることも可能である。   In the example shown in FIG. 12, five separation channels 156 and four separation channels 157 are alternately arranged on the opening surface 159 on the inlet side of the merge space 158. The two types of liquids respectively flowing out from the separation flow paths 156, 157 flow downstream while forming a striped flow in the merge space 158, and are forced as the flow path width of the merge space 158 gradually decreases. Both liquids are mixed. In this example, the flow path width of the merge space 158 finally reaches 40 μm. If the processing technology accuracy is increased, the flow path width can be reduced to 10 μm.

図13(a)は図8に示す反応部を示す平面図、図13(b)は図13(a)に示す反応部の断面図である。この例では、2枚の基材144d,144eが接合されて厚さ5mmの反応部142が構成されている。この反応部142では、反応流路162が蛇行しており、長い流路を効率的に提供している。反応流路162は、入口ポート164および出口ポート165にそれぞれつながる連絡部162a,162cと、連絡部162a,162cに連通する蛇行部分162bとを有しており、連絡部162a,162cの幅は狭く、蛇行部分162bの幅が広く形成されている。したがって、出入口部分では液体が急速に流れ、副生成物の付着を防止しており、蛇行部分162bでは緩やかに流れて、加熱と反応の時間を長く取ることができるようになっている。   13A is a plan view showing the reaction part shown in FIG. 8, and FIG. 13B is a cross-sectional view of the reaction part shown in FIG. 13A. In this example, two base materials 144d and 144e are joined to form a reaction portion 142 having a thickness of 5 mm. In this reaction part 142, the reaction flow path 162 meanders, and provides a long flow path efficiently. The reaction channel 162 has connecting portions 162a and 162c connected to the inlet port 164 and the outlet port 165, and a meandering portion 162b connected to the connecting portions 162a and 162c. The width of the connecting portions 162a and 162c is narrow. The width of the meandering portion 162b is wide. Accordingly, the liquid flows rapidly at the entrance / exit portion to prevent adhesion of by-products, and flows slowly at the meandering portion 162b so that the heating and reaction time can be increased.

図14(a)および図14(b)に示すのは、反応流路の幅が除々に小さくなる部分163aと除々に大きくなる部分163bを持つ反応部の他の構成例である。この反応部142aには、基材144d,144eの間に、幅寸法が最大aから最小bの範囲で増減する反応流路163が形成されている。幅寸法の増減に合わせ、深さを増減させてもよい。
この例では、反応流路163の断面積が一定になるよう深さが最大cから最小dの範囲で変化するようになっている。
FIG. 14A and FIG. 14B show another example of the structure of the reaction section having a portion 163a in which the width of the reaction channel gradually decreases and a portion 163b in which the width gradually increases. In the reaction portion 142a, a reaction channel 163 is formed between the base materials 144d and 144e so that the width dimension increases or decreases in the range from the maximum a to the minimum b. The depth may be increased or decreased according to the increase or decrease of the width dimension.
In this example, the depth changes from the maximum c to the minimum d so that the cross-sectional area of the reaction channel 163 is constant.

図14(c)は、反応流路の他の構成例を示す横断面図である。この反応部142bでは、反応流路163cは、その幅eが深さfより大きい扁平形状を有しており、熱触媒からの熱の伝達方向(矢印で表示)に交差する広い伝熱面を有するので、反応流路163c内の液体に熱の伝達が有効に行われる。なお、合流空間158や反応流路162,163に、適当な触媒を配置することは反応を促進するために有効である。このような触媒は反応の種類に応じて選択される。配置の仕方は、例えば、流路の内面に塗布したり、後述するような流路の障害物として配置することができる。   FIG. 14C is a cross-sectional view showing another configuration example of the reaction channel. In the reaction section 142b, the reaction channel 163c has a flat shape whose width e is larger than the depth f, and has a wide heat transfer surface intersecting the heat transfer direction (indicated by an arrow) from the thermal catalyst. Therefore, heat is effectively transmitted to the liquid in the reaction channel 163c. In addition, it is effective in order to accelerate | stimulate reaction to arrange | position an appropriate catalyst in the confluence | merging space 158 and the reaction flow paths 162,163. Such a catalyst is selected depending on the type of reaction. As for the arrangement method, for example, it can be applied to the inner surface of the channel, or can be arranged as an obstacle of the channel as described later.

混合部140および反応部142の少なくとも流路を形成する素材としては、例えば、SUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス等の硬質ガラス、PEEK(polyetheretherketone)、PE(polyethylene)、PVC(polyvinylchloride)、PDMS(Polydimethylsiloxane)、Si、PTFE(polytetrafluoroethylene)、PCTFE(PolyChloroTriFluoroEthylene)の内から、耐薬品性、耐圧性、熱伝導性、耐熱性等を考慮して、好ましいものを選択する。混合部140および反応部142の接液部の材質は、表面からの溶出が少なく表面触媒修飾が可能で、ある程度の耐薬品性を持ち、−40〜150℃の広い温度範囲に耐えるものが望ましい。   As a material for forming at least the flow path of the mixing unit 140 and the reaction unit 142, for example, SUS316, SUS304, Ti, quartz glass, Pyrex (registered trademark) glass or other hard glass, PEEK (polyetheretherketone), PE (polyethylene), Among PVC (polyvinylchloride), PDMS (Polydimethylsiloxane), Si, PTFE (polytetrafluoroethylene), and PCTFE (PolyChloroTriFluoroEthylene), a preferable one is selected in consideration of chemical resistance, pressure resistance, thermal conductivity, heat resistance, and the like. The material of the wetted part of the mixing part 140 and the reaction part 142 is preferably one that has little elution from the surface, can be modified with a surface catalyst, has a certain degree of chemical resistance, and can withstand a wide temperature range of −40 to 150 ° C. .

図15は、混合部および反応部の温度を調整する温度調整ケースの構成を示す斜視図である。なお、以下の説明では、反応部142の温度を調整する温度調整ケース146についてのみ述べるが、混合部140のための温度調整ケース146も同様の構成を有しており、その重複する説明を省略する。温度調整ケース146は、内部に反応部142を収容する空間170が形成されたケース本体172と該空間170を覆う蓋部174とを備えており、これらの内面には、平行に延びる複数の熱媒体流路を構成する溝176が形成されている。ケース本体172には、溝176に連通する給液路178と排液路180(図8参照)が形成され、これらの給液路178と排液路180はそれぞれ熱媒体コントローラ107に接続されている。給液路178は、蓋部174の溝176に開口179を介して連通し、排液路180も蓋部174の溝176に図示しない開口を介して連通している。この例では、溝176を流れる熱媒体は反応部142の表裏面に直接接触し、反応部142は温度調整ケース146に完全に収容された状態で加熱(または冷却)される。   FIG. 15 is a perspective view showing a configuration of a temperature adjustment case for adjusting the temperatures of the mixing unit and the reaction unit. In the following description, only the temperature adjustment case 146 for adjusting the temperature of the reaction unit 142 will be described, but the temperature adjustment case 146 for the mixing unit 140 has the same configuration, and redundant description thereof is omitted. To do. The temperature adjustment case 146 includes a case main body 172 in which a space 170 that accommodates the reaction portion 142 is formed, and a lid portion 174 that covers the space 170. Grooves 176 constituting the medium flow path are formed. A liquid supply path 178 and a drainage path 180 (see FIG. 8) communicating with the groove 176 are formed in the case main body 172. These liquid supply path 178 and the drainage path 180 are connected to the heat medium controller 107, respectively. Yes. The liquid supply path 178 communicates with the groove 176 of the lid portion 174 via the opening 179, and the drainage path 180 also communicates with the groove 176 of the lid portion 174 via an opening (not shown). In this example, the heat medium flowing through the groove 176 directly contacts the front and back surfaces of the reaction unit 142, and the reaction unit 142 is heated (or cooled) in a state of being completely accommodated in the temperature adjustment case 146.

図示しないが、熱媒体コントローラ107には、熱媒体の温度を制御する制御機構と熱媒体を移送するポンプが内蔵されている。図8に示すように、熱媒体は熱交換器182を通過後、混合部140および反応部142の温度調整ケース146に供給されるようになっている。熱交換器182は例えば冷却用の市水の量を変えることで混合部140および反応部142に供給される熱媒体の温度を独立に変えられるようになっている。   Although not shown, the heat medium controller 107 incorporates a control mechanism for controlling the temperature of the heat medium and a pump for transferring the heat medium. As shown in FIG. 8, the heat medium is supplied to the temperature adjustment case 146 of the mixing unit 140 and the reaction unit 142 after passing through the heat exchanger 182. The heat exchanger 182 can change the temperature of the heat medium supplied to the mixing unit 140 and the reaction unit 142 independently by changing the amount of city water for cooling, for example.

図16(a)ないし図16(d)には、温度調整ケース146の他の例が示されており、ここでは、熱媒体流路192はケース本体172と蓋部174のそれぞれの内部に形成されている。給液路178は、図16(c)に示すように、給液配管188の先端が挿入された二重管の構成となっており、細い連通路190を介して熱媒体流路192に連通している。排液側も同様の構成である。図16(b)に示すように、混合部140を収容する温度調整ケース146と反応部142を収容する温度調整ケース146とは、ボルト194、ナット195およびスペーサ196を介して積層して結合されている。   16 (a) to 16 (d) show other examples of the temperature adjustment case 146. Here, the heat medium flow path 192 is formed inside each of the case main body 172 and the lid portion 174. FIG. Has been. As shown in FIG. 16 (c), the liquid supply path 178 has a double pipe configuration in which the tip of the liquid supply pipe 188 is inserted, and communicates with the heat medium flow path 192 through a thin communication path 190. is doing. The drainage side has the same configuration. As shown in FIG. 16 (b), the temperature adjustment case 146 that accommodates the mixing unit 140 and the temperature adjustment case 146 that accommodates the reaction unit 142 are stacked and coupled via a bolt 194, a nut 195, and a spacer 196. ing.

図16(b)には、温度調整ケース146に収容された混合部140および反応部142への液体の供給・排出の経路が示されている。すなわち、それぞれの液体は、温度調整ケース146を貫通して形成された流通路198を介して混合部140へ流出入する。また、混合部140と反応部142との間の液体の流通は、温度調整ケース146の流通路198を連絡する連絡通路200を介して行う。図16(d)には、反応部142の液の流入部と流出部の構造が説明されている。液の流れを下方向へ向かわせるために、通常は混合部140および反応部142の液の入口は上面に、出口は下面にそれぞれ形成する。   FIG. 16B shows a path for supplying / discharging the liquid to / from the mixing unit 140 and the reaction unit 142 accommodated in the temperature adjustment case 146. That is, each liquid flows into and out of the mixing unit 140 through the flow passage 198 formed through the temperature adjustment case 146. In addition, the liquid is circulated between the mixing unit 140 and the reaction unit 142 through the communication passage 200 that communicates with the flow passage 198 of the temperature adjustment case 146. FIG. 16D illustrates the structure of the liquid inflow portion and the outflow portion of the reaction section 142. In order to direct the liquid flow downward, the liquid inlet of the mixing unit 140 and the reaction unit 142 is normally formed on the upper surface and the outlet is formed on the lower surface.

図8に示すように、反応部142の流出口202は、回収配管204を介して生成物貯留部104に接続されている。生成物貯留部104には、冷却用の熱交換器206、流路切換弁132の下流側に回収容器208が設けられている。回収容器208が置かれる生成物貯留部104は、他の領域から温度等の影響を受けないように、また生成物から発生する可能性のある有毒ガスが外部に漏洩しないように隔離されている。   As shown in FIG. 8, the outlet 202 of the reaction unit 142 is connected to the product storage unit 104 via a recovery pipe 204. In the product storage unit 104, a recovery container 208 is provided on the downstream side of the heat exchanger 206 for cooling and the flow path switching valve 132. The product storage unit 104 in which the recovery container 208 is placed is isolated so as not to be affected by temperature and the like from other regions, and to prevent toxic gas that may be generated from the product from leaking to the outside. .

図17は、生成物貯留部104の他の構成例を示すもので、複数の回収容器208が回転テーブル212上に設置されている。この例では、回収容器208は2個であり、回転テーブル212を移動させるアクチュエータ214は180度回転型ロータリーアクチュエータである。勿論、回収容器208の数やアクチュエータ214の種類は適宜に選択可能である。図8に示す動作制御部106は、回収容器208の液面を検知する液面検知センサ211bからの信号により、回収容器208の交換時期を判断し、流路切換弁132(図8参照)により液流を止め、回収口210の下流に設けた光学的流体検知センサ211aにより液流の停止を確認して、アクチュエータ214を作動させて他の回収容器208を回収口210の下方に移動させる。   FIG. 17 shows another configuration example of the product storage unit 104, and a plurality of collection containers 208 are installed on the turntable 212. In this example, there are two collection containers 208, and the actuator 214 that moves the rotary table 212 is a 180-degree rotary actuator. Of course, the number of collection containers 208 and the types of actuators 214 can be selected as appropriate. The operation control unit 106 shown in FIG. 8 determines the replacement timing of the recovery container 208 based on a signal from the liquid level detection sensor 211b that detects the liquid level of the recovery container 208, and the flow path switching valve 132 (see FIG. 8). The liquid flow is stopped, the stop of the liquid flow is confirmed by the optical fluid detection sensor 211 a provided downstream of the recovery port 210, and the actuator 214 is operated to move the other recovery container 208 below the recovery port 210.

次に、上記のように構成された流体反応装置により、薬液等の液体(原料液)を反応させる工程について説明する。なお、流体反応装置の動作は基本的に動作制御部106によって自動制御される。まず、原料貯留部101において、原料液を貯留した貯留容器110A,110Bに用意しておく。熱媒体コントローラ107により熱媒体の温度を設定し、熱交換器182を通過させる市水の量を調整して各熱媒体の温度をそれぞれ調整し、混合部140および反応部142の温度調整ケース146へ熱媒体を流通させてこれらを所定の温度に維持する。熱媒体の温度は、温度調整ケース146の入口に設けた温度センサ216,218により測定される。   Next, a process of reacting a liquid (raw material liquid) such as a chemical solution with the fluid reaction apparatus configured as described above will be described. Note that the operation of the fluid reaction apparatus is basically automatically controlled by the operation control unit 106. First, in the raw material storage part 101, it prepares in storage container 110A, 110B which stored the raw material liquid. The temperature of the heat medium is set by the heat medium controller 107, the amount of city water passing through the heat exchanger 182 is adjusted to adjust the temperature of each heat medium, and the temperature adjustment case 146 of the mixing unit 140 and the reaction unit 142 is adjusted. Heat medium is circulated to maintain a predetermined temperature. The temperature of the heat medium is measured by temperature sensors 216 and 218 provided at the inlet of the temperature adjustment case 146.

この例では、原料液を処理部103に供給する前に、混合部140および反応部142内の流路に純水等の洗浄液を流して予め洗浄する。流路を洗浄している間、洗浄液の温度を混合部140の出口の温度センサ220および反応部142の出口の温度センサ222で測定し、洗浄液の温度を熱媒体コントローラ107にフィードバックする。このようにして、混合部140および反応部142を所定の温度に調整する。   In this example, before supplying the raw material liquid to the processing unit 103, a cleaning liquid such as pure water is supplied to the flow paths in the mixing unit 140 and the reaction unit 142 to perform cleaning in advance. While cleaning the flow path, the temperature of the cleaning liquid is measured by the temperature sensor 220 at the outlet of the mixing unit 140 and the temperature sensor 222 at the outlet of the reaction unit 142, and the temperature of the cleaning liquid is fed back to the heat medium controller 107. In this way, the mixing unit 140 and the reaction unit 142 are adjusted to a predetermined temperature.

混合部140および反応部142の温度が調整され、流路の洗浄を終えてから、流路切換弁132を切り換え、プランジャポンプ装置1A,1Bを駆動して、貯留容器110A,110B内の原料液をそれぞれ移送する。原料液は、流量調整装置300A,300Bにより所定の流量に調整され、その後、混合部140、反応部142、流出口202、回収口210を経て回収容器208に至る。なお、流路切換弁132はアクチュエータにより作動する自動弁としており、この動作は自動運転も可能である。   After the temperatures of the mixing section 140 and the reaction section 142 are adjusted and the cleaning of the flow path is completed, the flow path switching valve 132 is switched and the plunger pump devices 1A and 1B are driven to start the raw material liquid in the storage containers 110A and 110B. Each. The raw material liquid is adjusted to a predetermined flow rate by the flow rate adjusting devices 300 </ b> A and 300 </ b> B, and then reaches the recovery container 208 through the mixing unit 140, the reaction unit 142, the outlet port 202, and the recovery port 210. The flow path switching valve 132 is an automatic valve that is actuated by an actuator, and this operation can also be performed automatically.

混合部140においては、原料液は予備加熱流路148A,148B(図11参照)において所定の温度に加熱された後、合流部152において合流し、混合する。その際、各液は、図12に示すように、ヘッダ部154,155から分液流路156,157を経由して合流空間158に流入する。合流空間158の断面は下流へ向かうに従い徐々に減少するので、マイクロサイズの流れが規則的に混在し、フィックの法則に則って迅速に混合する。その状態で、所定の温度に維持された反応部142の反応流路162に流入すると、反応は、物質移動や熱伝導の制約を受けずに迅速に進行する。したがって、量産手段として充分実用的であるとともに、反応速度の早い爆発性の反応でも低温下で行う必要がなくなる。また、この例では、反応流路162の幅が合流空間158の幅に比べて充分広く形成されているので、反応速度が遅い場合でも充分な時間をかけて行うことができ、高い収率を得ることができる。   In the mixing unit 140, the raw material liquids are heated to a predetermined temperature in the preheating channels 148 </ b> A and 148 </ b> B (see FIG. 11), and then merged and mixed in the joining unit 152. At that time, as shown in FIG. 12, each liquid flows into the merge space 158 from the header portions 154 and 155 via the liquid separation channels 156 and 157. Since the cross section of the merge space 158 gradually decreases toward the downstream, micro-sized flows are mixed regularly and mixed rapidly according to Fick's law. In that state, when it flows into the reaction channel 162 of the reaction unit 142 maintained at a predetermined temperature, the reaction proceeds rapidly without being restricted by mass transfer or heat conduction. Therefore, it is sufficiently practical as a mass production means, and it is not necessary to carry out an explosive reaction with a high reaction rate at a low temperature. In this example, since the width of the reaction channel 162 is sufficiently wider than the width of the merge space 158, even when the reaction rate is low, the reaction can be performed over a sufficient amount of time, resulting in a high yield. Obtainable.

得られた生成物は、反応流路162の流出口202から回収配管204を経由して熱交換器206に送られ、ここで冷却されて、回収口210より回収容器208に流入する。貯留容器110A,110Bが空になったり、回収容器208が満杯になったら、動作制御部106によりプランジャポンプ装置1A,1Bの運転を停止させて処理を終了させる。この場合、貯留容器110A,110Bの他に、追加の貯留容器を原料貯留部101に予め用意しておけば、流路切換弁126A,126Bを切り換えることにより、運転を停止させることなく連続的な処理が可能である。なお、反応に時間が掛かる場合には、混合部140および反応部142内に液を一定時間閉じ込めてバッチ運転することも可能である。流路切換弁126A、126Bも自動弁であるのでこれらの動作は自動運転も可能である。   The obtained product is sent from the outlet 202 of the reaction channel 162 to the heat exchanger 206 via the recovery pipe 204, cooled here, and flows into the recovery container 208 from the recovery port 210. When the storage containers 110A and 110B are emptied or the recovery container 208 is full, the operation control unit 106 stops the operation of the plunger pump devices 1A and 1B to end the processing. In this case, if an additional storage container is prepared in the raw material storage unit 101 in addition to the storage containers 110A and 110B, the flow path switching valves 126A and 126B can be switched to continuously operate without stopping. Processing is possible. In addition, when reaction takes time, it is also possible to carry out batch operation by confining the liquid in the mixing unit 140 and the reaction unit 142 for a certain period of time. Since the flow path switching valves 126A and 126B are also automatic valves, these operations can be automatically operated.

バッチ運転の方法は、プランジャポンプ装置1A,1Bを一時停止してもよいし、流路切換弁126A,126Bを切り換えて、処理部103への液体の流入を停止させてもよい。これにより、液体の反応時間が長い場合でも反応流路162の長さを長くする必要がなくなる。バッチ運転の際は、合流空間158および/または反応流路162に液体が充満されたことを検知する充満検知手段を用いて運転制御を行うことが好ましい。これは、例えば、図17に示すような光学的流体検知センサが用いられる。これにより、合流空間158および/または反応流路162に液体が充満されたと判断した時点で、プランジャポンプ装置1A,1Bを停止させまたは第1の流路切換弁を切り換え、液体を反応終結時間に適応する一定時間合流空間158および/または反応流路162に滞留させておく。   As a method of batch operation, the plunger pump devices 1A and 1B may be temporarily stopped, or the flow switching valves 126A and 126B may be switched to stop the inflow of liquid into the processing unit 103. This eliminates the need to increase the length of the reaction channel 162 even when the reaction time of the liquid is long. In batch operation, it is preferable to perform operation control using a fullness detection means for detecting that the merge space 158 and / or the reaction flow path 162 is filled with liquid. For example, an optical fluid detection sensor as shown in FIG. 17 is used. Accordingly, when it is determined that the merge space 158 and / or the reaction channel 162 is filled with the liquid, the plunger pump devices 1A and 1B are stopped or the first channel switching valve is switched, and the liquid is set to the reaction end time. It is allowed to stay in the confluence space 158 and / or the reaction flow path 162 for a certain period of time.

図18(a)および図18(b)は、混合部140における合流部の他の構成例を示すものである。この合流部152aは、Y字状の合流空間158aに、障害物224を一定間隔aで所定の距離Lに亘って配置したものである。この例では、直径50μm以下である柱状の障害物224を、合流点からL=5mmに亘って配置した。図18(b)に示すように、各障害物224は隣接するものが流れ方向にピッチの半分だけずれるように、千鳥状に配置されている。これによって液体Aおよび液体Bの界面125が蛇行するので2つの液体の界面面積(接触面積)を大きくすることができる。図19に示す合流部152bでは、合流空間158bの中央部に一列の障害物224を流れ方向に沿って千鳥状に配置したもので、同様に界面面積を大きくすることができる。これは、狭い合流空間158bで採用するのに好適である。   FIG. 18A and FIG. 18B show another configuration example of the merging unit in the mixing unit 140. The junction 152a is configured by disposing obstacles 224 over a predetermined distance L at a constant interval a in a Y-shaped junction space 158a. In this example, a columnar obstacle 224 having a diameter of 50 μm or less was arranged over L = 5 mm from the junction. As shown in FIG. 18B, the obstacles 224 are arranged in a staggered manner so that the adjacent obstacles 224 are shifted by half the pitch in the flow direction. As a result, the interface 125 of the liquid A and the liquid B meanders, so that the interface area (contact area) between the two liquids can be increased. In the merging portion 152b shown in FIG. 19, a row of obstacles 224 are arranged in a zigzag along the flow direction in the central portion of the merging space 158b, and the interface area can be similarly increased. This is suitable for use in the narrow merge space 158b.

図20は、流体反応装置の処理部103の他の構成例を示すものである。これは、図8の処理部103において、混合部140と反応部142との組み合わせをそれぞれ有する2系統R1,R2設け、さらに配液部102の流路切換弁126A,126Bを用いて2種類の原料液をいずれの系統R1,R2にも供給可能にしたものである。このように、2系統を用いることで、必要に応じて処理量を増やすことができるが、その他にも種々の使用方法が有る。例えば、反応生成物が固体粒子を析出しやすく、配管途中で詰まりやすい場合などでは、一方の系統を予備として使用する。また、流路切換弁126A,126Bで移送ラインを交互に切り換えて、上述したバッチ運転を連続的に行うことができる。勿論、3系統以上の移送ラインを適宜に並列して設けることができる。この場合も流路切換弁126A,126Bは自動操作が可能である。   FIG. 20 shows another configuration example of the processing unit 103 of the fluid reaction device. In the processing unit 103 of FIG. 8, two systems R1 and R2 each having a combination of a mixing unit 140 and a reaction unit 142 are provided, and two types of flow path switching valves 126A and 126B of the liquid distribution unit 102 are used. The raw material liquid can be supplied to any of the systems R1 and R2. As described above, by using the two systems, the processing amount can be increased as necessary, but there are various other usage methods. For example, when the reaction product easily deposits solid particles and is easily clogged in the middle of the piping, one system is used as a spare. Further, the batch operation described above can be continuously performed by alternately switching the transfer lines by the flow path switching valves 126A and 126B. Of course, three or more transfer lines can be provided in parallel as appropriate. In this case, the flow path switching valves 126A and 126B can be automatically operated.

図21は、処理部103において反応部を複数直列に配置した例を示す。この例では、1つの混合部140と3つの反応部142a,142b,142cが直列に接続されており、それぞれに温度センサ220,222a,222b,222cが設けられている。この例では、反応の段階に応じて反応部142a,142b,142cを独立して温度制御することが可能となっている。この構成は、生化学反応のように反応時間と反応温度を大胆に且つ瞬時に変化させたい反応に適している。たとえば反応部142aでは100℃で反応させ、反応部142bでは−20℃で反応させるというような反応もこのシステムでは可能になる。   FIG. 21 shows an example in which a plurality of reaction units are arranged in series in the processing unit 103. In this example, one mixing unit 140 and three reaction units 142a, 142b, and 142c are connected in series, and temperature sensors 220, 222a, 222b, and 222c are provided respectively. In this example, it is possible to independently control the temperatures of the reaction units 142a, 142b, 142c according to the stage of the reaction. This configuration is suitable for reactions that require a bold and instantaneous change in reaction time and reaction temperature, such as biochemical reactions. For example, in this system, the reaction can be performed at 100 ° C. in the reaction unit 142a and at −20 ° C. in the reaction unit 142b.

図22は、処理部103において混合部を複数設けた例である。この構成例では、A液とB液を混合し反応させる第1の混合部140および反応部142が設けられ、この反応部142の下流側に第2の混合部140aが設けられている。この混合部140aではプランジャポンプ116Cから輸送された第3の原料液または反応剤であるC液がA液とB液と合流し、混合する。これらの2つの混合部140,140aと1つの反応部142の温度は個別に制御される。なお、C液は反応停止剤でもよい。   FIG. 22 is an example in which a plurality of mixing units are provided in the processing unit 103. In this configuration example, a first mixing unit 140 and a reaction unit 142 for mixing and reacting liquid A and liquid B are provided, and a second mixing unit 140a is provided on the downstream side of the reaction unit 142. In the mixing section 140a, the third raw material liquid or the C liquid that is the reactant transported from the plunger pump 116C joins and mixes the A liquid and the B liquid. The temperatures of these two mixing units 140 and 140a and one reaction unit 142 are individually controlled. The liquid C may be a reaction terminator.

この構成例では、インライン収率評価器226が第2の混合部140aの流出口202に直接接続されている。これにより、化学反応の結果の収率をリアルタイムで確認でき、直ぐにプロセスパラメータへフィードバックすることが可能となる。インライン収率評価器226としては、被測定物を分離せずに測定可能な方法として赤外分光、近赤外分光、紫外吸光等の方法がある。   In this configuration example, the in-line yield evaluator 226 is directly connected to the outlet 202 of the second mixing unit 140a. Thereby, the yield of the result of the chemical reaction can be confirmed in real time, and can be immediately fed back to the process parameters. The in-line yield evaluator 226 includes methods such as infrared spectroscopy, near infrared spectroscopy, and ultraviolet absorption as methods that can be measured without separating the object to be measured.

この構成例では、さらに、反応生成物の中から不要な物質と必要な物質を分離する分離抽出部228が第2の混合部140aの下流側に設けられている。図示するように、分離抽出部228は、Y字形の分離流路234を有している。第2の混合部140aからの液体は分離流路234により2つの流れに分岐され、1つは物質内の疎水性分子のみを通過させる疎水性壁面230から形成された流路に、他方は物質内の親水性分子のみを通過させる親水性壁面232から形成された流路に流れ込む。分離した物質は、それぞれ回収配管204,204aを介して回収容器208,208aに回収される。分離抽出部228としては、その他に、疎水性物質だけを吸着可能な膜やポーラスフリットを使用することも考えられる。   In this configuration example, a separation and extraction unit 228 that separates unnecessary substances and necessary substances from the reaction product is further provided on the downstream side of the second mixing unit 140a. As illustrated, the separation and extraction unit 228 has a Y-shaped separation channel 234. The liquid from the second mixing unit 140a is branched into two flows by the separation channel 234, one in the channel formed by the hydrophobic wall 230 that allows only the hydrophobic molecules in the material to pass through, and the other in the material It flows into the flow path formed from the hydrophilic wall surface 232 that allows only the hydrophilic molecules inside to pass therethrough. The separated substances are recovered in the recovery containers 208 and 208a via the recovery pipes 204 and 204a, respectively. As the separation / extraction unit 228, it is possible to use a membrane or a porous frit that can adsorb only a hydrophobic substance.

図23は、混合・反応と分離抽出を繰り返して連続処理するための構成例である。すなわち、A液とB液を処理する混合部140a、反応部142a、および分離抽出部228aが上流側に配置され、分離抽出部228aから抽出された液体とC液を処理する混合部140b、反応部142b、および分離抽出部228bが下流側に配置されている。A液とB液が反応した後の不要物質は分離抽出部228aの排出口234aから系外に出され、C液を加えた第2の反応における不要物質は分離抽出部228bの排出口234bから系外に出される。さらに、分離抽出部228bから抽出された液体と第4の液であるD液を混合させる混合部140cが設けられている。なお、D液は反応停止剤でもよく、他の原料溶液でも良い。混合部140cの下流側にインライン収率評価器226を設けても良い。   FIG. 23 shows a configuration example for continuous processing by repeating mixing / reaction and separation / extraction. That is, the mixing unit 140a that processes the liquid A and the liquid B, the reaction unit 142a, and the separation / extraction unit 228a are arranged on the upstream side, and the mixing unit 140b that processes the liquid extracted from the separation / extraction unit 228a and the liquid C The part 142b and the separation / extraction part 228b are arranged on the downstream side. Unnecessary substances after the liquid A and the liquid B react are discharged from the outlet 234a of the separation and extraction unit 228a, and unnecessary substances in the second reaction to which the liquid C is added are discharged from the discharge port 234b of the separation and extraction unit 228b. Be taken out of the system. Furthermore, a mixing unit 140c that mixes the liquid extracted from the separation / extraction unit 228b and the fourth liquid D is provided. Liquid D may be a reaction terminator or other raw material solution. An in-line yield evaluator 226 may be provided on the downstream side of the mixing unit 140c.

図24(a)には、図23の各部を積層化した構成が示されている。液体は下方へ流れる。混合部140a、反応部142a、分離抽出部228a、混合部140b、反応部142b、分離抽出部228b、および混合部140cは、温度調整ケース146にそれぞれ収容され、さらにボルト194、ナット195、スペーサ196によって所定の間隔をおいて積層化されている。各部間の液の移動は連絡通路200(図11(b)参照)を介して行われる。各部の間には空気を介在させ、空気の断熱性を利用して他の部の熱影響を受けないようにして、温度制御の精度を向上させている。図24(b)に示すように、各温度調整ケース146の周りを気泡を含んだクリーンなシリコン部材236等の断熱材で覆うのが好ましい。   FIG. 24A shows a configuration in which the respective parts in FIG. 23 are stacked. The liquid flows downward. The mixing unit 140a, the reaction unit 142a, the separation / extraction unit 228a, the mixing unit 140b, the reaction unit 142b, the separation / extraction unit 228b, and the mixing unit 140c are accommodated in the temperature adjustment case 146, respectively, and further, a bolt 194, a nut 195, and a spacer 196. Are stacked at a predetermined interval. The movement of the liquid between each part is performed via the communication path 200 (refer FIG.11 (b)). The accuracy of temperature control is improved by interposing air between each part so as not to be affected by the heat of other parts by utilizing the heat insulation of air. As shown in FIG. 24B, it is preferable to cover each temperature adjustment case 146 with a heat insulating material such as a clean silicon member 236 containing bubbles.

この流体反応装置に導入される流体は液体、気体であり、回収される物質は液体、気体、固体またはこれらの混合体である。導入物質が粉体などの固体の場合は原料貯留部101に粉体溶解器を設置することも可能である。図25は、2つの原料液のうち、一方が粉体を溶解した溶液、他方は元々液体の場合の原料貯留部101の構成例である。原料の粉体と溶媒は粉体溶解器240の原料導入口242から導入される。この例では、原料粉体をヒータ244による加熱と攪拌器246による攪拌によって溶解し、生成した原料液を、取出し口148に引き込まれた配管249より、プランジャポンプ116Aによって、混合部140および反応部142に送り込むようになっている。   The fluid introduced into the fluid reaction apparatus is liquid or gas, and the substance to be recovered is liquid, gas, solid or a mixture thereof. When the introduced substance is a solid such as powder, a powder dissolver can be installed in the raw material reservoir 101. FIG. 25 is a configuration example of the raw material reservoir 101 when one of the two raw material liquids is a solution in which powder is dissolved and the other is originally liquid. The raw material powder and the solvent are introduced from the raw material inlet 242 of the powder dissolver 240. In this example, the raw material powder is dissolved by heating by the heater 244 and stirring by the stirrer 246, and the generated raw material liquid is mixed by the plunger pump 116A from the pipe 249 drawn into the take-out port 148, and the mixing unit 140 and the reaction unit. 142 is sent.

この発明の一実施の形態のプランジャポンプ装置を示す図である。It is a figure which shows the plunger pump apparatus of one Embodiment of this invention. プランジャポンプ装置とマイクロリアクタの接続を示す図である。It is a figure which shows the connection of a plunger pump apparatus and a microreactor. 1つのプランジャポンプの送り速度のパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the pattern of the feed rate of one plunger pump. プランジャポンプ装置全体の送り速度のパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the pattern of the feed rate of the whole plunger pump apparatus. 送り速度の調整動作を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining adjustment operation | movement of a feed rate. 送り速度の制御を説明するグラフである。It is a graph explaining control of feed speed. 他の実施の形態における制御動作を説明するグラフである。It is a graph explaining the control action in other embodiments. 流体反応装置の全体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole fluid reaction apparatus. 図8の流体反応装置の全体の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the whole fluid reaction apparatus of FIG. 図10(a)は図8の流体反応装置の全体の構成を示す平面図、図10(b)は正面図である。FIG. 10A is a plan view showing the overall configuration of the fluid reaction apparatus of FIG. 8, and FIG. 10B is a front view. 図11(a)は混合部の構成を示す平面図、図11(b)は断面図である。FIG. 11A is a plan view showing the configuration of the mixing section, and FIG. 11B is a cross-sectional view. 混合部の合流部を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the confluence | merging part of a mixing part. 図13(a)は反応部の構成を示す平面図、図13(b)は断面図である。FIG. 13A is a plan view showing the structure of the reaction section, and FIG. 13B is a cross-sectional view. 図14(a)は反応部の他の構成を示す縦断面図、図14(b)は図14(a)におけるXVIII-XVIII線断面図、図14(c)は反応部のさらに他の構成を示す横断面図である。14A is a longitudinal sectional view showing another configuration of the reaction unit, FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 14A, and FIG. 14C is still another configuration of the reaction unit. FIG. 温度調整ケースの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a temperature adjustment case. 図16(a)は処理部の平面断面図、図16(b)は側面断面図、図16(c)は図16(a)の部分拡大図、図16(d)は図16(b)の部分拡大図である。16 (a) is a plan sectional view of the processing section, FIG. 16 (b) is a side sectional view, FIG. 16 (c) is a partially enlarged view of FIG. 16 (a), and FIG. 16 (d) is FIG. FIG. 生成物貯留部の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a product storage part. 図18(a)は合流部の他の構成を示す平面図、図18(b)は図18(a)の要部を拡大して示す図である。FIG. 18A is a plan view showing another configuration of the merging portion, and FIG. 18B is an enlarged view of the main portion of FIG. 合流部のさらに他の構成を示す平面図である。It is a top view which shows other structure of a confluence | merging part. 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structure of a fluid reaction apparatus. 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structure of a fluid reaction apparatus. 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structure of a fluid reaction apparatus. 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structure of a fluid reaction apparatus. 図23の処理部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the process part of FIG. 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structure of a fluid reaction apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 プランジャポンプ装置
2 マイクロリアクタ
10 プランジャポンプ
12 シリンダ
14 プランジャ
16 ピストン
17 ポンプ室
18 ロッド
19 駆動装置
20 モータ
22 送りねじ
24 ナット
26 リニアスケール
28 制御部
30 吐出ポート
32 吸込ポート
34 逆止弁
36 吐出ライン
38 流体タンク
40 供給ライン
42 原料受入ポート
44 導入流路
46 流量計
48 圧力センサ
50 混合・反応部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plunger pump apparatus 2 Microreactor 10 Plunger pump 12 Cylinder 14 Plunger 16 Piston 17 Pump chamber 18 Rod 19 Drive apparatus 20 Motor 22 Feed screw 24 Nut 26 Linear scale 28 Control part 30 Discharge port 32 Suction port 34 Check valve 36 Discharge line 38 Fluid tank 40 Supply line 42 Raw material receiving port 44 Introduction flow path 46 Flow meter 48 Pressure sensor 50 Mixing / reaction section

Claims (6)

それぞれ個別の駆動装置を有し、液体源とマイクロリアクタ流路間において並列に接続された一対のプランジャポンプと、
前記マイクロリアクタ流路内に設置された流量計と、
前記一対のプランジャポンプを交互に一定の所定送り速度で吐出動作させる制御部を備え、
前記制御部は、前記プランジャポンプが吐出動作しているときの前記流量計の測定値に基づいて、所定のタイミングで前記送り速度を調整することを特徴とするプランジャポンプ装置。
A pair of plunger pumps each having a separate drive and connected in parallel between the liquid source and the microreactor flow path;
A flow meter installed in the microreactor channel;
A controller that alternately discharges the pair of plunger pumps at a constant predetermined feed rate;
The said control part adjusts the said feed rate at predetermined | prescribed timing based on the measured value of the said flow meter when the said plunger pump is performing discharge operation, The plunger pump apparatus characterized by the above-mentioned.
前記マイクロリアクタ流路内に設置された圧力センサを備え、
前記制御部は、前記圧力センサの出力値に基づいて前記送り速度を微調整することを特徴とする請求項1に記載のプランジャポンプ装置。
A pressure sensor installed in the microreactor channel;
The plunger pump device according to claim 1, wherein the control unit finely adjusts the feed rate based on an output value of the pressure sensor.
前記制御部は、前記一対のプランジャポンプを、それぞれが吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程を行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにして流量を一定のまま切換制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のプランジャポンプ装置。   The controller performs a speed increasing process and a speed reducing process for each of the pair of plunger pumps at an initial stage and a final stage of the discharge operation, and the flow rate is constant so that one speed increasing process and the other speed reducing process overlap each other. 3. The plunger pump device according to claim 1, wherein the switching control is performed as it is. 前記切換制御時には、前記送り速度の微調整を一方のプランジャポンプについてのみ行うことを特徴とする請求項3に記載のプランジャポンプ装置。   4. The plunger pump device according to claim 3, wherein during the switching control, fine adjustment of the feed speed is performed only for one plunger pump. 5. 前記制御部は、前記プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行うように制御することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のプランジャポンプ装置。   5. The plunger pump device according to claim 1, wherein the control unit controls the plunger pump to perform a certain stopping process between the forward movement and the backward movement. 前記プランジャポンプのプランジャの位置を検出する位置センサを備え、前記制御部はこの位置センサの出力に基づいて送り速度を制御することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のプランジャポンプ装置。
The position sensor which detects the position of the plunger of the said plunger pump is provided, The said control part controls feed speed based on the output of this position sensor, The Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Plunger pump device.
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