JP3873929B2

JP3873929B2 - 液体混合装置

Info

Publication number: JP3873929B2
Application number: JP2003148572A
Authority: JP
Inventors: 喜昭麻生
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: JP2004351245A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学分析や合成などの分野において微小な量の液体を混合するための液体混合装置に関し、例えば液体クロマトグラフにおいて溶離液を混合するための液体混合装置として利用するのに適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体クロマトグラフの溶離液を混合する混合装置としては、ビーズを充填し、混合しようとする複数の溶媒をそのビーズの隙間に流し込むことによって混合するものが使われている。しかしながら、そのような混合装置は大型になり、また微小量の液体の混合には適さない。
【０００３】
そのため複数のプレートを重ね合わせ、それぞれのプレートに丸穴や溝を加工することにより、一のプレートから次のプレートに液を流す時に流路が複数に分配されるとともに、複数の溝又は穴から供給された液を合流させることによって複数のプレートを経過することによって分配と混合を繰り返すマイクロ混合器が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
その提案のマイクロ混合器では、液の流れは重ねられたプレートの面に対し垂直方向に上流から下流方向に流れる一方向の流れが形成され、その流れの間に分配と混合が多段に繰り返されていく。
【０００５】
他の液体混合器としては、重ねられたプレートの面内方向に混合用流路を形成して液の混合を行なうものがある。その１つの例として、板を重ね合わせ、それぞれの板の接合面に溝や穴を加工し、面内方向の流路を流れる間に流路の合流と分配によって混合を行なわせるものがある。
【０００６】
プレートの面に対し垂直な方向にその混合用流路に複数の液を交互に導入することによって、面内方向に形成された流路に沿って流れる間に流路の深さ方向の拡散によって混合する混合器も提案されている（特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３４６３５３号公報
【特許文献２】
特開２００２−４５６６６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
平面内の流路で混合と分配を行なわせようとすると、単純な溝形状では混合効率が悪いため、高い混合効率を得ようとすると複雑な流路を加工しなければならない。また二次元状に広がる流路しか形成できないため、平面状の流路が複雑になると、流路の流れも複雑になり、期待したほどの性能が出ない場合が多い。
【０００９】
複数のプレートを重ね、プレートの板厚方向の流れで分配と混合を行なわせるマイクロ混合器では、一対のプレートで１段の分配と混合しか行なえないため、分配と混合を多段に繰り返そうとすると多数のプレートを精度よく重ね合わせる必要がある。
そこで、本発明はプレート当たりの混合効率を向上させ、微小液量の混合にも適する混合器を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体混合装置は、面どおしを液密状態に接合して面内方向で上流から下流に向かう流れを形成する一対のプレートを含む分配・混合ユニットを備え、その分配・混合ユニットの一方のプレートには流れの方向に対して左右の一方の側で上流側と下流側の複数の端部に分岐したＣ型形状の分配溝と、流れの方向に対して左右の両方の側で上流側と下流側の複数の端部に分岐したＨ型形状の分配溝がそれぞれ複数個形成され、かつ前記Ｈ型形状の分配溝はプレートの中央部にあって流れに沿って数が減少していくように配置され、前記Ｃ型形状の分配溝は前記Ｈ型形状の分配溝の外側にあって内側を向くように配置されており、他方のプレートには上流から下流に向かう一方向の流れを形成する線状の混合溝と液入口がそれぞれ複数個形成されており、前記液入口はそれぞれ最上流側の複数の前記分配溝の中央部につながる位置に配置され、前記分配溝と混合溝は、上流から下流に向かって前記混合溝が２つの前記分配溝の端部と交互に連結されるとともに下流側で他の前記分配溝に連結され、かつ最下流において流路が１つの混合溝に収束するように配置されてその混合溝の最下流端が液出口となっており、前記液入口と液出口を除いて両プレートの穴が封止されているものである。
【００１１】
分配・混合ユニットにおいて、液入口に供給された２種類の液は、面内方向で上流から下流に流されていくうちに、分配溝での分配と混合溝での混合が交互に繰り返され、最下流にいたるまでに多段の混合がなされる。このとき、混合溝では分配溝の端部から供給された複数の液は溝の深さ方向に複数の層を形成して下流側に流れていき、その途中で層間の拡散により混合していく。
【００１２】
混合溝の好ましい一例は、分配溝の端部と連結した部分の下流側に流路の深さが浅くなった混合促進部を備えている。混合促進部では流路の深さが浅くなることによって各液相の厚さが薄くなり、液層間の拡散による混合が促進される。
【００１３】
分配・混合ユニットを複数備えてさらに混合を進めることができる。その場合、分配・混合ユニット間にはプレートの面に直交する方向の流れを形成する連結用分配プレートが挟み込まれ、その連結用分配プレートは上流側の分配・混合ユニットにおける面内の最下流の流路を複数に分配して下流側の分配・混合ユニットの液入口に連結する流路が形成されているものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
分配、混合ユニットは図１に示される穴が空けられた厚さが０.３ｍｍのステンレス製プレートの上に、図２に示されるＣ形の穴とＨ型の穴が開けられた厚さが０.２ｍｍのステンレス製プレートを液密に重ね、これら２枚のプレートの最上流の液入口と最下流の液出口を除いて、他のプレートで穴を封止したものである。
【００１５】
図１のプレート２は、（Ａ）に示されるように、板６にＩ型の穴４が形成されたものであり、穴４は実線で示される貫通穴４ｂ，４ｃと破線で示されるハーフエッチされて板厚方向に一部の板が残った穴４ａとから構成されている。穴４の断面は、（Ｂ）に示されるように、貫通穴として長穴４ｂと丸穴４ｃの間に板６の厚み方向にハーフエッチされた部分４ａが形成されており、穴４ｂと４ｃはハーフエッチされた部分４ａにより連通されている。
【００１６】
プレート２では、図の下側が面内方向の液の流れに対する上流側である。上流側には、５個の丸穴からなる液入口１８が形成されており、それぞれにＡ液又はＢ液が供給される。穴４は液の流れ方向に延びる方向に形成されており、上流から下流に向かって配置された数が少なくなっていき、最下流では１つの穴４のみが配置されており、その最下流の丸穴１０は混合された液が流出する液出口となる。
【００１７】
図２のプレート２０にはＣ型の貫通穴２２とＨ型の貫通穴２４が形成されている。貫通穴２２と２４の中央部にはプレート２の液入口１８又は貫通穴４ｃから液が供給され、貫通穴２２では２つの両端に向かって液が分配され、貫通穴２４では４つの端部に向かって液が分配される。
【００１８】
プレート２と２０は、プレート２のハーフエッチされた部分４ａの板がプレート２０側になるように、プレート２上にプレート２０を液密に重ね、これら２枚のプレート２，２０を挟んで上下に他のプレートを液密に重ね、液入口１８と最下流の液出口１０を除いて、プレート２，２０の穴を封止するように接合した状態が図３の状態である。このように重ねられた状態が分配・混合ユニットである。
【００１９】
分配・混合ユニットにおいて、各穴は図３のように流路を形成し、プレート２の液入口１８から供給されたＡ液とＢ液は、図３（Ａ）に示されるようにプレート２の液入口１８からプレート２０の穴２２,２４の中央部に入り、それぞれの穴２２,２４の端部に向かって分配される。
【００２０】
穴２２と２４の端部はプレート２のＩ型の穴の４ｂの部分に位置し、穴２２と２４の端部に分配されたＡ液とＢ液は順次穴４に供給される。図３（Ｂ）は分配・混合ユニットにおける断面を示したものであり、図３（Ａ）のＹ−Ｙ線位置での断面図を示している。同図（Ｂ）に示されるように、穴２２で２つに分配された液と穴２４で４つに分配された液のうちの２つ、又は穴２４で４つに分配された液のうちの２つずつが上流側から下流側に沿って順に穴４ｂに供給され、溝の深さ方向に４層の流れを形成し、下流側に流れ、その流れの途中で相互に拡散して混合されていく。穴４ではハーフエッチされた部分４ａを経て混合が促進され、穴４ｃに至り、その穴４ｃ部分から再びプレート２０の穴２２又は２４の中央部に供給され、再び２つ又は４つに分配される。
【００２１】
このようにして、プレート２０では穴２２と２４によって２つ又は４つに分配され、その分配された液がプレート２の穴４ｂに供給されることによって混合される。このように分配と混合が上流から下流に沿って繰り返されることにより、液出口１０では全ての流路が１つに合流して、混合液が形成される。
【００２２】
図４はこの混合様式を模式的に示したものであり、５つの液入口１８から供給されたＡ液とＢ液が分配と混合を繰り返しながら混合されていく状態が示されている。
【００２３】
図５は、この一対のプレート２，２０を含む分配・混合ユニットを多段に積み重ねて混合装置としたものである。図５では一対のプレート２と２０を含む分配・混合ユニットの間に分配プレート３０が設けられている。この場合、分配・混合ユニットでは液入口１８は全体としての上流側（左側）に開口をもち、液出口１０は全体としての下流側（右側）に開口をもつように貫通穴を設ける。
【００２４】
分配プレート３０は上流側の分配・混合ユニットで混合された液を液出口１０から下流側の次段の分配・混合ユニットの液入口１８に分配して導くための流路を面内に備えたものであり、その流路以外の部分ではプレート２,２０の穴を閉じる役目を果たしている。
【００２５】
多段に重ねられた最上流の入口側にはＡ液とＢ液を図１に示されるように２つと３つに分配する流路を備えた入口プレート３２が配置され、最下流の出口側には混合された液を１つの出口から取り出すための穴が開けられた出口プレート３４が配置され、全体が液密を保って固定されている。
【００２６】
プレート２０に形成されるＣ型、Ｈ形の穴の形状は、供給された液を２以上の端部に分配できるものであればよく、種々に変形することができる。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）はそのようないくつかの穴の例を示したものである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の液体混合装置は、液入口に供給された２種類の液は、面内方向で上流から下流に流されていくうちに、分配溝での分配と混合溝での混合が交互に繰り返され、最下流にいたるまでに多段の混合がなされる分配・混合ユニットを備えているので、簡単な構造でありながら混合効率の高い複雑な流路を構成することができ、また板材を重ねて構成されるため微小な液の混合に適した小型の混合装置がえられる。
分配・混合ユニットを構成するプレートは貫通穴を主とする加工であるため、特別な加工を必要とせず、安価に製造することができる。
さらに、流路形状を簡単にすることができるため、設計通りの性能を得るのが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の分配・混合ユニットを構成する一方のプレートを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線位置での断面図である。
【図２】同実施例の分配・混合ユニットを構成する他方のプレートを示す平面図である。
【図３】同実施例の分配・混合ユニットを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＹ−Ｙ線位置での断面図である。
【図４】同実施例の分配・混合ユニットにおける混合様式を示す概略線図である。
【図５】同実施例の分配・混合ユニットを多段に重ねた液体混合装置の一実施例を示す概略断面図である。
【図６】図２のプレートに形成される種々の穴の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
２，２０プレート
４，２２，２４穴
４ａハーフエッチされた穴
４ｂ，４ｃ貫通穴
１０液出口
１８液入口
３０分配プレート
３２入口プレート
３４出口プレート

Claims

面どおしを液密状態に接合して面内方向で上流から下流に向かう流れを形成する一対のプレートを含む分配・混合ユニットを備え、
その分配・混合ユニットの一方のプレートには流れの方向に対して左右の一方の側で上流側と下流側の複数の端部に分岐したＣ型形状の分配溝と、流れの方向に対して左右の両方の側で上流側と下流側の複数の端部に分岐したＨ型形状の分配溝がそれぞれ複数個形成され、かつ前記Ｈ型形状の分配溝はプレートの中央部にあって流れに沿って数が減少していくように配置され、前記Ｃ型形状の分配溝は前記Ｈ型形状の分配溝の外側にあって内側を向くように配置されており、
他方のプレートには上流から下流に向かう一方向の流れを形成する線状の混合溝と液入口がそれぞれ複数個形成されており、
前記液入口はそれぞれ最上流側の複数の前記分配溝の中央部につながる位置に配置され、
前記分配溝と混合溝は、上流から下流に向かって前記混合溝が２つの前記分配溝の端部と交互に連結されるとともに下流側で他の前記分配溝に連結され、かつ最下流において流路が１つの混合溝に収束するように配置されてその混合溝の最下流端が液出口となっており、
前記液入口と液出口を除いて両プレートの穴が封止されていることを特徴とする液体混合装置。
前記混合溝は前記分配溝の端部と連結した部分の下流側に流路の深さが浅くなった混合促進部を備えている請求項１に記載の液体混合装置。
前記分配・混合ユニットを複数備え、分配・混合ユニット間にはプレートの面に直交する方向の流れを形成する連結用分配プレートが挟み込まれ、
前記連結用分配プレートは上流側の分配・混合ユニットにおける面内の最下流の流路を複数に分配して下流側の分配・混合ユニットの液入口に連結する流路が形成されている請求項１又は２に記載の液体混合装置。