特開 2023-88770 流路装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023088770

(43)【公開日】2023-06-27

(54)【発明の名称】流路装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/24 20060101AFI20230620BHJP

【ＦＩ】

B01J19/24 Z

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021203706

(22)【出願日】2021-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100149249

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】今村 優佑

【テーマコード（参考）】

4G075

【Ｆターム（参考）】

4G075AA02

4G075AA62

4G075AA65

4G075BB10

4G075DA02

4G075EA02

4G075EB21

4G075FB02

4G075FB12

(57)【要約】

【課題】反応流路を流れる流体の温度の検出精度を高め易い流路装置を提供する。
【解決手段】フローリアクタ５の反応流路の少なくとも一部を形成する流路継手２と、温度センサ３と、を有し、流路継手２が、第１接続口８ａと、第２接続口９ａと、取り付け口１０ａと、第２接続口９ａに連通する連通口１１ａを有し第１接続口８ａから取り付け口１０ａまで延びる直線状流路１１と、を有し、温度センサ３が、取り付け口１０ａに取り付けられ、直線状流路１１内を長手方向側に連通口１１ａを超えて延びる、流路装置１。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フローリアクタの反応流路の少なくとも一部を形成する流路継手と、温度センサと、を有し、
前記流路継手が、第１接続口と、第２接続口と、取り付け口と、前記第２接続口に連通する連通口を有し前記第１接続口から前記取り付け口まで延びる直線状流路と、を有し、
前記温度センサが、前記取り付け口に取り付けられ、前記直線状流路内を長手方向側に前記連通口を超えて延びる、流路装置。

【請求項2】

前記温度センサが、前記取り付け口に固定される固定部と、前記固定部から直線状流路内に延びる延設部と、を有し、
前記固定部が前記延設部よりも太い、請求項１に記載の流路装置。

【請求項3】

前記温度センサを前記取り付け口に取り付ける取り付け部を有する、請求項１又は２に記載の流路装置。

【請求項4】

前記連通口の中心から前記取り付け口までの前記直線状流路の長手方向の長さが、前記連通口の前記中心から前記第１接続口までの前記直線状流路の長手方向の長さよりも短い、請求項１～３の何れか１項に記載の流路装置。

【請求項5】

前記流路継手が、前記第１接続口と前記取り付け口とが対向配置されるＴ字型の３方分岐継手として構成される、請求項１～４の何れか１項に記載の流路装置。

【請求項6】

請求項１～５の何れか１項に記載の流路装置によって形成される前記反応流路を有する、フローリアクタ。

【請求項7】

請求項６に記載のフローリアクタと、前記温度センサによる検出結果に応じて前記反応流路内の流れの状態を制御する制御部と、を有するフローリアクタ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は流路装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フローリアクタの反応流路の少なくとも一部を形成する流路継手と、流路継手の内部流路内に延びる温度センサと、を有する流路装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２６８１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような流路装置は、反応流路を流れる流体の反応に影響する温度を温度センサで高精度に検出することが求められる。

【0005】

そこで本開示の目的は、反応流路を流れる流体の温度の検出精度を高め易い流路装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態において、流路装置は、フローリアクタの反応流路の少なくとも一部を形成する流路継手と、温度センサと、を有し、前記流路継手が、第１接続口と、第２接続口と、取り付け口と、前記第２接続口に連通する連通口を有し前記第１接続口から前記取り付け口まで延びる直線状流路と、を有し、前記温度センサが、前記取り付け口に取り付けられ、前記直線状流路内を長手方向側に前記連通口を超えて延びる、流路装置である。このような構成によれば、反応流路を流れる流体に流路継手の内部流路の太さを超える長さで温度センサを接触させることができるので、温度の検出精度を高め易くすることができる。

【0007】

一実施形態において、流路装置は、前記温度センサが、前記取り付け口に固定される固定部と、前記固定部から直線状流路内に延びる延設部と、を有し、前記固定部が前記延設部よりも太い、流路装置である。このような構成によれば、取り付け口への取り付けに伴って生じる応力による温度センサの損傷を抑制し易く、しかも温度センサによる温度の検出感度を高め易くすることができる。

【0008】

一実施形態において、流路装置は、前記温度センサを前記取り付け口に取り付ける取り付け部を有する、流路装置である。このような構成によれば、温度センサを取り付け部によって取り付けることができる。

【0009】

一実施形態において、流路装置は、前記連通口の中心から前記取り付け口までの前記直線状流路の長手方向の長さが、前記連通口の前記中心から前記第１接続口までの前記直線状流路の長手方向の長さよりも短い、流路装置である。このような構成によれば、温度センサの根本側に形成される流路のデッドボリュームを減少させることができるので、デッドボリュームでの流体の滞留による閉塞や流れの不安定化を抑制し易くすることができる。

【0010】

一実施形態において、流路装置は、前記流路継手が、前記第１接続口と前記取り付け口とが対向配置されるＴ字型の３方分岐継手として構成される、流路装置である。このような構成によれば、流路継手の第１接続口と第２接続口をそれぞれ管に接続して反応流路を形成する場合に、各々の管内で流れる流体への外部からの熱的影響と流路継手で流れる流体への外部からの熱的影響とを同等に近づけ易くし、その結果、流体の化学反応を安定化させ易くすることができる。

【0011】

一実施形態において、流路装置は、前記直線状流路の太さが１ｃｍ以下、又は前記直線状流路の断面積が１ｃｍ^２以下である、流路装置である。このような構成によれば、細い反応流路を流れる流体の温度の検出精度を高め易くすることができる。

【0012】

一実施形態において、フローリアクタは、前記流路装置によって形成される前記反応流路を有する、フローリアクタである。このような構成によれば、反応流路を流れる流体の温度の検出精度を高め易いフローリアクタを提供することができる。

【0013】

一実施形態において、フローリアクタ装置は、前記フローリアクタと、前記温度センサによる検出結果に応じて前記反応流路内の流れの状態を制御する制御部と、を有するフローリアクタ装置である。このような構成によれば、反応流路を流れる流体の温度の検出精度を高め易いフローリアクタ装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、反応流路を流れる流体の温度の検出精度を高め易い流路装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る流路装置を有するフローリアクタ装置を示す模式図である。

【図2】第２実施形態に係る流路装置を有するフローリアクタ装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して本開示の実施形態を詳細に例示説明する。

【0017】

図１に示すように、第１実施形態に係る流路装置１は、流路継手２、温度センサ３、及び取り付け部としての取り付けねじ４を有する。流路継手２はフローリアクタ５の反応流路の少なくとも一部を形成する。フローリアクタ５と制御部６でフローリアクタ装置７が構成される。

【0018】

フローリアクタ５は、バッチ式でなくフロー式で化学反応を生じさせる反応流路を形成する部材である。流路継手２はフローリアクタ５の反応流路の少なくとも一部を形成する。つまりフローリアクタ５は、流路装置１によって形成される反応流路を有する。反応流路の太さは例えば１ｃｍ以下であり、１ｍｍ以下であってもよい。

【0019】

温度センサ３は、反応流路内を流れる流体に接触して温度を検出するインライン式であり、例えば熱電対、測温抵抗体又はサーミスタなどで構成される。

【0020】

制御部６は、温度センサ３に有線又は無線で通信可能に接続するコンピュータで構成される処理装置６ａを有し、温度センサ３による検出結果に応じて反応流路内の流れの状態を制御する。例えば、制御部６は、反応流体と反応物の少なくとも一方の、流量（流速）と温度の少なくとも一方を制御する。このために、制御部６は、例えば反応流路に設けられるポンプ又は開閉弁等で構成される、流量調節部６ｂを有してもよい。制御部６は、処理装置６ａによって流量調節部６ｂの動作を制御することで、反応流路内の反応流体と反応物の少なくとも一方の流量を制御してもよい。また、制御部６は、例えば反応流路の少なくとも一部を収容する恒温槽又は反応流路に設けられる電熱器等で構成される、温度調節部６ｃを有してもよい。制御部６は、処理装置６ａによって温度調節部６ｃの動作を制御することで、反応流路内の反応流体と反応物の少なくとも一方の温度を制御してもよい。上記のような制御により、フローリアクタ装置７は、フローリアクタ５の反応流路内を流れる流体の温度に応じて、化学反応による目的物質を効率的に生産することができる。

【0021】

なお、温度センサ３は上記のような制御部６での利用に限らず、例えば、フローリアクタ５内の温度分布を解析する装置に接続して利用してもよいし、フローリアクタ５の温度を監視するだけの目的で利用してもよい。

【0022】

流路継手２は、第１接続口８ａを内周面に形成する第１接続筒部８と、第２接続口９ａを内周面に形成する第２接続筒部９と、取り付け口１０ａを内周面に形成する取り付け筒部１０と、第２接続口９ａに連通する連通口１１ａを有し第１接続口８ａから取り付け口１０ａまで延びる直線状流路１１と、を有する。流路継手２において、第１接続口８ａと取り付け口１０ａとが直線状に配置され、第１接続口８ａから取り付け口１０ａまで延びる直線状流路１１が形成される。流路継手２には第２接続口９ａが設けられ、この第２接続口９ａは、直線状流路１１から（直線状流路１１の長手方向と異なる方向に、より具体的には、長手方向と交差する方向に）所定距離だけ離れた位置に配置され、直線状流路１１に臨んで形成される連通口１１ａから第２接続口９ａまで延びる第２流路１５が形成される。

【0023】

直線状流路１１は第１中心軸線Ｏ１に沿って直線状に延びる。直線状流路１１の横断面形状は特に限定されず、例えば円形、楕円形、三角形、正方形、長方形又はその他の多角形などである。直線状とは、第１中心軸線Ｏ１に沿う方向である長手方向に太さ（横断面形状が円形の場合は直径）が一定である場合に限らず、長手方向に太さが変化する場合も含む。すなわち、直線状流路１１は、第１中心軸線Ｏ１が直線状であればよく、長手方向に太さが変化してもよい。直線状流路１１の太さは例えば１ｃｍ以下であってよい。また、直線状流路１１の断面積は例えば１ｃｍ^２以下であってよい。

【0024】

第１接続筒部８は第１中心軸線Ｏ１を中心とする筒状をなす。第１接続筒部８は円筒状であってもよいし、楕円筒状や角筒状など、円筒以外の筒状であってもよい。第１接続筒部８は例えば、図示するように、反応流路の一部を形成する管などの第１流路部材１２に接続される。その接続方法は特に限定されず、例えば、図示するように取り付けねじ４と同様の構造を有する第１ねじ部材１２ａを介して接続してもよいし、溶接、溶着、接着などの固着によって接続してもよい。第１流路部材１２を、図示するように第１接続筒部８の内周面に接続してもよいし、或いは第１接続筒部８の外周面に接続してもよいし、第１接続筒部８の端面に接続してもよい。

【0025】

第２接続筒部９は第２中心軸線Ｏ２を中心とする筒状をなす。第２接続筒部９は例えば、図示するように、反応流路の一部を形成する管などの第２流路部材１３に接続される。その接続方法は特に限定されず、例えば、図示するように取り付けねじ４と同様の構造を有する第２ねじ部材１３ａを介して接続してもよいし、溶接、溶着、接着などの固着によって接続してもよい。第２流路部材１３を、図示するように第２接続筒部９の内周面に接続してもよいし、或いは第２接続筒部９の外周面に接続してもよいし、第２接続筒部９の端面に接続してもよい。

【0026】

フローリアクタ５は、直線状の第１中心軸線Ｏ１を中心とする第１流路１４（直線状流路１１を含む）と、直線状の第２中心軸線Ｏ２を中心とする第２流路１５と、を有する。連通口１１ａは第１流路１４と第２流路１５の境界に位置し、連通口１１ａの中心Ｃは第２中心軸線Ｏ２に一致する。

【0027】

温度センサ３は、取り付けねじ４を取り付け筒部１０に取り付けることによって、取り付け口１０ａに取り付けられ、直線状流路１１内を長手方向側に連通口１１ａを超えて延びる。また、温度センサ３は、図示のように、長手方向に平行に設置されることが好ましい。ただし、温度センサ３は長手方向に平行に設置されるものに限定されず、長手方向に対してある程度の傾斜をもって設置されてもよい。例えば、温度センサ３は直線状流路１１内の流体の流れに影響しない程度の傾斜角度、温度センサ３が変形等することなく正常に機能することができる傾斜角度、又は、長手方向に対して０°以上４５°未満の傾斜角度を有して設置されてもよい。なお、本明細書における長手方向側とは、長手方向に対して０°以上４５°未満の傾斜角度を有する方向を意味する。このような構成によれば、反応流路を流れる流体に流路継手２の内部流路の太さを超える長さで温度センサ３を接触させることができるので、温度の検出精度を高め易くすることができる。

【0028】

取り付けねじ４は取り付け筒部１０の内周面に螺合可能である。つまり、取り付けねじ４を、取り付け口１０ａを形成する内周面に螺合することで、取り付けねじ４を取り付け口１０ａに取り付けることができる。なお、取り付けねじ４はこれに限らず、例えば、取り付け筒部１０の外周面に螺合可能に構成してもよい。

【0029】

温度センサ３は、取り付けねじ４の内部に固定される固定部３ａと、固定部３ａから直線状流路１１内に延び、流体に接触する延設部３ｂと、を有する。本実施形態では固定部３ａは延設部３ｂよりも太い。このような構成によれば、取り付け口１０ａへの取り付けねじ４の取り付けに伴って生じる応力による温度センサ３の損傷を抑制し易く、しかも温度センサ３による温度の検出感度を高め易くすることができる。またこのような構成は、上記のように取り付けねじ４が取り付け筒部１０の内周面に螺合可能な構成である場合に特に有効である。

【0030】

取り付け筒部１０は第１中心軸線Ｏ１を中心とする筒状をなす。また温度センサ３は直線状をなし、固定部３ａにおいて取り付けねじ４の中心に固定される。したがって、温度センサ３は第１中心軸線Ｏ１と同軸に延びる。

【0031】

連通口１１ａの中心Ｃから取り付け口１０ａ（中心Ｃ側の端部）までの直線状流路１１の長手方向の長さＬ１（以下、第１長さＬ１ともいう）は例えば、図示するように、連通口１１ａの中心Ｃから第１接続口８ａ（中心Ｃ側の端部）までの直線状流路１１の長手方向の長さＬ２（以下、第２長さＬ２ともいう）よりも短い。このような構成によれば、連通口１１ａよりも取り付け口１０ａの側に形成される流路のデッドボリュームを減少させることができるので、デッドボリュームでの流体の滞留による閉塞や流れの不安定化を抑制し易くすることができる。例えば、固・液混相流の場合、滞留は固体の析出、詰まりによる閉塞や流れの不安定化を招く虞があり、気・液混相流の場合、気体が捕捉されることで閉塞や流れの不安定化を招く虞がある。

【0032】

なお、流路継手２、取り付けねじ４、第１流路部材１２及び第２流路部材１３の材質は樹脂製や金属製であってもよく、例えばフッ素樹脂、ＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）やステンレス鋼などからそれぞれ適宜選択されうる。また、温度センサ３の表面材質と取り付けねじ４の材質はそろっていることが好ましい。

【0033】

流路の有効断面積（流体が通過する部分の断面積）は流れ方向にできるだけ一定であることが好ましい。流路の有効断面積を流れ方向に略一定とすることにより、滞留時間を制御することができる。このため、第１流路１４は、温度センサ３の延設部３ｂの横断面積を考慮し、第１流路１４の有効断面積が長手方向にできるだけ一定となるように設計することが好ましい。つまり、直線状流路１１の横断面積から温度センサ３の延設部３ｂの横断面積を減算した値が流路部材１２の中空部分の横断面積とほぼ同一となるように、流路継手２と温度センサ３とを設計することが好ましい。このとき、温度センサ３の延設部３ｂが直線状流路１１内に収容されるように、直線状流路１１は、取り付け口１０ａの一端（中心Ｃ側の端部）であって温度センサの延設部３ｂの基端部（固定部３ａ側の端部）近傍から、第１流路部材１２又は第１接続口８ａの一端（中心Ｃ側の端部）であって温度センサ３の延設部３ｂの先端部（固定部３ａと反対側の端部）近傍まで延びる流路と定義される。

【0034】

また流体の化学反応を安定化させるためには、第１流路部材１２及び第２流路部材１３内で流れる流体への外部からの熱的影響と流路継手２内で流れる流体への外部からの熱的影響とができるだけ等しいことが好ましい。このため、流路継手２は、熱抵抗が第１流路部材１２及び第２流路部材１３とできるだけ等しくなるように材質と肉厚を設定することが好ましい。したがって、第１流路部材１２及び第２流路部材１３が管状である場合、流路継手２は、図示するように、第１接続口８ａと取り付け口１０ａとが対向配置されるＴ字型の３方分岐継手として構成するのが好ましい。

【0035】

温度センサ３は固定部３ａが延設部３ｂよりも太い構成に限らず、例えば、図２に示す第２実施形態のように、固定部３ａが延設部３ｂと等しい太さである構成としてもよい。また、取り付けねじ４と固定部３ａとの間に筒部材１６を介装する構成としてもよい。筒部材１６の材質は温度センサ３の表面材質、取り付けねじ４とそろえてあることが好ましい。

【0036】

本開示は前述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0037】

したがって、前述した実施形態に係る流路装置１は、フローリアクタ５の反応流路の少なくとも一部を形成する流路継手２と、温度センサ３と、を有し、流路継手２が、第１接続口８ａと、第２接続口９ａと、取り付け口１０ａと、第２接続口９ａに連通する連通口１１ａを有し第１接続口８ａから取り付け口１０ａまで延びる直線状流路１１と、を有し、温度センサ３が、取り付け口１０ａに取り付けられ、直線状流路１１内を長手方向側に連通口１１ａを超えて延びる、流路装置１である限り、種々変更可能である。また、前述した実施形態に係るフローリアクタ５は、流路装置１によって形成される反応流路を有する、フローリアクタ５である限り、種々変更可能である。また、前述した実施形態に係るフローリアクタ装置７は、フローリアクタ５と、温度センサ３による検出結果に応じて反応流路内の流れの状態を制御する制御部６と、を有するフローリアクタ装置７である限り、種々変更可能である。

【0038】

例えば、温度センサ３は第１中心軸線Ｏ１と同軸に延びる構成に限らず、例えば、第１中心軸線Ｏ１に対して平行に延びる構成としてもよい。温度センサ３を取り付け口１０ａに取り付ける取り付け部として取り付けねじ４を用いる構成に限らず、例えば、取り付け部として、ねじ以外の締結具や、クリップ、接着剤、溶着、溶接などを用いる構成としてもよい。また、取り付け部は必要に応じて、止水（封止）用のシール部材を有してもよい。

【0039】

なお、前述した実施形態に係る流路装置１は、温度センサ３が、取り付け口１０ａに固定される固定部３ａと、固定部３ａから直線状流路１１内に延びる延設部３ｂと、を有し、固定部３ａが延設部３ｂよりも太い、流路装置１であることが好ましい。

【0040】

前述した実施形態に係る流路装置１は、温度センサ３を取り付け口１０ａに取り付ける取り付け部を有する、流路装置１であることが好ましい。

【0041】

前述した実施形態に係る流路装置１は、連通口１１ａの中心Ｃから取り付け口１０ａまでの直線状流路１１の長手方向の長さＬ１が、連通口１１ａの中心Ｃから第１接続口８ａまでの直線状流路１１の長手方向の長さＬ２よりも短い、流路装置１であることが好ましい。

【0042】

前述した実施形態に係る流路装置１は、流路継手２が、第１接続口８ａと取り付け口１０ａとが対向配置されるＴ字型の３方分岐継手として構成される、流路装置１であることが好ましい。

【0043】

前述した実施形態に係る流路装置１は、直線状流路１１の太さが１ｃｍ以下、又は直線状流路１１の断面積が１ｃｍ^２以下である、流路装置１であることが好ましい。

【符号の説明】

【0044】

１ 流路装置
２ 流路継手
３ 温度センサ
３ａ 固定部
３ｂ 延設部
４ 取り付けねじ（取り付け部）
５ フローリアクタ
６ 制御部
６ａ 処理装置
６ｂ 流量調節部
６ｃ 温度調節部
７ フローリアクタ装置
８ 第１接続筒部
８ａ 第１接続口
９ 第２接続筒部
９ａ 第２接続口
１０ 取り付け筒部
１０ａ 取り付け口
１１ 直線状流路
１１ａ 連通口
１２ 第１流路部材
１２ａ 第１ねじ部材
１３ 第２流路部材
１３ａ 第２ねじ部材
１４ 第１流路
１５ 第２流路
１６ 筒部材
Ｃ 連通口の中心
Ｌ１ 第１長さ
Ｌ２ 第２長さ
Ｏ１ 第１中心軸線
Ｏ２ 第２中心軸線

【図1】

【図2】