JPH05104002A - 熱交換面積調節式の反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化学反応実験の温度管理を、無人で正確に行
えるようにする。 【構成】 反応容器の周囲に熱交換ジャケットを設け、
当該ジャケット内に通す伝熱媒体の液高を調節すること
により、熱交換面積を調節するようにする。 【効果】 伝熱媒体の速度を一定に保ちながらも、伝熱
効率を調節できるので、高能率の冷却が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換面積を自動的に
調節する反応装置に関するもので、発熱量の変化が大き
い反応の実験などに有効である。

【０００２】

【従来の技術】化学工業における技術開発競争には凄ま
じいものがあるが、昨今の技術者不足の状況下では、技
術の研究開発に振り向けられる人材は限られてくる。こ
のため、研究開発過程の省力化が、強く望まれていた。

【０００３】多年来、本件出願人は、化学反応実験を自
動で管理できる装置を開発して、かかる要望に応ぜんと
してきたが、従来開発してきた自動反応管理装置には、
反応温度の管理の点で若干の不満が残っていた。という
のも、従来の反応温度管理の主流を占めていた方法は、
反応容器内に設けたヒーターで加熱し、あるいは、反応
容器外部を周包するジャケット内を流動する低温の液体
の流速を変化させることによって冷却するといった方法
だったので、化学反応の進行に伴い、それまで僅かだっ
た反応熱が急激に増加しても、液体事態の持つ慣性のた
めにそう短時間には流速を上げられず、冷却が間に合わ
なくなることがあったためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の反応
管理装置に上記の欠点があったことに鑑みてなされたも
ので、冷却レスポンスが高く、発熱量の急激な変化を伴
う反応にも利用できるような装置を提供することを技術
的課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以下、上記課題解決のた
めに、本発明において採用された手段を説明すると、反
応容器を取り巻くように、上部にエア口を持った熱交換
ジャケットを設け、冷却機構を設けて熱交換ジャケット
内に液状伝熱媒体を循環させるようにし、反応温度セン
サに反応容器内の温度を測定させ、反応温度センサ及び
冷却機構に制御器を連繋した上で、反応温度センサで検
知する反応容器内の温度が冷却必要温度以上になった
ら、制御器で冷却機構をコントロールして、熱交換ジャ
ケット内での伝熱媒体と反応容器外壁との接触面積を増
大させて冷却効率を上げ、反応温度センサで検知する反
応容器内の温度が冷却不要温度以下になったら、制御器
で冷却機構をコントロールして、熱交換ジャケット内で
の伝熱媒体と反応容器外壁との接触面積を減少させて冷
却効率を下げるという手段を採用することにより、急激
な発熱量の変化があっても、反応容器内の温度を一定温
度域内に保つことのできる反応装置を提供したのであ
る。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【０００７】内部にヒーターＨ、攪拌機Ｍなどを備えた
ガラス製の略円筒形反応容器１の側面には、熱交換ジャ
ケット２が周設される。この反応容器１は、底部に排液
口を、上部に投液口を備え、内部で重合反応を遂行でき
るようになっている。また、熱交換ジャケット２の最上
部にはエア口21が、底部には伝熱液導入口22と伝熱液排
出口23がそれぞれ設けてあり、有底円環柱状をなした熱
交換ジャケット内部に、水道水を用いた伝熱媒体を循環
させることができる。

【０００８】伝熱媒体は、冷却機構により定流速で流路
内を循環させられる。伝熱媒体の流路は、恒温液槽31か
ら液送ポンプ32、流量計33を経て熱交換ジャケット２の
導入口22に入り、熱交換ジャケット２の排出口23から出
て液高調節器34を経由し恒温液槽31に戻るように構成さ
れている。

【０００９】このうち、液高調節器34は、昇降テーブル
34aと当該テーブル34a上に設置された立管34bと立管34b
上部から流出する伝熱媒体を回収する受皿34cから構成
されている。液体の粘性を無視すれば熱交換ジャケット
２内の液圧と立管34b内の液圧とが等しいので、立管34b
上部から水がオーバーフローして、立管34b最上部の高
さと熱交換ジャケット２内の液高が等しくなる。このた
め、立管34bを昇降させれば、熱交換ジャケット２内の
液高が調節でき、これにより、伝熱媒体と反応容器１外
壁との接触面積、つまり熱交換面積を調節できるのであ
る。

【００１０】また、恒温液槽31内には、温度センサS4の
検出する液温に従って温調器T4で制御しながら、適宜新
しい水道水が導入されることによって温度調節が計られ
ているが、これだけでは温度調節が不十分なため、冷却
器35の冷却液循環コイルが収めてあり、前記温調機T4で
冷却器35を制御することにより、液槽31内の伝熱媒体を
冷却したり加熱したりして、定温に保つようになってい
る。

【００１１】更に、本実施例の反応装置には、温度セン
サも設けられる。反応容器１内部に設けられるものは反
応液の温度を監視する反応温度センサS1であり、熱交換
ジャケット２の冷却液導入口22近傍に設けられるものが
導入液温センサS2、熱交換ジャケット２の冷却液排出口
23近傍に設けられるものが排出液温センサS3である。し
かして、本実施例では、反応温度センサS1の検出する温
度に従ってプログラム温調器T1で制御電流を発し、当該
制御電流を電流比較回路DUで比較して信号を発して、そ
の信号に応じてヒーターＨを作動させたり冷却機構の立
管34bを所要量昇降させたりして、温度調節を行う。し
たがって、本実施例においては、プログラム温調器T1が
特許請求の範囲にいう制御器を構成している。なお、本
実施例においては、攪拌機Ｍを適宜作動させることによ
り、加熱あるいは冷却のときに反応液を攪拌して加熱あ
るいは冷却が効率良くいくように計られている。更に、
立管34bの位置は、バーグラフ34dで視認できるようにな
っていて、外部から冷却の開始や終了を知ることができ
る。

【００１２】また、導入液温センサS2で検出される液温
と、排出液温センサS3で検出される液温とは、それぞれ
温調器T2、T3を経由して、コンピュータ４に送られる。
空気は水に較べて熱伝導性がとても悪いので、伝熱媒体
の一部が熱交換ジャケット２内で気化してエア口21から
出ていってしまうことを無視すれば、単位時間当りに反
応容器１から伝熱媒体が奪った熱量は、単位時間当りに
熱交換ジャケット２内を循環した伝熱媒体の熱容量の総
和と伝熱媒体がジャケット２内で昇温した温度とによっ
て決定される。そして、前記コンピュータ４は、これを
算定する目的で設けられている。もっとも、本実施例に
おいては、伝熱媒体と反応容器外壁とが接触する面積、
つまり熱交換面積と、伝熱媒体の温度変化とから、伝熱
媒体が奪った熱量を算定しても良い。また、コンピュー
タ４は、反応温度センサS1から反応容器１内の温度を報
知されており、これを前記算定値と共に記憶しておくこ
とにより、反応の進行による発熱量の変化を把握するこ
とができるようになっている。

【００１３】なお、熱交換ジャケット２内で昇温した伝
熱媒体は、ジャケット２内の上部に溜まる傾向があるの
で、冷却後に伝熱媒体をジャケット２から排出してしま
うことは、次回の冷却時の応答性の観点からも、好まし
い。

【００１４】以上の実施例の他、ヒーターの代わりに加
熱コイルを採用して、加熱の必要な時には、コイル内部
に高温液体を流動させることにより、反応容器内部を加
熱するようにしても良い。

【００１５】

【発明の効果】以上のような反応装置は、冷却レスポン
スに優れているので、発熱量の大きい反応、発熱量変化
の大きい反応などの実験の際にも、正確な温度管理が可
能となる。したがって、産業上の利用価値が頗る高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のブロック線図である。

【符号の説明】

１ 反応容器 ２ 熱交換ジャケット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部にエア口を持ち反応容器を取り巻く
   熱交換ジャケットと、反応容器内の温度を測定する反応
   温度センサと、前記熱交換ジャケット内に液状伝熱媒体
   を循環させる冷却機構と、前記反応温度センサ及び冷却
   機構に連繋する制御器とを有し、反応温度センサで検知
   する反応容器内の温度が冷却必要温度以上になったら、
   制御器で冷却機構をコントロールして、熱交換ジャケッ
   ト内での伝熱媒体と反応容器外壁との接触面積を増大さ
   せて冷却効率を上げ、反応温度センサで検知する反応容
   器内の温度が冷却不要温度以下になったら、制御器で冷
   却機構をコントロールして、熱交換ジャケット内での伝
   熱媒体と反応容器外壁との接触面積を減少させて冷却効
   率を下げることにより、反応容器内の温度を一定温度域
   内に保つことを特徴とする熱交換面積調節式の反応装
   置。
2. 【請求項２】 冷却機構が液高調節器を備え、当該液高
   調節器が熱交換ジャケット内の伝熱媒体の液高を調節す
   ることにより、熱交換ジャケット内での伝熱媒体と反応
   容器外壁との接触面積を増減させるようになっているこ
   とを特徴とする請求項１記載の熱交換面積調節式の反応
   装置。