マイクロミキサー
【課題】小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供する。
【解決手段】第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する細溝部102aと太溝部102bとを連結して構成される第１区画溝102と、第１区画溝の太溝部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する先端溝部103aを有し、第１区画溝内を流れる第１流体７と第２区画溝103内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３区画溝104と、第３区画溝と連通し、第３区画溝から吐出される混合流体９の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間105と、混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材106とを有することを特徴とする。
【解決手段】第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する細溝部102aと太溝部102bとを連結して構成される第１区画溝102と、第１区画溝の太溝部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する先端溝部103aを有し、第１区画溝内を流れる第１流体７と第２区画溝103内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３区画溝104と、第３区画溝と連通し、第３区画溝から吐出される混合流体９の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間105と、混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材106とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、欧州ではμ−ＴＡＳ(Micro Total Analysis Systemの略)、米国ではＬａｂ−ｏｎ−Ａ−ｃｈｉｐと称されるマイクロリアクターに代表される微細構造をもつマイクロ流体素子を用いて行う、２種類の微量流体の混合・撹拌を可能にする新規なマイクロミキサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロミキサーの構造に関する従来技術としては、例えば特許文献1に記載されているように、Ｙ字状に微小流路を形成した基板を用いたマイクロミキサーや、特許文献２に記載されているように、Ｔ字状に微小流路を形成した基板を用いたマイクロミキサーが知られている。
【特許文献１】特開２００６−２０５０８０号公報
【特許文献２】特開２００６−７０６３号公報
【０００３】
これらＹ字状やＴ字状の微小流路を形成したマイクロミキサー内では、流れは層流状態である。よって、２つの供給口から供給された溶液は、微小流路では２層の流れとなり、これら２層の撹拌・混合は拡散に支配されるため、完全混合を短時間で行うことは難しく、ある程度の時間が必要であるという問題がある。
【０００４】
また、混合時間の短縮を目的として、２液の界面の面積を大きくするための手段としては、例えば２層の流れを平面上で多数に分割して、多数の層流を形成し、混合・撹拌効率を向上させる方法が挙げられる。しかしながら、かかる方法は、流れを多数に分割するため、精密加工技術を用いて複雑なマルチ流路の形成が必要であり、これは、加工コストの高騰を招くため好ましくない。また、マルチ流路を用いた場合であっても、やはり平面的に形成された微小流路であるので、流体は依然として層流であり、撹拌・混合は拡散で支配されるため、混合効率に関して改良の余地があった。加えて、マルチ流路を平面上に形成するには、ある程度、大きな基板面積が必要となり、これは、マイクロミキサー全体を小型化する用途には使用できないという問題もあった。
【０００５】
さらに、他のマイクロミキサーの従来技術としては、多孔フィルターを用いたミキサー、多層ミキサー、流体のらせん流れを利用したカオス混合によって混合を行うミキサー、流路壁に衝突させることで発生する擬似乱流を利用するミキサー、超音波、電場、磁場、微小な撹拌子を利用したマイクロミキサー（例えば特許文献３）等の多種多様なマイクロミキサーが報告されているが、これらのマイクロミキサーはいずれも、流路パターンや装置構成が複雑であるため、高価となり、大量生産には適さないという問題がある。
【特許文献３】特開２００６−３２０８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、上述した問題点を鑑みなされたもので、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明の要旨は以下のとおりである。
（１）第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する第１案内部と、該第１案内部に拡大寸法で連結される第２案内部とを有する第１案内流路と、該第１案内流路の第２案内部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する吐出部分を有し、該吐出部分が第１案内流路の第２案内部の流路スペースよりも狭い流路スペースをもつ第２案内流路と、第１案内流路の第２案内部と第２案内流路の吐出部分とで区画され、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３案内流路と、該第３案内流路と連通し、前記第３案内流路から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間と、該混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第４案内流路とを有することを特徴とするマイクロミキサー。
【０００８】
（２）前記マイクロミキサーは、第１〜第４案内流路を少なくとも３本の管状部材を連結して形成してなるマイクロミキサーであり、第１案内流路が、第１案内部である細管部と、第２案内部である太管部とを連結してなる第１管状部材であり、第２案内流路が、前記第１管状部材の太管部に挿入された管状先端部をもつ第２管状部材であり、第３案内流路が、前記第１管状部材の太管部と前記第２管状部材の管状先端部とで区画された第１環状空間であり、混合促進空間が、第２案内流路の流入口と吐出口の間に位置するブロック状部材内に形成された圧力緩和空間であり、そして、第４案内流路が、第３管状部材である上記（１）記載のマイクロミキサー（第１発明）。
【０００９】
（３）前記マイクロミキサーは、少なくとも２枚の板状部材の積層体からなるマイクロミキサーであり、第１案内流路が、第１板状部材に底壁と第１溝壁とで区画形成され、第１案内部である細溝部と、第２案内部である太溝部とを連結してなる第１区画溝であり、第２案内流路が、前記第１板状部材に、前記第１区画溝の太溝部内に第２溝壁で区画形成された先端溝部をもつ第２区画溝であり、第３案内流路が、前記第１区画溝の太溝部と前記第２区画溝の先端溝部とで区画された第３区画溝であり、混合促進空間が、前記第１板状部材の第３区画溝から吐出する混合流体の流入が可能な位置に、前記第１板状部材とともに重ね合わされた第２板状部材に形成された圧力緩和空間であり、第４案内流路が、前記第２板状部材から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材である上記（１）記載のマイクロミキサー（第２発明）。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することが可能になった。
特に、この発明は、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させることにより、得られる混合流体の混合効率を高めることができ、また、衝突して得られた混合流体を、第２案内流路の吐出部分の吐出口で前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内することにより乱流を形成させて混合効率をさらに高めることができると共に、第３案内流路内で、流路を狭める等の構成に伴って混合流体の圧力を高めることにより、混合流体中の分子拡散距離を極力短くして混合効率をさらに高めることができ、さらに、第３案内流路から吐出される混合流体を混合促進空間に流入させて流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させることができる結果、完全混合状態を形成しにくいような第１流体と第２流体とを混合する場合であっても、低流量（または低流速）であっても完全混合を容易に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明のマイクロミキサーは、第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する第１案内部と、該第１案内部に拡大寸法で連結される第２案内部とを有する第１案内流路と、該第１案内流路の第２案内部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する吐出部分を有し、該吐出部分が第１案内流路の第２案内部の流路スペースよりも狭い流路スペースをもち、好適には、該吐出部分が第１案内流路の中心に位置するとともに、第１案内流路と同心に設けられた第２案内流路と、第１案内流路の第２案内部と第２案内流路の吐出部分とで区画され、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３案内流路と、該第３案内流路と連通し、前記第３案内流路から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間と、該混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第４案内流路とを有することにある。
【００１２】
この発明に従う実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
図１および図２は、第１発明に従うマイクロミキサーの要部構成を示したものであって、図１は正面図、図２は分解図である。
【００１３】
第１発明のマイクロミキサー１は、第１案内流路である第１管状部材２と、第２案内流路である第２管状部材３と、第３案内流路である第１環状空間４（図３）と、混合促進空間５と、第４案内流路である第３管状部材６とで主に構成され、少なくとも３本の管状部材、図１では３本の管状部材２、３および６を、好適にはＴ字状に連結して形成してなるマイクロミキサーである。
【００１４】
第１管状部材２は、好適にはストレート状をなし、第１案内部である細管部2aと、第２案内部である太管部2bとを連結して構成され、第１流体７が第１方向ｘに指向した流れになるように案内するために設けられる。
【００１５】
第２管状部材３は、好適にはストレート状をなし、第１管状部材２の太管部2b内に、前記第１方向ｘとは逆向きの方向、好適には第１方向ｘに対して１５０〜１８０°、最適には図１に示すように第１方向ｘに対して１８０°逆向きの方向ｙに指向した流れになるように第２流体８を案内する吐出部分である管状先端部3aを有し、この管状先端部3aが第１管状部材２の太管部2bの流路スペースＳ１よりも狭い流路スペースＳ２をもつ。図１では、第２管状部材３を、第１管状部材の太管部2bと同じサイズの外管部10と、その外管部10内に一端が挿入され他端が第１管状部材２内に挿入される内管部11とからなる２重管構造とするとともに、前記外管部10と内管部11との連結部12は、水密封鎖されるように構成した場合を示しているが、全長にわたって同径の１本の管で構成しても良い。
【００１６】
第１環状空間４は、第１管状部材２の太管2bと第２管状部材３の管状先端部3aとで区画され、第１管状部材２内を流れる第１流体７と、第２管状部材３内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９を、前記第１方向ｘと同じ向きの方向、好適には第１方向ｘに対して０〜３０°、最適には図１に示すように第１方向ｘに対して０°の方向に指向した流れに案内するとともに、前記混合流体９の圧力を高めるために設けられている。第１環状空間４にて混合流体９の圧力を高めるための手段としては、例えば、図１および図３では、第１環状空間４の流路断面積を第２管状部材３の管状先端部3aの外径を第１管状部材２の内径にできる限り近づけることによって狭めることにより混合流体９の圧力を高める場合を示しているが、第１流体７または第２流体８の流量を大きくすることによって混合流体９の圧力を高めてもよく、かかる構成については、種々の態様が考えられる。
【００１７】
混合促進空間５は、第２管状部材３の流入口13と吐出口14の間に位置するブロック状部材15内に形成される圧力緩和空間であって、第１環状空間４と連通し、この環状空間４から吐出される混合流体９の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体９の混合を促進させるために設けられている。
【００１８】
第３管状部材６は、この混合促進空間５内の混合流体９を所定の回収手段（図示せず）へ案内するために設けられ、図１では、環状空間４を流れる混合流体９をｘ方向に対し９０°屈曲させた方向Ｚに延在するようにブロック状部材15に装着されている。
【００１９】
図３は、第１管状部材２内を流れる第１流体７と、第２管状部材３内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９の流れを説明するための概念図である。
【００２０】
本発明のマイクロミキサーは、図３に示すように、第２流体８を吐出する第２管状部材３の吐出口14位置または吐出直後の位置で、第１流体７と第２流体８とが向流で供給され、衝突により混合が行われて混合流体９にすることができる。ただし、この混合流体９が、第１流体、例えば水と、第２流体、例えば１０％ポリアクリル酸水溶液とを混合するような完全混合状態を形成しにくいような混合流体である場合、従来のマイクロミキサーでは、例えば0.1ml/min以下のような低流量（または低流速）での混合では完全混合状態は形成されない。
【００２１】
次に、前記混合流体９は、第１管状部材２の太管部2bと第２管状部材３の管状先端部3aとで区画された第１環状空間４で、混合流体９の圧力を高めてから混合促進空間５内に排出される。このとき、第１環状空間４内を通る混合流体９の流れは、第１流体７の流れ方向（x方向）と同じ向きでかつ第２流体８の流れ方向（ｙ方向）とは逆向きの方向になる。
【００２２】
そして、本発明では、第１環状空間４から混合促進空間５内へ排出された混合流体９は、第１環状空間４内で高められた混合流体９の流体圧力を、混合促進空間５で圧力解放される際に発生する渦流により、混合・撹拌がより一層促進される結果、構造が比較的単純でありながら、流体の混合効率を有効に高めることができるのである。
【００２３】
また、第１発明では、第１管状部材２の細管部2a、第２管状部材３の管状先端部3aおよび第１環状空間４の断面積の比率は、０．１〜５：１：１〜３とすることが好ましく、また、第１管状部材２の細管部2aの先端から第２管状部材３の管状先端部3aの先端までの距離が０．００１〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．０１〜１ｍｍであり、さらにより好ましくは０．０５〜０．１ｍｍであり、このように構成することが、衝突による混合に関わる２つの流体の運動エネルギーを増大せしめる点、縮流による混合に関わる分子拡散距離を減少せしめる点、混合流体圧力の上昇および圧力解放（混合流体圧力の降下）による混合に関わる渦流を有効に形成せしめる点で好ましい。
【００２４】
第２管状部材３から吐出される第２流体８は、第１管状部材２を流れる第１流体７よりも流束が大きいことが好ましい。例えば、第１流体７が２％硫酸水溶液、第２流体８が１０％水酸化ナトリウム水溶液の場合には、第２流体８と第１流体７の流束の差が２０ｍｍ／ｓ以上であることが好適である。
【００２５】
さらに、第１環状空間４内を通る混合流体９の流体圧力P1は、０．２〜５MPaであることが好ましく、また、混合促進空間５内を通る混合流体９の流体圧力P2は０．１〜１MPaが好ましく、これらの圧力差P1-P2を０．１〜５MPaとすることが好適であり、より好適には、０．５〜１MPaである。なお、第１流体と第２流体の混合割合の調整方法は、例えば、第１流体および第２流体を供給するポンプの流量設定によって行う方法が挙げられる。
【００２６】
さらにまた、第１管状部材２や第２管状部材３には、前記流体が逆流するのを防止するため、必要に応じて逆止弁（図示せず）を設けることができる。
【００２７】
また、第１発明のマイクロミキサーは、図２では、第１、第２および第３管状部材２、３、６に、水密性を保持するためのシール材16、17、18を設けると共に、これら第１、第２および第３管状部材２、３、６に設けたボルトねじ19、20、21等の連結部を、第１環状空間を形成するブロック状部材15に設けたねじ切り穴22、23、24にそれぞれねじ連結する構成を示しているが、かかる構成には限定されない。前記シール材16、17、18の材質としては、水密性を保持できる材質であればよく、特に限定はしないが、例えば、アルミニウムのような金属、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金、テフロン（登録商標）のようなプラスチック樹脂等が挙げられる。
【００２８】
図４は、第２発明に従うマイクロミキサーの要部構成を示した分解斜視図である。
【００２９】
第２発明のマイクロミキサー101は、第１案内流路である第１区画溝102と、第２案内流路である第２区画溝103と、第３案内流路である第３区画溝104と、混合促進空間105と、第４案内流路である案内部材106とで主に構成され、少なくとも２枚の板状部材、図４では４枚の板状部材１０７、１１１、１１２，１１３の積層体からなるマイクロミキサーである。
【００３０】
第１区画溝102は、第１流体７が第１方向ｘに指向した流れになるように案内するために設けられ、第１板状部材107に、１つの底壁108と第１溝壁109とで区画形成され、第１案内部である細溝部102aと、第２案内部である太溝部102bとを連結して構成されている。
【００３１】
第２区画溝103は、第１区画溝102の太溝部102b内に、前記第１方向ｘとは逆向きの方向ｙに指向した流れになるよう第２流体８を案内する、第２溝壁110で区画形成された先端溝部103aを有し、該先端溝部103aが第１区画溝102の太溝部102bの流路スペースＳ１よりも狭い流路スペースＳ２を有している。
【００３２】
第３区画溝104は、第１区画溝102の太溝部102ｂと第２区画溝103の先端溝部103aとで区画され、第１区画溝102内を流れる第１流体７と、第２区画溝103内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９を、前記第１方向ｘと同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体９の流体圧力を高めるために設けられる。
【００３３】
混合促進空間105は、第３区画溝104に連通し、この第３区画溝104から吐出される混合流体９の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体９の混合を促進させる、前記第１板状部材107の第３区画溝104から吐出する混合流体９の流入が可能な位置に、前記第１板状部材107とともに重ね合わされた第２板状部材111に形成された圧力緩和空間である。なお、図４では、混合促進空間105は、第１板状部材107の上に、１枚の別の板状部材112を介して重ね合わせる構成が示されているが、第１板状部材107の上に直接重ね合わせても、あるいは、２枚以上の別の板状部材112を介して重ね合わせてもよく、加えて、第１板状部材107の下面側に、第１板状部材107に第１流体と第２流体を導入する貫通孔をそれぞれ設けた１枚以上の他の板状部材113を重ね合わせてもよく、それらの構成は必要に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
案内部材106は、前記第２板状部材111から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内するために設けられる。
【００３５】
そして、第２発明のマイクロミキサーもまた、上述した第１発明のマイクロミキサーと同様なメカニズムによって、構造が比較的単純でありながら、流体の混合効率を有効に高めることができるのである。
【００３６】
また、第１および第２発明のマイクロミキサを構成する各部材の材質としては、例えば、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金、テフロンやアクリルのようなプラスチック樹脂、石英のようなガラス、ジルコニアや窒化ケイ素のようなセラミックス等を用いることが好ましいが、圧力による部材の破壊防止の観点から、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金を用いることが特に好適である。
【００３７】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明(第１発明)に従うマイクロミキサーを試作し、このマイクロミキサーを用いて２種類の流体の混合を行ったので、以下で説明する。
【００３９】
（実施例）
第１発明に従うマイクロミキサーは、図１に示すように、第１管状部材２（細管部２aのサイズ：長さ１０ｍｍ、外径１．５ｍｍ、内径０．１４ｍｍ、太管部2bのサイズ：長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍ、内径０．４８ｍｍ）、第２管状部材３（外管部１０のサイズ：長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍ、内径０．４８ｍｍ、内管部１１のサイズ：長さ４８．９ｍｍ、外径０．４４ｍｍ、内径０．１４ｍｍ）および第３管状部材６（サイズ：長さ５０ｍｍ、外径１．６ｍｍ、内径０．４８ｍｍ）の３本の管状部材からなるマイクロミキサーであり、第１流体７として、２％の硫酸水溶液を用い、第２流体として、１．６０％ＫＩ水溶液、０．４１％ＫＩＯ３水溶液、３．３４％Ｈ３ＢＯ３水溶液および０．８０％ＮａＯＨ水溶液を、体積比で、１：１：１：１の割合で混合した４種混合水溶液を用いた。なお、第３管状部材６には、紫外可視分光光度計に混合水溶液が直接流入するように構成した。第１管状部材２内を流れる第１流体７の流量は０．１２５〜０．５ml/minとし、第２管状部材３内を流れる第２流体８の流量は０．１２５〜０．５ml/minとし、第３管状部材６内を流れる混合流体９を構成する第１流体７と第２流体８の割合は、１：１とし、第３管状部材６内を流れる混合流体９の流量を０．２５〜１．０ml/minの範囲内で変化させた。
【００４０】
第１流体と第２流体の混合特性は、Villermaux/Dushman反応を利用して評価した。すなわち、２種の流体を混合するとき、混合特性が良い場合には速い反応が優先的に進み、逆に混合特性が悪い場合には遅い反応も進む現象を利用して、遅い反応により生成される物質の濃度を測定することで混合特性を評価することができる。具体的には、上記第１流体と第２流体の混合すると、酸−アルカリ中和反応あるいは混合特性が悪い場合の反応であるＩ２生成反応が起こり、このＩ２生成反応が起こった場合、生成したＩ２は一部Ｉ３−となるが、このＩ３−は353nmの波長で吸収ピークを持つため、その吸光度を測定することで混合特性を評価した。この実施例では、353nmの波長での吸収ピークが小さいほど、混合特性が優れていることを示している。評価結果を図７に示す。
【００４１】
（比較例）
比較のため、図６に示すように、第１管状部材２０２と第２管状部材２０３とを対向させて設け、第１管状部材２０２内を通る第１流体７と、第２管状部材２０３内を通る第２流体８とを対流で衝突させて混合流体とした後、この混合流体９は、第１環状空間や混合促進空間を経ることなく、直接、第３管状部材２０６を通って排出されることを除いて実施例と同じ構成のマイクロミキサー２０１を試作し、混合特性を評価したのでその評価結果を図７に示す。なお、図７に示す比較例１は、第１管状部材２０２および第２管状部材２０３のサイズをともに、長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．４８ｍｍとし、第３管状部材２０６のサイズを長さ５０ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．４８ｍｍとした。比較例２は、第１管状部材２０２および第２管状部材２０３のサイズをともに、長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．１４ｍｍとし、第３管状部材２０６のサイズを長さ５０ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．４８ｍｍとした。
【００４２】
図７に示す結果から、実施例は、比較例１および２に比べて、いずれの流速においても、353nmの波長での吸収ピークが小さく、混合特性が優れているのがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明によれば、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明（第１発明）に従うマイクロミキサーの正面図である。
【図２】図１のマイクロミキサーの分解図である。
【図３】図１のマイクロミキサーにおいて、第１管状部材内を通る第１流体と第２管状部材内を通る第２流体とが対流で衝突させて混合流体となることを説明するための概念図である。
【図４】この発明（第２発明）に従うマイクロミキサーの分解斜視図である。
【図５】図４のマイクロミキサーにおいて、第１区画溝内を通る第１流体と第２区画溝内を通る第２流体とが対流で衝突させて混合流体となることを説明するための概念図である。
【図６】比較例１および２のマイクロミキサーにおいて、第１区画溝内を通る第１流体と第２区画溝内を通る第２流体とが対流で衝突させて混合流体となることを説明するための概念図である。
【図７】実施例と比較例１および２について、第３管状部材出側の混合流体の流量に対する353nmの波長での吸光度を測定した評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１、101、201 マイクロミキサー
２ 第１管状部材
３ 第２管状部材
４ 第１環状空間
５ 混合促進空間
６ 第３管状部材
７ 第１流体
８ 第２流体
10 外管部
11 内管部
12 連結部
13 第２管状部材の流入口
14 第２管状部材の吐出口
15 ブロック状部材
16、17、18 シール材
19、20、21 ボルトねじ
22、23、24 ブロック状部材のねじ切り穴
102 第１区画溝
103 第２区画溝
104 第３区画溝
105 混合促進空間
106 案内部材
107 第１板状部材
108 底壁
109 第１溝壁
110 第２溝壁
111 第２板状部材
112、113 板状部材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、欧州ではμ−ＴＡＳ(Micro Total Analysis Systemの略)、米国ではＬａｂ−ｏｎ−Ａ−ｃｈｉｐと称されるマイクロリアクターに代表される微細構造をもつマイクロ流体素子を用いて行う、２種類の微量流体の混合・撹拌を可能にする新規なマイクロミキサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロミキサーの構造に関する従来技術としては、例えば特許文献1に記載されているように、Ｙ字状に微小流路を形成した基板を用いたマイクロミキサーや、特許文献２に記載されているように、Ｔ字状に微小流路を形成した基板を用いたマイクロミキサーが知られている。
【特許文献１】特開２００６−２０５０８０号公報
【特許文献２】特開２００６−７０６３号公報
【０００３】
これらＹ字状やＴ字状の微小流路を形成したマイクロミキサー内では、流れは層流状態である。よって、２つの供給口から供給された溶液は、微小流路では２層の流れとなり、これら２層の撹拌・混合は拡散に支配されるため、完全混合を短時間で行うことは難しく、ある程度の時間が必要であるという問題がある。
【０００４】
また、混合時間の短縮を目的として、２液の界面の面積を大きくするための手段としては、例えば２層の流れを平面上で多数に分割して、多数の層流を形成し、混合・撹拌効率を向上させる方法が挙げられる。しかしながら、かかる方法は、流れを多数に分割するため、精密加工技術を用いて複雑なマルチ流路の形成が必要であり、これは、加工コストの高騰を招くため好ましくない。また、マルチ流路を用いた場合であっても、やはり平面的に形成された微小流路であるので、流体は依然として層流であり、撹拌・混合は拡散で支配されるため、混合効率に関して改良の余地があった。加えて、マルチ流路を平面上に形成するには、ある程度、大きな基板面積が必要となり、これは、マイクロミキサー全体を小型化する用途には使用できないという問題もあった。
【０００５】
さらに、他のマイクロミキサーの従来技術としては、多孔フィルターを用いたミキサー、多層ミキサー、流体のらせん流れを利用したカオス混合によって混合を行うミキサー、流路壁に衝突させることで発生する擬似乱流を利用するミキサー、超音波、電場、磁場、微小な撹拌子を利用したマイクロミキサー（例えば特許文献３）等の多種多様なマイクロミキサーが報告されているが、これらのマイクロミキサーはいずれも、流路パターンや装置構成が複雑であるため、高価となり、大量生産には適さないという問題がある。
【特許文献３】特開２００６−３２０８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、上述した問題点を鑑みなされたもので、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明の要旨は以下のとおりである。
（１）第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する第１案内部と、該第１案内部に拡大寸法で連結される第２案内部とを有する第１案内流路と、該第１案内流路の第２案内部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する吐出部分を有し、該吐出部分が第１案内流路の第２案内部の流路スペースよりも狭い流路スペースをもつ第２案内流路と、第１案内流路の第２案内部と第２案内流路の吐出部分とで区画され、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３案内流路と、該第３案内流路と連通し、前記第３案内流路から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間と、該混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第４案内流路とを有することを特徴とするマイクロミキサー。
【０００８】
（２）前記マイクロミキサーは、第１〜第４案内流路を少なくとも３本の管状部材を連結して形成してなるマイクロミキサーであり、第１案内流路が、第１案内部である細管部と、第２案内部である太管部とを連結してなる第１管状部材であり、第２案内流路が、前記第１管状部材の太管部に挿入された管状先端部をもつ第２管状部材であり、第３案内流路が、前記第１管状部材の太管部と前記第２管状部材の管状先端部とで区画された第１環状空間であり、混合促進空間が、第２案内流路の流入口と吐出口の間に位置するブロック状部材内に形成された圧力緩和空間であり、そして、第４案内流路が、第３管状部材である上記（１）記載のマイクロミキサー（第１発明）。
【０００９】
（３）前記マイクロミキサーは、少なくとも２枚の板状部材の積層体からなるマイクロミキサーであり、第１案内流路が、第１板状部材に底壁と第１溝壁とで区画形成され、第１案内部である細溝部と、第２案内部である太溝部とを連結してなる第１区画溝であり、第２案内流路が、前記第１板状部材に、前記第１区画溝の太溝部内に第２溝壁で区画形成された先端溝部をもつ第２区画溝であり、第３案内流路が、前記第１区画溝の太溝部と前記第２区画溝の先端溝部とで区画された第３区画溝であり、混合促進空間が、前記第１板状部材の第３区画溝から吐出する混合流体の流入が可能な位置に、前記第１板状部材とともに重ね合わされた第２板状部材に形成された圧力緩和空間であり、第４案内流路が、前記第２板状部材から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材である上記（１）記載のマイクロミキサー（第２発明）。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することが可能になった。
特に、この発明は、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させることにより、得られる混合流体の混合効率を高めることができ、また、衝突して得られた混合流体を、第２案内流路の吐出部分の吐出口で前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内することにより乱流を形成させて混合効率をさらに高めることができると共に、第３案内流路内で、流路を狭める等の構成に伴って混合流体の圧力を高めることにより、混合流体中の分子拡散距離を極力短くして混合効率をさらに高めることができ、さらに、第３案内流路から吐出される混合流体を混合促進空間に流入させて流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させることができる結果、完全混合状態を形成しにくいような第１流体と第２流体とを混合する場合であっても、低流量（または低流速）であっても完全混合を容易に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明のマイクロミキサーは、第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する第１案内部と、該第１案内部に拡大寸法で連結される第２案内部とを有する第１案内流路と、該第１案内流路の第２案内部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する吐出部分を有し、該吐出部分が第１案内流路の第２案内部の流路スペースよりも狭い流路スペースをもち、好適には、該吐出部分が第１案内流路の中心に位置するとともに、第１案内流路と同心に設けられた第２案内流路と、第１案内流路の第２案内部と第２案内流路の吐出部分とで区画され、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３案内流路と、該第３案内流路と連通し、前記第３案内流路から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間と、該混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第４案内流路とを有することにある。
【００１２】
この発明に従う実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
図１および図２は、第１発明に従うマイクロミキサーの要部構成を示したものであって、図１は正面図、図２は分解図である。
【００１３】
第１発明のマイクロミキサー１は、第１案内流路である第１管状部材２と、第２案内流路である第２管状部材３と、第３案内流路である第１環状空間４（図３）と、混合促進空間５と、第４案内流路である第３管状部材６とで主に構成され、少なくとも３本の管状部材、図１では３本の管状部材２、３および６を、好適にはＴ字状に連結して形成してなるマイクロミキサーである。
【００１４】
第１管状部材２は、好適にはストレート状をなし、第１案内部である細管部2aと、第２案内部である太管部2bとを連結して構成され、第１流体７が第１方向ｘに指向した流れになるように案内するために設けられる。
【００１５】
第２管状部材３は、好適にはストレート状をなし、第１管状部材２の太管部2b内に、前記第１方向ｘとは逆向きの方向、好適には第１方向ｘに対して１５０〜１８０°、最適には図１に示すように第１方向ｘに対して１８０°逆向きの方向ｙに指向した流れになるように第２流体８を案内する吐出部分である管状先端部3aを有し、この管状先端部3aが第１管状部材２の太管部2bの流路スペースＳ１よりも狭い流路スペースＳ２をもつ。図１では、第２管状部材３を、第１管状部材の太管部2bと同じサイズの外管部10と、その外管部10内に一端が挿入され他端が第１管状部材２内に挿入される内管部11とからなる２重管構造とするとともに、前記外管部10と内管部11との連結部12は、水密封鎖されるように構成した場合を示しているが、全長にわたって同径の１本の管で構成しても良い。
【００１６】
第１環状空間４は、第１管状部材２の太管2bと第２管状部材３の管状先端部3aとで区画され、第１管状部材２内を流れる第１流体７と、第２管状部材３内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９を、前記第１方向ｘと同じ向きの方向、好適には第１方向ｘに対して０〜３０°、最適には図１に示すように第１方向ｘに対して０°の方向に指向した流れに案内するとともに、前記混合流体９の圧力を高めるために設けられている。第１環状空間４にて混合流体９の圧力を高めるための手段としては、例えば、図１および図３では、第１環状空間４の流路断面積を第２管状部材３の管状先端部3aの外径を第１管状部材２の内径にできる限り近づけることによって狭めることにより混合流体９の圧力を高める場合を示しているが、第１流体７または第２流体８の流量を大きくすることによって混合流体９の圧力を高めてもよく、かかる構成については、種々の態様が考えられる。
【００１７】
混合促進空間５は、第２管状部材３の流入口13と吐出口14の間に位置するブロック状部材15内に形成される圧力緩和空間であって、第１環状空間４と連通し、この環状空間４から吐出される混合流体９の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体９の混合を促進させるために設けられている。
【００１８】
第３管状部材６は、この混合促進空間５内の混合流体９を所定の回収手段（図示せず）へ案内するために設けられ、図１では、環状空間４を流れる混合流体９をｘ方向に対し９０°屈曲させた方向Ｚに延在するようにブロック状部材15に装着されている。
【００１９】
図３は、第１管状部材２内を流れる第１流体７と、第２管状部材３内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９の流れを説明するための概念図である。
【００２０】
本発明のマイクロミキサーは、図３に示すように、第２流体８を吐出する第２管状部材３の吐出口14位置または吐出直後の位置で、第１流体７と第２流体８とが向流で供給され、衝突により混合が行われて混合流体９にすることができる。ただし、この混合流体９が、第１流体、例えば水と、第２流体、例えば１０％ポリアクリル酸水溶液とを混合するような完全混合状態を形成しにくいような混合流体である場合、従来のマイクロミキサーでは、例えば0.1ml/min以下のような低流量（または低流速）での混合では完全混合状態は形成されない。
【００２１】
次に、前記混合流体９は、第１管状部材２の太管部2bと第２管状部材３の管状先端部3aとで区画された第１環状空間４で、混合流体９の圧力を高めてから混合促進空間５内に排出される。このとき、第１環状空間４内を通る混合流体９の流れは、第１流体７の流れ方向（x方向）と同じ向きでかつ第２流体８の流れ方向（ｙ方向）とは逆向きの方向になる。
【００２２】
そして、本発明では、第１環状空間４から混合促進空間５内へ排出された混合流体９は、第１環状空間４内で高められた混合流体９の流体圧力を、混合促進空間５で圧力解放される際に発生する渦流により、混合・撹拌がより一層促進される結果、構造が比較的単純でありながら、流体の混合効率を有効に高めることができるのである。
【００２３】
また、第１発明では、第１管状部材２の細管部2a、第２管状部材３の管状先端部3aおよび第１環状空間４の断面積の比率は、０．１〜５：１：１〜３とすることが好ましく、また、第１管状部材２の細管部2aの先端から第２管状部材３の管状先端部3aの先端までの距離が０．００１〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．０１〜１ｍｍであり、さらにより好ましくは０．０５〜０．１ｍｍであり、このように構成することが、衝突による混合に関わる２つの流体の運動エネルギーを増大せしめる点、縮流による混合に関わる分子拡散距離を減少せしめる点、混合流体圧力の上昇および圧力解放（混合流体圧力の降下）による混合に関わる渦流を有効に形成せしめる点で好ましい。
【００２４】
第２管状部材３から吐出される第２流体８は、第１管状部材２を流れる第１流体７よりも流束が大きいことが好ましい。例えば、第１流体７が２％硫酸水溶液、第２流体８が１０％水酸化ナトリウム水溶液の場合には、第２流体８と第１流体７の流束の差が２０ｍｍ／ｓ以上であることが好適である。
【００２５】
さらに、第１環状空間４内を通る混合流体９の流体圧力P1は、０．２〜５MPaであることが好ましく、また、混合促進空間５内を通る混合流体９の流体圧力P2は０．１〜１MPaが好ましく、これらの圧力差P1-P2を０．１〜５MPaとすることが好適であり、より好適には、０．５〜１MPaである。なお、第１流体と第２流体の混合割合の調整方法は、例えば、第１流体および第２流体を供給するポンプの流量設定によって行う方法が挙げられる。
【００２６】
さらにまた、第１管状部材２や第２管状部材３には、前記流体が逆流するのを防止するため、必要に応じて逆止弁（図示せず）を設けることができる。
【００２７】
また、第１発明のマイクロミキサーは、図２では、第１、第２および第３管状部材２、３、６に、水密性を保持するためのシール材16、17、18を設けると共に、これら第１、第２および第３管状部材２、３、６に設けたボルトねじ19、20、21等の連結部を、第１環状空間を形成するブロック状部材15に設けたねじ切り穴22、23、24にそれぞれねじ連結する構成を示しているが、かかる構成には限定されない。前記シール材16、17、18の材質としては、水密性を保持できる材質であればよく、特に限定はしないが、例えば、アルミニウムのような金属、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金、テフロン（登録商標）のようなプラスチック樹脂等が挙げられる。
【００２８】
図４は、第２発明に従うマイクロミキサーの要部構成を示した分解斜視図である。
【００２９】
第２発明のマイクロミキサー101は、第１案内流路である第１区画溝102と、第２案内流路である第２区画溝103と、第３案内流路である第３区画溝104と、混合促進空間105と、第４案内流路である案内部材106とで主に構成され、少なくとも２枚の板状部材、図４では４枚の板状部材１０７、１１１、１１２，１１３の積層体からなるマイクロミキサーである。
【００３０】
第１区画溝102は、第１流体７が第１方向ｘに指向した流れになるように案内するために設けられ、第１板状部材107に、１つの底壁108と第１溝壁109とで区画形成され、第１案内部である細溝部102aと、第２案内部である太溝部102bとを連結して構成されている。
【００３１】
第２区画溝103は、第１区画溝102の太溝部102b内に、前記第１方向ｘとは逆向きの方向ｙに指向した流れになるよう第２流体８を案内する、第２溝壁110で区画形成された先端溝部103aを有し、該先端溝部103aが第１区画溝102の太溝部102bの流路スペースＳ１よりも狭い流路スペースＳ２を有している。
【００３２】
第３区画溝104は、第１区画溝102の太溝部102ｂと第２区画溝103の先端溝部103aとで区画され、第１区画溝102内を流れる第１流体７と、第２区画溝103内を流れる第２流体８とを向流で衝突させて得られる混合流体９を、前記第１方向ｘと同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体９の流体圧力を高めるために設けられる。
【００３３】
混合促進空間105は、第３区画溝104に連通し、この第３区画溝104から吐出される混合流体９の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体９の混合を促進させる、前記第１板状部材107の第３区画溝104から吐出する混合流体９の流入が可能な位置に、前記第１板状部材107とともに重ね合わされた第２板状部材111に形成された圧力緩和空間である。なお、図４では、混合促進空間105は、第１板状部材107の上に、１枚の別の板状部材112を介して重ね合わせる構成が示されているが、第１板状部材107の上に直接重ね合わせても、あるいは、２枚以上の別の板状部材112を介して重ね合わせてもよく、加えて、第１板状部材107の下面側に、第１板状部材107に第１流体と第２流体を導入する貫通孔をそれぞれ設けた１枚以上の他の板状部材113を重ね合わせてもよく、それらの構成は必要に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
案内部材106は、前記第２板状部材111から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内するために設けられる。
【００３５】
そして、第２発明のマイクロミキサーもまた、上述した第１発明のマイクロミキサーと同様なメカニズムによって、構造が比較的単純でありながら、流体の混合効率を有効に高めることができるのである。
【００３６】
また、第１および第２発明のマイクロミキサを構成する各部材の材質としては、例えば、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金、テフロンやアクリルのようなプラスチック樹脂、石英のようなガラス、ジルコニアや窒化ケイ素のようなセラミックス等を用いることが好ましいが、圧力による部材の破壊防止の観点から、ステンレス鋼やニッケル基合金のような合金を用いることが特に好適である。
【００３７】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明(第１発明)に従うマイクロミキサーを試作し、このマイクロミキサーを用いて２種類の流体の混合を行ったので、以下で説明する。
【００３９】
（実施例）
第１発明に従うマイクロミキサーは、図１に示すように、第１管状部材２（細管部２aのサイズ：長さ１０ｍｍ、外径１．５ｍｍ、内径０．１４ｍｍ、太管部2bのサイズ：長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍ、内径０．４８ｍｍ）、第２管状部材３（外管部１０のサイズ：長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍ、内径０．４８ｍｍ、内管部１１のサイズ：長さ４８．９ｍｍ、外径０．４４ｍｍ、内径０．１４ｍｍ）および第３管状部材６（サイズ：長さ５０ｍｍ、外径１．６ｍｍ、内径０．４８ｍｍ）の３本の管状部材からなるマイクロミキサーであり、第１流体７として、２％の硫酸水溶液を用い、第２流体として、１．６０％ＫＩ水溶液、０．４１％ＫＩＯ３水溶液、３．３４％Ｈ３ＢＯ３水溶液および０．８０％ＮａＯＨ水溶液を、体積比で、１：１：１：１の割合で混合した４種混合水溶液を用いた。なお、第３管状部材６には、紫外可視分光光度計に混合水溶液が直接流入するように構成した。第１管状部材２内を流れる第１流体７の流量は０．１２５〜０．５ml/minとし、第２管状部材３内を流れる第２流体８の流量は０．１２５〜０．５ml/minとし、第３管状部材６内を流れる混合流体９を構成する第１流体７と第２流体８の割合は、１：１とし、第３管状部材６内を流れる混合流体９の流量を０．２５〜１．０ml/minの範囲内で変化させた。
【００４０】
第１流体と第２流体の混合特性は、Villermaux/Dushman反応を利用して評価した。すなわち、２種の流体を混合するとき、混合特性が良い場合には速い反応が優先的に進み、逆に混合特性が悪い場合には遅い反応も進む現象を利用して、遅い反応により生成される物質の濃度を測定することで混合特性を評価することができる。具体的には、上記第１流体と第２流体の混合すると、酸−アルカリ中和反応あるいは混合特性が悪い場合の反応であるＩ２生成反応が起こり、このＩ２生成反応が起こった場合、生成したＩ２は一部Ｉ３−となるが、このＩ３−は353nmの波長で吸収ピークを持つため、その吸光度を測定することで混合特性を評価した。この実施例では、353nmの波長での吸収ピークが小さいほど、混合特性が優れていることを示している。評価結果を図７に示す。
【００４１】
（比較例）
比較のため、図６に示すように、第１管状部材２０２と第２管状部材２０３とを対向させて設け、第１管状部材２０２内を通る第１流体７と、第２管状部材２０３内を通る第２流体８とを対流で衝突させて混合流体とした後、この混合流体９は、第１環状空間や混合促進空間を経ることなく、直接、第３管状部材２０６を通って排出されることを除いて実施例と同じ構成のマイクロミキサー２０１を試作し、混合特性を評価したのでその評価結果を図７に示す。なお、図７に示す比較例１は、第１管状部材２０２および第２管状部材２０３のサイズをともに、長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．４８ｍｍとし、第３管状部材２０６のサイズを長さ５０ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．４８ｍｍとした。比較例２は、第１管状部材２０２および第２管状部材２０３のサイズをともに、長さ３５ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．１４ｍｍとし、第３管状部材２０６のサイズを長さ５０ｍｍ、外径１．６ｍｍおよび内径０．４８ｍｍとした。
【００４２】
図７に示す結果から、実施例は、比較例１および２に比べて、いずれの流速においても、353nmの波長での吸収ピークが小さく、混合特性が優れているのがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明によれば、小型でありながら構造が比較的単純で、かつ混合効率を有効に高めることができるマイクロミキサーを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明（第１発明）に従うマイクロミキサーの正面図である。
【図２】図１のマイクロミキサーの分解図である。
【図３】図１のマイクロミキサーにおいて、第１管状部材内を通る第１流体と第２管状部材内を通る第２流体とが対流で衝突させて混合流体となることを説明するための概念図である。
【図４】この発明（第２発明）に従うマイクロミキサーの分解斜視図である。
【図５】図４のマイクロミキサーにおいて、第１区画溝内を通る第１流体と第２区画溝内を通る第２流体とが対流で衝突させて混合流体となることを説明するための概念図である。
【図６】比較例１および２のマイクロミキサーにおいて、第１区画溝内を通る第１流体と第２区画溝内を通る第２流体とが対流で衝突させて混合流体となることを説明するための概念図である。
【図７】実施例と比較例１および２について、第３管状部材出側の混合流体の流量に対する353nmの波長での吸光度を測定した評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１、101、201 マイクロミキサー
２ 第１管状部材
３ 第２管状部材
４ 第１環状空間
５ 混合促進空間
６ 第３管状部材
７ 第１流体
８ 第２流体
10 外管部
11 内管部
12 連結部
13 第２管状部材の流入口
14 第２管状部材の吐出口
15 ブロック状部材
16、17、18 シール材
19、20、21 ボルトねじ
22、23、24 ブロック状部材のねじ切り穴
102 第１区画溝
103 第２区画溝
104 第３区画溝
105 混合促進空間
106 案内部材
107 第１板状部材
108 底壁
109 第１溝壁
110 第２溝壁
111 第２板状部材
112、113 板状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する第１案内部と、該第１案内部に拡大寸法で連結される第２案内部とを有する第１案内流路と、
該第１案内流路の第２案内部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する吐出部分を有し、該吐出部分が第１案内流路の第２案内部の流路スペースよりも狭い流路スペースをもつ第２案内流路と、
第１案内流路の第２案内部と第２案内流路の吐出部分とで区画され、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３案内流路と、
該第３案内流路と連通し、前記第３案内流路から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間と、
該混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第４案内流路と
を有することを特徴とするマイクロミキサー。
【請求項２】
前記マイクロミキサーは、第１〜第４案内流路を少なくとも３本の管状部材を連結して形成してなるマイクロミキサーであり、
第１案内流路が、第１案内部である細管部と、第２案内部である太管部とを連結してなる第１管状部材であり、
第２案内流路が、前記第１管状部材の太管部に挿入された管状先端部をもつ第２管状部材であり、
第３案内流路が、前記第１管状部材の太管部と前記第２管状部材の管状先端部とで区画された第１環状空間であり、
混合促進空間が、第２案内流路の流入口と吐出口の間に位置するブロック状部材内に形成された圧力緩和空間であり、そして、
第４案内流路が、第３管状部材である請求項１記載のマイクロミキサー。
【請求項３】
前記マイクロミキサーは、少なくとも２枚の板状部材の積層体からなるマイクロミキサーであり、
第１案内流路が、第１板状部材に底壁と第１溝壁とで区画形成され、第１案内部である細溝部と、第２案内部である太溝部とを連結してなる第１区画溝であり、
第２案内流路が、前記第１板状部材に、前記第１区画溝の太溝部内に第２溝壁で区画形成された先端溝部をもつ第２区画溝であり、
第３案内流路が、前記第１区画溝の太溝部と前記第２区画溝の先端溝部とで区画された第３区画溝であり、
混合促進空間が、前記第１板状部材の第３区画溝から吐出する混合流体の流入が可能な位置に、前記第１板状部材とともに重ね合わされた第２板状部材に形成された圧力緩和空間であり、
第４案内流路が、前記第２板状部材から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材である請求項１記載のマイクロミキサー。
【請求項１】
第１流体が第１方向に指向した流れになるように案内する第１案内部と、該第１案内部に拡大寸法で連結される第２案内部とを有する第１案内流路と、
該第１案内流路の第２案内部内に、前記第１方向とは逆向きに指向した流れになるよう第２流体を案内する吐出部分を有し、該吐出部分が第１案内流路の第２案内部の流路スペースよりも狭い流路スペースをもつ第２案内流路と、
第１案内流路の第２案内部と第２案内流路の吐出部分とで区画され、第１案内流路内を流れる第１流体と第２案内流路内を流れる第２流体とを向流で衝突させて得られる混合流体を、前記第１方向と同じ向きに指向した流れに案内するとともに、前記混合流体の圧力を高める第３案内流路と、
該第３案内流路と連通し、前記第３案内流路から吐出される混合流体の流体圧力を下げ、これに伴って生じる渦流により混合流体の混合を促進させる混合促進空間と、
該混合促進空間内の混合流体を所定の回収手段へ案内する第４案内流路と
を有することを特徴とするマイクロミキサー。
【請求項２】
前記マイクロミキサーは、第１〜第４案内流路を少なくとも３本の管状部材を連結して形成してなるマイクロミキサーであり、
第１案内流路が、第１案内部である細管部と、第２案内部である太管部とを連結してなる第１管状部材であり、
第２案内流路が、前記第１管状部材の太管部に挿入された管状先端部をもつ第２管状部材であり、
第３案内流路が、前記第１管状部材の太管部と前記第２管状部材の管状先端部とで区画された第１環状空間であり、
混合促進空間が、第２案内流路の流入口と吐出口の間に位置するブロック状部材内に形成された圧力緩和空間であり、そして、
第４案内流路が、第３管状部材である請求項１記載のマイクロミキサー。
【請求項３】
前記マイクロミキサーは、少なくとも２枚の板状部材の積層体からなるマイクロミキサーであり、
第１案内流路が、第１板状部材に底壁と第１溝壁とで区画形成され、第１案内部である細溝部と、第２案内部である太溝部とを連結してなる第１区画溝であり、
第２案内流路が、前記第１板状部材に、前記第１区画溝の太溝部内に第２溝壁で区画形成された先端溝部をもつ第２区画溝であり、
第３案内流路が、前記第１区画溝の太溝部と前記第２区画溝の先端溝部とで区画された第３区画溝であり、
混合促進空間が、前記第１板状部材の第３区画溝から吐出する混合流体の流入が可能な位置に、前記第１板状部材とともに重ね合わされた第２板状部材に形成された圧力緩和空間であり、
第４案内流路が、前記第２板状部材から流出する混合流体を所定の回収手段へ案内する案内部材である請求項１記載のマイクロミキサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１２３６４（Ｐ２０１０−１２３６４Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６８７５１（Ｐ２００７−６８７５１）
【出願日】平成１９年３月１６日（２００７．３．１６）
【出願人】（５０４１４７２４３）国立大学法人 岡山大学 (444)
【出願人】（５０２０８９６９３）財団法人 岡山県産業振興財団 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１６日（２００７．３．１６）
【出願人】（５０４１４７２４３）国立大学法人 岡山大学 (444)
【出願人】（５０２０８９６９３）財団法人 岡山県産業振興財団 (14)
【Ｆターム（参考）】
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