マイクロリアクタ
【課題】コンパクトな構成で混合または反応を効率良く行うことのできるマイクロリアクタを提供する。
【解決手段】流体用の筒状反応器であって、同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路１Ｂと三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路１Ｃと繋がり外周に形成した溝状の合流部１Ｄに連通する排出流路を形成した反応器本体１と、前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リング２と、前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１組のエンドプレート３とよりなり、それぞれを機密性を保ち組み上げる。
【解決手段】流体用の筒状反応器であって、同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路１Ｂと三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路１Ｃと繋がり外周に形成した溝状の合流部１Ｄに連通する排出流路を形成した反応器本体１と、前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リング２と、前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１組のエンドプレート３とよりなり、それぞれを機密性を保ち組み上げる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な流路を用いて、流動性のある原材料の混合や、或いは反応を行うマイクロリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学分野等において、複数の材料を微小空間の中で混合、化学反応などを効率的に行なう装置の研究が活発である。そういった装置はマイクロ化学プラントなどと呼ばれ、化学反応の必要最小限の量の流動性のある原材料を効率的に用いるという省資源化や、また化学反応を静的に効率良く行なうので使用されるエネルギーが少なくて済むという環境負荷の低減など環境対応の側面から、或いは必要な量に対応する規模の生産設備でムダ無く化学反応を実現するという生産効率の向上が期待できる事業対応の側面から、世界的な注目を集めている。
【０００３】
そのマイクロ化学プラントの研究・開発の中心となるものは、流動性のある原材料（以後流体と総称する）を供給する流路断面の幅や高さがミリメートルから数百、数十μｍというＹ字状やＴ字状の微小流路の形成や、流路形成のための構造に関するものが多く、内外の研究機関から活発な研究成果の発表が行なわれている。
【０００４】
事業対応の側面からみると、マイクロ化学プラントは、上述のように微小流路という空間内での流体の混合、化学反応などを行う生産設備であり、大型タンク等を用いた従来のバッチ方式のプラントと比較して多くの有利点を備える。例えば、１）複数の流体の混合や化学反応を短時間且つ微量の原材料で行えること、２）原材料が容易に均一に混合されて、小規模な反応装置でも短時間で投入材料の全量の反応を終わらせることができること、３）装置が小型であるため実験室レベルで生成物の製造技術を確立できれば、必要な量に応じた装置の数の増加させることで需要量に合わせた生産量の調整が容易にできること等である。
【０００５】
このため、化学工業や医薬品工業の分野では、流体の混合や、或いは反応を行い性質の異なった原材料や製品を製造するための好適な装置として注目され、近年、その研究開発が盛んに行われている。
【０００６】
マイクロ化学プラントを構成するものは、材料供給装置、マイクロミキサ、熱交換装置、マイクロリアクタ、分離装置、これらの各装置を接続する配管、及び制御装置などを主構成要素とする。このうちマイクロミキサ及びマイクロリアクタは、それぞれ流路幅が数十μｍ〜数ｍｍ程度のオーダーである微小な流路を有し、この流路に導かれた複数の流体を互いに接触させることで混合または化学反応を生起するものである。
【０００７】
マイクロミキサとマイクロリアクタとは、基本的には共通な構成であり、一般にその用途が混合である場合はマイクロミキサと呼び、化学反応である場合はマイクロリアクタと呼ぶ。従って、本発明のマイクロリアクタはマイクロミキサも含めている。
【０００８】
このようなマイクロリアクタは、マイクロ化学プラントにおいては非常に重要なデバイスであり、そのリアクタの基本的な構造は特許文献としてもいくつか提示されている。
例えば、特許文献１（特開２００４ー２４３３０８号公報）の発明では、微小流路の集積密度を上げ微小流路で化学合成物質或いは微粒子を工業的に大量生産する目的で、微小流路に原材料を送液する一例を上げている。その構造は、薄い円板（ディスク）にＹ字状の微小流路を形成した微小流路体を、２つの流体供給用構造体で挟み、２つの流体供給用構造体それぞれの流体導入口から材料を供給し、前記の中央に挟持されたＹ字状の微小流路で混合、或いは化学反応した材料を、２つのうち一方の流体供給構造体に設けた流体排出口から排出しているものである。これによりゲル製造用の微粒子製造装置として活用できると開示されている。
【０００９】
また、特許文献２（特許第３７２７５９４号公報）の発明では、複数の溶液（流体）を急速に混合及び反応させる目的で、円筒状の小型の混合用装置の一例を上げている。その構造は、円筒状のベースプレートとミキシングプレートを上下のカバープレートで挟み込むサンドイッチ構造とし、ベースプレートは、流入路に繋がった櫛歯状の流路を複数設け、それぞれの櫛歯の先端が中央部に互いに独立して貫通する構造であり、それらの櫛歯の貫通部を通して流入する流体がミキシングプレートに形成したミキシング流路に導かれている。これにより複数の流体の急速な混合ができると開示している。
【００１０】
さらに、特許文献３（特開２００５ー４９０９９６号公報）の発明では、マイクロ化学チップにおいて、被処理流体に所定の反応を発生させる精密かつ均一な加熱を行なう目的で、平板に形成した流路に温度制御部材を付加した装置の一例を上げている。その構造はセラミック材料の薄板に、葛折状に流路（処理部）を形成して２つの材料供給口から流入した材料を合流・排出し、そのセラミック材料にはヒータと放熱板を密着して沿わせている。これにより、処理部における温度分布を精度良く均一化することが実現されると開示されている。
【００１１】
一方、特許文献４（特開２００１ー３２１６４９号公報）では、温度差の大きい２つの流体を混合する目的で、混合の熱応力を回避して安定して流量の変化にも対応した流体の混合を行なう装置の一例を上げている。その構造は、Ｔ字型継ぎ手に、中央に小径の管壁に多数の小孔を形成した内管を、Ｔ字型継ぎ手の直管両端よりレジューシングピースで支承および外部との配管接続をしている。これにより、温度差の大きい２つの流体を流量の変化によらず安定して混合することができると開示している。
【００１２】
他社の文献では、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ， Ｉｎｃ．社発行の“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ｍｉｘｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｓｔａｎｔ Ｍｉｘｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ Ｓｅｇｍｅｎｔ”（Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２００５，２８，Ｎｏ．３ ３２４Ｐ−３３０Ｐ）に円盤状の部材に放射状の流路を形成したミキサーが紹介され、そのミキサー（反応器）の性能を評価・確認する手法としては、「Ｖｉｌｌｅｒｍａｕｘ／Ｄｕｓｈｍａｎ反応」によるＥｈｒｆｅｌｄ’ｓ法で、２つの溶液の混合によってイオン化されたヨウ素が還元してヨウ素分子が生成され、その混合によって還元され生成されたヨウ素の量を、混合後の液に紫外線を照射してＵＶスペクトルの３５２ｎｍの吸光度によって混合度合いを比較する方法を用いている。
【００１３】
このミキサーは円筒の一方より２つの流体の直線状導入路から、環状の流路を経て複数の放射状の微小流路によって中心に向かって流体が流れ込み、中心で流体が混合して他方の側に排出されている。結論としてこのミキサーは流量への柔軟な対応と混合が十分に行なわれていると開示している。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４ー２４３３０８号公報
【特許文献２】特許第３７２７５９４号公報
【特許文献３】特開２００５ー４９０９９６号公報
【特許文献４】特開２００１ー３２１６４９号公報
【非特許文献１】“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ｍｉｘｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｓｔａｎｔ Ｍｉｘｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ Ｓｅｇｍｅｎｔ”（Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２００５，２８，Ｎｏ．３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、微小流路によるマイクロ化学プラントの中で、ミリメートル単位の流路のマイクロ化学プラントで上述した「効率的な混合・反応」「量への柔軟な対応」「温度差を持つ流体」への課題を「微細加工などの特殊な加工プロセスを必要とせず安価に提供する」ことと同時に満足する構造の装置はいまだ実現されていない。
特許文献１の発明では基本部材の微小粒路基板に「微細加工」が必要で高価な装置になるという問題、或いは「成形加工」などで微細構造を実現し、低価格での実現しようとすると、組み上げ時の微細流路からの液の漏れを防止する為の密閉度を実現する構造的な制約などの課題がある。
【００１６】
また、特許文献２の発明では、基本部材であるベースプレートへの櫛歯状の流路形成について、その形状の複雑さから放電加工など加工時間を要する、また非常に複雑な機械加工が必要であり、工数の多い複雑で高価な部材を必要とする、或いは量の増大への対応には、そうした高価な部材を大量に準備する必要があるという課題がある。
【００１７】
さらに、特許文献３の発明では、セラミックの薄板にヒータと放熱板が必要である構造上の制約で大量の流体の混合には不向きである等の課題があった。
或いは、特許文献４の発明では、微小流量の物に対応するには管の径を細くする必要があり、そうした場合、内管の径も当然小さなものとなってしまい、そうした小径の管に多数の小孔を形成する加工上の課題と、量への対応に課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の課題を解決するために、本発明のマイクロリアクタは、
流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１組のエンドプレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられている構成としている。
また、一方のエンドプレートに代えて、
前記反応器本体の他の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する、熱伝導率の低い材料により形成された１つの中間プレートと、
中間プレートを固定する環状プレートとする構成としている。
或いは、同心円上に形成した三路微小流路を２つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路と接続する構成としている。
さらに、一部に温冷熱源等を付加して温度調節機能を付加すること、環状の封止部材を備えること、また、前記三路微小流路の合流前のそれぞれの流路の径及び合流後の流路の径が流量に比例した径であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、
三路微小流路のリアクタによる好ましい微小流体の混合及び／或いは反応が実現され、密集した配置による混合及び／或いは反応をそれぞれの三路微小流路における微小流体の混合及び／或いは反応の周囲条件を同一条件で行うことができる。
また、必要に応じて反応温度条件を変えたり、或いは流入するそれぞれの流体の温度条件を異なった設定とすることができ、さらには、異なった流量に対応した流体の混合及び／或いは反応を１つの反応器によって、簡単に反応器本体の回動（回転）で行なうことが可能であり、さらには所用の総流量の２つの流体の混合及び／或いは反応を確実に、効率的にしかも低コストで行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明による筒状反応器の一例として「円筒状」の反応器の断面を示すもので、
反応器本体１の外周には外リング２が嵌め合わされ、両端には外部より流体を供給する配管が接続され、反応器本体１及び外リング２と一体で固定するためのエンドプレート３が備えられる。
さらに詳しく構成を説明すると、反応器本体１は、端面に外部からの流体を導入して複数の流路に流体を分散する拡散部１Ａが形成され、また反応器本体１の両端面の拡散部１Ａからは、同心円上に複数の導入流路１Ｂを介して中央に、「三路」が直線とその中央で直角に交差する「Ｔ字型」で構成されたＴ字型微小流路１Ｃが形成され、そのＴ字型微小流路１Ｃの中央の足の位置にある微小流路は、径方向外向きにして形成され、さらに反応器本体１の中央外周にはＴ字型微小流路１Ｃの中央の足の位置にある微小流路の径より大なる径の排出流路を介して合流部１Ｄが形成されている。
【００２１】
外リング２は、前記反応器本体１に形成された環状の合流部１Ｄから混合及び／或いは反応した流体を外部に排出する流路と、その流路を介し外部配管へ接続する為の「継ぎ手」を取り付けるネジ部を形成した流体配管接続部を備え、前記反応器本体１の外周に嵌め合わされ反応器本体１の合流部１Ｄを取り囲んでいる。
【００２２】
エンドプレート３はフランジ構造をしており、中心に外部からの流体を供給する小径の流路と、流路を介して流体を供給する外部配管へ接続する為の「継ぎ手」を取り付けるネジ部を形成した流体配管接続部を備え、外周部に反応器本体１及び外リング２と一体で固定するための固定部材用の貫通孔を複数形成している。
【００２３】
前記反応器本体１とエンドプレート３の間、そして前記反応器本体１と外リング２の間には、図１のように流入する２つの流体同士、或いは２つの流体が混合及び／或いは反応する前後で、互いに混じり合わないように、拡散部１Ａ及び合流部１Ｄを囲む反応器本体１及びエンドプレート３の部位にＯリング４を挿入する溝を適宜設け、流体が反応器の内部・外部に漏れないように封止されそれぞれの流体が密閉されて組み上げられている。
このＯリング４は接合面のどちらに配置されてあっても良い。また、導入流路１Ｂに流体を供給するこの拡散部１Ａは、反応器本体１に形成するとあるが、エンドプレート３側にあっても良い。
【００２４】
これらの反応器本体１，外リング２及びエンドプレート３等の部材は、流体の性質や、混合及び／或いは反応させる用途に応じて選択され、金属材料であれば、一般的なステンレス鋼、樹脂材料であればポリアセタール樹脂或いはフッ素系樹脂などによって必要な形状に加工され組み合わされることで十分である。耐久性や剛性、或いは流体が比較的高い温度で取り扱う必要など特別な要求があれ場合には金属材料がより好ましい。
【００２５】
次に、この構成によって外部から供給した流体が混合及び／或いは反応される仕組みを説明する。
流体のＴ字型微小流路までの動きは同一であるので、以下片側の流体の流れで説明する。
【００２６】
混合及び／或いは反応させる流体は、１つのエンドプレート３の外部との流体配管接続部に形成されたネジ部に付けられた継ぎ手を介して接続された供給経路の配管を接続して外部より導入され、反応器本体１の拡散部１Ａから、反応器本体１の中心軸に同心円上に、かつ平行に複数形成された導入流路１Ｂを経てＴ字型微小流路１Ｃに流れる。
この複数のＴ字型微小流路１Ｃの両側から流れ込んだ２つの流体は、このＴ字型微小流路１Ｃの中央で衝突、合流して、混合及び／或いは反応しながら中央部で分岐し外周方向に向かって延びた流路から反応器本体１の中央外周に形成された環状の合流部１Ｄに流れ出す。
【００２７】
環状の合流部１Ｄに流れ出た混合及び／或いは反応した２つの流体は、外リング２に形成された流路、流体配管接続部に密閉装着された継ぎ手、それに接続された配管によって外部に排出される。
【００２８】
この実施形態では「三路」が直線とその中央で直角に交差する「Ｔ字型」で構成されるＴ字型微小流路を説明したが、混合及び／或いは反応する流体の性質などに依っては、この合流する角度が１８０度以外のもの、例えば導出微小流路側へ流れのエネルギー損失の低い角度（例えばＹ字状）や、反対の損失の大きい角度（例えば傘状）で２つの流体が合流する構成も容易にできる。
【００２９】
この時、混合及び／或いは反応に必要な、或いは単に流体の流れを促進する温度に条件があれば、その最適な温度に反応器全体を保つため、図２のように外リング２に温度調節（温調）のための温冷熱源５、例えばバンド型のヒータ或いは、温冷熱源からの熱媒体を流通させる熱交換媒体等を温度検知器などと共に設け、反応器本体１などの温度を検知し温冷熱源５を制御して所定の温度にすることが好ましい。
【００３０】
また、流体が反応器の外部に漏れないように封止する目的を達成することを簡便に実現するために、前記反応器本体１とエンドプレート３の間、そして前記反応器本体１との間に、合流部１Ｄ或いは拡散部１Ａを囲む部位に溝を形成して、それぞれの要素間の、要素間での流体の漏れを封止するＯリング４を挿入する代わりに、図３のように反応器本体１及び外リング２とエンドプレート３と接合部を軸方向の面で接触するように構成して、それぞれの端面に一つの環状封止部材６を挿入することが好ましい。
これによってそれぞれの流体の通過部分の周囲に、個別に溝を形成してＯリングを挿入して流体の通過部分からの流体の漏れを封止するのに比べ、構成部品が少なくてコストを抑え、流体の漏れを封止することが実現される。
【００３１】
さらに、混合及び／或いは反応するそれぞれの流体のＴ字型微小流路１Ｃへの導入までの温度条件に異なった温度条件が必要である場合、例えば一方の流体の室温付近での粘性が高く流動性が低いような場合、温冷熱源５にはヒータなどの加熱用熱源を温度調節可能に制御して備え、一方のエンドプレート３と反応器本体１とを、使用中には外部から流入する流体の温度と合わせて一定の温度に保ち、その一方の流体の流動性を高めて、その流動性を他の流体の流動性と同程度に保つ場合などには、
図４のように、他のエンドプレート３を外部との流体配管接続部と、前記反応器本体１のＴ字型微小流路１Ｃに連結する複数の傾斜導入流路７−１が形成される熱伝導率の低い材料による中間プレート７と、前記中間プレート７を固定する環状プレート８とで構成することが好ましい。この熱伝導率の低い材料としては耐薬品性に優れた樹脂材料や、高温特性に優れたセラミック材料などが推奨される。
【００３２】
こうして、中間プレート７に耐薬品性の優れた樹脂材料、例えばポリアセタール樹脂、フッ素系樹脂等のエンジニアリングプラスチックスを使用すれば、エンドプレート３側から流入する流体の温度を高く設定して流入する流体の流動性が高まり、室温でも十分な流動性を持つ流体との混合及び／或いは反応をする際に、他の流体が流体配管接続部から導入されるＴ字型微小流路１Ｃまでは、流入する流体が不必要に温度が高くなり、時には混合及び／或いは反応する前に流入する流体の性質が変化してしまい、本来の目的である２つの流体の混合及び／反応にも影響を与えてしまうこと等を避けることができる。
【００３３】
反対に、極端にエンドプレート３側から流入する液体の流入時の温度が低い場合には、温冷熱源５に低温熱源を備え、混合及び／或いは反応直前までの一定温度の保持を可能にする。
【００３４】
さらに、熱伝導率の低い材料で構成した中間プレート７から流入する流体の温度が極端に高い場合には、この中間プレート７にセラミック材を用いて構成すれば、混合及び／或いは反応直前までの一定温度の保持を可能にでき、それぞれに２つの流体の混合及び／或いは反応を効率良く行うことができる。
【００３５】
こうして構成されたマイクロリアクタによる２つの流体の混合及び／或いは反応の働きを実施例により説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１の反応器を、ステンレス鋼を用いて、反応器本体１の導入流路１Ｂの径を１ｍｍ、そしてＴ字型微小流路１Ｃの径を０．１ｍｍ及び０．５ｍｍの２種類で作成した。
【００３７】
この実施例における２つの流体には、１つの流体がヨウ化カリウム、ヨウ素酸カリウム、酢酸ナトリウムの３つの溶液を十分に混合した混合液とし、他の流体として溶液に酢酸ナトリウムを選択し、この２つの流体の混合によって生成する成分としてはヨウ素が生成され、そのヨウ素の生成量が混合度合いに依存するという性質を利用する。
【００３８】
そしてヨウ素の生成を検知計測する方法としては、引用文献と同じように「Ｖｉｌｌｅｒｍａｕｘ／Ｄｕｓｈｍａｎ反応」による混合後の液に紫外線を照射してＵＶスペクトルの３５２ｎｍの吸光度によって混合度合いを比較する方法を採用した。
【００３９】
非特許文献から引用した図５の試験結果において、単純なＴ字型流路を使用した場合、ＩＭＭと表記されたドイツの企業が提供するミキサーを使用した場合、そして筆者（Ｈｉｄｅｈａｒｕ Ｎａｇａｓａｗａ）等の研究成果である放射状流路ミキサーを使用した場合の性能比較がなされ、筆者等の性能が優れていると開示されている。
本発明のマイクロリアクタの性能も、ステンレス鋼に本発明によるマイクロリアクタとして１つのＴ字型微小流路を形成し、その流路の径をφ０．１ｍｍとした本発明のマイクロリアクタで１ｍｌ／ｍｉｎ程度の微小流量において波長３５２ｎｍの吸光度を計測すると、その値は０．０１２、またＴ字型微小流路１Ｃの径をφ０．５ｍｍとした本発明のマイクロリアクタで１０ｍｌ／ｍｉｎの流量において吸光度を計測すると０．０１３であり、非特許文献の引用文献における筆者らの最高の性能のミキサーと同等以上の２液の混合を達成している。
【００４０】
また、この実験結果から、流路の径がφ０．５ｍｍの微小流路では、１０ｍｌ／ｍｉｎ以下では波長３５２ｎｍの吸光度が急激に上昇し、混合が十分ではないと言う結果となった。これから、流動性のある流体及びその流量に最適な流路径によってＴ字型微小流路を形成し、そのＴ字型微小流路の数の増減で大きな流量に対応する事が好ましい。
【００４１】
このように、本発明のマイクロリアクタによれば、集積型のＴ字型微小流路１Ｃのリアクタによる好ましい微小流体の混合及び／或いは反応が実現され、また非常に近接・密集した配置による混合及び／或いは反応をそれぞれのＴ字型微小流路１Ｃにおける微小流体の混合及び／或いは反応の周囲条件を同一条件で行うことができ、さらに必要に応じ流体間の混合及び／或いは反応を促進する為や、或いは流体の流れ易さを維持する為などに、流入するそれぞれの流体の温度条件を異なった設定とすることができ、所用の総流量の２つの流体の混合及び／或いは反応を確実に、効率的にしかも低コストで行うことが可能となる。
【００４２】
また、反応器本体１に形成する導入流路１Ｂ及びＴ字型微小流路１Ｃの近接・密集の度合いを限界まで利用するようにスペースの許容範囲内で増やすことで、２つの流体の混合及び／或いは反応する量を増やす＝生産性を向上することができることは明らかである。
【００４３】
さらには、図６に示すように同心円上に複数形成した前記三路微小流路を２つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路をエンドプレート側に設け（図中斜線画が付された部分など）と接続する構成とする（この例では反応器本体１を４５度の倍数の角度で取り付け位置を振る）ことで、流量を変えた試験が反応器の取り付け角度を変える変更で対応が可能である。
【００４４】
この角度を振るのは、反応器本体１とエンドプレート３の相対位置（角度）の変更であるので片側のエンドプレート３を外し、本体を一定角度振ることで実現する、或いはエンドプレート３及び外リング２に複数形成された固定反応器本体１とを一体で固定するための固定部材用の貫通孔の角度が一致するものであれば、固定部材を外し一対のエンドプレート３を流体の連通路と共に一定の角度振って実現することもできる。
【００４５】
また、筒の断面は多角形であっても良く、特に円筒に限定されるものではない。多角形の場合には流量を変化させて再組み立てする際に、方向（角度）を変えることが外形を合わせるだけで、特別な指標なしにも容易に組み立てが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、近年注目を浴びているマイクロスケールの空間内での複数の流体を混合、化学反応などを行う生産設備として利用可能であり、大型タンク等を用いた従来のバッチ方式のプラントと比較して多くの有利点を備えるマイクロ化学プラントの一つのものとして、様々な分野における流体の混合及び／或いは反応に適用が可能で、必要に応じてこの装置の数を増やすことで求められる生成流体の量を簡便に調整することもできるという生産量への対応に柔軟性がある生産設備の一部として活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の（円）筒状反応器の部分断面図である
【図２】温調機能を付与した（円）筒状反応器の部分断面図である
【図３】環状封止部材による封止機能を付与した（円）筒状反応器の部分断面図である
【図４】低熱伝導率部材を片側の導入部にした（円）筒状反応器の部分断面図である
【図５】混合度合いを吸光度で計測比較した従来例のグラフ（引用文献資料より）
【図６】微小流路を群（本例では３つの流路を群）として利用する例を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１ 反応器本体
２ 外リング
３ エンドプレート
４ Ｏリング
５ 温冷熱源
６ 環状封止部材
７ 中間プレート
８ 環状プレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な流路を用いて、流動性のある原材料の混合や、或いは反応を行うマイクロリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学分野等において、複数の材料を微小空間の中で混合、化学反応などを効率的に行なう装置の研究が活発である。そういった装置はマイクロ化学プラントなどと呼ばれ、化学反応の必要最小限の量の流動性のある原材料を効率的に用いるという省資源化や、また化学反応を静的に効率良く行なうので使用されるエネルギーが少なくて済むという環境負荷の低減など環境対応の側面から、或いは必要な量に対応する規模の生産設備でムダ無く化学反応を実現するという生産効率の向上が期待できる事業対応の側面から、世界的な注目を集めている。
【０００３】
そのマイクロ化学プラントの研究・開発の中心となるものは、流動性のある原材料（以後流体と総称する）を供給する流路断面の幅や高さがミリメートルから数百、数十μｍというＹ字状やＴ字状の微小流路の形成や、流路形成のための構造に関するものが多く、内外の研究機関から活発な研究成果の発表が行なわれている。
【０００４】
事業対応の側面からみると、マイクロ化学プラントは、上述のように微小流路という空間内での流体の混合、化学反応などを行う生産設備であり、大型タンク等を用いた従来のバッチ方式のプラントと比較して多くの有利点を備える。例えば、１）複数の流体の混合や化学反応を短時間且つ微量の原材料で行えること、２）原材料が容易に均一に混合されて、小規模な反応装置でも短時間で投入材料の全量の反応を終わらせることができること、３）装置が小型であるため実験室レベルで生成物の製造技術を確立できれば、必要な量に応じた装置の数の増加させることで需要量に合わせた生産量の調整が容易にできること等である。
【０００５】
このため、化学工業や医薬品工業の分野では、流体の混合や、或いは反応を行い性質の異なった原材料や製品を製造するための好適な装置として注目され、近年、その研究開発が盛んに行われている。
【０００６】
マイクロ化学プラントを構成するものは、材料供給装置、マイクロミキサ、熱交換装置、マイクロリアクタ、分離装置、これらの各装置を接続する配管、及び制御装置などを主構成要素とする。このうちマイクロミキサ及びマイクロリアクタは、それぞれ流路幅が数十μｍ〜数ｍｍ程度のオーダーである微小な流路を有し、この流路に導かれた複数の流体を互いに接触させることで混合または化学反応を生起するものである。
【０００７】
マイクロミキサとマイクロリアクタとは、基本的には共通な構成であり、一般にその用途が混合である場合はマイクロミキサと呼び、化学反応である場合はマイクロリアクタと呼ぶ。従って、本発明のマイクロリアクタはマイクロミキサも含めている。
【０００８】
このようなマイクロリアクタは、マイクロ化学プラントにおいては非常に重要なデバイスであり、そのリアクタの基本的な構造は特許文献としてもいくつか提示されている。
例えば、特許文献１（特開２００４ー２４３３０８号公報）の発明では、微小流路の集積密度を上げ微小流路で化学合成物質或いは微粒子を工業的に大量生産する目的で、微小流路に原材料を送液する一例を上げている。その構造は、薄い円板（ディスク）にＹ字状の微小流路を形成した微小流路体を、２つの流体供給用構造体で挟み、２つの流体供給用構造体それぞれの流体導入口から材料を供給し、前記の中央に挟持されたＹ字状の微小流路で混合、或いは化学反応した材料を、２つのうち一方の流体供給構造体に設けた流体排出口から排出しているものである。これによりゲル製造用の微粒子製造装置として活用できると開示されている。
【０００９】
また、特許文献２（特許第３７２７５９４号公報）の発明では、複数の溶液（流体）を急速に混合及び反応させる目的で、円筒状の小型の混合用装置の一例を上げている。その構造は、円筒状のベースプレートとミキシングプレートを上下のカバープレートで挟み込むサンドイッチ構造とし、ベースプレートは、流入路に繋がった櫛歯状の流路を複数設け、それぞれの櫛歯の先端が中央部に互いに独立して貫通する構造であり、それらの櫛歯の貫通部を通して流入する流体がミキシングプレートに形成したミキシング流路に導かれている。これにより複数の流体の急速な混合ができると開示している。
【００１０】
さらに、特許文献３（特開２００５ー４９０９９６号公報）の発明では、マイクロ化学チップにおいて、被処理流体に所定の反応を発生させる精密かつ均一な加熱を行なう目的で、平板に形成した流路に温度制御部材を付加した装置の一例を上げている。その構造はセラミック材料の薄板に、葛折状に流路（処理部）を形成して２つの材料供給口から流入した材料を合流・排出し、そのセラミック材料にはヒータと放熱板を密着して沿わせている。これにより、処理部における温度分布を精度良く均一化することが実現されると開示されている。
【００１１】
一方、特許文献４（特開２００１ー３２１６４９号公報）では、温度差の大きい２つの流体を混合する目的で、混合の熱応力を回避して安定して流量の変化にも対応した流体の混合を行なう装置の一例を上げている。その構造は、Ｔ字型継ぎ手に、中央に小径の管壁に多数の小孔を形成した内管を、Ｔ字型継ぎ手の直管両端よりレジューシングピースで支承および外部との配管接続をしている。これにより、温度差の大きい２つの流体を流量の変化によらず安定して混合することができると開示している。
【００１２】
他社の文献では、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ， Ｉｎｃ．社発行の“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ｍｉｘｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｓｔａｎｔ Ｍｉｘｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ Ｓｅｇｍｅｎｔ”（Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２００５，２８，Ｎｏ．３ ３２４Ｐ−３３０Ｐ）に円盤状の部材に放射状の流路を形成したミキサーが紹介され、そのミキサー（反応器）の性能を評価・確認する手法としては、「Ｖｉｌｌｅｒｍａｕｘ／Ｄｕｓｈｍａｎ反応」によるＥｈｒｆｅｌｄ’ｓ法で、２つの溶液の混合によってイオン化されたヨウ素が還元してヨウ素分子が生成され、その混合によって還元され生成されたヨウ素の量を、混合後の液に紫外線を照射してＵＶスペクトルの３５２ｎｍの吸光度によって混合度合いを比較する方法を用いている。
【００１３】
このミキサーは円筒の一方より２つの流体の直線状導入路から、環状の流路を経て複数の放射状の微小流路によって中心に向かって流体が流れ込み、中心で流体が混合して他方の側に排出されている。結論としてこのミキサーは流量への柔軟な対応と混合が十分に行なわれていると開示している。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４ー２４３３０８号公報
【特許文献２】特許第３７２７５９４号公報
【特許文献３】特開２００５ー４９０９９６号公報
【特許文献４】特開２００１ー３２１６４９号公報
【非特許文献１】“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ｍｉｘｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｓｔａｎｔ Ｍｉｘｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ Ｓｅｇｍｅｎｔ”（Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２００５，２８，Ｎｏ．３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、微小流路によるマイクロ化学プラントの中で、ミリメートル単位の流路のマイクロ化学プラントで上述した「効率的な混合・反応」「量への柔軟な対応」「温度差を持つ流体」への課題を「微細加工などの特殊な加工プロセスを必要とせず安価に提供する」ことと同時に満足する構造の装置はいまだ実現されていない。
特許文献１の発明では基本部材の微小粒路基板に「微細加工」が必要で高価な装置になるという問題、或いは「成形加工」などで微細構造を実現し、低価格での実現しようとすると、組み上げ時の微細流路からの液の漏れを防止する為の密閉度を実現する構造的な制約などの課題がある。
【００１６】
また、特許文献２の発明では、基本部材であるベースプレートへの櫛歯状の流路形成について、その形状の複雑さから放電加工など加工時間を要する、また非常に複雑な機械加工が必要であり、工数の多い複雑で高価な部材を必要とする、或いは量の増大への対応には、そうした高価な部材を大量に準備する必要があるという課題がある。
【００１７】
さらに、特許文献３の発明では、セラミックの薄板にヒータと放熱板が必要である構造上の制約で大量の流体の混合には不向きである等の課題があった。
或いは、特許文献４の発明では、微小流量の物に対応するには管の径を細くする必要があり、そうした場合、内管の径も当然小さなものとなってしまい、そうした小径の管に多数の小孔を形成する加工上の課題と、量への対応に課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の課題を解決するために、本発明のマイクロリアクタは、
流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１組のエンドプレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられている構成としている。
また、一方のエンドプレートに代えて、
前記反応器本体の他の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する、熱伝導率の低い材料により形成された１つの中間プレートと、
中間プレートを固定する環状プレートとする構成としている。
或いは、同心円上に形成した三路微小流路を２つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路と接続する構成としている。
さらに、一部に温冷熱源等を付加して温度調節機能を付加すること、環状の封止部材を備えること、また、前記三路微小流路の合流前のそれぞれの流路の径及び合流後の流路の径が流量に比例した径であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、
三路微小流路のリアクタによる好ましい微小流体の混合及び／或いは反応が実現され、密集した配置による混合及び／或いは反応をそれぞれの三路微小流路における微小流体の混合及び／或いは反応の周囲条件を同一条件で行うことができる。
また、必要に応じて反応温度条件を変えたり、或いは流入するそれぞれの流体の温度条件を異なった設定とすることができ、さらには、異なった流量に対応した流体の混合及び／或いは反応を１つの反応器によって、簡単に反応器本体の回動（回転）で行なうことが可能であり、さらには所用の総流量の２つの流体の混合及び／或いは反応を確実に、効率的にしかも低コストで行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明による筒状反応器の一例として「円筒状」の反応器の断面を示すもので、
反応器本体１の外周には外リング２が嵌め合わされ、両端には外部より流体を供給する配管が接続され、反応器本体１及び外リング２と一体で固定するためのエンドプレート３が備えられる。
さらに詳しく構成を説明すると、反応器本体１は、端面に外部からの流体を導入して複数の流路に流体を分散する拡散部１Ａが形成され、また反応器本体１の両端面の拡散部１Ａからは、同心円上に複数の導入流路１Ｂを介して中央に、「三路」が直線とその中央で直角に交差する「Ｔ字型」で構成されたＴ字型微小流路１Ｃが形成され、そのＴ字型微小流路１Ｃの中央の足の位置にある微小流路は、径方向外向きにして形成され、さらに反応器本体１の中央外周にはＴ字型微小流路１Ｃの中央の足の位置にある微小流路の径より大なる径の排出流路を介して合流部１Ｄが形成されている。
【００２１】
外リング２は、前記反応器本体１に形成された環状の合流部１Ｄから混合及び／或いは反応した流体を外部に排出する流路と、その流路を介し外部配管へ接続する為の「継ぎ手」を取り付けるネジ部を形成した流体配管接続部を備え、前記反応器本体１の外周に嵌め合わされ反応器本体１の合流部１Ｄを取り囲んでいる。
【００２２】
エンドプレート３はフランジ構造をしており、中心に外部からの流体を供給する小径の流路と、流路を介して流体を供給する外部配管へ接続する為の「継ぎ手」を取り付けるネジ部を形成した流体配管接続部を備え、外周部に反応器本体１及び外リング２と一体で固定するための固定部材用の貫通孔を複数形成している。
【００２３】
前記反応器本体１とエンドプレート３の間、そして前記反応器本体１と外リング２の間には、図１のように流入する２つの流体同士、或いは２つの流体が混合及び／或いは反応する前後で、互いに混じり合わないように、拡散部１Ａ及び合流部１Ｄを囲む反応器本体１及びエンドプレート３の部位にＯリング４を挿入する溝を適宜設け、流体が反応器の内部・外部に漏れないように封止されそれぞれの流体が密閉されて組み上げられている。
このＯリング４は接合面のどちらに配置されてあっても良い。また、導入流路１Ｂに流体を供給するこの拡散部１Ａは、反応器本体１に形成するとあるが、エンドプレート３側にあっても良い。
【００２４】
これらの反応器本体１，外リング２及びエンドプレート３等の部材は、流体の性質や、混合及び／或いは反応させる用途に応じて選択され、金属材料であれば、一般的なステンレス鋼、樹脂材料であればポリアセタール樹脂或いはフッ素系樹脂などによって必要な形状に加工され組み合わされることで十分である。耐久性や剛性、或いは流体が比較的高い温度で取り扱う必要など特別な要求があれ場合には金属材料がより好ましい。
【００２５】
次に、この構成によって外部から供給した流体が混合及び／或いは反応される仕組みを説明する。
流体のＴ字型微小流路までの動きは同一であるので、以下片側の流体の流れで説明する。
【００２６】
混合及び／或いは反応させる流体は、１つのエンドプレート３の外部との流体配管接続部に形成されたネジ部に付けられた継ぎ手を介して接続された供給経路の配管を接続して外部より導入され、反応器本体１の拡散部１Ａから、反応器本体１の中心軸に同心円上に、かつ平行に複数形成された導入流路１Ｂを経てＴ字型微小流路１Ｃに流れる。
この複数のＴ字型微小流路１Ｃの両側から流れ込んだ２つの流体は、このＴ字型微小流路１Ｃの中央で衝突、合流して、混合及び／或いは反応しながら中央部で分岐し外周方向に向かって延びた流路から反応器本体１の中央外周に形成された環状の合流部１Ｄに流れ出す。
【００２７】
環状の合流部１Ｄに流れ出た混合及び／或いは反応した２つの流体は、外リング２に形成された流路、流体配管接続部に密閉装着された継ぎ手、それに接続された配管によって外部に排出される。
【００２８】
この実施形態では「三路」が直線とその中央で直角に交差する「Ｔ字型」で構成されるＴ字型微小流路を説明したが、混合及び／或いは反応する流体の性質などに依っては、この合流する角度が１８０度以外のもの、例えば導出微小流路側へ流れのエネルギー損失の低い角度（例えばＹ字状）や、反対の損失の大きい角度（例えば傘状）で２つの流体が合流する構成も容易にできる。
【００２９】
この時、混合及び／或いは反応に必要な、或いは単に流体の流れを促進する温度に条件があれば、その最適な温度に反応器全体を保つため、図２のように外リング２に温度調節（温調）のための温冷熱源５、例えばバンド型のヒータ或いは、温冷熱源からの熱媒体を流通させる熱交換媒体等を温度検知器などと共に設け、反応器本体１などの温度を検知し温冷熱源５を制御して所定の温度にすることが好ましい。
【００３０】
また、流体が反応器の外部に漏れないように封止する目的を達成することを簡便に実現するために、前記反応器本体１とエンドプレート３の間、そして前記反応器本体１との間に、合流部１Ｄ或いは拡散部１Ａを囲む部位に溝を形成して、それぞれの要素間の、要素間での流体の漏れを封止するＯリング４を挿入する代わりに、図３のように反応器本体１及び外リング２とエンドプレート３と接合部を軸方向の面で接触するように構成して、それぞれの端面に一つの環状封止部材６を挿入することが好ましい。
これによってそれぞれの流体の通過部分の周囲に、個別に溝を形成してＯリングを挿入して流体の通過部分からの流体の漏れを封止するのに比べ、構成部品が少なくてコストを抑え、流体の漏れを封止することが実現される。
【００３１】
さらに、混合及び／或いは反応するそれぞれの流体のＴ字型微小流路１Ｃへの導入までの温度条件に異なった温度条件が必要である場合、例えば一方の流体の室温付近での粘性が高く流動性が低いような場合、温冷熱源５にはヒータなどの加熱用熱源を温度調節可能に制御して備え、一方のエンドプレート３と反応器本体１とを、使用中には外部から流入する流体の温度と合わせて一定の温度に保ち、その一方の流体の流動性を高めて、その流動性を他の流体の流動性と同程度に保つ場合などには、
図４のように、他のエンドプレート３を外部との流体配管接続部と、前記反応器本体１のＴ字型微小流路１Ｃに連結する複数の傾斜導入流路７−１が形成される熱伝導率の低い材料による中間プレート７と、前記中間プレート７を固定する環状プレート８とで構成することが好ましい。この熱伝導率の低い材料としては耐薬品性に優れた樹脂材料や、高温特性に優れたセラミック材料などが推奨される。
【００３２】
こうして、中間プレート７に耐薬品性の優れた樹脂材料、例えばポリアセタール樹脂、フッ素系樹脂等のエンジニアリングプラスチックスを使用すれば、エンドプレート３側から流入する流体の温度を高く設定して流入する流体の流動性が高まり、室温でも十分な流動性を持つ流体との混合及び／或いは反応をする際に、他の流体が流体配管接続部から導入されるＴ字型微小流路１Ｃまでは、流入する流体が不必要に温度が高くなり、時には混合及び／或いは反応する前に流入する流体の性質が変化してしまい、本来の目的である２つの流体の混合及び／反応にも影響を与えてしまうこと等を避けることができる。
【００３３】
反対に、極端にエンドプレート３側から流入する液体の流入時の温度が低い場合には、温冷熱源５に低温熱源を備え、混合及び／或いは反応直前までの一定温度の保持を可能にする。
【００３４】
さらに、熱伝導率の低い材料で構成した中間プレート７から流入する流体の温度が極端に高い場合には、この中間プレート７にセラミック材を用いて構成すれば、混合及び／或いは反応直前までの一定温度の保持を可能にでき、それぞれに２つの流体の混合及び／或いは反応を効率良く行うことができる。
【００３５】
こうして構成されたマイクロリアクタによる２つの流体の混合及び／或いは反応の働きを実施例により説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１の反応器を、ステンレス鋼を用いて、反応器本体１の導入流路１Ｂの径を１ｍｍ、そしてＴ字型微小流路１Ｃの径を０．１ｍｍ及び０．５ｍｍの２種類で作成した。
【００３７】
この実施例における２つの流体には、１つの流体がヨウ化カリウム、ヨウ素酸カリウム、酢酸ナトリウムの３つの溶液を十分に混合した混合液とし、他の流体として溶液に酢酸ナトリウムを選択し、この２つの流体の混合によって生成する成分としてはヨウ素が生成され、そのヨウ素の生成量が混合度合いに依存するという性質を利用する。
【００３８】
そしてヨウ素の生成を検知計測する方法としては、引用文献と同じように「Ｖｉｌｌｅｒｍａｕｘ／Ｄｕｓｈｍａｎ反応」による混合後の液に紫外線を照射してＵＶスペクトルの３５２ｎｍの吸光度によって混合度合いを比較する方法を採用した。
【００３９】
非特許文献から引用した図５の試験結果において、単純なＴ字型流路を使用した場合、ＩＭＭと表記されたドイツの企業が提供するミキサーを使用した場合、そして筆者（Ｈｉｄｅｈａｒｕ Ｎａｇａｓａｗａ）等の研究成果である放射状流路ミキサーを使用した場合の性能比較がなされ、筆者等の性能が優れていると開示されている。
本発明のマイクロリアクタの性能も、ステンレス鋼に本発明によるマイクロリアクタとして１つのＴ字型微小流路を形成し、その流路の径をφ０．１ｍｍとした本発明のマイクロリアクタで１ｍｌ／ｍｉｎ程度の微小流量において波長３５２ｎｍの吸光度を計測すると、その値は０．０１２、またＴ字型微小流路１Ｃの径をφ０．５ｍｍとした本発明のマイクロリアクタで１０ｍｌ／ｍｉｎの流量において吸光度を計測すると０．０１３であり、非特許文献の引用文献における筆者らの最高の性能のミキサーと同等以上の２液の混合を達成している。
【００４０】
また、この実験結果から、流路の径がφ０．５ｍｍの微小流路では、１０ｍｌ／ｍｉｎ以下では波長３５２ｎｍの吸光度が急激に上昇し、混合が十分ではないと言う結果となった。これから、流動性のある流体及びその流量に最適な流路径によってＴ字型微小流路を形成し、そのＴ字型微小流路の数の増減で大きな流量に対応する事が好ましい。
【００４１】
このように、本発明のマイクロリアクタによれば、集積型のＴ字型微小流路１Ｃのリアクタによる好ましい微小流体の混合及び／或いは反応が実現され、また非常に近接・密集した配置による混合及び／或いは反応をそれぞれのＴ字型微小流路１Ｃにおける微小流体の混合及び／或いは反応の周囲条件を同一条件で行うことができ、さらに必要に応じ流体間の混合及び／或いは反応を促進する為や、或いは流体の流れ易さを維持する為などに、流入するそれぞれの流体の温度条件を異なった設定とすることができ、所用の総流量の２つの流体の混合及び／或いは反応を確実に、効率的にしかも低コストで行うことが可能となる。
【００４２】
また、反応器本体１に形成する導入流路１Ｂ及びＴ字型微小流路１Ｃの近接・密集の度合いを限界まで利用するようにスペースの許容範囲内で増やすことで、２つの流体の混合及び／或いは反応する量を増やす＝生産性を向上することができることは明らかである。
【００４３】
さらには、図６に示すように同心円上に複数形成した前記三路微小流路を２つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路をエンドプレート側に設け（図中斜線画が付された部分など）と接続する構成とする（この例では反応器本体１を４５度の倍数の角度で取り付け位置を振る）ことで、流量を変えた試験が反応器の取り付け角度を変える変更で対応が可能である。
【００４４】
この角度を振るのは、反応器本体１とエンドプレート３の相対位置（角度）の変更であるので片側のエンドプレート３を外し、本体を一定角度振ることで実現する、或いはエンドプレート３及び外リング２に複数形成された固定反応器本体１とを一体で固定するための固定部材用の貫通孔の角度が一致するものであれば、固定部材を外し一対のエンドプレート３を流体の連通路と共に一定の角度振って実現することもできる。
【００４５】
また、筒の断面は多角形であっても良く、特に円筒に限定されるものではない。多角形の場合には流量を変化させて再組み立てする際に、方向（角度）を変えることが外形を合わせるだけで、特別な指標なしにも容易に組み立てが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、近年注目を浴びているマイクロスケールの空間内での複数の流体を混合、化学反応などを行う生産設備として利用可能であり、大型タンク等を用いた従来のバッチ方式のプラントと比較して多くの有利点を備えるマイクロ化学プラントの一つのものとして、様々な分野における流体の混合及び／或いは反応に適用が可能で、必要に応じてこの装置の数を増やすことで求められる生成流体の量を簡便に調整することもできるという生産量への対応に柔軟性がある生産設備の一部として活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の（円）筒状反応器の部分断面図である
【図２】温調機能を付与した（円）筒状反応器の部分断面図である
【図３】環状封止部材による封止機能を付与した（円）筒状反応器の部分断面図である
【図４】低熱伝導率部材を片側の導入部にした（円）筒状反応器の部分断面図である
【図５】混合度合いを吸光度で計測比較した従来例のグラフ（引用文献資料より）
【図６】微小流路を群（本例では３つの流路を群）として利用する例を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１ 反応器本体
２ 外リング
３ エンドプレート
４ Ｏリング
５ 温冷熱源
６ 環状封止部材
７ 中間プレート
８ 環状プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１組のエンドプレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項２】
流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の１の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１つのエンドプレートと、
前記反応器本体の他の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する、熱伝導率の低い材料により形成された中間プレートと、
中間プレートを固定する環状プレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項３】
同心円上に複数形成した前記三路微小流路を２つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路と接続する構成とする請求項１ないし請求項２記載のマイクロリアクタ。
【請求項４】
前記外リング等に温度調節機能を備えた特許請求の範囲第１項から第３項記載のマイクロリアクタ
【請求項５】
前記反応器本体及び前記外リングと、前記のエンドプレートの接合部に環状の封止部材を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項記載のマイクロリアクタ
【請求項６】
前記三路微小流路の合流前のそれぞれの流路の径及び合流後の流路の径が流量に比例した径である特許請求の範囲第１項から第５項記載のマイクロリアクタ
【請求項１】
流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１組のエンドプレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項２】
流動性のある原材料用の筒状反応器であって、
同心円上に、中心軸に平行に端面より流入する導入流路と三路微小流路を少なくとも１つ以上形成し、さらに前記三路微小流路の外周方向に延びる微小流路と繋がり外周に形成した環状の合流部に連通する排出流路を形成した反応器本体と、
前記反応器本体の外周に嵌め合わせ前記環状の合流部からの混合及び／或いは反応した流体を取り出す吐出口を備えた外リングと、
前記反応器本体の１の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する１つのエンドプレートと、
前記反応器本体の他の端面に同軸に接合され、外部との流体配管接続部を備え前記導入流路に流体を供給する、熱伝導率の低い材料により形成された中間プレートと、
中間プレートを固定する環状プレートとよりなり、
それぞれが機密性を保ち、組み上げられていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項３】
同心円上に複数形成した前記三路微小流路を２つ以上の群に分け、群ごとの流路断面積の和に段階的な差を設けて、それぞれの三路微小流路の群が独立して外部からの流体の連通路と接続する構成とする請求項１ないし請求項２記載のマイクロリアクタ。
【請求項４】
前記外リング等に温度調節機能を備えた特許請求の範囲第１項から第３項記載のマイクロリアクタ
【請求項５】
前記反応器本体及び前記外リングと、前記のエンドプレートの接合部に環状の封止部材を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項記載のマイクロリアクタ
【請求項６】
前記三路微小流路の合流前のそれぞれの流路の径及び合流後の流路の径が流量に比例した径である特許請求の範囲第１項から第５項記載のマイクロリアクタ
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１９５８１７（Ｐ２００９−１９５８１７Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３９４８６（Ｐ２００８−３９４８６）
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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