流体デバイス
【課題】熱媒体流路を備えたジャケット方式の温度調整機構でマイクロ流路を温度調整する際に、マイクロ流路を流れる流体に対する伝熱速度を向上することができ、温度制御の応答性を向上させることができる。
【解決手段】流体流路１２に複数の液体Ｌ１、Ｌ２を流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構１４を備えた流体デバイス１０において、温度調整機構１４は、流体流路１２の液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路１８に所望温度の熱媒体Ｈを流す機構であって、該熱媒体Ｈの流れに乱れを発生させる外乱発生手段１３を有している。
【解決手段】流体流路１２に複数の液体Ｌ１、Ｌ２を流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構１４を備えた流体デバイス１０において、温度調整機構１４は、流体流路１２の液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路１８に所望温度の熱媒体Ｈを流す機構であって、該熱媒体Ｈの流れに乱れを発生させる外乱発生手段１３を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体デバイスに係り、特に、マイクロな流路幅の流体流路内を流れる流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医薬品・試薬、あるいは微細な磁性粒子等の化学物質を製造する化学プロセス分野においては、温度調整機構をもつ反応装置として温調コイルや温調ジャケットを設けた攪拌槽が一般的に用いられている。
【０００３】
しかし、化学物質の高純度化、高品質化が要求されている昨今では、攪拌槽のように容量の大きなマクロ的な生産装置では、製造される化学物質の高純度化、高品質化の要求を満たすことが難しくなっている。
【０００４】
このような背景から、近年、化学プロセス分野において、マイクロミキサー又はマイクロリアクター等と一般的に呼ばれる流体デバイスが注目されている。この流体デバイスは、微細な流路断面を有する流体流路に複数の流体を流通させながら反応操作や単位操作を行うことで、化学物質を連続製造したり、混合、分離、抽出等の処理を行ったりするものである。例えば、この方法における反応は、攪拌槽等を用いたバッチ式の反応とは異なり、微小空間である流体流路内を連続的に流れる流体の界面において流体中の反応分子同士が出会うことによって反応が起こるため、反応効率が著しく向上すると共に、特に反応生成物が微細粒子である場合には、単分散性に優れた化学物質を製造することができる。かかる流体デバイスによる反応操作又は単位操作では流体流路内を流れる流体を温度調整機構で適切な温度に調整することが通常である。
【０００５】
この流体デバイスはサイズそのものが小さいことから、温度調整機構自体のサイズも微小サイズ化せざるを得ない。微小サイズ化が可能な温度調整機構として、流体デバイスに金属を微細配置して電圧を付与することで流体流路を流れる流体の温度調整を行う電気的方式と、流体デバイスに微細な熱媒体流路を形成して熱媒体を流すことで流体流路を流れる流体の温度調整を行うジャケット方式とがある。しかし、金属への電圧付与による温度制御は、流体デバイスを加熱することは可能であるが流体デバイスからの熱を冷却できない。冷却可能な金属としてペルチェ素子を使用することも考えられるが、ペルチェ素子は反対に加熱することができない。また、ペルチェ素子を使用する際には、吸熱と同時に生じる放熱の影響を流体デバイスが受けることがデメリットとして残る。このように、加熱、冷却操作を同時に行うためには最低でも２種の金属を併設する必要があり、デバイスの複雑化、サイズアップを招くため、金属を微細配置する方式では、加熱、冷却のどちらか一方の操作しかできないことが一般的である。このため、金属を微細配置する方式は使用できる反応操作又は単位操作が限定されるという問題がある。このことから、流体デバイスの温度調整機構としては、微細な熱媒体流路（マイクロチャンネル）を備えたジャケット方式が主流になっている。
【０００６】
熱媒体を流す熱媒体流路を利用して流体流路を流れる流体と熱交換する装置しては、例えば、特許文献１及び特許文献２のように、温度調整される流体を流す流路の下側に、該流体を温度調整する熱媒体を流す熱媒体流路を形成したものが開示されている。また、特許文献３には、流体流路を流れる流体に大きな温度変化を受けさせることのできる流体デバイスが開示されている。これは、流体デバイスの表面と裏面とに温度の異なる温度調整機構を設けて流体デバイスの厚み方向に温度分布を形成すると共に、流体流路を水平流路（表裏面と平行な流路）と垂直流路（表裏面方向の流路）とを組み合わせることで、流体が垂直流路を流れる際の温度分布を利用して流体に大きな温度を受けることができるようにしたものである。
【特許文献１】特開２００５−８３６７６号公報
【特許文献２】特開２００５−８３６７４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、流体デバイスに微細な熱媒体流路を備えたジャケット方式の温度調整機構を適用した場合、熱媒体流路を流れる熱媒体は層流を形成するため、乱流形成時の場合に比べて境膜の厚みが厚くなり、伝熱速度を低下させるという問題がある。この結果、熱媒体を温度変化させたときに流体流路を流れる流体の温度が追従する温度応答性が悪くなると共に、熱媒体流路の流路幅方向における中央部と両端部（境膜が形成される流路壁面部）での伝熱速度に分布ができ、この分布が流体流路における温度分布を形成し、反応操作や単位操作の均一性に悪影響を与えるという問題がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び２の技術は、微細な熱媒体流路の流路断面積を大きくして流路抵抗を下げるようにしたもので、熱媒体が層流を形成することによる伝熱速度の低下を解消するものでない。また特許文献３は、流体流路の垂直流路部分を流体が通過している間はなだらかな温度勾配を持つことになり、流体に対して迅速な温度変化、例えばステップ状の温度変化を与えることはできない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、熱媒体流路を備えたジャケット方式の温度調整機構で流体流路を温度調整する際に、流体流路を流れる流体に対する伝熱速度を向上できるので、温度制御の応答性を向上させることができる流体デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は前記目的を達成するために、流体流路に複数の流体を流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスにおいて、前記温度調整機構は、前記流体流路の流体の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路に所望温度の熱媒体が流れる機構であって、該熱媒体の層流状態の流れに乱れを発生させる外乱発生手段を有していることを特徴とする流体デバイスを提供する。
【００１１】
ここで、外乱発生手段とは、熱媒体外部からの熱媒体へのエネルギー付加や異相粒子混入により熱媒体の流れに乱れを発生させることのできる手段をいう。
【００１２】
本発明の請求項１によれば、温度調整機構は、流体流路の流体の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路に所望温度の熱媒体が流れる機構であって、該熱媒体の層流状態の流れに乱れを発生させる外乱発生手段を有しているので、熱媒体が熱媒体流路を層流状態で流れることにより境膜が厚く形成される場合であっても、外乱発生手段によって境膜を壊すことができるので、境膜を薄くすることができる。これにより、熱媒体流路から流体流路への伝熱速度を向上することができる。従って、本発明の流体デバイスは、流体流路を流れる流体に対する伝熱速度を向上できるので温度制御の応答性を向上させることができる。尚、本発明において流体流路を流れる流体とは液体、気体、固液混相流体、気液混相流体などが含まれる。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記流体流路の流路幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
流体流路の流路幅が１ｍｍ以下のように熱媒体流路もマイクロな流路で形成せざるをえない場合において、本発明の効果が一層発揮されるからである。
【００１５】
請求項３は請求項１又は２において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体流路に流入する熱媒体を衝突させる複数本の熱媒体供給管であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、複数本の熱媒体供給管から熱媒体を熱媒体流路に供給して熱媒体同士を衝突させるようにしたので、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流により境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。
【００１７】
請求項４は請求項１〜３のいずれか１において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体に低周波振動を付与する低周波振動付与手段であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４によれば、外乱発生手段として低周波振動付与手段を用い、熱媒体に低周波振動を付与するようにしたので、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流により境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。尚、複数本の熱媒体供給管と低周波振動付与手段とを併用してもよい。
【００１９】
請求項５は請求項１〜４のいずれか１において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小粒子であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５によれば、熱媒体中に混在する微小粒子が熱媒体流路の流路壁を擦ることによって、境膜を破壊することができる。また、熱媒体中に混在する微小粒子同士の衝突により、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流によっても境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。尚、複数本の熱媒体供給管と低周波振動付与手段と微小粒子とを併用してもよい。
【００２１】
請求項６は請求項５において、前記微小粒子の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする。
【００２２】
熱媒体に混在させる微小粒子を熱媒体流路の断面積の１／１０以下にすることで、微小粒子が熱媒体流路中で自由に動き回って衝突し易くなり、この衝突により熱媒体に乱れを効率的に発生させることができるからである。
【００２３】
請求項７は請求項１〜６のいずれか１において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小気泡であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７によれば、熱媒体中に混在する微小気泡が熱媒体流路の流路壁を擦ることによって、境膜を破壊することができる。また、熱媒体中に混在する微小気泡により、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流によっても境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。熱媒体に混在させる微小気泡としては、微小粒子と異なり気泡が消滅すると流れを乱す効果がなくなるので、熱媒体流路に熱媒体を供給する直前に熱媒体にエアを吹き込むことで形成するとよい。尚、複数本の熱媒体供給管と低周波振動付与手段と微小粒子と微小気泡を併用してもよい。
【００２５】
請求項８は請求項７において、前記微小気泡の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする。
【００２６】
微小気泡が大きすぎると浮上力により直ちに熱媒体流路の上側に浮上して堆積し易く、熱媒体に流れの乱れを発生させる効果が小さくなるからである。
【００２７】
請求項９は請求項１〜８のいずれか１において、前記流体デバイスは、前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を流通させる板状の流体流路プレートと、前記流体流路プレートの上面又は下面に配置され、熱媒体流路が内部に形成された板状の熱媒体流路プレートと、前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項９は、流体流路を複数の流体が流れる流体デバイスの場合である。請求項９によれば、複数の流体を流す流体流路が内部に形成された板状の流体流路プレートの上面又は下面に、熱媒体流路が内部に形成された板状の熱媒体流路プレートが合わさるように配置される。そして、流体流路には反応操作又は単位操作を行う複数の流体が流体供給手段から供給され、熱媒体流路には流体流路を流れる流体の温度調整を行う熱媒体が熱媒体供給手段から供給される。これにより、熱媒体流路を流れる熱媒体と流体流路を流れる熱媒体とが熱交換されて、流体の温度が調整される。かかる流体デバイスにおいて、外乱発生手段により熱媒体流路を流れる熱媒体に流れの乱れを発生させる。尚、流体供給手段は複数の流体ごとに個々に設けることが好ましい。
【００２９】
請求項１０は請求項１〜８のいずれか１において、前記流体デバイスは、前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を同芯流として流通させる円筒状の流体流路ブロックと、前記流体流路ブロックの外側に配置され、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックと、前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項１０は、流体流路を複数の流体が同芯状の流体として流れる同芯流型の流体デバイスの場合である。請求項１０によれば、複数の流体を同芯流として流す流体流路が内部に形成された円筒状の流体流路ブロックの外側に、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックが合わさるように配置される。そして、流体流路には反応操作又は単位操作を行う複数の流体が流体供給手段から供給され、熱媒体流路には流体流路を流れる流体の温度調整を行う熱媒体が熱媒体供給手段から供給される。これにより、熱媒体流路を流れる熱媒体と流体流路を流れる熱媒体とが熱交換されて、流体の温度が調整される。かかる同芯流型流体デバイスにおいて、外乱発生手段により熱媒体流路を流れる熱媒体に流れの乱れを発生させる。尚、流体供給手段は複数の流体ごとに設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明の流体デバイスによれば、熱媒体流路を備えたジャケット方式の温度調整機構で流体流路を温度調整する際に、流体流路を流れる流体に対する伝熱速度を向上できるので、温度制御の応答性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、付図面に従って本発明に係る流体デバイスの好ましい実施の形態について詳説する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の流体デバイスの第１の実施の形態の全体構成図であり、薄片流の層流を形成する薄片流型流体デバイス１０の一例である。また、流体流路としては、流路幅が１ｍｍ以下のマイクロな流路の例で説明すると共に、流体としては、液液反応を行う２種類の液体Ｌ１、Ｌ２の例で以下に説明する。
【００３４】
図１に示すように、薄片状型の流体デバイス１０は、主として、流体流路１２が内部に形成された板状の流体流路プレート１６と、流体流路プレート１６の下面に配置され、熱媒体流路１８（図２参照）が内部に形成された板状の熱媒体流路プレート２０と、流体流路１２に液体Ｌ１を供給する第１の流体供給手段２２と、流体流路１２に液体Ｌ２を供給する第２の流体供給手段２４と、流体流路１２を流れる液体体Ｌ１、Ｌ２の温度調整を行う温度調整機構１４と、で構成される。尚、流体流路プレート１６と熱媒体流路プレート２０とを合わせたものを装置本体１５ということにする。
【００３５】
図２は流体デバイスの装置本体を説明する説明図である。図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のａ−ａ線に沿った断面図、図２（Ｃ）は底面図である。
【００３６】
図２に示すように、装置本体１５は、流体流路プレート１６と、熱媒体流路プレート２０とで構成される。流体流路プレート１６は、本体部材２６と蓋部材２８とで構成され、本体部材２６には２種類の液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応を行う流体流路１２と該流体流路１２に液体Ｌ１、Ｌ２を合流させる２本の流体供給路３０、３０とから成るＹ字型流体流路３２が形成される。また、流体流路１２の終端位置には液液反応による反応生成液ＬＭを排出させる液体排出口３４が形成される。一方、蓋部材２８には２本の流体供給路３０、３０に液体Ｌ１、Ｌ２を導入する２個の流体導入口３６、３６が形成され、２個の流体導入口３６、３６に液体Ｌ１、Ｌ２を供給する一対の流体供給手段２２、２４が２本の流体供給管３８、３８（図１参照）を介してそれぞれ接続される。
【００３７】
流体流路１２は、流路幅が１ｍｍ（１０００μｍ）以下、好ましくは５００μｍ以下、流路深さ１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のマイクロチャンネル状の微細流路が好ましい。流体流路１２は、径方向断面の形状が四角形状のものが一般的であるが四角形状に限定するものではない。また、流体供給路３０、３０を２本で構成する場合には、１本の流体供給路３０の流路幅は流体流路１２の半分になるように設計することが好ましい。例えば、径方向断面が四角形状の流体流路の幅を５００μｍ、深さを２００μｍとした場合には、１本の流体供給路の幅を２５０μｍ、深さを２００μｍとする。また、流体流路の長さＬ（図２参照）は、液液反応が終了するに足る長さに設定され、液液反応の種類によって異なる。
【００３８】
一方、熱媒体流路プレート２０は、本体部材４０と底部材４２とで構成され、本体部材４０には所望温度の熱媒体Ｈを流す熱媒体流路１８が形成される。図２では、熱媒体流路１８の長さを流体流路１２の長さと同等の直線流路としたが、２本の流体供給路３０、３０に沿うように熱媒体流路１８を延設することにより、流体流路１２と同様にＹ字型熱媒体流路として形成してもよい。また、底部材４２には、熱媒体流路１８に熱媒体Ｈを供給する熱媒体供給口４４と、熱媒体Ｈを排出する熱媒体排出口４６が形成され、熱媒体供給口４４には所望温度の熱媒体Ｈを循環供給する熱媒体供給手段４８（図１参照）の往路配管５０が連結され、熱媒体排出口４６には復路配管５２が連結される（図１参照）。これにより、流体流路１２を流れる流体Ｌ１、Ｌ２の反応温度を調整する温度調整機構１４が形成される。そして、本発明における温度調整機構１４は、流体流路１２の液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路１８に所望温度の熱媒体Ｈを流す機構であって、該熱媒体Ｈの流れに乱れを発生させる外乱発生手段１３を有している。
【００３９】
図３は、外乱発生手段１３として、熱媒体流路１８に流入する熱媒体Ｈを衝突させる複数本の熱媒体供給管１７、１７を設けた場合の概念図である。図３に示すように、熱媒体流路１８の入口には、２本の熱媒体供給管１７、１７が略直交する角度αを有して配置され、２本の熱媒体供給管１７、１７から熱媒体流路１８に流入する熱媒体同士が衝突する。これにより、熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈに流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流により熱媒体流路１８に流路壁近傍に形成される境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができ、熱媒体流路１８から流体流路１２への伝熱速度を向上できる。尚、熱媒体供給管１７、１７の本数は２本に限定されず３本以上でもよい。また、複数本の熱媒体供給管１７、１７の配置角度も、熱媒体に渦流が発生しやすいような熱媒体同士の衝突角度に適宜設定できる。
【００４０】
図４は、外乱発生手段１３として、熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈに低周波振動を付与する低周波振動付与手段１９を設けた場合の概念図である。図４に示すように、熱媒体流路１８に熱媒体Ｈを供給する２本の配管１９Ａ，１９Ａ（配管は１本でもよい）に接触して低周波振動付与手段１９が設けられ、熱媒体流路１８に供給される熱媒体Ｈに低周波が付与される。これにより、熱熱媒体流路１８を層流状態で流れる熱媒体Ｈの流れに乱れ、例えば渦流が発生する。従って、熱媒体流路１８に流路壁近傍に形成される境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができ、熱媒体流路から流体流路への伝熱速度を向上できる。低周波振動の周波数としては、３０〜３００Ｈｚの範囲が好ましい。
【００４１】
図５は、外乱発生手段１３として、熱媒体Ｈに混在させる多数の微小粒子２１（又は微小気泡２１）を使用した場合である。熱媒体中に混在する微小粒子２１（又は微小気泡２１）により、熱媒体Ｈに流れの乱れ、例えば渦流２３が発生する。この渦流２３により境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。また、熱媒体中に混在する微小粒子２１（又は微小気泡２１）が熱媒体流路１８の流路壁を擦ることによっても境膜を破壊することができる。微小粒子２１（又は微小気泡２１）の断面積は、熱媒体流路１８の断面積の１／１０以下であることが好ましい。
【００４２】
これらの外乱発生手段１３は、個々に用いてもよく、２つ以上を組み合わせて用いることもできる。更には、上記の外乱発生手段１３に、下記説明する熱媒体流路１８の構造を組み合わせることで、熱媒体流路１８から流体流路１２への伝熱速度を一層向上できる。
【００４３】
図６は、熱媒体流路１８の構造を説明する図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図６は熱媒体流路１８の流路幅方向における中央部と両端部（境膜が形成される流路幅方向の壁面部）との流速分布を示したものである。
【００４４】
図６に示すように、熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２が流体流路１２の流路幅Ｗ１よりも広く形成されている。このように、熱媒体流路の流路幅Ｗ２を流体流路１２の流路幅Ｗ１よりも広く形成することで、熱媒体が熱媒体流路１８を層流状態で流れることにより境膜が厚く形成される場合であっても、境膜の位置を流体流路１２の流路幅Ｗ１の外側方向にシフトさせることができる。これにより、熱媒体流路１８に形成される境膜の位置を流体流路１２との相対的な関係で見た場合には、流路壁近傍の境膜を見かけ上で薄くすることができ、更には無くすことも可能である。この結果、熱媒体流路１８から流体流路１２への伝熱速度を向上することができる。
【００４５】
図７は熱媒体流路１８の流路幅方向における伝熱速度分布を、該幅方向における熱媒体の流速分布で見た場合の概念図である。図７（Ａ）の白矢印が流体流路１２を流れる液体Ｌ１，Ｌ２、黒矢印が熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈとすると、図７（Ｂ）の熱媒体Ｈの流速分布（矢印が長い方が流速が速い）に示すように、液体Ｌ１、Ｌ２と熱媒体Ｈとの流れがオーバラップしている部分Ｃにおける熱媒体Ｈの流速は大きく、伝熱速度が大きいことを示している。一方、液体Ｌ１、Ｌ２と熱媒体Ｈとの流れがオーバラップしていない部分Ｄの流速は小さく、伝熱速度が小さいことを示している。従って、本発明の温度調整機構１４によれば、流体流路１２を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の温度調整を熱媒体Ｈの流速の大きな（伝熱速度が大きな）Ｃ部分で行うことができるので、流体流路１２を流れる流体Ｌ１、Ｌ２に対する伝熱速度が大きくなり、温度制御の応答性を向上させることができる。
【００４６】
一方、図８は熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２と流体流路１２の流路幅Ｗ１を同じにしたときの熱媒体流路１８の流路幅方向における伝熱速度分布を、該幅方向における熱媒体Ｈの流速分布で見た場合の概念図である。図８（Ａ）の白矢印が流体流路１２を流れる液体Ｌ１，Ｌ２、黒矢印が熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈとすると、図５（Ｂ）の熱媒体Ｈの流速分布に示すように、液体Ｌ１、Ｌ２と熱媒体Ｈとの流れがオーバラップしている部分Ｃにおける熱媒体Ｈの流速は，流路幅方向の中央部では大きいものの、両端部では小さくなり、両端部での伝熱速度が悪くなる。即ち、図８の場合には、熱媒体流路１８に形成される境膜の影響を大きく受けて伝熱速度が悪化することになるとともに、流体流路１２の流路幅方向において温度分布が発生することになる。
【００４７】
流体流路１２の流路幅Ｗ１に対して熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２をどの程度大きくするのが好適であるかについては、熱媒体流路１８の流路幅方向における流速分布を調べることにより求めた。この場合、マイクロチャンネルのような微細な熱媒体流路１８の流速分布を実験的に求めることが技術的に困難であるため、本発明では数値流動解析ソフト「アールフロー」（（株）アールフロー社製）を使用して速度分布を算出することで求めた。その結果、流体流路１２の流路幅をＷ１とし、熱媒体流路１８の流路幅をＷ２とし、Ｗ２−Ｗ１をΔＷとしたときに、下記（１）式を満足するように形成することにより、流体流路１２の流路幅Ｗ１の両端位置に対応する熱媒体流路１８の熱媒体流速が中央部の熱媒体流速の８０％を下回らないようにすることが可能であることが分かった。
【００４８】
０．５≦ΔＷ／Ｗ１≦２…（１）
ちなみに、流体流路１２の流路幅Ｗ１を１ｍｍとした場合には、熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２は１．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲となる。
【００４９】
図９は熱媒体流路１８の他の態様であり、熱媒体流路１８は、流体流路１２を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向の上流側から下流側に複数個に設けられ、それぞれの熱媒体流路１８Ａ，１８Ｂに異なる温度の熱媒体Ｈを供給するように構成したものである。このように、流体流路１２を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向の上流側から下流側に対応させて複数個の熱媒体流路１８Ａ，１８Ｂを設けることにより、例えば流体流路１２の上流側に位置する熱媒体流路１８Ａには反応を促進する温度の熱媒体Ｈを供給し、流体流路１２の下流側に位置する熱媒体流路１８Ｂには反応を停止する温度の熱媒体Ｈを供給することができる。尚、図９では２個の熱媒体流路１８Ａ，１８Ｂを設けた例で示したが、３個以上でもよい。
【００５０】
図１０は熱媒体流路１８の別の態様であり、熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２が、対応する流体流路１２の上流側よりも下流側が狭くなる縮流構造に形成したものである。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、熱媒体Ｈの温度と液体Ｌ１、Ｌ２の温度の温度差が小さくなる下流側に行くに従って熱媒体Ｈの流速が速くなる（矢印が長い方が流速が速い）。この結果、流体流路１２の上流側から下流側にかけた全流域において伝熱速度の均一化を図ることができる。この縮流構造の熱媒体流路１８に上記（１）式を適用する場合には、流路幅が最も大きな上流端位置の流路幅をＷ２とすることが好ましく、下流端位置でもＷ２＞Ｗ１を満足することが好ましい。
【００５１】
図１１は熱媒体流路１８の更に別の態様であり、熱媒体流路１８が流体流路１２の流路幅方向の両側部と底部を囲むように断面凹形状に形成される。この場合の熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２は流体流路１２の底面と平行な部分の長さとする。これにより、熱媒体流路１８からの熱を流体流路１２の側方からも伝えることができ、境膜により伝熱速度が小さくなりがちな流体流路の両側部の伝熱速度を向上できる。
【００５２】
図１２及び図１３は熱媒体流路１８の更に別の態様であり、熱媒体流路１８を、流体流路１２を流れる液体Ｌ１，Ｌ２の流れ方向に平行な複数の分割流路１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに仕切板５５で分割し、該分割流路１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃにそれぞれに異なる温度の熱媒体Ｈ及び／又は異なる流速の熱媒体Ｈを供給するように構成したものである。図１２は図６で説明した熱媒体流路１８を３分割した場合であり、図１３は図１１で説明した熱媒体流路１８を３分割した場合であるが、３分割に限定するものではなく、２分割以上であればよい。このように、熱媒体流路１８を複数の分割流路１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに分割することで、中央部の分割流路１８Ｂよりも両側の分割流路１８Ａ，１８Ｃの熱媒体温度を高くしたり、熱媒体流速を速くしたりすることで、熱媒体流路１８の流路幅方向における伝熱速度分布が無くなるように、きめ細かな制御を行うことができる。
【００５３】
図１４は熱媒体流路１８の更に別の態様であり、熱媒体流路１８を波型形状５６に形成したものである。熱媒体流路１８が波型形状５６とは、流路内壁面が波型形状であることも含む。波型形状５６にすることで、熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈに流体流路に垂直成分をもつ流れが発生し、境膜を破壊するので、熱媒体流路１８の内壁面が平滑形状の場合に比べて、境膜の厚みを薄くすることが可能となる。特に、外乱発生手段１３として、微小粒子２１（又は微小気泡２１）を使用した場合には、熱媒体流路１０１の内壁面に形成された波型形状５６に衝突した微小粒子（又は微小気泡２１）が不規則な動きをするので、境膜を一層破壊し易くなる。また、微小気泡２１の場合には、波型形状５６に衝突することで気泡が微泡化し易くなり、破裂するエネルギーによる境膜の破壊も期待できる。
【００５４】
かかるマイクロメートルオーダの微細な流体流路１２や熱媒体流路１８を有する流体デバイス１０の装置本体１５の製作には微細加工技術が使用され、流体流路プレート１６の本体部材２６上面に蓋部材２８を被せて本体部材２６と蓋部材２８を接合すると共に、熱媒体流路プレート２０の本体部材４０に底部材４２を被せて本体部材４０と底部材４２を接合することにより製作される。微細加工技術としては、例えば次のようなものがある。
(1) Ｘ線リソグラフィと電気メッキを組み合わせたＬＩＧＡ技術
(2) ＥＰＯＮ ＳＵ８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法
(3) 機械的マイクロ切削加工（ドリル径がマイクロメートルオーダのドリルを高速回転するマイクロドリル加工等）
(4) Ｄｅｅｐ ＲＩＥによるシリコンの高アスペクト比加工法
(5) Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法
(6) 光造形法
(7) レーザー加工法
(8) イオンビーム法
また、流体デバイス１０の装置本体１５を製作するための材料としては、耐熱、耐圧及び耐溶剤性、加工容易性等の要求に応じ、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック、シリコン、及びテフロン等を好適に使用できる。装置本体１５の製作においては、流体流路１２や熱媒体流路１８の製作は勿論重要であるが、蓋部材２８や底部材４２を本体部材２６、４０に接合する接合技術も重要である。蓋部材２８や底部材４２の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流体流路１２や熱媒体流路１８の破壊を伴わず寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば、圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料としてシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等がある。セラミックスの接合については、金属のようにメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してglass solderなる接合剤をスクリーン印刷で８０μｍに印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００°Ｃで処理する方法がある。また、研究段階ではあるが、新しい接合技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接結合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００５５】
本発明の流体デバイス１０で使用する流体供給手段２２、２４としては、連続流動方式型のシリンジポンプを好適に使用することができ、熱媒体Ｈを装置本体１５との間に循環させる熱媒体供給手段４８としてはマイクロポンプを好適に使用することができる。流体デバイス１０の場合、液体Ｌ１、Ｌ２や熱媒体Ｈを流体流路１２や熱媒体流路１８に導入する液体制御技術が必要であり、特にマイクロオーダの微細な流体流路１２や熱媒体流路１８での液体の挙動は、マクロスケールとは異なる性質をもつため、マイクロスケールに適した流体制御方式を適用しなくてはならない。連続流動方式は、流体流路１２や熱媒体流路１８、及これらに至る流路内は全て液体Ｌ１、Ｌ２又は熱媒体Ｈで満たされ、外部に用意した流体供給手段２２、２４、熱媒体供給手段４８によって、液体全体を駆動する方式であり、流体流路１２や熱媒体流路１８に供給する液体Ｌ１、Ｌ２や熱媒体Ｈの供給圧力、供給流量を任意に制御することができる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図１５は、本発明の流体デバイスの第２の実施の形態の全体構成図であり、同芯流の層流を形成する同芯流型流体デバイス１００の一例である。また、流体としては、液液反応を行う３種類の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の例で以下に説明する。尚、第２の実施の形態において後記する流体流路１１１とは、反応流路１５６と、反応によって生成された反応生成液ＬＭの出液路１７０の両方を合わせたものを言い、反応流路１５６と出液路１７０とを流れる液体Ｌ１，Ｌ２に温度調整機構３００で温度調整できるように構成した。
【００５７】
同芯流型流体デバイス１００は、主として、流体流路１１１が内部に形成され、複数の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を同芯流として流通させる円筒状の流体流路ブロックと、流体流路ブロックの外側に配置され、熱媒体流路１０１が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックと、流体流路１１１に複数の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を供給する流体供給手段と、熱媒体流路１０１に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えて構成される。
【００５８】
図１５に示されるように、同芯流型の流体デバイス１００は、全体として略円筒状に形成されており、装置の外殻部を構成する円筒状の円管部１２２を備えている。ここで、図中における直線Ｓは装置の軸心を示しており、この軸心Ｓに沿った方向を装置の軸方向として以下の説明を行う。この円管部１２２の先端面には液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が反応した後の反応生成液ＬＭの吐出口１２６が開口し、また円管部１２２の先端部には吐出口１２６の外周側に延出するようにリング状のフランジ部１２８が設けられる。このフランジ部１２８は反応生成液ＬＭに対して次の処理を行う他の流体デバイス等に送液する配管等に接続される。
【００５９】
円管部１２２の基端面は円板状の蓋板１３０により閉塞されており、この蓋板１３０の中心部には円形の嵌挿穴１３２が穿設されている。円管部１２２内には、その基端部側から円管部１２２内へ挿入されるように円筒状の整流部材１３４が同軸的に設けられており、整流部材１３４の基端部は蓋板１３０の嵌挿穴１３２に嵌挿支持されている。
【００６０】
円管部１２２内には、円管部１２２内の空間を軸方向に沿って区画する円筒状の第１隔壁部材１４３及び第２隔壁部材１４４が多重筒状に設けられ、各隔壁部材１４３、１４４の基端面が蓋板１３０に固着される。これらの隔壁部材１４３、１４４は、円管部１２２及び整流部材１３４とそれぞれ同軸的に配置されており、円管部１２２と整流部材１３４との間の断面円環状の空間を同軸的に３分割するように区画している。この分割の割合は、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の供給量の比に応じて決定される。そして、円管部１２２の内周面と第１隔壁部材１４３の外周面との間に複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ１５８が介装されると共に、第１隔壁部材１４３と第２隔壁部材１４４との間に複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ１６０が介装される。更に、第２隔壁部材１４４の内周面と整流部材１３４の外周面との間にも複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ１６２が介装される。これら複数個のスペーサ１５８、１６０、１６２はそれぞれ矩形プレート状に形成され、その表裏面部が円管部１２２内における液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流通方向（矢印Ｆ方向）と平行になるように支持される。これらのスペーサ１５８、１６０、１６２は、２個の隔壁部材１４３、１４４及び整流部材１３４を円管部１２２に対して連結固定し、流体供給路１５０、１５２、１５４の径方向（流体の流れ方向に直交する方向）の開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３（図１５（Ａ）参照）を設定している。これにより、２個の隔壁部材１４３、１４４及び整流部材１３４がそれぞれ十分な強度で円管部１２２に連結固定され、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の液圧や重力の影響により所定位置から変移したり、変形したりすることが防止されると共に、開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が予め設定された寸法に確実に維持される。
【００６１】
ここで、第１及び第２の隔壁部材１４３、１４４により区画された断面円環状の空間を、外側から順に第１流体供給路１５０、第２流体供給路１５２及び第３流体供給路１５４とされる。また、円管部１２２の基端面に設けられた蓋板１３０には、それぞれの流体供給路１５０、１５２、１５４に連通する嵌挿穴が穿設されており、この嵌挿穴に、これら第１〜第３の流体供給路１５０、１５２、１５４に液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を供給する流体供給配管１３８、１４０、１４２が接続される。これにより、これらの流体供給配管１３８、１４０、１４２を通して、第１〜第３の流体供給路１５０、１５２、１５４には、流体デバイス１００の上流側に設置された３個の流体供給源（図示せず）から加圧状態とされた液体Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が供給される。
【００６２】
また、円管部１２２内には、隔壁部材１４３、１４４よりも先端側であって整流部材１３４の円錐部１３７よりも基端部側に流体供給路１５０、１５２、１５４に連通する断面円環状の空間が形成され、この断面円環状の空間は、流体供給路１５０、１５２、１５４からそれぞれ供給された液体Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が合流して反応を行う反応流路１５６とされる。
【００６３】
図１５（Ｂ）に示されるように、第１流体供給路１５０及び第２流体供給路１５２及び第３流体供給路１５４の先端部には、それぞれ反応流路１５６内へ開口する第１流体供給口１６４及び第２流体供給口１６６及び第３流体供給口１６８が形成される。これらの流体供給口１６４、１６６、１６８は、それぞれ軸心Ｓを中心とする円軌跡に沿って断面円環状に開口し、互いに同心円状となるように配設されている。ここで、開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、それぞれ流体供給口１６４、１６６、１６８の開口面積を規定し、この流体供給口１６４、１６６、１６８の開口面積と液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の供給量に応じて、流体供給口１６４、１６６、１６８を通して反応流路１５６内へ導入される液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の初期流速が定まる。これらの開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、例えば、流体供給口１６４、１６６、１６８を通して反応流路１５６内へ供給される液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流速が互いに等しくなるように設定される。
【００６４】
円管部１２２内における反応流路１５６よりも先端側の空間は、反応流路１５６内で液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応が行われた反応生成液ＬＭが吐出口１２６に向かって流れる出液路１７０とされる。ここで、反応生成液ＬＭが液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応により生成される場合には、反応流路１５６内の出口部で液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応が完了している必要がある。従って、反応流路１５６の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流通方向に沿った路長ＰＬ（図１５（Ａ）参照）は、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応が完了する長さに設定する必要がある。尚、流体デバイス１００内には、常に、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びこれらの反応された反応生成液ＬＭが隙間なく充填され、吐出口１２６側へ流通しているものとする。
【００６５】
特に図示しないが、この同芯流型流体デバイス１００の場合にも、上記した外乱発生手段１３を設けて熱媒体流路１０１を流れる熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流を発生させることで、伝熱速度を向上できる。外乱発生手段１３としては、複数本の熱媒体供給管１７、低周波振動付与手段１９と微小粒子２１（又は微小気泡２１）、及びこれらの組み合わせを用いることができる。更には、外乱発生手段１３に下記説明する熱媒体流路１０１の構造を組み合わせることで伝熱速度を一層向上させることができる。
【００６６】
即ち、図１５（Ａ）に示したように、円管部１２２の外周には、水やオイル等の熱容量が比較的大きな熱媒体Ｈが流れる円筒状の熱媒体流路１０１を備えた本体部１０３が設けられ、本体部１０３が図示しない熱媒体供給手段に接続される。熱媒体供給手段からは、円管部１２２内における液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応温度を制御する熱媒体Ｈが熱媒体流路１０１に供給され、再び熱媒体供給手段に循環される。熱媒体流路１０１に供給する熱媒体Ｈの温度は、反応温度、又は流体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の種類等によって適宜設定することが好ましい。この場合、熱媒体流路１０１は、流体流路１１１を流れる液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流れ方向の上流側から下流側に複数個（図１５では２個）設けられ、それぞれの熱媒体流路１０１Ａ，１０１Ｂに異なる温度Ｔ１，Ｔ２の熱媒体Ｈを流すことができる。このように、流体流路１１１を流れる液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流れ方向の上流側から下流側に対応させて複数個の熱媒体流路１０１Ａ，１０１Ｂを設けることにより、例えば流体流路１１１の上流側の反応流路１５６に位置する熱媒体流路１０１Ａには反応を促進する温度（Ｔ１）の熱媒体Ｈを供給し、流体流路１１１の下流側の出液路１７０に位置する熱媒体流路１０１Ｂには反応を停止する温度（Ｔ２）の熱媒体を流すことができる。
【００６７】
また、整流部材１３４内に熱媒体Ｃ１を流す流路を形成し、反応流路１５６の内側から更に温度調整するようにしてもよい。即ち、整流部材１３４は、外郭部が肉薄状で内部が中空状とされ、整流部材１３４内には、その基端側から整流部材１３４の内径よりも小径とされた熱媒体供給管１７６が挿入されており、熱媒体供給管１７６は整流部材１３４の基端側の開口を閉塞する閉塞板（図示せず）及び複数個のスペーサ１７８により整流部材１３４と同軸的に支持される。熱媒体供給管１７６の先端開口１７７は円錐部１３７の付け根付近に達しており、その先端面には、整流部材１３４内に熱媒体Ｃ１を供給する供給口１８０が開口される。かかる供給口１８０から熱媒体供給管１７６にも、熱媒体供給手段から所望温度の熱媒体Ｃ１が供給され、反応温度が制御される。
【００６８】
また、本発明における円筒状の熱媒体流路１０１は、図１５及び図１６に示すように、熱媒体流路１０１の流路径Ｄが流体流路１１１の上流側の流路径Ｄ１よりも下流側の流路径Ｄ２が狭くなる縮流構造に形成されている。これにより、同芯流型の流体デバイス１００は、薄片状型の流体デバイス１０の場合と同様に、熱媒体Ｈの温度と液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の温度の温度差が小さくなる下流側に行くに従って熱媒体Ｈの流速が速くなる。従って、流体流路１１１の上流側から下流側にかけた全流域において伝熱速度の均一化を図ることができる。
【００６９】
また、同芯流型の流体デバイス１００の場合も、図１７に示すように、円筒状の熱媒体流路１０１が波型形状１０５であることが好ましい。熱媒体流路１０１が波型形状１０５とは、流路内壁面が波型形状であることも含み、例えば流路内壁面（外周面と内周面）のうちの流体流路１１１に近い内周面側に波型形状１０５を形成することが好ましい。これにより、内周面近傍を流れる熱媒体Ｈが流体流路に垂直方向の流速成分をもち、内周面が平滑形状である場合に比べて境膜の厚みを薄くすることができる。この結果、熱媒体Ｈの流速を上げなくても乱流を発生でき流体流路１１１への伝熱速度を向上できるので、エネルギーの消費を抑えることができる。波型形状としては例えばコルゲート形状を好適に採用できる。
【００７０】
尚、同芯流型の流体デバイス１００の製作方法、材質、流体及び熱媒体の供給手段等については薄片流型の流体デバイス１０の場合と同様であるので省略する。
【実施例】
【００７１】
（試験１…比較例）
先ず、流体流路の流路幅と熱媒体流路の流路幅が同じ場合について試験した。即ち、流路幅３００μｍ、流路深さ２００μｍの流体流路が形成された流体流路プレートの下面に、流体流路の流路幅と同じ３００μｍで、流路深さが１０００μｍの熱媒体流路が形成された熱媒体流路プレートを配置した。そして、流体流路には９０°Ｃの温水を流し、熱媒体流路には氷点下２０°Ｃ（−２０°Ｃ）の熱媒体（冷媒）を流しながら流体流路出口での温水の温度を測定した。測定は、直径５００μｍのＫ熱伝対を流体流路出口に差し込むことにより行った。流体流路を流れる温水の流量を１ｍＬ／分とし、及び熱媒体流路を流れる熱媒体の流量を５ｍＬ／分とした。
【００７２】
その結果、流体流路入口で９０°Ｃの温水は、流体流路出口で５３°Ｃまで低下した。
【００７３】
（試験２…本発明の実施例１）
次に、本発明の流体デバイスを使用して同様の試験を行った。即ち、試験１と同じ流体流路プレートの下面に、試験１と同じ熱媒体流路プレートを配置すると共に、外乱発生手段として、熱媒体流路プレートの下面に低周波振動付与手段を設け、熱媒体流路を流れる熱媒体に低周波振動を付与した。低周波振動の周波数は９０Ｈｚである。
【００７４】
その結果、熱媒体流路を流れる熱媒体に低周波振動を付与したことで、熱媒体の流速が定期的に増加し、低周波振動を付与しない場合の約１０倍となった。このことは、レイノルズ数Ｒｅも低周波振動を付与しない層流時の約１０倍になっていることが推測される。これにより、流体流路入口で９０°Ｃの温水は、流体流路出口で４１°Ｃまで低下させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の薄片流型流体デバイスの全体構成図
【図２】薄片流型流体デバイスにおける装置本体の内部構造を説明する説明図
【図３】外乱発生手段の一態様として複数本の熱媒体供給管を用いた場合の概念図
【図４】外乱発生手段の別態様として低周波振動付与手段を用いた場合の概念図
【図５】外乱発生手段の別態様として微小粒子又は微小気泡を用いた場合の概念図
【図６】薄片流型流体デバイスの熱媒体流路構造を説明する断面図
【図７】薄片流型流体デバイスの熱媒体流路の流速分布を説明する説明図
【図８】従来の薄片流型流体デバイスの熱媒体流路の流速分布を説明する説明図
【図９】熱媒体流路を流体の流れ方向に複数個設けた説明図
【図１０】熱媒体流路を縮流構造にした説明図
【図１１】熱媒体流路を断面凹形状にした断面図
【図１２】熱媒体流路を分割流路にした断面図
【図１３】熱媒体流路を分割流路にした別の態様の断面図
【図１４】熱媒体流路の内壁面を波型形状にした説明図
【図１５】本発明の同芯流型流体デバイスの全体構成図
【図１６】熱媒体流路を縮流構造にした説明図
【図１７】熱媒体流路の内周面を波型形状にした説明図
【符号の説明】
【００７６】
１０…薄片流型流体デバイス、１２…流体流路、１３…外乱発生手段、１４…温度調整機構、１５…装置本体、１６…流体流路プレート、１７…複数本の熱媒体供給管、１８…熱媒体流路、１９…低周波振動付与手段、２０…熱媒体流路プレート、２１…微小粒子又は微小気泡、２６…本体部材、２８…蓋部材、３０…流体供給路、３２…Ｙ字型流体流路、３４…液体排出口、３６…液体導入口、３８…流体供給管、４０…本体部材、４２…底部材、４４…熱媒体供給口、４６…熱媒体排出口、４８…熱媒体供給手段、５０…往路配管、５２…復路配管、５５…仕切板、１００…同芯流型流体デバイス、１０１…熱媒体流路、１０３…本体部、１２２…円管部、１２６…吐出口、１２８…フランジ部、１３０…蓋板、１３２…嵌挿穴、１３４…整流部材、１３８、１４０、１４２…流体供給配管、１４３、１４４…隔壁部材、１５０、１５２、１５４…流体供給路、１５６…反応流路、１５８、１６０、１６２…スペーサ、１６４、１６６、１６８…流体供給内、１７０…出液路、３００…温度調整機構、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…反応溶液である液体、Ｈ…熱媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体デバイスに係り、特に、マイクロな流路幅の流体流路内を流れる流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医薬品・試薬、あるいは微細な磁性粒子等の化学物質を製造する化学プロセス分野においては、温度調整機構をもつ反応装置として温調コイルや温調ジャケットを設けた攪拌槽が一般的に用いられている。
【０００３】
しかし、化学物質の高純度化、高品質化が要求されている昨今では、攪拌槽のように容量の大きなマクロ的な生産装置では、製造される化学物質の高純度化、高品質化の要求を満たすことが難しくなっている。
【０００４】
このような背景から、近年、化学プロセス分野において、マイクロミキサー又はマイクロリアクター等と一般的に呼ばれる流体デバイスが注目されている。この流体デバイスは、微細な流路断面を有する流体流路に複数の流体を流通させながら反応操作や単位操作を行うことで、化学物質を連続製造したり、混合、分離、抽出等の処理を行ったりするものである。例えば、この方法における反応は、攪拌槽等を用いたバッチ式の反応とは異なり、微小空間である流体流路内を連続的に流れる流体の界面において流体中の反応分子同士が出会うことによって反応が起こるため、反応効率が著しく向上すると共に、特に反応生成物が微細粒子である場合には、単分散性に優れた化学物質を製造することができる。かかる流体デバイスによる反応操作又は単位操作では流体流路内を流れる流体を温度調整機構で適切な温度に調整することが通常である。
【０００５】
この流体デバイスはサイズそのものが小さいことから、温度調整機構自体のサイズも微小サイズ化せざるを得ない。微小サイズ化が可能な温度調整機構として、流体デバイスに金属を微細配置して電圧を付与することで流体流路を流れる流体の温度調整を行う電気的方式と、流体デバイスに微細な熱媒体流路を形成して熱媒体を流すことで流体流路を流れる流体の温度調整を行うジャケット方式とがある。しかし、金属への電圧付与による温度制御は、流体デバイスを加熱することは可能であるが流体デバイスからの熱を冷却できない。冷却可能な金属としてペルチェ素子を使用することも考えられるが、ペルチェ素子は反対に加熱することができない。また、ペルチェ素子を使用する際には、吸熱と同時に生じる放熱の影響を流体デバイスが受けることがデメリットとして残る。このように、加熱、冷却操作を同時に行うためには最低でも２種の金属を併設する必要があり、デバイスの複雑化、サイズアップを招くため、金属を微細配置する方式では、加熱、冷却のどちらか一方の操作しかできないことが一般的である。このため、金属を微細配置する方式は使用できる反応操作又は単位操作が限定されるという問題がある。このことから、流体デバイスの温度調整機構としては、微細な熱媒体流路（マイクロチャンネル）を備えたジャケット方式が主流になっている。
【０００６】
熱媒体を流す熱媒体流路を利用して流体流路を流れる流体と熱交換する装置しては、例えば、特許文献１及び特許文献２のように、温度調整される流体を流す流路の下側に、該流体を温度調整する熱媒体を流す熱媒体流路を形成したものが開示されている。また、特許文献３には、流体流路を流れる流体に大きな温度変化を受けさせることのできる流体デバイスが開示されている。これは、流体デバイスの表面と裏面とに温度の異なる温度調整機構を設けて流体デバイスの厚み方向に温度分布を形成すると共に、流体流路を水平流路（表裏面と平行な流路）と垂直流路（表裏面方向の流路）とを組み合わせることで、流体が垂直流路を流れる際の温度分布を利用して流体に大きな温度を受けることができるようにしたものである。
【特許文献１】特開２００５−８３６７６号公報
【特許文献２】特開２００５−８３６７４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、流体デバイスに微細な熱媒体流路を備えたジャケット方式の温度調整機構を適用した場合、熱媒体流路を流れる熱媒体は層流を形成するため、乱流形成時の場合に比べて境膜の厚みが厚くなり、伝熱速度を低下させるという問題がある。この結果、熱媒体を温度変化させたときに流体流路を流れる流体の温度が追従する温度応答性が悪くなると共に、熱媒体流路の流路幅方向における中央部と両端部（境膜が形成される流路壁面部）での伝熱速度に分布ができ、この分布が流体流路における温度分布を形成し、反応操作や単位操作の均一性に悪影響を与えるという問題がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び２の技術は、微細な熱媒体流路の流路断面積を大きくして流路抵抗を下げるようにしたもので、熱媒体が層流を形成することによる伝熱速度の低下を解消するものでない。また特許文献３は、流体流路の垂直流路部分を流体が通過している間はなだらかな温度勾配を持つことになり、流体に対して迅速な温度変化、例えばステップ状の温度変化を与えることはできない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、熱媒体流路を備えたジャケット方式の温度調整機構で流体流路を温度調整する際に、流体流路を流れる流体に対する伝熱速度を向上できるので、温度制御の応答性を向上させることができる流体デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は前記目的を達成するために、流体流路に複数の流体を流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスにおいて、前記温度調整機構は、前記流体流路の流体の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路に所望温度の熱媒体が流れる機構であって、該熱媒体の層流状態の流れに乱れを発生させる外乱発生手段を有していることを特徴とする流体デバイスを提供する。
【００１１】
ここで、外乱発生手段とは、熱媒体外部からの熱媒体へのエネルギー付加や異相粒子混入により熱媒体の流れに乱れを発生させることのできる手段をいう。
【００１２】
本発明の請求項１によれば、温度調整機構は、流体流路の流体の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路に所望温度の熱媒体が流れる機構であって、該熱媒体の層流状態の流れに乱れを発生させる外乱発生手段を有しているので、熱媒体が熱媒体流路を層流状態で流れることにより境膜が厚く形成される場合であっても、外乱発生手段によって境膜を壊すことができるので、境膜を薄くすることができる。これにより、熱媒体流路から流体流路への伝熱速度を向上することができる。従って、本発明の流体デバイスは、流体流路を流れる流体に対する伝熱速度を向上できるので温度制御の応答性を向上させることができる。尚、本発明において流体流路を流れる流体とは液体、気体、固液混相流体、気液混相流体などが含まれる。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記流体流路の流路幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
流体流路の流路幅が１ｍｍ以下のように熱媒体流路もマイクロな流路で形成せざるをえない場合において、本発明の効果が一層発揮されるからである。
【００１５】
請求項３は請求項１又は２において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体流路に流入する熱媒体を衝突させる複数本の熱媒体供給管であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、複数本の熱媒体供給管から熱媒体を熱媒体流路に供給して熱媒体同士を衝突させるようにしたので、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流により境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。
【００１７】
請求項４は請求項１〜３のいずれか１において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体に低周波振動を付与する低周波振動付与手段であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４によれば、外乱発生手段として低周波振動付与手段を用い、熱媒体に低周波振動を付与するようにしたので、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流により境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。尚、複数本の熱媒体供給管と低周波振動付与手段とを併用してもよい。
【００１９】
請求項５は請求項１〜４のいずれか１において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小粒子であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５によれば、熱媒体中に混在する微小粒子が熱媒体流路の流路壁を擦ることによって、境膜を破壊することができる。また、熱媒体中に混在する微小粒子同士の衝突により、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流によっても境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。尚、複数本の熱媒体供給管と低周波振動付与手段と微小粒子とを併用してもよい。
【００２１】
請求項６は請求項５において、前記微小粒子の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする。
【００２２】
熱媒体に混在させる微小粒子を熱媒体流路の断面積の１／１０以下にすることで、微小粒子が熱媒体流路中で自由に動き回って衝突し易くなり、この衝突により熱媒体に乱れを効率的に発生させることができるからである。
【００２３】
請求項７は請求項１〜６のいずれか１において、前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小気泡であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７によれば、熱媒体中に混在する微小気泡が熱媒体流路の流路壁を擦ることによって、境膜を破壊することができる。また、熱媒体中に混在する微小気泡により、熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流によっても境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。熱媒体に混在させる微小気泡としては、微小粒子と異なり気泡が消滅すると流れを乱す効果がなくなるので、熱媒体流路に熱媒体を供給する直前に熱媒体にエアを吹き込むことで形成するとよい。尚、複数本の熱媒体供給管と低周波振動付与手段と微小粒子と微小気泡を併用してもよい。
【００２５】
請求項８は請求項７において、前記微小気泡の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする。
【００２６】
微小気泡が大きすぎると浮上力により直ちに熱媒体流路の上側に浮上して堆積し易く、熱媒体に流れの乱れを発生させる効果が小さくなるからである。
【００２７】
請求項９は請求項１〜８のいずれか１において、前記流体デバイスは、前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を流通させる板状の流体流路プレートと、前記流体流路プレートの上面又は下面に配置され、熱媒体流路が内部に形成された板状の熱媒体流路プレートと、前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項９は、流体流路を複数の流体が流れる流体デバイスの場合である。請求項９によれば、複数の流体を流す流体流路が内部に形成された板状の流体流路プレートの上面又は下面に、熱媒体流路が内部に形成された板状の熱媒体流路プレートが合わさるように配置される。そして、流体流路には反応操作又は単位操作を行う複数の流体が流体供給手段から供給され、熱媒体流路には流体流路を流れる流体の温度調整を行う熱媒体が熱媒体供給手段から供給される。これにより、熱媒体流路を流れる熱媒体と流体流路を流れる熱媒体とが熱交換されて、流体の温度が調整される。かかる流体デバイスにおいて、外乱発生手段により熱媒体流路を流れる熱媒体に流れの乱れを発生させる。尚、流体供給手段は複数の流体ごとに個々に設けることが好ましい。
【００２９】
請求項１０は請求項１〜８のいずれか１において、前記流体デバイスは、前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を同芯流として流通させる円筒状の流体流路ブロックと、前記流体流路ブロックの外側に配置され、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックと、前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項１０は、流体流路を複数の流体が同芯状の流体として流れる同芯流型の流体デバイスの場合である。請求項１０によれば、複数の流体を同芯流として流す流体流路が内部に形成された円筒状の流体流路ブロックの外側に、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックが合わさるように配置される。そして、流体流路には反応操作又は単位操作を行う複数の流体が流体供給手段から供給され、熱媒体流路には流体流路を流れる流体の温度調整を行う熱媒体が熱媒体供給手段から供給される。これにより、熱媒体流路を流れる熱媒体と流体流路を流れる熱媒体とが熱交換されて、流体の温度が調整される。かかる同芯流型流体デバイスにおいて、外乱発生手段により熱媒体流路を流れる熱媒体に流れの乱れを発生させる。尚、流体供給手段は複数の流体ごとに設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明の流体デバイスによれば、熱媒体流路を備えたジャケット方式の温度調整機構で流体流路を温度調整する際に、流体流路を流れる流体に対する伝熱速度を向上できるので、温度制御の応答性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、付図面に従って本発明に係る流体デバイスの好ましい実施の形態について詳説する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の流体デバイスの第１の実施の形態の全体構成図であり、薄片流の層流を形成する薄片流型流体デバイス１０の一例である。また、流体流路としては、流路幅が１ｍｍ以下のマイクロな流路の例で説明すると共に、流体としては、液液反応を行う２種類の液体Ｌ１、Ｌ２の例で以下に説明する。
【００３４】
図１に示すように、薄片状型の流体デバイス１０は、主として、流体流路１２が内部に形成された板状の流体流路プレート１６と、流体流路プレート１６の下面に配置され、熱媒体流路１８（図２参照）が内部に形成された板状の熱媒体流路プレート２０と、流体流路１２に液体Ｌ１を供給する第１の流体供給手段２２と、流体流路１２に液体Ｌ２を供給する第２の流体供給手段２４と、流体流路１２を流れる液体体Ｌ１、Ｌ２の温度調整を行う温度調整機構１４と、で構成される。尚、流体流路プレート１６と熱媒体流路プレート２０とを合わせたものを装置本体１５ということにする。
【００３５】
図２は流体デバイスの装置本体を説明する説明図である。図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のａ−ａ線に沿った断面図、図２（Ｃ）は底面図である。
【００３６】
図２に示すように、装置本体１５は、流体流路プレート１６と、熱媒体流路プレート２０とで構成される。流体流路プレート１６は、本体部材２６と蓋部材２８とで構成され、本体部材２６には２種類の液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応を行う流体流路１２と該流体流路１２に液体Ｌ１、Ｌ２を合流させる２本の流体供給路３０、３０とから成るＹ字型流体流路３２が形成される。また、流体流路１２の終端位置には液液反応による反応生成液ＬＭを排出させる液体排出口３４が形成される。一方、蓋部材２８には２本の流体供給路３０、３０に液体Ｌ１、Ｌ２を導入する２個の流体導入口３６、３６が形成され、２個の流体導入口３６、３６に液体Ｌ１、Ｌ２を供給する一対の流体供給手段２２、２４が２本の流体供給管３８、３８（図１参照）を介してそれぞれ接続される。
【００３７】
流体流路１２は、流路幅が１ｍｍ（１０００μｍ）以下、好ましくは５００μｍ以下、流路深さ１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のマイクロチャンネル状の微細流路が好ましい。流体流路１２は、径方向断面の形状が四角形状のものが一般的であるが四角形状に限定するものではない。また、流体供給路３０、３０を２本で構成する場合には、１本の流体供給路３０の流路幅は流体流路１２の半分になるように設計することが好ましい。例えば、径方向断面が四角形状の流体流路の幅を５００μｍ、深さを２００μｍとした場合には、１本の流体供給路の幅を２５０μｍ、深さを２００μｍとする。また、流体流路の長さＬ（図２参照）は、液液反応が終了するに足る長さに設定され、液液反応の種類によって異なる。
【００３８】
一方、熱媒体流路プレート２０は、本体部材４０と底部材４２とで構成され、本体部材４０には所望温度の熱媒体Ｈを流す熱媒体流路１８が形成される。図２では、熱媒体流路１８の長さを流体流路１２の長さと同等の直線流路としたが、２本の流体供給路３０、３０に沿うように熱媒体流路１８を延設することにより、流体流路１２と同様にＹ字型熱媒体流路として形成してもよい。また、底部材４２には、熱媒体流路１８に熱媒体Ｈを供給する熱媒体供給口４４と、熱媒体Ｈを排出する熱媒体排出口４６が形成され、熱媒体供給口４４には所望温度の熱媒体Ｈを循環供給する熱媒体供給手段４８（図１参照）の往路配管５０が連結され、熱媒体排出口４６には復路配管５２が連結される（図１参照）。これにより、流体流路１２を流れる流体Ｌ１、Ｌ２の反応温度を調整する温度調整機構１４が形成される。そして、本発明における温度調整機構１４は、流体流路１２の液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路１８に所望温度の熱媒体Ｈを流す機構であって、該熱媒体Ｈの流れに乱れを発生させる外乱発生手段１３を有している。
【００３９】
図３は、外乱発生手段１３として、熱媒体流路１８に流入する熱媒体Ｈを衝突させる複数本の熱媒体供給管１７、１７を設けた場合の概念図である。図３に示すように、熱媒体流路１８の入口には、２本の熱媒体供給管１７、１７が略直交する角度αを有して配置され、２本の熱媒体供給管１７、１７から熱媒体流路１８に流入する熱媒体同士が衝突する。これにより、熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈに流れの乱れ、例えば渦流が発生する。この渦流により熱媒体流路１８に流路壁近傍に形成される境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができ、熱媒体流路１８から流体流路１２への伝熱速度を向上できる。尚、熱媒体供給管１７、１７の本数は２本に限定されず３本以上でもよい。また、複数本の熱媒体供給管１７、１７の配置角度も、熱媒体に渦流が発生しやすいような熱媒体同士の衝突角度に適宜設定できる。
【００４０】
図４は、外乱発生手段１３として、熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈに低周波振動を付与する低周波振動付与手段１９を設けた場合の概念図である。図４に示すように、熱媒体流路１８に熱媒体Ｈを供給する２本の配管１９Ａ，１９Ａ（配管は１本でもよい）に接触して低周波振動付与手段１９が設けられ、熱媒体流路１８に供給される熱媒体Ｈに低周波が付与される。これにより、熱熱媒体流路１８を層流状態で流れる熱媒体Ｈの流れに乱れ、例えば渦流が発生する。従って、熱媒体流路１８に流路壁近傍に形成される境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができ、熱媒体流路から流体流路への伝熱速度を向上できる。低周波振動の周波数としては、３０〜３００Ｈｚの範囲が好ましい。
【００４１】
図５は、外乱発生手段１３として、熱媒体Ｈに混在させる多数の微小粒子２１（又は微小気泡２１）を使用した場合である。熱媒体中に混在する微小粒子２１（又は微小気泡２１）により、熱媒体Ｈに流れの乱れ、例えば渦流２３が発生する。この渦流２３により境膜が破壊されるので、境膜を薄くすることができる。また、熱媒体中に混在する微小粒子２１（又は微小気泡２１）が熱媒体流路１８の流路壁を擦ることによっても境膜を破壊することができる。微小粒子２１（又は微小気泡２１）の断面積は、熱媒体流路１８の断面積の１／１０以下であることが好ましい。
【００４２】
これらの外乱発生手段１３は、個々に用いてもよく、２つ以上を組み合わせて用いることもできる。更には、上記の外乱発生手段１３に、下記説明する熱媒体流路１８の構造を組み合わせることで、熱媒体流路１８から流体流路１２への伝熱速度を一層向上できる。
【００４３】
図６は、熱媒体流路１８の構造を説明する図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図６は熱媒体流路１８の流路幅方向における中央部と両端部（境膜が形成される流路幅方向の壁面部）との流速分布を示したものである。
【００４４】
図６に示すように、熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２が流体流路１２の流路幅Ｗ１よりも広く形成されている。このように、熱媒体流路の流路幅Ｗ２を流体流路１２の流路幅Ｗ１よりも広く形成することで、熱媒体が熱媒体流路１８を層流状態で流れることにより境膜が厚く形成される場合であっても、境膜の位置を流体流路１２の流路幅Ｗ１の外側方向にシフトさせることができる。これにより、熱媒体流路１８に形成される境膜の位置を流体流路１２との相対的な関係で見た場合には、流路壁近傍の境膜を見かけ上で薄くすることができ、更には無くすことも可能である。この結果、熱媒体流路１８から流体流路１２への伝熱速度を向上することができる。
【００４５】
図７は熱媒体流路１８の流路幅方向における伝熱速度分布を、該幅方向における熱媒体の流速分布で見た場合の概念図である。図７（Ａ）の白矢印が流体流路１２を流れる液体Ｌ１，Ｌ２、黒矢印が熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈとすると、図７（Ｂ）の熱媒体Ｈの流速分布（矢印が長い方が流速が速い）に示すように、液体Ｌ１、Ｌ２と熱媒体Ｈとの流れがオーバラップしている部分Ｃにおける熱媒体Ｈの流速は大きく、伝熱速度が大きいことを示している。一方、液体Ｌ１、Ｌ２と熱媒体Ｈとの流れがオーバラップしていない部分Ｄの流速は小さく、伝熱速度が小さいことを示している。従って、本発明の温度調整機構１４によれば、流体流路１２を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の温度調整を熱媒体Ｈの流速の大きな（伝熱速度が大きな）Ｃ部分で行うことができるので、流体流路１２を流れる流体Ｌ１、Ｌ２に対する伝熱速度が大きくなり、温度制御の応答性を向上させることができる。
【００４６】
一方、図８は熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２と流体流路１２の流路幅Ｗ１を同じにしたときの熱媒体流路１８の流路幅方向における伝熱速度分布を、該幅方向における熱媒体Ｈの流速分布で見た場合の概念図である。図８（Ａ）の白矢印が流体流路１２を流れる液体Ｌ１，Ｌ２、黒矢印が熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈとすると、図５（Ｂ）の熱媒体Ｈの流速分布に示すように、液体Ｌ１、Ｌ２と熱媒体Ｈとの流れがオーバラップしている部分Ｃにおける熱媒体Ｈの流速は，流路幅方向の中央部では大きいものの、両端部では小さくなり、両端部での伝熱速度が悪くなる。即ち、図８の場合には、熱媒体流路１８に形成される境膜の影響を大きく受けて伝熱速度が悪化することになるとともに、流体流路１２の流路幅方向において温度分布が発生することになる。
【００４７】
流体流路１２の流路幅Ｗ１に対して熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２をどの程度大きくするのが好適であるかについては、熱媒体流路１８の流路幅方向における流速分布を調べることにより求めた。この場合、マイクロチャンネルのような微細な熱媒体流路１８の流速分布を実験的に求めることが技術的に困難であるため、本発明では数値流動解析ソフト「アールフロー」（（株）アールフロー社製）を使用して速度分布を算出することで求めた。その結果、流体流路１２の流路幅をＷ１とし、熱媒体流路１８の流路幅をＷ２とし、Ｗ２−Ｗ１をΔＷとしたときに、下記（１）式を満足するように形成することにより、流体流路１２の流路幅Ｗ１の両端位置に対応する熱媒体流路１８の熱媒体流速が中央部の熱媒体流速の８０％を下回らないようにすることが可能であることが分かった。
【００４８】
０．５≦ΔＷ／Ｗ１≦２…（１）
ちなみに、流体流路１２の流路幅Ｗ１を１ｍｍとした場合には、熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２は１．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲となる。
【００４９】
図９は熱媒体流路１８の他の態様であり、熱媒体流路１８は、流体流路１２を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向の上流側から下流側に複数個に設けられ、それぞれの熱媒体流路１８Ａ，１８Ｂに異なる温度の熱媒体Ｈを供給するように構成したものである。このように、流体流路１２を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の流れ方向の上流側から下流側に対応させて複数個の熱媒体流路１８Ａ，１８Ｂを設けることにより、例えば流体流路１２の上流側に位置する熱媒体流路１８Ａには反応を促進する温度の熱媒体Ｈを供給し、流体流路１２の下流側に位置する熱媒体流路１８Ｂには反応を停止する温度の熱媒体Ｈを供給することができる。尚、図９では２個の熱媒体流路１８Ａ，１８Ｂを設けた例で示したが、３個以上でもよい。
【００５０】
図１０は熱媒体流路１８の別の態様であり、熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２が、対応する流体流路１２の上流側よりも下流側が狭くなる縮流構造に形成したものである。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、熱媒体Ｈの温度と液体Ｌ１、Ｌ２の温度の温度差が小さくなる下流側に行くに従って熱媒体Ｈの流速が速くなる（矢印が長い方が流速が速い）。この結果、流体流路１２の上流側から下流側にかけた全流域において伝熱速度の均一化を図ることができる。この縮流構造の熱媒体流路１８に上記（１）式を適用する場合には、流路幅が最も大きな上流端位置の流路幅をＷ２とすることが好ましく、下流端位置でもＷ２＞Ｗ１を満足することが好ましい。
【００５１】
図１１は熱媒体流路１８の更に別の態様であり、熱媒体流路１８が流体流路１２の流路幅方向の両側部と底部を囲むように断面凹形状に形成される。この場合の熱媒体流路１８の流路幅Ｗ２は流体流路１２の底面と平行な部分の長さとする。これにより、熱媒体流路１８からの熱を流体流路１２の側方からも伝えることができ、境膜により伝熱速度が小さくなりがちな流体流路の両側部の伝熱速度を向上できる。
【００５２】
図１２及び図１３は熱媒体流路１８の更に別の態様であり、熱媒体流路１８を、流体流路１２を流れる液体Ｌ１，Ｌ２の流れ方向に平行な複数の分割流路１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに仕切板５５で分割し、該分割流路１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃにそれぞれに異なる温度の熱媒体Ｈ及び／又は異なる流速の熱媒体Ｈを供給するように構成したものである。図１２は図６で説明した熱媒体流路１８を３分割した場合であり、図１３は図１１で説明した熱媒体流路１８を３分割した場合であるが、３分割に限定するものではなく、２分割以上であればよい。このように、熱媒体流路１８を複数の分割流路１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに分割することで、中央部の分割流路１８Ｂよりも両側の分割流路１８Ａ，１８Ｃの熱媒体温度を高くしたり、熱媒体流速を速くしたりすることで、熱媒体流路１８の流路幅方向における伝熱速度分布が無くなるように、きめ細かな制御を行うことができる。
【００５３】
図１４は熱媒体流路１８の更に別の態様であり、熱媒体流路１８を波型形状５６に形成したものである。熱媒体流路１８が波型形状５６とは、流路内壁面が波型形状であることも含む。波型形状５６にすることで、熱媒体流路１８を流れる熱媒体Ｈに流体流路に垂直成分をもつ流れが発生し、境膜を破壊するので、熱媒体流路１８の内壁面が平滑形状の場合に比べて、境膜の厚みを薄くすることが可能となる。特に、外乱発生手段１３として、微小粒子２１（又は微小気泡２１）を使用した場合には、熱媒体流路１０１の内壁面に形成された波型形状５６に衝突した微小粒子（又は微小気泡２１）が不規則な動きをするので、境膜を一層破壊し易くなる。また、微小気泡２１の場合には、波型形状５６に衝突することで気泡が微泡化し易くなり、破裂するエネルギーによる境膜の破壊も期待できる。
【００５４】
かかるマイクロメートルオーダの微細な流体流路１２や熱媒体流路１８を有する流体デバイス１０の装置本体１５の製作には微細加工技術が使用され、流体流路プレート１６の本体部材２６上面に蓋部材２８を被せて本体部材２６と蓋部材２８を接合すると共に、熱媒体流路プレート２０の本体部材４０に底部材４２を被せて本体部材４０と底部材４２を接合することにより製作される。微細加工技術としては、例えば次のようなものがある。
(1) Ｘ線リソグラフィと電気メッキを組み合わせたＬＩＧＡ技術
(2) ＥＰＯＮ ＳＵ８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法
(3) 機械的マイクロ切削加工（ドリル径がマイクロメートルオーダのドリルを高速回転するマイクロドリル加工等）
(4) Ｄｅｅｐ ＲＩＥによるシリコンの高アスペクト比加工法
(5) Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法
(6) 光造形法
(7) レーザー加工法
(8) イオンビーム法
また、流体デバイス１０の装置本体１５を製作するための材料としては、耐熱、耐圧及び耐溶剤性、加工容易性等の要求に応じ、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック、シリコン、及びテフロン等を好適に使用できる。装置本体１５の製作においては、流体流路１２や熱媒体流路１８の製作は勿論重要であるが、蓋部材２８や底部材４２を本体部材２６、４０に接合する接合技術も重要である。蓋部材２８や底部材４２の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流体流路１２や熱媒体流路１８の破壊を伴わず寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば、圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料としてシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等がある。セラミックスの接合については、金属のようにメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してglass solderなる接合剤をスクリーン印刷で８０μｍに印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００°Ｃで処理する方法がある。また、研究段階ではあるが、新しい接合技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接結合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００５５】
本発明の流体デバイス１０で使用する流体供給手段２２、２４としては、連続流動方式型のシリンジポンプを好適に使用することができ、熱媒体Ｈを装置本体１５との間に循環させる熱媒体供給手段４８としてはマイクロポンプを好適に使用することができる。流体デバイス１０の場合、液体Ｌ１、Ｌ２や熱媒体Ｈを流体流路１２や熱媒体流路１８に導入する液体制御技術が必要であり、特にマイクロオーダの微細な流体流路１２や熱媒体流路１８での液体の挙動は、マクロスケールとは異なる性質をもつため、マイクロスケールに適した流体制御方式を適用しなくてはならない。連続流動方式は、流体流路１２や熱媒体流路１８、及これらに至る流路内は全て液体Ｌ１、Ｌ２又は熱媒体Ｈで満たされ、外部に用意した流体供給手段２２、２４、熱媒体供給手段４８によって、液体全体を駆動する方式であり、流体流路１２や熱媒体流路１８に供給する液体Ｌ１、Ｌ２や熱媒体Ｈの供給圧力、供給流量を任意に制御することができる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図１５は、本発明の流体デバイスの第２の実施の形態の全体構成図であり、同芯流の層流を形成する同芯流型流体デバイス１００の一例である。また、流体としては、液液反応を行う３種類の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の例で以下に説明する。尚、第２の実施の形態において後記する流体流路１１１とは、反応流路１５６と、反応によって生成された反応生成液ＬＭの出液路１７０の両方を合わせたものを言い、反応流路１５６と出液路１７０とを流れる液体Ｌ１，Ｌ２に温度調整機構３００で温度調整できるように構成した。
【００５７】
同芯流型流体デバイス１００は、主として、流体流路１１１が内部に形成され、複数の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を同芯流として流通させる円筒状の流体流路ブロックと、流体流路ブロックの外側に配置され、熱媒体流路１０１が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックと、流体流路１１１に複数の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を供給する流体供給手段と、熱媒体流路１０１に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えて構成される。
【００５８】
図１５に示されるように、同芯流型の流体デバイス１００は、全体として略円筒状に形成されており、装置の外殻部を構成する円筒状の円管部１２２を備えている。ここで、図中における直線Ｓは装置の軸心を示しており、この軸心Ｓに沿った方向を装置の軸方向として以下の説明を行う。この円管部１２２の先端面には液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が反応した後の反応生成液ＬＭの吐出口１２６が開口し、また円管部１２２の先端部には吐出口１２６の外周側に延出するようにリング状のフランジ部１２８が設けられる。このフランジ部１２８は反応生成液ＬＭに対して次の処理を行う他の流体デバイス等に送液する配管等に接続される。
【００５９】
円管部１２２の基端面は円板状の蓋板１３０により閉塞されており、この蓋板１３０の中心部には円形の嵌挿穴１３２が穿設されている。円管部１２２内には、その基端部側から円管部１２２内へ挿入されるように円筒状の整流部材１３４が同軸的に設けられており、整流部材１３４の基端部は蓋板１３０の嵌挿穴１３２に嵌挿支持されている。
【００６０】
円管部１２２内には、円管部１２２内の空間を軸方向に沿って区画する円筒状の第１隔壁部材１４３及び第２隔壁部材１４４が多重筒状に設けられ、各隔壁部材１４３、１４４の基端面が蓋板１３０に固着される。これらの隔壁部材１４３、１４４は、円管部１２２及び整流部材１３４とそれぞれ同軸的に配置されており、円管部１２２と整流部材１３４との間の断面円環状の空間を同軸的に３分割するように区画している。この分割の割合は、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の供給量の比に応じて決定される。そして、円管部１２２の内周面と第１隔壁部材１４３の外周面との間に複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ１５８が介装されると共に、第１隔壁部材１４３と第２隔壁部材１４４との間に複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ１６０が介装される。更に、第２隔壁部材１４４の内周面と整流部材１３４の外周面との間にも複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ１６２が介装される。これら複数個のスペーサ１５８、１６０、１６２はそれぞれ矩形プレート状に形成され、その表裏面部が円管部１２２内における液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流通方向（矢印Ｆ方向）と平行になるように支持される。これらのスペーサ１５８、１６０、１６２は、２個の隔壁部材１４３、１４４及び整流部材１３４を円管部１２２に対して連結固定し、流体供給路１５０、１５２、１５４の径方向（流体の流れ方向に直交する方向）の開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３（図１５（Ａ）参照）を設定している。これにより、２個の隔壁部材１４３、１４４及び整流部材１３４がそれぞれ十分な強度で円管部１２２に連結固定され、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の液圧や重力の影響により所定位置から変移したり、変形したりすることが防止されると共に、開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が予め設定された寸法に確実に維持される。
【００６１】
ここで、第１及び第２の隔壁部材１４３、１４４により区画された断面円環状の空間を、外側から順に第１流体供給路１５０、第２流体供給路１５２及び第３流体供給路１５４とされる。また、円管部１２２の基端面に設けられた蓋板１３０には、それぞれの流体供給路１５０、１５２、１５４に連通する嵌挿穴が穿設されており、この嵌挿穴に、これら第１〜第３の流体供給路１５０、１５２、１５４に液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を供給する流体供給配管１３８、１４０、１４２が接続される。これにより、これらの流体供給配管１３８、１４０、１４２を通して、第１〜第３の流体供給路１５０、１５２、１５４には、流体デバイス１００の上流側に設置された３個の流体供給源（図示せず）から加圧状態とされた液体Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が供給される。
【００６２】
また、円管部１２２内には、隔壁部材１４３、１４４よりも先端側であって整流部材１３４の円錐部１３７よりも基端部側に流体供給路１５０、１５２、１５４に連通する断面円環状の空間が形成され、この断面円環状の空間は、流体供給路１５０、１５２、１５４からそれぞれ供給された液体Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が合流して反応を行う反応流路１５６とされる。
【００６３】
図１５（Ｂ）に示されるように、第１流体供給路１５０及び第２流体供給路１５２及び第３流体供給路１５４の先端部には、それぞれ反応流路１５６内へ開口する第１流体供給口１６４及び第２流体供給口１６６及び第３流体供給口１６８が形成される。これらの流体供給口１６４、１６６、１６８は、それぞれ軸心Ｓを中心とする円軌跡に沿って断面円環状に開口し、互いに同心円状となるように配設されている。ここで、開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、それぞれ流体供給口１６４、１６６、１６８の開口面積を規定し、この流体供給口１６４、１６６、１６８の開口面積と液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の供給量に応じて、流体供給口１６４、１６６、１６８を通して反応流路１５６内へ導入される液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の初期流速が定まる。これらの開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、例えば、流体供給口１６４、１６６、１６８を通して反応流路１５６内へ供給される液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流速が互いに等しくなるように設定される。
【００６４】
円管部１２２内における反応流路１５６よりも先端側の空間は、反応流路１５６内で液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応が行われた反応生成液ＬＭが吐出口１２６に向かって流れる出液路１７０とされる。ここで、反応生成液ＬＭが液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応により生成される場合には、反応流路１５６内の出口部で液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応が完了している必要がある。従って、反応流路１５６の液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流通方向に沿った路長ＰＬ（図１５（Ａ）参照）は、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応が完了する長さに設定する必要がある。尚、流体デバイス１００内には、常に、液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びこれらの反応された反応生成液ＬＭが隙間なく充填され、吐出口１２６側へ流通しているものとする。
【００６５】
特に図示しないが、この同芯流型流体デバイス１００の場合にも、上記した外乱発生手段１３を設けて熱媒体流路１０１を流れる熱媒体に流れの乱れ、例えば渦流を発生させることで、伝熱速度を向上できる。外乱発生手段１３としては、複数本の熱媒体供給管１７、低周波振動付与手段１９と微小粒子２１（又は微小気泡２１）、及びこれらの組み合わせを用いることができる。更には、外乱発生手段１３に下記説明する熱媒体流路１０１の構造を組み合わせることで伝熱速度を一層向上させることができる。
【００６６】
即ち、図１５（Ａ）に示したように、円管部１２２の外周には、水やオイル等の熱容量が比較的大きな熱媒体Ｈが流れる円筒状の熱媒体流路１０１を備えた本体部１０３が設けられ、本体部１０３が図示しない熱媒体供給手段に接続される。熱媒体供給手段からは、円管部１２２内における液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反応温度を制御する熱媒体Ｈが熱媒体流路１０１に供給され、再び熱媒体供給手段に循環される。熱媒体流路１０１に供給する熱媒体Ｈの温度は、反応温度、又は流体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の種類等によって適宜設定することが好ましい。この場合、熱媒体流路１０１は、流体流路１１１を流れる液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流れ方向の上流側から下流側に複数個（図１５では２個）設けられ、それぞれの熱媒体流路１０１Ａ，１０１Ｂに異なる温度Ｔ１，Ｔ２の熱媒体Ｈを流すことができる。このように、流体流路１１１を流れる液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の流れ方向の上流側から下流側に対応させて複数個の熱媒体流路１０１Ａ，１０１Ｂを設けることにより、例えば流体流路１１１の上流側の反応流路１５６に位置する熱媒体流路１０１Ａには反応を促進する温度（Ｔ１）の熱媒体Ｈを供給し、流体流路１１１の下流側の出液路１７０に位置する熱媒体流路１０１Ｂには反応を停止する温度（Ｔ２）の熱媒体を流すことができる。
【００６７】
また、整流部材１３４内に熱媒体Ｃ１を流す流路を形成し、反応流路１５６の内側から更に温度調整するようにしてもよい。即ち、整流部材１３４は、外郭部が肉薄状で内部が中空状とされ、整流部材１３４内には、その基端側から整流部材１３４の内径よりも小径とされた熱媒体供給管１７６が挿入されており、熱媒体供給管１７６は整流部材１３４の基端側の開口を閉塞する閉塞板（図示せず）及び複数個のスペーサ１７８により整流部材１３４と同軸的に支持される。熱媒体供給管１７６の先端開口１７７は円錐部１３７の付け根付近に達しており、その先端面には、整流部材１３４内に熱媒体Ｃ１を供給する供給口１８０が開口される。かかる供給口１８０から熱媒体供給管１７６にも、熱媒体供給手段から所望温度の熱媒体Ｃ１が供給され、反応温度が制御される。
【００６８】
また、本発明における円筒状の熱媒体流路１０１は、図１５及び図１６に示すように、熱媒体流路１０１の流路径Ｄが流体流路１１１の上流側の流路径Ｄ１よりも下流側の流路径Ｄ２が狭くなる縮流構造に形成されている。これにより、同芯流型の流体デバイス１００は、薄片状型の流体デバイス１０の場合と同様に、熱媒体Ｈの温度と液体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の温度の温度差が小さくなる下流側に行くに従って熱媒体Ｈの流速が速くなる。従って、流体流路１１１の上流側から下流側にかけた全流域において伝熱速度の均一化を図ることができる。
【００６９】
また、同芯流型の流体デバイス１００の場合も、図１７に示すように、円筒状の熱媒体流路１０１が波型形状１０５であることが好ましい。熱媒体流路１０１が波型形状１０５とは、流路内壁面が波型形状であることも含み、例えば流路内壁面（外周面と内周面）のうちの流体流路１１１に近い内周面側に波型形状１０５を形成することが好ましい。これにより、内周面近傍を流れる熱媒体Ｈが流体流路に垂直方向の流速成分をもち、内周面が平滑形状である場合に比べて境膜の厚みを薄くすることができる。この結果、熱媒体Ｈの流速を上げなくても乱流を発生でき流体流路１１１への伝熱速度を向上できるので、エネルギーの消費を抑えることができる。波型形状としては例えばコルゲート形状を好適に採用できる。
【００７０】
尚、同芯流型の流体デバイス１００の製作方法、材質、流体及び熱媒体の供給手段等については薄片流型の流体デバイス１０の場合と同様であるので省略する。
【実施例】
【００７１】
（試験１…比較例）
先ず、流体流路の流路幅と熱媒体流路の流路幅が同じ場合について試験した。即ち、流路幅３００μｍ、流路深さ２００μｍの流体流路が形成された流体流路プレートの下面に、流体流路の流路幅と同じ３００μｍで、流路深さが１０００μｍの熱媒体流路が形成された熱媒体流路プレートを配置した。そして、流体流路には９０°Ｃの温水を流し、熱媒体流路には氷点下２０°Ｃ（−２０°Ｃ）の熱媒体（冷媒）を流しながら流体流路出口での温水の温度を測定した。測定は、直径５００μｍのＫ熱伝対を流体流路出口に差し込むことにより行った。流体流路を流れる温水の流量を１ｍＬ／分とし、及び熱媒体流路を流れる熱媒体の流量を５ｍＬ／分とした。
【００７２】
その結果、流体流路入口で９０°Ｃの温水は、流体流路出口で５３°Ｃまで低下した。
【００７３】
（試験２…本発明の実施例１）
次に、本発明の流体デバイスを使用して同様の試験を行った。即ち、試験１と同じ流体流路プレートの下面に、試験１と同じ熱媒体流路プレートを配置すると共に、外乱発生手段として、熱媒体流路プレートの下面に低周波振動付与手段を設け、熱媒体流路を流れる熱媒体に低周波振動を付与した。低周波振動の周波数は９０Ｈｚである。
【００７４】
その結果、熱媒体流路を流れる熱媒体に低周波振動を付与したことで、熱媒体の流速が定期的に増加し、低周波振動を付与しない場合の約１０倍となった。このことは、レイノルズ数Ｒｅも低周波振動を付与しない層流時の約１０倍になっていることが推測される。これにより、流体流路入口で９０°Ｃの温水は、流体流路出口で４１°Ｃまで低下させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の薄片流型流体デバイスの全体構成図
【図２】薄片流型流体デバイスにおける装置本体の内部構造を説明する説明図
【図３】外乱発生手段の一態様として複数本の熱媒体供給管を用いた場合の概念図
【図４】外乱発生手段の別態様として低周波振動付与手段を用いた場合の概念図
【図５】外乱発生手段の別態様として微小粒子又は微小気泡を用いた場合の概念図
【図６】薄片流型流体デバイスの熱媒体流路構造を説明する断面図
【図７】薄片流型流体デバイスの熱媒体流路の流速分布を説明する説明図
【図８】従来の薄片流型流体デバイスの熱媒体流路の流速分布を説明する説明図
【図９】熱媒体流路を流体の流れ方向に複数個設けた説明図
【図１０】熱媒体流路を縮流構造にした説明図
【図１１】熱媒体流路を断面凹形状にした断面図
【図１２】熱媒体流路を分割流路にした断面図
【図１３】熱媒体流路を分割流路にした別の態様の断面図
【図１４】熱媒体流路の内壁面を波型形状にした説明図
【図１５】本発明の同芯流型流体デバイスの全体構成図
【図１６】熱媒体流路を縮流構造にした説明図
【図１７】熱媒体流路の内周面を波型形状にした説明図
【符号の説明】
【００７６】
１０…薄片流型流体デバイス、１２…流体流路、１３…外乱発生手段、１４…温度調整機構、１５…装置本体、１６…流体流路プレート、１７…複数本の熱媒体供給管、１８…熱媒体流路、１９…低周波振動付与手段、２０…熱媒体流路プレート、２１…微小粒子又は微小気泡、２６…本体部材、２８…蓋部材、３０…流体供給路、３２…Ｙ字型流体流路、３４…液体排出口、３６…液体導入口、３８…流体供給管、４０…本体部材、４２…底部材、４４…熱媒体供給口、４６…熱媒体排出口、４８…熱媒体供給手段、５０…往路配管、５２…復路配管、５５…仕切板、１００…同芯流型流体デバイス、１０１…熱媒体流路、１０３…本体部、１２２…円管部、１２６…吐出口、１２８…フランジ部、１３０…蓋板、１３２…嵌挿穴、１３４…整流部材、１３８、１４０、１４２…流体供給配管、１４３、１４４…隔壁部材、１５０、１５２、１５４…流体供給路、１５６…反応流路、１５８、１６０、１６２…スペーサ、１６４、１６６、１６８…流体供給内、１７０…出液路、３００…温度調整機構、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…反応溶液である液体、Ｈ…熱媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路に複数の流体を流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスにおいて、
前記温度調整機構は、前記流体流路の流体の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路に所望温度の熱媒体が流れる機構であって、該熱媒体の層流状態の流れに乱れを発生させる外乱発生手段を有していることを特徴とする流体デバイス。
【請求項２】
前記流体流路の流路幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１の流体デバイス。
【請求項３】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体流路に流入する熱媒体を衝突させる複数本の熱媒体供給管であることを特徴とする請求項１又は２の流体デバイス。
【請求項４】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体に低周波振動を付与する低周波振動付与手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の流体デバイス。
【請求項５】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小粒子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１の流体デバイス。
【請求項６】
前記微小粒子の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする請求項５の流体デバイス。
【請求項７】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小気泡であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１の流体デバイス。
【請求項８】
前記微小気泡の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする請求項７の流体デバイス。
【請求項９】
前記流体デバイスは、
前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を流通させる板状の流体流路プレートと、
前記流体流路プレートの上面又は下面に配置され、熱媒体流路が内部に形成された板状の熱媒体流路プレートと、
前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、
前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１の流体デバイス。
【請求項１０】
前記流体デバイスは、
前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を同芯流として流通させる円筒状の流体流路ブロックと、
前記流体流路ブロックの外側に配置され、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックと、
前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、
前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１の流体デバイス。
【請求項１】
流体流路に複数の流体を流通させつつ反応操作又は単位操作を行う際に前記流体の温度調整を行う温度調整機構を備えた流体デバイスにおいて、
前記温度調整機構は、前記流体流路の流体の流れ方向に沿って形成された熱媒体流路に所望温度の熱媒体が流れる機構であって、該熱媒体の層流状態の流れに乱れを発生させる外乱発生手段を有していることを特徴とする流体デバイス。
【請求項２】
前記流体流路の流路幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１の流体デバイス。
【請求項３】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体流路に流入する熱媒体を衝突させる複数本の熱媒体供給管であることを特徴とする請求項１又は２の流体デバイス。
【請求項４】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体に低周波振動を付与する低周波振動付与手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の流体デバイス。
【請求項５】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小粒子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１の流体デバイス。
【請求項６】
前記微小粒子の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする請求項５の流体デバイス。
【請求項７】
前記外乱発生手段は、前記熱媒体に混在させる微小気泡であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１の流体デバイス。
【請求項８】
前記微小気泡の断面積は、前記熱媒体流路の断面積の１／１０以下であることを特徴とする請求項７の流体デバイス。
【請求項９】
前記流体デバイスは、
前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を流通させる板状の流体流路プレートと、
前記流体流路プレートの上面又は下面に配置され、熱媒体流路が内部に形成された板状の熱媒体流路プレートと、
前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、
前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１の流体デバイス。
【請求項１０】
前記流体デバイスは、
前記流体流路が内部に形成され、前記複数の流体を同芯流として流通させる円筒状の流体流路ブロックと、
前記流体流路ブロックの外側に配置され、熱媒体流路が内部に形成された円筒状の熱媒体流路ブロックと、
前記流体流路に複数の流体を供給する流体供給手段と、
前記熱媒体流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１の流体デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−９８２２６（Ｐ２００７−９８２２６Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８８７９１（Ｐ２００５−２８８７９１）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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