流路構造体、分離方法、抽出方法及び反応方法
【課題】混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化する。
【解決手段】流路構造体では、流通路２は、互いに混合された第１流体と第２流体からなる混合流体が流れる第１混合流体流路２８と、第１混合流体流路２８の下流側に繋がり、第１混合流体流路２８から流入した混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間３０と、分離空間３０のうち重質流体が溜まる部分に繋がり、分離空間３０から重質流体が流入する重質流路３２と、分離空間３０のうち軽質流体が溜まる部分に繋がり、分離空間３０から軽質流体が流入する軽質流路３４とを有する。
【解決手段】流路構造体では、流通路２は、互いに混合された第１流体と第２流体からなる混合流体が流れる第１混合流体流路２８と、第１混合流体流路２８の下流側に繋がり、第１混合流体流路２８から流入した混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間３０と、分離空間３０のうち重質流体が溜まる部分に繋がり、分離空間３０から重質流体が流入する重質流路３２と、分離空間３０のうち軽質流体が溜まる部分に繋がり、分離空間３０から軽質流体が流入する軽質流路３４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造体、分離方法、抽出方法及び反応方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の流体同士を合流させて相互作用を生じさせる手段としての流路構造体が知られている。下記特許文献１には、このような流路構造体からなるマイクロリアクタが示されている。
【０００３】
特許文献１に示されたマイクロリアクタは、２流体を合流させて流すための流路が形成されたプレートを備えている。このプレートに形成された流路は、２流体のうち一方の流体である第１流体を流すための第１流路と、もう一方の流体である第２流体を流すための第２流路と、これらの両流路を流れる流体が合流した後、その混合流体が流れる混合流体流路とを有している。第１流路と第２流路の上流側の各端部には、各流路に流体を導入するための入口がそれぞれ形成されており、第１流路と第２流路は、それらの入口から下流側へ向かうにつれて徐々に互いに接近するように延びている。そして、第１流路の下流側の端部と第２流路の下流側の端部は、混合流体流路の上流側の端部に繋がっている。混合流体流路の下流側の端部には、当該混合流体流路を通って流れる混合流体を取り出すための出口が形成されている。混合流体流路では、上記混合流体が、微小長さを有する第１流体の複数のスラグと微小長さを有する第２流体の複数のスラグとが流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れつつ、その混合流体中で第１流体と第２流体との接触界面を介して両流体同士の相互作用が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３３４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のマイクロリアクタでは、混合流体において第１流体と第２流体との相互作用が生じた後、その混合流体に含まれる第１流体、第２流体及び相互作用によって生じた生成物等が全て混ざり合った状態で混合流体流路の出口から排出されるため、その排出された流体から第１流体と第２流体を分離したり、生成物を分離したりするための分離作業が非常に煩雑になるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明による流路構造体は、流体を流通させるための流通路を内部に有する流路構造体であって、前記流通路は、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体が流れる混合流体流路と、前記混合流体流路の下流側に繋がり、前記混合流体流路から流入した前記混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間と、前記分離空間のうち前記重質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記重質流体が流入する重質流路と、前記分離空間のうち前記軽質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記軽質流体が流入する軽質流路とを有する。
【０００８】
この流路構造体では、混合流体流路の下流側に繋がる分離空間は、混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有し、その分離空間のうち重質流体が溜まる部分に重質流路が繋がり、その分離空間のうち軽質流体が溜まる部分に軽質流路が繋がっているため、例えば、混合流体から分離したい物質が重質流体に含まれる場合には分離空間から重質流路を通じてその物質が含まれる重質流体を分離することができ、混合流体から分離したい物質が軽質流体に含まれる場合には分離空間から軽質流路を通じてその物質が含まれる軽質流体を分離することができる。すなわち、この流路構造体では、混合流体流路を流れる混合流体中でその混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体を分離することができる。さらに、この流路構造体では、流路構造体内の分離空間で混合流体が重質流体と軽質流体に分離されるため、その重質流体又は軽質流体が所望の流体である場合には流路構造体から取り出した後の重質流体又は軽質流体について分離作業を行う必要がなく、その重質流体又は軽質流体に所望の生成物が含まれる場合のその重質流体又は軽質流体からの生成物の分離は、流通路を流れる複数種類の流体及び生成物が全て混ざり合った混合流体からの生成物の分離に比べて簡略な分離作業で行える。従って、この流路構造体では、混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することができる。
【０００９】
上記流路構造体において、前記分離空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における前記分離空間の断面は、当該分離空間に流入する前記混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、分離空間に流入した混合流体に作用する重力の影響をその混合流体の流れ方向への慣性力よりも大きくすることができる。具体的には、分離空間に流入した混合流体についてのフルード数Ｆｒは、Ｆｒ＝Ｕ／（Ｄ・ｇ）１／２という数式で表される。ここで、Ｕは、分離空間に流入した混合流体の流速であり、Ｄは、混合流体の流れ方向に対して直交する方向における分離空間の断面の相当直径であり、ｇは、重力加速度である。なお、分離空間の断面の相当直径Ｄとは、任意の形状に形成された分離空間の断面に対して等価な円形断面を想定する場合のその円形断面の直径のことを意味し、その相当直径をＤ、分離空間の断面積をＡ、分離空間の断面の周長（分離空間内の濡れ縁の長さ）をｕとすると、相当直径Ｄ＝４Ａ／ｕという数式で表される。フルード数Ｆｒが１よりも小さい場合には、分離空間に流入した流体の流れ方向への慣性力よりも重力の影響の方が支配的であることを意味する。このため、本構成のように分離空間の断面が当該分離空間に流入する混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有していれば、分離空間に流入した混合流体に作用する重力の影響をその流体の流れ方向への慣性力よりも支配的にすることができ、その結果、分離空間内で混合流体のうちの重質流体を下方へ沈ませて重質流体と軽質流体とを分離することができる。従って、本構成によれば、混合流体流路から流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間の具体的な構成を得ることができる。
【００１１】
上記流路構造体において、前記流通路は、第１流体が導入される第１導入路と、第２流体が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側の端部及び前記第２導入路の下流側の端部に繋がり、前記第１導入路を流れる前記第１流体と前記第２導入路を流れる前記第２流体とが混合するようにそれら両流体同士を合流させる合流部とを有し、前記混合流体流路は、前記合流部の下流側に繋がり、当該混合流体流路には、前記合流部で合流して互いに混合された前記第１流体と前記第２流体からなる混合流体が流入してもよい。
【００１２】
この構成によれば、第１導入路に第１流体を導入するとともに第２導入路に第２流体を導入するだけで、それら両流体が合流部で互いに混合するように合流し、混合流体流路においてその混合した両流体同士の相互作用が生じ、その後、分離空間で自動的に混合流体が比重差によって軽質流体と重質流体とに分離する。すなわち、本構成では、流路構造体内で第１流体と第２流体との混合から比重差による分離までの工程を全て行うことができる。このため、例えば、流通路が第１導入路、第２導入路及び合流部を備えておらず、流路構造体の外部で第１流体と第２流体を混合してからその混合流体を混合流体流路に導入する必要がある流路構造体に比べて、両流体の混合に要する装置を省略することができる。このため、本構成によれば、簡略な構成の流路構造体によって第１流体と第２流体との混合から比重差による分離までの工程を全て行うことができる。
【００１３】
上記流路構造体において、前記重質流路は、当該重質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該重質流路から前記重質流体を導出するための重質流体導出口を有することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、分離空間で分離された重質流体を重質流路を通じて重質流体導出口から流路構造体の外部へ導出することができる。このため、例えば混合流体から除去したい物質が重質流体に含まれる場合には、その除去したい物質を重質流体とともに混合流体から分離して流路構造体の外部へ排出することができる。また、混合流体のうち取得したい物質が重質流体に含まれる場合には、その物質を重質流体とともに混合流体から分離して流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【００１５】
上記流路構造体において、前記流通路は、前記軽質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記軽質流路を流れる前記軽質流体に合流させるように前記軽質流路に繋がる軽質流路側導入路を有していてもよい。
【００１６】
この構成によれば、軽質流路に流れる軽質流体に対して軽質流路側導入路から追加の流体を合流させることができるため、軽質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離空間で重質流体と分離した軽質流体に対して追加の流体を混合させることができるので、例えば混合流体中に軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離空間で分離した重質流体中に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した軽質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。このため、軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。
【００１７】
上記流路構造体において、前記軽質流路は、当該軽質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該軽質流路から前記軽質流体を導出するための軽質流体導出口を有していてもよい。
【００１８】
この構成によれば、分離空間で分離された軽質流体を軽質流路を通じて軽質流体導出口から流路構造体の外部へ導出することができる。このため、例えば混合流体から除去したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その除去したい物質を軽質流体とともに混合流体から分離させて流路構造体の外部へ排出することができる。また、混合流体のうち取得したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その物質を軽質流体とともに混合流体から分離して流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【００１９】
上記流路構造体において、前記流通路は、前記重質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記重質流路を流れる前記重質流体に合流させるように前記重質流路に繋がる重質流路側導入路を有していてもよい。
【００２０】
この構成によれば、重質流路に流れる重質流体に対して重質流路側導入路から追加の流体を合流させることができるため、重質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離空間で軽質流体と分離した重質流体に対して追加の流体を混合させることができるので、例えば混合流体中に重質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離空間で分離した軽質流体中に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した重質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。このため、重質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。
【００２１】
上記流路構造体において、前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された当該第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記軽質流路が形成され、前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された当該第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記重質流路が形成され、前記基板には、前記第１面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第１面側から前記第２面側へ貫通し且つ前記第２面側溝部のうち前記重質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、上記流路構造体を簡易に構成可能な具体的な構造を得ることができる。具体的には、この構成では、流路構造体を基板と第１封止板と第２封止板との積層構造で構成することにより、第１面に溝部を有する基板と第１封止板との間に混合流体流路および軽質流路を形成させることができ、第２面に溝部を有する基板と第２封止板との間に重質流路を形成させることができ、さらに、基板を第１面側から第２面側へと貫通する分離空間を形成することができる。
【００２３】
上記流路構造体において、前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された前記第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記軽質流路が形成され、前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された前記第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記重質流路が形成され、前記基板には、前記第２面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記重質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第２面側から前記第１面側へ貫通し且つ前記第１面側溝部のうち前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されていることが好ましい。
【００２４】
この構成によっても、上記流路構造体を簡易に構成可能な具体的な構造を得ることができる。具体的には、この構成では、流路構造体を基板と第１封止板と第２封止板との積層構造とすることにより、第１面に溝部を有する基板と第１封止板との間に軽質流路を形成することができ、第２面に溝部を有する基板と第２封止板との間に混合流体流路および重質流路を形成することができ、さらに、基板を第１面側から第２面側へと貫通する分離空間を形成することができる。
【００２５】
本発明による分離方法は、上記流路構造体を用いて、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体を比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体に分離する分離方法であって、前記混合流体を前記混合流体流路に流す混合流体流通工程と、前記混合流体を前記混合流体流路から前記分離空間に流入させてその分離空間内で当該混合流体を軽質流体と重質流体とに比重差によって分離させ、その分離した重質流体を前記重質流路に流入させるとともに、その分離した軽質流体を前記軽質流路に流入させる分離工程とを備えている。
【００２６】
この分離方法では、混合流体流通工程において混合流体流路を流れた混合流体が、分離工程において分離空間に流入してその分離空間内で軽質流体と重質流体とに分離され、その分離した重質流体は重質流路へ流れる一方、その分離した軽質流体は軽質流路へ流れるため、混合流体中で流体同士の相互作用が生じた後、流路構造体内で混合流体を重質流体と軽質流体とに分離することができる。このため、流路構造体から排出された後の流体についての分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【００２７】
本発明による抽出方法は、上記流通路が第１導入路、第２導入路及び合流部を有しているとともに混合流体流路が合流部の下流側に繋がっている流路構造体を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から前記抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出方法であって、前記被抽出流体と前記抽出剤のうちの一方の流体である一流体を前記第１導入路に導入するとともに、前記被抽出流体と前記抽出剤とのうちの他方の流体である他流体を前記第２導入路に導入する流体導入工程と、前記第１導入路に導入した前記一流体と前記第２導入路に導入した前記他流体が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両流体からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記被抽出流体と前記抽出剤との接触界面を介して前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出工程と、前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えている。
【００２８】
この抽出方法では、抽出工程において、被抽出流体の複数のスラグと抽出剤の複数のスラグが交互に並ぶスラグ流の状態で混合流体流路を流れながら被抽出流体から抽出剤へ抽出対象物が抽出されるため、被抽出流体と抽出剤との接触界面の面積を増やして被抽出流体から抽出剤への抽出対象物の抽出を促進することができる。しかも、この抽出方法では、抽出工程後の混合流体が分離空間で軽質流体と重質流体とに分離されて、重質流体は重質流路へ流れ、軽質流体は軽質流路へ流れるため、例えば、抽出対象物を抽出した抽出剤が重質流体である場合にはその抽出対象物を含む抽出剤を分離空間から重質流路へ分離することができ、抽出対象物を抽出した抽出剤が軽質流体である場合にはその抽出対象物を含む抽出剤を分離空間から軽質流路へ分離することができる。さらに、この抽出方法では、流路構造体内の分離空間で抽出対象物を含む抽出剤を分離することができるため、流路構造体から排出された後の流体についての抽出対象物の分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【００２９】
本発明による反応方法は、上記流通路が第１導入路、第２導入路及び合流部を有しているとともに混合流体流路が合流部の下流側に繋がっている流路構造体を用いて、互いに反応し得る流体からなる第１反応剤と第２反応剤とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる反応方法であって、前記第１反応剤を前記第１導入路に導入するとともに前記第２反応剤を前記第２導入路に導入する反応剤導入工程と、前記第１導入路に導入した前記第１反応剤と前記第２導入路に導入した前記第２反応剤が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両反応剤からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記第１反応剤と前記第２反応剤との接触界面を介して前記第１反応剤と前記第２反応剤とを相互に反応させる反応工程と、前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えている。
【００３０】
この反応方法では、反応工程において、第１反応剤と第２反応剤がそれらのスラグが交互に並ぶスラグ流の状態で混合流体流路を流れながら第１反応剤と第２反応剤との接触界面を介した反応が生じるため、混合流体流路において第１反応剤と第２反応剤との接触界面の面積を増やしてそれら両反応材同士の反応を促進することができる。しかも、この反応方法では、反応工程後の混合流体が分離空間で軽質流体と重質流体とに分離されて、重質流体は重質流路へ流れ、軽質流体は軽質流路へ流れるため、例えば、反応生成物が重質流体に含まれる場合にはその反応生成物を含む重質流体を分離空間から重質流路へ分離することができ、反応生成物が軽質流体に含まれる場合にはその反応生成物を含む軽質流体を分離空間から軽質流路へ分離することができる。さらに、この反応方法では、流路構造体内の分離空間で反応生成物を含む流体を分離することができるため、流路構造体から排出された後の流体についての反応生成物の分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、混合流体に含まれる各流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態による流路構造体の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による流路構造体を構成する基板の上面図である。
【図３】図２に示した基板の下面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による流路構造体の図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分的な断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿った流路構造体の部分的な断面図である。
【図６】図４中のＶＩ−ＶＩ線に沿った流路構造体の部分的な断面図である。
【図７】図４中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った流路構造体の部分的な断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による流路構造体において第１混合流体流路から分離空間に流入した混合流体が重質流体と軽質流体に分離して流れる様子を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態による流路構造体の斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による流路構造体において第１混合流体流路から分離空間に流入した混合流体が重質流体と軽質流体に分離して流れる様子を説明するための図である。
【図１１】本発明の一変形例による流路構造体の斜視図である。
【図１２】本発明の一変形例による流路構造体の流通路に沿った図４に対応する断面図である。
【図１３】本発明の別の変形例による流路構造体の流通路に沿った図４に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
まず、図１〜図８を参照して、本発明の第１実施形態による流路構造体の構成について説明する。
【００３５】
この第１実施形態による流路構造体は、複数の流体同士を混合させて相互作用を生じさせるために用いられるものであり、複数の流体が互いに混合するようにそれらの流体を流通させるための流通路２（図４参照）を内部に有する。
【００３６】
具体的には、この流路構造体は、例えば、マイクロリアクタ、熱交換器または抽出装置等に用いられる。この流路構造体がマイクロリアクタに用いられる場合には、互いに反応し得る複数種類の反応剤の流体が当該流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、それらの流体同士の相互作用として化学反応が生じ、所望の反応生成物が得られる。また、この流路構造体が熱交換器に用いられる場合には、流路構造体内の流通路２に流通させる複数種類の流体のうちの所定の流体から別の流体への伝熱が行われる。また、この伝熱により、流体の蒸発又は凝縮が行われる場合がある。また、この流路構造体が抽出装置に用いられる場合には、抽出対象物を含む一方の流体と抽出媒体である他方の流体とが当該流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、一方の流体から他方の流体へ抽出対象物が抽出される。
【００３７】
流路構造体は、図１に示すように、複数の基板４と、複数の封止板６を備えている。これらの基板４及び封止板６は、矩形状の平板によってそれぞれ形成されている。
【００３８】
基板４は、その厚み方向において一方側を向く表面４ａ（図２参照）と、この表面４ａと反対側を向く裏面４ｂ（図３参照）とを有する。表面４ａは、本発明の第１面の概念に含まれ、裏面４ｂは、本発明の第２面の概念に含まれる。
【００３９】
基板４には、複数の第１溝部１０が当該基板４の表面４ａに沿って延び且つその表面４ａに開口するようにエッチング加工によって形成されている。この複数の第１溝部１０は、基板４の長手方向に沿ってその基板４の長手方向の一端から他端へ直線的に延びている。また、複数の第１溝部１０は、基板４の長手方向に直交する幅方向に等間隔で互いに平行に並ぶように配置されている。なお、この第１溝部１０は、本発明の第１面側溝部の概念に含まれるものである。
【００４０】
また、基板４には、複数の第２溝部１２と、複数の第３溝部１４と、複数の第４溝部１６とが当該基板４の裏面４ｂに沿って延び且つその裏面４ｂに開口するようにエッチング加工によって形成されている。第２溝部１２、第３溝部１４及び第４溝部１６は、それぞれ同数設けられており、その数は、基板４の表面４ａに形成された第１溝部１０の数と同じである。そして、基板４の裏面４ｂに形成された各第２溝部１２、各第３溝部１４及び各第４溝部１６と、基板４の表面４ａに形成された各第１溝部１０とは、互いに対応している。各第２溝部１２は、基板４の幅方向の一端から他端側へ向かって延び、対応する第１溝部１０の裏側の位置で屈曲してその第１溝部１０に沿って基板４の長手方向の前記他端側へ延びている。複数の第３溝部１４は、複数の第２溝部１２に対して基板４の長手方向の前記他端側へ間隔をあけて配置されている。この複数の第３溝部１４の形状は、複数の第２溝部１２の形状と同様である。なお、この第３溝部１４は、本発明の第２面側溝部の概念に含まれるものである。複数の第４溝部１６は、複数の第３溝部１４に対して基板４の長手方向の前記他端側へ間隔をあけて配置されている。この複数の第４溝部１６の形状は、複数の第２溝部１２の形状と同様である。
【００４１】
また、基板４には、複数の第１穴部１８、複数の第２穴部１９及び複数の第３穴部２０が形成されている。
【００４２】
各第１穴部１８は、基板４のうち当該基板４の表面４ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０と重なる各第２溝部１２の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第１穴部１８は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第２溝部１２とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。
【００４３】
各第２穴部１９は、基板４のうち当該基板４の表面４ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０と重なる各第３溝部１４の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第２穴部１９は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第３溝部１４とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。具体的には、第２穴部１９は、第１溝部１０のうち後述する第１混合流体流路２８の下流側の端部を構成する部位と後述する軽質流路３４の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通し、後述する重質流路３２の上流側の端部を構成する第３溝部１４の端部に繋がっている。この第２穴部１９は、本発明の穴部の概念に含まれるものである。
【００４４】
各第３穴部２０は、基板４のうち当該基板４の表面４ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０と重なる各第４溝部１６の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第３穴部２０は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第４溝部１６とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。
【００４５】
封止板６は、基板４の厚み方向における一方側と他方側とにそれぞれ積層されている。具体的には、基板４と封止板６は、上下方向において交互に積層されている。基板４の表側（基板４の厚み方向における一方側）に積層された封止板６は、基板４の表面４ａを覆った状態でその表面４ａに拡散接合されており、基板４の裏側（基板４の厚み方向における他方側）に積層された封止板６は、基板４の裏面４ｂを覆った状態でその裏面４ｂに拡散接合されている。なお、基板４の表側に積層された封止板６は、本発明の第１封止板の概念に含まれ、基板４の裏側に積層された封止板６は、本発明の第２封止板の概念に含まれる。基板４の表側に積層された封止板６は、基板４の表面４ａに形成された第１溝部１０、第１穴部１８、第２穴部１９及び第３穴部２０の各々の開口を封止している。基板４の裏側に積層された封止板６は、基板４の裏面４ｂに形成された第２溝部１２、第３溝部１４、第４溝部１６、第１穴部１８、第２穴部１９及び第３穴部２０の各々の開口を封止している。
【００４６】
流路構造体は、当該流路構造体を構成する基板４と封止板６の積層方向（基板４及び封止板６の厚み方向）が鉛直方向に一致するように構成されている。具体的には、流路構造体は、各基板４の裏面４ｂが重力方向下側を向くように配置されている。また、流路構造体は、複数の流通路２を内部に有している。流路構造体内では、基板４の面方向において並列に配置された複数の流通路２を１組として、複数組の流通路２が基板４及び封止板６の積層方向に等間隔に並ぶように配置されている。複数の流通路２は、封止板６によって開口が封止された複数の第１〜第４溝部１０，１２，１４，１６及び複数の第１〜第３穴部１８，１９，２０によって形成されている。
【００４７】
各流通路２は、第１導入路２２と、第２導入路２４と、第１合流部２６と、第１混合流体流路２８と、分離空間３０と、重質流路３２と、軽質流路３４と、軽質流路側導入路３６と、第２合流部３８と、第２混合流体流路４０とを有する。
【００４８】
第１導入路２２は、第１流体が導入されて流れる部分である。この第１導入路２２は、当該第１導入路２２に第１流体を導入するための第１導入口２２ａを有する。第１導入口２２ａは、流路構造体のうち基板４の表面４ａに平行な当該流路構造体の長手方向において一方側を向く側面に開口しており、第１導入路２２の上流側の端部に配置されている。第１導入路２２は、その第１導入口２２ａから流路構造体の長手方向に沿って水平方向に直線的に延びている。第１導入路２２は、基板４の表面４ａに形成された開口が封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８に対して第２穴部１９と反対側に位置する部分によって形成されている。第１導入路２２を流れる第１流体の流通方向（第１導入路２２の長手方向）に対して直交する方向における当該第１導入路２２の断面の形状は、図５に示すように、円弧状の部分が下側（基板４の裏面４ｂ側）を向く半円状となっている。
【００４９】
第２導入路２４は、第２流体が導入されて流れる部分である。この第２導入路２４は、当該第２導入路２４に第２流体を導入するための第２導入口２４ａを有する。第２導入口２４ａは、流路構造体のうち基板４及び封止板６の積層方向及び当該流路構造体の前記長手方向に対して直交する幅方向において一方側を向く側面に開口しており、第２導入路２４の上流側の端部に配置されている。第２導入路２４は、その第２導入口２４ａが形成された流路構造体の側面から反対側の側面へ向かって水平に延び、その第２導入路２４が属する流通路２の第１導入路２２の下方の位置で屈曲してその第１導入路２２に沿ってその第１導入路２２の下流側へ水平且つ直線的に延びている。第２導入路２４は、基板４の裏面４ｂに形成された開口が封止板６によって封止された第２溝部１２によって形成されている。第２導入路２４を流れる第２流体の流通方向に対して直交する方向における当該第２導入路２４の断面の形状は、図５に示すように、円弧状の部分が上側（基板４の表面４ａ側）を向く半円状となっている。この第２導入路２４の断面形状は、第１導入路２２の断面形状と対称形となっている。
【００５０】
第１合流部２６（図４参照）は、第１導入路２２を流れる第１流体と第２導入路２４を流れる第２流体とが互いに混合するようにそれらの両流体同士を上下方向（基板４の厚み方向）において合流させる部分である。この第１合流部２６は、本発明の合流部の概念に含まれる。第１合流部２６は、第１導入路２２の下流側の端部及び第２導入路２４の下流側の端部と繋がっている。第１合流部２６は、基板４の表面４ａ側の開口がその表面４ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板４の裏面４ｂ側の開口がその裏面４ｂに接合された封止板６によって封止された第１穴部１８によって形成されている。第１導入路２２を流れる第１流体の流通方向に対して直交する方向における第１合流部２６の断面の形状は、上下方向において互いに対称的に配置された２つの半円がその頂点近傍の部分で互いに結合されたような形状となっている。この第１合流部２６では、第１導入路２２から第１流体が直線的に流入し、その第１流体に対して第２導入路２４から当該第１合流部２６に流入した第２流体が上側（基板４の表面４ａ側）へ移動しながら合流する。
【００５１】
第１混合流体流路２８（図４参照）は、第１合流部２６で合流して互いに混合された第１流体と第２流体からなる混合流体が流れる部分である。この第１混合流体流路２８は、本発明の混合流体流路の概念に含まれる。第１混合流体流路２８は、混合流体がその流通方向に沿って第１流体の複数の微小なスラグと第２流体の複数の微小なスラグが交互に並ぶスラグ流の状態で流れるように構成されている。第１混合流体流路２８の上流側の端部は、第１合流部２６の下流側に繋がっており、その第１合流部２６の上流側に繋がる第１導入路２２と同一直線上において、当該第１混合流体流路２８は、その第１導入路２２と同方向に水平且つ直線的に延びている。混合流体は、この第１混合流体流路２８内をスラグ流の状態で下流側へ水平に流れ、その混合流体中で第１流体のスラグと第２流体のスラグとの接触界面を介して第１流体と第２流体との相互作用が生じる。また、第１混合流体流路２８は、第１導入路２２と等しい高さ位置に配置されている。第１混合流体流路２８は、基板４の表面４ａに形成された開口がその基板４の表側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８と第２穴部１９との間に位置する部分によって形成されている。第１混合流体流路２８を流れる流体の流通方向（第１混合流体流路２８の長手方向）に対して直交する方向における当該第１混合流体流路２８の断面の形状は、図６に示すように、円弧状の部分が下側（基板４の裏面４ｂ側）を向く半円状となっている。この第１混合流体流路２８の断面形状は、第１導入路２２の断面形状と同じである。
【００５２】
分離空間３０は、第１混合流体流路２８から流入した混合流体を比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに分離させるための部分である。この分離空間３０は、第１混合流体流路２８の下流側の端部に繋がっている。分離空間３０は、基板４の表面４ａ側の開口がその基板４の表側に積層されてその表面４ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板４の裏面４ｂ側の開口がその基板４の裏側に積層されてその裏面４ｂに接合された封止板６によって封止された第２穴部１９によって形成されている。分離空間３０は、第１混合流体流路２８から流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって自然に分離するような断面形状を有している。具体的には、第１混合流体流路２８から分離空間３０に流入する混合流体の流通方向に対して直交する方向における分離空間３０の断面は、当該分離空間３０に流入する混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有する。詳しくは、分離空間３０に流入する混合流体についてのフルード数をＦｒとすると、このフルード数Ｆｒは、次式（１）で表され、当該フルード数Ｆｒが１よりも小さくなるように分離空間３０の断面の相当直径Ｄが設定されている。
【００５３】
Ｆｒ＝Ｕ／（Ｄ・ｇ）１／２・・・（１）
この式（１）において、Ｕは、分離空間３０に流入する混合流体の流速であり、ｇは、重力加速度である。なお、流通路２に流通させる流体の流量が約１０ｍｌ／ｍｉｎ以下である場合には、分離空間３０の相当直径が約２ｍｍ以上であれば、前記フルード数Ｆｒは、１よりも小さくなる。
【００５４】
前記フルード数Ｆｒが１よりも小さくなるということは、分離空間３０に流入した混合流体の流れ方向への慣性力よりもその混合流体に作用する重力の影響の方が支配的になることを意味する。このため、分離空間３０に流入した混合流体のうちの重質流体は、慣性力よりも重力の影響を強く受けて下方へ沈み、その結果、混合流体中の重質流体と軽質流体が自然に分離する。分離空間３０内において、重質流体は、当該分離空間３０の下部領域（基板４の裏面４ｂ寄りの領域）に溜まり、軽質流体は、その重質流体の上側（基板４の表面４ａ側）に浮いた状態となる。
【００５５】
前記第１混合流体流路２８の下流側の端部は、分離空間３０の上端の位置（基板４の表面４ａの位置）から上下方向（基板４の厚み方向）における分離空間３０の中央の位置よりも少し上側の位置（表面４ａ寄りの位置）までの範囲で分離空間３０と繋がっている。なお、分離空間３０の断面は、図７に示すような、上下方向において互いに対称的に配置された２つの半円がその頂点近傍の部分で互いに結合された形状を有する。また、分離空間３０に対する混合流体の流入方向における当該分離空間３０の長さは、前記第１合流部２６に対する第１流体の流入方向におけるその第１合流部２６の長さよりも大きい。
【００５６】
重質流路３２は、分離空間３０から重質流体が流入し、その重質流体を流路構造体の外部へ導出するための流路である。この重質流路３２の上流側の端部は、分離空間３０のうち重質流体が溜まる部分に繋がっている。具体的には、重質流路３２の上流側の端部は、分離空間３０の下端の位置（基板４の裏面４ｂの位置）から上下方向における分離空間３０の中央の位置よりも少し下側の位置（裏面４ｂ寄りの位置）までの範囲で分離空間３０と繋がっている。また、この重質流路３２の上流側の端部は、第１混合流体流路２８の下流側の端部の下方の位置で分離空間３０と繋がっている。重質流路３２は、分離空間３０との接続箇所から第１混合流体流路２８に沿ってその第１混合流体流路２８の上流側へ水平に延びた後、屈曲して前記第２導入口２４ａが形成された流路構造体の側面へ向かって水平に延びている。
【００５７】
また、重質流路３２は、当該重質流路３２から重質流体を導出するための重質流体導出口３２ａ（図１参照）を有する。重質流体導出口３２ａは、重質流路３２の下流側の端部に配置されており、前記第２導入口２４ａが形成された流路構造体の側面に開口するように形成されている。分離空間３０から重質流路３２に流入した重質流体は、水平方向において、前記第１混合流体流路２８内の混合流体の流れと逆向きに流れた後、当該重質流路３２の屈曲形状に応じて向きを変えて重質流体導出口３２ａ側へ流れ、その重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ導出される。また、重質流路３２は、基板４の裏面４ｂに形成された開口が封止板６によって封止された第３溝部１４によって形成されている。重質流路３２を流れる重質流体の流通方向に対して直交する方向における当該重質流路３２の断面の形状は、前記第２導入路２４の断面形状と同様である。
【００５８】
軽質流路３４は、分離空間３０から軽質流体が流入する流路である。この軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０のうち軽質流体が溜まる部分に繋がっている。具体的には、軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０の上端の位置（基板４の表面４ａの位置）から上下方向（基板４の厚み方向）における分離空間３０の中央の位置よりも少し上側の位置（表面４ａ寄りの位置）までの範囲で分離空間３０と繋がっている。この軽質流路３４の上流側の端部は、重質流路３２の上流側の端部よりも上側の位置で分離空間３０と繋がっている。また、この軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０のうち第１混合流体流路２８との接続箇所に対して反対側に位置する箇所に繋がっている。軽質流路３４は、第１混合流体流路２８と等しい高さ位置に配置されており、第１混合流体流路２８と同一直線上でその第１混合流体流路２８が延びる方向と同方向に直線的に延びている。分離空間３０から軽質流路３４に流入した軽質流体は、水平方向において当該軽質流路３４に沿って下流側へ流れる。軽質流路３４は、基板４の表面４ａに形成された開口が封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第２穴部１９と第３穴部２０との間に位置する部分によって形成されている。軽質流路３４を流れる軽質流体の流れ方向（軽質流路３４の長手方向）に対して直交する方向における当該軽質流路３４の断面の形状は、前記第１導入路２２の断面形状及び前記第１混合流体流路２８の断面形状と同様である。
【００５９】
軽質流路側導入路３６は、軽質流体に混合するための追加の流体が導入される部分である。この軽質流路側導入路３６は、当該軽質流路側導入路３６に導入された追加の流体を軽質流路３４を流れる軽質流体に合流させるように軽質流路３４に繋がっている。具体的には、軽質流路側導入路３６は、第２合流部３８を介して軽質流路３４と接続されている。軽質流路側導入路３６は、当該軽質流路側導入路３６に流体を導入するための軽質流路側導入口３６ａを有する。この軽質流路側導入口３６ａは、当該軽質流路側導入路３６の上流側の端部に配置されており、前記第２導入口２４ａ及び前記重質流体導出口３２ａが形成された流路構造体の側面に開口するように形成されている。また、軽質流路側導入路３６は、基板４の裏面４ｂに形成された開口が封止板６によって封止された第４溝部１６によって形成されている。この軽質流路側導入路３６の上記以外の構成は、前記第２導入路２４と同様である。なお、前記追加の流体は、前記第１流体及び前記第２流体と異なる種類の流体、前記第１流体と同じ種類の流体、又は、前記第２流体と同じ種類の流体であってもよい。
【００６０】
第２合流部３８は、軽質流路３４を流れる軽質流体と軽質流路側導入路３６を流れる追加の流体とを上下方向（基板４の厚み方向）において合流させる部分である。この第２合流部３８は、軽質流路３４の下流側の端部及び軽質流路側導入路３６の下流側の端部と繋がっている。第２合流部３８は、基板４の表面４ａ側の開口がその表面４ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板４の裏面４ｂ側の開口がその裏面４ｂに接合された封止板６によって封止された第３穴部２０によって形成されている。この第２合流部３８では、軽質流路３４から軽質流体が直線的に流入し、その軽質流体に対して軽質流路側導入路３６から当該第２合流部３８に流入した追加の流体が上側（基板４の表面４ａ側）へ移動しながら合流する。この第２合流部３８の上記以外の構成は、前記第１合流部２６と同様である。
【００６１】
第２混合流体流路４０は、第２合流部３８で合流した軽質流体と追加の流体からなる混合流体が流れる流路である。第２混合流体流路４０の上流側の端部は、第２合流部３８の下流側に繋がっており、その第２合流部３８の上流側に繋がる軽質流路３４と同一直線上において、当該第２混合流体流路４０は、その軽質流路３４と同方向に水平且つ直線的に延びている。第２混合流体流路４０を流れる混合流体は、スラグ流の状態で下流側へ水平に流れ、その混合流体中で当該混合流体を構成する各流体同士の相互作用が生じる。この第２混合流体流路４０のこれ以外の構成は、前記第１混合流体流路２８の上記した構成と同様である。
【００６２】
以上のように構成されたこの第１実施形態による流路構造体は、上記したように、マイクロリアクタ、熱交換器または抽出装置等に用いられるが、次に、それらの使用例のうち当該第１実施形態による流路構造体を抽出装置として用いる場合及びマイクロリアクタ（反応装置）として用いる場合について説明する。
【００６３】
まず、この第１実施形態による流路構造体を抽出装置として用いる場合、すなわち、当該第１実施形態による流路構造体を用いた抽出方法について説明する。
【００６４】
この抽出方法では、上記流路構造体を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、その被流出流体から抽出剤へ抽出対象物を抽出させる。
【００６５】
具体的には、被抽出流体を各流通路２の第１導入口２２ａから第１導入路２２に所定の流量で導入するとともに、抽出剤を各流通路２の第２導入口２４ａから第２導入路２４に所定の流量で導入する。
【００６６】
第１導入路２２に導入された被抽出流体は、第１導入路２２内を流れて第１合流部２６に流入し、第２導入路２４に導入された抽出剤は、第２導入路２４内を流れて第１合流部２６に流入する。そして、この被抽出流体と抽出剤は、第１合流部２６で互いに混合するように合流する。第１合流部２６で合流した被抽出流体と抽出剤からなる混合流体は、第１混合流体流路２８に流入し、その第１混合流体流路２８内を被抽出流体の複数の微小なスラグと抽出剤の複数の微小なスラグとが当該混合流体の流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、被抽出流体のスラグと抽出剤のスラグとの接触界面を介して被抽出流体から抽出剤へ抽出対象物が抽出される。
【００６７】
この後、混合流体は、第１混合流体流路２８から分離空間３０へ流入し、その分離空間３０内で軽質流体と重質流体とに比重差によって分離する。ここで、例えば、抽出剤が被抽出流体よりも比重が大きい場合には、抽出剤が重質流体として下方に沈み、被抽出流体が軽質流体として抽出剤の上側に浮いた状態となる。この下方に沈んだ重質流体としての抽出剤には、抽出対象物が多く含まれ、その抽出剤の上側に浮いた軽質流体としての被抽出流体中の抽出対象物の含有率は、第１導入路２２に導入した被抽出流体における抽出対象物の含有率に比べて小さくなっている。
【００６８】
そして、分離空間３０で分離された重質流体は、重質流路３２に流れ、重質流体導出口３２ａを通じて流路構造体の外部へ排出される。一方、分離空間３０で分離された軽質流体は、軽質流路３４に流れ、その軽質流路３４から第２合流部３８に流入する。
【００６９】
そして、軽質流路側導入口３６ａから軽質流路側導入路３６に新しい抽出剤を所定の流量で導入し、その抽出剤を軽質流路側導入路３６を通じて第２合流部３８へ流入させて軽質流体に合流させる。
【００７０】
第２合流部３８で合流した軽質流体と抽出剤からなる混合流体は、第２混合流体流路４０に流れ、その第２混合流体流路４０内を被抽出流体の複数の微小なスラグと抽出剤の複数の微小なスラグとがその流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、被抽出流体から抽出剤への抽出対象物のさらなる抽出が行われる。最終的に、各流通路２の最終導出口４０ａから混合流体がそれぞれ排出されて回収される。
【００７１】
以上のようにして、第１実施形態による流路構造体を用いた抽出方法が行われる。
【００７２】
次に、第１実施形態による流路構造体をマイクロリアクタとして用いる場合、すなわち、当該第１実施形態による流路構造体を用いた反応方法について説明する。
【００７３】
この反応方法では、上記流路構造体を用いて、互いに反応し得る第１反応剤の流体と第２反応剤の流体とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる。
【００７４】
具体的には、第１反応剤を各流通路２の第１導入口２２ａから第１導入路２２に所定の流速で導入するとともに、第２反応剤を各流通路２の第２導入口２４ａから第２導入路２４に所定の流速で導入する。
【００７５】
第１導入路２２に導入された第１反応剤は、第１導入路２２内を流れて第１合流部２６に流入し、第２導入路２４に導入された第２反応剤は、第２導入路２４内を流れて第１合流部２６に流入する。そして、この第１反応剤と第２反応剤は、第１合流部２６で互いに混合するように合流する。第１合流部２６で合流した第１反応剤と第２反応剤からなる混合流体は、第１混合流体流路２８に流入し、その第１混合流体流路２８内を第１反応剤の複数の微小なスラグと第２反応剤の複数の微小なスラグとが当該混合流体の流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、第１反応剤のスラグと第２反応剤のスラグとの接触界面を介してそれらの反応剤同士の反応が生じ、反応生成物が生成される。
【００７６】
この後、混合流体は、第１混合流体流路２８から分離空間３０へ流入し、分離空間３０内で軽質流体と重質流体とに比重差によって分離する。ここで、例えば、反応生成物の流体が混合流体中の他の成分よりも比重が大きい場合には、反応生成物の流体が重質流体として下方に沈み、それ以外の成分の流体が軽質流体として反応生成物の流体の上側に浮いた状態となる。この軽質流体は、未反応の第１反応剤及び第２反応剤からなる。
【００７７】
そして、分離空間３０で分離された重質流体としての反応生成物は、重質流路３２に流れ、重質流体導出口３２ａを通じて流路構造体の外部へ取り出される。一方、分離空間３０で分離された軽質流体は、軽質流路３４に流れ、その軽質流路３４から第２合流部３８に流入する。
【００７８】
そして、軽質流路側導入口３６ａから軽質流路側導入路３６に追加の第２反応剤を所定の流量で導入し、その第２反応剤を軽質流路側導入路３６を通じて第２合流部３８へ流入させて軽質流体に合流させる。この軽質流体と追加の第２反応剤からなる混合流体は、第２混合流体流路４０に流れ、その第２混合流体流路４０内を未反応の第１反応剤の複数の微小なスラグと未反応の第２反応剤に追加の第２反応剤が加わったものの複数の微小なスラグとがその流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、第１反応剤と第２反応剤とのさらなる反応が生じ、反応生成物が生成される。最終的に、各流通路２の最終導出口４０ａから反応生成物を含む混合流体がそれぞれ排出されて回収される。
【００７９】
以上のようにして、この第１実施形態による流路構造体を用いた反応方法が行われる。
【００８０】
この第１実施形態では、流通路２の第１混合流体流路２８において混合流体が第１流体の複数のスラグと第２流体の複数のスラグとが交互に並ぶスラグ流の状態で流れるため、混合流体の単位体積当たりにおける第１流体と第２流体との接触界面の面積を増やしてそれら第１流体と第２流体との相互作用を促進することができる。具体的には、この第１実施形態による流路構造体を用いた抽出方法では、第１流体としての被抽出流体と第２流体としての抽出剤との接触界面の面積を増やして、被抽出流体から抽出剤への抽出対象物の抽出を促進することができる。また、この第１実施形態による流路構造体を用いた反応方法では、第１流体としての第１反応剤と第２流体としての第２反応剤との接触界面の面積を増やして、それら両反応剤同士の反応を促進することができる。
【００８１】
また、この第１実施形態では、第１混合流体流路２８の下流側に繋がる分離空間３０がその分離空間３０に流入する混合流体についてのフルード数Ｆｒが１よりも小さくなるように設定された相当直径を有するため、この分離空間３０に流入した混合流体に対する重力の影響が流れ方向への慣性力の影響に比べて強くなり、当該分離空間３０内で混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって自然に分離する。そして、分離空間３０のうち重質流体が溜まる部分には重質流路３２が繋がり、その重質流路３２の下流側の端部に配置された重質流体導出口３２ａが流路構造体の側面に開口するように形成されているため、分離空間３０で分離した重質流体を重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ導出することができる。このため、混合流体から分離して除去したい物質が重質流体に含まれる場合や、混合流体から取得したい物質が重質流体に含まれる場合に、その物質を含む重質流体を流路構造体の外部へ取り出すことができる。具体的には、抽出方法において、被抽出流体から抽出対象物を抽出した抽出剤が重質流体である場合には、その抽出対象物を含む抽出剤を重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ取り出すことができる。また、反応方法において、第１反応剤と第２反応剤との反応によって生じた反応生成物を含む流体が重質流体である場合には、その反応生成物を含む流体を重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【００８２】
また、この第１実施形態では、流路構造体内の流通路２の分離空間３０で混合流体が重質流体と軽質流体に分離されるため、流路構造体から外部へ流体が排出された後に分離作業に要する作業負担を軽減することができる。具体的には、仮に、流通路を流れる複数種類の流体及び生成物が全て混ざり合った状態で流路構造体の外部に排出される場合には、その排出された流体から所望の流体又は物質を取得しようとすると分離作業が非常に煩雑になる。これに対して、この第１実施形態では、流路構造体内で混合流体から重質流体が分離されるので、その重質流体が所望の流体である場合には、分離作業を行う必要がなく、その重質流体中に所望の物質が含まれる場合には、流通路を流れる複数種類の流体及び物質が全て混ざり合った状態の混合流体から所望の物質を分離する場合に比べて簡略な分離作業で重質流体から所望の物質を分離することができる。
【００８３】
また、この第１実施形態では、軽質流路３４に流れる軽質流体に対して軽質流路側導入路３６及び第２合流部３８を通じて追加の流体を合流させることができるため、軽質流体に対して追加の流体を相互作用させることができる。しかも、この第１実施形態では、分離空間３０で重質流体と分離した軽質流体に対して追加の流体が合流するので、混合流体中に軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が重質流体に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した軽質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。このため、軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。具体的には、抽出方法では、混合流体中に抽出対象物を抽出した後の抽出剤が多く含まれている場合には、抽出効率が低下するため、その抽出後の抽出剤を重質流体として分離した後の軽質流体に対して新しい抽出剤を追加の流体として合流させて、抽出効率を向上させることができる。また、反応方法では、混合流体中に第１反応剤と第２反応剤との反応によって生じた反応生成物が多く含まれている場合には、反応効率が低下するため、その反応生成物を含む重質流体を分離した後の軽質流体に対して新しい第２反応剤を追加の流体として合流させて、反応効率を向上させることができる。
【００８４】
（第２実施形態）
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第２実施形態による流路構造体の構成について説明する。
【００８５】
この第２実施形態の流路構造体は、上記第１実施形態の横向きに配置した流路構造体を縦向きに配置したものである（図９参照）。具体的には、この第２実施形態による流路構造体は、各基板４の表面４ａ及び裏面４ｂが鉛直方向に平行となるように配置される。詳しくは、この第２実施形態による流路構造体は、第１導入口２２ａが形成された側面が重力方向下側を向き、最終導出口４０ａが形成された側面が上側を向くように配置される。これにより、流路構造体内の各流通路２の第１導入路２２、第１混合流体流路２８、軽質流路３４及び第２混合流体流路４０は、上下方向（鉛直方向）に延びるように配置されている。また、各流通路２の第２導入路２４のうち第１導入路２２に沿って延びる部分、各流通路２の重質流路３２のうち第１混合流体流路２８に沿って延びる部分、及び、各流通路２の軽質流路側導入路３６のうち軽質流路３４に沿って延びる部分も、上下方向（鉛直方向）に延びるように配置されている。
【００８６】
また、第１導入路２２及び第２導入路２４は、第１合流部２６の下端に繋がっており、その第１合流部２６の上端に第１混合流体流路２８の上流側の端部が繋がっている。また、第１混合流体流路２８の下流側の端部及び重質流路３２の上流側の端部は、分離空間３０の下端に繋がっている。また、軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０の上端に繋がっており、軽質流路３４の下流側の端部及び軽質流路側導入路３６の下流側の端部は、第２合流部３８の下端に繋がっている。また、第２混合流体流路４０の上流側の端部は、第２合流部３８の上端に繋がっている。
【００８７】
この第２実施形態の流路構造体では、下方から第１導入口２２ａを通じて第１導入路２２に第１流体を導入し、側方から第２導入口２４ａを通じて第２導入路２４に第２流体を導入する。第１導入路２２に導入された第１流体は、第１導入路２２内を下から上へ流れて第１合流部２６に流入し、第２導入路２４に導入された第２流体は、第２導入路２４の屈曲した形状に沿って流れる向きを上向きに変えて第１合流部２６に流入する。そして、第１合流部２６では、上方へ直線的に流れる第１流体に対して第２流体が略水平方向において近づいて合流する。第１合流部２６で合流した第１流体と第２流体からなる混合流体は、スラグ流の状態で第１混合流体流路２８を上方へ流れ、その混合流体中で第１流体と第２流体との相互作用が生じる。そして、この第１混合流体流路２８を流れる混合流体は、分離空間３０に下から流入する。
【００８８】
分離空間３０では、図１０に示すように、混合流体が軽質流体と重質流体とに上下に分離する。具体的には、混合流体中の重質流体は、分離空間３０内の下部領域、すなわち分離空間３０のうち重質流路３２及び第１混合流体流路２８寄りの領域に溜まり、混合流体中の軽質流体は、分離空間３０内の上部領域、すなわち分離空間３０のうち軽質流路３４寄りの領域に溜まる。この状態では、第１混合流体流路２８から分離空間３０に流入してくる混合流体のうちの軽質流体が、分離空間３０に溜まった重質流体の層中を通り抜けてその重質流体の層上に浮き上がる。そして、分離空間３０で分離した重質流体は、重質流路３２に下向きに流入し、その後、重質流路３２の屈曲した形状に沿って流れる向きを変えて重質流体導出口３２ａから流路構造体の側方へ導出される。一方、分離空間３０で分離した軽質流体は、軽質流路３４を下から上へ流れて第２合流部３８に流入する。
【００８９】
そして、流路構造体の側方から軽質流路側導入口３６ａを通じて追加の流体を導入すると、この追加の流体は、第２導入路２４内を流れる第２流体と同様に軽質流路側導入路３６内を流れて第２合流部３８で軽質流体と合流する。第２合流部３８で合流した軽質流体と追加の流体からなる混合流体は、第２混合流体流路４０に流入し、その第２混合流体流路４０を下から上へスラグ流の状態で流れる。この混合流体中では、相互作用が生じる。そして、最終導出口４０ａから流路構造体の上側へ混合流体が導出される。
【００９０】
この第２実施形態による流路構造体では、分離空間３０の下端に第１混合流体流路２８が接続されているため、第１混合流体流路２８から分離空間３０に流入する混合流体のうちの軽質流体が分離空間３０内で溜まっている重質流体の層中を通り抜けて上方へ浮き上がる。この際、軽質流体と重質流体との接触界面の更新が生じ、軽質流体と重質流体との相互作用を分離空間３０内で促進することができる。
【００９１】
この第２実施形態の流路構造体による上記以外の効果は、上記第１実施形態の流路構造体による効果と同様である。
【００９２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９３】
例えば、図１１に示す１つの変形例のように、軽質流路３４は、その軽質流路３４から軽質流体を導出するための軽質流体導出口３４ａを有していてもよい。具体的には、例えば、軽質流路３４が上記実施形態の重質流路３２のような屈曲した形状で流路構造体の側面まで延びていてその側面に当該軽質流路３４の下流側の端部に配置された軽質流体導出口３４ａが形成されていてもよい。
【００９４】
この変形例による流路構造体を形成する場合には、例えば、上記第１実施形態において基板４の裏面４ｂに沿って延びるように形成していた第２〜第４溝部１２，１４，１６を基板４の表面４ａに沿って延び且つその表面４ａに開口するように形成し、基板４の表面４ａに沿って延びるように形成していた第１溝部１０を基板４の裏面４ｂに沿って延び且つその裏面４ｂに開口するように形成し、その基板４の表側と裏側にそれぞれ封止板６を積層することによって流路構造体を形成してもよい。この場合には、基板４の表面４ａに沿って延びるように形成された第２〜第４溝部１２，１４，１６のうちの第３溝部１４が本発明の第１面側溝部の概念に含まれ、基板４の裏面４ｂに沿って延びるように形成された第１溝部１０が本発明の第２面側溝部の概念に含まれる。そして、この場合には、図１２に示すように、第１導入路２２、第１混合流体流路２８、重質流路３２及び第２混合流体流路４０が基板４の裏面４ｂ側（下側）に配置され、第２導入路２４、軽質流路３４及び重質流路側導入路４２が基板４の表面４ａ側（上側）に配置される。
【００９５】
この変形例では、第１導入路２２は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８に対して第２穴部１９と反対側に位置する部分によって形成される。また、第２導入路２２は、基板４の表面４ａに形成された開口がその基板４の表側に積層された封止板６によって封止された第２溝部１２によって形成される。また、第１混合流体流路２８は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８と第２穴部１９との間に位置する部分によって形成される。
【００９６】
また、軽質流路３４は、基板４の表面４ａに形成された開口がその基板４の表側に積層された封止板６によって封止された第３溝部１４によって形成され、重質流路３２は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第２穴部１９と第３穴部２０との間に位置する部分によって形成される。すなわち、軽質流路３４は、分離空間３０の上部に繋がり、上記第１実施形態の重質流路３２に対応する屈曲した形状で流路構造体の第２導入口２４ａが形成された側面まで延び、重質流路３２は、第１混合流体流路２８と同一直線上で同方向に直線的に延びている。そして、この重質流路３２の下流側の端部が、第２合流部３８と繋がっている。
【００９７】
また、第２穴部１９は、基板４の裏面４ｂに沿って延びる第１溝部１０のうち第１混合流体流路２８の下流側の端部を構成する部位と重質流路３４の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において基板４を裏面４ｂ側から表面４ａ側へ基板４の厚み方向に貫通し、基板４の表面４ａに沿って延びる第３溝部１４のうち軽質流路３４の上流側の端部を構成する部位に繋がっている。この第２穴部１９の表面４ａ側の開口が基板４の表側に積層された封止板６によって封止されるとともに当該第２穴部１９の裏面４ｂ側の開口が基板４の裏側に積層された封止板６によって封止されることにより分離空間３０が形成される。
【００９８】
また、第２混合流体流路４０は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第３穴部２０に対して第２穴部１９と反対側に位置する部分によって形成される。この第２混合流体流路４０の上流側の端部は、第２合流部３８の下部に繋がっている。
【００９９】
前記重質流路側導入路４２は、重質流体に混合するための追加の流体が導入される部分であり、当該重質流路側導入路４２を流れる流体が重質流路３２を流れる重質流体に合流するように第２合流部３８を介して重質流路３２に対して接続されている。この重質流路側導入路４２は、基板４の表面４ａに形成された開口が封止板６によって封止された第４溝部１６によって形成される。すなわち、重質流路側導入路４２は、上記第１実施形態の軽質流路側導入路３６に対応する屈曲した形状に形成され、第２合流部３８の上部に繋がっている。また、重質流路側導入路４２は、当該重質流路側導入路４２に流体を導入するための重質流路側導入口４２ａを有している。この重質流路側導入口４２ａは、重質流路側導入路４２の上流側の端部に配置され、流路構造体のうち第２導入口２４ａ及び軽質流体導出口３４ａが形成された側面に開口するように形成されている。
【０１００】
この変形例の構成によれば、分離空間３０で分離された軽質流体を軽質流路３４を通じて軽質流体導出口３４ａから流路構造体の外部へ導出することができる。このため、混合流体から除去したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その除去したい物質を含む軽質流体を混合流体から分離させて流路構造体の外部へ排出することができる。また、混合流体のうち取得したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その物質を含む軽質流体を混合流体から分離して流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【０１０１】
また、この変形例の構成によれば、重質流路３２に流れる重質流体に対して重質流路側導入路４２から追加の流体を合流させることができるため、重質流体に対して追加の流体を相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離空間３０で軽質流体と分離した重質流体に対して追加の流体を合流させることができるので、例えば混合流体中に重質流体と重質流路側導入路４２から導入する流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離空間３０で分離した軽質流体中に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した重質流体に対して重質流路側導入路４２から流体を合流させて相互作用させることができる。このため、重質流体と重質流路側導入路４２から導入する流体との相互作用の効率を向上することができる。
【０１０２】
なお、上記第１実施形態による流路構造体をその天面が底面になるように上下逆に配置することによって、上記第１実施形態の重質流路３２を分離空間３０で分離した軽質流体を外部へ導出するための軽質流路として用い、上記第１実施形態の軽質流路３４を第２合流部３８に繋がる重質流路として用い、上記第１実施形態の軽質流路側導入路３６を重質流路に繋がる第４流路として用いるようにしてもよい。
【０１０３】
また、流通路を構成する各部の構造は、上記した構造以外の各種構造に形成されていてもよい。
【０１０４】
例えば、第１導入路は、第１混合流体流路が延びる方向に対して斜め方向に延びていたり、屈曲していたりしてもよい。また、第２導入路は、屈曲しないで直線的に延びていてもよい。この場合には、第２導入路は、第１導入路が延びる方向に対して平行な方向、斜め方向又は直交する方向に延びていてもよい。また、第１混合流体流路は、混合流体の流れ方向において屈曲していてもよい。また、重質流路は、分離空間から直線的に延びていてもよく、第１混合流体流路に対して斜め方向に延びていてもよい。また、重質流路は、分離空間から第１混合流体流路に対して直交する方向に延びていてもよい。また、軽質流路は、分離空間から第１混合流体流路が延びる方向と異なる方向、例えば、第１混合流体流路に対して直交する方向や、第１混合流体流路に対して斜め方向に延びていてもよい。また、軽質流路は、軽質流体の流れ方向において屈曲した形状に形成されていてもよい。また、軽質流路側導入路は、屈曲しないで直線的に延びていてもよい。この場合には、軽質流路側導入路は、軽質流路が延びる方向に対して斜め方向又は直交する方向に延びていてもよい。また、第２混合流体流路は、混合流体の流れ方向において屈曲したり、所定回数折返されていてもよい。また、流通路を構成する各部の断面形状は、上記以外の形状であってもよい。
【０１０５】
また、図１３に示す別の変形例のように、流通路２は、第１混合流体流路２８、分離空間３０、重質流路３２及び軽質流路３４のみからなっていてもよい。具体的には、この変形例では、第１混合流体流路２８が、流路構造体のうち基板４の表面４ａに平行な当該流路構造体の長手方向において一方側を向く側面まで延びており、当該側面に開口する導入口２８ａを有している。すなわち、この変形例では、第１導入路、第２導入路及び第１合流部は設けられておらず、流路構造体の外部で複数種類の流体が混合されることによって調製された混合流体が導入口２８ａを通じて第１混合流体流路２８に導入される。また、この変形例では、軽質流路３４が、流路構造体のうち前記導入口２８ａが開口している側面と反対側の側面まで延びており、当該側面に開口する軽質流体導出口３４ａを有している。すなわち、この変形例では、軽質流路側導入路、第２合流部及び第２混合流体流路は設けられておらず、分離空間３０で分離して軽質流路３４に流入した軽質流体は、下流側へ流れて軽質流体導出口３４ａから排出される。この変形例による流路構造体の上記以外の構成は、上記第１実施形態による流路構造体の構成と同様である。
【０１０６】
この変形例による流路構造体は、外部で調製された混合流体を軽質流体と重質流体とに分離するための分離装置として用いることができる。以下、このような流路構造体を分離装置として用いた混合流体の分離方法について以下説明する。
【０１０７】
この分離方法では、まず、流路構造体の外部で複数種類の流体を混合して混合流体を調製しておく。そして、その調製した混合流体を第１混合流体流路２８の導入口２８ａからその第１混合流体流路２８に所定の流速で導入し、その混合流体を第１混合流体流路２８の下流側へ流す。
【０１０８】
この混合流体は、第１混合流体流路２８から分離空間３０へ流入し、分離空間３０内で軽質流体と重質流体とに比重差によって分離する。そして、分離空間３０で分離した重質流体は、重質流路３２へ流れて重質流体導出口（図１３では図略）から排出され、分離空間３０で分離した軽質流体は、軽質流路３４へ流れて軽質流体導出口３４ａから排出される。
【０１０９】
このようにして、当該変形例による流路構造体を用いた混合流体の分離方法が行われる。
【０１１０】
この分離方法では、混合流体中で流体同士の相互作用が生じた後、流路構造体内の分離空間３０で混合流体を重質流体と軽質流体とに分離することができるため、流路構造体から排出された後の流体についての分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【０１１１】
なお、図１３に示した流路構造体を上下逆にして用いても良い。この場合には、図１３における軽質流路３４が重質流路となり、図１３における重質流路３２が軽質流路となる。
【０１１２】
また、上記各実施形態において、流通路のうち軽質流路側導入路及び第２合流部を省略してもよい。すなわち、上記各実施形態において、軽質流路の下流側の端部に、流路構造体の外面に開口する導出口が設けられていてもよい。また、図１１及び図１２に示した変形例において、流通路のうち重質流路側導入路及び第２合流部を省略してもよい。すなわち、この変形例において、重質流路の下流側の端部に、流路構造体の外面に開口する導出口が設けられていてもよい。
【０１１３】
また、流通路に複数の分離空間が設けられていてもよい。
【０１１４】
また、流路構造体は、流通路を形成するための溝が形成された単一の基板の表裏に封止板が接合された１つの構造体のみからなっていてもよい。
【０１１５】
また、流路構造体内には、基板及び封止板の積層方向において隣り合う流通路同士の間に、温度調節用の流体を流すための温調用流路が配設されていてもよい。
【０１１６】
また、上記の第１流体、第２流体、軽質流体に混合する追加の流体及び重質流体に混合する追加の流体は、それぞれ、液体又は気体のいずれであってもよい。
【０１１７】
また、第１混合流体流路及び第２混合流体流路は、それらの流路を流れる混合流体が必ずしもスラグ流の状態で流れるように構成されていなくてもよい。すなわち、第１混合流体流路及び第２混合流体流路は、それらの流路を流れる混合流体が、例えば層流の状態で流れるように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
２ 流通路
４ 基板
４ａ 表面（第１面）
４ｂ 裏面（第２面）
６ 封止板（第１封止板、第２封止板）
２２ 第１導入路
２４ 第２導入路
２６ 第１合流部（合流部）
２８ 第１混合流体流路（混合流体流路）
３０ 分離空間
３２ 重質流路
３２ａ 重質流体導出口
３４ 軽質流路
３４ａ 軽質流体導出口
３６ 軽質流路側導入路
４２ 重質流路側導入路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造体、分離方法、抽出方法及び反応方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の流体同士を合流させて相互作用を生じさせる手段としての流路構造体が知られている。下記特許文献１には、このような流路構造体からなるマイクロリアクタが示されている。
【０００３】
特許文献１に示されたマイクロリアクタは、２流体を合流させて流すための流路が形成されたプレートを備えている。このプレートに形成された流路は、２流体のうち一方の流体である第１流体を流すための第１流路と、もう一方の流体である第２流体を流すための第２流路と、これらの両流路を流れる流体が合流した後、その混合流体が流れる混合流体流路とを有している。第１流路と第２流路の上流側の各端部には、各流路に流体を導入するための入口がそれぞれ形成されており、第１流路と第２流路は、それらの入口から下流側へ向かうにつれて徐々に互いに接近するように延びている。そして、第１流路の下流側の端部と第２流路の下流側の端部は、混合流体流路の上流側の端部に繋がっている。混合流体流路の下流側の端部には、当該混合流体流路を通って流れる混合流体を取り出すための出口が形成されている。混合流体流路では、上記混合流体が、微小長さを有する第１流体の複数のスラグと微小長さを有する第２流体の複数のスラグとが流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れつつ、その混合流体中で第１流体と第２流体との接触界面を介して両流体同士の相互作用が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３３４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のマイクロリアクタでは、混合流体において第１流体と第２流体との相互作用が生じた後、その混合流体に含まれる第１流体、第２流体及び相互作用によって生じた生成物等が全て混ざり合った状態で混合流体流路の出口から排出されるため、その排出された流体から第１流体と第２流体を分離したり、生成物を分離したりするための分離作業が非常に煩雑になるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明による流路構造体は、流体を流通させるための流通路を内部に有する流路構造体であって、前記流通路は、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体が流れる混合流体流路と、前記混合流体流路の下流側に繋がり、前記混合流体流路から流入した前記混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間と、前記分離空間のうち前記重質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記重質流体が流入する重質流路と、前記分離空間のうち前記軽質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記軽質流体が流入する軽質流路とを有する。
【０００８】
この流路構造体では、混合流体流路の下流側に繋がる分離空間は、混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有し、その分離空間のうち重質流体が溜まる部分に重質流路が繋がり、その分離空間のうち軽質流体が溜まる部分に軽質流路が繋がっているため、例えば、混合流体から分離したい物質が重質流体に含まれる場合には分離空間から重質流路を通じてその物質が含まれる重質流体を分離することができ、混合流体から分離したい物質が軽質流体に含まれる場合には分離空間から軽質流路を通じてその物質が含まれる軽質流体を分離することができる。すなわち、この流路構造体では、混合流体流路を流れる混合流体中でその混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体を分離することができる。さらに、この流路構造体では、流路構造体内の分離空間で混合流体が重質流体と軽質流体に分離されるため、その重質流体又は軽質流体が所望の流体である場合には流路構造体から取り出した後の重質流体又は軽質流体について分離作業を行う必要がなく、その重質流体又は軽質流体に所望の生成物が含まれる場合のその重質流体又は軽質流体からの生成物の分離は、流通路を流れる複数種類の流体及び生成物が全て混ざり合った混合流体からの生成物の分離に比べて簡略な分離作業で行える。従って、この流路構造体では、混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することができる。
【０００９】
上記流路構造体において、前記分離空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における前記分離空間の断面は、当該分離空間に流入する前記混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、分離空間に流入した混合流体に作用する重力の影響をその混合流体の流れ方向への慣性力よりも大きくすることができる。具体的には、分離空間に流入した混合流体についてのフルード数Ｆｒは、Ｆｒ＝Ｕ／（Ｄ・ｇ）１／２という数式で表される。ここで、Ｕは、分離空間に流入した混合流体の流速であり、Ｄは、混合流体の流れ方向に対して直交する方向における分離空間の断面の相当直径であり、ｇは、重力加速度である。なお、分離空間の断面の相当直径Ｄとは、任意の形状に形成された分離空間の断面に対して等価な円形断面を想定する場合のその円形断面の直径のことを意味し、その相当直径をＤ、分離空間の断面積をＡ、分離空間の断面の周長（分離空間内の濡れ縁の長さ）をｕとすると、相当直径Ｄ＝４Ａ／ｕという数式で表される。フルード数Ｆｒが１よりも小さい場合には、分離空間に流入した流体の流れ方向への慣性力よりも重力の影響の方が支配的であることを意味する。このため、本構成のように分離空間の断面が当該分離空間に流入する混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有していれば、分離空間に流入した混合流体に作用する重力の影響をその流体の流れ方向への慣性力よりも支配的にすることができ、その結果、分離空間内で混合流体のうちの重質流体を下方へ沈ませて重質流体と軽質流体とを分離することができる。従って、本構成によれば、混合流体流路から流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間の具体的な構成を得ることができる。
【００１１】
上記流路構造体において、前記流通路は、第１流体が導入される第１導入路と、第２流体が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側の端部及び前記第２導入路の下流側の端部に繋がり、前記第１導入路を流れる前記第１流体と前記第２導入路を流れる前記第２流体とが混合するようにそれら両流体同士を合流させる合流部とを有し、前記混合流体流路は、前記合流部の下流側に繋がり、当該混合流体流路には、前記合流部で合流して互いに混合された前記第１流体と前記第２流体からなる混合流体が流入してもよい。
【００１２】
この構成によれば、第１導入路に第１流体を導入するとともに第２導入路に第２流体を導入するだけで、それら両流体が合流部で互いに混合するように合流し、混合流体流路においてその混合した両流体同士の相互作用が生じ、その後、分離空間で自動的に混合流体が比重差によって軽質流体と重質流体とに分離する。すなわち、本構成では、流路構造体内で第１流体と第２流体との混合から比重差による分離までの工程を全て行うことができる。このため、例えば、流通路が第１導入路、第２導入路及び合流部を備えておらず、流路構造体の外部で第１流体と第２流体を混合してからその混合流体を混合流体流路に導入する必要がある流路構造体に比べて、両流体の混合に要する装置を省略することができる。このため、本構成によれば、簡略な構成の流路構造体によって第１流体と第２流体との混合から比重差による分離までの工程を全て行うことができる。
【００１３】
上記流路構造体において、前記重質流路は、当該重質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該重質流路から前記重質流体を導出するための重質流体導出口を有することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、分離空間で分離された重質流体を重質流路を通じて重質流体導出口から流路構造体の外部へ導出することができる。このため、例えば混合流体から除去したい物質が重質流体に含まれる場合には、その除去したい物質を重質流体とともに混合流体から分離して流路構造体の外部へ排出することができる。また、混合流体のうち取得したい物質が重質流体に含まれる場合には、その物質を重質流体とともに混合流体から分離して流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【００１５】
上記流路構造体において、前記流通路は、前記軽質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記軽質流路を流れる前記軽質流体に合流させるように前記軽質流路に繋がる軽質流路側導入路を有していてもよい。
【００１６】
この構成によれば、軽質流路に流れる軽質流体に対して軽質流路側導入路から追加の流体を合流させることができるため、軽質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離空間で重質流体と分離した軽質流体に対して追加の流体を混合させることができるので、例えば混合流体中に軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離空間で分離した重質流体中に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した軽質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。このため、軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。
【００１７】
上記流路構造体において、前記軽質流路は、当該軽質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該軽質流路から前記軽質流体を導出するための軽質流体導出口を有していてもよい。
【００１８】
この構成によれば、分離空間で分離された軽質流体を軽質流路を通じて軽質流体導出口から流路構造体の外部へ導出することができる。このため、例えば混合流体から除去したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その除去したい物質を軽質流体とともに混合流体から分離させて流路構造体の外部へ排出することができる。また、混合流体のうち取得したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その物質を軽質流体とともに混合流体から分離して流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【００１９】
上記流路構造体において、前記流通路は、前記重質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記重質流路を流れる前記重質流体に合流させるように前記重質流路に繋がる重質流路側導入路を有していてもよい。
【００２０】
この構成によれば、重質流路に流れる重質流体に対して重質流路側導入路から追加の流体を合流させることができるため、重質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離空間で軽質流体と分離した重質流体に対して追加の流体を混合させることができるので、例えば混合流体中に重質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離空間で分離した軽質流体中に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した重質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。このため、重質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。
【００２１】
上記流路構造体において、前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された当該第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記軽質流路が形成され、前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された当該第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記重質流路が形成され、前記基板には、前記第１面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第１面側から前記第２面側へ貫通し且つ前記第２面側溝部のうち前記重質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、上記流路構造体を簡易に構成可能な具体的な構造を得ることができる。具体的には、この構成では、流路構造体を基板と第１封止板と第２封止板との積層構造で構成することにより、第１面に溝部を有する基板と第１封止板との間に混合流体流路および軽質流路を形成させることができ、第２面に溝部を有する基板と第２封止板との間に重質流路を形成させることができ、さらに、基板を第１面側から第２面側へと貫通する分離空間を形成することができる。
【００２３】
上記流路構造体において、前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された前記第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記軽質流路が形成され、前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された前記第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記重質流路が形成され、前記基板には、前記第２面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記重質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第２面側から前記第１面側へ貫通し且つ前記第１面側溝部のうち前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されていることが好ましい。
【００２４】
この構成によっても、上記流路構造体を簡易に構成可能な具体的な構造を得ることができる。具体的には、この構成では、流路構造体を基板と第１封止板と第２封止板との積層構造とすることにより、第１面に溝部を有する基板と第１封止板との間に軽質流路を形成することができ、第２面に溝部を有する基板と第２封止板との間に混合流体流路および重質流路を形成することができ、さらに、基板を第１面側から第２面側へと貫通する分離空間を形成することができる。
【００２５】
本発明による分離方法は、上記流路構造体を用いて、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体を比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体に分離する分離方法であって、前記混合流体を前記混合流体流路に流す混合流体流通工程と、前記混合流体を前記混合流体流路から前記分離空間に流入させてその分離空間内で当該混合流体を軽質流体と重質流体とに比重差によって分離させ、その分離した重質流体を前記重質流路に流入させるとともに、その分離した軽質流体を前記軽質流路に流入させる分離工程とを備えている。
【００２６】
この分離方法では、混合流体流通工程において混合流体流路を流れた混合流体が、分離工程において分離空間に流入してその分離空間内で軽質流体と重質流体とに分離され、その分離した重質流体は重質流路へ流れる一方、その分離した軽質流体は軽質流路へ流れるため、混合流体中で流体同士の相互作用が生じた後、流路構造体内で混合流体を重質流体と軽質流体とに分離することができる。このため、流路構造体から排出された後の流体についての分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【００２７】
本発明による抽出方法は、上記流通路が第１導入路、第２導入路及び合流部を有しているとともに混合流体流路が合流部の下流側に繋がっている流路構造体を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から前記抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出方法であって、前記被抽出流体と前記抽出剤のうちの一方の流体である一流体を前記第１導入路に導入するとともに、前記被抽出流体と前記抽出剤とのうちの他方の流体である他流体を前記第２導入路に導入する流体導入工程と、前記第１導入路に導入した前記一流体と前記第２導入路に導入した前記他流体が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両流体からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記被抽出流体と前記抽出剤との接触界面を介して前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出工程と、前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えている。
【００２８】
この抽出方法では、抽出工程において、被抽出流体の複数のスラグと抽出剤の複数のスラグが交互に並ぶスラグ流の状態で混合流体流路を流れながら被抽出流体から抽出剤へ抽出対象物が抽出されるため、被抽出流体と抽出剤との接触界面の面積を増やして被抽出流体から抽出剤への抽出対象物の抽出を促進することができる。しかも、この抽出方法では、抽出工程後の混合流体が分離空間で軽質流体と重質流体とに分離されて、重質流体は重質流路へ流れ、軽質流体は軽質流路へ流れるため、例えば、抽出対象物を抽出した抽出剤が重質流体である場合にはその抽出対象物を含む抽出剤を分離空間から重質流路へ分離することができ、抽出対象物を抽出した抽出剤が軽質流体である場合にはその抽出対象物を含む抽出剤を分離空間から軽質流路へ分離することができる。さらに、この抽出方法では、流路構造体内の分離空間で抽出対象物を含む抽出剤を分離することができるため、流路構造体から排出された後の流体についての抽出対象物の分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【００２９】
本発明による反応方法は、上記流通路が第１導入路、第２導入路及び合流部を有しているとともに混合流体流路が合流部の下流側に繋がっている流路構造体を用いて、互いに反応し得る流体からなる第１反応剤と第２反応剤とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる反応方法であって、前記第１反応剤を前記第１導入路に導入するとともに前記第２反応剤を前記第２導入路に導入する反応剤導入工程と、前記第１導入路に導入した前記第１反応剤と前記第２導入路に導入した前記第２反応剤が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両反応剤からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記第１反応剤と前記第２反応剤との接触界面を介して前記第１反応剤と前記第２反応剤とを相互に反応させる反応工程と、前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えている。
【００３０】
この反応方法では、反応工程において、第１反応剤と第２反応剤がそれらのスラグが交互に並ぶスラグ流の状態で混合流体流路を流れながら第１反応剤と第２反応剤との接触界面を介した反応が生じるため、混合流体流路において第１反応剤と第２反応剤との接触界面の面積を増やしてそれら両反応材同士の反応を促進することができる。しかも、この反応方法では、反応工程後の混合流体が分離空間で軽質流体と重質流体とに分離されて、重質流体は重質流路へ流れ、軽質流体は軽質流路へ流れるため、例えば、反応生成物が重質流体に含まれる場合にはその反応生成物を含む重質流体を分離空間から重質流路へ分離することができ、反応生成物が軽質流体に含まれる場合にはその反応生成物を含む軽質流体を分離空間から軽質流路へ分離することができる。さらに、この反応方法では、流路構造体内の分離空間で反応生成物を含む流体を分離することができるため、流路構造体から排出された後の流体についての反応生成物の分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、混合流体に含まれる各流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態による流路構造体の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による流路構造体を構成する基板の上面図である。
【図３】図２に示した基板の下面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による流路構造体の図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分的な断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿った流路構造体の部分的な断面図である。
【図６】図４中のＶＩ−ＶＩ線に沿った流路構造体の部分的な断面図である。
【図７】図４中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った流路構造体の部分的な断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による流路構造体において第１混合流体流路から分離空間に流入した混合流体が重質流体と軽質流体に分離して流れる様子を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態による流路構造体の斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による流路構造体において第１混合流体流路から分離空間に流入した混合流体が重質流体と軽質流体に分離して流れる様子を説明するための図である。
【図１１】本発明の一変形例による流路構造体の斜視図である。
【図１２】本発明の一変形例による流路構造体の流通路に沿った図４に対応する断面図である。
【図１３】本発明の別の変形例による流路構造体の流通路に沿った図４に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
まず、図１〜図８を参照して、本発明の第１実施形態による流路構造体の構成について説明する。
【００３５】
この第１実施形態による流路構造体は、複数の流体同士を混合させて相互作用を生じさせるために用いられるものであり、複数の流体が互いに混合するようにそれらの流体を流通させるための流通路２（図４参照）を内部に有する。
【００３６】
具体的には、この流路構造体は、例えば、マイクロリアクタ、熱交換器または抽出装置等に用いられる。この流路構造体がマイクロリアクタに用いられる場合には、互いに反応し得る複数種類の反応剤の流体が当該流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、それらの流体同士の相互作用として化学反応が生じ、所望の反応生成物が得られる。また、この流路構造体が熱交換器に用いられる場合には、流路構造体内の流通路２に流通させる複数種類の流体のうちの所定の流体から別の流体への伝熱が行われる。また、この伝熱により、流体の蒸発又は凝縮が行われる場合がある。また、この流路構造体が抽出装置に用いられる場合には、抽出対象物を含む一方の流体と抽出媒体である他方の流体とが当該流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、一方の流体から他方の流体へ抽出対象物が抽出される。
【００３７】
流路構造体は、図１に示すように、複数の基板４と、複数の封止板６を備えている。これらの基板４及び封止板６は、矩形状の平板によってそれぞれ形成されている。
【００３８】
基板４は、その厚み方向において一方側を向く表面４ａ（図２参照）と、この表面４ａと反対側を向く裏面４ｂ（図３参照）とを有する。表面４ａは、本発明の第１面の概念に含まれ、裏面４ｂは、本発明の第２面の概念に含まれる。
【００３９】
基板４には、複数の第１溝部１０が当該基板４の表面４ａに沿って延び且つその表面４ａに開口するようにエッチング加工によって形成されている。この複数の第１溝部１０は、基板４の長手方向に沿ってその基板４の長手方向の一端から他端へ直線的に延びている。また、複数の第１溝部１０は、基板４の長手方向に直交する幅方向に等間隔で互いに平行に並ぶように配置されている。なお、この第１溝部１０は、本発明の第１面側溝部の概念に含まれるものである。
【００４０】
また、基板４には、複数の第２溝部１２と、複数の第３溝部１４と、複数の第４溝部１６とが当該基板４の裏面４ｂに沿って延び且つその裏面４ｂに開口するようにエッチング加工によって形成されている。第２溝部１２、第３溝部１４及び第４溝部１６は、それぞれ同数設けられており、その数は、基板４の表面４ａに形成された第１溝部１０の数と同じである。そして、基板４の裏面４ｂに形成された各第２溝部１２、各第３溝部１４及び各第４溝部１６と、基板４の表面４ａに形成された各第１溝部１０とは、互いに対応している。各第２溝部１２は、基板４の幅方向の一端から他端側へ向かって延び、対応する第１溝部１０の裏側の位置で屈曲してその第１溝部１０に沿って基板４の長手方向の前記他端側へ延びている。複数の第３溝部１４は、複数の第２溝部１２に対して基板４の長手方向の前記他端側へ間隔をあけて配置されている。この複数の第３溝部１４の形状は、複数の第２溝部１２の形状と同様である。なお、この第３溝部１４は、本発明の第２面側溝部の概念に含まれるものである。複数の第４溝部１６は、複数の第３溝部１４に対して基板４の長手方向の前記他端側へ間隔をあけて配置されている。この複数の第４溝部１６の形状は、複数の第２溝部１２の形状と同様である。
【００４１】
また、基板４には、複数の第１穴部１８、複数の第２穴部１９及び複数の第３穴部２０が形成されている。
【００４２】
各第１穴部１８は、基板４のうち当該基板４の表面４ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０と重なる各第２溝部１２の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第１穴部１８は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第２溝部１２とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。
【００４３】
各第２穴部１９は、基板４のうち当該基板４の表面４ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０と重なる各第３溝部１４の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第２穴部１９は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第３溝部１４とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。具体的には、第２穴部１９は、第１溝部１０のうち後述する第１混合流体流路２８の下流側の端部を構成する部位と後述する軽質流路３４の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通し、後述する重質流路３２の上流側の端部を構成する第３溝部１４の端部に繋がっている。この第２穴部１９は、本発明の穴部の概念に含まれるものである。
【００４４】
各第３穴部２０は、基板４のうち当該基板４の表面４ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０と重なる各第４溝部１６の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第３穴部２０は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第４溝部１６とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。
【００４５】
封止板６は、基板４の厚み方向における一方側と他方側とにそれぞれ積層されている。具体的には、基板４と封止板６は、上下方向において交互に積層されている。基板４の表側（基板４の厚み方向における一方側）に積層された封止板６は、基板４の表面４ａを覆った状態でその表面４ａに拡散接合されており、基板４の裏側（基板４の厚み方向における他方側）に積層された封止板６は、基板４の裏面４ｂを覆った状態でその裏面４ｂに拡散接合されている。なお、基板４の表側に積層された封止板６は、本発明の第１封止板の概念に含まれ、基板４の裏側に積層された封止板６は、本発明の第２封止板の概念に含まれる。基板４の表側に積層された封止板６は、基板４の表面４ａに形成された第１溝部１０、第１穴部１８、第２穴部１９及び第３穴部２０の各々の開口を封止している。基板４の裏側に積層された封止板６は、基板４の裏面４ｂに形成された第２溝部１２、第３溝部１４、第４溝部１６、第１穴部１８、第２穴部１９及び第３穴部２０の各々の開口を封止している。
【００４６】
流路構造体は、当該流路構造体を構成する基板４と封止板６の積層方向（基板４及び封止板６の厚み方向）が鉛直方向に一致するように構成されている。具体的には、流路構造体は、各基板４の裏面４ｂが重力方向下側を向くように配置されている。また、流路構造体は、複数の流通路２を内部に有している。流路構造体内では、基板４の面方向において並列に配置された複数の流通路２を１組として、複数組の流通路２が基板４及び封止板６の積層方向に等間隔に並ぶように配置されている。複数の流通路２は、封止板６によって開口が封止された複数の第１〜第４溝部１０，１２，１４，１６及び複数の第１〜第３穴部１８，１９，２０によって形成されている。
【００４７】
各流通路２は、第１導入路２２と、第２導入路２４と、第１合流部２６と、第１混合流体流路２８と、分離空間３０と、重質流路３２と、軽質流路３４と、軽質流路側導入路３６と、第２合流部３８と、第２混合流体流路４０とを有する。
【００４８】
第１導入路２２は、第１流体が導入されて流れる部分である。この第１導入路２２は、当該第１導入路２２に第１流体を導入するための第１導入口２２ａを有する。第１導入口２２ａは、流路構造体のうち基板４の表面４ａに平行な当該流路構造体の長手方向において一方側を向く側面に開口しており、第１導入路２２の上流側の端部に配置されている。第１導入路２２は、その第１導入口２２ａから流路構造体の長手方向に沿って水平方向に直線的に延びている。第１導入路２２は、基板４の表面４ａに形成された開口が封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８に対して第２穴部１９と反対側に位置する部分によって形成されている。第１導入路２２を流れる第１流体の流通方向（第１導入路２２の長手方向）に対して直交する方向における当該第１導入路２２の断面の形状は、図５に示すように、円弧状の部分が下側（基板４の裏面４ｂ側）を向く半円状となっている。
【００４９】
第２導入路２４は、第２流体が導入されて流れる部分である。この第２導入路２４は、当該第２導入路２４に第２流体を導入するための第２導入口２４ａを有する。第２導入口２４ａは、流路構造体のうち基板４及び封止板６の積層方向及び当該流路構造体の前記長手方向に対して直交する幅方向において一方側を向く側面に開口しており、第２導入路２４の上流側の端部に配置されている。第２導入路２４は、その第２導入口２４ａが形成された流路構造体の側面から反対側の側面へ向かって水平に延び、その第２導入路２４が属する流通路２の第１導入路２２の下方の位置で屈曲してその第１導入路２２に沿ってその第１導入路２２の下流側へ水平且つ直線的に延びている。第２導入路２４は、基板４の裏面４ｂに形成された開口が封止板６によって封止された第２溝部１２によって形成されている。第２導入路２４を流れる第２流体の流通方向に対して直交する方向における当該第２導入路２４の断面の形状は、図５に示すように、円弧状の部分が上側（基板４の表面４ａ側）を向く半円状となっている。この第２導入路２４の断面形状は、第１導入路２２の断面形状と対称形となっている。
【００５０】
第１合流部２６（図４参照）は、第１導入路２２を流れる第１流体と第２導入路２４を流れる第２流体とが互いに混合するようにそれらの両流体同士を上下方向（基板４の厚み方向）において合流させる部分である。この第１合流部２６は、本発明の合流部の概念に含まれる。第１合流部２６は、第１導入路２２の下流側の端部及び第２導入路２４の下流側の端部と繋がっている。第１合流部２６は、基板４の表面４ａ側の開口がその表面４ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板４の裏面４ｂ側の開口がその裏面４ｂに接合された封止板６によって封止された第１穴部１８によって形成されている。第１導入路２２を流れる第１流体の流通方向に対して直交する方向における第１合流部２６の断面の形状は、上下方向において互いに対称的に配置された２つの半円がその頂点近傍の部分で互いに結合されたような形状となっている。この第１合流部２６では、第１導入路２２から第１流体が直線的に流入し、その第１流体に対して第２導入路２４から当該第１合流部２６に流入した第２流体が上側（基板４の表面４ａ側）へ移動しながら合流する。
【００５１】
第１混合流体流路２８（図４参照）は、第１合流部２６で合流して互いに混合された第１流体と第２流体からなる混合流体が流れる部分である。この第１混合流体流路２８は、本発明の混合流体流路の概念に含まれる。第１混合流体流路２８は、混合流体がその流通方向に沿って第１流体の複数の微小なスラグと第２流体の複数の微小なスラグが交互に並ぶスラグ流の状態で流れるように構成されている。第１混合流体流路２８の上流側の端部は、第１合流部２６の下流側に繋がっており、その第１合流部２６の上流側に繋がる第１導入路２２と同一直線上において、当該第１混合流体流路２８は、その第１導入路２２と同方向に水平且つ直線的に延びている。混合流体は、この第１混合流体流路２８内をスラグ流の状態で下流側へ水平に流れ、その混合流体中で第１流体のスラグと第２流体のスラグとの接触界面を介して第１流体と第２流体との相互作用が生じる。また、第１混合流体流路２８は、第１導入路２２と等しい高さ位置に配置されている。第１混合流体流路２８は、基板４の表面４ａに形成された開口がその基板４の表側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８と第２穴部１９との間に位置する部分によって形成されている。第１混合流体流路２８を流れる流体の流通方向（第１混合流体流路２８の長手方向）に対して直交する方向における当該第１混合流体流路２８の断面の形状は、図６に示すように、円弧状の部分が下側（基板４の裏面４ｂ側）を向く半円状となっている。この第１混合流体流路２８の断面形状は、第１導入路２２の断面形状と同じである。
【００５２】
分離空間３０は、第１混合流体流路２８から流入した混合流体を比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに分離させるための部分である。この分離空間３０は、第１混合流体流路２８の下流側の端部に繋がっている。分離空間３０は、基板４の表面４ａ側の開口がその基板４の表側に積層されてその表面４ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板４の裏面４ｂ側の開口がその基板４の裏側に積層されてその裏面４ｂに接合された封止板６によって封止された第２穴部１９によって形成されている。分離空間３０は、第１混合流体流路２８から流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって自然に分離するような断面形状を有している。具体的には、第１混合流体流路２８から分離空間３０に流入する混合流体の流通方向に対して直交する方向における分離空間３０の断面は、当該分離空間３０に流入する混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有する。詳しくは、分離空間３０に流入する混合流体についてのフルード数をＦｒとすると、このフルード数Ｆｒは、次式（１）で表され、当該フルード数Ｆｒが１よりも小さくなるように分離空間３０の断面の相当直径Ｄが設定されている。
【００５３】
Ｆｒ＝Ｕ／（Ｄ・ｇ）１／２・・・（１）
この式（１）において、Ｕは、分離空間３０に流入する混合流体の流速であり、ｇは、重力加速度である。なお、流通路２に流通させる流体の流量が約１０ｍｌ／ｍｉｎ以下である場合には、分離空間３０の相当直径が約２ｍｍ以上であれば、前記フルード数Ｆｒは、１よりも小さくなる。
【００５４】
前記フルード数Ｆｒが１よりも小さくなるということは、分離空間３０に流入した混合流体の流れ方向への慣性力よりもその混合流体に作用する重力の影響の方が支配的になることを意味する。このため、分離空間３０に流入した混合流体のうちの重質流体は、慣性力よりも重力の影響を強く受けて下方へ沈み、その結果、混合流体中の重質流体と軽質流体が自然に分離する。分離空間３０内において、重質流体は、当該分離空間３０の下部領域（基板４の裏面４ｂ寄りの領域）に溜まり、軽質流体は、その重質流体の上側（基板４の表面４ａ側）に浮いた状態となる。
【００５５】
前記第１混合流体流路２８の下流側の端部は、分離空間３０の上端の位置（基板４の表面４ａの位置）から上下方向（基板４の厚み方向）における分離空間３０の中央の位置よりも少し上側の位置（表面４ａ寄りの位置）までの範囲で分離空間３０と繋がっている。なお、分離空間３０の断面は、図７に示すような、上下方向において互いに対称的に配置された２つの半円がその頂点近傍の部分で互いに結合された形状を有する。また、分離空間３０に対する混合流体の流入方向における当該分離空間３０の長さは、前記第１合流部２６に対する第１流体の流入方向におけるその第１合流部２６の長さよりも大きい。
【００５６】
重質流路３２は、分離空間３０から重質流体が流入し、その重質流体を流路構造体の外部へ導出するための流路である。この重質流路３２の上流側の端部は、分離空間３０のうち重質流体が溜まる部分に繋がっている。具体的には、重質流路３２の上流側の端部は、分離空間３０の下端の位置（基板４の裏面４ｂの位置）から上下方向における分離空間３０の中央の位置よりも少し下側の位置（裏面４ｂ寄りの位置）までの範囲で分離空間３０と繋がっている。また、この重質流路３２の上流側の端部は、第１混合流体流路２８の下流側の端部の下方の位置で分離空間３０と繋がっている。重質流路３２は、分離空間３０との接続箇所から第１混合流体流路２８に沿ってその第１混合流体流路２８の上流側へ水平に延びた後、屈曲して前記第２導入口２４ａが形成された流路構造体の側面へ向かって水平に延びている。
【００５７】
また、重質流路３２は、当該重質流路３２から重質流体を導出するための重質流体導出口３２ａ（図１参照）を有する。重質流体導出口３２ａは、重質流路３２の下流側の端部に配置されており、前記第２導入口２４ａが形成された流路構造体の側面に開口するように形成されている。分離空間３０から重質流路３２に流入した重質流体は、水平方向において、前記第１混合流体流路２８内の混合流体の流れと逆向きに流れた後、当該重質流路３２の屈曲形状に応じて向きを変えて重質流体導出口３２ａ側へ流れ、その重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ導出される。また、重質流路３２は、基板４の裏面４ｂに形成された開口が封止板６によって封止された第３溝部１４によって形成されている。重質流路３２を流れる重質流体の流通方向に対して直交する方向における当該重質流路３２の断面の形状は、前記第２導入路２４の断面形状と同様である。
【００５８】
軽質流路３４は、分離空間３０から軽質流体が流入する流路である。この軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０のうち軽質流体が溜まる部分に繋がっている。具体的には、軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０の上端の位置（基板４の表面４ａの位置）から上下方向（基板４の厚み方向）における分離空間３０の中央の位置よりも少し上側の位置（表面４ａ寄りの位置）までの範囲で分離空間３０と繋がっている。この軽質流路３４の上流側の端部は、重質流路３２の上流側の端部よりも上側の位置で分離空間３０と繋がっている。また、この軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０のうち第１混合流体流路２８との接続箇所に対して反対側に位置する箇所に繋がっている。軽質流路３４は、第１混合流体流路２８と等しい高さ位置に配置されており、第１混合流体流路２８と同一直線上でその第１混合流体流路２８が延びる方向と同方向に直線的に延びている。分離空間３０から軽質流路３４に流入した軽質流体は、水平方向において当該軽質流路３４に沿って下流側へ流れる。軽質流路３４は、基板４の表面４ａに形成された開口が封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第２穴部１９と第３穴部２０との間に位置する部分によって形成されている。軽質流路３４を流れる軽質流体の流れ方向（軽質流路３４の長手方向）に対して直交する方向における当該軽質流路３４の断面の形状は、前記第１導入路２２の断面形状及び前記第１混合流体流路２８の断面形状と同様である。
【００５９】
軽質流路側導入路３６は、軽質流体に混合するための追加の流体が導入される部分である。この軽質流路側導入路３６は、当該軽質流路側導入路３６に導入された追加の流体を軽質流路３４を流れる軽質流体に合流させるように軽質流路３４に繋がっている。具体的には、軽質流路側導入路３６は、第２合流部３８を介して軽質流路３４と接続されている。軽質流路側導入路３６は、当該軽質流路側導入路３６に流体を導入するための軽質流路側導入口３６ａを有する。この軽質流路側導入口３６ａは、当該軽質流路側導入路３６の上流側の端部に配置されており、前記第２導入口２４ａ及び前記重質流体導出口３２ａが形成された流路構造体の側面に開口するように形成されている。また、軽質流路側導入路３６は、基板４の裏面４ｂに形成された開口が封止板６によって封止された第４溝部１６によって形成されている。この軽質流路側導入路３６の上記以外の構成は、前記第２導入路２４と同様である。なお、前記追加の流体は、前記第１流体及び前記第２流体と異なる種類の流体、前記第１流体と同じ種類の流体、又は、前記第２流体と同じ種類の流体であってもよい。
【００６０】
第２合流部３８は、軽質流路３４を流れる軽質流体と軽質流路側導入路３６を流れる追加の流体とを上下方向（基板４の厚み方向）において合流させる部分である。この第２合流部３８は、軽質流路３４の下流側の端部及び軽質流路側導入路３６の下流側の端部と繋がっている。第２合流部３８は、基板４の表面４ａ側の開口がその表面４ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板４の裏面４ｂ側の開口がその裏面４ｂに接合された封止板６によって封止された第３穴部２０によって形成されている。この第２合流部３８では、軽質流路３４から軽質流体が直線的に流入し、その軽質流体に対して軽質流路側導入路３６から当該第２合流部３８に流入した追加の流体が上側（基板４の表面４ａ側）へ移動しながら合流する。この第２合流部３８の上記以外の構成は、前記第１合流部２６と同様である。
【００６１】
第２混合流体流路４０は、第２合流部３８で合流した軽質流体と追加の流体からなる混合流体が流れる流路である。第２混合流体流路４０の上流側の端部は、第２合流部３８の下流側に繋がっており、その第２合流部３８の上流側に繋がる軽質流路３４と同一直線上において、当該第２混合流体流路４０は、その軽質流路３４と同方向に水平且つ直線的に延びている。第２混合流体流路４０を流れる混合流体は、スラグ流の状態で下流側へ水平に流れ、その混合流体中で当該混合流体を構成する各流体同士の相互作用が生じる。この第２混合流体流路４０のこれ以外の構成は、前記第１混合流体流路２８の上記した構成と同様である。
【００６２】
以上のように構成されたこの第１実施形態による流路構造体は、上記したように、マイクロリアクタ、熱交換器または抽出装置等に用いられるが、次に、それらの使用例のうち当該第１実施形態による流路構造体を抽出装置として用いる場合及びマイクロリアクタ（反応装置）として用いる場合について説明する。
【００６３】
まず、この第１実施形態による流路構造体を抽出装置として用いる場合、すなわち、当該第１実施形態による流路構造体を用いた抽出方法について説明する。
【００６４】
この抽出方法では、上記流路構造体を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、その被流出流体から抽出剤へ抽出対象物を抽出させる。
【００６５】
具体的には、被抽出流体を各流通路２の第１導入口２２ａから第１導入路２２に所定の流量で導入するとともに、抽出剤を各流通路２の第２導入口２４ａから第２導入路２４に所定の流量で導入する。
【００６６】
第１導入路２２に導入された被抽出流体は、第１導入路２２内を流れて第１合流部２６に流入し、第２導入路２４に導入された抽出剤は、第２導入路２４内を流れて第１合流部２６に流入する。そして、この被抽出流体と抽出剤は、第１合流部２６で互いに混合するように合流する。第１合流部２６で合流した被抽出流体と抽出剤からなる混合流体は、第１混合流体流路２８に流入し、その第１混合流体流路２８内を被抽出流体の複数の微小なスラグと抽出剤の複数の微小なスラグとが当該混合流体の流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、被抽出流体のスラグと抽出剤のスラグとの接触界面を介して被抽出流体から抽出剤へ抽出対象物が抽出される。
【００６７】
この後、混合流体は、第１混合流体流路２８から分離空間３０へ流入し、その分離空間３０内で軽質流体と重質流体とに比重差によって分離する。ここで、例えば、抽出剤が被抽出流体よりも比重が大きい場合には、抽出剤が重質流体として下方に沈み、被抽出流体が軽質流体として抽出剤の上側に浮いた状態となる。この下方に沈んだ重質流体としての抽出剤には、抽出対象物が多く含まれ、その抽出剤の上側に浮いた軽質流体としての被抽出流体中の抽出対象物の含有率は、第１導入路２２に導入した被抽出流体における抽出対象物の含有率に比べて小さくなっている。
【００６８】
そして、分離空間３０で分離された重質流体は、重質流路３２に流れ、重質流体導出口３２ａを通じて流路構造体の外部へ排出される。一方、分離空間３０で分離された軽質流体は、軽質流路３４に流れ、その軽質流路３４から第２合流部３８に流入する。
【００６９】
そして、軽質流路側導入口３６ａから軽質流路側導入路３６に新しい抽出剤を所定の流量で導入し、その抽出剤を軽質流路側導入路３６を通じて第２合流部３８へ流入させて軽質流体に合流させる。
【００７０】
第２合流部３８で合流した軽質流体と抽出剤からなる混合流体は、第２混合流体流路４０に流れ、その第２混合流体流路４０内を被抽出流体の複数の微小なスラグと抽出剤の複数の微小なスラグとがその流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、被抽出流体から抽出剤への抽出対象物のさらなる抽出が行われる。最終的に、各流通路２の最終導出口４０ａから混合流体がそれぞれ排出されて回収される。
【００７１】
以上のようにして、第１実施形態による流路構造体を用いた抽出方法が行われる。
【００７２】
次に、第１実施形態による流路構造体をマイクロリアクタとして用いる場合、すなわち、当該第１実施形態による流路構造体を用いた反応方法について説明する。
【００７３】
この反応方法では、上記流路構造体を用いて、互いに反応し得る第１反応剤の流体と第２反応剤の流体とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる。
【００７４】
具体的には、第１反応剤を各流通路２の第１導入口２２ａから第１導入路２２に所定の流速で導入するとともに、第２反応剤を各流通路２の第２導入口２４ａから第２導入路２４に所定の流速で導入する。
【００７５】
第１導入路２２に導入された第１反応剤は、第１導入路２２内を流れて第１合流部２６に流入し、第２導入路２４に導入された第２反応剤は、第２導入路２４内を流れて第１合流部２６に流入する。そして、この第１反応剤と第２反応剤は、第１合流部２６で互いに混合するように合流する。第１合流部２６で合流した第１反応剤と第２反応剤からなる混合流体は、第１混合流体流路２８に流入し、その第１混合流体流路２８内を第１反応剤の複数の微小なスラグと第２反応剤の複数の微小なスラグとが当該混合流体の流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、第１反応剤のスラグと第２反応剤のスラグとの接触界面を介してそれらの反応剤同士の反応が生じ、反応生成物が生成される。
【００７６】
この後、混合流体は、第１混合流体流路２８から分離空間３０へ流入し、分離空間３０内で軽質流体と重質流体とに比重差によって分離する。ここで、例えば、反応生成物の流体が混合流体中の他の成分よりも比重が大きい場合には、反応生成物の流体が重質流体として下方に沈み、それ以外の成分の流体が軽質流体として反応生成物の流体の上側に浮いた状態となる。この軽質流体は、未反応の第１反応剤及び第２反応剤からなる。
【００７７】
そして、分離空間３０で分離された重質流体としての反応生成物は、重質流路３２に流れ、重質流体導出口３２ａを通じて流路構造体の外部へ取り出される。一方、分離空間３０で分離された軽質流体は、軽質流路３４に流れ、その軽質流路３４から第２合流部３８に流入する。
【００７８】
そして、軽質流路側導入口３６ａから軽質流路側導入路３６に追加の第２反応剤を所定の流量で導入し、その第２反応剤を軽質流路側導入路３６を通じて第２合流部３８へ流入させて軽質流体に合流させる。この軽質流体と追加の第２反応剤からなる混合流体は、第２混合流体流路４０に流れ、その第２混合流体流路４０内を未反応の第１反応剤の複数の微小なスラグと未反応の第２反応剤に追加の第２反応剤が加わったものの複数の微小なスラグとがその流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、第１反応剤と第２反応剤とのさらなる反応が生じ、反応生成物が生成される。最終的に、各流通路２の最終導出口４０ａから反応生成物を含む混合流体がそれぞれ排出されて回収される。
【００７９】
以上のようにして、この第１実施形態による流路構造体を用いた反応方法が行われる。
【００８０】
この第１実施形態では、流通路２の第１混合流体流路２８において混合流体が第１流体の複数のスラグと第２流体の複数のスラグとが交互に並ぶスラグ流の状態で流れるため、混合流体の単位体積当たりにおける第１流体と第２流体との接触界面の面積を増やしてそれら第１流体と第２流体との相互作用を促進することができる。具体的には、この第１実施形態による流路構造体を用いた抽出方法では、第１流体としての被抽出流体と第２流体としての抽出剤との接触界面の面積を増やして、被抽出流体から抽出剤への抽出対象物の抽出を促進することができる。また、この第１実施形態による流路構造体を用いた反応方法では、第１流体としての第１反応剤と第２流体としての第２反応剤との接触界面の面積を増やして、それら両反応剤同士の反応を促進することができる。
【００８１】
また、この第１実施形態では、第１混合流体流路２８の下流側に繋がる分離空間３０がその分離空間３０に流入する混合流体についてのフルード数Ｆｒが１よりも小さくなるように設定された相当直径を有するため、この分離空間３０に流入した混合流体に対する重力の影響が流れ方向への慣性力の影響に比べて強くなり、当該分離空間３０内で混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって自然に分離する。そして、分離空間３０のうち重質流体が溜まる部分には重質流路３２が繋がり、その重質流路３２の下流側の端部に配置された重質流体導出口３２ａが流路構造体の側面に開口するように形成されているため、分離空間３０で分離した重質流体を重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ導出することができる。このため、混合流体から分離して除去したい物質が重質流体に含まれる場合や、混合流体から取得したい物質が重質流体に含まれる場合に、その物質を含む重質流体を流路構造体の外部へ取り出すことができる。具体的には、抽出方法において、被抽出流体から抽出対象物を抽出した抽出剤が重質流体である場合には、その抽出対象物を含む抽出剤を重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ取り出すことができる。また、反応方法において、第１反応剤と第２反応剤との反応によって生じた反応生成物を含む流体が重質流体である場合には、その反応生成物を含む流体を重質流体導出口３２ａから流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【００８２】
また、この第１実施形態では、流路構造体内の流通路２の分離空間３０で混合流体が重質流体と軽質流体に分離されるため、流路構造体から外部へ流体が排出された後に分離作業に要する作業負担を軽減することができる。具体的には、仮に、流通路を流れる複数種類の流体及び生成物が全て混ざり合った状態で流路構造体の外部に排出される場合には、その排出された流体から所望の流体又は物質を取得しようとすると分離作業が非常に煩雑になる。これに対して、この第１実施形態では、流路構造体内で混合流体から重質流体が分離されるので、その重質流体が所望の流体である場合には、分離作業を行う必要がなく、その重質流体中に所望の物質が含まれる場合には、流通路を流れる複数種類の流体及び物質が全て混ざり合った状態の混合流体から所望の物質を分離する場合に比べて簡略な分離作業で重質流体から所望の物質を分離することができる。
【００８３】
また、この第１実施形態では、軽質流路３４に流れる軽質流体に対して軽質流路側導入路３６及び第２合流部３８を通じて追加の流体を合流させることができるため、軽質流体に対して追加の流体を相互作用させることができる。しかも、この第１実施形態では、分離空間３０で重質流体と分離した軽質流体に対して追加の流体が合流するので、混合流体中に軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が重質流体に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した軽質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。このため、軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。具体的には、抽出方法では、混合流体中に抽出対象物を抽出した後の抽出剤が多く含まれている場合には、抽出効率が低下するため、その抽出後の抽出剤を重質流体として分離した後の軽質流体に対して新しい抽出剤を追加の流体として合流させて、抽出効率を向上させることができる。また、反応方法では、混合流体中に第１反応剤と第２反応剤との反応によって生じた反応生成物が多く含まれている場合には、反応効率が低下するため、その反応生成物を含む重質流体を分離した後の軽質流体に対して新しい第２反応剤を追加の流体として合流させて、反応効率を向上させることができる。
【００８４】
（第２実施形態）
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第２実施形態による流路構造体の構成について説明する。
【００８５】
この第２実施形態の流路構造体は、上記第１実施形態の横向きに配置した流路構造体を縦向きに配置したものである（図９参照）。具体的には、この第２実施形態による流路構造体は、各基板４の表面４ａ及び裏面４ｂが鉛直方向に平行となるように配置される。詳しくは、この第２実施形態による流路構造体は、第１導入口２２ａが形成された側面が重力方向下側を向き、最終導出口４０ａが形成された側面が上側を向くように配置される。これにより、流路構造体内の各流通路２の第１導入路２２、第１混合流体流路２８、軽質流路３４及び第２混合流体流路４０は、上下方向（鉛直方向）に延びるように配置されている。また、各流通路２の第２導入路２４のうち第１導入路２２に沿って延びる部分、各流通路２の重質流路３２のうち第１混合流体流路２８に沿って延びる部分、及び、各流通路２の軽質流路側導入路３６のうち軽質流路３４に沿って延びる部分も、上下方向（鉛直方向）に延びるように配置されている。
【００８６】
また、第１導入路２２及び第２導入路２４は、第１合流部２６の下端に繋がっており、その第１合流部２６の上端に第１混合流体流路２８の上流側の端部が繋がっている。また、第１混合流体流路２８の下流側の端部及び重質流路３２の上流側の端部は、分離空間３０の下端に繋がっている。また、軽質流路３４の上流側の端部は、分離空間３０の上端に繋がっており、軽質流路３４の下流側の端部及び軽質流路側導入路３６の下流側の端部は、第２合流部３８の下端に繋がっている。また、第２混合流体流路４０の上流側の端部は、第２合流部３８の上端に繋がっている。
【００８７】
この第２実施形態の流路構造体では、下方から第１導入口２２ａを通じて第１導入路２２に第１流体を導入し、側方から第２導入口２４ａを通じて第２導入路２４に第２流体を導入する。第１導入路２２に導入された第１流体は、第１導入路２２内を下から上へ流れて第１合流部２６に流入し、第２導入路２４に導入された第２流体は、第２導入路２４の屈曲した形状に沿って流れる向きを上向きに変えて第１合流部２６に流入する。そして、第１合流部２６では、上方へ直線的に流れる第１流体に対して第２流体が略水平方向において近づいて合流する。第１合流部２６で合流した第１流体と第２流体からなる混合流体は、スラグ流の状態で第１混合流体流路２８を上方へ流れ、その混合流体中で第１流体と第２流体との相互作用が生じる。そして、この第１混合流体流路２８を流れる混合流体は、分離空間３０に下から流入する。
【００８８】
分離空間３０では、図１０に示すように、混合流体が軽質流体と重質流体とに上下に分離する。具体的には、混合流体中の重質流体は、分離空間３０内の下部領域、すなわち分離空間３０のうち重質流路３２及び第１混合流体流路２８寄りの領域に溜まり、混合流体中の軽質流体は、分離空間３０内の上部領域、すなわち分離空間３０のうち軽質流路３４寄りの領域に溜まる。この状態では、第１混合流体流路２８から分離空間３０に流入してくる混合流体のうちの軽質流体が、分離空間３０に溜まった重質流体の層中を通り抜けてその重質流体の層上に浮き上がる。そして、分離空間３０で分離した重質流体は、重質流路３２に下向きに流入し、その後、重質流路３２の屈曲した形状に沿って流れる向きを変えて重質流体導出口３２ａから流路構造体の側方へ導出される。一方、分離空間３０で分離した軽質流体は、軽質流路３４を下から上へ流れて第２合流部３８に流入する。
【００８９】
そして、流路構造体の側方から軽質流路側導入口３６ａを通じて追加の流体を導入すると、この追加の流体は、第２導入路２４内を流れる第２流体と同様に軽質流路側導入路３６内を流れて第２合流部３８で軽質流体と合流する。第２合流部３８で合流した軽質流体と追加の流体からなる混合流体は、第２混合流体流路４０に流入し、その第２混合流体流路４０を下から上へスラグ流の状態で流れる。この混合流体中では、相互作用が生じる。そして、最終導出口４０ａから流路構造体の上側へ混合流体が導出される。
【００９０】
この第２実施形態による流路構造体では、分離空間３０の下端に第１混合流体流路２８が接続されているため、第１混合流体流路２８から分離空間３０に流入する混合流体のうちの軽質流体が分離空間３０内で溜まっている重質流体の層中を通り抜けて上方へ浮き上がる。この際、軽質流体と重質流体との接触界面の更新が生じ、軽質流体と重質流体との相互作用を分離空間３０内で促進することができる。
【００９１】
この第２実施形態の流路構造体による上記以外の効果は、上記第１実施形態の流路構造体による効果と同様である。
【００９２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９３】
例えば、図１１に示す１つの変形例のように、軽質流路３４は、その軽質流路３４から軽質流体を導出するための軽質流体導出口３４ａを有していてもよい。具体的には、例えば、軽質流路３４が上記実施形態の重質流路３２のような屈曲した形状で流路構造体の側面まで延びていてその側面に当該軽質流路３４の下流側の端部に配置された軽質流体導出口３４ａが形成されていてもよい。
【００９４】
この変形例による流路構造体を形成する場合には、例えば、上記第１実施形態において基板４の裏面４ｂに沿って延びるように形成していた第２〜第４溝部１２，１４，１６を基板４の表面４ａに沿って延び且つその表面４ａに開口するように形成し、基板４の表面４ａに沿って延びるように形成していた第１溝部１０を基板４の裏面４ｂに沿って延び且つその裏面４ｂに開口するように形成し、その基板４の表側と裏側にそれぞれ封止板６を積層することによって流路構造体を形成してもよい。この場合には、基板４の表面４ａに沿って延びるように形成された第２〜第４溝部１２，１４，１６のうちの第３溝部１４が本発明の第１面側溝部の概念に含まれ、基板４の裏面４ｂに沿って延びるように形成された第１溝部１０が本発明の第２面側溝部の概念に含まれる。そして、この場合には、図１２に示すように、第１導入路２２、第１混合流体流路２８、重質流路３２及び第２混合流体流路４０が基板４の裏面４ｂ側（下側）に配置され、第２導入路２４、軽質流路３４及び重質流路側導入路４２が基板４の表面４ａ側（上側）に配置される。
【００９５】
この変形例では、第１導入路２２は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８に対して第２穴部１９と反対側に位置する部分によって形成される。また、第２導入路２２は、基板４の表面４ａに形成された開口がその基板４の表側に積層された封止板６によって封止された第２溝部１２によって形成される。また、第１混合流体流路２８は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部１８と第２穴部１９との間に位置する部分によって形成される。
【００９６】
また、軽質流路３４は、基板４の表面４ａに形成された開口がその基板４の表側に積層された封止板６によって封止された第３溝部１４によって形成され、重質流路３２は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第２穴部１９と第３穴部２０との間に位置する部分によって形成される。すなわち、軽質流路３４は、分離空間３０の上部に繋がり、上記第１実施形態の重質流路３２に対応する屈曲した形状で流路構造体の第２導入口２４ａが形成された側面まで延び、重質流路３２は、第１混合流体流路２８と同一直線上で同方向に直線的に延びている。そして、この重質流路３２の下流側の端部が、第２合流部３８と繋がっている。
【００９７】
また、第２穴部１９は、基板４の裏面４ｂに沿って延びる第１溝部１０のうち第１混合流体流路２８の下流側の端部を構成する部位と重質流路３４の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において基板４を裏面４ｂ側から表面４ａ側へ基板４の厚み方向に貫通し、基板４の表面４ａに沿って延びる第３溝部１４のうち軽質流路３４の上流側の端部を構成する部位に繋がっている。この第２穴部１９の表面４ａ側の開口が基板４の表側に積層された封止板６によって封止されるとともに当該第２穴部１９の裏面４ｂ側の開口が基板４の裏側に積層された封止板６によって封止されることにより分離空間３０が形成される。
【００９８】
また、第２混合流体流路４０は、基板４の裏面４ｂに形成された開口がその基板４の裏側に積層された封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第３穴部２０に対して第２穴部１９と反対側に位置する部分によって形成される。この第２混合流体流路４０の上流側の端部は、第２合流部３８の下部に繋がっている。
【００９９】
前記重質流路側導入路４２は、重質流体に混合するための追加の流体が導入される部分であり、当該重質流路側導入路４２を流れる流体が重質流路３２を流れる重質流体に合流するように第２合流部３８を介して重質流路３２に対して接続されている。この重質流路側導入路４２は、基板４の表面４ａに形成された開口が封止板６によって封止された第４溝部１６によって形成される。すなわち、重質流路側導入路４２は、上記第１実施形態の軽質流路側導入路３６に対応する屈曲した形状に形成され、第２合流部３８の上部に繋がっている。また、重質流路側導入路４２は、当該重質流路側導入路４２に流体を導入するための重質流路側導入口４２ａを有している。この重質流路側導入口４２ａは、重質流路側導入路４２の上流側の端部に配置され、流路構造体のうち第２導入口２４ａ及び軽質流体導出口３４ａが形成された側面に開口するように形成されている。
【０１００】
この変形例の構成によれば、分離空間３０で分離された軽質流体を軽質流路３４を通じて軽質流体導出口３４ａから流路構造体の外部へ導出することができる。このため、混合流体から除去したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その除去したい物質を含む軽質流体を混合流体から分離させて流路構造体の外部へ排出することができる。また、混合流体のうち取得したい物質が軽質流体に含まれる場合には、その物質を含む軽質流体を混合流体から分離して流路構造体の外部へ取り出すことができる。
【０１０１】
また、この変形例の構成によれば、重質流路３２に流れる重質流体に対して重質流路側導入路４２から追加の流体を合流させることができるため、重質流体に対して追加の流体を相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離空間３０で軽質流体と分離した重質流体に対して追加の流体を合流させることができるので、例えば混合流体中に重質流体と重質流路側導入路４２から導入する流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離空間３０で分離した軽質流体中に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した重質流体に対して重質流路側導入路４２から流体を合流させて相互作用させることができる。このため、重質流体と重質流路側導入路４２から導入する流体との相互作用の効率を向上することができる。
【０１０２】
なお、上記第１実施形態による流路構造体をその天面が底面になるように上下逆に配置することによって、上記第１実施形態の重質流路３２を分離空間３０で分離した軽質流体を外部へ導出するための軽質流路として用い、上記第１実施形態の軽質流路３４を第２合流部３８に繋がる重質流路として用い、上記第１実施形態の軽質流路側導入路３６を重質流路に繋がる第４流路として用いるようにしてもよい。
【０１０３】
また、流通路を構成する各部の構造は、上記した構造以外の各種構造に形成されていてもよい。
【０１０４】
例えば、第１導入路は、第１混合流体流路が延びる方向に対して斜め方向に延びていたり、屈曲していたりしてもよい。また、第２導入路は、屈曲しないで直線的に延びていてもよい。この場合には、第２導入路は、第１導入路が延びる方向に対して平行な方向、斜め方向又は直交する方向に延びていてもよい。また、第１混合流体流路は、混合流体の流れ方向において屈曲していてもよい。また、重質流路は、分離空間から直線的に延びていてもよく、第１混合流体流路に対して斜め方向に延びていてもよい。また、重質流路は、分離空間から第１混合流体流路に対して直交する方向に延びていてもよい。また、軽質流路は、分離空間から第１混合流体流路が延びる方向と異なる方向、例えば、第１混合流体流路に対して直交する方向や、第１混合流体流路に対して斜め方向に延びていてもよい。また、軽質流路は、軽質流体の流れ方向において屈曲した形状に形成されていてもよい。また、軽質流路側導入路は、屈曲しないで直線的に延びていてもよい。この場合には、軽質流路側導入路は、軽質流路が延びる方向に対して斜め方向又は直交する方向に延びていてもよい。また、第２混合流体流路は、混合流体の流れ方向において屈曲したり、所定回数折返されていてもよい。また、流通路を構成する各部の断面形状は、上記以外の形状であってもよい。
【０１０５】
また、図１３に示す別の変形例のように、流通路２は、第１混合流体流路２８、分離空間３０、重質流路３２及び軽質流路３４のみからなっていてもよい。具体的には、この変形例では、第１混合流体流路２８が、流路構造体のうち基板４の表面４ａに平行な当該流路構造体の長手方向において一方側を向く側面まで延びており、当該側面に開口する導入口２８ａを有している。すなわち、この変形例では、第１導入路、第２導入路及び第１合流部は設けられておらず、流路構造体の外部で複数種類の流体が混合されることによって調製された混合流体が導入口２８ａを通じて第１混合流体流路２８に導入される。また、この変形例では、軽質流路３４が、流路構造体のうち前記導入口２８ａが開口している側面と反対側の側面まで延びており、当該側面に開口する軽質流体導出口３４ａを有している。すなわち、この変形例では、軽質流路側導入路、第２合流部及び第２混合流体流路は設けられておらず、分離空間３０で分離して軽質流路３４に流入した軽質流体は、下流側へ流れて軽質流体導出口３４ａから排出される。この変形例による流路構造体の上記以外の構成は、上記第１実施形態による流路構造体の構成と同様である。
【０１０６】
この変形例による流路構造体は、外部で調製された混合流体を軽質流体と重質流体とに分離するための分離装置として用いることができる。以下、このような流路構造体を分離装置として用いた混合流体の分離方法について以下説明する。
【０１０７】
この分離方法では、まず、流路構造体の外部で複数種類の流体を混合して混合流体を調製しておく。そして、その調製した混合流体を第１混合流体流路２８の導入口２８ａからその第１混合流体流路２８に所定の流速で導入し、その混合流体を第１混合流体流路２８の下流側へ流す。
【０１０８】
この混合流体は、第１混合流体流路２８から分離空間３０へ流入し、分離空間３０内で軽質流体と重質流体とに比重差によって分離する。そして、分離空間３０で分離した重質流体は、重質流路３２へ流れて重質流体導出口（図１３では図略）から排出され、分離空間３０で分離した軽質流体は、軽質流路３４へ流れて軽質流体導出口３４ａから排出される。
【０１０９】
このようにして、当該変形例による流路構造体を用いた混合流体の分離方法が行われる。
【０１１０】
この分離方法では、混合流体中で流体同士の相互作用が生じた後、流路構造体内の分離空間３０で混合流体を重質流体と軽質流体とに分離することができるため、流路構造体から排出された後の流体についての分離作業に係る作業負担を軽減することができる。
【０１１１】
なお、図１３に示した流路構造体を上下逆にして用いても良い。この場合には、図１３における軽質流路３４が重質流路となり、図１３における重質流路３２が軽質流路となる。
【０１１２】
また、上記各実施形態において、流通路のうち軽質流路側導入路及び第２合流部を省略してもよい。すなわち、上記各実施形態において、軽質流路の下流側の端部に、流路構造体の外面に開口する導出口が設けられていてもよい。また、図１１及び図１２に示した変形例において、流通路のうち重質流路側導入路及び第２合流部を省略してもよい。すなわち、この変形例において、重質流路の下流側の端部に、流路構造体の外面に開口する導出口が設けられていてもよい。
【０１１３】
また、流通路に複数の分離空間が設けられていてもよい。
【０１１４】
また、流路構造体は、流通路を形成するための溝が形成された単一の基板の表裏に封止板が接合された１つの構造体のみからなっていてもよい。
【０１１５】
また、流路構造体内には、基板及び封止板の積層方向において隣り合う流通路同士の間に、温度調節用の流体を流すための温調用流路が配設されていてもよい。
【０１１６】
また、上記の第１流体、第２流体、軽質流体に混合する追加の流体及び重質流体に混合する追加の流体は、それぞれ、液体又は気体のいずれであってもよい。
【０１１７】
また、第１混合流体流路及び第２混合流体流路は、それらの流路を流れる混合流体が必ずしもスラグ流の状態で流れるように構成されていなくてもよい。すなわち、第１混合流体流路及び第２混合流体流路は、それらの流路を流れる混合流体が、例えば層流の状態で流れるように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
２ 流通路
４ 基板
４ａ 表面（第１面）
４ｂ 裏面（第２面）
６ 封止板（第１封止板、第２封止板）
２２ 第１導入路
２４ 第２導入路
２６ 第１合流部（合流部）
２８ 第１混合流体流路（混合流体流路）
３０ 分離空間
３２ 重質流路
３２ａ 重質流体導出口
３４ 軽質流路
３４ａ 軽質流体導出口
３６ 軽質流路側導入路
４２ 重質流路側導入路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通させるための流通路を内部に有する流路構造体であって、
前記流通路は、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体が流れる混合流体流路と、前記混合流体流路の下流側に繋がり、前記混合流体流路から流入した前記混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間と、前記分離空間のうち前記重質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記重質流体が流入する重質流路と、前記分離空間のうち前記軽質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記軽質流体が流入する軽質流路とを有する、流路構造体。
【請求項２】
前記分離空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における前記分離空間の断面は、当該分離空間に流入する前記混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有する、請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記流通路は、第１流体が導入される第１導入路と、第２流体が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側の端部及び前記第２導入路の下流側の端部に繋がり、前記第１導入路を流れる前記第１流体と前記第２導入路を流れる前記第２流体とが混合するようにそれら両流体同士を合流させる合流部とを有し、
前記混合流体流路は、前記合流部の下流側に繋がり、当該混合流体流路には、前記合流部で合流して互いに混合された前記第１流体と前記第２流体からなる混合流体が流入する、請求項１又は２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記重質流路は、当該重質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該重質流路から前記重質流体を導出するための重質流体導出口を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記流通路は、前記軽質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記軽質流路を流れる前記軽質流体に合流させるように前記軽質流路に繋がる軽質流路側導入路を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記軽質流路は、当該軽質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該軽質流路から前記軽質流体を導出するための軽質流体導出口を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記流通路は、前記重質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記重質流路を流れる前記重質流体に合流させるように前記重質流路に繋がる重質流路側導入路を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項８】
前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、
前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、
前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された当該第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記軽質流路が形成され、
前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された当該第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記重質流路が形成され、
前記基板には、前記第１面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第１面側から前記第２面側へ貫通し且つ前記第２面側溝部のうち前記重質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項９】
前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、
前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、
前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された前記第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記軽質流路が形成され、
前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された前記第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記重質流路が形成され、
前記基板には、前記第２面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記重質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第２面側から前記第１面側へ貫通し且つ前記第１面側溝部のうち前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の流路構造体を用いて、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体を比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体に分離する分離方法であって、
前記混合流体を前記混合流体流路に流す混合流体流通工程と、
前記混合流体を前記混合流体流路から前記分離空間に流入させてその分離空間内で当該混合流体を軽質流体と重質流体とに比重差によって分離させ、その分離した重質流体を前記重質流路に流入させるとともに、その分離した軽質流体を前記軽質流路に流入させる分離工程とを備えた、分離方法。
【請求項１１】
請求項３に記載の流路構造体を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から前記抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出方法であって、
前記被抽出流体と前記抽出剤のうちの一方の流体である一流体を前記第１導入路に導入するとともに、前記被抽出流体と前記抽出剤とのうちの他方の流体である他流体を前記第２導入路に導入する流体導入工程と、
前記第１導入路に導入した前記一流体と前記第２導入路に導入した前記他流体が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両流体からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記被抽出流体と前記抽出剤との接触界面を介して前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出工程と、
前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えた、抽出方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の流路構造体を用いて、互いに反応し得る流体からなる第１反応剤と第２反応剤とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる反応方法であって、
前記第１反応剤を前記第１導入路に導入するとともに前記第２反応剤を前記第２導入路に導入する反応剤導入工程と、
前記第１導入路に導入した前記第１反応剤と前記第２導入路に導入した前記第２反応剤が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両反応剤からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記第１反応剤と前記第２反応剤との接触界面を介して前記第１反応剤と前記第２反応剤とを相互に反応させる反応工程と、
前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えた、反応方法。
【請求項１】
流体を流通させるための流通路を内部に有する流路構造体であって、
前記流通路は、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体が流れる混合流体流路と、前記混合流体流路の下流側に繋がり、前記混合流体流路から流入した前記混合流体が比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有する分離空間と、前記分離空間のうち前記重質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記重質流体が流入する重質流路と、前記分離空間のうち前記軽質流体が溜まる部分に繋がり、前記分離空間から前記軽質流体が流入する軽質流路とを有する、流路構造体。
【請求項２】
前記分離空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における前記分離空間の断面は、当該分離空間に流入する前記混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有する、請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記流通路は、第１流体が導入される第１導入路と、第２流体が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側の端部及び前記第２導入路の下流側の端部に繋がり、前記第１導入路を流れる前記第１流体と前記第２導入路を流れる前記第２流体とが混合するようにそれら両流体同士を合流させる合流部とを有し、
前記混合流体流路は、前記合流部の下流側に繋がり、当該混合流体流路には、前記合流部で合流して互いに混合された前記第１流体と前記第２流体からなる混合流体が流入する、請求項１又は２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記重質流路は、当該重質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該重質流路から前記重質流体を導出するための重質流体導出口を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記流通路は、前記軽質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記軽質流路を流れる前記軽質流体に合流させるように前記軽質流路に繋がる軽質流路側導入路を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記軽質流路は、当該軽質流路の下流側の端部に配置され且つ前記流路構造体の外面に開口するように形成され、当該軽質流路から前記軽質流体を導出するための軽質流体導出口を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記流通路は、前記重質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記重質流路を流れる前記重質流体に合流させるように前記重質流路に繋がる重質流路側導入路を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項８】
前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、
前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、
前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された当該第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記軽質流路が形成され、
前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された当該第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記重質流路が形成され、
前記基板には、前記第１面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第１面側から前記第２面側へ貫通し且つ前記第２面側溝部のうち前記重質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項９】
前記流路構造体は、基板と、その基板の厚み方向における一方側に積層された第１封止板と、その基板の厚み方向における他方側に積層された第２封止板とを有し、
前記基板は、その厚み方向において一方側を向く第１面と、その第１面と反対側を向く第２面とを有し、
前記基板には、第１面側溝部が当該基板の前記第１面に沿って延び且つその第１面に開口するように形成されていて、前記第１面に形成された前記第１面側溝部の開口が前記第１封止板によって封止されることにより前記軽質流路が形成され、
前記基板には、第２面側溝部が当該基板の前記第２面に沿って延び且つその第２面に開口するように形成されていて、前記第２面に形成された前記第２面側溝部の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記混合流体流路及び前記重質流路が形成され、
前記基板には、前記第２面側溝部のうち前記混合流体流路の下流側の端部を構成する部位と前記重質流路の上流側の端部を構成する部位との間に位置する部位において当該基板を前記第２面側から前記第１面側へ貫通し且つ前記第１面側溝部のうち前記軽質流路の上流側の端部を構成する部位に繋がる穴部が形成されていて、当該穴部の前記第１面側の開口が前記第１封止板によって封止されるとともに当該穴部の前記第２面側の開口が前記第２封止板によって封止されることにより前記分離空間が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の流路構造体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の流路構造体を用いて、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体を比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体に分離する分離方法であって、
前記混合流体を前記混合流体流路に流す混合流体流通工程と、
前記混合流体を前記混合流体流路から前記分離空間に流入させてその分離空間内で当該混合流体を軽質流体と重質流体とに比重差によって分離させ、その分離した重質流体を前記重質流路に流入させるとともに、その分離した軽質流体を前記軽質流路に流入させる分離工程とを備えた、分離方法。
【請求項１１】
請求項３に記載の流路構造体を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から前記抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出方法であって、
前記被抽出流体と前記抽出剤のうちの一方の流体である一流体を前記第１導入路に導入するとともに、前記被抽出流体と前記抽出剤とのうちの他方の流体である他流体を前記第２導入路に導入する流体導入工程と、
前記第１導入路に導入した前記一流体と前記第２導入路に導入した前記他流体が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両流体からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記被抽出流体と前記抽出剤との接触界面を介して前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出工程と、
前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えた、抽出方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の流路構造体を用いて、互いに反応し得る流体からなる第１反応剤と第２反応剤とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる反応方法であって、
前記第１反応剤を前記第１導入路に導入するとともに前記第２反応剤を前記第２導入路に導入する反応剤導入工程と、
前記第１導入路に導入した前記第１反応剤と前記第２導入路に導入した前記第２反応剤が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両反応剤からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記第１反応剤と前記第２反応剤との接触界面を介して前記第１反応剤と前記第２反応剤とを相互に反応させる反応工程と、
前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離空間に流入してその分離空間内で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体が前記重質流路に流れ、分離した軽質流体が前記軽質流路に流れる分離工程とを備えた、反応方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図８】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図８】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０３１５５（Ｐ２０１３−１０３１５５Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７６７０（Ｐ２０１１−２４７６７０）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０４３５８１４８）株式会社神鋼エンジニアリング＆メンテナンス (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０４３５８１４８）株式会社神鋼エンジニアリング＆メンテナンス (8)
【Ｆターム（参考）】
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