JP2005224765A - マイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクター - Google Patents

Abstract

【課題】等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路から効率的に脱ガスすることができる。
【解決手段】複数の液体Ｌ１，Ｌ２をそれぞれの液体供給路２８，２８を通してマイクロ流路２６に合流させてこれらの液体Ｌ１，Ｌ２を薄片状の層流として流通させつつ、液体Ｌ１，Ｌ２同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせるマイクロリアクター１０を用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行わせる場合には、液体供給路２８及びマイクロ流路２６のうちの少なくともマイクロ流路２６の流路壁の一部又は全部が、液体は通さずに気体を通す気体透過部材１８で形成し、マイクロ流路２６で発生した副生ガスを気体透過部材１８を介してマイクロ流路２６外に排出する。
【選択図】 図２

Description

本発明はマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターに係り、特に微細なマイクロ流路で副生ガスの発生を伴う液液反応を行うことが可能なマイクロリアクター、及びそれを用いた反応方法に関する。

複数の液体の液液反応の結果として副生ガスを発生する化学反応は多数知られている。例えば、磁気記録媒体を構成する磁性層に含有される金属微粒子の製造においては、金属微粒子を形成する液液反応で副生ガス（例えば水素ガス）の発生を伴う場合がある。

一方、特許文献１及び特許文献２に見られるように、反応生成物の生成物収率や純度を上げたり、危険性や爆発性の試薬を用いた反応を安全に実施したりするための反応装置として、流路幅が１ｍｍ以下の極めて微細なマイクロ流路を使用して複数の流体を反応させるマイクロリアクターが注目されている。このマイクロリアクターは、反応を行うマイクロ流路が上記の通りマイクロスケールのサイズであることに起因して、マイクロ流路を流れる流体は層流支配の流れとなり、これにより反応を行う液体同士は機械的な攪拌を行わなくてもマイクロ流路を層流状態となって流れながら分子の自発的挙動だけで拡散しながら反応を速やかに行うことができる。
特表２００１−５２１９１３号公報 特表２００１−５２１８１６号公報

しかしながら、マイクロリアクターでは副生ガスの発生を伴う液液反応を行えないという問題がある。その理由は、１モルの副生ガスが生成されたとすると、その副生ガスの体積は２２．４Ｌの大きな体積になる為、微細なマイクロ流路を塞いでしまい均一な反応を行えないからである。即ち、副生ガスをマイクロ流路から効率的に除去できないと、発生した副生ガスの気泡がマイクロ流路に溜まって塊となるために、マイクロ流路の流れが気液混合相流、例えば図７に示すスラグ流が発生する。このスラグ流は気泡の塊Ｂと反応させるべき液体Ｌとがマイクロ流路２６の流れ方向に交互に存在する。この結果、液体Ｌの連続処理の流れを妨げたり、乱したりすることで連続処理の流れが不安定になって反応場が不均一になると共に、反応の平衡が反応促進側に進みにくくなる。また、反応のための液温制御を行う場合、副生ガスを連続処理の流れの中で効率的に除去できないと、気体は熱伝導率が小さいので、反応温度を精度良く制御できなくなる。

非特許文献１（Wolfgang Ehrfeld他、「Microreactors 」、発行元：WILEY-VCH 、発行年月日:2000 年）の第８章（Gas/Liquid Microreactors) には、気液反応のマイクロリアクターとしてFalling-film ReactorやBubble-Column Reactor が開示されているが、このような装置は気液反応を行うための装置であり、液液反応で発生する副生ガスの除去に関しては何ら考慮されていない。従って、気液反応のマイクロリアクターを使用して副生ガスを伴う液液反応を適切に行うことはできない。

このような事情から、マイクロリアクターで副生ガスを発生する化学反応を実施した例は聞いたことがなく、このことはマイクロリアクターを利用できる化学反応の種類を大幅に減少させることとなる。このことからマイクロリアクターでも副生ガスを発生する化学反応を実施できるようにすることが、大きな課題になっている。

本発明は係る事情に鑑みてなされたもので、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路から効率的に脱ガスすることができるので、マイクロリアクターを用いて副生ガスが発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができるマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターを提供することを目的とする。

本発明の請求項１は前記目的を達成するために、複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させて、これらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる薄片状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、前記液液反応の進行に伴って発生する副生ガスを、液体を通さずに気体を通す気体透過部材を介して前記マイクロ流路外に随時透過しながら前記液液反応を行わせることを特徴とする。

本発明の請求項１は、薄片状流型のマイクロリアクターを用い、液液反応によりマイクロ流路に副生ガスの発生を伴う反応を行う方法である。

マイクロリアクターの特徴として、マイクロ流路を流れる液体同士がその接触界面の法線方向へ拡散することで反応が進行するので、反応による副生ガスも反応の進行に伴って少しずつ発生する。従って、発生した副生ガスが集まってマイクロ流路を塞ぐような塊にならないうちに副生ガスを如何に速やかにマイクロ流路外に除去するかが重要になる。

本発明の請求項１によれば、液液反応の進行に伴って発生する副生ガスを、液体を通さずに気体を通す気体透過部材を介してマイクロ流路外に随時透過しながら液液反応を行わせるようにしたので、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路を有するマイクロリアクターで副生ガスを発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

本発明の請求項２は前記目的を達成するために、円環状なマイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、前記液液反応の進行に伴って発生する副生ガスを、液体を通さずに気体を通す気体透過部材を介して前記マイクロ流路外に随時透過しながら前記液液反応を行わせることを特徴とする。

本発明の請求項２は、円環状流型のマイクロリアクターを用い、液液反応によりマイクロ流路に副生ガスの発生を伴う反応を行う方法である。この場合にも、液液反応の進行に伴って発生する副生ガスを、液体を通さずに気体を通す気体透過部材を介してマイクロ流路外に随時透過しながら液液反応を行わせることで、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路を有する環状型のマイクロリアクターで副生ガスが発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

請求項３は請求項１又は２において、前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする。

ここで、等価直径とは流路断面を円形に換算した場合の直径を言い、以下同じである。

これは、マイクロ流路の等価直径が小さければ小さいほど副生ガスによりマイクロ流路の流れが不安定化し易く、それだけ本発明が有効だからであり、特に本発明の有効なマイクロ流路の等価直径は５００μｍ以下である。

請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記マイクロ流路側の第１の圧力が該マイクロ流路の外側の第２の圧力よりも大きくなるように、前記第１及び第２の圧力を相対的に制御することを特徴とする。

気体透過部材の気体透過性能や液液反応を行う液体の組成（例えば乳化剤を含む液体）によっては、液液反応によってマイクロ流路に発生した副生ガスが気体透過部材をスムーズに透過しにくい場合がある。請求項４では、マイクロ流路側の第１の圧力が該マイクロ流路の外側の第２の圧力よりも大きくなるように、第１及び第２の圧力を相対的に制御するようにしたので、気体透過部材の気体透過性能や液液反応を行う液体の組成に影響されずに副生ガスをスムーズに気体透過部材を透過させることができる。これにより、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路を有するマイクロリアクターで副生ガスを発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを一層不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

本発明の請求項５は前記目的を達成するために、複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させてこれらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせるマイクロリアクターにおいて、前記液体供給路及び前記マイクロ流路のうちの少なくともマイクロ流路の流路壁の一部又は全部が、液体は通さずに気体を通す気体透過部材で形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５は、薄片状流型のマイクロリアクターの場合であり、液体供給路及びマイクロ流路のうちの少なくともマイクロ流路を形成する流路壁の一部又は全部が気体透過部材で形成されている。これにより、液液反応によりマイクロ流路に発生した副生ガスは気体透過部材を透過し、マイクロ流路外に排出される。薄片状流型のマイクロリアクターの場合、マイクロ流路で発生した副生ガスが液体中を浮上してマイクロ流路を形成する流路壁の上面に溜まることから、流路壁の上面部を気体透過部材で構成することが好ましい。流路壁の上面部のように流路壁の一部を気体透過部材で構成する場合には軟質材料でも問題なので、気体透過性を有する高分子膜、例えばゴアテックス膜（商標）を好適に使用することができる。

本発明の請求項６は前記目的を達成するために、円環状のマイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重円筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して副生ガスを伴う液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターにおいて、前記液体供給路及び前記マイクロ流路のうちの少なくとも円環状のマイクロ流路の流路壁の一部又は全部が、液体は通さずに気体を通す気体透過部材で形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項６は、円環状流型のマイクロリアクターの場合であり、液体供給路及びマイクロ流路のうちの少なくとも円環状のマイクロ流路を形成する流路壁の一部又は全部が気体透過部材で形成されている。これにより、液液反応によりマイクロ流路に発生した副生ガスは気体透過部材を透過し、マイクロ流路外に排出される。円環状流型のマイクロリアクターの場合、円環状のマイクロ流路で発生した副生ガスが近くの気体透過部材を直ちに透過する構造の方が好ましいので、流路壁の全体を気体透過部材で構成することが好ましい。このように、流路壁全体を気体透過部材とする場合には高分子膜のような軟質材は使用できないので、マイクロマシンニング技術により、液体は通さないが気体は通す極めて微細な穴を開けた金属材料やプラスチック樹脂材料等の硬質材料を気体透過部材として使用することが好ましい。硬質材料の気体透過部材の場合には、マイクロ流路の流路壁全体を気体透過部材で構成することが可能であるので、円環状流型のマイクロリアクターの場合に好適である。いずれにしても本発明はこのような技術の進歩如何にかかわらず、液液反応によりマイクロ流路に発生する副生ガスだけを透過させる気体透過部材であればどのようなものでもよい。

請求項７は請求項５又は６において、前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする。これは、マイクロ流路の等価直径が小さければ小さいほど副生ガスによりマイクロ流路の流れが不安定化し易く、それだけ本発明が有効だからであり、特に本発明の有効なマイクロ流路の等価直径は５００μｍ以下である。

請求項８は請求項５〜７の何れか１において、前記気体透過部材を挟んで前記マイクロ流路反対側に形成され、前記液体供給路及び前記マイクロ流路のうちの少なくともマイクロ流路の流れ方向に沿った空洞部と、前記マイクロ流路側の第１の圧力が前記空洞部側の第２の圧力よりも大きくなるように、前記第１及び第２の圧力を相対的に制御する圧力制御手段と、を備えたことを特徴とする。

気体透過部材の気体透過性能や液液反応を行う液体の組成（例えば乳化剤を含む液体）によって、副生ガスが気体透過部材をスムーズに透過しにくい場合であっても、圧力制御手段でマイクロ流路側の第１の圧力が空洞部側の第２の圧力よりも大きくなるようにすることで、副生ガスのスムーズな透過を達成することができる。

請求項９は請求項８において、前記圧力制御手段は、前記空洞部を吸引して該空洞部を減圧する吸引方式であることを特徴とする。

請求項１０は請求項８において、前記圧力制御手段は、前記空洞部に高速気流を発生させてピトー管現象を生じさせる気体流方式であることを特徴とする。

請求項１１は請求項８において、前記圧力制御手段は、前記副生ガスが前記気体透過部材を透過する際の圧力損失以上の圧力を前記マイクロ流路側に加える加圧方式であることを特徴とする。

請求項８〜１１は、マイクロ流路側の第１の圧力が空洞部側の第２の圧力よりも大きくなるようにする圧力制御手段の各種の態様を示したものである。

請求項１２は請求項５において、前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路及び前記空洞部の両方を前記本体部材に形成し、前記液体流路と前記空洞部との間に前記気体透過部材を設けたことを特徴とする。

請求項１２は、液体流路を気体透過部材で仕切って一部を空洞部として兼用するように装置本体を構成した場合である。

請求項１３は請求項５において、前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路を前記本体部材に形成し、前記空洞部を前記蓋部材に形成し、本体部材と蓋部材とで前記気体透過部材を挟むことを特徴とする。

請求項１３によれば、液体流路を本体部材に形成し、空洞部を蓋部材に形成し、本体部材と蓋部材とで気体透過部材を挟むようにしたので、マイクロ流路を形成する流路壁の上面部を簡単に気体透過部材で形成することができ、請求項１１に比べて装置本体の製作が容易になる。

請求項１４は請求項５〜１３の何れか１において、前記マイクロリアクターの装置本体を形成する材料は、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック樹脂、シリコンの何れかであることを特徴とする。

請求項１４に示す材料が微細なマイクロ流路を形成する微細加工に適しているからである。また、マイクロ流路の流れ状態を観察できるように、透明ガラスや透明プラスチック樹脂を使用するのが一層好ましい。

以上説明したように、本発明のマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターによれば、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路から効率的に脱ガスすることができるので、液液反応に伴って副生ガスが発生する化学反応をマイクロリアクターで行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターの最良の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るマイクロリアクターの第１の実施の形態を概念的に示した斜視図であり、薄片状流型のマイクロリアクター１０の場合である。図２（Ａ）はマイクロリアクター本体（以下、装置本体１２という）の上面図、図２（Ｂ）は断面図、図２（Ｃ）は下面図である。

図１に示すように、薄片状流型のマイクロリアクター１０は、主として、気体透過部材１８を備えた装置本体１２と、副生ガスの発生を伴う液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２を液体供給管１４、１４を介して装置本体１２に供給する液体供給手段１６、１６と、気体透過部材１８の気体透過性能を向上させる圧力制御手段４６とで構成される。尚、本実施の形態では２種類の液体Ｌ１、Ｌ２で液液反応を行う例で説明する。

図２に示すように、装置本体１２は、本体部材２２と蓋部材２４とで平板状の気体透過部材１８をサンドイッチ状にした状態で互いに接着剤で接合し、その外側を上板２０と下板２１とで挟み込み、上板２０と下板２１の４角に形成されたボルト穴に通したボルト２３とナット２５とを締め付けることにより組み立てられる。本体部材２２には２種類の液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応を行うマイクロ流路２６と該マイクロ流路２６に液体Ｌ１、Ｌ２を合流させる２本の液体供給路２８、２８とから成るＹ字型液体流路３０が形成される。一方、蓋部材２４にはＹ字型液体流路３０に対向してＹ字型空洞部３６が形成され、Ｙ字型液体流路３０とＹ字型空洞部３６とは気体透過部材１８によって仕切られる。即ち、Ｙ字型液体流路３０を形成する流路壁の上面部が気体透過部材１８によって構成され、気体透過部材１８の上側にＹ字型空洞部３６が形成されている。尚、本実施の形態では、気体透過部材１８の上側にＹ字型空洞部３６を形成して、後記するようにＹ字型空洞部３６を減圧してマイクロ流路２６で発生した副生ガスが気体透過部材１８を透過し易いように構成したが、気体透過部材１８の気体透過性能が優れており、減圧空洞部としてのＹ字型空洞部３６を設ける必要がない場合には、気体透過部材１８が大気に開放された構造の装置本体１２でもよい。その場合には、マイクロ流路２６で発生した副生ガスは気体透過部材１８を透過して大気に直接放出される。また、本実施の形態では、液体供給路２８とマイクロ流路２６とからなるＹ字型液体流路３０の上面部全体に気体透過部材１８を設けることで説明したが、副生ガスが発生するマイクロ流路２６の上面部のみに気体透過部材１８を設けるようにしてもよい。

装置本体１２を製作する上で、最も重要なポイントは如何に気体透過性能の良い気体透過部材１８を使用するかであり、近年の高分子技術の進歩により例えばゴアテックス膜（商標）のような気体透過性能の良い膜が市販されており、このような膜を使用することができる。また、近年のマイクロマシンニング技術の進歩により、液体は通さないが気体は通す極めて微細な穴を金属やプラスチック樹脂等の硬質材料に開けることが可能になってきており、このような技術を使用して硬質材料を用いて気体透過部材１８を製作することも可能である。いずれにしても本発明はこのような技術の進歩如何にかかわらず、液液反応によりマイクロ流路２６に発生する副生ガスだけを透過させる気体透過部材１８であればどのようなものでもよい。

装置本体１２の内部に形成されるマイクロ流路２６は、等価直径が１ｍｍ（１０００μｍ）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であることが好ましい。また、マイクロ流路２６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。そして、液体供給路２８、２８を２本で構成する場合には、１本の液体供給路２８の等価直径はマイクロ流路２６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マイクロ流路２６の幅を５００μｍ、深さを２００μｍとした場合には、１本の液体供給路２８の幅を２５０μｍ、深さを２００μｍとする。また、マイクロ流路２６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。

かかるマイクロオーダーの微細なＹ字型液体流路３０やＹ字型空洞部３６を有する装置本体１２を製作するには微細加工技術が使用される。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、装置本体１２を製作するの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て、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１２の製作においては、Ｙ字型液体流路３０やＹ字型空洞部３６の製作は勿論重要であるが、気体透過部材１８を挟んで蓋部材２４を本体部材２２に接合する接合技術も重要である。蓋部材２４の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形によるＹ字型液体流路３０やＹ字型空洞部３６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。

また、図２に示すように、本体部材２２に形成された液体供給路２８、２８の端部位置にはそれぞれ液体Ｌ１、Ｌ２の液体導入口３４、３４が下板２１を貫通して形成され、液体導入口３４、３４に液体供給管１４、１４が連結される。これにより、液体供給手段１６、１６から液体Ｌ１、Ｌ２が装置本体１２に供給される。また、マイクロ流路２６の端部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３２が下板２１を貫通して形成される。一方、蓋部材２４に形成されたＹ字型空洞部３６の３つの端部位置には、それぞれ開口３８、３９、４１が上板２０を貫通して形成され、この開口３８、３９、４１にそれぞれ短管３８Ａ、３９Ａ、４１Ａが連結される。

本発明のマイクロリアクター１０で使用する液体供給手段１６としては、液体Ｌ１、Ｌ２の供給圧力制御を兼ね備えた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、以下シリンジポンプ１６の例で説明する。マイクロリアクターの場合、液体Ｌ１、Ｌ２をマイクロ流路２６に導入する流体制御技術が必要であり、特にマイクロオーダーの微細なマイクロ流路２６での液体や気体の挙動は、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、装置本体１２の内部や装置本体１２に至る流路内は全て液体Ｌ１、Ｌ２で満たされ、外部に用意したシリンジポンプ１６によって、流体全体を駆動する方式であり、マイクロ流路２６に供給する液体Ｌ１、Ｌ２の供給圧力、供給流量を任意に制御することができる。

図１に示すように、Ｙ字型空洞部３６の圧力を制御する圧力制御手段４６は、主として、Ｙ字型空洞部３６を減圧する真空ポンプやアスピレータ等の吸引手段４４と、Ｙ字型空洞部３６の圧力を測定する圧力計４５と、圧力計４５の測定値に基づいて吸引手段４４の吸引力を調整するバルブ４３の開度をコントロールするコントローラ４７とで構成される。即ち、装置本体１２の短管３８Ａ、３９Ａ、４１Ａのうち、短管３８Ａ、３９Ａは大気に開放された状態にされると共に、短管４１Ａには吸引管４２を介して吸引手段４４が連結される。そして、圧力計４５で測定されたＹ字型空洞部３６の圧力がコントローラ４７に入力される。このように構成された圧力制御手段４６によれば、吸引手段４４を駆動すると、短管３８Ａ、３９ＡからＹ字型空洞部３６に吸い込まれたエアは短管４１Ａを通って排気されるので、Ｙ字型空洞部３６には図２の矢印３３で示す高速の気流が発生し、ピトー管現象により気体透過部材１８の微細な穴にＹ字型液体流路３０側からＹ字型空洞部３６側への気体透過力を発生させることができる。気流の速度はバルブ４３の開度によって調整する。気体透過部材１８の気体透過性能にもよるが、気流の速度は気体透過部材１８による副生ガスのスムーズな透過を補助する程度でよく、Ｙ字型空洞部３６の穏やかな減圧が好ましい。従って、圧力制御手段４６としてアスピレータを使用することも好ましい。圧力制御手段４６で使用するバルブ４３としては、１０ミリ秒以下、より好ましくは５ミリ秒以下のレベルの応答速度で開閉動作を行ってバルブ開度を調整することのできるサーボバルブを使用することが好ましい。これにより、吸引手段４４の吸引力を一定に維持することができるので、Ｙ字型空洞部３６に発生する気流速度を一定に維持することができる。

圧力制御手段４６は、上記したＹ字型空洞部３６の一端側から他端側への気体流を発生させる気体流方式に限定されるものではなく、短管３８Ａ、３９Ａを閉塞させた状態で吸引手段４４を駆動してＹ字型空洞部３６の圧力を減圧する吸引方式、あるいは副生ガスが気体透過部材１８を透過する際の圧力損失以上の圧力をＹ字型液体流路３０側に加える加圧方式も採用することができる。Ｙ字型液体流路３０の加圧は後記する液体供給手段１６によって制御することができる。この加圧方式の場合、短管３８Ａ、３９Ａ、４１Ａを大気に開放してＹ字型空洞部３６を大気圧状態にしてもよく、あるいは気流方式や吸引方式を併用してＹ字型空洞部３６を減圧してもよい。

本実施の形態では特に示さないが、マイクロリアクター１０での液液反応の温度を制御する温度制御手段を設けることが好ましい。マイクロリアクター１０において反応を行う際の温度制御方法には、古典的な方法として、温水、冷水をマイクロリアクター内に供給する方法がある。この他にも、従来から行われている温度制御方法には、金属抵抗線やPolysilicon などのヒータ構造をマイクロリアクターに作り込む方法などがあり、金属抵抗線やPolysilicon などのヒータ構造の場合には、加熱についてはこれを使用し、冷却については自然冷却でサーマルサイクルを行うことで温度を制御する。この場合の温度のセンシングについては、金属抵抗線の場合には同じ抵抗線をもう一つ作り込んでおき、その抵抗値の変化に基づいて温度検出を行い、Polysilicon の場合には、熱電対を用いて温度検出を行う方法が一般的に採用されている。また、近年においては、ペルチェ素子を用いた温度制御機能を装置本体１２内に組み込むことで、反応の際の温度制御を精度良く行うことも試みられている。いずれにしても、温度制御そのものは、従来からの温度制御技術でもペルチェ素子に代表される新規な温度制御技術でも可能であり、用途や装置本体１２の材料等に応じた加熱・冷却機構と温度センシング機構の選択、ならびに外部制御系の構成を組み合わせて最適な方法を選択することが重要である。

次に、上記の如く構成された薄片状流型のマイクロリアクター１０を用いて副生ガスの発生を伴う液液反応を行う本発明の反応方法を説明する。

シリンジポンプ１６、１６から液体供給路２８、２８に供給された液体Ｌ１、Ｌ２は、合流部４０で１本のマイクロ流路２６に合流し、薄片状の層流として流通しつつ、液体Ｌ１、Ｌ２同士がその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行う。かかる液液反応によって副生ガスが発生し、発生した副生ガスの気泡はマイクロ流路２６に溜まって塊となるために、マイクロ流路２６には気液混相流状態のスラグ流が発生する。これにより、反応させるべき液体Ｌ１、Ｌ２の連続処理の流れが妨げられたり、乱されたりすることで連続処理の流れが不安定になって反応場が不均一になると共に、反応の平衡が反応促進側に進みにくくなる。また、反応のための液温制御を行う場合、副生ガスを連続処理の流れの中で効率的に除去できないと、気体は熱伝導率が小さいので、反応温度を精度良く制御できなくなる。

そこで、本発明の薄片状流型のマイクロリアクター１０によれば、Ｙ字型液体流路３０を形成する流路壁の上面部を、液体は通さないが気体は通す気体透過部材１８で構成し、液液反応に伴ってマイクロ流路２６に発生する副生ガスだけを気体透過部材１８を介してＹ字型空洞部３６に透過させながら液液反応を行わせるようにした。これにより、図３に示すように、液体Ｌ１、Ｌ２による液液反応で発生した副生ガスの気泡４８は液体中を浮上して気体透過部材１８を透過し、Ｙ字型空洞部３６に排出される。Ｙ字型空洞部３６に排出された副生ガスはＹ字型空洞部３６を流れる気流に伴われて短管４１Ａから装置本体１２外に排出される。

このように本発明によれば、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路２６内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路２６から効率的に脱ガスすることができるので、液液反応に伴って副生ガスが発生する化学反応をマイクロリアクターで行っても、マイクロ流路２６における液体Ｌ１、Ｌ２の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。従って、反応の平衡が反応促進側に進み易くなると共に、反応温度を精度良く制御し易くなる。

また、図２における装置本体１２では、Ｙ字型液体流路３０を本体部材２２に形成し、Ｙ字型空洞部３６を蓋部材２４に形成したが、図４のようにＹ字型液体流路３０とＹ字型空洞部３６の両方を本体部材２２に形成してもよい。即ち、図４に示すように、本体部材２２にＹ字型の一体空間を形成し、この一体空間を気体透過部材１８で上空間と下空間とに仕切ることによりＹ字型液体流路３０とＹ字型空洞部３６とを形成する方法である。この場合には、Ｙ字型空洞部３６の幅（Ｗ１）をＹ字型液体流路３０の幅（Ｗ２）よりも一回り大きくすることでＹ字型液体流路３０とＹ字型空洞部３６との境界に段差４９を形成し、この段差４９に気体透過部材１８を嵌め込んで接着剤等により接合するとよい。

次に、図５に従って本発明のマイクロリアクターの第２の実施の形態である、円環状流型のマイクロリアクター６０の場合について説明する。第２の実施の形態の場合も液液反応を行う液体を２種類の液体Ｌ１、Ｌ２を使用した場合で説明する。

図５に示すように、薄片状流型のマイクロリアクター６０は、主として、気体透過部材７２を備えた装置本体６１と、副生ガスの発生を伴う液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２を液体供給管１０４、１０６を介して装置本体６１に供給する液体供給手段１６、１６（図５では省略しており図１参照）と、気体透過部材７２の気体透過性能を向上させる圧力制御手段１１８とで構成される。尚、第２の実施の形態の場合も、２種類の液体Ｌ１、Ｌ２で液液反応を行う例で説明する。

図５に示されるように、円環状型のマイクロリアクター６０は、全体として略円柱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材６２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。この円管部材６２の先端面には液体Ｌ１、Ｌ２が反応した後の反応生成液ＬＭの吐出口６４が開口し、また円管部材６２の先端部には吐出口６４の外周側に延出するようにリング状のフランジ部６６が設けられる。このフランジ部６６は反応生成液ＬＭに対して次の処理を行う配管等に接続される。

円管部材６２は、その基端部側に胴体部６３よりも大径な大径部６８を有すると共に、胴体部６３の基端位置には、中心部が丸穴状に開口した第１仕切板７０が円管部材６２の内側に張り出すように設けられる。胴体部６３内には、該胴体部６３内の空間を軸方向に沿って仕切る円筒状の気体透過部材７２が設けられ、気体透過部材７２の両端が第１仕切板７０の開口周縁とフランジ部６６の開口周縁とに固着支持される。これにより、胴体部６３内が気体透過部材７２によって内側空間と外側空間の２つの空間に仕切られる。ここで、内側空間は液体Ｌ１、Ｌ２が流れる断面円環状の円環状液体流路７４を形成すると共に、外側空間は円環状液体流路７４で発生した副生ガスが気体透過部材７２を介して透過する断面円環状の円環状空洞部７６を形成する。即ち、円環状液体流路７４を形成する流路壁全体が気体透過部材７２で構成され、気体透過部材７２の外側に円環状空洞部７６が形成されている。胴体部６３と気体透過部材７２との間には、複数個のスペーサ７８（本実施の形態では４個）が介装され、円環状空洞部７６の幅Ｗ１（図５（Ａ）参照）が設定される。円環状型のマイクロリアクター６０のように、円環状液体流路７４の流路壁全体を気体透過部材７２で構成する場合には、マイクロマシンニング技術により、金属材料やプラスチック樹脂材料等の硬質材料に、液体は通さないが気体は通す極めて微細な穴を開けることにより気体透過部材７２を製作するとよい。

円管部材６２の基端面は円板状の蓋板８０により閉塞されており、この蓋板８０の中心部には円形の嵌挿穴８２が穿設されている。円管部材６２内には、その基端部側から円管部材６２内へ挿入されるように円柱状の整流部材８４が同軸的に設けられており、整流部材８４の基端部は蓋板８０の嵌挿穴８２に嵌挿支持される。

円管部材６２の大径部６８部分は、中心部が丸穴状に開口した第２仕切板８６によって大径部６８内の空間が２等分されるように区画されており、液体Ｌ１が導入される第１ヘッダー部８８、液体Ｌ２が導入される第２ヘッダー部９０とされる。第２仕切板８６の開口周縁から円管部材６２の軸方向に突出するように円筒状の隔壁部材９２が第２仕切板８６に一体的に設けられる。この隔壁部材９２により、円環状液体流路７４の途中までが２分割され、気体透過部材７２と隔壁部材９２との間に第１ヘッダー部８８に導入された液体Ｌ１の供給路である第１の液体供給路９４が形成され、隔壁部材９２と整流部材８４との間に第２ヘッダー部９０に導入された液体Ｌ２の供給路である第２の液体供給路９６が形成される。そして、気体透過部材７２の内周面と隔壁部材９２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９８が介装されると共に、隔壁部材９２と整流部材８４との間に複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ１００が介装される。これら複数個のスペーサ９８、１００はそれぞれ矩形プレート状に形成され、その表裏面部が円環状液体流路７４における流通方向（矢印Ｆ方向）と平行になるように支持される。これにより、第１の液体供給路９４の流路幅Ｗ２及び第２の液体供給路９６の流路幅Ｗ３が設定される。

また、円管部材６２内には、隔壁部材９２よりも先端側であって整流部材８４の円錐部８４Ａよりも基端部側に第１及び第２の液体供給路９４、９６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、液体Ｌ１、Ｌ２とが合流して副生ガスの発生を伴う液液反応を行う円環状マイクロ流路１０２とされる。この場合、円環状マイクロ流路１０２内の出口部で液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応が完了している必要があるので、円環状マイクロ流路１０２の流通方向に沿った路長ＰＬ（図５（Ａ）参照）は、液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応が完了する長さに設定する必要がある。尚、上記したように円環状液体流路７４の流路壁全体を気体透過部材７２で構成するようにしたが、液体Ｌ１、Ｌ２が反応して副生ガスを発生する円環状マイクロ流路１０２の流路壁部分のみを気体透過部材７２で構成してもよい。

また、円管部材６２の基端面に設けられた蓋板８０には、第１及び第２の液体供給路９４、９６に連通する嵌挿穴が穿設されており、これらの嵌挿穴に、それぞれ第１及び第２の液体供給管１０４、１０６が接続される。そして、２本の液体供給管１０４、１０６に、図１に示した液体Ｌ１、Ｌ２を供給するシリンジポンプ１６、１６がそれぞれ接続され、液体供給管１０４、１０６を通して第１及び第２のヘッダー部８８、９０には液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２が加圧状態で供給される。図５（Ｂ）に示されるように、第１及び第２の液体供給路９４、９６の先端部には、それぞれ円環状マイクロ流路１０２内へ開口する第１及び第２の液体供給口１０８、１１０が形成される。これらの供給口１０８、１１０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、前記した開口幅Ｗ２、Ｗ３は、それぞれの供給口１０８、１１０の開口面積を規定し、この供給口１０８、１１０の開口面積と液体Ｌ１、Ｌ２の供給量に応じて、供給口１０８、１１０を通して円環状マイクロ流路１０２へ導入される液体Ｌ１、Ｌ２の初期流速が定まる。

円管部材６２内における円環状マイクロ流路１０２よりも先端側の空間は、円環状マイクロ流路１０２内で液体Ｌ１、Ｌ２の反応が行われた反応生成液ＬＭが吐出口６４に向かって流れる出液路１１２とされる。また、円管部材６２周面の基端面側（蓋板側）には短管１１４が連結されると共に、円管部材６２周面の先端面側（フランジ側）には短管１１６が連結される。

円環状空洞部７６の圧力を制御する圧力制御手段１１８は、主として、円環状空洞部７６を減圧する真空ポンプやアスピレータ等の吸引手段１２０と、円環状空洞部７６の圧力を測定する圧力計１２２と、圧力計１２２の測定値に基づいて吸引手段１２０の吸引力を調整するバルブ１２４の開度をコントロールするコントローラ１２６とで構成される。即ち、装置本体６１の短管１１４、１１６のうち、短管１１４は大気に開放された状態にされると共に、短管１１６には吸引管１２８を介して吸引手段１２０が連結される。そして、圧力計１２２で測定された円環状空洞部７６の圧力がコントローラ１２６に入力される。このように構成された圧力制御手段１１８によれば、吸引手段１２０を駆動すると、短管１１４から円環状空洞部７６に吸い込まれたエアは短管１１６を通って排気されるので、円環状空洞部７６には図５の矢印１３０で示す高速の気流が発生し、ピトー管現象により気体透過部材７２の微細な穴に円環状液体流路７４側から円環状空洞部７６側への気体透過力を発生させることができる。気流の速度はバルブ１２４の開度によって調整する。気体透過部材７２の気体透過性能にもよるが、気流の速度は気体透過部材７２による副生ガスのスムーズな透過を補助する程度でよく、円環状空洞部７６の穏やかな減圧が好ましい。従って、圧力制御手段１１８としてアスピレータを使用することも好ましい。圧力制御手段１１８で使用するバルブ１２４としては、１０ミリ秒以下、より好ましくは５ミリ秒以下のレベルの応答速度で開閉動作を行ってバルブ開度を調整することのできるサーボバルブを使用することが好ましい。これにより、吸引手段１２０の吸引力を一定に維持することができるので、円環状空洞部７６に発生する気流速度を一定に維持することができる。

圧力制御手段１１８は、上記した円環状空洞部７６の一端側から他端側への気体流を発生させる気体流方式に限定されるものではなく、短管１１４を閉塞させた状態で吸引手段１２０を駆動して円環状空洞部７６の圧力を減圧する吸引方式、あるいは副生ガスが気体透過部材７２を透過する際の圧力損失以上の圧力を円環状液体流路７４側に加える加圧方式も採用することができる。円環状液体流路７４の加圧は後記する液体供給手段１６によって制御することができる。この加圧方式の場合、短管１１４、１１６を大気に開放して円環状空洞部７６を大気圧状態にしてもよく、あるいは気流方式や吸引方式を併用して円環状空洞部７６を減圧してもよい。

次に、上記の如く構成された円環状流型のマイクロリアクター６０を用いて副生ガスを伴う液液反応を行う本発明の反応方法を説明する。

シリンジポンプ１６，１６から第１及び第２の液体供給路９４、９６に供給された液体Ｌ１、Ｌ２は、円環状マイクロ流路１０２で合流して同心円状に積層された断面円環状の層流となって流通する。そして、円環状マイクロ流路１０２内を流通する２つの液体Ｌ１、Ｌ２は、互いに隣接する層流間の接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行う。かかる液液反応によって発生した副生ガスの気泡は円環状マイクロ流路９６に溜まって塊となるために、円環状マイクロ流路１０２にはスラグ流が発生する。これにより、反応させるべき液体Ｌ１、Ｌ２の連続処理の流れを妨げたり、乱したりすることで連続処理の流れが不安定になって反応場が不均一になると共に、反応の平衡が反応促進側に進みにくくなる。また、反応のための液温制御を行う場合、副生ガスを連続処理の流れの中で効率的に除去できないと、気体は熱伝導率が小さいので、反応温度を精度良く制御できなくなる。

そこで、本発明の円環状流型のマイクロリアクター６０によれば、円環状液体流路７４を形成する円筒状の流路壁の全体を、液体は通さないが気体は通す気体透過部材７２で構成し、液液反応に伴って円環状マイクロ流路１０２に発生する副生ガスだけを気体透過部材７２を介して円環状空洞部７６に透過させながら液液反応を行わせるようにした。これにより、図６に示すように、液体Ｌ１、Ｌ２による液液反応で発生した副生ガスの気泡４８は気体透過部材７２を透過し、円環状空洞部７６に排出される。円環状空洞部７６に排出された副生ガスは円環状空洞部７６を流れる気流に伴われて短管１１６から装置本体６１外に排出される。

これにより、本発明の第２の実施の形態の場合にも、円環状液体流路７４を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応により、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細な円環状マイクロ流路１０２で副生ガスが発生しても、発生する副生ガスを円環状マイクロ流路１０２から効率的に脱ガスすることができる。従って、液液反応に伴って副生ガスが発生する化学反応をマイクロリアクターで行っても、円環状マイクロ流路１０２における液体Ｌ１、Ｌ２の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。従って、反応の平衡が反応促進側に進み易くなると共に、反応温度を精度良く制御し易くなる。

本発明の薄片状流型のマイクロリアクター１０を用いて２つの液体Ｌ１、Ｌ２で副生ガスの発生を伴う液液反応を実施した実施例を以下に説明する。装置本体１２は図２のように蓋部材２０にＹ字型空洞部３６を形成し、本体部材２１にＹ字型液体流路３０を形成するタイプのもので実施した。

［マイクロリアクターの製作］
マイクロリアクター１０の装置本体１２は、透明ガラス板を機械加工により切削加工することで製作した。先ず、本体部材２２を製作するためのガラスプレートを準備し、ＰＭＴ社製のマシニングセンター（ＭＣ機）にダイヤモンド焼結型のマイクロドリルを用いて２本の液体供給路２８と１本のマイクロ流路２６とでなるＹ字型液体流路３０を切削加工した。液体供給路２８は幅２５０μｍ、深さ２００μｍとし、マイクロ流路２６は幅５００μｍ、深さ２００μｍとした。また、マイクロ流路２６の流路長を３０ｃｍとした。

一方、蓋部材２４を製作するためのガラスプレートには、本体部材２２と同じ機械加工によって、上記したＹ字型液体流路３０に対向するようにＹ字型空洞部３６を切削加工した。このＹ字型空洞部３６の流路幅はＹ字型液体流路３０の流路幅よりも大きめに形成した。そして、本体部材２２と蓋部材２４とでゴアテックス膜（気体透過部材１８）をサンドイッチ状にした状態で、Ｙ字型空洞部３６やＹ字型液体流路３０を塞がないように、接着剤で互いに接合した。更に、その外側を上板２０と下板２１とで挟み込み、上板２０と下板２１の４角に形成されたボルト穴に通したボルト２３とナット２５とを締め付け、装置本体１２を組み立てた。

また、本体部材２２及び下板２１には、液体供給路２８に連通する１０００μｍの液体導入口３４、３４を予め穿孔しておき、このそれぞれの液体導入口３４、３４に外径９５０μｍ、内径２５０μｍのテフロンチューブ（液体供給管１４）をそれぞれ差し込み接着剤で固定した。液体導入口３４に接続されていないテフロンチューブの一端は、液体用のシリンジポンプ１６に接続した。また、マイクロ流路２６の終端部にガラスプレートを貫通するかたちで１０００μｍの液体排出口３２を開け、この液体排出口３２に外径９５０μｍ、内径２５０μｍのテフロンチューブをそれぞれ差し込み接着剤で固定した。

一方、蓋部材２４及び上板２０には、Ｙ字型空洞部３６の３つの端部位置にそれぞれ開口３８、３９、４１を予め穿孔しておき、それぞれの開口３８、３９、４１にそれぞれ短管３８Ａ、３９Ａ、４１Ａを連結した。そして、この短管３８Ａ、３９Ａを大気に開放し、短管４１Ａには吸引管４２を介してアスピレータ（吸引手段４４）を連結した。アスピレータでＹ字型空洞部３６を３００Torrに減圧した。これにより、本発明の実施例を行う薄片状流型のマイクロリアクター１０を作製した。

比較する従来のマイクロリアクターとしては、Ｙ字型液体流路３０を切削加工した本体部材２２の開放された上面を、平板状の蓋部材２４（Ｙ字型空洞部３６のない板状のもの）で蓋をして装置本体を組み立てた以外は本発明のマイクロリアクターと同様に製作した。

上記の如く製作した本発明のマイクロリアクター１０と従来のマイクロリアクターとを使用して、液液反応によって副生ガスを発生させる２つの液体Ｌ１、Ｌ２を液体供給路２８からマイクロ流路２６に合流させて液液反応を行わせ、液液反応により発生する酸素ガスによってマイクロ流路２６の流れがどのようになるかを観察した。

副生ガスの発生を伴う液液反応としては、二酸化マンガンの粉末１ｇを水１００ｍｌに分散した二酸化マンガン水溶液Ｌ１と過酸化水素水Ｌ２を反応させて、副生ガスとして酸素ガスを発生させる反応実験を行った。液体Ｌ１、Ｌ２の流量としては、二酸化マンガン水溶液Ｌ１及び過酸化水素水Ｌ２ともに１００μｌ／分に設定した。

その結果、従来のマイクロリアクターは、液液反応により発生した酸素ガスの気泡４８はマイクロ流路２６内に溜まって大きな塊となり、その影響でマイクロ流路２６の流れは非常に不安定なスラグ流状態となった。

これに対し、本発明のマイクロリアクターは、液液反応により発生した酸素ガスの気泡４８は液体内を上昇してゴアテックス膜１８からスムーズにＹ字型空洞部３６に透過し、マイクロ流路２６から脱ガスされた。これにより、マイクロ流路２６の流れを安定させることができ、安定した液液反応を行うことができた。

本発明の第１の実施の形態である薄片状流型のマイクロリアクターを概念的に説明する斜視図 マイクロリアクターの装置本体の上面図、断面図及び下面図 本発明の薄片状流型のマイクロリアクターを用いて副生ガスの発生を伴う液液反応を行った場合の円環状マイクロ流路の流れを説明する説明図 本発明に係る薄片状流型のマイクロリアクターの装置本体の変形例を説明する上面図、断面図及び下面図 本発明の第２の実施の形態である円環状流型のマイクロリアクターを説明する断面図 本発明の円環状流型のマイクロリアクターを用いて副生ガスの発生を伴う液液反応を行った場合の円環状マイクロ流路の流れを説明する説明図 従来のマイクロリアクターで副生ガスを伴う反応を行ったときの円環状マイクロ流路の流れを説明する説明図

符号の説明

１０…薄片状流型のマイクロリアクター、１２…装置本体、１４…液体供給管、１６…液体供給手段、１８…気体透過部材、２０…上板、２１…下板、２２…本体部材、２３…ボルト、２４…蓋部材、２５…ナット、２６…マイクロ流路、２８…液体供給路、３０…Ｙ字型液体流路、３２…液体排出口、３４…液体導入口、３６…Ｙ字型空洞部、３８、３９、４１…開口、３８Ａ、３９Ａ、４１Ａ…短管、４２…吸引管、４３…バルブ、４４…吸引手段、４５…圧力計、４６…圧力制御手段、４７…コントローラ、４８…気泡、６０…円環状流型のマイクロリアクター、６１…装置本体、６２…円管部材、６３…胴体部、６４…吐出口、６６…フランジ部、６８…大径部、７０…第１仕切板、７２…気体透過部材、７４…円環状液体流路、７６…円環状空洞部、７８、９８、１００…スペーサ、８０…蓋板、８２…嵌挿穴、８４…整流部材、８６…第２仕切板、８８…第１ヘッダー部、９０…第２ヘッダー部、９２…隔壁部材、９４…第１の液体供給路、９６…第２の液体供給路、１０２…円環状マイクロ流路、１０４…第１の液体供給管、１０６…第２の液体供給管、１０８…第１の液体供給口、１１０…第２の液体供給口、１１２…出液路、１１４、１１６…短管、１１８…圧力制御手段、１２０…吸引手段、１２２…圧力計、１２４…バルブ、１２６…コントローラ、１２８…吸引管

Claims (14)

1. 複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させて、これらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる薄片状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、
   前記液液反応の進行に伴って発生する副生ガスを、液体を通さずに気体を通す気体透過部材を介して前記マイクロ流路外に随時透過しながら前記液液反応を行わせることを特徴とするマイクロリアクターを用いた反応方法。
2. 円環状なマイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、
   前記液液反応の進行に伴って発生する副生ガスを、液体を通さずに気体を通す気体透過部材を介して前記マイクロ流路外に随時透過しながら前記液液反応を行わせることを特徴とするマイクロリアクターを用いた反応方法。
3. 前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２のマイクロリアクターを用いた反応方法。
4. 前記マイクロ流路側の第１の圧力が該マイクロ流路の外側の第２の圧力よりも大きくなるように、前記第１及び第２の圧力を相対的に制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロリアクターを用いた反応方法。
5. 複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させてこれらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせるマイクロリアクターにおいて、
   前記液体供給路及び前記マイクロ流路のうちの少なくともマイクロ流路の流路壁の一部又は全部が、液体は通さずに気体を通す気体透過部材で形成されていることを特徴とするマイクロリアクター。
6. 円環状のマイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重円筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して副生ガスを伴う液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターにおいて、
   前記液体供給路及び前記マイクロ流路のうちの少なくとも円環状のマイクロ流路の流路壁の一部又は全部が、液体は通さずに気体を通す気体透過部材で形成されていることを特徴とするマイクロリアクター。
7. 前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５又は６のマイクロリアクター。
8. 前記気体透過部材を挟んで前記マイクロ流路反対側に形成され、前記液体供給路及び前記マイクロ流路のうちの少なくともマイクロ流路の流れ方向に沿った空洞部と、
   前記マイクロ流路側の第１の圧力が前記空洞部側の第２の圧力よりも大きくなるように、前記第１及び第２の圧力を相対的に制御する圧力制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項５〜７の何れか１のマイクロリアクター。
9. 前記圧力制御手段は、前記空洞部を吸引して該空洞部を減圧する吸引方式であることを特徴とする請求項８のマイクロリアクター。
10. 前記圧力制御手段は、前記空洞部に高速気流を発生させてピトー管現象を生じさせる気体流方式であることを特徴とする請求項８のマイクロリアクター。
11. 前記圧力制御手段は、前記副生ガスが前記気体透過部材を透過する際の圧力損失以上の圧力を前記マイクロ流路側に加える加圧方式であることを特徴とする請求項８のマイクロリアクター。
12. 前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路及び前記空洞部の両方を前記本体部材に形成し、前記液体流路と前記空洞部との間に前記気体透過部材を設けたことを特徴とする請求項５のマイクロリアクター。
13. 前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路を前記本体部材に形成し、前記空洞部を前記蓋部材に形成し、本体部材と蓋部材とで前記気体透過部材を挟むことを特徴とする請求項５のマイクロリアクター。
14. 前記マイクロリアクターの装置本体を形成する材料は、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック樹脂、シリコンの何れかであることを特徴とする請求項５〜１３の何れか１のマイクロリアクター。

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