(57)【要約】【課題】反応流体に光化学反応を生じさせるマイクロチャネルリアクタにおいて、光化学反応による反応流体の処理量を増加させる。【解決手段】マイクロチャネルリアクタは、反応流体を流通させるマイクロチャネルである反応流体流路２０がそれぞれ形成されるとともに透光性を有する材料からなる複数の反応プレート１４を含む積層体１６と、積層体１６に対して積層され、その積層体１６側の面から発光してその積層体１６内に光を入射させる光源プレート１８とを備え、各反応プレート１４に形成された反応流体流路２０の内面の少なくとも一部には、光を受けることで反応流体に光化学反応を生じさせる光触媒が担持されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応流体を流通させながらその反応流体に光化学反応を生じさせるマイクロチャネルリアクタであって、
反応流体を流通させるマイクロチャネルである反応流体流路がそれぞれ形成されるとともに透光性を有する材料からなる複数の反応プレートを含む積層体と、
前記積層体に対して積層され、その積層体側の面から発光してその積層体内に光を入射させる光源プレートとを備え、
前記各反応プレートに形成された前記反応流体流路の内面の少なくとも一部には、光を受けることで反応流体に光化学反応を生じさせる光触媒が担持されている、マイクロチャネルリアクタ。
【請求項２】
前記積層体は、前記光源プレートの厚み方向における両面上にそれぞれ設けられ、
前記光源プレートは、その両面から発光してその両面上に設けられた前記各積層体内に光をそれぞれ入射させるように構成されている、請求項１に記載のマイクロチャネルリアクタ。
【請求項３】
前記光源プレートは、前記複数の反応プレートの積層方向における前記積層体の一方の端面上に積層されている、請求項１に記載のマイクロチャネルリアクタ。
【請求項４】
前記光源プレートが積層された前記積層体の一端には、前記反応プレートが配置され、その反応プレートに形成された前記反応流体流路は、その反応プレートの前記光源プレート側を向く面に形成された溝の開口が前記光源プレートにより封止されることによって形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチャネルリアクタ。
【請求項５】
前記積層体は、前記各反応プレートに対して積層され、反応流体の温度を制御するための温調流体を流通させる温調流路が形成された温調プレートを含み、
前記温調プレートは、透光性を有する材料によって形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロチャネルリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応流体に光化学反応を生じさせるマイクロチャネルリアクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反応流路に反応流体を流通させながら、その反応流体に光化学反応を生じさせるマイクロチャネルリアクタが知られており、そのようなリアクタの一例が下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
下記特許文献１に開示されたマイクロチャネルリアクタは、内部に反応流路が形成された光透過性の反応器と、その反応器に積層された光照射装置とを備えている。反応器には、その反応器の厚み方向と直交する長手方向に当該反応器を貫通するように延びる反応流路が形成されている。反応流路の内面には、光触媒を担持した膜が形成されている。光照射装置は、反応器の厚み方向の一方の端面上に設けられ、反応流路に沿って延びるように配置されている。光照射装置は、その反応器側の面から光を出射し、その出射された光は、反応器を透過しつつ反応流路内に入射するようになっている。反応流路に入射した光は、光触媒に吸収され、その光触媒が反応流路を流れる反応流体に触媒作用を及ぼして光化学反応を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１３４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のマイクロチャネルリアクタにおける反応流路は、微小な流路径を有するように形成されていることから、その反応流路を流通させて光化学反応を生じさせる反応流体の流量を増加させることが困難である。このため、上記マイクロチャネルリアクタでは、光化学反応による反応流体の処理量が小さくなる。
【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、反応流体に光化学反応を生じさせるマイクロチャネルリアクタにおいて、光化学反応による反応流体の処理量を増加させることである。
【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、本発明によるマイクロチャネルリアクタは、反応流体を流通させながらその反応流体に光化学反応を生じさせるマイクロチャネルリアクタであって、反応流体を流通させるマイクロチャネルである反応流体流路がそれぞれ形成されるとともに透光性を有する材料からなる複数の反応プレートを含む積層体と、前記積層体に対して積層され、その積層体側の面から発光してその積層体内に光を入射させる光源プレートとを備え、前記各反応プレートに形成された前記反応流体流路の内面の少なくとも一部には、光を受けることで反応流体に光化学反応を生じさせる光触媒が担持されている。
【０００８】
このマイクロチャネルリアクタでは、積層体を形成する複数の反応プレートのそれぞれに反応流体流路が形成されているとともに各反応プレートが透光性を有する材料からなるため、光源プレートから積層体内に入射した光は、各反応プレートを透過しつつその各反応プレートに形成された反応流体流路に入射する。そして、各反応プレートに形成された反応流体流路の内面の少なくとも一部には、光を受けることで反応流体に光化学反応を生じさせる光触媒が担持されているため、各反応流体流路を流通する反応流体に光化学反応を生じさせることができる。このため、マイクロチャネルリアクタにおいて、光化学反応による反応流体の処理量を増加させることができる。また、このマイクロチャネルリアクタでは、光源プレートから積層体内に入射した光が各反応プレートを透過しつつその各反応プレートに形成された反応流体流路に入射して反応流体に光化学反応を生じさせるため、光源プレートを複数の反応プレートの積層方向に配列された複数の反応流体流路内で光化学反応を生じさせるための光源として共用することができる。このため、光源プレートの設置数を削減してマイクロチャネルリアクタをコンパクト化できる。
【０００９】
上記マイクロチャネルリアクタにおいて、前記積層体は、前記光源プレートの厚み方向における両面上にそれぞれ設けられ、前記光源プレートは、その両面から発光してその両面上に設けられた前記各積層体内に光をそれぞれ入射させるように構成されていてもよい。
【００１０】
この構成によれば、光源プレートの両面からその両面上にそれぞれ設けられた各積層体内に入射する光によって、その各積層体の各反応プレートの反応流体流路を流れる反応流体に光化学反応を生じさせることができる。このため、光化学反応による反応流体の処理量をより増加させることができる。しかも、この構成では、１つの光源プレートをその光源プレートの両面側の２つの積層体に設けられた各反応流体流路内で光化学反応を生じさせるための光源として共用することができる。このため、光源プレートの設置数を削減することができ、マイクロチャネルリアクタをコンパクト化することができる。従って、この構成では、マイクロチャネルリアクタをコンパクト化しながら、光化学反応による反応流体の処理量をより増加させることができる。また、光源プレートから積層体に入射する光は、反応プレートを透過するたびに減衰していくが、本構成のように光源プレートの両面上にそれぞれ積層体が設けられていて光源プレートがその両面から発光する場合には、仮に光源プレートの両面側の積層体を足し合わせた積層数の積層体の一端面上に光源プレートが設けられている場合に比べて、光源プレートから遠い側の積層体の端面近傍に達する光の減衰の程度は小さくなる。このため、本構成では、光源プレートから遠い側の積層体の端面近傍に位置する反応流体流路でも反応流体に良好な光化学反応を生じさせることができる。
【００１１】
上記マイクロチャネルリアクタにおいて、前記光源プレートは、前記複数の反応プレートの積層方向における前記積層体の一方の端面上に積層されていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、光源プレートの加工の煩雑さを軽減しながら、光源プレートから反応流体流路への光の照射が阻害されるのを防ぐことができる。具体的には、仮に、反応プレートの積層方向における積層体の中間部に光源プレートが設けられた場合には、その光源プレートの厚み方向の両面を互いに平行な平面に形成しなければ、その両面とそれらの面に対して積層されるプレートとの間に隙間が生じ、その隙間によって光源プレートから反応流体流路への光の照射が阻害される虞がある。これに対して、この構成では、光源プレートのうち積層体の一方の端面に対して積層される一方の面の平面度さえ確保すれば、その積層体の一方の端面に対して光源プレートを隙間なく接合でき、光源プレートから反応流体流路への光の照射が阻害されるのを防ぐことができる。このため、上記のように光源プレートの厚み方向の両面を互いに平行な平面に形成する必要がある場合に比べて、光源プレートの加工の煩雑さを軽減することができる。
【００１３】
上記マイクロチャネルリアクタにおいて、前記光源プレートが積層された前記積層体の一端には、前記反応プレートが配置され、その反応プレートに形成された前記反応流体流路は、その反応プレートの前記光源プレート側を向く面に形成された溝の開口が前記光源プレートにより封止されることによって形成されていることが好ましい。
【００１４】
この構成では、積層体の一端に配置された反応プレートの反応流体流路を形成する溝の開口を封止するために光源プレートが利用されているので、その溝の開口を封止するためのプレートを別途設ける場合と比べて、マイクロチャネルリアクタのコンパクト化及び製造コストの削減を図ることができる。
【００１５】
上記マイクロチャネルリアクタにおいて、前記積層体は、前記各反応プレートに対して積層され、反応流体の温度を制御するための温調流体を流通させる温調流路が形成された温調プレートを含み、前記温調プレートは、透光性を有する材料によって形成されていることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、各反応プレートに形成された反応流体流路を流れる反応流体とその反応プレートに対して積層された温調プレートに形成された温調流路を流れる温調流体との熱交換により光化学反応時の反応流体の温度制御を行うことができる。しかも、温調プレートが反応プレートに積層されていることから、マイクロチャネルリアクタの外側に設けられた温度制御手段によって反応流体流路を流れる反応流体の温度制御を行う場合に比べて、よりダイレクトに反応流体の温度制御を行うことができ、光化学反応時の反応流体の温度制御を精密に行うことができる。また、この構成では、温調プレートが透光性を有する材料によって形成されているので、光源プレートから積層体内に入射した光が温調プレートを透過して各反応プレートの反応流体流路に入射する。このため、温調プレートによって反応流体流路での反応流体の光化学反応が阻害されるのを回避できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、反応流体に光化学反応を生じさせるマイクロチャネルリアクタにおいて、光化学反応による反応流体の処理量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタの上面図である。
【図２】第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタのリアクタ本体の各ヘッダを取り外した状態を図１中の矢印ＩＩ方向から見た側面図である。
【図３】第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタの積層体を構成する反応プレートの平面図である。
【図４】図３に示した反応プレートを構成する反応プレート第１層の平面図である。
【図５】図３に示した反応プレートを構成する反応プレート第２層の平面図である。
【図６】図３に示した反応プレートを構成する反応プレート第３層の平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるマイクロチャネルリアクタのリアクタ本体の図２相当図である。
【図８】本発明の第３実施形態によるマイクロチャネルリアクタの上面図である。
【図９】第３実施形態によるマイクロチャネルリアクタのリアクタ本体の各ヘッダを取り外した状態を図８中の矢印ＩＸ方向から見た側面図である。
【図１０】第３実施形態によるマイクロチャネルリアクタの積層体を構成する温調プレートの平面図である。
【図１１】第２実施形態の変形例によるマイクロチャネルリアクタのリアクタ本体の図７相当図である。
【図１２】本発明の変形例によるリアクタ本体の断面図である。
【図１３】本発明の別の変形例によるリアクタ本体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタの構成について説明する。
【００２１】
本発明の第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタは、光触媒が担持された内面を有するマイクロチャネルに反応流体を流通させながらその反応流体に光化学反応を生じさせるものである。
【００２２】
具体的に、この第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタは、図１に示すように、リアクタ本体２と、第１反応流体供給ヘッダ４と、第２反応流体供給ヘッダ６と、反応流体排出ヘッダ８とを備えている。
【００２３】
リアクタ本体２は、図２に示すように、積層された複数の反応プレート１４と複数の仕切プレート１５からなる積層体１６と、１枚の光源プレート１８とを有する。
【００２４】
積層体１６は、反応プレート１４と仕切プレート１５がそれらの厚み方向において交互に積層されることによって形成されている。各反応プレート１４及び各仕切プレート１５は、透光性を有する材料、例えばガラスやアクリル樹脂等によって形成されている。各反応プレート１４及び各仕切プレート１５は、長方形の略平板状の外形を有する。
【００２５】
各反応プレート１４には、反応流体を流通させるマイクロチャネル（微細流路）である複数の反応流体流路２０が形成されている。各反応流体流路２０は、図３に示すように、第１反応流体が導入される第１導入路２２と、第２反応流体が導入される第２導入路２４と、第１導入路２２を流れる第１反応流体と第２導入路２４を流れる第２反応流体とを合流させる合流部２６と、合流後の反応流体を流通させながらその反応流体に光化学反応を生じさせる反応流路２８とによって構成されている。第１導入路２２及び第２導入路２４は、反応プレート１４の厚み方向における一方の面側に形成されており、反応流路２８は、反応プレート１４の厚み方向における他方の面側に形成されている。合流部２６は、反応プレート１４を厚み方向に貫通し、第１導入路２２及び第２導入路２４の下流側の端部と反応流路２８の上流側の端部とを繋いでいる。反応プレート１４は、図２に示すように、第１導入路２２及び第２導入路２４を形成する反応プレート第１層１４ａと、合流部２６を形成する反応プレート第２層１４ｂと、反応流路２８を形成する反応プレート第３層１４ｃとがこの順番で積層されて互いに接合されることによって形成されている。これら反応プレート第１〜第３層１４ａ〜１４ｃは、上記の透光性を有する材料によって薄板状に形成されている。
【００２６】
反応プレート第１層１４ａには、図４に示すように、その幅方向（短手方向）の一端から他端へその幅方向に延びる複数の溝４０が形成されている。各溝４０は、反応プレート第１層１４ａの厚み方向の両面においてそれぞれ開口している。図２に示すように、反応プレート１４及び仕切プレート１５の積層方向における積層体１６の一端には、反応プレート第１層１４ａが配置されている。この反応プレート第１層１４ａの厚み方向の両面のうち反応プレート第２層１４ｂと反対側の面に形成された各溝４０の開口は、当該面上に積層された光源プレート１８によって封止されている。また、それ以外の反応プレート１４の第１層１４ａでは、その第１層１４ａに積層された反応プレート第２層１４ｂと反対側の面の各溝４０の開口が、当該面に接合された仕切プレート１５によって封止されている。また、各反応プレート第１層１４ａの反応プレート第２層１４ｂ側の面に形成された各溝４０の開口は、その面に接合された反応プレート第２層１４ｂによって封止されている。以上のように各反応プレート第１層１４ａの各溝４０の開口が封止されることによって、各反応プレート第１層１４ａに第１導入路２２及び第２導入路２４が形成されている。また、各反応プレート第１層１４ａのうちその長手方向において各溝４０間に位置する部位は、図４に示すように、当該第１層１４ａの幅方向に延びる細長いバー状となっており、それら各部位は、当該第１層１４ａの厚みよりも小さい厚みを有する連結部４１によって連結されている。
【００２７】
また、図３に示すように、第１導入路２２は、反応プレート第１層１４ａの幅方向の一端から中央部まで延び、第２導入路２４は、反応プレート第１層１４ａの幅方向の他端から中央部まで延び、両導入路２２，２４の下流側の端部は互いに繋がっている。反応プレート第１層１４ａの幅方向の前記一端に形成された第１導入路２２の端部は、当該第１導入路２２に対する第１反応流体の入口となっている。反応プレート第２層１４ｂの幅方向の前記他端に形成された第２導入路２４の端部は、当該第２導入路２４に対する第２反応流体の入口となっている。
【００２８】
反応プレート第２層１４ｂには、当該第２層１４ｂが反応プレート第１層１４ａと積層された状態でその第１層１４ａの各溝４０と重なり且つ当該第２層１４ｂの幅方向の中央に位置する部位に複数の貫通穴４２（図５参照）が形成されている。各貫通穴４２は、当該第２層１４ｂを厚み方向に貫通している。これらの貫通穴４２によって、第１導入路２２及び第２導入路２４の下流側の端部と連通する複数の合流部２６（図３参照）が形成されている。
【００２９】
反応プレート第３層１４ｃ（図６参照）には、複数の溝４４が形成されている。各溝４４は、反応プレート第３層１４ｃが反応プレート第２層１４ｂと積層された状態でその第２層１４ｂの対応する貫通穴４２と重なる位置を始点とし、その始点から当該第３層１４ｃの幅方向に蛇行しながら当該第３層１４ｃの長手方向に延び、当該第３層１４ｃの長手方向において前記始点と反対側の領域で当該第３層１４ｃの幅方向の一方の端縁に終点を有する。各溝４４は、反応プレート第３層１４ｃの厚み方向の両面においてそれぞれ開口している。この第３層１４ｃの厚み方向の一方の面に形成された各溝４４の開口が当該一方の面に接合された反応プレート第２層１４ｂによって封止されるとともに第３層１４ｃの厚み方向の他方の面に形成された各溝４４の開口が当該他方の面に接合された仕切プレート１５によって封止されることにより、各合流部２６と連通する蛇行した複数の反応流路２８（図３参照）が形成されている。各反応流路２８の内面には、光を受けることにより反応流体に光化学反応を生じさせる触媒作用を示す光触媒が担持されている。各反応流路２８の内面に担持される光触媒としては、光触媒として機能し得る既知の様々な物質が適用され、その物質を含む薄い層が反応プレート第３層１４ｃの各溝４４の内面に形成されることによって各反応流路２８の内面に光触媒が担持されている。
【００３０】
光源プレート１８（図２参照）は、積層体１６の各反応プレート１４に形成された各反応流路２８を流れる反応流体に光化学反応を生じさせるための光を出射するものである。この光源プレート１８は、積層体１６に対して積層され、その積層体１６側の面から発光して積層体１６内に光を入射させる。具体的に、光源プレート１８は、平板状に形成されており、反応プレート１４及び仕切プレート１５の積層方向における積層体１６の一方の端面を構成する反応プレート１４の第１層１４ａ上に積層されている。光源プレート１８の厚み方向における一方の面は、積層体１６の一方の端面を構成する反応プレート第１層１４ａの反応プレート第２層１４ｂと反対側の面に接合されており、当該光源プレート１８は、この一方の面全体から略均一に発光する。光源プレート１８としては、例えば、発光部が端部に設けられており、その発光部から出射されて端部に入射した光を面照射する導光板や、液晶ディスプレイのバックライトとして用いられるプレート状の発光装置、また、透光性を有する樹脂製（例えばアクリル樹脂製）のプレート中に発光素子が埋め込まれて形成された発光装置や、発光素子が透光性を有する樹脂プレートによって挟み込まれて形成された発光装置などが用いられる。
【００３１】
第１反応流体供給ヘッダ４（図１参照）は、各反応プレート１４の幅方向の一方の端部に形成された各第１導入路２２の入口を覆うように、リアクタ本体２（積層体１６）の幅方向の一方の側面に取り付けられている。この第１反応流体供給ヘッダ４には、第１反応流体の供給配管４ａが接続されており、その供給配管４ａ及び第１反応流体供給ヘッダ４を通じて各第１導入路２２へ第１反応流体が供給される。
【００３２】
第２反応流体供給ヘッダ６は、各反応プレート１４の幅方向の他方の端部に形成された各第２導入路２４の入口を覆うように、リアクタ本体２（積層体１６）の前記第１反応流体供給ヘッダ４と反対側の側面に取り付けられている。この第２反応流体供給ヘッダ６には、第２反応流体の供給配管６ａが接続されており、その供給配管６ａ及び第２反応流体供給ヘッダ６を通じて各第２導入路２４へ第２反応流体が供給される。
【００３３】
反応流体排出ヘッダ８は、各反応プレート１４の前記第２導入路２４の入口と同じ側の端部に形成された各反応流路２８の出口を覆うように、リアクタ本体２（積層体１６）の前記第２反応流体供給ヘッダ６と同じ側の側面に取り付けられている。この反応流体排出ヘッダ８には、排出配管８ａが接続されており、各反応流路２８を流れながら光化学反応を生じた反応流体及びその光化学反応によって生成された反応生成物が各反応流路２８の出口から反応流体排出ヘッダ８内に排出されるとともにその反応流体排出ヘッダ８から排出配管８ａを通じて排出される。
【００３４】
以上のような構成を有する第１実施形態のマイクロチャネルリアクタでは、各第１導入路２２に導入された第１反応流体と対応する第２導入路２４に導入された第２反応流体とが対応する合流部２６において合流し、その合流した反応流体が反応プレート１４の導入路２２，２４が形成された面から反応流路２８が形成された面側へ向かって合流部２６を流れ、その合流部２６から対応する反応流路２８へ流入する。光源プレート１８が発光して積層体１６内に入射した光は、積層された各反応プレート１４及び各仕切プレート１５を透過しつつ、各反応プレート１４に形成された各反応流路２８に入射する。各反応流路２８に入射した光は、その反応流路２８の内面に担持された光触媒を光励起させてその光触媒に触媒作用を生じさせ、それによってその反応流路２８を流れる反応流体に光化学反応を生じさせる。これにより、各反応流路２８内において、反応流体は下流側へ流れつつ光化学反応を生じる。
【００３５】
この第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタでは、積層体１６を形成する複数の反応プレート１４のそれぞれに反応流路２８が形成されているとともに各反応プレート１４及び各仕切プレート１５が透光性を有する材料によって形成されているため、光源プレート１８から積層体１６内に入射した光は、各反応プレート１４及び各仕切プレート１５を透過しつつ各反応プレート１４に形成された各反応流路２８に入射する。そして、各反応プレート１４に形成された各反応流路２８の内面には、光を受けることで反応流体に光化学反応を生じさせる光触媒が担持されているため、各反応流路２８を流通する反応流体に光化学反応を生じさせることができる。このため、この第１実施形態では、光化学反応による反応流体の処理量を増加させることができる。
【００３６】
また、この第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタでは、光源プレート１８から積層体１６内に入射した光が各反応プレート１４及び各仕切プレート１５を透過しつつ各反応プレート１４に形成された各反応流路２８に入射して反応流体に光化学反応を生じさせるため、光源プレート１８を反応プレート１４及び仕切プレート１５の積層方向に配列された複数の反応流路２８内で光化学反応を生じさせるための光源として共用することができる。このため、光源プレート１８の設置数を削減してマイクロチャネルリアクタをコンパクト化できる。
【００３７】
また、この第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタでは、光源プレート１８が積層体１６の一方の端面上に積層されているので、光源プレート１８の加工の煩雑さを軽減しながら、光源プレート１８から各反応流路２８への光の照射が阻害されるのを防ぐことができる。具体的には、仮に、反応プレート１４及び仕切プレート１５の積層方向における積層体１６の中間部に光源プレート１８が設けられた場合には、その光源プレート１８の厚み方向の両面を互いに平行な平面に形成しなければ、その両面とそれらの面に対してそれぞれ積層される反応プレート１４又は仕切プレート１５との間に隙間が生じ、その隙間によって光源プレート１８から反応流路２８への光の照射が阻害される虞がある。これに対して、この第１実施形態では、光源プレート１８のうち積層体１６の一方の端面に対して積層される一方の面の平面度さえ確保すれば、その積層体１６の一方の端面に対して光源プレート１８を隙間なく接合でき、光源プレート１８から各反応流路２８への光の照射が阻害されるのを防ぐことができる。このため、光源プレート１８の厚み方向の両面を互いに平行な平面に形成する必要がある場合に比べて、光源プレート１８の加工の煩雑さを軽減することができる。
【００３８】
また、この第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタでは、積層体１６の一方の端面を構成する反応プレート１４の外端面に形成された溝４０の開口がその外端面上に積層された光源プレート１８により封止されることによって、その反応プレート１４の反応流体流路２０の第１導入路２２と第２導入路２４とが形成されている。すなわち、光源プレート１８が、溝４０の開口を封止して反応流体流路２０の第１導入路２２及び第２導入路２４を形成するために利用されている。このため、積層体１６の一方の端面を構成する反応プレート１４の溝４０の開口を封止するためのプレートを別途設ける場合に比べて、マイクロチャネルリアクタのコンパクト化及び製造コストの削減を図ることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態によるマイクロチャネルリアクタの構成について説明する。
【００４０】
この第２実施形態によるマイクロチャネルリアクタでは、図７に示すように、光源プレート１８の厚み方向の両面上にそれぞれ積層体１６ａ，１６ｂが設けられており、光源プレート１８がその両面から発光してその両面上に設けられた各積層体１６ａ，１６ｂ内に光をそれぞれ入射させるように構成されている。
【００４１】
具体的に、この第２実施形態では、光源プレート１８の厚み方向の一方側に設けられた一方の積層体１６ａと、光源プレート１８の厚み方向の他方側に設けられた他方の積層体１６ｂとは、それぞれ、反応プレート１４と仕切プレート１５がそれらの厚み方向において交互に積層されることによって形成されている。また、両積層体１６ａ，１６ｂは、互いに同数の反応プレート１４及び仕切プレート１５によって形成されている。すなわち、光源プレート１８は、一方の積層体１６ａと他方の積層体１６ｂとを足し合わせた積層体１６において反応プレート１４及び仕切プレート１５の積層方向における中間部に配置されている。
【００４２】
光源プレート１８の厚み方向の一方の面とその面上に設けられた一方の積層体１６ａとは互いに接合されており、光源プレート１８の厚み方向の他方の面とその面上に設けられた他方の積層体１６ａとは互いに接合されている。光源プレート１８は、その厚み方向の一方の面と他方の面とから略等しい強度で光を略均一に面照射する。光源プレート１８の前記一方の面から発光されて一方の積層体１６ａ内に入射した光は、その一方の積層体１６ａの各反応プレート１４及び各仕切プレート１５を透過しつつ各反応プレート１４に形成された各反応流路２８に入射して反応流体に光化学反応を生じさせる。また、光源プレート１８の前記他方の面から発光されて他方の積層体１６ｂ内に入射した光は、その他方の積層体１６ｂの各反応プレート１４及び各仕切プレート１５を透過しつつ各反応プレート１４に形成された各反応流路２８に入射して反応流体に光化学反応を生じさせる。
【００４３】
この第２実施形態によるマイクロチャネルリアクタの上記以外の構成は、上記第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタの構成と同様である。
【００４４】
この第２実施形態では、上述のように光源プレート１８の両面から発光されてその両面上にそれぞれ設けられた各積層体１６ａ，１６ｂ内に入射する光によって各積層体１６ａ，１６ｂの各反応プレート１４の反応流路２８を流れる反応流体に光化学反応を生じさせることができるため、光化学反応による反応流体の処理量を増加させることができる。しかも、この第２実施形態では、１つの光源プレート１８が、その光源プレート１８の両面側の２つの積層体１６ａ，１６ｂの各反応流路２８で光化学反応を生じさせるための光源として共用されている。このため、光源プレート１８の設置数を削減してマイクロチャネルリアクタをコンパクト化しながら、光化学反応による反応流体の処理量を増加させることができる。
【００４５】
また、光源プレート１８から各積層体１６ａ，１６ｂ内に入射する光は、その各積層体１６ａ，１６ｂの反応プレート１４及び仕切プレート１５を透過するたびに減衰していくが、当該第２実施形態のように光源プレート１８の両面上にそれぞれ積層体１６ａ，１６ｂが設けられていて光源プレート１８がその両面から光を出射する場合には、各積層体１６ａ，１６ｂのうち光源プレート１８から遠い側の端面近傍に達する光の減衰の程度は、仮に両積層体１６ａ，１６ｂを足し合わせた積層数の積層体の一端面上に光源プレートが設けられていてその光源プレートから出射された光がその積層体のうち光源プレートから遠い側の端面近傍に達する光の減衰の程度に比べて、小さくなる。このため、この第２実施形態では、各積層体１６ａ，１６ｂの光源プレート１８から遠い側の端面近傍に位置する反応流路２８でも反応流体に良好な光化学反応を生じさせることができる。
【００４６】
この第２実施形態のマイクロチャネルリアクタによって得られる上記以外の効果は、上記第１実施形態のマイクロチャネルリアクタによる効果と同様である。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、図８〜図１０を参照して、本発明の第３実施形態によるマイクロチャネルリアクタの構成について説明する。
【００４８】
この第３実施形態によるマイクロチャネルリアクタでは、積層体１６が、複数の反応プレート１４と、反応流体の温度を制御するための温調流体を流通させる温調流路３４が形成された複数の温調プレート３２とによって形成されている。具体的には、反応プレート１４と温調プレート３２とがそれらの厚み方向において交互に積層されることによって、積層体１６が形成されている。
【００４９】
各温調プレート３２は、反応プレート１４と同様の透光性を有する材料によって形成されている。また、各温調プレート３２は、反応プレート１４と同様、長方形の略平板状の外形を有する。各温調プレート３２には、複数の温調流路３４（図１０参照）が形成されている。温調流路３４は、反応流体流路２０を流れる反応流体、特に反応流路２８を流れる反応流体の温度を制御するための温調流体を流通させるマイクロチャネル（微細流路）である。温調プレート３２は、図９に示すように、温調プレート第１層３２ａと、温調プレート第２層３２ｂと、温調プレート第３層３２ｃとがこの順番で積層されて互いに接合されることによって形成されている。これら温調プレート第１〜第３層３２ａ〜３２ｃは、上記の透光性を有する材料によって薄板状に形成されている。
【００５０】
温調プレート第１層３２ａ及び温調プレート第３層３２ｃは、平板状の薄板である。温調プレート第２層３２ｂには、当該温調プレート第２層３２ｂの長手方向の一端から他端へその長手方向に沿って直線的に延びる複数の溝４６（図１０参照）が形成されている。各溝４６は、温調プレート第２層３２ｂの厚み方向の両面においてそれぞれ開口している。温調プレート第２層３２ｂの厚み方向の一方の面に形成された各溝４６の開口がその一方の面に接合された温調プレート第１層３２ａによって封止されるとともに温調プレート第２層３２ｂの厚み方向の他方の面に形成された各溝４６の開口がその他方の面に接合された温調プレート第３層３２ｃによって封止されることにより、複数の温調流路３４が形成されている。複数の温調流路３４は、温調プレート３２が反応プレート１４と積層された状態でその反応プレート１４に形成された複数の反応流路２８と各プレート１４，３２の積層方向から見て重なる範囲に設けられている。
【００５１】
また、リアクタ本体２（積層体１６）には、図８に示すように、第１反応流体供給ヘッダ４、第２反応流体供給ヘッダ６及び反応流体排出ヘッダ８に加えて、温調流体供給ヘッダ４８及び温調流体排出ヘッダ５０が取り付けられている。
【００５２】
温調流体供給ヘッダ４８は、各温調プレート３２の長手方向の一方の端部に形成された各温調流路３４の入口を覆うように、リアクタ本体２（積層体１６）の長手方向の一方の端面に取り付けられている。この温調流体供給ヘッダ４８には、温調流体の供給配管４８ａが接続されており、その供給配管４８ａの上流側の端部は、温調流体の供給装置（図示せず）に接続されている。供給装置は、供給配管４８ａ及び温調流体供給ヘッダ４８を通じて各温調流路３４へ温調流体を供給するとともに、その供給する温調流体の温度制御を行う。
【００５３】
温調流体排出ヘッダ５０は、各温調プレート３２の長手方向の他方の端部に形成された各温調流路３４の出口を覆うように、リアクタ本体２（積層体１６）の温調流体供給ヘッダ４８と反対側の端面に取り付けられている。この温調流体排出ヘッダ５０には、温調流体の排出配管５０ａが接続されており、各温調流路３４から温調流体排出ヘッダ５０内へ温調流体が排出されるとともにその温調流体が温調流体排出ヘッダ５０から排出配管５０ａを通じて排出される。
【００５４】
この第３実施形態では、各反応流路２８を流れる反応流体とその反応流路２８に隣接する温調流路３４を流れる温調流体との熱交換により、反応流体の光化学反応の際に生じる発熱又は吸熱によって大きな温度変化が反応流体に生じるのを抑制するように反応流体の温度制御が行われる。これにより、光化学反応を生じる反応流体の温度は、予め設定された温度範囲内で推移し、その結果、意図しない副反応等が生じるのが抑制される。
【００５５】
また、この第３実施形態では、温調プレート３２が反応プレート１４に積層されていることから、仮にマイクロチャネルリアクタの外側に温度制御手段を設けてその温度制御手段によって反応流路を流れる反応流体の温度制御を行うような場合に比べて、よりダイレクトに反応流体の温度制御を行うことができ、光化学反応時の反応流体の温度制御を精密に行うことができる。
【００５６】
また、この第３実施形態では、温調プレート３２が透光性を有する材料によって形成されているので、光源プレート１８から積層体１６内に入射した光が温調プレート３２を透過して各反応プレート１４の反応流路２８に入射する。このため、温調プレート３２によって反応流路２８での反応流体の光化学反応が阻害されるのを回避できる。
【００５７】
この第３実施形態によるマイクロチャネルリアクタの上記以外の構成及び効果は、上記第１実施形態によるマイクロチャネルリアクタの構成及び効果と同様である。
【００５８】
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、また、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を含む。
【００５９】
例えば、上記第２実施形態のマイクロチャネルリアクタにおいて、光源プレート１８の厚み方向両側に設けられた積層体１６ａ，１６ｂを、上記第３実施形態における積層体１６のように反応プレート１４と温調プレート３２とを交互に積層することによって形成してもよい。このような変形例によるマイクロチャネルリアクタのリアクタ本体２の構成が図１１に示されている。この変形例の構成によれば、上記第２実施形態による効果と上記第３実施形態による効果の両方が得られる。
【００６０】
光源プレートは、反応プレートの積層方向における積層体の両端面上にそれぞれ積層されていてもよく、また、積層体の両端面上に加えて反応プレートの積層方向における積層体の中間部にも設けられていてもよい。また、所定数の反応プレートが積層される毎に１つの光源プレートが設けられてもよい。
【００６１】
反応流体流路は、その全ての部分が反応プレートの厚み方向の一方側の板面に沿って形成されていてもよい。このような変形例が図１２に示されている。
【００６２】
図１２に示す変形例では、反応プレート１４は、透光性を有する材料からなる反応プレート第１層３６ａと反応プレート第２層３６ｂとによって形成されている。反応プレート第１層３６ａには、各反応流体流路２０の流路形状に対応した形状を有する複数の溝５４が形成されている。各溝５４は、反応プレート第１層３６ａを厚み方向に貫通している。積層体１６の積層方向の一端面を構成する反応プレート第１層３６ａの一方の面に形成された各溝５４の開口は、その一方の面に積層された光源プレート１８によって封止され、その反応プレート第１層３６ａの他方の面に形成された各溝５４の開口は、その他方の面に積層された反応プレート第２層３６ｂによって封止されている。また、この変形例では、仕切プレートが省略されており、積層体１６は、複数の反応プレート１４のみによって形成されている。これにより、積層体１６の前記一端面を構成する反応プレート第１層３６ａ以外の反応プレート第１層３６では、その厚み方向の一方の面に形成された各溝５４の開口が隣り合う反応プレート１４の第２層３６ｂによって封止されている。以上のように各反応プレート１４の第１層３６ａに形成された各溝５４の開口が封止されることによって、各反応プレート１４に複数の反応流体流路２０が形成されている。
【００６３】
この変形例によれば、仕切プレートが不要であるとともに、各反応プレート１４の厚みを小さくすることができるので、マイクロチャネルリアクタをよりコンパクト化することができる。
【００６４】
なお、この変形例の各反応プレート１４の構成を、上記第２実施形態の積層体１６ａ，１６ｂに適用してもよい。
【００６５】
また、温調流路は、温調プレートの厚み方向の一方の面に開口する溝を反応プレートで封止することによって形成してもよい。このような変形例が図１３に示されている。
【００６６】
この変形例では、温調プレート３２が、透光性を有する材料からなる温調プレート第１層３８ａと温調プレート第２層３８ｂとによって形成されている。温調プレート第１層３８ａには、各温調流路３４の流路形状に対応した形状を有する複数の溝５６が形成されている。各溝５６は、温調プレート第１層３８ａを厚み方向に貫通している。温調プレート第１層３８ａの厚み方向の一方の面に形成された各溝５６の開口がその一方の面に積層された反応プレート１４の第２層３６ｂによって封止され、温調プレート第１層３８ａの厚み方向の他方の面に形成された各溝５６の開口がその他方の面に積層された温調プレート第２層３８ｂによって封止されることにより、複数の温調流路３４が形成されている。この変形例における各反応プレート１４の構成は、図１２に示した積層体１６の各反応プレート１４の構成と同様である。
【００６７】
この変形例によれば、各温調プレート３２の厚みを小さくすることができるので、温調プレート３２を備えるマイクロチャネルリアクタをコンパクト化することができる。
【００６８】
なお、この変形例の反応プレート１４と温調プレート３２の構成を、図１１に示した積層体１６ａ，１６ｂに適用してもよい。
【００６９】
反応プレートに設けられる反応流体流路の構成、すなわち、第１導入路、第２導入路、合流部及び反応流路の形状、位置及び数は、上記実施形態及び変形例で示した構成に限定されず、上記以外の様々な構成を採用することができる。例えば、１つの反応プレートに形成されている反応流路の数は、１つのみであってもよい。
【００７０】
また、温調プレートに設けられる温調流路の構成、すなわち温調流路の形状、位置及び数は、上記実施形態及び変形例で示した構成に限定されず、上記以外の様々な構成を採用することができる。例えば、温調流路は、温調プレートの幅方向に蛇行しながら温調プレートの長手方向の一端から他端へ延びるような形状に形成されていてもよい。
【００７１】
また、本発明は、積層体の一端に位置する反応プレート第１層に形成された溝の開口を光源プレートで封止することによって反応流体流路を形成するものに限定されない。すなわち、積層体の一端に位置する反応プレート第１層と光源プレートとの間に、その反応プレート第１層に形成された溝の開口を封止するための透光性の仕切プレートを介在させてもよい。
【００７２】
また、積層体と光源プレートとは、接着や溶着等によって互いに接合されているものに限定されず、それらの接触面が互いに接触した状態でクランプ部材やねじ止め等によって両者が互いに固定されていてもよい。
【００７３】
また、リアクタ本体２（積層体１６）に取り付けられる上記各ヘッダ４，６，８，４８，５０に関する構造、配置及び個数等は、あくまで一例であり、図示及び上記したものに限定されない。この各ヘッダの構造、配置及び個数等に関しては、熱交換器の分野において従来用いられている既知の様々なヘッダの構造、配置及び個数等を適用可能である。
【００７４】
また、反応プレート第３層１４ｃにおいて各溝４４の両側に位置する部分同士を繋ぐ連結部を各溝４４を横断するように設けてもよい。この連結部は、各溝４４に沿って間隔をおいた所定数の箇所に部分的に設ければよい。また、この連結部は、反応プレート第１層１４ａにおいて各溝４０の両側に位置する部分同士を繋ぐ連結部４１と同様、反応プレート第３層１４ｃの厚みよりも小さい厚みを有するように形成する。
【符号の説明】
【００７５】
１４  反応プレート
１６、１６ａ、１６ｂ  積層体
１８  光源プレート
２０  反応流体流路
３２  温調プレート
３４  温調流路
４０、５４  溝
【図１】
2014223598.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014223598.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014223598.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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