(57)【要約】【課題】  簡単な構成で流体の伝熱制御が容易でありかつ小型に構成することができる平板静止型混合器を提供する。【解決手段】  平板１１，１２，１３が複数枚積層されて構成され、そのうちの少なくとも１つが他の平板と当接する当接面に流路形成用溝３０を備え、前記当接された前記他の平板の当接面および前記流路形成用溝により流体が流動する流路１０が画定される。前記流路形成用溝３０は、層流状態で界面が形成されて流動する流体の界面と交差する方向に前記流体を複数に分流する分割溝３２，３３と前記分割溝により分流された複数の流体を１つの流路に合流させる合流溝３１，３７を備えた分離エレメント３０ａ，３０ｂを備え、前記分割溝の下流側端部３４，３５が前記分割溝を流れる複数の分流流体の前記界面が互いに略平行になるように前記複数の分流流体を合流させた状態で前記合流流路３１，３７と連通する。【選択図】  図６
2006015272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板が複数枚積層されて構成され、そのうちの少なくとも１つが他の平板と当接する当接面に流路形成用溝を備え、前記当接された前記他の平板の当接面および前記流路形成用溝により流体が流動する流路が画定された平板静止型混合器であって、
前記流路形成用溝は、層流状態で界面が形成されて流動する流体の界面と交差する方向に前記流体を複数に分流する分割流路と前記分割流路により分流された複数の流体を１つの流路に合流させる合流流路が形成されるように構成された分離エレメントを備え、
前記分離エレメントは、前記分割流路を流れる複数の分流流体が、その前記界面が互いに略平行になる方向に合流して前記合流流路に流入するように、前記分割流路の下流側端部と前記合流流路とが連通されていることを特徴とする、平板静止型混合器。
【請求項２】
前記分離エレメントを少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの分離エレメントは、前記分流流体が１の分離エレメントの前記合流流路において合流される２つの流体の界面の方向と、他の前記分離エレメントの分割流路において分流される流体分割方向とが交差するように連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の平板静止型混合器。
【請求項３】
前記分離エレメントは、前記分割流路が、前記平板の当接面に沿って延在しかつ上流側端部が１つの供給口を備え、流体の略通過方向に交差する方向に分岐するとともに下流側端部が前記当接面上で前記流体の略通過方向に重なって配置されるように構成され、
前記合流流路が、前記下流側端部の重なり位置から前記平板の厚み方向に延在する１本の流路で構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の平板静止型混合器。
【請求項４】
３枚の平板で構成され、２枚の前記平板の間に位置する平板が、前記分離エレメントを形成する流路形成用溝を両面に備え、第１の面に設けられた前記分離エレメントの合流流路がその厚み方向に貫通し、第２の面に設けられた前記分離エレメントの前記分割流路の前記供給口に連通している構成の流路形成用溝を備えることを特徴とする、請求項３に記載の平板静止型混合器。
【請求項５】
前記分離エレメントを形成する流路形成用溝を片面に備えた２枚の平板で構成され、１の平板に設けられた前記重なり位置と、他の平板に設けられた前記分離エレメントの前記分割流路の供給口とが、その厚み方向に一致するように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の平板静止型混合器。
【請求項６】
前記２枚の平板の間に、１の平板に設けられた前記重なり位置と他の平板に設けられた前記分離エレメントの前記分割流路の供給口とを連通する通路を形成する厚み方向に貫通する貫通穴を設けた第３の平板をさらに備えることを特徴とする、請求項５に記載の平板静止型混合器。
【請求項７】
前記分割流路は、下流側端部が前記流体の略通過方向下流側に位置する側の流路の流路断面積が、他の流路の流路断面積より太くなるように構成されていることを特徴とする、請求項３から６のいずれか１つに記載の平板静止型混合器。
【請求項８】
３枚の平板が積層されて形成され、中間の平板にその厚み方向に貫通させて設けられかつ一つの単一部分と前記単一部分の端点から分岐する分岐部分を有する少なくとも２つの貫通溝と、前記中間の平板を上下方向から挟む第２，第３の平板の前記当接面にそれぞれ設けられかつ１の貫通溝の２つの分岐部分のそれぞれ一方の端部と他の貫通溝の単一部分とを連結する連結溝で前記分離エレメントを形成し、
前記分離エレメントは、前記１の貫通溝の分岐部分と前記連結溝とで形成された分割流路と、前記他の貫通溝の単一部分で形成された前記合流流路で構成され、
前記分割流路は、前記１の貫通溝の分岐位置と他の貫通溝の単一部分上流側端部とを結ぶ軸に対して対称になるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の平板静止型混合器。
【請求項９】
前記貫通溝及び前記連結溝の両端部は、円弧状に成形されていることを特徴とする、請求項８に記載の平板静止型混合器。
【請求項１０】
前記貫通溝及び前記連結溝の両端部に設けられた円弧の直径が、前記貫通溝及び前記連結溝の幅よりも大きく構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の平板静止型混合器。
【請求項１１】
最も外側に位置する平板の外側の表面に、熱媒または冷媒を流通させる伝熱器が設けられていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の平板静止型混合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、高粘度流体などの層流で流れる２つの流体を、分割・再合流を利用して効率よく混合させることができる静止型混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２種類の液体を効率よく混合させるための装置として、静止型混合器が知られている。一般に、静止型混合器は、図１８に示したように複数枚の１８０度捩った捩り板エレメント１０２を互いにその端面１０３，１０４が交差するように円管１０１内に挿入した構造のもの、図１９に示したように円管１１１内に複数流路１１２を持ち、入り口及び出口で流路１１２の位置を相対的に変更させたエレメント１１３を複数個挿入し、流路から流れ出た流体を分割するために、各エレメント１１３の当接部に空間１１４を設けた構造のものが知られている。
【０００３】
図１８に示した静止型混合器は、管路１０１を流れる流体が捩り板エレメント１０２により２つに分割され当該エレメント１０２により１８０度捩られて、次の捩り板エレメント１０２に到達し、次の捩り板エレメントによりさらに２つに分割されるという動作を繰り返すものである。これによりｎエレメントを通過した後には、流体は２ｎに分割、混合される。また、図１９に示したものは、１つの区画１１２により流体が４つに分割され、次の区画１１２に移動するまでの間にその相対位置が変化し、次の区画によりさらに４つに分割されるという動作を繰り返すものである。この静止型混合器を１つのエレメント内で流体が４つに分割されるので、ｎエレメントを通過した場合、４ｎに分割、混合される。このような静止型混合器は、各種の混合操作、乳化・分散効果、物質移動操作、反応操作などに用いられる。
【０００４】
しかし、上記のタイプの静止型混合器は、管路内に複雑な３次元形状のエレメントを挿入した構成となっているため、数センチメートル以上のサイズが必要であり、ミリサイズ以下のミニチュア化、マイクロ化は不可能である。また、高分子反応などのように精密な温度制御が必要とされる場合には、流体単位体積あたりの伝熱面積を大きくとる必要があるが、円管にエレメントを挿入する構造のものでは単位体積あたりの伝熱面積を大きくすることはできない。
【０００５】
また、例えば、特開２００４−１６８７０号公報（特許文献１）は、基板の内部に液体供給ポートから注入した複数種の流体を反応させる反応流路を備えたマイクロリアクターにおいて、反応流路内に流体を蛇行させながら流動させて分散混合させる微細な凹凸面を形成したマイクロリアクターを開示する。
【０００６】
また、特表２００２−５１２２７２号公報（特許文献２）はポリマーの連続製造のための装置を開示しており、当該特許文献２の図２、図３に２種類の反応出発物質を混合させるためのマイクロミキサーが開示されている。このマイクロミキサー３０は、１枚の板を櫛のように何層にも折り返した板状体を立てた状態で備え、２種類の反応出発物質をミキサーの両側から流動させてミキサーの板状体の折り返された隙間（ラメラチャンネル）３１に流入させるとともに、当該板状体の隙間の上下から溢流させて２種類の液体を混合させるものである。
【特許文献１】特開２００４−１６８７０号公報
【特許文献２】特表２００２−５１２２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１にかかるマイクロリアクターは、複数枚の平板を組み合わせた構成であり、小型に構成すること及び単位体積あたりの伝熱面積を大きくすることができそうである。この構成は流路に設けた凹凸により本来層流である流体の流れを乱して、分散混合を促し混合効率を上げることを目的としたものである。しかし、流路に設けた凹凸により本来層流である流体の流れを乱して、種類の異なる流体を分散混合を無理に起こして混合効率を上げることを目的としたものである。層流の状態で流れる流体は少々の凹凸では流れの乱れは大きく期待することができないため、顕著な混合効果を期待することはできない。
【０００８】
また、特許文献２にかかるマイクロリアクターは、その構造から伝熱の制御が困難である。したがって、外乱を受けて流体中に温度ムラが生じた場合には、それによって反応の進行が局所的に異なることになる。このような反応の不均一な進行を解消するためには、複数個の本マイクロリアクターの入り口と出口を直列に連結させて混合促進を図る必要があるが、本マイクロリアクターでは接続部の流路長が混合エレメント部の長さに比べて格段に長いために、効率的な混合を行うことができない。また、流体の流路が細分化されているために、流体流動のために高い圧力が必要となる。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、簡単な構成で流体の伝熱制御が容易でありかつ小型に構成することができる平板静止型混合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の平板静止型混合器を提供する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、平板が複数枚積層されて構成され、そのうちの少なくとも１つが他の平板と当接する当接面に流路形成用溝を備え、前記当接された前記他の平板の当接面および前記流路形成用溝により流体が流動する流路が画定された平板静止型混合器であって、
前記流路形成用溝は、層流状態で界面が形成されて流動する流体の界面と交差する方向に前記流体を複数に分流する分割溝と前記分割溝により分流された複数の流体を１つの流路に合流させる合流溝を備えた分離エレメントを備え、
前記分離エレメントは、前記分割流路を流れる複数の分流流体が、その前記界面が互いに略平行になる方向に合流して前記合流流路に流入するように、前記分割流路の下流側端部と前記合流流路とが連通されている平板静止型混合器を提供する。
【００１２】
平板静止型混合器は、複数枚の平板が積層して、当接面及び流路形成用溝で画定された空間を流路とするものである。流路には、分割溝と合流溝を備えた分離エレメントが設けられており、２以上の複数の流体がその界面を形成した状態で流動する。なお、本明細書において「界面」の語は広く一般的に用いられている、互いに溶け合わない流体の境界を表すのではなく、相互溶解する２つの異なる流体が合流した場合など、当該合流した流体中に存在する濃度ムラの境界部分を意味する。当該分離エレメントは、流体の界面に交差する方向に流体を分割するとともに、合流溝により合流するときに分割された２つの分割流体が分割方向と略直交に重なり、その界面が略平行になるようにする。すなわち、界面と交差する方向に分割された分割流体がその界面が重なるように合流することにより合流流路を流れる流体の濃度ムラの層が薄くなり、複数の流体が混合しやすくなる。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、前記分離エレメントを少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの分離エレメントは、前記分流流体が１の分離エレメントの前記合流流路において合流される２つの流体の界面の方向と、他の前記分離エレメントの分割流路において分流される流体分割方向とが交差するように連結されている第１態様の平板静止型混合器を提供する。
【００１４】
上記態様によれば、１の分離エレメントにより分割、合流された流体を再度界面を分割するように分割、合流することとなり、分離エレメントの数だけ流体が分割されることとなる。よって、分離エレメントを増やすことにより分割・混合の程度を高めることができる。
【００１５】
本発明の第３態様によれば、前記分離エレメントは、前記分割流路が、前記平板の当接面に沿って延在しかつ上流側端部が１つの供給口で構成され、流体の略通過方向に交差する方向に分岐するとともに下流側端部が前記当接面上で前記流体の略通過方向に重なって配置され、
前記合流流路が、前記重なり位置から前記平板の厚み方向に延在する１本の流路で構成されていることを特徴とする、第２態様の平板静止型混合器を提供する。
【００１６】
上記構成において、略通過方向とは、平板静止型混合器に流体が導入され、排出されるまでの間に流体が概ね通過する方向であり、大略流路の延在方向となる。上記のように分離エレメントを構成することにより、流体を分割、合流して流路を流れる流体の層を細分化して混合させることができる。
【００１７】
本発明の第４態様によれば、３枚の平板で構成され、２枚の前記平板の間に位置する平板が、前記分離エレメントを形成する流路形成用溝を両面に備え、第１の面に設けられた前記分離エレメントの合流流路がその厚み方向に貫通し、第２の面に設けられた前記分離エレメントの前記分割流路の前記供給口に連通している構成の流路形成用溝を備える第３態様の平板静止型混合器を提供する。
【００１８】
本発明の第５態様によれば、前記分離エレメントを形成する流路形成用溝を片面に備えた２枚の平板で構成され、１の平板に設けられた前記重なり位置と、他の平板に設けられた前記分離エレメントの前記分割流路の供給口とが、その厚み方向に一致するように構成されている第３態様の平板静止型混合器を提供する。
【００１９】
本発明の第６態様によれば、前記２枚の平板の間に、１の平板に設けられた前記重なり位置と他の平板に設けられた前記分離エレメントの前記分割流路の供給口とを連通する通路を形成する厚み方向に貫通する貫通穴を設けた第３の平板をさらに備える第５態様の平板静止型混合器を提供する。
【００２０】
本発明の第７態様によれば、前記分割流路は、下流側端部が前記流体の略通過方向下流側に位置する側の流路の流路断面積が、他の流路の流路断面積より太くなるように構成されている第３から第６態様のいずれか１つの平板静止型混合器を提供する。
【００２１】
下流側端部が前記流体の略通過方向下流側に位置する側の流路は、流路長が長いので、その流路断面積を大きくすることにより、２つの分割流路間の圧力損失の差を少なくあるいはなくすことができ、分離エレメントに供給された流体を均等に流し分割しやすくなる。
【００２２】
本発明の第８態様によれば、３枚の平板が積層されて形成され、中間の平板にその厚み方向に貫通させて設けられかつ一つの単一部分と単一部分の端点から分岐する分岐部分を有する少なくとも２つの貫通溝と、前記中間の平板を上下方向から挟む第２，第３の平板の前記当接面にそれぞれ設けられかつ１の貫通溝の２つの分岐部分のそれぞれ一方の端部と他の貫通溝の単一部分とを連結する連結溝で前記分離エレメントを形成し、
前記分離エレメントは、前記１の貫通溝の分岐部分と前記連結溝とで形成された分割流路と、前記他の貫通溝の単一部分で形成された前記合流流路で構成され、
前記分割流路は、前記１の貫通溝の分岐位置と他の貫通溝の単一部分上流側端部とを結ぶ軸に対して対称になるように構成されている第３態様の平板静止型混合器を提供する。
【００２３】
上記構成において、第２平板に設けられた貫通溝は分岐部分と単一部分とに区分される。ここで単一部分は、流体が流れ込みその流動方向において単一の流路で構成されている部分であり、分岐部分は、単一部分の端点から２つに分岐した部分を意味する。また、第１及び第３平板に設けられた連結溝は、その下流側端部が貫通溝の単一部分の上流側端部に上下から連結するとともに、上流側端部がそれぞれ分岐部分の一方に連結する。すなわち、貫通溝を流れる流体は、分割流路を形成する分岐部分により２つに分割され、一方が上側に、他方が下側に位置する連結溝を通って流れ、合流流路を形成する単一部分に流動する。すなわち、分割流路は、１の貫通溝の分岐位置と他の貫通溝の合流流路上端部とを結ぶ軸に対して対称になるように構成されている。
【００２４】
このように、流動方向に対し高さが異なりかつ流動方向が屈曲されている流路を流れる流体は、その屈曲方向によって、界面の回転方向が変化する。よって、分割流路を軸対称に構成することにより、２つの分割流路を流れる流体の界面の回転角度が同一になり、上下方向から合流する場合に、界面が略平行となるように合流することができる。
【００２５】
本発明の第９態様によれば、前記貫通溝及び前記連結溝の両端部は、円弧状に成形されている第８態様の平板静止型混合器を提供する。
【００２６】
本発明の第１０態様によれば、前記貫通溝及び前記連結溝の両端部に設けられた円弧の直径は、前記貫通溝及び前記連結溝の幅よりも大きく構成されている第９態様の平板静止型混合器を提供する。
【００２７】
本発明の第１１態様によれば、最も外側に位置する平板の外側の表面に、熱媒または冷媒を透過させる伝熱器が設けられている第１から第１０態様のいずれか１つの平板静止型混合器を提供する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、流体をその界面方向に交差する方向に複数に分割するとともに、その分割方向に交差する方向、すなわち、界面が略平行になるように分割された流体を合流させるため、流体中の界面が増え、すなわち、界面で区切られた流体の層が薄くなるように流動する。したがって、流体が分離エレメントを通過する場合に複数の流体がより多くの界面で接触し、複数の流体が混合される。したがって、分離エレメントを通過することにより、流体の層が薄くなり、流体を静的に混合することができる。
【００２９】
本発明にかかる平板静止型混合器は、流路を複数の平板の当接面に設けられた溝により画定する空間で形成することとしているため、その構成が簡単であり、また、流路の形状をそのままにして相似型にスケールを拡大・縮小することができる。よって、マイクロミキサー、マイクロリアクターから通常の平板熱交換器に組み込んだ反応器まで、広範囲のスケールの混合器、反応器として使用することができる。
【００３０】
また、平板に設けた溝により形成された流路は、流体単位体積あたりの伝熱面積を大きくすることができ、当該平板を通して流体の伝熱制御を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の各実施形態に係る平板静止型混合器について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる平板静止型混合器の外観を模式的に示した斜視図である。図１の平板静止型混合器１は、３枚の平板１１，１２，１３が積層するように組み合わさっており、混合する対象である第１及び第２流体がそれぞれ導入される第１及び第２導入管１４，１５と、第１及び第２流体が混合された混合物が排出される排出管１６を備えている。第１及び第２導入管１４，１５を通って導入された第１及び第２流体は、統合されて界面を有する層流となって通過方向に向かって流れ、３枚の平板１１，１２，１３の当接面に設けられた流路１０を通る間に混合されて排出管１６から排出される。
【００３３】
本実施形態にかかる平板静止型混合器により混合される流体としては、従来の静止型混合器を用いて混ぜていた流体はすべて処理対象液となる。また、熱交換によって加温し液粘度を低下させた状態で混合を行うことができるので、従来に比べて高粘度の液の混合が可能となる。
【００３４】
図２は、図１の平板静止型混合器の流路構造を示す分解斜視図である。平板静止型混合器１は、第２平板１２の両面に設けられた流路形成用溝３０と第１平板１１の下側表面及び第３平板１３の上側表面との間で画定された領域を流体を流動させるための流路として形成されている。第１から第３平板１１，１２，１３は、すべて同じ外径寸法を有する樹脂製の平板であるが、平板の材質は特に限定されるものではない。収縮性のある樹脂を用いた場合には、それ自身がパッキン材となって液の漏洩が防止できる。また、密着性のある材質であれば、その材質は特に限定されるものではなく、例えば、平板ごとに材質を変更してもよい。
【００３５】
第１平板１１は、第１及び第２導入管１４、１５に連通し、第２平板１２に設けられた流路形成用溝３０に流体を導くために、第１平板を貫通する供給口１７、１８と、混合された流体を流路形成用溝３０から排出管１６に導くために第１平板を貫通する排出口１９とを備える。第１平板１１には流路形成用溝が形成されておらず、その下側表面１１ｂと第２平板１２の上側表面１２ａとが当接して、第２平板１２の上側表面１２ａに設けられている流路形成用溝とで流路１０を画定する。
【００３６】
第３平板１３には、流路形成用溝が形成されておらず、その上側表面１３ａと第２平板１２の下側表面１２ｂと当接して、第２平板１２の下側表面１２ｂに設けられている流路形成用溝とで流路１０を画定する。
【００３７】
第２平板１２は、その両面に流路形成用溝３０を備え、流路１０の大部分を画定するものである。図３Ａ、図３Ｂに第２平板に設けられている流路形成用溝の構成を示す。第２平板１２は、図３Ａに示すようにその上側表面１２ａに流体の導入溝２０と分離エレメント３０ａと排出溝４０とを備える。また、図３Ｂに示すように、第２平板１２の下側表面１２ｂには、分離エレメント３０ｂが形成されている。これらの溝はいずれも第２平板１２の厚み方向に貫通せず、第２平板１２の厚み寸法の略半分以下の深さを有する溝である。
【００３８】
導入溝２０は、２つに分かれた上流側溝２１と上流側溝２１が途中で合流する合流溝２２とを備えたＹ字形状の溝であり、その上流側端部２３が第１平板の導入口１７、１８に連通する。合流溝２２の下流側端部には、第２平板１２の裏面にまで貫通する貫通穴２４が設けられている。
【００３９】
分離エレメント３０ａは、下流側両端が流体の略通過方向に並ぶように配置された渦巻き状の略環状（すなわち、σ又は６のような形状であって、流路の端部が他の部分と合流しないような形状）の溝で形成されており、裏面まで貫通した貫通穴３１から流体が供給され、略通過方向に直交する方向に分割して流れるように形成された流路形成用溝である。分離エレメント３０ａは、第２平板１２の上側表面に５つ設けられており、流体の略通過方向に配列されている。
【００４０】
排出溝４０は、その上流側端部に設けられた貫通穴４１から流体が導入された１本の流路形成用溝であり、下流側端部４２は、第１平板の排出口１９に連通する。
【００４１】
第２平板１２の下側表面１２ｂに設けられた分離エレメント３０ｂは、上側表面１２ａに設けられた分離エレメント３０ａと略同じ形状（同一形状、あるいは流通方向軸を対称軸として左右反転させた形状）である。第２平板１２の下側表面１２ｂには分離エレメント３０ｂが６つ設けられており、流体の略通過方向に配列されている。もっとも上流側に設けられている分離エレメント３０ｂは、導入溝２０の下流側端部に設けられている貫通穴２４と連通している。また、もっとも下流側に設けられている分離エレメントは、下流側両端の重なり位置が、排出溝４０の上流側端部に設けられた貫通穴４１と連通する。
【００４２】
上側表面及び下側表面に設けられた合計１１個の分離エレメント３０ａ，３０ｂは、１の表面に設けられた分離エレメントの下流側端部の重なり位置が、他の表面に設けられた分離エレメントの供給口と連通する貫通穴によって１つの流路を形成するように連通する。すなわち、導入溝２０に導入された流体は、その下流側端部に設けられている貫通穴２４を通って下側表面１２ｂに設けられた最上流側の分離エレメント３０ｂに導入され、その後上側表面１２ａに設けられた分離エレメント３０ａと下側表面１２ｂに設けられた分離エレメント３０ｂとを交互に流動して、下側表面の最下流側の分離エレメントの下流側端部の重なり位置から貫通穴４１を通って排出溝４０に連通し、排出口１９から平板静止型混合器１の外部へ排出される。
【００４３】
図４に第２平板１２に設けられた分離エレメントの構成を示す。図４は、第２平板を上側表面からみた平面図であり、上側表面１２ａに設けられた分離エレメント３０ａは視認することができるが、下側表面１２ｂに設けられた分離エレメント３０ｂは、視認することができないため、破線によりこれを示している。分離エレメントは、流体の供給口３１と、供給口から流体の略通過方向に直交する方向に延在する分離流路３２，３３とを備える。分離流路は、その下流側端部領域が流体の略通過方向に並ぶよう屈曲している。略通過方向に並ぶ下流側端部領域は、裏面側の分離エレメントの供給口３１に連通し、分割流路により分割された流体が合流して１つの供給口にその界面を大きく乱すことなく流入する。
【００４４】
裏面の分離エレメントでは、その１つ上流の分離エレメントの下流側端部領域の重なり部分により形成された界面と直交する方向に流体を分割し、当該分割流路の下流側端部領域において当該流体の界面を乱すことなく合流して供給口３１に流入する。
【００４５】
図５Ａ，図５Ｂに分離エレメントにより形成される流路の具体的構成について説明する。上述のように、分離エレメントは、第２平板１２の両面に第２平板の厚み方向に貫通しないように設けられた流路形成用溝で構成されており、当該分離エレメントにより形成される流路は、図５Ｂにしめすように形成される。図５Ａ，図５Ｂは、３つの分離エレメントにより形成される流路の構成を示す斜視図である。すなわち、上側表面１２ａに設けられた分離エレメントとの分割流路の重なり領域と下側表面１２ｂに設けられた分離エレメントの供給口３１は、第２平板の厚み方向に連続して形成される。また、図５Ａに示したように第２平板の厚み寸法に対して分離エレメントの溝の深さは２分の１以下であるので、２つの分離エレメントの間に第２平板の厚み方向に延在する流路３７を形成して、２つの分離エレメントを連通させる。以下、説明の便宜のため、図５Ａを用いて２つの分離エレメントにより形成される流路について説明する。
【００４６】
分離エレメントは、流体が導入される供給口３１の直径と略同じ幅であり、供給路から流体の略通過方向に対して垂直方向に延在する２つの分割流路３２，３３を備える。分割流路３２，３３は、その下流側端部３４，３５が流体の略通過方向に重なるように屈曲し、互いに混流しないように間に仕切り壁３６を備える。分割流路３２，３３は、図５Ｂにおいて右側の流路３３が流体の流動距離が長くなるため、その幅寸法Ｌ２が左側の流路３２の幅寸法Ｌ１よりも大きく構成されており、供給口３１から供給された流体が略均等に双方の分割流路３２，３３に流動するように圧力損失が略等しくなるように形成されている。分割流路の幅（Ｌ１又はＬ２）対深さ（Ｈ１）は、供給口３１の直径をＤとすると、Ｈ１：Ｄが３：４〜５：４程度、Ｌ１：Ｈ１が３：４〜１：１、Ｌ２：Ｈが１：３〜２：３程度が好ましい。本実施形態では、Ｈ１／Ｄが１．０，Ｌ１／Ｈ１が０．８５，Ｌ２／Ｈが０．５となるように、流路寸法を設計した。
【００４７】
分割流路の下流側端部３４，３５が近接した２つの分割流路は、第２平板の厚み方向に延在する１つの流路３７に連通する。上述のように分割流路の下流側端部は、流体の略通過方向に並ぶように配置されるため、分割流路３２，３３により分割された流体はその界面が流体の略通過方向に並んで厚み方向流路３７を通り、下側表面１２ｂに設けられた分離エレメント３０ｂの供給口３１に流体が供給される。
【００４８】
下側表面１２ｂに設けられた分離エレメントは、流体の略通過方向に直交する方向に流体を分割して流動させる。その結果、上側表面１２ａの分割流路の下流側端部３４，３５で流体の略通過方向に並ぶように合流した流体の界面に対して直交する方向に分割される。
【００４９】
図５Ａ，図５Ｂの分離エレメントにより流体が分割、混合される原理を図６により説明する。図６は、第２平板１２ｂを下側表面からみたときの拡大図である。第２平板１２の上側表面に設けられた導入溝２０の上流側端部から供給された相互溶解性のある２種類の流体（図６では、流体の種別を明確にするために一方に斜線を付して区別することとする。）は、層流状態で導入溝２０を流動し、互いに混ざることなく最上流側の分離エレメント３０ｂに導入される。
【００５０】
最上流側の分離エレメントでは、導入された流体の界面に対して直交するように分割流路３２，３３が延在しているので、理想的には、図６において下側の分割流路３２に流体Ａが流動し、図６において上側の分割流路３３に流体Ｂが流動する。２つの流体は、分割流路を通り、下流側端部において流体の略通過方向に並び厚み方向流路３７に導入される。両流体は層流で流動しているため、分割流路の下流側端部の並び方向により決定される流体間の界面を乱すことなく２層の状態で流路３７を透過し、上側表面１２ａに設けられた分離エレメント３０ａの供給口３１に到達する。すなわち流体層の配列の向きが変更される。
【００５１】
上側表面１２ａに設けられた分離エレメント３０ａでは、流体の界面に直交するように流体を分割して界面を乱すことなく層流状態で流体を流動する。同様に分割流路の下流側端部では、流体が略通過方向に４層に並んで流路３７に導入されるため、さらに分離エレメント３０ａにおいて流体が２分割されたこととなる。すなわち、導入溝２０からみて流体は２分割されたこととなる。
【００５２】
同様に上側表面１２ａに設けられた分離エレメント３０ａを通過した流体は、下側表面１２ｂに設けられた２番目の分離エレメントでその界面に直交するように分割され、下流側端部で流体の略通過方向に合流される。この分離エレメントにおいて流体はさらに２分割されるため、その流路３７を透過する流体は８層の状態で流動することとなる。すなわち、導入溝２０からみて流体は４（＝２２）分割されたこととなる。
【００５３】
このようにして第２平板に設けられた分離エレメントを通過するごとに流体は２分割されることとなり、ｎ個の分離エレメントを通過した流体は２ｎ−１の層に分割する。
【００５４】
このように、本実施形態にかかる平板静止型混合器は、複数が直列に接続して直線状に配置された分離エレメントを流体が通過する間に、分離統合を繰り返すことによって２つの流体を混合することができる。
【００５５】
なお、変形例として、分離エレメントが必ずしも直線上に直列には位置されている必要はなく、例えば、図７Ａ，図７Ｂのように配列してもよい。具体的には、図７Ａの変形例では、複数の分離エレメントを直列に接続した分離エレメントの列が、蛇行して屈曲した状態に配置され、図の左上に設けられた導入溝２０から２種類の流体が供給され、当該分離エレメントを通過して図の右下に設けられた排出溝４０を通って流体が外部へ排出する。このように蛇行して設けられた分離エレメントの列を用いることにより、多数の分離エレメントを設けることができ、混合しにくい２つの流体を混合させることができる。
【００５６】
図７Ｂの変形例では、直列に連結された分離エレメントの列が４本並列に設けられている。４本の分離エレメントの列に異なる種類の流体をそれぞれ供給する導入溝が平板の両面にそれぞれ設けられている。すなわち、上記例のように同じ面に導入溝を設けると、それぞれの流体を分離エレメントの列に供給するまでの間に導入溝が交差するため、これをさけるために、それぞれの種類の液体を平板の両面に設けた導入溝により４つの分離エレメントの列にまで連通させたものである。
【００５７】
また、本実施形態にかかる平板静止型混合器の別の変形例としては、図８に示すような構造としてもよい。図８に示した平板静止型混合器２は、２枚の平板５４，５５で構成されている。２枚の平板には、それぞれ片面に流路形成用溝３０が設けられており、他の平板との接合面とで囲まれた空間を流体の流路として形成される。
【００５８】
第１平板５４は、上側表面５４ａには流路形成用溝は設けられておらず、下側表面に導入溝２０ｄ、分離エレメント３０ａ、排出溝４０ｄが設けられている。また、第２平板５５には、上側表面５５ａに分離エレメント３０ｂが設けられており、下側表面には流路形成用溝は設けられていない。第１及び第２平板に設けられている分離エレメントは、図５Ａなどに示された分離エレメントと大略同じ構成であるが、本変形例の分離エレメントは、流体が分離エレメントを形成する溝の底側から供給される構成ではなく、溝の開放側から供給されるように構成されているため、供給口としての開口が設けられていない。
【００５９】
第１平板５４及び第２平板５５に設けられている分離エレメントは、両平板が積層された時に、導入溝２０ｄの下流側端部と第２平板５５の最上流側分離エレメント３０ｂの分割流路の中央部分が当接するように配置される。また、一方の平板の分離エレメント３０ａの分割流路の中央部分と、他方の平板の分割流路の下流側端部の重なり部分とが対応するように配置される。また、第２平板５５の最下流側の分離エレメントの分割流路の下流側端部の重なり部分と排出流路の上流側端部とが当接するように配置される。
【００６０】
このように第１及び第２平板５４，５５の流路形成用溝が互いに対向するように２枚の平板を重ねることにより、導入溝２０ｄから排出溝４０ｄまでが連通した流路として形成され、当該流路に流体を流すことによって流体が混合する。
【００６１】
次に、図８Ａの平板静止型混合器のさらなる変形例として、図８Ｂに示すような構成の平板静止型混合器について説明する。図８Ｂに示す平板静止型混合器は、図８Ａに示したものと大略同じであるが、３枚の平板で構成されており、中央の中間平板５６が、パッキンとして設けられている点が異なる。すなわち、図８Ａに示した第１平板５４，第２平板５５と略同じ構成の平板の間に、第１平板５４，第２平板５５に設けられた流路形成用溝同士の対向部分に円形の貫通穴３８を備えた中間平板５６を設けた構成である。
【００６２】
図８Ｂにかかる平板静止型混合器は、中間平板５６がパッキンとして機能するため、第１及び第２平板５４，５５の当接面の間から流体が漏れ出すことを防止することができる。よって、例えば、高圧で流動させる必要がある流体などを、効果的に混合させるような場合に好適に使用することができる。また、分解掃除が容易であり、第１平板５４、第２平板５５を伝熱面とする場合には、それらの板に流路形成用溝が設けられているので、高い熱交換速度を得ることができ、かつ流体温度の均一化も容易である。
【００６３】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態にかかる平板静止型混合器について説明する。図９は、本発明の第２実施形態にかかる平板静止型混合器の外観を模式的に示した斜視図である。図９の平板静止型混合器４は、３枚の平板６１，６２，６３が積層するように組み合わさっており、混合する対象である第１及び第２流体がそれぞれ導入される第１及び第２導入管６４，６５と、第１及び第２流体が混合された混合物が排出される排出管６６を備えている。第１及び第２導入管６４，６５を通って導入された第１及び第２流体は、統合されて界面を有する層流となって通過方向に向かって流れ、３枚の平板６１，６２，６３の当接面に設けられた流路１０を通る間に混合されて排出管６６から排出される。第１から第３平板６１，６２，６３は、すべて同じ外径寸法を有する平板である。平板の材質は特に限定されるものではなく、当接面の密着性が確保できるものであれば樹脂、金属、ガラスなどが使用できる。また、平板ごとに材質を変更してもよい。
【００６４】
図１０は、図９の平板静止型混合器４の流路構造を示す分解斜視図である。平板静止型混合器４は、第１平板６１の下側表面に設けられた連結溝８１、第３平板６３の上側表面６３ａに設けられた連結溝８２、第２平板６２に厚み方向に貫通したＹ字形の貫通溝８０（以下、Ｙ字形溝と略記する。）及び排出溝７８との間で画定された領域を流体を流動させるための流路１０ｆとして形成する。なお、後述するように第１から第３平板に設けられたそれぞれの溝は、その対応部分において円形の流路を形成しやすいようにすべての端部が円弧状に構成されている。
【００６５】
第１平板６１には、図１１Ａに示すように、第２導入管６５に連通し、第２平板６２に設けられたＹ字形溝８０に流体を導くための第１平板を貫通する供給口６７と、混合された流体を排出溝７８から排出管１６に導くために第１平板を貫通する排出口６９とが設けられている。また、上述のように第１平板６１の下側表面には連結溝８１が形成されており、第２平板に設けられた２つのＹ字形溝８０を連結する。連結溝８１は、分離エレメントの分割流路の一部として機能するものである。
【００６６】
第３平板１３には、図１１Ｃに示すように、第１導入管６４に連通し、第２平板６２に設けられたＹ字形溝８０に流体を導くための、第３平板を貫通する供給口６８が設けられている。また、上述のように第３平板６３の上側表面６３ａには連結溝８２が形成されており、第２平板に設けられた２つのＹ字形溝８０を連結する。連結溝８２は、分離エレメントの分割流路の一部として機能するものである。
【００６７】
第２平板６２は、図１１Ｂに示すように、厚み方向に貫通して形成された４つのＹ字形溝８０と排出溝７８とを備える。流路形成用溝８０は、流路の断面積が略正方形になるように構成され、いずれも同じ方向に直線状に並んで配列されている。Ｙ字形溝８０は、その形状から、流体が供給される経路であって分岐部分までの単一部分８５（Ｙの文字の縦軸部分に相当）と、単一部分から分岐した２つの部分である分岐部分８６（Ｙの文字の斜めに延在する部分）とを備える。単一部分と２つの分岐部分との隣接した２つの溝がそれぞれなす角度は１２０゜となるように構成されている。
【００６８】
分岐部分８６は、流体を２つに分離する分離エレメントの分割流路の一部として機能するものであり、単一部分８５は分割流路から合流した分流流体を合流して流す合流経路として機能するものである。最も上流側に設けられたＹ字形溝の単一部分８５の上流側端部８３は、第１及び第３平板６１，６３に設けられた供給口６７，６８と対応する位置に設けられる。上流側端部８３から供給された流体は、単一部分８５に沿って流れ、途中で分岐部分８６により２つに分割される。分岐部分８６の下流側端部８４は、それぞれ第１平板６１に設けられた連結溝８１の上流側端部８１ａと、第３平板６３に設けられた連結溝８２の上流側端部８２ａと対応する位置に設けられる。すなわち、流体は分岐部分から第１平板６１に設けられた連結溝８１と第３平板に設けられた連結溝８２に導入される。
【００６９】
また、第１平板に設けられた連結溝８１と第３平板に設けられた連結溝８２の下流側端部８１ｂ，８２ｂは、次のＹ字形溝８０ａの上流側端部８３ａと対応する位置に設けられる。
【００７０】
排出溝７８は、その上流側端部７８と第１平板に設けられた最下流側の連結溝８１ｆと第３平板に設けられた最下流側の連結溝８２ｆの下流側端部と対応する位置に設けられた１本の溝であり、下流側端部７８ｂは、第１平板６１の排出口６９に連通する。
【００７１】
なお、本実施形態にかかる平板静止型混合器は、各平板６１，６２，６３の当接面の間に配置され各平板６１，６２，６３と同じ外径寸法のパッキン７０，７２を備える。第１パッキン７０は、図１１Ｄに示すように、第１平板６１の下側表面６１ｂと第２平板の上側表面６２ａとの間に設けられ、第１平板６１と第２平板６２とに設けられた２つの溝が重なる部分に円形の貫通穴７１を備える。第２パッキン７２は、図１１Ｅに示すように、第２平板６２の下側表面６２ｂと第３平板の上側表面６３ａとの間に設けられ、第２平板６２と第３平板６３とに設けられた２つの溝が重なる部分に円形の貫通穴７３を備える。第１及び第２パッキンに設けられた貫通穴は、後述するように流体が流れる流路の一部を形成する。
【００７２】
図１２に第１から第３平板が積層された時に形成される流路構成を示す。図１２では、説明の便宜のため、パッキン７１，７２により形成される流路については記載を省略している。流体は、流路８１及び８２を通って流路８０に供給され、流路８０の途中で左右方向に分岐した流路８６により分割される。また、分岐した分割流路の下流側端部８４は、流路８１，８２に連通し、分割された流体が上下方向から合流して１つの下流側の流路８０ｂに供給される。
【００７３】
本実施形態の平板静止型混合器４は、３次元屈曲流路内の流体界面回転を利用したものである。図１３Ａ及び図１３Ｂは、３次元屈曲流路内の流体界面回転について説明する図である。なお、図１３Ａ、図１３Ｂにおいて、出口流路９２の断面は紙面方向奥行きに流れる流体の断面である。図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、矩形断面を持つ入り口流路９０とそれから進行方向９４に向かって右側に角度をα回転した方向９５に延在する矩形断面の出口流路９２があり、これらの２つの流路は高さ方向に異なった位置に設けられ、垂直な円形流路９１で接続されている３次元屈曲流路について、界面を有する流体を流したとき、その界面の角度が変更する。すなわち、図１３Ａに示すように、入り口流路９０に対して出口流路９２が高い位置にある場合は、直線状の界面を有する流体を入り口流路９０から流した場合、出口流路９２では、その界面は流体のレイノルズ数が約２以下では右方向にα度傾いて流動する。
【００７４】
一方、図１３Ｂに示すように入り口流路９０に対して出口流路９２が低い位置にある場合は、直線状の界面を有する流体を入り口流路９０から流した場合、出口流路９２では、その界面は流体のレイノルズ数が約２以下では左方向にα度傾いて流動する。
【００７５】
本実施形態にかかる平板静止型混合器４は、図１３Ａ，図１３Ｂに示すように、分離エレメントとして、２つの正方形溝流路が円形流路で連結されている流路において、液面界面が流路断面に対して相対的に回転すること及び流路の分割と重ね合わせを異なる方向から行うことによって流体の２分割混合を連続的に行うものである。すなわち、上下方向に並んで配置された供給口６７，６８からそれぞれ導入された流体は、図１４に示すように、水平方向に延在する界面を備えた流体として第２平板に設けられた流路８５を流れる。流路８５は、途中で水平方向に２つに分岐しているので、流体の界面に直交するように流体が分割され、流路８６を流動する。
【００７６】
図１４において、奥に位置する分岐部分８６ａでは、分岐部分８６ａと上位に存在する第１平板６１に設けられた連結溝８１とは、パッキン７０に設けられた貫通穴７１によって形成された円形通路８８ａを上向きに通り、進行方向右向きに１２０度屈曲している。よって、連結溝８１を流れる流体は、進行方向に対して右向きに１２０度回転する。
【００７７】
そして、連結溝８１に対して下位に存在する下流側の単一部分８５ｂに流動するときに、流体は、パッキン７０に設けられた貫通穴７１によって形成された円形通路８９ａを下向き通り、その進行方向は左向きに６０度屈曲されるので、界面が進行方向に対して右向きに６０度回転する。すなわち、１つの分離エレメントの分割流路を通過する間に、１８０度界面が回転して、合流流路８５ｂに連通することとなる。
【００７８】
一方、図１４において手前に位置する分岐部分８６ｂでは、分岐部分８６ｂと下位に存在する第３平板６３に設けられた連結溝８２とは、パッキン７２に設けられた貫通穴７３によって形成された円形通路８９ｂを下向きに通り、進行方向左向きに１２０度屈曲している。よって、流路８１を流れる流体は、進行方向に対して右向きに１２０度回転する。
【００７９】
そして、連結溝８１に対して上位に存在する下流側の単一部分８５ｂに流動する場合は、流体は、パッキン７２に設けられた貫通穴７３によって形成された円形通路８８ｂを上向きに通り、その進行方向は右向きに６０度屈曲されるので、進行方向に対して右向きに６０度回転する。すなわち、１つの分離エレメントの分割流路を通過する間に、１８０度界面が回転して、合流流路８５ｂに合流することとなる。
【００８０】
このように界面が１８０度回転した２つの流体が単一部分８５ｂの上流側端部で上下方向から合流するので、単一部分８５ｂを流れる流体は、３つの界面を有する４層の流体として流動する。すなわち、１つの分離エレメントを通過することにより流体は２つに分割、合流されるので、ｎ個の分離エレメントを通過すると２ｎ分割されることとなる。
【００８１】
このように、本実施形態にかかる平板静止型混合器は、直線状に配置された分離エレメントを流体が通過する間に、分割・合流を繰り返すことによって２つの流体を混合することができる。
【００８２】
また、流路形成用溝を設ける場合、第２平板については、Ｙ字形溝を打ち抜くことにより容易に製造することができ、また、第１及び第３平板については、連結溝が１本の直線的な形状であるため容易に製造できる。よって、平板静止型混合器を簡単に製作することができる。
【００８３】
本実施形態にかかる平板静止型混合器の変形例として、図１１Ｄ，図１１Ｅのパッキン部を省略することも可能である。その場合、Ｙ字形溝の下流端８６ａと連結溝８１の上流端の当接部断面が円形とならない。また、連結溝８１と下流のＹ字形溝との当接部断面も円形とならない。同様に、上流側Ｙ字形溝の一方の下端８６ｂと連結溝８２の当接断面、連結溝８２と下流Ｙ字形溝との当接断面も円形とならない。この場合、上記３つの当接断面の中で少なくともＹ字形溝の両下端と連結溝８１，８２の上流端の溝の部分を溝の幅より大きい直径を有する円弧状に構成すると、流路の曲がり角と流体界面の回転角との前記関係を概ね維持することができる。
【００８４】
なお、本実施形態にかかる平板静止型混合器の変形例として、図１５に示すように、それぞれの平板に設けられた各溝の対応部分の流路をより断面円形に形成するために、少なくとも一部の流路形成溝の端部を溝の幅より大きい直径を有する円弧状に構成してもよい。
【００８５】
図１５の例では、Ｙ字形溝の分岐部分８６と単一部分８５及び連結溝８１、８２のそれぞれの端部に溝幅Ｄ１よりも大径Ｄ２を有する円弧部分７４〜７７が設けられている。このように流路形成溝の端部に円弧部分を設けることにより、流路のつなぎ目部分において、２つの断面矩形状の流路のつなぎ目部分に断面円形の流路が形成されやすくなり、３次元屈曲流路内の流体界面回転がより確実に行われやすくなる。なお、円弧部分７４〜７７の直径寸法は、溝幅Ｄ１に対して１．２〜１．５程度にすることが好ましい。
【００８６】
また、貫通溝は、Ｙの縦軸のように単一部分８５が必ずしも直線的に構成されている必要はなく、例えば屈曲して延在するものであってもよい。例えば、単一部分がＬ字形に屈曲して設けられているような場合、連続する分離エレメントを流動する流体は、屈曲した略通過方向に流れ、平板上に屈曲した略通過方向を有する流路を形成することができる。
【００８７】
本実施形態にかかる平板静止型混合器は、平板を組み合わせて流路を形成するように構成しており、流体単位体積あたりの伝熱面積を大きくすることができるので、外側に位置する平板に熱交換器を当接することにより、流路を流れる流体の温度管理を高精度に行うことができる。この構成としては、図１６に示すように、３つの熱交換器９６ａ，９６ｂ，９６ｃの間に２つの平板静止型混合器６を設置し、平板静止型混合器６の外側面に熱交換器が当接する。
【００８８】
熱交換器９６ａ，９６ｂ，９６ｃは、冷媒・熱媒を供給口９７から送り排出口９８から排出するものである。平板静止型混合器６と、その外側面と接触している熱交換器の伝熱盤との間で熱交換を行う。
【実施例】
【００８９】
図２及び図１０に示す第１及び第２本実施形態にかかる分離エレメント構造を有する平板静止型混合器を作成し、２つの流体の混合実験を行った。
【００９０】
実験に用いた流体は７５重量％のグリセリン水溶液を用い、一方にヨウ素を加えて褐色に着色し、他方にチオ硫酸ナトリウムを加え無色透明のものとした。２つの流体が混合すると下記の反応により液体が脱色するため、混合したかどうかについて視認することができる。２つの流体は、密度が１３６０ｋｇ／ｍ３、粘度が２４．６ｍＰａ・ｓであり、２ｍｌ／ｍｉｎで流動させ、レイノルズ数が１．８となるように流動させることとした。
【００９１】
【化１】
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【００９２】
図２に示す分離エレメント構造を有する混合器は、第１平板及び第３平板を透明なアクリル板で作成するとともに、流路形成用溝が形成された第２平板を白色のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂テフロン（テフロン：登録商標）を用いて作成した。厚さ３ｍｍの第２平板の両面に形成された分離エレメントは直列に連結させ、その寸法としては、１つの分離エレメントの略通過方向寸法が、概ね１ｍｍ、流路幅がＬ１が０．８５ｍｍ、Ｌ２が０．５ｍｍ、溝深さＨ１は１ｍｍである。よって、Ｌ１／Ｈ１が０．８５、Ｌ２／Ｈ１が０．５となる。
【００９３】
層流で流れる流体は、最も上流側に設けられた分離エレメントに導入されるまでは、２つの層に分かれて流動し、分離エレメントにより分割・合流を繰り返される。分離エレメントを通過するに伴い、徐々に褐色が薄く変化した。流体が１０個目の分離エレメントに導入された状態では、ほぼ無色透明の流体となり、両流体が完全に混合されたことが視認された。
【００９４】
また、同様に、図１０に示す分離エレメント構造を有する混合器は、第１平板及び第３平板を透明なアクリル板で作成するとともに、流路形成用溝が形成された第２平板を白色のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂を用いて作成した。厚さ１ｍｍの第２平板に貫通して形成されたＹ字形溝は、１つの分離エレメントの略通過方向寸法が、概ね単一部分の溝長さが２ｍｍ、分岐部分の溝長さが２ｍｍ、流路幅が１ｍｍとした。また、第２平板の両面に厚みパッキンを設けその厚みの円形通路を形成させた。第１及び第３平板に設けられた連結溝は、流路幅１ｍｍで、溝深さが１ｍｍとした。
【００９５】
層流で流れる流体は、最も上流側に設けられた分離エレメントに導入されるまでは、２つの層に分かれて流動し、分離エレメントにより分割・合流を繰り返される。分離エレメントを通過するに伴い、徐々に褐色が薄く変化した。流体が、１０個目の分離エレメントに導入された状態では、ほぼ無色透明の流体となり、両流体が完全に混合されたことが視認された。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態にかかる平板静止型混合器は、複数の平板の表面に流路形成用溝を形成して、積層させることにより流体を混合させるものであり、簡単な構成とすることができる。したがって、製作が容易であり、製造コストなどを抑えることができる。また、その流路の構成より、大型の混合器としても、マイクロリアクターに用いられるようなマイクロミキサーとしても好適に用いることができる。
【００９７】
また、流体の混合性能も上記の通り、高効率で行うことができ、また、流体単位体積あたりの伝熱面積を大きくすることができるので、流路を流れる流体の温度管理が容易である。
【００９８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００９９】
本発明にかかる平板静止型混合器は、複数枚の流路を積層してその接合面及び溝により画定された領域に流体を流す流路を形成するものであって、当該流路は、層流状態で界面が形成されて流動する流体の界面と交差する方向に前記流体を複数に分流する分割溝と前記分割溝により分流された複数の流体を１つの流路に合流させる合流溝を備え、分割溝の下流側端部が分割溝を流れる複数の分流流体の界面が互いに略平行になるように複数の分流流体を合流させた状態で合流流路と連通するように構成されているものである。したがって、積層する平板の数及び溝を形成する平板などは、適宜変更して、上記分離エレメントを備えた流路を形成することができる。すなわち、３枚の平板で構成され、第２平板に流路形成用溝を形成させる以外に他の構造により、上記実施形態と同じような流路構造を持った平板静止型混合器を製造することができ、これらの変形については、本願発明の範囲に含まれるものである。
【０１００】
また、分離エレメントの数、深さなどに関しては、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【０１０１】
さらに、各実施形態にかかる平板静止型混合器は、分離エレメントを流れる流体の向きを逆にしても分割・再合流が繰り返し行われるので、流体を混合することができる。第１実施形態の平板静止型混合器を例にとると、図１７に示すように、第１及び第２流体が流路４０から流入し、連結孔４１の上流側半円形の孔４１ａから流路３３に、下流側半円形の孔４１ｂから流路３２にそれぞれ２つの流体が層になって流れ込み、連結孔３１へ向かう。このとき、連結孔３１に向かって左右の流路３２，３３から流れてきた２層の流体は合流し、４層となって連結孔に流れ込み、次の分離エレメントでさらに分割されて左右の流路３２，３３へ流れ込む。このようにして１つの分離エレメントを通過するたびに流体層が２分割・再合流が行われ、分割混合が進行する。
【０１０２】
なお、同様に第２実施形態にかかる平板静止型混合器においても流体を逆向きに流動させても複数の流体を混合することができる。この場合、分割流路は、平板の厚み方向に流体を分割し、Ｙ字形溝の分岐部分の合流箇所で平板の表面に沿って流動方向に交差する向きに２つの分流流体を合流させることとなる。したがって、第１及び第２流体の供給口は同じ平板上に設けておき、最上流側の分離エレメントに流入する流体が、その界面が平板の厚み方向に交差する方向に延在するようにすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる平板静止型混合器の模式的な構成を示す外観構成斜視図である。
【図２】図１の平板静止型混合器の流路構造を示す分解斜視図である。
【図３Ａ】図１の平板静止型混合器の第２平板の上側表面に設けられている流路形成用溝の構成を示す図である。
【図３Ｂ】図１の平板静止型混合器の第２平板の下側表面に設けられている流路形成用溝の構成を示す図である。
【図４】図１の平板静止型混合器の第２平板に設けられた分離エレメントの構成を示す部分拡大図である。
【図５Ａ】図１の平板静止型混合器の分離エレメントにより形成される流路の具体的構成を示す図である。
【図５Ｂ】図１の平板静止型混合器の分離エレメントにより形成される流路の他の構成例を示す図である。
【図６】図１の平板静止型混合器の流体が混合する原理を説明する図である。
【図７Ａ】図１の平板静止型混合器の分離エレメントの他の配置例である。
【図７Ｂ】図１の平板静止型混合器の分離エレメントのさらに別の配置例である。
【図８Ａ】本発明の第１実施形態にかかる平板静止型混合器の変形例を示す分解斜視図である。
【図８Ｂ】本発明の第１実施形態にかかる平板静止型混合器の他の変形例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる平板静止型混合器の模式的な構成を示す外観構成斜視図である。
【図１０】図９の平板静止型混合器の流路構造を示す分解斜視図である。
【図１１Ａ】図９の平板静止型混合器の第１平板の構成を示す平面図である。
【図１１Ｂ】図９の平板静止型混合器の第２平板の構成を示す平面図である。
【図１１Ｃ】図９の平板静止型混合器の第３平板の構成を示す平面図である。
【図１１Ｄ】図９の平板静止型混合器の第１パッキンの構成を示す平面図である。
【図１１Ｅ】図９の平板静止型混合器の第２パッキンの構成を示す平面図である。
【図１２】図９の平板静止型混合器の第１から第３平板が積層された時に形成される流路の構成を示す図である。
【図１３Ａ】３次元屈曲流路内の流体界面回転について説明する図である。
【図１３Ｂ】３次元屈曲流路内の流体界面回転について説明する図である。
【図１４】図９の平板静止型混合器を流れる流体が混合する原理を説明する図である。
【図１５】本発明の第２実施形態にかかる平板静止型混合器の変形例を示す模式図である。
【図１６】本発明の平板静止型混合器に熱交換器を付して用いる場合の模式的構成を示す斜視図である。
【図１７】第１実施形態にかかる平板静止型混合器に流体を逆に流した場合に流体が混合する原理を説明する図である。
【図１８】従来の静止型混合器の構成を示す斜視図である。
【図１９】従来の静止型混合器の他の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１〜５  平板静止型混合器
１０，１０ａ〜１０ｆ  流路
１１，６１  第１平板
１２，６２  第２平板
１３，６３  第３平板
３０ａ，３０ｂ  分離エレメント
３１  供給口
３２，３３  分割流路
３４，３５  下流側端部
３６  仕切り壁
３７  厚み方向流路
８０  Ｙ字形溝
８１，８２  連結溝
８５  単一部分
８６  分岐部分
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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