(57)【要約】【課題】構成の簡単なマイクロミキサーを提供する。【解決手段】  マイクロミキサー１００は、管内部に相互に並行に延びる複数の流体流路１１が長さ方向に沿って構成された流体流通管１０と、流体流通管１０の流体流出側に連続して設けられ、流体流通管１０から流出した複数種の流体を混在状態に溜めるための流体溜め領域２１を形成すると共に、それらの複数種の流体を流通させて層流混合させるための混合用細孔２２が穿孔された流体混合部２０と、を備える。【選択図】図１
2006289250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内部に相互に並行に延びる複数の流体流路が長さ方向に沿って構成された流体流通管と、
上記流体流通管の流体流出側に連続して設けられ、該流体流通管から流出した複数種の流体を混在状態に溜めるための流体溜め領域を形成すると共に、それらの複数種の流体を流通させて層流混合させるための混合用細孔が穿孔された流体混合部と、
を備えたマイクロミキサー。
【請求項２】
上記混合用細孔は、その孔径が０．１〜１．０ｍｍである、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項３】
上記混合用細孔は、その孔面積が０．００８〜０．８ｍｍ2である、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項４】
上記混合用細孔は、その孔長さの孔径に対する比が４０以下である、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項５】
上記流体流通管は、大径管と該大径管に挿通された小径管とにより構成された二重管構造に構成されている、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項６】
上記流体流通管は、上記大径管の内側で且つ上記小径管の外側の部分が流体流路に構成されている、請求項５に記載のマイクロミキサー。
【請求項７】
管内部に相互に並行に延びる複数の流体流路が長さ方向に沿って構成された流体流通管と、該流体流通管の流体流出側に連続して設けられ且つ流体溜め領域を形成すると共に混合用細孔が穿孔された流体混合部と、を備えたマイクロミキサーを用いた流体混合方法であって、
上記流体流通管から流出した複数種の流体を上記流体混合部により形成された流体溜め領域に混在状態に溜め、該流体溜め領域に溜められた複数種の流体を層流混合させるように上記流体混合部の上記混合用細孔に流通させる、流体混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミキサー及びそれを用いた流体混合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種の原料を用いて化学反応を起こさせる場合、それらの原料の混合操作が必要不可欠である。そして、そのような混合操作には各種の混合器が用いられる。
【０００３】
例えば、静止型管内混合器は、幅が数ｍｍ〜数十ｍｍである流体流路を有し、その流体流路を流通する複数種の原料流体を層流及び乱流混合によりマクロ混合させる。
【０００４】
また、マイクロミキサーは、幅が数μｍ〜数百μｍである流体流路を有し、流体流路が非常に狭いため、そこを流通する複数種の原料流体を層流混合によりマイクロ混合させる。
【０００５】
ここで、マイクロ混合は、分子拡散が支配的であるが、その分子拡散による混合時間は、拡散距離の二乗に比例する。従って、流体流路が極めて狭いマイクロミキサーは、拡散距離が非常に小さいために高速且つ高効率な混合を行うことができ、静止型管内混合器等のマクロ混合では行い得なかった混合の実現が期待され、近年、特に注目されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ベースプレートの表面部に一対の給液路が形成され、それらの給液路における櫛歯状のマイクロチャンネル部が互いに平行に延在しており、また、裏面部にも一対の給液路が形成され、それらの給液路における櫛歯状のマイクロチャンネル部も互いに平行に延在しており、さらに、ベースプレートには、後者の給液路のマイクロチャンネル部の底面部分からミキシング流路へ連通する貫通部が穿設されており、これら全てのマイクロチャンネルの幅が１〜５００μｍの範囲で設定されているマイクロミキサーが開示されている。そして、これによれば、混合する溶液が３種類以上の場合でも、混合する溶液の種類に等しい本数の給液路をミキサー本体に形成し、これらの給液路から溶液を薄片状の層流としてミキシング流路へ供給することができる、と記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２１０９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本出願の目的は、構成の簡単なマイクロミキサー及びそれを用いた流体混合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係るマイクロミキサーは、
管内部に相互に並行に延びる複数の流体流路が長さ方向に沿って構成された流体流通管と、
上記流体流通管の流体流出側に連続して設けられ、該流体流通管から流出した複数種の流体を混在状態に溜めるための流体溜め領域を形成すると共に、それらの複数種の流体を流通させて層流混合させるための混合用細孔が穿孔された流体混合部と、
を備える。
【０００９】
また、本発明に係る流体混合方法は、
管内部に相互に並行に延びる複数の流体流路が長さ方向に沿って構成された流体流通管と、該流体流通管の流体流出側に連続して設けられ且つ流体溜め領域を形成すると共に混合用細孔が穿孔された流体混合部と、を備えたマイクロミキサーを用い、
上記流体流通管から流出した複数種の流体を上記流体混合部により形成された流体溜め領域に混在状態に溜め、該流体溜め領域に溜められた複数種の流体を層流混合させるように上記流体混合部の上記混合用細孔に流通させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配管経路に設けられた構造により混合操作を行う構成の簡単なものであるが、それによってマイクロミキサーに特有の層流混合による高速混合を行うことができる。しかも、混合用細孔でのみでしか圧力損失が生じないので、全体として圧力損失を小さく抑えることができ、そのため、従来のマイクロミキサーに比較して単位時間当たりの流量を多くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロミキサー１００を示す。
【００１３】
このマイクロミキサー１００は、流体流通管１０とその流体流出側に連続して設けられた流体混合部２０とを備えている。
【００１４】
流体流通管１０は、管内部に相互に並行に延びる複数の流体流路１１が長さ方向に沿って構成されている。
【００１５】
流体流通管１０は、その構成が特に限定されるものではなく、図１（ａ）に示すように、大径管１２とそれに挿通された小径管１３とにより構成された二重管構造に構成されたものであっても、また、図１（ｂ）に示すように、複数の貫通孔が長さ方向に沿って形成されたチューブ状部材で構成されたものであってもよい。
【００１６】
前者の大径管１２及び小径管１３による二重管構造であれば、既存の外径の異なる２種の管により特別な加工を必要とせずに容易に得ることができる。ここで、二重管構造には、大径管１２に１本の小径管１３が挿通されているものだけでなく、図１（ａ）に示すように、大径管１２に複数本の小径管１３が挿通されているものも含まれる。
【００１７】
二重管構造の場合、図１（ａ）に示すように、大径管１２の内側で且つ小径管１３の外側の部分が流体流路１１に構成されていてもよい。このような構成であれば、管内を流体流路１１として最大限に活用することができる。
【００１８】
流体混合部２０は、流体流通管１０から流出した複数種の流体を混在状態に溜めるための流体溜め領域２１を形成する。また、流体混合部２０は、それらの複数種の流体を流通させて層流混合させるための混合用細孔２２が穿孔されている。
【００１９】
流体混合部２０に穿孔された混合用細孔２２は、流体を層流混合させるものであるので非常に小さく、層流混合性を考慮すると、孔径Ｄ１が０．１〜１．０ｍｍ、或いは、孔面積Ｓ１が０．００８〜０．８ｍｍ2であるのが好ましい。ここで、孔径Ｄ１が０．１ｍｍ未満、或いは、孔面積Ｓ１が０．００８ｍｍ2未満であると、圧力損失が大きくなってしまう。かかる観点から、孔径Ｄ１については、０．２ｍｍ以上、孔面積Ｓ１については０．０３０ｍｍ2以上であるのがより好ましい。一方、孔径Ｄ１が１．０ｍｍより大きい、或いは、孔面積Ｓ１が０．８ｍｍ2より大きくなると、層流混合性が劣るものとなってくる。かかる観点から、孔径Ｄ１については、０．５ｍｍ以下、孔面積Ｓ１については０．２００ｍｍ2以下であるのがより好ましい。また、孔径Ｄ１は、混合用細孔２２の横断面外郭を内包する最小円の直径である。
【００２０】
上記のように小さい混合用細孔２２では、その孔長さＬ１の孔径Ｄ１に対する比が４０以下であることが好ましい。
【００２１】
一般に、孔を流通する流体が定常的な乱流状態に到達するためには、ある程度の時間、従って、この場合にはある程度の孔長さが必要となる。そして、乱流状態に達するためには孔長さ／孔径＞４０程度でなければならないとされている（産業図書株式会社発行  水科篤郎・荻野文丸著「輸送現象」第５６頁）。従って、孔長さＬ１の孔径Ｄ１に対する比が４０以下、つまり、Ｌ１／Ｄ１≦４０であれば、仮に、レイノルズ数Ｒｅが乱流域（Ｒｅ＞３０００）の条件であっても、混合用細孔２２において乱流は発達せずに層流混合により高速混合を行うことができる。また、Ｌ１／Ｄ１が必要以上に大きいと圧力損失が大きくなって送液系の負荷が大きくなることを考慮すると、Ｌ１／Ｄ１≦４０であることが好ましく、Ｌ１／Ｄ１≦２０であることがより好ましく、Ｌ１／Ｄ１≦１０であることがさらに好ましい。一方、耐圧強度の観点から、孔長さＬ１は孔径Ｄ１の１／２以上、つまり、Ｌ１／Ｄ１≧０．５であることがより好ましく、Ｌ１／Ｄ１≧１とするのがさらに好ましい。
【００２２】
流体流通管１０から流出して流体溜め領域２１に溜められた複数種の流体は、最終的には混合用細孔２２により層流混合される。このとき、より高速な混合性能を得るためには、流体溜め領域２１での複数種の流体の混在状態が、各流体の微小なセグメントで構成されていればよい。従って、流体流路１１の数はより多いことが好ましい。具体的には、例えば、二重管構造であって、大径管１２の内側で且つ小径管１３の外側の部分の流体流路１１に第１の流体が流通され、小径管１３に第２の流体が流通される場合、小径管１３が１本であるときよりも複数本であるときの方がより高速な混合性能を得ることができる。この場合、小径管１３の本数が、例えば、２〜５０本であるのがよく、３〜２０本がより好ましい。
【００２３】
以上の構成のマイクロミキサー１００によれば、流体流通管１０から流出した複数種の流体を流体混合部２０により形成された流体溜め領域２１に混在状態に溜め、その流体溜め領域２１に溜められた複数種の流体を流体混合部２０の混合用細孔２２に流通させることにより、それらを層流混合させることができる。つまり、配管経路に設けられた構造により混合操作を行う構成の簡単なものであるが、それによってマイクロミキサーに特有の層流混合による高速混合を行うことができる。しかも、混合用細孔２２でのみでしか圧力損失が生じないので、全体として圧力損失を小さく抑えることができ、そのため、従来のマイクロミキサーに比較して単位時間当たりの流量を多くすることができる。
【００２４】
以下、本発明に係るマイクロミキサーの具体的構成について詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１に係る流体混合システムＡを示す。図３及び４は、マイクロミキサー１００の縦断面を示す。図５及び６は、その横断面を示す。
【００２６】
この流体混合システムＡは、２種の流体の混合に用いられるものであり、マイクロミキサー１００と流体供給系等の付帯部とで構成されている。
【００２７】
マイクロミキサー１００は、配管経路に設けられた流体流通管１０とその流体流出側に連続して設けられた流体混合部２０とを備えている。
【００２８】
流体流通管１０は、大径管１２とそれに導入されて挿通された１本の小径管１３とにより二重管構造に構成されている。これにより、流体流通管１０は、大径管１２の内側で且つ小径管１３の外側の部分の第１流体流路１１ａと小径管１３の内側の第２流体流路１１ｂとの２つの流体流路が管内部に相互に並行に延びて長さ方向に沿って構成されている。このように、大径管１２の内側で且つ小径管１３の外側の部分が第１流体流路１１ａに構成されていることで、管内を流体流路として最大限に活用することができる。
【００２９】
流体流通管１０は、大径管１２及び小径管１３が既存の外径の異なる２種の管であればよく、特別な加工を必要とせずに容易に得ることができる。
【００３０】
大径管１２及び小径管１３は、それらの材質が特に限定されるものではなく、例えば、金属や樹脂等で形成されている。
【００３１】
大径管１２及び小径管１３は、図５に示すように、外形及び孔のいずれの横断面形状も円形に形成されている。また、大径管１２及び小径管１３は、図４に示すように、長さ方向に沿って同一形状に形成されている。但し、大径管１２及び小径管１３の外形及び孔のいずれの横断面形状も、特にこれに限定されるものではなく、例えば、半円形、楕円形、半楕円形、正方形、長方形、台形、平行四辺形、星形、不定形等に形成されていてもよく、また、長さ方向に沿って必ずしも同一形状に形成されていなくてもよい。
【００３２】
大径管１２は、例えば、外径が４〜３２ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍであり、孔径（内径）が３〜３０ｍｍ、好ましくは４〜１２ｍｍである。小径管１３は、例えば、外径が０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３．５ｍｍであり、孔径（内径）が０．２〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍである。
【００３３】
流体混合部２０は、筒状に形成された流通管取付部材２４と有底筒状に形成された混合部本体部材２５とを有する。流通管取付部材２４は、一方の端部が流通管挿通部２４ａに構成されていると共に他方の端部の内周に雌ねじが形成されている。混合部本体部材２５は、開口端部の外周に雄ねじが形成されていると共に閉口端部の底面に流体を層流混合させるための混合用細孔２２とそれに連続した回収管接続孔２３とが貫通して形成されている。流体混合部２０は、流通管取付部材２４の雌ねじに混合部本体部材２５の雄ねじが螺合して一体に構成されている。このように、混合部本体部材２５が流体流通管１０に固定された流通管取付部材２４に着脱可能となっているので、マイクロミキサー１００を容易に分解してメンテナンスを施すことができる。
【００３４】
流体混合部２０は、流通管取付部材２４の流通管挿通部２４ａから挿通された流体流通管１０の端部に流通管取付部材２４により外嵌め固定され、混合部本体部材２５の内周面に流体流通管１０の管端外周が当接することにより筒状孔の内部領域が形成されている。この内部領域は、流体流通管１０から流出した流体が溜まる流体溜め領域２１を構成している。
【００３５】
流体混合部２０は、その材質が特に限定されるものではなく、例えば、金属や樹脂等で形成されている。
【００３６】
流体混合部２０により形成される流体溜め領域２１は、図３及び４に示すように、流体流通管１０の管端に対峙し且つ混合用細孔２２が穿孔された縦壁２５ａにより仕切られた円筒孔形状に形成されている。但し、流体溜め領域２１の形状は、特にこれに限定されるものではなく、例えば、流体流通管１０の管端に対峙してテーパ状に先細って先端で混合用細孔２２に連続した円錐孔形状に形成されていてもよい。
【００３７】
流体溜め領域２１は、その内径Ｄ２が、例えば、３〜３０ｍｍであり、好ましくは４〜１２ｍｍである。また、流体流通管１０の管端（流体流出端）から混合用細孔２２までの距離Ｌ２が、例えば、０．３〜２０ｍｍであり、好ましくは１．０〜５．０ｍｍである。
【００３８】
混合用細孔２２は、図３及び４に示すように、穿孔方向が流体流通管１０からの流体流出方向に沿った方向に延びるように形成されている。また、混合用細孔２２は、図３、４及び６に示すように、流体中心位置（流体流通管１０の軸線位置）に対応して形成されている。但し、混合用細孔２２は、特にこれらに限定されるものではなく、穿孔方向が流体流通管１０からの流体流出方向に対して直交する方向に延びるように側壁に形成されていてもよく、また、流体中心から偏心した位置に対応して形成されていてもよい。
【００３９】
混合用細孔２２は、図６に示すように、その横断面外郭形状が円形に形成されている。また、混合用細孔２２は、図４に示すように、長さ方向に沿って同一形状に形成されている。但し、混合用細孔２２は、特にこれらに限定されるものではなく、横断面外郭形状が、例えば、半円形、楕円形、半楕円形、正方形、長方形、台形、平行四辺形、星形、不定形等に形成されていてもよく、また、長さ方向に沿って必ずしも同一形状に形成されていなくてもよい。
【００４０】
混合用細孔２２は、良好な層流混合性を得るには、その孔径Ｄ１が０．１〜１．０ｍｍ、或いは、その孔面積Ｓ１が０．００８〜０．８ｍｍ2であるのが好ましい。また、孔径Ｄ１については、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であるのがより好ましく、孔面積Ｓ１については、０．０３０ｍｍ2以上、０．２００ｍｍ2以下であるのがより好ましい。
【００４１】
また、混合用細孔２２は、孔長さＬ１の孔径Ｄ１に対する比が４０以下、つまり、Ｌ１／Ｄ１≦４０であるのが好ましい。また、Ｌ１／Ｄ１≦２０であるのがより好ましく、Ｌ１／Ｄ１≦１０であるのがさらに好ましい。さらに、Ｌ１／Ｄ１≧０．５であるのがより好ましく、Ｌ１／Ｄ１≧１であるのがさらに好ましい。
【００４２】
流体流通管１０の大径管１２には、第１原料貯槽３１ａから延びた第１原料供給管３２ａが接続されている。第１原料供給管３２ａには、第１原料流体を流通させる第１ポンプ３３ａ、第１原料流体の流量を検知する第１流量計３４ａ及び第１流体原料の夾雑物を除去する第１フィルタ３５ａが上流側から順に介設されており、第１流量計３４ａと第１フィルタ３５ａとの間の部分に第１原料流体の圧力を検知する第１圧力計３６ａが取り付けられている。第１ポンプ３３ａ、第１流量計３４ａ及び第１圧力計３６ａのそれぞれは、流量コントローラ３７に電気的に接続されている。
【００４３】
流体流通管１０の小径管１３には、第２原料貯槽３１ｂから延びた第２原料供給管３２ｂが接続されている。第２原料供給管３２ｂには、第２原料流体を流通させる第２ポンプ３３ｂ、第２原料流体の流量を検知する第２流量計３４ｂ及び第２流体原料の夾雑物を除去する第２フィルタ３５ｂが上流側から順に介設されており、第２流量計３４ｂと第２フィルタ３５ｂとの間の部分に第２原料流体の圧力を検知する第２圧力計３６ｂが取り付けられている。第２ポンプ３３ｂ、第２流量計３４ｂ及び第２圧力計３６ｂのそれぞれは、流量コントローラ３７に電気的に接続されている。
【００４４】
流量コントローラ３７は、第１原料流体の設定流量及び設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、第１原料流体の設定流量情報、第１流量計３４ａで検知された流量情報及び第１圧力計３６ａで検知された圧力情報に基づいて第１ポンプ３３ａを運転制御する。同様に、流量コントローラ３７は、第２原料流体の設定流量及び設定圧力の入力も可能に構成されており、第２原料流体の設定流量情報、第２流量計３４ｂで検知された流量情報及び第２圧力計３６ｂで検知された圧力情報に基づいて第２ポンプ３３ｂを運転制御する。
【００４５】
流体混合部２０からは混合流体回収管３８が延びて回収槽３９に接続されている。
【００４６】
混合流体回収管３８は、例えば、外径が１〜２０ｍｍ、好ましくは１．５〜１５ｍｍであり、孔径（内径）が０．３〜１５ｍｍ、好ましくは０．５〜１０ｍｍである。また、混合流体回収管３８は、孔径（内径）がＤ２以上であることが望ましい。
【００４７】
次に、この流体混合システムＡの動作について説明する。
【００４８】
流体混合システムＡが稼働すると、第１ポンプ３３ａは、第１原料流体を、第１原料貯槽３１ａから第１原料供給管３２ａを介し、第１流量計３４ａ及び第１フィルタ３５ａを順に経由させて流体流通管１０の大径管１２の第１流体流路１１ａに継続的に供給する。第１流量計３４ａは、検知した第１原料流体の流量情報を流量コントローラ３７に送る。また、第１圧力計３６ａは、検知した第１圧力計３６ａの圧力情報を流量コントローラ３７に送る。ここで、第１原料流体は、特に限定されるものではなく、気相、液相、気液混合相、乳化相、固液混合相（スラリー）など固相状態以外の流動性を保持する性状のものであればよい。
【００４９】
第２ポンプ３３ｂは、第２原料流体を、第２原料貯槽３１ｂから第２原料供給管３２ｂを介し、第２流量計３４ｂ及び第２フィルタ３５ｂを順に経由させて流体流通管１０の小径管１３の第２流体流路１１ｂに継続的に供給する。第２流量計３４ｂは、検知した第２原料流体の流量情報を流量コントローラ３７に送る。また、第２圧力計３６ｂは、検知した第２圧力計３６ｂの圧力情報を流量コントローラ３７に送る。ここで、第２原料流体も、特に限定されるものではなく、気相、液相、気液混合相、乳化相、固液混合相（スラリー）など固相状態以外の流動性を保持する性状のものであればよい。
【００５０】
流量コントローラ３７は、第１原料流体の設定流量情報及び設定圧力情報、並びに、第１流量計３４ａで検知された流量情報及び第１圧力計３６ａで検知された圧力情報に基づいて、第１原料流体の設定流量及び設定圧力がそれぞれ維持されるように第１ポンプ３３ａを運転制御する。それと共に、流量コントローラ３７は、第２原料流体の設定流量情報及び設定圧力情報、並びに、第２流量計３４ｂで検知された流量情報及び第２圧力計３６ｂで検知された圧力情報に基づいて、第２原料流体の設定流量及び設定圧力がそれぞれ維持されるように第２ポンプ３３ｂを運転制御する。
【００５１】
流体流通管１０では、第１原料流体が第１流体流路１１ａを流通すると共に、第２原料流体が第２流体流路１１ｂを流通する。
【００５２】
流体混合部２０では、流体流通管１０から流出した２種の流体、つまり、第１及び第２原料流体が混在状態で流体溜め領域２１に溜まり、それらの混在状態の第１及び第２原料流体が混合用細孔２２を流通して、混合時間が例えば０．００１〜０．０１秒で層流混合される。このとき、流体溜め領域２１では、第１及び第２原料流体が合流時に乱れを生じ次いで、混合用細孔２２において、それが混合用細孔２２への縮流及び混合用細孔２２内での剪断により引き延ばされて微細な流体セグメントとなり、分子拡散による混合速度が一気に増大して混合が瞬時に完結する。混合用細孔２２の流通した後の混合流体は、流量が例えば２〜４０Ｌ／ｈで混合流体回収管３８を介して回収槽３９に回収される。なお、第１及び第２原料流体の混合に伴って、触媒反応、イオン交換反応、電気化学反応、ラジカル反応、超臨界反応等が起こってもよい。
【００５３】
以上のような構成のマイクロミキサー１００は、配管経路に設けられた構造により混合操作を行う簡単な構成であるが、それによってマイクロミキサーに特有の層流混合による高速混合を行うことができる。しかも、混合用細孔２２でのみでしか圧力損失が生じないので、全体として圧力損失を小さく抑えることができ、そのため、従来のマイクロミキサー（流量０．０１〜１．００Ｌ／ｈ）に比較して単位時間当たりの流量を多くすることができる。
【００５４】
また、流体流通管１０の管端から混合用細孔２２までの距離Ｌ２が十分に小さければ、流体溜め領域２１で急激な縮流が生じるので、より短い時間で第１及び第２原料流体の混合を行うことができる。そのため、このマイクロミキサー１００は、粒径の大きな粒子の生成による流路閉塞が抑制されるので、微粒子合成に特に好適に用いられる。
【００５５】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る流体混合システムを示す。図８は、マイクロミキサー１００の縦断面を示す。図９は、その横断面を示す。なお、実施形態１のものと同一名称の部分は同一符号で示す。
【００５６】
この流体混合システムＡは、最大８種の流体の混合に用いられるものであり、マイクロミキサー１００と流体供給系等の付帯部とで構成されている。
【００５７】
このマイクロミキサー１００では、流体流通管１０は、大径管１２とそれに導入されて挿通された７本の小径管１３とにより二重管構造に構成されている。これにより、流体流通管１０は、大径管１２の内側で且つ小径管１３の外側の部分の第１流体流路１１ａと小径管１３の内側の７個の第２〜第８流体流路１１ｂ〜１１ｈとの合計８個の流体流路が管内部に相互に並行に延びて長さ方向に沿って構成されている。
【００５８】
流体流通管１０の小径管１３は、図８に示すように、７本である。また、小径管１３は、図８に示すように、全てが同一寸法のものである。但し、小径管１３は、特にこれに限定されるものではなく、本数が、例えば、２〜５０本であっても（より好ましくは３〜２０本）、また、流体混合比等を考慮して異なる寸法のものが混在されていてもよい。
【００５９】
流体流通管１０の大径管１２には、第１原料貯槽３１ａから延びた第１原料供給管３２ａが接続されている。第１原料供給管３２ａには、第１原料流体を流通させる第１ポンプ３３ａ、第１原料流体の流量を検知する第１流量計３４ａ及び第１流体原料の夾雑物を除去する第１フィルタ３５ａが上流側から順に介設されており、第１流量計３４ａと第１フィルタ３５ａとの間の部分に第１原料流体の圧力を検知する第１圧力計３６ａが取り付けられている。第１ポンプ３３ａ、第１流量計３４ａ及び第１圧力計３６ａのそれぞれは、流量コントローラ３７に電気的に接続されている。
【００６０】
流体流通管１０の７本の小径管１３には、それぞれ番号が対応するように、第２〜第８原料貯槽３１ｂ〜３１ｈから延びた第２〜第８原料供給管３２ｂ〜３２ｈが接続されている。第２〜第８原料供給管３２ｂ〜３２ｈには、第２〜第８原料流体を流通させる第２〜第８ポンプ３３ｂ〜３３ｈ、第２〜第８原料流体の流量を検知する第２〜第８流量計３４ｂ〜３４ｈ及び第２〜第８流体原料の夾雑物を除去する第２〜第８フィルタ３５ｂ〜３５ｈが上流側から順に介設されており、第２〜第８流量計３４ｂ〜３４ｈと第２〜第８フィルタ３５ｂ〜３５ｈとの間の部分に第２〜第８原料流体の圧力を検知する第２〜第８圧力計３６ｂ〜３６ｈが取り付けられている。第２〜第８ポンプ３３ｂ〜３３ｈ、第２〜第８流量計３４ｂ〜３４ｈ及び第２〜第８圧力計３６ｂ〜３６ｈのそれぞれは、流量コントローラ３７に電気的に接続されている（図示せず）。
【００６１】
流量コントローラ３７は、第１原料流体の設定流量及び設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、第１原料流体の設定流量情報、第１流量計３４ａで検知された流量情報及び第１圧力計３６ａで検知された圧力情報に基づいて第１ポンプ３３ａを運転制御する。同様に、流量コントローラ３７は、それぞれ番号が対応するように、第２〜第８原料流体の設定流量及び設定圧力の入力も可能に構成されており、第２〜第８原料流体の設定流量情報、第２〜第８流量計３４ｂ〜３４ｈで検知された流量情報及び第２〜第８圧力計３６ｂ〜３６ｈで検知された圧力情報に基づいて第２〜第８ポンプ３３ｂ〜３３ｈを運転制御する。
【００６２】
その他の構成は実施形態１に係るマイクロミキサー１００と同一である。
【００６３】
次に、この流体混合システムＡの動作について説明する。
【００６４】
流体混合システムＡが稼働すると、第１ポンプ３３ａは、第１原料流体を、第１原料貯槽３１ａから第１原料供給管３２ａを介し、第１流量計３４ａ及び第１フィルタ３５ａを順に経由させて流体流通管１０の大径管１２の第１流体流路１１ａに継続的に供給する。第１流量計３４ａは、検知した第１原料流体の流量情報を流量コントローラ３７に送る。また、第１圧力計３６ａは、検知した第１圧力計３６ａの圧力情報を流量コントローラ３７に送る。
【００６５】
第２〜第８ポンプ３３ｂ〜３３ｈは、それぞれ番号が対応するように、第２〜第８原料流体を、第２〜第８原料貯槽３１ｂ〜３１ｈから第２〜第８原料供給管３２ｂ〜３２ｈを介し、第２〜第８流量計３４ｂ〜３４ｈ及び第２〜第８フィルタ３５ｂ〜３５ｈを順に経由させて流体流通管１０の小径管１３の第２〜第８流体流路１１ｂ〜１１ｈに継続的に供給する。第２〜第８流量計３４ｂ〜３４ｈは、検知した第２〜第８原料流体の流量情報を流量コントローラ３７に送る。また、第２〜第８圧力計３６ｂ〜３６ｈは、検知した第２〜第８圧力計３６ｂ〜３６ｈの圧力情報を流量コントローラ３７に送る。
【００６６】
流量コントローラ３７は、第１原料流体の設定流量情報及び設定圧力情報、並びに、第１流量計３４ａで検知された流量情報及び第１圧力計３６ａで検知された圧力情報に基づいて、第１原料流体の設定流量及び設定圧力がそれぞれ維持されるように第１ポンプ３３ａを運転制御する。それと共に、流量コントローラ３７は、それぞれ番号が対応するように、第２〜第８原料流体の設定流量情報及び設定圧力情報、並びに、第２〜第８流量計３４ｂ〜３４ｈで検知された流量情報及び第２〜第８圧力計３６ｂ〜３６ｈで検知された圧力情報に基づいて、第２〜第８原料流体の設定流量及び設定圧力がそれぞれ維持されるように第２〜第８ポンプ３３ｂ〜３３ｈを運転制御する。
【００６７】
流体流通管１０では、第１〜第８原料流体がそれぞれ番号が対応した第１〜第８流体流路１１ａ〜１１ｈを流通する。
【００６８】
流体混合部２０では、流体流通管１０から流出した８種の流体、つまり、第１〜第８原料流体が混在状態で流体溜め領域２１に溜まり、それらの混在状態の第１〜第８原料流体が混合用細孔２２を流通して、混合時間が例えば０．００１〜０．０１秒で層流混合される。このとき、流体溜め領域２１では、第１〜第８原料流体が合流時に乱れを生じ、次いで、混合用細孔２２において、それが混合用細孔２２への縮流及び混合用細孔２２内での剪断により引き延ばされて微細な流体セグメントとなり、分子拡散による混合速度が一気に増大して混合が瞬時に完結する。ここで、第２〜第８原料流体を同種の流体とした場合、実施形態１と同様に２種類の原料流体の混合となるが、本実施形態では実施形態１に比べて小径管１３の本数が多いので、流体溜め領域２１での２種類の流体の混在状態が実施形態１の場合よりも微小なセグメントで構成され、より高速な混合性能を得ることができる。
【００６９】
以上のような構成のマイクロミキサー１００は、最大８種類までの原料流体を層流混合させることができる。そのため、このマイクロミキサー１００は、多相系の混合や乳化に特に好適に用いられる。
【００７０】
その他の作用効果は、実施形態１に係るマイクロミキサー１００と同一である。
【００７１】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、単一のマイクロミキサー１００を有する構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図１０（ａ）に示すように、一対のマイクロミキサー１００を有し、それらから流出する混合流体を合流する構成としても、図１０（ｂ）に示すように、さらに多くのマイクロミキサー１００を有し、それらから流出する混合流体を合流する構成としてもよい。
【実施例】
【００７２】
（試験装置）
小径管の本数が５本である上記実施形態２と同タイプのマイクロミキサーを用いた。
【００７３】
大径管は、孔径（内径）が４．４ｍｍ、小径管は、外径１．６ｍｍ及び孔径（内径）０．８ｍｍであった。流体混合部は、混合用細孔（円形孔）の孔径が０．３ｍｍ及び孔長さが０．８ｍｍであった。混合流体回収管は、孔径（内径）が０．８ｍｍであった。
【００７４】
（試験方法）
大径管に、４．６Ｌ／ｈの流速で且つ０．５ＭＰａの送液圧で界面活性剤の水溶液を流通させると共に、５本の小径管に、全体として１．６Ｌ／ｈの流速で且つ０．５ＭＰａの送液圧でステアリルアルコール（炭素鎖１８の脂肪族アルコール）の５ｍａｓｓ％エタノール溶液を均等に流通させた。
【００７５】
そして、流体混合部でそれらが混合されて析出した微粒子からなるスラリー状の流体を回収した。
【００７６】
回収したスラリー状の流体をレーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（株式会社 堀場製作所社製  ＬＡ−９１０）を用いて粒径測定を行った。
【００７７】
比較対象例として、試験管内で同組成の溶液同士を攪拌混合して（混合時間およそ１秒）析出したスラリー状の流体についても粒径測定を行った。
【００７８】
（試験結果）
マイクロミキサーで混合して得られたスラリー状の流体では体積基準平均径が０．６μｍで且つその分布がシャープなものであった。一方、試験管内での混合で得られたスラリー状の流体では体積基準平均径が６２μｍで且つその分布がブロードなものであった。これは、マイクロリアクターでは、混合初期から微小なセグメントに分かれて非常に多くの核が発生するのに対し、試験管内での混合では、流体塊を段階的に微小化させるために均一に混合される前に核が発生して核の発生数に限界があることに起因するものであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、マイクロミキサー及びそれを用いた流体混合方法について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロミキサーの模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態１の流体混合システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るマイクロミキサーの縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るマイクロミキサーの模式的な縦断面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図４におけるVI−VI断面図である。
【図７】本発明の実施形態２の流体混合システムの構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るマイクロミキサーの模式的な縦断面図である。
【図９】図８におけるIX−IX断面図である。
【図１０】その他の実施形態の流体混合システムの要部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００  マイクロミキサー
１０  流体流通管
１１  流体流路
１２  大径管
１３  小径管
２０  流体混合部
２１  流体溜め領域
２２  混合用細孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006289250.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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