(57)【要約】  堆積プレート化学反応装置（１）は、共に堆積されて反応装置を形成する単純プレート（７Ａ〜７Ｊ）を有する。隣接プレート（７Ａ〜７Ｊ）内の開口を正確に整列させることで、化学反応剤、熱媒体および生成物についての流路および処理ボリュームが定められる。一実施形態においては、バイパス、反応および各反応剤用流路を含む反応ユニット（５）を形成する単純プレート（７Ａ〜７Ｊ）の第１グループを備えることで、ｎ重の配列を実現する。各反応剤の一部分は、付加される反応ユニット（５）を形成する単純プレート（７Ａ〜７Ｊ）の次のグループに導かれる。一実施形態においては、可逆結合した反応装置スタック（３）により生産量可変の化学反応装置（１）が得られ、反応装置スタックは、不可逆結合した複数の反応ユニット（５）からなる単純プレート（７Ａ〜７Ｊ）を具える。
2005509514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの化学反応剤を少なくとも一つの他の化学反応剤と反応させることで化学生成物を生成するための堆積プレート反応装置であって、層状に堆積された複数の単純プレートを具え、単純プレートの各々がそれを通って延在する少なくとも一つの開口を有し、各々の単純プレートの開口が隣接する単純プレートの少なくとも一つの開口と重畳しており、前記単純プレートが、層状に堆積されたときに、
（ａ）それぞれ異なる化学反応剤用の流路、
（ｂ）化学生成物用の流路、
（ｃ）熱媒体用の流路、
（ｄ）該熱媒体用の流路と流体連通するよう結合した熱交換器、および
（ｅ）前記堆積プレート反応装置内の流体の流れを操作することで所望の結果を得るための手段
を形成する、堆積プレート反応装置。
【請求項２】
開口を有さない少なくとも一つの付加プレートをさらに具え、前記堆積プレート反応装置の上部、底部および側部の少なくとも一つのシールを行うよう、前記少なくとも一つの付加プレートが配置されている請求項１の堆積プレート反応装置。
【請求項３】
前記流体の流れを操作する手段は、前記堆積プレート反応装置を通る流体の流れを内部並列化することによって前記堆積プレート反応装置で単位時間当たりに生成可能な化学生成物の量を向上するための手段を有する請求項１の堆積プレート反応装置。
【請求項４】
前記堆積プレート反応装置を通る流体の流れを内部並列化する手段は、個々の反応ユニットを形成する複数の単純プレートを有し、反応ユニットの各々が
（ａ）混合および反応チャンバ、
（ｂ）それぞれが混合および反応チャンバに流体連通している各反応剤用の反応剤流路、および
（ｃ）各反応剤用のバイパス流路であって、それぞれが異なる個々の反応ユニットに流体連通することで、反応ユニット内のバイパス流路を流れる反応剤が当該反応ユニット内の混合および反応チャンバには流入しないようにするバイパス流路
を含んでいる請求項３の堆積プレート反応装置。
【請求項５】
複数の個々の反応ユニットが共に不可逆結合して反応装置スタックを形成する請求項４の堆積プレート反応装置。
【請求項６】
複数の個々の反応ユニット装置スタックが共に可逆結合して化学プラントを形成する請求項５の堆積プレート反応装置。
【請求項７】
前記流体の流れを操作する手段は前記堆積プレート反応装置内の滞留時間分布を均等化するための手段を有する請求項１の堆積プレート反応装置。
【請求項８】
前記堆積プレート反応装置内の滞留時間分布を均等化するための手段は、複数の単純プレートの少なくとも一つに分岐状開口を有し、該分岐状開口が反応剤流路および生成物流路の少なくとも一つを形成している請求項７の堆積プレート反応装置。
【請求項９】
前記堆積プレート反応装置内の滞留時間分布を均等化するための手段は、複数の単純プレートの少なくとも一つに開口の配列を有し、該開口の配列が複数の反応剤流路、複数の混合および反応チャネルおよび複数の生成物流路の少なくとも一つを形成し、前記開口の配列が幅を変化させた開口をその配列を横切る方向に有している請求項７の堆積プレート反応装置。
【請求項１０】
前記配列において最も広い開口が、前記配列から流体が出て行くことを可能にする開口から最も離れて配置されている請求項９の堆積プレート反応装置。
【請求項１１】
前記配列において最も広い開口が、前記配列から流体が出て行くことを可能にする開口の最も近くに配置されている請求項９の堆積プレート反応装置。
【請求項１２】
前記配列における幅は、当該配列に導入される流体の速度の変化の関数として変化している請求項１０の堆積プレート反応装置。
【請求項１３】
一つの化学反応剤を少なくとも一つの他の化学反応剤と反応させることで化学生成物を生成するための堆積プレート反応装置であって、層状に堆積された複数の単純プレートを具え、単純プレートの各々がそれを通って延在する少なくとも一つの開口を有し、各々の単純プレートの開口が隣接する単純プレートの少なくとも一つの開口と重畳しており、これによって、
（ａ）それぞれ異なる化学反応剤用の流路、
（ｂ）異なる化学反応剤用の流路の流路のそれぞれと流体連通する処理ボリューム、
（ｃ）該処理ボリュームと流体連通する化学生成物用の流路、
（ｄ）熱媒体用の流路、
（ｅ）該熱媒体用の流路と流体連通するとともに、前記化学反応剤、前記処理ボリュームおよび前記化学生成物用の流路の少なくとも一つの温度を調節するよう配置された熱交換器、および
（ｆ）（ｉ）前記堆積プレート反応装置で単位時間当たりに生成される化学生成物の量と、（ｉｉ）前記堆積プレート反応装置で単位時間当たりに生成される化学生成物の品質との、少なくとも一方を向上するための手段
が形成されるようにした堆積プレート反応装置。
【請求項１４】
開口を有さない少なくとも一つの付加プレートをさらに具え、前記堆積プレート反応装置の上部、底部および側部の少なくとも一つのシールを行うよう、前記少なくとも一つの付加プレートが配置されている請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項１５】
前記単純プレートは結晶構造のウェハ、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料および金属からなる群から選択された材料で構成されている請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項１６】
前記単純プレートはステンレス鋼で作成されている請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項１７】
前記向上手段は内部並列化された処理ボリュームを提供するための手段を有し、これによって前記堆積プレート反応装置で生成される化学生成物の量を増すようにした請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項１８】
前記複数の単純プレートは連続的に接続された複数の反応ユニットを編成し、前記内部並列化を提供するための手段は前記反応装置を編成する単純プレート内に複数の開口に有し、該複数の開口は、整列することでそれぞれの反応装置に、
（ａ）処理ボリューム、
（ｂ）それぞれの反応剤のための処理ボリューム流路であって、それぞれが前記処理ボリュームと流体連通する処理ボリューム流路、
（ｃ）前記処理ボリューム内で生成される生成物のための生成物流路であって、異なる反応ユニット内の異なる生成物流路と流体連通する生成物流路、および
（ｄ）それぞれの反応剤のためのバイパス流路であって、続く反応ユニットと流体連通する一方、現在の反応ユニットの処理ボリュームとは流体連通しないバイパス流路
を形成する請求項１７の堆積プレート反応装置。
【請求項１９】
連続的に接続された複数の反応ユニットのそれぞれは、
（ａ）第１化学反応剤の温度を調節するための第１熱交換器、および
（ｂ）少なくとも一つの第２化学反応剤および処理ボリュームの温度を調節するための第２熱交換器
を有する請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２０】
熱交換器が隣接して連続的に接続された複数の反応ユニット間で共有されている請求項１９の堆積プレート反応装置。
【請求項２１】
反応ユニットのそれぞれの処理ボリュームが一対の熱交換器間に挟まれている請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２２】
複数の個々の反応ユニットが共に不可逆結合して反応装置スタックを形成する請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２３】
複数の個々の反応ユニット装置スタックが共に可逆結合して化学プラントを形成する請求項２２の堆積プレート反応装置。
【請求項２４】
続いて連続的に接続された反応ユニットのそれぞれが次の反応ユニットに結合することで、次の反応ユニット内の第１単純プレートが先の反応ユニット内の最後の単純プレートに隣接した位置に堆積されるようにした請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２５】
それぞれの反応剤のための前記処理ボリューム流路は、前記処理ボリューム内を流れるそれぞれの反応剤間で層状化した流れが確立されるように配置されている請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２６】
続いて連続的に接続された反応ユニットのそれぞれが次の反応ユニットに結合することで、次の反応ユニット内の第１単純プレートが先の反応ユニット内の最後の単純プレートともなるようにした請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２７】
それぞれの反応剤のための前記処理ボリューム流路は、前記処理ボリューム内を流れるそれぞれの反応剤間で層状化した流れが確立されるように配置されている請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２８】
前記処理ボリュームは個々の混合および反応チャネルを複数有する請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項２９】
単純プレート内の整列開口が少なくとも二つの反応ユニットを形成し、前記内部並列化を提供するための手段は、
（ａ）第１反応ユニットを構成する単純プレート内の複数の開口であって、整列することで、異なるそれぞれの化学反応剤に対し、
（ｉ）前記第１反応ユニット内の処理ボリュームと流体連通する反応ユニット流路、および
（ｉｉ）第１反応ユニットの処理ボリュームをバイパスし、続く反応ユニットと流体連通するバイパス流路
を形成する当該複数の開口と、
（ｂ）最後の反応ユニットを構成する単純プレート内の複数の開口であって、整列することで、異なるそれぞれの化学反応剤に対し、前記最後の反応ユニット内の処理ボリュームと流体連通する反応ユニット流路を形成する当該複数の開口と、
を具えた請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項３０】
前記内部並列化を提供するための手段は単純プレート内に複数の開口を具え、該複数の開口は、整列したときに、
（ａ）化学反応剤のそれぞれのための単一の流体入口、
（ｂ）化学反応剤のそれぞれのための反応装置流路であって、それぞれが第１反応ユニット内の処理ボリュームと流体連通する反応装置流路、
（ｃ）化学反応剤のそれぞれのためのバイパス流路であって、それぞれが第１反応ユニットの処理ボリュームをバイパスし、続く反応ユニットと流体連通するバイパス流路、および
（ｄ）化学反応剤のための単一の流体出口
を形成している請求項１８の堆積プレート反応装置。
【請求項３１】
前記向上手段は前記熱交換器内に複数の流路を具え、該複数の流路は、化学反応剤および化学生成物の少なくとも一方の流れを導くための複数の流路と実質的に直交する方向に延在し、化学反応剤および化学生成物の前記一方の温度が、前記熱交換器を流れる熱媒体に対する熱の移動により調節されることで、前記堆積単純プレート内で生成される生成物の品質を向上するようにした請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項３２】
前記向上手段はそれぞれの化学反応剤のための流路を具え、前記処理ボリューム内で層状化された流れが確立されるよう前記流路が配置されることで、前記堆積単純プレート内で生成される生成物の品質を向上するようにした請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項３３】
前記向上手段は、前記処理ボリュームを形成する開口を有する単純プレートの直近に隣接して配置された処理ボリューム単純プレートを具え、該処理ボリューム単純プレートは第１化学試薬のための第１流路と組み合わされる第１開口および第２化学試薬のための第２流路と組み合わされる第２開口を有し、前記第１開口および前記第２開口は、第１化学反応剤が前記処理ボリュームへの進入が生じた後に第２化学反応剤が進入するよう、前記処理ボリュームを形成する開口と整列して、前記処理ボリューム内で前記第１化学反応剤および前記第２化学反応剤の層状化した流れが確立されるようにすることで、前記堆積単純プレート内で生成される生成物の品質を向上するようにした請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項３４】
前記向上手段は、前記反応装置内を流れる流体の滞留時間分布を均等化するための手段を具えている請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項３５】
前記反応装置内を流れる流体の滞留時間分布を均等化するための手段は、少なくとも一つの単純プレート内に開口を具え、該開口は分岐形状を有し、当該分岐形状によって流体が複数のブランチを有する分岐状流路に分けられるようにした請求項３４の堆積プレート反応装置。
【請求項３６】
化学反応剤のそれぞれは異なる分岐状流路を流れ、分岐状流路のステムがそれぞれの化学反応剤入口と流体連通し、それぞれの分岐状流路のブランチが前記処理ボリュームと流体連通する請求項３５の堆積プレート反応装置。
【請求項３７】
前記処理ボリュームは複数の混合および反応チャンバを具え、それぞれの前記分岐状流路からの一つのブランチが前記複数の混合および反応チャンバのそれぞれと流体連通するようにした請求項３５の堆積プレート反応装置。
【請求項３８】
前記処理ボリュームが複数の混合および反応チャンバを具えるとともに、さらに、複数のブランチを有する分岐化生成物回収チャネルを具え、分岐化生成物回収チャネルのステムが化学生成物出口と流体連通し、分岐化生成物回収チャネルのそれぞれのブランチが前記複数の混合および反応チャンバの異なる一つと流体連通する請求項３７の堆積プレート反応装置。
【請求項３９】
前記分岐状流路はそれぞれの化学反応剤のために設けられ、前記分岐化生成物回収チャネルは生成物を回収するために設けられている請求項３７の堆積プレート反応装置。
【請求項４０】
前記熱交換器は第１化学反応剤の温度を調節するための第１熱交換器を具えるとともに、さらに、
（ａ）第２化学反応剤および前記処理ボリュームの少なくとも一つの温度を調節するための第２熱交換器、
（ｂ）前記処理ボリュームおよび生成物回収チャネルの少なくとも一つの温度を調節するための第３熱交換器、および
（ｃ）前記生成物回収チャネルの温度を調節するための第４熱交換器
を具えた請求項３７の堆積プレート反応装置。
【請求項４１】
前記反応装置内の滞留時間分布を均等化するための手段は複数のブランチを有する分岐状流路を具えた請求項３４の堆積プレート反応装置。
【請求項４２】
前記分岐状流路は少なくとも一つの単純プレートにおける分岐形状の開口によって得られ、前記分岐状流路はその単純プレートの向きに実質的に平行に向けられている請求項４１の堆積プレート反応装置。
【請求項４３】
前記分岐状流路は隣接する複数の単純プレートにおける開口を整列させることによって得られ、前記分岐状流路はその単純プレートの向きに実質的に直交して向けられている請求項４１の堆積プレート反応装置。
【請求項４４】
前記分岐状流路は少なくとも一つの単純プレートにおける分岐形状の開口の組み合わせと、隣接する複数の単純プレート内の開口の整列とによって得られる請求項４１の堆積プレート反応装置。
【請求項４５】
（ａ）異なるそれぞれの化学反応剤のための流体入口と、熱媒体のための流体入口と、熱媒体のための流体出口と、を形成する開口を有する第１外側単純プレート、および
（ｂ）化学生成物出口を形成する開口を有する第２外側単純プレート
をさらに具えた請求項３７の堆積プレート反応装置。
【請求項４６】
前記処理ボリュームは一対の熱交換器間に配置された平行な複数の混合および反応チャネルを具えている請求項３７の堆積プレート反応装置。
【請求項４７】
流体の滞留時間分布を均等化するための手段は、少なくとも一つの単純プレートに配置された異なる幅を有する複数の開口を具え、当該異なる幅を有する複数の開口によって形成される複数の異なる幅の流路を流れる流体に対して実質的に均等な流れの均等分配が提供されるよう、前記異なる幅が選択されている請求項３４の堆積プレート反応装置。
【請求項４８】
異なる幅を有する前記複数の開口は平行配列に配置され、前記開口は、最も広いものから最も狭いものまで寸法が小さくなっていくよう並べられることで、前記異なる幅の流路の平行配列が形成される請求項４７の堆積プレート反応装置。
【請求項４９】
異なる幅の流路の前記平行配列における最も広い流路は、前記平行配列における他の流路よりも流体入口に最も近く配置される請求項４８の堆積プレート反応装置。
【請求項５０】
異なる幅の流路の前記平行配列における最も広い流路は、前記平行配列における他の流路よりも流体出口から最も遠くに配置される請求項４８の堆積プレート反応装置。
【請求項５１】
化学反応剤のそれぞれが、異なる幅の流路の異なる平行配列に導かれる請求項４８の堆積プレート反応装置。
【請求項５２】
前記処理ボリュームは平行配列された異なる幅の流路を具え、異なる幅の流路のそれぞれが個々の混合および反応チャンバを構成する請求項４８の堆積プレート反応装置。
【請求項５３】
前記配列における前記流路の幅は、前記配列に導入される流体の粘度変化の関数として決定される請求項４８の堆積プレート反応装置。
【請求項５４】
前記熱交換器は、第１化学反応剤の温度を調節するための第１熱交換器と、第２化学反応剤および前記処理ボリュームの少なくとも一つの温度を調節するための第２熱交換器とを具えた請求項４８の堆積プレート反応装置。
【請求項５５】
上部単純プレート、底部単純プレートおよび側部単純プレートの一つを具え、これが異なるそれぞれの化学反応剤のための流体入口と、熱媒体のための流体入口と、熱媒体のための流体出口と、化学生成物出口とを形成する開口を有している請求項４８の堆積プレート反応装置。
【請求項５６】
前記向上手段は単純プレート内に熱交換器を形成する複数の細長い開口を具え、当該単純プレートは約２ｍｍを越える厚みをもたず、これによって熱交換器が前記反応装置内で生成される生成物の品質を増進する機能の効率を向上するようにした請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項５７】
前記複数の単純プレート内の整列開口により形成される不要な流路に対応した寸法および形状を持つ少なくとも一つのプラグを具え、該少なくとも一つのプラグが前記不要な流路を形成する前記整列開口をシールすることで、前記堆積プレート反応装置内の死容量を除去するようにした請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項５８】
圧縮力の作用によって単純プレートのスタックがともに取り外し可能に保持されている請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項５９】
上部単純プレートおよび底部単純プレートに対して圧縮力を作用するハウジングをさらに具えた請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項６０】
前記単純プレートの平均表面粗さは約２μｍ未満であり、前記単純プレートは実質的に傷がないものである請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項６１】
圧縮力の作用によって単純プレートのスタックがともに保持され、１平方ミリメートルあたり少なくとも約３００ニュートンの圧力を生じさせている請求項１３の堆積プレート反応装置。
【請求項６２】
少なくとも二つの反応剤を処理して所望の化学生成物を得るための単純プレート化学反応装置であって、
（ａ）異なるそれぞれの化学反応剤のための流体入口と、化学生成物のための流体出口と、熱媒体のための流体入口と熱媒体のための流体出口とを具えた第１の外側単純プレート、
（ｂ）連続して接続された複数の反応ユニットを形成する中間の複数の単純プレートであって、前記反応ユニットのそれぞれが前記第１の外側単純プレートと流体連通し、前記反応ユニットのそれぞれが層状に堆積された単純プレートのスタックを具え、単純プレートのそれぞれがそれを通って延びる少なくとも一つの開口を有し、単純プレート内の開口が隣接単純プレート内の少なくとも一つの他の開口と整列することで、
（ｉ）化学生成物および化学反応剤の少なくとも一つの温度を調節するための複数の熱交換器、
（ｉｉ）少なくとも一つの混合および反応チャンバ、および
（ｉｉｉ）それぞれの反応剤のためのバイパス流路であって、それぞれの反応剤の一部が現在の反応ユニットの前記少なくとも一つの混合および反応チャンバからそらされ、続く反応ユニットの少なくとも一つの混合および反応チャンバに導かれて利用されるようにする当該バイパス流路
を形成する中間の複数の単純プレート、および
（ｃ）第２の外側単純プレートであって、中間の複数の単純プレートが前記第１の外側単純プレートと第２の外側単純プレートとの間に堆積されるようにするべく配置された当該第２の外側単純プレート、
を具えた単純プレート化学反応装置。
【請求項６３】
少なくとも二つの反応剤を処理して所望の化学生成物を得るための単純プレート化学反応装置であって、
（ａ）異なるそれぞれの化学反応剤のための流体入口と、化学生成物のための流体出口と、熱媒体のための流体入口と熱媒体のための流体出口とを具えた第１の外側単純プレート、
（ｂ）連続して接続された複数の反応ユニットを形成する中間の複数の単純プレートであって、前記反応ユニットのそれぞれが前記第１の単純プレートと流体連通し、前記反応ユニットのそれぞれが層状に堆積された単純プレートのスタックを具え、単純プレートのそれぞれがそれを通って延びる少なくとも一つの開口を有し、単純プレート内の開口が隣接単純プレート内の少なくとも一つの他の開口と整列することで、
（ｉ）化学生成物および化学反応剤の少なくとも一つの温度を調節するための複数の熱交換器、
（ｉｉ）処理ボリューム、
（ｉｉｉ）それぞれの反応剤のための処理ボリューム流路であって、それぞれが対応する反応剤流体入口および前記処理ボリュームと流体連通する処理ボリューム流路、
（ｉｖ）前記生成物出口および前記処理ボリュームと流体連通する生成物回収流路、
（ｖ）それぞれの反応剤のための反応剤バイパス流路であって、現在の反応ユニットの処理ボリュームをバイパスし、異なる反応ユニットと流体連通するバイパス流路、および
（ｖｉ）反応生成物のための生成物バイパス流路であって、現在の反応ユニットの処理ボリュームをバイパスし、異なる反応ユニットと流体連通する生成物バイパス流路、
を形成する中間の複数の単純プレート、および
（ｃ）第２の外側単純プレートであって、中間の複数の単純プレートが前記第１の外側単純プレートと第２の外側単純プレートとの間に堆積されるようにするべく配置された当該第２の外側単純プレート、
を具えた単純プレート化学反応装置。
【請求項６４】
異なる構造の単純プレートが積層されることで前記反応装置が作成される請求項６３の化学反応装置。
【請求項６５】
前記第２の外側単純プレートおよび前記第１の外側単純プレートは同等の構造であり、前記第２の外側単純プレートの開口のそれぞれをシールするための複数のプラグがさらに設けられている請求項６３の化学反応装置。
【請求項６６】
前記第１の外側単純プレートと前記第１反応ユニットとの間に第２単純プレートをさらに具え、該第２単純プレートが生成物流路に組み合わされる開口を有する請求項６５の化学反応装置。
【請求項６７】
前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段をさらに具えた請求項６３の化学反応装置。
【請求項６８】
前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段は、少なくとも一つの単純プレート上に形成された分岐形状を有する開口を具え、該開口によって複数のブランチを有する分岐化チャネルに流体を分配するようにした請求項６７の化学反応装置。
【請求項６９】
化学反応のそれぞれに対して分岐状流路をさらに具え、それぞれの分岐状流路のステムがそれぞれの化学反応剤入口と流体連通し、それぞれの分岐状流路のブランチが前記処理ボリュームと流体連通する請求項６８の化学反応装置。
【請求項７０】
複数のブランチを有する分岐化生成物回収チャネルを具え、前記分岐化生成物回収チャネルのステムが化学生成物出口と流体連通し、前記分岐化生成物回収チャネルのブランチが前記処理ボリュームと流体連通する請求項６８の化学反応装置。
【請求項７１】
反応ユニットのそれぞれが分岐状流路および分岐化生成物回収チャネルを含んでいる請求項６８の化学反応装置。
【請求項７２】
前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段は、異なる幅を有する複数の開口が形成された少なくとも一つの単純プレートを具え、前記複数の開口によって形成される複数の異なる幅の流路を流れる流体に対して実質的に均等な流れの均等分配が提供されるよう、前記異なる幅が選択されている請求項６７の化学反応装置。
【請求項７３】
異なる幅を有する前記複数の開口のそれぞれは平行配列に配置され、最も広い開口から最も狭い開口まで幅が順次増加するよう並べられることで、前記異なる幅の流路の平行配列が形成される請求項７２の堆積プレート反応装置。
【請求項７４】
前記配列における流路の幅の順次の増加を、前記配列における異なる幅の流路を流れ得る流体の粘度の関数とすることで、前記配列内の流体の滞留時間分布を均等化するようにした請求項７３の堆積プレート反応装置。
【請求項７５】
前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段は、異なる長さを有する複数の開口が形成された少なくとも一つの単純プレートを具え、前記複数の開口によって形成される複数の異なる幅の流路を流れる流体に対して実質的に均等な流れの均等分配が提供されるよう、前記異なる長さが選択されている請求項６７の化学反応装置。
【請求項７６】
少なくとも二つの反応剤を処理して所望の化学生成物を得るための単純プレート化学反応装置であって、
（ａ）共に、それぞれの化学反応剤のための流体入口と、生成物出口と、熱媒体のための流体入口と、熱媒体のための流体出口とを含んでいる第１の外側単純プレートおよび第２の外側単純プレートと、
（ｂ）該第１の外側単純プレートおよび第２の外側単純プレートの間に配置された複数の単純プレートであって、前記単純プレートのそれぞれがそれを通って延びる開口を有し、それぞれの単純プレート内の開口が隣接単純プレート内の少なくとも一つの他の開口と整列することで、
（ｉ）化学生成物および化学反応剤の少なくとも一つの温度を調節するための複数の熱交換器、
（ｉｉ）それぞれの反応剤のための少なくとも一つの流路、
（ｉｉｉ）少なくとも一つの混合および反応チャネル、および
（ｉｖ）堆積単純プレート内の流体の流れを操作して所望の結果を得るための手段
を形成する中間の複数の単純プレートと、
を具えた単純プレート化学反応装置。
【請求項７７】
前記生成物出口が前記第１の外側単純プレートに配置されている請求項７６の単純プレート化学反応装置。
【請求項７８】
前記生成物出口が前記第２の外側単純プレートに配置されている請求項７６の単純プレート化学反応装置。
【請求項７９】
前記堆積単純プレート内の流体の流れを操作して所望の結果を得るための前記手段は、熱交換器を形成する単純プレート内の複数の開口と、化学反応剤のための流路と混合および反応チャネルとの少なくとも一方を形成する隣接単純プレート内の複数の開口と、を具え、前記熱交換器を形成する単純プレート内の複数の開口が前記隣接単純プレート内の複数の開口に実質的に直交するようにされている請求項７６の単純プレート化学反応装置。
【請求項８０】
前記堆積単純プレート内の流体の流れを操作して所望の結果を得るための前記手段は、前記単純プレート化学反応装置内の少なくとも第１反応剤および第２反応剤間での拡散混合を可能にするための手段を具えた請求項７６の単純プレート化学反応装置。
【請求項８１】
前記拡散混合を可能にするための手段は、混合および反応チャネルを形成する開口を有する単純プレートに隣接して配置された上側反応チャネル単純プレートを具え、該上側反応チャネル単純プレートは第１化学試薬のための第１流路に組み合わされた第１開口と、第２第１化学試薬のための第２流路に組み合わされた第２開口とを有し、前記第１開口および前記第２開口は、第１化学反応剤が前記混合および反応チャネルに進入してから第２化学反応剤が進入するよう、前記混合および反応チャネルを形成する開口と整列することで、前記混合および反応チャネル内で前記第１化学反応剤および前記第２化学反応剤の層状化した流れが確立されるようにした請求項８０の単純プレート化学反応装置。
【請求項８２】
前記堆積単純プレート内の流体の流れを操作して所望の結果を得るための前記手段は、前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段を具えた請求項７６の単純プレート化学反応装置。
【請求項８３】
前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段は少なくとも一つの単純プレート内に開口を具え、該開口は分岐形状を有し、当該分岐形状を有する開口により形成される少なくとも一つの分岐状流路を流体が流れるようにした請求項８２の単純プレート化学反応装置。
【請求項８４】
ステムおよび複数のブランチを有した分岐状流路がそれぞれの反応剤のために設けられ、それぞれの分岐状流路のステムがそれぞれの化学反応剤入口と流体連通し、それぞれの分岐状流路のブランチが混合および反応チャネルと流体連通する請求項８３の単純プレート化学反応装置。
【請求項８５】
前記分岐状流路の少なくとも一つが分岐化生成物回収チャネルを具え、該分岐化生成物回収チャネルのステムが前記生成物出口と流体連通し、前記分岐化生成物回収チャネルのブランチが混合および反応チャンバと流体連通する請求項８３の単純プレート化学反応装置。
【請求項８６】
分岐状流路がそれぞれの化学反応剤のために設けられ、一つの分岐状流路が分岐化生成物回収チャネルを具えている請求項８３の単純プレート化学反応装置。
【請求項８７】
前記複数の熱交換器は、
（ａ）第１化学反応剤の温度を調節するための第１熱交換器、
（ｂ）第２化学反応剤および前記混合および反応チャネルの少なくとも一つの温度を調節するための第２熱交換器、
（ｃ）前記混合および反応チャネルおよび生成物回収チャネルの少なくとも一つの温度を調節するための第３熱交換器、および
（ｄ）前記生成物回収チャネルの温度を調節するための第４熱交換器
を具えた請求項８３の単純プレート化学反応装置。
【請求項８８】
前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段は、少なくとも一つの単純プレートに形成された異なる幅を有する複数の開口を具え、当該異なる幅を有する複数の開口によって形成される複数の流路を流れる流体に対して実質的に均等な流れの均等分配が提供されるよう、前記異なる幅が選択されている請求項８２の単純プレート化学反応装置。
【請求項８９】
単純プレート内で異なる幅を有する前記複数の開口のそれぞれは、最も狭い開口から最も広い開口まで漸増する順番に平行配列されるようにされることで、前記異なる幅の流路の平行配列が形成される請求項８８の単純プレート化学反応装置。
【請求項９０】
前記流路の前記平行配列における最も広い流路は、前記平行配列における他の流路よりも流体出口から最も遠くに配置される請求項８９の単純プレート化学反応装置。
【請求項９１】
それぞれの化学反応剤が異なる幅を有する異なる流路の平行配列に導かれ、異なる流路の平行配列のそれぞれが異なる単純プレートに配置されている請求項９０の単純プレート化学反応装置。
【請求項９２】
異なる幅を有する流路の前記平行配列は混合および反応チャネルを具えている請求項９０の単純プレート化学反応装置。
【請求項９３】
前記反応装置内の流体の分配を向上するための手段は、少なくとも一つの単純プレートに形成された異なる長さを有する複数の開口を具え、当該異なる長さを有する複数の開口によって形成される複数の流路を流れる流体に対して均等な流れの均等分配が提供されるよう、前記異なる長さが選択されている請求項８２の単純プレート化学反応装置。
【請求項９４】
前記単純プレート化学反応装置内の流体の流れを操作して所望の結果を得るための手段は、前記単純プレート化学反応装置の内部並列化を行ってスループットを向上するための手段を具えた請求項７６の単純プレート化学反応装置。
【請求項９５】
前記単純プレートの連続的なセットが連続接続される複数の反応ユニットを構成し、前記内部並列化を行うための手段は異なる単純プレートの連続的なセット内に複数の開口を具え、該開口は、これらが整列したときに、前記連続接続される反応ユニットのそれぞれに対し、
（ａ）その反応ユニット内の処理ボリュームと流体連通する反応ユニット流路、および
（ｂ）その反応ユニット内の全処理ボリュームをバイパスして続く反応ユニットと流体連通するバイパス流路
を形成する請求項９４の単純プレート化学反応装置。
【請求項９６】
前記連続接続された反応ユニットは、
（ａ）第１化学反応剤の温度を調節するための第１熱交換器、
（ｂ）第２化学反応剤と混合および反応チャネルとの少なくとも一つの温度を調節するための第２熱交換器であって、前記混合および反応チャネルが
（ｉ）前記第１化学反応剤および前記第２化学反応剤間の層状化した流れを確立し、
（ｉｉ）前記第１化学反応剤および前記第２化学反応剤を拡散混合によって共に混合し、および
（ｉｉｉ）前記第１化学反応剤および前記第２化学反応剤間の化学反応を開始させるために十分な滞留時間を提供する
ものである第２熱交換器、および
（ｃ）前記混合および反応チャネルの温度を調節するための第３熱交換器
を具えている請求項９５の単純プレート化学反応装置。
【請求項９７】
連続接続された異なる反応ユニットの下流側に配置されたそれぞれの反応ユニットの前記第１熱交換器は、すぐ上流に配置された反応ユニットの前記第３熱交換器を構成する請求項９６の単純プレート化学反応装置。
【請求項９８】
複数の前記連続接続された反応ユニットが共に不可逆結合して反応装置スタックを形成する請求項９５の単純プレート化学反応装置。
【請求項９９】
複数の個々の反応ユニット装置スタックが共に可逆結合して化学プラントを形成する請求項９８の単純プレート化学反応装置。
【請求項１００】
化学反応装置で単位時間当たりに生成される化学生成物の量と、前記化学反応装置で単位時間当たりに生成される化学生成物の品質との、少なくとも一方を向上するための少なくとも一つの手段を内蔵し、少なくとも二つの化学反応剤を組み合わせて化学生成物を生成する化学反応装置を作成するための方法であって、
（ａ）少なくとも一つの反応ユニットを形成するよう構成された複数の単純プレートを用意する工程であって、該複数の単純プレートが
（ｉ）少なくとも一方が複数の開口と、少なくとも二つの化学反応剤入口を形成する開口と、生成物出口と、熱媒体入口と、熱媒体出口とを含んでいる、第１の外側単純プレートおよび第２の外側単純プレート、および
（ｉｉ）該第１の外側単純プレートおよび第２の外側単純プレートの間に配置するよう適合した各反応ユニット用の複数の単純プレートのセットであって、該単純プレートのセットが少なくとも一つの開口を有し、各反応ユニットが少なくとも二つの熱交換器と少なくとも一つの混合および反応チャネルを具え、該混合および反応チャネルが少なくとも二つの熱交換器間に配置されて熱伝達できるように接続されており、各反応ユニットが各化学反応剤、化学生成物および熱媒体のための流路を具えている、当該複数の単純プレートのセット
を含んでいる、当該工程と、
（ｂ）第１の外側単純プレートおよび第１反応ユニットを構成する単純プレートの第１セットを堆積する工程であって、隣り合う単純プレートの固体部分および開口が協働して、
（ｉ）化学反応剤流路、熱媒体流路、前記少なくとも二つの熱交換器、前記少なくとも一つの混合および反応チャネルおよび生成物流路を形成して、前記化学反応剤流路および前記熱媒体流路がそれぞれ化学反応剤入口および熱媒体入口と流体連通するようにするとともに、
（ｉｉ）前記堆積プレート反応装置で単位時間当たりに生成される化学生成物の量と、生成される化学生成物の品質との、少なくとも一方を向上するための手段を形成する
当該工程と、
（ｃ）含まれる付加反応ユニットのそれぞれについて先の単純プレートのセットを次の単純プレートのセット上に堆積する工程であって、次の単純プレートのセットのそれぞれについて、隣り合う単純プレートの固体部分および開口が協働して前記化学反応剤流路、前記熱媒体流路、前記少なくとも二つの熱交換器、前記少なくとも一つの混合および反応チャネルおよび前記生成物流路を形成し、前記化学反応剤流路および前記熱媒体流路がそれぞれの試薬入口と流体連通するようにするとともに、それぞれの反応ユニットが流体の流れを操作して所望の結果を得るための手段を含んでいる、当該工程と、
（ｄ）最後の反応ユニットの底部に前記第２の外側単純プレートを加える工程と、
（ｅ）前記第１および第２の外側単純プレートと複数の単純プレートとを固定してスタックに形成する工程と、
を具えた方法。
【請求項１０１】
前記堆積プレート反応装置で単位時間当たりに生成される化学生成物の量と、生成される化学生成物の品質との、少なくとも一方を向上するための手段は、
（ａ）前記化学反応装置内の複数の平行流路を流れる流体の滞留時間を均等化する工程であって、前記流体が化学生成物および反応剤の一つを具えている、当該工程と、
（ｂ）熱交換器を構成する複数の熱媒体開口を通る熱媒体を、該熱媒体により温度調整されるべき前記化学生成物および前記反応剤の一つの流れに直交する方向に導く工程と、
（ｃ）前記化学反応装置を通る流れまたは反応剤を内部並列化することで、複数の反応ユニット内で前記化学生成物を生成する工程と、
から構成される請求項１００の方法。
【請求項１０２】
化学生成物が生成される所望の速度の関数として決定されるｎ重の内部並列化が可能で、少なくとも二つの化学反応剤を組み合わせて前記化学生成物を生成する堆積プレート化学反応装置を作成するための方法であって、
（ａ）化学生成物が生成される所望の速度の関数としてｎについての値を決定する工程、
（ｂ）複数の単純プレートを用意する工程であって、該複数の単純プレートがｎセットの単純プレートを含み、単純プレートのそれぞれのセットが反応ユニットを形成し、それぞれの単純プレートが少なくとも一つの開口を含み、それぞれの反応ユニットが少なくとも二つの熱交換器と、それらの間に配置された混合および反応チャネルと、それぞれの化学反応剤、化学生成物および熱媒体のための流路とを含んでいる当該工程、
（ｃ）ｎ個の反応ユニットを形成する単純プレートのセットを堆積する工程であって、隣り合う単純プレートの固体部分および開口が協働して化学反応剤流路、熱媒体流路、熱交換器、混合および反応チャネルおよび生成物流路を形成し、前記化学反応剤流路、熱媒体流路、熱交換器、混合および反応チャネルおよび生成物流路が前記化学反応装置のそれぞれの流体入口および流体出口と流体連通するようにする当該工程、および
（ｄ）前記複数の単純プレートとを固定してスタックにする工程、
を具えた方法。
【請求項１０３】
前記複数の単純プレートは指標となる特徴を含み、前記複数の単純プレートを堆積する工程は前記複数の単純プレートの前記指標となる特徴を整列させる工程をさらに含む請求項１０２の方法。
【請求項１０４】
前記固定を行う工程は、
（ａ）それぞれの反応ユニットを構成する単純プレートのセットについて、前記反応ユニットの単純プレートを互いに適切な順序で不可逆接着する工程であって、先の反応ユニットの最後の単純プレートが続く反応ユニットの第１単純プレートとして機能するために、第１反応ユニットが続く反応ユニットより１枚多い単純プレートを含むようにする当該工程、および
（ｂ）前記反応ユニットを互いに可逆接合して前記堆積プレート化学反応装置を形成する工程
を具えている請求項１０２の方法。
【請求項１０５】
堆積プレート反応装置内の流体の分配を向上するための方法であって、
（ａ）少なくとも一つの開口が形成された単純プレートを複数用意する工程であって、前記複数の単純プレート内の異なる開口がそれぞれ異なる化学反応剤のための流体入口、化学生成物のための流体出口、熱媒体のための流体入口、熱媒体のための流体出口、少なくとも一つの混合および反応チャネル、複数の熱交換器、それぞれ異なる化学反応剤のための少なくとも一つの流路、化学生成物のための少なくとも一つの流路、熱媒体のための少なくとも一つの流路、および前記堆積プレート反応装置内の流体分配を向上するための手段を構成している当該工程、
（ｂ）前記複数の単純プレート内に開口を形成し、該開口の形状および寸法が熱媒体流路と、化学反応剤流路と、混合および反応流路と、化学生成物回収流路との少なくとも一つを向上するようにする工程、
（ｃ）前記複数の単純プレートを定められた順序で堆積し、所要のすべての流体入口と、流路と、流体出口と、混合および反応チャネルと、熱交換器とが、隣り合う単純プレートの開口およおび固体部分の重畳によって形成されるようにする工程、および
（ｄ）前記複数の単純プレートとを固定してスタックにする工程、
を具えた方法。
【請求項１０６】
前記単純プレートの少なくとも一つの開口が分岐形状を有するように形成されている請求項１０５の方法。
【請求項１０７】
異なる幅を有して平行流路を形成する平行な開口の配列が前記複数の単純プレートの少なくとも一つに形成され、前記流路は幅の最も狭い開口から最も広い開口まで順番に配列されている請求項１０５の方法。
【請求項１０８】
前記平行流路の配列を流れる流体について実質的に均等な流れの均等分配が提供されるよう、前記異なる幅が選択されている請求項１０７の方法。
【請求項１０９】
堆積された単純プレートにより形成される化学反応装置内の流体の分配を向上するための方法であって、
（ａ）異なる幅を有して平行流路を形成する平行開口の配列であって、前記流路が幅の最も狭い開口から最も広い開口まで順番に配列されている当該配列を含む少なくとも一つの単純プレートを、堆積される単純プレート内に提供する工程、
（ｂ）前記平行流路を流れ得る流体の粘度を決定する工程、および
（ｃ）前記少なくとも一つの単純プレート内の開口幅を前記流体の粘度の関数として決定し、前記平行流路のそれぞれを流れる流体の流れの分配が実質的に均等になるようにする工程、
を具えた方法。
【請求項１１０】
複数の内部並列化反応チャンバを具えた内部並列化マイクロ反応装置において化学反応を行わせるための方法であって、
（ａ）異なるそれぞれの反応剤に対し一つの入口ポートのみを用いて、前記内部並列化マイクロ反応装置内にそれぞれの反応剤を導入する工程、
（ｂ）それぞれの反応剤の一部を第１反応チャンバに向け、所定量の化学生成物を生成させる工程、
（ｃ）それぞれの反応剤の一部を少なくとも一つ付加された反応チャンバに向け、付加的な量の化学生成物を生成させるとともに、当該少なくとも一つ付加された反応チャンバに向けられたそれぞれの反応剤の一部は他の反応チャンバには導入されないようにする工程、および
（ｄ）単一の出口ポートを用いて、生成された化学生成物のすべてを回収する工程
を具えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して小型化した化学処理装置に関し、より詳しくは、反応剤およびその他のための流路を提供すべく協働する堆積プレートから組み立てられる小型化学処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化合物を生成するプロセスを制御および最適化する方法は良く知られている。温度、圧力、混合条件反応剤の相対容量および触媒の使用などのパラメータを制御することは、一般によく理解されている。従来、新たに発見された化合物および、かかる化合物の生成を含むプロセスまたはかかる化合物の使用を含むプロセスのいずれかは、はじめに「ベンチスケール」環境において研究員により扱われる。特に期待される化合物やプロセスは、最終的に工業規模のプロセスに適用されることによって大量生産されることになる。プロセスを研究室規模から工業規模にまで拡大する際には、しばしば問題が生じる。
【０００３】
ベンチスケールでの生産から工業規模の生産への移行に結びつく問題には、しばしばベンチスケール環境と工業的環境との間の処理条件の変化が含まれる。例えば、研究室において小さなビーカーやフラスコ内で反応剤の温度を一定に保つことは、しばしば化学処理プラントにおいてそうであるような数百リットルの容量を持つ製造タンク内で温度を一定に保つことに比べて容易である。大きなタンク内で他の処理条件の変動を制御することも困難であり、所望の生産物の品質および生産量にしばしば悪影響を与える。
【０００４】
化合物を生産するプロセスを研究室で開発する他の局面は、所望の生産物を生成するためにしばしば潜在的に危険な化学物質が用いられるということである。研究所における火災や爆発およびこれに伴う人や財産の被害は、化学研究工業においてよく知られたリスクである。かかるリスクは研究にのみ限られるものではない。危険な化学物質を使用することに関連して、工業的化学生産設備もまた火災や爆発に直面し得るからである。しばしば、工業規模のプロセスにおいて用いられる化学物質の量によって、かかる事故は工業上の環境に壊滅的な状況をもたらし、これは同様な事故が研究所環境にもたらすものよりも甚大である。
【０００５】
最近、化学プロセスの開発および生産の双方に対して、微小規模反応装置（microscale reactor）を使用することが大きく注目されている。この種の反応装置にはいくつかの利点がある。上述のように、非常に小さい反応装置内で化学処理を制御することは、大きな生産タンク内で制御を行うよりも簡単である。微小規模反応装置での反応プロセスが開発され、最適化されれば、プロセスの所望生産量が得られるよう微小規模反応装置を十分な量だけ複製することで、工業生産レベルまでスケールアップすることができる。かかる反応装置を適切な価格で量産できれば、従来の化学的生産設備と同等以下の設備投資で、所望工業量の生産物を生産できる。他の利点としては、個々の反応装置内の物質の量が少ないので、爆発または発火の影響が最小限になり、また適切な設計を行えば１つの反応装置内の事故が他の反応装置に及ぶのを防ぐことができるということがある。
【０００６】
かかる反応装置は一般に、「バッチ化学（batch chemistry）」に比べて、研究員によって危険物にさらされる必要性が少ないので、研究環境における安全性も改善される。研究者は、しばしば熱源が存在する中で、様々なガラス容器内で化学物質を物理的に取り扱うことが一般に必要となる。かかる環境におけるいかなる事故であっても、危険物にさらすリスクが増大し、研究所に重大な損傷を与える。これに対し、小規模すなわちマイクロ反応装置は、研究者が化学物質にさらされる可能性を最小限にする自己完結ユニット（self-contained unit）として設計することができる。マイクロ反応装置を用いた場合、所望の反応を行わせるのに研究者は化学物質の容器を物理的に扱う必要がなくなり、事故に伴う発火や爆発を比較的容易に抑制できるよう、あるエリアに反応装置を位置づけることができるようになる。
【０００７】
マイクロ反応装置が従来の化学プロセスの開発および生産を超える利点を与える他の面は、反応剤の混合についてである。混合チャネルを適切な寸法とすることは、チャネル内での反応剤の層流化を促進し、マイクロ反応装置内で実現可能である。層流は拡散による混合を増進する。これは反応剤を物理的に攪拌するのにエネルギを費やす必要をなくし、迅速かつ効果的な混合技術である。
【０００８】
マイクロ反応装置は特に製薬産業に適用可能である。製薬産業は毎年多くの新規な化合物に関する化学的な研究に結びつき、望ましくかつ商業的に価値のある資産をもって、薬や化合物を発見する努力をしている。かかる研究の安全性および効率を向上することには価値がある。マイクロ反応装置がベンチスケール生産から工業的生産に移行する際の問題を除去する可能性に結びつければ、種々の化学プロセスの実施に使用して好適であり、効率的で低廉な設計であるマイクロ反応装置が強く要望されることは明白であろう。
【０００９】
いくつかの異なる設計のマイクロ反応装置が開発されている。例えば、特許文献１および特許文献２（ともにAshmeadらが発明者として示されている）に記載されたような反応装置がある。これらの特許には化学的な製造および生産のための反応装置構造であって、複数の相互接続された層から組み立てられたものが記載されている。概して、各層はそこに形成されたチャネルないし溝を有しており、ほとんどのものは一つの層を他と流体連通状態に接続する目的のオリフィスを含んでいる。これら層は好ましくはシリコンウェハにより作成される。シリコンは反応装置内で処理され得る化学物質に対し比較的不活性であるからであり、また、表面にエッチングすることで所要のチャネルおよび他の形状（feature）を有するようにしたシリコンウェハを大量生産するのに必要な技術が良く知られているからでもある。
【００１０】
Ashmeadにより開示された反応装置の不利な点は、装置を製造するのに必要なプロセスがかなり高価で複雑であることに起因する。シリコンウェハの技術は、所望の表面形状を有するウェハを大量生産できる段階にまで進歩しているものの、所要の設備に大きな資本を必要とし、単価を極端に高くしなければ大きなコストを埋めるのが難しい。Ashmeadは層を作るのに金属、ガラス、あるいはプラスチックなど他の材料を用い得ることを示唆しているが、依然として所要の表面形状(溝、チャネルなど)は選択された材料で形成されなければならない。Ashmeadにより教示される特定の表面形状は、作るのにかなりの製造ステップを要する。例えば、材料を通る開口を形成するのは容易であるが、層を構成する材料を部分的にのみ通る溝ないしチャネルを形成するのはより困難である。製造プロセスが表面形状の寸法を制御しなければならないだけでなく、同様に深さも制御しなければならないからである。層を構成する材料を完全に貫通する開口を形成する場合、深さの制御はそれほど精密になされる必要はない。Ashmeadは、層を完全に貫通する開口と、個々の層を完全には貫かない表面形状(溝／チャネル)との双方が必要であることを教示している。よって、選択された材料に拘らず、各層の作成には多数の処理ステップが使用されなければならないのである。従って、かかる細かな製造を要さない層を具えたマイクロ反応装置の開発が要望される。
【００１１】
特許文献３（Bardによる）はモジュール式のマイクロ反応装置を開示している。これは流体連通状態に接続された一連のモジュールを含み、各モジュールが特定の機能（流体の流れの操作および制御、混合、化学処理、化学的選別（chemical separation）等）を担っている。Bardは特に、複数のモジュールが支持構造上に横方向に取り付けられる点を教示しており、Ashmeadが開示したように堆積されるものではない。Bardの好適実施形態においては、チャネルおよび／または他の形状をシリコンウェハの表面に形成するために、ここでもシリコンウェハ技術が用いられている。その他に開示される製造技術には、金属および半導体基体のマイクロマシニング、射出成形および鋳造が含まれている。ここでも、個々のモジュールを作るのに必要な処理は、単に複数の開口を各コンポーネントに形成することを超えた程度のものに過ぎない。さらに、Bardにより開示された反応装置の横方向配置は、堆積プレート反応装置よりも大きいフットプリント（基底部面積）を要する。Bardの反応装置においては、付加するモジュールが増すほど反応装置全体のフットプリントが大きくなる。これに対して、堆積プレート反応装置にプレートを付加する場合には、反応装置のフットプリントは変わらず、これが独特の利点となり得る。多くの作業環境では、作業台またはフロア上に占める装置の面積の方が装置の鉛直方向の高さよりも有益だからである。フットプリントを最小限にした反応装置の設計を提供することが要望されるであろう。一方、特別な処理や適用のためにコンポーネントを付加して反応装置をカスタマイズできるようにする柔軟性をさらに具えることも要望されるであろう。
【００１２】
特許文献４（Ghoshらによる）においては、複数のセラミック層から形成された反応装置が開示されている。複数のセラミック層は流体連通状態に接続され、少なくとも一つの層が浸透性のある隔壁を含んでいる。特にGhoshは、流路を適切に寸法づけることで層流および拡散による混合を行うことが、乱流による混合を行うよりも望ましいことを記載している。Ghoshの好適実施形態では、チャネルおよび通路が各層に形成されることが記載されている。この課題を実現するためにGhoshが開示する特別な処理には、「グリーン」すなわち生の（"green" or uncured）セラミックから層を作り、所望の形状としてから焼結すべきことが含まれている。注目すべきは、焼結プロセスはセラミック層の寸法を変化させ、生産の初期の段階でセラミック層に形成された形状の寸法が最終製造物の寸法と異なってしまうことである。個々のコンポーネントの寸法が製造を通じて厳格に制御され、最終的な反応装置の寸法に負の効果をもたらし得る収縮の影響を受けないように、反応装置の設計を行うことが要望される。この目的は、層流を実現することに着眼した反応装置の設計を行う際に特に重要である。確実な層流、正確に制御された圧力降下および正確に制御された流体抵抗を実現するためには、反応装置内の流体通路の寸法の正確な制御が維持されていなければならないからである。
【００１３】
これらすべての従来技術の反応装置においては、比較的複雑な製造技術を要している。シリコン材料の層を製造することは大きな設備投資を要する。セラミック材料の焼結は焼結プロセスの精密な制御を要し、さもなければ個々のコンポーネントを所望寸法にすることができなくなる。すべての場合において、従来技術では各層において複雑な構造（例えば、流路および反応チャネル）がエッチングその他によって作成されなければならない。加えて、反応装置の隣接層間で流体を移動させるためのオリフィスないし通路も各層に形成する必要がある。従って、各層に対して一般に異なった製造ステップを実行しなければならない。比較的製造が容易でありながら上述の利点を与える反応装置設計を提供し、研究室レベルから工業生産レベルまで生産規模を拡大するための設備投資を最低限にすることが要望される。
【００１４】
上述のように、単一のマイクロ反応装置は限られた量の生産を行う一方、生産量の増大に応じて付加的なマイクロ反応装置を増設できるようにする。付加的なモジュール式マイクロ反応装置が増設されると、一般に反応剤供給、熱媒体供給および生産物回収用の付加的なシステムが必要となり、システムの複雑さが増大するだけでなく、流体系の二重化（duplicative fluid systems）を行うためにより大きなスペースを必要とする。さらに、二重反応装置モジュールのいくつかについて供給量にわずかな差異があっても、これは生産物の品質に負の効果をもたらす。最後に、付加的な反応装置モジュールおよび供給システムを管理するのに高度の制御および監視を必要とする。従って、付加的な流体および制御系を設ける必要なしにｎ重の並列化を行い得るマイクロ反応装置を提供することが要望される。
【００１５】
反応剤入口および生成物出口を反対側の端部にもつ単一の共通反応剤分配チャネルおよび単一の共通生成物回収チャネル（これらは等しい断面積である）を有する相等しい流路の配列において、反応剤に対する生成物の粘度が実質的に等しければ、配列を通る圧力降下が等しいと考えられるので、結果として流れは等しく分配され、中央部の流路における流速が僅かに低いだけである。
【００１６】
しかしながら、反応剤の粘度に対し生成物の粘度が著しく異なっていた場合、かかる配列を通る流れは等しく分配されない。反応を処理するためにかかる配列が用いられ、生成物の粘度が未反応の反応剤の混合物の粘度に対して著しく異なる場合には、共通反応剤分配チャネルにおける圧力降下がもはや共通生成物チャネルにおける圧力降下と平衡しないという事実によって、配列内には広く滞留時間分布が生じる。配列における個々の流路内の流速はもはや等しいものではなくなる。混合はしているが未反応の反応剤の粘度に対して生成物の粘度が著しく大きければ、配列における個々の流路内の流速は、共通生成物出口に近いものほど配列交差方向に増加する傾向がある。従って、配列において共通生成物出口に最も近い流路に最高流速が表れる一方、配列において共通生成物出口から最も遠く配置された流路に最低流速が表れる。混合はしているが未反応の反応剤の粘度に対して生成物の粘度が低ければ、この現象は異なったものとなる。すなわち、生成物の粘度の方が低ければ、配列において共通反応剤入口に最も近い流路に最高流速が表れる一方、配列において共通反応剤入口から最も遠く配置された流路に最低流速が表れる。年度の相対的な変化が大きいほど、配列交差方向の流速変動が大きくなる。
【００１７】
この不均衡によって、異なる流路について滞留時間が異なることとなり、反応ユニット全体について好ましくない滞留時間分布が生じてしまうことになる。時には、余分な滞留時間によって好ましくない交差反応（cross reactions）が生じ、「最も遅い」流路の目詰まりすら生じ得る。上述した滞留時間分布および関連する問題が生じることなく、著しい粘度変化にさらされる反応剤混合物を処理できるようにした複数の流路を含むマイクロ反応装置を提供することが要望される。
【００１８】
上述した特定の滞留時間分布に関しては、複数の異なる反応剤が混合される流路内で生じる反応剤混合物に対してただ一種の好ましくない滞留時間分布が問題であることに注意すべきである。この種の滞留時間分布の問題はまた、回収される生成物と同様、混合前の反応剤を導くのに用いる流路内でも生じ得る。反応装置内の流体の流れについて実質的に等しい滞留時間を呈するように適合した複数の流路を含むマイクロ反応装置を提供することが要望される。
【００１９】
【特許文献１】米国特許第５，５３４，３２８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６９０，７６３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５８０，５２３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９６１，９３２号明細書
【特許文献５】米国特許出願第０９／４９６，９９９号明細書
【非特許文献１】Advances in Heat Transfer, Vol. 19, 247, 1989
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
要約すれば、廉価に製造でき、プロセスに対して比較的狭く望ましい温度範囲を維持でき、比較的小さいフットプリントを有し、正確に制御された層流を用いる効率的な拡散混合（diffusion mixing）を提供可能で、付加的な流体供給、除去および制御系を要さずにｎ重の並列化が可能であり、著しく異なる粘度をもつ生成物を形成する反応混合物を処理でき、および、反応装置内の流体流について実質的に等しい滞留時間分布を呈し得る、反応装置を提供することが要望される。これまで、従来技術はかかる装置を含んでいない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明により、化学生産物を得ることを目的として一化学物質を少なくとも一つの他の化学物質と反応させるための堆積プレート反応装置が定義される。本発明に係る堆積プレート反応装置は、反応装置における流体の流れを操作する手段を含むことで、所望の効果を得るものである。
【００２２】
堆積プレート反応装置のそれぞれは複数の単純プレートを含み、各々の単純プレートはそこに形成された少なくとも一つの開口を有する。各々の単純プレートは互いに堆積されて複数の層を形成するとともに、各々の単純プレート内の少なくとも一つの開口が隣接する単純プレート内の少なくとも一つの開口と重畳するよう配置されることにより、それぞれ異なる化学反応剤のための流体入口と、化学的生成物のための流体出口と、熱媒体（heat transfer media）のための流体入口と、熱媒体のための流体出口と、複数の熱交換器と、複数の混合および反応チャネルとを形成する。
【００２３】
各々の熱交換器は異なる単純プレート内の開口によって形成される。開口は熱媒体の入口および出口のポートに流体連通するとともに、隣接する単純プレート間に配置される。好ましくは、各熱交換器が反応剤および／または化学的生成物の少なくとも一つの温度を加減するのに用いられる。熱交換器はまた、互いに異なる温度の二つの反応剤の一方の温度を加減するのに用いることができる。
【００２４】
好ましくは、複数の熱交換器のそれぞれの流路は、化学反応剤および化学的生成物の少なくとも一方の流れを導くための流路に実質的に直交するよう配設され、当該化学反応剤および化学的生成物の少なくとも一方の温度は複数の熱交換器の一つ（好ましくはクロスフローするように配置されたもの）によって操作されるようになっている。単純プレートを作成するための材料は、化学プロセスと互換性があるよう選択される。一実施形態においては、単純プレートは結晶構造のウェハ、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料および金属からなる群から選択された材料で形成される。最も好ましくは、単純プレートはステンレス鋼またはニッケル合金から作成される。
【００２５】
反応装置が温度制御、化学物質滞留時間の制御、化学物質の混合および化学反応を含む複数の動作に適合していることも好ましい。温度制御は１以上の温度センサおよび１以上の熱交換器の組み合わせによって行われる。好ましくは、化学物質の混合は、反応剤が少なくとも一つの他の反応剤に対して積層された層流をなすよう、寸法および向きが定められた通路を適用することによって行われる。
【００２６】
一実施形態においては、単純プレートは共に、圧縮力の作用によってスタック内に着脱可能に保持される。この実施形態においては、ハウジングがその圧縮力を提供し、外側の単純プレートに作用する圧力を発生する。プレートの平均表面粗さは好ましくは１μｍ未満であり、単純プレートは実質的に傷がないものである。圧力は好ましくは３００Ｎ／ｍｍ２以上であり、好ましくは併せてガスケットまたはＯリングの使用される。他の実施形態においては、単純プレートが恒久的に結合される。恒久的結合を行う場合、プレートの平均表面粗さは好ましくは５μｍ未満である。恒久的結合は拡散接合（diffusion welding）または真空接合（vacuum soldering）を用いて行われる。単純プレートを結合させるべく圧縮力が用いられる場合には、圧縮力および交換用または付加的単純プレートを除去することによって反応装置を直ちに再形成（reconfigure）できることに注意すべきである。
【００２７】
好ましくは、中間部の複数の単純プレート内にある開口は可能な範囲で共通形状および寸法を共有する。好ましくは、すべての単純プレートの１コーナに面取りを施すことで、単純プレートを化学反応装置に組み立てる際の基準とする。
【００２８】
本発明実施形態の好適な１グループは、所望の結果を得るべく反応装置内の流体の流れを操作する手段が特に用いられた堆積プレートに向けられる。これにより堆積プレート反応装置はスループット向上のための内部の並列化を実現できるようになる。反応装置は、上部プレート、複数の個々の反応ユニットおよび底部プレートを含む。各反応プレートは反応剤流路と、反応剤混合および反応チャネルと、生成物流路と、熱交換器とを含み、単純プレートのセットを具える。用いられる反応ユニットの数は所望される生成物の容量の関数である。この内部に通路を並列化した反応装置においては、上記手段が各反応ユニットを形成する単純プレート内に開口を含み、すべての反応ユニットが２種の反応剤流路を含むようになっている。第１種の反応剤流路は反応剤を化合（combine）させて所望の生成物を得ることを可能にする。第２種の反応剤流路は今の（現在の）反応ユニットをバイパスし、次の反応ユニットに反応剤を供給し、処理されるようにする。
【００２９】
かかる堆積プレート反応装置は、それぞれ異なった反応剤のための流体入口、化学生成物のための流体出口、熱媒体のための流体入口、熱媒体のための流体出口を具えた第１単純プレート、連続的に接続された複数の反応ユニットおよび底部プレートを含む。各反応ユニットは第１単純プレートと流体連通するとともに、単純プレートのスタックを具える。各単純プレートはそれを貫いて延在する少なくとも一つの開口を有し、各単純プレート内の開口が隣接するプレート内にある少なくとも一つの他の開口と重畳（overlap）することで、化学反応剤および化学生成物の少なくとも一方の温度を加減するための複数の熱交換器と、少なくとも一つの混合および反応チャネルとを形成する。最も好ましくは、各々の混合および反応チャネルを上側熱交換器と下側熱交換器との間に挟むことで、反応温度の制御能力を最大限にする。
【００３０】
好ましくは、直列接続される反応ユニットのそれぞれは、第１化学反応剤の温度を加減するための第１熱交換器と、第２化学反応剤の温度を加減するとともに混合および反応チャネルの温度を加減するための第２熱交換器とを含む。また、拡散混合によって第１化学反応剤および第２化学反応剤を共に混合する目的で第１化学反応剤および第２化学反応剤間の層流関係を確立する、少なくとも一つの混合および反応チャネルを含み、第１化学反応剤と第２化学反応剤との化学反応の開始に十分な滞留時間を提供する。加えて、混合および反応チャネルの温度を加減するための第３熱交換器が含まれる。
【００３１】
後の反応ユニットを先の反応ユニットに結合するために、後の反応ユニットの第１熱交換器はまた、先の反応ユニットの第３熱交換器を構成する。よって、第１反応ユニットは好ましくは十二枚の単純プレート（上部プレートを含まない）のスタックで作成され、後の各反応ユニットは好ましくは十枚の単純プレートのスタックで作成され、後の反応ユニット内の第１単純プレートは先の反応ユニットの最終単純プレート上に堆積される。単一の反応装置が同じ上部プレートを流体入口および出口とともに用いながらより多くの生成物を生産できるようにするために、付加反応ユニットに相当（represent）する堆積プレートの付加的なセットが、第１反応ユニットと底部プレートとの間のスタックに加えられる。
【００３２】
ｎ重の内部並列化は、共にスタックされた上部プレートおよび底部プレートを含む僅かに異なる構成の十二枚の単純プレートを用いて行うことができる。複数の流路、混合および反応チャネルおよび多重熱交換器を作るには、これら十二枚の異なる構成を必要とするのみである。底部プレート内の全開口を封止するべくプラグを用いるのであれば、ｎ重の内部並列化が可能な反応装置を作成するのに、異なる構成の十一枚の単純プレートを要するだけである。さらに、生成物流路に関連して死容量（dead volume）が受容されるのであれば、ｎ重の内部並列化が可能な反応装置を作成するのに、異なる構成の十枚の単純プレートを要するだけとなる。いくつかの実施形態においては、数枚の単純プレート内の不要な開口に関連した死容量を埋めるために、より長いプラグが用いられる。
【００３３】
本発明に係る他の好適な実施形態は、所望の結果を得るべく反応装置内の流体の流れを操作する手段が特に用いられた堆積プレートに向けられる。これにより、粘性流体を処理できるようにする一方、並列の流路を通って流れる反応剤の粘度に対して実質的に異なる粘度を持つ生成物流体を処理するために実質的に等しい滞留時間分布を維持することができるようにする。かかる実施形態の１グループにおいては、上記手段が少なくとも一つの単純プレート内に形成された分岐形状（bifurcated shape）を持つ開口を具え、この分岐形状が、それに組み合わされる少なくとも一つの分岐状流路を流れる流体に関して滞留時間分布を向上（enhancing）する。
【００３４】
この実施形態のセットにおいて、堆積プレート反応装置は層状に堆積した複数の単純プレートを具え、各単純プレートはそれを貫いて延在する少なくとも一つの開口を有し、各単純プレート内の開口が隣接するプレート内にある少なくとも一つの他の開口と重畳することで、それぞれ異なった反応剤のための流体入口と、化学生成物のための流体出口と、熱媒体のための流体入口および出口と、並列する複数の混合および反応チャネルとを形成する。少なくとも一つの実施形態においては、各化学反応剤のための分岐状の流路が設けられる。分岐状流路のそれぞれにおけるステムは対応する化学反応剤入口と流体連通し、分岐状流路のブランチは並列する混合および反応チャネルの一つと流体連通する。
【００３５】
また、少なくとも一つの実施形態においては、生成物回収のために分岐状流路が用いられており、これを分岐化生成物回収チャネルとして参照する。かかる実施形態では、分岐化生成物回収チャネルのステムは化学反応剤出口と流体連通し、分岐化生成物回収チャネルのブランチは並列する混合および反応チャネルの一つと流体連通する。
【００３６】
好ましくは、各化学反応剤または生成混合物に対して、それぞれ、分岐状流路および分岐化生成物回収チャネルが設けられる。かかる実施形態において、複数の熱交換器は、好ましくは第１化学反応剤の温度を加減するための第１熱交換器と、第２化学反応剤の温度を加減するとともに並列する混合および反応チャネルの温度を加減するための第２熱交換器と、並列する混合および反応チャネルの温度を加減するための第３熱交換器と、生成物回収チャネルの温度を加減するための第４熱交換器とを含む。かかる実施形態に適した上部プレートは、それぞれ異なる化学反応剤のためのそれぞれの流体入口を形成する開口と、熱媒体のための流体入口と、熱媒体のための単一の流体出口とを有する。底部プレートは化学生成物出口を形成する開口を具える。好ましくは、かかる実施形態は堆積された十八枚の単純プレートを具える。最も好ましくは、異なった形状の十六枚の単純プレートが用いられる。
【００３７】
さらに他の実施形態のグループにおいても、上述の分岐状チャネルの実施形態のように、所望の結果を得るべく反応装置内の流体の流れを操作する手段が用いられ、これにより反応剤の粘度に対して異なる粘度を持つ生成物流体を処理できるようにする一方、並列の流路を通って流れる流体のために実質的に等しい滞留時間分布を維持することができるようにする。この実施形態のグループにおいては、反応装置内の流体の分配を制御することで、少なくとも一つの単純プレートにおいて異なる幅を持つ複数の細長い開口を用いて等しい滞留時間が確保できるようにする。これら細長い開口を上部および底部プレートの固体部分（solid portion）で覆うことにより、流路が形成される。
【００３８】
好ましくは、一つの単純プレートにおいて異なる幅を持つ複数の開口のそれぞれが、異なる幅の並列流路を形成し、これらは好ましくは実質的に等しい長さとされる。平行配列の一縁に配置された最も狭い開口を持つ流路から、平行配列の反対側の縁に配置された最も広い開口をを持つ流路まで、流路の幅が増すようにされている。つまり、平行配列内の開口は最も狭いものから最も広いものまで順に並んでいる。
【００３９】
複数の並列流路を通って流れる反応混合物の流れの均等分配を可能とするために、共通の反応剤分配および共通の生成物回収チャネルが設けられる。ここで、生成物流体が反応剤混合流体の粘度に比較して大幅に高い粘度を有していれば、異なる幅をもつ複数の流路の平行配列の中で最も広い流路は、異なる幅の流路を通る流体流の速度を等しくする目的で、平行配列における他の流路のどれよりも流体出口の開口から遠く配置される。しかし、反応剤混合物の粘度に比較して大幅に低い粘度を生成物流体が有するのであれば、異なる幅をもつ複数の流路の平行配列の中で最も広い流路は、平行配列における他の流路のどれよりも流体入口の開口から遠く配置される。
【００４０】
流路の平行配列を用いる一実施形態において、化学反応剤のそれぞれは、異なる幅の流路の異なる平行配列内に向けられ、異なる平行配列は異なる単純プレートによって形成される。並列する複数の混合および反応チャネルもまた異なる幅の流路の平行配列を具え得ることに注意すべきである。
【００４１】
平行配列を用いる好適な一実施形態においては、複数の熱交換器が第１化学反応剤の温度を調節するための第１熱交換器と、第２化学反応剤の温度を調節するとともに並列する混合および反応チャネルの温度を調節するための第２熱交換器とを具える。かかる実施形態に用いるための上部単純プレートは、それぞれ異なる化学反応剤のためのそれぞれの流体入口と、熱媒体のための流体入口および出口と、化学生成物出口とを形成する開口を有する。底部プレートは流体入口を形成する開口を有しておらず、流体出口を形成する開口も有していない。かかる反応装置は、少なくとも十一の異なる形状の十三枚の単純プレートから作成することができる。
【００４２】
本発明の他の形態は、ｎ重の内部並列化が可能な堆積プレート反応装置を生産する方法と、並列流路を通る流れに関して実質的に等しい滞留時間を実現する堆積プレート反応装置を生産する方法とに向けられる。該方法は、概して上述装置の具える要素の機能に対応した工程を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
添付の図面と合わせて以下の詳細な説明を参照することで、本発明はより理解しやすいものとなり、これにより本発明の上述の諸形態および付随する利点はより容易に理解されるものとなろう。
【００４４】
概要
本発明は、化学生成物を生産するのに用いられる堆積プレート反応装置における内部並列化に関する。本説明および特許請求の範囲の双方に適用される内部並列という語は、各流体の種類（すなわち、反応剤、生成物および熱媒体）に対して単一の流体入口および流体出口のみを用いる実質的に等しい複数の微小規模処理要素を同時に言うことを意味するものと理解されるべきである。これらの処理要素は、マイクロ反応装置のユニット、流体処理チャネル（すなわち熱処理および反応剤混合には用いられる流路であって、反応剤の分配および生成物回収に用いられる流路ではない）、熱交換器およびワークアップユニットを含み得る。ワークアップユニット（すなわち、ポスト処理ユニット）は、反応の抑制、生成物の精製（抽出、蒸留、濾過、相分離、結晶化または吸着などによる）のために、および／または生成物回収前の反応物混合に付加的な滞留時間を提供するために用いられる。
【００４５】
本発明の一実施形態は内部並列化した化学反応プラントに向けられ、これには可逆結合した（reversibly joined）複数の反応装置スタックが組み込まれている。次に反応装置スタックには不可逆結合した（irreversibly joined）複数の反応ユニットが組み込まれ、各反応ユニットは不可逆結合した（irreversibly joined）複数の単純プレートで作られている。個々の単純プレートは開口を含み、これらを整列させることで、反応剤が第１反応プレートをバイパスして次の反応プレートに反応剤を提供できるようにするための流路を形成し、反応ユニット内での反応剤の並行処理を可能にする。これらの反応ユニットが第１種の内部並列を表す。反応ユニット内のいくつかの単純プレートは開口の配列を含み、これを隣接する単純プレートに整列させることで複数の平行流路を形成し、これが第２種の内部並列を表す。化学プラントを製造するために反応ユニットを共に可逆的にシールするには、グラファイトシールが有用であることが予測される。
【００４６】
本発明の重要な特徴は複数の単純プレートである。例えば、単純プレート内に開口を形成し、他の開口に対して方向づけを行い、および寸法を定める方法と、単純プレートを共に結合させる方法とが、本発明の重要な形態である。本発明による単純プレート内の開口は、反応装置内の流体の流れを操作して所望の結果を得るべく形成され、方向づけが行われる。その操作を好ましく行えば、かかる反応装置内で生産される化学生成物の量または質を向上できる。一つのプレート上に内部並列反応チャネルを形成する複数の開口を含ませることによって、一つのプレートにより付加的な生産を生じさせることができる。かかる単純プレート（それぞれが複数の反応チャネルを形成している）をより多く含ませ、反応ユニットを具える単純プレートのスタックとすることで、生産レベルの向上を行うことができる。そして複合的に反応ユニットを共に結合させることで、より生産量を向上可能な反応装置スタックを実現することができる。付加的な反応装置スタックを共に増設して化学生産プラントを得ることによって、さらなる生産レベルの向上を実現することができる。化学プラントを製造するべく組み合わされる反応装置（または反応装置ユニット、または複数の反応チャネルを形成する単純プレート）の数に関わらず、各反応剤および各熱媒体に対しては分離した単一の流体入口のみを要し、生成物および費やされた熱媒体に対しても分離した単一の流体出口のみを要することに注意すべきである。
【００４７】
反応装置スタックを増設または取り外すことで化学プラントの生産規模を拡大または縮小できるようにするためには、各反応ユニットを作る単純プレート内の開口によって形成される流路の寸法に意を払わなければならないことに注意すべきである。各単純プレート内の開口、特に反応剤および生成物が個々の反応剤ユニットの反応および混合チャネルをバイパスできるようにする開口の寸法は、予想される最大の化学プラントに必要な流量に対応できるのに十分な大きさとしなければならない。好ましくは、開口の寸法は有効な最小および最大スループットに対応して選択される。流速「Ｘ」に対して最適化した開口は１０Ｘと同様、０．１Ｘの流速に対しても有効であることが予想される。よって、「Ｘ」は予想される最小および最大生産速度に対応して選択されるべきである。
【００４８】
後により詳細に説明する他の実施形態においては、反応ユニット内の個々の流路の寸法は、実質的に等しい滞留時間の分布をもつ平行流路内で実質的に異なった粘度を持つ生成物を処理できるように扱われる。
【００４９】
単純プレート反応装置の好ましい特性
各層内に形成されるべきコンポーネントを貫通しない溝やチャネルなど、比較的複雑な表面形状を要する従来の堆積層化学反応装置と異なり、本発明において用いる単純プレートは、各プレートを通って形成される開口を必要とするに過ぎないものである。平坦なプレート内に開口を機械加工または打ち抜き加工することは、従来の堆積層化学反応装置が流体の流れのチャネルを形成するのに要していた表面形状を作成するために、従来技術に記載されていたシリコンのエッチング、射出成形およびモールド／焼結プロセスよりも複雑さや費用が著しく少ない。さらに、平坦なプレート内に開口を形成するには比較的簡単な技術を用いることができ、開口を適切に配置し、かつプレートを適切に形成および堆積することで、プレート内の開口が装置を通る流体を移送すべく協働するようにした極めて有用な化学反応装置を実現することができる。
【００５０】
一実施形態においては本発明の反応装置はマイクロ反応装置であるが、これに代えて非微小規模の反応装置もまた本発明に組み合わせて用い得ることにも注意すべきである。マイクロ反応装置は概して、特に反応剤流路に関し１ｍｍ未満の寸法の流体構造を組み込んでいることに特徴がある。従って、本発明は流路が１ｍｍ未満のサイズである堆積プレート反応装置に限られることなく、本発明による堆積プレート反応装置は、概してマイクロ反応装置に組み合わされる微小規模の流体構造より寸法の大きい流体構造を組み込み得るものとして理解されるべきである。１ｍｍの寸法より著しく大きい流路を有する堆積プレート反応装置を作成できる一方で、寸法上マイクロ反応装置のスケールに近づけた流路は、好ましい流量、熱伝達および圧力降下特性を有し、微小規模の流路を好ましく選択されたものとし得る。従って、本発明の少なくとも一つの好適実施形態は、０．１〜１０ｍｍの寸法範囲の流路を含む。
【００５１】
以下の記載および特許請求の範囲において、「単純プレート」という語は、例えば平坦なシート材など、実質的に平坦な対向面を持つプレートを意味する。ここに記載する本発明の実施形態で用いられる単純プレートはすべて、概ね長方形状であり、単純プレートを完全に貫通する１以上の開口を有することによって特徴づけられる。従って、本説明および特許請求の範囲で用いる「単純プレート」という語は、プレートを完全には貫かないエッチング部分、溝ないしはチャネルを含んでいないプレートを意味するものとして理解すべきである。
【００５２】
本説明で用いる「溝」という語は、対象物の表面に形成され、かつ対象物を完全には貫通しておらず、従来の化学反応装置のコンポーネントにも適用される表面形状を意味するものとして理解されるべきである。本説明および特許請求の範囲で用いる「結晶構造ウェハ」という語は、結晶構造を有し、ウェハ状コンポーネントにスライスされた材料を意味する。シリコンおよびゲルマニウムはかかる結晶構造ウェハを作成するのに用いる材料の例であるが、結晶構造ウェハを構成する材料が半導体である必要はない。また、材料はシリコンやゲルマニウムなどの単一のエレメントである必要はなく、むしろかかる材料は、結晶構造ウェハを作成できる材料を共に形成するいくつかのエレメントの混合物とすることができる。基体ウェハを形成する半導体工業において共通に用いられている作成技術を、結晶構造ウェハを作るのに用いることができる。
【００５３】
本説明で用いる「処理ボリューム」という語は、処理が円滑に行われる（facilitated）ボリュームを意味するものとして理解すべきである。好ましくは、処理とは二つの化学反応剤を混合および反応させて化学生成物を形成することである。しかし他の処理も可能であり、これには処理ボリュームを通る流体の流れの温度調節も含まれる。
【００５４】
好適実施形態においては、単純プレートは高品質のステンレス鋼により形成され、打ち抜きおよび／またはミリングなどの標準的な金属加工技術を用いて単純プレートが作成される。種々の他の材料および技術を用いて単純プレートが作成されてもよいことを理解すべきである。ステンレス鋼に代えて他の金属が用いられてもよいし、またガラス、プラスチックなどの材料や、それらの組み合わせが用いられてもよい。結晶構造ウェハは、単純プレートを形成可能な他の代替材料である。単純プレートを作成するのに選択される材料によって、使用する作成技術が決定され得る。例えば、単純プレートがプラスチックで作られるのであれば、単純プレートを形成するのに射出成形が用いられる。
【００５５】
プレートを作成するのに用いる材料は、個々の反応において用いる反応剤の化学的特性に照らして考察されるべきである。ステンレス鋼は比較的、化学的に不活性の材料であり、多くの化学反応剤に対して適切な材料である。チタン、タンタル、銀およびそれらの合金も使用が期待される。フッ化水素酸は金属およびガラスを甚だしく腐食させる化学物質である。所望の反応にフッ化水素酸が含まれるのであれば、特別なプラスチック材料が適切である。化学処理の分野における当業者であれば、反応剤の選択が反応装置の単純プレートを作成するのに選択される材料をどのように必要とするかを容易に理解できよう。
【００５６】
後述する本発明の好適実施形態は、二つの反応剤を含む液体／液体相の反応に対して最適化した設計を示すものである。本発明の根本的概念（すなわち、開口のみを組み込んだプレートのスタックで形成される望ましい流体の流れの特性）は、液体／気体、気体／気体、液体／固体および気体／固体など、他の多くの種類の反応にも適用可能であることを理解すべきである。後に詳述するように、好適実施形態は複合的な熱交換器、熱媒体通路、二つの反応剤の通路および生成物流体の通路を含んでいる。しかしながら、より多くのまたはより少ない熱交換器、より多くのまたはより少ない熱媒体通路およびより多くの反応剤通路を含むよう、同様に堆積プレート反応装置を設計するのは容易であることを理解すべきである。
【００５７】
開示される好適な反応装置は、二つの成分の液体／液体反応の処理に対して最適化され、概して温度制御を要するのみである。しかしながら、付加的な処理の制御部を要する他の種類の反応を、本発明による堆積単純プレート反応装置において処理可能であることを理解すべきである。この場合反応装置はその制御パラメータに対して最適化されたものである。例えば、磁気的、ピエゾ抵抗性、圧電性、形状記憶性、放射性、触媒および静電気的な制御エレメント／パラメータを組み込んで反応装置の設計を行うことは容易に可能である。
【００５８】
複数の堆積単純プレートによって、次の１以上の機能を実行する反応装置を構成することができる。すなわち、反応剤の調整、反応剤供給の制御、熱の前処理、制御された熱条件下での反応剤の組み合わせおよび混合、中間的な熱処理、後工程の等温抑制（post-procedural isothermal containment）、反応剤生成物の後工程の熱処理、生成物分離、付加的反応ユニットの内部並列化および流体の流れの向上である。好ましい単純プレートは、単純プレートの相互接続された開口によって形成される反応剤流路の寸法および位置的な特徴によって、混合および反応チャネルにおいて反応剤の積層された層流が得られるよう、設計および作成される。かかる積層された層流により、特に効果的な形態の混合（拡散混合と称される）が確実に生じる。
【００５９】
単純プレート間の相互接続の質は非常に重要である。相互接続は気体および液体の漏出がないようになされていなければならないからである。この要求は、特別に用意された表面の組み合わせ、および、公差に近接するよう（to close tolerances）作成された単純プレートの使用によって満たされる。個々の単純プレートを、加圧による嵌め込み（クランプまたは、単純プレートを囲繞し、外側のプレートに圧縮力を作用するハウジングを使用したもの）により組み立てることができる。または、拡散接合、真空接合もしくは単純プレートの結合を行うための他の適切な技術を用いることによって、個々の単純プレートを取り外し不能に組み立てることもできる。
【００６０】
加圧による嵌め込み技術には、容易に取り外し可能な特別の単純プレートを用いて反応装置を組み立てることができ、これによって単純プレートの増設または取り外しによる反応装置の設計変更が可能となるという利点がある。この方法においては、２以上の反応装置において同じ単純プレートを使用して異なる化学プロセスを達成することができる。しかしながら、加圧嵌め込みを用いて単純プレートが組み立てられる場合、単純プレートの表面の傷を無くし、かつ１μｍ未満の平均表面粗さの達成が確保されるようにするために、表面処理の制御を非常に良好に行うことが求められる。金属で作られた単純プレートのスタックを、気体や液体の漏出を防止するのに十分な圧縮状態に維持するために作用すべき圧力は、好ましくは数１００Ｎ／ｍｍ２である。あるいは、表面の品質がより低い場合にガスケットを使用することもできる。
【００６１】
金属性単純プレートを結合する拡散接合を成功させるには、実質的に傷のない表面が必要である。しかし受容可能な平均表面粗さは約５μｍまで向上することができる。拡散接合においては、真空または不活性の雰囲気下で、単純プレートが互いに圧接され、約１０００℃に加熱される。かかる温度では、各表面からのイオンは表面境界層を横切って拡散し、これにより表面が結合する。
【００６２】
真空接合は５μｍ未満の平均表面粗さを要する技術である。しかし傷は拡散接合より許容され得る。単純プレートはまず、スパッタリング、真空蒸着または電気的蒸着のいずれかによって銀の薄膜（３〜５μｍ）により被覆される。金または銅など、他の金属膜を用いることもできる。次いで単純プレートは、真空内で約９００℃に加熱される。銀は溶融し、傷や表面の凹凸に起因する空隙を埋め、単純プレートを互いに結合して反応装置を形成する。
【００６３】
拡散結合または真空接合を用いて反応装置が組み立てられる場合には、接合すべき表面積を最小化することによって優れた接合状態が得られるということに注意すべきである。従って、上記二つの技術のいずれかを用いることで、各単純プレートの表面積のかなりの部分を占める１以上の開口を組み込んだ単純プレートを、全面積に対して少ない部分を構成する小数または小さい開口をもつ単純プレートよりも、効果的に接合することができる。
【００６４】
幅が最大２ｍｍに開口を制限することが接合プロセスを向上すると実験的に明らかにされている。少なくとも一つの実施形態においては、反応装置を構成する単純プレート内の大部分の開口はほぼ２ｍｍ以下の幅である。
【００６５】
好ましくは、堆積単純プレート反応装置のいずれもが所望の狭い温度範囲を維持する能力を有するべきであり、これにより反応の動力学（reaction kinetics）を厳密に制御可能となる。好適実施形態においては、反応剤および熱媒体は鉛直に向けられた流路を通って体積プレート反応装置に進入する。反応した生成物および使用された熱媒体は、同様に鉛直に向けて配置された流路を介して反応装置から出てゆく。化学処理の工程は、反応装置内に水平方向に配置されたチャネル内で生じる。注意すべきは、「チャネル」ないし流路という語の使用は、堆積単純プレート反応装置に関連して本説明で用いられる場合、単一の単純プレートの表面内に形成された（しかし単純プレートを貫いて延在するものではない）溝を意味するものとして解釈されるべきではないことである。個々の単純プレートは開口のみを有し、溝は有していない一方、チャネルまたは他の流路は堆積単純プレート反応装置内で容易に得ることができる。チャネルを形成するために、細長い開口が一つの単純プレートに形成され、この単純プレートは、対応して位置決めされた細長い開口を有していない他の二つの単純プレートによって挟まれている。チャネルの上部は中央にある単純プレート内に形成された開口の側部によって画成され、チャネルの底部は底にある単純プレートの上面によって画成される。よって、チャネルの深さは、中央にある単純プレートの厚みに実質的に等しい。堆積単純プレート反応装置内で隣接する単純プレート間の流路は、堆積単純プレートを通る開口が位置合わせされたときに作り出される。
【００６６】
所望の反応の正確な制御を実現するために、堆積単純プレート反応装置はいくつかの温度センサを有した制御回路を含むとともに、反応装置を通じて循環する熱媒体のための流れの制御部を含んでいる。堆積単純プレート反応装置の外側にセンサを配設することもできるが、堆積単純プレート反応装置の内部か、または、反応装置ハウジングが設けられていればそのハウジングの内部に配設されるのが好ましい。単純プレートが取り外し不能に結合している場合、またはスタック内で単純プレートを互いに圧接するのにクランプが用いられている場合には、反応装置ハウジングが不要であることに注意すべきである。制御回路についても同様に、外部に取り付けられるものでもよいし、堆積単純プレート反応装置の内部か、または、反応装置ハウジングが設けられていればそのハウジングの内部に配設されるものでもよい。
【００６７】
堆積単純プレート反応装置の流体系は、系全体を通じる流れの卓越した均等分配を有することによって特徴づけられる。さらに、反応装置内で狭窄部を少なくすること、可能な限り流れの向きの鋭角的な変化を少なくすること、小さな内部容積（所望の生産容量に見合うよう付加的な容量が必要となる場合のように、内部並列が望まれない限りは約１ｍｌ）を維持すること、および、反応装置内の混合部において速やかな拡散混合を可能とすることによって、目詰まり問題の恐れを最小限にする。好ましくは、流路の寸法範囲は、特に反応剤流路に関して、約１００μｍから約５００μｍの範囲であり（熱媒体の寸法は重要性が低いが、上記したようにほとんどの開口はほぼ２ｍｍ以下とすべきである）、反応剤または生成物から熱媒体を分離する壁についても、迅速な熱伝達を可能とするべく、同様の寸法とすべきである。上述のように、堆積単純プレート反応装置を作成するには多くの異なる材料を使用可能である。しかしながら、熱交換器を構成する単純プレート内の開口に隣接する単純プレートは、熱伝導性の良好な材料で作成されるのが好ましい。しかし熱交換器に隣接する各プレートの寸法上の厚みが小さければ（例えば約０．３mmのオーダ）、異種材料の熱伝導性の影響は無視できる。
【００６８】
概して、単純プレート内の開口が上下で重畳し、単純プレート間で反応装置を通って流体が移動できるよう複数の単純プレートを堆積することによって、堆積単純プレート反応装置の単純プレート内の開口を流路の部分に対応させることが可能となる。センサ、特に温度センサの受容部として開口を用いることもできる。好ましくは、熱伝達効率を最大限にするために、熱交換器を形成する開口内における熱媒体の流体流の方向は反応剤の流れの方向と反対方向とされる。
【００６９】
複数の堆積プレート間の内部並列化
マイクロ反応装置を用いて生成される化学物質の質を向上するために、この分野では外部並列化が公知の技術である。外部に並列化された反応装置は複数の反応装置のそれぞれを接続するために外部の流体ラインを用いる。外部に並列化されたシステムにおける均等分配を実現するためには、分岐化したアプローチ（受動的ネットワーク）が用いられない限り、能動的ネットワークにおいてバルブおよび制御装置が必要である。かかる分岐化は多大の不利益、つまり２の倍数（２ｎ→２,４,８,１６,３２等）だけスケールアップしなければならないという不利益を被る。
【００７０】
本発明の重要な概念は内部並列化した化学的生産プラントであって、単一のプレートによって形成される反応チャネルからなるマイクロ反応装置に比べて多量の化学的生成物を生産可能なものである。本発明によれば、図１Ａの化学プラント１は可逆接続された（reversibly connected）複数の反応装置スタック３を具えている。３つのかかる反応装置が図１に示されているが、これ未満またはそれより多数のスタックが化学プラント１内に用いられ、生産速度を制御できることを理解すべきである。約１００に至るまでの、そのようなスタックが単一の化学プラント内に含まれ得ることが予想される。最小のユニット（単一の単純プレート）が概して１平方フィート未満であるので、１００の反応装置スタックであっても大容積を占めることはないことに注意されたい。単一の流体システム２ａが反応剤（および必要であれば熱媒体）の提供と、化学プラント１からの生成物の回収とに用いられる。化学プラント１は、上部プレート２ｂ（流体システム２ａのための適切な開口をもつ）とともに、化学プラント封止用に開口のない（solid）底部プレート２ｃを少なくとも一つ要する。
【００７１】
図１Ｂは、化学プラント１を構成する複数の同等の反応装置スタック３のうち１つを拡大した図である。各反応装置スタック３自体は、内部並列化され、不可逆接合された（irreversibly bonded）反応ユニット５を複数具える。図１Ｂは３つの反応ユニット５のみを示しているが、相当多い、またはより少ない数の反応ユニットを結合させて反応装置スタックを形成可能であることを理解すべきである。反応装置スタックを提供するのに有用であるよう、約１０に至るまでの反応ユニットが結合可能であることが予想される。反応装置スタックあたり１０の反応ユニットとすることは、技術的制限によって必要となる最大数を必ずしも示すものでないことに注意すべきである。その数は、各反応装置スタックあたりの妥当なコストを考慮するものに関連する。１００に至るまで反応装置スタックを可逆結合して化学プラントを製造可能であることが予想される。反応装置スタックを構成する個々の反応ユニットが不可逆結合される（irreversibly joined）ので、反応ユニットおよび反応装置スタックを構成する単純プレートのいずれかにおいても漏出または閉塞が発生したとすると、反応装置スタック全体を交換しなければならなくなる。反応装置スタックのそれぞれが１００の反応ユニットを含んでいた場合、ただ一つの反応ユニットに漏出が生じても、これに付随した欠陥のある反応装置スタックを交換すべく、他の９９の反応ユニットをも処分しなければならなくなる。反応装置スタックあたり反応ユニットを１０までとすれば、利便性および経済性の妥当なバランスを示すことになる。各反応装置スタックは内部並列化され、ここにおいて各反応装置スタックは、各流体の種類について（すなわち異なる各々の反応剤、生成物および熱媒体について）、単一の分離した流体入口および単一の分離した流体出口のみを用いる、実質的に同一の複数の微小規模処理エレメント（すなわち反応ユニット）を同時に扱う（address）。ある点では、より多数の反応ユニットを不可逆結合して反応装置スタックを得ることも、技術的に興味深いことではある。
【００７２】
図１Ｃは、各反応装置スタック３を構成する複数の反応ユニット５のうち、一つを拡大して示す図である。各反応ユニット５は複数の単純プレート７ａ〜７ｊを具え、これらは互いに不可逆接合されている。図１Ｃは各反応ユニットあたり異なる１０枚の単純プレートを示しているが、これより多数（またはより少ない数）の単純プレートを用いて反応ユニットを作成可能であることを理解すべきである。２つの反応ユニットを具える反応装置スタックの一実施形態を後に詳述する。
【００７３】
各反応ユニットは複数の単純プレートを具えているが、各単純プレートは同じではない。概して言えば、所望の生成物を生産するのに用いられる化学反応を得るべく、各反応ユニットは２以上のプロセスを実行する必要がある。反応ユニット内で個々の反応剤は適切に分配されるべきであり、多くの場合は、反応剤および／または生成物を熱的に調整するために熱媒体も導かれる（routed）べきである。これらのプロセスは異なる構造を有する単純プレートを用いることで可能となる。各反応ユニットについて、単一の単純プレート上に形成された開口内で、所望の化学反応が実質的に生じる。各反応ユニットは内部並列化されており、ここにおいて各反応ユニットは、各流体の種類（すなわち各々の反応剤、生成物および熱媒体）について、単一の分離した流体入口および単一の分離した流体出口のみを用いる、実質的に同等の複数の微小規模処理エレメントを同時に扱う手段を含む。実質的に同等の複数の微小規模処理エレメントは反応スタックの単純プレートの一つにおける開口により形成される反応流路のセットである。図１Ｄは単純プレート７ｈの拡大図であり、複数の開口を有し、ここには平行配列された開口９が含まれ、これが反応チャネルを成すことで反応剤が混合されて所望の化学生成物を生じるようになっている。
【００７４】
複数の反応装置が共に結合されるために、反応剤、生成物および熱媒体は一つの反応ユニットから他の反応ユニットに流れることできなければならない。従って、各反応ユニットは、一つのユニットから、続く反応ユニットを、混合せずに通過可能なバイパスを含まなければならない。生成物および熱媒体は、一つのユニットから次のものを通過する際に混合させることができるが、反応剤については、所望の化学反応を得るのに要する反応チャネルに至るまでは、互いに混合させることはできない。よって、各反応ユニットにおける単純プレートは各反応剤用のバイパスを形成する開口を含むべきである。これらのバイパスについては、後により詳しく論じる。
【００７５】
化学プラントにおける種々エレメントの接合は非常に重要である。漏れがあれば汚染要因物は進入し得るし、生成物は失われ、また化学プラント内の流体の流れの理想的均等分配も損なわれ得る。理想的環境下では、漏れを防ぐ観点から、すべてのコンポーネントは不可逆接合されるが、かかる構造は実用的ではない。例えば、各反応ユニットが１０枚の単純プレートから作成され、１０の反応ユニットが結合して反応装置スタックを成し、そして１００の反応装置スタックが共に結合して化学プラントを作るのであれば、その化学プラントは１０，０００枚の単純プレートを含むことになる。それら１０，０００枚に及ぶ単純プレートのいずれか１枚で漏れが生じた場合にも、化学プラントの性能は損なわれ得る。１以上のジョイントに漏れが生じたという理由で１０，０００枚のプレートでなる化学プラントを交換するのは経済的でないばかりか、多数のプレートを共に、一度に不可逆結合させるのは非常に困難である。本発明による化学プラントのコンポーネント構造（案濃ユニットおよび反応装置スタック）は、反転不能な接合部をより少ないロットにおいて作ることを可能とする。まず、共に不可逆結合した比較的少数（例えば２〜２０）の単純プレートをそれぞれ含む、同等の反応ユニットを複数準備する。次に、比較的少数（例えば２〜２０）の反応ユニットを不可逆結合して、反応装置スタックを作る。最後に、所望の数だけ多数の反応装置スタックを可逆結合させ、化学プラントを作り出す。各反応装置スタックは不可逆結合したエレメントを具えている。化学プラントに漏れが生じたとしても、化学プラントを直ちに分解し、欠陥のある反応装置スタックを交換することができ、化学プラント全体を交換する必要がないのである。
【００７６】
内部並列化したかかる化学プラント（並びに、内部並列化した各反応装置スタックおよび内部並列化した各反応ユニット）の主な利点は次のように要約される。
・外部の流体的周辺装置を付加することなく、内部並列化を実現できる。各反応剤、生成物およびどの熱媒体に対しても一つの流体ラインを要するのみであり、従って空間の実効容量（significant amount of space）を縮減できる。
・バルブ、測定装置および／または工学的管理方法なしに、流れの望ましい均等分配を実現できる。かかる均等分配は、各反応ユニットを構成する単純プレート内の開口の設計によって達成される。反応剤供給チャネルおよび生成物の引き出しチャネルの寸法は、所望の生成物が作られる分配、混合、反応および回収用のチャネルに比べ、好ましくはかなり大きいものである。よって、混合および反応チャネル内の粘性（flow resistance）を無視できる。
・個々の反応ユニットが閉塞したき、他の反応ユニットが同じように影響を受けるので、反応装置スタック（および化学プラント）内の流れの均等分配は実質的に維持される。
・外部並列化した反応装置と比較して、上部プレートまたは底部プレートのいずれかを必要とする反応ユニット（または反応装置スタック）がないので、反応ユニットを形成するのに必要なプレート数を削減できる。化学プラントの上部および底部プレートに用いられる上部および底部プレートのみを必要とする一方、外側に並列化された反応装置が分離した上部および底部プレートを要するからである。
・可逆固定された（reversibly fixed）反応装置スタックが柔軟性を提供し、化学プラントの容易な規模拡大および縮小を行い得るようになるとともに、漏れまたは損傷が生じた反応装置スタックを単に交換すれば足りるようになる。
【００７７】
例示化学プラント
図２〜図２８Ｂは堆積単純プレート反応装置の一実施形態に係り、特に、付加的な単純プレートのセットを堆積プレート反応装置に単に増設することでｎ重の内部並列化を実現可能とするのに適したものである。後に詳述する化学プラントは、本発明により構成される化学プラントが取り得る最大寸法よりかなり小さい。また、この化学プラントは単一の反応装置スタックのみを含み、それ自体は２つの反応ユニットのみを含んでいる。上述のように、反応装置スタックに付加的な反応ユニットを追加することによっても、同等の付加的な反応装置スタックを増設することによっても、生産量を有意に増大することができる。
【００７８】
上記のように、単一のマイクロ反応装置は限られた量の生成物を生産可能であり、要求される生産量を増大すべく付加的な外部の反応装置を併設することは、また、反応剤供給、熱媒体供給および生成物回収用の付加的なシステムの増設を要する。付加的なシステムによって全体の複雑さおよび所要のフットプリントが増すだけでなく、複合化された（duplicate）反応装置のいくつかについての供給量の僅かな差異さえ、生成物の品質に悪影響を与え得る。これに対して、本発明においては隣接する単純プレートの開口位置を注意深く方向づけることによって、反応剤入口の単一のセット、単一の熱媒体入口、単一の熱媒体出口および単一の生成物出口を、順次堆積された複数の反応ユニットに提供すべく用いることができる。
【００７９】
上述のものと共通に譲渡され、ともに係属している特許文献５（２０００年２月３日出願、名称「MINIATURIZED REACTION APPARATUS」）に示されたマイクロ反応装置は、それに形成された流路および単純プレートの開口の形状の故に、ｎ重の内部並列化に適合可能なものではないことに注意すべきである。例えば、ｎ重の内部並列化を実現するためには、個々の反応ユニット（すなわち、ｎ重反応装置の一つを形成する堆積単純プレートのセット）のそれぞれを通して、反応剤の流れが途切れることなく連続可能としなければならないからである。反応剤は、第１の反応ユニットに流入して混合および反応できるようにされていなければならず、かつ反応剤は、第１の反応ユニットを越えて流れ、次の反応ユニット内で混合および反応できるようにされていなければならない。よって、各反応ユニットは各反応剤のために２つの流路を組み込んだものでなければならない。すなわち、今の（現在の）反応ユニットの混合および反応部に実際に流入する一つの流路と、今の反応ユニットの処理部をバイパスして、未反応の反応剤の流れを次の反応ユニットに提供する一つの流路とである。
【００８０】
上記特許文献に示された単純プレート反応装置における開口は混合および反応チャネルをバイパスする反応剤の流れを許容するものではなく、従って反応剤の供給は付加的な反応ユニットのいずれに対しても有効ではない。もとの（parent）特許出願の単純プレートにおける開口の形状（geometry）および構造は、開示されたマイクロ反応装置に対しかかるバイパス流路を組み込み得ないものである。さらに、当該出願に示され、記載された熱交換器もまた、ｎ重並列化に適合可能なものではない。この出願においては、熱媒体に対して２つの異なった流路が存在しており、化合（combine）に先立ち反応剤を熱的に調整するのに第１の熱媒体を用い、混合した反応剤および生成物を熱的に調整するのに第２の熱媒体を用いるようになっている。もとの（parent）特許出願の単純プレートにおける開口の形状および構造は、化合に先立ち反応剤が各反応ユニット内において熱的に調整されるのではなく、反応剤を反応ユニットに入る前に熱的に調整するのに熱伝導流体が用いられ得るのみである。かかる構造は、本発明のように、化合して生成物を形成する前に反応剤の温度を等しく制御することができない。
【００８１】
図２〜図２８Ｂを参照するに、２重に内部並列化した化学プラントが示され、こらは２つの反応ユニットを構成する単純プレートのスタックを内蔵している。図２〜図２５は単純プレート１０〜２４０に対応した層１〜２４を示し、図２が上部の単純プレート１０を、図２５が底部の単純プレート２４０を示している。図示の化学プラントはこれら２４枚の単純プレートを含んでおり、一つが他の上部に堆積されて２４層を成している。単純プレートの数は所望の並列反応ユニットの数の関数であることに注意すべきである。生産量を多くすることが望まれるのであれば、複合化反応ユニットおよび／または複合化反応装置スタックとして配列されるよう、付加的な単純プレートを含め得る。後により詳細に述べるように、本例の反応ユニットは１０枚の単純プレートを具えるとともに、最後の反応ユニットの直近に隣接して付加的な単純プレートを加えることで付加的な熱交換器が設けられ、これにより当該最後の反応ユニット内の混合および反応チャネルが熱交換器で挟まれるようになっている。また、後述の反応装置設計では、反応剤流体が化学プラントに最初に入る部位の上部または底部プレートの直近に隣接した分配プレートを含めることで、流体が各反応ユニットに適切に分配されるようにすることを要する。よって、４重に内部並列化された化学プラントに対しては、４４枚の単純プレート（所要の構造を有する）が必要となる（４重の並列化のための４０枚のプレート、上部プレート、分配プレート、最後の熱交換器プレートおよび底部プレートを含む）。化学プラントに含まれる反応装置スタックには、上部プレート、分配プレート、最後の熱交換器プレートおよび底部プレートが不要であり、１０重に内部並列化された反応装置スタックは１００枚の単純プレート（１０の反応ユニットのグループに配列されたもの）を必要とする。
【００８２】
図２〜図２５に関し、図の番号から１を減じた数が層または反応装置の対応する単純プレートを示している。よって図２が第１層を表し、図３が第２層を表すようになっている。図２６は一つが他の上部に堆積されて２重の内部並列化化学プラントを形成する２４枚の単純プレートの向きを示している。図２７Ａ〜図２７Ｃは２重の内部並列化化学プラントを通る反応剤流路（反応剤ＡおよびＢ用）を示している。図２８Ａは２重の内部並列化化学プラント内の各熱交換器への熱媒体流路を示している。
【００８３】
図２を参照するに、単純プレートの好ましい形状は略長方形状であるが、円形のディスクなど他の形状も用い得る。好ましくは、互いに適切な向きでプレートを堆積することを目的として、すべてのプレートが面取りコーナを含んでいることに注意すべきである。１枚のプレートが誤った方向に向いていると、反応装置を通る少なくとも一つ（全部ではないにしても）の流路が閉塞、中断または誤結合し易くなり、反応装置が適切に機能しないものとなってしまう。よって、上部プレート１０は左上の角に配置された面取り部１１を有している。どの角に面取り部を配置するかに拘らず、すべての堆積プレート上のすべての面取り部が対応する同位置に配置される限り、組み立てられた反応装置において反応剤および熱媒体用の連続流路が確実に提供される。スロットまたは他のマークあるいは形状のバリエーションなど、各単純プレートに一貫して表示される他の種の指標形状を、整列基準として面取り部の代わりに用い得ることが予測される。面取りコーナは単純プレートに容易に組み込み得る形状であるので好ましく、かつ面取りは整列指標として既に認識され、半導体工業においてシリコンウェハ上に広く用いられている。反応ユニットにおいて他の単純プレートに対する特定の単純プレートの位置を示すために、面取り部または指標を変更できることも予測される。例えば、反応ユニット内の底部プレートとして指定されるに対し、上側にあるプレートほど大きい面取り部を使用することも可能である。また、底部プレートが最大の面取り部を有し、次に大きい面取り部を有する単純プレートが底部プレート状に堆積されるようにする等して、単一の反応ユニットを形成するすべての単純プレートが正しい順序で堆積されるようにすることができる。
【００８４】
面取り部１１に加え、上部単純プレート１０には熱媒体、反応剤および生成物用の複数の開口が設けられている。２つの反応剤入口も設けられ、一つの開口が反応剤Ａ用の入口ポート１４を、一つの開口が反応剤Ｂ用の入口ポート１５を形成している。上部単純プレート１０には一つの熱媒体入口１５および一つの生成物出口１６が設けられている。生成物開口１８も設けられている。図示はしないが、上部単純プレート１０（続く単純プレートも同様）に温度センサ用の付加的な開口を有用に設け得ることも予測される。これは、他の単純プレート内の対応する温度センサ開口と整列したときに、温度センサ用空洞部を反応装置内に形成し、ここに温度センサを配設することができる。図１Ａ〜図１Ｃに関して定義したように上部単純プレート１０は反応ユニットまたは反応装置スタックの部品ではなく、化学プラント全体の部品であるということに注意されたい。
【００８５】
ｎ重反応ユニットのそれぞれを提供するのに必要なすべての反応剤および熱媒体と、続いて生成されるすべての生成物とが、上部単純プレート１０内の各開口を通過することに注意すべきである。この構造によって、単一の流体供給システム（反応剤、熱媒体および生成物回収用の）がｎ重の反応ユニットを提供できるようになり、付加される反応ユニットの各々がそれ自身の流体供給システムを必要とする外部並列反応ユニットとは対照的である。流体供給システムの数が多くなればコスト、必要な空間およびより複雑なプロセス制御対象（issue）が増大する。本発明のｎ重並列化堆積プレート反応装置は、加えられる付加的反応ユニットの数に拘らず、同じ「フットプリント」を占めるということである。反応装置スタックは、高さは増すものの、等しい床上面積（floor space）または盤上面積（bench top space）を占めているだけであることに注意されたい。かかる鉛直方向の堆積においては、流体がスタックの上部または底部に導入される場合には問題とならない。
【００８６】
図３は好ましい反応装置の第２層であり、第２単純プレート２０を示している。上述のように、第２単純プレートも面取り部１１を含んでおり、所望であればその寸法を変えて層の順番を示すことが可能である。上部単純プレート１０内の全開口に対応した開口も単純プレート２０に設けられているが、熱媒体流用の開口は異なる形状となっている。熱媒体は、単純プレート１０内の入口１５から入り、熱媒体インテークマニフォールド開口２５を介して第２単純プレート２０を通過する。好ましい反応装置の続く単純プレートを通って進行した後、「使用された」熱媒体は再び単純プレート２０を通過するが、このときは熱媒体エグゾーストマニフォールド２６を介したものとなる。その点から上部単純プレート１０の出口１６を介して、熱媒体は好適な反応装置から出て行く。
【００８７】
反応剤ＡおよびＢは反応剤Ａ用開口１４および反応剤Ｂ用開口１２を介して第２単純プレート２０を通過する。開口の寸法、形状および位置が変わらない限り、単純プレート１０および２０（続くすべてのプレートも同様）に対してこれらの同じ参照番号が適用される。第２単純プレート２０も生成物開口１８を含む。図１Ａ〜図１Ｃに関して定義したように単純プレート２０は反応ユニットまたは反応装置スタックの部品ではなく、化学プラント全体の部品であり、第１反応装置スタックの第１反応ユニット直近に隣接して、各反応装置内での流体の適切な分配を可能とするものである。
【００８８】
図４は２重の内部並列化化学プラントの第３層における通路の詳細であり、第１反応ユニットの第１層である。第３単純プレート３０は面取り部１１を含む。熱媒体は、集合して第１熱交換器を構成する複数の開口３５を介し、第３単純プレート３０を通って流れる。図２８に関連して明らかとなるが、第１熱交換器は、反応剤Ａが第１反応ユニットに入る前に反応剤Ａの温度調整を行う。第１反応ユニットの下流の反応ユニットに入る反応剤Ａの容量（volumes）の温度調整を行うのに異なる熱交換器が用いられるということに注意されたい。また、熱媒体は開口３５を通って左から右に流れるだけでなく、開口３５の部分が隣接単純プレートの熱媒体開口と重畳しているので、熱媒体の一部は続く単純プレートにも連続して流れるということに注意すべきである。上記したように、反応装置全体の熱媒体の流路については図２８に関連して十分に説明される。
【００８９】
単純プレート３０〜１２０を表す層３〜１２によって第１反応ユニットが形成されることに注意すべきである。これらの関係は後述する図２６〜図２８Ｂについて明らかとなる。反応剤ＡおよびＢは反応剤Ａ用開口１４および反応剤Ｂ用開口１２を介して第３単純プレート３０を通過し、生成物は生成物用開口１８を介して第３単純プレート３０を通過する。
【００９０】
図５は２重の内部並列化化学プラントの第４層の詳細図であり、第４単純プレート４０を示している。これは面取り部１１を有するとともに、反応剤Ａ用のマニフォールドを形成する開口４４を含んでいる。反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口１２を介して第４単純プレート４０を通過し、生成物は生成物開口１８を介して第４単純プレート４０を通過する。熱媒体は、熱媒体インテークマニフォールド開口２５を介して第４単純プレート４０を通過する。好ましい反応装置の続く単純プレートを通って進行した後、「使用された」熱媒体は再び単純プレート４０を通過するが、このときは熱媒体エグゾーストマニフォールド２６を介したものとなる。
【００９１】
図６において、反応剤Ａ用の分配器は複数の開口５４により形成される。反応剤Ａが単純プレート４０の開口から単純プレート５０の開口まで移動する際、反応剤Ａが複数の流体流に分けられるということに注意されたい。反応剤Ａは、開口５４により形成される流路を通って流れるだけでなく、開口１４を介しても流れる。開口５４により形成される流路を流れる一部の反応剤Ａは第１反応ユニット（単純プレート３０〜１３０）に提供される。単純プレート５０の開口１４を介して流れる一部の反応剤Ａは第１反応ユニットをバイパスし、次の反応ユニットに利用可能に提供されるものとなる。以下の図において明らかになるように、第１反応ユニットの単純プレート３０〜１３０ののそれぞれが開口１４を含んでいるので、反応剤Ａ用のバイパス流路が形成される。同様の反応剤Ｂ用のバイパスチャネルもまた、複数の開口１２により形成されることで作られる。反応剤Ｂは反応剤Ｂ開口１２を介し第５単純プレート５０を通過する。第５単純プレート５０もまた、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【００９２】
図７は２重の内部並列化化学プラントの第６層の詳細であり、第６単純プレート６０を示している。これは面取り部１１を有するとともに、反応剤Ｂ用のマニフォールドを形成する開口６２を含んでいる。反応剤Ａは、反応剤Ａ開口１４および複数の反応剤Ａ開口６４の双方を介して、第６単純プレート６０を通過する。
【００９３】
反応剤Ａ開口１４によって次の反応ユニットに対する反応剤Ａの供給が確保される一方、反応剤Ａ開口６４が単純プレート５０の開口５４によって形成される反応剤Ａ流路に対応していることに注意されたい。開口５４および６４の目的は、反応剤Ａの流れを位置づけて現在の反応ユニット内で処理されるようになし、一部の反応剤Ａの流れが同様な反応剤Ｂの流れに組み合わされて生成物が形成されるようにすることである。反応剤ＡおよびＢの流れの組み合わせを確保できるようにするだけでなく、これによりそれらの流れを妨げる障害をなくし、反応剤ＡおよびＢが円滑に層を成すことができるようにする上で、当該位置づけは重要である。かかる層流状態により拡散混合の発生が確保されるが、これは特に迅速で効果的であり、それ故に望ましいものである。第６単純プレート６０もまた、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【００９４】
図８の第７単純プレート７０は反応剤Ｂ用の分配器を組み込んでおり、これは複数の開口７２により形成される。図６において反応剤Ａの流路が分けられているのと同様に、反応剤Ｂが第６単純プレートに形成されている開口から第７単純プレートの開口まで移動する際、反応剤Ｂが複数の異なる流体流に分けられる。反応剤Ｂは、開口７２により形成される流路を通って流れるだけでなく、開口１２を介しても流れる。開口７２により形成される流路を流れる一部の反応剤Ｂは第１反応ユニット（単純プレート３０〜１３０）を有用にする。単純プレート７０の開口１２を介して流れる一部の反応剤Ｂは第１反応ユニットをバイパスし、次の反応ユニットに利用可能に提供される。上記のように、第１反応ユニットの単純プレート３０〜１３０ののそれぞれが開口１２を含んでいるので、反応剤Ｂ用のバイパス流路が形成される。
【００９５】
反応剤Ａは、反応剤Ａ開口１４および複数の反応剤Ａ開口６４の双方を介して、第７単純プレート７０を通過する。第７単純プレート６０もまた、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【００９６】
図９は２重の内部並列化化学プラントの第８層の詳細であり、第８単純プレート８０を示している。これは面取り部１１を有する。反応剤Ａは、反応剤Ａ開口１４および複数の反応剤Ａ開口６４の双方を介して、第８単純プレート８０を通過する。反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口１２および複数の反応剤Ｂ開口８２の双方を介して、第８単純プレート８０を通過する。
【００９７】
開口６４および８２の相対位置によって反応剤ＡおよびＢの流れが適切に位置づけられることにより、続くプレート内の開口により形成される混合および反応チャネル内に導入されるときに、個々の混合および反応チャネル内に支障のない反応剤ＡおよびＢの層流が容易に得られるということに注意されたい。第８単純プレート８０もまた、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【００９８】
図１０の第９単純プレートは開口９５によって形成される第２熱交換器を内蔵している。熱媒体は、開口９５によって形成される複数の流路を介し、第９単純プレートを通って流れる。図２８Ａに関連して明らかとなるように、第２熱交換器は、第１反応ユニット内で反応剤Ｂが反応剤Ａと組み合わされる前に、反応剤Ｂの温度調整を行う（反応剤Ｂの流れを導く流路を形成する単純プレート７０の開口７２を参照）。また、開口９５によって形成される熱交換器は、続く単純プレート上の開口に形成される複数の混合および反応チャネルに対する温度調整を行う。開口９５によって形成される流路内の熱媒体の流れが、反応剤Ｂの流れに対しほぼ直角であるということに注意されたい。また、熱媒体は流路９５内を左から右に流れるだけでなく、開口３５の部分が隣接単純プレートの熱媒体開口と重畳しているので、熱媒体の一部は続く単純プレートにも連続して流れるということに注意すべきである。
【００９９】
反応剤Ａは、反応剤Ａ開口１４および複数の反応剤Ａ開口６４の双方を介して、第９単純プレート９０を通過する。反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口１２および複数の反応剤Ｂ開口８２の双方を介して、第９単純プレート９０を通過する。第９単純プレート９０もまた、生成物開口１８を含んでいる。
【０１００】
図１１は２重の内部並列化化学プラントの第１０層の詳細であり、第１０単純プレート１００を示している。これは面取り部１１を有する。反応剤Ａは、反応剤Ａ開口１４および複数の反応剤Ａ開口６４の双方を介して、第１０単純プレート１００を通過する。反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口１２および複数の反応剤Ｂ開口８２の双方を介して、第１０単純プレート１００を通過する。第１０単純プレート１００はさらに、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。第１０単純プレート１００は第８単純プレート８０と同等であることに注意されたい。従って、１０枚の単純プレートを具える反応ユニットは、実際には１０未満の異なる構造の単純プレートを含んでいる。
【０１０１】
図１２の第１１単純プレート１１０は複数の開口１１２を内蔵しており、これは複数の混合および反応チャネルを形成する。単純プレート３０〜１３０を具える第１反応ユニットにおいては、これらの混合および反応チャネルが唯一の混合および反応チャネルであることに注意されたい。開口６４（反応剤Ａ）および開口８２（反応剤Ｂ）に対する開口１１２の位置によって、反応剤Ａおよび反応剤Ｂの支障のない層流を各混合および反応チャネルにおいて得ることができるということに注意すべきである。開口６４の位置（単純プレート１０参照）によって、反応剤Ａが開口１１２により形成される混合および反応流路にまず入り、その流れは混合および反応流路の底部に位置する。開口８２の位置（単純プレート１０参照）によって、反応剤Ｂが開口１１２により形成される混合および反応流路に後に入り、反応剤Ｂは反応剤Ａ上に積層される。この関係は図２７においてより明らかにされる。
【０１０２】
反応剤Ａは、反応剤Ａ開口１４を介して、第１１単純プレート１１０を通過する。反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口１２を介して、第１１単純プレート１１０を通過する。第１１単純プレート１１０はさらに、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【０１０３】
図１３は２重の内部並列化化学プラントの第１２層の詳細であり、第１２単純プレート１２０を示している。これは面取り部１１および生成物回収開口１１８を有する。生成物回収開口１１８は生成物回収チャネルを形成し、これは、先の単純プレート内の開口１１２によって形成される混合および反応チャネル内で生成した生成物を回収するのに用いられる。生成物は次いで先の単純プレート群を通って戻され、上部単純プレート１０を介して反応装置から出て行くよう導かれる。第１反応ユニット（単純プレート３０〜１３０）内のこの点では、反応剤Ａおよび反応剤Ｂは、それぞれ、反応剤Ａ開口１４および反応剤Ｂ開口１２のみを介して、第１２単純プレート１２０を通過する。その他の反応剤の流れは、先の単純プレート内の開口１１２によって形成される混合および反応チャネルにおいて組み合わされており、個別の流れとしてはもはや存在しない（化合によって生成物の流れとなっている）。第１２単純プレート１２０はさらに、熱媒体マニフォールド開口２５および２６を含んでいる。第１２単純プレート１２０はまた、第１反応ユニット（単純プレート３０〜１３０を具える）の最後の単純プレートに相当することに注意されたい。
【０１０４】
この点は図２８Ａを検討することで明確になるであろうが、反応剤およびその生成物の温度が生産量および品質にとって重要となるので、２重の内部並列化化学プラント内に各反応ユニットの混合および反応チャネル（第１１単純プレート１１０の開口１１２により形成されるチャネルなど）が挟み込まれるようにすることで、より良好な温度制御が可能となる。本反応装置内の熱交換器はまた、隣接する単純プレートの固体部分（solid portion）の温度を加減する。第１１単純プレート１１０の開口１１２により形成されるチャネルを流れる流体の温度調整を行うために、第９および第１３単純プレート内の開口により形成される熱交換器は、それぞれ第１０および第１２単純プレートの固体部分を調節（modify）する。２重の内部並列化化学プラントの熱交換器が実際に、その熱交換器に対応した開口の上および下にある単純プレートの固体部分の温度を加減することで、単一の熱交換器により２つの異なる単純プレートで形成される流路を流れる流体の温度を調整できるようになっていることがわかるであろう。
【０１０５】
本発明による化学プラントの反応装置スタックにおいては、異なる単純プレートに関連する流体を同時に温度調整するのに単一の熱交換器を用いることができるよう、この効率的な温度調整を行うことが望ましい。しかしながら、異なる反応装置スタックにおいては、かかる複合的な調整が望ましくなくなることも考えられる。そうであれば、熱エネルギを伝達しない単純プレート（すなわち、厚みおよび／または熱伝導率が熱伝達を実質的に阻止するに十分なもの）を用いて、望ましくない温度調整を無効にするべく熱交換器を絶縁することができる。本例の２重の内部並列化化学プラントに関し、単純プレートを作成する材料の好ましい一つの性質は、流路および熱交換器に、またはそれらから、熱エネルギを伝達する層に関しては少なくとも、その材料が熱伝導性のものであることである。かかる層が十分に薄ければ、多くの材料の熱伝導率が適合し得る。
【０１０６】
図１４は面取り部１１を含む第１３単純プレートを示す。第１３単純プレートは第２反応ユニット（単純プレート１３０〜２２０を具える）における第１単純プレートに相当し、熱交換器を形成する開口を含んでいる。先の反応ユニットに隣接して配置される反応ユニットのそれぞれについて、当該続いて設けられる第１単純プレート（第３単純プレート３０および第１３単純プレート１３０と同等のもの）が、当該続いて設けられる反応ユニットに入る反応剤Ａの流れの温度調整を行うだけでなく、先の反応ユニットの混合および反応チャネル（第１１単純プレート１１０参照）内の流体の温度調整も行うことに注意されたい。すべての反応ユニットにおける混合および反応チャネルが同様に熱交換器で確実に挟まれるようにするために、化学プラント内の最後の反応ユニットに続いて、熱交換器プレート（第３単純プレート３０および第１３単純プレート１３０と同等のもの）が同様に配置される。
【０１０７】
第１３単純プレート１３０の熱交換器は開口１３５により形成される。熱媒体は開口１３５により形成される複数の流路を介し、第１３単純プレート１３０を通って流れる。図２８Ａに関連して明らかとなるように、開口１３５は単純プレート１１０上の開口１１２に形成される複数の混合および反応チャネルに対する温度調整を提供する。開口１３５によって形成される流路内の熱媒体の流れは、ここでも、開口１１２に形成される流路における混合反応剤および生成物の流れに実質的に直角である。また、熱媒体は流路１３５内を左から右に流れるだけでなく、開口１３５の部分が隣接単純プレートの熱媒体開口と重畳しているので、熱媒体の一部は続く単純プレートにも連続して流れるということに注意すべきである。
【０１０８】
反応剤Ａは、反応剤Ａ開口１４を介して第１３単純プレート１３０を通過し、反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口１２を介して第１３単純プレート１３０を通過する。第１３単純プレート１３０もまた、生成物開口１８（下方の反応ユニットにおいて生成された生成物を上部単純プレート１０を介して引き抜くことができるようにするもの）を含んでいる。
【０１０９】
上述のように２重の内部並列化化学プラントの第２反応ユニットは層１３０〜２２０によって形成される。熱交換器を形成する付加的単純プレートが最後の反応ユニットの直近に隣接して配置され、層２４０の底部プレートは単に化学プラントを封止するものである。付加的な反応ユニットが望まれるのであれば（単位時間当たりに生産可能な生産量を増すために）、最後の熱交換器の前で１０層を具える付加的反応ユニットを化学プラントに増設することができるということを理解すべきである。図１Ａ〜図１Ｄに関連して説明したように、複数の反応ユニットを具える反応装置スタックを増設することで、化学プラントの生産量を好ましく増大することができることに注意すべきである。付加される反応ユニットのそれぞれに用いられる単純プレート、およびそのスタック内の順序は、上述の反応ユニットと同等である。よって、単純プレート３０〜１２０に対応する第１反応ユニットは、単純プレート１３０〜２２０に対応する第２反応ユニットと同等である。
【０１１０】
図１５を参照するに、２重の内部並列化化学プラントの第２反応ユニットの第１４層の詳細が示され、先に説明した図５と図１５とを比較すれば、第１４単純プレート１４が第４単純プレートと同等であることが明らかであろう。本発明のｎ重の内部並列化化学プラント、反応装置スタックおよび反応ユニットは複製的な（duplicate）単純プレートを用いているので、単純プレートの製造タスクは複雑なものではない。図２８Ａを見れば明らかであろうが、ｎ重（ここでは２重）の内部並列化化学プラントの好適実施形態の２４層は、１２枚の異なる構造の単純プレート（１枚の上部プレート、１枚の分配プレート、反応ユニットあたり９枚の反応プレートおよび１枚の底部プレート）のみを要する。これらのプレート構造のすべての反応ユニットおよび反応装置スタックは、先に詳述したように異なる９種の構造のみから作られる（各反応ユニットが単純プレート８０と等しい２枚の単純プレートを含んでいることに注意されたい）。後により詳しく説明するが、プラグおよびより少数の最適流路が用いられるのであれば、機能的に同等なｎ重の内部並列化化学プラントを、１０枚の異なる構造の単純プレートのみを用いて作成することが可能である。
【０１１１】
図６と同様に、図１６には反応剤Ａ用の分配器を形成する複数の開口５４が含まれている。（図１６においては分配器は第２反応ユニットに供給を行うものである一方、図６においては分配器が第２反応ユニットに供給を行うことに注意すべきである。）図６に関して説明したように、図１６に示した第１５単純プレート１５０において、反応剤Ａは異なる複数の流体流に分けられ、開口５４により形成される流路を通って流れるとともに、開口１４を介しても流れるようになっている。単純プレート１５０の開口５４により形成される流路を通って流れる一部の反応剤Ａは第２反応ユニット（単純プレート１４０〜２３０）に提供される。単純プレート１５０の開口１４を介して流れる一部の反応剤Ａは第２反応ユニットをバイパスし、次の反応ユニットに利用可能に提供されるものとなる。付加的な反応ユニットが用いられないのであれば、開口１４は不要であり、閉塞または除去される（開口１４が破線で示されていることに注意されたい）。開口を除去すること、もしくは単純プレート１５０の製造過程で開口１４を形成しないことは、単純プレート５０および１５０が等しくなくなることを意味する。他の構造の単純プレートを付加することは多少なりとも製造経費の増大をもたらすので、開口１４の閉塞を行うことが好ましい。不要な開口の閉塞は比較的簡単であり、これは後に詳述する。閉塞はオプショナルなものであり、必須のものではない。単純プレート１５０の開口１４が閉塞されていなければ、幾分かの反応剤Ａが「死容量」（dead volume）となって残り、処理されないものとなる。処理されない反応剤Ａによって、許されない額の費用（非常に高価反応剤が用いられる場合などのように）、許されない安全上の欠陥（通常で不安定である反応剤が用いられる場合などのように）、あるいは反応剤の分解に起因して許されない品質低下が表れたりしない限りは、反応剤Ａの一部がそのように死容量となっても問題はない。
【０１１２】
反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口１２を介して第１５単純プレート１５０を通過する。第１５単純プレート１５０もまた、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【０１１３】
図１７は２重の内部並列化化学プラントの第１６層の詳細であり、第１６単純プレート１６０を示している。これは第６単純プレート６０と同様であり、面取り部１１と、反応剤Ｂ用のマニフォールドを形成する開口６２と、オプショナルな反応剤Ａ開口１４と、単純プレート１５０の開口５４によって形成される反応剤Ａ流路と流体連通する複数の反応剤Ａ開口６４とを有している。第１６単純プレート１６０もまた、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【０１１４】
図１８の第１７単純プレート１７０は図８の第７単純プレートと同様であるが、開口１２および１４がオプショナルである点が異なる。上記したように、付加的な反応ユニットが増設されるのであれば、かかる付加的反応ユニットに供給を行うのに開口１２および１４が必要となる。単純プレート１７０は、反応剤Ｂの温度を予め調整するために開口７２によって形成される分配器と、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを内蔵している。
【０１１５】
図１９は２重の内部並列化化学プラントの第１８層の詳細であり、第１８単純プレート１８０を示している。これは、面取り部１１と、オプショナルな開口１２および１４と、複数の反応剤Ａ開口６４と、複数の反応剤Ｂ開口８２と、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。上述したように、開口６４および７２の相対位置によって反応剤ＡおよびＢの流れが適切に位置づけられることにより、続くプレート内の開口により形成される混合および反応チャネル内に導入されるときに、個々の混合および反応チャネル内に反応剤ＡおよびＢ間の層流状態が容易に得られるようになる。
【０１１６】
図２０の第１９単純プレートは第２反応ユニットの熱交換器を内蔵し、これは開口９５によって形成される。熱媒体は、開口９５により形成される複数の流路において、第１９単純プレートを流れる。単純プレート１９０の熱交換器は、第２反応ユニット内で反応剤Ｂが反応剤Ａと組み合わされる前に、反応剤Ｂの温度調整を行う（反応剤Ｂの流れを導く流路を形成する単純プレート１７０の開口７２を参照）。また、開口９５によって形成される熱交換器は、続く単純プレート上の開口に形成される複数の混合および反応チャネルに対する温度調整を行う。熱媒体の流れが、反応剤／生成物に対しほぼ直角に維持されているであるということに注意されたい（上述と同様）。第１９単純プレート１９０もまた、オプショナルな開口１２および１４と、複数の反応剤Ａ開口６４と、複数の反応剤Ｂ開口８２と、生成物開口１８とを含んでいる。
【０１１７】
図２１は２重の内部並列化化学プラントの第２０層を示し、第２０単純プレート２００と対応している。これは図１１の第１０単純プレート６０と同等である。単純プレート２００は、面取り部１１と、オプショナルな開口１２および１４と、複数の反応剤Ａ開口６４と、複数の反応剤Ｂ開口８２と、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【０１１８】
図２２の第２１単純プレート２１０（図１２の第１１単純プレート１１０と同等）は複数の開口１１２を内蔵しており、これは複数の混合および反応チャネルを形成する。単純プレート１４０〜２３０を具える第２反応ユニットにおいて、これらの混合および反応チャネルが唯一の混合および反応チャネルである。前述のように、開口６４（反応剤Ａ）および開口８２（反応剤Ｂ）に対する開口１１２の位置によって、反応剤Ａおよび反応剤Ｂ間の層流関係が各混合および反応チャネルにおいて確実に存在することになる。単純プレート２１０もまた、面取り部１１と、オプショナルな開口１２および１４と、生成物開口１８と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。
【０１１９】
図２３は２重の内部並列化化学プラントの第２２層の詳細であり、第２２単純プレート２２０を示している。これは第１２単純プレート１２０と同等である。また、面取り部１１と、生成物回収開口１１８と、オプショナルな開口１２および１４と、熱媒体マニフォールド開口２５および２６とを含んでいる。生成物回収開口１１８は生成物回収チャネルを形成し、これは、単純プレート２１０内の開口１１２によって形成される混合および反応チャネル内で生成した生成物を回収するのに用いられる。生成物は次いで先の単純プレート群を通って戻され、上部単純プレート１０を介して反応装置から出て行くよう導かれる。単純プレート２２０は、第２反応ユニットの最後のプレートである。２重の内部並列化化学プラントに付加的な反応ユニットを増設してｎ重の内部並列化化学プラントを作るのであれば、それらの反応ユニットは単純プレート２２０に続いて付加されることになろうが、次に述べる最後の熱交換器が先となる。
【０１２０】
２重の内部並列化化学プラントの第２３層は熱交換器を内蔵しており、これは最後の反応ユニットの直近に隣接して配置され、これによって最後の反応ユニットの混合および反応チャネルが２つの熱交換器によって確実に挟まれるようになる。図２４は第２３単純プレート２３０を示し、これは第３単純プレート３０および第１３単純プレートの双方と同等である。第２３単純プレート２３０は、面取り部１１と、熱交換器を形成する開口１３５と、オプショナルな開口１２および１４と、生成物開口１８とを含んでいる。熱媒体は開口１３５により形成される複数の流路を介し、第２３単純プレート２３０を通って流れる。単純プレート２３０の開口１３５によって形成される熱交換器は、単純プレート２１０上の開口１１２に形成される複数の混合および反応チャネルに対する温度調整を提供する。開口１３５によって形成される流路内の熱媒体の流れは、ここでも、開口１１２に形成される流路における混合反応剤および生成物の流れに実質的に直角である。
【０１２１】
この２重の内部並列化化学プラントの最後の層は第２４層である。図２５は第２４番目である底部単純プレート２４０を示し、これも面取り部１１と、オプショナルな開口１２および１４とを含んでいる。オプショナルな開口１２および１４が含まれる場合には、適切な寸法のプラグを各開口に挿入して、単純プレート２４０の開口１２および１４を介した反応剤ＡおよびＢの反応装置外への漏出を阻止するようにする。また、２重の内部並列化化学プラントにおいて開口１４は単純プレート１５０で最早必要なくなっている。開口１２は単純プレート１７０で最早必要なくなっている。単純プレート１４０では、開口４４（第２反応ユニットにおける反応剤Ａの分配器を形成している）は反応剤Ａの流れを所望の流路に向けて導くからである。第２反応ユニットには付加的反応ユニットが接続されないので、反応剤Ａのための第２すなわちバイパス流路を提供するための開口１４が最早必要ではない。単純プレート１６０の開口６２（第２反応ユニットにおける反応剤Ｂの分配器を形成している）は反応剤Ｂの流れを第２反応ユニット内の所望の流路に向けて導き、同じ理由で開口１２は最早必要ではない。好ましくは、底部単純プレート２４０で開口１２を封止するためのプラグを十分に長いものとし、単純プレート１７０の部分まで反応装置内に延在するものとする。また、底部単純プレート２４０で開口１４を封止するためのプラグを十分に長いものとし、単純プレート１５０の部分まで反応装置内に延在するものとする。これらによって、反応剤ＡおよびＢの死容量が排除される。
【０１２２】
好適な化学プラントにおいては、上部単純プレート１０および底部単純プレート２４０の厚みが、個々の反応ユニットを押さえるのに使用される中間単純プレートの厚みよりかなり大とされる。厚みを大とすることで、構造の完全性を高め、また周囲環境から反応装置の内部層を断熱する助けともなる。
【０１２３】
好適な本実施形態では、２つの反応ユニットを含むことで２〜ｎ重の反応装置を製造した。付加的な反応ユニットを増設することができる。例えば、付加的反応ユニットの第１プレートを単純プレート２２０の直近に隣接して追加することができ、先の単純プレート２３０の直近に配置されるいずれの最終ユニットの最後のプレートに対しても追加することができる。上述のように、続くいずれの反応ユニットも１０枚の単純プレートを含み得、それらは単純プレート３０〜１２０（または単純プレート１３０〜２２０）と等しい構造および等しい順序である。勿論、付加的反応ユニットを増設する場合には、第２反応ユニットをバイパスして、次の反応ユニットに反応剤を供給できるようにするために、オプショナルな開口１２および１４が必要となる。最終熱交換器（単純プレート２３０参照）および底部プレート２４０のすぐ前に配置される最終反応ユニットのいずれにも、所要の要素と言うよりもむしろオプショナルな形状としての開口１２および１４を含むことができる。上記したように、開口１２および１４を除去した場合には、単純プレートについてより多種の構造が必要となる。製造コストを考えれば、単純プレートの構造は少ない方が好ましい。特定の反応に対して死容量またはプラグのいずれかが望ましくないような懸念があれば、付加されるプレート構造を作るのに必要な追加的製造ステップおよび付随的コストも受容され得る。すべての反応ユニットを同等にする（すなわちすべての反応ユニットが開口１２および１４を有する）ことは、特に化学プラントが多数の反応ユニットを含み、図１Ａ〜図１Ｃに関連して説明したような反応装置スタックに配列される場合に好ましい。
【０１２４】
図２６は上述した２重の並列化化学プラントの分解等角図（isometric view）であり、図２〜図２５に関して説明した全２４層（２つの反応ユニットを形成する）が含まれている。単純プレート１０〜２４０は堆積される順番にて示され、各単純プレートの他の単純プレートに対する相対位置が明らかなものとなっている。単純プレート３０〜１２０が第１反応ユニットを形成し、単純プレート１３０〜２２０が第２反応ユニットを形成することに注意されたい。生成物の生産速度を増すべく付加的な反応ユニットが望まれるのであれば、付加的な１０層の反応ユニットを含めることができる（付加的な反応ユニットの各々は、単純プレート１３０〜２３０と等しい順序および等しい対応構造の複製物（duplicates）を具える）。上述したように、反応ユニットは好ましくは不可逆接合されて１０の反応ユニットまでのグループとされ、これによって反応装置スタックが作成される。従って、プレート３０〜２２０は好ましくは不可逆結合して、２つの反応ユニットを含む反応装置スタックを形成する。上述の２重の内部並列化化学プラントに関連した化学プラントのいずれも、分配器プレート（単純プレート２０参照）および最終熱交換器プレート（単純プレート２３０参照）を含む。反転不能の接合が概して好ましいが、分配器プレートまたは最終熱交換器プレートを上部および底部単純プレートに対して不可逆接合することは重要なことではない。単純プレートの好ましい厚みは次の通りである。
【０１２５】
上部単純プレート１０：            ３．０ｍｍ
単純プレート２０〜２３０：        ０．３ｍｍ
底部単純プレート２４０：          ３．０ｍｍ
単純プレート１０および２４０（上部および底部単純プレート）を他の単純プレートより厚くすることで、構造の安定性を向上させている。単純プレート２０〜２３０を上部および底部単純プレートより薄くすることで、混合および熱伝達性を増進している。後述するように、厚みを０．３ｍｍとすることで広範な材料に対して適切な熱伝達性を与える。所望であれば、単純プレート２０〜２３０のいくつかをより厚く作成し、その単純プレート内の開口によって形成される流路の容積を増大し得ることに注意すべきである。例えば、単純プレート３０、９０、１３０、１９０および２３０は縦方向に平行配列された細長い開口を複数含んでいる。それらの開口は熱交換器を形成している。それら熱交換器のいずれにおいても、流量をより多くするために、各単純プレートをより厚く作成することができる。好ましいプレートの厚みは市販のシート状金属の厚みに対応しており、かかる材料が入手し易ければ反応装置の製造コストが下がるということに注意すべきである。
【０１２６】
熱交換器に対し、またはこれから熱エネルギを伝達するのに用いられる固体部分を含む単純プレートについては、好ましい厚みは約０．３ｍｍである。プレートの厚みが増すほど、機械的な剛性および安定性は増し、熱伝達率は減少する。厚みを０．３mmとすることで、機械的安定性を犠牲にすることなく、熱伝達特性と圧力降下についての要求との間のトレードオフが良好なものとなる。しかしながら、隣接プレート内の流体の流れに対して直交する方向にのみ流体を導く開口を形成している単純プレートは、より薄く、好ましくは０．１ｍｍとできることが実験で明らかになっていることに注意すべきである。
【０１２７】
図２７Ａは反応剤Ａの流体流路を示しており、反応剤Ａが上部単純プレート１０に入り、第１０単純プレート１００に進行している状態である。反応剤Ａは、開口１４を介して上部単純プレート１０内に入り、開口１４を介して第２および第３層の単純プレート２０および３０を通過し、第４層の単純プレート４０上の開口４４によって形成される反応剤Ａマニフォールドに入り込む。そして反応剤Ａは、第５層の単純プレート５０に流れ込み、複数の並列開口５４により形成される反応剤Ａ分配器に入る。第６〜第１０層（単純プレート６０〜１００）においては、反応剤Ａは複数の開口６４を介して各プレートを通過する。ここで、反応剤Ａは反応剤Ｂとともに層を成すようにされる。上述のように、反応剤ＡおよびＢの分配器の目的は、反応剤ＡおよびＢについて流体の流れを正確に整え、反応装置の次層における混合を最適化することである。反応剤Ａ開口６４の目的は、複数の反応剤Ａ流路を複数の反応剤Ｂ流路に対して正しく整列させ、釣り合いの取れた圧力降下をもつ堆積された層流が得られるようにすることである。単純プレート３０および９０内に備えられる熱交換器は、混合に先立ち反応剤ＡおよびＢの双方を適切な温度とするために用いられることに注意すべきである。
【０１２８】
図２７Ｂは、２重の内部並列化化学プラントの最初の１０層に反応剤Ｂが入る流路を示している。反応剤Ｂは、開口１２を介して上部単純プレート１０に入り、単純プレート２０〜５０内の同等の開口１２を介して第２〜第５層を通過する。第６層において、反応剤Ｂは、単純プレート６０内の開口６２によって形成される反応剤Ｂマニフォールドに入り込む。そして反応剤Ｂは、第７層の単純プレート７０に流れ込み、複数の並列開口５４により形成される反応剤Ｂの温度予調整流路に入る。第８〜第１０層（単純プレート８０〜１００）においては、反応剤Ｂは複数の開口８２を介して各プレートを通過する。ここで、反応剤Ｂは、反応剤Ａと組み合わせるときに確実に層を成すようにされる。
【０１２９】
図２７Ｃは組み合わされた反応剤ＡおよびＢの流れを示し、第１０層を通過した後、２重の内部並列化化学プラントの層１１０〜１２０を進行している状態である。反応剤ＡおよびＢは、複数の開口１１２によって単純プレート１１０上に形成される複数の平行流路内で、（堆積した層流パターンに）組み合わされる。これら混合および反応チャネル（開口１１２によって形成される）において反応剤ＡおよびＢの積層化が行われることで、迅速な拡散混合および所望の化学反応が生じる。単純プレート９０および１３０（図２６参照）の開口により形成される熱交換器が、混合および反応チャネル（開口１１２によって形成される）において混合および反応する際に反応剤の温度を制御するために用いられる。反応剤ＡおよびＢが単純プレート１１０において十分に混合した後、この混合した反応剤ＡおよびＢは単純プレート１２０の開口１１８によって形成される回収チャネルに流入する。開口１１８は、単純プレート１１０の生成物開口１８に整列するよう拡張した部分を含んでいる。そして、混合反応物／生成物は、単純プレート１１０〜２００に整列した生成物開口１８を介して反応装置を戻るように流れ、生成物は上部単純プレート１０の開口１８を介して出てゆく。開口１１２によって単純プレート１１０に形成される混合および反応チャネルと、整列開口１８によって単純プレート１０〜１１０に形成される流路との組み合わせによっては、反応が完全に行われるための十分な滞留時間が得られないのであれば、化学プラントの下流に付加的な滞留時間用流路を増設することができる。
【０１３０】
図２８Ａは、２重の内部並列化化学プラント全体にわたる熱媒体用流路を示している。公的な反応装置における熱交換器が、単純プレート３０、９０、１３０、１９０および２３０の開口によって形成されていることに注意されたい。これらの熱交換器は、各反応剤が反応ユニットに入る際にこれを温度調整するとともに、各反応ユニットにおける混合および反応チャネル内の混合反応物の温度調整を行う。熱交換器を通る熱媒体の流れが、反応剤または混合反応剤／生成物の流れと常に直交していることに注意すべきである。
【０１３１】
新鮮な状態にある熱媒体は、上部単純プレート１０の開口１５を介して２重の内部並列化化学プラントに入り、使われた熱媒体は、上部単純プレート１０の開口１６を介して２重の内部並列化化学プラントから出て行く。２重の内部並列化化学プラントに入った後、熱媒体は単純プレート２０の開口２５により形成されるマニフォールドを通って流れる。次に、熱媒体は単純プレート３０の開口３５により形成される第１熱交換器に入る。第１熱交換器が、第１反応ユニットに入る反応剤Ａの一部（単純プレート５０の開口５４参照）の温度を調整することに注意されたい。反応剤Ａの第２の部分は整列開口１２を介して流れ、これはまだ温度調整されていない。反応剤Ａの流れのその部分は第２反応ユニットに提供され、第２（もしくは次の）反応ユニットに流入する際に温度調整されることになる。
【０１３２】
熱媒体の流れは、実施には単純プレート３０で分けられる。いくらかの熱媒体は開口３５により形成される熱交換器に入る。その部分は次いで反応装置から流出するが、単純プレート２０の開口２６により形成される熱媒体マニフォールドを通り、上部単純プレート１０の開口１６を介して出て行くものである。
【０１３３】
熱媒体の第２部分は単純プレート３０の開口３５および単純プレート４０の開口２５の重畳部を介して２重の内部並列化化学プラント内の流れを継続する。上述のように、開口２５は熱媒体マニフォールドを形成し、単純プレート２０〜８０の整列開口２５は、熱媒体の流れを反応装置を通して導き、単純プレート９０の開口３５によって形成される第２熱交換器に提供する。第２熱交換器は、第１反応ユニットに入る反応剤Ｂの一部（単純プレート７０の開口７２参照）の温度調整を行うとともに、単純プレート１１０の開口１１２によって形成される混合および反応チャネルを流れる混合反応剤／生成物の温度調整を行う。第２熱交換器を流れる熱媒体は、単純プレート８０、７０、６０、５０および４０の整列開口２６を介して、反応装置から出て行く。単純プレート３０は第１熱交換器を含み、第１熱交換器の部分が単純プレート４０の開口２６に重畳していることで、第２熱交換器からの熱媒体がこの重畳部分を通って通過し、上述のように反応装置から出て行くことができる。
【０１３４】
熱媒体の流れは、単純プレート９０にあって再び分けられる。いくらかの熱媒体は開口９５により形成される熱交換器に入る。次いでその部分は、上述のように２重の内部並列化化学プラント反応装置から流出する。熱媒体の第２部分は単純プレート９０の開口９５および単純プレート１００の開口２５の重畳部を介した２重の内部並列化化学プラント内の流れを継続する。上述のように、単純プレート１００〜１２０の整列開口２５は、反応装置を通して熱媒体を導き、単純プレート１３０の開口１３５によって形成される第３熱交換器に提供する。第３熱交換器は、単純プレート１１０の開口１１２によって形成される混合および反応チャネルを流れる混合反応剤／生成物の温度調整を行う。反応生成物の高品質化を達成する上で温度制御が重要であるので、単純プレート１１０の開口１１２によって形成される混合および反応チャネルを第２および第３熱交換器によって挟むようにすることで、温度制御を最大限にしている。第３熱交換器はまた、第２反応ユニットに入る反応剤Ａの一部（単純プレート１５０の開口１５４を介したもの）の温度調整を行う。
【０１３５】
第３熱交換器を通って流れる熱媒体は、単純プレート１２０、１１０および１００の整列開口２６を介して上方に流れることで、２重の内部並列化化学プラントから出て行く。第３熱交換器からの熱媒体は単純プレート９０の第２熱交換器からの熱媒体と合流して、上述のように２重の内部並列化化学プラントから出て行く。
【０１３６】
上述したようにまた、熱媒体の流れは単純プレート１３０において分けられる。いくらかの熱媒体は、開口１３５によって形成される熱交換器に入る。熱媒体のその部分は上に流れ、上述のように２重の内部並列化化学プラントから出て行く。熱媒体の他の部分は、単純プレート１３０の開口１３５および単純プレート１４０の開口２５の重畳部を介した２重の内部並列化化学プラント内の流れを継続する。上述のように、単純プレート１４０〜１８０の整列開口２５は、反応装置を通して熱媒体を導き、単純プレート１９０の開口１３５によって形成される第４熱交換器に提供する。第４熱交換器は、単純プレート２１０の開口１１２によって形成される混合および反応チャネルを流れる混合反応剤／生成物の温度調整を行うとともに、第２反応ユニットに入る反応剤Ｂの一部（単純プレート１７０の開口７２を介したもの）の温度調整を行う。
【０１３７】
第４熱交換器を通って流れる熱媒体は、単純プレート１８０、１７０、１６０、１５０および１４０の整列開口２６を介して上方に流れることで、２重の内部並列化化学プラントから出て行く。第４熱交換器からの熱媒体は単純プレート１３０の第３熱交換器からの熱媒体と合流して、上述のように２重の内部並列化化学プラントから出て行く。
【０１３８】
さらにまた、単純プレート１９０にあって熱媒体の流れが分けられ、いくらかの熱媒体は、開口９５によって形成される第４熱交換器に入り、熱媒体のさらなる部分は、単純プレート１９０の開口９５および単純プレート２００の開口２５の重畳部を介した２重の内部並列化化学プラント内の流れを継続する。単純プレート２００〜２２０の整列開口２５は、２重の内部並列化化学プラントを通して熱媒体を導き、単純プレート２３０の開口９５によって形成される第４熱交換器に提供する。第５熱交換器が上記した最終熱交換器であることに注意されたい。第５熱交換器は、単純プレート２１０の開口１１２によって形成される混合および反応チャネルを流れる混合反応剤／生成物の温度調整を行うものであり、第２反応ユニットの反応チャネルは単純プレート１９０における上側熱交換器と単純プレート２３０における下側熱交換器２３０との間に挟まれる。第５熱交換器を通って流れる熱媒体は、単純プレート２２０、２１０および２００の整列開口２６を介して上方に流れることで、反応装置から出て行く。第５熱交換器からの熱媒体は単純プレー１ト９０、１３０、９０および３０内の熱交換器からの熱媒体と合流して、上述のように反応装置から出て行く。
【０１３９】
付加的な反応ユニットがないので、熱媒体は下方への流れを継続しない（第５熱交換器の直下には底部プレート２４０がある）。しかしながら、反応装置に付加的な反応ユニットを増設する（これによって３重の内部並列化化学プラントを可能にする）のであれば、その反応ユニットを第５熱交換器の前に組み込み、第５熱交換器が当該増設された最後の反応ユニットの混合および反応チャネルの温度調整を行うものとなる。
【０１４０】
反応装置内の熱交換器が「流体の温度調整を行う」とき、実際には熱交換器が単純プレートの固体部分を通じて熱伝達を可能にするということを理解すべきであり、この固体部分は、熱交換器を形成する開口を含む単純プレートと、温度調整されるべき流体が流れる流路を形成する開口を含む単純プレートとの間に位置づけられるものである。例えば、単純プレート３０の開口３５によって形成される第１熱交換器を通って流れる熱媒体と、単純プレート５０の開口５４によって形成される流路を流れている反応剤Ａとの間で、熱移動が生じる。この熱の移動は、単純プレート３０の開口３５に対して横たわる単純プレート４０の固体部分を介したものとなる。反応装置において用いられる熱媒体は概して液体であろうが、選択された気体と同様、液体／気体混合物や流体／固体混合物も有効に用い得ることが予測される。図２８Ｂは、続く反応ユニットに対して反応剤ＡおよびＢの流れを送るための開口１２および１４が必要でない場合において、これらを埋めるべく底部単純プレート２４０からプラグ２４１および２４２を挿入する態様を示している。これら開口を閉塞することで、死容量をなくし、また第１および第２反応ユニットの双方について同等の単純プレートを用いることが可能となる。上述したように、不要の開口１２および１４を第２反応ユニットから除く場合には、付加的な構造の単純プレートが必要となり、製造プロセスは複雑なものとなる。プラグ２４１は単純プレート１５０〜２４０内の不要な開口１４を埋め、プラグ２４２は単純プレート１７０〜２４０内の不要な開口１４を埋めるものである。図２８Ｂは分解等角図であるので、プラグ２４１および２４２は長さを著しく誇張して示されていることに注意されたい。実際には、各プラグの長さは、開口を封止するのにそのプラグが用いられる単純プレートの厚みの合計に等しい。よって、プラグ２４１の長さは単純プレート１５０〜２４０の厚みの合計に等しいだけである一方、プラグ２４２は僅かに短く、単純プレート１７０〜２４０の厚みの合計に等しい。プラグ２４１および２４２を用いることで、ｎ重の内部並列化化学プラント反応装置を次のような１２種の異なる構造の単純プレートから組み立てることが可能となる。
【０１４１】
すなわち、
構造＃１        単純プレート１０；
構造＃２        単純プレート２０；
構造＃３        単純プレート３０、１３０および２３０；
構造＃４        単純プレート４０および１４０；
構造＃５        単純プレート５０および１５０；
構造＃６        単純プレート６０および１６０；
構造＃７        単純プレート７０および１７０；
構造＃８        単純プレート８０、１００、１８０および２００；
構造＃９        単純プレート９０および１９０；
構造＃１０      単純プレート１１０および２１０；
構造＃１１      単純プレート１２０および２２０；および、
構造＃１２      単純プレート２４０
である。
【０１４２】
単純プレート３０〜１２０の複製物を組み込むことで、付加的反応ユニットを増設することができる。上部単純プレート１０内の開口１５、１６および１８に対応した寸法および形状を有する付加的プラグを用いれば、上部単純プレート１０の複製物を底部単純プレート２４０として用いることができ、ｎ重の内部並列化化学プラントを組み立てるのに必要な単純プレートの異なる構造の数から１が減じられる。よって、次の１１種の異なる構造の単純プレートを要する。
【０１４３】
すなわち、
構造＃１        単純プレート１０および底部単純プレート２４０；
構造＃２        単純プレート２０；
構造＃３        単純プレート３０、１３０および２３０；
構造＃４        単純プレート４０および１４０；
構造＃５        単純プレート５０および１５０；
構造＃６        単純プレート６０および１６０；
構造＃７        単純プレート７０および１７０；
構造＃８        単純プレート８０、１００、１８０および２００；
構造＃９        単純プレート９０および１９０；
構造＃１０      単純プレート１１０および２１０；および、
構造＃１１      単純プレート１２０および２２０ 
である。
【０１４４】
単純プレート２０は単純プレート１２０および２２０にかなり類似している。単純プレート１２０または２２０のいずれかを単純プレート２０として代用する場合には、堆積プレート反応装置の第２単純プレートにいくらかの死容量が含まれ得る。死容量は反応装置を出て行く生成物に関連するので、連続的に作動する反応装置においては、および、反応装置内でのいくらかの付加的な生成物滞留時間が許容される反応については、かかる代用が受容されると思われる。この場合、次の１０種の異なる構造の単純プレートを要する。
【０１４５】
すなわち、
構造＃１        単純プレート１０および底部単純プレート２４０；
構造＃２        単純プレート２０、１２０および２２０；
構造＃３        単純プレート３０、１３０および２３０；
構造＃４        単純プレート４０および１４０；
構造＃５        単純プレート５０および１５０；
構造＃６        単純プレート６０および１６０；
構造＃７        単純プレート７０および１７０；
構造＃８        単純プレート８０、１００、１８０および２００；
構造＃９        単純プレート９０および１９０；および、
構造＃１０      単純プレート１１０および２１０ 
である。
【０１４６】
最後に、単純プレート５０および１５０の構造（構造＃５）は単純プレート１１０および２１０の構造（構造＃１１）に非常に類似している。単純プレート１１０および２１０内の混合および反応チャネル（開口１１２により形成される）は、単純プレート５０および１５０内の反応剤Ａ分配器流路（開口５４により形成される）と等しい向きおよび位置である。しかし混合および反応チャネルの方が５％程度長い。この違いは、単純プレート４０および１４０の反応剤Ａマニフォールド（開口４４によって形成される）と単純プレート１２０および２２０の生成物回収チャネル（開口１１８によって形成される）との間のオフセットによる。必要とされる単純プレートの異なる構造の数をさらに少なくするために、単純プレート１１０および２１０の構造を単純プレート５０および１５０に用いることができる。これにより反応剤Ａの温度予備調整チャネル内に付加的な容量が生じ、これは反応剤Ａの分配器流路および反応剤Ｂの分配器流路（単純プレート７０および１７０上の開口７２により形成される）の容量が等しくなくなることを意味するであろう。かかる容量の差異は各反応ユニット内での反応剤ＡおよびＢの滞留時間分布に影響を与え、またその結果反応剤間の圧力降下に差異を生じさせることになる。この差異の結果、理想的な混合ダイナミクスが満たされなくなるので、本実施形態の好適さが概して低くなってしまう。かかる差異が生成物の品質に無視できないほどの影響を与えるからである（生成物の品質よりもプレートの異なる構造数を減らすことが重要である場合を除く）。問題とする反応に従って、この影響は受容され、または受容されないものとなる。採用する場合には、この代用（上述した他の代用と組み合わされる）によって、９種の異なる構造のみが必要となる。
【０１４７】
すなわち、
構造＃１        単純プレート１０および底部プレート２４０；
構造＃２        単純プレート２０、１２０および２２０；
構造＃３        単純プレート３０、１３０および２３０；
構造＃４        単純プレート４０および１４０；
構造＃５        単純プレート５０、１１０、１５０および２１０；
構造＃６        単純プレート６０および１６０；
構造＃７        単純プレート７０および１７０；
構造＃８        単純プレート８０、１００、１８０および２００；および、
構造＃９        単純プレート９０および１９０ 
である。
【０１４８】
さらなる変形例では単純プレート１１０および２１０の混合および反応チャネルに対して単純プレート５０および１５０の構造が用いられ、反応剤Ａの温度予備調整チャネルおよび反応剤Ｂの温度予備調整チャネルが実質的に等しい長さであるようにすることができるが、混合および反応チャネルの容量は若干小となる。かかる変形例は生成物の品質に与える影響が小さいと思われる。この変形を行う場合、各単純プレートの中央に向けて単純プレート１２０および２２０の生成物回収チャネル（開口１１８により形成される）の形状および位置を展張し、開口５４と重畳するようにする変更を要し得る（単純プレート５０および１５０参照）。この場合、開口１１８は単純プレート４０および１４０の開口４４と同様な配置となるが、開口１１８は隣接単純プレートの開口１１８との重畳が可能となるよう展張されるものである。
【０１４９】
上述のように、各反応ユニットの単純プレートは、密な圧接が得られるようにするために好ましくは共に不可逆接合され、この結果堆積プレート反応装置は漏れがないものとなる。理論上は、ｎ重の内部並列化化学プラントは適当な数の反応ユニットで実現可能であるが、あまりに多くの単純プレートを互いに接合しようと試みることは難題であろう。実用的には２重の内部並列化化学プラント（上述の２４枚のプレートを有したもの）が組み立てられ、これはうまく作動する。１０００重の内部並列化化学プラントが容易に実現可能であることが予想される。このように大規模化した化学プラントを組み立てるには、不可逆接合させた１０の反応ユニットを不可逆結合させて反応装置スタックを作り、それを１００基、可逆結合させて１０００重の内部並列化化学プラントを作ることができる。一般的なフラットシールまたはＯリングを用いて、反応装置スタック間の封止性を高めることができる。反応装置スタックは好ましくは可逆結合され、故障（接合不良、や、特定の反応ユニットにおける流路の目詰まり）の生じた反応装置スタックを化学プラントから取り外して、新たな反応装置スタックと交換できるようになっている。このように可逆および不可逆接合（reversible and non-reversible bonding）の組み合わせを用いれば、１０００重の内部並列化化学プラントを実現可能であることが予期されるのである。滞留時間やポンプ容量は実際上実現可能な内部並列化の度合いを制限しないと考えられるが、並列化した反応ユニットおよび反応装置スタックでの内部の流れの均等分配は確保されなければならない。少ない数であるｎ重の内部並列化化学プラントが望まれる場合には（すなわちｎ＝１０未満）、個々の反応ユニットを共に可逆結合してもよく、これによって反応ユニットの故障時に個々の反応ユニットを交換することができるようになる。
【０１５０】
上述の単純プレート３０、５０、７０、９０、１１０、１３０、１５０、１７０、１９０、２１０および２３０において示された開口により形成される流路のように、堆積プレート反応装置に平行流路を含ませることで、かかる流路全体で流れの均等分配が好ましく行われる。流れの均等分配を得るために、２つの重要な概念が用いられる。これら概念の各々は以下のセクションにおいて扱われる。第１の概念は流れの分岐化であり、これは図２９〜図５０に関連して次に述べる。第２の概念は個々の流路の寸法を取り扱うことであり、これは図５１〜図６６について後述する。
【０１５１】
分岐状流路を有する堆積プレート反応装置
図２９〜図４６は、堆積単純プレート・分岐化反応装置の実施形態を示し、この装置は分岐形状の開口を内蔵して、２流体に対し実質的に等しい滞留時間分布および水力学的抵抗を提供するものである。図２９〜図４６は個々の反応装置に適用される分岐化を示しているが、かかる分岐状流路は上述の反応ユニットにも有効に組み入れ得ることを理解すべきである。よって、本実施形態においては、所望の結果を得るべく、分岐化反応装置において流体の流れを操作する手段は、分岐形状の開口を具える。この結果、反応装置は、平行流路において粘性流体を実質的に等しい滞留時間分布で処理可能なものであることが望ましい。等しい滞留時間を維持する能力は、分岐化反応装置における化学生成物の品質を高める上で期待される。
【０１５２】
分岐状流路を用いることで、かかる分岐状流路を流れる反応剤、または反応剤混合物、または化学生成物の粘性から多かれ少なかれ独立した、実質的に等しい滞留時間を得ることができるようになる。種々の幅をもつ平行流路を用いるような（詳しくは後述）、実質的に等しい滞留時間が得られるようにするための他の手段は、流路を流れる流体の遷移的な粘性の作用（transient viscosity behavior）従うところが大きい。
【０１５３】
分岐状開口を用いる堆積単純プレート・分岐化反応装置は、好ましくは上述の単純プレートを用いる。また、分岐化反応装置を通る各反応剤に組み合わされる流路の長さは、好ましくは等しいものとされる。堆積単純プレート・分岐化反応装置の実施形態においては、分岐状反応剤チャネルが内蔵され、分岐状反応剤チャネルのそれぞれの「幹（ステム）」は対応する流体入口に流体連通し、分岐状反応剤チャネルのそれぞれの「枝（ブランチ）」は処理ボリューム（平行な混合および反応チャネル）に流体連通する。分岐状生成物チャネルは、上述の処理ボリュームに流体連通するブランチを有し、分岐状生成物チャネルのステムは対応する生成物出口に流体連通する。後述する堆積単純プレート・分岐化反応装置においては、反応剤入口が上部単純プレートに配置され、生成物出口が底部単純プレートに配置されるとともに、付加的な開口を含むことで、上部単純プレートを介して堆積単純プレート・分岐化反応装置から出て行く生成物流路を提供できるようにされている。
【０１５４】
図２９〜図４６は１８層を有する分岐化反応装置を示しており、これらの層は１枚ずつ他のものの上部に堆積した単純プレート３００〜４７０にそれぞれ対応している。図２９は上部単純プレート３００を示し、図４６は底部単純プレート４７０を示している。この反応装置における上部から底部までの単純プレートの順序が、図番の順序に対応していることに注意されたい。よって、図２９が第１層を、図３０が第２層を表すようになっている。図４７は１枚ずつ他のものの上部に堆積した１８枚の単純プレートを示している。
【０１５５】
単純プレートの好ましい形状は略長方形状であるが、円形のディスクなど他の形状も用い得る。特に図示はしていないが、互いに適切な向きでプレートを堆積することを目的として、すべてのプレートが好ましくは図２〜図２８Ｂに示したような面取りコーナを含んでいることに注意すべきである。１枚のプレートが誤った方向に向いていると、分岐化反応装置を通る少なくとも一つ（全部ではないにしても）の流路が閉塞、中断または誤結合し易くなり、分岐化反応装置が適切に機能しないものとなってしまう。スロットまたは他のマークあるいは形状のバリエーションなど、各単純プレートに一貫して表示される他の種の指標形状を用いることもできる。
【０１５６】
図２９を参照するに、上部単純プレート３００は熱媒体および反応剤用の複数の開口を含んでいる。２つの反応剤入口も設けられ、開口３０２が反応剤Ａ，開口３０４が反応剤Ｂのためのものである。上部単純プレート３００は一つの熱媒体入口３０６と、一つの熱媒体出口３０８とを含んでいる。図示はしないが、上部単純プレート１０（続く単純プレートも同様）に温度センサおよび他のセンサ用の付加的な開口を有用に設け得ることも予測される。これは、他の単純プレート内の対応する温度センサ開口と整列したときに、センサ用空洞部または受容部を分岐化反応装置内に形成し、ここの所望の位置にセンサを挿入することができる。
【０１５７】
図３０は分岐化反応装置の第２層であり、第２単純プレート３１０を示している。上部単純プレート３００内の全開口に対応した開口も単純プレート３１０に設けられているが、熱媒体を移送するための開口は異なる形状となっている。熱媒体は、単純プレート３００内の入口３０６を通って分岐化反応装置に入り、熱媒体インテークマニフォールド開口３１６を介して第２単純プレート３１０を通過する。分岐化反応装置の続く単純プレートを通って進行した後、「使用された」熱媒体は再び単純プレート３１０を通過するが、このときは熱媒体エグゾーストマニフォールド３１８を介したものとなる。その点から上部単純プレート３００の出口３０８を介して、熱媒体は分岐化反応装置から出て行く。
【０１５８】
反応剤ＡおよびＢは、それぞれ、反応剤Ａ用開口３０２および反応剤Ｂ用開口３０４を介して第２単純プレート３１０を通過する。開口の寸法、形状および位置が変わらない限り、単純プレート３００および３１０（続くすべてのプレートも同様）に対してこれらの同じ参照番号が適用される。
【０１５９】
図３１は分岐化化学プラントの第３層における通路の詳細である。熱媒体は、集合して第１熱交換器を構成する複数の開口３２６を介し、第３単純プレート３２０を通って流れる。図４７に関連して明らかとなるが、第１熱交換器は、反応剤Ａが反応剤Ｂと混合する前に反応剤Ａの温度調整を行う。熱媒体の一部は続く単純プレートにも連続して流れる。ここで、流路３２６は隣接単純プレートの熱媒体開口と重畳している。分岐化反応装置全体の熱媒体の流路および他の流路は、図４７の検討によってより容易に認識可能となろう。
【０１６０】
図３２は分岐化化学プラントの第４層の詳細であり、第４単純プレート３３０を示している。これは反応剤Ａ用のマニフォールドを形成する開口３３２を含んでいる。反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口３０４を介して第４単純プレート３３０を通過する。熱媒体は、熱媒体インテークマニフォールド開口３１６を介して第４単純プレート３３０を通過する。分岐化反応装置の続く単純プレートを通って進行した後、「使用された」熱媒体は再び単純プレート３３０を通過するが、このときは熱媒体エグゾーストマニフォールド３１８を介したものとなる。
【０１６１】
図３３に示すように、反応剤Ａ用の分配器は分岐化した開口３４２により形成される。単純プレート３４０において、反応剤Ａは単一の流体の流れであるステムで分岐状開口に入り、２、４そして最終的には８本の異なる流体の流れに分けられる。反応剤Ｂは反応剤Ｂ開口３０４を介し第５単純プレート３４０を通過する。第５単純プレート３４０もまた、熱媒体マニフォールド開口３１６および３１８を含んでいる。
【０１６２】
図３４は分岐化化学プラントの第６層の詳細であり、第６単純プレート３５０を示している。これは反応剤Ｂ用のマニフォールドを形成する開口３５４を含んでいる。反応剤Ａは、単純プレート３４０の分岐状開口のブランチによって形成される８本の反応剤Ａ流路に対応した複数の反応剤Ａ開口３５２を介して、第６単純プレート３５０を通過する。分岐状開口３４２および開口３５２の目的は、反応剤Ａの流れが反応装置内で処理されるようになし、反応剤Ａの一部が反応剤Ｂの一部に組み合わされて生成物が形成できるようにすることである。反応剤ＡおよびＢの組み合わせを確保できるようにするだけでなく、これによりそれら反応剤ＡおよびＢが円滑に層を成すことができるようにする上で、これら反応剤の位置づけは重要である。上述のように、層流状態は特に迅速で効果的な反応剤の拡散混合を促進する。第６単純プレート３５０もまた、熱媒体マニフォールド開口３１６および３１８を含んでいる。
【０１６３】
図３５の第７単純プレート３６０は反応剤Ｂ用の分配器を含んでおり、これは分岐状開口３６４により形成される。図３３の単純プレート３６０において反応剤Ａの流路が分けられているのと同様に、反応剤Ｂは単一の流体の流れであるステムで分岐状開口３６４に入り、２、４そして最終的には８本の異なる流体の流れに分けられる。反応剤Ａは複数の反応剤Ａ開口３５２を介し第７単純プレート３６０を通過する。第７単純プレート３６０もまた、熱媒体マニフォールド開口３１６および３１８を含んでいる。
【０１６４】
図３６は分岐化化学プラントの第８層の詳細であり、第８単純プレート３７０を示している。反応剤Ａは、複数の反応剤Ａ開口３５２を介して、第８単純プレート３７０を通過する。反応剤Ｂは、複数の反応剤Ｂ開口３７４を介して、第８単純プレート３７０を通過する。開口３５２および３７４の相対位置によって反応剤ＡおよびＢの流れが適切に位置づけられることにより、続くプレート内の開口により形成される混合および反応チャネル内に導入されるときに、個々の混合および反応チャネル内において円滑な反応剤ＡおよびＢの積層状態が容易に得られる。第８単純プレート３７０もまた、熱媒体マニフォールド開口３１６および３１８を含んでいる。
【０１６５】
図３７の第９単純プレート３８０は開口３８６によって形成される第２熱交換器を含み、開口３８６を介して熱媒体が流れる。図４７から明らかとなるように、第２熱交換器は、単純プレート４００の混合および反応チャネルにおいて反応剤Ｂが反応剤Ａと組み合わされる前に、反応剤Ｂの温度調整を行う。この温度調整については、後に詳述する。また、開口３８６によって形成される熱交換器は、単純プレート４００上の開口により形成される混合および反応チャネルに対して温度調整を行う。開口３８６によって形成される流路内の熱媒体の流れは、単純プレート３６０の分岐状開口３５４によって形成される流路内の反応剤Ｂの流れに対して、ほぼ直交する。熱媒体の一部は続く単純プレートにも連続して流れる。ここで、流路３８６は隣接単純プレートの熱媒体開口と重畳している。反応剤Ａは複数の反応剤Ａ開口３５２を介して第９単純プレート３８０を通過する一方、反応剤Ｂは複数の反応剤Ｂ開口３７４を介して第９単純プレート３８０を通過する。
【０１６６】
図３８は分岐化学プラントの第１０層の詳細であり、第１０単純プレート３９０を示している。反応剤Ａは複数の反応剤Ａ開口３５２を介して第１０単純プレート３９０を通過し、反応剤Ｂは複数の反応剤Ｂ開口３７４を介して第１０単純プレート３９０を通過する。第１０単純プレート３９０はさらに、熱媒体マニフォールド開口３１６および３１８を含んでいる。
【０１６７】
図３９の第１１単純プレート４００は複数の開口４０５を内蔵しており、これらは複数の混合および反応チャネルを形成する。開口３５２（反応剤Ａ）および開口３７４（反応剤Ｂ）に対する開口４０５の位置によって、反応剤Ａおよび反応剤Ｂを各混合および反応チャネルにおいて円滑に積層することができる。開口３５２の位置（単純プレート３９０参照）によって、反応剤Ａが開口４０５により形成される混合および反応流路にまず入り、その流れは混合および反応流路の底部に位置する。開口３７４の位置（単純プレート３９０参照）によって、反応剤Ｂが開口４０５により形成される混合および反応流路に後に入り、反応剤Ｂは反応剤Ａ上に積層される。第１１単純プレート４００はまた、熱媒体マニフォールド開口３１６および３１８を含んでいる。
【０１６８】
図４０は分岐化反応装置の第１２層の詳細であり、第１２単純プレート４１０を示している。これは複数の生成物回収開口４１９を有する。生成物回収開口１１８は生成物回収チャネルを形成し、これは、先の単純プレート内の開口４０５によって形成される混合および反応チャネル内で生成した生成物を回収するのに用いられる。図２〜図２８Ｂの内部並列化反応装置においては、生成物は次いで先の単純プレート群を通って戻され、上部単純プレートを介して内部並列化反応装置から出て行くよう導かれるものであったが、図２９〜図４７の分岐化反応装置においては、生成物は底部単純プレートを介して出て行く。第１２単純プレート４１０はさらに、熱媒体マニフォールド開口３１６および３１８を含んでいる。
【０１６９】
分岐化反応装置の第１３層は第３熱交換器を含んでいる。図４１は第１３単純プレート４２０を示し、これは開口４２６によって形成される第３熱交換器を含んでいる。よって、熱媒体は開口４２６によって形成される複数の流路を介し第１３単純プレートを流れる。図４７を検討することで明らかなように、第３熱交換器は単純プレート４００上の開口４０５により形成される複数の混合および反応チャネルに対する温度制御を行うとともに、続く単純プレート４４０内の分岐化生成物回収流路（後に詳述）に対する温度制御を行う。開口４２６により形成される流路における熱媒体の流れの向きは、開口４０５により形成される流路内の混合反応剤および生成物の流れの向きと実質的に直交している。上述のように、熱媒体は流路４２６を介して流れるだけでなく、熱媒体の一部は続く単純プレートにも連続して流れる。ここで、流路４２６は隣接単純プレート内の熱媒体開口と重畳している。
【０１７０】
図４７により明瞭に示されるように、反応剤および結果的な生成物の温度が生成物の量および質にとって重要であるので、分岐化反応装置は、上側および下側の熱交換器間に反応装置の混合および反応チャネル（第１１単純プレート４００の開口４０５）を挟み、これによって温度制御性が向上されるようになっている。本例の分岐化反応装置は、間にある単純プレートを通した熱伝達により、第１１単純プレート４００の開口により形成されるチャネルを流れる流体の温度調整を行う。特に、第９および第１３単純プレートの開口により形成される熱交換器は、第１０および第１２単純プレートを通して熱を移動させる。これらは混合および反応チャネルの上側および下側の壁により形成される。熱交換器の対向側にあって上側および下側に隣接する単純プレートを通した熱の移動により、各熱交換器の上および下に配置された異なる２枚の単純プレートにより形成される流路を流れる流体の温度が調節される。よって、単純プレート４２０の開口４２６により形成される熱交換器は、単純プレート４００の混合および反応チャネル４０５を流れる流体の温度を調節するとともに、単純プレート４４０の流路を流れる流体の温度を調節する（図４３について後述する）。
【０１７１】
分岐化反応装置においては、単一の熱交換器を使用して、異なる単純プレート内の開口を流れる反応剤および生成物の双方を同時に温度調整することが望ましい。しかしながら、堆積プレート・分岐化反応装置の異なる実施形態にあっては、複合的な調整が望ましいものとなり得ることが予想される。そうであれば、熱エネルギを容易には伝えない単純プレートを用いて上側の熱交換器を絶縁し、一方向における望ましくない熱伝達および温度調整が行われないようにすることができる。例えば、単純プレートを作るのに用いられる材料の厚みおよび／または熱伝導率を選択し、それを通じた熱の移動を最小限にするようにすればよい。本例の分岐化反応装置に関し、単純プレートを作る材料の望ましい特性の一つは、少なくとも流路および熱交換器間で熱エネルギの移送を行う層については、その材料が熱伝導性をもつことである。かかる層が十分に薄い場合には、ほとんどの材料の熱伝導率は、結果物である単純プレートの熱伝達効率にほとんど影響を与えない。
【０１７２】
先に説明した図４０と図４２とを比較すると、図４２に示す第１４単純プレート４３０は第１２単純プレート４１０に実質的に等しいことが明らかである。図４７を見れば明らかなように、分岐化反応装置の好適実施形態の１８枚の層は１６種の異なる構造を有する単純プレートを含んでいる（単純プレート３７０および３９０もまた、互いに実質的に同等）。単純プレート４１０と同様、単純プレート４３０は複数の生成物開口４１９と、熱媒体マニフォールド３１６および３１８とを含んでいる。
【０１７３】
第１５単純プレート４４０は分岐開口４４９により形成される生成物回収器を含んでいる。単純プレート４３０内の開口４１９からの生成物は、分岐開口４４９の分岐端における異なる８つの流体の流れとして分岐開口４４９にはいる。８つの流体の流れは組み合わされて４つの流れとなり、さらに２つの流れとなり、最終的には分岐開口４４９のステムにおいて単一の流れとなる。この構造は、それぞれ単純プレート３４０および３６０における反応剤ＡおよびＢについての反応剤分配器として用いられていた分岐開口を本質的に反転したものである。第１５単純プレート４４０もまた、熱媒体マニフォールド３１６および３１８とを含んでいる。
【０１７４】
図４４は分岐化反応装置の第１６層の詳細であり、第１６単純プレートを示している。これは、生成物出口流路を形成する単一の生成物開口４５９を含んでいる。第１６単純プレートもまた、熱媒体マニフォールド３１６および３１８とを含んでいる。
【０１７５】
図４５の第１７単純プレート４６０は分岐化反応装置の第４熱交換器を含み、これは開口４６６により形成される。第４熱交換器は、第１８層が反応装置の底部にあるので、単純プレート４４０の分岐した生成物回収器流路を流れる生成物の温度調節のみを行う。先の熱交換器においては、熱媒体は熱交換器を形成する単純プレートを通って連続して流れ、次の単純プレートに形成された開口内に流入する。第４熱交換器は底部単純プレートに隣接しているので、熱媒体は分岐化反応装置を通り、上部単純プレートの熱媒体出口に向けて戻る。熱媒体の流れは、単純プレート４４０の分岐した生成物回収器内の生成物の流れに対し実質的に直角である。第１７単純プレートもまた生成物開口４５９を含んでいる。
【０１７６】
分岐化反応装置の最終層は第１８層である。図４６は第１８単純プレート４７０を示し、これは分岐化反応装置からの生成物出口として働く生成物開口４５９を含んでいる。分岐化反応装置においては、上部単純プレート３００および底部単純プレート４７０の双方の厚みが、中間の単純プレートの厚みよりかなり大きいことに注意すべきである。厚みを大とすることで、構造的な完全性および剛性が提供され、周囲環境から分岐化反応装置の内部層を断熱する助けとなり、接続部を取り付けるスペースが提供され、また接合プロセスも容易となる。
【０１７７】
図４７は、図２９〜図４６に関してそれぞれ分離して示した１８層のスタックを示している。単純プレート３２０、３８０、４２０および４６０は、それぞれ、第１、第２、第３および第４の熱交換器を形成する開口を含んでいる。単純プレート３４０および３６０は、それぞれ、反応剤ＡおよびＢ用の反応剤分配器を形成する分岐開口を含んでおり、それらは単一の反応流路から８つの反応流路に分かれている。単純プレート４００は複数の混合および反応チャネルを含んでいるが、単純プレート４４０は分岐した生成物回収器を含んでおり、これは異なる８つの生成物流路を単一の生成物流路に結合させている。好ましくは、各単純プレートの寸法上の厚みはｎ重の内部並列化反応装置に関して上述したものと同様であり、次の通りである。
【０１７８】
上部単純プレート３００：            ３．０ｍｍ
単純プレート３１０〜４６０：        ０．３ｍｍ
底部単純プレート４７０：            ３．０ｍｍ
上述したように、プレートの厚みを０．３ｍｍとすることで、単純プレートを作成し得る広範な材料に対して適切な熱伝達性が与えられることに注意されたい。単純プレート３１０、３３０、３５０、４１０、４３０および４５０をさらに薄くし、例えば０．１ｍｍとすることもできる。所望であれば、単純プレートのいくつかをより厚く作成し、その単純プレート内の開口によって形成される流路の容積を増大し得ることに注意すべきである。例えば、単純プレート３２０、３８０、４２０および４６０は、平行配列された細長い開口を含み、それらは熱交換器を形成している。それら熱交換器のいずれにおいても、流量をより多くするために、各単純プレートをより厚く作成することができる。好ましくは、市販のシート状金属の厚みに対応して厚みを選択することで、製造コストを低減できる。
【０１７９】
図４７を注意して見れば、単純プレート３２０、３８０、４２０および４６０により形成される熱交換器の機能および目的が容易に理解できよう。単純プレート３２０内の開口３２６により形成される第１熱交換器は、単純プレート３４０の分岐開口を通って流れている反応剤Ａの温度調整を行う。第１熱交換器に対し単純プレート３１０の固体部分を通して熱が移動するが、しかし上部単純プレート３００が単純プレート３１０の直近に隣接しているので、この熱の移動により温度調整される流体の流れはなく、熱移動は分岐化反応装置を囲む外部流体に対してのものとなる。
【０１８０】
単純プレート３８０内の開口３８６により形成される第２熱交換器は、単純プレート３６０の分岐開口を通って流れる反応剤Ｂと、単純プレート４００内の開口４１９により形成される混合および反応チャネルを通って流れる混合反応剤ＡおよびＢとの、双方の温度調整を行う。単純プレート４２０内の開口４２６により形成される第３熱交換器は、単純プレート４００内の開口４１９により形成される混合および反応チャネルを通って流れる混合反応剤ＡおよびＢと、単純プレート４４０内の分岐生成物回収器を通って流れる生成物との、双方の温度調整を行う。最後に、単純プレート４６０内の開口４６６６により形成される第４熱交換器は、単純プレート４４０内の分岐生成物回収器を通って流れる生成物の温度調整を行う。
【０１８１】
単純プレート４００内の開口４１９により形成される混合および反応チャネルを通って流れる混合反応剤ＡおよびＢと、単純プレート４４０内の分岐生成物回収器を通って流れる生成物とは共に、これらの流路を「挟んでいる」熱交換器によって温度調整されることで、最大限の温度制御が確保されることに注意されたい。この温度制御は生成物の品質を最大限にする上で重要である。これらの領域の温度は生成物の品質、反応の量および選択に著しい影響を与えるからである。
【０１８２】
反応剤分配器および生成物分配器を分岐した開口で形成することによって、化学反応過程で粘性や流速が変動し、従ってまた分岐開口のブランチにより提供される異なる８つの流路内を流れる流体について滞留時間分布が変動しても、ほぼ等しい滞留時間が得られるようになる。平行流路の滞留時間を制御することによって、温度の制御を行うことと同様、高品質の生成物を分岐化反応装置が生産可能となるものである。
【０１８３】
分岐化反応装置は単純プレートにより形成される分岐流路を含んでいるが、複数の単純プレート上の整列開口によっても分岐流路を実現可能であることに注意すべきである。この場合、分岐を実現するためにより多くの層を要することにはなるが、開口にあてる各層の表面積はより小さいものとなる。単純プレート３４０、３６０および４４０（これらのプレートが分岐開口を含んでいる）は開口にあてるためにかなりの表面積を有している。分岐流路を形成するために、単一の単純プレートの単一の開口ではなく複数の堆積層を用いることによって、多層分岐流路内の開口の複雑さは、単純プレート３４０、３６０および４４０における単一の分岐開口に比較すれば、非常に単純なものである。かかる単純開口はより簡単に作成できる。
【０１８４】
図４８は他の分岐装置の部分を示し、ここでは分岐化流体分配が単一のプレート上で実現されている（単純プレート３４０、３６０および４４０を示す図３３、図３５および図４３参照）のではなく、その代わりに水平方向に向く堆積単純プレート内の複数の整列開口を用いて実現されている。流体は、第１単純プレート４８０の開口４８２を介して、図４８の堆積分岐化分配器に入る。第１単純プレート４８０は反応装置の上部単純プレートである必要はないが、しかし堆積分岐化分配器の第１単純プレートであり、熱交換器や混合および反応チャネルなど他の流路を形成するより大きな単純プレートスタックに含まれ得る。第２単純プレート４８４内の開口４８６の存在によって、流体の流れは異なる２つの流路にまず分離され、その後のプレートの次の開口が流体の流れをさらに、図４８中の矢印で示すように、４つの別個の流路Ｆ１〜Ｆ４に分岐させる。
【０１８５】
図４９はさらに多く分岐させる目的に対し第２単純プレート４８４ａをいかに変形するかを示している。単純プレート４８４ａが複数の開口４８６ａを含み、各開口が分離した流路を形成していることに注意されたい。すなわち、９本の開口が９本の流路を成しており、そのそれぞれが上述したように２つの異なる通路に分岐することで、合計１８の個別流路となる。
【０１８６】
図５０は、垂直方向を向く単純プレートのスタックにおける整列開口を用いて、垂直方向に向かう分岐化反応装置４８８も実現可能とする態様を示している。３つの単一流路４９０が示され、それぞれ４つの個別流路に分岐しているが（合計１２の個別流路となる）、垂直方向に向く分岐化反応装置を、より多くの（もしくは少ない）個別流路４９０を含むよう設計することができ、また同様に、より多くの（もしくは少ない）分岐のレベルを含むよう設計することもできることを理解すべきである。従って、分岐化分配器は、単一の単純プレート上で実現することも（単純プレート３４０、３６０および４４０を示す図３３、図３５および図４３）、水平方向を向く単純プレートのスタック上で実現することも（図４８および図４９）、また垂直方向を向く単純プレートのスタックにおいて実現する（図５０）ことすら可能であるということを理解すべきである。水平方向を向く単純プレートのスタックまたは垂直方向を向く単純プレートのスタックにより分岐化分配器を実現することには、単一の単純プレートの場合に対して、次のような主たる利点がある。すなわち、水平方向を向く単純プレートのスタックまたは垂直方向を向く単純プレートのスタックにおける各単純プレート上の開口は、単純プレート３４０、３６０および４４０上の開口よりも著しく複雑さの度合いが小さいということである。数が少なく、かつ複雑さの度合いも低い開口を有した単純プレートは、接合についてかなり大きな堅牢性をもつ。
【０１８７】
異なる３種の分岐について上述した。水平方向の分岐は単純プレートの面内でのものとして説明した（図３２および図３５参照）。垂直方向の分岐は、単純プレートのスタックにおいて複数の開口を整列させることで実現可能であり（図４８および図４９参照）、ここでは分岐した流れのそれぞれが、単純プレートの面に平行な向きの２つの流れに分けられるものとした。最後に、水平／垂直分岐を混在させたものが図５０において示され、これは単純プレートのスタックにおける複数の開口を整列させることで実現されるものであり、ここでは分岐した流れのそれぞれが、単純プレートの面に直交する向きの２つの流れに分けられるものとした。
【０１８８】
異なる幅の平行流路を有する堆積プレート反応装置
平行な反応装置の流路全体を通じて流れを均等分配することは、反応剤が反応して生成物を生じる前の反応剤混合物の粘度に対し生成物の粘度が著しく（すなわち、マグニチュードのオーダより大きく）異なっている場合には、実現が難しい。反応剤混合物の粘度は反応過程で劇的に変化し得る。反応剤の粘度は反応過程で増大することもあるし（例えば重合や沈殿などの反応）、反応過程で減少することもあり得る（例えば溶解などの反応）。かかる粘度の変化をもたらす反応はありふれたことである。粘度の変化は並列化システム内の流体回路の流体力学に強い悪影響を与える。内部並列化反応ユニットについての本実施形態では、流路の寸法を最適化してかかる粘度の変化に対応する。反応剤混合物に対する生成物の粘度の変化を予測し得る既知の反応に対して、共通の反応剤分配器の流路、平行な流体処理チャネル（すなわち混合および反応チャネル）、および共通の生成物回収チャネルの適切な寸法制御を行うことで、流れの均等分配を最適化する。特に、各流体処理チャネルについて最適な幅を個々に定める。通常は、平行な流体処理チャネルの寸法（長さ、高さ、幅）は等しいものである。
【０１８９】
本発明は、流体処理チャネルの相対的な幅を好ましく制御する（チャネルの長さまたは高さを変化させるのは好適度が低いと考えられる）。流路の幅とは、流れの向きに実質的に直交する方向の寸法であり、これは単純プレートの面に規制されるものである一方、単純プレートの厚みは高さを規定する。本発明の単純プレートを参照するに、平行な処理チャネルの配列を形成する開口について、開口の幅は、かかる開口の長さより実質的に小さい。本発明は、共通の反応剤分配器のチャネルのそれぞれ、および共通の生成物回収チャネルのそれぞれについても、幅を同様に制御する。
【０１９０】
図５１〜図６４は異なる幅を有して平行に配列された開口を含む堆積単純プレートの一実施形態に係り、開口幅は配列を横切る方向に変化するようになっている。幅は、配列の第１側部の最も狭い開口（配列に供給を行う入口から最遠のもの）から配列の反対側の側部の最も広い開口（配列に供給を行う入口に最も近いもの）まで変化し、これにより実質的に等しい滞留時間分布をもつ流路が提供されるようになっている。本実施形態においては、反応装置内で流体の流れを操作することで所望の結果を得る手段が、平行に配列された構成の開口を具える。所望の結果とは、平行流路において粘性流体が実質的に等しい滞留時間分布をもって処理できるようにすることである。等しい滞留時間を維持することで、反応装置により生産される化学的生成物の品質を向上できる。図５１〜図６４は個々の反応装置に適用されるものとしての寸法づけを示しているが、均等分配を最適化する寸法づけは上述の反応ユニット内にも有効に組み込み得ることを理解すべきである。
【０１９１】
平行流路の配列における開口に対して用いられる特有の異なる幅の選択は、反応剤および生成物の粘性の関数である。かかる反応装置の構造をまず説明し、次に開口の幅を決定するのに用いる関係について論じる。
【０１９２】
内部並列化反応装置に関して上述したのと同様の単純プレートが、幅を異ならせた平行流路をもつ堆積プレート反応装置に対して用いられる。この種の反応装置を、以下では「幅変化型の堆積プレート反応装置（stacked plate variable width reactor）」または単に「幅変化型反応装置（variable width reactor）」として参照する。各反応剤に組み合わされる流路の長さは幅変化型反応装置を通じて同等である。幅変化型反応装置において、最も広い流路は、対応する流体入口に連通し、最も近くに配置される。平行な開口の幅を単純プレートを横切る方向に変化させる手法は、実験的にまたは計算により決定され、平行流路の配列を通って流れる流体に対して実質的に等しい滞留時間分布が提供されるようにされている。以下に述べる幅変化型の堆積プレート反応装置においては、反応剤入口と、熱交換器の入口および出口と、並びに生成物出口とは、すべて上部単純プレート上に配置されているが、反応装置を形成する単純プレート内の所要の開口が適当な内部流路に必要な開口を含む限りにおいては、それら入口／出口の１以上を底部単純プレートに配置することもできる。
【０１９３】
図５１〜図６３は単純プレート５００〜６２０に対応した１３の層を示し、図５１が上部単純プレート５００を、図６３が底部単純プレート６２０を示している。従って幅変化型反応装置は１３枚の単純プレートを含んでおり、一つが他の上部に堆積されて１３層を成している。本実施形態における上部から底部までの単純プレートの順序も、図番の順序に対応していることに注意されたい。よって図５１が第１層を表し、図５２が第２層を表すようになっている。図６４は一つが他の上部に堆積された１３枚の単純プレートの向きを示している。
【０１９４】
上述の反応装置と同様、単純プレートの好ましい形状は略長方形状であるが、円形のディスクなど他の形状も用い得る。特に図示はしていないが、互いに適切な向きでプレートを堆積することを目的として、すべてのプレートが好ましくは図２〜図２８Ｂに示したような面取りコーナを含んでいる。上述のように、１枚のプレートでも誤った方向に向いていると、幅変化型反応装置を通る少なくとも一つ（全部ではないにしても）の流路が閉塞、中断または誤結合し易くなり、幅変化型反応装置が適切に機能しないものとなってしまう。
【０１９５】
図５１を参照するに、上部単純プレート５００は熱媒体、反応剤および生成物用の複数の開口を含んでいる。２つの反応剤入口も設けられ、開口５０２が反応剤Ａ，開口５０４が反応剤Ｂのためのものである。上部単純プレート５００は一つの熱媒体入口５０６と、一つの熱媒体出口５０８とを含むとともに、生成物開口５０９を含んでいる。図示はしないが、上部単純プレート５００（続く単純プレートも同様）に温度センサおよび他のセンサ用の付加的な開口を有用に設け得ることも予測される。これは、他の単純プレート内の対応する温度センサ開口と整列したときに、センサ用空洞部を幅変化型反応装置内に形成し、幅変化型の堆積プレート反応装置内にセンサを挿入して配置することができるようになる。
【０１９６】
図５２は幅変化型反応装置の第２層であり、第２単純プレート５１０を示している。上部単純プレート５００内の全開口に対応した開口も単純プレート５１０に設けられているが、しかし熱媒体を移送するための開口は異なる形状となっていることに注意すべきである。開口の寸法、形状および位置が変わらない限り、単純プレート５００および５１０（続くすべてのプレートも同様）に対して同じ参照番号が適用される。熱媒体は、単純プレート５００内の入口５０６を通って幅変化型反応装置に入り、熱媒体インテークマニフォールド開口５１６を介して第２単純プレート５１０を通過する。好適例の幅変化型反応装置の続く単純プレートを通って進行した後、「使用された」熱媒体は再び単純プレート５１０を通過するが、このときは熱媒体エグゾーストマニフォールド５１８を介したものとなる。その点から上部単純プレート５００の出口５０８を介して、熱媒体は幅変化型反応装置から出て行く。続く層の混合および反応チャネルで生成された生成物は開口５０９を介して単純プレート５１０を通過する。反応剤ＡおよびＢは、それぞれ、反応剤Ａ用開口５０２および反応剤Ｂ用開口５０４を介して第２単純プレート５１０を通過する。
【０１９７】
図５３は幅変化型反応装置の第３層における通路の詳細である。熱媒体は、集合して第１熱交換器を構成する複数の開口５２６を介し、第３単純プレート５２０を通って流れる。図６４に関連して明らかとなるが、第１熱交換器は、反応剤Ａが反応剤Ｂと混合する前に反応剤Ａの温度調整を行う。熱媒体は流路５２６を介して流れるとともに、熱媒体の一部は続く単純プレートにも連続して流れる。ここで、流路５２６は隣接単純プレートの熱媒体開口と重畳している。幅変化型反応装置全体の熱媒体の流路および他の流路は、図６４に関連してより容易に認識可能となる。続く層で生成された生成物は開口５０９を介して単純プレート５２０を通過するとともに、反応剤ＡおよびＢは、それぞれ、反応剤Ａ用開口５０２および反応剤Ｂ用開口５０４を介して第３単純プレート５２０を通過する。
【０１９８】
図５４は幅変化型反応装置の第４層の詳細であり、第４単純プレート５３０を示している。これは反応剤Ａ用のマニフォールドを形成する開口５３２を含んでいる。反応剤Ｂは、反応剤Ｂ開口５０４を介して第４単純プレート３３０を通過する。熱媒体は、熱媒体インテークマニフォールド開口５１６を介して第４単純プレート３３０を通過する。幅変化型反応装置の続く単純プレートを通って進行した後、使用された熱媒体は再び単純プレート５３０を通過するが、このときは熱媒体エグゾーストマニフォールド５１８を介したものとなる。続く層で生成された生成物は開口５０９を介して単純プレート５２０を通過する。
【０１９９】
幅変化型反応装置の第５層の詳細を示す図５５において、反応剤Ａ用の分配器は第５単純プレート５４０の幅の異なる複数の開口５４２によって形成されている。単純プレート５４０においては、反応剤Ａが幅の異なる２０本の開口５４２（それぞれ異なる幅を有している）に分配されるということに注意されたい。最も幅の広い開口５４２は、幅変化型開口５４２群に導入される流体の始点に最も近く、すなわち開口５０２に最も近く配置される。幅変化型開口５４２は概ね線形連続的に幅を減じてゆき、最も狭い開口が開口５０２から最も遠くに位置するようになっている。開口の幅が狭くなるにつれて、開口により（および隣接単純プレートの固体部分により）形成される流路を流れる流体の速度は増大し、これによって幅変化型開口５４２を流れる流体についての滞留時間をほぼ等しくすることができる。幅変化型開口５４２において異なる幅を決定する技術については後述する。
【０２００】
反応剤Ａはまた開口５０２を介して第５単純プレート５４０を通過することに注意されたい。図６４における幅変化型反応装置の図に関連して明らかとなるように、第５単純プレート５４０における反応剤Ａの開口５０２は不要である。本実施形態の幅変化型反応装置は、混合および反応チャネルのセットを１つだけ（すなわち反応ユニットを１つだけ）含んでいるからである。しかし所望であれば、ｎ重の内部並列化反応装置に関連して上述したように、付加的な反応ユニットに対して付加的な単純プレートを含めることで、幅変化型のｎ重内部並列化反応装置を実現することができる（ｎは２以上）。付加的な反応ユニットに反応剤Ａを提供する目的でバイパスを行うための開口５０２が不要であれば、単純プレート５４０上の開口５０２を除去できることも理解すべきである。反応剤Ｂは反応剤Ｂ開口５０４を介し第５単純プレート５４０を通過する。第５単純プレート５０もまた、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８と、生成物開口５０９とを含んでいる。
【０２０１】
図５６は幅変化型反応装置の第６層の詳細であり、第６単純プレート５５０を示している。これは反応剤Ｂ用のマニフォールドを形成する開口５５４を含んでいる。反応剤Ａは、複数の反応剤Ａ開口５５２を介して、第６単純プレート５５０を通過する。開口５０２を介することも同様である。幅変化型のｎ重内部並列化反応装置（ｎは２以上）が望まれない場合は、単純プレート５３０の後は開口５０２がもはや何の機能も果たさないので、これを続く単純プレートから除去することもできる。
【０２０２】
反応剤Ａ開口５５２は、単純プレート５４０の幅の異なる複数の２０本の開口５４２に対応しており、開口５５２も同様に概ね線形連続的に幅が変化している。前述した堆積プレート反応装置と同様、幅変化型の開口５４２および５５２の目的は、反応剤Ａの流れを同様な反応剤Ｂの流れに関連させて、生成物の生成を促進することである。反応剤ＡおよびＢが共に幅変化型反応装置に導入されることで、反応剤ＡおよびＢ間で層流状態が存在するようになる（混合を高め、これにより生成物の品質を高めるためである）。第６単純プレート５５０もまた、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８と、生成物開口５０９とを含んでいる。
【０２０３】
図５７の第７単純プレート５６０は反応剤Ｂ用の分配器を含んでおり、これは幅の異なる複数の開口５６４によって形成されている。図５５（単純プレート５４０）において反応剤Ａの流路が分けられているのと同様にして、反応剤Ｂがそれぞれ幅の異なる２０本の幅変化型開口５６４に入る。最も幅の広い開口５６４は、幅変化型開口５６４群に導入される流体の始点に最も近く、すなわち開口５０４に最も近く配置される。幅変化型開口５６４は概ね線形連続的に幅を減じてゆき、最も狭い開口が開口５０４から最も遠くに位置するようになっている。上述のように、開口の幅が狭くなるにつれて、開口により（および隣接単純プレートの固体部分により）形成される流路を流れる流体の速度は増大し、これによって幅変化型開口５６４を流れる流体についての滞留時間をほぼ等しくすることができる。開口の幅は、好ましくは、幅変化型開口に対応する流路を通って導かれる流体の粘度の関数であることに注意されたい。よって、反応剤ＡおよびＢの粘度が大きく異なっていた場合には、幅変化型開口５４２および幅変化型開口５６４における対応開口の実際の幅は等しいものではなくなる。
【０２０４】
反応剤Ａは複数の反応剤Ａ開口５５２を介して第７単純プレートを通過する。開口５０２を介する場合もあるが、これは上述のように本実施形態では必要ない。反応剤Ｂ用の開口５０２が第７単純プレート５６０に不要であるのと全く同様に、反応剤Ｂ開口５０４も不要である。第７単純プレート５６０もまた、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８と、生成物開口５０９とを含んでいる。
【０２０５】
図５８は幅変化型反応装置の第８層の詳細であり、第８単純プレート５７０を示している。反応剤Ａは、複数の反応剤Ａ開口５５２を介して第８単純プレート５７０を通過し、反応剤Ｂは、複数の反応剤Ｂ開口５７４を介して第８単純プレート５７０を通過する。開口５５２および５７４の相対位置によって反応剤ＡおよびＢの流れが適切に位置づけられることにより、続くプレート内の開口により形成される混合および反応チャネル内に導入されるときに、個々の混合および反応チャネル内において反応剤ＡおよびＢ間の積層した流れの状態が得られる。開口５４２および５６４の幅が概して線形連続的に変化しているのに対応して、開口５５２および５７４の幅が変化している。第８単純プレート５７０もまた、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８と、生成物開口５０９とを含んでいる。最後に、単純プレート５７０は反応剤Ａ開口５０２および反応剤Ｂ開口５０４を含む場合もある（上述のように、これらは不要）。
【０２０６】
図５９の第９単純プレート５８０は開口５８６によって形成される第２熱交換器を含み、開口５８６を介して熱媒体が流れる。図６４に関連してより明らかとなるように、第２熱交換器は、単純プレート６００の混合および反応チャネルにおいて反応剤Ｂが反応剤Ａと組み合わされる前に、反応剤Ｂの温度調整を行う。この温度調整については、後に詳述する。また、開口５８６によって形成される熱交換器は、単純プレート６００上の開口により形成される混合および反応チャネルに対して温度調整を行う。開口５８６によって形成される流路内の熱媒体の流れは、単純プレート５６０の幅変化型開口５６４によって形成される流路内の反応剤Ｂの流れに対して、ほぼ直交する。また、熱媒体の一部は続く単純プレートに連続して流れる。ここで、流路５８６は隣接単純プレートの熱媒体開口と重畳している。反応剤Ａは複数の反応剤Ａ開口５５２を介して第９単純プレート５８０を通過する一方、反応剤Ｂは複数の反応剤Ｂ開口５７４を介して第９単純プレート５８０を通過する。第９単純プレート５８０もまた、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８と、生成物開口５０９とを含んでいる。最後に、単純プレート５７０は反応剤Ａ開口５０２および反応剤Ｂ開口５０４を含んでもよい（上述のように、本実施形態ではこれらは不要）。
【０２０７】
図６０は幅変化型反応装置の第１０層であり、第１０単純プレート５９０を示している。反応剤Ａは複数の反応剤Ａ開口５５２を介して第１０単純プレート５９０を通過し、反応剤Ｂは複数の反応剤Ｂ開口５７４を介して第１０単純プレート５９０を通過する。第１０単純プレート５９０はさらに、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８と、生成物開口５０９とを含んでいる。反応剤Ａ開口５０２および反応剤Ｂ開口５０４を含んでいてもよい（本実施形態では開口５０２および５０４は不要）。
【０２０８】
図６１の第１１単純プレート６００は複数の幅変化型開口６０５を内蔵しており、これらは複数の混合および反応チャネルを形成する。図示の反応装置においては、これらが唯一の混合および反応チャネルである。しかし上述のように、続く反応ユニット内の反応チャネルに供給を行うために反応剤Ａ開口５０２および反応剤Ｂ開口５０４を用いることもできる。開口５５２（反応剤Ａ）および開口５７４（反応剤Ｂ）に対する開口６０５の位置によって、各混合および反応チャネルにおいて反応剤Ａおよび反応剤Ｂ間の層流関係を存在させることができるということを重視すべきである。開口５５２の位置（単純プレート５９０参照）によって、反応剤Ａが開口６０５により形成される混合および反応流路にまず入り、その流れは混合および反応流路の底部に位置する。開口５７４の位置（単純プレート５９０参照）によって、反応剤Ｂが開口６０５により形成される混合および反応流路に後に入り、反応剤Ｂは反応剤Ａ上に積層される。
【０２０９】
幅変化型開口６０５は、幅変化型開口５４２および幅変化型開口５６４と同じように概ね線形に連続し、方向づけられる。最も幅の広い開口６０５が反応剤Ａ開口５０２（および反応剤Ｂ開口５０４）に最も近く配置され、最も幅の狭い開口が最も遠くに配置されることで、幅変化型開口６０５を通る流体の流れの滞留時間が実質的に等しいものとされている。幅変化型開口６０５の好ましい幅は、生成物の粘度が反応剤の粘度より実質的に大きくない反応に基づいて後述する。開口の幅は、その開口に対応した流路を流れる流体の粘度の関数であるので、いくつかの幅変化型反応装置では、対応開口について異なる幅をもつ幅変化型開口５４２、幅変化型開口５６４および幅変化型開口６０５が含まれ得る。対応する反応剤および生成物の特有の粘度に基づいてそれぞれの幅が選択されるからである。第１１単純プレート６００はさらに、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８と、生成物開口５０９とを含んでいる。反応剤Ａ開口５０２および反応剤Ｂ開口５０４を含んでいてもよい（ここでは不要）。
【０２１０】
図６２は幅変化型反応装置の第１２層の詳細であり、第１２単純プレート６１０を示している。これは生成物回収開口６０９を有する。生成物回収開口は生成物回収チャネルを形成し、これは、先の単純プレート内の開口６０５によって形成される混合および反応チャネル内で生成した生成物を回収するのに用いられる。図２９〜図４７の分岐化反応装置においては、生成物は底部単純プレートを介して出て行くものであったが、本実施形態の幅変化型反応装置においては、生成物は先の単純プレート群を通って戻され、上部単純プレートを介して幅変化型反応装置から出て行くよう導かれる（これが生成物開口５０９を単純プレート５００〜６００に含ませた理由である）。しかしながら、底部単純プレートを介して生成物が反応装置の外に導かれるよう、幅変化型反応装置を変更するのは容易であることに注意すべきである。第１２単純プレート６１０はさらに、熱媒体マニフォールド開口５１６および５１８を含んでいる。反応剤Ａ開口５０２および反応剤Ｂ開口５０４を含んでいてもよい（ここでは開口５０２および５０４は不要）。
【０２１１】
幅変化型反応装置の第１３層は最終すなわち底部層である。図６３は第１３単純プレート６２０を示しており、これは開口をもたず、幅変化型反応装置の底部を封止している。幅変化型反応装置においては、上部単純プレート５００および底部単純プレート６２０の厚みが、中間単純プレートの厚みよりかなり大とされる。厚みを大とすることで、構造の完全性および剛性を高め、また周囲環境から幅変化型反応装置の内部層を断熱する助けともなる。
【０２１２】
図６４は幅変化型反応装置の分解等角図であり、図５１〜図６３に関して説明した１３層を示している。単純プレート５００〜６２０は堆積される順番にて示され、各単純プレートの他の単純プレートに対する相対位置が明らかなものとなっている。単純プレート５２０および５８０が、それぞれ、第１および第２熱交換器を形成する開口を含んでいることに注意されたい。単純プレート５４０および５６０は、それぞれ、反応剤ＡおよびＢのための反応剤分配器を形成する幅変化型開口を含み、一つの反応流路が２０の反応流路に分けられている。単純プレート６００が幅を変えた複数の混合および反応チャネルを含む一方、単純プレート６１０は生成物回収器を含み、これが２０本の幅の異なる混合および反応チャネルを一つの生成物流路に組み合わせている。
【０２１３】
各単純プレートの寸法上の厚みはｎ重の内部並列化反応装置に関して上述したものと同様であり、次の通りである。
【０２１４】
上部単純プレート５００：            ３．０ｍｍ
単純プレート５１０〜６１０：        ０．３ｍｍ
底部単純プレート６２０：            ３．０ｍｍ
図４７を検討すれば、単純プレート５２０および５８０により形成される熱交換器の機能および目的が理解できよう。単純プレート５２０内の開口５２６により形成される第１熱交換器は、単純プレート５４０の幅変化型開口を通って流れる反応剤Ａの温度調整を行う。単純プレート５１０の固体部分を通して熱移動が生じるが、しかし上部単純プレート５００が単純プレート５１０の直近に隣接しているので、この熱の移動によっては幅変化型反応装置を通って流れるいかなる流体も温度調整されない。単純プレート５８０内の開口５８６により形成される第２熱交換器は、単純プレート５６０の幅変化型開口を通って流れる反応剤Ｂと、単純プレート６００内の開口６０５により形成される混合および反応チャネルを通って流れる混合反応剤ＡおよびＢとの、双方の温度調整を行う。
【０２１５】
例示した幅変化型反応装置は２つの熱交換器のみを含んでおり、従って、単純プレート６００内の開口６０５により形成される混合および反応チャネルを通って流れる混合反応剤ＡおよびＢの双方は、前述したｎ重の内部並列化反応装置および分岐化反応装置とは異なり、熱交換器間に「挟まれる」ことがないということに注意されたい。所望であれば、第３熱交換器（生成物用の適切な開口をもつ、単純プレート５２０および５８０と同様のもの）を単純プレートのスタックに含め、これを単純プレート６００および６１０間に配置することができる。反応剤分配器を形成する幅変化型開口と、混合および反応チャネルを形成する幅変化型開口とは、具体的な反応剤および生成物の個々の粘度のに対して好ましく最適化される。平行流路の滞留時間を制御することで、温度条件を制御することと同様に、高品質の生成物が得られるようになる。
【０２１６】
上述のように、平行配列された流路を横切る方向に開口の幅を変化させる方法は、これらの流路を流れる流体の粘度の関数である。所定の反応装置については、異なる幅をもつ平行流路の配列のすべてが等しいことが好ましく、これにより反応装置を通じた流体の流れが向上する（すなわち、各流路の入口における流体の圧力降下の差に起因した、異なる流路を流れる流体の滞留時間の差を回避する）。好適実施形態においては、チャネルの相対幅は次の通りである。
【０２１７】
すなわち、
開口／チャネル＃１（最も広く、入口に最も近いもの）    ２．３８７ユニット；
開口／チャネル＃２                                    ２．３５８ユニット；
開口／チャネル＃３                                    ２．３１８ユニット；
開口／チャネル＃４                                    ２．２７４ユニット；
開口／チャネル＃５                                    ２．２２７ユニット；
開口／チャネル＃６                                    ２．１７６ユニット；
開口／チャネル＃７                                    ２．１２４ユニット；
開口／チャネル＃８                                    ２．０６９ユニット；
開口／チャネル＃９                                    ２．０１３ユニット；
開口／チャネル＃１０                                  １．９５５ユニット；
開口／チャネル＃１１                                  １．８９６ユニット；
開口／チャネル＃１２                                  １．８３５ユニット；
開口／チャネル＃１３                                  １．７７３ユニット；
開口／チャネル＃１４                                  １．７１０ユニット；
開口／チャネル＃１５                                  １．６４６ユニット；
開口／チャネル＃１６                                  １．５８１ユニット；
開口／チャネル＃１７                                  １．５１５ユニット；
開口／チャネル＃１８                                  １．４４８ユニット；
開口／チャネル＃１９                                  １．３８０ユニット；
開口／チャネル＃２０（最も狭く、入口から最遠のもの）  １．３１１ユニット；
である。
【０２１８】
流路および反応装置のモデル化
十分な幅（ないし断面寸法）の反応剤および生成物流路を備え、反応装置を通じた圧力降下を最小限にすることで、ほとんどの場合は反応装置のチャネル上で均一な流れの分布（均等分配）を得ることができる。この方法は、一定粘度の反応剤および生成物に対しては有効である。しかしながら、かかる方法がもはや効果的でなくなるような反応もある。例えば、反応剤の粘度の１０００倍を越えるような粘度の生成物を得る化学反応においては、上述の幅変化型反応装置において示したように、反応チャネルの幅を変え、反応装置内の流体の滞留時間分布を向上することが有用である。以下のモデルは、流路幅を規定する開口をどのように変えるかを決定するのに用いられる。
【０２１９】
以下のモデルは、いくつかの方法で適用し得る。生成を行うのに用いられる反応剤に比較して、生成物がかなり大きい（または小さい）粘度をもつことがわかっている反応の場合には、当該反応のために特別に設計された反応装置における流路の寸法を、次のモデルを用いて最適化することができる。生成物が異なる粘度をもつ反応のそれぞれに対して特別に反応装置を設計することよりも、反応剤に対する生成物の粘度の漸進的変化に基づいて均等分配された流速が得られるよう反応装置を予めモデル化して設計することが有利であろう。例えば、眼鏡レンズは一般に特別に研磨されるものであるが、コンタクトレンズは漸進的なロットで生産され、所望の矯正度合いに最も適合したコンタクトレンズがそのロットから選択される。ほぼ同様にして、各反応装置が生成物と反応剤との間の粘度の差異の程度に対して最適化された流路を持つように、複数の異なる反応装置を製造することができる。桁違いに大きい粘度変化に対して最適化した設計は、基本とする粘度変化の僅かな変動に対しては敏感ではなく、従って流路の再設計は必要ないであろう。しかしながら、増大する場合であっても減少する場合であっても、２、３および４のオーダの大きさを示す粘度変化（反応剤に対する生成物の）に対しては反応装置の設計が最適化され得る。そして、特定の反応に対しては、特定の粘度変化に対して最もよく適合した反応装置を選択することができる。所望であれば、漸進的なオーダの大きさあるいは１のオーダの大きさを示す粘度変化に対して、反応装置を最適化することができる。
【０２２０】
次のパラメータが適用されるべきである。すなわち、
＊層ないし単純プレートの厚み（すなわちチャネルの高さ）
＊層の長さおよび幅（すなわち単純プレートの寸法）
＊所望するチャネルの数（例えば、２０本のチャネルを用いる場合は２０）、および
＊チャネル間の「リブ」ないし固体部分の幅
である。
【０２２１】
流路の幅変化は反応過程での粘度の複合関数である。マイクロ反応装置を通る流体の層状化した流れに対する電流のアナロジにより、抵抗器回路の概念を適用し得る。導体内の電子とは異なるが、しかし反応装置を流れる流体は、その物理的特性が変わる化学的および物理的変化を被り、流体の流れに対する反応装置の「抵抗」が効果的に変化する。例えば、相対的に粘性のない２つの化学物質が反応して、実質的な流れの抵抗となる粘性の高い生成物を生成するのであれば、それが流れると大きい圧力降下が生じる。反応装置内に構造的変化がない場合であってさえ、生成物が生成されるときに圧力勾配が変化し得る。よって、反応装置内の流路を形成する開口の寸法を適切に設計するには、反応装置の各部を流れる物質の粘度を知ることが必要である。概して、１以上の反応剤に比較して生成物の粘度が高いほど、反応剤入口および反応剤チャネルに比較して生成物出口開口の寸法を大きくするべきである。また、幅変化型生成物チャネルを構成する開口は、均等分配および滞留時間分布が満足されるように寸法づけられていなければならない。流路寸法を計算するにの有用な数学的モデルを以下に提供する。チャネルの高さはプレートの厚みによって定義される。特定のプレート厚みおよび寸法に基づいて、開口（すなわち流路）幅およびプレートあたりのチャネル数を決定することができる。
【０２２２】
マイクロ反応装置の技術を用いて得られる生成物の品質を最大限にするためには、反応剤の流速および温度条件などのパラメータを正確に制御することが非常に重要である。それらは反応装置ユニットを通じた流体の滞留時間、とりわけ反応剤が混合して生成物を形成すべく反応を始めた後の流体の滞留時間を決定する。平行な反応チャネルをもつ反応装置を作動させるには、平行チャネル間で流れを確実に均等分配することが重要である。これは同等のチャネルについて正しいことである一方、幅の異なるチャネルについては、各チャネル内で等しい滞留時間を得る目的で、流体の平均速度が一定に保たれなければならない。通常、単一の反応ユニットの処理能力は設計上制限されるので、同等のマイクロ反応ユニットを並列化することでのみ、より大きな供給量が得られるようになることがしばしばである。この場合は、流れの均等分配の問題は、反応ユニット内から全体としての全反応装置アセンブリに及ぶものとなる。図６５に示すように、共通の抽出リザーバからマイクロ反応装置に供給を行い、共通のタンク内に生成物を回収するのでは、反応ユニットおよびシステムの構成要素間で距離が異なってしまうことになる。流れの均等分配からの偏りが生じる結果、各反応装置において異なる流体の挙動が生じ、生成物の品質に負の影響を与え得るし（すなわち、望ましくない副生成物や反応剤の不完全な反応が生じることによる）、また不十分な流体速度およびそのために生じる沈殿に起因して流路の閉塞すら生じ得る。熱媒体の流体的挙動に関しては、熱交換器ユニット間での流れの分配が悪くなり、最適な温度制御を行い得なくなってしまう。これは生成物の品質低下をもたらし得るものである。最後に、均等分配からの偏りが生じると、反応装置、混合器あるいは熱交換器ユニットの能力低下につながってしまう。
【０２２３】
以下のモデルは、反応装置内での流体の流れをシミュレートするものであり、最適な流路のジオメトリを決定するのに有用である。図６５に示された基本をなす流体ネットワークは、単一チューブの反応装置から、巣箱状の（nested）並列反応装置のシステムに至るまで、何らかのものを提供する。並列に作動し、等しい形状、寸法および長さをもつ反応ユニット間のチャネルによって流体的に接続された任意の反応ユニットのセットに、本モデルは基礎を置く。マイクロ反応装置においては、流路の寸法はかなり小さいので、レイノルズ数は小さい。よって、圧力降下および流速間の関係が概ね線形である層流が流路内に広がっていると仮定するのが妥当である。例えば、円形断面をもつ流路および反応装置について、ハーゲン・ポワズィーユの式を適用できる。長方形断面をもつ流路についてもまた、対応する等式を用いることができる。
【０２２４】
電気抵抗についてのアナロジを再度参照するに、反応装置内の流体の流れを、図６６に示すような対応する電気抵抗器のネットワークのモデルに基づいてモデル化することができる。反応剤または生成物の混合物を移送する各流路は、一定の抵抗ＲＡまたはＲＢによって表される一方、個々のマイクロ反応装置ユニットの抵抗は抵抗ＲＭによって表される。この抵抗器ネットワークの抵抗値は、キルヒホッフの法則を援用して決定することができる。抵抗器ネットワークは、その内部のループを表すＮ個の一次方程式のセットによって完全に表し得ることが知られている。
【０２２５】
キルヒホッフの法則を適用するために、対応する流れの抵抗（flow resistances）を計算する。マイクロ反応装置の場合、層流状態が長方形状または円筒形状のチャネルに関して行き渡っているので、それらの圧力降下Δｐは次式に等しい。
【０２２６】
【数１】
2005509514.tif 000003
【０２２７】
ここで、ηは動粘度、ｕは平均流速、Ｌはチャネルの長さ、ｂはチャネルの幅、そしてｈはその垂直方向の寸法である。Ｋはチャネルのアスペクト比α＝ｂ／ｈに従うものであり、次式で表される。
【０２２８】
【数２】
2005509514.tif 000004
【０２２９】
ＨａｒｔｎｅｔｔおよびＫｏｓｔｉｃは、Ｋ（α）について次の関係を発表した（非特許文献１）。
【０２３０】
Ｋ＝12・（α+1）2・（1-1,3553α＋1,9467α2−1,7012α3＋0,9564α4＋0,2537α5）
長方形状チャネルの速度および体積流量Ｖ＆＝ｕ・Ａ＝ｕ・ｂ・ｈを組み合わせれば、次式のようになる。
【０２３１】
【数３】
2005509514.tif 000005
【０２３２】
Ｒ＝Ｕ／Ｉに類似した関係（Ｒは流れの抵抗）は、次式によって定義される。
【０２３３】
【数４】
2005509514.tif 000006
【０２３４】
よって、円筒形状または長方形状チャネルの流れの抵抗は、流路のジオメトリＬ，ｂ，ｈおよび流体の粘度ηから決定される。従って、粘度が変化する場合、チャネルは実質的に一連の切断部に細分化され、これらは一定の粘度および対応する部分的な流体抵抗をもち、ないしは粘度変化はチャネル全体の長さＬを通じて積算される。所要の流れの抵抗は、後述する手順を用いて計算される。流れの抵抗はチャネル幅ｂに関して単調減少するので、一定のやり方で決定することができる。
【０２３５】
所要の流れの抵抗を展開するために、Ｎ個の反応チャネルのシステムを考察すれば（例示の構成は２Ｎ−２のノードをもつ）、
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ，ＫＮ−１  および  Ｋ’２，Ｋ’３，Ｋ，Ｋ’Ｎ
であり、ここでハイフン付きのノードは生成物ラインにおいて第１ＲＭと第１ＲＢとの間にある仮想的ノードとしてＫ１で始まるノードを示し、ハイフン無しのノードは入口ラインにおいて同じ順番のノードを示している。よって、Ｋ１およびＫ’Ｎの２つのノードをスキップすることができる。それらから、２Ｎ−３個の一次独立の流れの方程式を推論することができ、ここで各流路のチャネルないしラインの２つのノードから、次の流れを定義することができる。
【０２３６】
【数５】
2005509514.tif 000007
【０２３７】
これらの方程式は３Ｎ−３の流れを示す（specify）が、Ｎのみについては任意に選択できる（例えばＩ１，ＫＩＮ）。
【０２３８】
次の流れの方程式が公式化される。
【０２３９】
【数６】
2005509514.tif 000008
【０２４０】
一次独立であるためＫＮ＝Ｋ’Ｎについての流れの方程式を残すことができる。
【０２４１】
自由パラメータであるＩ１，ＫＩＮを用い、これらの方程式は次のようになる。
【０２４２】
【数７】
2005509514.tif 000009
【０２４３】
定常状態においては、ネットワークを通じる各パスの圧力降下は等しくなければならない。従って、Ｋ１から反応チャネルの１つを通って出口ノードＫＮまでの圧力降下（電気的ネットワーク内の電圧降下に対応する）を仮定すれば、次のように定義される。
【０２４４】
【数８】
2005509514.tif 000010
【０２４５】
これらは、Ｉ１，ＫＩＮまたはＩ１，ＫＩＮ−１が与えられた場合の、Ｒ１，Ｋ，ＲＮについてのＮ個の方程式である。（注：Ｒ群が既知であれば、未知数は代わって流れＩｊとなり得る）。二重和は次のように単純化できる。
【０２４６】
【数９】
2005509514.tif 000011
【０２４７】
これらの単純化を適用すれば、方程式は次のようになる。
【０２４８】
【数１０】
2005509514.tif 000012
【０２４９】
次の式
【０２５０】
【数１１】
2005509514.tif 000013
【０２５１】
を用いたマトリクス・ノーテーションにおいて、これらの方程式を次のように変形することができる。
【０２５２】
【数１２】
2005509514.tif 000014
【０２５３】
パラメータは次の通りである。
【０２５４】
【数１３】
2005509514.tif 000015
【０２５５】
これらのマトリクスは次の通りである。
【０２５６】
【数１４】
2005509514.tif 000016
【０２５７】
【数１５】
2005509514.tif 000017
【０２５８】
反応剤チャネルおよび生成物チャネルが等しい流れの抵抗（ＲＡ＝ＲＢ＝ＲＳ）をもつ特殊な場合については、これらマトリクスを加算して次のマトリクスを得る。
【０２５９】
【数１６】
2005509514.tif 000018
【０２６０】
次の簡略式
【０２６１】
【数１７】
2005509514.tif 000019
【０２６２】
を用いれば、系の方程式は次のようになる。
【０２６３】
【数１８】
2005509514.tif 000020
【０２６４】
エンジニアリングにおいてしばしば遭遇する要求は、各反応チャネルが等しい流れ、すなわち、Ｉｉ＝一定＝（１／Ｎ）・Ｉをもつべきことである。適用可能な方程式のセットは、従って次のようになる。
【０２６５】
【数１９】
2005509514.tif 000021
【０２６６】
Ｕが与えられれば、適切な数値マトリクスの解（solvers）（例えばＬＲ−マトリクスまたはＱＲ−マトリクスの解（decompositions）を用いることによって、Ｒｉをこの方程式のセットから決定することができる。
【０２６７】
反応剤に対する生成物の粘度の変化について最適化された内部並列化流路は、異なる粘度の範囲に対して有用であろうことが予測される。例えば、チャネルがΔlog η＝＋２の粘度変化に対して最適化されている場合、かかるチャネルは＋１．５＜Δlog η＜＋２．５の粘度変化に対しても有用であり得る。しかしながら、反応剤混合物よりも小さい粘度をもつ生成物が生じるような反応である場合は、平行な混合および反応チャネルの寸法は再計算すべきものとなる。
【０２６８】
内部並列化反応装置、分岐化反応装置および幅変化型反応装置をおよそ独立したものとして論じたが、これらの実施形態を単一の反応装置に組み合わせてもよいことは勿論である。上述したような内部並列化化学プラントにおいて生成される化学的生成物の品質は、システム全体を通じた滞留時間分布の機能であることに注意されたい。最適な生成物品質は、流れの均等分配があるときに生まれるものである。滞留時間分布は、反応剤流路内、個々の反応ユニットのそれぞれ、および生成物流路内で生じる「ネットワーク」の圧力降下（図６ｂ参照）によって決定される。上述の実施形態においては、反応剤流路および生成物流路に関連した圧力降下は、それらの流路を形成する各プレート内の開口の寸法によって決定されるものであった。しかしながら、内部並列化化学プラントのこれらの部分における圧力降下を操作するには、その他の可能性もある。例えば、反応剤通路または生成物通路に対してその容積を減少させるための手段を導入し、これによってその通路に関する圧力降下が大きくなるようにしてもよい。かかる手段を付加的な流路に含ませることで、生成物流路に溶剤が導入されるようになし、反応剤混合物／生成物の粘度を低減することで、生成物流路に関する圧力降下が小さくなるようにすることもできる。
【０２６９】
実施するに好適な形態に関して本発明を説明したが、この技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に照らして多くの変形が可能であることを理解できよう。従って、上述の説明は、いかなる方法によっても本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、本発明は請求の範囲に照らして定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【０２７０】
【図１】図１Ａは本発明による可逆結合した複数の反応装置スタックを含む化学プラントの模式図、図１Ｂは不可逆結合した複数の反応装置ユニットを含む反応装置スタックの模式図、図１Ｃは不可逆結合した複数の単純プレートを含む反応装置ユニットの模式図、図１Ｄは、平行配列された反応チャネルを含む単純プレートの平面図である。
【図２】本発明による内部並列化化学反応装置に関する好適実施形態の上部単純プレートの平面図であり、反応剤用の開口と、熱媒体入口および出口と、生成物出口とを含んでいる。
【図３】好ましい内部並列化反応装置の第２単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図４】好ましい内部並列化反応装置の第３単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、第１熱交換器と、生成物開口とを示している。
【図５】好ましい内部並列化反応装置の第４単純プレートの平面図であり、第１反応剤分配器と、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図６】好ましい内部並列化反応装置の第５単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、複数の第１反応剤チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図７】好ましい内部並列化反応装置の第６単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、第２反応剤分配器と、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図８】好ましい内部並列化反応装置の第７単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図９】好ましい内部並列化反応装置の第８単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図１０】好ましい内部並列化反応装置の第９単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、第２熱交換器と、生成物開口とを示している。
【図１１】好ましい内部並列化反応装置の第１０単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図１２】好ましい内部並列化反応装置の第１１単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、第１反応装置を具えた複数の反応チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図１３】好ましい内部並列化反応装置の第１２単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物コレクタと、生成物開口とを示している。
【図１４】好ましい内部並列化反応装置の第１３単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、第３熱交換器と、生成物開口とを示している。
【図１５】好ましい内部並列化反応装置の第１４単純プレートの平面図であり、第１反応剤分配器と、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図１６】好ましい内部並列化反応装置の第１５単純プレートの平面図であり、閉塞した（plugged）第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、複数の第１反応剤チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図１７】好ましい内部並列化反応装置の第１６単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、第２反応剤分配器と、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図１８】好ましい内部並列化反応装置の第１７単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、閉塞した第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図１９】好ましい内部並列化反応装置の第１８単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、閉塞した第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図２０】好ましい内部並列化反応装置の第１９単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、閉塞した第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、第４熱交換器と、生成物開口とを示している。
【図２１】好ましい内部並列化反応装置の第２０単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、閉塞した第２反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図２２】好ましい内部並列化反応装置の第２１単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、閉塞した第２反応剤開口と、第２反応装置を具えた複数の反応チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物開口とを示している。
【図２３】好ましい内部並列化反応装置の第２２単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、閉塞した第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口と、生成物コレクタと、生成物開口とを示している。
【図２４】好ましい内部並列化反応装置の第２３単純プレートの平面図であり、閉塞した第１反応剤開口と、閉塞した第２反応剤開口と、第５交換器と、生成物開口とを示している。
【図２５】好ましい内部並列化反応装置の第２４単純プレートの平面図であり、プラグを挿入可能な第１および第２反応剤開口を示している。
【図２６】内部に並列した反応装置の好適実施形態の分解等角図であり、全２４枚の単純プレートの堆積態様を示している。
【図２７】図２７Ａは図２６の内部並列反応装置における最初の１０枚の単純プレートの分解等角図であって第１反応剤用の流路を示しており、図２７Ｂは図２６の内部並列反応装置における最初の１０枚の単純プレートの分解等角図であって第２反応剤用の流路を示しており、図２７Ｃは、図２６の内部並列反応装置における１０から１２枚目の単純プレートの分解等角図であって第１および第２反応剤の流路の組合せを示しており、それらが複数の第１反応装置流路で混合され、生成物コレクタにより回収されている。
【図２８Ａ】図２６の内部並列反応装置における２４枚の単純プレートの分解等角図であり、５の熱交換器に供給する熱媒体用の流路を示している。
【図２８Ｂ】図２６の内部並列反応装置における２４枚の単純プレートの一部分の分解等角図であり、不要の開口を封止するためのプラグの使用態様を示している。
【図２９】分岐状流路を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する実施形態における上部単純プレートの平面図であり、反応剤用の開口と熱媒体入口および出口を示している。
【図３０】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第２単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３１】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第３単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３２】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第４単純プレートの平面図であり、第１反応剤マニフォールドと、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３３】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第５単純プレートの平面図であり、分岐状第１反応剤分配器と、第２反応剤開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３４】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第６単純プレートの平面図であり、複数の第１反応剤ボアと、第２反応剤分配器と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３５】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第７単純プレートの平面図であり、複数の第１反応剤ボアと、分岐状第２反応剤分配器と、複数の第２反応剤チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３６】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第８単純プレートの平面図であり、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３７】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第９単純プレートの平面図であり、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、第２熱交換器とを示している。
【図３８】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１０単純プレートの平面図であり、複数の第１反応剤ボアと、複数の第２反応剤ボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図３９】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１１単純プレートの平面図であり、複数の混合および反応チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図４０】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１２単純プレートの平面図であり、複数の生成物コレクタのボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図４１】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１３単純プレートの平面図であり、複数の生成物コレクタのボアと、第３熱交換器とを示している。
【図４２】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１４単純プレートの平面図であり、複数の生成物コレクタのボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図４３】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１５単純プレートの平面図であり、分岐状生成物コレクタと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図４４】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１６単純プレートの平面図であり、生成物出口ボアと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図４５】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１７単純プレートの平面図であり、生成物出口ボアと、第４熱交換器とを示している。
【図４６】分岐状流路を組み込んだ反応装置に関する実施形態における第１２単純プレートの平面図であり、生成物コレクタ出口を示している。
【図４７】分岐状反応装置の分解等角図であり、全１８枚の単純プレートの堆積態様を示している。
【図４８】他の形態の分岐状反応装置の一部分の等角図であり、単一の単純プレート内ではなく一連の隣接プレート上で分岐が生じるようにされているものである。
【図４９】図４８の他の形態分岐状反応装置の一部分における上部プレートの平面図である。
【図５０】さらに他の形態の分岐状反応装置の一部分の等角図であり、図４８のように水平方向を向くプレートではなく、垂直方向を向く一連のプレート上で分岐が生じるようにされているものである。
【図５１】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における上部単純プレートの平面図であり、反応剤用の開口と、生成物出口と、熱媒体入口および出口とを含んでいる。
【図５２】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第２単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、生成物開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図５３】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第３単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、生成物開口と、第１熱交換器とを示している。
【図５４】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第４単純プレートの平面図であり、第１反応剤マニフォールドと、第２反応剤開口と、生成物開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図５５】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第５単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、異なる幅の開口の平行配列を具えた第１反応剤分配器と、生成物開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図５６】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第６単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、複数の反応剤ボアと、第２反応剤マニフォールドと、生成物開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図５７】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第７単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、第２反応剤開口と、異なる幅の開口の平行配列を具えた第２反応剤分配器と、生成物開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図５８】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第８単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、第２反応剤開口と、複数の第２反応剤ボアと、生成物開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図５９】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第９単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、第２反応剤開口と、複数の第２反応剤ボアと、生成物開口と、第２熱交換器とを示している。
【図６０】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第１０単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、複数の第１反応剤ボアと、第２反応剤開口と、複数の第２反応剤ボアと、生成物開口と、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図６１】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第１１単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、生成物開口と、異なる幅の開口の平行配列を具えた複数の混合および反応チャネルと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図６２】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第１２単純プレートの平面図であり、第１反応剤開口と、第２反応剤開口と、生成物コレクタと、２つの熱交換器マニフォールド開口とを示している。
【図６３】異なる幅の流路の平行配列を組み込んだ堆積プレート化学反応装置に関する一実施形態における第１３単純プレートの平面図である。
【図６４】図５１の堆積プレート化学反応装置の分解等角図であり、全１３枚の単純プレートの堆積態様を示している。
【図６５】並列化反応装置のシステムの模式図である。
【図６６】並列接続された電気抵抗器の回路の模式図であり、かかる回路と並列化反応装置のシステムとの間の類似性を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【国際調査報告】
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