(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細流路でなる混合流路内で互いに可溶性を有する第１液体及び第２液体を混合させるための方法であって、
第１側面及びその裏側の第２側面を有する基板からなり、複数本の溝が形成された基体とこれらの溝を覆うように当該基体に装着される蓋体とを有する流路形成体であって、前記溝として、前記第１側面に形成されてそれぞれが前記混合流路を構成する複数の混合溝と、前記第２側面に形成されてそれぞれが前記各混合溝に沿うように延びる部分及び終端を有する複数の不溶流体溝と、を含むとともに、それぞれが前記各不溶流体溝の終端と当該不溶流体溝に対応する前記混合溝の途中部位とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通する複数の不溶流体導入孔と、を含む流路形成体を用意する工程と、
前記各混合溝内で前記第１液体及び前記第２液体を合流させる工程と、
前記各不溶流体溝内に前記第１液体及び第２液体に対して不溶性を有する不溶流体を供給し、当該不溶流体を前記各混合溝内を流れる合流後の液体に対して前記各不溶流体導入孔を通じて前記基板の厚み方向に導入して当該合流後の液体を当該不溶流体によって間隔をおいて分断することにより当該合流後の液体からなる混合対象セルと当該不溶流体からなる不溶流体セルとが交互に並ぶスラグ流を前記不溶流体の供給位置よりも下流側の流路内に形成するとともに当該スラグ流における混合対象セルと不溶流体セルとの体積比が１／５以上４以下となるように前記不溶流体の導入流量を設定し、これにより、前記下流側の流路内において各混合対象セル内の前記第１液体と前記第２液体とを混合させる工程と、を含む、液体混合方法。
【請求項２】
請求項１記載の液体混合方法において、前記不溶流体が気体である、液体混合方法。
【請求項３】
請求項２記載の液体混合方法において、前記第１及び第２液体の混合完了後にこれらの混合対象液体から前記不溶流体を分離する工程をさらに含む、液体混合方法。
【請求項４】
互いに可溶性を有する第１液体及び第２液体を混合させるための装置であって、
前記第１液体及び前記第２液体を混合させるための混合用流路を形成する流路形成体と、
この流路形成体に前記第１液体を供給する第１液体供給部と、
前記流路形成体に前記第２液体を供給する第２液体供給部と、
前記流路形成体に前記第１液体及び前記第２液体の双方に対して不溶性を有する不溶流体を供給する不溶流体供給部と、を備え、
前記流路形成体が形成する混合用流路は、前記第１液体供給部から供給される第１液体が導入される第１液体導入部と、前記第２液体供給部から供給される第２液体が導入されるとともに、この導入された第２液体と前記第１液体導入部に導入された第１液体とを合流させるように前記第１液体導入部の終端と連通する終端をもつ第２液体導入部と、両液体導入部の終端につながり、当該終端で合流した後の液体を流しながら混合するための混合部と、前記不溶流体供給部から供給される不溶流体を前記混合部の途中位置においてその混合部内を流れる前記合流後の液体に対してその混合部と交差する方向から導入することにより当該合流後の液体からなる混合対象セルと当該不溶流体からなる不溶流体セルとが交互に並びかつ当該混合対象セルと当該不溶流体セルとの体積比が１／５以上４以下であるスラグ流を前記不溶流体の導入位置よりも下流側の混合部内に形成するように当該混合部に連通する終端をもつ不溶流体導入部とを有し、
前記流路形成体は、前記混合用流路を構成する複数本の溝が形成された基体とこれらの溝を覆うように当該基体に装着される蓋体とを有し、かつ、前記溝として、それぞれが前記混合流路を構成する複数の混合溝と、それぞれが前記各混合溝に沿うように延びる部分及び終端を有する複数の不溶流体溝と、それぞれが前記各不溶流体溝の終端と当該不溶流体溝に対応する前記混合溝の途中部位とを連通する複数の不溶流体導入孔と、を含み、
前記基体は、第１側面及びその裏側の第２側面を有する基板からなり、この基板には、その第１側面に形成されて前記第１液体導入部を構成する複数の第１液体溝と、前記複数の混合溝であってそれぞれが前記第１液体溝の終端につながるように前記第１側面に形成されたものと、前記第２側面に形成されて前記第２液体導入部を構成する溝であってその溝の終端が前記各第１液体溝の終端の裏側に位置する形状をもつ複数の第２液体溝と、前記複数の不溶流体溝であってそれぞれが前記第２側面に形成されて当該不溶流体溝の終端が前記混合部の途中部位の裏側に位置する形状をもつものと、第１液体溝の終端と前記第２液体溝の終端とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通して前記第１液体と前記第２液体との合流を可能にする複数の合流用孔と、前記複数の不溶流体導入孔であってそれぞれが前記各混合溝の途中部位と当該混合溝に対応する前記不溶液体溝の終端とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通して前記混合溝内を流れる液体に対しての前記不溶流体の導入を可能にするものと、を含む、液体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに可溶性を有する液体同士を、微細流路内で混合するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに可溶性を有する液体（反応剤）同士を接触させ、混合することにより、所望の反応生成物を製造するための方法として、いわゆるマイクロチャネルリアクタと呼ばれる流路形成体を用いるものが知られている（特許文献１）。このマイクロチャネルリアクタは、表面に溝が形成された基体を備え、当該溝により微細流路が構成される。この微小流路内に混合対象液体を流すことにより、単位体積あたりにおける混合対象液体同士の接触面積が飛躍的に増大し、このことが当該混合対象液体同士の混合の効率を高める。
【０００３】
このマイクロチャネルリアクタでは、前記接触面積の増大に加え、さらなる混合の促進が望まれる。このような混合の促進は、当該混合の完了までに必要な前記微小流路の流路長の短縮を可能にし、これによりマイクロチャネルリアクタ全体の小型化を可能にする。また、混合操作に要する時間の短縮は、当該混合操作中での不要な副反応の発生の抑制にもつながる。
【０００４】
当該混合を促進するための手段として、特許文献２には、流路内に混合促進用の複数の凸部を形成することが開示されている。また特許文献３には、混合流路の途中に電極対を設け、これに交流電圧を印加することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６８１７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１０２６８１号公報
【特許文献３】特開２００６−３２０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２記載のように流路内に細かい複数の凹部を形成することは流路形状の複雑化につながり、当該流路の作成及びメンテナンス（特に洗浄）の工数を増大させる。
【０００７】
また、特許文献３記載のような電極の配備も、マイクロチャネルリアクタの構造の複雑化及び著しいコストの増加を招く。
【０００８】
本発明の目的は、混合用流路を形成する流路形成体を用いた液体の混合方法及び装置であって、当該混合用流路の形状の著しい複雑化や、混合促進のための大掛かりな設備を要することなく、当該混合を促進することができる液体混合方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、本発明者らは、混合対象液体同士を混合させるための流路内で強制的にスラグ流を形成することに想到し、かつ、これにより顕著な混合促進効果が得られることを確認した。ここにいう「スラグ流」とは、前記混合対象液体からなるセルと、それ以外の流体からなるセルとが微小流路内でその流路長方向に交互に並ぶような流れをいう。このようなスラグ流の形成により前記混合対象液体を含むセル内で当該混合対象液体同士の混合が飛躍的に促進されることを、確認することができた。この効果は、前記混合対象液体同士の混合が微小な各セル内で行われること、及び、各セル内で前記混合対象液体同士の混合の促進に有効な微小循環流が形成されていることによるものと推察される。
【００１０】
本発明は、このような観点からなされたものであり、微細流路でなる混合流路内で互いに可溶性を有する第１液体及び第２液体を混合させるのに有用な方法であって、第１側面及びその裏側の第２側面を有する基板からなり、複数本の溝が形成された基体とこれらの溝を覆うように当該基体に装着される蓋体とを有する流路形成体であって、前記溝として、前記第１側面に形成されてそれぞれが前記混合流路を構成する複数の混合溝と、前記第２側面に形成されてそれぞれが前記各混合溝に沿うように延びる部分及び終端を有する複数の不溶流体溝と、を含むとともに、それぞれが前記各不溶流体溝の終端と当該不溶流体溝に対応する前記混合溝の途中部位とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通する複数の不溶流体導入孔と、を含む流路形成体を用意する工程と、前記各混合溝内で前記第１液体及び前記第２液体を合流させる工程と、前記各不溶流体溝内に前記第１液体及び第２液体に対して不溶性を有する不溶流体を供給し、当該不溶流体を前記各混合溝内を流れる合流後の液体に対して前記各不溶流体導入孔を通じて前記基板の厚み方向に導入して当該合流後の液体を当該不溶流体によって間隔をおいて分断することにより当該合流後の液体からなる混合対象セルと当該不溶流体からなる不溶流体セルとが交互に並ぶスラグ流を前記不溶流体の供給位置よりも下流側の流路内に形成するとともに当該スラグ流における混合対象セルと不溶流体セルとの体積比が１／５以上４以下となるように前記不溶流体の導入流量を設定し、これにより、前記下流側の流路内において各混合対象セル内の前記第１液体と前記第２液体とを混合させる工程と、を含むものを提供する。
【００１１】
この方法では、混合流路内で合流した第１及び第２液体からなる混合対象セルと不溶流体からなる不溶流体セルとが交互に並ぶスラグ流を形成することにより、前記第１液体と前記第２液体との混合が促進されるから、従来のような流路形状の複雑化や電圧印加部の付設を要することなく混合効率を高めることができる。
【００１２】
ここで、「互いに可溶性を有する第１液体及び第２液体」とは、両混合対象液体同士の混合後にその混合液を静置してもその液体同士が層状に分離しないような性質をもつ流体を意味し、両混合対象液体がいずれも親水性の高いものである場合や、両混合対象液体がいずれも親油性の高いものである場合が例示される。一方、「両混合対象液体に対して不溶性を有する不溶流体」としては、例えば両混合対象液体が親水性の高いものである場合には例えば油や水溶性の低い気体（窒素ガスや不活性ガス、炭化水素系ガスなど）が例示され、両混合液体が親油性の高いものである場合には例えば水や親水性の高い液体ね油に対する溶解度の低い気体（窒素ガスや不活性ガスなど）が例示される。
【００１３】
本発明に係る方法は、さらに、前記第１及び第２液体の混合完了後にこれらの混合対象液体から前記不溶流体を分離する工程を含むことにより、本来所望される混合流体を取得することが可能である。この場合、前記不溶流体としてガスが用いられることにより、当該不溶流体と前記混合対象液体との分離が著しく容易化される。
【００１４】
本発明の混合対象となる液体、すなわち前記第１及び第２混合対象液体としては、例えば水溶性を有するものが好適である。この場合、前記不溶流体としては非水溶性の流体が用いられればよく、特に窒素ガスや不活性ガスが好適である。
【００１５】
本発明において、スラグ流における混合対象セルと不溶流体セルとの体積比は、前記不溶流体の導入流量の調節によって自由に設定することが可能である。混合対象セルの体積が小さいほど循環流による混合促進効果は高まるが、その反面、不溶流体セルの体積の占有率が大きくなると混合対象液体の処理効率が下がり、また圧力損失の増加や不溶流体の消費量の不必要な増加につながる。このような観点から、前記体積比は１／２以上２以下であることが好ましい。
【００１６】
前記微細流路には、前記のとおり、基体に形成された溝により構成されたものを用いることが可能である。
【００１７】
また本発明は、前記のような混合を行うのに好適な液体混合装置を提供する。この装置は、前記第１液体及び前記第２液体を混合させるための混合用流路を形成する流路形成体と、この流路形成体に前記第１液体を供給する第１液体供給部と、前記流路形成体に前記第２液体を供給する第２液体供給部と、前記流路形成体に前記第１液体及び前記第２液体の双方に対して不溶性を有する不溶流体を供給する不溶流体供給部と、を備え、前記流路形成体が形成する混合用流路は、前記第１液体供給部から供給される第１液体が導入される第１液体導入部と、前記第２液体供給部から供給される第２液体が導入されるとともに、この導入された第２液体と前記第１液体導入部に導入された第１液体とを合流させるように前記第１液体導入部の終端と連通する終端をもつ第２液体導入部と、両液体導入部の終端につながり、当該終端で合流した後の液体を流しながら混合するための混合部と、前記不溶流体供給部から供給される不溶流体を前記混合部の途中位置においてその混合部内を流れる前記合流後の液体に対してその混合部と交差する方向から導入することにより当該合流後の液体からなる混合対象セルと当該不溶流体からなる不溶流体セルとが交互に並びかつ当該混合対象セルと当該不溶流体セルとの体積比が１／５以上４以下であるスラグ流を前記不溶流体の導入位置よりも下流側の混合部内に形成するように当該混合部に連通する終端をもつ不溶流体導入部とを有し、前記流路形成体は、前記混合用流路を構成する複数本の溝が形成された基体とこれらの溝を覆うように当該基体に装着される蓋体とを有し、かつ、前記溝として、それぞれが前記混合流路を構成する複数の混合溝と、それぞれが前記各混合溝に沿うように延びる部分及び終端を有する複数の不溶流体溝と、それぞれが前記各不溶流体溝の終端と当該不溶流体溝に対応する前記混合溝の途中部位とを連通する複数の不溶流体導入孔と、を含む。
【００１８】
さらに、前記液体混合装置では、前記基体が第１側面及びその裏側の第２側面を有する基板からなり、この基板の両側面に溝が形成されることにより、コンパクトな構造で前記液体混合方法に好適な混合用流路を形成することが可能である。具体的に、この装置では、前記基体が第１側面及びその裏側の第２側面を有する基板からなり、この基板には、その第１側面に形成されて前記第１液体導入部を構成する複数の第１液体溝と、前記複数の混合溝であってそれぞれが前記第１液体溝の終端につながるように前記第１側面に形成されたものと、前記第２側面に形成されて前記第２液体導入部を構成する溝であってその溝の終端が前記各第１液体溝の終端の裏側に位置する形状をもつ複数の第２液体溝と、前記複数の不溶流体溝であってそれぞれが前記第２側面に形成されて当該不溶流体溝の終端が前記混合部の途中部位の裏側に位置する形状をもつものと、第１液体溝の終端と前記第２液体溝の終端とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通して前記第１液体と前記第２液体との合流を可能にする複数の合流用孔と、前記複数の不溶流体導入孔であってそれぞれが前記各混合溝の途中部位と当該混合溝に対応する前記不溶液体溝の終端とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通して前記混合溝内を流れる液体に対しての前記不溶流体の導入を可能にするものと、を含む。また、前記基体は、第１側面及びその裏側の第２側面を有する基板からなり、この基板には、その第１側面に形成されて前記第１液体導入部を構成する複数の第１液体溝と、前記複数の混合溝であってそれぞれが前記第１液体溝の終端につながるように前記第１側面に形成されたものと、前記第２側面に形成されて前記第２液体導入部を構成する溝であってその溝の終端が前記各第１液体溝の終端の裏側に位置する形状をもつ複数の第２液体溝と、前記複数の不溶流体溝であってそれぞれが前記第２側面に形成されて当該不溶流体溝の終端が前記混合部の途中部位の裏側に位置する形状をもつものと、第１液体溝の終端と前記第２液体溝の終端とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通して前記第１液体と前記第２液体との合流を可能にする複数の合流用孔と、前記複数の不溶流体導入孔であってそれぞれが前記各混合溝の途中部位と当該混合溝に対応する前記不溶液体溝の終端とを連通するように前記基板をその厚み方向に貫通して前記混合溝内を流れる液体に対しての前記不溶流体の導入を可能にするものと、を含む。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、流路形状の複雑化やその他の混合促進用の特別な設備を要することなく、混合対象液体同士の混合を促進することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体混合装置の全体構成を示す図である。
【図２】前記液体混合装置における各流体の流れの概略を示すフローシートである。
【図３】前記液体混合装置を構成する基板の第１側面を示す平面図である。
【図４】前記基板の第２側面を示す底面図である。
【図５】（ａ）は前記基板における第１液体溝と第２液体溝との連通部位を示す断面正面図、（ｂ）は同基板における混合溝の途中部位と不溶流体溝との連通部位を示す断面正面図である。
【図６】（ａ）は図５（ａ）の６Ａ−６Ａ線断面図、（ｂ）は図５（ｂ）の６Ｂ−６Ｂ線断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は前記混合溝内に形成されるスラグ流を示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施例における水酸化ナトリウム水溶液及び酢酸水溶液の流量とこれらの中和反応に必要な距離との関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）（ｂ）は、本発明の第１実施例における窒素ガス流量と水酸化ナトリウム水溶液及び酢酸水溶液の中和反応に必要な距離との関係を示すグラフ、（ｂ）は当該窒素ガス流量と当該中和反応に必要な時間との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施例におけるドデカン流量と前記中和反応に必要な距離との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３及び第４実施例における窒素ガス流量と前記中和反応に必要な距離との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１及び図２は、この実施の形態にかかる液体混合装置を示す。この装置は、互いに可溶性を有する第１液体及び第２液体を混合させるためのものであり、当該混合のための混合用流路５０を形成する流路形成体ＦＢと、この流路形成体に前記第１液体を供給する第１液体供給部１０と、前記流路形成体ＦＢに前記第２液体を供給する第２液体供給部２０と、前記流路形成体に不溶流体、すなわち前記第１液体及び前記第２液体の双方に対して不溶性を有する流体、を供給する不溶流体供給部３０と、回収容器４０とを備える。
【００２３】
前記第１液体供給部１０は、前記第１液体を収容する第１液体容器１２と、この第１液体容器１２の内部と前記流路形成体ＦＢとを接続する第１液体配管１４と、この第１液体配管１４を通じて前記第１液体容器１２内の第１液体を前記流路形成体ＦＢに圧送する第１液体ポンプ１６とを有する。同様に、前記第２液体供給部２０は、前記第２液体を収容する第２液体容器２２と、この第２液体容器２２の内部と前記流路形成体ＦＢとを接続する第２液体配管２４と、この第２液体配管２４を通じて前記第２液体容器２２内の第２液体を前記流路形成体ＦＢに圧送する第２液体ポンプ２６とを有する。
【００２４】
また、この装置は、前記第１液体供給部１０及び前記第２液体供給部２０に共用される恒温槽４２を具備する。この恒温槽４２は、前記流路形成体ＦＢに供給される第１及び第２液体の温度を一定に保つためのものであるが、用途により適宜省略可能である。この実施の形態では、前記各配管１４，２４の途中部分が螺旋状に形成され、この部分が前記恒温槽４２内に収容された温水中に浸漬されている。
【００２５】
本発明の対象となる第１液体及び第２液体は、互いに可溶性を有するものであればよく、水溶性、非水溶性を問わない。例えば、両液体が水または水溶液であってもよいし、両液体が油系のものであってもよい。また、その混合比も自由に設定が可能である。
【００２６】
前記不溶流体供給部３０は、不溶流体を収容する不溶流体容器３２と、この不溶流体容器３２の内部と前記流路形成体ＦＢとを接続する不溶流体配管３４と、この不溶流体配管３４を通じて前記不溶流体容器３２から前記流路形成体ＦＢに供給される不溶流体の流量を調節する流量調整器３６とを備える。この実施の形態では前記不溶流体としてガスが用いられ、前記不溶流体容器３２は当該ガスが圧縮状態で封入されたガスボンベにより構成される。そして、このガスボンベ内の圧力によって前記不溶流体であるガスが前記流路形成体ＦＢに圧送される。
【００２７】
本発明において用いられる不溶流体は、前記第１液体および前記第２液体の双方に対して不溶性を有するものであればよく、ガス、液体を問わない。例えば、第１及び第２液体が水または水溶液である場合には、非水溶性のガスまたは液体が使用可能であり、第１及び第２液体が油系である場合には、例えば水を用いることも可能である。不溶流体として液体が用いられる場合、前記不溶流体供給部３０には前記第１および第２液体ポンプ１６，２６と同様の不溶流体供給用液体ポンプが配備されればよい。また、前記流量調整器３６は用途により省略が可能である。
【００２８】
前記流路形成体ＦＢが形成する混合用流路５０は、図２に示すように、前記第１液体及び前記第２液体がそれぞれ導入される第１液体導入部５１及び第２液体導入部５２と、混合部５４と、前記不溶流体が導入される不溶流体導入部５３とを有する。
【００２９】
前記第１液体導入部５１は、前記第１液体供給部１０の第１液体配管１４に接続される入口端と、その反対側の終端とを有する。同様に、前記第２液体導入部５２は、前記第２液体供給部２０の第２液体配管２４に接続される入口端と、その反対側の終端とを有する。第１及び第２液体導入部５１，５２の終端は、各液体導入部５１，５２に導入された第１液体と第２液体とを所定の合流位置Ｐｊで合流させるように当該合流位置Ｐｊで相互に連通される。
【００３０】
前記混合部５４は、前記合流位置Ｐｊで合流した両流体を流しながら混合させるためのもので、当該混合に必要な流路長さを有する。この混合部５４は、前記合流位置Ｐｊで前記両液体導入部５１，５２の終端とつながる始端と、その反対側の出口端とを有し、この出口端は所定の排出位置Ｐｄで混合液体を前記回収容器４０に排出するように当該回収容器４０に接続される。
【００３１】
前記不溶流体導入部５３は、前記不溶流体供給部３０の不溶流体配管３４に接続される入口端と、その反対側の終端とを有し、この終端は、前記不溶流体を前記混合部５４の途中位置Ｐｍにおいてその混合部５４内を流れる前記合流後の液体に対してその混合部５４と交差する方向（この実施の形態では基板１００の板厚方向）から導入するように当該混合部５４につながる。
【００３２】
次に、前記流路形成体ＦＢの構造の詳細について、図３〜図６を併せて参照しながら説明する。
【００３３】
前記流路形成体ＦＢは、前記混合用流路５０を構成する溝が形成された基体と、その溝を覆うように当該基体に装着される蓋体と、を有する。この実施の形態に係る流路形成体ＦＢでは、前記基体は図３〜図６に示す基板１００により構成され、前記蓋体は図５及び図６に示す第１蓋板１１０及び第２蓋板１２０により構成される。前記基板１００は、この実施の形態では、矩形状の第１側面１０１及びその裏側の第２側面１０２を有する平板状をなし、前記第１蓋板１１０及び前記第２蓋板１２０はそれぞれ前記基板１００の前記第１側面１０１上及び第２側面１０２上に重ねられるようにして当該基板１００とともに積層される。
【００３４】
この装置では、前記基板１００の両側面１０１，１０２に前記溝が形成されることにより、コンパクトな構造で効率的な混合処理が可能な混合装置が構築される。具体的に、前記基板１００には、第１液体入口ポート１３１と、第２液体入口ポート１３２と、不溶流体入口ポート１３３と、出口ポート１３４と、複数本の第１液体溝１４１と、複数本の第２液体溝１４２と、複数本の不溶流体溝１４３と、複数本の混合溝１４４と、合流用孔１５０と、不溶流体導入孔１５３と、を有する。これらは基板１００のエッチング処理により形成されている。前記各ポート１３１〜１３４はいずれも基板１００をその厚み方向に貫通する貫通穴により構成され、蓋板１１０および蓋板１２０も同様の複数の貫通穴を前記各ポート１３１〜１３４にそれぞれ対応した位置に有する。ただし、最下段の蓋板１２０は、流体を封止するために貫通穴をもたない。最上段の蓋板１１０には前記貫通穴が形成されており、各貫通穴に前記第１液体配管１４、前記第２液体配管２４、前記不溶流体配管３４および前記回収容器４０がそれぞれ接続される。
【００３５】
前記各第１液体溝１４１は、前記第１側面１０１に形成されて前記第１液体導入部５１を構成する。この実施の形態に係る第１液体溝１４１は、互いに平行な状態で、前記第１液体入口ポート１３１から前記基板１００の長辺に沿って前記合流位置Ｐｊに至るまで直線状に延びる。各第１液体溝１４１は、前記基板１００の厚みの１／２よりも小さい深さを有する。
【００３６】
前記第２液体溝１４２は、前記第１液体溝１４１と同数であり、互いに平行となるように前記第２側面１０２に形成されて前記第２液体導入部５２を構成する。各第２液体溝１４２は、前記第２液体入口ポート１３２から前記第１液体溝１４１に対してこれと直交する方向から近づく部分と、この部分から下流側へ９０°方向転換しかつ対応する第１液体溝１４１の裏側で当該第１液体溝１４１に沿って前記合流位置Ｐｊに至るまで延びる部分と、を有するＬ字状をなしている。前記各第２液体溝１４２は、前記各第１液体溝１４１の深さと同等の深さ、すなわち、前記基板１００の厚みの１／２よりも小さい深さを有する。
【００３７】
前記合流用孔１５０は、前記合流位置Ｐｊで前記基板１００をその厚み方向に貫通し、これにより、前記第１液体溝１４１の終端と前記第２液体溝１４２の終端とを連通する。すなわち、前記第１液体溝１４１を流れる第１液体と前記第２液体溝１４２を流れる第２液体との合流を可能にする。
【００３８】
前記混合溝１４４は前記第１液体溝１４１と同数であり、互いに平行となるように前記第１側面１０１に形成されて前記混合部５４を構成する。各混合溝１４４は、前記合流位置Ｐｊで前記各第１液体溝１４１の終端につながり、当該合流位置Ｐｊから蛇行しながら前記出口ポート１３４に至る形状を有する。各混合溝１４４は、前記両液体溝１４１，１４２の深さよりも大きい深さ（この実施の形態では基板１００の厚みの１／２よりも大きい深さ）を有し、前記各合流用孔１５０を通じて両液体溝１４１，１４２と連通する。従って、当該合流用孔１５０で互いに合流した第１液体及び第２液体は前記混合溝１４４内に流入することが可能である。
【００３９】
前記不溶流体溝１４３は、前記混合溝１４４と同数であり、互いに平行となるように前記第２側面１０２に形成されて前記不溶流体導入部５３を構成する。各不溶流体溝１４３は、前記不溶液体入口ポート１３３から前記混合溝１４４に対してこれと直交する方向から近づく部分と、この部分から下流側へ９０°方向転換しかつ対応する混合溝１４４の裏側で当該混合溝１４４に沿ってその途中位置Ｐｍに至るまで延びる部分とを有するＬ字状をなしている。前記各不溶流体溝１４３は、前記基板１００の厚みの１／２よりも小さい深さを有する。
【００４０】
前記不溶流体導入孔１５３は、前記途中位置Ｐｍで前記基板１００をその厚み方向に貫通し、これにより、前記混合溝１４４の途中部位と前記不溶流体溝１４３の終端とを連通する。すなわち、前記混合溝１４４を流れる液体（第１液体と第２液体とが合流した後の液体）に対して前記不溶液体溝１４３を流れる不溶流体を導入することを可能にする。
【００４１】
前記第１蓋板１１０は、前記第１側面１０１を覆うようにして前記基板１００に重ね合わされ、接合されることにより、当該第１側面１０１に形成された第１液体溝１４１及び混合溝１４４を密閉し、前記第１液体導入部５１および前記混合部５４をそれぞれ構築する。同様に、前記第２蓋板１２０は、前記第２側面１０２を覆うようにして前記基板１００に重ね合わされ、接合されることにより、当該第２側面１０２に形成された第２液体溝１４２及び不溶流体溝１４３を密閉し、これにより前記第２液体導入部５２及び前記不溶流体導入部５３をそれぞれ構築する。
【００４２】
なお、前記基板１００は複数段にわたって蓋板と交互に積層されてもよい。この積層体は、より多くの液体を混合処理することが可能である。また、各基板１００同士の間に介在する蓋板は、一方の基板１００の第１側面１０１と他方の基板１００の第２側面１０２の双方を覆うから、流路形成体のさらなるコンパクト化に寄与し得る。
【００４３】
次に、この装置を用いて前記第１液体と前記第２液体とを混合させる方法について説明する。
【００４４】
前記第１液体供給部１０及び前記第２液体供給部２０から前記流路形成体１００に供給される第１液体及び第２液体はそれぞれ当該流路形成体１００の第１液体導入部５１（第１液体溝１４１）及び第２液体導入部５２（第２液体溝１４２）に導入され、合流位置Ｐｊで合流用孔１５０を通じて合流する（図５（ａ））。そして、下流側の混合部５４（混合溝１４４）を流れるうちに両液体が混合される。
【００４５】
この方法の特徴として、前記第１液体及び前記第２液体に加え、前記不溶流体供給部３０から前記流路形成体１００に不溶流体が供給され、この不溶流体は当該流路形成体１００の不溶流体導入部５３（不溶流体溝１４３および不溶流体導入孔１５３）を通じて前記混合部５４にその途中位置Ｐｍで導入される。そして、この不溶流体が前記混合部５４を流れる液体（第１液体と第２液体が合流した後の液体；以下「合流後液体」と称する。）を間隔をおいて分断することにより当該途中位置Ｐｍの下流側にスラグ流を形成するように、前記第１液体、前記第２液体、及び不溶流体の供給流量が設定される。
【００４６】
ここでいう「スラグ流」とは、図７（ａ）（ｂ）に示すように、前記合流後液体からなる混合対象セル６０と前記不溶流体からなる不溶流体セル６３とが交互に並ぶ流れをいう。このスラグ流の形成は、後の実施例の項でも示すように、混合部５４内を流れる第１液体と第２液体との混合を飛躍的に促進する。この効果は、合流後液体が体積のきわめて小さい混合対象セル６０に分断されてその中で混合されること、及び、各混合対象セル６０内で混合に有効な循環流が形成されていることによるものと推察される。
【００４７】
前記スラグ流における混合対象セル６０と不溶流体セル６３との体積比は、前記不溶流体の導入流量の調節によって自由に設定することが可能である。具体的には、後の実施例の項でも示すように、不溶流体の導入流量を増やすほど各混合対象セル６０の体積（サイズ）を小さくすることができる。図７（ａ）（ｂ）を比較して明らかなように、前記混合対象セル６０の体積を抑えるほど当該セル６０での循環流が混合促進に寄与する度合いが高まり、実際に混合促進効果は高まるが、その反面、不溶流体セルの体積の占有率が大きくなると混合対象液体の処理効率が下がり、また圧力損失の増加や不溶流体の消費量の不必要な増加につながるため、このような観点から前記体積比が設定されるのがよい。一般には１／５以上４以下の範囲内で設定されるのが好ましい。
【００４８】
なお、本発明に係る混合用流路は、前記のように基体に形成された溝により構成されるものに限られない。例えば、微小な内径を有する管によっても前記混合用流路が形成されることが可能である。
【実施例】
【００４９】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。以下に示す実施例及び比較例では、第１液体として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液、第２液体として酢酸水溶液が用いられ、両者を中和反応させるべく前記図１〜図６に示す装置を用いて両液体の混合が行われ、中和反応の完了に必要な距離（混合部５４における道のり）及び時間が測定された。
【００５０】
［各例に共通する条件］
（１）第１液体及び第２液体について
・第１液体と第２液体を流量比が１：１の割合で流路形成体ＦＢに同時供給する。
・恒温槽４２は使用せず、両液体は常温（２０°Ｃ程度）のまま供給される。
・中和反応の完了は、第１液体（ＮａＯＨ水溶液）に混入させたチモールブルーの変色（青色→黄色）により確認される。
・粘度調整のため、第１液体または第１及び第２液体に適量のエチレングリコールが付与される（実施例３及び４）
（２）不溶流体について
不溶流体には窒素ガス（実施例１，３，４）またはドデカン（実施例２）を使用。窒素ガスは、これが圧入されたガスボンベ（不溶流体容器３２）の内圧（初期圧０．３ＭＰａＧ程度）によって流路形成体ＦＢに供給される。ドデカンは専用ポンプにより前記流路形成体ＦＢに供給される。いずれの場合も流量調整器３６によって供給流量が調整される。
（３）流路形成体ＦＢについて
・基板１００の材質及び板厚：ＳＵＳ３１６Ｌ製、厚み０．８ｍｍ
・各溝１４１〜１４４の本数：１５本
・液体溝１４１，１４２及び不溶流体溝１４３の深さ（半円断面の半径）：０．２ｍｍ
・混合溝１４４の全長及び深さ（半円断面の半径）：３ｍ×０．４５ｍｍ
・合流用孔１５０及び不溶流体導入孔１５３の孔径：０．５ｍｍ
【００５１】
［比較例］
図８は、不溶流体を供給しない場合の第１液体（ＮａＯＨ水溶液）及び第２液体（酢酸水溶液）の供給流量（１流路あたりの供給流量。他の図においても同じ。）と中和反応必要距離（両液体の中和が完了するまでに当該流体が混合部５４を流れる必要がある距離）とを示したものである。この図に示されるように、両液体の供給流量が増えると中和反応必要距離も単純に増大する。
【００５２】
［実施例１］
第１液体に１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液、第２液体に１Ｎ酢酸水溶液、不溶流体に窒素ガスを用いて本発明に係る混合方法を実施した。具体的には、前記両水溶液の流量をともに０．５ｍｌ／ｍｉｎに調節した場合、１ｍｌ／ｍｉｎに調節した場合のそれぞれについて窒素ガス供給流量を適宜変更して繰り返し実施し、当該窒素ガス供給流量と中和反応必要距離及び中和反応必要時間との関係を調べた。その結果を図９（ａ）（ｂ）に示す。
【００５３】
これらの図から明らかなように、第１及び第２液体である各水溶液の流量にかかわらず、窒素ガス流量を増やすにつれて中和反応必要距離及び中和反応必要時間がともに著しく減少し、窒素ガス流量を２ｍｌ／ｍｉｎ以上にするとほぼ瞬時（１秒以内）に中和反応が完了することが確認された。
【００５４】
［実施例２］
第１液体に１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液、第２液体に１Ｎ酢酸水溶液、不溶流体に石油系液体であるドデカンを用いて本発明に係る混合方法を実施した。具体的には、前記両水溶液の流量をともに０．５ｍｌ／ｍｉｎに調節した場合、１ｍｌ／ｍｉｎに調節した場合のそれぞれについてドデカン供給流量を適宜変更して繰り返し実施し、当該ドデカン供給流量と中和反応必要距離との関係を調べた。その結果を図１０に示す。
【００５５】
この図１０のグラフは、前記実施例１に係る図９（ａ）のグラフとよく近似している。このことは、本発明に係る混合方法による混合促進効果が、不溶流体として液体を用いた場合にも同様に得られることを教示している。ただし、（図１０には示されていないが）ドデカン流量が１０ｍｌ／ｍｉｎ以上の領域では混合促進効果が低下する。その理由については後述するが、スラグ流の安定した形成のためには不溶流体としてガスを用いることが、より好ましい。また、当該ガスは混合終了の液体から回収容器４０内において容易に分離されることが可能である。
【００５６】
［実施例３及び４］
実施例１と全く同様に、第１液体に１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液、第２液体に１Ｎ酢酸水溶液、不溶流体に窒素ガスを用いて本発明に係る混合方法を実施した。ただし、水酸化ナトリウム水溶液に粘度２３．５ｃＰ（＠２０℃）のエチレングリコールを添加し（実施例３）または両水溶液にエチレングリコールを添加する（実施例４）ことにより、その添加した水溶液の粘度を１．０ｃＰ（＠２０℃）から約１２．０ｃＰまで上昇させて実験を行った。その結果を図１１に示す。
【００５７】
この図１１のグラフも、前記実施例１に係る図９（ａ）のグラフとよく近似している。このことは、第１及び第２液体の粘度が（スラグ流の形成に影響のない範囲で）多少増減しても本発明に係る混合方法による混合促進効果が安定して得られることを示している。また、有機溶媒であるエチレングリコールの混入にかかわらず前記混合促進効果が得られることは、本発明が水溶液同士の混合のみならず、油系液体同士の混合にもその効果を奏し得ることを示唆するものである。
【００５８】
なお、本発明に係る混合の目的は前記の中和反応に限定されない。例えば、本発明は、アルデヒド化合物からアルコールを作る反応（還元的アルドール反応）のための混合にも適用可能である。具体的には、第一反応物（Ｒ１＝Ｃ＝ＣＣＯＲ２）と第二反応物（Ｍ−Ｈ金属水素化物）との完全混合および反応による中間体金属エノラートの生成後、その生成物と第三反応物Ｒ３−ＣＯ−Ｒ４との反応によりアルコールを生成するにあたり、前記第一及び第二反応物の混合に本発明が適用され得る。この場合、第一及び第二反応物をそれぞれ第１及び第２液体とし、その合流後に窒素ガスを不溶流体として導入することにより、前記と同様にスラグ流を形成して前記両液体の混合を促進することができる。
【符号の説明】
【００５９】
ＦＢ    流路形成体
Ｐｄ    排出位置
Ｐｊ    合流位置
Ｐｍ    途中位置
１０    第１液体供給部
２０    第２液体供給部
３０    不溶流体供給部
４０    回収容器
５０    混合用流路
５１    第１液体導入部
５２    第２液体導入部
５３    不溶流体導入部
５４    混合部
６０    混合対象セル
６３    不溶流体セル
１００  基板
１０１  第１側面
１０２  第２側面
１１０  第１蓋板
１２０  第２蓋板
１４１  第１液体溝
１４２  第２液体溝
１４３  不溶流体溝
１４４  混合溝
１５０  合流用孔
１５３  不溶流体導入孔
【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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