(57)【要約】【課題】単位体積あたりの処理量を十分に増大できるマイクロ化学処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ化学処理装置１は例えば略平板重ね構造であり、中空のケーシング２と、このケーシング２内に流路壁として設けられ、被処理物質Ｂの選択透過性を有する略平板状の固体電解質３と、この固体電解質３を挟み一方側に形成され被処理物質Ａが導入される流路４と、他方側に形成され被処理物質Ｂが導入される流路５と、固体電解質３に所定電圧を可変に印加する可変電源６とを備えている。【選択図】    図１
2004154711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、
固体電解質を挟み一方の側に設けた第１流路に第１被処理物質を流すとともに他方の側に設けた第２流路に第２被処理物質を流し、前記第２被処理物質を前記固体電解質を透過して前記第１流路に導出させ、前記第１被処理物質と接触させて目標物質を生成させることを特徴とするマイクロ化学処理方法。
【請求項２】
複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、
目標物質生成流路の一方側に第１固体電解質を挟んで設けた第３流路に第３被処理物質を流すとともに、前記目標物質生成流路の他方側に第１固体電解質と異なる第２固体電解質を挟んで設けた第４流路に第４被処理物質を流し、第１及び第２固体電解質をそれぞれ透過して前記第３及び第４被処理物質を前記目標物質生成流路へ導出させ、互いに接触させて目標物質を生成させることを特徴とするマイクロ化学処理方法。
【請求項３】
複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、
第５流路に第５被処理物質を流し、前記第５流路の一方側に第３固体電解質を挟んで設けた第６流路に第６被処理物質を流すとともに、前記第５流路の他方側に第３固体電解質と異なる第４固体電解質を挟んで設けた第７流路に第７被処理物質を流し、第３及び第４固体電解質をそれぞれ透過して前記第６及び第７被処理物質を前記第５流路へ導出させ、前記第５〜第７被処理物質を互いに接触させて目標物質を生成させることを特徴とするマイクロ化学処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロ化学処理方法において、前記固体電解質に電場を印加し、透過する被処理物質の透過流量を制御することを特徴とするマイクロ化学処理方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロ化学処理方法において、前記固体電解質としてβアルミナを用いるとともに対応する被処理物質としてナトリウム化合物又はナトリウムを含む混合物を用い、βアルミナ中にナトリウムイオンを透過させることを特徴とするマイクロ化学処理方法。
【請求項６】
選択透過性を備えた流路壁を挟んで一方側から他方側に被処理物質を湧き出させ、前記他方側にて他の物質と会合させて反応又は混合若しくは分散を行わせることを特徴とするマイクロ化学処理方法。
【請求項７】
複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、
被置換物質を備えた固体電解質の一方側に被処理物質を流し、この被処理物質で前記固体電解質中の前記被置換物質を置き換えることにより、前記固体電解質の他方側に前記被置換物質を湧き出させ、その他方側にて他の物質と会合させて反応又は混合若しくは分散を行わせ、目標物質を得ることを特徴とするマイクロ化学処理方法。
【請求項８】
複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理装置において、
第１被処理物質が導入される第１流路と、第２被処理物質が導入される第２流路とを、第２被処理物質の選択透過性を備えた固体電解質の流路壁を挟んで一方側と他方側とに配置したことを特徴とするマイクロ化学処理装置。
【請求項９】
複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理装置において、
目標物質生成流路と、
第３被処理物質が導入されるとともに、前記目標物質生成流路の一方側に前記第３被処理物質の選択透過性を備える第１固体電解質を挟んで設けられた第３流路と、
第４被処理物質が導入されるとともに、前記目標物質生成流路の他方側に前記第４被処理物質の選択透過性を備える第２固体電解質を挟んで設けられた第４流路とを有することを特徴とするマイクロ化学処理装置。
【請求項１０】
複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理装置において、
第５被処理物質が導入される第５流路と、
第６被処理物質が導入されるとともに、前記第５流路の一方側に前記第６被処理物質の選択透過性を備える第３固体電解質を挟んで設けられた第６流路と、
第７被処理物質が導入されるとともに、前記第５流路の他方側に前記第６被処理物質の選択透過性を備える第４固体電解質を挟んで設けられた第７流路とを有することを特徴とするマイクロ化学処理装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項記載のマイクロ化学処理装置において、前記固体電解質は、その両面または片面に導電性皮膜を備えており、かつ、その導電性皮膜に電場を可変に印加する電場制御手段を設けたことを特徴とするマイクロ化学処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に化学処理（以下、本明細書では被処理物質の分散、混合、化学反応等を総称していう）において、被処理物質の挙動はある程度まで分散過程の強さ、つまり被処理物質の境界層の表面積（接触面積）により決まり、この接触面積を大きくすることで処理効率が促進される。
【０００３】
一方、近年の微細加工技術により、被処理物質の接触面積を高めるために数十〜数百μｍ程度の流路を備えたマイクロ化学処理装置が開発されている。このマイクロ化学処理装置としては、例えば、第１相（第１被処理物質）及び第２相（第２被処理物質）を部分流に分割し、第１相の部分流が第１平坦層の片側に設けた複数の平行溝に存在し、第２相の部分流が第２平坦層の片側に設けた複数の平行溝に存在し、これら第１平坦層及び第２平坦層の溝側を例えば溝方向が互いに９０度となるように重ね、第１平坦層の溝と第２平坦層の溝とがそれぞれ交差して、第１相と第２相とが接触するような構造が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。そして、第１及び第２平坦層の溝の幅や深さを数十〜数百μｍ程度で形成し、第１平坦層及び第２平坦層を幾重にも立体的に積層する等して、第１相と第２相との接触面積を増大させ、比較的高い処理効率（単位体積当たりの処理量）で分散相混合物を生成するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１８８４７９号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には以下の課題が存在する。
上記従来技術では、第１相と第２相とが互いに接触する領域は、第１平坦層の複数の平行溝と第２平坦層の複数の平行溝とがそれぞれ交差する部分である。そのため、単位体積あたりの処理量を十分に増大させようとして第１相と第２相との接触面積をさらに増大させるには、第１平坦層の溝と第２平坦層の溝とが交差する部分をさらに増大させる必要がある。しかしながら、この従来技術では流路壁と流路壁との間に形成した溝を流路とする構成であるため、流路の高密度化を試みようとしても、単位体積あたりにおいて流路壁が一定の割合を占めることは妨げられない。すなわち、単位体積あたりに占める流路の割合の増大にはある一定の限界（＝機械構造上の限界）が生じるため、単位体積あたりの処理量の増大が不十分となる。
【０００６】
本発明の目的は、単位体積あたりの処理量を十分に増大できるマイクロ化学処理方法及び処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、固体電解質を挟み一方の側に設けた第１流路に第１被処理物質を流すとともに他方の側に設けた第２流路に第２被処理物質を流し、前記第２被処理物質を前記固体電解質を透過して前記第１流路に導出させ、前記第１被処理物質と接触させて目標物質を生成させる。
【０００８】
本発明においては、例えば第２被処理物質の選択透過性を備えた固体電解質を用いて第２被処理物質を透過させて第１流路側へ導出させることにより、第２被処理物質が固体電解質中を原子レベルで通過して第１流路側に湧き出し、湧き出した直後に第１被処理物質と原子レベルで次々に反応又は混合若しくは分散処理されていく。このような透過挙動は固体電解質中の無数の箇所で行われるため、言い換えれば固体電解質中に第２被処理物質の微細な通過流路が無数に形成されているのと同等の効果となる。この結果、マイクロ処理本来の物質拡散作用による迅速な処理がそれら無数の通過流路でそれぞれ行われることとなるため、第１被処理物質と第２被処理物質との反応又は混合若しくは分散処理量を著しく増大することができる。したがって、単位体積あたりの化学処理量を十分に増大させることができる。
【０００９】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、目標物質生成流路の一方側に第１固体電解質を挟んで設けた第３流路に第３被処理物質を流すとともに、前記目標物質生成流路の他方側に第１固体電解質と異なる第２固体電解質を挟んで設けた第４流路に第４被処理物質を流し、第１及び第２固体電解質をそれぞれ透過して前記第３及び第４被処理物質を前記目標物質生成流路へ導出させ、互いに接触させて目標物質を生成させる。
【００１０】
（３）上記目的を達成するために、また本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、第５流路に第５被処理物質を流し、前記第５流路の一方側に第３固体電解質を挟んで設けた第６流路に第６被処理物質を流すとともに、前記第５流路の他方側に第３固体電解質と異なる第４固体電解質を挟んで設けた第７流路に第７被処理物質を流し、第３及び第４固体電解質をそれぞれ透過して前記第６及び第７被処理物質を前記第５流路へ導出させ、前記第５〜第７被処理物質を互いに接触させて目標物質を生成させる。
【００１１】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記固体電解質に電場を印加し、透過する被処理物質の透過流量を制御する。
【００１２】
固体電解質に電場を印加しポンプ作用を発生させて駆動源とすることにより、従来構造において流路とは別に必要であったポンプ等の駆動源を不要とすることができる。また、電流増減等による電場調整で透過流量を制御することにより、極めて容易かつ高精度に処理量を制御することが可能となる。また、これによって従来技術で発生しがちな流量制御むらによる局所的な異常反応を防止することができ、立体積層構造の従来技術のような逆流現象についても確実に防止することができる。
【００１３】
（５）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、前記固体電解質としてβアルミナを用いるとともに対応する被処理物質としてナトリウム化合物又はナトリウムを含む混合物を用い、βアルミナ中にナトリウムイオンを透過させる。
【００１４】
（６）上記目的を達成するために、また本発明は、選択透過性を備えた流路壁を挟んで一方側から他方側に被処理物質を湧き出させ、前記他方側にて他の物質と会合させて反応又は混合若しくは分散を行わせる。
【００１５】
（７）上記目的を達成するために、また本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理方法において、被置換物質を備えた固体電解質の一方側に被処理物質を流し、この被処理物質で前記固体電解質中の前記被置換物質を置き換えることにより、前記固体電解質の他方側に前記被置換物質を湧き出させ、その他方側にて他の物質と会合させて反応又は混合若しくは分散を行わせ、目標物質を得る。
【００１６】
（８）上記目的を達成するために、また本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理装置において、第１被処理物質が導入される第１流路と、第２被処理物質が導入される第２流路とを、第２被処理物質の選択透過性を備えた固体電解質の流路壁を挟んで一方側と他方側とに配置する。
【００１７】
（９）上記目的を達成するために、また本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理装置において、目標物質生成流路と、第３被処理物質が導入されるとともに、前記目標物質生成流路の一方側に前記第３被処理物質の選択透過性を備える第１固体電解質を挟んで設けられた第３流路と、第４被処理物質が導入されるとともに、前記目標物質生成流路の他方側に前記第４被処理物質の選択透過性を備える第２固体電解質を挟んで設けられた第４流路とを有する。
【００１８】
（１０）上記目的を達成するために、また本発明は、複数の狭い流路を用い複数の被処理物質を接触させて目標物質を得るマイクロ化学処理装置において、第５被処理物質が導入される第５流路と、第６被処理物質が導入されるとともに、前記第５流路の一方側に前記第６被処理物質の選択透過性を備える第３固体電解質を挟んで設けられた第６流路と、第７被処理物質が導入されるとともに、前記第５流路の他方側に前記第６被処理物質の選択透過性を備える第４固体電解質を挟んで設けられた第７流路とを有する。
【００１９】
（１１）上記（８）〜（１０）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記固体電解質は、その両面または片面に導電性皮膜を備えており、かつ、その導電性皮膜に電場を可変に印加する電場制御手段を設ける。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
本発明の第１実施形態を図１により説明する。
図１は、本発明のマイクロ化学処理装置の一実施形態の概略構造を表す側断面図である。
【００２２】
この図１において、マイクロ化学処理装置１は略平板重ね構造であり、中空のケーシング２と、このケーシング２内に流路壁として設けられ、選択透過性（詳細は後述）を有する略平板状の固体電解質３と、この固体電解質３を挟み一方側（図１中上側）に形成された流路４と、他方側（図１中下側）に形成された流路５と、固体電解質３に所定電圧を可変に印加する可変電源６とを備えている。
【００２３】
ケーシング２は、例えば、断面が略コの字形状の上部ケーシング２ａ及び下部ケーシング２ｂと、流路４に対応し注入口７Ａを有する端板２ｃと、流路５に対応し注入口７Ｂを有する端板２ｄと、流路４に対応し流出口８を有する端板２ｅと、流路５に対応した流出側（図１中右側）の端板２ｆとが溶接等により接合された構造となっている。また、これら端板２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆと上記固体電解質３とは、電気絶縁性の熱圧接部材９を用いた熱圧接合によりそれぞれ接合されている。
【００２４】
そして、注入口７Ａ，７Ｂ及び流出口８には開閉バルブ１０がそれぞれ接続され、これら開閉バルブ１０が連通した状態で、流路４にはポンプ（図示せず）等によって注入口７Ａから被処理物質Ａ（または被処理物質Ａが含まれる混合物もしくは化合物等、以降同様）が導入され、流路５には注入口７Ｂから被処理物質Ｂ（または被処理物質Ｂが含まれる混合物もしくは化合物等、以降同様）が導入されるようになっている。
【００２５】
流路４及び流路５は、幅寸法（上部ケーシング２ａまたは下部ケーシング２ｂにおいて図１中紙面に垂直方向の内壁間隔）や高さ寸法（上部ケーシング２ａまたは下部ケーシング２ｂの内壁と固体電解質３との間隔、図１中上下方向）が１ｍｍ以下に、好ましくは数十〜数百μｍ程度で形成されている。
【００２６】
固体電解質３の流路４側（図１中上側）及び流路５側（図２中下側）表面には導電性皮膜１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ設けられ、これら導電性皮膜１１Ａ，１１Ｂは少なくとも被処理物質Ｂを透過するようになっている。また、流路４側の導電性皮膜１１Ａが陽極側、流路５側の導電性皮膜１１Ｂが陰極側となるように可変電源６が接続され、これにより被処理物質Ｂの選択透過性を有する固体電解質３に所定の電圧が印加される。この結果、例えば被処理物質Ｂがアルカリ金属等である場合、流路５側の被処理物質Ｂは導電性皮膜１１Ｂに電子を放出して陽イオンとなり、この陽イオンが固体電解質３中を通過して流路４側に導出され、導電性皮膜１１Ａから電子を受け取って原子となる。
【００２７】
このとき、被処理物質Ｂは電場の作用により固体電解質３中を通過するので、被処理物質Ｂの透過流量Ｖは式（１）により算出される。
Ｖ＝ＭｉＳ／ｚＦ        （１）
Ｍ：被処理物質Ｂの質量数、ｚ：被処理物質Ｂのイオン価数
ｉ：固体電解質の単位表面積あたりの電流密度、Ｓ：固体電解質の表面積
Ｆ：ファラデー定数
すなわち、被処理物質Ｂの透過流量Ｖは、固体電解質３を透過する電流（ｉＳ）により決定され、上記可変電圧６により制御するようになっている。
【００２８】
そして、流路４側に導出した被処理物質Ｂは原子レベルで拡散し被処理物質Ａと混合または反応して目標物質Ｘを生成し、この目標物質Ｘが流出口８から流出される。
【００２９】
なお、以上において、被処理物質Ａは各請求項記載の第１被処理物質を構成し、被処理物質Ｂは各請求項記載の第２被処理物質を構成する。また、流路４は第１流路を構成し、流路５は第２流路を構成する。また、可変電源６は、導電性皮膜に電場を可変に印加する電場制御手段を構成する。
【００３０】
ところで、近年、ダイオキシンとともに難分解性のポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）による環境汚染が懸念されている。我が国ではＰＣＢ廃棄物の確実かつ適正な処理を推進するため、平成１３年度７月に「ポリ塩化ビフェニル廃棄物の適正な処理の推進に関する特別措置法」、同年６月に「環境事業団法の一部を改正する法律」が施行され、ＰＣＢ廃棄物を所有する業者等は保管状況等を届出しなければならない他、一定期間内に適正に処分することが義務付けられた（参照文献：環境省ホームページ掲載、「ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）廃棄物の適正な処理に向けて」）。
【００３１】
このＰＣＢ廃棄物の処理方法の一つとして、アルカリ金属等の還元剤による脱ハロゲン化処理の方法がある。この脱ハロゲン化処理方法を上記マイクロ化学処理装置１を用いて、すなわち上記被処理物質Ａとして難分解性のＰＣＢ（またはＰＣＢを含む混合物もしくは化合物等、以降同様）を、上記被処理物質Ｂとして例えば金属ナトリウム（またはナトリウムを含む混合物もしくはナトリウム化合物等、以降同様）を、上記固体電解質３として例えばβアルミナを用いる場合を例に取り、本実施形態の動作及び作用・効果を以下に説明する。
【００３２】
図２は、固体電解質３であるβアルミナの単結晶分子構造を表す図である。
この図２において、βアルミナの単結晶は、スピネル構造ブロックが酸化ナトリウム（ＮａＯ）からなる伝導層を挟んだ層状構造になっている。この伝導層は、酸素イオン（Ｏ２−）で支えられナトリウムイオン（Ｎａ＋）の空孔があるため、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）が容易に移動可能となっている。
【００３３】
図１に戻り、固体電解質３であるβアルミナに可変電源６によって所定の電圧を印加すると、流路５側のナトリウムが伝導性皮膜１１Ｂに電子を放出しナトリウムイオンとなってβアルミナの伝導層に侵入し、βアルミナの伝導層から流路４側にナトリウムイオンが押し出され、伝導性皮膜１１Ａから電子を得てナトリウム原子となる。これにより、流路４内にてβアルミナの全表面からナトリウムが原子レベルで湧き出し分散して速やかにＰＣＢとの脱ハロゲン化反応が生じる（このとき、目標物質Ｘは例えば脱塩素化されたＰＣＢ及び塩化ナトリウム等となる）。
【００３４】
以上のように、本実施形態においては、被処理物質Ｂの選択透過性を備えた固体電解質３を用いて被処理物質Ｂを透過させて流路４側へ導出することにより、被処理物質Ｂが固体電解質３中を原子レベルで通過して固体電解質３の流路４側全表面から湧き出し、湧き出した直後に原子レベルで分散し次々に被処理物質Ａと混合または反応する。このような被処理物質Ｂの透過挙動は固体電解質３中の無数の伝導層で行われるため、言い換えれば固体電解質３中に被処理物質Ｂの微細な通過流路が無数に形成されているのと同等の効果となる。この結果、マイクロ処理本来の物質拡散作用による迅速な処理がそれら無数の通過流路でそれぞれ行われることとなるため、被処理物質Ａと被処理物質Ｂとの混合もしくは反応処理量を著しく増大することができる。したがって、単位体積あたりの化学処理量を十分に増大させることができる。
【００３５】
また、固体電解質３に可変電源６によって電場を印加しポンプ作用を発生させることにより、従来構造において別途必要であった流路５側のポンプ等の駆動源を不要とすることができる。また、可変電源６の電流増減等によって電場を調整し被処理物質Ｂの透過流量Ｖを制御することにより、極めて容易かつ高精度に処理量を制御することができる。また、これによって従来技術で発生しがちな流量制御むらによる局所的な異常反応を防止することができ、また被処理物質Ａの流路５側への逆流現象についても確実に防止することができる。
【００３６】
さらに、被処理物質Ｂを例えば熱伝導性の優れたナトリウムとすることにより、流路４内で生じる反応生成熱を流路５のナトリウムによって除熱し、流路４内の温度を所定範囲に維持することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、例えばＰＣＢ廃棄物の処理方法に適用し、被処理物質ＡとしてＰＣＢを、被処理物質Ｂとしてナトリウムを、固体電解質３としてナトリウムの選択透過性を有するβアルミナを用いる構成を例に取り説明したが、これに限らない。すなわち、例えば、被処理物質ＡとしてＰＣＢを、被処理物質Ｂとしてリチウムを、固体電解質３としてリチウムの選択透過性を有するリチウム系の固体電解質（例えばＬｉ３Ｎ単結晶）を用いる構成としてもよい。また、上記βアルミナ及びリチウム系の固体電解質をＰＣＢ廃棄物の処理方法以外に適用してもよく、さらに例えば、βアルミナ及びリチウム系以外の無機系固体電解質、イオン交換樹脂を利用した高分子系のイオン交換膜、または高分子系のもつ柔軟性（加工性・量産性）と無機系固体電解質の高いイオン導電性という各々の長所を備えた複合固体電解質等を用いて、各種の被処理物質の化学処理を行ってもよい。ただし、例えば陰イオンを透過させる固体電解質を設けた場合は、固体電解質３の流路４側の導電性皮膜１１Ａが陰極側、流路５側の導電性皮膜１１Ｂが陽極側となるように可変電源６を接続する。
【００３８】
また、例えば、被処理物質Ｂとは異なる被置換物質を備えた固体電解質を設けてもよい。すなわち、被処理物質ＡとしてＰＣＢを、被処理物質Ｂとしてリチウム（またはリチウムを含む混合物もしくは化合物等）を、被置換物質を備えた固体電解質としてβアルミナを用いる場合、流路５側のリチウムが導電性皮膜１１Ｂに電子を放出してリチウムイオンとなってβアルミナの伝導層に侵入し、このリチウムイオンがβアルミナの伝導層に含まれるナトリウムイオンと置換し、このナトリウムイオンが流路４側に導出され導電性皮膜１１Ａから電子を受け取ってナトリウム原子となる。これにより、ナトリウムが原子レベルで流路４内に分散し速やかにＰＣＢとの脱ハロゲン化反応が生じる。このような場合も上記同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、上記実施形態においては、マイクロ化学処理装置１を略平板重ね構造として説明したが、これに限らない。すなわち、マイクロ化学処理装置は、例えば略円盤重ね構造（詳細は後述）または略円筒状同芯構造（詳細には、略円筒状のケーシング内に略円筒状の固体電解質を流路壁として設けた構造）等としてもよい。図３は、変形例であるマイクロ化学処理装置の概略構造を表す鳥瞰図である。この図３において、上記本発明の一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４０】
この変形例において、マイクロ化学処理装置１’は略円盤重ね構造であり、中空の略円筒状のケーシング１２と、このケーシング１２内に流路壁として設けられ、被処理物質Ｂの選択透過性を有する略円盤状の固体電解質３’と、この固体電解質３’を挟み一方側（図３中上側）に形成され被処理物質Ａを流す流路４’と、他方側（図３中下側）に形成され被処理物質Ｂを流す流路５’と、固体電解質３’に所定電圧を可変に印加する可変電源６とを備える。
【００４１】
ケーシング１２は、図示のように、流路４’に対応して略円形断面中心部に注入口７Ａ’が設けられ、流路４’に対応して周方向に複数（図３中では便宜的に２つのみ図示）の流出口８が設けられ、流路５’に対応して注入口７Ｂ’が設けられている。
【００４２】
以上のように構成した変形例においても、上記本発明の一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
本発明の第２実施形態を図４により説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に固体電解質３及び被処理物質Ａを流す流路４を追設した実施形態である。
【００４４】
図４は、本実施形態によるマイクロ化学処理装置の概略構造を表す側断面図である。この図４において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４５】
本実施形態において、マイクロ化学処理装置１３は略平板重ね構造であり、中空状のケーシング２’と、このケーシング２’内に流路壁として設けられ、被処理物質Ｂの選択透過性を有する略平板状の２つの固体電解質３と、これら固体電解質３，３の間に形成され被処理物質Ｂを流す流路５と、この流路５の一方側（図４中上側）及び反対側（図４中下側）に固体電解質３を挟んで形成され被処理物質Ａを流す２つの流路４と、固体電解質３に所定電圧を可変に印加する可変電源６とを備えている。
【００４６】
以上のように構成した本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様、単位体積あたりの化学処理量を十分に増大させるとともに、極めて容易かつ高精度に処理量を制御することができる。
【００４７】
本発明の第３実施形態を図５により説明する。本実施形態は、固体電解質３、被処理物質Ａを流す流路４、及び被処理物質Ｂを流す流路５を立体的に積層した実施形態である。
【００４８】
図５は、本実施形態によるマイクロ化学処理装置の概略構造を表す側断面図である。この図５において、上記第１及び第２実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４９】
本実施形態において、マイクロ化学処理装置１４は略平板重ね構造であり、中空状のケーシング２’’と、このケーシング２’’内に流路壁として設けられ、被処理物質Ｂの選択透過性を有する略平板状の例えば４つの固体電解質３と、これら固体電解質３のそれぞれ一方側に形成され被処理物質Ａを流す例えば３つの流路４と、固体電解質３のそれぞれ他方側に形成され被処理物質Ｂを流す例えば２つの流路５と、固体電解質３に所定電圧を可変に印加する可変電源６とを備えている。
【００５０】
以上のように構成した本実施形態によっても、上記第１及び第２実施形態と同様、単位体積あたりの化学処理量を十分に増大させるとともに、極めて容易かつ高精度に処理量を制御することができる。
【００５１】
なお、上記第１〜第３実施形態においては、導電性皮膜１１Ａ，１１Ｂが電極手段として可変電源６に接続されるような構成を例に取り説明したが、これに限らない。すなわち、例えば被処理物質Ｂが導電性物質である場合は、導電性皮膜１１Ｂに代えて流路５内の適宜部位に別途電極手段を設け、この電極手段を可変電源６に接続してもよい。この場合も上記第１〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
本発明の第４実施形態を図６により説明する。本実施形態は、目標物質生成流路の一方側及び反対側にそれぞれ固体電解質を挟んで被処理物質Ｃ及び被処理物質Ｄを流す流路を設けた実施形態である。
【００５３】
図６は、本実施形態によるマイクロ化学処理装置の概略構造を表す側断面図である。この図６において、上記第１〜第３実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５４】
本実施形態において、マイクロ化学処理装置１５は略平板重ね構造であり、中空状のケーシング１６と、このケーシング１６内に流路壁として設けられ、被処理物質Ｃの選択透過性を有する略平板状の固体電解質１７と、ケーシング１６内に流路壁として設けられ、被処理物質Ｄの選択透過性を有する略平板状の固体電解質１８と、これら固体電解質１７，１８の間に形成された目標物質生成流路１９と、この目標物質生成流路１９の一方側（図６中上側）に固体電解質１７を挟んで形成され被処理物質Ｃを流す流路２０と、目標物質生成流路１９の他方側（図６中下側）に固体電解質１８を挟んで形成され被処理物質Ｄを流す流路２１と、固体電解質１７，１８に所定電圧を可変に印加する可変電源６とを備えている。
【００５５】
ケーシング１６は、例えば、断面が略コの字形状の上部ケーシング１６ａ及び下部ケーシング１６ｂと、流路２０に対応し注入口２２Ａを有する端板１６ｃと、目標物質生成流路１９に対応した注入側（図６中左側）の端板１６ｄと、流路２１に対応し注入口２２Ｂを有する端板１６ｅと、流路２０に対応した流出側（図６中右側）の端板１６ｆと、目標物質生成流路１９に対応し流出口２３を有する端板１６ｇと、流路２０に対応した流出側の端板１６ｈとが溶接等により接合された構造となっている。また、端板１６ｃ，１６ｄ，１６ｆ，１６ｇと固体電解質１７とは、電気絶縁性の熱圧接部材９を用いた熱圧接合によりそれぞれ接合されている。また同様に、端板１６ｄ，１６ｅ，１６ｇ，１６ｈと固体電解質１８とは、電気絶縁性の熱圧接部材９を用いた熱圧接合によりそれぞれ接合されている。
【００５６】
そして、注入口２２Ａ，２２Ｂ及び流出口２３にはそれぞれ開閉バルブ１０が接続され、これら複数の開閉バルブ１０が連通した状態で、流路２０には注入口２２Ａから被処理物質Ｃ（または被処理物質Ｃが含まれる混合物もしくは化合物、以降同様）が導入され、流路２１には注入口２２Ｂから被処理物質Ｄ（または被処理物質Ｄが含まれる混合物もしくは化合物、以降同様）が導入されるようになっている。
【００５７】
上記目標物質生成流路１９、上記流路２０、及び上記流路２１は、幅寸法（上部ケーシング１６ａまたは下部ケーシング１６ｂにおいて図６中紙面に垂直方向の内壁間隔）や高さ寸法（上部ケーシング１６ａ、固体電解質１７、固体電解質１８、下部ケーシング１６ｂのそれぞれの間隔、図中６上下方向）が１ｍｍ以下に、好ましくは数十〜数百μｍ程度で形成されている。
【００５８】
固体電解質１７の流路２０側（図６中上側）及び目標物質生成流路１９側（図６中下側）表面には導電性皮膜２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ設けられ、これら導電性皮膜２４Ａ，２４Ｂは少なくとも被処理物質Ｃを透過するようになっている。また、固体電解質１８の目標物質生成流路１９側（図６中上側）及び流路２１側（図６中下側）表面には導電性皮膜２４Ｂ，２４Ｃがそれぞれ設けられ、これら導電性皮膜２４Ｂ，２４Ｃは少なくとも被処理物質Ｄを透過するようになっている。そして、流路２０側の導電性皮膜２４Ａ及び流路２１側の導電性皮膜２４Ｃが陰極側、目標物質生成流路１９側の導電性皮膜２４Ｂ，２４Ｂが陽極側となるように可変電源６が接続され、被処理物質Ｃの選択透過性を有する固体電解質１７、及び被処理物質Ｄの選択透過性を有する固体電解質１８に所定の電圧がそれぞれ印加される。
【００５９】
これにより、例えば被処理物質Ｃがアルカリ金属等である場合、流路２０側の被処理物質Ｃは導電性皮膜２４Ａに電子を放出して陽イオンとなり、固体電解質１７中を通過して目標物質生成流路１９側に導出され、導電性皮膜２４Ｂから電子を受け取って原子となる。また、例えば被処理物質Ｄがアルカリ金属等である場合、流路２１側の被処理物質Ｄは導電性皮膜２４Ｃに電子を放出して陽イオンとなり、固体電解質１８中を通過して目標物質生成流路１９側に導出され、導電性皮膜２４Ｂから電子を受け取って原子となる。この結果、目標物質生成流路１９内にて、固体電解質１７の全表面から被処理物質Ｃが原子レベルで湧き出し、固体電解質１８の全表面から被処理物質Ｄが原子レベルで湧き出し、これら被処理物質Ｃと被処理物質Ｄとが原子レベルで拡散し混合または反応して目標物質Ｙを生成し、この目標物質Ｙが流出口２３から流出される。
【００６０】
なお、以上において、被処理物質Ｃは各請求項記載の第３被処理物質を構成し、被処理物質Ｄは各請求項記載の第４被処理物質を構成する。また、流路２０は第３流路を構成し、流路２１は第４流路を構成する。また、固体電解質１７は第１固体電解質を構成し、固体電解質１８は第２固体電解質を構成する。
【００６１】
以上のように構成した本実施形態においても、上記第１〜第３実施形態と同様、単位体積あたりの化学処理量を十分に増大させることができる。
【００６２】
また、固体電解質１７，１８に可変電圧６によって電場を印加しポンプ作用を発生させることにより、従来構造において別途必要であった流路２０，２１側のポンプ等の駆動源を不要とすることができる。また、可変電源６の電流増減等による固体電解質１７，１８の電場調整で被処理物質Ｃ，Ｄの透過流量Ｖをそれぞれ制御することにより、極めて容易かつ高精度に処理量を制御することができるとともに、例えば反応の局在化を無くし目標物質生成流路１９内に未反応物質が混在することを防ぎ、目標物質Ｙの均一性及び安全性を高めることができる。
【００６３】
本発明の第５実施形態を図７により説明する。本実施形態は、上記第４実施形態の目標物質生成流路１９に代えて、被処理物質Ｅを流す流路を設けた実施形態である。
【００６４】
図７は、本実施形態によるマイクロ化学処理装置の概略構造を表す側断面図である。この図７において、上記第１〜第４実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６５】
本実施形態において、マイクロ化学処理装置２５は略平板重ね構造であり、中空状のケーシング１６’と、このケーシング１６’内に流路壁として設けた固体電解質１７，１８の間に形成され被処理物質Ｅを流す流路２６と、この流路２６の一方側（図７中上側）に固体電解質１７を挟んで形成され被処理物質Ｃを流す流路１９と、流路２６の他方側（図７中下側）に固体電解質１８を挟んで形成され被処理物質Ｄを流す流路２０と、固体電解質１７，１８にそれぞれ所定電圧を可変に印加する可変電源６とを備えている。
【００６６】
なお、本実施形態において、被処理物質Ｅは各請求項記載の第５被処理物質を構成し、被処理物質Ｃは各請求項記載の第６被処理物質を構成し、被処理物質Ｄは各請求項記載の第７被処理物質を構成する。また、流路２６は第５流路を構成し、流路２０は第６流路を構成し、流路２１は第７流路を構成する。また、固体電解質１７は第３固体電解質を構成し、固体電解質１８は第４固体電解質を構成する。
【００６７】
本実施形態では、被処理物質Ｅを流す流路２６内にて、固体電解質１７の全表面から被処理物質Ｃが原子レベルで湧き出し、固体電解質１８の全表面から被処理物質Ｄが原子レベルで湧き出し、これら被処理物質Ｃと被処理物質Ｄと被処理物質Ｅが原子レベルで拡散し混合または反応して目標物質Ｚを生成し、この目標物質Ｚが流出口２３から流出される。この結果、本実施形態においても、上記第１〜第４実施形態と同様、単位体積あたりの化学処理量を十分に増大させることができるとともに、極めて容易かつ高精度に処理量を制御することができる。
【００６８】
なお、上記第４実施形態においては、三元系（被処理物質Ｃ，Ｄ，Ｅ）の反応系について説明したが、これに限らず、例えば新たに被処理物質を流す流路及びその被処理物質の選択透過性を有する固体電解質を追設して三元系以上の反応系に適用してもよいことは言うまでもない。
【００６９】
また、上記第４及び第５実施形態においては、導電性皮膜２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが電極手段として可変電源６に接続されるような構成を例に取り説明したが、これに限らない。すなわち、例えば、被処理物質Ｃが導電性物質である場合は導電性皮膜２４Ａに代えて流路２０内の適宜部位に別途電極手段を設け、また被処理物質Ｄが導電性物質である場合は導電性皮膜２４Ｃに代えて流路２１内の適宜部位に別途電極手段を設け、これら電極手段を可変電源６に接続してもよい。この場合も上記第４及び第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、単位体積あたりの化学処理量を十分に増大させるとともに、極めて容易かつ高精度に処理量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ化学処理装置の第１実施形態の概略構造を表す側断面図である。
【図２】本発明のマイクロ化学処理装置の第１実施形態を構成する固体電解質の一例であるβアルミナの単結晶分子構造を表す図である。
【図３】本発明のマイクロ化学処理装置の変形例の概略構造を表す鳥瞰図である。
【図４】本発明のマイクロ化学処理装置の第２実施形態の概略構造を表す側断面図である。
【図５】本発明のマイクロ化学処理装置の第３実施形態の概略構造を表す側断面図である。
【図６】本発明のマイクロ化学処理装置の第４実施形態の概略構造を表す側断面図である。
【図７】本発明のマイクロ化学処理装置の第５実施形態の概略構造を表す側断面図である。
【符号の説明】
１      マイクロ化学処理装置
３      固体電解質
４      流路（第１流路）
５      流路（第２流路）
６      可変電源（電場制御手段）
１１Ａ  導電性皮膜
１１Ｂ  導電性皮膜
１３    マイクロ化学処理装置
１４    マイクロ化学処理装置
１５    マイクロ化学処理装置
１７    固体電解質（第１固体電解質、第３固体電解質）
１８    固体電解質（第２固体電解質、第４固体電解質）
１９    目標物質生成流路
２０    流路（第３流路、第６流路）
２１    流路（第４流路、第７流路）
２４Ａ  導電性皮膜
２４Ｂ  導電性皮膜
２４Ｃ  導電性皮膜
２５    マイクロ化学処理装置
２６    流路（第５流路）
Ａ      被処理物質（第１被処理物質）
Ｂ      被処理物質（第２被処理物質）
Ｃ      被処理物質（第３被処理物質、第６被処理物質）
Ｄ      被処理物質（第４被処理物質、第７被処理物質）
Ｅ      被処理物質（第５被処理物質）
Ｖ      被処理物質の透過流量
Ｘ      目標物質
Ｙ      目標物質
Ｚ      目標物質
【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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