(57)【要約】【課題】上向流路部とその下流側の下向流路部とを有するマイクロチャネルを備えた流体流通装置において、低密度流体による下向流路部の閉塞を容易に解消できるようにする。【解決手段】流体流通装置１は、マイクロチャネル５２とそのマイクロチャネル５２から流体を逃すための逃し流路５３，５４，５５とを内部に有する流路構造体２を備え、マイクロチャネル５２は、流体を上向きに流通させた後、下向きに流通させる折返流路部６１，６５，６９を有し、折返流路部６１，６５，６９は、その折返流路部６１，６５，６９の中で最も高い位置に配置された頂部７４，７７，８０と、その頂部７４，７７，８０を境に流体を上向きと下向きにそれぞれ流通させる上向流路部７３，７６，７９及び下向流路部７５，７８，８１とを有し、逃し流路５３，５４，５５は、折返流路部６１，６５，６９の頂部７４，７７，８０に接続されている。【選択図】図２
2016117010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通させながら所定の処理を行うための流体流通装置であって、
処理対象の流体を流通させる少なくとも１つのマイクロチャネル及びそのマイクロチャネルから流体を逃すための少なくとも１つの逃し流路を内部に有する流路構造体と、
前記逃し流路から流体が排出されるのを許容する許容状態と前記逃し流路から流体が排出されるのを阻止する阻止状態とに切換可能に構成された排出切換部と、を備え、
前記マイクロチャネルは、流体を上向きに流通させた後、下向きに流通させる少なくとも１つの折返流路部を有し、
前記折返流路部は、その折返流路部の中で最も高い位置に配置された頂部と、前記頂部に接続されていて、流体を上向きに流通させて前記頂部へ流入させる上向流路部と、前記頂部に接続されていて、前記頂部から流入する流体を下向きに流通させる下向流路部とを有し、
前記逃し流路は、前記折返流路部のうちの前記頂部又はその近傍の部位に接続されている、流体流通装置。
【請求項２】
前記逃し流路は、前記頂部に接続されている、請求項１に記載の流体流通装置。
【請求項３】
前記頂部は、水平方向に延び、
前記逃し流路は、前記頂部のうち前記下向流路部の上端が接続された箇所に接続されている、請求項２に記載の流体流通装置。
【請求項４】
前記流体流通装置は、流体が前記下向流路部を上向きに流れるように前記マイクロチャネルに流体を逆流させる逆流装置をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体流通装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの折返流路部は、複数の折返流路部を含み、
前記少なくとも１つの逃し流路は、前記各折返流路部に対応して設けられた複数の逃し流路を含み、
前記排出切換部は、前記各逃し流路に対応して設けられ、対応する前記逃し流路から流体が排出されるのを許容する許容状態と対応する前記逃し流路から流体が排出されるのを阻止する阻止状態とにそれぞれ切換可能に構成された複数の個別切換部を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体流通装置。
【請求項６】
前記流路構造体は、互いに積層された複数の層を含み、
前記少なくとも１つのマイクロチャネルは、前記各層にそれぞれ形成されるとともに前記複数の層の積層方向に配列された複数のマイクロチャネルを含み、
前記少なくとも１つの逃し流路は、前記各マイクロチャネルに対応して前記各層にそれぞれ形成されるとともに前記複数の層の積層方向に配列された複数の逃し流路を含み、
前記排出切換部は、前記許容状態において前記複数の逃し流路から流体が排出されるのを許容し、前記阻止状態において前記複数の逃し流路から流体が排出されるのを阻止するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体流通装置。
【請求項７】
請求項１に記載の流体流通装置の運転方法であって、
前記排出切換部を前記阻止状態にした状態で前記マイクロチャネルに処理対象の流体を供給して流通させる流通工程と、
前記下向流路部が処理対象の流体よりも低密度の流体である低密度流体によって閉塞したときに前記マイクロチャネルへの処理対象の流体の供給を停止する供給停止工程と、
前記供給停止工程の後、前記下向流路部内の低密度流体が前記逃し流路を通って流出するように前記排出切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換える切換工程と、を備える、流体流通装置の運転方法。
【請求項８】
前記切換工程の後、前記下向流路部から前記逃し流路へ流体が流れるように前記マイクロチャネルに流体を逆流させる逆流工程をさらに備える、請求項７に記載の流体流通装置の運転方法。
【請求項９】
請求項５に記載の流体流通装置の運転方法であって、
前記各排出切換部を前記阻止状態にした状態で前記マイクロチャネルに処理対象の流体を供給して流通させる流通工程と、
前記複数の折返流路部の前記下向流路部の少なくとも１つが処理対象の流体よりも低密度の流体である低密度流体によって閉塞したときに前記マイクロチャネルへの処理対象の流体の供給を停止する供給停止工程と、
前記供給停止工程の後、前記各折返流路部の前記下向流路部から流体を排出させる排出工程と、を備え、
前記排出工程では、所定の前記折返流路部に対応する前記個別切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換えた後、前記マイクロチャネルに流体を逆流させて前記所定の折返流路部の前記下向流路部から対応する前記逃し流路を通じて流体を排出させ、その後、前記所定の折返流路部の上流側に隣り合う前記折返流路部である上流側折返流路部に対応する前記個別切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換えた後、前記マイクロチャネルに流体を逆流させて前記上流側折返流路部の前記下向流路部から対応する前記逃し流路を通じて流体を排出させるという操作を、前記複数の折返流路部の全てについて下流側の前記折返流路部から上流側の前記折返流路部へ順番に実施する、流体流通装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体流通装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を流通させるマイクロチャネルを有していてそのマイクロチャネルに流体を流通させながらその流体による所定の処理を行う流体流通装置が知られている。下記特許文献１には、このような流体流通装置の一例であるマイクロチャネル熱交換器が示されている。
【０００３】
特許文献１に示されたマイクロチャネル熱交換器は、熱交換を行うための熱伝導層を備えており、その熱伝導層には、熱交換を行わせる流体が流通する多数の屈曲マイクロチャネルが形成されている。各屈曲マイクロチャネルは、流体の流れ方向を交互に逆向きに変える複数の湾曲部を備えている。各屈曲マイクロチャネルがこのような複数の湾曲部を有することにより、各屈曲マイクロチャネルの入口から出口の間での圧力低下の大きさが気体のバブルポイント以上に設定され、それによって、気体による各屈曲マイクロチャネルの閉塞が防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４３８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、流体流通装置の中には、流体を上向きに流通させる上向流路部と、その上向流路部の下流側に繋がるとともにその上向流路部から折り返されて下側へ延び、流体を下向きに流通させる下向流路部とを有するマイクロチャネルを備えたものがある。このような流体流通装置では、上記特許文献１のようにマイクロチャネルが複数の湾曲部を有することによってそのマイクロチャネルの入口から出口の間での圧力低下の大きさが気体のバブルポイント以上の圧力に設定された場合であっても、下向流路部において気体による閉塞が発生する虞がある。
【０００６】
具体的に、マイクロチャネルの下向流路部に気体が入り込んだ場合には、その気体の浮力が当該下向流路部を下向きに流れる流体に対して逆向きに作用する。そのため、下向流路部内の気体を下向きの流体の流れによって押し流すことができなくなり、その結果、気体による下向流路部の閉塞が発生する虞がある。また、気体に限らず、マイクロチャネルに流通させて処理を行う対象流体よりも密度が小さい低密度流体が下向流路部に入り込んだ場合には、同様の原理により、低密度流体による下向流路部の閉塞が発生する。
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、上向流路部とその下流側の下向流路部とを有するマイクロチャネルを備えた流体流通装置において、低密度流体による下向流路部の閉塞を容易に解消できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明による流体流通装置は、流体を流通させながら所定の処理を行うための流体流通装置であって、処理対象の流体を流通させる少なくとも１つのマイクロチャネル及びそのマイクロチャネルから流体を逃すための少なくとも１つの逃し流路を内部に有する流路構造体と、前記逃し流路から流体が排出されるのを許容する許容状態と前記逃し流路から流体が排出されるのを阻止する阻止状態とに切換可能に構成された排出切換部と、を備え、前記マイクロチャネルは、流体を上向きに流通させた後、下向きに流通させる少なくとも１つの折返流路部を有し、前記折返流路部は、その折返流路部の中で最も高い位置に配置された頂部と、前記頂部に接続されていて、流体を上向きに流通させて前記頂部へ流入させる上向流路部と、前記頂部に接続されていて、前記頂部から流入する流体を下向きに流通させる下向流路部とを有し、前記逃し流路は、前記折返流路部のうちの前記頂部又はその近傍の部位に接続されている。なお、折返流路部のうちの頂部の近傍の部位とは、処理対象の流体よりも低密度の流体である低密度流体が下向流路部に溜まるときにその低密度流体が実質的に溜まる範囲の上端以上に位置する折返流路部中の部位を意味する。
【０００９】
この流体流通装置では、マイクロチャネルの折返流路部の下向流路部が低密度流体により閉塞した場合に排出切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換えることにより、下向流路部内の低密度流体をその浮力に逆らうことなく上昇させ、折返流路部の中で最も高い位置に配置された頂部又はその近傍の部位に接続された逃し流路を通じてその低密度流体を排出させることができる。このため、低密度流体による下向流路部の閉塞を容易に解消できる。
【００１０】
前記流体流通装置において、前記逃し流路は、前記頂部に接続されていてもよい。
【００１１】
この構成によれば、折返流路部の中で最も高い位置に配置された頂部から逃し流路を通じて低密度流体を排出させることができる。このため、折返流路部内の低密度流体を残らず排出することができる。
【００１２】
この場合において、前記頂部は、水平方向に延び、前記逃し流路は、前記頂部のうち前記下向流路部の上端が接続された箇所に接続されていてもよい。
【００１３】
この構成では、折返流路部の頂部が水平方向に延びている流体流通装置において、下向流路部に溜まった低密度流体をその下向流路部の上端からダイレクトに逃し流路を通じて排出することができる。このため、水平方向に延びる頂部に下向流路部から低密度流体が流入して滞留し、その低密度流体の排出に時間が掛かるのを防止できる。すなわち、下向流路部内の低密度流体を逃し流路を通じてスムーズに排出できる。
【００１４】
前記流体流通装置において、流体が前記下向流路部を上向きに流れるように前記マイクロチャネルに流体を逆流させる逆流装置をさらに備えていてもよい。
【００１５】
この構成によれば、下向流路部内の低密度流体を、逆流装置により逆流させた流体の流れの力によって強制的に排出することができる。このため、低密度流体による下向流路部の閉塞をより確実に且つ短時間で解消することができる。
【００１６】
前記流体流通装置において、前記少なくとも１つの折返流路部は、複数の折返流路部を含み、前記少なくとも１つの逃し流路は、前記各折返流路部に対応して設けられた複数の逃し流路を含み、前記排出切換部は、前記各逃し流路に対応して設けられ、対応する前記逃し流路から流体が排出されるのを許容する許容状態と対応する前記逃し流路から流体が排出されるのを阻止する阻止状態とにそれぞれ切換可能に構成された複数の個別切換部を含んでいてもよい。
【００１７】
この構成では、マイクロチャネルが複数の折返流路部を有するので、マイクロチャネルの大きな流路長を確保できる。その結果、マイクロチャネルにおける流体の処理を促進できる。しかも、この構成では、各折返流路部に対応して複数の逃し流路が設けられているとともに、その各逃し流路に対応して複数の個別切換部が設けられているので、いずれかの折返流路部の下向流路部が低密度流体によって閉塞した場合にその閉塞した下向流路部に対応する個別切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換えることにより、その閉塞した下向流路部から逃し流路部を通じて低密度流体を排出させてその下向流路部の閉塞を解消することができる。
【００１８】
前記流体流通装置において、前記流路構造体は、互いに積層された複数の層を含み、前記少なくとも１つのマイクロチャネルは、前記各層にそれぞれ形成されるとともに前記複数の層の積層方向に配列された複数のマイクロチャネルを含み、前記少なくとも１つの逃し流路は、前記各マイクロチャネルに対応して前記各層にそれぞれ形成されるとともに前記複数の層の積層方向に配列された複数の逃し流路を含み、前記排出切換部は、前記許容状態において前記複数の逃し流路から流体が排出されるのを許容し、前記阻止状態において前記複数の逃し流路から流体が排出されるのを阻止するように構成されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、各層の積層方向に配列された複数のマイクロチャネルに同時に処理対象の流体を流通させて単位時間当たりの流体の処理量を増大させることが可能な積層形の流体流通装置を得ることができる。しかも、その構成では、排出切換部を前記許容状態にすることによって、各マイクロチャネルに対応して設けられた複数の逃し流路から同時に流体の排出を許容することができる一方、排出切換部を前記阻止状態にすることによって、複数の逃し流路からの流体の排出を同時に阻止することができる。従って、積層形の流体流通装置が有する複数のマイクロチャネルの下向流路部から対応する各逃し流路を通じて低密度流体を排出させる状態と、その各逃し流路を通じた流体の排出を阻止して各マイクロチャネルに処理対象の流体を流通させる状態との切換を、排出切換部の切換操作で行うことができるため、個別のマイクロチャネル毎に切換操作を行う場合に比べてその切換操作を簡略なものとすることができる。
【００２０】
また、本発明による流体流通装置の運転方法は、前記排出切換部を前記阻止状態にした状態で前記マイクロチャネルに処理対象の流体を供給して流通させる流通工程と、前記下向流路部が処理対象の流体よりも低密度の流体である低密度流体によって閉塞したときに前記マイクロチャネルへの処理対象の流体の供給を停止する供給停止工程と、前記供給停止工程の後、前記下向流路部内の低密度流体が前記逃し流路を通って流出するように前記排出切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換える切換工程と、を備える。
【００２１】
この運転方法によれば、マイクロチャネルに処理対象の流体を流通させて所定の処理を行っているときに下向流路部が低密度流体によって閉塞した場合にその閉塞を容易に解消できる。
【００２２】
前記流体流通装置の運転方法は、前記切換工程の後、前記下向流路部から前記逃し流路へ流体が流れるように前記マイクロチャネルに流体を逆流させる逆流工程をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、マイクロチャネルに逆流させた流体の流れの力によって下向流路部内の低密度流体を強制的に排出することができる。このため、低密度流体による下向流路部の閉塞をより確実に且つ短時間で解消することができる。
【００２４】
また、本発明による流体流通装置の運転方法は、複数の折返流路部、複数の逃し流路及び複数の個別切換部を含む前記流体流通装置の運転方法であって、前記各排出切換部を前記阻止状態にした状態で前記マイクロチャネルに処理対象の流体を供給して流通させる流通工程と、前記複数の折返流路部の前記下向流路部の少なくとも１つが処理対象の流体よりも低密度の流体である低密度流体によって閉塞したときに前記マイクロチャネルへの処理対象の流体の供給を停止する供給停止工程と、前記供給停止工程の後、前記各折返流路部の前記下向流路部から流体を排出させる排出工程と、を備え、前記排出工程では、所定の前記折返流路部に対応する前記個別切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換えた後、前記マイクロチャネルに流体を逆流させて前記所定の折返流路部の前記下向流路部から対応する前記逃し流路を通じて流体を排出させ、その後、前記所定の折返流路部の上流側に隣り合う前記折返流路部である上流側折返流路部に対応する前記個別切換部を前記阻止状態から前記許容状態に切り換えた後、前記マイクロチャネルに流体を逆流させて前記上流側折返流路部の前記下向流路部から対応する前記逃し流路を通じて流体を排出させるという操作を、前記複数の折返流路部の全てについて下流側の前記折返流路部から上流側の前記折返流路部へ順番に実施する。
【００２５】
この流体流通装置の運転方法によれば、複数の折返流路部の各下向流路部内の低密度流体を、マイクロチャネルに逆流させた流体の流れの力によって強制的に排出することができる。このため、低密度流体による各下向流路部の閉塞を確実に解消することができる。しかも、マイクロチャネルに流体を逆流させることによる下向流路部内の低密度流体の逃し流路を通じた排出を下流側の折返流路部から上流側の折返流路部へ順番に実施するので、下流側の折返流路部の下向流路部に溜まっていた低密度流体がその折返流路部の上向流路部に流入してその上向流路部を閉塞し、次に上流側の折返流路部の下向流路部から低密度流体を排出させるときにその下向流路部へ流体を逆流させることができなくなるのを防止できる。従って、この運転方法によれば、流体を逆流させることによる全ての下向流路部内の低密度流体の強制的な排出を円滑に実施することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、上向流路部とその下流側の下向流路部とを有するマイクロチャネルを備えた流体流通装置において、低密度流体による下向流路部の閉塞を容易に解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態による流体流通装置の概略的な斜視図である。
【図２】第１実施形態による流体流通装置の流路構造体を構成する流路基板の第２板面側から見た構成と、処理対象の流体の供給部、処理対象の流体の排出部、逃し流体排出部及び排出切換部の構成とを模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態による流体流通装置の流路構造体を構成する流路基板を第２板面側から見た構成と、処理対象の流体の供給部、処理対象の流体の排出部、逃し流体排出部及び排出切換部の構成とを模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態による流体流通装置の図２相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１〜図３には、本発明の第１実施形態による流体流通装置１の構成が示されている。流体流通装置１は、第１流体と第２流体を流通させながらそれらの流体同士を化学反応させる反応装置や、第１流体と抽剤としての第２流体を流通させながら第１流体から第２流体へ特定成分を抽出させる抽出装置等に用いられる。なお、第１流体及び第２流体は、本発明における処理対象の流体の一例である。また、流体同士の化学反応や、第１流体から第２流体への特定成分の抽出は、本発明における所定の処理の一例である。
【００３０】
第１実施形態による流体流通装置１は、図１に示すように、流路構造体２と、第１供給ヘッダ４と、第２供給ヘッダ６と、対象流体排出部８と、排出バルブ１０と、逃し流体排出部１２と、排出切換部１４と、第１供給配管１５と、第１供給ポンプ１６と、第１供給バルブ１７と、第２供給配管１８と、第２供給ポンプ１９と、第２供給バルブ２０と、第１入側圧力計２１と、第２入側圧力計２２と、出側圧力計２３と、を備える。
【００３１】
流路構造体２は、第１流体及び第２流体を流通させる多数のマイクロチャネル５２（図２及び図３参照）と、そのマイクロチャネル５２から流体を逃すための多数の第１〜第３逃し流路５３，５４，５５（図２及び図３参照）とを内部に有する直方体状の構造体である。流路構造体２は、図１に示すように、多数の板が積層されて互いに接合されることによって形成された積層体からなる。流路構造体２を構成する多数の板は、本発明における複数の層の一例である。流路構造体２を構成する各板は、その厚み方向の一方側から見て長方形状を呈し、例えばステンレス鋼板からなる。流路構造体２は、それを構成する各板の板面が鉛直方向に延びるとともに、各板の長辺方向が水平方向に一致し、且つ、各板の短辺方向が鉛直方向に一致する姿勢で設置される。
【００３２】
流路構造体２は、下側を向く下面２ａと、上側を向く上面２ｂと、下面２ａ及び上面２ｂに対して垂直に配置され、各板の長辺方向における一方側を向く第１側面２ｃと、下面２ａ及び上面２ｂに対して垂直に配置され、第１側面２ｃの反対側の面である第２側面２ｄとを有する。下面２ａ、上面２ｂ、第１側面２ｃ及び第２側面２ｄは、流路構造体２を構成する各板の周縁部の対応する端面によってそれぞれ形成されている。流路構造体２を構成する複数の板には、複数の流路基板４６と、複数の封止板４８とが含まれる。
【００３３】
各流路基板４６は、複数のマイクロチャネル５２（図２参照）と、複数のマイクロチャネル５２に対応する複数の第１逃し流路５３と、複数のマイクロチャネル５２に対応する複数の第２逃し流路５４と、複数のマイクロチャネル５２に対応する複数の第３逃し流路５５とが形成される平板である。各流路基板４６は、その厚み方向の一方の板面である第１板面４６ａ（図２参照）と、第１板面４６ａと反対側の板面である第２板面４６ｂ（図３参照）とを有する。第１板面４６ａと第２板面４６ｂには、それぞれ別の封止板４８（図１参照）が積層されて接合されている。
【００３４】
マイクロチャネル５２は、数μｍ〜数ｍｍの微小な流路径を有する。各マイクロチャネル５２は、図２及び図３に示すように、第１供給流路部５７と、第２供給流路部５８と、合流部５９と、作用流路部６０とを有する。
【００３５】
第１供給流路部５７には、第１流体が導入される。第１供給流路部５７は、導入された第１流体を合流部５９へ導く流路である。各マイクロチャネル５２の第１供給流路部５７は、図２に示すような並列の形態で配置されている。第１供給流路部５７は、第１流体を受け入れる第１導入口５７ａ（図２参照）をその一端に有する。第１導入口５７ａは、流路構造体２の下面２ａにおいて開口している。第１供給流路部５７は、第１導入口５７ａから下面２ａに対して垂直に上側へ延びており、導入された第１流体が上向きに流れるようにその第１流体を導く。流路基板４６には、第１供給流路部５７に対応した形状の微細な溝が第１板面４６ａにおいて開口するように形成され、その溝の開口が第１板面４６ａに積層された封止板４８（図１参照）で封止されることにより、第１供給流路部５７が形成されている。
【００３６】
第２供給流路部５８（図３参照）には、第２流体が導入される。第２供給流路部５８は、導入された第２流体を合流部５９へ導く流路である。各マイクロチャネル５２の第２供給流路部５８は、図３に示すような並列の形態で配置されている。第２供給流路部５８は、第２流体を受け入れる第２導入口５８ａをその一端に有する。第２導入口５８ａは、流路構造体２の第１側面２ｃにおいて開口する。第２供給流路部５８は、第２導入口５８ａから第１側面２ｃに対して垂直に第２側面２ｄ側へ延び、流路基板４６の厚み方向の一方側から見て対応する第１供給流路部５７と重なる位置で上向きに屈曲して上側へ延びている。第２供給流路部５８は、導入された第２流体が第２側面２ｄ側へ流れた後、上向きに方向を変えて流れるようにその第２流体を導く。流路基板４６には、第２供給流路部５８に対応した形状の微細な溝が第２板面４６ｂにおいて開口するように形成され、その溝の開口が第２板面４６ｂに積層された封止板４８（図１参照）で封止されることにより、第２供給流路部５８が形成されている。
【００３７】
合流部５９（図２参照）は、対応する第１供給流路部５７により導かれた第１流体と、対応する第２供給流路部５８により導かれた第２流体とを合流させる部分である。合流部５９は、対応する第１供給流路部５７の第１導入口５７ａと反対側の端部と、対応する第２供給流路部５８の第２導入口５８ａと反対側の端部とに繋がる。流路基板４６には、合流部５９に対応する形状の貫通穴が当該流路基板４６の厚み方向に貫通するように形成されている。その貫通穴の第１板面４６ａ側の開口が第１板面４６ａに積層された封止板４８（図１参照）で封止されるとともに、当該貫通穴の第２板面４６ｂ（図３参照）側の開口が第２板面４６ｂに積層された封止板４８で封止されることにより、合流部５９が形成されている。
【００３８】
作用流路部６０は、図２に示すように、対応する合流部５９の上端に繋がる。作用流路部６０には、対応する合流部５９で合流した第１流体及び第２流体が流入する。作用流路部６０は、流入した第１流体及び第２流体を互いに接触した状態で流通させながらそれらの流体同士に相互作用を生じさせる。例えば、流体流通装置１が反応装置として用いられる場合には、作用流路部６０は、第１流体と第２流体を互いに接触した状態で流通させながらそれらの流体同士を化学反応させる。また、流体流通装置１が抽出装置として用いられる場合には、作用流路部６０は、第１流体と抽剤としての第２流体とを互いに接触した状態で流通させながら第１流体から第２流体へ特定成分を抽出させる。
【００３９】
作用流路部６０は、合流部５９から第１供給流路部５７の延長線上で上側に延びた後、折り返されて下方へ延び、その後、上方と下方へ交互に延びるように繰り返し折り返された蛇行形状をなす。各マイクロチャネル５２の作用流路部６０は、図２に示すような並列の形態で配置されている。
【００４０】
作用流路部６０は、第１折返流路部６１と、第１底部６３と、第２折返流路部６５と、第２底部６７と、第３折返流路部６９と、第３底部７１と、最終上向流路部７２とを有する。第１〜第３折返流路部６１，６５，６９は、本発明における折返流路部の一例である。
【００４１】
第１折返流路部６１は、合流部５９から流入した流体を上向きに流通させた後、下向きに流通させるように構成されている。この第１折返流路部６１は、第１上向流路部７３と、第１頂部７４と、第１下向流路部７５とを有する。
【００４２】
第１上向流路部７３は、対応する合流部５９に繋がり、その合流部５９から上側へ直線的に延びている。第１上向流路部７３は、合流部５９から流入した流体を上向きに流通させて第１頂部７４に流入させる。
【００４３】
第１頂部７４は、第１上向流路部７３の上端に繋がり、その上端から第２側面２ｄ側へ水平に延びる流路部である。この第１頂部７４は、第１折返流路部６１の中で最も高い位置に配置された部分である。第１頂部７４は、第１上向流路部７３から流入した流体が第２側面２ｄ側へ流れるようにその流体を導く。
【００４４】
第１下向流路部７５は、第１頂部７４の下流側の端部、すなわち第１頂部７４の第２側面２ｄ側の端部に繋がり、その端部から下方へ延びている。第１下向流路部７５は、第１頂部７４から流入した流体を下向きに流通させる。
【００４５】
第１底部６３は、第１下向流路部７５の下流側の端部、すなわち第１下向流路部７５の下端に繋がり、その下端から第２側面２ｄ側へ水平に延びる流路部である。第１底部６３は、第１下向流路部７５から流入した流体が第２側面２ｄ側へ流れるようにその流体を導く。
【００４６】
第２折返流路部６５は、第１底部６３から流入した流体を上向きに流通させた後、下向きに流通させるように構成されている。この第２折返流路部６５は、第２上向流路部７６と、第２頂部７７と、第２下向流路部７８とを有する。
【００４７】
第２上向流路部７６は、第１底部６３の下流側の端部、すなわち第１底部６３の第２側面２ｄ側の端部に繋がり、その端部から上側へ直線的に延びている。第２上向流路部７６は、第１底部６３から流入した流体を上向きに流通させて第２頂部７７に流入させる。
【００４８】
第２頂部７７は、第２上向流路部７６の上端に繋がっており、第２上向流路部７６から流入した流体が第２側面２ｄ側へ流れるようにその流体を導く流路部である。第２頂部７７は、第２折返流路部６５の中で最も高い位置に配置された部分であり、第１折返流路部６１における第１頂部７４に対応した構成を有する。
【００４９】
第２下向流路部７８は、第２頂部７７の下流側の端部に繋がっており、第２頂部７７から流入した流体を下向きに流通させる。第２下向流路部７８は、第１折返流路部６１における第１下向流路部７５に対応した構成を有する。
【００５０】
第２底部６７は、第２下向流路部７８の下流側の端部、すなわち第２下向流路部７８の下端に繋がり、その下端から第２側面２ｄ側へ水平に延びている。第２底部６７は、第２下向流路部７８から流入した流体が第２側面２ｄ側へ流れるようにその流体を導く。
【００５１】
第３折返流路部６９は、第２底部６３から流入した流体を上向きに流通させた後、下向きに流通させるように構成されている。第３折返流路部６９は、第３上向流路部７９と、第３頂部８０と、第３下向流路部８１とを有する。
【００５２】
第３上向流路部７９は、第２底部６７の下流側の端部に繋がっており、第２底部６７から流入した流体を上向きに流通させる。第３上向流路部７９は、第２折返流路部６５における第２上向流路部７６に対応した構成を有する。
【００５３】
第３頂部８０は、第３上向流路部７９の上端に繋がっており、第３上向流路部７９から流入した流体が第２側面２ｄ側へ流れるようにその流体を導く流路部である。第３頂部８０は、第３折返流路部６９の中で最も高い位置に配置された部分であり、第１折返流路部６１における第１頂部７４に対応した構成を有する。
【００５４】
第３下向流路部８１は、第３頂部８０の下流側の端部に繋がっており、第３頂部８０から流入した流体を下向きに流通させる。第３下向流路部８１は、第１折返流路部６１における第１下向流路部７５に対応した構成を有する。
【００５５】
なお、上記の第１〜第３上向流路部７３，７６，７９は、本発明における上向流路部の一例である。また、上記の第１〜第３頂部７４，７７，８０は、本発明における頂部の一例である。また、上記の第１〜第３下向流路部７５，７８，８１は、本発明における下向流路部の一例である。
【００５６】
第３底部７１は、第３下向流路部８１の下流側の端部、すなわち第３下向流路部８１の下端に繋がり、その下端から第２側面２ｄ側へ水平に延びている。第３底部７１は、第３下向流路部８１から流入した流体が第２側面２ｄ側へ流れるようにその流体を導く。
【００５７】
最下流上向流路部７２は、第３底部７１の下流側の端部、すなわち第３底部７１の第２側面２ｄ側の端部に繋がり、その端部から上側へ直線的に延びて流路構造体２の上面２ｂに達している。最下流上向流路部７２は、第３底部７１から流入した流体を上向きに流通させる。最下流上向流路部７２は、当該最下流上向流路部７２を流れた流体を排出する排出口７２ａをその上端に有する。排出口７２ａは、マイクロチャネル５２の流体の出口に相当する。排出口７２ａは、流路構造体２の上面２ｂにおいて開口している。
【００５８】
流路基板４６には、以上のような各流路部からなる作用流路部６０に対応した形状の複数の微細な溝が第１板面４６ａ（図２参照）において開口するように形成されている。そして、その各溝の開口が第１板面４６ａに積層された封止板４８（図１参照）で封止されることにより、各作用流路部６０が形成されている。
【００５９】
各第１逃し流路５３（図３参照）は、対応するマイクロチャネル５２の第１下向流路部７５が処理対象の第１及び第２流体よりも密度が小さい低密度流体によって閉塞された場合にその第１下向流路部７５から低密度流体を逃すための流路である。
【００６０】
各第１逃し流路５３は、対応するマイクロチャネル５２の第１折返流路部６１の第１頂部７４に繋がっている。具体的には、各第１逃し流路５３は、対応するマイクロチャネル５２の第１頂部７４のうち第１下向流路部７５の上端が接続された箇所、すなわち第１頂部７４の第２側面２ｄ側の端部に繋がっている。各第１逃し流路５３は、第１頂部７４に対する接続箇所から上方へ直線的に延びている。各第１逃し流路５３は、図３に示すように水平方向に並列に配置されている。
【００６１】
各第１逃し流路５３は、対応する第１下向流路部７５から流入した流体を排出する排出口５３ａをその上端に有する。排出口５３ａは、流路構造体２の上面２ｂにおいて開口している。流路基板４６には、各第１逃し流路５３に対応した形状の複数の微細な溝が第２板面４６ｂ（図３参照）において開口するように形成されている。各溝の下端部は、流路基板４６の厚み方向から見て、対応する第１頂部７４に重なり、その重なった箇所において流路基板４６を厚み方向に貫通する貫通穴を介して第１下向流路部７５と繋がっている。そして、各溝の第２板面４６ｂにおける開口が第２板面４６ｂに積層された封止板４８（図１参照）で封止されることにより、各第１逃し流路５３が形成されている。
【００６２】
各第２逃し流路５４（図３参照）は、対応するマイクロチャネル５２の第２下向流路部７８が低密度流体によって閉塞された場合にその第２下向流路部７８から低密度流体を逃すための流路である。
【００６３】
各第２逃し流路５４は、対応するマイクロチャネル５２の第２折返流路部６５の第２頂部７７に繋がっている。具体的には、各第２逃し流路５４は、対応するマイクロチャネル５２の第２頂部７７のうち第２下向流路部７５の上端が接続された箇所、すなわち第２頂部７７の第２側面２ｄ側の端部に繋がっている。各第２逃し流路５４は、第２頂部７７に対する接続箇所から上方へ直線的に延びている。各第２逃し流路５４は、対応する第２下向流路部７８から流入した流体を排出する排出口５４ａをその上端に有しており、この排出口５４ａは、流路構造体２の上面２ｂにおいて開口している。各第２逃し流路５４の上記以外の構成は、各第１逃し流路５３の構成と同様である。
【００６４】
各第３逃し流路５５（図３参照）は、対応するマイクロチャネル５２の第３下向流路部８１が低密度流体によって閉塞された場合にその第３下向流路部８１から低密度流体を逃すための流路である。
【００６５】
各第３逃し流路５５は、対応するマイクロチャネル５２の第３折返流路部６９の第３頂部８０に繋がっている。具体的には、各第３逃し流路５５は、対応するマイクロチャネル５２の第３頂部８０のうち第３下向流路部８１の上端が接続された箇所、すなわち第３頂部８０の第２側面２ｄ側の端部に繋がっている。各第３逃し流路５５は、第３頂部８０に対する接続箇所から上方へ直線的に延びている。各第３逃し流路５５は、対応する第３下向流路部８１から流入した流体を排出する排出口５５ａをその上端に有しており、この排出口５５ａは、流路構造体２の上面２ｂにおいて開口している。各第３逃し流路５５の上記以外の構成は、各第１逃し流路５３の構成と同様である。
【００６６】
第１供給ヘッダ４（図１及び図２参照）は、流路構造体２に設けられた全てのマイクロチャネル５２の第１導入口５７ａを一括して覆うように流路構造体２の下面２ａに取り付けられている。第１供給ヘッダ４には、第１供給配管１５（図２参照）が接続されている。第１供給配管１５には、第１供給ポンプ１６が接続されている。第１供給ポンプ１６は、第１供給配管１５を通じて第１流体を第１供給ヘッダ４へ供給する。第１供給ヘッダ４は、第１供給配管１５から当該第１供給ヘッダ４の内部空間に導入された第１流体を各第１導入口５７ａに分配して供給する。
【００６７】
第１供給配管１５には、第１供給バルブ１７が設けられている。第１供給バルブ１７は、第１供給配管１５を通じた第１供給ヘッダ４への第１流体の供給を許容する開状態と、第１供給配管１５を通じた第１供給ヘッダ４への第１流体の供給を阻止する閉状態とに切換可能となっている。
【００６８】
第１供給配管１５の第１供給バルブ１７と第１供給ヘッダ４との間の部位には、第１入側圧力計２１が接続されている。第１入側圧力計２１は、第１供給配管１５を通じて第１供給ヘッダ４へ供給される第１流体の圧力を検出する。すなわち、第１入側圧力計２１は、各マイクロチャネル５２の第１導入口５７ａでの第１流体の圧力に相当する圧力を検出する。
【００６９】
第２供給ヘッダ６（図１及び図２参照）は、流路構造体２に設けられた全てのマイクロチャネル５２の第２導入口５８ａを一括して覆うように流路構造体２の第１側面２ｃに取り付けられている。第２供給ヘッダ６には、第２供給配管１８が接続されている。第２供給配管１８には、第２供給ポンプ１９（図２参照）が接続されている。第２供給ポンプ１９は、第２供給配管１８を通じて第２流体を第２供給ヘッダ６へ供給する。第２供給ヘッダ６は、第２供給配管１８から当該第２供給ヘッダ６の内部空間に導入された第２流体を各第２導入口５８ａに分配して供給する。
【００７０】
第２供給配管１８には、第２供給バルブ２０が設けられている。第２供給バルブ２０は、第２供給配管１８を通じた第２供給ヘッダ６への第２流体の供給を許容する開状態と、第２供給配管１８を通じた第２供給ヘッダ６への第２流体の供給を阻止する閉状態とに切換可能となっている。
【００７１】
第２供給配管１８の第２供給バルブ２０と第２供給ヘッダ６との間の部位には、第２入側圧力計２２が接続されている。第２入側圧力計２２は、第２供給配管１８を通じて第２供給ヘッダ６へ供給される第２流体の圧力を検出する。すなわち、第２入側圧力計２２は、各マイクロチャネル５２の第２導入口５８ａでの第２流体の圧力に相当する圧力を検出する。
【００７２】
対象流体排出部８（図２参照）は、流路構造体２に設けられた各マイクロチャネル５２の排出口７２ａから排出される流体を受ける部位である。対象流体排出部８は、排出ヘッダ２４と、排出配管２５とを有する。
【００７３】
排出ヘッダ２４（図１及び図２参照）は、流路構造体２に設けられた全てのマイクロチャネル５２の排出口７２ａを一括して覆うように流路構造体２の上面２ｂに取り付けられている。排出ヘッダ２４には、排出配管２５が接続されている。各マイクロチャネル５２の排出口７２ａから排出された流体は、排出ヘッダ２４の内部空間で合流して排出配管２５を通じて排出される。
【００７４】
排出配管２５には、排出バルブ１０（図２参照）が設けられている。排出バルブ１０は、排出ヘッダ２４から排出配管２５を通じて流体が流出するのを許容することにより各排出口７２ａから排出ヘッダ２４の内部空間への流体の排出を許容する開状態と、排出ヘッダ２４から排出配管２５を通じて流体が流出するのを阻止することにより各排出口７２ａから排出ヘッダ２４の内部空間への流体の排出を阻止する閉状態とに切換可能となっている。
【００７５】
排出配管２５の排出バルブ１０と排出ヘッダ２４との間の部位には、出側圧力計２３が接続されている。出側圧力計２３は、排出配管２５を通じて排出ヘッダ２４から排出される流体の圧力を検出する。すなわち、出側圧力計２３は、各マイクロチャネル５２の排出口７２ａでの流体の圧力に相当する圧力を検出する。
【００７６】
逃し流体排出部１２（図２参照）は、流路構造体２に設けられた各逃し流路５３，５４，５５の排出口５３ａ，５４ａ，５５ａから排出される流体を受ける部位である。逃し流体排出部１２は、第１排出部２７と、第２排出部２８と、第３排出部２９とを有する。
【００７７】
第１排出部２７は、各第１逃し流路５３の排出口５３ａから排出される流体を受けるように流路構造体２に取り付けられている。第１排出部２７は、図２に示すように、第１逃しヘッダ３２と、第１逃し配管３３とを有する。
【００７８】
第１逃しヘッダ３２は、流路構造体２に設けられた全ての第１逃し流路５３の排出口５３ａを一括して覆うように流路構造体２の上面２ｂに取り付けられている。第１逃しヘッダ３２には、第１逃し配管３３が接続されている。各第１逃し流路５３の排出口５３ａから排出された流体は、第１逃しヘッダ３２の内部空間で合流されて第１逃し配管３３を通って排出される。
【００７９】
第２排出部２８は、各第２逃し流路５４の排出口５４ａから排出される流体を受けるように流路構造体２に取り付けられている。第２排出部２８は、図２に示すように、第２逃しヘッダ３５と、第２逃し配管３６とを有する。
【００８０】
第２逃しヘッダ３５は、流路構造体２に設けられた全ての第２逃し流路５４の排出口５４ａを一括して覆うように流路構造体２の上面２ｂに取り付けられている。第２逃しヘッダ３５には、第２逃し配管３６が接続されている。各第２逃し流路５４の排出口５４ａから排出された流体は、第２逃しヘッダ３５の内部空間で合流されて第２逃し配管３６を通って排出される。
【００８１】
第３排出部２９は、各第３逃し流路５５の排出口５５ａから排出される流体を受けるように流路構造体２に取り付けられている。第３排出部２９は、図２に示すように、第３逃しヘッダ３８と、第３逃し配管３９とを有する。
【００８２】
第３逃しヘッダ３８は、流路構造体２に設けられた全ての第３逃し流路５５の排出口５５ａを一括して覆うように流路構造体２の上面２ｂに取り付けられている。第３逃しヘッダ３８には、第３逃し配管３９が接続されている。各第３逃し流路５５の排出口５５ａから排出された流体は、第３逃しヘッダ３８の内部空間で合流されて第３逃し配管３９を通って排出される。
【００８３】
排出切換部１４は、逃し流体排出部１２に設けられている。排出切換部１４は、各逃し流路５３，５４，５５から対応する排出部２７，２８，２９へ流体が排出されるのを許容する許容状態と、各逃し流路５３，５４，５５から対応する排出部２７，２８，２９へ流体が排出されるのを阻止する阻止状態とに切換可能に構成されている。具体的には、排出切換部１４は、第１逃しバルブ４１と、第２逃しバルブ４２と、第３逃しバルブ４３とからなる。第１〜第３逃しバルブ４１，４２，４３は、本発明における個別切換部の一例である。
【００８４】
第１逃しバルブ４１は、第１排出部２７の第１逃し配管３３に設けられている。第１逃しバルブ４１は、第１逃しヘッダ３２から第１逃し配管３３を通じた流体の排出を許容する開状態と、第１逃しヘッダ３２から第１逃し配管３３を通じた流体の排出を阻止する閉状態とに切換可能となっている。
【００８５】
第２逃しバルブ４２は、第２排出部２８の第２逃し配管３６に設けられている。第２逃しバルブ４２は、第２逃しヘッダ３５から第２逃し配管３６を通じた流体の排出を許容する開状態と、第２逃しヘッダ３５から第２逃し配管３６を通じた流体の排出を阻止する閉状態とに切換可能となっている。
【００８６】
第３逃しバルブ４３は、第３排出部２９の第３逃し配管３９に設けられている。第３逃しバルブ４３は、第３逃しヘッダ３８から第３逃し配管３９を通じた流体の排出を許容する開状態と、第３逃しヘッダ３８から第３逃し配管３９を通じた流体の排出を阻止する閉状態とに切換可能となっている。各逃しバルブ４１，４２，４３の開状態は、本発明における個別切換部の許容状態に相当し、各逃しバルブ４１，４２，４３の閉状態は、本発明における個別切換部の阻止状態に相当する。
【００８７】
次に、第１実施形態による流体流通装置１の運転方法について説明する。
【００８８】
まず、第１供給バルブ１７、第２供給バルブ２０及び排出バルブ１０を開状態にするとともに、第１、第２及び第３逃しバルブ４１，４２，４３を閉状態にする。その状態で、第１供給ポンプ１６を作動させてその第１供給ポンプ１６に第１供給ヘッダ４へ第１流体を供給させるとともに、第２供給ポンプ１９を作動させてその第２供給ポンプ１９に第２供給ヘッダ６へ第２流体を供給させる。これにより、各マイクロチャネル５２において第１及び第２導入口５７ａ，５８ａから排出口７２ａ側へ流体が流通する。
【００８９】
具体的に、第１供給ヘッダ４に供給された第１流体は、各第１導入口５７ａから対応する各第１供給流路部５７に導入され、第２供給ヘッダ６に供給された第２流体は、各第２導入口５８ａから対応する各第２供給流路部５８に導入される。各第１供給流路部５７に導入された第１流体は、その第１供給流路部５７から対応する合流部５９へ流入し、各第２供給流路部５８に導入された第２流体は、その第２供給流路部５８から対応する合流部５９へ流入する。これにより、各合流部５９において、第１流体と第２流体が合流する。
【００９０】
各合流部５９で合流した第１及び第２流体（以下、合流流体と称する）は、その合流部５９に対応する作用流路部６０の第１上向流路部７３に流入し、その第１上向流路部７３を上向きに流れる。そして、第１上向流路部７３を流れた合流流体は、第１頂部７４、第１下向流路部７５、第１底部６３、第２上向流路部７６、第２頂部７７、第２下向流路部７８、第２底部６７、第３上向流路部７９、第３頂部８０、第３下向流路部８１、第３底部７１、最下流上向流路部７２をこの順に流れる。そして、各最下流上向流路部７２を流れた合流流体は、排出口７２ａから排出ヘッダ２４の内部空間へ排出されてその内部空間で合流し、排出配管２５を通じて排出される。
【００９１】
合流部５９で第１流体と第２流体が合流した後、合流流体が作用流路部６０を流通する過程において、第１流体と第２流体との相互作用による処理が行われる。例えば、第１流体と第２流体として互いに化学反応し得る反応剤を用いる場合には、合流流体中の第１流体と第２流体との化学反応が相互作用として生じる。また、特定成分を含む流体を第１流体として用いるとともにその特定成分を抽出可能な抽剤を第２流体として用いる場合には、合流流体中の第１流体から第２流体への特定成分の抽出が相互作用として生じる。
【００９２】
合流流体の流通過程では、第１流体と第２流体との相互作用に伴ってそれら第１及び第２流体よりも密度が小さい低密度流体が発生する場合がある。例えば、液体である第１及び第２流体の相互作用により、低密度流体として気体が発生する場合がある。また、流体流通装置１の外部から低密度流体が流体流通装置１内に入り込み、その低密度流体が作用流路部６０に流入する場合がある。例えば、低密度流体としての空気が流体流通装置１内に入り込み、その空気が作用流路部６０に流入する場合がある。なお、低密度流体は、気体に限らず、液体である場合もある。
【００９３】
作用流路部６０内で発生した低密度流体又は外部から作用流路部６０内に入り込んだ低密度流体は、第１〜第３下向流路部７５，７８，８１のいずれかに溜まる。これは、各下向流路部７５，７８，８１では、低密度流体の浮力が合流流体の流れの向きと逆向きに作用し、その結果、合流流体の流れの力で低密度流体を押し流せないためである。そして、低密度流体が溜まった下向流路部７５，７８，８１は、その低密度流体によって閉塞され、合流流体が流通できなくなる。
【００９４】
このような下向流路部７５，７８，８１の閉塞は、第１及び第２入側圧力計２１，２２の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力とに基づいて算出される流路構造体２内のマイクロチャネル５２の合計の圧力損失を監視しておくことによって検知される。
【００９５】
具体的に、流体がマイクロチャネル５２を層流の状態で流れている場合には、圧力損失ΔＰは以下の式で表される。
【００９６】
ΔＰ＝３２μｕＬ／ｄ２・・・(１)
ここで、μは流体の粘度を表し、ｕは流体の平均流速を表し、Ｌはマイクロチャネル５２の流路長を表し、ｄはマイクロチャネル５２の相当直径を表す。仮に、流路構造体２に６本のマイクロチャネル５２が設けられている場合においてそのうち２本のマイクロチャネル５２が低密度流体で閉塞した場合には、流通可能なマイクロチャネル５２の合計の流路断面積は、６本全てのマイクロチャネル５２が閉塞していない状態での合計の流路断面積の４／６倍になる。この場合、流通可能なマイクロチャネル５２を流れる流体の平均流速は、６本全てのマイクロチャネル５２が閉塞していない状態での流体の平均流速の６／４倍となる。結果、２本のマイクロチャネル５２が閉塞した状態での圧力損失は、上記式（１）に基づいて、６本全てのマイクロチャネル５２が閉塞していない状態での圧力損失の６／４倍になることが判る。
【００９７】
従って、第１入側圧力計２１の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力とに基づいて算出した圧力損失と、第２入側圧力計２２の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力とに基づいて算出した圧力損失とを監視しておき、それらの圧力損失が共に増大した場合には、流路構造体２内の少なくとも１本のマイクロチャネル５２がそのうちの下向流路部７５，７８，８１のいずれかで閉塞したと判断することができる。なお、第１入側圧力計２１の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力とに基づいて算出する圧力損失は、第１入側圧力計２１の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力との差圧に相当する。また、第２入側圧力計２２の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力とに基づいて算出する圧力損失は、第２入側圧力計２２の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力との差圧に相当する。
【００９８】
そして、閉塞が生じたと判断した場合には、その閉塞を解消するために以下の操作を行う。
【００９９】
まず、第１供給ポンプ１６及び第２供給ポンプ１９の作動を停止させて第１供給ヘッダ４への第１流体の供給及び第２供給ヘッダ６への第２流体の供給を停止させる。すなわち、各マイクロチャネル５２の第１導入口５７ａへの第１流体の供給及び各マイクロチャネル５２の第２導入口５８ａへの第２流体の供給を停止する。これにより、各マイクロチャネル５２における第１及び第２導入口５７ａ，５８ａから排出口７２ａ側への流体の流通を停止させる。
【０１００】
次に、第１供給バルブ１７及び第２供給バルブ２０を開状態から閉状態に切り換える。また、排出バルブ１０を開状態から閉状態に切り換える。
【０１０１】
次に、第１、第２及び第３逃しバルブ４１，４２，４３を閉状態から開状態に切り換える。その後、この状態で待機する。流路構造体２内のいずれかのマイクロチャネル５２において第１〜第３下向流路部７５，７８，８１のいずれかを閉塞させていた低密度流体は、その下向流路部から浮力によって上昇し、対応する逃し流路５３，５４，５５を通って排出口５３ａ，５４ａ，５５ａから対応する逃しヘッダ３２，３５，３８の内部空間へ排出される。逃しヘッダ３２，３５，３８の内部空間に排出された低密度流体は、対応する逃し配管３３，３６，３９を通じて排出される。
【０１０２】
以上のようにして、第１実施形態による流体流通装置１の運転が行われる。
【０１０３】
第１実施形態では、上記のように、マイクロチャネル５２の下向流路部７５，７８，８１が低密度流体により閉塞した場合に逃しバルブ４１，４２，４３を閉状態から開状態に切り換えることにより、下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体をその浮力によって上昇させて、対応する逃し流路５３，５４，５５、対応する逃しヘッダ３２，３５，３８及び対応する逃し配管３３，３６，３９を通じて排出することができる。すなわち、低密度流体の浮力が下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体を排出する妨げとならず、むしろその浮力を利用して下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体を排出することができる。このため、低密度流体による下向流路部７５，７８，８１の閉塞を容易に解消できる。その結果、下向流路部７５，７８，８１の閉塞により流通不能なマイクロチャネル５２が生じたことに起因する流体の処理効率の低下を容易に回復させることができる。
【０１０４】
また、第１実施形態では、各逃し流路５３，５４，５５が対応する折返流路部６１，６５，６９の中で最も高い位置に配置された頂部７４，７７，７９に接続されているため、各下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体を対応する逃し流路５３，５４，５５を通じて残らず排出することができる。
【０１０５】
しかも、この第１実施形態では、各逃し流路５３，５４，５５が対応する頂部７４，７７，８０のうち下向流路部７５，７８，８１の上端が接続された箇所に接続されているため、下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体をその下向流路部７５，７８，８１の上端からダイレクトに対応する逃し流路５３，５４，５５を通じて排出することができる。このため、水平方向に延びる頂部７４，７７，８０に下向流路部７５，７８，８１から低密度流体が流入して滞留し、その低密度流体の排出に時間が掛かるのを防止できる。すなわち、各下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体を対応する逃し流路５３，５４，５５を通じてスムーズに排出できる。
【０１０６】
また、第１実施形態では、各マイクロチャネル５２が複数の折返流路部６１，６５，６９を有する蛇行形状に形成されていることにより、マイクロチャネル５２の大きな流路長を確保できる。その結果、各マイクロチャネル５２における流体の処理を促進することができる。しかも、上記のように複数の折返流路部６１，６５，６９の下向流路部７５，７８，８１のそれぞれから対応する逃し流路５３，５４，５５を通じて低密度流体を排出できることから、マイクロチャネル５２における流体の処理を促進しつつ、複数の下向流路部７５，７８，８１の低密度流体による閉塞を容易に解消することができる。
【０１０７】
また、第１実施形態では、流路構造体２を構成する各基板の積層方向に配列された多数のマイクロチャネル５２に同時に第１及び第２流体を流通させて単位時間当たりの流体の処理量を増大させることが可能な積層形の流体流通装置１を得ることができる。
【０１０８】
しかも、この第１実施形態では、積層形の流体流通装置１が有する多数のマイクロチャネル５２の下向流路部７５，７８，８１から対応する各逃し流路５３，５４，５５を通じて低密度流体を排出させる状態と、その各逃し流路５３，５４，５５を通じた流体の排出を阻止して各マイクロチャネル５２に第１及び第２流体を流通させる状態との切換を、各逃しバルブ４１，４２，４３を開状態と閉状態とに切り換える切換操作で行うことができる。このため、個別のマイクロチャネル５２毎に切換操作を行う場合に比べてその切換操作を簡略なものとすることができる。
【０１０９】
（第２実施形態）
図４を参照して、本発明の第２実施形態による流体流通装置１について説明する。
【０１１０】
この第２実施形態による流体流通装置１は、低密度流体による下向流路部７５，７８，８１の閉塞を解消するための流体流通装置１の操作を行うときにマイクロチャネル５２に流体を逆流させて下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体を強制的に排出し得るように構成されている。
【０１１１】
具体的に、この第２実施形態による流体流通装置１は、マイクロチャネル５２に流体を逆流させるための逆流装置８４を備える。逆流装置８４は、第１供給ポンプ１６と、逆流用配管８６と、逆流切換バルブ８８とを有する。
【０１１２】
第１供給ポンプ１６は、マイクロチャネル５２に流体を逆流させるために流体を送出する。すなわち、第１供給ポンプ１６は、通常の処理のための流通操作時に第１流体を第１供給ヘッダ４へ供給するのに加えて、下向流路部７５，７８，８１の閉塞解消のための流体流通装置１の操作時にマイクロチャネル５２に流体を逆流させるためにも用いられる。
【０１１３】
逆流用配管８６の一端は、第１供給配管１５の第１供給ポンプ１６と第１供給バルブ１７との間の部位に接続され、逆流用配管８６の他端は、排出配管２５の排出バルブ１０と排出ヘッダ２４との間の部位に接続されている。逆流用配管８６は、マイクロチャネル５２に流体を逆流させるために第１供給ポンプ１６から送出された第１流体を排出配管２５へ導き、その排出配管２５から排出ヘッダ２４の内部空間を通じて各マイクロチャネル５２の排出口７２ａへ導入させる。
【０１１４】
逆流切換バルブ８８は、逆流用配管８６に設けられている。逆流切換バルブ８８は、第１供給ポンプ１６から送出された第１流体が逆流用配管８６を通じて排出ヘッダ２４側へ流れるのを許容する開状態と、第１供給ポンプ１６から送出された第１流体が逆流用配管８６を通じて排出ヘッダ２４側へ流れるのを阻止する閉状態とに切換可能に構成されている。
【０１１５】
この第２実施形態による流体流通装置１の上記以外の構成は、第１実施形態による流体流通装置１の構成と同様である。
【０１１６】
この第２実施形態による流体流通装置１の運転方法では、低密度流体による下向流路部７５，７８，８１の閉塞が生じた場合には、以下の手順により、その閉塞を解消するための流体流通装置１の操作を行う。
【０１１７】
まず、第１供給ポンプ１６及び第２供給ポンプ１９の作動を停止させて第１供給ヘッダ４への第１流体の供給及び第２供給ヘッダ６への第２流体の供給を停止させる。すなわち、各マイクロチャネル５２の第１導入口５７ａへの第１流体の供給及び各マイクロチャネル５２の第２導入口５８ａへの第２流体の供給を停止する。これにより、各マイクロチャネル５２における第１及び第２導入口５７ａ，５８ａから排出口７２ａ側への流体の流通を停止させる。
【０１１８】
次に、第１供給バルブ１７、第２供給バルブ２０及び排出バルブ１０を開状態から閉状態に切り換える。また、第３逃しバルブ４３を閉状態から開状態に切り換えるとともに、逆流切換バルブ８８を閉状態から開状態に切り換える。第１及び第２逃しバルブ４１，４２は、閉状態のままで維持する。
【０１１９】
その後、第１供給ポンプ１６を作動させてその第１供給ポンプ１６に第１流体を送出させる。この送出された第１流体は、逆流用配管８６及び排出配管２５を通じて排出ヘッダ２４へ流れ、排出ヘッダ２４の内部空間から各マイクロチャネル５２の排出口７２ａに分配されて導入される。これにより、第１流体が排出口７２ａから作用流路部６０を逆流する。
【０１２０】
流路構造体２内のいずれかのマイクロチャネル５２の第３下向流路部８１が低密度流体で閉塞している場合には、その閉塞した第３下向流路部８１内の低密度流体は、逆流する第１流体の流れの力により、上向きに押し出されて対応する第３逃し流路５５へ排出される。そして、その低密度流体は、第３逃し流路５５を通って第３逃しヘッダ３８の内部空間へ排出されるとともに、第３逃し配管３９を通じて排出される。
【０１２１】
第３逃し配管３９を通じて低密度流体を排出させるための第１流体の逆流は、第１流体が排出ヘッダ２４から最下流上向流路部７２、第３底部７１、第３下向流路部８１、第３逃し流路５５及び第３逃しヘッダ３８を通って第３逃しバルブ４３へ至るまでに要する平均滞留時間の数倍程度の時間に亘って行う。その後、第１供給ポンプ１６の作動を停止させて第１流体の逆流を停止させる。
【０１２２】
次に、第３逃しバルブ４３を開状態から閉状態に切り換える。また、第２逃しバルブ４２を閉状態から開状態に切り換える。
【０１２３】
その後、第１供給ポンプ１６を作動させてその第１供給ポンプ１６に第１流体を送出させる。これにより、第１流体が作用流路部６０を逆流し、流路構造体２内のいずれかのマイクロチャネル５２の第２下向流路部７８が低密度流体で閉塞している場合には、この第１流体の逆流により、第２下向流路部７８内の低密度流体が第２逃し流路５４へ排出されるとともに、その第２逃し流路５４から第２逃しヘッダ３５及び第２逃し配管３６を通じて低密度流体が排出される。この場合の第２下向流路部７８内の低密度流体の排出の原理は、上記した第３下向流路部８１内の低密度流体の排出の原理と同様である。
【０１２４】
第２逃し配管３６を通じて低密度流体を排出させるための第１流体の逆流は、第１流体が排出ヘッダ２４から最下流上向流路部７２、第３底部７１、第３折返流路部６９、第２底部６７、第２下向流路部７８、第２逃し流路５４及び第２逃しヘッダ３５を通って第２逃しバルブ４２へ至るまでに要する平均滞留時間の数倍程度の時間に亘って行う。その後、第１供給ポンプ１６の作動を停止させて第１流体の逆流を停止させる。
【０１２５】
次に、第２逃しバルブ４２を開状態から閉状態に切り換える。また、第１逃しバルブ４１を閉状態から開状態に切り換える。
【０１２６】
その後、第１供給ポンプ１６を作動させてその第１供給ポンプ１６に第１流体を送出させることにより、第１流体を作用流路部６０に逆流させる。流路構造体２内のいずれかのマイクロチャネル５２の第１下向流路部７５が低密度流体で閉塞している場合には、この第１流体の逆流により、第１下向流路部７５内の低密度流体が第１逃し流路５３へ排出されるとともに、その第１逃し流路５３から第１逃しヘッダ３２及び第１逃し配管３３を通じて低密度流体が排出される。この場合の第１下向流路部７５内の低密度流体の排出の原理は、上記した第３下向流路部８１内の低密度流体の排出の原理と同様である。
【０１２７】
第１逃し配管３３を通じて低密度流体を排出させるための第１流体の逆流は、第１流体が排出ヘッダ２４から最下流上向流路部７２、第３底部７１、第３折返流路部６９、第２底部６７、第２折返流路部６５、第１底部６３、第１下向流路部７５、第１逃し流路５３及び第１逃しヘッダ３２を通って第１逃しバルブ４１へ至るまでに要する平均滞留時間の数倍程度の時間に亘って行う。その後、第１供給ポンプ１６の作動を停止させて第１流体の逆流を停止させる。
【０１２８】
以上のようにして、低密度流体による下向流路部７５，７８，８１の閉塞を解消するための第２実施形態の流体流通装置１の操作が行われる。なお、第２実施形態による流体流通装置１の運転方法の上記以外の工程は、第１実施形態による流体流通装置１の運転方法の場合と同様である。
【０１２９】
この第２実施形態では、マイクロチャネル５２の下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体を、逆流装置８４により逆流させた第１流体の流れの力によって強制的に排出することができる。このため、低密度流体による下向流路部７５，７８，８１の閉塞をより確実に解消することができる。
【０１３０】
また、この第２実施形態では、作用流路部６０に第１流体を逆流させることによる下向流路部７５，７８，８１内の低密度流体の逃し流路５３，５４，５５を通じた排出を下流側の第３下向流路部８１から上流側の第２下向流路部７８、さらに上流側の第１下向流路部７５へ順番に実施する。このため、第３下向流路部８１内の低密度流体が、その第３下向流路部８１の上流側の第３上向流路部７９に流入してその第３上向流路部７９を閉塞させるのを防ぐことができる。また、第２下向流路部７８内の低密度流体が、その第２下向流路部７８の上流側の第２上向流路部７６に流入してその第２上向流路部７６を閉塞させるのを防ぐことができる。従って、第２下向流路部７８内の低密度流体を排出させるときに第２下向流路部７８への第１流体の逆流が妨げられるのを防ぐことができるとともに、第１下向流路部７５内の低密度流体を排出させるときに第１下向流路部７５への第１流体の逆流が妨げられるのを防ぐことができる。その結果、第１流体を逆流させることによる第１及び第２下向流路部７５，７８内の低密度流体の強制的な排出を円滑に実施することができる。
【０１３１】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
【０１３２】
上記各実施形態では、各逃し流路５３，５４，５５は、対応する頂部７４，７７，８０うち下向流路部７５，７８，８１の上端が接続された箇所に接続されているが、各逃し流路は、このような箇所以外の箇所で対応する頂部に接続されていてもよい。例えば、各逃し流路５３，５４，５５は、対応する頂部７４，７７，８０のうち下向流路部７５，７８，８１の上端よりも流路構造体２の第１側面２ｃ側の箇所に接続されてもよい。この場合であっても、各逃し流路５３，５４，５５は、対応する折返流路部６１，６５，６９のうちの最も高い位置に接続されていることになる。このため、各折返流路部６１，６５，６９の下向流路部７５，７８，８１内の全ての低密度流体を、対応する逃し流路５３，５４，５５を通じて排出可能である。
【０１３３】
また、逃し流路は、必ずしも、対応する折返流路部の中で最も高い位置に配置された頂部に接続されていなくてもよい。例えば、逃し流路は、対応する折返流路部の頂部の近傍の部位、すなわち頂部よりも僅かに低い位置に配置された部位に接続されていてもよい。この場合であっても、折返流路部の下向流路部に溜まった低密度流体のほぼ全てを、逃し流路を通じて排出することができる。
【０１３４】
また、マイクロチャネルの配置や形状は、上記実施形態で示したものに必ずしも限定されない。
【０１３５】
例えば、流路構造体内に設けられたマイクロチャネルの数や配列形態、各マイクロチャネルの作用流路部の折り返し数などは種々変更可能である。
【０１３６】
また、作用流路部のうち上向流路部から頂部を経て下向流路部へ移行する部分は、曲線的に形成されていてもよい。
【０１３７】
また、上向流路部及び下向流路部は、鉛直方向に対して斜めに延びていてもよい。また、上向流路部及び下向流路部は、曲線的に形成されていてもよい。
【０１３８】
また、流路構造体は、透明な材料によって形成されていてもよい。この場合には、マイクロチャネルが有する複数の下向流路部のうち低密度流体で閉塞した下向流路部を流路構造体の外部から目視によって発見することができる。この場合、その閉塞を発見した下向流路部に対応する逃しバルブのみを開状態にしてその下向流路部から対応する逃し流路を通じて低密度流体を排出させることができる。
【０１３９】
また、第１入側圧力計２１と第２入側圧力計２２のうちの一方を省略してもよい。この場合であっても、残りの入側圧力計の検出圧力と出側圧力計２３の検出圧力とに基づいて圧力損失を算出し、その算出した圧力損失を監視することで下向流路部の低密度流体による閉塞を検出することが可能である。
【０１４０】
また、出側圧力計２３を省略してもよい。この場合には、上記実施形態のように算出した圧力損失を監視するのではなく、第１及び第２入側圧力計２１，２２の検出圧力を監視し、その検出圧力の変化に基づいて下向流路部の閉塞を検知することができる。すなわち、流通操作中に下向流路部が低密度流体により閉塞した場合には、第１及び第２入側圧力計２１，２２の検出圧力が上昇するため、その検出圧力を監視しておくことで下向流路部の閉塞を検知することができる。
【０１４１】
また、流体流通装置１は、第１入側圧力計２１、第２入側圧力計２２及び出側圧力計２３の代わりに、第１供給ヘッダ４に供給される第１流体の圧力と排出ヘッダ２４から排出される流体の圧力との差圧を検出する差圧計及び／又は第２供給ヘッダ６に供給される第２流体の圧力と排出ヘッダ２４から排出される流体の圧力との差圧を検出する差圧計を備えていてもよい。この場合には、差圧計によって検出された差圧が流路構造体２内の全てのマイクロチャネル５２の合計の圧力損失に対応するので、その差圧を監視しておくことで下向流路部の閉塞を検知することができる。
【０１４２】
また、上記第２実施形態において、逆流用配管８６は、第１供給配管１５ではなく、第２供給配管１８の第２供給ポンプ１９と第２供給バルブ２０との間の部位に接続されていてもよい。この場合には、第２供給ポンプ１９に逆流用配管８６を通じて排出ヘッダ２４側へ第２流体を供給させて、マイクロチャネル５２に第２流体を逆流させることができる。
【０１４３】
また、第１供給ポンプ１６又は第２供給ポンプ１９を、マイクロチャネル５２に流体を逆流させるための逆流用のポンプとして兼用するのではなく、逆流専用のポンプを設けてもよい。すなわち、逆流装置８４は、マイクロチャネル５２に流体を逆流させるための専用のポンプを備えていてもよい。
【０１４４】
この場合、逆流用ポンプの吸込部を、第１流体が貯留された貯留部に接続するとともに、逆流用ポンプの吐出部を、逆流用配管８６に接続すればよい。これにより、逆流用ポンプは、貯留部から第１流体を吸い出し、逆流用配管８６を通じて排出ヘッダ２４側へ第１流体を送出することができ、それによってマイクロチャネル５２に第１流体を逆流させることができる。
【０１４５】
また、逆流用ポンプの吸込部を、第２流体が貯留された貯留部に接続するとともに、逆流用ポンプの吐出部を、逆流用配管８６に接続してもよい。この場合には、逆流用ポンプは、貯留部から第２流体を吸い出し、逆流用配管８６を通じて排出ヘッダ２４側へ第２流体を送出することができ、それによってマイクロチャネル５２に第２流体を逆流させることができる。
【符号の説明】
【０１４６】
１  流体流通装置
２  流路構造体
１４  排出切換部
４１  第１逃しバルブ（個別切換部）
４２  第２逃しバルブ（個別切換部）
４３  第３逃しバルブ（個別切換部）
５２  マイクロチャネル
６１  第１折返流路部（折返流路部）
６５  第２折返流路部（折返流路部）
６９  第３折返流路部（折返流路部）
７３  第１上向流路部（上向流路部）
７４  第１頂部（頂部）
７５  第１下向流路部（下向流路部）
７６  第２上向流路部（上向流路部）
７７  第２頂部（頂部）
７８  第２下向流路部（下向流路部）
７９  第３上向流路部（上向流路部）
８０  第３頂部（頂部）
８１  第３下向流路部（下向流路部）
８４  逆流装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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