(57)【要約】【課題】あるチャンネルにおいて抵抗値（配管抵抗値）が変化しても、他のチャンネルに流れる流体の流量を一定に保つ化学反応装置を実現すること。【解決手段】マイクロリアクタを含み流体を供給する送液部と並列に接続される複数のチャンネルを有し、これらのマイクロリアクタで流体に化学反応を生じさせる化学反応装置において、前記送液部とバイパス流路を介して接続され、このバイパス流路の圧力を一定に保つ圧力制御部とを備えることを特徴とする。【選択図】                      図１
2009297607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロリアクタを含み流体を供給する送液部と並列に接続される複数のチャンネルを有し、これらのマイクロリアクタで流体に化学反応を生じさせる化学反応装置において、
前記送液部とバイパス流路を介して接続され、このバイパス流路の圧力を一定に保つ圧力制御部とを備えることを特徴とする化学反応装置。
【請求項２】
前記圧力制御部は、
前記複数チャンネルにおける圧力が正常状態の場合には圧力制御弁を制御してバイパス流路を閉じ、前記複数チャンネルのうち少なくともいずれか一つのチャンネルにおける圧力が上昇する場合には圧力制御弁を制御し弁開度を調整してバイパス流路を開き、前記バイパス流路の圧力を正常状態における圧力に保つように制御することを特徴とする
請求項１記載の化学反応装置。
【請求項３】
前記圧力制御部は、
前記送液部からバイパスされる前記バイパス流路と、
前記バイパス流路の圧力を測定する圧力計と、
弁開度が調整可能であり、前記圧力計で測定された圧力に基づき前記バイパス流路の圧力を正常状態における圧力に保つように弁開度を調整してバイパス流路の開閉を制御する圧力制御弁とを備えることを特徴とする
請求項２記載の化学反応装置。
【請求項４】
前記圧力制御弁は、
前記圧力計で得られた圧力値が正常状態の圧力値またはあらかじめ定められた閾値よりも大きい場合には、弁開度を調整して前記バイパス流路を開くことを特徴とする
請求項３記載の化学反応装置。
【請求項５】
前記各チャンネルは、
前記マイクロリアクタの抵抗値よりも十分に大きい抵抗値を有し、前記各チャンネルに流れる流体流量の偏差を改善させるための固定抵抗部を含むことを特徴とする
請求項１〜請求項４いずれかに記載の化学反応装置。
【請求項６】
前記固定抵抗部は、
前記チャンネルごとに同じ抵抗値を有することを特徴とする
請求項５記載の化学反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の化学反応を行わせる微小流路を有する化学反応装置に関し、特に、チャンネルの抵抗値が変化しても流体の流量を一定に制御する化学反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、化学反応や生化学反応などの分野では、化学合成、分解反応、ＤＮＡ分析などの微量分析を行うために、微小流路を有するマイクロリアクタを利用した化学反応装置（たとえば、触媒スクリ−ング装置、化学合成装置など）が用いられている。また、複数のマイクロリアクタを並列に接続することにより、並列運転できるようにした化学反応装置も用いられている。
【０００３】
このような化学反応装置を利用して化学反応を行わせるのにあたり、たとえば分析中に各微小流路に流れる流体の流量（単位時間当たりの体積流量）が変化すると化学反応に影響を与えて分析結果に偏差（ばらつき）を与えてしまうことがある。これを防ぐため、化学反応条件に合わせて微小流路を流れる流体の流量を制御することが求められており、また複数のマイクロリアクタを並列に接続した構成の化学反応装置では、各微小流路を流れる流体の流量を等しく制御することが求められている。このような化学反応装置に関連する先行技術文献としては、次のようなものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６３５４６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７２２３０号公報
【０００５】
特許文献１、２には従来の化学反応装置における流体制御に関する技術が記載されている。図２は従来の化学反応装置の一例を示す構成図である。図２において、従来の化学反応装置は、ポンプ、マスフローコントローラなどから構成され流体を供給する送液部１、送液部１からの流体が流れる配管内の圧力を測定する圧力計２、長さ、内径がそれぞれ同一のキャピラリーチューブなどから構成されチャンネルの抵抗値を調整するための固定抵抗部３１〜３ｎ、流体の化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロリアクタ４１〜４ｎ、マイクロリアクタ４１〜４ｎの各微小流路内に塗布・固着された触媒５１〜５ｎ、マイクロリアクタ４１〜４ｎから流出した各流体が流れる配管内の圧力を測定する圧力計６１〜６ｎから構成されている。
【０００６】
そして、固定抵抗部３１、マイクロリアクタ４１、触媒５１、圧力計６１はチャンネル＃１を構成し、固定抵抗部３２、マイクロリアクタ４２、触媒５２、圧力計６２はチャンネル＃２を、固定抵抗部３３、マイクロリアクタ４３、触媒５３、圧力計６３はチャンネル＃３を、固定抵抗部３ｎ、マイクロリアクタ４ｎ、触媒５ｎ、圧力計６ｎはチャンネル＃ｎを構成している。
【０００７】
なお各チャンネルのマイクロリアクタの微小流路は同一形状・同一特性のものであり、また各微小流路に塗布される触媒は同一のものであっても異なる種類・量のものであってもよい。
【０００８】
送液部１は所定の流量で流体を供給する。この流体は、配管を介して途中で分岐されてチャンネル＃１〜＃ｎの固定抵抗部３１〜３ｎの流入口に入力され、固定抵抗部３１〜３ｎ内をそれぞれ流れる。このとき圧力計２は、送液部１からの流体が流れる配管内の圧力Ｐ１を測定する。
【０００９】
この流体は、固定抵抗部３１〜３ｎの流出口から出力されてマイクロリアクタ４１〜４ｎの微小流路の流入口に入力される。
【００１０】
そして、流体は、各マイクロリアクタ４１〜４ｎの各微小流路を流れ、流路内に塗布された触媒５１〜５ｎと化学反応して各微小流路の流出口から出力される。
【００１１】
また圧力計６１〜６ｎは、微小流路の流出口から流出された流体が流れる配管内の圧力Ｐ２（出口圧力）を測定する。
【００１２】
ここで、流体の流量は、圧力Ｐ１、出口圧力Ｐ２、チャンネルの抵抗値（配管抵抗）に基づいて流体の流量が決定されるが、各マイクロリアクタの微小流路や配管などの各固体における寸法などの誤差により各チャンネル＃１〜＃ｎの抵抗値にばらつきがあり、流体の流量にばらつきが生じることがある。このような流体の流量のばらつきは、化学反応に影響を与えて分析結果に偏差を与えてしまうことがあり、好ましくない。
【００１３】
これに対して従来の化学反応装置は、固定抵抗部３１〜３ｎの抵抗値の偏差はマイクロリアクタ４１〜４ｎの抵抗値の偏差に比べて小さくすることが容易なことから、キャピタリーチューブの長さ、内径を調節して固定抵抗部３１〜３ｎの抵抗値を調整し、固定抵抗部３１〜３ｎの抵抗値をマイクロリアクタやその他配管の抵抗値よりも十分に大きいものとすることにより、チャンネル全体の抵抗値の偏差を少なくできる。
【００１４】
この結果、各マイクロリアクタに流れる流体流量の偏差を改善でき、分析結果の均一性を高めることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の化学反応装置では、たとえば触媒反応において生じる炭素析出によるマイクロリアクタ４１〜４ｎの閉塞、流体中の微粉末によるキャピラリーチューブ、マイクロリアクタ４１〜４ｎの詰りなどにより、いずれかのチャンネルにおける抵抗値（配管抵抗値）が突然変化し、各チャンネルに流れる流体の流量が変化してしまうという問題点があった。
【００１６】
具体的には、送液部１から供給される流体の流量が一定（固定値制御）の場合には、あるチャンネル（たとえばチャンネル＃１）の抵抗値が上昇すると、そのチャンネル（チャンネル＃１）内の圧力が上昇し、さらに圧力Ｐ１の値も上昇してしまうことにより、抵抗値が変化していない他の正常なチャンネル（たとえばチャンネル＃２〜＃ｎ）において、それまでよりも多くの流体が流れてしまうという問題点があった。
【００１７】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、あるチャンネルにおける抵抗値が変化しても、他のチャンネルに流れる流体の流量を一定に保つ化学反応装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
マイクロリアクタを含み流体を供給する送液部と並列に接続される複数のチャンネルを有し、これらのマイクロリアクタで流体に化学反応を生じさせる化学反応装置において、
前記送液部とバイパス流路を介して接続され、このバイパス流路の圧力を一定に保つ圧力制御部とを備えることを特徴とする化学反応装置である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の化学反応装置において
前記圧力制御部は、
前記複数チャンネルにおける圧力が正常状態の場合には圧力制御弁を制御してバイパス流路を閉じ、前記複数チャンネルのうち少なくともいずれか一つのチャンネルにおける圧力が上昇する場合には圧力制御弁を制御し弁開度を調整してバイパス流路を開き、前記バイパス流路の圧力を正常状態における圧力に保つように制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の発明は、
請求項２記載の化学反応装置において、
前記圧力制御部は、
前記送液部からバイパスされる前記バイパス流路と、
前記バイパス流路の圧力を測定する圧力計と、
弁開度が調整可能であり、前記圧力計で測定された圧力に基づき前記バイパス流路の圧力を正常状態における圧力に保つように弁開度を調整してバイパス流路の開閉を制御する圧力制御弁とを備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、
請求項３記載の化学反応装置において、
前記圧力制御弁は、
前記圧力計で得られた圧力値が正常状態の圧力値またはあらかじめ定められた閾値よりも大きい場合には、弁開度を調整して前記バイパス流路を開くことを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、
請求項１〜請求項４いずれかに記載の化学反応装置において、
前記各チャンネルは、
前記マイクロリアクタの抵抗値よりも十分に大きい抵抗値を有し、前記各チャンネルに流れる流体流量の偏差を改善させるための固定抵抗部を含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明は、
請求項５記載の化学反応装置において、
前記固定抵抗部は、
前記チャンネルごとに同じ抵抗値を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る化学反応装置によれば、あるチャンネルにおいて抵抗値が変化しても、他のチャンネルに流れる流体の流量を一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は本発明に係る化学反応装置の一実施例を示す構成図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図１と図２との相違点は、図１では、送液部１から供給される流体の一部をバイパスさせて圧力を制御する圧力制御部１０を設けたことである。圧力制御部１０は、送液部１から供給される流体の一部をバイパスさせるバイパス流路１１と、バイパス流路１１の圧力を測定する圧力計１２と、バイパス流路１１を開閉し弁開度が調整可能な圧力制御弁１３で構成されている。
【００２６】
図１において、本発明の化学反応装置の固定抵抗部３１〜３ｎは、長さ、内径が等しいキャピラリーチューブなどで構成される。
【００２７】
マイクロリアクタ５１〜５ｎは、たとえば耐腐食性の高いガラスなどで形成され流入口および流出口を有する第１の基板と、耐腐食性の高いガラスなどで形成され第１の基板と接着や熱圧着などで貼り合わされて被測定流体が流れる微小流路を構成する溝を有する第２の基板とで構成される。
【００２８】
この微小流路は、第２の基板に形成された溝の両端に第１の基板に形成された流入口および流出口が位置するように第１の基板と第２の基板を接着や熱圧着などで貼り合わせ、第２の基板に形成された溝を第１の基板で覆うことにより構成される。
【００２９】
また第２の基板の中央部分には、たとえば、超音波加工、レーザ加工、サンドブラスト加工、ウエットエッチングなどによって長手方向に沿うように長方形の溝が形成される。
【００３０】
バイパス流路１１は、送液部１と各チャンネル＃１〜＃ｎを接続している配管から分岐されている。圧力計１２はバイパス流路１１の上流部に設けられ、バイパス流路１１の圧力を測定する。
【００３１】
圧力制御弁１３は、圧力計１２で測定された圧力値に基づき、バイパス流路１１の圧力が所定値になるように弁開度を制御する。
【００３２】
このように構成された本発明の化学反応装置の動作について、微小流路や配管における閉塞が無い場合と発生した場合に分けて説明する。
【００３３】
まず送液部１から所定の流量で流体が供給される。この流体は、配管を介して途中で分岐されてチャンネル＃１〜＃ｎの固定抵抗部３１〜３ｎの流入口に入力され、固定抵抗部３１〜３ｎ内をそれぞれ流れる。
【００３４】
固定抵抗部３１〜３ｎを流れる流体は、固定抵抗部３１〜３ｎの流出口から出力されてマイクロリアクタ４１〜４ｎの微小流路の流入口に入力される。
【００３５】
さらに、この流体はマイクロリアクタ４１〜４ｎの各微小流路を流れ、流路内に塗布された触媒５１〜５ｎと化学反応して各微小流路の流出口から流出される。
【００３６】
送液部１からの流体は、配管を介してバイパス流路１１にも流れる。圧力計１２はバイパス流路１１における圧力を測定する。
【００３７】
このような状態において、圧力計１２で測定されるバイパス流路１１における圧力をたとえば「Ｐｎ」とし、これを微小流路や配管などが閉塞していない正常状態における圧力とする。このとき、圧力制御弁１３の弁部は閉じている。
【００３８】
マイクロリアクタ４１〜４ｎにおける微小流路の形態に個体差があるものの、上述のように固定抵抗部３１〜３ｎの抵抗値が他のチャンネルの構成要素（たとえばマイクロリアクタ４１〜４ｎ）の抵抗値よりも十分に大きく構成され各チャンネルにおける流体の流量が同量になるように調整されているため、微小流路や配管などが閉塞しないかぎり、各チャンネル＃１〜＃ｎには同量の流体が流れることになる。
【００３９】
次に、微小流路や配管などが閉塞した場合の動作について説明する。たとえばチャンネル＃１において、流体中の微粉末によりマイクロリアクタ４１の微小流路が閉塞すると、チャンネル＃１の抵抗値が変化し、固定抵抗部３１、マイクロリアクタ４１またはこれらと接続している配管の圧力は上昇する。
【００４０】
すると、圧力計２で測定される送液部１と各チャンネルとに接続している配管における圧力も上昇し、圧力計１２で測定されるバイパス流路１１における圧力もまた上昇する。
【００４１】
圧力計１２は測定結果を圧力制御弁１３に出力し、圧力制御弁１３は圧力計１２からの測定結果（圧力）に基づいて、バイパス流路１１の圧力を正常状態の圧力Ｐｎに保つように圧力制御弁１３の弁開度を制御する。
【００４２】
これにより、圧力計２における圧力も正常状態の圧力Ｐｎとなり、チャンネル＃１のマイクロリアクタの微小流路が閉塞する以前と同じ圧力となる。これによりチャンネル＃２〜＃ｎに流れる流体は、チャンネル＃１のマイクロリアクタの微小流路が閉塞する以前の流量と同量となる。
【００４３】
つまり、チャンネル＃１のマイクロリアクタ４１の微小流路が閉塞しても、１０がバイパス流路１１の圧力を正常状態の圧力Ｐｎに保つように弁部を制御することにより、チャンネル＃１の圧力変化の影響を受けずにチャンネル＃２〜＃ｎを流れる流体の流量を一定に保つことができる。
【００４４】
この結果、本発明に係る化学反応装置では、あるチャンネルにおいて抵抗値が変化しても、他のチャンネルに流れる流体の流量を一定に保つことができる。
【００４５】
また本発明に係る化学反応装置は、チャンネル＃１、＃２の抵抗値が変化するというような複数チャンネルの抵抗値が変化してしまう場合であっても、１０がバイパス流路１１の圧力を正常状態の圧力Ｐｎに保つように圧力制御弁１３の弁開度を制御することにより、抵抗値が変化していない他のチャンネル（たとえば＃３〜＃ｎ）を流れる流体の流量を一定に保つことができる。
【００４６】
また、上述の実施形態において、各マイクロリアクタの各微小流路には触媒５１〜５ｎが塗布されるものと説明したが、これらの触媒は同種かつ同量のものであってもよいし、同種で量が異なっても、異種で同量でも、異種で量が異なるものであっても構わない。
【００４７】
また、上述の実施形態において、圧力制御部１０の圧力制御弁１３は圧力計１２の測定結果に基づいて弁部の弁開度を調整すると説明したが、特にこれに限定されるものではなく、実質的に圧力制御部１０と同様の機能を有するような構成であればどのような構成でもよく、たとえば圧力制御部の代わりに弁と弁駆動部が設けられ、この弁駆動部が圧力計１２からの測定値に基づきバイパス流路１１の圧力を正常状態の圧力Ｐｎに保つように弁の弁開度を制御するものでもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態において、化学反応装置を構成するチャンネルのいずれかにおける抵抗値が変化してしまう例としてチャンネル＃１のマイクロリアクタ４１が閉塞する例をあげて説明したが、特にこれに限定されるものではなく、固定抵抗部３ａで流体中の微粉末が詰まりチャンネル＃１の抵抗値が変化するものであってもよいし、チャンネルの抵抗値が変化してしまうものであればどのような現象が原因となるものであってもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態において、各チャンネルを構成する固定抵抗部３１〜３ｎは本発明に係る化学反応装置の必須の構成要素ではない。この場合においては、たとえば各チャンネルを構成する各マイクロリアクタおよび各配管の抵抗値がほぼ同一であって、正常状態（微小流路が閉塞しない状態）における各チャンネルに流れる流量が均一であれば、あるチャンネルにおいて抵抗値が変化しても、他のチャンネルに流れる流体の流量を一定に保つという本発明に係る効果を奏することができる。
【００５０】
また、上述の実施形態において、圧力制御部１０の圧力制御弁１３は圧力計１２の測定結果に基づいてバイパス流路１１の圧力を正常状態の圧力Ｐｎに保つように弁部の弁開度を調整すると説明したが、圧力制御部１０はあらかじめ定められた閾値に基づいてバイパス流路１１の圧力があらかじめ定められた閾値の示す圧力になるように弁部の弁開度を調整するものであってもよい。
【００５１】
また、本発明に係る化学反応装置は、同一基板内に送液部１、圧力制御部１０、圧力計２と、それぞれ並列に接続される複数の固定抵抗部３１〜３ｎと複数のマイクロリアクタ４１〜４ｎと圧力計６１〜６ｎとが、実装されるものであってもよく、これによって、小型かつ多機能な化学反応装置の実現が可能となる。
【００５２】
以上に説明したように、本発明に係る化学反応装置は、あるチャンネルにおいて抵抗値が変化しても、他のチャンネルに流れる流体の流量を一定に保ち、抵抗値の変化が生じていない他のチャンネルにおける化学反応およびその分析を引き続き行うことができることにより、化学や生化学における化学合成、分解反応の分析やＤＮＡ分析などの微量分析への貢献が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る化学反応装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】従来の化学反応装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  送液部
２、１２  圧力計
１０  圧力制御部
１１  バイパス流路
１３  圧力制御弁
３１〜３ｎ  固定抵抗部
４１〜４ｎ  マイクロリアクタ
５１〜５ｎ  触媒
６１〜６ｎ  圧力計
【図１】
2009297607.tif 000003
【図２】
2009297607.tif 000004