JP2006289249A - マイクロデバイス及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体流路を流通する流通流体のデバイス本体からの漏洩を規制するマイクロデバイスを提供する。
【解決手段】 マイクロデバイス１００は、各々に流路形成部１７が形成された複数の本体形成部材１１，１２を有し、且つ、複数の本体形成部材１１，１２が分解可能な組み合わせ構造を構成すると共に、複数の本体形成部材１１，１２の流路形成部１７が組み合わされて内部に流体流路１８が形成されたデバイス本体１０と、デバイス本体１０の内部の流体流路１８よりも外側において露出した複数の流路形成部材１１，１２により形成された線状の部材合わせ部１９を覆う封止流体収容領域２１を形成する封止流体収容部２０１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、各々に流路形成部が形成された複数の本体形成部材を有し、且つ、それらの複数の本体形成部材が分解可能な組み合わせ構造を構成すると共に、それらの複数の本体形成部材の流路形成部が組み合わされて内部に流体流路が形成されたデバイス本体を備えたマイクロデバイス及びその制御方法に関する。

旧来の大型の回分式反応装置では、反応接触させる原料流体の系内混合時間が反応収率や品質に影響を及ぼす反応事例において、反応性の観点から、その改善のために大型撹拌翼や高圧混合器など混合促進のための装置を付帯する場合が多くある。

しかしながら、このような対応は、装置的な付帯が嵩むと共に、装置自体も高価となって費用面での負荷も生じ、また、装置容積当たりの生産効率の向上もみられない。さらに、温度制御の観点においては、回分式反応装置では、装置の大型化に伴って内在する反応流体の単位容積当たりの伝熱面積が減少する兼ね合いにより、冷却や昇温等の温度操作に多大な時間を要する傾向にあり、装置容積当たりの生産効率が低下する。

このような課題を受けて、世界各国の化学技術団体及び化学業界では、微細流路を有する微小反応装置、いわゆるマイクロリアクターの適用を図ることによる技術改善の可能性が模索されている。具体的には、スケールアップと称される化学工業上の大型化検討にて生じる混合性、温度制御性の観点での悪化傾向に対して、逆転思想からマイクロリアクターを適用することで、小型化に伴う効果による格段の改善が期待されている。

マイクロリアクターに関して、例えば、特許文献１には、圧力容器、および圧力容器内に配置されるマイクロリアクターを備える化学処理装置において、第１供給路を通して第１流体をマイクロリアクターに注入すると同時に、第１供給路から分岐する均圧路を通して圧力容器の内容積にも注入することにより、マイクロリアクターの内部圧力を高めると共に、マイクロリアクターの内容積と圧力容器の内容積との圧力差がマイクロリアクターの最大圧力限界を超えないようにすることが開示されている。そして、これによれば、マイクロリアクターを高圧力で操作することができる、と記載されている。

また、特許文献２には、流体経路を有する基板からなり、流体経路の表面には触媒を有し、基板が発熱性であることを特徴とするマイクロリアクターが開示されている。そして、これによれば、消費電力の大きい携帯機器にも十分に使用することのできる小型で反応効率の高い燃料電池用マイクロリアクターを提供することができる、と記載されている。
特開２００４−１０５９６２号公報 特開２００３−３３１８９６号公報

マイクロリアクターの分野では、今後の工業化観点に立った量産化の思想の確立、メンテナンスなどの保守管理の簡素化、各種反応系への汎用化の工夫が期待されている。

これらのうち量産化の思想の確立については、マイクロリアクターを所望生産量に合わせて比例的に装置個数を増加させるナンバーリングアップと称される考え方が量産化の大きな方向性のひとつとなっている。また、保守管理の簡素化及び各種反応系への汎用化については、マイクロリアクターの装置構成として、板面上に反応流体流路が形成された基板を１ユニットとし、これを多数枚積層したものとすることが検討されている。このような装置構成であれば、使用後の洗浄等のメンテナンス面での作業性が良好となって保守管理の簡素化が図られ、また、実施する反応系に最適な反応流体流路が形成された基板を適宜選択すればよいということで汎用化が図られる。

ところで、基板積層型のマイクロリアクターを用いた場合、ある種の反応系において、生成物が期待される収量で得られないことがあるという問題がある。

マイクロリアクターの経時的な腐食が関与していた場合や反応流体が気体であった場合などには、特にその事実の認定に困難を極めたのであるが、本発明者らは、上記問題の原因がマイクロリアクターからの反応流体の漏洩であることを突き止めた。つまり、本発明者らは、高精度に加工された基板積層型のマイクロリアクターであっても、流通する反応流体の圧力、温度、粘度等による流動状態、反応条件に基づく相状態、基板状部材の合わせ面の加工精度に基づく基板状部材同士の接触状態によっては、反応流体流路を流通する反応流体が基板状部材の合わせ部から漏洩するという事実を見出した。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流体流路を流通する流通流体のデバイス本体からの漏洩を規制するマイクロデバイス及びその制御方法を提供することである。

上記目的を達成する本発明のマイクロデバイスは、
各々に流路形成部が形成された複数の本体形成部材を有し、且つ、該複数の本体形成部材が分解可能な組み合わせ構造を構成すると共に、該複数の本体形成部材の該流路形成部が組み合わされて内部に流体流路が形成されたデバイス本体と、
上記デバイス本体の内部の上記流体流路よりも外側において露出した上記複数の本体形成部材のうち少なくとも一対により形成された線状の部材合わせ部を覆う封止流体収容領域を形成する封止流体収容部と、
を備える。

上記の構成によれば、封止流体収容部に封止流体を収容し、流体流路を流通する流通流体及び封止流体収容部の封止流体の圧力の大小関係を制御すれば、部材合わせ部を覆うように封止流体雰囲気が形成されると共に、その封止流体雰囲気によって部材合わせ部からの流体流路の流通流体の漏洩が規制される。

ここで、本出願において、マイクロデバイスとは、デバイス本体内部に流体流路を有するマイクロリアクターやマイクロミキサー等のマイクロ流体デバイスを意味する。

そして、本発明のマイクロデバイスの制御方法は、
各々に流路形成部が形成された複数の本体形成部材を有し、且つ、該複数の本体形成部材が分解可能な組み合わせ構造を構成すると共に、該複数の本体形成部材の該流路形成部が組み合わされて内部に流体流路が形成されたデバイス本体を備えたマイクロデバイスのものであって、
上記デバイス本体の内部の上記流体流路よりも外側において露出した上記複数の本体形成部材のうち少なくとも一対により形成された線状の部材合わせ部を覆うように、該部材合わせ部から該流体流路の流通流体が漏洩するのを規制する封止流体雰囲気を形成する。

上記のようにすれば、部材合わせ部を覆うように封止流体雰囲気が形成されると共に、その封止流体雰囲気によって部材合わせ部からの流体流路の流通流体の漏洩が規制される。

本発明によれば、部材合わせ部を覆うように封止流体雰囲気を形成することができると共に、その封止流体雰囲気によって部材合わせ部から流体流路の流通流体が漏洩するのを規制することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明のマイクロデバイスは、デバイス本体と封止流体収容部とを備えている。

デバイス本体は、各々に流路形成部が形成された複数の本体形成部材を有する。デバイス本体は、それらの複数の本体形成部材が分解可能な組み合わせ構造を構成したものであり、また、複数の本体形成部材の流路形成部が組み合わされて内部に流体流路が形成されている。

封止流体収容部は、封止流体を収容するための封止流体収容領域を形成する。この封止流体収容領域は、デバイス本体の内部の流体流路よりも外側において露出した複数の本体形成部材のうち少なくとも一対により形成された線状の部材合わせ部を覆う領域である。

このようなマイクロデバイスによれば、封止流体収容部に封止流体を収容し、流体流路を流通する流通流体及び封止流体収容部の封止流体の圧力の大小関係を制御すれば、部材合わせ部を覆うように封止流体雰囲気を形成することができると共に、その封止流体雰囲気によって部材合わせ部から流体流路の流通流体が漏洩するのを規制することができる。

流体流路の流通流体及び封止流体収容部の封止流体は、それらのうち少なくとも一方の圧力が制御されればよい。従って、流体流路の流通流体の圧力及び封止流体収容部の封止流体の圧力の両方を制御しても、また、どちらか一方の圧力を制御してもよい。

ここで、デバイス本体の具体的構成として、例えば、複数の本体形成部材の組み合わせ構造が、複数のブロック状部材の組み合わせ構造であるものや複数の基板状部材の重ね合わせ構造であるもの等を挙げることができる。

デバイス本体が複数の基板状部材の重ね合わせ構造で構成されていると、解体メンテナンス及び組み付け作業を容易に行うことができる。また、重ね合わせ構造であるので、各基板状部材を最大限に活用して流路形成部を形成することにより、全体として多数又は長距離の流体流路を構成することができる。

封止流体収容部の具体的構成として、例えば、デバイス本体を収容すると共に封止流体収容領域がデバイス本体を覆うように形成されたデバイス本体収容容器による第１構成や複数の基板状部材の重ね合わせ構造で構成されたデバイス本体において線状の部材合わせ部が露出した外周を囲うように形成されたものによる第２構成等を挙げることができる。

第１構成によれば、封止流体収容部がデバイス本体収容容器で構成されるので、封止流体収容領域と外気との構造的隔絶を確実に行え、封止流体の圧力制御を行う場合に好都合である。また、従来のマイクロデバイス自体を特定の容器に収容すればよく、新規の装置設計を必要とせずに構成することができる。一方、第２構成によれば、複数の基板状部材の重ね合わせ構造で構成された従来のマイクロデバイスに封止流体収容部を取り付ける、或いは、マイクロデバイスに加工を施して封止流体収容部を形成すればよく、装置を容易に構成することができる。また、第２構成によれば、デバイス構成がコンパクトとなるので、封止流体収容領域に収容する封止流体量が少なくてよいというメリットがある。第１及び第２構成のいずれにしても、従来のマイクロデバイス自体をそのまま活用して構成することができるというメリットがある。

マイクロデバイスに特有の作用効果は、デバイス本体内部の流体流路が狭いことに起因して奏される。従って、かかる観点からは、流体流路の流路断面の等価直径が２０００μｍ以下であるのがよく、５００μｍ以下であるのがより好ましく、１００μｍ以下であるのがさらに好ましい。ここで、等価直径とは、流路断面の面積と同面積の正円の直径のことである。一方、加工精度及び生産性の観点からは、流体流路の流路断面の等価直径が２０μｍ以上であるのが好ましい。

部材合わせ部からの流体流路の流通流体の漏洩の規制は、線状の部材合わせ部を覆うように、部材合わせ部から流体流路の流通流体が漏洩するのを規制する封止流体雰囲気を形成することによって達成される。

その最も効果的な方法は、流体流路の流通流体の圧力よりも封止流体雰囲気の封止流体の圧力を高くすることである。但し、必ずしも流体流路の流通流体の圧力よりも封止流体雰囲気の封止流体の圧力を高くする必要はなく、両者の圧力差を１．５ＭＰａ以下にすれば、仮に流体流路の流通流体の圧力よりも封止流体雰囲気の封止流体の圧力の方が高くても、部材合わせ部からの流通流体の漏洩を十分に規制することができる。ここで、両者の圧力差が１．５ＭＰａよりも大きいと、流体流路の流通流体の圧力の方が封止流体雰囲気の封止流体の圧力よりも高い場合、流通流体のデバイス本体からの漏洩が容易となる一方、その逆の場合、封止流体のデバイス本体への流入が容易となる。以上の観点から、両者の圧力差を０．５ＭＰａ以下にすればより効果的である。

部材合わせ部からの流通流体の漏洩は、流体流路の流通流体の圧力を高く設定した場合に特に著しくなる。従って、流体流路の流通流体の圧力を５．０ＭＰａ以上に設定した場合に、本発明による特に顕著な効果を得ることができる。

流通流体が漏洩するのを規制するための封止流体雰囲気を形成するのに加えて、封止流体を流通させるようにしてもよい。このようにすれば、万が一にも有害な流通流体が漏洩した場合にも、その希釈効果により安全性を確保することができる。また、封止流体の圧力制御を行う場合に、その圧力操作を安定に行うことができる。

この場合、流通させる封止流体を熱媒体としてデバイス本体を温度調節するようにしてもよい。このようにすれば、封止流体により、部材合わせ部からの流通流体の漏洩の規制に加え、デバイス本体の温度調節を行うことができる。

封止流体雰囲気の封止流体を反応不活性なガスとしてもよい。このようにすれば、封止流体が反応不活性なガスであるので、流通流体が封止流体に接触して反応するのを防止することができる。ここで、反応不活性なガスの封止流体は、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス、窒素、二酸化炭素及びこれらの混合物のいずれかである。

以上の構成のマイクロデバイスは、マイクロリアクターやマイクロミキサー等、用途が特に限定されるものではない。

以下、本発明の実施形態としてマイクロリアクターの例について図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るマイクロリアクターシステム（マイクロデバイスシステム）Ｓを示す。

このマイクロリアクターシステムＳは、マイクロリアクター（マイクロデバイス）１００と反応流体供給系等の付帯部とからなる。

マイクロリアクター１００は、リアクター本体（デバイス本体）１０と、それを収容するリアクター本体収容容器（デバイス本体収容容器）２０１とを備えている。従って、このマイクロリアクター１００は、上記の第１構成に係るものである。

リアクター本体１０は、基板積層型のものであって、上下に分解可能な重ね合わせ構造（組み合わせ構造）を構成した同一外形の第１及び第２基板状部材（本体形成部材）１１，１２を有している。

第１基板状部材１１には、貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔が反応流体流入部１６１に構成されている。

第２基板状部材１２には、貫通孔が形成されていると共に、上面側、つまり、第１基板状部材１１との合わせ面側に、この貫通孔と第１基板状部材１１の貫通孔とを連通するように凹溝が形成されている。第２基板状部材１２の貫通孔は反応流体流出部１６２に構成されている。

リアクター本体１０は、これらの第１及び第２基板状部材１１，１２が、それらの合わせ面同士が当接されて上下に重ね合わされるように積層され、ボルト及びナットによる共留め等のクリップ手段（不図示）によって一体化された構成となっている。そして、第２基板状部材１２の凹溝及びこれに対応した第１基板状部材１１の下面部分は、各々が流路形成部１７に構成されており、第１及び第２基板状部材１１，１２が重ね合わされることで組み合わされてリアクター本体１０の内部に反応流体流路１８を形成している。また、リアクター本体１０の側面には、重ね合わせられた第１基板状部材１１と第２基板状部材１２との線状の部材合わせ部１９が外周に沿って延びるように形成されている。この線状の部材合わせ部１９は、リアクター本体１０の内部の反応流体流路１８よりも外側において露出している。

このような第１及び第２基板状部材１１，１２の重ね合わせ構造で構成されたリアクター本体１０によれば、解体メンテナンス及び組み付け作業を容易に行うことができ、また、各基板状部材１１，１２を最大限に活用して流路形成部１７を形成すれば、全体として多数又は長距離の反応流体流路１８を構成することができる。なお、このリアクター本体１０は、従来の基板積層型のマイクロリアクター自体と同様の構成である。

リアクター本体１０の第１及び第２基板状部材１１，１２のそれぞれを形成する材料としては、特に限定されるものではなく、金属材、セラミック材、樹脂材等を幅広く用いることができるが、これらの中でも耐熱性や流通流体たる反応流体に対する耐薬品性の観点から、寸法安定性に富むと共に第１及び第２基板状部材１１，１２の合わせ面の加工精度に変化が生じないものが好ましく、また、工業操作上の取り扱いの観点から、部材同士の接触による傷が生じ難いものが好ましい。具体的には、上記材料として、ビッカース硬度（ＪＩＳ Ｚ ２２４４準拠）が８０ＨＶ以上である高硬度の金属材やセラミック材が好ましく、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等に代表されるオーステナイト鋼、ＳＵＳ４３０に代表されるフェライト鋼、ＳＵＳ３２９に代表されるフェライトとオーステナイトの２相ステンレス鋼、ハステロイ２７６Ｃ、Ｎｉ合金等の金属材、純チタンや６−４チタン合金に代表されるチタン合金等の金属材、耐熱硬質ガラス、石英硝子、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミック材を挙げることができる。但し、使用条件により耐圧性が要求されるような場合には金属材が好ましい。また、第１及び第２基板状部材１１，１２は、同一材料で形成されていても、また、相互に異なる材料で形成されていてもよい。

第１及び第２基板状部材１１，１２のそれぞれの形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、矩形板状、円盤状等を挙げることができる。また、一般的には、外径寸法が１０〜２００ｍｍ程度で、厚さが０．５〜１０ｍｍ程度である。さらに、合わせ面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠）が０．１μｍ以下で、最大高さＲｙ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠）が１．０μｍ以下である。また、表面うねり（ＪＩＳ Ｂ ０６０１準拠）が２０μｍ以下である。

反応流体流路１８は、流路断面積における等価直径において２０〜２０００μｍ（好ましくは５００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下）の幅の形状を有する。反応流体流路１８の断面形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、半円形、半楕円形、正方形、長方形、台形、平行四辺形、星形、不定形等を挙げることができる。なお、第１及び第２基板状部材１１，１２のそれぞれに相互に対応するように断面半円形、或いは、断面半楕円形の凹溝を形成し、断面形状が円形、或いは、楕円形の反応流体流路１８を形成するようにしてもよい。また、反応流体流路１８の長さ方向に延びる軌跡の形状としては、図１には直線状に延びるものが図示されているものの、特に限定されるものではなく、例えば、直線状の他、円形状、蛇行形状、らせん形状等を挙げることができる。反応性及び加工性の観点からは、反応流体流路１８の断面形状として、円形、半円形、楕円形、半楕円形、正方形、長方形が好ましく、反応流体流路１８の長さ方向に延びる軌跡の形状として、直線状、円形状、蛇行形状が好ましい。反応流体流路１８は、長さ方向に沿って断面形状が必ずしも一定形状に形成されている必要はなく、長さ方向に必ずしも規則的な軌跡が形成されている必要もない。また、反応流体流路１８は、反応の目的に応じて、単一路であっても、合流路や分割路が形成されていてもよい。さらに、反応流体流路１８には、触媒や吸着剤等が設けられていてもよい。

第１及び第２基板状部材１１，１２は、メンテナンス等の操作上の簡便性を図るため、分解可能なようにそれぞれの合わせ面同士が当接させられているのみである。そのため、その部分で不均等な加重配分が生じると局所的な浮きができ、反応流体流路１８からリアクター本体１０の外部への漏れ流路が形成されて実用を損なうばかりか、反応流体の流れや伝熱性、反応時間にまで異常を来たして正常な反応操作を実施できなくなるので、組み付けに際しては細心の注意を要する。

リアクター本体収容容器２０１は、リアクター本体１０を収容可能であると共にさらにそれを覆う空間領域が形成される内部空間、つまり、リアクター本体１０の体積よりも大きい内容積を有する箱状に形成されている。このリアクター本体１０を覆う空間領域が封止流体収容領域２１であり、従って、リアクター本体収容容器２０１が封止流体収容部を構成している。リアクター本体収容容器２０１は、リアクター本体１０を出し入れのために開閉可能に構成されており、閉状態において、内部の封止流体収容領域２１が密閉される。

このようなリアクター本体収容容器２０１で構成された封止流体収容部によれば、封止流体収容領域２１と外気との構造的隔絶を確実に行え、封止流体の圧力制御を行う場合に好都合である。また、従来のマイクロリアクター自体を特定の容器に収容すればよく、新規の装置設計を必要とせずに構成することができる。

リアクター本体収容容器２０１には、リアクタ本体に着脱可能に接続された結合管２２が挿通された一対の貫通孔が形成されている。それらの貫通孔のうち一方が供給管接続部２３及び他方が回収管接続部２４にそれぞれ構成されている。

リアクター本体収容容器２０１には、封止流体収容領域２１に連通した上下に一対の貫通孔が形成されている。それらの貫通孔のうち上側が封止流体流入部２５及び下側が封止流体流出部２６にそれぞれ構成されている。

リアクター本体収容容器２０１を形成する材料としては、リアクター本体１０を形成する材料と同様の材料を挙げることができる。

リアクター本体収容容器２０１の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、立方体状、直方体状、円柱状、等を挙げることができる。また、容器寸法は、封止流体収容領域２１が形成されるのであれば特に限定はない。

リアクター本体収容容器２０１の供給管接続部２３には、反応流体供給源４１から延びた反応流体供給管４２が接続されている。反応流体供給管４２には、反応流体を流通させる反応流体供給器４３が介設されており、また、反応流体の圧力を検知する反応流体圧力計４４が取り付けられている。

反応流体供給源４１は、例えば、反応流体を貯蔵した反応流体貯蔵タンクや複数の原料流体を混合して反応流体を送り出すマイクロミキサーである。

反応流体供給器４３は、特に限定されるものではなく、反応流体の種類により好適なものが選択される。具体的には、反応流体がガスの場合、例えば、コンプレッサーやブロアー等が用いられる。また、反応流体が液体の場合、例えば、送液器等が用いられる。送液器として、例えば、渦巻きポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻き斜流ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、ギヤポンプ、スクリューポンプ、カムポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、渦流ポンプ、粘性ポンプ、気泡ポンプ、ジェットポンプ、電磁ポンプ等を挙げることができる。これらのうち脈流が発生しない形式のものが好ましい。その理由は、リアクター本体１０内で異なる反応流体が混合される場合、脈流が発生すると、均一に混合する性能が得られなくなるばかりか、伝熱面でも能力低下が予見されるからである。

リアクター本体収容容器２０１の回収管接続部２４からは反応流体回収管５１が延びており、反応流体回収タンク５２に接続されている。反応流体回収管５１には、反応流体の圧力を調整する反応流体圧力調整器５３が介設されている。反応流体圧力調整器５３には、反応流体圧力計４４が電気的に接続されている。反応流体圧力調整器５３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び反応流体圧力計４４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

反応流体圧力調整器５３は、例えば、減圧弁装置や背圧弁装置等である。

リアクター本体収容容器２０１の封止流体流入部２５には、封止流体貯蔵タンク６１から延びた封止流体供給管６２が接続されている。封止流体供給管６２には、封止流体を流通させる封止流体供給器６３が介設されており、また、封止流体の圧力を検知する封止流体圧力計６４が取り付けられている。

封止流体供給器６３は、特に限定されるものではなく、封止流体の種類により好適なものが選択される。具体的には、封止流体がガスの場合、例えば、コンプレッサーやブロアー等が用いられる。また、封止流体が液体の場合、例えば、送液器等が用いられる。送液器として、例えば、渦巻きポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻き斜流ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、ギヤポンプ、スクリューポンプ、カムポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、渦流ポンプ、粘性ポンプ、気泡ポンプ、ジェットポンプ、電磁ポンプ等を挙げることができる。なお、封止流体がガス及び液体のいずれの場合も、封止流体貯蔵タンク６１と封止流体供給器６３とが一体となった圧力タンクが用いられてもよい。

リアクター本体収容容器２０１の封止流体流出部２６からは封止流体回収管７１が延びており、封止流体回収タンク７２に接続されている。封止流体回収管７１には、封止流体の圧力を調整する封止流体圧力調整器７３が介設されている。封止流体圧力調整器７３には、封止流体圧力計６４が電気的に接続されている。封止流体圧力調整器７３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び封止流体圧力計６４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

封止流体圧力調整器７３は、例えば、減圧弁装置や背圧弁装置等である。

次に、このマイクロリアクターシステムＳの動作について説明する。

マイクロリアクターシステムＳが稼働すると、反応流体供給器４３は、反応流体を、反応流体供給源４１から反応流体供給管４２を介し、供給管接続部２３、結合管２２及び反応流体流入部１６１を順に経由させてリアクター本体１０の反応流体流路１８に継続的に供給する。また、反応流体圧力計４４は、検知した反応流体の圧力情報を反応流体圧力調整器５３に送る。ここで、反応流体は、特に限定されるものではなく、気相、液相、気液混合相、乳化相、固液混合相（スラリー）、超臨界流体など固相状態以外の流動性を保持する性状のものであればよい。

リアクター本体１０では、反応流体流路１８で反応流体が流通すると共に反応が進行し、生成物の反応流体が生成される。生成物の反応流体は、反応流体流出部１６２、結合管２２、回収管接続部２４を順に経由して反応流体回収管５１に送り出され、反応流体圧力調整器５３を経由して反応流体回収タンク５２に回収される。ここで、リアクター本体１０で実施される反応としては、特に限定されるものではなく、触媒反応、イオン交換反応、電気化学反応、ラジカル反応、超臨界反応等を挙げることができる。

一方、封止流体供給器６３は、封止流体を、封止流体貯蔵タンク６１から封止流体供給管６２を介し、封止流体流入部２５を経由させてリアクター本体収容容器２０１の封止流体収容領域２１に供給する。また、封止流体圧力計６４は、封止流体の圧力情報を封止流体圧力調整器７３に送る。ここで、封止流体は、特に限定されるものではなく、気相、液相、気液混合相、乳化相、固液混合相（スラリー）など固相状態以外の流動性を保持する性状のものであればよい。

そして、封止流体供給器６３を継続的に稼働させると、リアクター本体収容容器２０１では、封止流体が封止流体収容領域２１を流通する。封止流体収容領域２１を流通した封止流体は、封止流体流出部２６を経由して封止流体回収管７１に送り出され、封止流体圧力調整器７３を経由して封止流体回収タンク７２に回収される。また、封止流体が封止流体圧力調整器７３の設定圧力に達したときに封止流体供給器６３を停止させると、リアクター本体収容容器２０１では、封止流体が流通せずに封止流体収容領域２１に密閉封入される。

以上の全過程を通じ、反応流体圧力調整器５３は、反応流体圧力計４４で検知した反応流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。また、封止流体圧力調整器７３は、封止流体圧力計６４で検知した封止流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。つまり、反応流体圧力調整器５３及び封止流体圧力調整器７３は、圧力制御部を構成している。

次に、このマイクロリアクターシステムＳによるマイクロリアクター１００の制御方法について説明する。

制御方法として、反応流体圧力調整器５３の設定圧力よりも封止流体圧力調整器７３の設定圧力を高く設定し、反応流体の圧力よりも封止流体の圧力を高くする方法、或いは、反応流体圧力調整器５３の設定圧力と封止流体圧力調整器７３の設定圧力とを近接させて設定し、反応流体及び封止流体の圧力差を小さくする方法がある。

このとき、反応流体の供給及び封止流体の供給のいずれをも継続的に行ってそれらを流通させつつ、反応流体及び封止流体のそれぞれの圧力を各々の設定圧力に維持する第１の制御方法を採っても、反応流体の供給を継続的に行って流通させる一方、封止流体の供給をその圧力が設定圧力に到達するまでとし、封止流体を流通させずに設定圧力で封止流体収容領域２１に密閉封入した状態を維持し、反応流体の圧力を設定圧力に維持する第２の制御方法を採ってもいずれでもよい。

以上のようにすれば、リアクター本体１０の部材合わせ部１９を覆うように封止流体雰囲気を形成することができると共に、その封止流体雰囲気によって部材合わせ部１９からの反応流体流路１８の反応流体の漏洩を規制することができる。特に、反応流体が有害な場合には、反応流体の漏洩規制による安全性の確保をも図ることができる。

また、第１の制御方法によれば、万が一にも有害な反応流体が漏洩した場合にも、その希釈効果により安全性を確保することができる。加えて、封止流体の圧力制御を行う場合に、その圧力操作を安定に行うことができる。

より具体的には、反応流体及び封止流体の圧力差が１．５ＭＰａ以下になるように、反応流体圧力調整器５３の設定圧力及び封止流体圧力調整器７３の設定圧力を設定するのがよく、０．５ＭＰａ以下とするのがより好ましい。また、反応流体及び封止流体の圧力差が１．５ＭＰａ以下という場合、前者の圧力よりも後者の圧力の方が低くなるように設定する場合も含まれるが、反応流体の漏洩防止及び安全性の確保の観点からは、前者の圧力よりも後者の圧力の方が高くなるように設定することが好ましい。

また、部材合わせ部１９からの反応流体の漏洩は、反応流体流路１８の反応流体の圧力を高く設定した場合に特に著しくなる。従って、反応流体流路１８の反応流体の設定圧力を５．０ＭＰａ以上にした場合乃至超臨界状態で使用する場合に、特に、反応流体の漏洩規制の顕著な効果を得ることができる。

さらに、第１の制御方法においては、封止流体を流通させると共に、封止流体を熱媒体としてリアクター本体１０の温度調節を行うようにしてもよい。このようにすれば、封止流体に反応流体の漏洩規制の他に追加の機能が付与される。この場合、リアクター本体１０に温度センサを取り付けると共に、封止流体供給管６２にヒータを取り付け、温度センサ及びヒータをそれぞれ温度制御部に電気的に接続し、そして、温度制御部が、温度センサで検知したリアクター本体１０の温度情報に基づいてヒータをＯＮ／ＯＦＦ制御し、封止流体を温度調節する構成にすればよい。ここで、熱媒体に好適な封止流体として、シリコンオイル、エステル油、水、水蒸気、空気、フロン、代替フロン等を挙げることができる。

また、第１及び第２のいずれの制御方法においても、封止流体として、反応不活性なガスを用いてもよい。このようにすれば、封止流体が封止流体に接触して反応するのを防止することができ、また、爆発性を有するような危険な反応を防爆的に実施することができ、安全面で革新的効果を得ることができる。ここで、反応不活性なガスの封止流体は、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス、窒素、二酸化炭素及びこれらの混合物のいずれかである。

（実施形態２）
図２及び３は、実施形態２に係るマイクロリアクターシステム（マイクロデバイスシステム）Ｓを示す。

このマイクロリアクターシステムＳは、マイクロリアクター（マイクロデバイス）１００と反応流体供給系等の付帯部とからなる。なお、実施形態１のものと同一名称の部分は同一符号で示す。

マイクロリアクター１００は、リアクター本体（デバイス本体）１０と、その外側に取り付けられた封止流体収容部２０２と、リアクター本体１０に取り付けられた本体温度調節器３０とを備えている。従って、このマイクロリアクター１００は、上記の第２構成に係るものである。

リアクター本体１０は、基板積層型のものであって、上下に分解可能な重ね合わせ構造（組み合わせ構造）を構成した同一外形の第１及び第２基板状部材（本体形成部材）１１，１２を有している。なお、図２及び３では、第１及び第２基板状部材１１，１２が円盤状に形成されているが、これに限定されるものではない。

第１基板状部材１１には、一対の貫通孔が形成されている。それらの貫通孔のうち一方が反応流体流入部１６１及び他方が反応流体流出部１６２にそれぞれ構成されている。また、第１基板状部材１１には、下面側、つまり、第２基板状部材１２との合わせ面側に、反応流体流入部１６１及び反応流体流出部１６２を連通するように凹溝が形成されている。

一方、第２基板状部材１２は平板である。

リアクター本体１０は、これらの第１及び第２基板状部材１１，１２が、それらの合わせ面同士が当接されて上下に重ね合わされるように積層され、ボルト及びナットによる共留め等のクリップ手段（不図示）によって一体化された構成となっている。そして、第１基板状部材１１の凹溝及びこれに対応した第２基板状部材１２の上面部分は、各々が流路形成部１７に構成されており、第１及び第２基板状部材１１，１２が重ね合わされることで組み合わされてリアクター本体１０の内部に反応流体流路１８を形成している。また、リアクター本体１０の側面には、重ね合わせられた第１基板状部材１１と第２基板状部材１２との線状の部材合わせ部１９が外周に沿って延びるように形成されている。この線状の部材合わせ部１９は、リアクター本体１０の内部の反応流体流路１８よりも外側において露出している。

このような第１及び第２基板状部材１１，１２の重ね合わせ構造で構成されたリアクター本体１０によれば、解体メンテナンス及び組み付け作業を容易に行うことができ、また、各基板状部材１１，１２を最大限に活用して流路形成部１７を形成すれば、全体として多数又は長距離の反応流体流路１８を構成することができる。なお、このリアクター本体１０は、従来の基板積層型のマイクロリアクター自体と同様の構成である。

封止流体収容部２０２は、リアクター本体１０の外周を囲うように外嵌め可能な環状に形成されていると共に、全周に亘って内側に開口した断面略Ｕ字状に形成されている。封止流体収容部２０２は、内側の開口で部材合わせ部１９を覆うようにリアクター本体１０に着脱可能に取り付けられており、これにより、部材合わせ部１９の外周を全周に亘って覆う封止流体収容領域２１を形成している。なお、封止流体収容部２０２とリアクター本体１０との当接部分には、封止流体収容領域２１が密封されるようにシール材を狭持する等のシール処理を施していてもよい。

このような構成によれば、複数の基板状部材の重ね合わせ構造で構成された従来のマイクロリアクター自体に封止流体収容部２０２を取り付ければよいだけであるので、装置を容易に構成することができる。また、デバイス構成がコンパクトであるので、封止流体収容領域２１に収容する封止流体量が少なくてよい。

封止流体収容部２０２には、側面に一対の貫通孔が形成されている。それらの貫通孔のうち一方が封止流体流入部２５及び他方が封止流体流出部２６にそれぞれ構成されている。

封止流体収容部２０２を形成する材料としては、リアクター本体１０を形成する材料と同様の材料を挙げることができる。

リアクター本体１０の反応流体流入部１６１には、反応流体供給源４１から延びた反応流体供給管４２が接続されている。反応流体供給管４２には、反応流体を流通させる反応流体供給器４３が介設されており、また、反応流体の圧力を検知する反応流体圧力計４４が取り付けられている。

リアクター本体１０の反応流体流出部１６２からは反応流体回収管５１が延びており、反応流体回収タンク５２に接続されている。反応流体回収管５１には、反応流体の圧力を調整する反応流体圧力調整器５３が介設されている。反応流体圧力調整器５３には、反応流体圧力計４４が電気的に接続されている。反応流体圧力調整器５３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び反応流体圧力計４４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

封止流体収容部２０２の封止流体流入部２５には、封止流体貯蔵タンク６１から延びた封止流体供給管６２が接続されている。封止流体供給管６２には、封止流体を流通させる封止流体供給器６３が介設されており、また、封止流体の圧力を検知する封止流体圧力計６４が取り付けられている。

封止流体収容部２０２の封止流体流出部２６からは封止流体回収管７１が延びており、封止流体回収タンク７２に接続されている。封止流体回収管７１には、封止流体の圧力を調整する封止流体圧力調整器７３が介設されている。封止流体圧力調整器７３には、封止流体圧力計６４が電気的に接続されている。封止流体圧力調整器７３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び反応流体圧力計６４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

本体温度調節器３０は、発熱材により、リアクター本体１０の第１及び第２基板状部材１１，１２と同一外形の板状に形成されており、第２基板状部材１２に下側に積層するように設けられている。

本体温度調節器３０には、電源ユニット３１に繋がった出力コントローラ３２が電気的に接続されている。また、出力コントローラ３２には、第２基板状部材１２に取り付けられた温度センサ３３ａを含む温度測定ユニット３３が電気的に接続されている。出力コントローラ３２は、設定温度の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定温度情報及び温度測定ユニット３３からの温度情報に基づいて本体温度調節器３０への通電を制御する。

次に、このマイクロリアクターシステムＳの動作について説明する。

マイクロリアクターシステムＳが稼働すると、反応流体供給器４３は、反応流体を、反応流体供給源４１から反応流体供給管を介し、反応流体流入部１６１を経由させてリアクター本体１０の反応流体流路１８に継続的に供給する。また、反応流体圧力計４４は、検知した反応流体の圧力情報を反応流体圧力調整器５３に送る。

リアクター本体１０では、反応流体流路１８で反応流体が流通すると共に反応が進行し、生成物の反応流体が生成される。生成物の反応流体は、反応流体流出部１６２を経由して反応流体回収管５１に送り出され、反応流体圧力調整器５３を経由して反応流体回収タンク５２に回収される。

一方、封止流体供給器６３は、封止流体を、封止流体貯蔵タンク６１から封止流体供給管６２を介し、封止流体流入部２５を経由させて封止流体収容部２０２の封止流体収容領域２１に供給する。また、封止流体圧力計６４は、封止流体の圧力情報を封止流体圧力調整器７３に送る。

そして、封止流体供給器６３を継続的に稼働させると、封止流体収容部２０２では、封止流体が封止流体収容領域２１を流通する。封止流体収容領域２１を流通した封止流体は、封止流体流出部２６を経由して封止流体回収管７１に送り出され、封止流体圧力調整器７３を経由して封止流体回収タンク７２に回収される。また、封止流体が封止流体圧力調整器７３の設定圧力に達したときに封止流体供給器６３を停止させると、封止流体収容部２０２では、封止流体が流通せずに封止流体収容領域２１に密閉封入される。

以上の全過程を通じ、反応流体圧力調整器５３は、反応流体圧力計４４で検知した反応流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。また、封止流体圧力調整器７３は、封止流体圧力計６４で検知した封止流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。つまり、反応流体圧力調整器５３及び封止流体圧力調整器７３は、圧力制御部を構成している。

リアクター本体１０の温度制御について、温度測定ユニット３３は、温度センサ３３ａでリアクター本体１０の温度を検知してその温度情報を出力コントローラ３２に送る。出力コントローラ３２は、リアクター本体１０の温度が設定温度に維持されるように本体温度調節器３０への通電をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

リアクター本体１０等の詳細構成、制御方法、及び、作用効果は、実施形態１と同一である。

また、図４は、実施形態２に係るマイクロリアクターシステムＳの変形例を示す。なお、実施形態１のものと同一名称の部分は同一符号で示す。

このマイクロリアクターシステムＳのマイクロリアクター１００では、封止流体収容部２０２の側面に封止流体流入部２５のみが形成されている。

封止流体収容部２０２の封止流体流入部２５には、封止流体貯蔵タンク６１から延びた封止流体供給管６２が接続されている。封止流体供給管６２には、封止流体圧力調整器７３及び封止流体供給器６３が上流側から順に介設されており、また、封止流体圧力計６４が取り付けられている。封止流体圧力調整器７３には、封止流体圧力計６４が電気的に接続されている。

そして、封止流体供給器６３は、封止流体を、封止流体貯蔵タンク６１から封止流体供給管６２を介し、封止流体圧力調整器７３及び封止流体流入部２５を順に経由させて封止流体収容部２０２の封止流体収容領域２１に供給する。また、封止流体圧力計６４は、封止流体の圧力情報を封止流体圧力調整器７３に送る。封止流体が封止流体圧力調整器７３の設定圧力に達すると、封止流体圧力調整器７３が流路を閉じ、封止流体収容部２０２では、封止流体が流通せずに封止流体収容領域２１に密閉封入される。つまり、この変形例のマイクロリアクターシステムＳでは、上記の第２の制御方法のみを行うことができる。

その他の構成、動作等は、実施形態２に係るマイクロリアクターシステムＳと同一である。

（実施形態３）
図５及び６は、実施形態３に係るマイクロリアクターシステム（マイクロデバイスシステム）Ｓを示す。

このマイクロリアクターシステムＳは、マイクロリアクター（マイクロデバイス）１００と反応流体供給系等の付帯部とからなる。なお、実施形態１のものと同一名称の部分は同一符号で示す。

マイクロリアクター１００は、リアクター本体（デバイス本体）１０のみで構成されている。このマイクロリアクター１００は、上記の第２構成に係るものである。

リアクター本体１０は、基板積層型のものであって、上下に分解可能な重ね合わせ構造（組み合わせ構造）を構成した同一外形の第１及び第２基板状部材（本体形成部材）１１，１２を有している。なお、図５及び６では、第１及び第２基板状部材１１，１２が細長長方形状に形成されているが、これに限定されるものではない。

第１基板状部材１１には、一対の貫通孔が形成されている。それらの貫通孔のうち一方が反応流体流入部１６１及び他方が反応流体流出部１６２にそれぞれ構成されている。第１基板状部材１１には、下面側、つまり、第２基板状部材１２との合わせ面側に、反応流体流入部１６１及び反応流体流出部１６２を連通するように凹溝が形成されている。

第２基板状部材１２には、上面側、つまり、第１基板状部材１１との合わせ面側に、流路形成部１７を囲うように環状凹溝２７が形成されている。また、第２基板状部材１２には、下面側から環状凹溝２７に貫通した一対の貫通孔が形成されている。それらの貫通孔のうち一方が封止流体流入部２５及び他方が封止流体流出部２６にそれぞれ構成されている。

リアクター本体１０は、これらの第１及び第２基板状部材１１，１２が、それらの合わせ面同士が当接されて上下に重ね合わされるように積層され、ボルト及びナットによる共留め等のクリップ手段（不図示）によって一体化された構成となっている。そして、第１基板状部材１１の凹溝及びこれに対応した第２基板状部材１２の上面部分は、各々が流路形成部１７に構成されており、第１及び第２基板状部材１１，１２が重ね合わされることで組み合わされてリアクター本体１０の内部に反応流体流路１８を形成している。

このような第１及び第２基板状部材１１，１２の重ね合わせ構造で構成されたリアクター本体１０によれば、解体メンテナンス及び組み付け作業を容易に行うことができ、また、各基板状部材１１，１２を最大限に活用して流路形成部１７を形成すれば、全体として多数又は長距離の反応流体流路１８を構成することができる。なお、このリアクター本体１０は、従来の基板積層型のマイクロリアクター自体と同様の構成である。

また、第２基板状部材１２の環状凹溝２７及びこれに対応した第１基板状部材１１の下面部分は、第１及び第２基板状部材１１，１２が重ね合わされることで組み合わされて、環状凹溝２７の内側の側縁が第１基板状部材１１の下面に接触して線状の部材合わせ部１９を形成すると共に、その部材合わせ部１９を覆うように封止流体収容領域２１を形成している。つまり、第２基板状部材１２は、封止流体収容部をも構成している。線状の部材合わせ部１９は、リアクター本体１０の内部の反応流体流路１８よりも外側において露出している。

このような構成によれば、複数の基板状部材の重ね合わせ構造で構成された従来のマイクロリアクター自体に加工を施して封止流体収容部２０２を形成すればよいだけであるので、装置を容易に構成することができる。また、デバイス構成がコンパクトであるので、封止流体収容領域２１に収容する封止流体量が少なくてよい。

リアクター本体１０の第１基板状部材１１の反応流体流入部１６１には、反応流体供給源４１から延びた反応流体供給管４２が接続されている。反応流体供給管４２には、反応流体を流通させる反応流体供給器４３が介設されており、また、反応流体の圧力を検知する反応流体圧力計４４が取り付けられている。

リアクター本体１０の第１基板状部材１１の反応流体流出部１６２からは反応流体回収管５１が延びており、反応流体回収タンク５２に接続されている。反応流体回収管５１には、反応流体の圧力を調整する反応流体圧力調整器５３が介設されている。反応流体圧力調整器５３には、反応流体圧力計４４が電気的に接続されている。反応流体圧力調整器５３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び反応流体圧力計４４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

リアクター本体１０の第２基板状部材１２の封止流体流入部２５には、封止流体貯蔵タンク６１から延びた封止流体供給管６２が接続されている。封止流体供給管６２には、封止流体を流通させる封止流体供給器６３が介設されており、また、封止流体の圧力を検知する封止流体圧力計６４が取り付けられている。

リアクター本体１０の第２基板状部材１２の封止流体流出部２６からは封止流体回収管７１が延びており、封止流体回収タンク７２に接続されている。封止流体回収管７１には、封止流体の圧力を調整する封止流体圧力調整器７３が介設されている。封止流体圧力調整器７３には、封止流体圧力計６４が電気的に接続されている。封止流体圧力調整器７３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び封止流体圧力計６４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

次に、このマイクロリアクターシステムＳの動作について説明する。

マイクロリアクターシステムＳが稼働すると、反応流体供給器４３は、反応流体を、反応流体供給源４１から反応流体供給管を介し、反応流体流入部１６１を経由させてリアクター本体１０の反応流体流路１８に継続的に供給する。また、反応流体圧力計４４は、検知した反応流体の圧力情報を反応流体圧力調整器５３に送る。

リアクター本体１０では、反応流体流路１８で反応流体が流通すると共に反応が進行し、生成物の反応流体が生成される。生成物の反応流体は、反応流体流出部１６２を経由して反応流体回収管５１に送り出され、反応流体圧力調整器５３を経由して反応流体回収タンク５２に回収される。

一方、封止流体供給器６３は、封止流体を、封止流体貯蔵タンク６１から封止流体供給管６２を介し、封止流体流入部２５を経由させてリアクター本体１０の封止流体収容領域２１に供給する。また、封止流体圧力計６４は、封止流体の圧力情報を封止流体圧力調整器７３に送る。

そして、封止流体供給器６３を継続的に稼働させると、リアクター本体１０では、封止流体が封止流体収容領域２１を流通する。封止流体収容領域２１を流通した封止流体は、封止流体流出部２６を経由して封止流体回収管７１に送り出され、封止流体圧力調整器７３を経由して封止流体回収タンク７２に回収される。また、封止流体が封止流体圧力調整器７３の設定圧力に達したときに封止流体供給器６３を停止させると、リアクター本体１０では、封止流体が流通せずに封止流体収容領域２１に密閉封入される。

以上の全過程を通じ、反応流体圧力調整器５３は、反応流体圧力計４４で検知した反応流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。また、封止流体圧力調整器７３は、封止流体圧力計６４で検知した封止流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。つまり、反応流体圧力調整器５３及び封止流体圧力調整器７３は、圧力制御部を構成している。

リアクター本体１０等の詳細構成、制御方法、及び、作用効果は、実施形態１と同一である。

（実施形態４）
図７は、実施形態４に係るマイクロリアクターシステム（マイクロデバイスシステム）Ｓを示す。

このマイクロリアクターシステムＳは、マイクロリアクター（マイクロデバイス）１００と反応流体供給系等の付帯部とからなる。なお、実施形態１のものと同一名称の部分は同一符号で示す。

マイクロリアクター１００は、リアクター本体（デバイス本体）１０と、それを収容したリアクター本体収容部２０４とを備えている。従って、このマイクロリアクター１００は、上記の第２構成に係るものである。

リアクター本体１０は、基板積層型のものであって、上下に分解可能な重ね合わせ構造（組み合わせ構造）を構成した同一外形の第１乃至第５基板状部材（本体形成部材）１１〜１５を有している。

第１基板状部材１１には、貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔が反応流体流入部１６１に構成されている。

第２基板状部材１２には、貫通孔が形成されていると共に、上面側、つまり、第１基板状部材１１との合わせ面側に、この貫通孔と第１基板状部材１１の貫通孔とを連通するように凹溝が形成されている。

第３乃至第５基板状部材１３，１４，１５のそれぞれも、第２基板状部材１２と同様に、貫通孔及び凹溝が形成されている。また、第５基板状部材１５の貫通孔が反応流体流出部１６２に構成されている。

リアクター本体１０は、これらの第１乃至第５基板状部材１１〜１５が、合わせ面同士が当接されて順番に上下に重ね合わされて積層され、ボルト及びナットによる共留め等のクリップ手段（不図示）によって一体化された構成となっている。そして、第２基板状部材１２の凹溝及びこれに対応した第１基板状部材１１の下面部分は、各々が流路形成部１７に構成されており、第１及び第２基板状部材１１，１２が重ね合わされることで組み合わされて反応流体流路１８を形成している。同様に、第３乃至第５基板状部材１３，１４，１５のそれぞれも、凹溝及びそれに対応した上側の基板状部材の下面部分が反応流体流路１８を形成している。これらにより、リアクター本体１０の内部には、第１基板状部材１１の反応流体流入部１６１から第５基板状部材１５の反応流体流出部１６２まで上下に連通した反応流体流路１８が形成されている。また、リアクター本体１０の側面には、重ね合わせられた第１乃至第５基板状部材１１〜１５により相互に並行に延びる４本の線状の部材合わせ部１９が外周に沿って延びるように形成されている。これらの線状の部材合わせ部１９は、リアクター本体１０の内部の反応流体流路１８よりも外側において露出している。

このような第１〜第５基板状部材１１〜１５の重ね合わせ構造で構成されたリアクター本体１０によれば、解体メンテナンス及び組み付け作業を容易に行うことができ、また、各基板状部材１１〜１５を最大限に活用して流路形成部１７を形成すれば、全体として多数又は長距離の反応流体流路１８を構成することができる。なお、リアクター本体１０は、従来の基板積層型のマイクロリアクター自体と同様の構成である。

リアクター本体収容部２０４には、リアクター本体１０を収容するための上面側に開口した本体収容凹部が形成されている。本体収容凹部は、開口端部分の内径が、リアクター本体１０の第１基板状部材１１の上側部分が嵌合するように形成されていると共に、底部分の内径が、第５基板状部材１５の下側部分が嵌合するように形成されている。本体収容凹部は、第１基板状部分の下側部分乃至第５基板状部分の上側部分に対応する中間部分の内径がリアクター本体１０の外径よりも大きく形成されている。そして、リアクター本体収容部２０４にリアクター本体１０が収容されることにより、それらの間に、リアクター本体１０の中間部分の外周の４本の線状の部材合わせ部１９を覆う封止流体収容領域２１が形成されるようになっている。つまり、リアクター本体収容部２０４が封止流体収容部を構成している。なお、リアクター本体収容部２０４の開口端部分とリアクター本体１０との当接部分には、封止流体収容領域２１が密封されるようにシール材を狭持する等のシール処理を施していてもよい。

このような構成によれば、複数の基板状部材の重ね合わせ構造で構成された従来のマイクロリアクター自体にリアクター本体収容部２０４を組み合わせればよいだけであるので、装置を容易に構成することができる。また、デバイス構成がコンパクトであるので、封止流体収容領域２１に収容する封止流体量が少なくてよい。

リアクター本体収容部２０４には、側面から本体収容凹部に達する上下一対の貫通孔が複数箇所に形成されている。それらの貫通孔のうち上側が封止流体流入部２５及び下側が封止流体流出部２６にそれぞれ構成されている。また、リアクター本体収容部２０４には、リアクター本体１０の第５基板状部材１５の反応流体流出部１６２に対応して、本体収容凹部から底面に貫通した接続流路２８が形成されている。

リアクター本体収容部２０４を形成する材料としては、リアクター本体１０を形成する材料と同様の材料を挙げることができる。

リアクター本体１０の第１基板状部材１１の反応流体流入部１６１には、反応流体供給源４１から延びた反応流体供給管４２が接続されている。反応流体供給管４２には、反応流体を流通させる反応流体供給器４３が介設されており、また、反応流体の圧力を検知する反応流体圧力計４４が取り付けられている。

リアクター本体１０の第１基板状部材１１の反応流体流出部１６２からは接続流路２８を経由して反応流体回収管５１が延びており、反応流体回収タンク５２に接続されている。反応流体回収管５１には、反応流体の圧力を調整する反応流体圧力調整器５３が介設されている。反応流体圧力調整器５３には、反応流体圧力計４４が電気的に接続されている。反応流体圧力調整器５３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び反応流体圧力計４４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

リアクター本体収容部２０４の各封止流体流入部２５には、封止流体貯蔵タンク６１から延びた封止流体供給管６２が接続されている。封止流体供給管６２には、封止流体を流通させる封止流体供給器６３が介設されており、また、封止流体の圧力を検知する封止流体圧力計６４が取り付けられている。

リアクター本体収容部２０４の各封止流体流出部２６からは封止流体回収管７１が延びており、封止流体回収タンク７２に接続されている。封止流体回収管７１には、封止流体の圧力を調整する封止流体圧力調整器７３が介設されている。封止流体圧力調整器７３には、封止流体圧力計６４が電気的に接続されている。封止流体圧力調整器７３は、設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、設定圧力情報及び封止流体圧力計６４で検知された圧力情報に基づいて流路を開閉する。

次に、このマイクロリアクターシステムＳの動作について説明する。

マイクロリアクターシステムＳが稼働すると、反応流体供給器４３は、反応流体を、反応流体供給源４１から反応流体供給管を介し、反応流体流入部１６１を経由させてリアクター本体１０の反応流体流路１８に継続的に供給する。また、反応流体圧力計４４は、検知した反応流体の圧力情報を反応流体圧力調整器５３に送る。

リアクター本体１０では、反応流体流路１８で反応流体が流通すると共に反応が進行し、生成物の反応流体が生成される。生成物の反応流体は、反応流体流出部１６２及び接続流路２８を順に経由して反応流体回収管５１に送り出され、反応流体圧力調整器５３を経由して反応流体回収タンク５２に回収される。

一方、封止流体供給器６３は、封止流体を、封止流体貯蔵タンク６１から封止流体供給管６２を介し、封止流体流入部２５を経由させて封止流体収容部２０２の封止流体収容領域２１に供給する。また、封止流体圧力計６４は、封止流体の圧力情報を封止流体圧力調整器７３に送る。

そして、封止流体供給器６３を継続的に稼働させると、リアクター本体収容部２０４では、封止流体が封止流体収容領域２１を流通する。封止流体収容領域２１を流通した封止流体は、封止流体流出部２６を経由して封止流体回収管７１に送り出され、封止流体圧力調整器７３を経由して封止流体回収タンク７２に回収される。また、封止流体が封止流体圧力調整器７３の設定圧力に達したときに封止流体供給器６３を停止させると、リアクター本体収容部２０４では、封止流体が流通せずに封止流体収容領域２１に密閉封入される。

以上の全過程を通じ、反応流体圧力調整器５３は、反応流体圧力計４４で検知した反応流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。また、封止流体圧力調整器７３は、封止流体圧力計６４で検知した封止流体の圧力が設定圧力に維持されるように流路を開閉する。つまり、反応流体圧力調整器５３及び封止流体圧力調整器７３は、圧力制御部を構成している。

リアクター本体１０等の詳細構成、制御方法、及び、作用効果は、実施形態１と同一である。

（その他の実施形態）
上記実施形態１〜４では、マイクロリアクター１００としたが、特にこれに限定される物ではなく、マイクロミキサー等の他のマイクロデバイスであってもよい。

また、上記実施形態１〜４では、封止流体を封止流体貯蔵タンク６１から封止流体回収タンク７２に流通させる構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、封止流体循環流路に封止流体を循環させる構成としてもよい。

また、上記実施形態１〜４では、反応流体圧力調整器５３及び封止流体圧力調整器７３により圧力制御部を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、単一のリアクター制御部により圧力制御部を構成し、それにより反応流体の圧力及び／又は封止流体の圧力を制御するようにしてもよい。

また、上記実施形態１〜４では、封止流体を封止流体収容領域２１に流通させることも、封止流体を封止流体収容領域２１に密閉封入することもできる構成であるが、上記実施形態２の変形例のように、上記実施形態１、３及び４でも、封止流体流入部２５のみが設けられて後者のみを行うことができる構成としてもよい。

（試験装置の構成）
試験に用いたマイクロデバイスは、デバイス本体がデバイス本体収容容器に収容されたタイプのものである。

デバイス本体は、一対の円形基板状部材で構成され、それらのうち一方に、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍ及び長さ１ｍの流路形成部としての凹溝が形成され、他方に、一方の円形基板状部材の凹溝の両端に対応するように流体流入部及び流体流出部を構成する一対の貫通孔が形成されたものである。これらの一対の円形基板状部材を重ね合わせ、それらの中心及び外周部に形成された８つのボルト挿通孔にそれぞれボルトを通し、締め付け強度０．５Ｎ・ｍでナット締めすることでデバイス本体を構成した。

デバイス本体収容容器は、封止流体流入部を構成する貫通孔が形成された容積６００ｍｌの保圧容器である。

マイクロデバイスは、イオン交換水貯槽から延び且つプランジャーポンプ及び圧力計が介設された金属パイプがデバイス本体収容容器に引き入れられてデバイス本体の流体流入部に接続され、また、処理後槽から延び且つ圧力調整器が介設された金属パイプがデバイス本体収容容器に引き入れられてデバイス本体の流体流出部に接続され、さらに、窒素ガスタンクから延び且つ圧力センサ及び圧力調整器が介設された金属パイプがデバイス本体収容容器の封止流体流入部に接続されたものである。

（試験方法）
以下の試験１〜６の通水試験を実施し、それぞれについて、送液量及び回収液量の収支から液体漏洩率を算出した。また、デバイス本体の外観観察により液漏れの有無を確認した。

−試験１−
デバイス本体収容容器内を１．４ＭＰａの窒素ガス雰囲気とし、デバイス本体の流体流路に０．０ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で１２時間通液した。なお、ここで、デバイス本体収容容器内の圧力及びイオン交換水の圧力はいずれもゲージ圧である（以下、同様）。

−試験２−
デバイス本体収容容器内を１．４ＭＰａの窒素ガス雰囲気とし、デバイス本体の流体流路に１．０ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で１２時間通液した。

−試験３−
デバイス本体収容容器内を１．４ＭＰａの窒素ガス雰囲気とし、デバイス本体の流体流路に１．５ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で１２時間通液した。

−試験４−
デバイス本体収容容器内を０．０ＭＰａとし、デバイス本体の流体流路に０．０ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で１２時間通液した。

−試験５−
デバイス本体収容容器内を０．０ＭＰａとし、デバイス本体の流体流路に１．５ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で１２時間通液した。

−試験６−
デバイス本体収容容器内を０．０ＭＰａとし、デバイス本体の流体流路に３．０ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で１２時間通液した。

−試験７−
デバイス本体収容容器内を０．０ＭＰａとし、デバイス本体の流体流路に５．０ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で１２時間通液した。

−参考試験−
デバイス本体収容容器内を０．０ＭＰａとし、デバイス本体の流体流路に９．０ＭＰａのイオン交換水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量で通液した。しかしながら、通水開始から２時間後の中間経過で、流体漏洩率５．３％が確認されたので、試験を中止した。

（試験結果）
試験結果を表１に示す。

表１によれば、封止流体（窒素ガス）の圧力の方が流通流体（イオン交換水）の圧力よりも高い試験１及び２では、流体漏洩率が０．０％であり、また、外観観察でも液漏れが確認されず、つまり、全く液漏れが生じなかったことが分かる。これは、流通流体がより圧力の高い封止流体に抗せず、デバイス本体に封じられたためであると考えられる。

封止流体及び流通流体に圧力差のない試験４では、流体漏洩率が０．２％であり、また、外観観察では液漏れが確認されず、つまり、液漏れが極めて少なかったことが分かる。これは、少なくとも封止流体及び流通流体を同圧力とすれば、液漏れを極めて少なく抑制することができるということである。

封止流体の圧力の方が流通流体の圧力よりも低い試験３、５及び６では、流体漏洩率が０．８〜１．０％であり、また、外観観察では液漏れが確認され、つまり、明らかに液漏れが生じたことが分かる。これは、流通流体がより圧力の低い封止流体に抗してデバイス本体の外部に漏洩したためであると考えられる。しかしながら、この程度の液漏れは、流通流体であるイオン交換水の圧力を５．０ＭＰａとした試験７や９．０ＭＰａとした参考試験と対比すれば、実用的には十分に許容できるものである。従って、封止流体の圧力の方が流通流体の圧力よりも低い場合であっても、その圧力差を３．０ＭＰａ以下、安全性を考慮して１．５ＭＰａ以下とすれば、流通流体の漏洩を十分に低く抑制することができると考えられる。

以上説明したように、本発明は、各々に流路形成部が形成された複数の本体形成部材を有し、且つ、それらの複数の本体形成部材が分解可能な組み合わせ構造を構成すると共に、それらの複数の本体形成部材の流路形成部が組み合わされて内部に流体流路が形成されたデバイス本体を備えたマイクロデバイス及びその制御方法について有用である。

実施形態１に係るマイクロリアクターシステムの構成を示す図である。 実施形態２に係るマイクロリアクターシステムの構成を示す図である。 実施形態２のマイクロリアクターの上面図である。 実施形態２に係るマイクロリアクターシステムの変形例の構成を示す図である。 実施形態３に係るマイクロリアクターシステムの構成を示す図である。 実施形態３のマイクロリアクターの上面図である。 実施形態４に係るマイクロリアクターシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１００ マイクロリアクター（マイクロデバイス）
１０ リアクター本体（デバイス本体）
１１〜１５ 第１〜第５基板状部材（本体形成部材）
１７ 流路形成部
１８ 反応流体流路
１９ 部材合わせ部
２０１ リアクター本体収容容器（封止流体収容部、デバイス本体収容容器）
２０２ 封止流体収容部
２０４ リアクター本体収容部（封止流体収容部）
２１ 封止流体収容領域

Claims (12)

1. 各々に流路形成部が形成された複数の本体形成部材を有し、且つ、該複数の本体形成部材が分解可能な組み合わせ構造を構成すると共に、該複数の本体形成部材の該流路形成部が組み合わされて内部に流体流路が形成されたデバイス本体と、
   上記デバイス本体の内部の上記流体流路よりも外側において露出した上記複数の本体形成部材のうち少なくとも一対により形成された線状の部材合わせ部を覆う封止流体収容領域を形成する封止流体収容部と、
   を備えたマイクロデバイス。
2. 上記封止流体収容部が、上記デバイス本体を収容すると共に上記封止流体収容領域が該デバイス本体を覆うように形成されたデバイス本体収容容器である、請求項１に記載のマイクロデバイス。
3. 上記デバイス本体を構成する上記複数の本体形成部材の組み合わせ構造が、複数の基板状部材の重ね合わせ構造である、請求項１に記載のマイクロデバイス。
4. 上記封止流体収容部は、上記複数の基板状部材の線状の部材合わせ部が露出した上記デバイス本体の外周を囲うように形成されている、請求項３に記載のマイクロデバイス。
5. 上記デバイス本体内部の上記流体流路は、その流路断面の等価直径が２０００μｍ以下である、請求項１に記載のマイクロデバイス。
6. 各々に流路形成部が形成された複数の本体形成部材を有し、且つ、該複数の本体形成部材が分解可能な組み合わせ構造を構成すると共に、該複数の本体形成部材の該流路形成部が組み合わされて内部に流体流路が形成されたデバイス本体を備えたマイクロデバイスの制御方法であって、
   上記デバイス本体の内部の上記流体流路よりも外側において露出した上記複数の本体形成部材のうち少なくとも一対により形成された線状の部材合わせ部を覆うように、該部材合わせ部から該流体流路の流通流体が漏洩するのを規制する封止流体雰囲気を形成する、マイクロデバイスの制御方法。
7. 上記流体流路の流通流体の圧力よりも上記封止流体雰囲気の封止流体の圧力を高くする、請求項６に記載のマイクロデバイスの制御方法。
8. 上記流体流路の流通流体及び上記封止流体雰囲気の封止流体の圧力差を１．５ＭＰａ以下にする、請求項６に記載のマイクロデバイスの制御方法。
9. 上記流体流路の流通流体の圧力を５．０ＭＰａ以上に設定する、請求項６に記載のマイクロデバイスの制御方法。
10. 上記封止流体雰囲気の封止流体を流通させる、請求項６に記載のマイクロデバイスの制御方法。
11. 上記封止流体を熱媒体として上記デバイス本体を温度調節する、請求項１０に記載のマイクロデバイスの制御方法。
12. 上記封止流体雰囲気の封止流体を反応不活性なガスとする、請求項６に記載のマイクロデバイスの制御方法。

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