JP2008290038A - 流体混合装置及び混合流体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２以上の液体や気体等の流体（第１流体と第２流体）を混合して高度に均一化された混合流体を高い生産性で製造し小型で温度制御性に優れる流体混合装置を提供する。
【解決手段】第１流体が導入されるｍ個の第１流体導入路(11)の群と、第１流体導入路(11)と交互に配列され第２流体が導入される複数個の第２流体導入路(12)の群と、第１流体導入路(11)及び第２流体導入路(12)の先端が二方向に分岐してなる第１分岐路(13)の群と、第１分岐路(13)の二つある先端のうち一方の先端が他の第１分岐路(13)の他方の先端に合流してなる第１合流路(14)の群と、第ｎ−１合流路(18)の先端が二方向に分岐してなる第ｎ分岐路(19)と、第ｎ分岐路(19)の二つある先端のうち一方の先端が他の第ｎ分岐路(19)の他方の先端に合流してなる第ｎ合流路(20)の群と、終端に位置する第ｎ合流路を延長し混合流体を導出する混合流体導出路(21)の群とを、有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、２以上の液体や気体等の流体を混合して混合流体にする技術分野に属し、特に、この混合流体をマイクロメーターオーダーで迅速に混合する技術に関する。

近年、化学合成や化学分析の分野において、２以上の化学物質を化学反応させるに際し、反応時間を短縮したり副反応を抑制するため、流動化したこれら化学物質を細径に流動させ合流及び分割を繰り返し、均一化された混合流体の作製を経て、化学反応させる技術が注目されている。この混合流体の均一化を高効率で実行するための流体混合装置は、一片が数十〜数百μｍ程度の断面の流路が、微細加工技術により基板に成形されたものであって、マイクロミキサ又はマイクロリアクタと通称されている。

既に、そのようなマイクロリアクタとして、複数の略Ｙ字形状の流路をそのＹ字上側の分岐部分が他の流路のＹ字下側の集束部分に接続するように連結させ、このＹ字形状の流路の複数を平板上に溝状に形成するとともにこの平板を適宜積層させた構成が、公知となっている（例えば、特許文献１）。
この公知技術によれば、マイクロリアクタに投入された二種類の流体は、直列に連結された複数のＹ字形状の流路を一直線に流動する際に、合体・分割を繰り返すことにより、混合が進行することになる。

また、他の公知例として、貫通孔を設けた平板の複数を積層させるとともにこの貫通孔の配列・形状に創作を凝らし、二種類の流体が、この貫通孔を通過する過程で合流／分割を繰り返すことにより、混合が実行されるものがある（例えば、特許文献２）。
特表平１１−５１１６８９号公報（図２、図１０参照） 特開２００２−３４６３５３号公報（図１、図２参照）

特許文献１に記載のマイクロリアクタでは、二種類の流体を混合させる流路が一本であることにより、混合流体にマイクロメーターオーダーの均一性を付与しようとすれば、直列に連結されるＹ字形状の流路の段数を相当数増加させる必要がある。一方、このように直列に連結されるＹ字形状の流路の段数が増加すれば、流体の流動に伴う圧力損失が増大して、混合流体の生産性が低下することが避けられない。

特許文献２に記載のマイクロリアクタにおいても、混合流体にマイクロメーターオーダーの均一性を付与しようとすれば、貫通孔の設けられた平板の積層数を相当数増加させる必要がある。一方、このように平板の積層数が増加すれば、マイクロリアクタの厚みが増加し、リアクタ内部の温度制御性が低下する。係る場合、二種類の流体を混合して吸発熱を伴い進行する化学反応の制御が困難になる。

本発明は、これらの問題を解決することを課題とし、高度に均一化された混合流体を高い生産性で製造するとともに小型でかつ優れた温度制御性を備えた流体混合装置及びそのような混合流体の製造方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために本発明は、第１流体と第２流体とを混合して混合流体にする流体混合装置において、前記第１流体が導入されるｍ個（ｍ＝２，３，…）の第１流体導入路の群と、前記第１流体導入路と交互に配列され前記第２流体が導入される複数個の第２流体導入路の群と、前記第１流体導入路及び前記第２流体導入路の先端が二方向に分岐してなる第１分岐路の群と、前記第１分岐路の二つある先端のうち一方の先端が他の第１分岐路の他方の先端に合流してなる第１合流路の群と、第ｎ−１合流路（ｎ＝２，３，…）の先端が二方向に分岐してなる第ｎ分岐路と、前記第ｎ分岐路の二つある先端のうち一方の先端が他の第ｎ分岐路の他方の先端に合流してなる第ｎ合流路の群と、終端に位置する前記第ｎ合流路を延長し前記混合流体を導出する混合流体導出路の群とを、手段として有することを特徴とする。

かかる構成により本発明は、第１流体及び第２流体が導入される導入路がそれぞれ複数存在することにより、二種類の流体の混合を、並列配置される複数の合流路において、同時処理することができる。そして並列配置される複数の合流路が、分岐路を介し、さらに直列方向にｎ段構成されることになる。そして流体は、この各段における合流路を通過するたびに分岐され、分岐された半分の流体は、並列方向に隣り合い同じく分岐された半分の流体に合流し、これを繰り返すことになる。これにより、直列方向の段数を増加させなくても流体の混合の度合いを高めることができ、また直列方向の段数が少なくてすむために流体の流動に伴う圧力損失を低減することができる。さらに、並列配置される複数の第１流体及び第２流体の導入路を増加させることが容易な構成であるために、第１流体及び第２流体の入力量を容易に向上させることができる。
また、第１流体、第２流体及びこれらの混合流体が流れる流路は、高密度で形成することが容易でかつ二枚又は三枚の基板上に形成することが可能であるので、占有体積を小さくかつ比表面積を大きく構成することができる。

本発明によれば、高度に均一化された混合流体を高い生産性で製造するとともに、小型でかつ優れた温度制御性を備えた流体混合装置及びそのような混合流体の製造方法を提供することができる。

（第１実施形態）
図１から図４を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１に示される分解斜視図のように、第１実施形態の流体混合装置１０は、配送板５０に第１流路板３０及び第２流路板４０が積層されて構成されている。
このように構成される流体混合装置１０は、配送板５０の入力路５１，５２から第１流体及び第２流体を入力し、流路板３０，４０に形成される流路３１，４２（適宜図２参照）を流動させることによりこれらを混合し、配送板５０の出力路５４から混合流体として出力するものである。

第１流路３１は、第１流路板３０の片面（図中下面）に溝状に刻設されているものであり、第２流路４２は、第２流路板４０の片面（図中上面）に溝状に刻設されているものである。そして、第１流路板３０及び第２流路板４０がこれら流路が刻設されている片面同士で面接触していることにより、第１流体及び第２流体が流動して両者が混合される流路（適宜図２参照）が形成されることになる。

また、第１流路板３０には、第１流路３１を包囲するようにして封止溝３３が刻設され、第２流路板４０には、第２流路４２を包囲するようにして封止溝４３が刻設されている。これにより、これら封止溝３３，４３に封止部材２５を係入することにより、第１流路３１及び第２流路４２を流動する流体が外部に漏洩することが防止される。

また、配送板５０にも、第２流路板４０との間に配設する封止部材（図示せず）を係入させる封止溝５３，５３が刻設されている。この封止溝５３，５３は、第１流体が通過する第１分割孔５７の群、第２流体が通過する第２分割孔５８の群、混合流体が通過する第３分割孔５９の群をそれぞれ包囲するようにして刻設されている。これにより、第１流体、第２流体及び混合流体が、配送板５０及び第２流路板４０の接触面にて外部漏洩するのを防止するとともに、相互に混入することも防止される。

また、第１流路板３０、第２流路板４０及び配送板５０の周縁には、これらを積層して固定する締結部材（図示略）を係入するための締結孔３５，４５，５５が設けられている。さらに、位置決孔３６，４６，５６が設けられ、第１流路３１、第２流路４２及び分割孔５７，５８，５９が規定通りに位置決めされる（適宜図２参照）。

これらの第１流路板３０、第２流路板４０及び配送板５０の材質は、金属、シリコン、ガラス、プラスチック材料等、流体に合わせて適宜選択することができる。また、流路３１，４２の流路幅、深さなどの寸法は数十μｍから数ｍｍ程度が望ましく、そのような加工は、エッチングや機械加工などの方法を適宜選択することが可能である。

ところで、本実施形態に示す流体混合装置１０は、図示されるように流路３１，４２が二次元平面に展開されるものであるので、図示されるように板状で比表面積が大きい構成をとるために温度制御性に優れる特徴を有する。
このため、本実施形態に示す流体混合装置１０を化学反応器として使用する場合などにおいて、その温度制御を実施する場合には、流体混合装置１０の全体を恒温槽（図示せず）に設置したり、上下の平面上にヒータ、ペルチエ素子又は温水ジャケット（図示せず）などの温調手段を設置したりする。

次に図２を参照して説明を続ける。
図２に示される平面図は、第１実施形態に係る流体混合装置１０の上面視方向から見込んだ流路の構成を示すものであって、第１流路３１及び第２流路４２を重ね合わせたものである。また図２に示される流路３１，４２は、流体が流動する直列方向に、分岐路１３，１５，１７，１９及び合流路１４，１６，１８，２０の組み合わせが複数段（図では１２段）形成され、この直列方向に直交する並列方向に第１流体導入路１１及び第２流体導入路１２の組み合わせが複数列（図では４列）形成されているものが例示されている。

第１流体導入路１１（１１_１，１１_２，…１１_ｍ）は、配送板５０（図１参照）の第１分割孔５７から第１流体が導入されるものであって、この第１流体が流動する方向に対し直交する方向に複数個（図中４個）が並列配置した群をなしている。
第２流体導入路１２は、配送板５０（図１参照）の第２分割孔５８から第２流体が導入されるものであって、第１流体導入路１１と交互に配列され複数個（図中４個）の群をなしている。

第１分岐路１３は、第１流体導入路１１の先端が第１流体の流動方向に向かって二方向に分岐してなるもの、第２流体導入路１２の先端が第２流体の流動方向に向かって二方向に分岐してなるものであって、これらが交互に並列配置して群をなしている。
第１合流路１４は、第１分岐路１３の二つある先端のうち一方の先端が他（隣り）の第１分岐路１３の他方の先端に合流してなるものであって、その複数が交互に並列配置して群をなしている。

第２分岐路１５は、第１合流路１４の先端が、流体の流動方向に向かって二方向に分岐してなるものであって、その複数が並列配置して群をなしている。
第２合流路１６は、第２分岐路１５の二つある先端のうち一方の先端が他（隣り）の第２分岐路１５の他方の先端に合流してなるものであって、その複数が並列配置して群をなしている。

このように、第１分岐路１３の群と第１合流路１４の群との組み合わせを第１段、第２分岐路１５の群と第２合流路１６の群との組み合わせを第２段のように定義した場合、流路３１，４２は、直列に接続される任意の段数（第ｎ段）から構成されることになる。
ここで、第ｎ段における第ｎ分岐路１９は、第ｎ−１合流路１８（ｎ＝２，３，…）の先端が二方向に分岐してなるものであって、その複数が並列配置して群をなしている。
そして、第ｎ合流路２０は、第ｎ分岐路１９の二つある先端のうち一方の先端が他（隣り）の第ｎ分岐路１９の他方の先端に合流してなるものであって、その複数が交互に並列配置して群をなしている。

混合流体導出路２１は、流体の流動方向の終端（最終段）に位置する第ｎ合流路２０が延長してなるものであって、第１流体及び第２流体が各段において合流と分岐を複数回（ｎ回）繰り返してなる混合流体を導出する部位であって、配送板５０（図１参照）の第３分割孔５９に連結している。

次に図３を参照して説明を続ける。
図３（ａ）に示される平面図は、第１流路板３０を、流体混合装置１０（図１参照）の上面視方向から臨むものであって、破線で示される第１流路３１及び封止溝３３はその反対面に刻設されている。図３（ｂ）に示される平面図は、第２流路板４０を、流体混合装置１０の上面視方向から臨むものであって、実線で示される流路及び封止溝４３はその面に刻設されている。

第１流路板３０には、第１分岐路１３の群（図２参照）のうち第１分岐路１３Ａが、第１流体導入路１１Ａから分岐して設けられている。そして、第１流路板３０には、第ｎ−１分岐路１７Ａ（ｎ＝２，３，…）、その一方の先端に連結する第ｎ−１合流路１８Ａ（ｎ＝２，３，…）及び第ｎ分岐路１９Ａが設けられている。また第１流路板３０における第ｎ−１分岐路１７Ａの他方の先端に連結するものは、第２流路板４０に設けられている第ｎ−１合流路１８Ｂ（ｎ＝２，３，…）及び第ｎ分岐路１９Ｂとなっている。

第２流路板４０には、第１分岐路１３の群（図２参照）のうち第２流体導入路１２Ｂから分岐する第１分岐路１３Ｂが設けられている。そして、第２流路板４０には、第ｎ−１分岐路１７Ｂ（ｎ＝２，３，…）、その一方の先端に連結する第ｎ−１合流路１８Ｂ（ｎ＝２，３，…）及び第ｎ分岐路１９Ｂが設けられている。また第２流路板４０における第ｎ−１分岐路１７Ｂの他方の先端に連結するものは、第１流路板３０に設けられている第ｎ−１合流路１８Ａ（ｎ＝２，３，…）及び第ｎ分岐路１９Ａとなっている。

図３（ｃ）に示される平面図は、配送板５０を、流体混合装置１０（図１参照）の上面視方向から臨むものであって、実線で示される分割孔５７，５８，５９はその面に開口するものであって、封止溝５３もその面に刻設されている。

第１流体入力路５１は、配送板５０の第１分割孔５７及び第２流路板４０の通過孔４７Ｂを介して第１流路板３０上の第１流体導入路１１Ａの群に連通するものである。そして、配送板５０の側面に開口する第１流体入力路５１の開口端から第１流体を入力すると、この第１流体が、第１流体導入路１１Ａに導入されるようになっている。

第２流体入力路５２は、配送板５０の第２分割孔５８を介して第２流路板４０上の第２流体導入路１２Ｂの群に連通するものである。そして、配送板５０の側面に開口する第２流体入力路５２の開口端から第２流体を入力すると、この第２流体が、第２流体導入路１２Ｂに導入されるようになっている。

混合流体出力路５４は、配送板５０の第３分割孔５９を介して第２流路板４０上の混合流体導出路２１Ｂの群に連通するとともに、通過孔４９Ｂを介して第１流路板３０上の混合流体導出路２１Ａの群に連通するものである。そして、第１流体及び第２流体が流路３１，４２を流動してなる混合流体は、この混合流体出力路５４から出力されるようになっている。

このように、第１流体及び第２流体を流動させて混合流体にする流路３１，４２は、最小で２枚の流路板を積層させて構成すことが可能である。またこれら流路３１，４２は、流動する流体の曲率が小さな状態で互いに合流／分岐を繰り返すため、流体の圧力損失が小さく大流量で流動することが容易である。また平板面上に流路が二次元に展開するため、熱の授受面積が大きく、熱の制御性に優れる特徴を有する。

次に図４を参照して、第１実施形態に係る流体混合装置の動作の説明を行う。
図４（ａ）は図２のうち第１分割孔５７，第２分割孔５８を含む部分の拡大図である。そして、図４（ｂ）は図４（ａ）のうちＹ１，Ｙ２方向の断面図である。また図４（ｃ）は図４（ａ）のうちＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４方向の断面図である。

まず、第１分割孔５７，５７から導入された第１流体は、第１流体導入路１１Ａ，１１Ａを直列方向に流動する（第１流体入力段階）。同時に、第２分割孔５８から導入された第２流体は、第２流体導入路１２Ｂを直列方向に流動する（第２流体入力段階）。

次に、第１流体導入路１１Ａ，１１Ａを流れる第１流体が第１分岐路１３Ａ，１３Ａで二方向に分岐して流動すると同時に第２流体導入路１２Ｂを流れる第２流体が第１分岐路１３Ｂで二方向に分岐して流動する（第１分岐段階）。
この第１分岐段階では、図４（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図４（ｃ）のＸ１断面に示されるように、第１流体及び第２流体が互いに混合することなく第１分岐路１３Ａ，１３Ｂで分岐され流動している。

そして、第１分岐路１３Ａにおける第１流体の二方向に分岐した流体のうち一方が、第２流体導入路１２Ｂにおける第２流体の二方向に分岐した流体のうち他方に合流し、第１合流路１４Ａ，１４Ｂを直列方向に流動する（第１合流段階）。
この第１合流段階では、図４（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図４（ｃ）のＸ２断面に示されるように、第１分岐路１３Ａを流動する第１流体と、第１分岐路１３Ｂを流動する第２流体とが、層流状態を維持したまま第１合流路１４Ａ，１４Ｂで合流し二層流体になる。

次に、前記した第ｎ−１合流段階（ｎ＝２）で合流した二層流体のそれぞれがさらに第ｎ分岐路１５Ａ，１５Ｂ（ｎ＝２）において二方向に分岐する（第ｎ分岐段階）。
この第ｎ分岐段階（ｎ＝２）では、図４（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図４（ｃ）のＸ３断面に示されるように、前記した二層流体がその層状態を維持したまま第２分岐路１５Ａ，１５Ｂで分岐され流動している。

さらにこの二方向に分岐した流体のうち一方が他の二方向に分岐した流体のうち他方に合流し、第ｎ合流路１６Ａ，１６Ｂ（ｎ＝２）を直列方向に流動する（第ｎ合流段階）。
この第ｎ合流段階（ｎ＝２）では、図４（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図４（ｃ）のＸ４断面に示されるように、第２分岐路１５Ａを流動する二層流体と、第２分岐路１５Ｂを流動する二層流体とが、その層流状態を維持したまま第２合流路１６Ａ，１６Ｂで合流し四層流体になる。

そして、前記した第ｎ分岐段階及び第ｎ合流段階をさらに複数段階（ｎ＝３，４…）繰り返すことで、第１流体と第２流体とはそれぞれが薄く交互に積層する多層流体となって混合が進行することになる。このように、分岐と合流とが交互にｎ回繰り返されることで流体の多層化は２のｎ乗となる。
最後に、前記した第ｎ合流段階のうち最終段階で得られるものを混合流体として導出路２１（図２参照）から導出する（混合流体導出段階）。このようにして、第１流体と第２流体とを混合させることにより、流体の流動に伴う圧力損失を増大させることなく短時間のうちにマイクロメーターオーダーで均一化された混合流体を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、図５から図８を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の流体混合装置１０を構成する部材のうちすでに第１実施形態において説明したものと構成及び作用が同一のものについては、図中同一の符号を付すとともに、すでに行った説明を援用して詳細な説明の記載を省略することとする。

図５に示される分解斜視図のように、第２実施形態の流体混合装置１０は、配送板５０に第１流路板３０、第２流路板４０及び第３流路板６０が積層されて構成されている。
このように構成される流体混合装置１０は、配送板５０の入力路５１，５２から第１流体及び第２流体を入力し、流路板３０，４０，６０に形成される流路３１，４２，６３（適宜図６参照）を流動させることによりこれらを混合し、配送板５０の出力路５４から混合流体として出力するものである。

図６に示される平面図は、第２実施形態に係る流体混合装置１０（図５参照）の上面視方向から見込んだ流路の構成を示すものであって、第１流路３１、第２流路４２及び第３流路６３を重ね合わせたものである。
なお、図６に示される流路３１，４２，６３の詳細な説明は、すでに図２を参照して行った説明と同じであるので、その説明を援用して記載を省略する。

次に図７を参照して説明を続ける。
図７（ａ）に示される平面図は、第１流路板３０を、流体混合装置１０（図５参照）の上面視方向から臨むものであって、破線で示される第１流路３１及び封止溝３３はその反対面に刻設されている。図７（ｂ）に示される平面図は、第３流路板６０を、流体混合装置１０（図５参照）の上面視方向から臨むものであって、実線で示される流路は貫通孔であって封止溝６１，６２は両面に刻設されている。図７（ｃ）に示される平面図は、第２流路板４０を、流体混合装置１０（図５参照）の上面視方向から臨むものであって、実線で示される第２流路４２及び封止溝４３はその面に刻設されている。

第１流路板３０には、第１分岐路１３の群（図６参照）のうち第１分岐路１３Ａが、第３流路板６０に設けられている第１流体導入路１１Ｂから分岐するようにして設けられている。そして、第１流路板３０には、第ｎ−１分岐路１７Ａ（ｎ＝２，３，…）及びその一方の先端に連結する第ｎ分岐路１９Ａが設けられている。また第１流路板３０における第ｎ−１分岐路１７Ａ（ｎ＝２，３，…）の他方の先端に連結するものは、第２流路板４０に設けられている第ｎ分岐路１９Ｃとなっている。そして、第ｎ−１分岐路１７Ａ，第ｎ−１分岐路１７Ｃ及び第ｎ分岐路１９Ａは、第３流路板６０に設けられている第ｎ−１合流路１８Ｂにより連結されている。

第２流路板４０には、第１分岐路１３の群（図６参照）のうち第２流体導入路１２Ｂから分岐する第１分岐路１３Ｃが設けられている。そして、第２流路板４０には、第ｎ−１分岐路１７Ｃ（ｎ＝２，３，…）及びその一方の先端に連結する第ｎ分岐路１９Ｃが設けられている。また第２流路板４０における第ｎ−１分岐路１７Ｃの他方の先端に連結するものは、第１流路板３０に設けられている第ｎ分岐路１９Ａとなっている。そして、第ｎ−１分岐路１７Ａ，第ｎ−１分岐路１７Ｃ及び第ｎ分岐路１９Ａは、第３流路板６０に設けられている第ｎ−１合流路１８Ｂにより連結されている。

第２流路板４０に設けられている通過孔４７Ｃは、第３流路板６０上の第１流体導入路１１Ｂの群と配送板５０（図５参照）の第１分割孔５７とを連通させるものである。また通過孔４８Ｃは、第３流路板６０上の第２流体導入路１２Ｂの群と配送板５０（図５参照）の第２分割孔５８とを連通させるものである。そして、通過孔４９Ｃは、第３流路板６０上の混合流体導出路２１の群と配送板５０（図５参照）の第３分割孔５９とを連通させるものである。
このようにして、第１流体及び第２流体を流動させて混合流体にする流路３１，４２，６３は、３枚の流路板を積層させて構成されることになる。

次に、図８を参照して、第２実施形態に係る流体混合装置の動作の説明を行う。
図８（ａ）は図６のうち第１分割孔５７，第２分割孔５８を含む部分の拡大図である。そして、図８（ｂ）は図８（ａ）のうちＹ１，Ｙ２方向の断面図である。また図８（ｃ）は図８（ａ）のうちＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４方向の断面図である。

まず、第１分割孔５７，５７から導入された第１流体は、第１流体導入路１１Ｂ，１１Ｂを直列方向に流動する（第１流体入力段階）。同時に、第２分割孔５８から導入された第２流体は、第２流体導入路１２Ｂを直列方向に流動する（第２流体入力段階）。

次に、第１流体導入路１１Ｂ，１１Ｂを流れる第１流体が第１分岐路１３Ａ，１３Ａで二方向に分岐して流動すると同時に第２流体導入路１２Ｂを流れる第２流体が第１分岐路１３Ｃで二方向に分岐して流動する（第１分岐段階）。
この第１分岐段階では、図８（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図８（ｃ）のＸ１断面に示されるように、第１流体及び第２流体が互いに混合することなく第１分岐路１３Ａ，１３Ｃで分岐され流動している。

そして、第１分岐路１３Ａにおける第１流体の二方向に分岐した流体のうち一方が、第１分岐路１３Ｃにおける第２流体の二方向に分岐した流体のうち他方に合流し、第１合流路１４Ｂを直列方向に流動する（第１合流段階）。
この第１合流段階では、図８（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図８（ｃ）のＸ２断面に示されるように、第１分岐路１３Ａを流動する第１流体と、第１分岐路１３Ｃを流動する第２流体とが、第１合流路１４Ｂの末端で正面衝突を起こして合流するために、この第１合流路１４Ｂで旋回流を伴う旋回流体になる。

次に、前記した第ｎ−１合流段階（ｎ＝２）で合流した旋回流体のそれぞれがさらに第ｎ分岐路１５Ａ，１５Ｃ（ｎ＝２）において二方向に分岐する（第ｎ分岐段階）。
この第ｎ分岐段階（ｎ＝２）では、図８（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図８（ｃ）のＸ３断面に示されるように、前記した旋回流体がその旋回流を伴ったまま第２分岐路１５Ａ，１５Ｃで分岐され流動している。

さらにこの二方向に分岐した流体のうち一方が他の二方向に分岐した流体のうち他方に合流し、第ｎ合流路１６Ｂ（ｎ＝２）を直列方向に流動する（第ｎ合流段階）。
この第ｎ合流段階（ｎ＝２）では、図８（ｂ）のＹ１，Ｙ２断面及び図８（ｃ）のＸ４断面に示されるように、第２分岐路１５Ａを流動する旋回流体と、第２分岐路１５Ｃを流動する旋回流体とが、第２合流路１６Ｂの末端で正面衝突を起こして合流するのでこの第２合流路１６Ｂでさらに複雑な旋回流体になる。

そして、前記した第ｎ分岐段階及び第ｎ合流段階をさらに複数段階（ｎ＝３，４…）繰り返すことで、第１流体と第２流体とはそれぞれが薄く交互に積層する旋回流体となって混合が進行することになる。
最後に、前記した第ｎ合流段階のうち最終段階で得られるものを混合流体として導出路２１（図６参照）から導出する（混合流体導出段階）。このようにして、第２実施形態においては、第１流体と第２流体とを合流／旋回／分割を繰り返して混合させることにより、第１実施形態の場合に比較してさらに細かく細分化された均質な混合流体を得ることができる。

以上記載した本実施形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、前記した流体混合装置１０は、配送板５０を配置して構成されるものであるが、この配送板５０は必須の構成要素ではなく、第１流路３１及び第２流路４２にそれぞれ第１流体及び第２流体を直接送りこむ構成や、第３流路６３に第１流体及び第２流体を直接送りこむ構成もとりうる。また実施形態では、積層した流路板を封止材で密閉し、締結部材で固定しているが、封止材を廃し流路板を接着・接合などの手法で密閉・固定してもよい。
さらに、本実施形態においては、流路３１，４２，６３は、板材を刻設又は穿孔させることにより形成されているが、管状の配管で構成させる構成もとりうる。
また、混合流体の製造方法において、製造される混合流体の成分は二種類に限定されることはなく、複数成分を予め所定比率でブレンドしたものを第１流体及び第２流体として入力することにより、三種類以上の成分が混合した混合流体を製造することができる。

本発明に係る流体混合装置の第１実施形態を示す分解斜視図である。 第１実施形態に係る流体混合装置に設けられている流路の構成を上面視により示した平面図である。 第１実施形態に係る流体混合装置において、（ａ）は第１流路板を、（ｂ）は第２流路板を、（ｃ）は配送板を、上面視により示した平面図である。 第１実施形態に係る流体混合装置において、（ａ）は図２の部分拡大図であって、（ｂ）は図４（ａ）のＹ方向断面図であって、（ｃ）は図４（ａ）のＸ方向断面図である。 本発明に係る流体混合装置の第２実施形態を示す分解斜視図である。 第２実施形態に係る流体混合装置に設けられている流路の構成を上面視により示した平面図である。 第２実施形態に係る流体混合装置において、（ａ）は第１流路板を、（ｂ）は第３流路板を、（ｃ）は第２流路板を、上面視により示した平面図である。 第２実施形態に係る流体混合装置において、（ａ）は図６の部分拡大図であって、（ｂ）は図８（ａ）のＹ方向断面図であって、（ｃ）は図８（ａ）のＸ方向断面図である。

符号の説明

１０ 流体混合装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ 第１流体導入路
１２，１２Ｂ 第２流体導入路
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 第１分岐路（分岐路）
１４，１４Ａ，１４Ｂ 第１合流路（合流路）
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 第２分岐路（分岐路）
１６，１６Ａ，１６Ｂ， 第２合流路（合流路）
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 第ｎ−１分岐路（分岐路）
１８，１８Ａ，１８Ｂ 第ｎ−１合流路（合流路）
１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ 第ｎ分岐路（分岐路）
２０ 第ｎ合流路（合流路）
２１，２１Ａ，２１Ｂ 混合流体導出路（導出路）
３０ 第１流路板（流路板）
３１ 第１流路（流路）
４０ 第２流路板（流路板）
４２ 第２流路（流路）
５０ 配送板
５１ 第１流体入力路（入力路）
５２ 第２流体入力路（入力路）
５４ 混合流体出力路（出力路）
６０ 第３流路板（流路板）
６３ 第３流路（流路）

Claims (5)

1. 第１流体と第２流体とを混合して混合流体にする流体混合装置において、
   前記第１流体が導入されるｍ個（ｍ＝２，３，…）の第１流体導入路の群と、
   前記第１流体導入路と交互に配列され前記第２流体が導入される複数個の第２流体導入路の群と、
   前記第１流体導入路及び前記第２流体導入路の先端が二方向に分岐してなる第１分岐路の群と、
   前記第１分岐路の二つある先端のうち一方の先端が他の第１分岐路の他方の先端に合流してなる第１合流路の群と、
   第ｎ−１合流路（ｎ＝２，３，…）の先端が二方向に分岐してなる第ｎ分岐路と、
   前記第ｎ分岐路の二つある先端のうち一方の先端が他の第ｎ分岐路の他方の先端に合流してなる第ｎ合流路の群と、
   終端に位置する前記第ｎ合流路を延長し前記混合流体を導出する混合流体導出路の群とを、有することを特徴とする流体混合装置。
2. 請求項１に記載の流体混合装置において、
   前記第１分岐路の群のうち前記第１流体導入路から分岐する第１分岐路が設けられる第１流路板と、
   前記第１分岐路の群のうち前記第２流体導入路から分岐する第１分岐路が設けられる第２流路板とを備え、
   第ｎ−１分岐路（ｎ＝２，３，…）、その一方の先端に連結する第ｎ−１合流路（ｎ＝２，３，…）及び第ｎ分岐路は前記第１流路板又は前記第２流路板のいずれかのものに設けられ、
   第ｎ−１分岐路（ｎ＝２，３，…）の他方の先端に連結する第ｎ−１合流路（ｎ＝２，３，…）及び第ｎ分岐路は前記第１流路板及び前記第２流路板のうちこの第ｎ−１分岐路が設けられているものとは異なるものに設けられていることを特徴とする流体混合装置。
3. 請求項１に記載の流体混合装置において、
   前記第１分岐路の群のうち前記第１流体導入路から分岐する第１分岐路が設けられる第１流路板と、
   前記第１分岐路の群のうち前記第２流体導入路から分岐する第１分岐路が設けられる第２流路板とを備え、
   第ｎ−１分岐路（ｎ＝２，３，…）及びその一方の先端に連結する第ｎ分岐路は前記第１流路板又は前記第２流路板のいずれかのものに設けられ、
   第ｎ−１分岐路（ｎ＝２，３，…）の他方の先端に連結する第ｎ分岐路は前記第１流路板及び前記第２流路板のうちこの第ｎ−１分岐路が設けられているものとは異なるものに設けられ、
   前記第ｎ分岐路及び第ｎ−１分岐路を連結するｎ−１合流路が設けられる第３流路板が備えられていることを特徴とする流体混合装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の流体混合装置において、
   前記第１流体導入路の群に連通し前記第１流体を入力する第１流体入力路と、
   前記第２流体導入路の群に連通し前記第２流体を入力する第２流体入力路と、
   前記混合流体導出路の群に連通し前記混合流体を出力する混合流体出力路と、を有する配送板を備え、
   前記配送板に前記第１流路板及び第２流路板が積層されて構成されることを特徴とする流体混合装置。
5. 第１流体と第２流体とを混合して混合流体にする混合流体の製造方法において、
   ｍ個（ｍ＝２，３，…）の第１流体導入路の群に前記第１流体を導入する第１流体入力段階と、
   前記第１流体導入路と交互に配列される複数個の第２流体導入路の群に前記第２流体を導入する第２流体入力段階と、
   前記第１流体導入路を流れる前記第１流体及び前記第２流体導入路を流れる前記第２流体がそれぞれ二方向に分岐する第１分岐段階と、
   前記第１流体の二方向に分岐した流体のうち一方が前記第２流体の二方向に分岐した流体のうち他方に合流する第１合流段階と、
   第ｎ−１合流段階（ｎ＝２，３，…）で合流した流体のそれぞれがさらに二方向に分岐する第ｎ分岐段階と、
   前記第ｎ分岐段階で二方向に分岐した流体のうち一方が他の二方向に分岐した流体のうち他方に合流する第ｎ合流段階と、
   前記第ｎ合流段階のうち最終段階で得られるものを前記混合流体として導出する混合流体導出段階とを、含むことを特徴とする混合流体の製造方法。

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