JP2013126616A

JP2013126616A - 流体流通装置、抽出方法及び反応方法

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Publication number: JP2013126616A
Application number: JP2011276366A
Authority: JP
Inventors: Koji Noisshiki; 公二野一色; Makoto Nishimura; 真西村; Takeshi Yamashita; 岳史山下; Kunihiko Shimizu; 邦彦清水; Yuji Kuriki; 雄治栗城
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Shinko Engineering and Maintenance Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Shinko Engineering and Maintenance Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: JP5808662B2

Abstract

【課題】混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化する。
【解決手段】流体流通装置では、分離ヘッダ３は、流路構造体２に形成された第１混合流体流路３８の下流側の端部と連通する内部空間３ａを有し、この内部空間３ａに流入する混合流体の流れ方向に対して直交する方向における当該内部空間３ａの断面は、第１混合流体流路３８から当該内部空間３ａに流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有し、軽質流体導出路４０は、内部空間３ａのうち軽質流体が溜まる部分に繋がり、導出ノズル４は、内部空間３ａのうち重質流体が溜まる部分に繋がるように分離ヘッダ３に設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体流通装置、抽出方法及び反応方法に関するものである。

従来、複数の流体同士を合流させて相互作用を生じさせる手段としての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としてのマイクロリアクタが示されている。

特許文献１に示されたマイクロリアクタは、２流体を合流させて流すための流路が形成されたプレートを備えている。このプレートに形成された流路は、２流体のうち一方の流体である第１流体を流すための第１流路と、もう一方の流体である第２流体を流すための第２流路と、これらの両流路を流れる流体が合流した後、その混合流体が流れる混合流体流路とを有している。第１流路と第２流路の上流側の各端部には、各流路に流体を導入するための入口がそれぞれ形成されており、第１流路と第２流路は、それらの入口から下流側へ向かうにつれて徐々に互いに接近するように延びている。そして、第１流路の下流側の端部と第２流路の下流側の端部は、混合流体流路の上流側の端部に繋がっている。混合流体流路の下流側の端部には、当該混合流体流路を通って流れる混合流体を取り出すための出口が形成されている。混合流体流路では、上記混合流体が、微小長さを有する第１流体の複数のスラグと微小長さを有する第２流体の複数のスラグとが流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れつつ、その混合流体中で第１流体と第２流体との接触界面を介して両流体同士の相互作用が生じる。

特開２００９−２３３４８３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のマイクロリアクタでは、混合流体において第１流体と第２流体との相互作用が生じた後、その混合流体に含まれる第１流体、第２流体及び相互作用によって生じた生成物等が全て混ざり合った状態で混合流体流路の出口から排出されるため、その排出された流体から第１流体と第２流体を分離したり、生成物を分離したりするための分離作業が非常に煩雑になるという問題点がある。

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、混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することである。

上記目的を達成するために、この発明による流体流通装置は、流体を流通させる流体流通装置であって、流体を流通させるための流通路が内部に形成された流路構造体と、前記流路構造体に取り付けられ、前記流通路を通って流れる流体を比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離させるための分離ヘッダと、前記分離ヘッダで分離された軽質流体をその分離ヘッダから導出するための軽質流体導出部と、前記分離ヘッダで分離された重質流体をその分離ヘッダから導出するための重質流体導出部とを備え、前記流通路は、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体が流れる混合流体流路を有し、前記分離ヘッダは、前記混合流体流路の下流側の端部と連通する内部空間を有し、この内部空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における当該内部空間の断面は、前記混合流体流路から当該内部空間に流入した前記混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有し、前記軽質流体導出部は、前記内部空間のうち前記軽質流体が溜まる部分に繋がり、前記重質流体導出部は、前記内部空間のうち前記重質流体が溜まる部分に繋がっている。

この流体流通装置では、混合流体流路の下流側に分離ヘッダの内部空間が繋がっていて、その内部空間に流入する混合流体の流れ方向に対して直交する方向における当該内部空間の断面は混合流体流路から当該内部空間に流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有しており、さらに、その内部空間のうち軽質流体が溜まる部分に軽質流体導出部が繋がり、その内部空間のうち重質流体が溜まる部分に重質流体導出部が繋がっているため、例えば、混合流体から分離したい物質が軽質流体に含まれる場合には前記内部空間から軽質流体導出部を通じてその物質が含まれる軽質流体を導出することができ、混合流体から分離したい物質が重質流体に含まれる場合には前記内部空間から重質流体導出部を通じてその物質が含まれる重質流体を導出することができる。すなわち、この流体流通装置では、混合流体流路を流れる混合流体中でその混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体を分離して取り出すことができる。さらに、この流体流通装置では、当該流体流通装置が備える分離ヘッダの内部空間で混合流体が軽質流体と重質流体に分離されるため、その軽質流体又は重質流体が所望の流体である場合には流体流通装置から導出された後の軽質流体又は重質流体について分離作業を行う必要がない。また、軽質流体又は重質流体に所望の生成物が含まれる場合には、その軽質流体又は重質流体からの生成物の分離は、流通路を流れる複数種類の流体及び生成物が全て混ざり合った状態の混合流体から所望の生成物を分離する場合に比べて簡略な分離作業で行える。従って、この流体流通装置では、混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することができる。

上記流体流通装置において、前記内部空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における前記内部空間の断面は、当該内部空間に流入する前記混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有することが好ましい。

この構成によれば、分離ヘッダの内部空間に流入した混合流体に作用する重力の影響をその混合流体の流れ方向への慣性力よりも大きくすることができる。具体的には、分離ヘッダの内部空間に流入した混合流体についてのフルード数Ｆｒは、Ｆｒ＝Ｕ／（Ｄ・ｇ）^１／２という数式で表される。ここで、Ｕは、分離ヘッダの内部空間に流入した混合流体の流速であり、Ｄは、混合流体の流れ方向に対して直交する方向における内部空間の断面の相当直径であり、ｇは、重力加速度である。なお、内部空間の断面の相当直径とは、任意の形状に形成された内部空間の断面に対して等価な円形断面を想定する場合のその円形断面の直径のことを意味し、混合流体の流れ方向に対して直交する方向における内部空間の断面積をＡ、その内部空間の断面の周長をｕとすると、相当直径Ｄ＝４Ａ／ｕという数式で表される。前記フルード数Ｆｒが１よりも小さい場合とは、分離ヘッダの内部空間では当該内部空間に流入した流体の流れ方向への慣性力よりも重力の影響の方が支配的となることを意味する。このため、本構成のように、分離ヘッダの内部空間の断面が、当該内部空間に流入する混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有していれば、当該空間に流入した混合流体に作用する重力の影響をその流体の流れ方向への慣性力よりも支配的にすることができ、その結果、当該内部空間において混合流体のうちの重質流体を下方へ沈ませてその混合流体を重質流体と軽質流体とに分離することができる。従って、本構成によれば、混合流体流路から分離ヘッダの内部空間に流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような分離ヘッダの内部空間の具体的な断面形状を得ることができる。

上記流体流通装置において、前記流通路は、第１流体が導入される第１導入路と、第２流体が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側の端部及び前記第２導入路の下流側の端部に繋がり、前記第１導入路を流れる前記第１流体と前記第２導入路を流れる前記第２流体とが混合するようにそれら両流体同士を合流させる合流部とを有し、前記混合流体流路は、前記合流部の下流側に繋がり、当該混合流体流路には、前記合流部で合流して互いに混合された前記第１流体と前記第２流体からなる混合流体が流入してもよい。

この構成によれば、第１導入路に第１流体を導入するとともに第２導入路に第２流体を導入するだけで、それら両流体が合流部で互いに混合するように合流し、混合流体流路においてその混合した両流体同士の相互作用が生じ、その後、分離ヘッダの内部空間で自動的に混合流体が比重差によって軽質流体と重質流体とに分離する。すなわち、本構成では、流体流通装置内で第１流体と第２流体との混合から比重差による分離までの工程を全て行うことができる。このため、例えば、流通路が第１導入路、第２導入路及び合流部を備えておらず、流体流通装置の外部で第１流体と第２流体を混合してからその混合流体を混合流体流路に導入する必要がある流体流通装置に比べて、両流体の混合に要する装置を省略することができる。すなわち、本構成によれば、混合用の装置を別途設けることなく、流体流通装置内で第１流体と第２流体との混合から比重差による分離までの工程を全て行うことができる。

上記流体流通装置において、前記軽質流体導出部は、前記内部空間の前記軽質流体が溜まる部分に繋がるように前記流路構造体の内部に形成され、前記内部空間から前記軽質流体が流入する軽質流体導出路であり、前記流路構造体の内部には、前記軽質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記軽質流体導出路を流れる前記軽質流体に合流させるように前記軽質流体導出路に繋がる軽質側導入路が形成されていてもよい。

この構成によれば、軽質流体導出路を流れる軽質流体に対して軽質側導入路から追加の流体を合流させることができるため、軽質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離ヘッダの内部空間で重質流体と分離した軽質流体に対して追加の流体を混合させることができるので、例えば混合流体中に軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離ヘッダの内部空間で分離した重質流体に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した軽質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。この結果、軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。

上記流体流通装置において、前記重質流体導出部は、前記内部空間の前記重質流体が溜まる部分に繋がるように前記流路構造体の内部に形成され、前記内部空間から前記重質流体が流入する重質流体導出路であり、前記流路構造体の内部には、前記重質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記重質流体導出路を流れる前記重質流体に合流させるように前記重質流体導出路に繋がる重質側導入路が形成されていてもよい。

この構成によれば、重質流体導出路を流れる重質流体に対して重質側導入路から追加の流体を合流させることができるため、重質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。しかも、この構成では、分離ヘッダの内部空間で軽質流体と分離した重質流体に対して追加の流体を混合させることができるので、例えば混合流体中に重質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が分離ヘッダの内部空間で分離した軽質流体に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した重質流体に対して追加の流体を混合させて相互作用させることができる。この結果、重質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。

本発明による抽出方法は、上記流体流通装置を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から前記抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出方法であって、前記被抽出流体と前記抽出剤のうちの一方の流体である一流体を前記第１導入路に導入するとともに、前記被抽出流体と前記抽出剤とのうちの他方の流体である他流体を前記第２導入路に導入する流体導入工程と、前記第１導入路に導入した前記一流体と前記第２導入路に導入した前記他流体が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両流体からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記被抽出流体と前記抽出剤との接触界面を介して前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出工程と、前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離ヘッダの前記内部空間に流入してその内部空間で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した軽質流体が前記内部空間から前記軽質流体導出部に導出され、分離した重質流体が前記内部空間から前記重質流体導出部に導出される分離工程とを備えている。

この抽出方法では、抽出工程後の混合流体が分離ヘッダの内部空間で軽質流体と重質流体とに分離されて、軽質流体は軽質流体導出部に導出され、重質流体は重質流体導出部に導出される。このため、例えば、抽出対象物を抽出した抽出剤が軽質流体である場合には、その抽出対象物を含む抽出剤を分離ヘッダの内部空間から軽質流体導出部を通じて取り出したり、抽出対象物を抽出した抽出剤が重質流体である場合には、その抽出対象物を含む抽出剤を分離ヘッダの内部空間から重質流体導出部を通じて取り出したりすることができる。さらに、この抽出方法では、流体流通装置が備える分離ヘッダの内部空間で抽出対象物を含む抽出剤を分離することができるため、流体流通装置から排出された後の流体についての抽出対象物の分離作業に係る作業負担を軽減することができる。

また、本発明による反応方法は、上記流体流通装置を用いて、互いに反応し得る流体からなる第１反応剤と第２反応剤とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる反応方法であって、前記第１反応剤を前記第１導入路に導入するとともに前記第２反応剤を前記第２導入路に導入する反応剤導入工程と、前記第１導入路に導入した前記第１反応剤と前記第２導入路に導入した前記第２反応剤が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両反応剤からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記第１反応剤と前記第２反応剤との接触界面を介して前記第１反応剤と前記第２反応剤とを相互に反応させる反応工程と、前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離ヘッダの前記内部空間に流入してその内部空間で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した軽質流体が前記内部空間から前記軽質流体導出部に導出され、分離した重質流体が前記内部空間から前記重質流体導出部に導出される分離工程とを備えている。

この反応方法では、反応工程後の混合流体が分離ヘッダの内部空間で軽質流体と重質流体とに分離されて、軽質流体は軽質流体導出部に導出され、重質流体は重質流体導出部に導出される。このため、例えば、反応生成物が軽質流体に含まれる場合にはその反応生成物を含む軽質流体を分離ヘッダの内部空間から軽質流体導出部を通じて取り出したり、反応生成物が重質流体に含まれる場合にはその反応生成物を含む重質流体を分離ヘッダの内部空間から重質流体導出部を通じて取り出したりすることができる。さらに、この反応方法では、流体流通装置が備える分離ヘッダの内部空間で反応生成物を含む流体を分離することができるため、流体流通装置から排出された後の流体についての反応生成物の分離作業に係る作業負担を軽減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、混合流体に含まれる複数の流体同士の相互作用が生じた後、その混合流体から所望の流体又は生成物を分離する分離作業を簡略化することができる。

本発明の第１実施形態による流体流通装置の斜視図である。本発明の第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基板の表面を示す図である。図２に示した基板の裏面を示す図である。図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った第１実施形態による流路構造体の部分的な断面図である。本発明の第１実施形態による流体流通装置において第１混合流体流路から分離ヘッダの内部空間に流入した混合流体が重質流体と軽質流体に分離して流れる様子を説明するための図である。本発明の第２実施形態による流体流通装置の斜視図である。本発明の第２実施形態による流路構造体の図４に対応する断面図である。本発明の第２実施形態による流体流通装置において第１混合流体流路から分離ヘッダの内部空間に流入した混合流体が重質流体と軽質流体に分離して流れる様子を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による流体流通装置の構成について説明する。

この第１実施形態による流体流通装置は、複数の流体が互いに混合するようにそれらの流体を流通させてそれらの流体同士の相互作用を生じさせるものである。

具体的には、この流体流通装置は、例えば、マイクロリアクタ、熱交換器または抽出装置等に用いられる。この流体流通装置がマイクロリアクタに用いられる場合には、互いに反応し得る複数種類の反応剤の流体が当該流体流通装置内を流通して混合されることにより、それらの流体同士の相互作用として化学反応が生じ、所望の反応生成物が得られる。また、この流体流通装置が熱交換器に用いられる場合には、当該流体流通装置内を流通する複数種類の流体のうちの所定の流体から別の流体への伝熱が行われる。また、この伝熱により、流体の蒸発又は凝縮が行われる場合がある。また、この流体流通装置が抽出装置に用いられる場合には、抽出対象物を含む一方の流体と抽出媒体である他方の流体とが当該流体流通装置内を流通して混合されることにより、一方の流体から他方の流体へ抽出対象物が抽出される。

この第１実施形態による流体流通装置は、流路構造体２と、分離ヘッダ３と、導出ノズル４とを備えている。

流路構造体２は、第１流体と第２流体が互いに混合するように両流体を流通させるとともにその混合後の流体を分離ヘッダ３の後述する内部空間３ａに導入するための導入側流通路２ａと、分離ヘッダ３の内部空間３ａから流体を導出するとともにその流体に追加の流体を混合させて流通させるための導出側流通路２ｂとが内部に形成された直方体状の構造体である。なお、導入側流通路２ａは、本発明の流通路の概念に含まれるものである。流路構造体２は、図１に示すように、複数の基板５と、複数の封止板６を備えている。これらの基板５及び封止板６は、矩形状の平板によってそれぞれ形成されている。

基板５は、その厚み方向において一方側を向く表面５ａ（図２参照）と、この表面５ａと反対方向を向く裏面５ｂ（図３参照）とを有する。基板５の表面５ａには、複数の第１溝部１０と、複数の第２溝部１２とがエッチング加工によって形成されている。第１溝部１０と第２溝部１２は、同数設けられている。複数の第１溝部１０は、基板５の長手方向に沿ってその基板５の長手方向の一端から他端側へ向かってその基板５の中間の所定の位置まで直線的に延びている。また、複数の第１溝部１０は、基板５の長手方向に直交する幅方向に等間隔で互いに平行に並ぶように配置されている。複数の第２溝部１２は、複数の第１溝部１０に対して基板５の長手方向の前記他端側へ間隔をあけて配置されている。複数の第２溝部１２は、基板５の幅方向の一端から他端側へ向かって延び、それぞれ対応する第１溝部１０の延長線上で屈曲してその対応する第１溝部１０と同方向において基板５の長手方向の前記他端まで延びている。

基板５の裏面５ｂには、複数の第３溝部１４と、複数の第４溝部１６と、複数の第５溝部１８とがエッチング加工によって形成されている。第３溝部１４、第４溝部１６及び第５溝部１８は、それぞれ同数設けられており、その数は、基板５の表面５ａに形成された第１溝部１０の数と同じである。そして、基板５の裏面５ｂに形成された各第３溝部１４、各第４溝部１６及び各第５溝部１８と、基板５の表面５ａに形成された各第１溝部１０及び各第２溝部１２とは、互いに対応している。複数の第３溝部１４と、複数の第４溝部１６と、複数の第５溝部１８は、基板５の長手方向における前記一端側から前記他端側へ間隔をあけて配置されている。複数の第３溝部１４は、基板５の幅方向の一端から他端側へ向かって延び、それぞれ対応する第１溝部１０の裏側の位置で屈曲してその第１溝部１０に沿って基板５の長手方向の前記他端側へ延びている。複数の第４溝部１６の形状は、複数の第３溝部１４の形状と同様である。また、複数の第５溝部１８の形状は、複数の第３溝部１４の形状と同様である。この複数の第５溝部１８は、第３溝部１４の端部が形成されている基板５の幅方向の一端から他端側へ向かって延び、それぞれ対応する第２溝部１２が屈曲している点の裏側の位置で屈曲してその第２溝部１２のうち基板５の長手方向に延びている部分に沿って基板５の長手方向の前記他端側へ延びている。

また、基板５には、複数の第１穴部２０、複数の第２穴部２２及び複数の第３穴部２４が形成されている。

各第１穴部２０は、基板５のうち当該基板５の表面５ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０と重なる各第３溝部１４の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第１穴部２０は、基板５を表面５ａから裏面５ｂへ当該基板５の厚み方向に貫通して各第３溝部１４とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。

各第２穴部２２は、基板５のうち当該基板５の表面５ａに垂直な方向から見て各第１溝部１０の第２溝部１２側の端部と重なる各第４溝部１６の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第２穴部２２は、基板５を表面５ａから裏面５ｂへ当該基板５の厚み方向に貫通して各第４溝部１６とその表側に位置する第１溝部１０とを連通させている。

各第３穴部２４は、基板５のうち当該基板５の表面５ａに垂直な方向から見て各第２溝部１２と重なる各第５溝部１８の端部が位置する部位にそれぞれ設けられている。各第３穴部２４は、基板５を表面５ａから裏面５ｂへ当該基板５の厚み方向に貫通して各第５溝部１８とその表側に位置する第２溝部１２とを連通させている。

封止板６は、基板５と交互に積層されている。基板５の表側に積層された封止板６は、その基板５の表面５ａを覆った状態でその表面５ａに拡散接合されており、基板５の裏側に積層された封止板６は、その基板５の裏面５ｂを覆った状態でその裏面５ｂに拡散接合されている。基板５の表面５ａに接合された封止板６は、その表面５ａに形成された第１溝部１０、第２溝部１２、第１穴部２０、第２穴部２２及び第３穴部２４の各々の開口を封止している。基板５の裏面５ｂに接合された封止板６は、その裏面５ｂに形成された第３溝部１４、第４溝部１６、第５溝部１８、第１穴部２０、第２穴部２２及び第３穴部２４の各々の開口を封止している。

流路構造体２は、当該流路構造体２を構成する基板５及び封止板６の長手方向、すなわち前記第１溝部１０が延びる方向が鉛直方向（重力方向）に一致するように配置される。流路構造体２の内部には、複数の前記導入側流通路２ａと、複数の前記導出側流通路２ｂとが設けられている。導入側流通路２ａと導出側流通路２ｂは、一対一で対応するように設けられている。導出側流通路２ｂと導入側流通路２ａは、流路構造体２内において上下に間隔をあけて配置されている。また、流路構造体２内では、基板５の表面５ａ及び裏面５ｂに沿って複数の導入側流通路２ａが並列に配置されるとともに複数の導出側流通路２ｂが並列に配置されている。そして、この並列に配置された複数の導入側流通路２ａを１組として、複数組の導入側流通路２ａが基板５及び封止板６の積層方向に等間隔に並ぶように配置され、また、前記並列に配置された複数の導出側流通路２ｂを１組として、複数組の導出側流通路２ｂが基板５及び封止板６の積層方向に等間隔に並ぶように配置されている。

各導入側流通路２ａは、図４に示すように、第１導入路３２と、第２導入路３４と、第１合流部３６と、第１混合流体流路３８とを有する。

第１導入路３２は、第１流体が導入されて流れる部分である。この第１導入路３２は、当該第１導入路３２に第１流体を導入するための第１導入口３２ａ（図１参照）を有する。第１導入口３２ａは、流路構造体２の下面に開口しており、第１導入路３２の上流側の端部に配置されている。第１導入路３２は、その第１導入口３２ａから流路構造体２の長手方向に沿って上方へ直線的に延びている。第１導入路３２は、基板５の表面５ａに形成された開口が封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部２０に対して第２穴部２２と反対側に位置する部分によって形成されている。

第２導入路３４は、第２流体が導入されて流れる部分である。この第２導入路３４は、当該第２導入路３４に第２流体を導入するための第２導入口３４ａ（図１参照）を有する。第２導入口３４ａは、流路構造体２のうち基板５及び封止板６の積層方向及び当該流路構造体２の長手方向（上下方向）に対して直交する幅方向において一方側を向く側面に開口しており、第２導入路３４の上流側の端部に配置されている。第２導入路３４は、その第２導入口３４ａが形成された流路構造体２の側面から反対側の側面へ向かって延び、その第２導入路３４が属する導入側流通路２ａの第１導入路３２と対応する位置で屈曲してその第１導入路３２に沿って上方へ直線的に延びている。第２導入路３４は、基板５の裏面５ｂに形成された開口が封止板６によって封止された第３溝部１４によって形成されている。

第１合流部３６（図４参照）は、第１導入路３２を流れる第１流体と第２導入路３４を流れる第２流体とを合流させる部分であり、本発明の合流部の概念に含まれる。第１合流部３６は、第１導入路３２の下流側の端部（上端）及び第２導入路３４の下流側の端部（上端）と繋がっている。第１合流部３６は、基板５の表面５ａ側の開口がその表面５ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板５の裏面５ｂ側の開口がその裏面５ｂに接合された封止板６によって封止された第１穴部２０によって形成されている。第１合流部３６では、第１導入路３２から第１流体が直線的に流入し、その第１流体に対して第２導入路３４から当該第１合流部３６に流入した第２流体が略水平方向において第１導入路３２側（基板５の表面５ａ側）へ移動しながら合流する。

第１混合流体流路３８は、第１合流部３６で合流して互いに混合された第１流体と第２流体からなる混合流体が流れる部分である。この第１混合流体流路３８は、本発明の混合流体流路の概念に含まれる。第１混合流体流路３８は、混合流体がその流通方向に沿って第１流体の複数の微小なスラグと第２流体の複数の微小なスラグが交互に並ぶスラグ流の状態で流れるように構成されている。第１混合流体流路３８の上流側の端部、すなわち第１混合流体流路３８のうち基板５の表面５ａ側に設けられた部分の下端部は、第１合流部３６の下流側の端部（上端）に繋がっている。この第１混合流体流路３８は、当該第１混合流体流路３８が繋がる第１合流部３６から第１導入路３２の延長線上において上方へ直線的に延びた後、基板５を厚み方向に貫通して基板５の裏面５ｂ側へ延び、その後、下方へ直線的に延び、さらにその後屈曲して前記第２導入口３４ａが形成された流路構造体２の側面へ向かって延びている。第１混合流体流路３８の下流側の端部は、前記第２導入口３４ａが形成された流路構造体２の側面に開口しており、第２導入口３４ａから上方へ間隔をあけて配置されている。混合流体は、この第１混合流体流路３８内をスラグ流の状態で流れ、その混合流体中で第１流体のスラグと第２流体のスラグとの接触界面を介して第１流体と第２流体との相互作用が生じる。また、第１混合流体流路３８は、基板５の表面５ａに形成された開口が封止板６によって封止された第１溝部１０のうち第１穴部２０と第２穴部２２との間に位置する部分と、基板５の表面５ａ側の開口がその表面５ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板５の裏面５ｂ側の開口がその裏面５ｂに接合された封止板６によって封止された第２穴部２２と、基板５の裏面５ｂに形成された開口がその裏面５ｂに接合された封止板６によって封止された第４溝部１６とによって形成されている。この第１混合流体流路３８の混合流体の流れ方向に直交する断面は、１ｍｍ程度の相当直径を有している。

各導出側流通路２ｂは、軽質流体導出路４０と、軽質側導入路４２と、第２合流部４４と、第２混合流体流路４６とを有する。

軽質流体導出路４０は、分離ヘッダ３の後述する内部空間３ａから後述する軽質流体を導出するための流路である。軽質流体導出路４０は、分離ヘッダ３の後述する内部空間３ａのうち後述する軽質流体が溜まる部分に繋がるように流路構造体２の内部に形成されており、分離ヘッダ３の内部空間３ａから軽質流体が流入するように構成されている。軽質流体導出路４０の上流側の端部は、第２導入口３４ａ及び第１混合流体流路３８の下流側の端部が形成された流路構造体２の側面に開口しており、第１混合流体流路３８の下流側の端部から上方へ間隔をあけて配置されている。軽質流体導出路４０は、第２導入路３４と同様の構造を有している。具体的には、軽質流体導出路４０は、その上流側の端部が形成された流路構造体２の側面から反対側の側面へ向かって延び、当該軽質流体導出路４０が属する導出側流通路２ｂと対応する導入側流通路２ａの第１導入路３２の延長線上で屈曲して上方へ直線的に延びている。軽質流体導出路４０は、基板５の裏面５ｂに形成された開口がその裏面５ｂに接合された封止板６によって封止された第５溝部１８によって形成されている。

軽質側導入路４２は、軽質流体に混合するための追加の流体が導入されて流れる部分である。なお、前記追加の流体は、前記第１流体及び前記第２流体と異なる種類の流体に限らず、前記第１流体と同じ種類の流体、又は、前記第２流体と同じ種類の流体であってもよい。軽質側導入路４２は、当該軽質側導入路４２に流体を導入するための図略の軽質側導入口を有する。この軽質側導入口は、軽質側導入路４２の上流側の端部に配置されており、流路構造体２のうち第２導入口３４ａ、第１混合流体流路３８の下流側の端部及び軽質流体導出路４０の上流側の端部が形成された側面と反対側の側面に開口するように形成されている。軽質側導入路４２は、軽質側導入口が形成された流路構造体２の側面から反対側の側面へ向かって延び、当該軽質側導入路４２が属する導出側流通路２ｂの軽質流体導出路４０が屈曲している点で屈曲して上方へ直線的に延びている。軽質側導入路４２は、基板５の表面５ａに形成された開口がその表面５ａに接合された封止板６によって封止された第２溝部１２によって形成されている。軽質側導入路４２は、当該軽質側導入路４２に導入された追加の流体を軽質流体導出路４０を流れる軽質流体に合流させるように軽質流体導出路４０に繋がっている。具体的には、軽質側導入路４２は、第２合流部４４を介して軽質流体導出路４０と繋がっている。

第２合流部４４は、軽質流体導出路４０を流れる軽質流体と軽質側導入路４２を流れる追加の流体とを合流させる部分である。この第２合流部４４は、軽質流体導出路４０の下流側の端部及び軽質側導入路４２の下流側の端部と繋がっている。第２合流部４４は、基板５の表面５ａ側の開口がその表面５ａに接合された封止板６によって封止され且つ基板５の裏面５ｂ側の開口がその裏面５ｂに接合された封止板６によって封止された第３穴部２４によって形成されている。この第２合流部４４では、軽質側導入路４２から流入した追加の流体に対して軽質流体導出路４０から当該第２合流部４４に流入した軽質流体が略水平方向において軽質側導入路４２側（基板５の表面５ａ側）へ移動しながら合流する。

第２混合流体流路４６は、第２合流部４４で合流して混合された軽質流体と追加の流体からなる混合流体が流れる流路である。第２混合流体流路４６は、当該第２混合流体流路４６を流れる混合流体がスラグ流の状態で流れるように構成されている。第２混合流体流路４６の上流側の端部、すなわち第２混合流体流路４６の下端部は、第２合流部４４の下流側の端部（上端）に繋がっている。この第２混合流体流路４６は、当該第２混合流体流路４６が繋がる第２合流部４４から上方へ直線的に延びている。第２混合流体流路４６の下流側の端部は、流路構造体２の上面（第１導入口３２ａが形成された面と反対側を向く面）に開口している。第２混合流体流路４６を流れる混合流体は、スラグ流の状態で下流側へ流れ、その混合流体中で当該混合流体を構成する各流体同士の相互作用が生じる。この第２混合流体流路４６の混合流体の流れ方向に直交する断面は、１ｍｍ程度の相当直径を有している。また、第２混合流体流路４６は、基板５の表面５ａに形成された開口が封止板６によって封止された第２溝部１２のうち第３穴部２４よりも上側に位置する部分によって形成されている。

分離ヘッダ３（図１参照）は、前記導入側流通路２ａを通って流れる流体、具体的には第１混合流体流路３８を通って流れる第１流体と第２流体との混合流体を比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離させるためのものである。この分離ヘッダ３は、流路構造体２の外面のうち第１混合流体流路３８の下流側の端部及び軽質流体導出路４０の上流側の端部が開口している側面に取り付けられている。具体的には、分離ヘッダ３は、全ての第１混合流体流路３８の下流側の端部及び全ての軽質流体導出路４０の上流側の端部を覆うように流路構造体２の側面に取り付けられている。また、分離ヘッダ３は、流路構造体２に設けられた全ての第１混合流体流路３８の下流側の端部及び全ての軽質流体導出路４０の上流側の端部と連通する内部空間３ａ（図５参照）を有する。

内部空間３ａは、第１混合流体流路３８から当該内部空間３ａに流入した混合流体を比重差によって分離させる空間である。具体的には、内部空間３ａに流入する混合流体の流れ方向（混合流体の流入方向）に対して直交する方向における当該内部空間３ａの断面は、第１混合流体流路３８から内部空間３ａに流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって自然に分離するような断面形状を有している。詳しくは、内部空間３ａに流入する混合流体の流れ方向に対して直交する方向における当該内部空間３ａの断面は、当該内部空間３ａに流入する混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有する。より詳しくは、内部空間３ａに流入する混合流体についてのフルード数をＦｒとすると、このフルード数Ｆｒは、次式（１）で表され、当該フルード数Ｆｒが１よりも小さくなるように内部空間３ａに流入する混合流体の流れ方向に直交する断面の相当直径Ｄが設定されている
Ｆｒ＝Ｕ／（Ｄ・ｇ）^１／２・・・（１）

この式（１）において、Ｕは、内部空間３ａに流入する混合流体の流速であり、ｇは、重力加速度である。なお、流体流通装置の実質的な使用範囲では、当該流体流通装置内を流れる流体の流量は、１本の流通路当たり約１０ｍｌ／ｍｉｎ以下である。内部空間３ａには、流路構造体２内に形成された全ての導入側流通路２ａの第１混合流体流路３８から混合流体が流入するため、内部空間３ａに流入する混合流体の流量は、それら全ての導入側流通路２ａの第１混合流体流路３８を流れる混合流体の合計流量となる。例えば、流路構造体２内に１００本の導入側流通路２ａが形成されている場合には、流体流通装置の実質的な使用範囲では、内部空間３ａに流入する混合流体の流量は、約１０００ｍｌ／ｍｉｎとなる。内部空間３ａに流入する混合流体の流速Ｕは、このような混合流体の合計流量に基づいて求められる。そして、このような流体流通装置の実質的な使用範囲における流量で混合流体を流通させる場合には、内部空間３ａの前記相当直径Ｌが約１０ｍｍ以上であれば、前記フルード数Ｆｒは、１よりも小さくなる。

前記フルード数Ｆｒが１よりも小さくなるということは、内部空間３ａでは、流入した混合流体の流れ方向への慣性力よりもその混合流体に作用する重力の影響の方が支配的になることを意味する。このため、内部空間３ａに流入した混合流体のうちの重質流体は、流れ方向への慣性力よりも重力の影響を強く受けて下方へ沈み、その結果、混合流体が重質流体と軽質流体とに自然に分離する。そして、図５に示すように、重質流体は、当該内部空間３ａの下部領域に溜まり、軽質流体は、その重質流体の上側に浮いた状態となる。第１混合流体流路３８の下流側の端部は、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち重質流体が溜まる部分、すなわち内部空間３ａの下部領域に繋がっている。また、軽質流体導出路４０の上流側の端部は、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち軽質流体が溜まる部分、すなわち内部空間３ａの上下方向の中央位置よりも上側に位置する当該内部空間３ａの上部領域に繋がっている。図５に示すように内部空間３ａにおいて軽質流体と重質流体とが上下に分離した状態では、第１混合流体流路３８から内部空間３ａに流入してくる混合流体のうちの軽質流体が、内部空間３ａに溜まった重質流体の層中を通り抜けてその重質流体の層上に浮き上がる。

導出ノズル４は、分離ヘッダ３に設けられている。この導出ノズル４は、分離ヘッダ３の内部空間３ａで分離された重質流体を導出するためのものであり、本発明の重質流体導出部の概念に含まれる。導出ノズル４は、内部空間３ａのうち重質流体が溜まる部分、すなわち内部空間３ａの上下方向の中央位置よりも下側に位置する当該内部空間３ａの下部領域に繋がるように分離ヘッダ３に設けられている。導出ノズル４には、図略の配管が接続され、内部空間３ａから重質流体が導出ノズル４及びそれに接続された配管を通じて排出されるようになっている。

以上のように構成されたこの第１実施形態による流体流通装置は、上記したように、マイクロリアクタ、熱交換器または抽出装置等に用いられるが、次に、それらの使用例のうち当該第１実施形態による流体流通装置を抽出装置として用いる場合及びマイクロリアクタ（反応装置）として用いる場合について説明する。

まず、この第１実施形態による流体流通装置を抽出装置として用いる場合、すなわち、当該第１実施形態による流体流通装置を用いた抽出方法について説明する。

この抽出方法では、上記流体流通装置を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、その被流出流体から抽出剤へ抽出対象物を抽出させる。

具体的には、被抽出流体を各第１導入口３２ａから各第１導入路３２に所定の流量（流速）で導入するとともに、抽出剤を各第２導入口３４ａから各第２導入路３４に所定の流量（流速）で導入する（流体導入工程）。

各第１導入路３２に導入された被抽出流体は、その第１導入路３２内を流れて第１合流部３６に流入し、各第２導入路３４に導入された抽出剤は、その第２導入路３４内を流れて第１合流部３６に流入する。そして、この被抽出流体と抽出剤は、第１合流部３６内で互いに混合するように合流する。第１合流部３６で合流した被抽出流体と抽出剤からなる混合流体は、第１混合流体流路３８に流入し、その第１混合流体流路３８内を被抽出流体の複数の微小なスラグと抽出剤の複数の微小なスラグとが当該混合流体の流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、被抽出流体のスラグと抽出剤のスラグとの接触界面を介して被抽出流体から抽出剤へ抽出対象物が抽出される（抽出工程）。

この後、混合流体は、各第１混合流体流路３８から分離ヘッダ３の内部空間３ａへ流入してその内部空間３ａにおいて軽質流体と重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体は、内部空間３ａから導出ノズル４を通じて導出され、分離した軽質流体は、内部空間３ａから各軽質流体導出路４０に導出される（分離工程）。ここで、例えば、抽出剤が被抽出流体よりも比重が大きい場合には、内部空間３ａにおいて抽出剤が重質流体として下方に沈み、被抽出流体が軽質流体として抽出剤の上側に浮いた状態となる。下方に沈んだ重質流体としての抽出剤には、抽出対象物が多く含まれ、その抽出剤の上側に浮いた軽質流体としての被抽出流体中の抽出対象物の含有率は、第１導入路３２に導入した被抽出流体における抽出対象物の含有率に比べて小さくなっている。

内部空間３ａから各軽質流体導出路４０に導出された軽質流体は、その軽質流体導出路４０から第２合流部４４に流入する。一方、各軽質側導入口から各軽質側導入路４２に新しい追加の抽出剤を所定の流量で導入し、その抽出剤を軽質側導入路４２から第２合流部４４へ流入させて軽質流体と合流させる。

第２合流部４４で合流して混合された軽質流体と抽出剤からなる混合流体は、第２混合流体流路４６に流れ、その第２混合流体流路４６内を被抽出流体の複数の微小なスラグと抽出剤の複数の微小なスラグとがその流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、被抽出流体から抽出剤への抽出対象物のさらなる抽出が行われる。最終的に、各第２混合流体流路４６の下流側の端部から混合流体がそれぞれ排出されて回収される。

以上のようにして、第１実施形態による流体流通装置を用いた抽出方法が行われる。

次に、第１実施形態による流体流通装置をマイクロリアクタとして用いる場合、すなわち、当該第１実施形態による流体流通装置を用いた反応方法について説明する。

この反応方法では、上記流体流通装置を用いて、互いに反応し得る第１反応剤の流体と第２反応剤の流体とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる。

具体的には、第１反応剤を各第１導入口３２ａから各第１導入路３２に所定の流量（流速）で導入するとともに、第２反応剤を各第２導入口３４ａから各第２導入路３４に所定の流量（流速）で導入する（反応剤導入工程）。

各第１導入路３２に導入された第１反応剤は、その第１導入路３２内を流れて第１合流部３６に流入し、各第２導入路３４に導入された第２反応剤は、その第２導入路３４内を流れて第１合流部３６に流入する。そして、この第１反応剤と第２反応剤は、第１合流部３６内で互いに混合するように合流する。第１合流部３６で合流した第１反応剤と第２反応剤からなる混合流体は、第１混合流体流路３８に流入し、その第１混合流体流路３８内を第１反応剤の複数の微小なスラグと第２反応剤の複数の微小なスラグとが当該混合流体の流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、第１反応剤のスラグと第２反応剤のスラグとの接触界面を介して第１反応剤と第２反応剤とが相互に反応し、反応生成物が生成される（反応工程）。

この後、混合流体は、各第１混合流体流路３８から分離ヘッダ３の内部空間３ａへ流入してその内部空間３ａにおいて軽質流体と重質流体とに比重差によって分離し、分離した重質流体は、内部空間３ａから導出ノズル４を通じて導出され、分離した軽質流体は、内部空間３ａから各軽質流体導出路４０に導出される（分離工程）。ここで、例えば、反応生成物の流体の比重が混合流体中の他の成分の比重よりも大きい場合には、内部空間３ａにおいて反応生成物の流体が重質流体として下方に沈み、それ以外の成分の流体が軽質流体として反応生成物の流体の上側に浮いた状態となる。この軽質流体は、未反応の第１反応剤及び第２反応剤からなる。

内部空間３ａから各軽質流体導出路４０に導出された軽質流体は、その軽質流体導出路４０から第２合流部４４に流入する。一方、各軽質側導入口から各軽質側導入路４２に追加の第２反応剤を所定の流量で導入し、その第２反応剤を軽質側導入路４２から第２合流部４４へ流入させて軽質流体と合流させる。

第２合流部４４で合流して混合された軽質流体と追加の第２反応剤からなる混合流体は、第２混合流体流路４６に流れ、その第２混合流体流路４６内を未反応の第１反応剤の複数の微小なスラグと未反応の第２反応剤に追加の第２反応剤が加わったものの複数の微小なスラグとがその流通方向に沿って交互に並ぶスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中において、第１反応剤と第２反応剤とのさらなる反応が生じ、反応生成物が生成される。最終的に、各第２混合流体流路４６の下流側の端部から反応生成物を含む混合流体がそれぞれ排出されて回収される。

以上のようにして、この第１実施形態による流体流通装置を用いた反応方法が行われる。

この第１実施形態では、第１混合流体流路３８において混合流体が第１流体の複数のスラグと第２流体の複数のスラグとが交互に並ぶスラグ流の状態で流れるため、混合流体の単位体積当たりにおける第１流体と第２流体との接触界面の面積を増やしてそれら第１流体と第２流体との相互作用を促進することができる。具体的には、この第１実施形態による流体流通装置を用いた抽出方法では、第１流体としての被抽出流体と第２流体としての抽出剤との接触界面の面積を増やして、被抽出流体から抽出剤への抽出対象物の抽出を促進することができる。また、この第１実施形態による流体流通装置を用いた反応方法では、第１流体としての第１反応剤と第２流体としての第２反応剤との接触界面の面積を増やして、それら両反応剤同士の反応を促進することができる。

また、この第１実施形態の流体流通装置では、第１混合流体流路３８の下流側に繋がる分離ヘッダ３の内部空間３ａの混合流体の流入方向に直交する方向の断面は、第１混合流体流路３８から当該内部空間３ａに流入した混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有している。具体的には、内部空間３ａの当該断面は、その内部空間３ａに流入する混合流体についてのフルード数Ｆｒが１よりも小さくなるように設定された相当直径を有している。このため、この内部空間３ａに流入した混合流体に作用する重力の影響がその混合流体の流れ方向への慣性力に比べて強くなり、当該内部空間３ａ内で混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって自然に分離する。そして、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち重質流体が溜まる部分には導出ノズル４が繋がっているため、内部空間３ａで分離した重質流体を導出ノズル４を通じて流体流通装置の外部へ導出することができる。このため、混合流体から分離して除去したい物質が重質流体に含まれる場合や、混合流体から取得したい物質が重質流体に含まれる場合には、内部空間３ａから導出ノズル４を通じてその物質を含む重質流体を流体流通装置の外部へ導出することができる。具体的には、この第１実施形態による流体流通装置を用いた抽出方法では、被抽出流体から抽出対象物を抽出した抽出剤が重質流体である場合には、その抽出対象物を含む抽出剤を導出ノズル４を通じて流体流通装置の外部へ導出することができる。また、この第１実施形態による流体流通装置を用いた反応方法では、第１反応剤と第２反応剤との反応によって生じた反応生成物を含む流体が重質流体である場合には、その反応生成物を含む流体を導出ノズル４を通じて流体流通装置の外部へ導出することができる。

さらに、この第１実施形態による流体流通装置では、その流体流通装置が備える分離ヘッダ３の内部空間３ａで混合流体が重質流体と軽質流体に分離されてその重質流体が導出ノズル４を通じて導出されるため、その重質流体が所望の流体である場合には流体流通装置から導出された後の重質流体について分離作業を行う必要がない。また、分離ヘッダ３の内部空間３ａで分離された重質流体又は軽質流体に所望の生成物が含まれる場合には、その軽質流体又は重質流体からの生成物の分離は、仮に流体流通装置内を流れる複数種類の流体及び生成物が全て混ざり合った状態で流体流通装置から排出された場合にその排出された流体から生成物を分離する場合に比べて、簡略な分離作業で行うことができる。

また、この第１実施形態による流体流通装置では、軽質側導入路４２が、当該軽質側導入路４２を流れる追加の流体を軽質流体導出路４０を流れる軽質流体に合流させるように第２合流部４４を介して軽質流体導出路４０に繋がっているため、軽質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。しかも、この第１実施形態では、分離ヘッダ３の内部空間３ａで重質流体と分離した軽質流体に対して追加の流体を合流させることができるので、例えば混合流体中に軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が内部空間３ａで分離した重質流体に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した軽質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。その結果、軽質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。具体的には、この第１実施形態による流体流通装置を用いた抽出方法では、混合流体中に抽出対象物を抽出した後の抽出剤が多く含まれている場合には、抽出効率が低下するため、その抽出後の抽出剤を重質流体として分離した後の軽質流体に対して新しい抽出剤を追加の流体として合流させて、抽出効率を向上させることができる。また、この第１実施形態による流体流通装置を用いた反応方法では、混合流体中に第１反応剤と第２反応剤との反応によって生じた反応生成物が多く含まれている場合には、反応効率が低下するため、その反応生成物を含む重質流体を分離した後の軽質流体に対して新しい第２反応剤を追加の流体として合流させて、反応効率を向上させることができる。

また、この第１実施形態では、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち重質流体が溜まる下部領域に第１混合流体流路３８の下流側の端部が繋がっているため、内部空間３ａにおいて軽質流体と重質流体とが上下に分離した状態では、第１混合流体流路３８から内部空間３ａに流入する混合流体のうちの軽質流体が、内部空間３ａの下部領域に溜まった重質流体の層中を通り抜けてその重質流体の層上へ浮き上がる。この際、軽質流体と重質流体との接触界面の更新が生じ、軽質流体と重質流体との相互作用を内部空間３ａにおいて促進することができる。

（第２実施形態）
次に、図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態による流体流通装置の構成について説明する。

この第２実施形態による流体流通装置は、上記第１実施形態による流体流通装置を上下逆に配置したものである。具体的には、この第２実施形態による流体流通装置は、図６に示すように、流路構造体２のうち第１導入口３２ａが形成された面が上側を向き、流路構造体２のうち第２混合流体流路４６の下流側の端部が形成された面が下側を向くように配置される。

そして、この第２実施形態では、図８に示すように、第１混合流体流路３８の下流側の端部が、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち軽質流体が溜まる部分、すなわち内部空間３ａの上部領域に繋がっている。また、この第２実施形態では、各導出側流通路２ｂは、上記軽質流体導出路４０の代わりに重質流体導出路５０を有している。この重質流体導出路５０は、分離ヘッダ３の内部空間３ａで分離された重質流体を導出するためのものである。重質流体導出路５０は、上記軽質流体導出路４０を上下逆にした構造を有する。重質流体導出路５０は、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち重質流体が溜まる部分に繋がるように流路構造体２の内部に形成されている。具体的には、重質流体導出路５０の上流側の端部は、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち重質流体が溜まる部分、すなわち内部空間３ａの下部領域に繋がっており、その下部領域から当該重質流体導出路５０に重質流体が流入する。

また、この第２実施形態では、各導出側流通路２ｂは、上記軽質側導入路４２の代わりに重質側導入路５２を有している。この重質側導入路５２は、重質流体に混合するための追加の流体が導入されて流れる部分である。なお、重質流体に混合するための追加の流体は、第１流体及び第２流体と異なる種類の流体に限らず、第１流体と同じ種類の流体、又は、第２流体と同じ種類の流体であってもよい。重質側導入路５２は、上記軽質側導入路４２を上下逆にした構造を有する。重質側導入路５２は、当該重質側導入路５２を流れる追加の流体が重質流体導出路５０を流れる重質流体に合流するように重質流体導出路５０に繋がっている。具体的には、重質側導入路５２は、第２合流部４４を介して重質流体導出路５０と繋がっている。

重質側導入路５２から第２合流部４４に流入した追加の流体に対して重質流体導出路５０から第２合流部４４に流入した重質流体が略水平方向において重質側導入路５２側へ移動しながら合流する。第２合流部４４で合流して混合された重質流体と追加の流体からなる混合流体は、第２混合流体流路４６に流入し、その第２混合流体流路４６内をスラグ流の状態で下流側へ流れる。この混合流体中では、相互作用が生じる。そして、第２混合流体流路４６の下流側の端部から流路構造体２の下側へ混合流体が排出されて回収される。

また、この第２実施形態では、上記第１実施形態における導出ノズル４が、分離ヘッダ３の内部空間３ａから軽質流体を導出するためのノズルとして用いられる。すなわち、この第２実施形態では、導出ノズル４は、本発明の軽質流体導出部の概念に含まれる。具体的には、この第２実施形態では、導出ノズル４は、内部空間３ａのうち当該内部空間３ａで分離した軽質流体が溜まる部分、すなわち内部空間３ａの上部領域に繋がるように分離ヘッダ３に設けられており、内部空間３ａに流入した混合流体から分離した軽質流体がこの導出ノズル４を通じて外部へ導出されるようになっている。

この第２実施形態による流体流通装置では、導出ノズル４が内部空間３ａのうち軽質流体が溜まる部分に繋がるように分離ヘッダ３に設けられているため、内部空間３ａで分離した軽質流体を導出ノズル４を通じて流体流通装置の外部へ導出することができる。このため、混合流体から分離して除去したい物質が軽質流体に含まれる場合や、混合流体から取得したい物質が軽質流体に含まれる場合には、内部空間３ａから導出ノズル４を通じてその物質を含む軽質流体を流体流通装置の外部へ導出することができる。

また、この第２実施形態による流体流通装置では、重質側導入路５２が、当該重質側導入路５２を流れる追加の流体を重質流体導出路５０に流れる重質流体に合流させるように第２合流部４４を介して重質流体導出路５０に繋がっているため、重質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。しかも、この第２実施形態では、分離ヘッダ３の内部空間３ａで軽質流体と分離した重質流体に対して追加の流体を合流させることができるので、例えば混合流体中に重質流体と追加の流体との相互作用の効率を低下させる物質が含まれていてその物質の大部分が内部空間３ａで分離した軽質流体中に含まれる場合に、その物質の含有率の低下した重質流体に対して追加の流体を合流させて相互作用させることができる。このため、重質流体と追加の流体との相互作用の効率を向上することができる。

また、この第２実施形態では、分離ヘッダ３の内部空間３ａのうち軽質流体が溜まる上部領域に第１混合流体流路３８の下流側の端部が繋がっているため、図８に示すように内部空間３ａにおいて軽質流体と重質流体とが上下に分離した状態では、第１混合流体流路３８から内部空間３ａに流入する混合流体のうちの重質流体が、内部空間３ａの上部領域に溜まった軽質重質流体の層中を通り抜けてその軽質流体の層下に沈む。この際、軽質流体と重質流体との接触界面の更新が生じ、軽質流体と重質流体との相互作用を内部空間３ａにおいて促進することができる。

この第２実施形態による上記以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。

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、さらに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が含まれる。

例えば、流路構造体に形成されている流路の各部の構造は、上記した構造以外の構造であってもよい。

例えば、第１導入路は、第１混合流体流路が延びる方向に対して斜め方向に延びていたり、屈曲していたりしてもよい。また、第２導入路は、屈曲しないで直線的に延びていてもよい。この場合には、第２導入路は、第１導入路が延びる方向に対して平行な方向、斜め方向又は直交する方向に延びていてもよい。また、第１混合流体流路は、上記のような基板の表側から裏側へ回り込むように形成される必要はなく、基板の一方の面内に形成されていてもよい。その場合の第１混合流体流路の混合流体の流れ方向に沿った形状としては、様々な形状を採用することができる。また、軽質流体導出路、重質流体導出路、軽質側導入路及び重質側導入路も、上記以外の種々の形状に形成されていてもよい。また、第２混合流体流路は、混合流体の流れ方向において屈曲したり、所定回数折返されていてもよい。

また、導出側流通路は、軽質側導入路、重質側導入路、第２合流部及び第２混合流体流路を備えていなくてもよい。すなわち、上記第１実施形態であれば、軽質流体導出路が流路構造体の上端まで延びていてその軽質流体導出路の下流側の端部が流路構造体の上面に開口していてもよく、上記第２実施形態であれば、重質流体導出路が流路構造体の下端まで延びていてその重質流体導出路の下流側の端部が流路構造体の下面に開口していてもよい。

また、流路構造体は、上記のように多数の基板５及び封止板６が積層された構造体からなるものに限らず、導入側流通路及び導出側流通路を形成するための溝が形成された単一の基板の表裏に封止板がそれぞれ１枚だけ接合された構造体からなっていてもよい。

また、流路構造体内には、基板及び封止板の積層方向において隣り合う流通路同士の間に、温度調節用の流体を流すための温調用流路が配設されていてもよい。

また、上記の第１流体、第２流体及び追加の流体は、それぞれ、液体又は気体のいずれであってもよい。

また、流路構造体の長手方向（第１導入路の延びる方向）が鉛直方向に対して多少斜めになるように流体流通装置が配置されてもよい。

また、導出ノズルを分離ヘッダに設けず、分離ヘッダの内部空間に繋がる軽質流体導出路及び重質流体導出路が両方とも流路構造体に形成されていてもよい。

また、第１混合流体流路３８内及び第２混合流体流路４６内を流れる混合流体の流動状態は、上記したようなスラグ流の状態に限定されない。混合流体流路３８，４６内を流れる混合流体の流動状態は、その混合流体を構成する流体の物理的性質及び流速によって決定されるものである。従って、混合流体流路３８，４６内を流れる混合流体は、その混合流体に含まれる複数種類の流体が層流状態で流れるような流動状態を呈していてもよい。この場合には、混合流体流路３８，４６内で混合流体を構成する各流体の層流同士の接触界面を介してそれら各流体同士の相互作用が行われる。

また、導入側流通路は、第１混合流体流路のみからなっていてもよい。具体的には、第１混合流体流路の分離ヘッダ側と反対側の端部が流路構造体の外面に開口するように第１混合流体流路が延びており、その第１混合流体流路の分離ヘッダと反対側の端部が当該第１混合流体流路に流体を導入するための導入口となっていてもよい。この場合には、流体流通装置の外部で複数種類の流体が混合されることによって調製された混合流体が導入口を通じて第１混合流体流路に導入され、その第１混合流体流路を流れて分離ヘッダの内部空間に導入されてもよい。

２流路構造体
２ａ導入側流通路（流通路）
３分離ヘッダ
３ａ内部空間
４導出ノズル（重質流体導出部、軽質流体導出部）
３２第１導入路
３４第２導入路
３６第１合流部（合流部）
３８第１混合流体流路（混合流体流路）
４０軽質流体導出路（軽質流体導出部）
４２軽質側導入路
５０重質流体導出路（重質流体導出部）
５２重質側導入路

Claims

流体を流通させる流体流通装置であって、
流体を流通させるための流通路が内部に形成された流路構造体と、
前記流路構造体に取り付けられ、前記流通路を通って流れる流体を比重の小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重の大きい重質流体とに比重差によって分離させるための分離ヘッダと、
前記分離ヘッダで分離された軽質流体をその分離ヘッダから導出するための軽質流体導出部と、
前記分離ヘッダで分離された重質流体をその分離ヘッダから導出するための重質流体導出部とを備え、
前記流通路は、互いに混合された複数種類の流体からなる混合流体が流れる混合流体流路を有し、
前記分離ヘッダは、前記混合流体流路の下流側の端部と連通する内部空間を有し、この内部空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における当該内部空間の断面は、前記混合流体流路から当該内部空間に流入した前記混合流体が軽質流体と重質流体とに比重差によって分離するような断面形状を有し、
前記軽質流体導出部は、前記内部空間のうち前記軽質流体が溜まる部分に繋がり、前記重質流体導出部は、前記内部空間のうち前記重質流体が溜まる部分に繋がっている、流体流通装置。
前記内部空間に流入する前記混合流体の流れ方向に対して直交する方向における前記内部空間の断面は、当該内部空間に流入する前記混合流体についてのフルード数が１よりも小さくなるように設定された相当直径を有する、請求項１に記載の流体流通装置。
前記流通路は、第１流体が導入される第１導入路と、第２流体が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側の端部及び前記第２導入路の下流側の端部に繋がり、前記第１導入路を流れる前記第１流体と前記第２導入路を流れる前記第２流体とが混合するようにそれら両流体同士を合流させる合流部とを有し、
前記混合流体流路は、前記合流部の下流側に繋がり、当該混合流体流路には、前記合流部で合流して互いに混合された前記第１流体と前記第２流体からなる混合流体が流入する、請求項１又は２に記載の流体流通装置。
前記軽質流体導出部は、前記内部空間の前記軽質流体が溜まる部分に繋がるように前記流路構造体の内部に形成され、前記内部空間から前記軽質流体が流入する軽質流体導出路であり、
前記流路構造体の内部には、前記軽質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記軽質流体導出路を流れる前記軽質流体に合流させるように前記軽質流体導出路に繋がる軽質側導入路が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体流通装置。
前記重質流体導出部は、前記内部空間の前記重質流体が溜まる部分に繋がるように前記流路構造体の内部に形成され、前記内部空間から前記重質流体が流入する重質流体導出路であり、
前記流路構造体の内部には、前記重質流体に混合するための流体が導入され、その流体を前記重質流体導出路を流れる前記重質流体に合流させるように前記重質流体導出路に繋がる重質側導入路が形成されている、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３に記載の流体流通装置を用いて、抽出対象物を含む被抽出流体とその被抽出流体から前記抽出対象物を抽出するための流体である抽出剤とを混合し、前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出方法であって、
前記被抽出流体と前記抽出剤のうちの一方の流体である一流体を前記第１導入路に導入するとともに、前記被抽出流体と前記抽出剤とのうちの他方の流体である他流体を前記第２導入路に導入する流体導入工程と、
前記第１導入路に導入した前記一流体と前記第２導入路に導入した前記他流体が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両流体からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記被抽出流体と前記抽出剤との接触界面を介して前記被抽出流体から前記抽出剤へ前記抽出対象物を抽出させる抽出工程と、
前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離ヘッダの前記内部空間に流入してその内部空間で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した軽質流体が前記内部空間から前記軽質流体導出部に導出され、分離した重質流体が前記内部空間から前記重質流体導出部に導出される分離工程とを備えた、抽出方法。
請求項３に記載の流体流通装置を用いて、互いに反応し得る流体からなる第１反応剤と第２反応剤とを混合してそれら両反応剤同士を反応させる反応方法であって、
前記第１反応剤を前記第１導入路に導入するとともに前記第２反応剤を前記第２導入路に導入する反応剤導入工程と、
前記第１導入路に導入した前記第１反応剤と前記第２導入路に導入した前記第２反応剤が前記合流部で互いに混合するように合流し、その合流した両反応剤からなる混合流体が前記混合流体流路を流れながら、その混合流体中において前記第１反応剤と前記第２反応剤との接触界面を介して前記第１反応剤と前記第２反応剤とを相互に反応させる反応工程と、
前記混合流体が前記混合流体流路から前記分離ヘッダの前記内部空間に流入してその内部空間で比重が小さい軽質流体とその軽質流体よりも比重が大きい重質流体とに比重差によって分離し、分離した軽質流体が前記内部空間から前記軽質流体導出部に導出され、分離した重質流体が前記内部空間から前記重質流体導出部に導出される分離工程とを備えた、反応方法。