JP2021037479A - 合流器、マイクロリアクター、流体の合流方法、および合流器内の閉塞防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路の閉塞までの時間を可及的に長くする。【解決手段】本合流器は、一方から他方に延びる第２円管内の、合流部と他方の端部との間に形成された合流経路と、第２円管と中心軸が略一致するとともに、第２円管の内径よりも小さい外径を有し、一端が少なくとも第２円管の一方における端部に達するとともに、他端が合流部に達する第１円管内に形成される第１流路と、第１円管の外壁と第２円管の内壁との間に形成され、合流部において合流経路と連通する第２流路と、第１円管および第２円管と中心軸が略一致するとともに、一方から他方に向けて徐々に縮径する二つの縮径壁間に形成され、第２流路の一方における端部と連通する第３流路と、第１流路の一方に配置された第１導入部材内に形成され、第１流路に流体を導入する第１導入経路と、第３流路の一方に配置された第２導入管内に形成され、第３流路に流体を導入する第２導入経路と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、合流器、マイクロリアクター、流体の合流方法、および合流器内の閉塞防止方法に関する。

例えば、内部に二重管を有するジョイント部材と、スタティックミキサー部材とを備える２液混合用ミキサー、および当該２液混合用ミキサーを用いたフローリアクターが開示されている。スタティックミキサーの筒状体内部にエレメント体を挿入することにより、二重管から流出した２液が流出するとほぼ同時にスタティックミキサー内に流入することとなるため、反応開始時に２液のより確実な混合が行われることできる。当該技術は、効率的な混合を行うことにより閉塞防止を図ったものであり、流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることについては何ら考慮されておらず、閉塞防止という点では十分なものではなかった（特許文献１、特許文献２）。

また、リチウム−ハロゲン交換反応において定常マイクロ反応器などの連続式反応器を用いることによって、中間体である不安定なリチウム化合物を貯めることなく効率良く次工程へ導入することが可能となり、工業的に非常に汎用性の高い製法が開示されている。しかしながら、閉塞防止や流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることについては何ら考慮されたものではなかった（特許文献３）。

さらに、流体を複数の供給口を通してそれぞれ１本のミキシング流路内へ導入し、これらの流体を薄片状の層流として流通させつつ、流体同士をその接触界面の法線方向へ拡散し、混合するマイクロミキサーが開示されている。しかしながら、当該技術は、ミキシング流路内における流体の滞留を効果的に抑制できるものであり、閉塞防止や流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることについては何ら考慮されたものではなかった。また、ミキシング部の構造が複雑であり、流路閉塞時のメンテナンス性についても劣るものであった（特許文献４）。

さらに、導入した２種の流体を合流させて化学反応させる様々な合流器が利用されている。これらの合流器の技術は、流路内における流体の滞留を抑制したり、混合効率を上げたり、材料に発生する熱応力を低減したり、圧力損失を低減することを目的としたものであり、閉塞防止や流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることについては何ら考慮されたものではなかった。これらの合流器では、導入した２種の流体を合流させる際に流体の流れる向きを略直角に変える構造があり、合流する際に２種の流体の流れに乱れが生じやすく、２種の流体のそれぞれを層流とする上で不利な構成となっていた。あるいは、エマルションや微小構造体など特殊な部材の製造方法に関するものであった（例えば、特許文献４−９参照）。

国際公開第２０１７／１３５３９８号 特開２０１７−１３６５５８号公報 特開２００５−１０４８７１号公報 特開２００３−２１０９５９号公報 国際公開第２０１４／００２４８８号 特開２０１０−１１９９３８号公報 特開２００７−０６１７９５号公報 特開２０１３−１６３１４９号公報 特開２００７−０１４９３６号公報

例えば有機化学反応を合流器で行った際に、化学反応で無機物や有機物の副生成物の沈殿が生じる場合、沈殿した当該副生成物が合流器内の流路内壁に付着し、徐々に成長して流路が狭まり流路閉塞に至ることがある。一度流路閉塞すると復帰までに多くの工数、洗浄液などが必要となり、高い生産性、かつ環境負荷の低い製造方法のために流路閉塞までの時間を可及的に長くすることが好ましい。

開示の技術の１つの側面は、流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることができる合流器、マイクロリアクター、流体の合流方法および合流器内の閉塞防止方法を提供することを目的とする。

開示の技術の１つの側面は、次のような合流器によって例示される。本合流器は、一方から他方に延びる第２円管内の、合流部と前記他方における端部との間に形成された合流経路と、前記第２円管と中心軸が略一致するとともに、前記第２円管の内径よりも小さい外径を有し、一端が少なくとも前記第２円管の前記一方における端部に達するとともに、他端が前記合流部に達する第１円管内に形成される第１流路と、前記第１円管の外壁と前記第２円管の内壁との間に形成され、前記合流部において前記合流経路と連通する第２流路と、前記第１円管および前記第２円管と中心軸が略一致するとともに、前記一方から前記他方に向けて徐々に縮径する二つの縮径壁間に形成され、前記第２流路の前記一方における端部と連通する第３流路と、前記第１流路の前記一方に配置された第１導入部材内に形成され、前記第１流路に流体を導入する第１導入経路と、前記第３流路の前記一方に配置された第２導入管内に形成され、前記第３流路に流体を導入する第２導入経路と、を備える。

開示の技術において、第３流路が一方から他方にむけて徐々に縮径する流路であることから、第３流路は第２流体の流れる方向を徐々に第２流路（合流経路）の方向に向けることができる。このような技術によれば、第２流体の流れる方向を略直角に変えて第２流路（合流経路）の方向に向ける場合と比較して、本合流器は第２流体の流れの乱れを抑制することができる。

また、第１円管および第２円管の中心軸、および第３流路を形成する２つの縮径壁の中心軸は略一致している。ここで、中心軸の略一致は可及的に中心軸を一致させることを意味し、製造誤差程度の差は許容される。

第１円管と第２円管の中心軸が略一致している場合、第１流路から合流経路に流入した第１流体と、第２流路から合流経路に流入した第２流体の中心軸についても略一致することになる。また、第１流路から合流経路に流入した第１流体は合流経路の中心軸近傍を流れやすくなり、第２流路から合流経路に流入した第２流体は合流経路の径方向外側近傍（すなわち、第２円管の内壁近傍）を流れやすくなる。第１流体と第２流体とがこのように流れるため、合流経路内において、第１流体と第２流体とは、合流経路の長手方向に沿った面で接することになる。第１流体と第２流体とがこのように接することで、２つの流体の接面で化学反応が起こり、無機物や有機物の副生成物の沈殿も接面近傍で発生する。当該沈殿は発生当初は沈殿の表面が不安定であるため、例えば合流経路内の内壁に付着しやすい状態にある。本合流器は、２つの流体の接面を維持したまま合流器より排出させるこ
とで、合流器内の沈殿による流路閉塞を抑制し、必然的に連続式流通反応器全体の流路閉塞も抑制可能となる。

さらに、前記中心軸に直交する面での断面視において、第１流路および合流経路は円形状であり、第２流路、第３流路は環形状である。すなわち、中心軸に対して点対称な構造となっていることから、流体は均等に外力を受けることになり、流体の流れの乱れを極力抑制できる構造となっている。また、混合効率を上げるための仕切り板や邪魔板、あるいは特許文献１、特許文献２に開示されている様な螺旋形状のエレメント体もなく、層流を維持し易い構造となっている。

前述した従来技術は効率的な混合を行うことにより閉塞防止を図ったものであるのに対して、本件発明の技術は２つの流体の接面を維持することで流路閉塞を抑えるものであり、流体の混合という点では全く正反対の発想に基づいて完成に至ったものである。

開示の技術は、次の特徴を有してもよい。前記第２円管の前記他方には、前記第２円管と中心軸が一致するとともに前記第２円管の内径よりも小さい内径を有する円管状の送出管が設けられ、前記合流経路と前記送出管内に形成された送出経路とは、前記送出管に向けて徐々に内径が縮径する第１絞り部が形成する流路によって連通する。

合流経路内における化学反応において反応熱が生じる場合、流路は狭いほど熱交換能力が高まることが知られている。第１流路、および合流経路の設計上、第１流体、第２流体の送液条件や合流器の加工精度によっては、十分な熱交換能力が得られないことがある。特にそのような場合においては、合流経路と送出経路とを第１絞り部が形成する流路で連通することで、第１流体および第２流体の流れが乱れることを可及的に抑止し、かつ送出経路で十分な熱交換能力を発現することができる。

開示の技術は、次の特徴を有してもよい。前記第１導入部材の内径は、前記第１円管の内径よりも大きく、前記第１導入経路と前記第１流路とは、前記第１円管に向けて徐々に内径が縮径する第２絞り部が形成する流路によって連通する。

このような特徴を有することで、第１導入経路から導入された第１流体は、第２絞り部が形成する流路によって第１流路の中心軸方向に向けて整流されて第１流路に流入する。そのため、第１流路から合流経路に流入する第１流体が、より一層、合流経路の中心軸近傍を流れやすくなる。

開示の技術は、次の特徴を有してもよい。前記第２導入経路の経路出口の開口面と正対して液溜まり部が形成される。このような特徴を有することで、第２導入経路から導入された第２流体は、液溜まり部を満たし、その後、第３流路を満たしながら第２流路に向けて流れるようになる。その結果、第２流体は、中心軸と直交する面での断面視において環形状に形成された第３流路を満たしながら第２流路に流入することができる。

上記のような特徴を有することで、本合流器では、前記第１流路を流れる第１流体と、前記第３流路から前記第２流路を介して前記合流経路へと流れる第２流体とが、前記合流経路で合流し、前記合流経路において、前記合流経路の中心部分を前記第１流体が流れ、前記第２流体は前記第１流体の外側を流れることになる。このように第１流体と第２流体とが合流経路内を流れることで、上記の通り、合流経路の閉塞までの時間を可及的に長くすることができる。

開示の技術において、前記第１流路の中心軸に沿った長さＬ_１と、前記第１流路の等価直径（断面視において円形状の第１流路の場合は直径）Ｄ_１の比Ｌ_１／Ｄ_１は、１０以上
であってもよく、前記第２流路の中心軸に沿った長さＬ_２と、前記第２流路の等価直径（断面視において環形状の第２流路の場合は、円形状に近似した場合の直径）Ｄ_２の比Ｌ_２／Ｄ_２は１以上であってもよい。

合流部において層流を維持するためには、それぞれの流体の合流部までの流体の流れを安定化（整流）するために、十分な整流部を設けるのが好ましい。Ｌ_１、Ｌ_２は整流部の長さに相当するが、層流が得られるのに好ましい整流部の長さは、それぞれ等価直径（Ｄ_１）、等価直径（Ｄ_２）に依存する。すなわち、（Ｌ_１／Ｄ_１）が１０以上となることで第１流路内における第１流体が層流となりやすく、（Ｌ_２／Ｄ_２）が１以上となることで第２流路内における第２流体が層流となりやすくなる。

開示の技術において、用いる合流器はマイクロリアクター用合流器であってもよい。

また、開示の技術は、前記合流器を具備したマイクロリアクターであってもよい。マイクロリアクター（あるいはフローリアクター）とは、溶液を流しながら連続的に化学反応を行う反応システムであり、従来実施されているバッチ方式と比べて、小さな反応容器を用いて反応を行うため精密な温度制御が可能であるという利点を有する。マイクロリアクターは、本発明のマイクロリアクター用合流器に加えて、送液用ポンプ、流路形成用のチューブ、温度調整装置、各種センサー等の反応に必要なその他の各種部材を備えていてもよい。また、複数の合流器、複数の構成部材を備えた多段式のマイクロリアクターであってもよい。

前記送液ポンプとしては、特に限定されず、プランジャーポンプ、シリンジポンプ、ロータリーポンプ等の通常使用されるポンプを使用することができる。

前記流路形成用のチューブの材質は、特に限定されず、ステンレス、チタン、鉄、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ペルフルオロアルコキシフッ素（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂でもよい。

前記流路形成用のチューブの内径は、本発明の効果を損なわない範囲で目的に応じて適宜設定すればよいが、通常、０.２〜１０ｍｍ程度が好ましく、０.５〜４ｍｍ程度がより好ましく、１〜２ｍｍ程度がより一層好ましい。前記流路形成用のチューブの長さも、本発明の効果を損なわない範囲で目的に応じて適宜設定すればよいが、通常、０.０３〜２
００ｍ程度が好ましく、０.２〜３０ｍ程度がより好ましく、０.３〜５ｍ程度がより一層好ましい。

前記各種センサーは、温度センサー、圧力センサー、流量計などの各種検出器であり、本発明の効果を損なわない範囲で目的に応じて使用すればよい。

また、開示の技術は、流体の合流方法であってもよい。開示の技術に係る流体の合流方法は、上記合流器を用いて、前記第１流路の他方の端部における前記第１流体の流速Ｖ_１と、前記第２流路の他方の端部における前記第２流体の流速Ｖ_２の比Ｖ_１／Ｖ_２を０．３３から３．０の範囲内に設定することを特徴としてもよい。Ｖ_１／Ｖ_２がこのような範囲となることで、第１流体と第２流体との接面を維持し易くなる。

また、開示の技術に係る流体の合流方法は、上記合流器を用いて、前記第１流路の他方の端部における前記第１流体のレイノルズ数Ｒｅ_１と、前記第２流路の他方の端部における前記第２流体のレイノルズ数Ｒｅ_２を、それぞれ２３００以下に設定することを特徴と
してもよい。レイノルズ数がこのような範囲となることで、第１流体と第２流体との接面を維持し易くなる。なお、レイノルズ数とは、乱流及び層流の判断の指標となる値であり、流体の物理特性、流速、流路の等価直径に基づいて決定される。

また、開示の技術に係る流体の合流方法は、上記合流器を用いて、前記第１流体および前記第２流体の一方である有機リチウム溶液と前記第１流体および前記第２流体の他方である原料溶液とを合流させることを特徴としてもよい。上記合流方法において、前記第１流体は有機リチウム溶液であってもよく、前記有機リチウム溶液はｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、フェニルリチウム誘導体の少なくともいずれかを含んでもよい。

また、上記合流方法において、前記第２流体は原料溶液であってもよく、前記原料溶液は、芳香族化合物、ハロゲン化芳香族化合物などを原料基質として含んでもよい。また、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、４−メチルテトラヒドロピラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサン、ヘプタンおよびトルエンのいずれかを原料溶媒として、含んでもよい。

また、開示の技術は、上記した合流方法を用いて、前記第１流体と前記第２流体とを混合させることを特徴とする、前記合流器内の閉塞防止方法であってもよい。

開示の技術は、流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることができる。

図１は、実施形態に係る合流器の外観の一例を示す図である。 図２は、図１における一点鎖線Ａ−Ａ線における断面の一例を示す図である。 図３は、実施形態に係る合流器の本体部を分解した場合の外観の一例を示す図である。 図４は、図２における一点鎖線Ｂ−Ｂ線における断面の一例を示す図である。 図５は、図２における一点鎖線Ｃ−Ｃ線における断面の一例を示す図である。 図６は、実施形態における合流器において、第１流体および第２流体を流した合流経路の状態の一例を示す図である。 図７は、第１シミュレーションで採用した合流器の一例を示す図である。 図８は、第１流路の中心軸に沿った長さＬと第１流路の等価直径（断面視において円形状の第１流路の場合は直径）Ｄの比であるＬ／Ｄと、第１流路の中心部における流体の流速Ｖとの関係を例示する図である。 図９は、第２流路の中心軸に沿った長さＬと第２流路の等価直径（断面視において環形状の第２流路の場合は、円形状に近似した場合の直径）Ｄの比であるＬ／Ｄと、第２流路のシミュレーションで近似した場合の中心部における流体の流速Ｖとの関係を例示する図である。 図１０は、第１シミュレーションにおいて、整流された第１流体および第２流体が、合流経路に流入したときにおける、第１流体および第２流体の濃度分布を例示する図である。 図１１は、合流部からの距離Ｘと保護膜の厚みＹを流体の流速を変えつつ検証した結果の一例を示す図である。 図１２は、比較形態に係る合流器の外観の一例を示す図である。 図１３は、第３シミュレーションにおいて、比較形態に係る合流器内の各流路における第１流体および第２流体の濃度分布を例示する図である。 図１４は、第４シミュレーションにおいて、比較形態に係る合流器に流体を導入する態様を例示する図である。 図１５は、第４シミュレーションにおいて、比較形態に係る合流器内の各流路における第１流体および第２流体の濃度分布を例示する図である。 図１６は、実施形態に係る合流器を用いたマイクロリアクターの構成を例示する図である。 図１７は、比較形態に係る合流器を用いたマイクロリアクターの構成を例示する図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係るマイクロリアクター用合流器について説明する。「マイクロリアクター用合流器」は、「合流器」の一例である。以下に示す実施形態の構成は例示であり、開示の技術は実施形態の構成に限定されない。

＜実施形態＞
図１は、実施形態に係るマイクロリアクター用合流器の外観の一例を示す図である。図１（Ａ）はマイクロリアクター用合流器である合流器１の側面を例示し、図１（Ｂ）は合流器１の上面を例示する。合流器１は、第１導入管６から導入される第１流体ＦＬ１と第２導入管７から導入される第２流体ＦＬ２とを第２円管３内の合流部で合流させ、流体間の接面において化学反応させつつ、当該化学反応による生成物を含む流体を送出管４から送出する。なお、第２円管３と送出管４との間は、第１絞り部５ａによって接続される。合流器１は、例えば、ステンレス鋼によって形成される。合流器１は、チタン、鉄、ニッケル合金、アルミニウム等の金属や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン（ＦＥＰ）、ペルフルオロアルコキシフッ素（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂によって形成されてもよい。以下、本明細書において、第２導入管７側を上、本体部２ａと本体部２ｂからなる本体部２側を下とする。また、第１導入管６側を左、送出管４側を右とする。本実施形態では、左が流体を導入する上流、右が流体を送出する下流となる。また、図１における左は「一方」の一例であり、右は「他方」の一例である。

第１流体ＦＬ１および第２流体ＦＬ２のうち、一方の流体は、例えば、原料溶液であり、他方の流体は、例えば、ｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、フェニルリチウム誘導体の少なくともいずれかを含む有機リチウム溶液である。原料溶液は原料基質として、芳香族化合物、ハロゲン化芳香族化合物などを含んでもよい。芳香族化合物の芳香環は、具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレンなどの単環式または多環式の６〜１０員の芳香環、あるいはピロール、フラン、チオフェン、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、チアゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンなどの５〜１０員の単環式または多環式の窒素、酸素および硫黄から選択される１〜４個の原子を含有する芳香族ヘテロ環などが挙げられる。好ましくは単環の芳香環、または単環のヘテロ環であり、より好ましくはベンゼン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、フラン、オキサゾール、チオフェン、チアゾールである。ハロゲン化芳香族化合物におけるハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などが挙げられるが、ハロゲンの数、種類、位置などは特に制限されない。また、原料溶媒として、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、４−メチルテトラヒドロピラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサン、ヘプタンおよびトルエンのいずれかを含んでもよい。

図２は図１における一点鎖線Ａ−Ａ線における断面の一例を示す図である。図３は実施形態に係る合流器の本体部を分解した場合の外観の一例を示す図である。本体部２ａは、
第２円管３、第２導入管７および送出管４を含む。本体部２ｂは、第１円管８および第１導入管６を含む。

図３のように、実施形態に係る合流器１は、取り外し可能な分解できる構成としてもよい。本体部２ａと本体部２ｂの固定手段としては、特に限定されないが、接着剤による固着、溶接による固着等や、ねじ締結等による取り外し可能な固定手段等が挙げられるが、例えば、ねじ穴２ｃ、２ｄでのねじ締結等による取り外し可能な固定手段を用いることが好ましい。このように取り外し可能な構造とすることで、使用後の合流器１の洗浄が簡便になるとともに、破損または閉塞したり、汚染されたりした場合に交換することが可能となるという利点がある。なお、合流器１は、本体部２ａと本体部２ｂとを一体として形成することで、本体部２ａと本体部２ｂとを分解不可としてもよい。

図２に例示するように、第２円管３は左右方向に延びる中空の円管であり、当該中空部分に、合流経路３１が形成される。合流経路３１は、例えば、第２円管３内において、合流部３１１から第２円管３の右側の端部までの範囲となる。合流経路３１の長さ、すなわち合流部３１１から第２円管３の右側の端部までの距離は１〜２００ｍｍが好ましく、１．５〜１００ｍｍが特に好ましく、２〜１０ｍｍがさらに好ましい。

第２円管３の右側には、中空の円管であるとともに、第２円管３の内径よりも小さい内径を有する送出管４が接続される。送出管４の中空部分は、送出経路４１となる。第２円管３の右側の端部と送出管４の左側の端部とは、第２円管３から送出管４に向けて徐々に内径が縮径する第１絞り部５ａによって接続される。すなわち、合流経路３１と送出経路４１とは、第１絞り部５ａが形成する流路によって連通する。送出経路４１は、「送出経路」の一例である。

なお、合流経路３１に流入した流体は、送出管４を介して外部に送出されるが、第１絞り部５ａ、送出管４は省略されてもよい。すなわち、第２円管３が送出管４を兼ねてもよいが、第２円管３の右側にその内径よりも小さい内径を有する送出管４が設けられることで、化学反応の効率を高めることができる。

第１円管８は、左右方向に延びる中空の円管であるとともに、第１円管８の外径は第２円管３の内径よりも小さい。第１円管８の中心軸は、第２円管３の中心軸と略一致するとともに、第１円管８の右側の端部は合流部３１１にまで達する。また、第１円管８の左側の端部は、少なくとも第２円管３の左側の端部に達する。すなわち、後述するように第３流路９１と第２流路３２とが連通する構造であれば、第１円管８の左側の端部は、第２円管３の左側の端部に達してもよいし、第２円管３の左側の端部よりもさらに左側に突出してもよい。第１円管８の中空部分は、第１流路８１を形成する。また、第２流路３２は、第１円管８の外壁と第２円管３の内壁の間（隙間）に形成され、図５に例示するＣ−Ｃ線断面において環形状を有するものである。すなわち、第１流路８１および第２流路３２の中心軸は第１円管８、第２円管３の中心軸と略一致する。

縮径構造９は、左側から右側に向けて徐々に縮径し、且つ所定距離離れて配置された２つの縮径壁９４、９５を含む。第３流路９１は、縮径構造９の縮径壁９４、９５の間に形成され、左側から右側に向けて徐々に縮径する流路となる。縮径構造９では、縮径壁９４が、その右側において第１円管８の左側の端部に接続し、縮径壁９５が、その右側において第２円管３の左側の端部に接続することで、第３流路９１と第２流路３２とが連通する。すなわち、合流経路３１と第３流路９１とは、第２流路３２を介して連通する。

図４は、図２における一点鎖線Ｂ−Ｂ線における断面の一例を示す図である。図４に例示するように、縮径壁９４、９５の間に形成される第３流路９１は、Ｂ−Ｂ線断面におい
て環形状を有する。また、中央付近には、第１流路８１が配置され、第３流路９１の中心軸（第３流路９１がＢ−Ｂ線断面において形成する環形状の中心軸）は、第１流路８１の中心軸と略一致する。

前述した通り、中心軸の略一致は可及的に中心軸を一致させることを意味しているが、中心軸のずれは第２流路３２の流れ方向や後述する装置パラメーター（第２流路の等価直径）の変動要因であるため、第２流路３２や合流部３１１、さらには合流経路３１の流れの乱れにつながることがある。第１円管８、第２円管３、および第３流路９１を形成する２つの縮径構造９の中心軸のずれは、５０μｍ以内であることが好ましく、５μｍ以内であることがさらに好ましい。

図２に例示するように、第１流路８１の左側には、左右方向に延びる中空の円管である第１導入管６が設けられる。第１導入管６の内径は第１円管８の内径よりも大きく、その中心軸は第１円管８の中心軸と略一致する。本体部２ｂ内には、第１導入管６の中空部分から第１流路８１の方向に向けて第１導入管６の中空部分と同軸同径で円柱状に延長した中空部分が形成される。第１導入管６の中空部分と、当該中空部分から延長した本体部２ｂ内の中空部分は、第１導入路６１を形成する。第１導入管６と本体部２ｂとは、第１導入路６１を形成する部材６２ということができる。第１導入路６１と第１流路８１とは、左側から右側に向けて徐々に内径が縮径する第２絞り部５ｂが形成する流路を介して連通する。第１導入路６１を形成する部材６２は「第１導入部材」の一例であり、第１導入路６１は、「第１導入経路」の一例である。

なお、第２絞り部５ｂは省略されてもよい。第１導入管６の内径と第１円管８の内径が同じである場合、あるいは第１導入管６の中空部分から第１流路８１の方向に向けて徐々に縮径して延長した、すなわち台形の回転体（円錐台）の中空部分が形成される場合などにおいては、第２絞り部５ｂは省略できる。第２絞り部５ｂが省略されても、第１流路８１から合流経路３１に流入する第１流体ＦＬ１は、合流経路３１の中心軸近傍を流れやすくなる。しかしながら、第２絞り部５ｂを備えることで、第１流体ＦＬ１は、より一層、合流経路３１中心軸近傍を流れやすくなる。

第３流路９１の左側には、上下方向に延びる中空の円管である第２導入管７が設けられる。第３流路９１に流体を導入する第２導入路７１は、第２導入管７の中空部分によって形成される。第２導入管７と縮径構造９との間には、縮径壁９５の左側の端部と同じ内径を有する外壁９２１と、縮径壁９４の左側の端部と同じ外径を有する内壁９２２とを含む、上下方向に所定距離離れて配置された、二重壁構造９２が設けられる。第１円管８の中心軸と二重壁構造９２の中心軸は略一致する。二重壁構造９２において、外壁９２１と内壁９２２との間（隙間）は、二重壁構造９２の長手方向に直交する面で断面視したときにおける断面形状が環形状となる接続流路９３を形成する。第２導入管７から導入された流体は、接続流路９３を介して第３流路９１に達する。第２導入管７は「第２導入管」の一例であり、第２導入路７１は、「第２導入経路」の一例である。二重壁構造９２は「二重壁」の一例であり、外壁９２１は「外壁」の一例であり、内壁９２２は「内壁」の一例である。

図２に例示するように、内壁９２２の左側には凹状の液溜まり部９３１が設けられる。なお、液溜まり部９３１、内壁９２２、縮径壁９４、およびこれらを含む本体部２ｂは、同一の中心軸の周りに回転させて形成される回転体であり、その中心軸は第１円管８の中心軸と略一致する。内壁９２２の外径は液溜まり部９３１の外径よりも大きく、右側から左側に向けて徐々に外径が縮径することにより、凹状の液溜まり部９３１が形成される。外壁９２１および第２導入路７１の経路出口の開口面７２は、液溜まり部９３１の中心軸に沿った面と正対する。

なお、液溜まり部９３１および接続流路９３は省略してもよい。すなわち、第２導入路７１から導入された第２流体ＦＬ２が、第３流路９１に直接流入してもよい。この様な構成を採用しても、第３流路９１による第２流体ＦＬ２の乱流の抑制は期待できる。

図５は、図２における一点鎖線Ｃ−Ｃ線における断面の一例を示す図である。図５では、第１円管８内に形成された第１流路８１、第１円管８の外壁と第２円管３の内壁との隙間に形成された第２流路３２とが例示される。第１流路８１には、第１導入路６１から導入された第１流体ＦＬ１が流入し、第２流路３２には、第２導入路７１から導入された第２流体ＦＬ２が接続流路９３、第３流路９１を介して流入する。第１流路８１と第２流路３２との間には、第１円管８の壁部が介在する。

上記構成を有する合流器１において、第１導入路６１から第１流体ＦＬ１を導入し、第２導入路７１から第２流体ＦＬ２を導入する場合について説明する。図２において、第１導入路６１から導入された第１流体ＦＬ１は、第２絞り部５ｂを介して第１流路８１に流入する。第２絞り部５ｂは、左側（第１導入路６１側）から右側（第１流路８１側）に向けて徐々に縮径する。そのため、第１導入路６１から第１流路８１に流れる第１流体ＦＬ１は、第２絞り部５ｂを通過する際に第２絞り部５ｂの内壁から中心方向へ向かう外力を受けることになる。

一方、第２導入路７１から導入された第２流体ＦＬ２は、第２導入路７１の経路出口である開口面７２と正対する液溜まり部９３１に導入される。液溜まり部９３１に導入された第２流体ＦＬ２は、液溜まり部９３１に沿って接続流路９３の周方向に流れる。その後、第２流体ＦＬ２は、接続流路９３を満たしながら第３流路９１に流入する。

第３流路９１は、第２流体ＦＬ２の流れる方向を直角に、すなわち、上下方向から左右方向に変更するのではなく、第２円管３の中心軸方向に対して斜めになるように第２流体ＦＬ２の流れる方向を変更する。すなわち、第３流路９１は、斜め方向から流れ込むように第２流路３２に第２流体ＦＬ２を流入させる。換言すれば、第３流路９１に流入した第２流体ＦＬ２は、流れる方向を滑らかに第２円管３の方向に向けて第２流路３２に流入する。このように、第３流路９１は、第２流体ＦＬ２の流れる方向を急峻に変えないことで、第２流体ＦＬ２が乱流になることを抑制する。乱流になることが抑制されて流入した第２流体ＦＬ２は、第２円管３の内壁と第１円管８の外壁との間に形成された第２流路３２に流入する。第２流路３２に流入した第２流体ＦＬ２は、第２流路３２の長手方向に直交する面での断面視において環形状となる。そのため、第２流路３２から合流経路３１に流入する第２流体ＦＬ２は、合流経路３１内の径方向外側近傍を流れることになる。第１流路８１から合流経路３１に流入する第１流体ＦＬ１と、第３流路９１から第２流路３２を介して合流経路３１に流入する第２流体ＦＬ２とは、合流部３１１において合流する。

図６は、実施形態における合流器１において、第１流体および第２流体を流した合流経路の状態の一例を示す図である。図６（Ａ）は、図２の一点鎖線Ｄ−Ｄ線断面の一例を示す図である。図６（Ｂ）は、図２において矩形で囲った領域Ｚを示す図である。図６に例示するように、第１流体ＦＬ１は合流経路３１の中心軸近傍を流れ、第２流体ＦＬ２は合流経路３１の径方向外側近傍を流れる。第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とは、接面Ｍ１において互いに接触する。接面Ｍ１は、例えば、第１円管８の他方の端部を右方向に延長した延長線上に位置する。すなわち、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とは、合流経路３１の局所で接触して互いに反応するのではなく、合流経路３１の長手方向に形成される第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の接面Ｍ１にて均一に反応するようになる。そのため、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２との反応によって生成する副生成物の塩は、合流経路３１の局所に蓄積するのではなく、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の接面Ｍ１付近で生成し
、接面Ｍ１に沿って合流器１より排出され、合流経路３１内に蓄積されない。その結果、合流器１に第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２を導入して化学反応を起こさせても、合流経路３１の閉塞までの時間を、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが合流経路３１の局所で反応する場合よりも、長くすることができる。

第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２が接面Ｍ１において接面を維持し易くするためには、流体力学の観点から、合流部３１１での第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の流速は同程度にすることが望ましい。しかしながら、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の流速は、流体の物理特性や合流器１の装置パラメータの影響を受けるので、好ましい流速比は一定の幅を持った値となる。例えば、図２において、第１流路８１の右側の端部における第１流体ＦＬ１の流速をＶ_１、第２流路３２の右側の端部における第２流体ＦＬ２の流速をＶ_２とした場合、流体の流速比（Ｖ_１／Ｖ_２）は、０．３３〜３．０が好ましく、０．６７〜１．５がさらに好ましい。この範囲であれば、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２との接面Ｍ１を維持し易くなる。

冷媒や熱媒との熱交換により反応温度を制御する場合、あるいは合流器１を用いて化学反応を行う場合の反応収率やタクトタイムを制御する場合、それぞれの流体の流速制御も重要である。第１流体ＦＬ１の流速（Ｖ_１）は、０．００１〜５．０ｍ／ｓが好ましく、０．０１〜３．０ｍ／ｓがさらに好ましい。第２流体ＦＬ２の流速（Ｖ_２）は、０．０１〜３．０ｍ／ｓが好ましく、０．１〜１．５ｍ／ｓがさらに好ましい。この範囲であれば、容易に反応温度の制御が可能であり、十分な反応収率やタクトタイムが得られる。

さらに、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２との接面Ｍ１を維持し易くするためには、合流部３１１における第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の流れは、それぞれ流体力学的に層流であることが好ましい。具体的にはそれぞれの流体のレイノルズ数Ｒｅが２３００以下となるような範囲であれば、乱流の影響を低減し、安定した流れ（層流）を維持することができるため、合流後の流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることができる。なお、レイノルズ数Ｒｅは、下記（１）式により求められる。下記（１）式において、μは流体の粘性係数、ρは流体の密度、ｖは流速、Ｄは流路の等価直径である。

すなわち、層流を維持する条件としてのレイノルズ数Ｒｅは、流体の物理特性（粘性係数、密度）、流体の流速および合流器の装置パラメーター（流路の等価直径）で表される。なお、流体の物理特性（粘性係数、密度）および装置パラメーターは、流体や装置に固有の値を持つため、実質的には第１流体ＦＬ１、第２流体ＦＬ２の物理特性、および合流器１の装置パラメータを考慮しながら、前述した範囲でそれぞれの流体の流速を制御して層流を維持することになる。

レイノルズ数Ｒｅを決定する第１流体ＦＬ１、第２流体ＦＬ２の物理特性として、粘性係数および密度が挙げられる。第１流体ＦＬ１、第２流体ＦＬ２の粘性係数は、それぞれ０．０００２〜１Ｐａ／Ｓ、好ましくは０．０００３〜０．１Ｐａ／Ｓであり、第１流体ＦＬ１、第２流体ＦＬ２の密度は、それぞれ５００〜１６００ｋｇ／ｍ^３、好ましくは６００〜１２００ｋｇ／ｍ^３である。この範囲であれば、それぞれの流体の流速と後述する合流器１の装置パラメーターを調整することにより、容易に層流を維持することができる。

合流器１の性能は合流部３１１、すなわち、第１流路８１の右側の端部および第２流路
３２の右側の端部それぞれの装置パラメーターに大きく依存することが容易に想像できる。前述したレイノルズ数Ｒｅを決定する合流器１の装置パラメーターとして流路の等価直径Ｄを挙げることができる。本実施形態において等価直径Ｄは、例えば、以下の様に表される。
第１流路８１の等価直径Ｄ_１＝第１流路８１の直径
第２流路３２の等価直径Ｄ_２＝４×（第２流路３２の断面積）÷（第２流路３２の濡れ縁長さ）

さらに、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２との接面Ｍ１を維持し易くするためには、合流部３１１における第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の流れが、それぞれ同一方向（中心軸に沿った方向）であり、且つ流体力学的に層流に完全に発達していることが望ましい。層流が完全に発達するまでに必要な整流区間を整流部とすると、求められる流速や流れの方向に応じて様々な構造の整流区間を有する整流部が提案されている。例えば、一般的な円管内に形成される流路を整流区間として利用する場合は、このような整流部は流路径Ｄと流路長Ｌで規定され、Ｌ／Ｄが大きくなると整流部の整流効果が大きくなる傾向にあることが知られている。

本実施形態においては、第１流体ＦＬ１および第２流体ＦＬ２を整流する整流部は、それぞれ第１流路８１および第２流路３２に形成される。なお、第１流体ＦＬ１は第１流路８１から合流経路３１に流入し、第２流体ＦＬ２は第２流路３２から合流経路３１に流入するので、それぞれの流体は合流部３１１において同一方向を向いている。

さらに、一般的な円管内の流路と同様に、整流部を規定するパラメーターは、第１流路８１の中心軸に沿った長さＬ_１、等価直径（断面視において円形状の第１流路の場合は直径）Ｄ_１、および第２流路３２の中心軸に沿った長さＬ_２、等価直径（断面視において環形状の第２流路の場合は、円形状に近似した場合の直径）Ｄ_２で表され、第１流路８１のＬ_１／Ｄ_１は０．１以上であり、好ましくは０．５以上であり、さらに好ましくは１０以上である。第２流路３２のＬ_２／Ｄ_２は０．０１以上であり、好ましくは０．１以上であり、さらに好ましくは１以上である。

第１流路８１の等価直径Ｄ_１は０．１〜２０ｍｍの範囲が好ましく、０．２〜１０ｍｍの範囲がさらに好ましい。第２流路３２の等価直径Ｄ_２は０．０５〜３０ｍｍの範囲が好ましく、０．１〜１５ｍｍの範囲がさらに好ましい。

第１流路８１の中心軸に沿った長さＬ_１は、前記Ｄ_１と前記（Ｌ_１／Ｄ_１）から算出される好ましい範囲を満たしていれば特に限定されないが、０．１〜２００ｍｍ程度が好ましい。第２流路３２の中心軸に沿った長さＬ_２は、前記Ｄ_２と前記（Ｌ_２／Ｄ_２）から算出される好ましい範囲を満たしていれば特に限定されないが、０．１〜２００ｍｍ程度が好ましい。

実施形態に係る合流器１の効果について、シミュレーションで検証を行ったので、以下に説明する。本シミュレーションでは、シーメンスＰＬＭソフトウェア社製の解析ソフト「ＳＴＡＲ ＣＣＭ＋」を用いて流体解析を行うことで、合流器１内における流体の流れを確認した。本シミュレーションでは、第１流体ＦＬ１としてヘキサン、第２流体ＦＬ２としてテトラヒドロフランを採用し、−２０℃における物理特性の推定値として、ヘキサンの粘性係数０．００１２Ｐａ／Ｓ、密度を７１１ｋｇ／ｍ^３、テトラヒドロフランの粘性係数を０．００２４Ｐａ／Ｓ、密度を９４５ｋｇ／ｍ^３とした。各流体の設定流速Ｖはそれぞれ合流器内の合流部３１１における各流体の平均速度とした。以下のシミュレーションのうち、第１シミュレーションおよび第２シミュレーションは実施形態についてのシミュレーションである。また、第３シミュレーションおよび第４シミュレーションは比較
形態についてのシミュレーションである。

（第１シミュレーション）
図７は、第１シミュレーションで採用した合流器の一例を示す図である。図７（Ａ）は、第１シミュレーションで採用した合流器１ａの外観を示す。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に例示する合流器１ａの第１円管８および第２円管３の中心軸含む平面における断面を例示する。第１シミュレーションで採用する合流器１ａは、図７に例示するように、実施形態に係る合流器１の第１円管８内に形成される第１流路８１、縮径構造９内に形成される第３流路９１、第２円管３内に形成される合流経路３１、第１円管６の外壁と第２円管３の内壁との間に形成される第２流路３２を抜粋した構成となっている。第１シミュレーションでは、第１流路８１に第１流体ＦＬ１を導入し、第３流路９１に第２流体ＦＬ２を導入する。第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とは合流経路３１内で合流し、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが混合した流体が第２円管３の右側の端部から流出する。

第１シミュレーションでは、第１流体ＦＬ１および第２流体ＦＬ２の流速をそれぞれ０．５ｍ／ｓ、第１流路８１の等価直径Ｄ_１を１．２０ｍｍ、第２流路３２の等価直径Ｄ_２を０．５３ｍｍに設定し、中心軸に沿った長さＬ_１を０〜１２ｍｍ、中心軸に沿った長さＬ_２を０〜５ｍｍの範囲で変化させた場合の流速を算出した。この場合の第１流路８１の中心軸に沿った長さＬ_１と等価直径Ｄ_１の比であるＬ_１／Ｄ_１は０〜１０．０、第２流路３２の中心軸に沿った長さＬ_２と等価直径Ｄ_２の比であるＬ_２／Ｄ_２は０〜９．４となる。

ここで、整流状態とするのに好適な流路の長さＬおよび流路の等価直径Ｄの関係について検討する。図８は、第１流路において、Ｄ_１を１．２０ｍｍに設定し、Ｌ_１を０〜１２ｍｍの範囲で変えた場合の、Ｌ／Ｄと流体の流速Ｖとの関係を例示する図である。図９は、第２流路において、Ｄ_２を０．５３ｍｍに設定し、Ｌ_２を０〜２．５ｍｍの範囲で変化させた場合の、Ｌ／Ｄと流体の流速Ｖとの関係を例示する図である。図８を参照すると、第１流路８１においては、Ｌ／Ｄ＞１０の場合に流体の流速Ｖが安定化していて（流速Ｖの上昇が止まっていて）整流状態となることが理解できる。また、図９を参照すると、第２流路３２においては、Ｌ／Ｄ＞１の場合に流体の流速Ｖが安定化していて（流速Ｖの下降が止まっていて）整流状態となることが理解できる。

図１０は、第１シミュレーションにおいて、Ｌ_１を１２ｍｍ、Ｌ_２を５ｍｍに設定し、整流された第１流体および第２流体が、合流経路に流入したときにおける、第１流体および第２流体の濃度分布を例示する図である。図１０では、色調の濃淡によって濃度勾配を例示しており、白色が第１流体ＦＬ１であるヘキサン、黒色が第２流体ＦＬ２であるテトラヒドロフランの濃度を例示する。すなわち、図１０では、白色に近ければ近いほどヘキサンの濃度が高いことを示し、黒色に近ければ近いほどテトラヒドロフランの濃度が高いことを示す。

図１０を参照すると、第１流路８１内は全領域で白色であり、ヘキサンの濃度１００％となっていることがわかる。一方、第２流路３２内は全領域で黒色であり、テトラヒドロフランの濃度１００％となっていることがわかる。さらに、合流経路３１においては、中心部は白色から送出管側（右側）に向けて徐々にグレーとなり混合が進むが、外周部は送出管側（右側）の端部においても黒色の混合されない領域（層）が形成されていることがわかる。すなわち、合流経路３１の内壁近傍の全領域において第２流体ＦＬ２であるテトラヒドロフランの濃度がほぼ１００％となっているため、この領域では第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２との化学反応および当該化学反応に伴う副生成物の塩の生成が抑制され、合流経路３１の内壁への塩付着による流路閉塞が生じにくくなる。第１シミュレーションの結果により、合流経路３１の流路閉塞が抑制されることで、合流器１ａの運転可能時間
を可及的に伸ばせることが理解できる。この第２流体ＦＬ２であるテトラヒドロフランの濃度がほぼ１００％となっている合流経路３１の内壁近傍の黒色の層は、合流経路３１の内壁を塩の付着から保護する保護膜ということができる。

（第２シミュレーション）
第２シミュレーションでは、合流器１ａにおける第１流体ＦＬ１および第２流体ＦＬ２の流速と保護層の厚みとの関係についてシミュレーションを行った。図１１は、合流部からの距離Ｘと保護膜の厚みＹを流体の流速を変えつつ検証した結果の一例を示す図である。図１１では、縦軸が保護膜の厚みＹ（ｍｍ）を示し、横軸が合流部３１１からの距離Ｘ（ｍｍ）を示す。図１１を参照すると、いずれの流速においても保護膜が形成されていることが理解できる。また、保護膜の厚みは第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の速度差の影響を受けており、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２の速度差が少なければ少ないほど、合流部３１１からより離れた位置にまで厚い保護膜を維持できることが理解できる。

＜比較形態＞
ここで、比較形態について検討する。図１２は、比較形態に係る合流器の外観の一例を示す図である。比較形態で用いる合流器１００は、一般的なＴ字型合流器である。図１２に例示される合流器１００は、第１流路１１１を形成する第１円管１１０と第２流路１２１を形成する第２円管１２０とが連結部１０１において第１流路１１１と第２流路１２１とを連通するように連結される。合流器１００では、第１流路１１１と第２流路１２１とは連結部１０１において直交する。以下の比較形態に係る第３シミュレーションおよび第４シミュレーションにおいて、第１円管１１０は内径１．２４ｍｍ、長さ２０ｍｍと設定し、第２円管１２０は内径１．２４ｍｍ、長さ１０ｍｍと設定した。

（第３シミュレーション）
第３シミュレーションでは、第１流路１１１の両端のそれぞれから第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とを第１流路１１１内に導入し、連結部１０１付近で第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが合流した流体を第２流路１２１から流出させる。すなわち、第３シミュレーションでは、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とは１８０度の角度で合流し、混合する。

図１３は、第３シミュレーションにおいて、比較形態に係る合流器の各流路における第１流体および第２流体の濃度分布を例示する図である。図１３は、図１０と同様に、色調の濃淡によって濃度勾配を例示しており、白色が第１流体ＦＬ１であるヘキサン、黒色が第２流体ＦＬ２であるテトラヒドロフランの濃度を例示する。すなわち、図１３では、図１０と同様に、白色に近ければ近いほどヘキサンの濃度が高いことを示し、黒色に近ければ近いほどテトラヒドロフランの濃度が高いことを示す。

（第４シミュレーション）
第４シミュレーションでは、第３シミュレーションと同様に合流器１００を用いてシミュレーションを行った。第４シミュレーションでは、図１４に例示するように、第１流体ＦＬ１を第１流路１１１の一方から導入し、第２流体ＦＬ２を第２流路１２１に導入する。第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とは第１流路１１１内で混合し、混合した流体は第１流路１１１の他方から流出する。

図１５は、第４シミュレーションにおいて、比較形態に係る合流器の各流路における第１流体および第２流体の濃度分布を例示する図である。図１５は、図１０と同様に、色調の濃淡によって濃度勾配を例示しており、白色が第１流体ＦＬ１であるヘキサン、黒色が第２流体ＦＬ２であるテトラヒドロフランの濃度を例示する。すなわち、図１５では、図１０と同様に、白色に近ければ近いほどヘキサンの濃度が高いことを示し、黒色に近けれ
ば近いほどテトラヒドロフランの濃度が高いことを示す。

図１３および図１５を参照すると、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが合流する際に、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２との衝突による混合拡散や滞留渦等の影響により、合流器１ａにおける第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２との混合よりも、速やかに混合することが理解できる。その結果、合流器１ａとは異なり、合流器１００では保護膜が形成されることが無く、流路の内壁への副生成物の塩の形成・付着・堆積のおそれがあることが理解される。

実施形態に係る合流器１の効果を検証するため、運転開始から流路閉塞までの時間を比較形態に係る合流器１００と比較する検討を行った。実施例では、第１流体ＦＬ１に有機リチウム試薬としてｎ−ブチルリチウムヘキサン溶液（ＮＢＬ）、第２流体ＦＬ２に原料溶液として任意に水分量を調整したテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用いた。なお、ＴＨＦ中の水分量が多くなるほど副生成物である無機物の塩が生成し易くなり、閉塞発生時間が短くなる傾向にあると考えられる。実施例における運転時間の上限は４０ｍｉｎとし、合流器への送液の開始から４０ｍｉｎ経過するまでに圧力上昇が無い場合は閉塞無しと判定した。

図１６は、実施形態に係る合流器１を用いたマイクロリアクターの構成を例示する図である。合流器１の第１導入路６１とポンプＰ１とが流路接続され、合流器１の第２導入路７１とポンプＰ２とが流路接続される。ポンプＰ１と第１導入路６１との間には、圧力センサＰＳ１、予備冷却管ＰＣ１がポンプＰ１側から第１導入路６１に向けてこの順に配置される。ポンプＰ２と第２導入路７１との間には、圧力センサＰＳ２、予備冷却管ＰＣ２がポンプＰ２側から第２導入路７１に向けてこの順に配置される。

ポンプＰ１としてシリンジポンプ（古江サイエンス株式会社製高圧マイクロフィーダーＪＰ−Ｈ）を採用し、ポンプＰ２としてプランジャーポンプ（株式会社島津製作所製ＬＣ―１０Ａ）を採用した。予備冷却管ＰＣ１は、ポンプＰ１が第１導入路６１に送液する第１流体ＦＬ１を冷却する。予備冷却管ＰＣ２は、ポンプＰ２が第２導入路７１に送液する第２流体ＦＬ２を冷却する。予備冷却管ＰＣ１、ＰＣ２には、いずれも内径１ｍｍ、外径１．６ｍｍ、長さ３ｍのＳＵＳ３１６製チューブを用いた。

合流器１の送出経路４１の下流側には、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが合流した流体が流入する反応管ＴＲ１が配置される。反応管ＴＲ１は、内径１ｍｍ、外径１．６ｍｍ、長さ１０ｍのＳＵＳ３１６製チューブを用いた。合流器１、予備冷却管ＰＣ１、ＰＣ２、反応管ＴＲ１は、恒温槽Ｔ１内に配置される。恒温槽Ｔ１としては、低温恒温水槽（東京理化器械株式会社製ＰＳＬ−２０００型）を用いた。

ここで、合流器１の第１流路８１の等価直径Ｄ_１は０．５４ｍｍ、中心軸に沿った長さＬ_１は１０ｍｍ、第２流路３２の等価直径Ｄ_２を０．３９ｍｍ、中心軸に沿った長さＬ_２を５ｍｍとした。この場合の第１流路８１の中心軸に沿った長さＬ_１と等価直径Ｄ_１の比であるＬ_１／Ｄ_１は１８．５、第２流路３２の中心軸に沿った長さＬ_２と等価直径Ｄ_２の比であるＬ_２／Ｄ_２は１２．８である。また、流路閉塞までの時間は、圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２が検出する圧力が、平常時と比較して上昇し始めた時間とした。以下、実施形態に係る合流器１を用いた実施例について、（実施例１）から（実施例３）として説明する。

（実施例１）
図１６のマイクロフローリアクターを用いて、ＴＨＦの水分量を１００ｐｐｍに調整し
、恒温槽Ｔ１内の温度を−４０℃に設定した後、ＮＢＬ流量を４．４ｍＬ／ｍｉｎ、ＴＨＦ流量を８．０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、合流器１への送液を行った。このとき合流器１内の合流部３１１における第１流体ＦＬ１の流速は０．３２ｍ／ｓ、第２流体ＦＬ２の流速は０．２２ｍ／ｓ、流速比（第１流体ＦＬ１の流速÷第２流体ＦＬ２の流速）は１．４５である。送液の開始から圧力センサＰＳ１、ＰＳ２による圧力の監視を行ったが、圧力上昇は確認されず、閉塞は発生しなかった。

（実施例２）
図１６のマイクロフローリアクターを用いて、ＴＨＦの水分量を２００ｐｐｍに調整し、恒温槽Ｔ１内の温度を−４０℃に設定した後、ＮＢＬ流量を４．４ｍＬ／ｍｉｎ、ＴＨＦ流量を８．０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、合流器１への送液を行った。このとき合流器１内の合流部３１１における第１流体の流速は０．３２ｍ／ｓ、第２流体の流速は０．２２ｍ／ｓ、流速比（第１流体ＦＬ１の流速÷第２流体ＦＬ２の流速）は１．４５である。送液の開始から圧力センサＰＳ１、ＰＳ２による圧力の監視を行ったが、圧力上昇は確認されず、閉塞は発生しなかった。

（実施例３）
図１６のマイクロフローリアクターを用いて、ＴＨＦの水分量を３００ｐｐｍに調整し、恒温槽Ｔ１内の温度を−４０℃に設定した後、ＮＢＬ流量を４．４ｍＬ／ｍｉｎ、ＴＨＦ流量を８．０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、合流器１への送液を行った。このとき合流器１内の合流部３１１における第１流体ＦＬ１の流速は０．３２ｍ／ｓ、第２流体ＦＬ２の流速は０．２２ｍ／ｓ、流速比（第１流体ＦＬ１の流速÷第２流体ＦＬ２の流速）は１．４５である。送液の開始から圧力センサＰＳ１、ＰＳ２による圧力の監視を行ったが、圧力上昇は確認されず、閉塞は発生しなかった。

図１７は、比較形態に係る合流器１００を用いたマイクロリアクターの構成を例示する図である。図１６と図１７とを対比すると理解できるように、図１７のマイクロリアクターの構成は、合流器１に代えて合流器１００を採用し、第１流路１１１の両端のそれぞれから第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とを導入し、合流した流体を第２流路１２１から流出させる点を除いて、図１６のマイクロリアクターの構成と同一である。また、図１２の合流器１００の第１円管１１０の内径は０．５ｍｍ、長さは２０ｍｍ、第２円管１２０の内径は０．５ｍｍ、長さは１０ｍｍである。さらに、合流器１００を用いた検討においても、流路閉塞までの時間は、圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２が検出する圧力が、平常時と比較して上昇し始めた時間とした。以下、比較形態に係る合流器１００を用いた検討について、（比較例１）から（比較例３）として説明する。

（比較例１）
図１７のマイクロフローリアクターを用いて、ＴＨＦの水分量を１００ｐｐｍに調整し、恒温槽Ｔ１内の温度を−４０℃に設定した後、ＮＢＬ流量を４．４ｍＬ／ｍｉｎ、ＴＨＦ流量を８．０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、送液を行った。このとき合流器１００内において第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが合流する合流部における第１流体ＦＬ１の流速は０．３７ｍ／ｓ、第２流体ＦＬ２の流速は０．６８ｍ／ｓ、流速比（第１流体ＦＬ１の流速÷第２流体ＦＬ２の流速）は０．５４である。送液の開始から圧力センサＰＳ１、ＰＳ２による圧力の監視を行った結果、送液の開始から２５ｍｉｎ経過した時点で圧力上昇が検出され、閉塞が確認された。

（比較例２）
図１７のマイクロフローリアクターを用いて、ＴＨＦの水分量を２００ｐｐｍに調整し、恒温槽Ｔ１内の温度を−４０℃に設定した後、ＮＢＬ流量を４．４ｍＬ／ｍｉｎ、ＴＨＦ流量を８．０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、送液を行った。このとき合流器１００内において
第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが合流する合流部における第１流体ＦＬ１の流速は０．３７ｍ／ｓ、第２流体ＦＬ２の流速は０．６８ｍ／ｓ、流速比（第１流体ＦＬ１の流速÷第２流体ＦＬ２の流速）は０．５４である。送液の開始から圧力センサＰＳ１、ＰＳ２による圧力の監視を行った結果、送液の開始から２０ｍｉｎ経過した時点で圧力上昇が検出され、閉塞が確認された。

（比較例３）
図１７のマイクロフローリアクターを用いて、ＴＨＦの水分量を３００ｐｐｍに調整し、恒温槽Ｔ１内の温度を−４０℃に設定した後、ＮＢＬ流量を４．４ｍＬ／ｍｉｎ、ＴＨＦ流量を８．０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、送液を行った。このとき合流器１００内において第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とが合流する合流部における第１流体ＦＬ１の流速は０．３７ｍ／ｓ、第２流体ＦＬ２の流速は０．６８ｍ／ｓ、流速比（第１流体ＦＬ１の流速÷第２流体ＦＬ２の流速）は０．５４である。送液の開始から圧力センサＰＳ１、ＰＳ２による圧力の監視を行った結果、送液の開始から７．５ｍｉｎ経過した時点で圧力上昇が検出され、閉塞が確認された。

以下の表１は、実施例と比較例の検討結果を示す表である。表１は、「ＴＨＦ水分量」、「ＮＢＬ流量」、「ＴＨＦ流量」、「合流器」、「ＮＢＬ流速」、「ＴＨＦ流速」、「流速比」、「閉塞発生時間」の各項目を含む。「ＴＨＦ水分量」は、ＴＨＦが含む水分量を示し、単位は「ｐｐｍ」である。「ＮＢＬ流量」はポンプＰ１が第１流体ＦＬ１であるＮＢＬを送液する１分間当たりの流量であり、単位は「ｍＬ／ｍｉｎ」である。「ＴＨＦ流量」はポンプＰ２が第２流体ＦＬ２であるＴＨＦを送液する１分間当たりの流量であり、単位は「ｍＬ／ｍｉｎ」である。「ＮＢＬ流速」は、第１流体ＦＬ１であるＮＢＬの合流部における流速であり、単位は「ｍ／ｓ」である。「ＴＨＦ流速」は、第２流体ＦＬ２であるＴＨＦの合流部における流速であり、単位は「ｍ／ｓ」である。

表１を参照すると理解できるように、合流器１を用いることで、合流器１００に例示される一般的な合流器であるＴ字ミキサーを用いた場合と比較して、閉塞の発生が抑制されることが分かる。これは、各流体の接触時に発生する無機塩が、合流器１では合流器１００と比較して、流路内壁に付着しにくい為である。よって、合流器１を用いることで、流路の閉塞までの時間を可及的に長くすることができる。なお、ＴＨＦ水分量が多くなると閉塞が発生し易くなると考えられるが、合流器１を用いた場合は水分量が増えても閉塞は確認されなかった。

実施形態では、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とを合流させるマイクロリアクター用合流器である合流器１について説明したが、開示の技術はマイクロリアクター用合流器に限定されるわけではなく、第１流体ＦＬ１と第２流体ＦＬ２とを合流させる合流器であれば、適用可能である。

以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせることができる。

以上説明した実施形態や変形例は、下記の［１］〜［１８］の項に記載された内容を包含する。なお、以下の［１］〜［１８］において、「かっこ」内の数字は、実施形態において対応する構成の符号を例示する。
［１］ 一方から他方に延びる第２円管（３）内の、合流部（３１１）と前記他方における端部との間に形成された合流経路（３１）と、
前記第２円管（３）と中心軸が略一致するとともに、前記第２円管（３）の内径よりも小さい外径を有し、一端が少なくとも前記第２円管（３）の前記一方における端部に達するとともに、他端が前記合流部（３１１）に達する第１円管（８）内に形成される第１流路（８１）と、
前記第１円管（８）の外壁と前記第２円管（３）の内壁との間に形成され、前記合流部（３１１）において前記合流経路（３１）と連通する第２流路（３２）と、
前記第１円管（８）および前記第２円管（３）と中心軸が略一致するとともに、前記一方から前記他方に向けて徐々に縮径する二つの縮径壁（９４、９５）間に形成され、前記第２流路（３２）の前記一方における端部と連通する第３流路（９１）と、
前記第１流路（８１）の前記一方に配置された第１導入部材（６２）内に形成され、前記第１流路（８１）に流体を導入する第１導入経路（６１）と、
前記第３流路（９１）の前記一方に配置された第２導入管（７）内に形成され、前記第３流路（９１）に流体を導入する第２導入経路（７１）と、
を備える、
合流器。
［２］ 前記第２円管（３）の前記他方には、前記第２円管（３）と中心軸が一致するとともに前記第２円管（３）の内径よりも小さい内径を有する円管状の送出管（４）が設けられ、
前記合流経路（３１）と前記送出管（４）内に形成された送出経路（４１）とは、前記送出管（４）に向けて徐々に内径が縮径する第１絞り部（５ａ）が形成する流路によって連通する、
［１］に記載の合流器。
［３］ 前記第１導入部材（６２）の内径は、前記第１円管（８）の内径よりも大きく、
前記第１導入経路（６１）と前記第１流路（８１）とは、前記第１円管（８）に向けて徐々に内径が縮径する第２絞り部（５ｂ）が形成する流路によって連通する、
［１］または［２］に記載の合流器。
［４］ 前記第２導入経路（７１）の経路出口の開口面と正対して液溜まり部（９３１）が形成される、
［１］から［３］のいずれか一項に記載の合流器。
［５］ 前記第１流路（８１）から前記合流経路（３１）へと流れる第１流体と、前記第３流路（９１）から前記第２流路（３２）を介して前記合流経路（３１）へと流れる第２流体とが、前記合流経路（３１）で合流し、
前記合流経路（３１）において、前記合流経路（３１）の中心部分を前記第１流体が流れ、前記第２流体は前記第１流体の外側を流れる、
［１］から［４］のいずれか一項に記載の合流器。
［６］ 前記第１流路（８１）の中心軸に沿った長さＬ_１と、前記第１流路（８１）の等価直径Ｄ_１の比Ｌ_１／Ｄ_１は、１０以上である、
［１］から［５］のいずれか一項に記載の合流器。
［７］ 前記第２流路（３２）の中心軸に沿った長さＬ_２と、前記第２流路（３２）の等価直径Ｄ_２の比Ｌ_２／Ｄ_２は１以上である、
［１］から［６］のいずれか一項に記載の合流器。
［８］ マイクロリアクター用合流器である、［１］から［７］のいずれか一項に記載の合流器。
［９］ ［８］に記載の合流器を具備したマイクロリアクター。
［１０］ ［１］から［８］のいずれか一項に記載の合流器を用いて、
前記第１流路（８１）の他方の端部における前記第１流体の流速Ｖ_１と、前記第２流路（３２）の他方の端部における前記第２流体の流速Ｖ_２の比Ｖ_１／Ｖ_２を０．３３から３．０の範囲内に設定することを特徴とする流体の合流方法。
［１１］ ［１］から［８］のいずれか一項に記載の合流器を用いて、
前記第１流路（８１）の他方の端部における前記第１流体のレイノルズ数Ｒｅ_１と、前記第２流路（３２）の他方の端部における前記第２流体のレイノルズ数Ｒｅ_２を、それぞれ２３００以下に設定することを特徴とする流体の合流方法。
［１２］ ［１］から［８］のいずれか一項に記載の合流器を用いて、
前記第１流体および前記第２流体の一方である有機リチウム溶液と前記第１流体および前記第２流体の他方である原料溶液とを合流させることを特徴とする流体の合流方法。
［１３］ 前記第１流体が前記有機リチウム溶液であることを特徴とする［１２］に記載の流体の合流方法。
［１４］ 前記有機リチウム溶液がｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、フェニルリチウム誘導体の少なくともいずれかを含むことを特徴とする［１２］または［１３］に記載の流体の合流方法。
［１５］ 前記第２流体が前記原料溶液であることを特徴とする、［１２］から［１４］のいずれか一項に記載の流体の合流方法。
［１６］ 前記原料溶液が、芳香族化合物、ハロゲン化芳香族化合物のいずれかを原料基質として含み、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、４−メチルテトラヒドロピラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサン、ヘプタンおよびトルエンのいずれかを溶媒として含むことを特徴とする、［１２］から［１５］のいずれか一項に記載の流体の合流方法。
［１７］ ［１０］から［１６］のいずれか一項に記載の流体の合流方法により、前記第１流体と前記第２流体とを混合させた流体による前記合流器内の閉塞防止方法。

１・・・合流器
２、２ａ、２ｂ・・・本体部
２ｃ、２ｄ・・・ねじ穴
３・・・第２円管
３１・・・合流経路
３１１・・・合流部
３２・・・第２流路
４・・・送出管
４１・・・送出経路
５ａ・・・第１絞り部
５ｂ・・・第２絞り部
６・・・第１導入管
６１・・・第１導入路
６２・・・第１導入路を形成する部材
７・・・第２導入管
７１・・・第２導入路
７２・・・開口面
８・・・第１円管
８１・・・第１流路
９・・・縮径構造
９１・・・第３流路
９２・・・二重壁構造
９２１・・・外壁
９２２・・・内壁
９３・・・接続流路
９３１・・・液溜まり部
９４、９５・・・縮径壁
ＦＬ１・・・第１流体
ＦＬ２・・・第２流体
Ｍ１・・・接面
Ｖ・・・流速
Ｘ・・・合流部からの距離
Ｙ・・・保護膜の厚み
Ｐ１、Ｐ２・・・ポンプ
ＰＳ１、ＰＳ２・・・圧力センサ
ＰＣ１、ＰＣ２・・・予備冷却管
ＴＲ１・・・反応管
Ｔ１・・・恒温槽

Claims (17)

1. 一方から他方に延びる第２円管内の、合流部と前記他方における端部との間に形成された合流経路と、
   前記第２円管と中心軸が略一致するとともに、前記第２円管の内径よりも小さい外径を有し、一端が少なくとも前記第２円管の前記一方における端部に達するとともに、他端が前記合流部に達する第１円管内に形成される第１流路と、
   前記第１円管の外壁と前記第２円管の内壁との間に形成され、前記合流部において前記合流経路と連通する第２流路と、
   前記第１円管および前記第２円管と中心軸が略一致するとともに、前記一方から前記他方に向けて徐々に縮径する二つの縮径壁間に形成され、前記第２流路の前記一方における端部と連通する第３流路と、
   前記第１流路の前記一方に配置された第１導入部材内に形成され、前記第１流路に流体を導入する第１導入経路と、
   前記第３流路の前記一方に配置された第２導入管内に形成され、前記第３流路に流体を導入する第２導入経路と、
   を備える、
   合流器。
2. 前記第２円管の前記他方には、前記第２円管と中心軸が一致するとともに前記第２円管の内径よりも小さい内径を有する円管状の送出管が設けられ、
   前記合流経路と前記送出管内に形成された送出経路とは、前記送出管に向けて徐々に内径が縮径する第１絞り部が形成する流路によって連通する、
   請求項１に記載の合流器。
3. 前記第１導入部材の内径は、前記第１円管の内径よりも大きく、
   前記第１導入経路と前記第１流路とは、前記第１円管に向けて徐々に内径が縮径する第２絞り部が形成する流路によって連通する、
   請求項１または２に記載の合流器。
4. 前記第２導入経路の経路出口の開口面と正対して液溜まり部が形成される、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の合流器。
5. 前記第１流路から前記合流経路へと流れる第１流体と、前記第３流路から前記第２流路を介して前記合流経路へと流れる第２流体とが、前記合流経路で合流し、
   前記合流経路において、前記合流経路の中心部分を前記第１流体が流れ、前記第２流体は前記第１流体の外側を流れる、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の合流器。
6. 前記第１流路の中心軸に沿った長さＬ_１と、前記第１流路の内径Ｄ_１の比Ｌ_１／Ｄ_１は、１０以上である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の合流器。
7. 前記第２流路の中心軸に沿った長さＬ_２と、前記第２流路の等価直径Ｄ_２の比Ｌ_２／Ｄ_２は１以上である、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の合流器。
8. マイクロリアクター用合流器である、請求項１から７のいずれか一項に記載の合流器。
9. 請求項８に記載の合流器を具備したマイクロリアクター。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の合流器を用いて、
    前記第１流路の他方の端部における前記第１流体の流速Ｖ_１と、前記第２流路の他方の端部における前記第２流体の流速Ｖ_２の比Ｖ_１／Ｖ_２を０．３３から３．０の範囲内に設定することを特徴とする流体の合流方法。
11. 請求項１から８のいずれか一項に記載の合流器を用いて、
    前記第１流路の他方の端部における前記第１流体のレイノルズ数Ｒｅ_１と、前記第２流路の他方の端部における前記第２流体のレイノルズ数Ｒｅ_２を、それぞれ２３００以下に設定することを特徴とする流体の合流方法。
12. 請求項１から８のいずれか一項に記載の合流器を用いて、
    前記第１流体および前記第２流体の一方である有機リチウム溶液と前記第１流体および前記第２流体の他方である原料溶液とを合流させることを特徴とする流体の合流方法。
13. 前記第１流体が前記有機リチウム溶液であることを特徴とする請求項１２に記載の流体の合流方法。
14. 前記有機リチウム溶液がｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、フェニルリチウム誘導体の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の流体の合流方法。
15. 前記第２流体が前記原料溶液であることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の流体の合流方法。
16. 前記原料溶液が、芳香族化合物、ハロゲン化芳香族化合物のいずれかを原料基質として含み、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、４−メチルテトラヒドロピラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサン、ヘプタンおよびトルエンのいずれかを溶媒として含むことを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の流体の合流方法。
17. 請求項１０から１６のいずれか一項に記載の流体の合流方法により、前記第１流体と前記第２流体とを混合させることを特徴とする、前記合流器内の閉塞防止方法。