JP4724619B2 - 流体処理装置及び流体処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロスケールの流路中に流体を層流で搬送させ、接触界面の方向へ拡散させて流体を混合・反応させる流体処理装置及び流体処理方法に関する。

近年、マイクロスケールの流路幅の流路に流体を層流で流通させ接触界面の方向へ拡散し混合する混合器の開発が行われている。これらの混合器はマイクロミキサー又はマイクロリアクターと称され化学反応、微量分析等の分野で開発されている。従来のバッチ式では大量生産には反応容器を大きくし、いわゆるスケールアップにて大量製造に対応していた。ところが混合器を用いた化学物質等の生産では混合器を並列に並べることによって大量製造に対応できるといわれている。

混合器の流路はマイクロスケールであり、寸法が小さく流路内を流れる流体の流速も小さいためレイノルズ数は小さい。よってマイクロスケールの流路内を流れる流体は一般的なバッチ式の反応装置のような乱流支配でなく層流支配となる。層流支配下では２つの液体の流れを接触させても界面を通じた拡散による混合が支配的となる。また、マイクロスケール空間では単位体積あたりの表面積が大きいため２液の層流が接触する界面での拡散混合に非常に有利といわれている。

またＦｉｃｋの法則により、混合に要する時間は拡散距離の２乗に比例する。すなわち、分子拡散による混合は流路幅を小さくすればするほど混合時間は速くなる。よって流路幅が１／１０になれば混合時間は１／１００になる。マイクロスケールの空間では機械的攪拌などを用いなくても分子輸送、反応、分離が分子の自発的挙動だけで速やかに行われる。

したがって、混合器の層流下の反応では、これまでのバッチ式の反応装置を用いる場合の乱流下での反応に比べて、一般に反応速度が高まるといわれている。さらに２つの液体が常に同じタイミングで接し、層流をなして混合ないし反応が進行していくことにより均一な混合や反応の秩序性を維持することができる。

従来のバッチ式の反応装置においては、一次生成物が反応装置内で引き続き反応をしてしまうことから、生成物の不均一性を生じてしまう恐れがある。特に微粒子を製造する場合においては、いちど生成した微粒子の一次粒子が反応によりさらに成長してしまい微粒子の大きさに不均一さが生じてしまう可能性がある。それに対し混合器では流体同士がマイクロスケールの流路内を連続的に殆ど滞留することなく流通するため、いちど生成した微粒子が再び反応してしまうことを防止でき、微粒子の大きさの均一性を高めることができる。

混合器が種々開発されている中、層流における流体の混合をより効率良く行なう方法として、例えば特許文献１では２種類の溶液をノズルから流出させ２種類の溶液を細棒状の層流としてマイクロスケールの流路内を流通する混合器が開示されている。各層流が細棒状なので接触する比表面積が大きくなり混合に要する時間が短縮できるとされている。

しかしながら、混合器を流通する流体はそれぞれのノズルから流入されるのみであって、ミキシング流路内がノズルから流出した流体で満たされる際に、隣接するノズルから流出した流体はそれぞれ接触し、一体化してしまう。このため細棒状の層流を形成するのは必ずしも容易ではない。さらに、開口幅を維持しロッド状の整流部材を太くした場合、マイクロミキサーに対するロッド状の整流部材の占有するスペースが大きくなってしまうことが懸念される。

また、特許文献２では同一混合流路に複数種の流体を流し、複数の化学反応が行なえるマイクロリアクターが開示されている。しかしながら、混合流路を複数の反応で共有するため、使用する流体によっては流路内に残存し、他の化学反応において不純物として混入してしまう恐れがある。
特開２００３−２１０９５９号公報 特開２００１−３４０７５３号公報

本発明は、この様な背景技術を鑑みてなされたものであり、混合される流体間の比表面積が大きく、効率の良い拡散が行なわれ、流体および生成物のマイクロ流路内での滞留がなく、大量製造にも対応できる流体処理装置及び流体処理方法を提供しようとするものである。

本発明により提供される流体処理装置は、２種類の流体を搬送しながら接触させ、両者を混合および反応させる流体処理装置であって、第１の流体を供給する第１の供給口に接続され、第１の流体を第１の方向へ搬送する第１の搬送路と、第２の流体を供給する第２の供給口に接続され、第２の流体を搬送する第２の搬送路とを有し、第２の搬送路は第１の搬送路内に前記第１の方向に伸びて複数配され、各第２の搬送路の周囲を第１の流体が取り囲み、第２の搬送路の流体排出口より排出される第２の流体が第１の搬送路中で第１の流体と接触するものであり、前記第１の搬送路が、外側に位置する外管と該外管の内側に位置する内管とで形成される環状の隙間により構成され、前記第２の搬送路が、前記環状の隙間に配された複数のノズルであることを特徴とする。

本発明により提供される流体処理方法は、第１の流体と第２の流体を搬送しながら接触させ、両者を混合および反応させる流体処理方法であって、第１の流体を供給する第１の供給口に接続され、第１の流体を第１の方向へ搬送する第１の搬送路の前記第１の供給口に第１の流体を供給し、第２の流体を供給する第２の供給口に接続され、第２の流体を搬送する第２の搬送路の前記第２の供給口に第２の流体を供給する工程、前記第２の搬送路は前記第１の搬送路内に前記第１の方向に伸びて複数配され、前記第１の搬送路に各第２の搬送路の周囲を取り囲んで第１の流体を搬送し、前記第２の搬送路に第２の流体を搬送する工程、前記第２の搬送路の流体排出口より排出される前記第２の流体を、第１の搬送路中で前記第１の流体と接触させ、両者を混合および反応させる工程を有し、前記第１の搬送路を、外側に位置する外管と該外管の内側に位置する内管とで形成される環状の隙間により構成し、前記第２の搬送路を、前記環状の隙間に配された複数のノズルで構成したことを特徴とする。

本発明は、顔料の分散体の製造方法を包含する。本発明により提供される顔料分散体の製造方法は、顔料と分散剤とを溶解した溶液と、前記溶液に溶解している顔料の溶解度を低下させる溶媒とからなる２種類の流体を搬送しながら接触させ、両者を混合および反応させて顔料が分散する分散体を製造する分散体の製造方法であって、前記２種類の流体のうちの一方からなる第１の流体を供給する第１の供給口に接続され、第１の流体を第１の方向へ搬送する第１の搬送路の前記第１の供給口に前記第１の流体を供給し、前記２種類の流体のうちの他方からなる第２の流体を供給する第２の供給口に接続され、第２の流体を搬送する第２の搬送路の前記第２の供給口に前記第２の流体を供給する工程、前記第２の搬送路は前記第１の搬送路内に前記第１の方向に伸びて複数配され、前記第１の搬送路に各第２の搬送路の周囲を取り囲んで前記第１の流体を搬送し、前記第２の搬送路に前記第２の流体を搬送する工程、前記第２の搬送路の流体排出口より排出される前記第２の流体を、第１の搬送路中で前記第１の流体と接触させ、両者を混合および反応させて顔料が分散する分散体を得る工程を有し、前記第１の搬送路を、外側に位置する外管と該外管の内側に位置する内管とで形成される環状の隙間により構成し、前記第２の搬送路を、前記環状の隙間に配された複数のノズルで構成したことを特徴とする。

本発明の流体処理装置及び流体処理方法によれば、混合される流体間の比表面積が大きくなり、効率の良い拡散が行えるため流体同士の混合および反応をばらつきを小さく且つ効率良く行うことができる。マイクロ流路内の流れが直線的になり流体や生成物の滞留を抑制することができる。また、大量製造においては混合器を複数個並べることによりスムーズな量産対応ができる。積層した各混合器で異なる混合や化学反応ができるため小スペースでも多品種大量生産もできる。

本発明により提供される流体処理装置は、２種類の流体を搬送しながら接触させ、両者を混合および反応させる流体処理装置であって、第１の流体を供給する第１の供給口に接続され、第１の流体を第１の方向へ搬送する第１の搬送路と、第２の流体を供給する第２の供給口に接続され、第２の流体を搬送する第２の搬送路とを有し、第２の搬送路は第１の搬送路内に前記第１の方向に伸びて複数配され、各第２の搬送路の周囲を第１の流体が取り囲み、第２の搬送路の流体排出口より排出される第２の流体が第１の搬送路中で第１の流体と接触することを特徴とする。

本発明の装置においては、第１の搬送路を第１の方向に垂直な方向に切断した断面は、長方形をなすものとすることができる。
そして、長方形の短辺は、１００μｍ以上３０００μｍ以下の長さを有するものとすることもできる。

そして、第２の搬送路の径は、５０μｍ以上２０００μｍ以下の長さとすることもできる。そして、長方形の長手方向に第２の搬送路を複数有する構成とすることもできる。
また、本発明の流体搬送装置においては、第１の搬送路を第１の方向に垂直な方向に切断した断面が、環形状をなすように構成することもできる。そして、第２の搬送路を前記環形状に沿って、複数配した構成とすることもできる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の参考の形態に係る流体処理装置について図１（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明する。以下、流体処理装置を説明するに際し、混合器という表現を使うこともある。

本例の流体処理装置１は、流体を搬送する対向する２つの面壁２２，２３の隙間４と、該隙間４の少なくとも一部に配置された流体を流動する複数のノズル５と、該隙間４と複数のノズル５を通過して搬送される複数の流体を混合するマイクロ流路６を有している。

そして、前記隙間４に流体を供給する第１の供給口２と、複数のノズル５に流体を供給する第２の供給口３が設けられている。本例において、壁面２２及び２３を用いて構成されるのが第１の搬送路であり、ノズル５が第２の搬送路である。

対向する２つの面壁２２，２３の隙間４の一例として、図１に示す様な、薄片状の隙間４が挙げられる。以下、薄片状の隙間４を用いて説明する。
薄片状の隙間４の断面の短手方向の幅ｄは、１００μｍ以上で３０００μｍ以下のマイクロスケールとすることができる。分子拡散による混合は流路幅を小さくすればするほど混合時間は速くなる。したがって流路幅として３０００μｍ以下であり、好ましくは１０００μｍ以下であり、より好ましくは５００μｍ以下とすることができる。

さらに薄片状の隙間４に配置された複数のノズル５の外径が、薄片状の隙間４の幅と等しいか、もしくは小さいことが好ましい。具体的には、ノズル５の外径は、５０μｍ以上で３０００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以上で２０００μｍ以下とすることができる。

複数のノズル５の外径が薄片状の隙間４の幅と等しいかもしくは小さいことにより、第１の供給口２及び第２の供給口３から導入した流体はマイクロ流路６内ではレイノルズ数は小さくなり層流支配となる。このような層流支配下では、２つの液体の流れを接触させても界面を通じた拡散が支配的となり、さらにマイクロスケール空間では単位体積あたりの表面積が大きいため２液の層流が接触する界面での拡散混合が効率的になる。

本発明では第１の供給口２から導入される流体１は薄片状の隙間４において、ノズル５から流入する流体２に対して上流側で流入される。したがって、第１の供給口２から導入した流体１は複数のノズル５間の隙間４に充填された後、ノズル５から流出した流体２と接触する。つまり、各ノズルから流出した流体２間には第１の供給口２から導入した流体１が存在する。したがって、ノズルから流出する流体２は細棒状の層流になる。これによりマイクロ流路６内において、流体２は第１の供給口２から導入した流体１との接触面積が向上し、より効率的な拡散混合が行われる。

またマイクロ流路６内における流体の流れも直線的なものになるので、マイクロ流路６内で流体の流れが急激に変化することによる流体の滞留が生じることなく、排出口（不図示）から排出される。

薄片状の隙間４の流体の進行方向（第１の搬送路の第１の方向）に対する直角方向の断面は環状、長方形、Ｕ字形、Ｌ字形の何れでも採用し得る。しかし、流体の進行方向に対する直角方向の端部（薄片状の隙間の内壁部）にかけての流速分布を考慮すると環状である方が好ましい。また、長方形、Ｕ字形、Ｌ字形の場合において、前記断面の角部に丸みをもたせても良い。流体の流れ方向に対するマイクロ流路６の長さはマイクロ流路６内における所望の混合状態ないし反応状態に応じて設定する。

各ノズル５のピッチは等しいことが好ましい。ピッチは細棒状の層流で流れる複数の流体が、隣接するノズルから流出する流体が流体１に接することなく流体２同士が一体化されないようなピッチを設ける方が好ましい。またノズルの外径を小さくし、一列でなく複数列配置してもよい。ノズルの口形は必ずしも円形である必要はなく四角形、六角形、楕円形であっても良い。大量製造においては本発明の混合器を複数個並べることにより対応が可能になる。ノズルの個数は複数であればよいが、好ましくは２以上、さらに好ましくは２０から３６である。

本発明において、薄片状の隙間４およびノズル５の長さは、好ましくは１００ｍｍ以下であり、好ましくは５０ｍｍ以下であり、好ましくは３０ｍｍ以下である。
また、薄片状の隙間４およびノズル５を流動する流体は、層流であるために、流体の流速は、好ましくは１０ｍ／ｓであり、好ましくは１ｍ／ｓであり、好ましくは０．５ｍ／ｓである。

本発明の第一の形態に係る流体処理装置（混合器）について、図４（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明する。
混合器Ａ７は径の異なる管（混合器Ａの内側の管１０と混合器Ａの外側の管１１）を略同軸中心で配置して形成される流体の進行方向に対する直角方向の断面が環形の薄片状の隙間４に複数のノズル５が配置されている。

この薄片状の隙間に流体を供給する第１の供給口２と、複数のノズル５に流体を供給する第２の供給口３が設けらている。混合器Ａ７の軸中心に対して内側に積層している混合器Ｂ８は、混合器Ａ７と同様に、径の異なる管を略同軸中心で配置して形成され、流体の進行方向に対する直角方向の断面が環形の薄片状の隙間に複数のノズル５が配置されている。ここで図４に示すように混合器Ｂ８の外側の管として混合器Ａの内側の管１０を用いているので、管数を減らすことができる。

混合器Ｂ８の軸中心に対して内側に積層した混合器Ｃ９も、混合器Ａ７と同様に径の異なる管を略同軸中心で配置して形成され、流体の進行方向に対する直角方向の断面が環形の薄片状の隙間４に複数のノズル５が配置されている。混合器Ｃ９の外側の管として、混合器Ｂの内側の管１２を用いているので、管数を減らすことができる。

混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９の各薄片状の隙間や各ノズルにそれぞれの混合器ごとに供給口を設けてもよい。そうすれば、各混合器で同時に異なる流体を混合することができる。なお、図４では、混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９の３つからなる混合器を示しているが、混合器Ａ７の軸中心に対して積層される混合器の数はこれに限定されない。

本例において、薄片状の隙間４の流体の進行方向の長さを、最内周に位置する混合器から最外周に位置する混合器にかけて小さくすると、異種の混合や化学反応を同時に行なった場合、各混合器から流出した流体同士が混合することなく、回収することができる。

各ノズル５のピッチは等しいことが好ましい。ピッチの配置は、隣接するノズルから流出する、細棒状の層流で流れる流体が接しないように設けるのが好ましい。またノズルの外径を小さくし一列でなく複数列配置してもよい。ノズルの口形は必ずしも円形である必要はなく四角形、六角形、楕円形であっても良い。大量製造においては本発明の混合器の積層数を増やすか複数個並べることにより対応が可能になる。

本発明に用いられる混合器１として使用される材料は使用する流体に対して耐熱、耐圧および耐溶剤性の点で好適なものから選択する。例えば金属、ガラス、シリコン、テフロン（登録商標）、セラミックスであるが、好ましくは金属である。金属の例としてステンレス、ハステロイ（Ｎｉ−Ｆｅ系合金）、ニッケル、金、白金、タンタル等が挙げられる。本発明に用いる混合器１の流路の金属材料はこれらに限定するものでない。また、流路の耐食性や所望の表面エネルギーを得るために流路表面にライニング加工を施したものを用いてもよい。

本発明は、流体の処理方法をも包含する。本発明の流体処理方法は、本発明の流体処理装置を用いて複数の流体の混合、反応を行わせるものである。本発明の流体処理方法は、流体として搬送する液体を適宜選択することで各種、化合物を製造するのに適用できる。例えば、２種類の液体の一方を顔料と分散剤とを溶解した溶液とし、他方を溶解した顔料の溶解度を低下させる溶媒とすることができる。この場合、再沈殿法により顔料微粒子が分散する顔料分散体を製造することができる。

再沈殿法により顔料分散体を製造するに際し、使用できる顔料の例は以下の通りである。
即ち、無金属フタロシアニン、銅フタロシアニン、ハロゲン化銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニンなどのフタロシアニン系顔料；不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾレーキ、キレートアゾ顔料などのアゾ系顔料；キナクリドン系顔料；イソインドリノン系顔料；インダンスロン系顔料；ジケトピロロピロール系顔料；ジオキサジン系顔料；ペリレン系顔料；ペリノン系顔料；アントラキノン系顔料等が挙げられるが、これに限定されるわけではない。

また、顔料を溶解する溶解媒体としては以下のものが使用できる。有機溶剤としては、アルカリ存在下で有機顔料を溶解させるものであればいかなるものでも使用可能であるが、水に対する溶解度が５％以上であるものが好ましい。さらには水に対して自由に混合するものがより好ましい。

顔料の溶解度を低下させる沈殿媒体（貧溶媒）としては以下のものが使用できる。即ち、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロビレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の一価アルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールエーテル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、置換ピロリドン、トリエタノールアミン等の含窒素溶媒類、酢酸ブチル、セロソルブアセテートなどのエステル類、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタンなどの炭化水素類を挙げることができる。水は全てのｐＨ範囲で使用可能であるが、好ましくはｐＨは１から１４の間である。また、これらの沈殿媒体は１種類単独でまたは２種類以上の混合物として用いてもよい。

顔料分散体の製造は、顔料と分散剤とを溶解した溶液と、顔料の溶解度を低下させる溶媒のうち一方を、本発明の処理装置の第１の供給口に供給し、他方を第２の供給口に供給することでなし得る。

顔料の分散体の製造方法として、カップリング反応を起こさせることも可能で、この場合、一方の液体としてカプラーと分散剤を溶解した溶液を用い、他方はジアゾニウム塩を含有する液体とすることができる。

顔料分散体の製造方法の他、下述する化合物の製造にも本発明の処理方法を適用することができる。
求電子体を含む反応液と求核体を含む反応液と、を反応させて求核付加反応により機能性化合物を製造することができる。この例としては、グリニャール反応、マイケル付加反応が挙げられる。

また、電子豊富な反応種を含む反応液と、電子不足な炭素原子を有する化合物を含む反応液と、を反応させて求核置換反応により機能性化合物を製造することができる。この例としては、アルキルハライドのスルフィド化、アルコールのハロゲン化が挙げられる。

また、電子不足な反応種を含む反応液と電子豊富な炭素原子を有する化合物を含む反応液と、を反応させて求電子置換反応により機能性化合物を製造することができる。この例としては、芳香族化合物のハロゲン化、ニトロ化、スルホン化、フリーデルクラフツ反応が挙げられる。

本発明の処理方法では、第２の搬送路の周囲を第１の流体が取り囲み、第２の搬送路の排出口より排出される第２の流体が第１の搬送路中で第１の流体と接触するため、両者の接触面積が大きくなる。これにより流体の拡散時間が短くなり、短時間で反応が進むと共に、複反応の生成を抑制できるため、得ようとする生成物の収率が高まる。

以下、参考例及び実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
参考例１
本参考例の流体処理装置（混合器）について図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。

混合器１は第１の供給口２から流体１、第２の供給口３から流体２を導入する。混合器１は第１の供給口２と第２の供給口３から導入した２種類の流体（流体１と流体２）を層流にて混合する。この混合において導入した２種類の流体間には化学反応が生ずるものとする。

図１に示す混合器１は薄片状の隙間４が形成されている。薄片状の隙間の流体の進行方向に対する直角方向の断面は長方形で、短辺（幅ｄ）が５００μｍである。その短辺のほぼ中心にノズル５が配置され、長方形の長辺方向に等ピッチで１列にノズルが並んでいる。ノズルの外径は３００μｍφで内径は２４０μｍφの円管である。ノズルの長さは３０ｍｍである。

薄片状の隙間４に、第１の供給口２から導入する流体１は、ノズル５から流入する流体２に対して上流側で流入される。第２の供給口３から導入する流体２はノズル５に流入する。第１の供給口２から導入する流体１は、複数のノズル５間に設けられた隙間４に充填された後、ノズル５から流出する流体２と接触する。そのため各ノズル５から流出する流体２間には、第１の供給口２から導入した流体１が存在するためノズルから流出する流体２は細棒状の層流を形成することが可能になる。流体２の細棒状の層流は、マイクロ流路６内において、第１の供給口２から導入した流体１との接触面積が向上し、より効率的な拡散混合が行われ排出口（不図示）から排出される。またマイクロ流路６内における流体の流れも直線的なものになるので、マイクロ流路６内で流体の流れが急激に変化することによる流体の滞留が生じない。

実施例１
図２（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。
流体処理装置（混合器）１は第１の供給口２から流体１、第２の供給口３から流体２を導入する。

混合器１は第１の供給口２と第２の供給口３から導入した２種類の流体（流体１と流体２）を層流にて混合する。
本実施例の薄片状の隙間は２種類の管を用いて形成されている。内側の管２０の外径は２６ｍｍφで、外側の管２１の内径は２７ｍｍφであり、外側の管２１の中心に内側の管２０を配置し、内側の管２０の外側の壁と外側の管２０の内側の壁との隙間が５００μｍに形成される。

図２に示される混合器１は薄片状の隙間４が形成されている。薄片状の隙間の流体の進行方向に対する直角方向の断面が環状で、外側の管２１の内径と、内側の管２０の外径の間の隙間のほぼ中心にノズル５が配置され、ノズルが内側の管２０の軸中心に対して周方向に等ピッチで並んでいる。ノズルの外径は３００μｍφで内径は２４０μｍφの円管である。

第１の供給口２から導入した流体１は薄片状の隙間において、ノズル５から流入する流体２に対して上流側で流入される。第２の供給口３から導入した流体２はノズル５から流入する。第１の供給口２から導入した流体１は、複数のノズル５間の隙間４に充填された後、ノズル５から流出した流体２と接触する。そのため各ノズル５から流出した流体２間には第１の供給口２から導入した流体１が存在するため、ノズルから流出する流体は細棒状の層流を形成することが可能になる。

流体２の細棒状の層流は、マイクロ流路６内において、第１の供給口２から導入した流体１との接触面積が向上し、より効率的な拡散混合が行われ排出口（不図示）から排出される。また、マイクロ流路６内における流体の流れも直線的なものになるので、マイクロ流路６内で流体の流れが急激に変化することによる流体の滞留が生じなくなる。また薄片状の層流が環状であることにより、流体層の速度分布は薄片状の隙間の厚み方向のみになり、ノズル５ごとの混合や反応のばらつきが無くなる。

本実施例における効果を図６を参照しながら説明する。図６（Ａ）は、本発明の従来技術である特開２００３−２１０９５９の図３に記載された混合器における２つの流体の混合、拡散状態を示す模式図である。図６（Ａ）は細棒状に搬送される２種類の流体、第１の流体３１と第２の流体３２とを搬送される方向から観察する模式図である。横軸には時間をとってあり、時間経過に伴いａ１、ａ２、ａ３、ａ４と拡散状態が変化する様子を示している。一方、図６（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示した本実施例の流体処理装置の一部を示すものであり、２種の流体を第１の搬送路、第２の搬送路を用いて混合、拡散させる状態を示す模式図である。図６（Ｂ）においても時間経過に伴い、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４と拡散状態が変化する様子を示している。尚、ａ１、ｂ１は、第１の流体及び第２の流体が互いに拡散し得る状態になる直後の状態を示している。従来技術である図６（Ａ）においては、第１の流体は、ａ２で第１の流体同士が接触して連なり、ａ３で連なった第１の流体が同じく連なった第２の流体と接触する。ａ３において連なった第１及び第２の流体同士の拡散が始まり、ａ４に進む。

一方、本発明を示す図６（Ｂ）においては、第２の流体が第２の搬送路から排出される直後から第１の流体と接触しｂ２、ｂ３、ｂ４と反応が進んで行く。本発明においてはｂ２の段階から第１の流体と第２の流体とは接触し、細棒状の第２の流体の周りを第１の流体が取り囲んでいるため接触面積が大きい。この図から理解されるように本発明によれば、細棒状の第２の流体の周りを第１の流体が取り囲んで搬送が行われるため、２つの流体の接触面積は大きく、反応が短時間で進む。このため、副反応を抑制して安定な反応を行い得る。

実施例２
内側の管２０の外径は５２ｍｍφで外側の管２１の内径は５１ｍｍφにした以外は実施例１と同様な混合器を構成した。薄片状の隙間は同様に５００μｍであっても流体の流れの進行方向に対する直角方向の断面積が大きくなり、第１の供給口２ならびに第２の供給口３から単位時間あたりに供給できる流体量を大きくすることができる。

実施例３
本実施例の流体処理装置（混合器）について図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。

混合器１は第１の供給口２から流体１、第２の供給口３から流体２、第３の供給口２４から流体３を導入する。混合器１は、第１の供給口２と、第２の供給口３と、第３の供給口２４から導入した３種類の流体（流体１と流体２と流体３）を層流にて混合する。

本実施例の薄片状の隙間は２種類の管を用いて形成されている。内側の管２０の外径は２６ｍｍφで、外側の管２１の内径は２７ｍｍφである。外側の管２１の中心に内側の管２０を配置し、内側の管２０の外側の壁と、外側の管２１の内側の壁との隙間が４００μｍに形成される。その隙間のほぼ中心にノズル５が配置され、内側の管２０の軸中心に対して周方向に等ピッチでノズルが並んでいる。ノズルの外径は２８０μｍφで内径は２００μｍφの円管である。

図３に示される混合器１は薄片状の隙間が形成され、薄片状の隙間の流体の進行方向に対する直角方向の断面が環状で、幅が４００μｍである。
第２の供給口３から供給される流体２が流出するノズル５と、第３の供給口２４から供給される流体３が流出するノズル５は、交互に配置されている。第１の供給口２から導入する流体１は、薄片状の隙間４に、ノズル５から流入する流体に対して上流で流入される。第２の供給口３から導入した流体２および第３の供給口２４から導入した流体３はノズル５から流出する。

第１の供給口２から導入した流体１は、複数のノズル５間の隙間４に充填された後、ノズル５から流出した流体２及び流体３と接触する。そのため、各ノズル５から流出した流体２および流体３間には第１の供給口２から導入した流体１が存在するためノズルから流出する流体は細棒状の層流を形成することが可能になる。流体２および流体３の細棒状の層流は、マイクロ流路６内において、第１の供給口２から導入した流体１との接触面積が向上し、より効率的な拡散混合が行われ排出口（不図示）から排出される。

また、マイクロ流路６内における流体の流れも直線的なものになるので、マイクロ流路６内で流体の流れが急激に変化することによる流体の滞留が生じなくなる。また薄片状の層流が環状であることにより、流体層の速度分布は薄片状の隙間の厚み方向のみになり、各ノズル５ごとの混合や反応のばらつきが無くなる。さらに流体１と流体２が反応した後、流体３と反応する系や流体１と流体３が反応した後、流体２と反応させる系に有効である。

実施例４
本実施例の流体処理装置（混合器）について図４（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。

混合器１は混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９からなり、第１の供給口２から流体１、第２の供給口３から流体２を導入する。混合器１は第１の供給口２と第２の供給口３から導入した２種類の流体（流体１と流体２）を層流にて混合する。

図４に示される混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９は薄片状の隙間が形成されている。混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９の薄片状の隙間４ａ〜４ｃの流体の進行方向に対する法線方向の断面が環状で周壁間の幅が５００μｍである。その隙間のほぼ中心にノズル５が配置され、混合器Ａ７の軸中心に対して周方向に等ピッチでノズル５が並んでいる。

ノズル５の外径は３００μｍφで内径は２４０μｍφの円管である。本実施例の薄片状の隙間４は２種類の管を用いて形成されている。混合器Ａの内側の管１０の外径は２０．８ｍｍ、内径は１９．２ｍｍの円管で、混合器Ａの外側の管１１の外径は２３．４ｍｍ、内径は２１．８ｍｍの円管である。混合器Ａの内側の管１０は混合器Ｂの外側の管としても用い、混合器Ｂの内側の管１２は混合器Ｃの外側の管としても用いる。混合器Ｂ８は軸中心に対し混合器Ａ７の内側に積層している。混合器Ｂの内側の管１２の外径は１８．２ｍｍ、内径は１６．６ｍｍの円管である。混合器Ｃの内側の管１３の外径は１５．６ｍｍである。

第１の供給口２から導入した流体１は薄片状の隙間４においてノズル５から流入する流体に対して上流で流入される。第２の供給口３から導入した流体２はノズル５から流入する。第１の供給口２から導入した流体１は複数のノズル５間の隙間４に充填された後、ノズル５から流出した流体２と接触するため各ノズル５から流出した流体２間には第１の供給口２から導入した流体１が存在するためノズルから流出する流体は細棒状の層流を形成することが可能になる。

流体２の細棒状の層流は、マイクロ流路６内において、第１の供給口２から導入した流体１との接触面積が向上し、より効率的な拡散混合が行われ排出口（不図示）から排出される。また、マイクロ流路６内における流体の流れも直線的なものになるので、マイクロ流路６内で流体の流れが急激に変化することによる流体の滞留が生じなくなる。また薄片状の層流が環状であることにより、流体層の速度分布は薄片状の隙間の厚み方向のみになり、ノズル５ごとの混合や反応のばらつきが無くなる。

実施例５
本実施例の流体処理装置（混合器）について図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。

本例では混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９のノズル５に流体を導入する供給口をそれぞれの混合器ごとに独立で設けている。そして、混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９のノズル５からそれぞれ異なる流体を流せるようにしている。更に、前記混合器においてマイクロ流路６の流体の進行方向の長さが混合器Ｃ９、混合器Ｂ８、混合器Ａ７の順で小さくした以外は実施例４と同様な混合器である。混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９でそれぞれ異種の混合や化学反応が同時に行なった場合、図５に示すように各混合器から流出した流体を独立して回収でき流体同士が混合することなく回収することができる。

実施例６
本実施例の混合器は混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９の薄片状の隙間４に流体を供給する供給口が混合器ごとに設けられていること以外は実施例５と同様な混合器である。これにより混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９の薄片状の隙間４にそれぞれ異なる流体を流すことができる。

実施例６では混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９の薄片状の隙間４に流す流体は共通であるが、本実施例では混合器Ａ７、混合器Ｂ８、混合器Ｃ９で独立に異なる流体が流せるため同時に行なえる混合や化学反応の選択の幅が拡がる。

本発明の流体処理装置（混合器）は、混合される流体間の比表面積（接触面積）が大きく、効率の良い拡散が行なわれる。そして、流体および生成物のマイクロ流路内での滞留がなく、大量製造にも対応できるので、機能物質の混合や生成等に利用することができる。

参考例１の流体処理装置の流体の流れ方向の断面図である。 図１（Ａ）のＤＤ’線の断面図である。 実施例１の流体処理装置の流体の流れ方向の断面図である。 図２（Ａ）のＥＥ’線の断面図である。 実施例３の流体処理装置の流体の流れ方向の断面図である。 図３（Ａ）のＦＦ’線の断面図である。 実施例４の流体処理装置の流体の流れ方向の断面図である。 図４（Ａ）のＧＧ’線の断面図である。 実施例５の流体処理装置の流体の流れ方向の断面図である。 図５（Ａ）のＨＨ’線の断面図である。 従来技術の２つの流体の混合、拡散状態を示す模式図である。 本発明の効果を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 混合器
２ 第１の供給口
３ 第２の供給口
４、４ａ〜４ｃ 薄片状の隙間
５ ノズル
６ マイクロ流路
７ 混合器Ａ
８ 混合器Ｂ
９ 混合器Ｃ
１０ 混合器Ｂの外側の管、混合器Ａの内側の管
１１ 混合器Ａの外側の管
１２ 混合器Ｃの外側の管、混合器Ｂの内側の管
１３ 混合器Ｃの内側の管
１４ 混合器Ａのノズルへの供給口
１５ 混合器Ｂのノズルへの供給口
１６ 混合器Ｃのノズルへの供給口
１７ 混合器Ａの回収器
１８ 混合器Ｂの回収器
１９ 混合器Ｃの回収器
２０ 内側の管
２１ 外側の管
２２、２３ 面壁
２４ 第３の供給口
３１ 第１の流体
３２ 第２の流体

Claims (7)

1. ２種類の流体を搬送しながら接触させ、両者を混合および反応させる流体処理装置であって、第１の流体を供給する第１の供給口に接続され、第１の流体を第１の方向へ搬送する第１の搬送路と、第２の流体を供給する第２の供給口に接続され、第２の流体を搬送する第２の搬送路とを有し、第２の搬送路は第１の搬送路内に前記第１の方向に伸びて複数配され、各第２の搬送路の周囲を第１の流体が取り囲み、第２の搬送路の流体排出口より排出される第２の流体が第１の搬送路中で第１の流体と接触するものであり、前記第１の搬送路が、外側に位置する外管と該外管の内側に位置する内管とで形成される環状の隙間により構成され、前記第２の搬送路が、前記環状の隙間に配された複数のノズルであることを特徴とする流体処理装置。
2. 前記第２の搬送路の内径は、５０μｍ以上２０００μｍ以下の長さを有する請求項１に記載の流体処理装置。
3. 前記外管の外側に更に別の外管を備えて前記環状の隙間を複数とし、該複数の隙間に前記複数のノズルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
4. 第１の流体と第２の流体を搬送しながら接触させ、両者を混合および反応させる流体処理方法であって、第１の流体を供給する第１の供給口に接続され、第１の流体を第１の方向へ搬送する第１の搬送路の前記第１の供給口に第１の流体を供給し、第２の流体を供給する第２の供給口に接続され、第２の流体を搬送する第２の搬送路の前記第２の供給口に第２の流体を供給する工程、前記第２の搬送路は前記第１の搬送路内に前記第１の方向に伸びて複数配され、前記第１の搬送路に各第２の搬送路の周囲を取り囲んで第１の流体を搬送し、前記第２の搬送路に第２の流体を搬送する工程、前記第２の搬送路の流体排出口より排出される前記第２の流体を、第１の搬送路中で前記第１の流体と接触させ、両者を混合および反応させる工程を有し、前記第１の搬送路を、外側に位置する外管と該外管の内側に位置する内管とで形成される環状の隙間により構成し、前記第２の搬送路を、前記環状の隙間に配された複数のノズルで構成したことを特徴とする流体処理方法。
5. 前記第１の流体は、顔料を溶解した溶液で、前記第２の流体は前記溶液に溶解した顔料の溶解度を低下させる溶媒である請求項４に記載の流体処理方法。
6. 前記第１の流体は、カプラ−を溶解した溶液で、前記第２の流体はジアゾニウム塩を含有する溶液である請求項４に記載の流体処理方法。
7. 顔料と分散剤とを溶解した溶液と、前記溶液に溶解している顔料の溶解度を低下させる溶媒とからなる２種類の流体を搬送しながら接触させ、両者を混合および反応させて顔料が分散する分散体を製造する分散体の製造方法であって、前記２種類の流体のうちの一方からなる第１の流体を供給する第１の供給口に接続され、第１の流体を第１の方向へ搬送する第１の搬送路の前記第１の供給口に前記第１の流体を供給し、前記２種類の流体のうちの他方からなる第２の流体を供給する第２の供給口に接続され、第２の流体を搬送する第２の搬送路の前記第２の供給口に前記第２の流体を供給する工程、前記第２の搬送路は前記第１の搬送路内に前記第１の方向に伸びて複数配され、前記第１の搬送路に各第２の搬送路の周囲を取り囲んで前記第１の流体を搬送し、前記第２の搬送路に前記第２の流体を搬送する工程、前記第２の搬送路の流体排出口より排出される前記第２の流体を、第１の搬送路中で前記第１の流体と接触させ、両者を混合および反応させて顔料が分散する分散体を得る工程を有し、前記第１の搬送路を、外側に位置する外管と該外管の内側に位置する内管とで形成される環状の隙間により構成し、前記第２の搬送路を、前記環状の隙間に配された複数のノズルで構成したことを特徴とする顔料分散体の製造方法。

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