JP7213513B1 - 流体の制御方法、及びテイラー渦流反応装置 - Google Patents

流体の制御方法、及びテイラー渦流反応装置 Download PDF

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Abstract

反応室内での流体の反応を良好に行う。流体の制御方法は、外筒（６１）と、外筒（６１）内に同軸状に配置された内筒（７０）との間に形成された反応室（８４）内に、テイラー渦（Ｖ１）を生成した反応対象流体（Ｆ１，Ｆ２）からなり、軸線（Ｒ）方向に並ぶリング状の反応相（３０）と、反応相（３０）に対して軸線（Ｒ）方向に隣接し、反応相（３０）内の反応対象流体（Ｆ１，Ｆ２）が反応相（３０）外に流出することを抑制するリング状の抑制相（３１）と、を生成する。

Description

本発明は、流体の制御方法、及びテイラー渦流反応装置に関するものである。
特許文献１には、外筒と、外筒内で回転する内筒と、を備え、外筒と内筒との間に反応室(隙間空間)を形成したテイラー渦流反応装置が開示されている。反応室内に反応前の流体を供給して内筒を回転させると、反応室内にテイラー渦が発生し、テイラー渦流の強い剪断と渦運動によって流体の混合、分散、乳化、晶析、造粒、化学反応等が行われる。
特許第６２５７６３６号公報
例えば、反応室内に反応前の流体を満たし、テイラー渦流反応装置を動作させるとこの流体は、テイラー渦を生成する。そして、テイラー渦の生成と共に、テイラー渦の渦外縁部に沿って、外筒の内周面と内筒の外周面とを交互に行き来しつつ反応室の軸線方向に流れるバイパス流が生じることが知られている。バイパス流に乗じて反応前の流体が軸線方向へ流れてしまうと、この流体は、反応を終える前に反応室から流出したり、十分に混合されないまま反応が終わったりするおそれがある。したがって、反応室内における、反応前の流体の流れを制御する技術が望まれていた。また、テイラー渦流反応装置の反応室における外筒と内筒との隙間は、高い精度で寸法管理する必要がある。このため、外筒には高い剛性を有する金属を用いることが好ましい。しかし、この場合、反応室内におけるテイラー渦流の生成状況を目視で確認することができず、不便である。ここでいうテイラー渦流とは、テイラー渦を生成した流体の流れを指す。これに対して、テイラー渦とは、環状に流れる渦の形態自体を指す。
第１の発明は、上記した課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであって、反応室内での流体の制御を良好に行うことを目的とする。
第２の発明は、上記した課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであって、反応相と非反応相との生成状況を良好に把握することを目的とする。
第１の発明の流体の制御方法は、
外筒と、前記外筒内に同軸状に配置された内筒との間に形成された反応室内に、
テイラー渦を生成した反応対象流体からなり、軸線方向に並ぶリング状の反応相と、
前記反応相に対して前記軸線方向に隣接し、前記反応相内の前記反応対象流体が前記反応相外に流出することを抑制するリング状の抑制相と、
を生成する。
第２の発明のテイラー渦流反応装置は、
外筒と、
前記外筒内に同軸状に配置されて軸線周りに回転駆動され、前記外筒との間に反応室を形成する内筒と、
反応相を生成する反応対象流体を前記反応室に供給する反応対象流体供給装置と、
前記反応相とは異なる非反応相を生成する異相流体を前記反応室に供給する異相流体供給装置と、
前記反応室内に、リング状の前記反応相と、前記異相流体を含むリング状の前記非反応相と、が前記軸線方向に隣合い生成されたか否かを検出する検出装置と、
を備えている。
第１の発明の流体の制御方法は、抑制相によって反応相からの反応対象流体の流出を抑制することができるので、反応相内に反応対象流体を閉じ込めることができる。これによって、反応相内における反応対象流体の反応のばらつきを抑えると共に、反応対象流体の反応速度が向上する。このため、反応相における反応が良好に行われる。
第２の発明のテイラー渦流反応装置は、検出装置によって、反応相と非反応相との生成状況を把握することができる。
実施例１のテイラー渦流反応装置を軸線に直交する方向から見た縦断面図である。 実施例１のテイラー渦流反応装置を軸線方向から見た横断面図である。 実施例１のテイラー渦流反応装置の反応室の一部を拡大した拡大縦断面図である。 実施例１のテイラー渦流反応装置の反応室の一部を拡大した拡大縦断面図であって、反応室に反応対象流体を流入させ、非反応対象流体を流入させない状態を示す。 実施例１のテイラー渦流反応装置の反応室を軸線に直交する方向から視た画像である。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、非反応対象流体の反応室への流量を小さくして複数の気泡を生成した状態を示す。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、反応対象流体として水を用い、間隙幅を０．５ｍｍとした場合において、内筒の周速と、反応対象流体及び非反応対象流体の反応室への流量と、を変化させた場合の各々における反応相及び抑制相の境界の明瞭さを判定した結果を示す表である。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、反応対象流体として水にグリセリンを加えた液体を用い、間隙幅を０．５ｍｍとした場合において、内筒の周速と、反応対象流体及び非反応対象流体の反応室への流量と、を変化させた場合の各々における反応相及び抑制相の境界の明瞭さを判定した結果を示す表である。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、反応対象流体として水を用い、間隙幅を１．５ｍｍとした場合において、内筒の周速と、反応対象流体及び非反応対象流体の反応室への流量と、を変化させた場合の各々における反応相及び抑制相の境界の明瞭さを判定した結果を示す表である。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、反応対象流体として水にグリセリンを加えた液体を用い、間隙幅を１．５ｍｍとした場合において、内筒の周速と、反応対象流体及び非反応対象流体の反応室への流量と、を変化させた場合の各々における反応相及び抑制相の境界の明瞭さを判定した結果を示す表である。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、反応対象流体として水を用い、間隙幅を２．５ｍｍとした場合において、内筒の周速と、反応対象流体及び非反応対象流体の反応室への流量と、を変化させた場合の各々における反応相及び抑制相の境界の明瞭さを判定した結果を示す表である。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、反応対象流体として水にグリセリンを加えた液体を用い、間隙幅を２．５ｍｍとした場合において、内筒の周速と、反応対象流体及び非反応対象流体の反応室への流量と、を変化させた場合の各々における反応相及び抑制相の境界の明瞭さを判定した結果を示す表である。 実施例１のテイラー渦流反応装置において、反応対象流体として水を用い、間隙幅を０．５ｍｍとした場合において、内筒の周速と、流量比と、を変化させた場合の各々における反応相及び抑制相の境界の明瞭さを判定した結果を示す表である。 他の実施例のテイラー渦流反応装置を軸線方向から見た横断面図である。 他の実施例のテイラー渦流反応装置の反応室の一部を拡大した拡大縦断面図であって、マイクロバブル相が外筒の内周面に沿った位置に生成された様子を示す。 他の実施例のテイラー渦流反応装置の反応室の一部を拡大した拡大縦断面図であって、マイクロバブル相が内筒の外周面に沿った位置に生成された様子を示す。 他の実施例のテイラー渦流反応装置の反応室の一部を拡大した拡大縦断面図であって、気泡相が外筒の内周面及び内筒の外周面に沿った位置に生成された様子を示す。 他の実施例のテイラー渦流反応装置の要部拡大縦断面図であって、検出装置を外筒の外周面や流出路に設けた様子を示す。 他の実施例のテイラー渦流反応装置を軸線に直交する方向から見た縦断面図である。 他の実施例のテイラー渦流反応装置の要部拡大縦断面図であって、検出装置の一対の電極棒の先端部が１つの反応相に接触した様子を示す。 他の実施例のテイラー渦流反応装置の要部拡大縦断面図であって、検出装置の一対の電極棒の先端部が抑制相にかかった様子を示す。 他の実施例のテイラー渦流反応装置の要部拡大縦断面図であって、検出装置の一対の電極棒のうちの片方の先端部が抑制相にかかった様子を示す。
＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１と、実施例１のテイラー渦流反応装置１０を用いて実施した実験結果を図１から図１３を参照して説明する。以下の説明において、前後の方向については、図１における右方を前方、左方を後方と定義する。
［テイラー渦流反応装置の構成について］
実施例１のテイラー渦流反応装置１０は、図１に示すように、外筒６１と、内筒７０と、閉塞部材８５と、検出装置８６と、反応対象流体供給装置８７と、異相流体供給装置８８と、制御装置８９と、を備えている。
外筒６１は、円筒状をなしており、軸線Ｒを前後方向（水平方向）に向けて固定した状態で配置されている。軸線Ｒ方向から見たときに、外筒６１の内周面は、円形である。内筒７０は、外筒６１と同心状の円柱状をなしている。軸線Ｒ方向から見たときに、内筒７０の外周面は、円形である。内筒７０は、外筒６１内に同軸状に配置されている。内筒７０の後端部には、図示しないモータの駆動軸が連結されている。内筒７０は、モータを回転駆動させることによって、軸線Ｒ周りに回転する。内筒７０の外周面と、外筒６１の内周面との間には、円筒状の反応室８４が形成されている。円筒状とは、軸線Ｒと直角に切断した断面において、円環形をなす形態である。
外筒６１の前端には、閉塞部材８５が取り付けられている。閉塞部材８５は、反応室８４及び内筒７０の前端を前方から覆い、内筒７０の前端面に対して僅かな隙間を空けて対向するように配置されている。閉塞部材８５と内筒７０との間の隙間は、反応室８４の前端と連通しているが、反応室８４内に生じるテイラー渦Ｖ１（図３参照）の生成及び移動に影響を及ぼすことはほとんどない。
検出装置８６は、閉塞部材８５に取り付けられている。検出装置８６には、例えば、レーザーセンサや、静電容量型センサや、超音波センサや、流体の周波数特性を検知する密度センサ等が用いられる。検出装置８６は、閉塞部材８５における反応室８４の前端に対して前方に隣合う位置に取り付けられている。検出装置８６は、外筒６１の流出口１０５の近傍に位置している。検出装置８６は、反応室８４の前端部（後述する、反応相３０と抑制相３１の反応室８４内における移動経路の終端部）に位置する流体の種類に応じて、異なる検出値を出力し得る構成とされている。つまり、検出装置８６は、反応室８４の前端部に位置する流体が、反応相３０であるか、非反応相である抑制相３１であるかを検出することができる。換言すると、検出装置８６は、反応室８４内に、反応相３０と、非反応対象流体Ｆ３を含む抑制相３１と、が軸線Ｒ方向に隣合い生成されたか否かを検出する。
外筒６１の後端は、板厚方向を前後方向に向けた後部閉塞部材９０に取り付けられている。後部閉塞部材９０は、図示しない固定部に固定されている。この固定部には、例えば、内筒７０を回転駆動させるモータが固定されている。後部閉塞部材９０は、反応室８４の後端を後方から覆っている。後部閉塞部材９０を板厚方向に貫通して形成された貫通孔には、内筒７０が挿通されている。後部閉塞部材９０と内筒７０の外周面との間には、図示しないシール部材が設けられている。シール部材によって、後部閉塞部材９０と内筒７０との隙間が気密状又は液密状にシールされ、反応室８４内の流体が外部に漏出しないようにされている。
図２に示すように、外筒６１の後端部には、２つの流入口１００と、第１流入路１０１、第２流入路１０２、及び第３流入路１０３と、が形成されている。内筒７０の軸線Ｒ方向から見た軸断面視において、２つの流入口１００は、周方向に９０°ずれた位置関係で配置されている。反応室８４の軸線方向（前後方向）において、２つの流入口１００は、同じ位置に配置されている。２つの流入口１００は、外筒６１の内周面における後端部に開口し、反応室８４の後端部に連通している（図１参照）。
２つの流入口１００のうちの一方の流入口１００には、図２に示すように、第１流入路１０１の下流端と第２流入路１０２の下流端とが連通している。軸線Ｒ方向から見た軸断面視において、第１流入路１０１と第２流入路１０２とは、互いに異なる角度で、外筒６１の外側から流入口１００に向かって直線状に延びている。第１流入路１０１の中心線Ａ１と、外筒６１の内周面の流入口１００における接線１０４とのなす角度をθ１とし、第２流入路１０２の中心線Ａ２と上記接線１０４とのなす角度をθ２としたときに、角度θ１と角度θ２は異なる角度に設定されている。第１流入路１０１の中心線Ａ１の延長線も第２流入路１０２の中心線Ａ２の延長線も、軸線Ｒとは交わらない。第１流入路１０１の中心線Ａ１と第２流入路１０２の中心線Ａ２は、外筒６１の内周面よりも外側の位置において交差している。
２つの流入口１００のうちの他方の流入口１００には、第３流入路１０３の下流端が連通している。軸方向視において、第３流入路１０３は、外筒６１の外側から流入口１００に向かって直線状に延びている。第３流入路１０３の中心線Ａ３と、外筒６１の内周面の流入口１００における接線１０７とは、例えばθ３の角度に設定されている。第１流入路１０１の中心線Ａ１、第２流入路１０２の中心線Ａ２、及び第３流入路１０３の中心線Ａ３は、内筒７０の軸線Ｒと直交する共通の仮想二次元平面上に配置される。
図１に示すように、外筒６１の前端部には、反応室８４内の流体を排出するための１つの流出口１０５と、流出口１０５に連通する流出路１０６が形成されている。流出口１０５は、外筒６１の内周面に開口し、反応室８４の前端部に連通している。流出路１０６は、流出口１０５から軸線Ｒに直交する放射方向に直線状に延びている。
図２に示すように、反応対象流体供給装置８７は、第１流入路１０１、及び第２流入路１０２の各々の上流側に１つずつ接続されている。反応対象流体供給装置８７には、例えば、チュービングポンプやダイヤフラムポンプ等が用いられる。各反応対象流体供給装置８７には、それぞれ、反応対象流体貯留部８７Ａが接続されている。一方の反応対象流体貯留部８７Ａには、反応対象流体Ｆ１が貯留され、他方の反応対象流体貯留部８７Ａには反応対象流体Ｆ２が貯留されている。反応対象流体Ｆ１，Ｆ２は、例えば、液体である。反応対象流体Ｆ１，Ｆ２は、異種であってもよく、同種であってもよい。反応対象流体Ｆ１，Ｆ２が異種である場合、例えば、比重、粘度、成分等が異なっている。反応対象流体供給装置８７を駆動させる。すると、一方の反応対象流体供給装置８７は、一方の反応対象流体Ｆ１を反応対象流体貯留部８７Ａから取り込み、第１流入路１０１を経由させて反応室８４内に供給する。他方の反応対象流体供給装置８７は、他方の反応対象流体Ｆ２を反応対象流体貯留部８７Ａから取り込み、第２流入路１０２を経由させて反応室８４内に供給する。第１流入路１０１の中心線Ａ１と第２流入路１０２の中心線Ａ２は、外筒６１の内周面よりも外側の位置において交差している。このため、反応対象流体Ｆ１，Ｆ２は、一方の流入口１００よりも上流側で合流する。
異相流体供給装置８８は、第３流入路１０３の上流端に接続されている。異相流体供給装置８８には、例えば、チュービングポンプやダイヤフラムポンプ等が用いられる。チュービングポンプを用いると、流入時に脈動が生じ難い。異相流体供給装置８８には、異相流体貯留部８８Ａが接続されている。異相流体貯留部８８Ａには、抑制相３１を生成する異相流体である非反応対象流体Ｆ３が貯留されている。非反応対象流体Ｆ３は、例えば、不活性ガスや空気等の気体であり、反応対象流体Ｆ１，Ｆ２に対して非相溶性を有し、性質の異なる流体である。異相流体供給装置８８を駆動させると、異相流体供給装置８８は、非反応対象流体Ｆ３を、異相流体貯留部８８Ａから取り込み、第３流入路１０３を経由させて反応室８４内に供給する。
制御装置８９は、例えばマイクロコンピュータを主体として構成されたＰＬＣ（Programmable Logic Controller）又はＰＣ（Programmable Controller）である。制御装置８９は、反応対象流体供給装置８７における反応対象流体Ｆ１，Ｆ２の反応室８４への供給動作と、異相流体供給装置８８における非反応対象流体Ｆ３の反応室８４への供給動作とを制御し得る構成とされている。例えば、制御装置８９は、反応対象流体供給装置８７及び異相流体供給装置８８の供給動作を制御することによって、反応室８４への反応対象流体Ｆ１，Ｆ２及び非反応対象流体Ｆ３の単位時間における流量を調整することができる。
［テイラー渦流反応装置の動作について］
先ず、反応室８４内が空の状態（すなわち、空気で満たされた状態）でモータを起動して内筒７０を所定の回転数で回転駆動させる。
次に、制御装置８９によって、反応対象流体供給装置８７及び異相流体供給装置８８の動作を開始し、反応室８４内に反応対象流体Ｆ１，Ｆ２及び非反応対象流体Ｆ３を供給する。以下、合流した状態の反応対象流体Ｆ１，Ｆ２を、反応対象流体Ｆともいう。例えば、先ず、制御装置８９は、異相流体供給装置８８の動作を開始させ、第３流入路１０３を通して他方の流入口１００から非反応対象流体Ｆ３を反応室８４内に連続的に供給する。すると、反応室８４内を満たす空気は、非反応対象流体Ｆ３によって、流出口１０５から押し出される。そして、反応室８４内は、非反応対象流体Ｆ３によって満たされる。
次に、制御装置８９は、反応対象流体供給装置８７の動作を開始させ、第１流入路１０１と第２流入路１０２を通して一方の流入口１００から反応対象流体Ｆを反応室８４内に連続的に供給する。すると、反応室８４内には、図３に示すように、テイラー渦Ｖ１を生成した反応対象流体Ｆからなる反応相３０と、非反応対象流体Ｆ３からなる非反応相である抑制相３１とが、軸線Ｒ方向に交互に並んで複数生成され、これら反応相３０及び抑制相３１が一体となって軸線Ｒ方向の前向きに移動する。このとき、反応相３０は、軸線Ｒ周りにリング状をなした形態となる。そして、抑制相３１も軸線Ｒ周りにリング状をなした形態となる。そして、これら反応相３０及び抑制相３１は、軸線Ｒ方向に交互に隣合い、軸線Ｒ方向の前向きに移動する流れ（すなわち、スラグ流）を生成するのである。
ここでいうスラグ流とは、相溶性のない気体と液体や、相溶性のない水性液体と油性液体等、親和性のない二種類の流体が交互に並んだ状態を維持しつつ、一体となって一方向に移動する流れである。
抑制相３１は、例えば気体によって生成されている。抑制相３１は、反応相３０に対して軸線Ｒ方向に隣接している。一つの反応相３０では、一つのテイラー渦Ｖ１が生成される。一つのテイラー渦Ｖ１は、互いに逆向きに流れる反応対象流体Ｆからなる一組のセルＣ１，Ｃ２で構成されている。一つの反応相３０において複数のテイラー渦Ｖ１が生成されてもよい。つまり、一つの反応相３０において一組のセルＣ１，Ｃ２が複数生成されてもよい。つまり、内筒７０が軸線Ｒ周りに回転すると、外筒６１と内筒７０との間に形成された円筒状の反応室８４内に、テイラー渦Ｖ１を生成した反応対象流体Ｆが軸線Ｒ周りにリング状をなして生成された反応相３０と、非反応対象流体Ｆ３が軸線Ｒ周りにリング状をなして生成された抑制相３１と、が軸線Ｒ方向に隣接して隣合い生成される。
軸線Ｒを含む断面において、一つの反応相３０内で対をなす２つのセルＣ１，Ｃ２は、軸線Ｒ方向に隣合って並んでいる。ここで、一方のセルＣ１の反応対象流体Ｆは、環状（渦状）をなして、図３における時計方向へ流れる。
そして、他方のセルＣ２の反応対象流体Ｆは、環状（渦状）をなして、図３における反時計方向へ流れる。つまり、一つのテイラー渦Ｖ１とは、上記２つの経路で環状に流れる反応対象流体Ｆの組からなる。以降、２つのセルＣ１，Ｃ２をペア渦Ｃ１，Ｃ２ともいう。
一つの反応相３０では、テイラー渦Ｖ１の隣合うセルＣ１，Ｃ２による剪断力によって反応対象流体Ｆ１，Ｆ２の混合、撹拌、分散、乳化、晶析、造粒、化学反応、粉砕、微粒子化等の各種反応（以下、単に、各種反応ともいう）が行われる。
抑制相３１によって、隣合う反応相３０の間において反応対象流体Ｆの行き来が抑制される。換言すると、抑制相３１は、一方のペア渦Ｃ１，Ｃ２と、他方のペア渦Ｃ１，Ｃ２との間に介在し、一方のペア渦Ｃ１，Ｃ２と、他方のペア渦Ｃ１，Ｃ２とが混ざり合うことを抑制する。つまり、反応相３０から反応対象流体Ｆの軸線Ｒ方向への拡散を抑制相３１によって抑制しており、抑制相３１は、軸線Ｒ方向に隣合う２つの反応相３０を軸線Ｒ方向に離隔するように仕切る効果を有する仕切相５０である。そして、仕切相５０は例えば気体からなる。１つの反応相３０内においてセルＣ１，Ｃ２の渦外縁部に沿ったバイパス流（図４における実線Ｒ１及び破線Ｒ２）が生成されても、そのバイパス流が、他の反応相３０側へ延びていくことは、仕切相５０によって遮断される。したがって、渦外縁部の流体は、一つ又は複数のテイラー渦Ｖ１から流出せずに一つ又は複数のテイラー渦Ｖ１内部の流体と良好に攪拌され、良好に各種反応が行われる。このため、一つの反応相３０において、反応対象流体Ｆにおける各種反応を良好に行うことができる。こうして抑制相３１は、反応相３０における良好な各種反応を促進させる。
複数の反応相３０及び複数の抑制相３１は、軸線Ｒ方向に交互に並び、軸線Ｒ方向の前向きに移動する気液スラグ流を生成する。閉塞部材８５に取り付けられた検出装置８６は、閉塞部材８５に到達した流体が反応相３０か、抑制相３１であるかを検出する。そして、軸線Ｒ方向の前向きに移動する反応相３０及び抑制相３１は、流出口１０５に到達すると流出路１０６を通してテイラー渦流反応装置１０の外部に流出する。
気体からなる抑制相３１と、液体からなる反応相３０は、互いに非相溶性を有した関係であるので、反応対象流体Ｆと非反応対象流体Ｆ３との分離は容易に行うことができる。このため、良好な各種反応が完了した反応対象流体Ｆのみを容易に採取することができる。流出路１０６から外部に流出した最初の数個の反応相３０は、各種反応が安定して実行されていない可能性がある。このため、流出路１０６から外部に流出した最初の数個の反応相３０は、採取せずに廃棄してもよい。
これに対して、抑制相３１が生成されない、すなわち、非反応対象流体Ｆ３を反応室８４に流入させない場合には、図４に示すように、反応対象流体Ｆによって反応室８４の軸線Ｒ方向に複数のセルＣ１，Ｃ２が連続して生成される。この場合、反応対象流体Ｆの一部は、各セルＣ１，Ｃ２の間を縫うように軸線Ｒ方向の前向きに移動したり、軸線Ｒ方向の後向きに移動したりするバイパス流Ｒ１，Ｒ２を生成する（図４参照）。このため、抑制相３１を有さない反応室８４では各種反応時間が長くなったり短くなったりするか、あるいは剪断力にバラツキが生じたりするため、反応対象流体Ｆにおける各種反応を斑なく行うことが困難なのである。
［気泡の軸方向への拡散抑制効果について］
なお、反応対象流体Ｆ１，Ｆ２に対する非反応対象流体Ｆ３の反応室８４への流量を小さくすると、非反応対象流体Ｆ３は、図６に示すように、複数の粒状をなした気泡Ｂになり易い。気泡Ｂは、マイクロバブルになり易い。
こうして形成された気泡Ｂは、隣合うセルＣ１，Ｃ２の間において外筒６１の内周面又は内筒７０の外周面に臨む谷間に生成される。外筒６１の内周面側の谷間は、隣合うセルＣ１，Ｃ２の外周部の流れが接近して、流れの向きが軸線Ｒ方向に交差する方向に変化する部分と、外筒６１の内周面とで囲まれた領域（以下、谷間領域ともいう）である。内筒７０の外周面側の谷間は、隣合うセルＣ１，Ｃ２の外周部の流れが接近して、流れの向きが軸線Ｒ方向に交差する方向に変化する部分と、内筒７０の外周面とで囲まれた領域（以下、谷間領域ともいう）である。谷間領域（隣接するテイラー渦Ｖ２の間の谷間）には、気泡Ｂ（マイクロバブル）を含むマイクロバブル相５３が生成される。内筒７０側の谷間領域では、マイクロバブル相５３が、内筒７０の外周面に接触するように生成され、外筒６１側の谷間領域では、マイクロバブル相５３が、外筒６１の内周面に接触するように生成される。
隣合うセルＣ１，Ｃ２の間の谷間領域に生成されたマイクロバブル相５３に含まれる気泡Ｂは、この谷間領域内に閉じ込められたように谷間領域内を移動する。気泡Ｂは、軸線Ｒ方向の前向きに移動したり、軸線Ｒ方向の後向きに移動したりするバイパス流（図４参照）が生成されることを邪魔（抑制）する機能を発揮する。これによって、隣合うセルＣ１，Ｃ２の間において反応対象流体Ｆの行き来が生じ難くなり、一つのセルＣ１（Ｃ２）において、反応対象流体Ｆにおける各種反応を良好に行うことができる。つまり、気泡Ｂを含むマイクロバブル相５３は、一つのセルＣ１（Ｃ２）内の反応対象流体Ｆが他のセルＣ１（Ｃ２）に流出することを抑制する抑制相３３１として機能する。セルＣ１（Ｃ２）の反応対象流体Ｆは、マイクロバブル相５３によって、軸線Ｒ方向へ拡散することが抑制される。
［反応相と抑制相の生成形態に関する実験について］
次に、実施例１のテイラー渦流反応装置１０における、反応相３０と抑制相３１の生成形態に関する実験の結果を説明する。実験では、外筒６１の内径Ｄと内筒７０の外径ｄの差を２で除した間隙幅Ｇ、流量比Ｑ１／Ｑ２、反応室８４への反応対象流体Ｆ及び非反応対象流体Ｆ３の合計の流量（軸線Ｒ方向における流体の流速（以下、単に、軸流速Ｆvともいう））、内筒７０の回転数（内筒７０の周速Ｖ、以下、単に周速Ｖともいう）、及び反応対象流体Ｆの粘度を変化させて反応相３０と抑制相３１の生成状態を確認した。本実験で用いた外筒６１は、内径Ｄが５０ｍｍの一種類のみである。外筒６１は、円筒状に成形された透明なアクリル樹脂からなる。反応室８４の前後方向の寸法は、１５８ｍｍである。
Ｑ１は反応室８４への非反応対象流体Ｆ３を単位時間に流入させる流量であり、Ｑ２は反応室８４への反応対象流体Ｆを単位時間に流入させる流量であり、その単位はｍｍ3／ｓ（ｍＬ／ｓ）である。また、軸流速Ｆv（ｍｍ／ｓ）は、Ｑ１とＱ２とを加算した値を反応室８４の断面積（ｍｍ2）で除した値である。反応室８４の断面積（ｍｍ2）は、軸線Ｒ方向に直交する方向に切断した断面の面積であり（（Ｄ／２）2－（ｄ／２）2）×πで求め得る。
間隙幅Ｇは、外筒６１の内周円の半径と、内筒７０の外周円の半径との差である。例えば、内筒７０の外径ｄが４７ｍｍであり、外筒６１の内径Ｄが５０ｍｍである場合、間隙幅Ｇは、（５０－４７）／２＝１．５ｍｍである。また、外筒６１の内径Ｄと、内筒７０の外径ｄとの径寸法比ｄ／Ｄは、４７／５０＝０．９４である。つまり、内筒７０の外径ｄが小さくなるほど径寸法比ｄ／Ｄの値は小さくなり、間隙幅Ｇの値は大きくなる。本実験では、外径ｄが異なる内筒７０を三種類（４５ｍｍ、４７ｍｍ、４９ｍｍ）用意しておき、内筒７０を交換することによって間隙幅Ｇ（径寸法比ｄ／Ｄ）を変更した。
具体的には、間隙幅Ｇが２．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４５ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９）、１．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４７ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９４）、０．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４９ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９８）の三種類の各々において、内筒７０の回転数を１００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で３０段階に変化させ、且つ反応室８４への反応対象流体Ｆ及び非反応対象流体Ｆ３の合計の流量（Ｑ１＋Ｑ２）を５ｍＬ／ｍｉｎ、３０ｍＬ／ｍｉｎ、６０ｍＬ／ｍｉｎ、１２０ｍＬ／ｍｉｎ、１８０ｍＬ／ｍｉｎの５段階に変化させ、さらに、反応対象流体Ｆの種類を水と、水にグリセリンを５０ｗｔ％混合した液体とに変化させ、各々の組み合わせにおいて生成される反応相３０及び抑制相３１の様子を観察した。なお、非反応対象流体Ｆ３には空気を用い、以降、全ての実験において、同様に用いた。
なお、内筒７０の回転数が一定とした場合、内筒７０の外周面の周速Ｖは、内筒７０の外径ｄに応じてその大きさが変化する。このため、内筒７０の外径ｄが４５ｍｍの場合には、周速Ｖが０．２ｍ／ｓから７．１ｍ／ｓの間で３０段階に変化する。内筒７０の外径ｄが４７ｍｍの場合には、周速Ｖが０．２ｍ／ｓから７．４ｍ／ｓの間で３０段階に変化する。内筒７０の外径ｄが４９ｍｍの場合には、周速Ｖが０．３ｍ／ｓから７．７ｍ／ｓの間で３０段階に変化する。
また、間隙幅Ｇは、内筒７０の外径ｄに応じてその大きさが変化する。このため、反応室８４への反応対象流体Ｆ及び非反応対象流体Ｆ３の合計の流量（Ｑ１＋Ｑ２）が一定の場合、間隙幅Ｇが小さくなるほど反応室８４の容積が小さくなるので、軸流速Ｆvの変動する帯域は、高速側へ変位する。具体的には、間隙幅Ｇが２．５ｍｍの場合には、軸流速Ｆｖが０．２ｍｍ／ｓから８．０ｍｍ／ｓの間で５段階に変化する。間隙幅Ｇが１．５ｍｍの場合には、軸流速Ｆｖが０．４ｍｍ／ｓから１３．１ｍｍ／ｓの間で５段階に変化する。間隙幅Ｇが０．５ｍｍの場合には、軸流速Ｆｖが１．１ｍｍ／ｓから３８．５ｍｍ／ｓの間で５段階に変化する。
図７から図１３に示すように、反応相３０及び抑制相３１の境界が明瞭にあらわれ、且つ外筒６１の内周面のうち抑制相３１が生成されている領域に水滴の付着がなかった場合「◎（最良）」と判定した（図５（Ａ）参照）。反応相３０及び抑制相３１の境界が明瞭にあらわれ、且つ外筒６１の内周面のうち抑制相３１が生成されている領域に水滴の付着が見られた場合「〇（良好）」と判定した（図５（Ｂ）参照）。この場合、図４に示すようなバイパス流Ｒ１，Ｒ２の生成を抑えることができるため、抑制相３１を生成しない場合に比べて、反応対象流体Ｆの軸線Ｒ方向への拡散は抑制しているといえる。また、反応相３０及び抑制相３１の境界が明瞭にあらわれなかった場合「×（不良）」と判定した（図５（Ｃ）参照）。
［間隙幅Ｇが０．５ｍｍにおける結果］
反応対象流体Ｆが水であり、間隙幅Ｇが０．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４９ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９８）のときにおける結果を説明する。なお、流量比Ｑ１／Ｑ２は１とした。図７に示すように、周速Ｖが０．５ｍ／ｓから２．１ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが１．１ｍｍ／ｓ、及び６．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。また、周速Ｖが１．３ｍ／ｓ、及び１．５ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが１２．８ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。また、周速Ｖが２．３ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが１．１ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。また、周速Ｖが６．２ｍ／ｓから６．９ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが１．１ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。これらの条件の場合、抑制相３１が位置する外筒６１の内周面に水滴が付着しないので、反応相３０は、軸線Ｒ方向に反応対象流体Ｆが拡散することなく、軸線Ｒ方向の前向きに移動している。
周速Ｖが０．３ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが１．１ｍｍ／ｓの場合、判定が「○（良好）」であった。また、周速Ｖが１．０ｍ／ｓから１．５ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが２５．６ｍｍ／ｓ、及び３８．５ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが１．８ｍ／ｓ、及び２．１ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが１２．８ｍｍ／ｓから３８．５ｍｍ／ｓの範囲の場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが２．３ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが６．４ｍｍ／ｓから３８．５ｍｍ／ｓの範囲の場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが２．６ｍ／ｓから５．９ｍ／ｓの範囲においては、軸流速Ｆvの値に関わらず判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが６．２ｍ／ｓ、及び６．４ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが６．４ｍｍ／ｓ、及び１２．８ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが６．７ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが６．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。これらの条件の場合、軸線Ｒ方向の前側に位置する反応相３０の反応対象流体Ｆの一部が外筒６１の内周面に付着して置き残され、置き残された反応対象流体Ｆが、軸線Ｒ方向の後側に位置する反応相３０に取り込まれる。すなわち、隣合う反応相３０の間において、反応対象流体Ｆの移動が僅かに生じている。また、周速Ｖ及び軸流速Ｆvが上記を除いた組み合わせの場合には、判定が「×（不良）」であった。
反応対象流体Ｆが水にグリセリンを５０ｗｔ％混合した液体であり、間隙幅Ｇが０．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４９ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９８）のときにおける結果を説明する。なお、流量比Ｑ１／Ｑ２は１とした。図８に示すように、周速Ｖが０．５ｍ／ｓから６．９ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが１．１ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。また、周速Ｖが０．５ｍ／ｓから４．４ｍｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが６．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。また、周速Ｖが６．２ｍ／ｓから６．９ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが６．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。
周速Ｖが０．３ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが１．１ｍｍ／ｓ及び６．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「○（良好）」であった。また、周速Ｖが１．０ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが１２．８ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが４．６ｍ／ｓから５．９ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが６．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが７．２ｍ／ｓ及び７．４ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが１．１ｍｍ／ｓ及び６．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが１．３ｍ／ｓから６．９ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが１２．８ｍｍ／ｓから３８．５ｍｍ／ｓの範囲の場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖ及び軸流速Ｆvが上記を除いた組み合わせの場合には、判定が「×（不良）」であった。
［間隙幅Ｇが１．５ｍｍにおける結果］
反応対象流体Ｆが水であり、間隙幅Ｇが１．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４７ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９４）のときにおける結果を説明する。なお、流量比Ｑ１／Ｑ２は１とした。図９に示すように、周速Ｖが１．７ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが２．２ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが２．０ｍ／ｓから３．０ｍｍ／ｓである場合には、軸流速Ｆvの大きさに関わらず、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが３．２ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが０．４ｍｍ／ｓから４．４ｍｍ／ｓの範囲の場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが３．４ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが０．４ｍｍ／ｓ及び２．２ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖ及び軸流速Ｆvが上記を除いた組み合わせの場合には、判定が「×（不良）」であった。
反応対象流体Ｆが水にグリセリンを５０ｗｔ％混合した液体であり、間隙幅Ｇが１．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４７ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９４）のときにおける結果を説明する。なお、流量比Ｑ１／Ｑ２は１とした。図１０に示すように、周速Ｖが１．０ｍ／ｓから３．４ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが０．４ｍｍ／ｓ及び２．２ｍｍ／ｓの場合、判定が「◎（最良）」であった。また、周速Ｖが１．７ｍ／ｓから３．２ｍ／ｓの範囲であって、軸流速Ｆvが４．４ｍｍ／ｓから１３．１ｍｍ／ｓの範囲の場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが３．４ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが４．４ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが３．７ｍ／ｓであって、軸流速Ｆvが０．４ｍｍ／ｓ及び２．２ｍｍ／ｓの場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖ及び軸流速Ｆvが上記を除いた組み合わせの場合には、判定が「×（不良）」であった。
［間隙幅Ｇが２．５ｍｍにおける結果］
間隙幅Ｇが２．５ｍｍ（内筒７０の外径ｄが４５ｍｍであり、径寸法比ｄ／Ｄが０．９）のとき、図１１、１２に示すように、周速Ｖ、軸流速Ｆv、及び反応対象流体Ｆの種類を変化させても、判定が「×（不良）」であった。なお、流量比Ｑ１／Ｑ２は１とした。
［流量比Ｑ１／Ｑ２を変化させた場合における結果］
さらに、反応対象流体Ｆとして水を用い、間隙幅Ｇを０．５ｍｍとして、周速Ｖを、０．８ｍ／ｓから７．７ｍ／ｓの間で十段階に変化させると共に、流量比Ｑ１／Ｑ２を０．１２５、０．２５、０．５、１、２、４、８の七種類に変化させた各組み合わせにおいて生成される反応相３０及び抑制相３１の様子を観察した結果について説明する。反応室８４への反応対象流体Ｆ及び非反応対象流体Ｆ３の合計の流量（Ｑ１＋Ｑ２）は、３１．７８ｍＬ／ｍｉｎとした。
図１３に示すように、周速Ｖが０．８ｍ／ｓから６．９ｍ／ｓの範囲であって、流量比Ｑ１／Ｑ２が１から８の範囲である場合、判定が「◎（最良）」であった。また、周速Ｖが１．５ｍ／ｓから３．８ｍ／ｓの範囲であって、流量比Ｑ１／Ｑ２が０．２５及び０．５の場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖが４．６ｍ／ｓ及び５．４ｍ／ｓであって、流量比Ｑ１／Ｑ２が０．５の場合、判定が「〇（良好）」であった。また、周速Ｖ及び流量比Ｑ１／Ｑ２が上記を除いた組み合わせの場合には、判定が「×（不良）」であった。
図７から図１２に示す結果から、間隙幅Ｇが小さくなるにつれて、判定が「◎（最良）」になり易くなることがわかった。具体的には、間隙幅Ｇは、１．５ｍｍ以下にすることが好ましく、０．５ｍｍ以下にすることがより好ましい。テイラー渦流反応装置１０として設定可能な間隙幅Ｇの下限は、駆動部（モータ）及び内筒７０の外周に接触するシール部の発熱や内筒７０の振れ精度等を勘案し０．０１ｍｍである。よって、間隙幅Ｇは、０．０１ｍｍ以上、且つ１．５ｍｍ以下が好ましく、０．０１ｍｍ以上、且つ０．５ｍｍ以下がより好ましい。
また、図８に示すように、反応対象流体Ｆを水にグリセリンを加えた液体とした場合、間隙幅Ｇが０．５ｍｍのときに「◎（最良）」と判定された際の内筒７０の回転数の範囲は２００ｒｐｍ（周速Ｖが０．５ｍ／ｓ）から２７００ｒｐｍ（周速Ｖが６．９ｍ／ｓ）である。よって、内筒７０の回転数は、２００ｒｐｍ（周速Ｖが０．５ｍ／ｓ）から２７００ｒｐｍ（周速Ｖが６．９ｍ／ｓ）とすることが好ましい。また、間隙幅Ｇが、０．０１ｍｍの場合であっても、図８に示す結果と同様に、内筒７０の回転数は、２００ｒｐｍ（周速Ｖが０．５ｍ／ｓ）から２７００ｒｐｍ（周速Ｖが６．９ｍ／ｓ）とすることによって「◎（最良）」と判定される結果が得られると考えられる。
また、図７に示すように、反応対象流体Ｆを水とした場合、内筒７０の回転数は、２００ｒｐｍ（周速Ｖが０．５ｍ／ｓ）から９００ｒｐｍ（周速Ｖが２．３ｍ／ｓ）又は２４００ｒｐｍ（周速Ｖが６．２ｍ／ｓ）から２７００ｒｐｍ（周速Ｖが６．９ｍ／ｓ）とすることが好ましい。また、間隙幅Ｇが０．０１ｍｍの場合であっても、図７に示す結果と同様に、内筒７０の回転数は２００ｒｐｍ（周速Ｖが０．５ｍ／ｓ）から２７００ｒｐｍ（周速Ｖが６．９ｍ／ｓ）とすることによって「◎（最良）」と判定される結果が得られると考えられる。
［攪拌力について］
ここで、周速Ｖを間隙幅Ｇで除した値を攪拌力Ｓと定義する。例えば、間隙幅Ｇが１．５ｍｍにおいて、周速Ｖが１．０ｍ／ｓのときの攪拌力Ｓは、１０００（ｍｍ／ｓ）÷１．５（ｍｍ）≒６６６（ｓ-1）となり、周速Ｖが３．４ｍ／ｓのときの攪拌力Ｓは、３４００（ｍｍ／ｓ）÷１．５（ｍｍ）≒２２６６（ｓ-1）となる。これらの周速Ｖの値は、反応対象流体Ｆとして水にグリセリンを加えた液体を用いた場合において、「◎（最良）」と判定された範囲の下限と上限の値である。
また、間隙幅Ｇが０．５ｍｍにおいて、周速Ｖが０．５ｍ／ｓのときの攪拌力Ｓは、５００（ｍｍ／ｓ）÷０．５（ｍｍ）＝１０００（ｓ-1）となり、周速Ｖが６．９ｍ／ｓのときの攪拌力Ｓは、６９００（ｍｍ／ｓ）÷０．５（ｍｍ）＝１３８００（ｓ-1）となる。これらの周速Ｖの値は、間隙幅Ｇが０．５ｍｍとした場合において、「◎（最良）」と判定された範囲の下限と上限の値である。
さらに、間隙幅Ｇが０．０１ｍｍの場合、周速Ｖが０．５ｍ／ｓのときの攪拌力Ｓは、５００（ｍｍ／ｓ）÷０．０１（ｍｍ）＝５００００（ｓ-1）となり、周速Ｖが６．９ｍ／ｓのときの攪拌力Ｓは、６９００（ｍｍ／ｓ）÷０．０１（ｍｍ）＝６９００００（ｓ-1）となる。上述したように、間隙幅Ｇは、０．０１ｍｍ以上、且つ１．５ｍｍ以下が好ましい。よって、攪拌力Ｓは、「◎（最良）」と判定され得る、６６６ｓ-1以上且つ６９００００ｓ-1以下とすることが好ましい。
また、図７、８、１０に示すように、反応室８４への反応対象流体Ｆ及び非反応対象流体Ｆ３の合計の流量（Ｑ１＋Ｑ２）をより小さくするほうが「◎（最良）」の判定になり易いことがわかった。具体的には、反応室８４への反応対象流体Ｆ及び非反応対象流体Ｆ３の合計の流量（Ｑ１＋Ｑ２）は、１８０ｍＬ／ｍｉｎ（軸流速Ｆｖを３８．５ｍｍ／ｓ）以下にすることが好ましく、３０ｍＬ／ｍｉｎ（軸流速Ｆｖを６．４ｍｍ／ｓ）以下にすることがより好ましい。
また、図１３に示す結果から、流量比Ｑ１／Ｑ２が大きくなるほど（すなわち、非反応対象流体Ｆ３の割合が多いほど）判定が「◎（最良）」になり易いことがわかった。図１３には示していないが、流量比Ｑ１／Ｑ２が８よりも大きい９や１０であっても判定が「◎（最良）」になると考えられる。したがって、流量比Ｑ１／Ｑ２は、０．２５よりも大きくし、１０以下が好ましく、１よりも大きくし、１０以下がより好ましい。
＜実施例の作用及び効果＞
この流体の制御方法は、外筒６１と、外筒６１内に同軸状に配置された内筒７０との間に形成された反応室８４内に、リング状の反応相３０とリング状の抑制相３１を生成する。反応相３０は、テイラー渦Ｖ１を１つ又は複数（セルＣ１，Ｃ２を１組又は複数組）生成した反応対象流体Ｆからなり、軸線Ｒ方向に並ぶ。抑制相３１は、反応相３０に対して軸線Ｒ方向に隣接し、反応相３０内の反応対象流体Ｆが反応相３０外に流出することを抑制する。
この構成によれば、反応相３０から反応対象流体Ｆが軸線Ｒ方向に拡散しようとしても、抑制相３１によって反応相３０からの流出が抑制されるので、反応対象流体Ｆが反応を終える前に反応室８４から流出することを抑制できる。つまり、抑制相３１を生成することによって、反応対象流体Ｆを一の反応相３０に閉じ込めて、反応相３０内における反応対象流体Ｆの反応のばらつきを抑えると共に、反応対象流体Ｆの反応速度を向上させ、良好な各種反応を進めることができる。
この流体の制御方法において抑制相３１は、２つの反応相３０を軸線Ｒ方向に離隔するように仕切る仕切相５０である。この構成によれば、軸線Ｒ方向に隣合う反応相３０同士が仕切相５０によって直接接触しないように仕切られるので、反応相３０から反応対象流体Ｆが軸線Ｒ方向へ拡散することを抑制する効果が高い。反応相３０における反応対象流体Ｆ１，Ｆ２の種類を変更するような場合（例えばＦ１，Ｆ２からＦ１１，Ｆ１２に変更するような場合）に、反応対象流体Ｆ１，Ｆ２とＦ１１，Ｆ１２とが無駄に混合するような事態が生じることなく、反応室８４内における反応相３０及び抑制相３１の流れ（すなわち、気液スラグ流）を止めずに反応対象流体の切り替えを行うことができる。
この流体の制御方法において仕切相５０は、気体からなる。この構成によれば、軸線Ｒ方向に隣合う反応相３０同士を確実に仕切り易く、反応完了後の反応対象流体Ｆと非反応対象流体Ｆ３の分離が容易である。
この流体の制御方法において、外筒６１と、内筒７０とによって形成される径方向の間隙幅Ｇが１．５ｍｍ以下であると、反応相３０と抑制相３１とを、その境界が明瞭になるように生成し易い。
この流体の制御方法において、間隙幅Ｇが０．０１ｍｍ以上、且つ０．５ｍｍ以下であると、反応相３０と抑制相３１とを、その境界がより明瞭になるように生成し易い。
この流体の制御方法において、内筒７０の周速Ｖが０．５ｍ／ｓ以上且つ６．９ｍ／ｓ以下の範囲に設定されていると、反応相３０と抑制相３１とを、その境界が明瞭になるように生成し易い。
この流体の制御方法において、内筒７０の周速Ｖが０．５ｍ／ｓ以上且つ２．３ｍ／ｓ以下、又は６．２ｍ／ｓ以上且つ６．９ｍ／ｓ以下のいずれかの範囲に設定されていると、反応相３０と抑制相３１とを、その境界がより明瞭になるように生成し易い。
この流体の制御方法において、内筒７０の周速Ｖを間隙幅Ｇで除した値を攪拌力Ｓと定義したとき、攪拌力Ｓが６６６ｓ-1以上且つ６９００００ｓ-1以下であると、反応相３０において良好に攪拌することができる。
この流体の制御方法は、反応対象流体Ｆとは異なる非反応対象流体Ｆ３を用いることによって抑制相３１を構成し、反応室８４への非反応対象流体Ｆ３の流量をＱ１、反応室８４への反応対象流体Ｆの流量をＱ２としたときに、流量比Ｑ１／Ｑ２は、０．２５よりも大きくし、１０以下にする。この構成によれば、反応相３０と抑制相３１とを、その境界がより明瞭になるように生成し易い。
この流体の制御方法において、反応対象流体Ｆは液体であり、非反応対象流体Ｆ３は気体であって、流量比Ｑ１／Ｑ２は、１よりも大きくし、１０以下にすると、その境界がさらにより明瞭になるように生成し易い。
この流体の制御方法において、反応対象流体Ｆ１及び反応対象流体Ｆ１とは異なる非反応対象流体Ｆ３の内筒７０の軸方向における流速が、３８．５ｍｍ／ｓ以下に設定されていると、その境界が明瞭になるように生成し易い。
この流体の制御方法において、流速が６．４ｍｍ／ｓ以下に設定されていると、その境界がより明瞭になるように生成し易い。
このテイラー渦流反応装置１０は、外筒６１と、内筒７０と、反応対象流体供給装置８７と、異相流体供給装置８８と、検出装置８６と、を備えている。内筒７０は、外筒６１内に同軸状に配置されて軸線Ｒ周りに回転駆動され、外筒６１との間に反応室８４を形成する。反応対象流体供給装置８７は、反応相を生成する反応対象流体Ｆを反応室８４に供給する。異相流体供給装置８８は、反応相３０とは異なる抑制相３１（非反応相）を生成する非反応対象流体Ｆ３（異相流体）を反応室８４に供給する。検出装置８６は、反応室８４内に、リング状の反応相３０と、非反応対象流体Ｆ３を含むリング状の抑制相３１と、が軸線Ｒ方向に隣合い生成されたか否かを検出する。
この構成によれば、検出装置８６によって、反応相３０と抑制相３１との生成状況を把握することができる。
＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、上述した実施例や後述する実施例の様々な特徴は、発明の趣旨を逸脱せず且つ矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わせてもよい。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
（１）上記実施例１では、反応対象流体及び非反応対象流体を反応室に連続的に流入させている。これに限らず、制御装置によって、反応対象流体及び非反応対象流体のいずれか一方を反応室に連続的に流入させつつ、いずれか他方を反応室に断続的に流入させてもよい。この場合、いずれか他方のみの流入量を調節するのみで流量比Ｑ１／Ｑ２を調節できるので制御が簡単である。例えば、非反応対象流体を流入させて内筒を回転駆動させた状態で、反応室に反応対象流体を流入させた後、再び反応室に非反応対象流体を流入させる。こうすることによって、反応室の前後方向の中央部において反応対象流体のテイラー渦を生成し、各種反応を生じさせることができる。これによって、極微量の反応対象流体に各種反応をさせることができる。こうすれば、反応対象流体を必要量以上に使用する事態を避けることができ、反応対象流体を無駄に消費せずに済む。
（２）上記実施例１では、第１流入路、及び第２流入路を通した各反応対象流体を一方の流入口よりも上流で合流させた後反応室内に流入させる構成である。これに限らず、図１４に示すように、第１流入路１１１、及び第２流入路１１２を通した各反応対象流体を別個の流入口１１０Ａ，１１０Ｂから反応室１８４内に流入させてもよい。
（３）上記実施例１では、第１流入路、及び第２流入路を通して、二種類の反応対象流体を反応室に流入させている。これに限らず、一種類の反応対象流体を反応室に流入させてもよく、流入路の数を三つ以上設け、三種類以上の反応対象流体を反応室に流入させてもよい。また、上記実施例１では、各流入路は、同一断面上に設けている。これに限らず、流入路は、軸方向に離間して設けてもよい。
（４）上記実施例１では、検出装置を閉塞部材に設けている。これに限らず、図１８に示すように、外筒６１の外周面や流出路１０６に検出装置８６を設けてもよい。
（５）上記実施例１とは異なり、図１７に示すように、隣接するテイラー渦Ｖ３を構成して隣接したセルＣ１，Ｃ２の間の谷間領域に、抑制相４３１として、１００μｍよりも大きい気泡を含む気泡相１５３を生成してもよい。この構成によれば、気泡相１５３は、セルＣ１，Ｃ２の間に生成される谷間領域に点在するので、必要とする非反応対象流体Ｆ３の量をより抑えつつ、反応相１３０の間において反応対象流体Ｆの行き来を抑制する効果を得ることができる。また、スラグ流を生成する場合に比べて抑制相として必要な流体の量をより抑えるので、その分、反応室８４内における反応対象流体Ｆの量を増やすことができ、反応対象流体Ｆの処理量を増やすことにもつながる。さらに、この気泡をファインバブルのみとしてもよく、ウルトラファインバブルのみとしてもよい。
（６）実施例１では、非反応対象流体として気体を用いている。これに限らず、反応対象流体に対して非相溶性を有していれば、油等の液体を非反応対象流体として用いても良い。この場合、スラグ流は、２種類の液体によって形成される。
（７）実施例１では、検出装置を用いて反応室の前端部に位置する反応相と抑制相とを検知しているが、これに限らず、閉塞部材を透明な部材で構成し、反応室の前端部の様子を目視し得る構成としてもよい。
（８）実施例１では、マイクロバブル相を内筒の外周面、又は外筒の内周面の両方の周面に接触する構成について開示している。これに限らず、図１５、１６に示すように、テイラー渦Ｖ４を構成する隣接したセルＣ１，Ｃ２の間の外筒６１側の谷間領域のみに接触するようにマイクロバブル相５３を生成してもよく、内筒７０側の谷間領域のみに接触するようにマイクロバブル相５３を生成してもよい。この場合、内筒７０の回転数を適宜に調節することによって、マイクロバブル相５３の分布する位置や密度、マイクロバブルの粒径を調節することが考えられる。
（９）実施例１では、外筒として透明なアクリル樹脂を用いているが、外筒の材質はガラスでもよい。また、外筒は、透明なアクリル樹脂又はガラスの外周面を金属製の筒で覆ったものでもよい。この場合、金属製の筒には、軸線方向に延びるスリットを形成することによって、反応室内の様子を目視できるようにするとよい。また、外筒として金属製の筒を用いてもよい。
（１０）実施例１と異なり、複数の検出装置を閉塞部材の軸線周りに設けてもよい。この構成によれば、反応相と抑制相との界面における軸線周りの揺らぎを検出できる。
（１１）反応室の前後方向の寸法、外筒の内径、内筒の外径は、実施例に開示された寸法に限らない。
（１２）反応対象流体に対して相溶性を有する気体と、反応対象流体に対して非相溶性を有する気体と、を混合した気体によって気泡を生成してもよい。
（１３）反応相を水性液体で生成し、抑制相を油性液体で生成したスラグ流（すなわち、液液スラグ流）を形成した場合であっても、流量比Ｑ１／Ｑ２を０．２５以上且つ１０以下にすることによって反応相、及び抑制相を、その境界がより明瞭になるように生成し得る。
（１４）実施例１と異なり、反応対象流体は、液体と粉粒体との組み合わせ、液体と気体との組み合わせであってもよい。
（１５）実施例１と異なり、一つの反応相に二つ以上のテイラー渦を生成してもよい。また、一つの反応相において、一方のセルと他方のセルとを前後方向に入れ替えた形態であってもよい。
（１６）検出装置の構成を図１９に示すような構成としてもよい。具体的には、一対の電極棒１８６Ａを軸線Ｒ方向に離間させて外筒６１に貫通して取り付ける。電極棒１８６Ａの先端部は、反応室８４に臨んでいる。一方の電極棒１８６Ａには、電源１８６Ｃが介在して設けられている。一対の電極棒１８６Ａの基端部にはリレースイッチ１８６Ｂが接続されている。例えば、一対の電極棒１８６Ａの両方の先端部が、電流が流れる性質を有する１つの反応相３０に接触している場合には、一対の電極棒１８６Ａの間で通電してリレースイッチ１８６Ｂがオン状態に切り替わる（図２０参照）。これに対して、一対の電極棒１８６Ａの先端部の少なくともいずれかが電流が流れない性質を有する（すなわち、非導電性の）抑制相３１にかかっている場合には、一対の電極棒１８６Ａの間で通電せず、リレースイッチ１８６Ｂがオフ状態に保持される（図２１、２２参照）。
（１７）実施例１と異なり、内筒を固定して、外筒のみを回転させる構成としてもよく、外筒に対して内筒が相対的に回転するように内筒及び外筒の両方を回転させてもよい。
１０…テイラー渦流反応装置
３０，１３０…反応相
３１，３３１，４３１…抑制相
５０…仕切相
５３…マイクロバブル相
６１…外筒
７０…内筒
８４，１８４…反応室
８６…検出装置
８７…反応対象流体供給装置
８８…異相流体供給装置
１５３…気泡相
Ｂ…気泡
Ｄ…外筒の内径
ｄ…内筒の外径
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２…反応対象流体
Ｆ３…非反応対象流体（異相流体）
Ｆv…軸流速
Ｇ…間隙幅
Ｑ１，Ｑ２…流量
Ｒ…軸線
Ｓ…攪拌力
Ｖ…内筒の周速
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…テイラー渦

Claims (14)

  1. 外筒と、前記外筒内に同軸状に配置された内筒との間に形成された反応室内に、
    テイラー渦を生成した反応対象流体からなり、軸線方向に並ぶリング状の反応相と、
    前記反応相に対して前記軸線方向に隣接し、前記反応相内の前記反応対象流体が前記反応相外に流出することを抑制するリング状の抑制相と、
    を生成する流体の制御方法。
  2. 前記抑制相は、２つの前記反応相を前記軸線方向に離隔するように仕切る仕切相である請求項１に記載の流体の制御方法。
  3. 前記仕切相は、気体からなる請求項２に記載の流体の制御方法。
  4. 前記外筒と、前記内筒と、によって形成される間隙幅Ｇが０．０１ｍｍ以上、且つ１．５ｍｍ以下である請求項２又は請求項３に記載の流体の制御方法。
  5. 前記間隙幅Ｇが０．０１ｍｍ以上、且つ０．５ｍｍ以下である請求項４に記載の流体の制御方法。
  6. 前記内筒の周速Ｖが０．５ｍ／ｓ以上且つ６．９ｍ／ｓ以下の範囲に設定されている請求項５に記載の流体の制御方法。
  7. 前記内筒の周速Ｖが０．５ｍ／ｓ以上且つ２．３ｍ／ｓ以下、又は６．２ｍ／ｓ以上且つ６．９ｍ／ｓ以下のいずれかの範囲に設定されている請求項５に記載の流体の制御方法。
  8. 前記内筒の周速Ｖを前記間隙幅Ｇで除した値を攪拌力Ｓと定義したとき、前記攪拌力Ｓは、６６６ｓ-1以上且つ６９００００ｓ-1以下である請求項４に記載の流体の制御方法。
  9. 前記反応対象流体とは異なる非反応対象流体を用いることによって前記抑制相を構成し、
    前記反応室への前記非反応対象流体の流量をＱ１、前記反応室への前記反応対象流体の流量をＱ２としたときに、
    流量比Ｑ１／Ｑ２は、０．２５よりも大きくし、１０以下にする請求項５に記載の流体の制御方法。
  10. 前記反応対象流体は液体であり、前記非反応対象流体は気体であって、前記流量比Ｑ１／Ｑ２は、１よりも大きくし、１０以下にする請求項９に記載の流体の制御方法。
  11. 前記反応対象流体、及び前記反応対象流体とは異なる非反応対象流体の前記内筒の軸方向における流速が、３８．５ｍｍ／ｓ以下に設定されている請求項４に記載の流体の制御方法。
  12. 前記流速が、６．４ｍｍ／ｓ以下に設定されている請求項１１に記載の流体の制御方法。
  13. 隣接する前記テイラー渦の間の谷間に、前記抑制相としての気泡を含む気泡相を生成する請求項１に記載の流体の制御方法。
  14. 外筒と、
    前記外筒内に同軸状に配置されて軸線周りに回転駆動され、前記外筒との間に反応室を形成する内筒と、
    反応相を生成する反応対象流体を前記反応室に供給する反応対象流体供給装置と、
    前記反応相とは異なる非反応相を生成する異相流体を前記反応室に供給する異相流体供給装置と、
    前記反応室内に、リング状の前記反応相と、前記異相流体を含むリング状の前記非反応相と、が前記軸線方向に隣合い生成されたか否かを検出する検出装置と、
    を備えているテイラー渦流反応装置。
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