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JPWO2006043642A1 - 流体反応装置 - Google Patents

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JPWO2006043642A1
JPWO2006043642A1 JP2006543071A JP2006543071A JPWO2006043642A1 JP WO2006043642 A1 JPWO2006043642 A1 JP WO2006043642A1 JP 2006543071 A JP2006543071 A JP 2006543071A JP 2006543071 A JP2006543071 A JP 2006543071A JP WO2006043642 A1 JPWO2006043642 A1 JP WO2006043642A1
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Abstract

マイクロ空間を使用して複数の流体を混合させ、種々の化学反応作業を効率良く行うことができる、実用的な量産手段として好適な流体反応装置を提供する。この流体反応装置は、複数の流体Ａ，Ｂをマイクロ反応空間を有する反応流路６２に導入して反応させる流体反応装置にある。この装置は、反応に使用する流体を個々に導入する導入部２と、流体を合流させて混合する混合流路５６，５７，５８を有する平板状の混合基板４０と、流体を複数の輸送管２１Ａ，２１Ｂを介して前記混合流路に向けて輸送する流体輸送手段１６Ａ，１６Ｂと、流体の流量を制御する流量制御手段２０と、反応流路６２の温度を制御する温度制御手段７と、反応後の物質を導出する導出部１０４と、これらの動作を制御する動作制御手段６とを有する。

Description

本発明は、微小空間で流体どうしを反応させる流体反応装置に関する。例えば、薬品、遺伝子、タンパク質の連続合成などの反応を微細な空間において行うマイクロリアクタに関する。
従来行われていたバッチ式有機合成系反応器としては、研究所ではコルベン、ビーカー、試験管などが用いられ、薬品製造ラインでは大きくは数百リッターを越える反応釜などが多く用いられていた。これらの反応容器では、たとえば爆発の危険のある反応では混合速度を極端に落とすか、反応温度をマイナスまで極端に下げるなどの手法が取られている。
また、反応時間の遅い反応の場合、従来の連続フロー式では内径１〜５mm程度のキャピラリー配管内を通過させることで反応を進行させていたが、配管外周から中心への熱伝導に時間が掛かり、反応中間体の拡散時間も長くなるため、高選択性、高収率性という面では不充分であった。
近年、これらの有機合成反応や生化学反応を数十ミクロンから数百ミクロンのマイクロ空間で行う動きが出ている。つまり、分析や化学合成を行う場合、原材料流体の混合部分の相互反応距離を１μm〜500μmとすることで、いわゆるマイクロ反応状態で反応を起こさせることが報告されている。混合部や反応部をマイクロ空間にするような、マイクロ反応状態を用いることの利点として、流体の体積に対する表面積の比率が大きくなること、物質移動距離が短くなって拡散時間が短くなること（何故ならば、物質どうしの拡散時間が相互距離の二乗に比例する（Fickの法則）により拡散時間が短くなる。例えば、通常の直径1000mmのバッチ式反応釜における二物質の反応相互距離を10mmとすると、相互距離500μm、100μm、10μmのマイクロリアクタの反応が拡散と同時に起こるとすれば、反応時間はバッチ式反応釜に対して、それぞれ400倍、1万倍、100万倍速くなる）、流体の体積が小さくなること、熱の移動、伝達がすばやくなり、物質の移動が効率よく行われること、速い反応にも物質の供給が追い付いていけることなどであり、爆発性の反応でも常温下で可能になり、マイクロリアクタによれば難反応物質の連続合成が可能となる。また、従来のバッチ式反応釜では反応速度を上げるため高温にすることがあるが、マイクロリアクタの場合は反応速度が速いため常温でも反応が可能となる。さらに、バッチ式反応釜では混合部分の濃度（モル比）が不均一のため不要の中間生成物質が生じやすいが、マイクロリアクタでは、混合部分の濃度が容易に均一になるため、不要な中間生成物が生じにくく、高収率を得ると同時に、さらに、高収率、高選択性な反応も可能になった。必要な成分だけを作り出す反応もマイクロ空間を使用すればその可能性も出てきた。
しかし、このマイクロ空間で混合、反応を行う反応装置にしても、現時点では研究所領域を出るものは無く、薬品製造ラインで使用できるものは無かった。たとえば、各機器の操作はマニュアルで使用流体を溜めておく貯留容器設置スペースが無かったり、反応終了物質を入れる回収容器設置スペースが無かったり、回収口から回収出来る物質を必要な物質と不要な物質との分別機能が無かったり、安全対策が無かったり、モニター機構が無かったりして、あくまで実験室レベルで使う機能しか持ち合わせていないものが多かった。また、マイクロ空間で混合させたとしても、後の反応時間を稼ぐための空間は内径1mm以上のチューブ配管内を流体を移動させるだけのものであり、温度を均一に制御しなければならない反応には不向きであった。
近年、試薬などの液体を反応させるための流体反応装置として、マイクロリアクタの開発が進められている。このマイクロリアクタを液を流す送液系の立場から見ると、流路の内径が小さくなると、レイノルズ数が小さくなり、液体の流れは層流になる。層流領域において液体を速やかに混合させるためには、流路の内径をできるだけ小さくすることが有効である。これは、層流領域では分子拡散が律速因子となり、液体の拡散時間は流路の幅の二乗に比例するからである。
また、微小空間で流体どうしを反応させる流体反応装置においては、その装置で混合を行う中心的な要素として、そのマイクロ流路構造の実用的具体化にも未だ検討を要するところがある。これには、微小なマイクロ空間を生産技術を駆使して追求するケースと、複雑な流路を成膜やエッチング等の工程を繰り返して形成すると、製造コストが高くなったり、流路洗浄等のメンテナンスが容易でないなど、製造工程に伴うマイクロリアクタとしての不利点を改善していくケースとがある。
従来行われていた有機合成系反応器としては、研究所ではコルベン、ビーカー、試験管などが用いられ、薬品製造ラインでは大きくは数百リッターを越える反応釜などが多く用いられていた。これらの反応容器では、たとえば爆発の危険のある反応では混合速度を極端に落とすか、反応温度をマイナスまで極端に下げるなどの手法が取られている。
また、反応時間の遅い反応の場合、従来は内径１〜５mm程度のキャピラリー配管内を通過させることで反応を進行させていたが、配管外周から中心への熱伝導に時間が掛かり、反応中間体の拡散時間も長くなるため、高選択性、高収率性という面では不充分であった。
近年、これらの有機合成反応や生化学反応を数十ミクロンから数百ミクロンのマイクロ空間で行う動きが出ている。混合部や反応部をマイクロ空間にすることで、流体の体積に対する表面積の比率が大きくなる、物質移動距離が短くなって拡散時間が短くなる、流体の体積が小さくなることで、熱の移動、伝達がすばやくなり、物質の移動が効率よく行われるので、速い反応にも物質の供給が追い付いていけるなど、爆発性の反応でも常温下で可能になったり、高収率、高選択性な反応も可能になった。必要な成分だけを作り出す反応もマイクロ空間を使用すればその可能性も出てきた。
しかし、このマイクロ空間で混合、反応を行う反応装置にしても、現時点では研究所領域を出るものは無く、薬品製造ラインで使用できるものは無かった。たとえば、各機器の操作はマニュアルで使用流体を溜めておく貯留容器設置スペースが無かったり、反応終了物質を入れる回収容器設置スペースが無かったり、回収口から回収出来る物質を必要な物質と不要な物質の分別機能が無かったり、安全対策が無かったり、モニター機構が無かったりして、あくまで実験室レベルで使う機能しか持ち合わせていないものが多かった。また、マイクロ空間で混合させたとしても、後の反応時間を稼ぐための空間は内径1mm以上のチューブ配管内を流体を移動させるだけのもので温度を均一に制御しなければならない反応には不向きであった。
層流領域においては、流路の流れ方向に液体の濃度差があると、液体が不均一に混合することになる。液体の混合が不均一となると、反応により生成された物質がさらに原液と反応して副生成物が生じ、収率が低下してしまう。したがって、混合前の各液体の流量は一定に保つ必要がある。しかしながら、液体は、通常、ギヤポンプやピストンポンプなどにより微小流路に移送されるため、液体がポンプの影響を受けて液体の流れに脈動が生じてしまう。そこで、微小流路を流れる液体の流量を一定に保つために、マスフローコントローラの導入が試みられている。
図３９は一般的なマスフローコントローラの流量測定部を示す模式図である。図３９に示すように、流路３００１には温調機構３００２が設けられており、その下流側には上流側の第１の温度センサ３００３と下流側の第２の温度センサ３００４とが配置されている。温調機構３００２は温度制御部３００５により制御され、流路３００１を流れる液体を所定の温度変化率で加熱するようになっている。第２の温度センサ３００４は温度差測定器３００６に接続されており、第２の温度センサ３００４の位置における温度変化が温度差測定器３００６に記録されるようになっている。
図４０は流路の温度分布を示すグラフである。図４０において、第１の温度センサ３００３の位置をＰ１、第２の温度センサ３００４の位置をＰ２で表している。また、符号Ｄ１は液体が流れていないときの温度分布を表しており、符号Ｄ２は液体が流れているときの温度分布を表している。図４０に示すように、流路３００１内を液体が流れると、温度分布を示す温度カーブが下流側にシフトする。このため、液体が流れていないときと、液体が流れているときとでは、Ｐ２において温度差ΔＴが生じる。したがって、液体の比熱および比重が予め分かっていれば、温度差ΔＴから流量を求めることができる。このような、温度差から流量を求める流量計は、一般に、熱式流量計と呼ばれている。
一般的なマスフローコントローラでは、この流量計の出力によって、流量調整弁を制御している。
反応速度の遅い液体を微小流路内で十分に反応させるためには、流路を長くして反応時間を確保する必要が生じる。このため、高い圧力で液体を圧送することが必要となる。しかしながら、従来のマスフローコントローラは、気体用のマスフローコントローラの機構をベースとして開発されているため、その許容圧力の上限が０．５ＭＰａ以下と低く、高い圧力が必要とされるマイクロリアクタに使用するには困難があった。特に、微小流路を用いている場合では、反応生成物によりマスフローコントローラの下流側で圧力が上昇することが予想され、液体の漏洩により正確な流量測定が行われないおそれがある。したがって、マイクロリアクタに用いられる流量調整装置には、液体の圧力が変動しても正確な流量測定を行うことができる性能及び高圧対応が要求される。
しかしながら、従来の熱式流量計は温度差から流量を求めているため、流量の測定が液体の比熱および比重の影響を受けることになる。このため、液体の種類ごとに比熱や比重を考慮して流量を補正することが必要となる。また、従来の熱式流量計では、比熱や比重に加えて、液体の粘度によっても温度差が変わってくるため、液体の粘度も流量測定に影響を与えることになる。粘度が流量に与える影響について図４１を参照して説明する。
図４１は微小流路を流れる液体の流速分布を示す図である。図４１において、符号Ｖ１は粘度の低い液体の流速分布を表し、符号Ｖ２は粘度の高い液体の流速分布を表している。図４１に示すように、この２つの液体の平均流速は互いに等しいが、粘度の違いから流速分布の形状が異なっている。すなわち、粘度の高い液体の場合と粘度の低い液体との場合とでは、流量（平均流速）が等しくても、流路３００１の内面近傍の流速に差が生じ、このために、流路３００１の外面に設けられた温度センサ３００７によって測定される温度に差が生じてしまう。したがって、流量を正確に測定するためには、予め液体の粘度を調べておき、粘度に基づいて流量を補正する必要が生じてくる。このように、従来の熱式流量計では、液体の比熱、比重、および粘度などの液体の物性に基づいて流量を補正することが必要とされ、種々の試薬を取り扱う場合には極めて煩雑な作業が必要であった。
このように従来の送液系のマスフローコントローラでは流量計が薬液フリーとはなっていないという問題があることが分かる。
微小空間で流体どうしを反応させる流体反応装置において、例えば薬液を連続的に定流量で吐出するためには、上述したように、プランジャポンプ装置あるいはモータ式ポンプ装置を用いることができる。
ポンプ自らが低脈動であることが好ましいが、プランジャポンプは、例えば、シリンダ内の空間を仕切ってポンプ室を形成し、ポンプ室にはそれぞれ吸入弁と吐出弁を介して吸入配管と吐出配管を接続し、仕切板を所定の駆動手段によって往復動させるように構成されている。吸入時は、吸入弁を開、吐出弁を閉として、仕切板をポンプ室が拡大する方向に移動させ、吐出時は、吸入弁を閉、吐出弁を開として、仕切板をポンプ室が収縮する方向に移動させる。１台のプランジャポンプでは、図１０５（ａ）に示すように間欠運転になる。
そこで、連続運転が必要な場合には、２台のプランジャポンプを並列に設置したものが用いられている。この装置では、図１０５（ｂ）に示すように、吐出の切換を１８０度の周期で単純に切り換えている。しかしながら、このような従来の２連式プランジャポンプでは、切換時に吐出が一時途切れてしまい、脈動が生じる。この欠点を補うために各プランジャにモータを付けて協調制御するものもあるが、全体が大きくなりシステムも煩雑になってしまう。また３連式にして脈動を抑えるものもあるが、本体の大きさが大きくなってしまう。
例えば、従来の２連式プランジャポンプでは、駆動の伝達手段として溝カムを用いているが、加工が難しい上に精度が出にくく、さらには前進と後退の切り換えの際のガタを小さくする必要が有る等の欠点が有る。一方、端面カムのようなオープンなカムでは、一方向の動作しかできないので、カムに向けてプランジャを付勢するバネを併用する必要が有る。しかしながら、この場合には、プランジャを押し出す際にバネに付勢力に対する抗力が必要なため、モータ負荷が大きくなる欠点があった。
さらに、プランジャポンプにおいては、吸入と吐出を切り換える際に、流れの状態や弁体の動作が不安定になやすく、その結果として脈動が起こることがあった。
このように、プランじゃポンプを見ても、圧力脈動を発生しないように液を送ることには、さらに、改善をはかる必用性が残っている。
マイクロリアクタで反応を起こし、所定の反応物を生産する品質保証という観点から見ると、連続流れの場で反応させるマイクロリアクタ装置を医薬品製薬生産ラインで使用する場合、GMPやFDAの考えに基づいた品質管理が要求される。GMPの基本的考えは品質再現性の保証であり、ロット内では品質は均一でなければならい、という点にある。従来のバッチ処理では反応釜内の品質を均一にしておけばよかったものが、連続流れであるマイクロリアクタでは時々刻々反応して流出してくる液体のどのポイントを分析しても一様な状態に維持されていることが必要になってくる。一様な状態とは反応によって出来た製品生成物は当然として、副生成物、未反応原料、その他不純物、配管中から溶出した成分などすべての状態が経時的変化がなく一様であること要求される。しかも液体をサンプリング採取してオフラインで分析するのではなく、液体が流れる主配管中で液体の多成分をリアルタイムに分析する手段が必要となる。さらに米国FDAではPAT（Process Analytical Technology）として工程ごとの分析のあり方について提唱され、それに基づいた医薬製造ライン構築が推進されており、各工程ごとのインライン分析の必要性について議論されている。
これら液中の多成分をリアルタイムにインラインで分析するには測定する波長領域を広く持ち、被測定物の多岐にわたる分子構造に対応できるようにしておかなければならない。また紫外から赤外、遠赤外までの領域はそれぞれ得意な領域と不得手な領域があるためこれらの各波長領域を複数組み合わせることでお互いの不得手部分を補うことにもなり、被測定物質が単一ではなく分子構造も多岐にわたる場合には有効になる。
医薬品の開発段階では、試薬の種類や濃度、温度、流速など条件を種々振って、いわゆるスクリーニングと言われる可能性のある反応を見つける作業がある。かなり候補薬品が絞り込まれた後でも合成ルート最適化するため、同一試薬でも条件を振って同じような反応を繰り返し、その都度オフラインで分析し評価しなければならない。この場合でもインラインでマルチ式の分析装置があれば、いちいちサンプリング採取する必要がなく極短時間で分析結果を出すことが可能になる。
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、マイクロ空間内の反応の特徴を生かして複数の流体を混合させ、種々の化学反応作業を効率良く行うことができ、かつ、低コストで製造でき、メンテナンスが容易であり、且つ実用的な量産手段としても好適な流体反応装置を提供することを目的とする。
本発明では求められるマイクロリアクタを実現するための一つ目的として、、流体の比重、比熱、粘度、圧力変動に依存することなく流体の流量を精度よく測定し、かつ調整することができる流量調整装置を提供している。
さらに、本発明は、微小空間で流体どうしを反応させる流体反応装置において、脈動を抑制した連続運転が可能な送液装置を提供することも目的とする。
さらに、収率良く、かつ、選択性のある、混合、反応を実現するための、マイクロリアクタ流路構造の具体的提供している。
本発明は、オフライン分析によるスクリーニング等が不要で短時間で分析結果を出すことが可能な分析システムを提供することも目的とする。
さらに、本発明は、利便性のあるマイクロリアクタ装置の全体構成の提供についても、目的としている。
本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１） 複数の流体をマイクロ反応空間を有する反応流路に導入して反応させる流体反応装置において、反応に使用する流体を個々に導入する導入部と、流体を合流させて混合する混合流路と、流体を複数の輸送管を介して前記混合流路に向けて輸送する流体輸送手段と、流体の流量を制御する流量制御手段と、前記反応流路の温度を制御する温度制御手段と、反応後の物質を回収口より導出する導出部と、これらの動作を制御する動作制御手段とを備えたことを特徴とする流体反応装置。
（２） 平板状の混合基板をさらに備える流体反応装置であって、ここで、前記流体を合流させて混合する前記混合流路が該平板状の混合基板に設けられている、（１）に記載の流体反応装置。
（３） 反応に使用する流体を個々に溜めておく貯留容器を設置する設置スペースが設けられていることを特徴とする（２）に記載の流体反応装置。
（４） 反応後の物質を前記導出部より回収する回収容器を複数個設置可能な設置スペースが設けられていることを特徴とする（２）または（３）に記載の流体反応装置。
（５） 前記マイクロ反応空間には、流路幅５００μｍ以下の流路が存在することを特徴とする（２）〜（４）のいずれかに記載の流体反応装置。
（６） 導入される流体は気体または液体であり、反応後の物質は気体または液体または固体のいずれか、またはそれらの混合体で、導入される流体が連続的な流れであることを特徴とする（２）〜（５）のいずれかに記載の流体反応装置。
（７） 前記流体輸送手段は圧力発生手段または電気的誘電力相互作用手段を有することを特徴とする（２）〜（６）のいずれかに記載の流体反応装置。
（８） 前記流体輸送手段が、一対のプランジャポンプを並列に接続したプランジャポンプ装置であって、前記各プランジャポンプのプランジャをそれぞれが交互に前進するように連動させるカム機構と、前記各プランジャをその後退時に前記カム機構に向けて押圧する流体圧装置と、前記流体圧装置の動作を前記プランジャの動作サイクルに応じて制御する制御部とを有することを特徴とするプランジャポンプ装置である、（２）〜（７）のいずれかに記載の流体反応装置。
（９） 前記プランジャポンプ装置の制御部は、各プランジャの前進時において、前記流体圧装置による押圧を停止させることを特徴とする（８）に記載の流体反応装置。
（１０） 前記一対のプランジャポンプはそれぞれ吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程をそれぞれ行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにタイミングが設定されていることを特徴とする（８）に記載の流体反応装置。
（１１） 前記各プランジャポンプは、前進と後退の間に一定の停止過程を行なうことを特徴とする（８）に記載の流体反応装置。
（１２） 前記流体輸送手段が、プランジャポンプ装置であって、それぞれ個別の駆動装置を有し、液体源とマイクロリアクタ流路間において並列に接続された一対のプランジャポンプと、前記マイクロリアクタ流路内に設置された流量計と、前記一対のプランジャポンプを交互に一定の所定送り速度で吐出動作させる制御部を備え、前記制御部は、前記プランジャポンプが吐出動作しているときの前記流量計の測定値に基づいて、所定のタイミングで前記送り速度を調整することを特徴とするプランジャポンプ装置である、（２）〜（７）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１３） 前記プランジャポンプ装置が、前記マイクロリアクタ流路内に設置された圧力センサを備え、前記制御部は、前記圧力センサの出力値に基づいて前記送り速度を微調整することを特徴とする、（１２）に記載の流体反応装置。
（１４） 前記プランジャポンプ装置の前記制御部は、前記一対のプランジャポンプを、それぞれが吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程を行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにして流量を一定のまま切換制御することを特徴とする、（１２）または（１３）に記載の流体反応装置。
（１５） 前記切換制御時には、前記送り速度の微調整を一方のプランジャポンプについてのみ行うことを特徴とする（１４）に記載の流体反応装置。
（１６） 前記プランジャポンプ装置の前記制御部は、前記プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行うように制御することを特徴とする（１２）〜（１５）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１７） 前記プランジャポンプ装置が、前記プランジャポンプのプランジャの位置を検出する位置センサを備え、前記制御部はこの位置センサの出力に基づいて送り速度を制御することを特徴とする、（１２）〜（１６）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１８） 前記流量制御手段は通過流体の体積を測定するセンサ部と、センサ部の測定情報を基に流体が通過する通過面積をコントロールする通過量コントロール部を有していることを特徴とする（２）〜（１７）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１９） 前記流量制御手段が、流路を流れる流体の流量を調整する流量調整装置であって、前記流路を流れる流体を加熱または冷却する温調機構と、前記流路の第１の測定点における流体の温度が変化する時刻と、前記第１の測定点よりも下流側の第２の測定点における流体の温度が変化する時刻との時間差から前記流路内を流れる流体の流量を算出する流量測定部と、前記第２の測定点を通過する流体の温度を測定する下流側温度センサと、前記下流側温度センサの下流側に設けられた制御弁と、前記流量測定部により求められた流量に基づいて、流体の流量が一定となるように前記制御弁を制御する制御部とを備えたことを特徴とする流量調整装置である、（２）〜（１８）のいずれかに記載の流体反応装置。
（２０） 前記流量調整装置の前記流量測定部は、前記第１の測定点および前記第２の測定点における流体の温度変化を示す温度カーブ上の互いに対応する２点間の時間差に基づいて流体の流量を算出することを特徴とする、（１９）に記載の流体反応装置。
（２１） 前記第１の測定点を通過する流体の温度を測定する上流側温度センサをさらに設けたことを特徴とする、（１９）または（２０）に記載の流体反応装置。
（２２） 前記流量調整装置の前記上流側温度センサは、前記流路を流れる流体に接触するセンサホルダと、前記流路に近い位置まで前記センサホルダの内部に挿入されたサーミスタとを備えることを特徴とする、（２１）に記載の流体反応装置。
（２３） 前記流量調整装置の前記下流側温度センサは、前記流路を流れる流体に接触するセンサホルダと、前記流路に近い位置まで前記センサホルダの内部に挿入されたサーミスタとを備えることを特徴とする、（１９）〜（２２）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（２４） 少なくとも前記第１の測定点と前記第２の測定点とを含む空間の温度を一定に保つ環境温度制御機構をさらに設けたことを特徴とする、（１９）〜（２３）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（２５） 前記流量調整装置の前記温調機構は、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、または抵抗加熱線を備えることを特徴とする、（１９）〜（２４）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（２６） 前記流量調整装置の前記温調機構は、前記流路を構成する孔が形成された円筒部と前記円筒部に熱を伝える伝熱部とを有する構造体と、前記構造体の伝熱部を加熱または冷却する温調部材とを備えることを特徴とする、（１９）〜（２５）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（２７） 前記流量調整装置の前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、圧電素子、電磁石、サーボモータ、またはステッピングモータを備えていることを特徴とする、（１９）〜（２６）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（２８） 前記流量調整装置の前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、複数の圧電素子が積層された構造を有することを特徴とする、（１９）〜（２７）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（２９） 前記制御弁を通過する流体の圧力は１ＭＰａ〜１０ＭＰａであることを特徴とする、（１９）〜（２８）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（３０） 前記制御弁を通過する流体の流量は０．０１〜１０Ｌ／ｈであることを特徴とする、（１９）〜（２９）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（３１） 前記流量調整装置の前記流路は、耐食性のある材料から形成されていることを特徴とする、（１９）〜（３０）のいずれか一項に記載の流体反応装置。
（３２） 前記流量調整装置の前記材料は、ステンレス鋼、チタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ四フッ化エチレン、またはポリクロロトリフルオロエチレンであることを特徴とする、（１９）〜（３１）のいずれかに記載の流体反応装置。
（３３） 前記流量制御手段が、流路を流れる流体を所定の温調位置において短時間温調する温調機構と、前記流路の前記温調位置より下流側の温度測定位置に配置された少なくとも１つの主温度センサとを備える流量測定装置であって、前記主温度センサにより観測した温度測定位置における温度変化に基づいて温調された流体の通過時を判断し、この判断結果に基づいて流量を算出する流量測定装置において、前記流路の前記温調位置より上流側に位置に副温度センサを設置し、当該主温度センサの温度測定値を前記副温度センサの測定値により補正することを特徴とする流量測定装置である、（２）〜（１８）のいずれかに記載の流体反応装置。
（３４） 前記流量測定装置の前記補正は、前記主温度センサの測定値と前記副温度センサの測定値の差を求めることにより行われることを特徴とする、（３３）に記載の流体反応装置。
（３５） 前記主温度センサを異なる温度測定位置に少なくとも２つ設け、これらの温度測定位置における通過の時間差に基づいて流量を算出することを特徴とする、（３３）または（３４）に記載の流体反応装置。
（３６） 前記温調機構が温調を行った時と、前記温度測定位置における通過時との時間差に基づいて流量を算出することを特徴とする、（３３）または（３４）に記載の流体反応装置。
（３７） 前記補正後の温度測定値が極値に達した時点を温調流体の通過時と判断することを特徴とする、（３３）〜（３６）のいずれかに記載の流体反応装置。
（３８） 前記流量測定装置の前記副温度センサは、前記温調位置に対して前記温度測定位置とほぼ対称の位置に有ることを特徴とする、（３３）〜（３７）のいずれかに記載の流体反応装置。
（３９） 前記副温度センサの位置を、流路に沿って調整可能としてあることを特徴とする、（３３）〜（３８）のいずれかに記載の流体反応装置。
（４０） 前記主温度センサまたは副温度センサの測定値をアナログ／デジタル変換してデジタル回路に取り入れて処理することを特徴とする、（３３）〜（３９）のいずれかに記載の流体反応装置。
（４１） 前記流量測定装置の前記温調機構は、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、抵抗加熱線、サーミスタ、または白金抵抗体を備えることを特徴とする、（３３）〜（４０）のいずれかに記載の流体反応装置。
（４２） 前記混合基板が複数設けられていることを特徴とする（２）〜（４１）のいずれかに記載の流体反応装置。
（４３） 混合後の流体の反応を進行させるために、前記反応流路を前記混合基板とは別に設けた反応基板に形成したことを特徴とする（２）〜（４２）のいずれかに記載の流体反応装置。
（４４） 前記反応基板が複数設けられていることを特徴とする（４３）に記載の流体反応装置。
（４５） 前記流体輸送手段と前記混合基板の間に第１の流路選択切換弁を、前記混合基板と物質回収口の間に第２の流路選択切換弁を具備したことを特徴としたことを特徴とする（２）〜（４４）のいずれかに記載の流体反応装置。
（４６） 前記第１の流路選択切換弁と第２の流路選択切換弁は電気動作または空気圧動作により作動する自動弁であることを特徴とする（４５）に記載の流体反応装置。
（４７） 混合流路に導入された流体が混合された後、混合流路または／および反応流路に流体が充満されたことを判断する充満検知手段を具備し、充満された時点で流体の輸送手段を停止させまたは流路選択切換弁を切換え、流体を反応終結時間に適応する一定時間混合流路または／および反応流路に滞留させておく制御が可能なことを特徴とする（２）〜（４６）のいずれかに記載の流体反応装置。
（４８） 前記充満検知手段は、物質回収口から出始めた流体を検知する流体有無センサ、または、混合反応後の輸送管内の流体の有無を検知する流体有無センサであることを特徴とする（４７）に記載の流体反応装置。
（４９） 前記混合流路と前記反応流路には個別に温度測定センサが設けられ、個別に温度制御が可能であることが特徴とすることを特徴とする（２）〜（４８）のいずれかに記載の流体反応装置。
（５０） 前記混合基板と前記反応基板の少なくとも一部を積層させて配置させることを特徴とする（２）〜（４９）のいずれかに記載の流体反応装置。
（５１） 流路選択切換弁を切り換えて、混合流路、反応流路内の通常の流れの方向とは逆方向に流体を送り込む逆洗手段を具備したことを特徴とする（２）〜（５０）のいずれかに記載の流体反応装置。
（５２） 前記逆洗手段は、圧送手段として１本ピストンポンプを有することが特徴であることを特徴とする（５１）に記載の流体反応装置。
（５３） 前記第１の流路選択切換弁には窒素ガス供給ライン、純水供給ライン、有機溶剤供給ライン、酸供給ライン、水素水供給ライン、およびオゾン水供給ラインのいずれか１または複数に接続されていることを特徴とする（４５）〜（５２）のいずれかに記載の流体反応装置。
（５４） 前記第２の流路選択切換弁には窒素ガス供給ライン、純水供給ライン、有機溶剤供給ライン、酸供給ライン、水素水供給ライン、およびオゾン水供給ラインのいずれか１または複数に接続されていることを特徴とする（４５）〜（５３）のいずれかに記載の流体反応装置。
（５５） 前記導出部の設置スペースには、２個以上の回収容器を保持可能なテーブルと、テーブル移動機構とを設けたことを特徴とする（４）〜（５４）のいずれかに記載の流体反応装置。
（５６） 前記テーブル移動機構は回転機構または往復機構であることを特徴とする（５５）に記載の流体反応装置。
（５７） 反応後の物質の収率を測定する収率測定手段が具備されていることを特徴とする（２）〜（５６）のいずれかに記載の流体反応装置。
（５８） 収率測定手段が紫外吸光、赤外分光、近赤外分光であることを特徴とする（５７）に記載の流体反応装置。
（５９） 前記収率測定手段が、複数の波長の異なる光源を有する光源部と、被測定液を流通させるフローセルを構成するケーシングと、上記フローセルにおいて被測定液に近接する複数の発光部と受光部と、受光部から得られた各波長の分光を個々に行う分光器を有する分光部と、分光器で得られた被測定液の分光情報を演算制御して出力する制御部と
を具備したことを特徴とするマルチ分光分析装置である、（５７）に記載の流体反応装置。
（６０） 前記マルチ分光分析装置の上記光源部は、紫外光、可視光、近赤外光、赤外光、遠赤外光のうち、少なくとも２つ以上の波長領域をカバーする光源を有することを特徴とする（５９）に記載の流体反応装置。
（６１） 前記マルチ分光分析装置の前記フローセルが複数形成され、各フローセルに発光部と受光部がそれぞれ配置されていることを特徴とする（５９）または（６０）に記載の流体反応装置。
（６２） 前記マルチ分光分析装置の前記ケーシングは、仕切によって内部に複数のフローセルを形成するように構成されていることを特徴とする（５９）〜（６１）のいずれかに記載の流体反応装置。
（６３） 前記マルチ分光分析装置の前記ケーシングは、内部に１つのフローセルを形成するように構成され、複数の前記ケーシングが基板上に着脱自在に取り付け可能となっていることを特徴とする（５９）〜（６２）のいずれかに記載の流体反応装置。
（６４） 可視領域から近赤外領域の光源を一つの光源で兼用し、異なる受光部に導くように構成したことを特徴とする（５９）〜（６３）のいずれかに記載の流体反応装置。
（６５） 前記発光部と受光部間の距離を調整可能であることを特徴とする（５９）〜（６４）のいずれかに記載の流体反応装置。
（６６） 反応領域の下流側に、分光分析装置を有することを特徴とする、（５９）〜（６５）のいずれかに記載の流体反応装置。
（６７） 複数の流体をマイクロ反応空間を含む流路において反応させる流体反応装置に用いられる流体混合装置であって、複数の平板状の基材を接合し、複数の流体をそれぞれのヘッダ空間から合流空間に連続的に供給して混合させるように構成され、各流体の前記ヘッダ空間を前記基材の異なる表面に設け、前記各ヘッダ空間と前記合流空間とを連通するそれぞれ複数の分液流路を、異なるヘッダ空間からの分液流路が前記合流空間の流入部において交互に開口するように形成したことを特徴とする流体混合装置。
（６８） 前記各ヘッダ空間は、前記異なる表面において同心の円弧状に形成され、前記合流空間はこれらの円弧のほぼ中心上に配置されていることを特徴とする（６７）に記載の流体混合装置。
（６９） 前記ヘッダ空間は前記基材のそれぞれ表裏面に形成され、前記合流空間は前記基材の一方の表面に形成され、他方の表面上のヘッダ空間と連通する分液流路は前記基材を貫通して設けられていることを特徴とする（６７）または（６８）に記載の流体混合装置。
（７０） 前記各ヘッダ空間と前記合流空間とを連通する前記複数の分液流路は互いに平行に延びて形成されていることを特徴とする（６７）または（６９）に記載の流体混合装置。
（７１） 複数の流体をマイクロ反応空間を含む流路において反応させる流体反応装置に用いられる流体混合装置であって、複数の平板状の基材を接合し、複数の流体をそれぞれのヘッダ空間から合流空間に連続的に供給して混合させるように構成され、前記ヘッダ空間を前記基材の表面に沿って設け、前記合流空間を流体が前記基材の板厚方向に流れるように設け、前記ヘッダ空間と前記合流空間とを連通するそれぞれ複数の分液流路を、異なるヘッダ空間からの分液流路が前記合流空間の流入部において交互に開口するように形成したことを特徴とする流体混合装置。
（７２） 前記ヘッダ空間が前記基材の表面において前記合流空間の両側に設けられ、異なるヘッダ空間からの分液流路どうしが前記合流空間の流入部において互いにずれた位置に開口していることを特徴とする（７１）に記載の流体混合装置。
（７３） 各流体の前記ヘッダ空間を前記基材の異なる表面に設け、分液流路の少なくとも一方は前記基材を貫通して設けられ、異なるヘッダ空間からの分液流路どうしが前記合流空間の対向する側において相対向するように、かつ前記合流空間の同じ側において交互に隣接するように形成されていることを特徴とする（７１）に記載の流体混合装置。
（７４） 前記合流空間は、流体が前記基材の板厚方向に流れた後に、該基材の面に沿って流れるように屈曲して形成されていることを特徴とする（７１）〜（７３）のいずれかに記載の流体混合装置。
（７５） 複数の流体を平板状の基材に形成された５００μｍ以下の流路幅部分を含む空間に連続的に供給して混合させる混合流路を有し、前記複数の流体の合流点から流れに沿って５ｍｍ以上の長さに渡って直径５０μｍ以下の柱状の障害物が等間隔に配置されていることを特徴とする流体混合装置。
（７６） 前記柱状の障害物は複数列の柱が列の間隔をずらして流れ方向に交互配置されたことことを特徴とする（７５）に記載の流体混合装置。
（７７） 前記柱状の障害物は複数で流れ方向に千鳥状に配置されていることを特徴とする（７５）または（７６）に記載の流体混合装置。
（７８） 合流後において、流路の幅が徐々に小さくなる部分と徐々に大きくなる部分を持つことを特徴とする（６７）〜（７７）のいずれかに記載の流体混合装置。
（７９） 合流後において、流路の幅寸法と深さ寸法が交互に縮小、拡大を繰り返すことを特徴とする（６７）〜（７８）のいずれかに記載の流体混合装置。
（８０） 合流後において、流路の幅方向寸法が深さ方向寸法よりも大きい扁平状部分を有することを特徴とする（６７）〜（７９）のいずれかに記載の流体混合装置。
（８１） 流路を形成する部材が、SUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックスガラス（登録商標）等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）、およびＰＦＡ（perfluoroalkoxylalkane）の内の１または複数を含むこと特徴とすることを特徴とする（６７）〜（８０）のいずれかに記載の流体混合装置。
（８２） 流路の内壁の一部またはすべての材質が、Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Cu、Ru、Zr、Ta、Nbまたはこれらの金属を含む化合物であることを特徴とする（６７）〜（８０）のいずれかに記載の流体混合装置。
（８３） 前記基材は、少なくとも１辺の大きさが１５０mmを越える寸法の矩形であることを特徴とする（６７）〜（８２）のいずれかに記載の流体混合装置。
（８４） 流体の複数導入口と混合後の単一流体の出口は前記基板の反対側の面に存在することを特徴とする（６７）〜（８３）のいずれかに記載の流体混合装置。
（８５） 混合反応基板を同一基板内に、流体の温度を反応温度に向けて上昇、または下降させる予備温度調整部を具備したことを特徴とする（６７）〜（８４）のいずれかに記載の流体混合装置。
（８６） 前記混合流路が、第１の流体源に連通する第１の流路と、第２の流体源に連通する第２の流路とがそれぞれ内部に複数形成されたマニホールド部と、該マニホールド部に隣接する合流空間とを有しており、前記マニホールド部は前記合流空間に面する開口端面を有し、前記第１の流路と第２の流路の開口は、前記開口端面において交互に隣接するように立体的に配置されていることを特徴とする、（１）に記載の流体反応装置。
（８７） 前記マニホールド部は、前記第１の流路と第２の流路を構成する溝が交互に形成された板状のエレメントを積層することにより、前記開口端面においてこれら第一の流路と第二の流路が千鳥状に配置されていることを特徴とする（８５）に記載の流体反応装置。
（８８） 前記第１の流路と第２の流路の前記開口の断面における最大幅寸法が3000μｍ以下であることを特徴とする（８６）または（８７）に記載の流体反応装置。
（８９） 前記合流空間またはその下流側に、前記第１の流路と第２の流路からの流れ混合を迂回させる混合促進物体が設けられていることを特徴とする（８６）〜（８８）のいずれかに記載の流体反応装置。
（９０） 前記混合促進物体の表面に、触媒作用を有する物質を設けたことを特徴とする（８９）に記載の流体反応装置。
（９１） 前記混合促進物体の代表寸法が、該混合促進物体の直前における前記第１の流路と第２の流路からの個々の流れの最小幅寸法の0.1倍から10倍の範囲内にあることを特徴とする（８９）または（９０）に記載の流体反応装置。
（９２） 前記合流空間の下流側に、流路断面が徐々に減少する絞り部または流体レンズが設けられていることを特徴とする（８６）〜（９１）のいずれかに記載の流体反応装置。
（９３） 前記第１の流路と第２の流路からの個々の流れの仮想断面の最小幅が、前記絞り部または流体レンズの下流側部分において500μｍ以下になっていることを特徴とする（９２）に記載の流体反応装置。
（９４） 前記開口端面と前記絞り部または流体レンズとは、ほぼ相似な流路断面を有することを特徴とする（９２）または（９３）に記載の流体反応装置。
（９５） 複数の前記マニホールド部が、前記合流空間においてそれぞれの開口端面を対向させるように配置されていることを特徴とする（８６）〜（９４）のいずれかに記載の流体反応装置。
（９６） 前記第１の流路、第２の流路、前記合流空間および／またはその下流側を流れる流体を加熱または冷却する熱交換器を設けたことを特徴とする（８６）〜（９５）のいずれかに記載の流体反応装置。
（９７） 前記熱交換器は、被加熱流体流路および／または熱媒体流路を構成する溝が形成された板状のエレメントを積層することにより構成されていることを特徴とする（９６）に記載の流体反応装置。
（９８） 前記合流空間の下流側を流れる流体を加熱または冷却する熱交換器の被加熱流体流路を合成反応時間調整用のディレイループとし、ディレイループパターンの変更または積層枚数の変更により熱交換内の滞留時間を調整可能となっていることを特徴とする（９６）または（９７）に記載の流体反応装置。
（９９） 前記熱交換器の熱媒体として、被加熱流体に混入しても被加熱流体を汚染しない流体を用いることを特徴とする（９６）〜（９８）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１００） 前記混合基板として、（６７）〜（８５）のいずれかの流体混合装置を用いることを特徴とする（２）〜（６６）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１０１） 前記反応基板の流路を形成する周囲部材はSUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックスガラス（登録商標）等の硬質ガラス、PEEK、PE、PVC、PDMS、Si、PTFE、PCTFEの内の１または複数を含むこと特徴とすることを特徴とする（２）〜（６６）、（１００）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１０２） 前記反応基板の流路の内壁の一部またはすべての材質がAu、Ag、Pt、Pd、Ni、Cu、Ru、Zr、Ta、Nbの内の１または複数またはこれらの金属を含む化合物であることを特徴とする（２）〜（６６）、（１００）、および（１０１）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１０３） 前記混合基板および／または反応基板が、熱媒体流路を有する温度調整ケース内に収容されていることを特徴とする（２）〜（６６）、および（１００）〜（１０２）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１０４） 前記該熱媒体流体流路内に温度測定手段が設けられていることを特徴とする（１０３）に記載の流体反応装置。
（１０５） 前記熱媒体流路は、前記混合基板および／または反応基板の表裏面に沿った複数の分岐流路を有することを特徴とする（１０２）または（１０３）に記載の流体反応装置。
（１０６） 前記温度調整ケースはケース本体と蓋部を有し、前記熱媒体流路はこれらを連絡するように形成されていることを特徴とする（１０３）〜（１０５）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１０７） 熱流体が流入する前記ケース本体の第１のヘッダに設けられた複数の絞り穴が前記蓋部の第２のヘッダと直結し、第２のヘッダには前記混合基板および／または反応基板の表裏面に平行な流れを形成する複数の分岐流路へと直結する第２の絞り穴が設けられていることを特徴とする（１０６）に記載の流体反応装置。
（１０８） 前記温度調整ケースの材料はTi、Al、SUS304、SUS316のいずれかであることを特徴とする（４８）〜（１０７）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１０９） 前記温度制御手段は、前記混合基板または反応基板を囲い込み混合流体の温度を調整する温度調整媒体保持機構と、保持機構に保持された温度調整媒体と、温度測定センサと、温度調整媒体と混合反応流体の間の伝熱量を調整する伝熱量調整手段を備えたことを特徴とする（２）〜（６６）、および（１００）〜（１０８）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１１０） 前記温度調整媒体として、シリコンオイル、フッ素オイル、アルコール、液体窒素、電気抵抗熱線、ペルチェ素子のいずれか１または複数が用いられることを特徴とする（１０９）に記載の流体反応装置。
（１１１） 前記伝熱量調整手段はポンプ流量調整、流量調整弁、電気量のいずれかであることを特徴とする（１０９）または（１１０）に記載の流体反応装置。
（１１２） 前記温度調整媒体保持機構を断熱部材で覆う構造にしたことを特徴とする（１０９）〜（１１１）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１１３） 前記断熱部材はシリコンゴムであることを特徴とする（１１２）に記載の流体反応装置。
（１１４） 反応後物質中の必要物質と不要物質を分別する分離抽出手段を具備したことを特徴とする（２）〜（６６）、および（１００）〜（１１３）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１１５） 粉体原料を液化溶解するための粉体溶解器を具備したことを特徴とする（２）〜（６６）、および（１００）〜（１１４）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１１６） 流体反応装置内の一部または全域を装置外と隔離し、装置外の圧力より負の圧力としたことを特徴とする（２）〜（６６）、および（１００）〜（１１５）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１１７） 流体反応装置の下部において漏れた液を貯める液貯めパンと、漏れた液を検知する漏液センサとを具備したことを特徴とする（２）〜（６６）、（１００）〜（１１６）のいずれかに記載の流体反応装置。
（１１８） 前記動作制御手段には、流体の流量と反応温度を表示する表示機構が具備されていることを特徴とする（２）〜（６６）、（１００）〜（１１７）のいずれかに記載の流体反応装置。
本発明によれば、マイクロ空間を使用して複数の流体を混合させ、種々の化学反応作業を効率良く行うことができる、量産手段としての実用的な用途に好適な流体反応装置を提供することができる。
本発明によれば、微細な流路を交互に隣接させて合流空間に流入させる混合流路を有する混合装置が、簡単な構成で容易に製造される。
本発明によれば、混合流路における流体の合流点から流れに沿って微細な柱状の障害物を分散して配置することにより、マイクロ流路を用いた混合装置が、簡単な構成で容易に製造される。
本発明によれば量産装置に不可欠な自動化運転が可能になっている。また、薬品製造ラインに不可欠な安全対策を提供することができる。
本発明によれば、流体どうしの間の界面の比率を向上させ、効率的な混合と反応を行うことができるとともに、簡単な構成であって低コストで製造でき、メンテナンスが容易であるようなマイクロリアクタを提供することができる。
本発明によれば、流体の比重、比熱、および粘度などの物性に影響されることなく正確な流量を測定する流路測定装置および所望の流量を維持することができる流量調整装置を提供することができる。
本発明によれば、脈動を抑制した連続運転が可能な送液装置を提供することができる。
本発明によれば、オフライン分析によるスクリーニング等が不要で短時間で分析結果を出すことが可能になる。
この発明の実施の形態の流体反応装置の全体の液フローを示す図である。 図１の流体反応装置の全体の構成を示す斜視図である。 図１の流体反応装置の全体の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。 原料用供給部の構成を示す図である。 マスフローコントローラを示す図である。 マスフローコントローラの他の実施の形態を示す図である。 混合基板の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。 混合基板の混合部を拡大して示す図である。 反応基板の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。 反応基板の他の構成を示すもので、（ａ）は流路に沿った縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ矢視図であり、（ｃ）はさらに他の構成を示す横断面図である。 処理ブロックの構成を示す斜視図である。 処理ブロックが重ね合わせられた構造を示すもので、（ａ）温度調整ケースの平面断面図、（ｂ）側面断面図、（ｃ）（ａ）の要部を拡大して示す図、（ｄ）（ｂ）の要部を拡大して示す図である。 他の実施の形態の生成流体貯留部の構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、混合部の他の構成を示す図である。 （ａ）ないし（ｃ）は、混合部のさらなる他の構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、混合部のさらなる他の構成を示す図である。 （ａ）ないし（ｃ）は、混合部のさらなる他の構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、混合部のさらなる他の構成を示す図である。 混合流路の他の構成を示す（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）の要部を拡大して示す図である。 混合流路のさらに他の構成を示す平面図である。 この発明の他の実施の形態における処理部のフロー図である。 この発明のさらに他の実施の形態における処理部のフロー図である。 この発明のさらに他の実施の形態における処理部のフロー図である。 この発明のさらに他の実施の形態における処理部のフロー図である。 図２４の実施の形態の処理部の構成を示す斜視図である。 この発明の他の実施の形態の原料貯留部の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態のマイクロリアクタを用いた化合物製造システムの全体構成を示す図である。 混合・反応部の構成を示す平面図である。 （ａ）予熱ブロックを構成する第１の熱交換エレメントの正面図、（ｂ）同じく第１の熱交換エレメントと第２の熱交換エレメントが重なった状態の正面図、（ｃ）第１の熱交換エレメントの断面図である。 予熱ブロックにおける原料溶液の流れを示す図である。 予熱ブロックにおける熱媒体の流れを示す図である。 混合ブロックの構成を示す平面図である。 マニホールドの構成を分解して示す斜視図である。 マニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 反応ブロックの（ａ）出口側のカバープレートを示す断面図、（ｂ）同じく正面図、（ｃ）入口側のカバープレートを示す正面図、（ｄ）同じく断面図である。 （ａ）反応ブロックを構成する第１の熱交換エレメントの正面図、（ｂ）同じく第１の熱交換エレメントと第２の熱交換エレメントが重なった状態の正面図、（ｃ）第１の熱交換エレメントの断面図である。 この発明の他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 この発明のさらに他の実施の形態のマニホールドと合流空間を模式的に示す図である。 一般的なマスフローコントローラの流量測定部を示す模式図である。 流路の温度分布を示すグラフである。 微小流路を流れる流体の流速分布を示す図である。 流体の流量が測定される原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 図４３に示す温調機構と上流側温度センサの他の構成例を示す断面図である。 図４５（ａ）は図４４のVII−VII線断面図、図４５（ｂ）は図４５（ａ）に示す構造体の他の構成例を示す断面図である。 図４３に示す制御弁の他の構成例を示す拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 流体の流量が測定される原理を説明するための図である。 図４８に示すスプールの斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 流体反応装置の全体を示す模式図である。 図５２の流体反応装置の全体の構成を示す斜視図である。 図５４（ａ）は図５２の流体反応装置の全体の構成を示す平面図、図５４（ｂ）は正面図である。 図５５（ａ）は混合部の構成を示す平面図、図５５（ｂ）は断面図である。 混合部の合流部を拡大して示す図である。 図５７（ａ）は反応部の構成を示す平面図、図５７（ｂ）は断面図である。 図５８（ａ）は反応部の他の構成を示す縦断面図、図５８（ｂ）は図５８（ａ）におけるXVIII-XVIII線断面図、図５８（ｃ）は反応部のさらに他の構成を示す横断面図である。 温度調整ケースの構成を示す斜視図である。 図６０（ａ）は処理部の平面断面図、図６０（ｂ）は側面断面図、図６０（ｃ）は図６０（ａ）の部分拡大図、図６０（ｄ）は図６０（ｂ）の部分拡大図である。 生成物貯留部の他の構成を示す図である。 図６２（ａ）は合流部の他の構成を示す平面図、図６２（ｂ）は図６２（ａ）の要部を拡大して示す図である。 合流部のさらに他の構成を示す平面図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 図６７の処理部の構成を示す斜視図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 一般的なマスフローコントローラの流量測定部を示す模式図である。 流路の温度分布を示すグラフである。 微小流路を流れる流体の流速分布を示す図である。 流体の流量が測定される原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 差分検出回路の構成を示す図である。 図７４に示す制御弁の他の構成例を示す拡大図である。 本発明の第２の実施の形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 流体の流量が測定される原理を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 流体の流量が測定される原理を説明するための図である。 図７９に示すスプールの斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る流量調整装置を示す模式図である。 流体反応装置の全体を示す模式図である。 図８３の流体反応装置の全体の構成を示す斜視図である。 図８５（ａ）は図８３の流体反応装置の全体の構成を示す平面図、図８５（ｂ）は正面図である。 図８６（ａ）は混合部の構成を示す平面図、図８６（ｂ）は断面図である。 混合部の合流部を拡大して示す図である。 図８８（ａ）は反応部の構成を示す平面図、図８８（ｂ）は断面図である。 図８９（ａ）は反応部の他の構成を示す縦断面図、図８９（ｂ）は図８９（ａ）におけるXVIII-XVIII線断面図、図８９（ｃ）は反応部のさらに他の構成を示す横断面図である。 温度調整ケースの構成を示す斜視図である。 図９１（ａ）は処理部の平面断面図、図９１（ｂ）は側面断面図、図９１（ｃ）は図９１（ａ）の部分拡大図、図９１（ｄ）は図９１（ｂ）の部分拡大図である。 生成物貯留部の他の構成を示す図である。 図９３（ａ）は合流部の他の構成を示す平面図、図９３（ｂ）は図９３（ａ）の要部を拡大して示す図である。 合流部のさらに他の構成を示す平面図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 図９８の処理部の構成を示す斜視図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 この発明の第１の実施の形態のプランジャポンプ装置を示す（ａ）全体図、（ｂ）要部を示す図である。 １つのプランジャポンプの各部の動作を説明する図である。 第１の実施の形態のプランジャポンプ装置の動作を示す図である。 この発明の第２の実施の形態のプランジャポンプ装置を示す図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のプランジャポンプの動作を説明する図である。 この発明の一実施の形態のプランジャポンプ装置を示す図である。 プランジャポンプ装置とマイクロリアクタの接続を示す図である。 １つのプランジャポンプの送り速度のパターンを示すグラフである。 プランジャポンプ装置全体の送り速度のパターンを示すグラフである。 送り速度の調整動作を説明するフロー図である。 送り速度の制御を説明するグラフである。 他の実施の形態における制御動作を説明するグラフである。 流体反応装置の全体を示す模式図である。 図１１３の流体反応装置の全体の構成を示す斜視図である。 図１１５（ａ）は図８の流体反応装置の全体の構成を示す平面図、図１１５（ｂ）は正面図である。 図１１６（ａ）は混合部の構成を示す平面図、図１１６（ｂ）は断面図である。 混合部の合流部を拡大して示す図である。 図１１８（ａ）は反応部の構成を示す平面図、図１１８（ｂ）は断面図である。 図１１９（ａ）は反応部の他の構成を示す縦断面図、図１１９（ｂ）は図１１９（ａ）におけるXVIII-XVIII 線断面図、図１１９（ｃ）は反応部のさらに他の構成を示す横断面図である。 温度調整ケースの構成を示す斜視図である。 図１２１（ａ）は処理部の平面断面図、図１２１（ｂ）は側面断面図、図１２１（ｃ）は図１２１（ａ）の部分拡大図、図１２１（ｄ）は図１２１（ｂ）の部分拡大図である。 生成物貯留部の他の構成を示す図である。 図１２３（ａ）は合流部の他の構成を示す平面図、図１２３（ｂ）は図１２３（ａ）の要部を拡大して示す図である。 合流部のさらに他の構成を示す平面図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 図１２８の処理部の構成を示す斜視図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 この発明の一実施の形態のマルチ分光分析装置の構成を模式的に示す図である。 この装置で分析する反応の例を示す図である。 この発明のマルチ分光分析装置の他の実施の形態の構成を模式的に示す図である。 この発明のマルチ分光分析装置の他の実施の形態の構成を模式的に示す図である。 この発明のマルチ分光分析装置の他の実施の形態の構成を模式的に示す図である。 この発明のマルチ分光分析装置の他の実施の形態の構成を模式的に示す図である。 図１３６の実施の形態の変形例の構成を示す図である。 図１３６の実施の形態の他の変形例の構成を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の一実施の形態のマルチ分光分析装置の使用形態を模式的に示す図である。 流体反応装置の全体を示す模式図である。 図１４０の流体反応装置の全体の構成を示す斜視図である。 図１４２（ａ）は図１４０の流体反応装置の全体の構成を示す平面図、図１４２（ｂ）は正面図である。 図１４３（ａ）は混合部の構成を示す平面図、図１４３（ｂ）は断面図である。 混合部の合流部を拡大して示す図である。 図１４５（ａ）は反応部の構成を示す平面図、図１４５（ｂ）は断面図である。 図１４６（ａ）は反応部の他の構成を示す縦断面図、図１４６（ｂ）は図１４６（ａ）におけるXVIII-XVIII 線断面図、図１４６（ｃ）は反応部のさらに他の構成を示す横断面図である。 温度調整ケースの構成を示す斜視図である。 図１４８（ａ）は処理部の平面断面図、図１４８（ｂ）は側面断面図、図１４８（ｃ）は図１４８（ａ）の部分拡大図、図１４８（ｄ）は図１４８（ｂ）の部分拡大図である。 生成物貯留部の他の構成を示す図である。 図１５０（ａ）は合流部の他の構成を示す平面図、図１５０（ｂ）は図１５０（ａ）の要部を拡大して示す図である。 合流部のさらに他の構成を示す平面図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。 図１５５の処理部の構成を示す斜視図である。 流体反応装置の他の構成を示す模式図である。
符号の説明
１ 原料貯留部（原料容器設置スペース）；２ 配液部（導入部）；３ 処理部；４ 生成流体貯留部（回収容器設置スペース）；５ 温度調整配管室；６ 動作制御手段（動作制御部）；７ 熱媒体コントローラ（温度調整手段）；１０Ａ，１０Ｂ 原料貯留容器；１２ 洗浄液容器；１４ 窒素ガス圧力源；１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ ポンプ；２０ マスフローコントローラ；２０ａ，２０ｂ 流量センサ；２１Ａ，２１Ｂ 輸送管；２４Ａ，２４Ｂ 流路内圧力測定センサ；２６Ａ，２６Ｂ 流路選択切換弁；２８ 逆洗ポンプ；３２ 流路選択切換弁；４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 混合基板；４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 反応基板；４６ 温度調整ケース；４８ 予備加熱流路；５０，５１ 出口流路；５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ 混合部；５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ ヘッダ部；５５，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ ヘッダ部；５６，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ 分液流路；５７，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ 分液流路；５８，５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆ 合流空間；６２ 反応流路；７２ ケース本体；７４ 蓋部；８２ 熱交換器；８４ 熱媒体流入口；８８ 給液配管；９０ 連通路；９２ 熱媒体流路；９８ 流通路；１００ 連絡配管；１０２ 流出口；１０４，１０４ａ 回収配管（導出部）；１０６ 熱交換器；１０８，１０８ａ 回収容器；１１０ 物質回収口；１１１ａ 光学的流体検知センサ；１１１ｂ 液面検知センサ；１１２ 回転テーブル；１１４ アクチュエータ；１１６，１１８，１２０，１２２，１２０，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ 温度センサ；１２４ 障害物；１２６ 収率評価器；１２８，１２８ａ，１２８ｂ 分離抽出基板；１３０ 疎水性壁面；１３２ 親水性壁面；１３４ 分離流路；１７０ 流量モニタ；１７２ 温度モニタ；１５４、１５６ 隔壁；１５８，１６０，１６２ カバー；１６４ 排気ポート；Ａ，Ｂ 原料溶液；
２００１ａ，２００１ｂ 原料供給部；２００２ 混合・反応部；２０２０ａ，２０２０ｂ 予熱ブロック；２０４０，２０４０Ａ，２０４０Ｂ 混合ブロック；２０４１ａ，２０４１ｂ 原料流入路；２０４４Ａ，２０４４Ｂ マニホールドエレメント；２０４６ マニホールド；２０４７ 合流空間；２０５２ａ，２０５２ｂ 平行分液流路；２０５３ 開口端面；２０５４ａ，２０５４ｂ 噴出口；２０６０ 反応ブロック；２０６５ 絞り部；２０６８ 反応流路；２０７１ インラインセンサ；２０７２〜２０７４ 混合促進物体；Ｌａ，Ｌｂ 原料溶液；ρ 断面寸法減少比；
３００１ 流路；３００２ 温調機構；３００３ 上流側温度センサ；３００４ 下流側温度センサ；３００５ 温度制御部；３００６ 温度差測定器；３００７ 温度センサ；３００９ 時間差測定部；３０１０ 流量測定部；３０１２ ケース本体；３０１３ 構造体；３０１３ａ 貫通孔；３０１３ｂ 円筒部；３０１３ｃ 伝熱部；３０１４ 固定プレート；３０１６ シール部材；３０１７ 温調部材；３０１９ シール部材；３０２０ 制御弁；３０２１ ピストン；３０２２ 圧電素子；３０２３ ピストン室；３０２４ スプール；３０２５ 磁性体；３０２６ 電磁石；３０２７ シール部材；３０３０ 制御部；３０３２ 増幅器；３０３３ 比較器；３０３４ ピストン駆動回路；３０３５ スプール駆動回路；３０４１ ポペット；３０４２ シャフト；３０４３ シャフトガイド；３０４４，３０４６ 歯車；３０４５ サーボモータ；３０４７ シール部材；３０４８ ポペット駆動回路；３１０１ 原料貯留部；３１０２ 配液部；３１０３ 処理部；３１０４ 生成物貯留部；３１０５ 配管室；３１０６ 動作制御手段（動作制御部）；３１０７ 熱媒体コントローラ（温度調整手段）；３１１０Ａ，３１１０Ｂ 貯留容器；３１１２ 洗浄液容器；３１１４ 圧力源；３１１６Ａ，３１１６Ｂ，３１１６Ｃ ポンプ；３１２１Ａ，３１２１Ｂ 輸送管；３１２４Ａ，３１２４Ｂ 圧力センサ；３１２６Ａ，３１２６Ｂ 流路切換弁；３１３０ 逆洗ポンプ；３１３２ 流路切換弁；３１４０，３１４０ａ，３１４０ｂ，３１４０ｃ 混合部；３１４２，３１４２ａ，３１４２ｂ，３１４２ｃ 反応部；３１４６ 温度調整ケース；３１４８Ａ，３１４８Ｂ 予備加熱流路；３１５０Ａ，３１５０Ｂ 出口流路；３１５２，３１５２ａ，３１５２ｂ 合流部；３１５４，３１５５ ヘッダ部；３１５６，３１５７ 分液流路；３１５８，３１５８ａ，３１５８ｂ 合流空間；３１６２ 反応流路；３１７２ ケース本体；３１７４ 蓋部；３１８２ 熱交換器；３１８４ 熱媒体流入口；３１８８ 給液配管；３１９０ 連通路；３１９２ 熱媒体流路；３１９８ 流通路；３２００ 連絡通路；３２０２ 流出口；３２０４，３２０４ａ 回収配管（導出部）；３２０６ 熱交換器；３２０８，３２０８ａ 回収容器；３２１０ 回収口；３２１１ａ 光学的流体検知センサ；３２１１ｂ 液面検知センサ；３２１２ 回転テーブル；３２１４ アクチュエータ；３２１６，３２１８，３２２０，３２２２，３２２２ａ，３２２２ｂ，３２２２ｃ 温度センサ；３２２４ 障害物；３２２６ 収率評価器；３２２８，３２２８ａ，３２２８ｂ 分離抽出部；３２３０ 疎水性壁面；３２３２ 親水性壁面；３２３４ 分離流路；３２７０ 流量モニタ；３２７２ 温度モニタ；３２５４，３２５６ 隔壁；３２５８，３２６０，３２６２ カバー；３２６４ 排気ポート；３３００Ａ，３３００Ｂ 流量調整装置；
４００１ 流路；４００２ 温調機構；４００３ 第１の主温度センサ；４００３ａ 第１の副温度センサ；４００４ 第２の主温度センサ；４００４ａ 第２の副温度センサ；４００５ 温度制御部；４００６ 温度差測定器；４００８Ａ，４００８Ｂ 差分検出回路；４００８Ｃ ブリッジ回路；４００７ 温度センサ；４００９ 時間差測定部；４０１０ 流量測定部；４０１２ ケース本体；４０１３ 構造体；４０１３ａ 貫通孔；４０１３ｂ 円筒部；４０１３ｃ 伝熱部；４０１４ 固定プレート；４０１６ シール部材；４０１７ 温調部材；４０１９ シール部材；４０２０ 制御弁；４０２１ ピストン；４０２２ 圧電素子；４０２３ ピストン室；４０２４ スプール；４０２５ 磁性体；４０２６ 電磁石；４０２７ シール部材；４０３０ 制御部；４０３２ 増幅器；４０３３ 比較器；４０３４ ピストン駆動回路；４０３５ スプール駆動回路；４０４１ ポペット；４０４２ シャフト；４０４３ シャフトガイド；４０４４，４０４６ 歯車；４０４５ サーボモータ；４０４７ シール部材；４０４８ ポペット駆動回路；４１０１ 原料貯留部；４１０２ 配液部；４１０３ 処理部；４１０４ 生成物貯留部；４１０５ 配管室；４１０６ 動作制御手段（動作制御部）；４１０７ 熱媒体コントローラ（温度調整手段）；４１１０Ａ，４１１０Ｂ 貯留容器；４１１２ 洗浄液容器；４１１４ 圧力源；４１１６Ａ，４１１６Ｂ，４１１６Ｃ ポンプ；４１２１Ａ，４１２１Ｂ 輸送管；４１２４Ａ，４１２４Ｂ 圧力センサ；４１２６Ａ，４１２６Ｂ 流路切換弁；４１３０ 逆洗ポンプ；４１３２ 流路切換弁；４１４０，４１４０ａ，４１４０ｂ，４１４０ｃ 混合部；４１４２，４１４２ａ，４１４２ｂ，４１４２ｃ 反応部；４１４６ 温度調整ケース；４１４８Ａ，４１４８Ｂ 予備加熱流路；４１５０Ａ，４１５０Ｂ 出口流路；４１５２，４１５２ａ，４１５２ｂ 合流部；４１５４，４１５５ ヘッダ部；４１５６，４１５７ 分液流路；４１５８，４１５８ａ，４１５８ｂ 合流空間；４１６２ 反応流路；４１７２ ケース本体；４１７４ 蓋部；４１８２ 熱交換器；４１８４ 熱媒体流入口；４１８８ 給液配管；４１９０ 連通路；４１９２ 熱媒体流路；４１９８ 流通路；４２００ 連絡通路；４２０２ 流出口；４２０４，４２０４ａ 回収配管（導出部）；４２０６ 熱交換器；４２０８，４２０８ａ 回収容器；４２１０ 回収口；４２１１ａ 光学的流体検知センサ；４２１１ｂ 液面検知センサ；４２１２ 回転テーブル；４２１４ アクチュエータ；４２１６，４２１８，４２２０，４２２２，４２２２ａ，４２２２ｂ，４２２２ｃ 温度センサ；４２２４ 障害物；４２２６ 収率評価器；４２２８，４２２８ａ，４２２８ｂ 分離抽出部；４２３０ 疎水性壁面；４２３２ 親水性壁面；４２３４ 分離流路；４２７０ 流量モニタ；４２７２ 温度モニタ；４２５４，４２５６ 隔壁；４２５８，４２６０，４２６２ カバー；４２６４ 排気ポート；４３００Ａ，４３００Ｂ 流量調整装置；
５０１０ プランジャポンプ；５０１２ シリンダ；５０１４ プランジャ；５０１６ 隔壁；５０２２ ピストン；５０２４ ロッド；５０２６ ポンプ室；５０２８ バッファ室；５０３０ 吐出ポート；５０３２ 吸込ポート；５０３４，５０３６ 逆止弁；５０５０ カム機構；５０５４ モータ；５０５６ 板カム；５０５６Ａ 端面カム；５０５８ ローラ（カムフォロワ）；５０６０ エアシリンダ（流体圧装置）；５０６２ 圧力板；５０６４ 圧力空気室；５０６８ 空気制御弁；５０７０ 圧力空気源；５０７２ ドレン；５０８０ 制御部；５０８２ エンコーダ；
６００１ プランジャポンプ装置；６００２ マイクロリアクタ；６０１０ プランジャポンプ；６０１２ シリンダ；６０１４ プランジャ；６０１６ ピストン；６０１７ ポンプ室；６０１８ ロッド；６０１９ 駆動装置；６０２０ モータ；６０２２ 送りねじ；６０２４ ナット；６０２６ リニアスケール；６０２８ 制御部；６０３０ 吐出ポート；６０３２ 吸込ポート；６０３４ 逆止弁；６０３６ 吐出ライン；６０３８ 流体タンク；６０４０ 供給ライン；６０４２ 原料受入ポート；６０４４ 導入流路；６０４６ 流量計；６０４８ 圧力センサ；６０５０ 混合・反応部；６１０１ 原料貯留部；６１０２ 配液部；６１０３ 処理部；６１０４ 生成物貯留部；６１０５ 配管室；６１０７ 熱媒体コントローラ；６１１０ 貯留容器；６１１０Ａ，６１１０Ｂ 貯留容器；６１１０ 貯留容器；６１１０Ａ，６１１０Ｂ 貯留容器；６１１２ 洗浄液容器；６１１４ 圧力源；６１１６Ａ，６１１６Ｂ，６１１６Ｃ プランジャポンプ；６１２１Ａ，６１２１Ｂ 輸送管；６１２２Ａ，１２２Ｂ リリーフ弁；６１２４Ａ，６１２４Ｂ 圧力測定センサ；６１２５ 界面；６１２６Ａ，６１２６Ｂ 流路切換弁；６１２６Ａ 流路切換弁；６１２６Ａ，６１２６Ｂ 流路切換弁；６１３０ 逆洗ポンプ；６１３２ 流路切換弁；６１３４ 廃液口；６１３６ 廃液容器；６１３６ 廃液貯留容器；６１４０ 混合部；６１４０ａ 混合部；６１４０，６１４０ａ 混合部；６１４０ａ 混合部；６１４０ｂ 混合部；６１４０ｃ 混合部；６１４０ａ 混合部；６１４０ｂ 混合部；６１４０ｃ 混合部；６１４０ 混合部；６１４２ 反応部；６１４２ａ 反応部；６１４２ｂ 反応部；６１４２ 反応部；６１４２ａ，６１４２ｂ，６１４２ｃ 反応部
；６１４２ａ 反応部；６１４２ｂ 反応部；６１４２ 反応部；６１４２ａ 反応部；６１４２ｂ 反応部；６１４２ａ 反応部；６１４２ｂ 反応部；６１４２ 反応部；６１４４ａ 上板；６１４４ｃ 下板；６１４４ｂ 中板；６１４４ｄ，６１４４ｅ 基材；６１４６ 各温度調整ケース；６１４６ 温度調整ケース；６１４７Ａ，６１４７Ｂ 流入ポート；６１４８Ａ，６１４８Ｂ 予備加熱流路；６１４８ 口；６１５０Ａ，６１５０Ｂ 出口流路；６１５０Ａ 出口流路；６１５０Ｂ 出口流路；６１５０Ａ，６１５０Ｂ 出口流路；６１５２ 合流部；６１５２ａ 合流部；６１５２ｂ 合流部；６１５４，６１５５ ヘッダ部；６１５５ ヘッダ部；６１５６，６１５７ 分液流路；６１５６ 分液流路；６１５６，６１５７ 分液流路；６１５７ 分液流路；６１５７ａ 連絡孔；６１５８ 一定時間合流空間；６１５８ 合流空間；６１５８ａ 合流空間；６１５８ｂ 合流空間；６１５９ 開口面；６１６０ 流出ポート；６１６２ 反応流路；６１６２，６１６３ 反応流路；６１６２ 反応流路；６１６２ｂ 蛇行部分；６１６２ａ，６１６２ｃ 連絡部；６１６３ 反応流路；６１６３ｃ 反応流路；６１６３ａ 部分；６１６３ｂ 部分；６１６４ 入口ポート；６１６５ 出口ポート；６１７０ 空間；６１７２ ケース本体；６１７４ 蓋部；６１７６ 溝；６１７８ 給液路；６１７９ 開口；６１８０ 排液路；６１８２ 熱交換器；６１８８ 給液配管；６１９０ 連通路；６１９２ 熱媒体流路；６１９４ ボルト；６１９５ ナット；６１９６ スペーサ；６１９８ 流通路；６２００ 連絡通路；６２０２ 流出口；６２０４ 回収配管；６２０４，６２０４ａ 回収配管；６２０６ 熱交換器；６２０８ 回収容器；６２０８，６２０８ａ 回収容器；６２１０ 回収口；６２１１ａ 光学的流体検知センサ；６２１１ｂ 液面検知センサ；６２１２ 回転テーブル；６２１４ アクチュエータ；６２１６，６２１８ 温度センサ；６２２０ 温度センサ；６２２０，６２２２ａ，６２２２ｂ，６２２２ｃ 温度センサ；６２２２ 温度センサ；６２２４ 各障害物；６２２４ 障害物；６２２６ インライン収率評価器；６２２８ 分離抽出部；６２２８ａ 分離抽出部；６２２８ｂ 分離抽出部；６２２８ａ 分離抽出部；６２２８ｂ 分離抽出部；６２２８ａ 分離抽出部；６２２８ｂ 分離抽出部；６２３０ 疎水性壁面；６２３２ 親水性壁面；６２３４ 分離流路；６２３４ａ 排出口；６２３４ｂ 排出口；６２３６ シリコン部材；６２４０ 導入口；６２４０ 粉体溶解器；６２４２ 原料導入口；６２４４ ヒータ；６２４６ 攪拌器；６２４９ 配管；６２５０ パン；６２５０ 符号；６２５２ 符号；６２５４，６２５６ 隔壁；６２５８，６２６０，６２６２ カバー；６２６４ 符号；６２７０ 流量モニタ；６２７２ 温度モニタ；６３００Ａ，６３００Ｂ 流量調整装置；
７００１ マルチ分光分析装置；７０１０ ケーシング；７０１４ フローセル；７０１６ 内部空間；７０１８ 仕切；７０２０ 発光部；７０２２ 受光部；７０２４ 光源部；７０２４ａ−７０２４ｇ 光源；７０２６ 光ファイバ；７０２８ 分光部；７０２８ａ−７０２８ｇ 分光器；７０２８ａ 紫外分光器；７０２８ｂ 可視光分光器；７０２８ｃ−７０２８ｅ 近赤外分光器；７０２８ｆ 赤外分光器；７０２８ｇ 遠赤外分光器；７０３０ ＡＤ変換器；７０３２ 制御部；７０３４ ディスプレイ；７０３６ 記憶装置；７０３８ 警報装置；７０４０ 分岐流路；７０４２ 流量調整弁；７０４４ 開閉弁；７０４６ ケーシング；７０４７ 基板；７０４８ 流路；７０５０ 継手部；７０５２ 発光ケース；７０５４ 受光ケース；７０５６ 固定ナット；７０５８ 混合・反応部；７０６０ マイクロクエンチ部；７０６２ ３方切換弁；７０６４ 製品貯蔵ライン；７０６６ 予備タンク；７０６８ 予備ライン；７１０１ 原料貯留部；７１０２ 配液部；７１０３ 処理部；７１０４ 生成物貯留部；７１０５ 配管室；７１０７ 熱媒体コントローラ；７１１０ 貯留容器；７１１０Ａ，７１１０Ｂ 貯留容器；７１１０ 貯留容器；７１１０Ａ，７１１０Ｂ 貯留容器；７１１２ 洗浄液容器；７１１４ 圧力源；７１１６Ａ，７１１６Ｂ ポンプ；７１１６Ｃ ポンプ；７１１６Ａ ポンプ；７１２１Ａ，７１２１Ｂ 輸送管；７１２２Ａ，７１２２Ｂ リリーフ弁；７１２４Ａ，７１２４Ｂ 圧力測定センサ；７１２５ 界面；７１２６Ａ，７１２６Ｂ 流路切換弁；７１２６Ａ 流路切換弁；７１２６Ａ，７１２６Ｂ 流路切換弁；７１３０ 逆洗ポンプ；７１３２ 流路切換弁；７１３４ 廃液口；７１３６ 廃液容器；７１３６ 廃液貯留容器；７１４０ 混合部；７１４０ａ 混合部；７１４０，７１４０ａ 混合部；７１４０ａ 混合部；７１４０ｂ 混合部；７１４０ｃ 混合部；７１４０ａ 混合部；７１４０ｂ 混合部；７１４０ｃ 混合部；７１４０ 混合部；７１４２ 反応部；７１４２ａ 反応部；７１４２ｂ 反応部；７１４２ 反応部；７１４２ａ，７１４２ｂ，７１４２ｃ 反応部；７１４２ａ 反応部；７１４２ｂ 反応部；７１４２ 反応部；７１４２ａ 反応部；７１４２ｂ 反応部；７１４２ａ 反応部；７１４２ｂ 反応部；７１４２ 反応部；７１４４ａ 上板；７１４４ｃ 下板；７１４４ｂ 中板；７１４４ｄ，７１４４ｅ 基材；７１４６ 各温度調整ケース；７１４６ 温度調整ケース；７１４７Ａ，７１４７Ｂ 流入ポート；７１４８Ａ，７１４８Ｂ 予備加熱流路；７１４８ 口；７１５０Ａ，７１５０Ｂ 出口流路；７１５０Ａ 出口流路；７１５０Ｂ 出口流路；７１５０Ａ，７１５０Ｂ 出口流路；７１５２ 合流部；７１５２ａ 合流部；７１５２ｂ 合流部；７１５４，７１５５ ヘッダ部；７１５５ ヘッダ部；７１５６，７１５７ 分液流路；７１５６ 分液流路；７１５６，７１５７ 分液流路；７１５７ 分液流路；７１５７ａ 連絡孔；７１５８ 一定時間合流空間；７１５８ 合流空間；７１５８ａ 合流空間；７１５８ｂ 合流空間；７１５９ 開口面；７１６０ 流出ポート；７１６２ 反応流路；７１６２，７１６３ 反応流路；７１６２ 反応流路；７１６２ｂ 蛇行部分；７１６２ａ，７１６２ｃ 連絡部；７１６３ 反応流路；７１６３ｃ 反応流路；７１６３ａ 部分；７１６３ｂ 部分；７１６４ 入口ポート；７１６５ 出口ポート；７１７０ 空間；７１７２ ケース本体；７１７４ 蓋部；７１７６ 溝；７１７８ 給液路；７１７９ 開口；７１８０ 排液路；７１８２ 熱交換器；７１８８ 給液配管；７１９０ 連通路；７１９２ 熱媒体流路；７１９４ ボルト；７１９５ ナット；７１９６ スペーサ；７１９８ 流通路；７２００ 連絡通路；７２０２ 流出口；７２０４ 回収配管；７２０４，７２０４ａ 回収配管；７２０６ 熱交換器；７２０８ 回収容器；７２０８，７２０８ａ 回収容器；７２１０ 回収口；７２１１ａ 光学的流体検知センサ；７２１１ｂ 液面検知センサ；７２１２ 回転テーブル；７２１４ アクチュエータ；７２１６，７２１８ 温度センサ；７２２０ 温度センサ；７２２０，７２２２ａ，７２２２ｂ，７２２２ｃ 温度センサ；７２２２ 温度センサ；７２２４ 各障害物；７２２４ 障害物；７２２６ インライン収率評価器；７２２８ 分離抽出部；７２２８ａ 分離抽出部；７２２８ｂ 分離抽出部；７２２８ａ 分離抽出部；７２２８ｂ 分離抽出部；７２２８ａ 分離抽出部；７２２８ｂ 分離抽出部；７２３０ 疎水性壁面；７２３２ 親水性壁面；７２３４ 分離流路；７２３４ａ 排出口；７２３４ｂ 排出口；７２３６ シリコン部材；７２４０ 導入口；７２４０ 粉体溶解器；７２４２ 原料導入口；７２４４ ヒータ；７２４６ 攪拌器；７２４９ 配管；７２５０ パン；７２５０ 符号；７２５２ 符号；７２５４，７２５６ 隔壁；７２５８，７２６０，７２６２ カバー；７２６４ 符号；７２７０ 流量モニタ；７２７２ 温度モニタ；７３００Ａ，７３００Ｂ 流量調整装置
流体反応装置
本発明は、微小空間で流体どうしを反応させる流体反応装置に関する。
上述した目的を達成するための本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１） 複数の流体をマイクロ反応空間を有する反応流路に導入して反応させる流体反応装置において、反応に使用する流体を個々に導入する導入部と、流体を合流させて混合する混合流路を有する平板状の混合基板と、流体を複数の輸送管を介して前記混合流路に向けて輸送する流体輸送手段と、流体の流量を制御する流量制御手段と、前記反応流路の温度を制御する温度制御手段と、反応後の物質を導出する導出部と、これらの動作を制御する動作制御手段を備えたことを特徴とする流体反応装置。
（１）に記載の発明によれば、実用的な量産手段としてのマイクロリアクタが提供され、本発明は、マイクロ空間における高収率な反応を確実に且つ連続的に行わせることができる。液体と液体の反応では数十から数百μｍクラスのマイクロ空間内のレイノルズ数は小さく、流れは層流になり、分子拡散による混合が律速段階になる。逆を言えば、数百μｍ以下のマイクロ空間では従来型機械式撹拌混合よりも、層流拡散を利用した混合の方が効率がよい。流体が混合される混合部がマイクロ空間であるので、拡散時間が短縮され、短時間で均一混合になるため、たとえば爆発性の反応でも温度をマイナス５０℃というような極低温での反応にする必要がなくなり、安全で収率が上がるため生産性が高くなる。また、反応が複雑で反応時間が長いものでも、マイクロ空間にすることにより反応速度を高めたり選択的に反応させることで、高収率が得られるようになった。
また、混合を平板状の混合基板において行うことで、熱媒体流体との接触面積を大きくし、反応流体への熱伝達速度を速くすることができる。したがって、反応流体全域での温度均一性を高め、温度制御の精度を高めることができる。使用されるプロセスは有機合成、無機合成、触媒反応からバイオ系生化学合成、微粒子製造まで、実験室レベルから薬品製造ラインまで広く対応可能である。
混合基板内の流路の条件は、フィックの法則から推測できる拡散時間と拡散距離の関係から、拡散距離を小さく、即ちマイクロ寸法にすることが必要である。合流個所を複数設けたり、ポーラスフリットやピラーなどの障害物を合流後の流路に置くことにより、合流後の２液界面面積を大きくすることが好ましい。
合流個所を並列に複数設ける場合は、それらの合流個所には極力時間差を生じさせないことが望ましい。また、合流後の流路幅を徐々に１００μｍ以下、可能ならば４０μｍ以下まで縮小させ、合流した流れの中での２液の幅を強制的に縮め、拡散混合をより短時間に強制的に行わせることが望ましい。これによって混合時間は格段に短くなり、爆発性の反応は常温でも可能になり、有機合成反応における反応経路をシンプルに出来、無駄な反応が少なくなるため、高選択性で高収率で不純物が生成が極端に少なくなり、原料の使用量も下がってランニングコスト面でも有利になる。
（２） （１）に記載の発明において、反応に使用する流体を個々に溜めておく貯留容器を設置する設置スペースが設けられていることを特徴とする流体反応装置。
（３） （１）または（２）に記載の発明において、反応後の物質を前記導出部より回収する回収容器を複数個設置可能な設置スペースが設けられていることを特徴とする流体反応装置。
（４） （１）ないし（３）のいずれかに記載の発明において、前記マイクロ反応空間には、流路幅５００μｍ以下の流路が存在することを特徴とする流体反応装置。
（５） （１）ないし（４）のいずれかに記載の発明において、導入される流体は気体または液体であり、反応後の物質は気体または液体または固体のいずれか、またはそれらの混合体で、導入される流体が連続的な流れであることを特徴とする流体反応装置。
（６） （１）ないし（５）のいずれかに記載の発明において、前記流体輸送手段は圧力発生手段または電気的誘電力相互作用手段を有することを特徴とする流体反応装置。
（７） （１）ないし（６）のいずれかに記載の発明において、前記流量制御手段は通過流体の体積を測定するセンサ部と、センサ部の測定情報を基に流体が通過する通過面積をコントロールする通過量コントロール部を有していることを特徴とする流体反応装置。
（８） （１）ないし（７）のいずれかに記載の発明において、前記混合基板が複数設けられていることを特徴とする流体反応装置。
（９） （１）ないし（８）のいずれかに記載の発明において、混合後の流体の反応を進行させるために、前記反応流路を前記混合基板とは別に設けた反応基板に形成したことを特徴とする流体反応装置。
（１０） （９）に記載の発明において、前記反応基板が複数設けられていることを特徴とする流体反応装置。
（１１） （１）ないし（１１）のいずれかに記載の発明において、前記流体輸送手段と前記混合基板の間に第１の流路選択切換弁を、前記混合基板と物質回収口の間に第２の流路選択切換弁を具備したことを特徴としたことを特徴とする流体反応装置。
（１２） （１１）に記載の発明において、前記第１の流路選択切換弁と第２の流路選択切換弁は電気動作または空気圧動作により作動する自動弁であることを特徴とする流体反応装置。
（１３） （１）ないし（１２）のいずれかに記載の発明において、混合流路に導入された流体が混合された後、混合流路または／および反応流路に流体が充満されたことを判断する充満検知手段を具備し、充満された時点で流体の輸送手段を停止させまたは第１の流路選択切換弁を切換え、流体を反応終結時間に適応する一定時間混合流路または／および反応流路に滞留させておく制御が可能なことを特徴とする流体反応装置。
（１４） （１３）に記載の発明において、前記充満検知手段は、物質回収口から出始めた流体を検知する流体有無センサ、または、混合反応後の輸送管内の流体の有無を検知する流体有無センサであることを特徴とする流体反応装置。
（１５） （１）ないし（１４）のいずれかに記載の発明において、前記混合流路と前記反応流路には個別に温度測定センサが設けられ、個別に温度制御が可能であることが特徴とすることを特徴とする流体反応装置。
（１６） （１）ないし（１５）のいずれかに記載の発明において、前記混合基板と前記反応基板の少なくとも一部を積層させて配置させることを特徴とする流体反応装置。
（１７） （１）ないし（１６）のいずれかに記載の発明において、前記第２の流路選択切換弁を切り換えて、混合流路、反応流路内の通常の流れの方向とは逆方向に流体を送り込む逆洗手段を具備したことを特徴とする流体反応装置。
（１８） （１７）に記載の発明において、前記逆洗手段は、圧送手段として１本ピストンポンプを有することを特徴とする流体反応装置。
（１９） （１１）ないし（１８）のいずれかに記載の発明において、前記第１の流路選択切換弁には窒素ガス供給ライン、純水供給ライン、有機溶剤供給ライン、酸供給ライン、水素水供給ライン、およびオゾン水供給ラインのいずれか１または複数に接続されていることを特徴とする流体反応装置。
（２０） （１１）ないし（１９）のいずれかに記載の発明において、前記第２の流路選択切換弁には窒素ガス供給ライン、純水供給ライン、有機溶剤供給ライン、酸供給ライン、水素水供給ライン、およびオゾン水供給ラインのいずれか１または複数に接続されていることを特徴とする流体反応装置。
（２１） （３）ないし（２０）に記載の発明において、前記導出部の設置スペースには、２個以上の回収容器を保持可能なテーブルと、テーブル移動機構とを設けたことを特徴とする流体反応装置。
（２２） （２１）に記載の発明において、前記テーブル移動機構は回転機構または往復機構であることを特徴とする流体反応装置。
（２３） （１）ないし（２２）に記載の発明において、反応後の物質の収率を測定する収率測定手段が具備されていることを特徴とする流体反応装置。
（２４） （２３）に記載の発明において、収率測定手段が紫外吸光、赤外分光、近赤外分光であることを特徴とする流体反応装置。
（２５） 複数の流体をマイクロ反応空間を含む流路において反応させる流体反応装置に用いられる流体混合装置であって、複数の平板状の基材を接合し、複数の流体をそれぞれのヘッダ空間から合流空間に連続的に供給して混合させるように構成され、各流体の前記ヘッダ空間を前記基材の異なる表面に設け、前記各ヘッダ空間と前記合流空間とを連通するそれぞれ複数の分液流路を、異なるヘッダ空間からの分液流路が前記合流空間の流入部において交互に開口するように形成したことを特徴とする流体混合装置。
（２５）に記載の発明によれば、基材の表面に所定の流路を加工して接合することにより、微細な流路を交互に隣接させて合流空間に流入させる混合流路を有する混合装置が、簡単な構成で容易に製造される。
（２６） （２５）に記載の発明において、前記各ヘッダ空間は、前記異なる表面において同心の円弧状に形成され、前記合流空間はこれらの円弧のほぼ中心上に配置されていることを特徴とする流体混合装置。
（２７） （２５）または（２６）に記載の発明において、前記ヘッダ空間は前記基材のそれぞれ表裏面に形成され、前記合流空間は前記基材の一方の表面に形成され、他方の表面上のヘッダ空間と連通する分液流路は前記基材を貫通して設けられていることを特徴とする流体混合装置。
（２８） （２５）または（２７）に記載の発明において、前記各ヘッダ空間と前記合流空間とを連通する前記複数の分液流路は互いに平行に延びて形成されていることを特徴とする流体混合装置。
（２８）に記載の発明によれば、複数の分液流路が互いに平行に延びて形成されているので、合流空間側で集中することがなく、設計や製造が容易である。
（２９） 複数の流体をマイクロ反応空間を含む流路において反応させる流体反応装置に用いられる流体混合装置であって、複数の平板状の基材を接合し、複数の流体をそれぞれのヘッダ空間から合流空間に連続的に供給して混合させるように構成され、前記ヘッダ空間を前記基材の表面に沿って設け、前記合流空間を流体が前記基材の板厚方向に流れるように設け、前記ヘッダ空間と前記合流空間とを連通するそれぞれ複数の分液流路を、異なるヘッダ空間からの分液流路が前記合流空間の流入部において交互に開口するように形成したことを特徴とする流体混合装置。
（２９）に記載の発明によれば、合流空間を流体が基材の板厚方向に流れるように設けているので、合流空間が基材の板面を占拠せず、ヘッダ空間と複数の分液流路とを基材の板面上に自由に配置することができる。
（３０） （２９）に記載の発明において、前記ヘッダ空間が前記基材の表面において前記合流空間の両側に設けられ、異なるヘッダ空間からの分液流路どうしが前記合流空間の流入部において互いにずれた位置に開口していることを特徴とする流体混合装置。
（３０）に記載の発明によれば、異なるヘッダ空間からの流体が、合流空間の流入部において対向しつつ互いにずれた位置に流入し、旋回流を伴いながら交互に隣接する流れを形成し、界面の面積を増加させる。
（３１） （２９）に記載の発明において、各流体の前記ヘッダ空間を前記基材の異なる表面に設け、分液流路の少なくとも一方は前記基材を貫通して設けられ、異なるヘッダ空間からの分液流路どうしが前記合流空間の対向する側において相対向するように、かつ前記合流空間の同じ側において交互に隣接するように形成されていることを特徴とする流体混合装置。
（３１）に記載の発明によれば、平面的に交互に隣接する流れが２層になって立体的に配置された層状の流れとなって、界面の面積を増加させる。
（３２） （２９）ないし（３１）のいずれかに記載の発明において、前記合流空間は、流体が前記基材の板厚方向に流れた後に、該基材に沿って流れるように屈曲して形成されていることを特徴とする流体混合装置。
（３２）に記載の発明によれば、合流空間は、流体が基材の板厚方向に流れた後に基材の面に沿って流れるように屈曲して形成されているので、板厚方向の寸法増加が抑制される。
（３３） 複数の流体を平板状の基材に形成された５００μｍ以下の流路幅部分を含む空間に連続的に供給して混合させる混合流路を有し、前記複数の流体の合流点から流れに沿って５ｍｍ以上の長さに渡って直径５０μｍ以下の柱状の障害物が等間隔に配置されていることを特徴とする流体混合装置。
（３３）に記載の発明によれば、混合流路における流体の合流点から流れに沿って微細な柱状の障害物を分散して配置することにより、マイクロ流路を用いた混合装置が、簡単な構成で容易に製造される。
（３４） （３３）に記載の発明において、前記柱状の障害物は複数列の柱が列の間隔をずらして流れ方向に交互配置されたことことを特徴とする流体混合装置。
（３５） （３３）または（３４）に記載の発明において、前記柱状の障害物は複数で流れ方向に千鳥状に配置されていることを特徴とする流体混合装置。
（３６） （２５）ないし（３５）のいずれかに記載の発明において、合流後において、流路の幅が徐々に小さくなる部分と徐々に大きくなる部分を持つことを特徴とする流体混合装置。徐々に小さくなる流路の面は複数流体の合流する面と同一面上であることが好ましい。
（３７） （２５）ないし（３６）のいずれかに記載の発明において、合流後において、流路の幅寸法と深さ寸法が交互に縮小、拡大を繰り返すことを特徴とする流体混合装置。その最小寸法は１００μｍ以下であることが好ましい。
（３８） （２５）ないし（３７）のいずれかに記載の発明において、合流後において、流路の幅方向寸法が深さ方向寸法よりも大きい扁平状部分を有することを特徴とする流体混合装置。
（３９） （２５）ないし（３８）のいずれかに記載の発明において、流路を形成する部材が、SUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックスガラス（登録商標）等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）、およびＰＦＡ（perfluoroalkoxylalkane）の内の１または複数を含むこと特徴とすることを特徴とする流体混合装置。これらの素材から、耐薬品性、耐圧性、熱伝導性の面を考慮して、好ましいものが選択される。混合、反応基板材料の接液部の材質は、表面からの溶出が少なく表面触媒修飾が可能で、ある程度の耐薬品性を持ち、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが望ましい。
（４０） （２５）ないし（３８）のいずれかに記載の発明において、流路の内壁の一部またはすべての材質が、Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Cu、Ru、Zr、Ta、Nbまたはこれらの金属を含む化合物であることを特徴とする流体混合装置。
（４１） （２５）ないし（４０）のいずれかに記載の発明において、前記基材は、少なくとも１辺の大きさが１５０mmを越える寸法の矩形であることを特徴とする流体混合装置。
（４２） （２５）ないし（４１）のいずれかに記載の発明において、流体の複数導入口と混合後の単一流体の出口は前記基板の反対側の面に存在することを特徴とする流体混合装置。
（４３） （２５）ないし（４２）のいずれかに記載の発明において、混合反応基板を同一基板内に、流体の温度を反応温度に向けて上昇、または下降させる予備温度調整部を具備したことを特徴とする流体混合装置。
（４４） （１）ないし（２４）のいずれかに記載の発明において、前記混合基板として、（２５）ないし（４３）のいずれかの流体混合装置を用いることを特徴とする流体反応装置。
（４５） （１）ないし（２４）、および（４４）のいずれかに記載の発明において、反応基板の流路を形成する周囲部材はSUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックスガラス（登録商標）等の硬質ガラス、PEEK、PE、PVC、PDMS、Si、PTFE、PCTFEの内の１または複数を含むこと特徴とすることを特徴とする流体反応装置。
（４６） （１）ないし（２４）、（４４）、および（４５）のいずれかに記載の発明において、反応基板の流路の内壁の一部またはすべての材質がAu、Ag、Pt、Pd、Ni、Cu、Ru、Zr、Ta、Nbの内の１または複数またはこれらの金属を含む化合物であることを特徴とする流体反応装置。
（４７） （１）ないし（２４）、および（４４）ないし（４６）のいずれかに記載の発明において、前記混合基板および／または反応基板が、熱媒体流路を有する温度調整ケース内に収容されていることを特徴とする流体反応装置。これにより、熱媒体流路が混合基板および／または反応基板の全域に沿って均一な流れを作り、反応領域を均一な温度に調整する。
（４８） （４７）に記載の発明において、前記該熱媒体流体流路内に温度測定手段が設けられていることを特徴とする流体反応装置。
（４９） （４６）または（４７）に記載の発明において、前記熱媒体流路は、前記混合基板および／または反応基板の表裏面に沿った複数の分岐流路を有することを特徴とする流体反応装置。
（５０） （４７）ないし（４９）のいずれかに記載の発明において、前記温度調整ケースはケース本体と蓋部を有し、前記熱媒体流路はこれらを連絡するように形成されていることを特徴とする流体反応装置。
（５１） （５０）に記載の発明において、熱流体が流入する前記ケース本体の第１のヘッダに設けられた複数の絞り穴が前記蓋部の第２のヘッダと直結し、第２のヘッダには前記混合基板および／または反応基板の表裏面に平行な流れを形成する複数の分岐流路へと直結する第２の絞り穴が設けられていることを特徴とする流体反応装置。
（５２） （４７）ないし（５１）のいずれかに記載の発明において、前記温度調整ケースの材料はTi、Al、SUS304、SUS316のいずれかであることを特徴とする流体反応装置。
（５３） （１）ないし（２４）、および（４４）ないし（５２）のいずれかに記載の発明において、前記温度制御手段は、流体混合基板または反応基板を囲い込み混合流体の温度を調整する温度調整媒体保持機構と、保持機構に保持された温度調整媒体と、温度測定センサと、温度調整媒体と混合反応流体の間の伝熱量を調整する伝熱量調整手段を備えたことを特徴とする流体反応装置。
（５４） （５３）に記載の発明において、前記温度調整媒体として、シリコンオイル、フッ素オイル、アルコール、液体窒素、電気抵抗熱線、ペルチェ素子のいずれか１または複数が用いられることを特徴とする流体反応装置。シリコンオイルは、たとえば−４０〜１５０℃と広い範囲の温度制御を１つの流体で行うことができる。または高温側を重視するならばフッ素系オイル、低温側ならばアルコール系が望ましい。
（５５） （５３）または（５４）に記載の発明において、伝熱量調整手段はポンプ流量調整、流量調整弁、電気量のいずれかであることを特徴とする流体反応装置。
（５６） （５３）ないし（５５）のいずれかに記載の発明において、温度調整媒体保持機構を断熱部材で覆う構造にしたことを特徴とする流体反応装置。
（５７） （５６）に記載の発明において、断熱部材はシリコンゴムであることを特徴とする流体反応装置。
（５８） （１）ないし（２４）、および（４４）ないし（５７）のいずれかに記載の発明において、反応後物質中の必要物質、不要物質を分別する分離抽出手段を具備したことを特徴とする流体反応装置。
（５９） （１）ないし（２４）、および（４４）ないし（５８）のいずれかに記載の発明において、粉体原料を液化溶解するための粉体溶解器を具備したことを特徴とする流体反応装置。
（６０） （１）ないし（２４）、および（４４）ないし（５９）のいずれかに記載の発明において、流体反応装置内の一部または全域を装置外と隔離し、装置外の圧力より負の圧力としたことを特徴とする流体反応装置。
（６１） （１）ないし（２４）、および（４４）ないし（６０）のいずれかに記載の発明において、流体反応装置の下部において漏れた液を貯める液貯めパンと、漏れた液を検知する漏液センサとを具備したことを特徴とする流体反応装置。
（６２） （１）ないし（２４）、および（４４）ないし（６１）のいずれかに記載の発明において、流体反応装置に付属した動作制御手段を含む動作制御部には、流体の流量と反応温度を表示する表示機構が具備されていることを特徴とする流体反応装置。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態のマイクロ反応装置について説明する。
図１ないし図３は本発明の流体反応装置の実施例であり、２液を混合した後に反応させる装置である。図２又は図３に示すように、この実施の形態の装置は、全体が１つの設置スペースに設置されてユニット化されている。この実施の形態では、この設置スペースは長方形であり、長手方向に沿って４つの領域に区画される。
一端側の第１の領域は原料流体を貯留する複数の原料貯留容器１０Ａ，１０Ｂとその付帯設備が設置された原料貯留部（原料容器設置スペース）１であり、それに隣接する第２の領域は流体を原料貯留容器１０Ａ，１０Ｂから処理部３に供給するポンプや流路を設定する切換弁等が設置された配液部２となっている。第２の領域に隣接する第３の領域は、送液された原料流体に所定の処理を施す処理部３となっており、他端側の第４の領域は、処理の結果得られた流体（生成流体）を導出部より導出して貯留する生成流体貯留部（回収容器設置スペース）４である。また、各部の動作の制御を行うコンピュータである動作制御部６と、処理部３の温度調整を行うための熱媒体コントローラ７が設けられている。なお、この実施の形態では、動作制御部６と熱媒体コントローラ７は反応装置と別置きになっているが、勿論一体でも良い。図２に示すように、第２〜第４の領域の床下部分には温度調整配管室５が形成され、ここには後述する処理基板４０，４２へ加熱又は冷却用の熱媒体を送るための配管が設けられている。
このように、上流側から下流側へと各設備を配置することによって流体の流れを円滑にし、かつ装置全体をコンパクトにまとめることができる。この実施の形態では、設備の配列を直線状にしたが、例えば、全体が正方形に近いスペースであれば、各設備を流体の流れがループを形成するように構成してもよい。このような区画は概略のものであり、設計の際には空いたスペースを有効に活用するために適宜に各設備を配置することができる。
原料貯留部１には、複数（この実施の形態では６個）の貯留容器１０Ａ，１０Ｂが設置されている。勿論必要な数の貯留容器１０Ａ，１０Ｂを使用すればよい。同じ流体を２つの貯留容器１０Ａ，１０Ｂに収容し、これらを交互に切り換えて用いることにより、処理を継続的に行うことができる。外部からの流体源として、原料貯留部１に、ライン洗浄用のアセトンなどの有機溶剤、塩酸、純水などが入った洗浄液容器１２や、パージ用等の窒素ガス圧力源１４を置いてもよい。また、廃液容器３６を置いてもよい。
配液部（導入部）２には、原料貯留容器１０Ａ，１０Ｂに流体導入口を介して接続された原料ポンプ１６Ａ，１６Ｂとその付帯設備が設置されている。この実施の形態では、各原料ポンプ１６Ａ，１６Ｂの吐出量は原料ポンプ１６Ａ，１６Ｂを駆動しているモーター１８Ａ，１８Ｂの回転数により管理されるので、原料ポンプ１６Ａ，１６Ｂは圧力発生手段と流量調整手段を兼ねている。図１における原料ポンプ１６Ａ，１６Ｂはピストン式を例としている。他の圧力発生手段、流量調整手段の例を図４ないし図６に示す。
圧力発生手段と流量調整手段とを別に構成してもよい。図４では、貯留容器１０Ａ，１０Ｂに窒素ガス圧力源１４より圧力ガスを送り込むことで液体を圧送し、出口に設けられたマスフローコントローラ２０によって流量を調整している。マスフローコントローラ２０はセンサ部が熱線式、コントローラ部がピエゾ圧電式であるが、流量を測定するセンサ部と流量をコントロールするコントローラ部を持っている他の流量調整手段でも良い。センサ部は、たとえば図５（ａ）に示すような、超音波圧電素子式の流量センサ２０ａでもよいし、図５（ｂ）に示すような差圧式流量センサ２０ｂでもよい。コントローラ部は、図５（ａ）または（ｂ）に示すピエゾ圧電素子式スプールを用いたコントローラ２０ｄでもよく、図６に示すような磁気浮上式スプールを用いたコントローラ２０ｃでもよい。
配液部２の付帯設備としては、原料ポンプ１６Ａ，１６Ｂ下流側の各輸送管２１Ａ，２１Ｂに配置されたリリーフ弁２２Ａ，２２Ｂ、流路内圧力測定センサ２４Ａ，２４Ｂ、流路選択切換弁２６Ａ，２６Ｂ、逆洗ポンプ２８が有る。流路選択切換弁２６Ａ，２６Ｂは、通常のライン以外に、洗浄液容器１２や、パージ用等の窒素ガス圧力源１４と接続されている。逆洗ポンプ２８は、流路内が生成物で閉塞した場合に用いられる。ポンプ２８は、洗浄液容器１２から有機溶剤、塩酸、純水などを吐き出し、流路選択切換弁３２を介して後述する反応基板の下流側出口に接続される。洗浄液は通常経路とは逆に流れ、混合基板４０の流入口から流路選択切換弁２６Ａ，２６Ｂを経て廃液口３４から廃液貯留容器３６に入れられる。ポンプ２８は発生圧力が高く脈動の力で生成物を移動させることも可能なように1本ピストン型のポンプが好ましい。有機溶剤はアセトン、エタノール、メタノールなどが用いられ、塩酸の代わりに、硝酸、りん酸、有機酸を用いてもよい。図１のインフラ用水等の導入口１４０は、工場設備として純水や水素水の供給設備を持っている場合の導入口で、容器１０の設置スペース（原料貯留部）１に置かれた洗浄液容器１２内の洗浄液の代わりに洗浄に使用できる。水素水はＰｄ、Ｎｉなどの触媒付活用として使われる。オゾン水は、酸化性洗浄用として使われる。また、外部の原料槽から配管を介してこの導入口１４０から原料溶液を受け入れることもできる。
処理部３は、この例では、図７および図９に示すような、２枚の処理基板、すなわち、混合基板４０と反応基板４２を有している。混合基板４０と反応基板４２は、薄板状の基材４４の少なくとも一方の表面に所定形状の溝を加工したものを２枚又はそれ以上重ねて接合して構成された平板状の部材であり、基材４４の表面の溝により内部に流路が形成されている。流路の形状や寸法は、行われる処理の反応プロセスに応じて設計される。また、基材４４の材料も後述するように処理に合わせて選択し、使用圧力に耐えるのに必要な厚さに設計する。これらの処理基板４０，４２は、図１１に示すように、温度調整ケース４６に収容されて用いる。
図７は、予備加熱（予備温度調整）と混合処理を行うための混合基板４０を示すもので、３枚の薄板状の基材である上板４４ａ、中板４４ｂ、下板４４ｃが接合されて全厚さ５mmの混合基板４０が形成されている。流路を形成する溝はいずれも中板４４ｂに形成されており、図において、実線は中板４４ｂの上面に形成された溝、鎖線は中板４４ｂの下面に形成された溝を示している。すなわち、上板４４ａを貫通して形成された２つの流入ポート４７は、中板４４ｂの上面に形成されたそれぞれ２つの予備加熱流路４８に連通する。これらの予備加熱流路４８はそれぞれ途中で分岐しかつそれぞれ拡大し、再度合流して出口流路５０，５１に通じ、さらに混合部５２に通じている。一方の出口流路５０は、中板４４ｂの上面に、他方の出口流路５１は中板４４ｂの下面に形成されている。
混合部５２は、図８に拡大して示すように、中板４４ｂの上下面にそれぞれ出口流路５０，５１と通じる円弧状の溝として形成されたヘッダ部５４，５５と、このヘッダ部５４，５５の各点から円弧の中心に向かって延びる複数の分液流路５６，５７と、これらの表裏の径方向流路が合流するように形成された合流空間５８とを有している。分液流路５６，５７と合流空間５８は中板４４ｂの上面に形成され、分液流路５６，５７はそれぞれのヘッダ部５４，５５に通じるものが交互に配置されている。下面側のヘッダ部５５に通じる分液流路５７は、中板４４ｂを貫通する連絡孔５７ａにより連通している。合流空間５８は、他端の出口側に向けて徐々に幅が小さくなるように形成され、他端側の中板４４ｂおよび下板４４ｃを貫通して形成された流出ポート６０に開口している。
図示の例では、合流空間５８の入口側の開口面５９においてＡ液の分液流路５６が５本、Ｂ液の分液流路５７が４本、交互に配置されている。流出したＡ液とＢ液は交互の層状で縞状の流れのまま徐々に流路幅が縮小し、この場合は４０μｍに達し、強制的に両液が混合されるようになる。幅はその後徐々に大きくなっており、定常流速が得られるようになっている。
図９（ａ）および（ｂ）は、反応基板４２を示すもので、この例では２枚の基材４４が接合されて計５mmの反応基板４２が構成されている。この反応基板４２では、反応流路６２が蛇行して形成され、長い流路を効率的に提供している。反応流路６２は、入口ポート６４および出口ポート６５につながる連絡部６２ａ，６２ｃが狭幅に、中央の蛇行部分６２ｂは幅広に形成されている。したがって、出入口部分で絞られて急速に流れ、副生成物の付着を避けており、中央部分では緩やかに流れて、加熱と反応の時間を長く取ることができるようになっている。
図１０（ａ）および（ｂ）に示すのは、流路の形状の幅が除々に小さくなる部分６３ａと除々に大きくなる部分６３ｂを持つ反応基板４２ａの他の例である。この実施の形態では、基材４４ｄ，４４ｅの間に、幅寸法が最大ａから最小ｂの範囲で増減する反応流路６３が形成されている。幅寸法の増減に合わせ、深さを増減させてもよい。この例では流路の断面積が一定になるよう深さが最大ｃから最小ｄの範囲で変化するようになっている。
図１０（ｃ）は、他の実施の形態の反応基板４２ｂ内の反応流路６３ｃの横断面を示している。この反応流路６３ｃは、幅ｅは深さｆより大きい扁平形状をしており、熱触媒からの熱の伝達方向（矢印で表示）に交差する広い伝熱面を有するので、流路内の流体に有効に熱の伝達が行われる。
なお、合流空間５８や反応流路６２に、適当な触媒を配置することは反応を促進するために有効である。このような触媒は反応の種類に応じて選択される。配置の仕方は、例えば、流路の内面に塗布したり、後述するような流路の障害物として配置することができる。
これらの基板４０，４２を形成する基材４４の少なくとも流路を形成する素材は、例えば、SUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックスガラス（登録商標）等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）、およびＰＦＡ（perfluoroalkoxylalkane）の内から、耐薬品性、耐圧性、熱伝導性、耐熱性等を考慮して、好ましいものを選択する。混合基板４０および反応基板４２材料の接液部の材質は、表面からの溶出が少なく表面触媒修飾が可能で、ある程度の耐薬品性を持ち、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが望ましい。
図１１は、処理ブロックの構成を示すもので、温度調整ケース４６は、内部に処理基板４０，４２を収容する空間７０が形成されるようなケース本体７２とこれを覆う蓋部７４とからなり、これらには複数の平行な熱媒体流路を構成する溝７６が内面に開口して形成されている。ケース本体７２には、これらの溝７６に連通する給液路７８と排液路８０（図１２（ａ）参照）が形成され、これらの給液路７８と排液路８０はそれぞれ給液管および戻し管を介して熱媒体コントローラ７に接続されている。これら給液路７８と排液路８０は、接合される蓋部７４側にも開口を介して連通している。このように、この例では、処理基板４０，４２は温度調整ケース４６に完全に収容された状態で加熱（または冷却）され、熱媒体流体は混合基板４０、または反応基板４２の表裏面に直接接触している。
熱媒体コントローラ７には、媒体温度を補正する制御機構と熱媒体を輸送する輸送ポンプが内蔵されている。熱媒体流体は個々の熱交換器８２を通過後、熱媒体配管を介して混合基板４０や反応基板４２の温度調整ケース４６の熱媒体流入口８４に達するようになっている。熱交換器８２は例えば冷却用の市水の量を変えることで熱媒体の個々の温度を変えられるようになっている。
図１２（ａ）〜（ｄ）には、温度調整ケース４６の他の例が示されており、ここでは、熱媒体流路はケース本体７２と蓋部７４のそれぞれの内部に形成されている。給液路７８は、図１２（ｃ）に示すように、給液配管８８の先端が挿入された二重管の構成となっており、細い連通路９０を介して熱媒体流路９２に連通している。排液側も同様の構成である。図１２（ｂ）に示すように、混合基板４０と反応基板４２はボルト９４、ナット９５及びスペーサ９６を介して積層して結合されている。
図１２（ｂ）には、温度調整ケース４６に収容された処理基板４０，４２への原料溶液の供給・排出の経路が示されている。すなわち、それぞれの溶液は、温度調整ケース４６を貫通して形成された流通路９８を介して混合基板４０へ流出入する。また、処理基板４０，４２どうしの、例えば混合基板４０から反応基板４２への流通は、温度調整ケース４６の流通路９８を連絡する連絡配管１００を介して行う。図１２（ｄ）には、反応基板４２への液の流入部と流出部の構造が説明されている。液の流れを上方向から下方向へ向かわせるために、通常は処理基板４０，４２の液の入口は上面に、出口は下面に形成する。
図１に示す実施の形態では、反応基板４２の流出口１０２は、回収配管１０４を介して生成流体貯留部４に接続されている。生成流体貯留部４には、冷却用の熱交換器１０６、流路選択切換弁３２等の下流側に回収容器１０８が設けられている。回収容器１０８が置かれる生成流体貯留部４は、他の領域から温度等の影響を受けないように、また生成流体から発生する可能性のある有毒ガスを遮断するように隔離されている。
図１３は、生成流体貯留部４の他の実施の形態を示すもので、複数の回収容器１０８が回転テーブル１１２上に保持されている。図１３の場合は、回収容器１０８は２個であり、回転テーブル１１２を移動させるアクチュエータ１１４は180度回転型ロータリーアクチュエータである。勿論、回収容器１０８の数やアクチュエータ１１４の種類は適宜に選択可能である。動作制御部６は、例えば、回収容器１０８の液面を検知する液面検知センサ１１１ｂにより、回収容器１０８の交換時期を判断し、流路選択切換弁３２により液流を止め、物質回収口１１０の下流に設けた光学的流体検知センサ１１１ａによりこれを確認して、アクチュエータ１１４を作動させる。
上記のように構成された流体反応装置により、薬液等の製品を生産する工程を説明する。なお、自動化できる工程は基本的に動作制御部６によって自動制御される。
まず、原料貯留部１において必要な原料溶液Ａ，Ｂを、貯留容器１０Ａ，１０Ｂに用意しておく。処理基板として必要な混合基板４０と反応基板４２を選び、処理部３に設置する。熱媒体コントローラ７により熱媒体の温度を設定し、熱交換器８２の市水の量を調整して各熱媒体経路の温度をそれぞれ調整し、混合基板４０および反応基板４２の温度調整ケース４６へ流通させてこれらを所定の温度に維持する。温度の制御は、温度調整ケース４６への入口に設けた温度センサ１１６，１１８により管理されるが、処理基板４０，４２内の流路に洗浄用の純水等を流す間に、その温度を混合基板４０の出口の温度センサ１２０，１２２で測定し、フィードバックすることにより、正確に行うことができる。
温度が調整され、流路の洗浄を終えてから、流路選択切換弁３２を切り換え、原料貯留容器１０Ａ，１０Ｂからポンプ１６Ａ，１６Ｂ、混合基板４０、反応基板４２、流出口１０２、回収口１１０を経て回収容器１０８に至る処理流路を構成し、ポンプ１６Ａ，１６Ｂを作動して所定の流量で原料溶液Ａ，Ｂをそれぞれ圧送する。流路選択弁３２をアクチュエータにより作動する自動弁としており、これらの動作は自動運転も可能である。
混合基板４０においては、溶液は予備加熱部において所定の温度に予備加熱された後、混合部５２において合流し、混合する。この際、各液はヘッダ部５４，５５から分液流路５６，５７を経由して交互に配置した加工から合流空間５８に流入し、さらに下流へ向かうに従い断面が減少するので、マイクロサイズの流れが規則的に混在する流れとなり、フィックの法則に則って迅速に混合する。その状態で、反応温度に維持された反応基板４２の反応流路６２に流入すると、反応は、物質移動や熱伝導の制約を受けずに迅速に進行する。したがって、量産手段として充分実用的であるとともに、反応速度の早い爆発性の反応でも低温下で行う必要がなくなる。また、この例では、反応流路６２が混合流路に比べて充分幅が広く形成されているので、反応速度が遅い反応の場合でも充分な時間を掛けて行うことができ、高い収率を得ることができる。
得られた生成物は、反応流路６２の流出口１０２から回収配管１０４を経由して熱交換器１０６に送られ、ここで冷却されて、回収口１１０より回収容器１０８に流入する。原料貯留容器１０Ａ，１０Ｂが空になったり、回収容器１０８が満杯になったら、それぞれ流路選択切換弁２６Ａ，２６Ｂを切り換えて他の容器と交換することにより、連続的な運転が可能である。なお、反応に時間が掛かる場合には、混合基板４０および反応基板４２内に液を一定時間閉じ込めてバッチ運転することも可能である。流路選択弁２６Ａ、２６Ｂも自動弁であるのでこれらの動作は自動運転も可能である。
バッチ運転の方法は、図１においてポンプ１６Ａ，１６Ｂを一時停止してもよいし、流路選択切換弁２６Ａ，２６Ｂを切り換えて、処理部３への流入を停止させてもよい。これにより、反応時間が長い場合でも反応流路６２の長さを長くする必要がなくなる。バッチ運転の際は、混合流路または／および反応流路に流体が充満されたことを判断する充満検知手段を用いて運転制御を行うことが好ましい。これは、例えば、図１３に示すような光学的流体検知センサ１１１ａが用いられる。これにより、混合流路または／および反応流路に流体が充満されたと判断した時点で、流体の輸送手段を停止させまたは第１の流路選択切換弁を切換え、流体を反応終結時間に適応する一定時間混合流路または／および反応流路に滞留させておく。
図１４（ａ）は、他の実施の形態の混合部５２ａを示すもので、２つのヘッダ部５４ａ，５５ａは円弧状ではなく幅方向に直線的に延びており、また合流空間５８ａの前端側、すなわちヘッダ部５４ａに向かう側の幅Ｗはヘッダ部５４ａの幅とほぼ同じに設定されている。そして、分液流路５６ａ，５７ａは互いに平行に延びて、ヘッダ部と合流空間を連絡するように形成されている。合流空間５８は、他端の出口側に向けて徐々に幅が小さくなるように、平面視において台形状に形成され、他端側の中板４４ｂおよび下板４４ｃを貫通して形成された流出ポート６０に開口している。出口側の幅ｗは、縮小比（ｒ＝ｗ／Ｗ）が処理対象に応じて適宜の値になるように選択する。
先の実施の形態と同様に、ヘッダ部５４ａ，５５ａは中板４４ｂの上下面に分かれて形成され、一方のヘッダ部５５ａと分液流路５７ａとは、中板４４ｂを貫通する連絡孔５７ｘにより互いに連通している。
この実施の形態では、図８の実施の形態に比較して製造工程が容易であり、また、スケールアップモデルへの移行が容易であるという利点が有る。第１の点は、図８の場合は、合流空間５８ａの近辺で分液流路５６ａ，５７ａどうしが近接するので、この部分の製造が他の部分より難しくなるが、図１４（ａ）の実施の形態では、このような問題は無いからである。
第２の点は、第１の点と関連するが、以下、説明する。例えば、混合部を含む反応装置が医薬品の製造に用いられる場合、装置は、開発段階だけでなく生産段階でも用いられる。開発段階から生産段階に移行すれば、混合部もスケールアップに対応しなければならない。例えば、開発初期の流量が０．１L/hだとすれば、前臨床では１L/hレベル、パイロットプラントレベルで５０L/h、生産プラントレベルで１００〜２００L/hとなり、当初の開発機に比べれば１０００倍前後のスケールアップが必要になる。混合部において、流路の幅は装置の基本性能に影響する因子であり、基本的に変えないので、分液流路の本数を増やすことになる。
図８の場合は、先に述べたように、分液流路５６，５７が集合する部分が製造上のネックとなる。従って、この部分の溝どうしの最小寸法が既定であれば、本数が増えるほどヘッダ部側の幅が拡大してしまい、結果として装置の寸法（チップサイズ）が大きくなってしまう。図１４（ａ）の実施の形態では、処理量に応じて、つまり比例して、図１４（ｂ）に示すように、幅Ｗが大きくなるだけである。
また、図８の場合は、スケールアップに伴って合流角度が変化するので、製造工程が複雑化する。場合によっては、合流角度が変化する結果、開発段階と同じ性能をスケールアップ後の生産段階で得られないかもしれない。一方、図１４（ａ）の実施の形態では、このような問題が無いことは明らかである。
図１５は、さらに他の実施の形態の混合部５２ｂを示すもので、２つのヘッダ部５４ｂ，５５ｂは、平面視においてコ字状に形成されて、２つの側枝部５４ｘ、５５ｘがそれぞれ同じ中心線に対して対称になるように配置されている。合流空間５８ｂは、この例では、下方に延びる空間である。２つのヘッダ部５４ｂ，５５ｂの側枝部５４ｘ、５５ｘからは、それぞれ中心線に向けて分液流路５６ｂ，５７ｂが平行に延び、合流空間５８ｂに開口している。異なるヘッダ部５４ｂ，５５ｂからの分液流路５６ｂ，５７ｂは、合流空間５８ｂにおいて、同じ側については交互に隣接し、かつ反対側については互いに対向する位置で開口するように配置されている。合流空間５８ｂは、最下層の基材４４ｄ内を上下に延びているが、形状、寸法等は先の実施の形態と同様である。
図１５の実施の形態では、分液流路５６ｂ，５７ｂからの流れが平面的に交互に隣接する流れを形成するが、この実施の形態では、これが２層になって立体的に配置された層流となる。従って、隣接する流れとの界面の面積が増えて、拡散による混合を一層促進する。また、対向流どうしが衝突するので流れが微細化し、それによる界面の面積増加効果によっても混合効果が高められる。この実施の形態が、スケールアップモデルへの移行が容易であるという利点を有するのは、図１４の場合と同様である。
図１６は、さらに他の実施の形態の混合部５２ｃを示すもので、混合空間５８ｃを下方に延びる直交部５８ｘと板面に沿って延びる平行部５８ｙとから形成している。図１５では、混合空間５８ｂの全長が上下方向に、すなわち、混合基板４０や基材４４の厚さ方向に延びているので、全体の寸法が増加する、あるいは、逆に混合空間５８ｂの長さが制約されるという不具合を生じる。また、板厚方向に空間を形成することも製造上容易ではない。この実施の形態では、混合空間５８ｃは下方に延びる直交部５８ｘと板面に沿って延びる平行部５８ｙとから形成されているので、板厚の増加は僅かであり、製造工程も平板表面に加工してから重ねるという他の部分と同じ工程で対応可能である。
図１７は、さらに他の実施の形態の混合部５２ｄを示すもので、２つのヘッダ部５４ｄ，５５ｄは、同図（ａ）に示すように、混合空間５８ｄの両側にそれぞれ分かれて配置されており、混合空間５８ｄは、同図（ｂ）に示すように、一旦下方に延びた後に板面に沿って延びて形成されている。異なるヘッダ部５４ｄ，５５ｄからの分液流路５６ｄ，５７ｄは、混合空間５８ｄにおいて対向してかつ互いにずれて開口している。分液流路５６ｄ，５７ｄからの流れは平面的に交互に隣接する流れを形成し、かつ隣接する流れの間で、同図（ｃ）に示すように、旋回流を形成しながら混合空間５８ｄを下降する。この場合の旋回流も２つの液の界面の面積を増加させ、混合効果を高めることができる。
図１８は、図１７の混合部の変形例を示すもので、２つのヘッダ部５４ｄ，５５ｄは、基材４４ｂの同じ側の面に形成されている。混合空間５８ｃが下方に延びる直交部５８ｘを有しているので、２つのヘッダ部５４ｄ，５５ｄを混合空間５８ｃと同一面の両側に形成することができ、分液流路５６ｄ，５７ｄを互いに干渉することなく、交互に開口させることができるからである。
図１９は、混合基板４０における混合部５２ｅの他の実施の形態を示すもので、Ｙ字状に合流する合流空間５８ｅに、障害物１２４を一定間隔ａで所定の距離Ｌに渡って配置したものである。この例では、φ５０μｍ以下である柱状の障害物１２４を、合流点からＬ＝５ｍｍ以上に渡って５列に配置した。各障害物１２４は隣接するものが流れ方向にピッチの半分ずつずれるように、千鳥状に配置されている。これによって界面が蛇行するので２つの流体の界面面積を大きくすることができる。図２０の混合部５２ｆでは、合流空間５８ｆに障害物１２４を１列に配置したもので、同様に界面面積を大きくすることができる。これは、より狭い合流空間５８ｆで採用するのに好適である。
図２１は、流体反応装置の処理部３の液フローの他の実施の形態を示すものである。これは、図１の処理部３において、混合基板４０→反応基板４２の組み合わせを２系統Ｒ1，Ｒ2設け、さらに配液部２の流路選択切換弁２６Ａ，２６Ｂを用いて原料溶液Ａ，Ｂをいずれの系統Ｒ1，Ｒ2にも供給可能にしたものである。この実施の形態では、２系統を用いることで、必要に応じて処理量を増やすことができるが、その他にも種々の使用方法が有る。例えば、反応生成物が固体粒子を析出しやすく、配管途中で詰まりやすい場合などでは、それに備えて一方の系統を予備として使用する。また、流路選択切換弁２６Ａ，２６Ｂでライン１を交互に切り換えて、上述したバッチ運転を連続的に行うことができる。勿論、このようなラインは、３以上を適宜に並列して設けることができる。この場合も流路選択弁切換弁２６Ａ、２６Ｂは自動操作が可能である。
図２２は、処理部３において反応基板を複数直列に配置した例を示す。この例では、混合基板４０と３つの反応基板４２ａ，４２ｂ，４２ｃの計４つの処理基板に個々の温度センサ１２０，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃを設けており、反応の段階に応じて反応基板４２ａ，４２ｂ，４２ｃを独立して温度制御することが可能である。この実施の形態の処理部３の構成は、生化学反応のように反応時間と反応温度を大胆に且つ瞬時に変化させたい反応に適している。たとえば反応基板４２ａでは１００℃、反応基板４２ｂでは−２０℃というような反応もこのシステムでは可能になる。
図２３は、処理部３において混合基板４０を複数設けた実施の形態である。この実施の形態では、Ａ液とＢ液を混合し反応させる混合基板４０と反応基板４２の下流に、第２の混合基板４０ａが設けられ、ここでポンプ１６Ｃから輸送された第３の原料溶液または反応剤であるＣ液と合流し、混合する。これらの２つの混合基板４０，４０ａと１つの反応基板４２の温度は個別に制御される。なお、Ｃ液は反応停止剤でもよい。
この実施の形態では、インラインの収率評価器１２６が第２の混合基板４０ａの下流の流出口１０２に直接接続されている。これにより、化学反応の結果の収率をリアルタイムで確認でき、直ぐにプロセスパラメータへフィードバックすることが可能ととなる。インライン収率評価器１２６としては、測定物を分離せずに測定可能な方法として赤外分光、近赤外分光、紫外吸光等の方法がある。
この実施の形態では、さらに、反応生成物の中から不要な物質と必要な物質を分離する分離抽出手段１２８が設けられている。図示する例は、分離抽出手段１２８として、物質内の疎水性分子のみを通過させる疎水性壁面１３０と、物質内の親水性分子のみを通過させる親水性壁面１３２でそれぞれ形成された分離流路１３４に分岐させたものである。分離した物質は、それぞれ回収配管１０４，１０４ａを介して回収容器１０８，１０８ａに回収される。分離抽出手段１２８としては、その他に、疎水性物質だけを吸着可能な膜やポーラスフリットを使用することも考えられる。
図２４は、混合・反応と分離抽出を繰り返して連続反応処理するための実施の形態である。Ａ液とＢ液が反応した後の不要物質は排出口１３４ａから系外に出され、Ｃ液を加えた第２の反応における不要物質は排出口１３４ｂから系外に出される。第４の液であるＤ液は反応停止剤でもよく、他の原料溶液でも良い。最後にインライン収率評価器１２６を設けても良い。
図２５（ａ）には、図２４の回路を積層化した構成が示されている。流体は上方から下方へ流れる。図中の各ブロックは、それぞれ混合基板４０ａ、反応基板４２ａ、分離抽出基板１２８ａ、混合基板４０ｂ、反応基板４２ｂ、分離抽出基板１２８ｂ、および混合基板４０ｃが、温度調整ケース４６に収容されて構成され、さらにボルト９４、ナット９５、スペーサ９６によって積層化されている。図９に示すように、各基板間の液の移動は連絡通路１００で行われる。各ブロックどうしの間には空気を介在させ、空気の断熱性を利用して他のブロックの熱影響を受けないようにして、温度制御精度を向上させている。図２５（ｂ）に示すように、各ブロックの周りをクリーンで気泡を含んだシリコン部材１３６等の断熱材で覆うのが好ましい。
本発明の流体反応装置に導入される流体は液体、気体、回収される物質は液体、気体、固体またはこれらの混合体であるが、導入物質が粉体などの固体の場合は図１における原料貯留部１のスペースに粉体溶解器を設置することも可能である。図２６は、Ａ液が粉体を溶解した溶液、Ｂ液は元々液体の場合の原料貯留部１の実施の形態である。原料の粉体と溶媒は粉体溶解器１４０の原料導入口１４２から導入される。この実施の形態では、原料粉体をヒータ１４４による加熱と攪拌器１４６による攪拌によって溶解し、生成した原料流体を取出し口１４８に引き込まれた配管より、ポンプ１６Ａによって、混合基板４０、反応基板４２に送り込むようになっている。
図２において、１５０は装置下部に設けられた液溜めパンであり、１５２は液溜めパン１５０上に設置された漏液センサを示す。またこの装置例では、配液部２、処理部３、生成流体貯留部４は隔壁１５４、１５６により区画されており、各部屋にはカバー１５８，１６０，１６２が取り付けられて装置外部とこれらを隔離している。１６４は排気ポートであり、排気ファンと接続され、装置内の圧力を装置外より負とすることで装置内の有毒ガスが外部に漏出することを防いでいる。
また、動作制御部６には、図１に示すように、流体反応装置内の動作で特に重要な流体の流量と反応温度をモニタできる流量モニタ１７０、温度モニタ１７２が搭載されている。
以上、本発明の流体反応装置のいくつかの回路構成を実施の形態に沿って説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られるものではなく、発明の趣旨に沿って種々の改変が可能である。すなわち、直列あるいは並列する処理基板の数は、施す処理や生産量に応じて、１以上の適宜の数に決められる。処理基板の結合の仕方は、例えば、スリットを形成した枠体に順次挿入するようにしてもよい。この実施の形態では、処理基板を水平に配置しているが、斜め又は垂直に配置してもよい。
マイクロリアクタ
本発明は、さらに、本発明の流体反応装置及び流体混合装置において使用することができるマイクロリアクタにも関する。
上述した目的を達成するための本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１） 第１の流体源に連通する第１の流路と、第２の流体源に連通する第２の流路とがそれぞれ内部に複数形成されたマニホールド部と、該マニホールド部に隣接する合流空間とを有し、前記マニホールド部は前記合流空間に面する開口端面を有し、前記第１の流路と第２の流路の開口は、前記開口端面において交互に隣接するように立体的に配置されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
（１）に記載の発明によれば、マニホールド部の開口端面から合流空間に流出する流れ（集合流）は、第１の流体と第２の流体のそれぞれの流れ（要素流れ）が交互に隣接する立体的構造になっており、一方の流体の流れは他方の流体の流れに周囲を覆われている。したがって、これらの流体どうしの間の界面の比率は例えば、平面的に並列した流れに比べて２倍となり、より大きな相互拡散による混合効果を得ることができる。
（２） （１）に記載の発明において、前記マニホールド部は、前記第１の流路と第２の流路を構成する溝が交互に形成された板状のエレメントを積層することにより、前記開口端面においてこれら第一の流路と第二の流路が千鳥状に配置されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
（２）に記載の発明によれば、要素流れが交互に隣接する立体的な集合流を作るマニホールド部を容易に構築することができる。
（３） （１）または（２）に記載の発明において、前記第１の流路と第２の流路の前記開口の断面における最大幅寸法が3000μｍ以下であることを特徴とするマイクロリアクタ。
（３）に記載の発明によれば、第１の流路と第２の流路に固形物が混入しても閉塞せずに、混合を促進することができ、下流側に絞り部または流体レンズを設けることにより、マイクロ反応状態の条件を形成することができる。
（４） （１）ないし（３）のいずれかに記載の発明において、前記合流空間またはその下流側に、前記第１の流路と第２の流路からの流れ混合を迂回させる促進物体が設けられていることを特徴とするマイクロリアクタ。
（４）に記載の発明によれば、集合流が混合促進物体を迂回する際に界面が湾曲するので、界面の比率がさらに大きくなって混合が促進され、また、流路断面も減少するので、マイクロ反応を促進することができる。
（５） （４）に記載の発明において、前記混合促進物体の表面に、触媒作用を有する物質を設けたことを特徴とするマイクロリアクタ。
（５）に記載の発明によれば、該物質の触媒作用により、所要の反応が促進される。
（６） （４）または（５）に記載の発明において、前記混合促進物体の代表寸法が、該混合促進物体の直前における前記第１の流路と第２の流路からの個々の流れの最小幅寸法の0.1倍から10倍の範囲内にあることを特徴とするマイクロリアクタ。
混合促進物体の大きさが要素流れの最小幅寸法（代表寸法）と比較して小さすぎると、混合促進物体は単なる多孔質物体となり十分な混合が期待できず、また大きすぎると千鳥状に流入する異種流体の要素流れが塊状に流動するため、やはり十分な混合が得られない。
（７） （１）ないし（６）のいずれかに記載の発明において、前記合流空間の下流側に、流路断面が徐々に減少する絞り部または流体レンズが設けられていることを特徴とするマイクロリアクタ。
（７）に記載の発明によれば、集合流が絞り部または流体レンズを通過する際に、その断面寸法が徐々に減少し、要素流れを維持しつつその代表寸法が減少する。したがって、マイクロ反応条件が強化され、要素流れの寸法に依存する界面の比率も大きく向上する。
（８） （７）に記載の発明において、前記第１の流路と第２の流路からの個々の流れの仮想断面の最小幅が、前記絞り部または流体レンズの下流側部分において500μｍ以下になっていることを特徴とするマイクロリアクタ。
（８）に記載の発明によれば、物理的なマイクロ寸法の流路を用いることなく、要素流れにおいてマイクロ反応条件を構成することができる。
（９） （７）または（８）に記載の発明において、前記開口端面と前記絞り部または流体レンズとは、ほぼ相似な流路断面を有することを特徴とするマイクロリアクタ。
（９）に記載の発明によれば、絞り部または流体レンズを通過する際に形状変化を伴わないので、要素流れを維持しつつその代表寸法を減少させることが容易になる。
（１０） （１）ないし（９）のいずれかに記載の発明において、複数の前記マニホールド部が、前記合流空間においてそれぞれの開口端面を対向させるように配置されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
（１０）に記載の発明によれば、マニホールド部からの集合流どうしをさらに衝突させて、乱流によるさらなる混合促進作用を得ることができる。
（１１） （１）ないし（１０）のいずれかに記載の発明において、前記第１の流路、第２の流路、前記合流空間および／またはその下流側を流れる流体を加熱または冷却する熱交換器を設けたことを特徴とするマイクロリアクタ。これにより、爆発性反応や難反応に対する温度制御を精密に行い、マイクロ反応の効果を高めることができる。
（１２） （１１）に記載の発明において、前記熱交換器は、被加熱流体流路および／または熱媒体流路を構成する溝が形成された板状のエレメントを積層することにより構成されていることを特徴とするマイクロリアクタ。これにより、積層するエレメントを適宜に選択し、あるいは積層数を変更することで、対象とする反応に適した熱交換量や熱交換パターンを得るように調整可能である。
（１３） （１１）または（１２）に記載の発明において、前記合流空間の下流側を流れる流体を加熱または冷却する熱交換器の被加熱流体流路を合成反応時間調整用のディレイループとし、ディレイループパターンの変更または積層枚数の変更により熱交換内の滞留時間を調整可能となっていることを特徴とするマイクロリアクタ。
（１４） （１１）ないし（１３）のいずれかに記載の発明において、前記熱交換器の熱媒体として、被加熱流体に混入しても被加熱流体を汚染しない流体を用いることを特徴とするマイクロリアクタ。被加熱流体に混入しても被加熱流体を汚染しない流体としては、被加熱流体自体や、これと近い組成の溶液が好適である。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図２７は、この発明のマイクロリアクタを用いた化合物製造システムの全体構成を示す図である。この化合物製造システムは、原料溶液Ｌａ，Ｌｂをそれぞれ供給する２つの原料供給部２００１ａ，２００１ｂと、これらの原料供給部２００１ａ，２００１ｂからの原料溶液Ｌａ，Ｌｂを混合して反応させる混合・反応部２００２と、反応生成物を一時貯留する貯留槽２００３と、さらに生成物を濃縮・精製する精製槽２００４とを有している。
２つの原料供給部２００１ａ，２００１ｂは、この実施の形態では、それぞれ粉体状等の原料を所定濃度の溶液とする溶解槽２０１１ａ，２０１１ｂと、できた溶液を貯留するリザーバ２０１２ａ，２０１２ｂとを有し、リザーバ２０１２ａ，２０１２ｂの下流側にはそれぞれ流体移送ポンプ２０１３ａ，２０１３ｂを介して混合・反応部２００２に連通する原料移送配管２０１４ａ，２０１４ｂが設けられている。溶解槽２０１１ａ，２０１１ｂには必要に応じて保温ジャケット２０１５や撹拌機２０１６が設けられている。
反応生成物を一時貯留する貯留槽２００３は、必要に応じて設けるもので、この実施の形態では、保温ジャケット２０１５や撹拌機２０１６を備えた密閉容器として構成され、所定のセンサを有している。精製槽２００４は、この実施の形態では、合成された流体を真空雰囲気下で濃縮するもので、保温ジャケット２０１５や撹拌機２０１６の他に、真空ポンプ２０１７や回収容器２０１８が設けられている。
また、上記構成の各部には、必要に応じて、開閉弁、流量調整弁、流量計、各種のセンサ、洗浄流体回路等が設けられている。センサとしては、温度センサ（図中Ｔで表示）、流量センサ（図中Ｆで表示）、圧力センサ（図中Ｐｓで表示）、液面センサ（図中Ｌで表示）、ｐＨセンサ（図中ｐＨで表示）等が有る。また、各部を個別におよび／または全体として制御する制御装置（図示略）が設けられている。
混合・反応部２は、この実施の形態では、図２８に示すように、原料溶液Ｌａ，Ｌｂをそれぞれ予備加熱する２つの予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂと、加熱された２つの原料溶液Ｌａ，Ｌｂをそれぞれ細流にした状態で合流させる混合ブロック２０４０と、合流した流体をさらに縮径した反応流路に導き、加熱して反応させる反応ブロック２０６０とを有している。これらのブロックは、いずれも原料溶液Ｌａ，Ｌｂや熱媒体Ｍａ，Ｍｂを流通させる流路が溝状に形成された平板を重ねて接合して、マニホールドを構築したものである。
予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂは、図２９（ａ）に示すように、原料溶液Ｌａ，Ｌｂを流す複数の平行な溶液流路２０２１が形成された板状の第１の熱交換エレメント２０２２と、図２９（ｂ）に示すように、熱媒体Ｍａ，Ｍｂを流す複数の平行な熱媒体流路２０２３が形成された板状の第２の熱交換エレメント２０２４とを、それぞれの流路２０２１，２０２３が互いに直交するように交互に積層して構成している。予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂは、表裏をカバープレート２０２５Ａ，２０２５Ｂで覆ってボルト等の締結具、シール部材、あるいは接着剤を用いて結合している。各熱交換エレメント２０２２，２０２４には流路の両端近傍に貫通孔２０２６，２０２７が設けられ、これらは溶液流路２０２１と熱媒体流路２０２３に個別に通じるとともにカバープレート２０２５Ａ，２０２５Ｂの溶液流入ポート２０２８Ａ、溶液流出ポート２０２８Ｂ、熱媒体流入ポート２０２９Ａ、熱媒体流出ポート２０２９Ｂと連通している。
原料溶液Ｌａ，Ｌｂは、図３０に示すように、各熱交換エレメント２０２２，２０２４の流路を直列に流れ、熱媒体Ｍａ，Ｍｂは、図３１に示すように、各熱交換エレメント２０２２，２０２４の流路を並列に流れるようになっており、ここで熱交換エレメント２０２２，２０２４を介して熱交換を行う。これらの熱交換エレメント２０２２，２０２４は熱交換に好適な熱伝導性の良い素材を用い、一方、カバープレート２０２５Ａ，２０２５Ｂは、熱伝導性の小さい素材を用いて形成されている。
混合ブロック２０４０は、図３２に示すように、２つの原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂと１つの合流部２０４２とが形成された複数の部材からなる枠体２０４３の内部に、複数の板状のマニホールドエレメント２０４４Ａ，２０４４Ｂと表裏のカバープレート２０４５ａ，２０４５ｂが積層されて構成されたマニホールド２０４６が収容されて構成されている。原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂはそれぞれ予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂの溶液流出ポート２０２８Ｂに接続され、合流部２０４２は後述する反応ブロック２０６０の流入口２０６１に接続され、図２８に示すように、これと一体の合流空間２０４７を構成している。
図３３に示すように、各マニホールドエレメント２０４４Ａ，２０４４Ｂには、重ねた時に各原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂに連通する貫通給液孔２０４８ａ，２０４８ｂがそれぞれ幅方向に位置の異なる列に沿って複数配置されている。カバープレート２０４５ａ，２０４５ｂには、一方の貫通給液孔２０４８ａ，２０４８ｂのみにつながる貫通孔２０４９ａ，２０４９ｂが形成されており、これらはそれぞれ枠体２０４３に形成されたヘッダ部２０５０ａ，２０５０ｂを介して各原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂに連通している。マニホールドエレメント２０４４Ａ，２０４４Ｂには、これらの貫通給液孔２０４８ａ，２０４８ｂから一側端縁部のほぼ中央に向かって延びる分液流路２０５１ａ，２０５１ｂが形成されている。これらの分液流路２０５１ａ，２０５１ｂは、断面が矩形になるように形成され、原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂに連通するものが交互に並ぶように、また、側縁部近傍の所定長さ部分では互いに平行な平行分液流路２０５２ａ，２０５２ｂとなっている。平行分液流路２０５２ａ，２０５２ｂはマニホールドエレメント２０４４Ａ，２０４４Ｂの側面において開口している。
図３３に示すように、隣接するマニホールドエレメント２０４４Ａ，２０４４Ｂは、対応する位置の分液流路２０５１ａ，２０５１ｂ（平行分液流路２０５２ａ，２０５２ｂ）が異なる原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂに連通するように構成されている。つまり、マニホールドエレメント２０４４Ａでは、図３３において上端に原料流入路２０４１ａに連通する分液流路２０５１ａ（平行分液流路２０５２ａ）が有るのに対して、マニホールドエレメント２０４４Ｂでは、上端に原料流入路２０４１ｂに連通する分液流路２０５１ｂ（平行分液流路２０５２ｂ）が有るようになっている。したがって、図３４に示すように、マニホールド２０４６の開口端面２０５３には、異なる原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂに連通する平行分液流路２０５２ａ，２０５２ｂの噴出口２０５４ａ，２０５４ｂが交互に隣接する格子状に開口している。
反応ブロック２０６０は、図３５に示す２枚のカバープレート２０６２Ａ，２０６２Ｂの間に、図３６に示すような板状の熱交換エレメント２０６３，２０６４を交互に積層したもので、熱交換器としての構成は、基本的に先の予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂと同様である。すなわち、合流溶液Ｌｍおよび熱媒体Ｍｃを流す複数の平行な溶液流路と熱媒体流路がそれぞれ形成された板状の熱交換エレメント２０６３，２０６４を、それぞれの流路が互いに直交するように交互に積層し、表裏をカバープレート２０６２Ａ，２０６２Ｂで覆ってボルト等の締結具、シール部材、あるいは接着剤を用いて結合している。各熱交換エレメント２０６３，２０６４には流路の両端近傍に貫通孔が設けられ、これらは溶液流路と熱媒体流路に個別に通じるとともにカバープレート２０６２Ａ，２０６２Ｂのポートと連通しており、これらの流路に合流した溶液および熱媒体を流通させるようになっている。
流入側のカバープレート２０６２Ａ，２０６２Ｂには、混合ブロック２０４０の合流部２０４２と同径でこれと連絡するように開口する流入口２０６１が設けられている。この流入口２０６１の下流側には徐々に断面寸法が小さくなる絞り部（流体レンズ）２０６５が設けられており、その先端側はカバープレート２０６２Ａの連絡流路２０６６、貫通流路２０６７を介して熱交換エレメント２０６３の反応流路２０６８に通じている。図３６（ａ）に示すように、反応流路２０６８は、熱交換エレメント２０６３の表面に溝によって形成された複数の平行流路２０６９を直列に結んでいる点で、予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂの溶液流路２０２１とは異なる。熱媒体流路２０７０および熱媒体Ｍｃの流れは、図３１の場合と同じなので、説明を省略する。
絞り部２０６５は、この実施の形態では、図３４に示すように、断面が相似的に変化する。すなわち断面形状が正方形のまま変わらずに、断面寸法が小さくなるようになっている。これにより、混合ブロック２０４０の開口から流出し、合流した後完全に混合する前の状態で存在すると想定される個々の溶液の流れ（「要素流れ」と言う。）の断面寸法を均等に減少させることができる。
例えば、上記の実施の形態の場合において、混合ブロック２０４０における流路断面寸法が100μｍ×100μｍであり、１つのマニホールドエレメント２０４４Ａ，２０４４Ｂの並列する流路数が１０であるとすれば、合流部４２の断面寸法は約1mm×1mmである。絞り部２０６５における断面寸法減少比（ρ＝(S1/S2)1/2）を１／１０とすると、絞り部２０６５後の反応流路２０６８の寸法は0.1mm×0.1mmであり、反応流路２０６８における原料溶液Ｌａ，Ｌｂの「要素流れ」の断面寸法は10μｍ×10μｍとなる。なお、Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ絞り部２０６５の前後の断面積である。この「要素流れ」の幅ｗは、絞り部２０６５が相似的変化をする場合は、混合ブロック４０における流路の幅Ｗと断面寸法減少比ρの積として算出される。
ｗ＝Ｗ×ρ
合流した流れにおける反応がマイクロ反応である条件は、必ずしも物理的な流路幅の問題ではなく、ある条件下では、上記のような仮想的な「要素流れ」の幅の問題である。つまり、「要素流れ」の幅を充分小さくすることにより、界面比率を上昇させて混合を促進し、また、Fickの法則に則って、反応速度を向上させることができる。このような効果を得るには、要素流れの断面における幅の最小値ｗminが500μｍ以下であることが好ましい。上記の例では、この仮想最小幅ｗminは、10μｍであり、充分にこの条件を満たしている。
上述した混合ブロック２０４０、反応ブロック２０６０においては、温度条件が厳密に制御されている。すなわち、各ブロックにおいて、熱媒体の温度は流路の入口と出口に設けた温度センサで測定され、また、これを通過する溶液の温度もそれぞれのセンサで測定されている。これらの測定値は、制御装置に入力されて、反応が最適の条件下行われるようにフィードバック制御している。
上記において、エレメントに流路となる溝を形成する方法としては、機械加工、エッチング等、寸法や素材に応じて適宜の方法が採用される。この実施の形態では、予熱ブロック、混合ブロック２０４０、反応ブロック２０６０を、それぞれ板状のエレメントを結合して構成しているので、これらを完全に分解して洗浄することが可能であり、不純物に対する精度が厳しい医薬製造などにも適している。また、予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂ、混合ブロック２０４０、反応ブロック２０６０の間に溶液を移送するための配管がないため熱損失が極めて少なく高精度の温度制御が可能である。
また、上述した各部を構成する機器は、例えば、機械加工やエッチングなどで流路を設けた基盤上に、適宜に配置するようにして、ユニット化することにより、設置や操作が容易となり、製造コストも低減することができる。このような基盤を複数重ねて立体化し、これらを配管することで構築することもでき、さらなる省スペース化が可能となる。さらには、基盤上に各機器を一体加工してワンチップ状にしたものとすることもできる。必要に応じて、各部のプロセスを制御する制御システムを設けることが望ましい。
精密温度制御を可能とするため、ミキサー、リアクタ部分を設置した平板配管部の両面に熱交換を設置した平板で囲みサンドイッチ構造にしてもよい。また、1個以上の機器と周辺配管を設けた最小構成の基盤をユニットとし、これを複数個重ねて結合することでフレキシブルな装置構成を可能とすることができる。また、このようなユニット化し、またはチップ化した連続合成システムとバッチ式分離・精製システムを複数結合して、連続多段合成反応を行わせるようにしてもよい。
原料流体は双方が液体である場合が好適であるが、気体どうしでも勿論可能である。また、一方を気体、他方を液体として混合ブロック２０４０内で混合することができる。この際に発生するマイクロバブルを利用すれば高い混合作用を得ることができる。流路を構成する素材、あるいは流路の表面コーティングの素材は、該当部分に熱伝導均一性、触媒担持性、耐薬品性、生体安全性などを付与する目的で適宜に行われるが、例えばダイヤモンドをコーティングすることも考えられる。
以下、前記のように構成された化合物製造システムを用いて医薬等の化合物を製造する方法を説明する。原料供給部２００１ａ，２００１ｂにおいて溶解槽２０１１ａ，２０１１ｂで溶製された原料溶液Ｌａ，Ｌｂはリザーバ２０１２ａ，２０１２ｂに貯留されている。混合・反応部２００２では、それぞれ熱媒体を流して、予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂおよび反応ブロック２０６０における加熱（または冷却）温度を、例えば約−80℃〜＋200℃に設定し、各温度はセンサの測定値に基づく制御でその値に保持される。
流体移送ポンプ２０１３ａ，２０１３ｂの稼動によって、原料溶液Ｌａ，Ｌｂは予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂに圧送され、各熱交換エレメント２０６３，２０６４の熱媒体流路２０２３に分岐して流れ、ここで効率良く熱交換して所定温度に到達する。予備加熱された各原料溶液Ｌａ，Ｌｂは、それぞれ混合ブロック２０４０の２つの溶液流入ポート２０２８Ａに流入し、枠体２０４３の原料流入路２０４１ａ，２０４１ｂからカバープレート２０４５ａ，２０４５ｂの貫通孔２０４９ａ，２０４９ｂを経由して各マニホールドエレメント２０４４Ａ，２０４４Ｂの分液流路２０５１ａ，２０５１ｂに流れ、さらに、平行分液流路２０５２ａ，２０５２ｂを経由して、マニホールド２０４６の開口端面２０５３に格子状に開口する噴出口２０５４ａ，２０５４ｂから合流部２０４２に流出して集合流を形成する。ここで、１つの溶液の流れの周囲が他の溶液で覆われているので、マイクロ反応の条件下で層流が維持された集合流となる場合でも、２種の溶液間の相互拡散に必要な界面を充分に提供することができる。また、合流部２０４２の断面寸法はミリメートル単位で比較的大きいので、合流直後に固形物が生成した場合でも、絞り部２０６５までに消滅するものであれば、即座に詰まりを生じることはない。
原料溶液Ｌａ，Ｌｂからなる集合流は、さらに合流部２０４２から絞り部２０６５に流入し、反応流路２０６８における原料溶液Ｌａ，Ｌｂの「要素流れ」の断面寸法もさらに減少する。これにより、合流した流れにおける界面の比率がさらに大きくなり、界面において相互拡散して混合が促進され、これが反応流路２０６８に流入して反応温度に達した時に、速やかに反応が進行する。
このようにして反応によって合成された生成物は、反応ブロック２０６０から排出され、貯留槽２００３において所定の条件下で貯留される。さらに、生成物は、下流の精製槽２００４において真空雰囲気下で濃縮され、回収容器２０１８に回収される。反応ブロック２０６０の下流に、合成物質の性状を評価するインラインセンサ２０７１を配置し、この測定値に基づいて運転条件をフィードバック制御することができる。図示例ではセンサとしてｐＨ計を用いているが、生成物に応じて適宜を選択することができる。
なお、上記の実施の形態において、混合ブロック２０４０における流路の寸法を例えば1mm×1mmに設定しても、合流部が10mm×10mmとなり、断面寸法減少比を１／１０とすれば、後方の絞り部２０６５以下の反応流路２０６８の寸法は、1mm×1mmとなる。この反応流路２０６８内の集合流において層流が維持されているとすれば、反応流路２０６８での流れの仮想最小幅ｗminは100μｍとなり、実質的にマイクロ反応空間の条件を満たす。したがって、この実施の形態によれば、容易に加工可能なmmサイズ寸法のエレメントのみで100μｍ級のマイクロ反応空間を実現できる。このように絞り部により断面寸法を減少させる場合には、混合ブロック２０４０における流路の最大寸法を1000μｍ以上3000μｍ以下とすることで、固形物が進入しても詰まりを防止することができる。
上記の実施の形態では、予熱ブロック２０２０ａ，２０２０ｂ、混合ブロック２０４０、反応ブロック２０６０を、それぞれ板状のエレメントを結合して構成しているので、これらを完全に分解して洗浄することが可能であり、不純物に対する精度が厳しい医薬製造などにも適している。
図３７Ａ〜図３７Ｄは、混合ブロック２０４０の合流部２０４２に絞り部２０６５を設ける代わりに、混合促進物体を設けた実施の形態を示すものである。図３７Ａは、合流部２０４２に微細な球状の混合促進物体２０７２を、概ね混合ブロック２０４０の流路の開口に対応するように配置している。球状の混合促進物体２０７２を、流路に沿って所定の長さの部分に配置することにより、噴出口２０５４ａ，２０５４ｂから流出した集合流がこれらに沿って迂回するので、要素流れどうしの界面の比率を向上させることができる。
混合促進物体２０７２の大きさが要素流れの代表長さと比較して小さすぎると、混合促進物体２０７２は単なる多孔質物体となり十分な混合が期待できず、また大きすぎると千鳥状に流入する異種流体の要素流れがかたまりとなって流動するため、やはり十分な混合が得られない。最適な混合促進物体２０７２の代表長さは、要素流れの最大幅の0.1倍から10倍が望ましい。なお、要素流れの最大幅は小さいほど迅速な混合が期待でき、少なくとも８００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下が良い。
混合促進物体は、種々の形状のものを適宜に採用することができ、また、適宜にこれらを組み合わせることができる。図３７Ｂ〜図３７Ｄにそのいくつかの例を示す。図３７Ｂは、柱状体を格子状に組んだ網状の混合促進物体２０７３を、流れ方向に複数枚配置したもの、図３７Ｃは、平行な柱状体を並列した網状の混合促進物体２０７４を、流路に沿って向きが交互になるように複数配置したもの、図３７Ｄは、２枚の網状の混合促進物体２０７３の間に球状の混合促進物体２０７２を配置したものである。
なお、混合促進物体２０７２〜２０７４の表面に適切な触媒を固定すれば、反応を促進させることができる。混合促進物体２０７２〜２０７４を用いたこれらの実施の形態においては、反応が比較的広い空間内で進行するため、固形状の反応生成物が生じる場合でも流路が閉塞しにくいという利点がある。なお、混合促進物体２０７２〜２０７４だけでは混合が不十分な場合は、絞り部２０６５と併用してもよい。図３７Ｅでは、絞り部２０６５の下流側に球状の混合促進物体２０７２を設けており、図３７Ｆでは、球状の混合促進物体２０７２の下流側に絞り部２０６５を設けたものである。
図３８Ａは、この発明の他の実施の形態のマイクロリアクタの構成を示すもので、一組の同じ構造の混合ブロック２０４０Ａ，２０４０Ｂを対向させて配置したものである。これらの混合ブロック２０４０Ａ，２０４０Ｂには、原料供給部２００１ａ，２００１ｂからの原料溶液Ｌａ，Ｌｂが供給されているが、向かい合う噴出口２０５４ａ，２０５４ｂからは異なる原料溶液Ｌａ，Ｌｂが流出するように配置する。これにより、それぞれの要素流れを衝突させて噴流を形成することで、混合を促進する。合流部２０４２Ａの形状は、衝突面に直交する方向に合流溶液を引き出す構成となるが、例えば、円盤状の空間としてその周辺部から接線方向に引き出す構成としても良い。
この実施の形態では、絞り部２０６５を用いずに、広い合流部２０４２Ａのままで混合を促進することができるので、反応によって固形の生成物が生じる場合でも流路の閉塞を回避することができる利点が有る。勿論、場合に応じて、図３８Ｂに示すように、絞り部２０６５と併用してもよく、あるいは図示しないが、混合促進物体２０７２と併用してもよい。
これらの実施の形態では、混合ブロック２０４０を互いに１８０度をなす方向から対向させているが、１８０度より小さい角度で対向させて、Ｙ字状の合流路を形成するようにしてもよい。上記の実施の形態では、２種の流体を混合させるようにしたが、２種以上の流体を同時に混合させるのに好適であることは言うまでもない。また、２つの混合ブロック４０の温度を異なるように設定できるので、安定温度条件が異なる流体を混合させる場合にも好適である。
流量調整装置
本発明は、さらに、本発明の流体反応装置及び流体混合装置において使用することができる流量調整装置にも関する。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、流路を流れる流体の流量を調整する流量調整装置であって、前記流路を流れる流体を加熱または冷却する温調機構と、前記流路の第１の測定点における流体の温度が変化する時刻と、前記第１の測定点よりも下流側の第２の測定点における流体の温度が変化する時刻との時間差から前記流路内を流れる流体の流量を算出する流量測定部と、前記第２の測定点を通過する流体の温度を測定する下流側温度センサと、前記下流側温度センサの下流側に設けられた制御弁と、前記流量測定部により求められた流量に基づいて、流体の流量が一定となるように前記制御弁を制御する制御部とを備えたことを特徴とする流量調整装置である。
本発明によって流体の流量が測定される原理について図４２を参照して説明する。図４２において、縦軸は温度を表し、横軸は時間を表している。まず、温調機構により流体を加熱し、流体の温度を符号Ｔ１に示すように所定の変化率で上昇させる。このとき、流体が流路内を流れていると、第１の測定点での流体の温度は符号Ｃ１に示すように変化する。さらに、第１の測定点の下流側に位置する第２の測定点では、流体の温度は符号Ｃ２に示すように変化する。この場合、温度カーブＣ１のピークと温度カーブＣ２のピークとの時間差はΔｔである。そして、流体の流量は以下の式から求めることができる。
流量＝第１の測定点と第２の測定点との距離×流路断面積÷時間差Δｔ
比重、比熱、および粘度の異なる流体が流れた場合は、第１の測定点での流体の温度は符号Ｃ１´のように変化し、第２の測定点での温度は符号Ｃ２´のように変化する。そして、温度カーブＣ１´のピークと温度カーブＣ２´のピークとの時間差はΔｔとなる。つまり、上述した温度カーブＣ１と温度カーブＣ２との時間差と、温度カーブＣ１´と温度カーブＣ２´との時間差は同じである。これは、流体の比重、比熱、粘度が異なっても、流体の平均流速が同一の条件下では、上流側の温度カーブと下流側の温度カーブとの時間差は流量のみに依存するからである。例えば、図４１に示すように、流体の粘度が変わっても、最大流速が変わるのみで平均流速（すなわち流量）は変わらない。したがって、２つの測定点に現れる温度カーブの時間差を測定すれば、流体の物性の影響を受けずに正確な流量測定が可能になる。
流量が０．０１〜１０Ｌ/ｈさらには０．０１〜２Ｌ/ｈと少ない場合では、流路の内径が２ｍｍ以下と小さく、レイノルズ数は小さくなるため流体の流れが層流となる。したがって、流路内での流速分布を示すカーブに乱れが無くその形状が安定していることが温度変化の時間差に基づく流量の測定を可能にしている。これにより種々の試薬を用いた試験を行う場合であっても、事前に試薬の比熱、比重、および粘度などの物性値を把握することが不要となり、単に目標とする流量を設定するだけで所望の流量を得ることができる。
本発明に用いられる流体の例としては、試薬、有機溶剤、生化学物質などが挙げられる。例えば、医薬品の開発段階においては、数多くの試薬を用いて、濃度、溶媒、温度などの条件を様々に変化させて試験を行う、いわゆるスクリーニングが行われる。このスクリーニングでは、試薬の物性に左右されず、正確な体積を測定することが求められる。本発明によれば、試薬の種類によらず正確な試薬の体積（流量）を求めることができるので、好ましい開発環境を提供することができる。
本発明の好ましい態様は、前記流量測定部は、前記第１の測定点および前記第２の測定点における流体の温度変化を示す温度カーブ上の互いに対応する２点間の時間差に基づいて流体の流量を算出することを特徴とする。
図４２に示した例では、２つの温度カーブのピークが現れるときの時間差を測定しているが、本発明はこれに限られない。例えば、温度カーブの立ち上がり時の時間差を求めてもよく、また、ピークから所定時間だけずれた時点の時間差を求めてもよい。このように、本発明では、温度カーブ上の互いに対応する２点間の時間差を測定する。
本発明の好ましい態様は、前記第１の測定点を通過する流体の温度を測定する上流側温度センサをさらに設けたことを特徴とする。また、前記上流側温度センサは、前記流路を流れる流体に接触するセンサホルダと、前記流路に近い位置まで前記センサホルダの内部に挿入されたサーミスタとを備えていてもよい。さらに、前記下流側温度センサは、前記流路を流れる流体に接触するセンサホルダと、前記流路に近い位置まで前記センサホルダの内部に挿入されたサーミスタとを備えていてもよい。
本発明の好ましい態様は、少なくとも前記第１の測定点と前記第２の測定点とを含む空間の温度を一定に保つ環境温度制御機構をさらに設けたことを特徴とする。
微小流路を流れる流体の温度測定は外乱の影響を受けやすく、正確な流量測定ができないおそれがある。本発明によれば、第１の測定点および第２の測定点の温度を積極的に一定に保つことにより、外乱を遮断することができる。したがって、流体の流量を正確に測定することができる。
本発明の好ましい態様は、前記温調機構は、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、または抵抗加熱線を備えることを特徴とする。
温調機構としては、加熱手段に限らず、冷却手段を用いてもよい。また、前記温調機構は、前記流路を構成する孔が形成された円筒部と前記円筒部に熱を伝える伝熱部とを有する構造体と、前記構造体の伝熱部を加熱または冷却する温調部材とを備えていてもよい。
本発明の好ましい態様は、前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、圧電素子、電磁石、サーボモータ、またはステッピングモータを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、応答性の良好な駆動源を用いることにより、流量測定部により測定された実流量に基づいて速やかに弁を駆動させて流量を一定に保つことができる。
本発明の好ましい態様は、前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、複数の圧電素子が積層された構造を有することを特徴とする。
本発明によれば、高圧の流体が流れる場合であっても、高圧や圧力変動の影響を受けることなく流量を一定に保つことができる。
本発明の好ましい態様は、前記制御弁を通過する流体の圧力は１ＭＰａ〜１０ＭＰａであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御弁を通過する流体の流量は０．０１〜１０Ｌ／ｈであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記流路は、耐食性のある材料から形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記材料は、ステンレス鋼、チタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ四フッ化エチレン、またはポリクロロトリフルオロエチレンであることを特徴とする。
本発明の他の態様は、流体を貯留する複数の容器と、流体を混合させる混合部と、混合した流体を反応させる反応部と、上記流量調整装置とを備えたことを特徴とする流体反応装置である。
以下、本発明の実施形態に係る流量調整装置について図面を参照して説明する。図４３は本発明の第１の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。図４３に示すように、本実施形態の流量調整装置は、流路３００１を流れる液体（流体）の流量を測定する流量測定部３０１０と、液体の流量を調整する制御弁３０２０と、流量測定部３０１０により測定された流量に基づいて制御弁３０２０を制御する制御部３０３０とから基本的に構成されている。
流量測定部３０１０は、流路３００１を流れる液体を所定の周期で加熱する温調機構３００２と、流路３００１を流れる液体の温度を測定する上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４とを備えている。温調機構３００２は流路３００１の壁部を取り囲むように設けられており、流路３００１の壁部を介して液体を加熱する。この温調機構３００２は温度制御部３００５に接続されており、最適な温度上昇率で液体を加熱するようになっている。なお、温調機構３００２としては、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、抵抗加熱器などが好適に用いられる。また、温調機構３００２は、液体を冷却することで液体に温度変化を与えるようにしてもよい。
上流側温度センサ３００３は、流路３００１の第１の測定点Ｐ１に配置されており、この第１の測定点Ｐ１を通過する液体の温度を測定する。下流側温度センサ３００４は、流路１の第２の測定点Ｐ２に配置されており、この第２の測定点Ｐ２を通過する液体の温度を測定する。また、流量測定部３０１０は、加熱された液体が２つの測定点Ｐ１，Ｐ２を通過する時間差に基づいて液体の流量を求める時間差測定部３００９を備えている。
上流側温度センサ３００３は温調機構３００２の下流側に位置しており、温調機構３００２に近接して配置されている。下流側温度センサ３００４は上流側温度センサ３００３の下流側に位置しており、上流側温度センサ３００３から所定の距離だけ離間して配置されている。上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４は、いずれも流路３００１の外面に取り付けられており、流路３００１の壁部を介して液体の温度を測定するようになっている。なお、上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４としては、応答性に優れたサーミスタ式温度計や熱電対などが好適に用いられる。
上流側温度センサ３００３と下流側温度センサ３００４は時間差測定部３００９に接続されており、上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４の出力が時間差測定部３００９に送られるようになっている。この時間差測定部３００９により液体の流量が測定される原理は、図４２を参照して既に説明した通りである。すなわち、液体が流れている状態で温調機構３００２が液体を加熱すると、加熱された液体が下流側に流れ、上流側の第１の測定点Ｐ１および下流側の第２の測定点Ｐ２をこの順に通過する。このとき、第１の測定点Ｐ１における液体の温度は上流側温度センサ３００３により測定され、第２の測定点Ｐ２における液体の温度は下流側温度センサ３００４により測定される。
上流側温度センサ３００３と下流側温度センサ３００４の出力は連続的に時間差測定部３００９に送られ、ここで温度カーブＣ１および温度カーブＣ２（図４２参照）のそれぞれのピークが検出される。なお、温度カーブのピークは、公知の方法を用いて検出することができる。例えば、前後２つの測定値の差の符号が変わったときをピークと判断することができる。そして、温度カーブＣ１のピークが現れた時間と、温度カーブＣ２のピークが現れた時間との差が算出され、以下の式から、流路１を流れる液体の流量が求められる。
流量（Ｌ／ｈ）＝センサ間の距離（第１の測定点Ｐ１と第２の測定点Ｐ２との距離）×流路１の断面積÷時間差
なお、時間差を求めるに際して比較すべき点は温度カーブのピークに限られない。すなわち、温度カーブ上の対応する２点間の時間差を求めればよい。例えば、２つの温度カーブの立ち上がり時の時間差を求めてもよい。
図４３に示すように、制御弁３０２０は流量測定部３０１０の下流側に配置されている。この制御弁３０２０は、液体の流れに対向するように配置されたピストン（弁）３０２１と、ピストン３０２１を駆動する圧電素子（駆動源）３０２２とを備えている。圧電素子（圧電アクチュエータ）３０２２はピストン３０２１の裏面に固定され、圧電素子３０２２とピストン３０２１とは一体的に構成されている。ピストン３０２１および圧電素子３０２２はピストン室３０２３に収容されている。流路３００１の一部はＴ字路となっており、ピストン３０２１は、Ｔ字路に流れ込む液体がピストン３０２１の前面にぶつかるように配置されている。圧電素子３０２２に電圧が印加されると圧電素子３０２２が伸縮し、これによりピストン３０２１を液体の流れ方向に沿って移動させてピストン３０２１の開度αを調整する。
ピストン３０２１の上流側には絞り部３００１ａが設けられており、ここで流路３００１を絞り込むことによりピストン３０２１による正確な流量調整を可能としている。上述したピストン室３０２３は有底円筒状に形成されており、このピストン室３０２３は流路３００１の外面に液密に固定されている。このような構成により、ピストン３０２１と流路３００１との隙間から液体が漏れた場合でも、液体がピストン室３０２３の内部に保持されるので、液体の外部への漏洩が防止される。
本実施形態に係る流量調整装置を組み込んだマイクロリアクタでは、試薬どうしの反応により流量調整装置の下流側で反応生成物が生成される。この場合、反応生成物の種類によっては、流量調整装置の下流側の液体の圧力が上昇し、流路１から液体が漏れるおそれがある。本実施形態によれば、有底円筒状のピストン室３０２３により液体の外部への漏洩を防止することができるので、正確な流量調整が可能となる。
次に、制御部３０３０について説明する。制御部３０３０は、時間差測定部３００９に接続された増幅器３０３２と、流量を一定に保つためのピストン３０２１の開度を決定する比較部（ＰＩＤ制御部）３０３３と、制御弁３０２０の圧電素子３０２２に印加する電圧を生成するピストン駆動回路３０３４とを備えている。増幅器３０３２は、時間差測定部３００９により算出された液体の流量（実流量）を表す信号を増幅し、増幅後の信号（実流量）を比較部３０３３に送る。比較部３０３３には設定流量（目標値）が予め入力されており、比較部３０３３は、実流量と設定流量とを比較し、実流量を設定流量に一致させるためのピストン３０２１の開度を演算する。比較部３０３３により演算されたピストン３０２１の開度はピストン駆動回路３０３４により電圧に変換される。そして、この電圧が圧電素子３０２２に印加され、圧電素子３０２２によりピストン３０２１が駆動される。このようにして、制御弁３０２０を通過する液体の流量が常に一定となるように制御部３０３０によって制御弁３０２０が制御される。
流量測定部３０１０の測定結果を制御弁３０２０の動作に速やかに反映させるためには、流量測定部３０１０と制御弁３０２０との間の流路３００１の距離はできるだけ短いことが好ましい。すなわち、下流側温度センサ３００４とピストン３０２１との距離は、好ましくは１０〜１００ｍｍ、より好ましくは１０〜５０ｍｍ、さらに好ましくは１０〜２０ｍｍである。また、制御弁３０２０に用いられる駆動源（アクチュエータ）には圧電素子のような応答性の優れたものを用いることが好ましい。このようにすることで、流路３００１を流れる流量の変動（脈動）を速やかに解消することができ、一定の流量を保つことができる。
この流量調整装置は、２種類またはそれ以上の液体を反応させる流体反応装置（マイクロリアクタ）に好適に用いられる。一般に、液体を混合させる混合空間が小さいほど、液体の混合が速やかに行われる。本実施形態に係る流量調整装置の流路３００１の内径は、好ましくは０．１〜５ｍｍであり、より好ましくは０．１〜２ｍｍであり、さらに好ましくは０．１〜１ｍｍである。また、微少量のみを取り扱い範囲とする場合には、最小径を０．０２ｍｍまでとすることも可能である。なお、流路の幅（内径）が小さくなると、液体を高圧で移送することが必要となってくる。本実施形態では、流量調整装置の出口（制御弁３０２０の下流側）における液体の圧力は１ＭＰａ〜１０ＭＰａ、２ＭＰａ〜５ＭＰａ、または３ＭＰａ〜４ＭＰａである。
取り扱う液体としては、試薬、有機溶媒、生化学物質などが挙げられる。したがって、流路３００１を構成する材料としては、耐食性を有するものであることが好ましい。また、上述したように、上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４は流路３００１の壁部を介して液体の温度を測定するため、流路３００１を構成する材料は、熱伝導性に優れ、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが好ましい。さらに、流路３００１を構成する材料は、液体の高圧に耐えうるものであることが好ましい。これらの点を考慮し、流路３００１を構成する材料の好ましい例として、ＳＵＳ３１６またはＳＵＳ３０４などのステンレス鋼、Ｔｉ（チタン）、石英ガラスまたはパイレックス（登録商標）ガラスなどの硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）などの樹脂が挙げられる。
ステンレス鋼またはＴｉを用いる場合は、流路３００１の壁部の肉厚は０．０１〜０．１ｍｍとすることが好ましく、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥなどの樹脂を用いる場合は、流路３００１の壁部の肉厚は０．５〜１ｍｍとすることが好ましい。熱伝導性を考えると、熱容量の小さいＴｉを用いることが好ましい。樹脂を用いる場合は、上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４が取り付けられる流路３００１の部位の肉厚を局所的に薄くして熱伝導率を向上させることが好ましい。
なお、流路３００１を上記材料の中から選択した複数の材料の組み合せから構成してもよい。例えば、流路３００１の接液部に耐食性のある材料を用い、その外側に耐圧性のある材料を重ねてもよい。また、液体の温度を正確に測定するためには、流路３００１を次のように構成することが好ましい。すなわち、上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４が設けられる部分を熱伝導率の高い材料で構成し、上流側温度センサ３００３と下流側温度センサ３００４との間の部分を熱伝導率の低い材料で構成する。このような構成によれば、流路３００１が温度測定に与える影響を小さくすることができ、また、温調機構３００２の熱が流路３００１を伝って下流側温度センサ３００４の測定値に影響を与えてしまうことを防止することができる。
図４４は、温調機構と上流側温度センサの他の構成例を示す断面図である。図４４に示す例では、ＰＴＦＥやＰＣＴＦＥなどのフッ素樹脂からなるケース本体３０１２に孔加工が施されて、長手方向に延びる流路３００１が形成されている。また、ケース本体３０１２には、この流路３００１に直交する方向に孔加工が施されて凹部３０１２ａが形成されている。このケース本体３０１２の凹部３０１２ａには、流路３００１を流れる液体を加熱するための構造体３０１３が挿入されている。
図４５（ａ）は、図４４のVII−VII線断面図である。図４４および図４５（ａ）に示すように、構造体３０１３は、流路３００１を構成する断面矩形状あるいは円形状の貫通孔３０１３ａが先端部に形成された円筒部３０１３ｂと、ケース本体３０１２の外側に位置する伝熱部３０１３ｃとを備えている。伝熱部３０１３ｃは、貫通孔３０１３ａが形成された端部とは反対側の端部に設けられている。なお、図４５（ａ）に示す例では、銅製の伝熱部３０１３ｃの外側を耐薬品性のあるチタン製の円筒部３０１３ｂで覆っているが、円筒部３０１３ｂと伝熱部３０１３ｃとを同一の材料により一体に形成してもよい。
円筒部３０１３ｂは、例えばＰＥＥＫなどの断熱性を有する材料からなる固定プレート３０１４をボルト３０１５でケース本体３０１２に固定することによりケース本体３０１２に固定される。また、ケース本体３０１２と円筒部３０１３ｂとの間には、シール部材３０１６が配置されており、このシール部材３０１６により液体の漏洩が防止されている。
構造体３０１３の伝熱部３０１３ｃにはヒータやペルチェ素子などの温調部材３０１７が取り付けられており、伝熱部３０１３ｃを介して温調部材３０１７からの熱が円筒部３０１３ｂに伝えられるようになっている。したがって、温調部材３０１７からの熱は、銅製の伝熱部３０１３ｃを伝わり、チタン製の円筒部３０１３ｂを経て貫通孔３０１３ａを通過する液体に伝達される。このように、流路３００１を流れる液体は、構造体３０１３の貫通孔３０１３ａを通過することにより加熱される。なお、銅製の伝熱部３０１３ｃや温調部材３０１７が直接液体に接触することはない。なお、温調部材３０１７にペルチェ素子などを用いて液体を冷却する場合には、熱の流れは上述のものと逆となる。
図４５（ｂ）は、上述した構造体の他の構成例を示す断面図である。チタンは耐薬品性があるものの、熱伝導率は銅よりも悪いため、図４５（ｂ）に示す例では、構造体３０１３の円筒部３０１３ｂと伝熱部３０１３ｃを銅材で一体に形成している。また、貫通孔３０１３ａは断面が円形などとなるように形成されている。貫通孔３０１３ａの内面および円筒部３０１３ｂの外面など液体に曝される部分には、耐薬品性を有する材料によってめっき処理がなされている。めっき処理のなされた円筒部３０１３ｂとケース本体との間には、液体の漏洩を防止するためのシール部材が配置される。このような構成により、温調部材からの熱が、より効率よく貫通孔３０１３ａを流れる液体に伝達される。
図４４に示すように、上流側温度センサ３００３は、流路３００１に直交する方向に形成された孔３０１２ｂに挿入されており、チタンなどの耐薬品性を有する金属からなるセンサホルダ３００３ａと、流路３００１に近い位置までセンサホルダ３００３ａの内部に挿入されたサーミスタ３００３ｂとを備えている。センサホルダ３００３ａの先端には、加熱部の構造体３０１３と同様に流路３００１を構成する貫通孔を設けてもよい。センサホルダ３００３ａの先端は流路３００１中の液体に接触するようになっているが、サーミスタ３００３ｂは、流路３００１を流れる液体には直接接触しないようになっている。このサーミスタ３００３ｂによって流路３００１を流れる液の温度を検出することができる。センサホルダ３００３ａは、ボルト３０１８によりケース本体３０１２に固定されている。また、ケース本体３０１２とセンサホルダ３００３ａとの間には、シール部材３０１９が配置されており、このシール部材３０１９により液体の漏洩が防止されている。なお、温調部材３０１７にペルチェ素子などを用いて液体を冷却する場合には、熱の流れは上述のものと逆となる。
なお、上述の例では、センサホルダ３００３ａをチタンなどの耐薬品性を有する金属から形成した例を説明したが、センサホルダ３００３ａを伝熱性のよい銅により形成し、液体に接触する部分には耐薬品性を有する材料によってめっき処理をしてもよい。このような構成とすれば、流路３００１を流れる液体の温度を効率よく検出することが可能となる。また、図４４では、上流側温度センサ３００３についてのみ述べたが、図４４に示す構造は、下流側温度センサ３００４にも適用できることは言うまでもない。
図４６は制御弁の他の構成例を示す拡大図である。上述したように、ピストン３０２１を駆動する駆動源には高圧の液体に抗してピストン３０２１を駆動させることが要求される。図４６に示す構成例では、駆動力を増すために、２つの圧電素子３０２２を積層させている。このような構成により、液体が高圧の場合であっても、ピストン３０２１の開度αを正確に調整することができ、流量を一定に保つことができる。なお、必要に応じて３つ以上の圧電素子を積層させてもよい。
次に、本発明の第２の実施形態について図４７を参照して説明する。図４７は本発明の第２の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した第１の実施形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
既に述べたように、流量測定部３０１０は、液体の温度変化を利用して流量を求めるため、周囲雰囲気の温度が変化すると、正確な流量を求めることができなくなる。そこで、本実施形態では、液体の温度を安定的に測定するために、環境温度制御機構３０１１を流量測定部３０１０に配置している。この環境温度制御機構３０１１は、上流側温度センサ３００３および下流側温度センサ３００４を気密に収容する隔壁３０１１ａと、隔壁３０１１ａの内部空間の温度を調整するペルチェ素子などの温調器３０１１ｂと、隔壁３０１１ａの内部空間の温度を測定する温度センサ３０１１ｃと、温度センサ３０１１ｃからの信号（内部空間の実温度）に基づいて温調器３０１１ｂを制御する温度制御器３０１１ｄを備えている。なお、温度制御器３０１１ｄとして、上述した温度制御部３００５を用いてもよい。
隔壁３０１１ａは断熱材から構成されている。温調器３０１１ｂは温度制御器３０１１ｄに接続されており、内部空間の温度を一定に保つように温度制御器３０１１ｄによって制御される。このように構成された環境温度制御機構３０１１によれば、上流側温度センサ３００３（すなわち第１の測定点Ｐ１）、下流側温度センサ３００４（第２の測定点Ｐ２）、およびその間に位置する流路３００１の部位の周囲の温度を一定に保つことができ、熱的外乱を遮断することができる。したがって、時間差測定部３００９は正確な流量測定を行うことができ、結果として、高い精度で流量を一定に保つことができる。
次に、本発明の第３の実施形態について図４８を参照して説明する。図４８は本発明の第３の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した第１の実施形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
図４８に示すように、本実施形態では、上流側温度センサ３００３が省かれており、時間差測定部３００９は温調機構３００２および下流側温度センサ３００４に接続されている。本実施形態では、第１の測定点Ｐ１は温調機構３００２の位置となる。
ここで、本実施形態の流量測定部３０１０により流量が測定される原理について図４９を参照して説明する。流路３００１を流れる液体は温調機構３００２により加熱され、加熱開始時刻ｔ１が時間差測定部３００９に記録される。このとき、温調機構３００２（すなわち第１の測定点Ｐ１）では、液体の温度は温度カーブＴ３で示すように所定の変化率で上昇する。加熱された液体は流路３００１を流れ、やがて第２の測定点Ｐ２を通過する。このとき、下流側温度センサ３００４により温度カーブＣ３が検出される。そして、時間差測定部３００９により、温度カーブＴ３の立ち上がり時点ｔ１と温度カーブＣ３の立ち上がり時点ｔ２との時間差Δｔが求められ、上述した式により液体の流量が算出される。なお、図４２を参照して説明した例と同様に、２つの温度カーブのピークが現れる時間差を測定してもよい。
図４８に示すように、本実施形態の制御弁３０２０では、ピストン３０２１に代えて円柱状のスプール３０２４が用いられている。このスプール３０２４は流路３００１のＴ字路に配置されており、その先端は流路３００１に摺動可能に嵌め込まれている。スプール３０２４の端部には磁性体（例えば鉄心）３０２５が取り付けられており、磁性体３０２５の周囲には電磁石３０２６が配置されている。電磁石３０２６と流路３００１との間にはシール部材３０２７が配置されており、このシール部材３０２７により液体の漏洩が防止されている。磁性体３０２５は電磁石３０２６により形成された電磁力により駆動され、これによりスプール３０２４がその軸方向に沿って移動する。なお、このような構成を有する制御弁３０２０は、ソレノイドバルブ（電磁弁）と呼ばれている。
図５０は図４８に示すスプールの斜視図である。図５０に示すように、スプール３０２４の側面には、斜めに延びる溝３０２４ａが形成されている。溝３０２４ａは三角形状の断面を有しており、その断面の大きさは軸方向位置に応じて変化する。すなわち、溝３０２４ａの断面はスプール３０２４の先端において最も大きく、断面位置が反対側端部に向かうにしたがって徐々に小さくなる。液体はこの溝３０２４ａを通って流れるので、スプール３０２４を軸方向に移動させることにより流量を調整することができる。この場合、スプール（弁）３０２４の開度αは、流路３００１から突出した溝３０２４ａの長さによって表すことができる。
本実施形態の制御部３０３０は、ピストン駆動回路に代えて、スプール駆動回路３０３５を備えている。このスプール駆動回路３０３５は、比較部３０３３により演算されたスプール３０２４の開度を電流に変換し、この電流が電磁石３０２６に供給されることでスプール３０２４が移動する。このようにして、制御弁３０２０を通過する液体の流量が常に一定となるように制御部３０３０によって制御弁３０２０が制御される。なお、液体が高圧であっても正確に流量を一定とするために、大きな電磁力を発生させることができる電磁石を用いることが好ましい。
次に、本発明の第４の実施形態について図５１を参照して説明する。図５１は本発明の第４の実施形態に係る流量調整装置を示す模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した第１の実施形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
図５１に示すように、本実施形態の制御弁３０２０は、ピストン３０２１に代えて逆三角錐形状のポペット３０４１を備えている。このポペット３０４１は、流路３００１のＴ字路に位置しており、その先端が液体の流れに対向するように配置されている。ポペット３０４１にはシャフト３０４２が一体的に固定されており、このシャフト３０４２は有底円筒状のシャフトガイド３０４３に嵌合されている。シャフトガイド３０４３の外周面には歯車３０４４が設けられており、この歯車３０４４は、サーボモータ３０４５に連結された歯車３０４６と噛み合っている。シャフト３０４２は、キーやキー溝などの回転防止機構（図示せず）により回転しないように構成されている。なお、ポペット３０４１、シャフト３０４２、およびシャフトガイド３０４３とは同軸上に整列されている。
シャフトガイド３０４３と流路３００１との間にはシール部材３０４７が配置されており、液体が流路３００１から漏洩してしまうことが防止されている。シャフト３０４２の外周面には雄ねじ３０４２ａが形成され、シャフトガイド３０４３の内周面には、雄ねじ３０４２ａに噛み合う雌ねじ（図示せず）が形成されている。このような構成により、サーボモータ３０４５によりシャフトガイド３０４３を回転させると、ポペット３０４１がＴ字路の開口部に対して垂直方向に移動し、これによりポペット（弁）３０４１の開度αが調整される。なお、サーボモータの代わりにステッピングモータを使用してもよい。
本実施形態の制御部３０３０は、ピストン駆動回路に代えて、ポペット駆動回路３０４８を備えている。このポペット駆動回路３０４８は、比較部３０３３により演算されたポペット３０４１の開度を電流に変換し、この電流がサーボモータ３０４５に供給されることでポペット３０４１が移動する。このようにして、第１の実施形態と同様に、制御弁３０２０を通過する液体の流量が常に一定となるように制御部３０３０によって制御弁３０２０が制御される。なお、液体が高圧であっても正確に流量を一定とするために、大きなトルクを発生させることができるサーボモータまたはステッピングモータを用いることが好ましい。
なお、上述した実施形態は、必要に応じて組み合わせることができる。例えば、第２の実施形態に係る環境温度制御機構３０１１を第３および第４の実施形態に組み込んでもよい。また、上述した実施形態に係る流量調整装置は、液体のみならず気体の流量を測定し、かつ制御することもできる。
次に、上述した本発明の一実施形態に係る流量調整装置を組み込んだ流体反応装置（マイクロリアクタ）について説明する。図５２乃至図５４（ｂ）は本発明の一実施形態に係る流量調整装置を組み込んだ流体反応装置の全体構成を示す図である。なお、以下に述べる流体反応装置は、２種類またはそれ以上の液体を混合し、反応させるために用いられる装置である。
図５２，図５３，図５４（ａ），および図５４（ｂ）に示すように、流体反応装置は、全体が１つの設置スペースに設置されてパッケージ化されている。この構成例では、この設置スペースは長方形であり、長手方向に沿って４つの領域に区画される。すなわち、一端側の第１の領域は、原料液を貯留する複数の貯留容器３１１０（図５２では２つの貯留容器３１１０Ａ，３１１０Ｂのみを示す）が設置された原料貯留部３１０１であり、それに隣接する第２の領域は、貯留容器３１１０の原料液を移送するポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂなどが設置された配液部３１０２となっている。第２の領域に隣接する第３の領域は、原料液を混同させる混合部（混合チップ）３１４０および混合された原料液を反応させる反応部（反応チップ）３１４２を有する処理部３１０３となっている。他端側の第４の領域は、処理の結果得られた生成物を導出して貯留する生成物貯留部（回収容器設置スペース）３１０４である。
また、この流体反応装置は、各部の動作の制御を行うコンピュータである動作制御部３１０６と、温度調整ケース３１４６に熱媒体を流して処理部３１０３の温度調整を行う熱媒体コントローラ３１０７を備えている。また、動作制御部３１０６には、図５２に示すように、液体の流量と温度をモニタできる流量モニタ３２７０および温度モニタ３２７２が搭載されている。なお、この構成例では、動作制御部３１０６と熱媒体コントローラ３１０７は流体反応装置と別置きになっているが、勿論一体でも良い。図５３に示すように、第２〜第４の領域の床下部分には配管室３１０５が形成され、ここには混合部３１４０および反応部３１４２へ加熱又は冷却用の熱媒体を送るための配管が設けられている。
このように、上流側から下流側へと各部を配置することによって液体の流れを円滑にし、かつ装置全体をコンパクトにまとめることができる。この構成例では、各部の配列を直線状にしたが、例えば、全体が正方形に近いスペースであれば、各部を液体の流れがループを形成するように構成してもよい。
図５３において、符号３２５０は装置下部に設けられた液溜めパンであり、符号３２５２は液溜めパン３２５０上に設置された漏液センサを示す。またこの装置例では、配液部３１０２、処理部３１０３、生成物貯留部３１０４は隔壁３２５４，３２５６により区画されており、各部にはカバー３２５８，３２６０，３２６２が取り付けられて装置外部とこれらを隔離している。符号３２６４は排気ポートであり、図示しない排気ファンに接続されている。そして、装置内の圧力を装置外より負とすることで装置内の有毒ガスが外部に漏出することを防いでいる。
図５２に示す原料貯留部３１０１には、２つの貯留容器３１１０Ａ，３１１０Ｂが設置されているが、必要に応じて３つまたはそれ以上の貯留容器を使用してもよい。例えば、同じ液体を２つの貯留容器に収容し、これらを交互に切り換えて用いることにより、処理を継続的に行うことができる。なお、原料貯留部３１０１に、ライン洗浄用のアセトンなどの有機溶剤、塩酸、純水などが入った洗浄液容器３１１２や、パージ用の窒素ガスが封入された圧力源３１１４を設けてもよい。また、廃液容器３１３６を原料貯留部３１０１に置いてもよい。
配液部（導入部）３１０２には、貯留容器３１１０Ａ，３１１０Ｂに輸送管３１２１Ａ，３１２１Ｂを介して接続されたポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂが設置されている。図５２におけるポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂには遠心式ポンプが使用されている。また、配液部３１０２は、ポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂの下流側に配置された流量調整装置３３００Ａ，３３００Ｂ、リリーフ弁３１２２Ａ，３１２２Ｂ、圧力測定センサ３１２４Ａ，３１２４Ｂ、流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂ、および逆洗ポンプ３１３０を有している。流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂは、輸送管３１２１Ａ，３１２１Ｂの他に、洗浄液容器３１１２や、圧力源３１１４にそれぞれ接続されている。逆洗ポンプ３１３０は、混合部３１４０や反応部３１４２の流路内が生成物によって閉塞した場合に用いられる。逆洗ポンプ３１３０は洗浄液を貯留する洗浄液容器３１１２に接続され、さらに流路切換弁３１３２を介して反応部３１４２の出口に接続される。逆洗ポンプ３１３０により移送される洗浄液は通常の流れと逆に流れる。すなわち、洗浄液は、反応部３１４２の出口から混合部３１４０の入口に向かって流れ、流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂを経て廃液口３１３４から図示しない配管を通って廃液貯留容器３１３６に入れられる。
逆洗ポンプ３１３０は吐出圧力が高く、洗浄液に脈動を起こさせて生成物を除去することが可能なように１本ピストン型のポンプが好ましい。洗浄液としては、有機溶剤、塩酸、硝酸、りん酸、有機酸、純水などが好適に用いられる。有機溶剤の例としては、アセトン、エタノール、メタノールなどが挙げられる。図５２に示す導入口３２４０は、外部から純水や水素水を導入する場合に設けられたもので、洗浄液容器３１１２内の洗浄液の代わりに洗浄に使用できる。
図５５は、原料液の予備加熱（予備温度調整）と混合を行うための混合部３１４０を示すもので、３枚の薄板状の基材である上板３１４４ａ、中板３１４４ｂ、下板３１４４ｃが接合されて全厚さ５ｍｍの混合部３１４０が形成されている。なお、以下に説明する流路はいずれも中板３１４４ｂの表面に形成された溝である。上板３１４４ａを貫通して形成された２つの流入ポート３１４７Ａ，３１４７Ｂは、中板３１４４ｂの上面に形成されたそれぞれ２つの予備加熱流路３１４８Ａ，３１４８Ｂに連通する。これらの予備加熱流路３１４８Ａ，３１４８Ｂはそれぞれ途中で分岐しかつそれぞれ拡大し、再度合流する。さらに、予備加熱流路３１４８Ａ，３１４８Ｂはそれぞれ出口流路３１５０Ａ，３１５０Ｂに連通し、これらの出口流路３１５０Ａ，３１５０Ｂは合流部３１５２に通じている。出口流路３１５０Ａは、中板３１４４ｂの上面に、出口流路３１５０Ｂは中板３１４４ｂの下面に形成されている。
図５６は図５５に示す合流部の拡大図である。図５６に示すように、合流部３１５２は、出口流路３１５０Ａ，３１５０Ｂに通じる円弧状の溝として中板３１４４ｂの上下面にそれぞれ形成されたヘッダ部３１５４，３１５５と、このヘッダ部３１５４，３１５５から円弧の中心に向かって延びる複数の分液流路３１５６，３１５７と、これらの分液流路３１５６，３１５７が合流する合流空間３１５８とを有している。分液流路３１５６，３１５７と合流空間３１５８は中板３１４４ｂの上面に形成され、分液流路３１５６，３１５７は交互に配置されている。下面側のヘッダ部３１５５と分液流路３１５７とは、中板３１４４ｂを貫通する連絡孔３１５７ａにより連通している。合流空間３１５８は、下流側に向けて幅が徐々に小さくなるように形成され、中板３１４４ｂおよび下板３１４４ｃを貫通して形成された流出ポート３１６０に連通している。
図５６に示す例では、合流空間３１５８の入口側の開口面３１５９において分液流路３１５６が５本、分液流路３１５７が４本、交互に配置されている。分液流路３１５６，３１５７からそれぞれ流出した２種類の液体は、合流空間３１５８内で縞状の流れを形成しつつ下流側に流れ、合流空間３１５８の流路幅が徐々に縮小するに従い、強制的に両液が混合される。この例では、合流空間３１５８の流路幅は最終的に４０μｍに達する。加工技術精度を上げれば、流路幅を１０μｍにすることも可能である。
図５７（ａ）は図５２に示す反応部を示す平面図、図５７（ｂ）は図５７（ａ）に示す反応部の断面図である。この例では、２枚の基材３１４４ｄ，３１４４ｅが接合されて厚さ５ｍｍの反応部３１４２が構成されている。この反応部３１４２では、反応流路３１６２が蛇行しており、長い流路を効率的に提供している。反応流路３１６２は、入口ポート３１６４および出口ポート３１６５にそれぞれつながる連絡部３１６２ａ，３１６２ｃと、連絡部３１６２ａ，３１６２ｃに連通する蛇行部分３１６２ｂとを有しており、連絡部３１６２ａ，３１６２ｃの幅は狭く、蛇行部分３１６２ｂの幅が広く形成されている。したがって、出入口部分では液体が急速に流れ、副生成物の付着を防止しており、蛇行部分３１６２ｂでは緩やかに流れて、加熱と反応の時間を長く取ることができるようになっている。
図５８（ａ）および図５８（ｂ）に示すのは、反応流路の幅が除々に小さくなる部分３１６３ａと除々に大きくなる部分３１６３ｂを持つ反応部の他の構成例である。この反応部３１４２ａには、基材３１４４ｄ，３１４４ｅの間に、幅寸法が最大ａから最小ｂの範囲で増減する反応流路３１６３が形成されている。幅寸法の増減に合わせ、深さを増減させてもよい。この例では、反応流路３１６３の断面積が一定になるよう深さが最大ｃから最小ｄの範囲で変化するようになっている。
図５８（ｃ）は、反応流路の他の構成例を示す横断面図である。この反応部３１４２ｂでは、反応流路３１６３ｃは、その幅ｅが深さｆより大きい扁平形状を有しており、熱触媒からの熱の伝達方向（矢印で表示）に交差する広い伝熱面を有するので、反応流路３１６３ｃ内の液体に熱の伝達が有効に行われる。なお、合流空間３１５８や反応流路３１６２，３１６３に、適当な触媒を配置することは反応を促進するために有効である。このような触媒は反応の種類に応じて選択される。配置の仕方は、例えば、流路の内面に塗布したり、後述するような流路の障害物として配置することができる。
混合部３１４０および反応部３１４２の少なくとも流路を形成する素材としては、例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、Ｔｉ、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（PolyChloroTriFluoroEthylene）の内から、耐薬品性、耐圧性、熱伝導性、耐熱性等を考慮して、好ましいものを選択する。混合部３１４０および反応部３１４２の接液部の材質は、表面からの溶出が少なく表面触媒修飾が可能で、ある程度の耐薬品性を持ち、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが望ましい。
図５９は、混合部および反応部の温度を調整する温度調整ケースの構成を示す斜視図である。なお、以下の説明では、反応部３１４２の温度を調整する温度調整ケース３１４６についてのみ述べるが、混合部３１４０のための温度調整ケース３１４６も同様の構成を有しており、その重複する説明を省略する。温度調整ケース３１４６は、内部に反応部３１４２を収容する空間３１７０が形成されたケース本体３１７２と該空間３１７０を覆う蓋部３１７４とを備えており、これらの内面には、平行に延びる複数の熱媒体流路を構成する溝３１７６が形成されている。ケース本体３１７２には、溝３１７６に連通する給液路３１７８と排液路３１８０（図５２参照）が形成され、これらの給液路３１７８と排液路３１８０はそれぞれ熱媒体コントローラ３１０７に接続されている。給液路３１７８は、蓋部３１７４の溝３１７６に開口３１７９を介して連通し、排液路３１８０も蓋部３１７４の溝３１７６に図示しない開口を介して連通している。この例では、溝３１７６を流れる熱媒体は反応部３１４２の表裏面に直接接触し、反応部３１４２は温度調整ケース３１４６に完全に収容された状態で加熱（または冷却）される。
図示しないが、熱媒体コントローラ３１０７には、熱媒体の温度を制御する制御機構と熱媒体を移送するポンプが内蔵されている。図５２に示すように、熱媒体は熱交換器３１８２を通過後、混合部３１４０および反応部３１４２の温度調整ケース３１４６に供給されるようになっている。熱交換器３１８２は例えば冷却用の市水の量を変えることで混合部３１４０および反応部３１４２に供給される熱媒体の温度を独立に変えられるようになっている。
図６０（ａ）乃至図６０（ｄ）には、温度調整ケース３１４６の他の例が示されており、ここでは、熱媒体流路３１９２はケース本体３１７２と蓋部３１７４のそれぞれの内部に形成されている。給液路３１７８は、図６０（ｃ）に示すように、給液配管３１８８の先端が挿入された二重管の構成となっており、細い連通路３１９０を介して熱媒体流路３１９２に連通している。排液側も同様の構成である。図６０（ｂ）に示すように、混合部３１４０を収容する温度調整ケース３１４６と反応部３１４２を収容する温度調整ケース３１４６とは、ボルト３１９４、ナット３１９５およびスペーサ３１９６を介して積層して結合されている。
図６０（ｂ）には、温度調整ケース３１４６に収容された混合部３１４０および反応部３１４２への液体の供給・排出の経路が示されている。すなわち、それぞれの液体は、温度調整ケース３１４６を貫通して形成された流通路３１９８を介して混合部３１４０へ流出入する。また、混合部３１４０と反応部３１４２との間の液体の流通は、温度調整ケース３１４６の流通路３１９８を連絡する連絡通路３２００を介して行う。図６０（ｄ）には、反応部３１４２の液の流入部と流出部の構造が説明されている。液の流れを下方向へ向かわせるために、通常は混合部３１４０および反応部３１４２の液の入口は上面に、出口は下面にそれぞれ形成する。
図５２に示すように、反応部３１４２の流出口３２０２は、回収配管３２０４を介して生成物貯留部３１０４に接続されている。生成物貯留部３１０４には、冷却用の熱交換器３２０６、流路切換弁３１３２の下流側に回収容器３２０８が設けられている。回収容器３２０８が置かれる生成物貯留部３１０４は、他の領域から温度等の影響を受けないように、また生成物から発生する可能性のある有毒ガスが外部に漏洩しないように隔離されている。
図６１は、生成物貯留部３１０４の他の構成例を示すもので、複数の回収容器３２０８が回転テーブル３２１２上に設置されている。この例では、回収容器３２０８は２個であり、回転テーブル３２１２を移動させるアクチュエータ３２１４は１８０度回転型ロータリーアクチュエータである。勿論、回収容器３２０８の数やアクチュエータ３２１４の種類は適宜に選択可能である。図５２に示す動作制御部３１０６は、回収容器３２０８の液面を検知する液面検知センサ３２１１ｂからの信号により、回収容器３２０８の交換時期を判断し、流路切換弁３１３２（図５２参照）により液流を止め、回収口３２１０の下流に設けた光学的流体検知センサ３２１１ａにより液流の停止を確認して、アクチュエータ３２１４を作動させて他の回収容器３２０８を回収口３２１０の下方に移動させる。
次に、上記のように構成された流体反応装置により、薬液等の液体（原料液）を反応させる工程について説明する。なお、流体反応装置の動作は基本的に動作制御部３１０６によって自動制御される。まず、原料貯留部３１０１において、原料液を貯留した貯留容器３１１０Ａ，３１１０Ｂに用意しておく。熱媒体コントローラ３１０７により熱媒体の温度を設定し、熱交換器３１８２を通過させる市水の量を調整して各熱媒体の温度をそれぞれ調整し、混合部３１４０および反応部３１４２の温度調整ケース３１４６へ熱媒体を流通させてこれらを所定の温度に維持する。熱媒体の温度は、温度調整ケース３１４６の入口に設けた温度センサ３２１６，３２１８により測定される。
この例では、原料液を処理部３１０３に供給する前に、混合部３１４０および反応部３１４２内の流路に純水等の洗浄液を流して予め洗浄する。流路を洗浄している間、洗浄液の温度を混合部３１４０の出口の温度センサ３２２０および反応部３１４２の出口の温度センサ３２２２で測定し、洗浄液の温度を熱媒体コントローラ３１０７にフィードバックする。このようにして、混合部３１４０および反応部３１４２を所定の温度に調整する。
混合部３１４０および反応部３１４２の温度が調整され、流路の洗浄を終えてから、流路切換弁３１３２を切り換え、ポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂを駆動して、貯留容器３１１０Ａ，３１１０Ｂ内の原料液をそれぞれ移送する。原料液は、流量調整装置３３００Ａ，３３００Ｂにより所定の流量に調整され、その後、混合部３１４０、反応部３１４２、流出口３２０２、回収口３２１０を経て回収容器３２０８に至る。なお、流路切換弁３１３２はアクチュエータにより作動する自動弁としており、この動作は自動運転も可能である。
混合部３１４０においては、原料液は予備加熱流路３１４８Ａ，３１４８Ｂ（図５５参照）において所定の温度に加熱された後、合流部３１５２において合流し、混合する。その際、各液は、図５６に示すように、ヘッダ部３１５４，３１５５から分液流路３１５６，３１５７を経由して合流空間３１５８に流入する。合流空間３１５８の断面は下流へ向かうに従い徐々に減少するので、マイクロサイズの流れが規則的に混在し、フィックの法則に則って迅速に混合する。その状態で、所定の温度に維持された反応部３１４２の反応流路３１６２に流入すると、反応は、物質移動や熱伝導の制約を受けずに迅速に進行する。したがって、量産手段として充分実用的であるとともに、反応速度の早い爆発性の反応でも低温下で行う必要がなくなる。また、この例では、反応流路３１６２の幅が合流空間３１５８の幅に比べて充分広く形成されているので、反応速度が遅い場合でも充分な時間をかけて行うことができ、高い収率を得ることができる。
得られた生成物は、反応流路３１６２の流出口３２０２から回収配管３２０４を経由して熱交換器３２０６に送られ、ここで冷却されて、回収口３２１０より回収容器３２０８に流入する。貯留容器３１１０Ａ，３１１０Ｂが空になったり、回収容器３２０８が満杯になったら、動作制御部３１０６によりポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂの運転を停止させて処理を終了させる。この場合、貯留容器３１１０Ａ，３１１０Ｂの他に、追加の貯留容器を原料貯留部３１０１に予め用意しておけば、流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂを切り換えることにより、運転を停止させることなく連続的な処理が可能である。なお、反応に時間が掛かる場合には、混合部３１４０および反応部３１４２内に液を一定時間閉じ込めてバッチ運転することも可能である。流路切換弁３１２６Ａ、３１２６Ｂも自動弁であるのでこれらの動作は自動運転も可能である。
バッチ運転の方法は、ポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂを一時停止してもよいし、流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂを切り換えて、処理部３１０３への液体の流入を停止させてもよい。これにより、液体の反応時間が長い場合でも反応流路３１６２の長さを長くする必要がなくなる。バッチ運転の際は、合流空間３１５８および／または反応流路３１６２に液体が充満されたことを検知する充満検知手段を用いて運転制御を行うことが好ましい。これは、例えば、図６１に示すような光学的流体検知センサが用いられる。これにより、合流空間３１５８および／または反応流路３１６２に液体が充満されたと判断した時点で、ポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂを停止させまたは第１の流路切換弁を切換え、液体を反応終結時間に適応する一定時間合流空間３１５８および／または反応流路３１６２に滞留させておく。
なお、本発明に係る流量調整装置３３００Ａ，３３００Ｂによれば、液体の流量を正確に測定することができるので、測定された流量と液体の供給時間から液体の供給量を求めることができる。したがって、動作制御部３１０６は液体の供給量に基づいて生成物の生成量を調整することができ、また流体反応装置の動作を制御することができる。例えば、液体の供給量が所定の値に達したときに動作制御部３１０６がポンプ３１１６Ａ，３１１６Ｂの運転を停止させる、または流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂを切り換えるようにしてもよい。このように、本発明に係る流量調整装置を流体反応装置に組み込むことにより、動作制御部３１０６は液体の供給量に基づいて流体反応装置の各部の動作を制御することができる。
図６２（ａ）および図６２（ｂ）は、混合部３１４０における合流部の他の構成例を示すものである。この合流部３１５２ａは、Ｙ字状の合流空間３１５８ａに、障害物３２２４を一定間隔ａで所定の距離Ｌに亘って配置したものである。この例では、直径５０μｍ以下である柱状の障害物３２２４を、合流点からＬ＝５ｍｍに亘って配置した。図６２（ｂ）に示すように、各障害物３２２４は隣接するものが流れ方向にピッチの半分だけずれるように、千鳥状に配置されている。これによって液体Ａおよび液体Ｂの界面３１２５が蛇行するので２つの液体の界面面積（接触面積）を大きくすることができる。図６３に示す合流部３１５２ｂでは、合流空間３１５８ｂの中央部に一列の障害物３２２４を流れ方向に沿って千鳥状に配置したもので、同様に界面面積を大きくすることができる。これは、狭い合流空間３１５８ｂで採用するのに好適である。
図６４は、流体反応装置の処理部３１０３の他の構成例を示すものである。これは、図５２の処理部３１０３において、混合部３１４０と反応部３１４２との組み合わせをそれぞれ有する２系統Ｒ１，Ｒ２設け、さらに配液部３１０２の流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂを用いて２種類の原料液をいずれの系統Ｒ１，Ｒ２にも供給可能にしたものである。このように、２系統を用いることで、必要に応じて処理量を増やすことができるが、その他にも種々の使用方法が有る。例えば、反応生成物が固体粒子を析出しやすく、配管途中で詰まりやすい場合などでは、一方の系統を予備として使用する。また、流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂで移送ラインを交互に切り換えて、上述したバッチ運転を連続的に行うことができる。勿論、３系統以上の移送ラインを適宜に並列して設けることができる。この場合も流路切換弁３１２６Ａ，３１２６Ｂは自動操作が可能である。
図６５は、処理部３１０３において反応部を複数直列に配置した例を示す。この例では、１つの混合部３１４０と３つの反応部３１４２ａ，３１４２ｂ，３１４２ｃが直列に接続されており、それぞれに温度センサ３２２０，３２２２ａ，３２２２ｂ，３２２２ｃが設けられている。この例では、反応の段階に応じて反応部３１４２ａ，３１４２ｂ，３１４２ｃを独立して温度制御することが可能となっている。この構成は、生化学反応のように反応時間と反応温度を大胆に且つ瞬時に変化させたい反応に適している。たとえば反応部３１４２ａでは１００℃で反応させ、反応部３１４２ｂでは−２０℃で反応させるというような反応もこのシステムでは可能になる。
図６６は、処理部３１０３において混合部を複数設けた例である。この構成例では、Ａ液とＢ液を混合し反応させる第１の混合部３１４０および反応部３１４２が設けられ、この反応部３１４２の下流側に第２の混合部３１４０ａが設けられている。この混合部３１４０ａではポンプ３１１６Ｃから輸送された第３の原料液または反応剤であるＣ液がＡ液とＢ液と合流し、混合する。これらの２つの混合部３１４０，３１４０ａと１つの反応部３１４２の温度は個別に制御される。なお、Ｃ液は反応停止剤でもよい。
この構成例では、インライン収率評価器３２２６が第２の混合部３１４０ａの流出口３２０２に直接接続されている。これにより、化学反応の結果の収率をリアルタイムで確認でき、直ぐにプロセスパラメータへフィードバックすることが可能となる。インライン収率評価器３２２６としては、被測定物を分離せずに測定可能な方法として赤外分光、近赤外分光、紫外吸光等の方法がある。
この構成例では、さらに、反応生成物の中から不要な物質と必要な物質を分離する分離抽出部３２２８が第２の混合部３１４０ａの下流側に設けられている。図示するように、分離抽出部３２２８は、Ｙ字形の分離流路３２３４を有している。第２の混合部３１４０ａからの液体は分離流路３２３４により２つの流れに分岐され、１つは物質内の疎水性分子のみを通過させる疎水性壁面３２３０から形成された流路に、他方は物質内の親水性分子のみを通過させる親水性壁面３２３２から形成された流路に流れ込む。分離した物質は、それぞれ回収配管３２０４，３２０４ａを介して回収容器３２０８，３２０８ａに回収される。分離抽出部３２２８としては、その他に、疎水性物質だけを吸着可能な膜やポーラスフリットを使用することも考えられる。
図６７は、混合・反応と分離抽出を繰り返して連続処理するための構成例である。すなわち、Ａ液とＢ液を処理する混合部３１４０ａ、反応部３１４２ａ、および分離抽出部３２２８ａが上流側に配置され、分離抽出部３２２８ａから抽出された液体とＣ液を処理する混合部３１４０ｂ、反応部３１４２ｂ、および分離抽出部３２２８ｂが下流側に配置されている。Ａ液とＢ液が反応した後の不要物質は分離抽出部３２２８ａの排出口３２３４ａから系外に出され、Ｃ液を加えた第２の反応における不要物質は分離抽出部３２２８ｂの排出口３２３４ｂから系外に出される。さらに、分離抽出部３２２８ｂから抽出された液体と第４の液であるＤ液を混合させる混合部３１４０ｃが設けられている。なお、Ｄ液は反応停止剤でもよく、他の原料溶液でも良い。混合部３１４０ｃの下流側にインライン収率評価器３２２６を設けても良い。
図６８（ａ）には、図６７の各部を積層化した構成が示されている。液体は下方へ流れる。混合部３１４０ａ、反応部３１４２ａ、分離抽出部３２２８ａ、混合部３１４０ｂ、反応部３１４２ｂ、分離抽出部３２２８ｂ、および混合部３１４０ｃは、温度調整ケース３１４６にそれぞれ収容され、さらにボルト３１９４、ナット３１９５、スペーサ３１９６によって所定の間隔をおいて積層化されている。各部間の液の移動は連絡通路３２００（図５５（ｂ）参照）を介して行われる。各部の間には空気を介在させ、空気の断熱性を利用して他の部の熱影響を受けないようにして、温度制御の精度を向上させている。図６８（ｂ）に示すように、各温度調整ケース３１４６の周りを気泡を含んだクリーンなシリコン部材３２３６等の断熱材で覆うのが好ましい。
この流体反応装置に導入される流体は液体、気体であり、回収される物質は液体、気体、固体またはこれらの混合体である。導入物質が粉体などの固体の場合は原料貯留部３１０１に粉体溶解器を設置することも可能である。図６９は、２つの原料液のうち、一方が粉体を溶解した溶液、他方は元々液体の場合の原料貯留部３１０１の構成例である。原料の粉体と溶媒は粉体溶解器３２４０の原料導入口３２４２から導入される。この例では、原料粉体をヒータ３２４４による加熱と攪拌器３２４６による攪拌によって溶解し、生成した原料液を、取出し口３１４８に引き込まれた配管３２４９より、ポンプ３１１６Ａによって、混合部３１４０および反応部３１４２に送り込むようになっている。
このように、本発明に係る流量調整装置は、微小空間で流体を混合させ反応させる流体反応装置（マイクロリアクタ）に好適に用いることができる。本発明は、今まで述べた実施の形態に限定されるものではなく、また図示例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。
流量測定装置および流量調整装置
本発明は、さらに、本発明の流体反応装置及び流体混合装置において使用することができる流量調整装置にも関する。
上述した目的を達成するための本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１） 流路を流れる流体を所定の温調位置において短時間温調する温調機構と、前記流路の前記温調位置より下流側の温度測定位置に配置された少なくとも１つの主温度センサとを備え、前記主温度センサにより観測した温度測定位置における温度変化に基づいて温調された流体の通過時を判断し、この判断結果に基づいて流量を算出する流量測定装置において、前記流路の前記温調位置より上流側に副温度センサを設置し、前記主温度センサの温度測定値を前記副温度センサの測定値により補正することを特徴とする流量測定装置。
（１）に記載の発明においては、流路の上流側に設置した副温度センサにより、流体の移動に起因する温度変化を受けていない流路の温度が測定される。従って、主温度センサの温度測定値を副温度センサの測定値により補正することにより、外乱の影響を除いた流体の温度変化を検出することができる。従って、温調された流体の通過時をより正確に判断し、この判断結果に基づいてより正確に流量を算出することができる。
副温度センサの配置個所は、主温度センサの測定位置における外乱（例えば配管を伝わる温調機構の熱）の影響を測定することができるような箇所であり、通常、温調位置に対して主温度センサと対称の位置、あるいは曲線的配管であれば等距離の位置である。従って、複数の主温度センサに対してそれぞれ副温度センサを設置する場合には、それぞれに対応する位置に設置する。この位置は、現場の状況に応じて正確に対称な位置とは限らないので、流量がゼロの時の等温点を探すようにしてもよい。
本発明によって流体の流量が測定される原理について図７３を参照して説明する。図７３（ａ）において、縦軸は温度を表し、横軸は時間を表している。まず、温調機構により流体に符号ＨＬで示すように熱負荷を与えて、所定の変化率で温度を上昇させる。このとき、流体が流路内を流れていると、第１の測定点Ｐ１と第２の測定点Ｐ２では、それぞれＳ１，Ｓ２のような温度変化が見られる。その内の配管を経由する熱伝導等による温度変化をｓ１、ｓ２とすると、実際の流体の温度変化はその差分、すなわち、図７３（ａ）において細線を付した部分である。これは、図７３（ｂ）において、曲線ΔＳ１，ΔＳ２として示されている。曲線ΔＳ１，ΔＳ２のピークの部分は、温調位置Ｐｈにおいて温調を受けた液体の中心点を測温していると考えられるので、その時間差Δｔは、流体がＰ１，Ｐ２間を移動する時間に相当すると考えられる。従って、流体の流量は以下の式から求めることができる。
流量＝温度測定点間の距離(Ｄ)×流路断面積÷時間差(Δｔ)
流体の比重、比熱、粘度が異なっても、流体の平均流速が同一の条件下では、上流側の温度カーブと下流側の温度カーブとの時間差は流量のみに依存するので、上記の流量の求め方は変わらない。例えば、図７２に示すように、流体の粘度が変わっても、最大流速が変わるのみで平均流速（すなわち流量）は変わらない。したがって、２つの測定点に現れる温度カーブの時間差を測定すれば、流体の物性の影響を受けずに正確な流量測定が可能になる。
流量が０．０１〜１０Ｌ/ｈさらには０．０１〜２Ｌ/ｈと少ない場合では、流路の内径が２ｍｍ以下と小さく、レイノルズ数は小さくなるため流体の流れが層流となる。したがって、流路内での流速分布を示すカーブに乱れが無くその形状が安定していることが温度変化の時間差に基づく流量の測定を可能にしている。これにより種々の試薬を用いた試験を行う場合であっても、事前に試薬の比熱、比重、および粘度などの物性値を把握することが不要となり、単に目標とする流量を設定するだけで所望の流量を得ることができる。
本発明に用いられる流体の例としては、試薬、有機溶剤、生化学物質などが挙げられる。例えば、医薬品の開発段階においては、数多くの試薬を用いて、濃度、溶媒、温度などの条件を様々に変化させて試験を行う、いわゆるスクリーニングが行われる。このスクリーニングでは、試薬の物性に左右されず、正確な体積を測定することが求められる。本発明によれば、試薬の種類によらず正確な試薬の体積（流量）を求めることができるので、好ましい開発環境を提供することができる。
図７３に示した例では、２つの温度カーブのピークが現れるときの時間差を測定しているが、本発明はこれに限られない。例えば、温度カーブの立ち上がり時の時間差を求めてもよく、また、ピークから所定時間だけずれた時点の時間差を求めてもよい。このように、本発明では、温度カーブ上の互いに対応する２点間の時間差を測定する。
（２） （１）に記載の発明において、前記補正は、前記主温度センサの測定値と前記副温度センサの測定値の差を求めることにより行われることを特徴とする流量測定装置。差を求める方法は、ブリッジ回路のように出力の差分を直接に求めるアナログ式でも、測定信号をアナログ／デジタル変化した後に処理するデジタル式でもよい。
（３） （１）または（２）に記載の発明において、前記主温度センサを異なる温度測定位置に少なくとも２つ設け、これらの温度測定位置における通過時どうしの時間差に基づいて流量を算出することを特徴とする流量測定装置。
（３）に記載の発明においては、第１の測定点および第２の測定点における流体の温度変化を示す温度カーブ上の互いに対応する２点間の時間差に基づいて流体の流量を算出することができる。なお、副温度センサによる補正は、第１の測定点および第２の測定点の双方の主温度センサ測定値に対して行っても良いし、外乱の影響の大きい方のみに行ってもよい。
（４） （１）または（２）に記載の発明において、前記温調機構が温調を行った時と、温度測定位置における通過時との時間差に基づいて流量を算出することを特徴とする流量測定装置。
（５） （１）ないし（４）のいずれかに記載の発明において、前記補正後の温度測定値が極値に達した時点を温調流体の通過時と判断することを特徴とする流量測定装置。温度測定値が極小値（冷却の場合）または極大値（加熱の場合）に達した時点は、温調によって熱影響を受けた部分が通過する時点と考えられるからである。
（６） （１）ないし（５）のいずれかに記載の発明において、前記副温度センサは、前記温調位置に対して前記温度測定位置とほぼ対称の位置に有ることを特徴とする流量測定装置。
（７） （１）ないし（６）のいずれかに記載の発明において、前記副温度センサの位置を、流路に沿って調整可能としてあることを特徴とする流量測定装置。
（８） （１）ないし（７）のいずれかに記載の発明において、前記主温度センサまたは副温度センサの測定値をアナログ／デジタル変換してデジタル回路に取り入れて処理することを特徴とする流量測定装置。
（９） （１）ないし（８）のいずれかに記載の発明において、前記温調機構は、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、抵抗加熱線、サーミスタ、または白金抵抗体を備えることを特徴とする流量測定装置。温調機構としては、加熱手段に限らず、冷却手段を用いてもよい。
（１０） （１）ないし（９）のいずれかに記載の発明において、前記流路は、耐食性のある材料から形成されていることを特徴とする流量測定装置。
（１１） （１０）に記載の発明において、前記材料は、ステンレス鋼、チタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ四フッ化エチレン、またはポリクロロトリフルオロエチレンであることを特徴とする流量測定装置。
（１２） （１）ないし（１１）のいずれかに記載の流量測定装置と、前記流路の前記流量測定装置より下流側部分に設けられた制御弁と、前記流量測定部により求められた流量に基づいて、流体の流量が一定となるように前記制御弁を制御する制御部とを備えたことを特徴とする流量調整装置。
（１３） （１２）に記載の発明において、前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、圧電素子、電磁石、サーボモータ、またはステッピングモータを備えていることを特徴とする流量調整装置。本発明によれば、応答性の良好な駆動源を用いることにより、流量測定部により測定された実流量に基づいて速やかに弁を駆動させて流量を一定に保つことができる。
（１４） （１２）に記載の発明において、前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、複数の圧電素子が積層された構造を有することを特徴とする流量調整装置。本発明によれば、高圧の流体が流れる場合であっても、高圧や圧力変動の影響を受けることなく流量を一定に保つことができる。
（１５） （１２）ないし（１４）のいずれかに記載の発明において、前記制御弁を通過する流体の圧力は１ＭＰａ〜１０ＭＰａであることを特徴とする流量測定装置。
（１６） （１２）ないし（１５）のいずれかに記載の発明において、前記制御弁を通過する流体の流量は０．０１〜１０Ｌ／ｈであることを特徴とする流量測定装置。
（１７） 流体を貯留する複数の容器と、流体を混合させる混合部と、混合した流体を反応させる反応部と、（１２）ないし（１６）のいずれかに記載の流量調整装置とを備えたことを特徴とする流体反応装置。
以下、本発明の実施の形態に係る流量調整装置について図面を参照して説明する。図７４は本発明の第１の実施の形態に係る流量調整装置を示す模式図である。図７４に示すように、本実施の形態の流量調整装置は、流路４００１を流れる液体（流体）の流量を測定する流量測定部４０１０と、液体の流量を調整する制御弁４０２０と、流量測定部（流量測定装置）４０１０により測定された流量に基づいて制御弁４０２０を制御する制御部４０３０とから基本的に構成されている。
流量測定部４０１０は、流路４００１を流れる液体を所定の周期で加熱する温調機構４００２と、温調機構４００２の設置位置（温調位置Ｐｈ）より下流側の第１の測定点Ｐｍ１において液体の温度を測定する第１の主温度センサ４００３と、第１の測定点Ｐｍ１より下流側の第２の測定点Ｐｍ２において液体の温度を測定する第２の主温度センサ４００４とが設けられている。更にこれらの主温度センサとそれぞれ温調機構４００２に対して対称な（等距離な）上流側の位置Ｐｓ１、Ｐｓ２に、それぞれ副温度センサ４００３ａ、４ａが設けられている。温調機構４００２と第１の主温度センサ４００３の距離、および第１の主温度センサ４００３と第２の主温度センサ４００４の距離Ｄは特に限定されるものではないが、0.5[mm]〜10[mm]が好ましい。温調機構４００２は流路４００１の壁部を取り囲むように設けられており、流路４００１の壁部を介して液体を加熱する。この温調機構４００２は温度制御部４００５に接続されており、最適な温度上昇率で液体を加熱するようになっている。なお、温調機構４００２としては、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、抵抗加熱器などが好適に用いられる。また、温調機構４００２は、液体を冷却することで液体に温度変化を与えるようにしてもよい。
第１の主温度センサ４００３と第１の副温度センサ４００３ａの出力は、第１の差分検出回路８Ａに入力され、同様に、第２の主温度センサ４００４と第２の副温度センサ４００４ａの出力は、第２の差分検出回路４００８Ｂに入力されている。これらの差分検出回路４００８Ａ，４００８Ｂは、例えば図７５に示すようなブリッジ回路４００８Ｃによって構成され、主温度センサ４００３，４００４と副温度センサ４００３ａ，４００４ａからの差分信号を、時間差測定部４００９に出力する。時間差測定部４００９は、各差分信号の変化から、加熱された液体が２つの測定点Ｐ１，Ｐ２を通過する時間をそれぞれ算出し、その差に基づいて液体の流速、つまり流量を求める。
装置の稼動の初期に主温度センサ４００３，４００４と副温度センサ４００３ａ，４００４ａの出力をバランスさせる必要が有る。これは、流路４００１に流体が流れていない（流速ゼロ）の状態で、差分出力がゼロとなるようにしなければならない。これは、主温度センサ４００３，４００４と副温度センサ４００３ａ，４００４ａを対称位置に配置した状態で、ブリッジ回路４００８Ｃの抵抗Ｒ１，Ｒ２を調整して行なう方法と、ブリッジ回路４００８Ｃの抵抗Ｒ１，Ｒ２は等しくしておき、主温度センサ４００３，４００４と副温度センサ４００３ａ，４００４ａの対称関係をずらせて調整する方法とが有る。現場の状況は複雑であり、いずれの方法が正しいというものではなく、状況に応じて適宜に選択し、あるいは両方を組み合わせて行っても良い。
なお、主温度センサ４００３，４００４と副温度センサ４００３ａ，４００４ａの差分を取り出す方法としては、上記のようなブリッジ回路４００８Ｃを用いたアナログ的方法の他に、各温度センサの温度信号をアナログ／デジタル変換してデジタル回路に取り入れ、ソフトウエアで差分を算出する方法でもよい。この場合、ブリッジ回路を通さないで入力しても良いし、ブリッジ回路通過後のピーク検出以降をデジタル処理しても良い。
流路４００１は基本的に密閉系であり、反応性の大きい、あるいは環境に対して有害であったり危険な液体を扱う場合もあるので、開口部を形成することは好ましくない。従って、この例では、温調機構４００２、第１の主温度センサ４００３および第２の主温度センサ４００４は、いずれも流路４００１を構成する配管４００１Ａの外面に取り付けられている。それぞれの副温度センサも同様に流路４００１の外面に取り付けられている。従って、これらの温度センサ４００３，４００３ａ，４００４，４００４ａは、流路４００１の壁部を介して液体の温度を測定するようになっている。なお、温度センサ４００３，４００３ａ，４００４，４００４ａとしては、応答性に優れたサーミスタ式温度計や熱電対などが好適に用いられる。もちろん、流路４００１の壁部に、温調機構４００２や温度センサ４００３，４００３ａ，４００４，４００４ａを埋設してもよい。いずれの場合も、対応する主温度センサ４００３，４００４と副温度センサ４００３ａ，４００４ａは同じ設置方法を採用することが好ましい。
時間差測定部４００９により液体の流量が測定される原理は、図７３により説明した通りである。すなわち、液体が流れている状態で温調機構４００２が図７３に示すようなパルス負荷で液体を加熱すると、加熱された液体は下流側に流れ、第１の測定点Ｐｍ１および第２の測定点Ｐｍ２をこの順に通過する。このとき、第１の測定点Ｐｍ１における液体の温度は第１の主温度センサ４００３により測定され、第２の測定点Ｐ２における液体の温度は第２の主温度センサ４００４により測定される。
ここで、これらの主温度センサ４００３，４００４は、流路の壁部の温度を測定しているので、温調機構４００２からの熱は壁部を通って流体に伝わり、更に下流側で再度壁部を通して温度センサに伝わる。従って、温調機構４００２が与えた熱量が壁部を２度通過する間に、配管４００１Ａを通しての熱伝導や外部からの影響のために、温度検出部の距離が離れた場合に純粋な流体の温度変化が検出しにくくなる。そこで、この実施の形態では、各主温度センサ４００３，４００４について温調機構４００２に対して対称な位置に副温度センサ４００３ａ，４００４ａを配置し、周囲温度変化と管壁伝熱の影響を測定する。そして、この副温度センサ４００３ａ，４００４ａと主温度センサ４００３，４００４の温度信号の差分を取ることによって、周囲温度変化と管壁伝熱の影響をキャンセルした流体自体の温度変化を測定する。これによって、流体に与える熱量を大きくしても、流体の温度変化自体を正確に検出することができるため、温度検出位置間の距離を大きくし、広い流量範囲で正確な流量検出を行なうことができる。
すなわち、第１の主温度センサ４００３および副温度センサ４００３ａの出力信号（図７３（ａ）のＳ１およびｓ１）は差分検出回路４００８Ａに入力されてそれらの差分信号（図７３（ｂ）のΔＳ１）が出力され、第２の温度センサ４００４および副温度センサ４００４ａの出力信号（図７３（ａ）のＳ２およびｓ２）は差分検出回路４００８Ｂに入力されてそれらの差分信号（図７３（ｂ）のΔＳ２）が出力され、これらの出力は連続的に時間差測定部４００９に送られる。時間差測定部４００９は、これらの出力ΔＳ１，ΔＳ２の変化を監視し、それらがピークに達した（変化率＝０の）時の時刻をそれぞれ記録し、その時間差Δｔを算出し、下記の式によって流量に換算する。
流量＝温度測定点間の距離（Ｄ）×流路の断面積÷時間差（Δｔ）
なお、図７３（ａ）の測定時間差Δｔは、従来の方法の場合を比較のために示しており、主温度センサ４００３，４００４の温度測定値自体のピークの時間差を採用している。
ここでは流体の流量を温度変化のピークの移動速度に基づいて求めているが、温度変化曲線の対応する他の２点間の時間差を求めてもよい。例えば、２つの温度カーブの立ち上がり時の時間差を求めてもよい。
流量測定部４０１０による上記のような流量算出の方法は、アナログ回路で製作してもデジタル処理で行っても構わない。デジタル処理で行う場合は、温度センサ４００３，４００３ａ，４００４，４００４ａの信号をアナログ／デジタル変換して入力しても、差分検出回路４００８Ａ，４００８Ｂを通過した後の差分信号をアナログ／デジタル変換して入力する方法でもよい。
図７４に示すように、制御弁４０２０は流量測定部４０１０の下流側に配置されている。この制御弁４０２０は、液体の流れに対向するように配置されたピストン（弁）４０２１と、ピストン４０２１を駆動する圧電素子（駆動源）４０２２とを備えている。圧電素子（圧電アクチュエータ）４０２２はピストン４０２１の裏面に固定され、圧電素子４０２２とピストン４０２１とは一体的に構成されている。ピストン４０２１および圧電素子４０２２はピストン室４０２３に収容されている。流路４００１の一部はＴ字路となっており、ピストン４０２１は、Ｔ字路に流れ込む液体がピストン４０２１の前面にぶつかるように配置されている。圧電素子４０２２に電圧が印加されると圧電素子４０２２が伸縮し、これによりピストン４０２１を液体の流れ方向に沿って移動させてピストン４０２１の開度αを調整する。
ピストン４０２１の上流側には絞り部４００１ａが設けられており、ここで流路４００１を絞り込むことにより、ピストン４０２１による正確な流量調整を可能としている。上述したピストン室４０２３は有底円筒状に形成されており、このピストン室４０２３は流路４００１の外面に液密に固定されている。このような構成により、ピストン４０２１と流路４００１との隙間から液体が漏れた場合でも、液体がピストン室４０２３の内部に保持されるので、液体の外部への漏洩が防止される。
本実施の形態に係る流量調整装置を組み込んだマイクロリアクタでは、試薬どうしの反応により流量調整装置の下流側で反応生成物が生成される。この場合、反応生成物の種類によっては、流量調整装置の下流側の液体の圧力が上昇し、流路４００１から液体が漏れるおそれがある。本実施の形態によれば、有底円筒状のピストン室４０２３により液体の外部への漏洩を防止することができるので、正確な流量調整が可能となる。
次に、制御部４０３０について説明する。制御部４０３０は、時間差測定部４００９に接続された増幅器４０３２と、流量を一定に保つためのピストン４０２１の開度を決定する比較部（ＰＩＤ制御部）４０３３と、制御弁４０２０の圧電素子４０２２に印加する電圧を生成するピストン駆動回路４０３４とを備えている。増幅器４０３２は、時間差測定部４００９により算出された液体の流量（実流量）を表す信号を増幅し、増幅後の信号（実流量）を比較部４０３３に送る。比較部４０３３には設定流量（目標値）が予め入力されており、比較部４０３３は、実流量と設定流量とを比較し、実流量を設定流量に一致させるためのピストン４０２１の開度を演算する。比較部４０３３により演算されたピストン４０２１の開度はピストン駆動回路４０３４により電圧に変換される。そして、この電圧が圧電素子４０２２に印加され、圧電素子４０２２によりピストン４０２１が駆動される。このようにして、制御弁４０２０を通過する液体の流量が常に一定となるように制御部４０３０によって制御弁４０２０が制御される。
流量測定部４０１０の測定結果を制御弁４０２０の動作に速やかに反映させるためには、流量測定部４０１０と制御弁４０２０との間の流路４００１の距離はできるだけ短いことが好ましい。すなわち、第２の主温度センサ４００４とピストン４０２１との距離は、好ましくは１０〜１００ｍｍ、より好ましくは１０〜５０ｍｍ、さらに好ましくは１０〜２０ｍｍである。また、制御弁４０２０に用いられる駆動源（アクチュエータ）には圧電素子のような応答性の優れたものを用いることが好ましい。このようにすることで、流路４００１を流れる流量の変動（脈動）を速やかに解消することができ、一定の流量を保つことができる。
この流量調整装置は、２種類またはそれ以上の液体を反応させる流体反応装置（マイクロリアクタ）に好適に用いられる。一般に、液体を混合させる混合空間が小さいほど、液体の混合が速やかに行われる。本実施の形態に係る流量調整装置の流路４００１の内径は、好ましくは０．１〜５ｍｍであり、より好ましくは０．１〜２ｍｍであり、さらに好ましくは０．１〜１ｍｍである。また、微少量のみを取り扱い範囲とする場合には、最小径を０．０２ｍｍまでとすることも可能である。なお、流路の幅（内径）が小さくなると、液体を高圧で移送することが必要となってくる。本実施の形態では、流量調整装置の出口（制御弁４０２０の下流側）における液体の圧力は１ＭＰａ〜１０ＭＰａ、２ＭＰａ〜５ＭＰａ、または３ＭＰａ〜４ＭＰａである。
取り扱う液体としては、試薬、有機溶媒、生化学物質などが挙げられる。したがって、流路４００１を構成する材料としては、耐食性を有するものであることが好ましい。また、上述したように、第１の主温度センサ４００３および第２の主温度センサ４は流路４００１の壁部を介して液体の温度を測定するため、流路４００１を構成する材料は、熱伝導性に優れ、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが好ましい。さらに、流路４００１を構成する材料は、液体の高圧に耐えうるものであることが好ましい。これらの点を考慮し、流路４００１を構成する材料の好ましい例として、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、Ｔｉ、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（Polychlorotrifluoroethylene）、およびＰＦＡ（perfluoroalkoxylalkane）などの樹脂が挙げられる。
ステンレス鋼またはＴｉを用いる場合は、流路４００１の壁部の肉厚は０．０１〜０．１ｍｍとすることが好ましく、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡなどの樹脂を用いる場合は、流路４００１の壁部の肉厚は０．１〜１ｍｍとすることが好ましい。熱伝導性を考えると、熱容量の小さいＴｉを用いることが好ましい。樹脂を用いる場合は、第１の主温度センサ４００３および第２の主温度センサ４００４が取り付けられる流路４００１の部位の肉厚を局所的に薄くして熱伝導率を向上させることが好ましい。
図７６は制御弁の他の構成例を示す拡大図である。上述したように、ピストン４０２１を駆動する駆動源には高圧の液体に抗してピストン４０２１を駆動させることが要求される。図７６に示す構成例では、駆動力を増すために、２つの圧電素子４０２２を積層させている。このような構成により、液体が高圧の場合であっても、ピストン４０２１の開度αを正確に調整することができ、流量を一定に保つことができる。なお、必要に応じて３つ以上の圧電素子を積層させてもよい。
図７７は、この発明の第２の実施の形態を示すもので、先の実施の形態を簡略化したものである。なお、特に説明しない本実施の形態の構成は、上述した第１の実施の形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
ここでは、第１の主温度センサ４００３に対応する副温度センサ４００３ａのみを設置し、第２の主温度センサ４００４については、対応する副温度センサを設けていない。第１の主温度センサ４００３および副温度センサ４００３ａの処理は第１の差分検出回路４００８Ａを介して時間差測定部４００９に入力され、第２の副温度センサの出力はそのまま時間差測定部４００９に入力されている。従って、時間差測定部４００９は、第１の温度測定位置Ｐｍ１については、差分（図７８に示すΔＳ１の温度曲線）を基にピークを判断するが、第２の温度測定位置Ｐｍ２については、主温度センサ４００４の測定値からピークを判断する。
これは、温調位置Ｐｈから距離が離れることによって、配管４００１Ａ等の熱は外部に逃げて、測定値への影響が少なくなるからである。また、第２の温度測定位置Ｐｍ２では、流体からの温度信号も小さくなるため、差分を取らない方が信号を検出し易くなるという点も考慮している。
このようにすることで、必要とする検出精度を確保しつつ、１つの温度センサと差分検出回路とを省いて、構成を簡略化し、コストを低下させることができる。また、流量測定部４０１０の全長や、配管４００１Ａの直線部の長さを小さくすることができるので、装置寸法の縮小化や、装置の設計の自由度の増加等を図ることができる。
次に、本発明の第３の実施の形態について図７９を参照して説明する。図７９は本発明の第３の実施の形態に係る流量調整装置を示す模式図である。図７９に示すように、本実施の形態では、第１の主温度センサ４００３、第１の副温度センサ４００３ａおよび第１の差分検出回路４００８Ａが省かれており、流量測定部４０１０は、第２の主温度センサ４００４、第２の副温度センサ４００４ａおよび第２の差分検出回路４００８Ｂが、時間差測定部４００９に接続されて構成されている。本実施の形態では、第１の測定点Ｐｍ１は温調機構４００２の位置Ｐｈと重なる。
ここで、本実施の形態の流量測定部４０１０により流量が測定される原理について図８０を参照して説明する。流路４００１を流れる液体は温調機構４００２による熱負荷パルスＨＬを受けて加熱され、昇温し始める。加熱パルスは矩形波、三角波、サイン波等が適宜に使用される。なお、熱負荷パルスＨＬの負荷時間は、０．００１秒から１００秒、好ましくは、０．０１秒から１０秒であり、更に好ましくは、０．１秒から１秒である。加熱された液体は流路４００１を流れ、やがて第２の測定点Ｐ２を通過する。このとき、第２の温度センサ４００４と第１の側温度センサ４００４ａの差分により温度カーブΔＳ２が検出される。そして、時間差測定部４００９によりそのピークが判定され、熱負荷パルスＨＬの代表点の時間との時間差Δｔが求められ、上述した式により液体の流量が算出される。なお、熱負荷パルスＨＬの代表点は、この例ではパルスの後端側の点を採用しているが、流体の温度上昇に対応する適当な点を、実験的に求めて採用すればよい。
図７９に示すように、本実施の形態の制御弁４０２０では、ピストン４０２１に代えて円柱状のスプール４０２４が用いられている。このスプール４０２４は流路４００１のＴ字路に配置されており、その先端は流路４００１に摺動可能に嵌め込まれている。スプール４０２４の端部には磁性体（例えば鉄心）４０２５が取り付けられており、磁性体４０２５の周囲には電磁石４０２６が配置されている。電磁石４０２６と流路４００１との間にはシール部材４０２７が配置されており、このシール部材４０２７により液体の漏洩が防止されている。磁性体４０２５は電磁石４０２６により形成された電磁力により駆動され、これによりスプール４０２４がその軸方向に沿って移動する。なお、このような構成を有する制御弁４０２０は、ソレノイドバルブ（電磁弁）と呼ばれている。
図８１は図７９に示すスプールの斜視図である。図８１に示すように、スプール４０２４の側面には、斜めに延びる溝４０２４ａが形成されている。溝４０２４ａは三角形状の断面を有しており、その断面の大きさは軸方向位置に応じて変化する。すなわち、溝４０２４ａの断面はスプール４０２４の先端において最も大きく、断面位置が反対側端部に向かうにしたがって徐々に小さくなる。液体はこの溝４０２４ａを通って流れるので、スプール４０２４を軸方向に移動させることにより流量を調整することができる。この場合、スプール（弁）４０２４の開度αは、流路４００１から突出した溝４０２４ａの長さによって表すことができる。
本実施の形態の制御部４０３０は、ピストン駆動回路に代えて、スプール駆動回路４０３５を備えている。このスプール駆動回路４０３５は、比較部４０３３により演算されたスプール４０２４の開度を電流に変換し、この電流が電磁石４０２６に供給されることでスプール４０２４が移動する。このようにして、制御弁４０２０を通過する液体の流量が常に一定となるように制御部４０３０によって制御弁４０２０が制御される。なお、液体が高圧であっても正確に流量を一定とするために、大きな電磁力を発生させることができる電磁石を用いることが好ましい。
次に、本発明の第４の実施の形態について図８２を参照して説明する。図８２は本発明の第４の実施の形態に係る流量調整装置を示す模式図である。なお、特に説明しない本実施の形態の構成は、上述した第１の実施の形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。
図８２に示すように、本実施の形態の制御弁４０２０は、ピストン４０２１に代えて逆三角錐形状のポペット４０４１を備えている。このポペット４０４１は、流路４００１のＴ字路に位置しており、その先端が液体の流れに対向するように配置されている。ポペット４０４１にはシャフト４０４２が一体的に固定されており、このシャフト４０４２は有底円筒状のシャフトガイド４０４３に嵌合されている。シャフトガイド４０４３の外周面には歯車４０４４が設けられており、この歯車４０４４は、サーボモータ４０４５に連結された歯車４０４６と噛み合っている。シャフト４０４２は、キーやキー溝などの回転防止機構（図示せず）により回転しないように構成されている。なお、ポペット４０４１、シャフト４０４２、およびシャフトガイド４０４３とは同軸上に整列されている。
シャフトガイド４０４３と流路４００１との間にはシール部材４０４７が配置されており、液体が流路４００１から漏洩してしまうことが防止されている。シャフト４０４２の外周面には雄ねじ４０４２ａが形成され、シャフトガイド４０４３の内周面には、雄ねじ４０４２ａに噛み合う雌ねじ（図示せず）が形成されている。このような構成により、サーボモータ４０４５によりシャフトガイド４０４３を回転させると、ポペット４０４１がＴ字路の開口部に対して垂直方向に移動し、これによりポペット（弁）４０４１の開度αが調整される。なお、サーボモータの代わりにステッピングモータを使用してもよい。
本実施の形態の制御部４０３０は、ピストン駆動回路に代えて、ポペット駆動回路４０４８を備えている。このポペット駆動回路４０４８は、比較部４０３３により演算されたポペット４０４１の開度を電流に変換し、この電流がサーボモータ４０４５に供給されることでポペット４０４１が移動する。このようにして、第１の実施の形態と同様に、制御弁４０２０を通過する液体の流量が常に一定となるように制御部４０３０によって制御弁４０２０が制御される。なお、液体が高圧であっても正確に流量を一定とするために、大きなトルクを発生させることができるサーボモータまたはステッピングモータを用いることが好ましい。
なお、上述した実施の形態は、必要に応じて組み合わせることができる。例えば、第２の実施の形態に係る環境温度制御機構４０１１を第３および第４の実施の形態に組み込んでもよい。また、上述した実施の形態に係る流量調整装置は、液体のみならず気体の流量を測定し、かつ制御することもできる。
次に、上述した本発明の一実施の形態に係る流量調整装置を組み込んだ流体反応装置（マイクロリアクタ）について説明する。図８３ないし図８５（ｂ）は本発明の一実施の形態に係る流量調整装置を組み込んだ流体反応装置の全体構成を示す図である。なお、以下に述べる流体反応装置は、２種類またはそれ以上の液体を混合し、反応させるために用いられる装置である。
図８３，図８４，図８５（ａ），および図８５（ｂ）に示すように、流体反応装置は、全体が１つの設置スペースに設置されてパッケージ化されている。この構成例では、この設置スペースは長方形であり、長手方向に沿って４つの領域に区画される。すなわち、一端側の第１の領域は、原料液を貯留する複数の貯留容器４１１０（図８３では２つの貯留容器４１１０Ａ，４１１０Ｂのみを示す）が設置された原料貯留部４１０１であり、それに隣接する第２の領域は、貯留容器４１１０の原料液を移送するポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂなどが設置された配液部４１０２となっている。第２の領域に隣接する第３の領域は、原料液を混同させる混合部（混合チップ）４１４０および混合された原料液を反応させる反応部（反応チップ）４１４２を有する処理部４１０３となっている。他端側の第４の領域は、処理の結果得られた生成物を導出して貯留する生成物貯留部（回収容器設置スペース）４１０４である。
また、この流体反応装置は、各部の動作の制御を行うコンピュータである動作制御部４１０６と、温度調整ケース４１４６に熱媒体を流して処理部４１０３の温度調整を行う熱媒体コントローラ４１０７を備えている。また、動作制御部４１０６には、図８３に示すように、液体の流量と温度をモニタできる流量モニタ４２７０および温度モニタ４２７２が搭載されている。なお、この構成例では、動作制御部４１０６と熱媒体コントローラ４１０７は流体反応装置と別置きになっているが、勿論一体でも良い。図８４に示すように、第２〜第４の領域の床下部分には配管４００１Ａ室４１０５が形成され、ここには混合部４１４０および反応部４１４２へ加熱又は冷却用の熱媒体を送るための配管４００１Ａが設けられている。
このように、上流側から下流側へと各部を配置することによって液体の流れを円滑にし、かつ装置全体をコンパクトにまとめることができる。この構成例では、各部の配列を直線状にしたが、例えば、全体が正方形に近いスペースであれば、各部を液体の流れがループを形成するように構成してもよい。
図８４において、符号４２５０は装置下部に設けられた液溜めパンであり、符号４２５２は液溜めパン４２５０上に設置された漏液センサを示す。またこの装置例では、配液部４１０２、処理部４１０３、生成物貯留部４１０４は隔壁４２５４，４２５６により区画されており、各部にはカバー４２５８，４２６０，４２６２が取り付けられて装置外部とこれらを隔離している。
符号４２６４は排気ポートであり、図示しない排気ファンに接続されている。そして、装置内の圧力を装置外より負とすることで装置内の有毒ガスが外部に漏出することを防いでいる。
図８３に示す原料貯留部４１０１には、２つの貯留容器４１１０Ａ，４１１０Ｂが設置されているが、必要に応じて３つまたはそれ以上の貯留容器を使用してもよい。例えば、同じ液体を２つの貯留容器に収容し、これらを交互に切り換えて用いることにより、処理を継続的に行うことができる。なお、原料貯留部４１０１に、ライン洗浄用のアセトンなどの有機溶剤、塩酸、純水などが入った洗浄液容器４１１２や、パージ用の窒素ガスが封入された圧力源４１１４を設けてもよい。また、廃液容器４１３６を原料貯留部４１０１に置いてもよい。
配液部（導入部）４１０２には、貯留容器４１１０Ａ，４１１０Ｂに輸送管４１２１Ａ，４１２１Ｂを介して接続されたポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂが設置されている。図８３におけるポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂには遠心式ポンプが使用されている。また、配液部４１０２は、ポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂの下流側に配置された流量調整装置３００Ａ，３００Ｂ、リリーフ弁４１２２Ａ，４１２２Ｂ、圧力測定センサ４１２４Ａ，４１２４Ｂ、流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂ、および逆洗ポンプ４１３０を有している。流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂは、輸送管４１２１Ａ，４１２１Ｂの他に、洗浄液容器４１１２や、圧力源４１１４にそれぞれ接続されている。逆洗ポンプ４１３０は、混合部４１４０や反応部４１４２の流路内が生成物によって閉塞した場合に用いられる。逆洗ポンプ４１３０は洗浄液を貯留する洗浄液容器４１１２に接続され、さらに流路切換弁４１３２を介して反応部４１４２の出口に接続される。逆洗ポンプ４１３０により移送される洗浄液は通常の流れと逆に流れる。すなわち、洗浄液は、反応部４１４２の出口から混合部４１４０の入口に向かって流れ、流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂを経て廃液口４１３４から図示しない配管４００１Ａを通って廃液貯留容器４１３６に入れられる。
逆洗ポンプ４１３０は吐出圧力が高く、洗浄液に脈動を起こさせて生成物を除去することが可能なように１本ピストン型のポンプが好ましい。洗浄液としては、有機溶剤、塩酸、硝酸、りん酸、有機酸、純水などが好適に用いられる。有機溶剤の例としては、アセトン、エタノール、メタノールなどが挙げられる。図８３に示す導入口４２４０は、外部から純水や水素水を導入する場合に設けられたもので、洗浄液容器４１１２内の洗浄液の代わりに洗浄に使用できる。
図８６は、原料液の予備加熱（予備温度調整）と混合を行うための混合部４１４０を示すもので、３枚の薄板状の基材である上板４１４４ａ、中板４１４４ｂ、下板４１４４ｃが接合されて全厚さ５ｍｍの混合部４１４０が形成されている。なお、以下に説明する流路はいずれも中板４１４４ｂの表面に形成された溝である。上板４１４４ａを貫通して形成された２つの流入ポート４１４７Ａ，４１４７Ｂは、中板４１４４ｂの上面に形成されたそれぞれ２つの予備加熱流路４１４８Ａ，４１４８Ｂに連通する。これらの予備加熱流路４１４８Ａ，４１４８Ｂはそれぞれ途中で分岐しかつそれぞれ拡大し、再度合流する。さらに、予備加熱流路４１４８Ａ，４１４８Ｂはそれぞれ出口流路４１５０Ａ，４１５０Ｂに連通し、これらの出口流路４１５０Ａ，４１５０Ｂは合流部４１５２に通じている。出口流路４１５０Ａは、中板４１４４ｂの上面に、出口流路４１５０Ｂは中板４１４４ｂの下面に形成されている。
図８７は図８６に示す合流部の拡大図である。図８７に示すように、合流部４１５２は、出口流路４１５０Ａ，４１５０Ｂに通じる円弧状の溝として中板４１４４ｂの上下面にそれぞれ形成されたヘッダ部４１５４，４１５５と、このヘッダ部４１５４，４１５５から円弧の中心に向かって延びる複数の分液流路４１５６，４１５７と、これらの分液流路４１５６，４１５７が合流する合流空間４１５８とを有している。分液流路４１５６，４１５７と合流空間４１５８は中板４１４４ｂの上面に形成され、分液流路４１５６，４１５７は交互に配置されている。下面側のヘッダ部４１５５と分液流路４１５７とは、中板４１４４ｂを貫通する連絡孔４１５７ａにより連通している。合流空間４１５８は、下流側に向けて幅が徐々に小さくなるように形成され、中板４１４４ｂおよび下板４１４４ｃを貫通して形成された流出ポート４１６０に連通している。
図８７に示す例では、合流空間４１５８の入口側の開口面４１５９において分液流路４１５６が５本、分液流路４１５７が４本、交互に配置されている。分液流路４１５６，４１５７からそれぞれ流出した２種類の液体は、合流空間４１５８内で縞状の流れを形成しつつ下流側に流れ、合流空間４１５８の流路幅が徐々に縮小するに従い、強制的に両液が混合される。この例では、合流空間４１５８の流路幅は最終的に４０μｍに達する。加工技術精度を上げれば、流路幅を１０μｍにすることも可能である。
図８８（ａ）は図８３に示す反応部を示す平面図、図８８（ｂ）は図８８（ａ）に示す反応部の断面図である。この例では、２枚の基材４１４４ｄ，４１４４ｅが接合されて厚さ５ｍｍの反応部４１４２が構成されている。この反応部４１４２では、反応流路４１６２が蛇行しており、長い流路を効率的に提供している。反応流路４１６２は、入口ポート４１６４および出口ポート４１６５にそれぞれつながる連絡部４１６２ａ，４１６２ｃと、連絡部４１６２ａ，４１６２ｃに連通する蛇行部分４１６２ｂとを有しており、連絡部４１６２ａ，４１６２ｃの幅は狭く、蛇行部分４１６２ｂの幅が広く形成されている。したがって、出入口部分では液体が急速に流れ、副生成物の付着を防止しており、蛇行部分４１６２ｂでは緩やかに流れて、加熱と反応の時間を長く取ることができるようになっている。
図８９（ａ）および図８９（ｂ）に示すのは、反応流路の幅が除々に小さくなる部分４１６３ａと除々に大きくなる部分４１６３ｂを持つ反応部の他の構成例である。この反応部４１４２ａには、基材４１４４ｄ，４１４４ｅの間に、幅寸法が最大ａから最小ｂの範囲で増減する反応流路４１６３が形成されている。幅寸法の増減に合わせ、深さを増減させてもよい。
この例では、反応流路４１６３の断面積が一定になるよう深さが最大ｃから最小ｄの範囲で変化するようになっている。
図８９（ｃ）は、反応流路の他の構成例を示す横断面図である。この反応部４１４２ｂでは、反応流路４１６３ｃは、その幅ｅが深さｆより大きい扁平形状を有しており、熱触媒からの熱の伝達方向（矢印で表示）に交差する広い伝熱面を有するので、反応流路４１６３ｃ内の液体に熱の伝達が有効に行われる。なお、合流空間４１５８や反応流路４１６２，４１６３に、適当な触媒を配置することは反応を促進するために有効である。このような触媒は反応の種類に応じて選択される。配置の仕方は、例えば、流路の内面に塗布したり、後述するような流路の障害物として配置することができる。
混合部４１４０および反応部４１４２の少なくとも流路を形成する素材としては、例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、Ｔｉ、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（Polychlorotrifluoroethylene）、およびＰＦＡ（perfluoroalkoxylalkane）の内から、耐薬品性、耐圧性、熱伝導性、耐熱性等を考慮して、好ましいものを選択する。混合部４１４０および反応部４１４２の接液部の材質は、表面からの溶出が少なく表面触媒修飾が可能で、ある程度の耐薬品性を持ち、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが望ましい。
図９０は、混合部および反応部の温度を調整する温度調整ケースの構成を示す斜視図である。なお、以下の説明では、反応部４１４２の温度を調整する温度調整ケース４１４６についてのみ述べるが、混合部４１４０のための温度調整ケース４１４６も同様の構成を有しており、その重複する説明を省略する。温度調整ケース４１４６は、内部に反応部４１４２を収容する空間４１７０が形成されたケース本体４１７２と該空間４１７０を覆う蓋部４１７４とを備えており、これらの内面には、平行に延びる複数の熱媒体流路を構成する溝４１７６が形成されている。ケース本体４１７２には、溝４１７６に連通する給液路４１７８と排液路４１８０（図８３参照）が形成され、これらの給液路４１７８と排液路４１８０はそれぞれ熱媒体コントローラ４１０７に接続されている。給液路４１７８は、蓋部４１７４の溝４１７６に開口４１７９を介して連通し、排液路４１８０も蓋部４１７４の溝４１７６に図示しない開口を介して連通している。この例では、溝４１７６を流れる熱媒体は反応部４１４２の表裏面に直接接触し、反応部４１４２は温度調整ケース４１４６に完全に収容された状態で加熱（または冷却）される。
図示しないが、熱媒体コントローラ４１０７には、熱媒体の温度を制御する制御機構と熱媒体を移送するポンプが内蔵されている。図８３に示すように、熱媒体は熱交換器４１８２を通過後、混合部４１４０および反応部４１４２の温度調整ケース４１４６に供給されるようになっている。熱交換器４１８２は例えば冷却用の市水の量を変えることで混合部４１４０および反応部４１４２に供給される熱媒体の温度を独立に変えられるようになっている。
図９１（ａ）ないし図９１（ｄ）には、温度調整ケース４１４６の他の例が示されており、ここでは、熱媒体流路４１９２はケース本体４１７２と蓋部４１７４のそれぞれの内部に形成されている。給液路４１７８は、図９１（ｃ）に示すように、給液配管４００１Ａ４１８８の先端が挿入された二重管の構成となっており、細い連通路４１９０を介して熱媒体流路４１９２に連通している。排液側も同様の構成である。図９１（ｂ）に示すように、混合部４１４０を収容する温度調整ケース４１４６と反応部４１４２を収容する温度調整ケース４１４６とは、ボルト４１９４、ナット４１９５およびスペーサ４１９６を介して積層して結合されている。
図９１（ｂ）には、温度調整ケース４１４６に収容された混合部４１４０および反応部４１４２への液体の供給・排出の経路が示されている。すなわち、それぞれの液体は、温度調整ケース４１４６を貫通して形成された流通路４１９８を介して混合部４１４０へ流出入する。また、混合部４１４０と反応部４１４２との間の液体の流通は、温度調整ケース４１４６の流通路４１９８を連絡する連絡通路４２００を介して行う。図９１（ｄ）には、反応部４１４２の液の流入部と流出部の構造が説明されている。液の流れを下方向へ向かわせるために、通常は混合部４１４０および反応部４１４２の液の入口は上面に、出口は下面にそれぞれ形成する。
図８３に示すように、反応部４１４２の流出口４２０２は、回収配管４００１Ａ４２０４を介して生成物貯留部４１０４に接続されている。生成物貯留部４１０４には、冷却用の熱交換器４２０６、流路切換弁４１３２の下流側に回収容器４２０８が設けられている。回収容器４２０８が置かれる生成物貯留部４１０４は、他の領域から温度等の影響を受けないように、また生成物から発生する可能性のある有毒ガスが外部に漏洩しないように隔離されている。
図９２は、生成物貯留部４１０４の他の構成例を示すもので、複数の回収容器４２０８が回転テーブル４２１２上に設置されている。この例では、回収容器４２０８は２個であり、回転テーブル４２１２を移動させるアクチュエータ４２１４は４１８０度回転型ロータリーアクチュエータである。勿論、回収容器４２０８の数やアクチュエータ４２１４の種類は適宜に選択可能である。図８３に示す動作制御部４１０６は、回収容器４２０８の液面を検知する液面検知センサ４２１１ｂからの信号により、回収容器４２０８の交換時期を判断し、流路切換弁４１３２（図８３参照）により液流を止め、回収口４２１０の下流に設けた光学的流体検知センサ４２１１ａにより液流の停止を確認して、アクチュエータ４２１４を作動させて他の回収容器４２０８を回収口４２１０の下方に移動させる。
次に、上記のように構成された流体反応装置により、薬液等の液体（原料液）を反応させる工程について説明する。なお、流体反応装置の動作は基本的に動作制御部４１０６によって自動制御される。まず、原料貯留部４１０１において、原料液を貯留した貯留容器４１１０Ａ，４１１０Ｂに用意しておく。熱媒体コントローラ４１０７により熱媒体の温度を設定し、熱交換器４１８２を通過させる市水の量を調整して各熱媒体の温度をそれぞれ調整し、混合部４１４０および反応部４１４２の温度調整ケース４１４６へ熱媒体を流通させてこれらを所定の温度に維持する。熱媒体の温度は、温度調整ケース４１４６の入口に設けた温度センサ４２１６，４２１８により測定される。
この例では、原料液を処理部４１０３に供給する前に、混合部４１４０および反応部４１４２内の流路に純水等の洗浄液を流して予め洗浄する。流路を洗浄している間、洗浄液の温度を混合部４１４０の出口の温度センサ４２２０および反応部４１４２の出口の温度センサ４２２２で測定し、洗浄液の温度を熱媒体コントローラ４１０７にフィードバックする。このようにして、混合部４１４０および反応部４１４２を所定の温度に調整する。
混合部４１４０および反応部４１４２の温度が調整され、流路の洗浄を終えてから、流路切換弁４１３２を切り換え、ポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂを駆動して、貯留容器４１１０Ａ，４１１０Ｂ内の原料液をそれぞれ移送する。原料液は、流量調整装置４３００Ａ，４３００Ｂにより所定の流量に調整され、その後、混合部４１４０、反応部４１４２、流出口４２０２、回収口４２１０を経て回収容器４２０８に至る。なお、流路切換弁４１３２はアクチュエータにより作動する自動弁としており、この動作は自動運転も可能である。
混合部４１４０においては、原料液は予備加熱流路４１４８Ａ，４１４８Ｂ（図８６参照）において所定の温度に加熱された後、合流部４１５２において合流し、混合する。その際、各液は、図８７に示すように、ヘッダ部４１５４，４１５５から分液流路４１５６，４１５７を経由して合流空間４１５８に流入する。合流空間４１５８の断面は下流へ向かうに従い徐々に減少するので、マイクロサイズの流れが規則的に混在し、フィックの法則に則って迅速に混合する。その状態で、所定の温度に維持された反応部４１４２の反応流路４１６２に流入すると、反応は、物質移動や熱伝導の制約を受けずに迅速に進行する。したがって、量産手段として充分実用的であるとともに、反応速度の早い爆発性の反応でも低温下で行う必要がなくなる。また、この例では、反応流路４１６２の幅が合流空間４１５８の幅に比べて充分広く形成されているので、反応速度が遅い場合でも充分な時間をかけて行うことができ、高い収率を得ることができる。
得られた生成物は、反応流路４１６２の流出口４２０２から回収配管４００１Ａ４２０４を経由して熱交換器４２０６に送られ、ここで冷却されて、回収口４２１０より回収容器４２０８に流入する。貯留容器４１１０Ａ，４１１０Ｂが空になったり、回収容器４２０８が満杯になったら、動作制御部４１０６によりポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂの運転を停止させて処理を終了させる。この場合、貯留容器４１１０Ａ，４１１０Ｂの他に、追加の貯留容器を原料貯留部４１０１に予め用意しておけば、流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂを切り換えることにより、運転を停止させることなく連続的な処理が可能である。なお、反応に時間が掛かる場合には、混合部４１４０および反応部４１４２内に液を一定時間閉じ込めてバッチ運転することも可能である。流路切換弁４１２６Ａ、４１２６Ｂも自動弁であるのでこれらの動作は自動運転も可能である。
バッチ運転の方法は、ポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂを一時停止してもよいし、流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂを切り換えて、処理部４１０３への液体の流入を停止させてもよい。これにより、液体の反応時間が長い場合でも反応流路４１６２の長さを長くする必要がなくなる。バッチ運転の際は、合流空間４１５８および／または反応流路４１６２に液体が充満されたことを検知する充満検知手段を用いて運転制御を行うことが好ましい。これは、例えば、図９２に示すような光学的流体検知センサが用いられる。これにより、合流空間４１５８および／または反応流路４１６２に液体が充満されたと判断した時点で、ポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂを停止させまたは第１の流路切換弁を切換え、液体を反応終結時間に適応する一定時間合流空間４１５８および／または反応流路４１６２に滞留させておく。
なお、本発明に係る流量調整装置４３００Ａ，４３００Ｂによれば、液体の流量を正確に測定することができるので、測定された流量と液体の供給時間から液体の供給量を求めることができる。したがって、動作制御部４１０６は液体の供給量に基づいて生成物の生成量を調整することができ、また流体反応装置の動作を制御することができる。例えば、液体の供給量が所定の値に達したときに動作制御部４１０６がポンプ４１１６Ａ，４１１６Ｂの運転を停止させる、または流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂを切り換えるようにしてもよい。このように、本発明に係る流量調整装置を流体反応装置に組み込むことにより、動作制御部４１０６は液体の供給量に基づいて流体反応装置の各部の動作を制御することができる。
図９３（ａ）および図９３（ｂ）は、混合部４１４０における合流部の他の構成例を示すものである。この合流部４１５２ａは、Ｙ字状の合流空間４１５８ａに、障害物４２２４を一定間隔ａで所定の距離Ｌに亘って配置したものである。この例では、直径５０μｍ以下である柱状の障害物４２２４を、合流点からＬ＝５ｍｍに亘って配置した。図９３（ｂ）に示すように、各障害物４２２４は隣接するものが流れ方向にピッチの半分だけずれるように、千鳥状に配置されている。これによって液体Ａおよび液体Ｂの界面４１２５が蛇行するので２つの液体の界面面積（接触面積）を大きくすることができる。図９４に示す合流部４１５２ｂでは、合流空間４１５８ｂの中央部に一列の障害物４２２４を流れ方向に沿って千鳥状に配置したもので、同様に界面面積を大きくすることができる。これは、狭い合流空間４１５８ｂで採用するのに好適である。
図９５は、流体反応装置の処理部４１０３の他の構成例を示すものである。これは、図８３の処理部４１０３において、混合部４１４０と反応部４１４２との組み合わせをそれぞれ有する２系統Ｒ１，Ｒ２設け、さらに配液部４１０２の流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂを用いて２種類の原料液をいずれの系統Ｒ１，Ｒ２にも供給可能にしたものである。このように、２系統を用いることで、必要に応じて処理量を増やすことができるが、その他にも種々の使用方法が有る。例えば、反応生成物が固体粒子を析出しやすく、配管４００１Ａ途中で詰まりやすい場合などでは、一方の系統を予備として使用する。また、流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂで移送ラインを交互に切り換えて、上述したバッチ運転を連続的に行うことができる。勿論、３系統以上の移送ラインを適宜に並列して設けることができる。この場合も流路切換弁４１２６Ａ，４１２６Ｂは自動操作が可能である。
図９６は、処理部４１０３において反応部を複数直列に配置した例を示す。この例では、１つの混合部４１４０と３つの反応部４１４２ａ，４１４２ｂ，４１４２ｃが直列に接続されており、それぞれに温度センサ４２２０，４２２２ａ，４２２２ｂ，４２２２ｃが設けられている。この例では、反応の段階に応じて反応部４１４２ａ，４１４２ｂ，４１４２ｃを独立して温度制御することが可能となっている。この構成は、生化学反応のように反応時間と反応温度を大胆に且つ瞬時に変化させたい反応に適している。たとえば反応部４１４２ａでは１００℃で反応させ、反応部４１４２ｂでは−２０℃で反応させるというような反応もこのシステムでは可能になる。
図９７は、処理部４１０３において混合部を複数設けた例である。この構成例では、Ａ液とＢ液を混合し反応させる第１の混合部４１４０および反応部４１４２が設けられ、この反応部４１４２の下流側に第２の混合部４１４０ａが設けられている。この混合部４１４０ａではポンプ４１１６Ｃから輸送された第３の原料液または反応剤であるＣ液がＡ液とＢ液と合流し、混合する。これらの２つの混合部４１４０，４１４０ａと１つの反応部４１４２の温度は個別に制御される。なお、Ｃ液は反応停止剤でもよい。
この構成例では、インライン収率評価器４２２６が第２の混合部４１４０ａの流出口４２０２に直接接続されている。これにより、化学反応の結果の収率をリアルタイムで確認でき、直ぐにプロセスパラメータへフィードバックすることが可能となる。インライン収率評価器４２２６としては、被測定物を分離せずに測定可能な方法として赤外分光、近赤外分光、紫外吸光等の方法がある。
この構成例では、さらに、反応生成物の中から不要な物質と必要な物質を分離する分離抽出部４２２８が第２の混合部４１４０ａの下流側に設けられている。図示するように、分離抽出部４２２８は、Ｙ字形の分離流路４２３４を有している。第２の混合部４１４０ａからの液体は分離流路４２３４により２つの流れに分岐され、１つは物質内の疎水性分子のみを通過させる疎水性壁面４２３０から形成された流路に、他方は物質内の親水性分子のみを通過させる親水性壁面４２３２から形成された流路に流れ込む。分離した物質は、それぞれ回収配管４００１Ａ４２０４，４２０４ａを介して回収容器４２０８，４２０８ａに回収される。分離抽出部４２２８としては、その他に、疎水性物質だけを吸着可能な膜やポーラスフリットを使用することも考えられる。
図９８は、混合・反応と分離抽出を繰り返して連続処理するための構成例である。すなわち、Ａ液とＢ液を処理する混合部４１４０ａ、反応部４１４２ａ、および分離抽出部４２２８ａが上流側に配置され、分離抽出部４２２８ａから抽出された液体とＣ液を処理する混合部４１４０ｂ、反応部４１４２ｂ、および分離抽出部４２２８ｂが下流側に配置されている。Ａ液とＢ液が反応した後の不要物質は分離抽出部４２２８ａの排出口４２３４ａから系外に出され、Ｃ液を加えた第２の反応における不要物質は分離抽出部４２２８ｂの排出口４２３４ｂから系外に出される。さらに、分離抽出部４２２８ｂから抽出された液体と第４の液であるＤ液を混合させる混合部４１４０ｃが設けられている。なお、Ｄ液は反応停止剤でもよく、他の原料溶液でも良い。混合部４１４０ｃの下流側にインライン収率評価器４２２６を設けても良い。
図９９（ａ）には、図９８の各部を積層化した構成が示されている。液体は下方へ流れる。混合部４１４０ａ、反応部４１４２ａ、分離抽出部４２２８ａ、混合部４１４０ｂ、反応部４１４２ｂ、分離抽出部４２２８ｂ、および混合部４１４０ｃは、温度調整ケース４１４６にそれぞれ収容され、さらにボルト４１９４、ナット４１９５、スペーサ４１９６によって所定の間隔をおいて積層化されている。各部間の液の移動は連絡通路４２００（図８６（ｂ）参照）を介して行われる。各部の間には空気を介在させ、空気の断熱性を利用して他の部の熱影響を受けないようにして、温度制御の精度を向上させている。図９９（ｂ）に示すように、各温度調整ケース４１４６の周りを気泡を含んだクリーンなシリコン部材４２３６等の断熱材で覆うのが好ましい。
この流体反応装置に導入される流体は液体、気体であり、回収される物質は液体、気体、固体またはこれらの混合体である。導入物質が粉体などの固体の場合は原料貯留部４１０１に粉体溶解器を設置することも可能である。図１００は、２つの原料液のうち、一方が粉体を溶解した溶液、他方は元々液体の場合の原料貯留部４１０１の構成例である。原料の粉体と溶媒は粉体溶解器４２４０の原料導入口４２４２から導入される。この例では、原料粉体をヒータ４２４４による加熱と攪拌器４２４６による攪拌によって溶解し、生成した原料液を、取出し口４１４８に引き込まれた配管４００１Ａ４２４９より、ポンプ４１１６Ａによって、混合部４１４０および反応部４１４２に送り込むようになっている。
このように、本発明に係る流量調整装置は、微小空間で流体を混合させ反応させる流体反応装置（マイクロリアクタ）に好適に用いることができる。本発明は、今まで述べた実施の形態に限定されるものではなく、また図示例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。
プランジャポンプ装置
本発明は、さらに、本発明の流体反応装置及び流体混合装置において使用することができるプランジャポンプ装置にも関する。
上述した目的を達成するための本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１） プランジャポンプ装置であって、一対のプランジャポンプを並列に接続したプランジャポンプ装置において、前記各プランジャポンプのプランジャをそれぞれが交互に前進するように連動させるカム機構と、前記各プランジャをその後退時に前記カム機構に向けて押圧する流体圧装置と、前記流体圧装置の動作を前記プランジャの動作サイクルに応じて制御する制御部とを有することを特徴とするプランジャポンプ装置。
（１）に記載の発明においては、カム機構が各プランジャポンプのプランジャを交互に前進させ、一方、流体圧装置が各プランジャをカム機構に向けて押圧するので、プランジャはカム機構で位置決めされつつ前後進し、ポンプ動作を行う。流体圧装置の動作は、制御部によってプランジャの動作サイクルに応じて制御されるので、カム機構との不必要な干渉を排除することができる。
（２） （１）に記載の発明において、前記制御部は、各プランジャの前進時において、前記流体圧装置による押圧を停止させることを特徴とするプランジャポンプ装置。
（２）に記載の発明においては、各プランジャの前進時において、カム機構と流体圧装置との不必要な干渉が排除される。
（３） （１）又は（２）に記載の発明において、前記一対のプランジャポンプはそれぞれ吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程をそれぞれ行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにタイミングが設定されていることを特徴とするプランジャポンプ装置。
（３）に記載の発明においては、一対のプランジャポンプの吐出量の総和が一定に維持される。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の発明において、前記各プランジャポンプは、前進と後退の間に一定の停止過程を行なうことを特徴とするプランジャポンプ装置。
（４）に記載の発明においては、各プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行なうので、各プランジャポンプにおける流れや弁の動作が安定してから次の動作が始められる。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１０１は、この発明の実施の形態の２連式のプランジャポンプ装置を示す図であり、例えば、マイクロリアクタに薬液を連続的に定流量で吐出する目的で使用される。このプランジャポンプ装置は、同一構造の一対のプランジャポンプ５０１０から構成されている。各プランジャポンプ５０１０は、シリンダ５０１２と、シリンダ５０１２内を摺動可能に設けられたプランジャ５０１４と、これらを往復移動させる駆動手段とを有している。シリンダ５０１２の内部には、この空間を２つに分割する隔壁５０１６が設けられており、ここでは、一方（この図では右側）をポンプ空間５０１８、他方（この図では左側）をアクチュエータ空間５０２０と称する。
各プランジャ５０１４は、ポンプ空間５０１８に配置された円板状のピストン５０２２と、これに連結されたロッド５０２４により構成され、ロッド５０２４は、隔壁５０１６およびアクチュエータ空間５０２０の端部壁５０２０ａを挿通して、シリンダ５０１２の外部へ突出している。ポンプ空間５０１８は、ピストン５０２２によって端部側のポンプ室５０２６と隔壁５０１６側のバッファ室５０２８に区画され、ピストン５０２２とシリンダ５０１２の内壁との間にはシール構造が設けられている。ポンプ室５０２６の端部壁５０２６ａには、吐出ポート５０３０および吸込ポート５０３２とが設けられ、これらはそれぞれ逆止弁５０３４，５０３６を介して吐出ライン５０３８および流体タンク５０４０につながる供給ライン５０４２に接続されている。これにより、薬液等の流体は、プランジャ５０１４の後退動作（図１０１において右への移動）によって吸込ポート５０３２からポンプ室５０２６に吸い込まれ、プランジャ５０１４の前進動作（図１０１において左への移動）によって吐出ポート５０３０から吐出されるようになっている。プランジャ５０１４をはじめとする接液部の材質は、腐食性や浸食性の薬液を扱う場合には、それに対応することができることが好ましく、例えば、サファイヤ、ルビー、アルミナ、セラミック、SUS、ハステロイ、チタン等を適宜に用いる。
このプランジャポンプ装置には、２種類の駆動手段が設けられている。第１の駆動手段は、シリンダ５０１２の外側に設けられたカム機構５０５０であり、各プランジャポンプ５０１０のプランジャ５０１４を交互に前進させるように連動させる。このカム機構５０５０は、カムシャフト５０５２を一定速度で回転させる駆動モータ５０５４と、カムシャフト５０５２に一体に設置された一対の板カム５０５６と、各プランジャ５０１４のロッド５０２４の外端部に設けられたローラ（カムフォロワ）５０５８とから構成されている。板カム５０５６は所定形状の外形を有しており、回転に伴ってローラ５０５８との接触位置が変化することにより、ロッド５０２４が所定の変位パターンで往復動作するようになっている。
第２の駆動手段は、シリンダ５０１２のアクチュエータ空間５０２０に形成された流体圧装置５０６０（エアシリンダ）である。すなわち、各ロッド５０２４の中央部には圧力板５０６２が設けられ、圧力板５０６２と隔壁５０１６の間に圧力空気室５０６４を形成している。圧力空気室５０６４には、圧力空気導入用のポート５０６６が設けられ、これはソレノイド弁である空気制御弁５０６８を介して圧力空気源５０７０とドレン５０７２に切り換え可能に接続されている。圧力板５０６２とアクチュエータ空間５０２０の端部壁５０２０ａとの間の空間は、端部壁近傍の開口５０７４を介して外部空間に通じている。また、バッファ室５０２８は、隔壁５０１６近傍のポート５０７６および空気制御弁５０６８を介してドレン５０７２に通じており、万一ピストン５０２２とシリンダ５０１２内壁の隙間から流体がリークした場合でも外部に流出しないようになっている。
空気制御弁５０６８は、ソレノイドが非励磁の状態の第１の切換位置では、図１０１において上側のプランジャポンプ５０１０について示すように、圧力空気室５０６４およびバッファ空間のいずれもドレン５０７２に接続され、プランジャ５０１４はニュートラルの状態となる。一方、ソレノイドが励磁状態の第２の切換位置では、図１０１において下側のプランジャポンプ５０１０について示すように、圧力空気室５０６４が圧力空気源５０７０に接続され、バッファ空間はドレン５０７２に接続された状態となる。従って、プランジャ５０１４はポンプ室５０２６を拡大する方向に（図１０１において左方向に）押される。このように、ピストン５０２２と圧力空気室５０６４、ソレノイド弁、および加圧空気源によって、一方向のみ動作するエアシリンダ５０６０が構成されている。圧力空気源５０７０の空気圧は例えば３〜５kg/cm２程度に設定する。
これらの２つの駆動手段を連動させて制御するために、制御部５０８０が設けられている。カムシャフト５０５２にはエンコーダが設けら、その出力は制御部５０８０に入力されている。これによりカムシャフト５０５２の回転位置情報、すなわち各プランジャ５０１４の往復動作位置情報が制御部５０８０に入力されるようになっている。制御部５０８０は、このエンコーダ５０８２により与えられるプランジャ５０１４の往復動作位置情報に基づいて、空気制御弁５０６８のソレノイドのオンオフを切り換え、エアシリンダ５０６０の動作を制御する。
以下、上記のように構成されたプランジャポンプ装置の動作について説明する。
まず、１つのプランジャポンプ５０１０の動作について説明する。図１０２において線Ａは、カムシャフト５０５２を一定回転速度で回転させた場合のプランジャ５０１４の速度線図であり、横軸はカムシャフト５０５２の回転角度を、縦軸はプランジャ５０１４の速度（＋は前進方向、−は後退方向）をそれぞれ示す。吐出量はプランジャ５０１４の速度に比例するので、縦軸は吐出量をも表す。また、横軸は時間軸でもある。線Ｂはカム機構５０５０によるプランジャ５０１４の押圧状態を、線Ｃはエアシリンダ５０６０のオンオフを、線Ｄはポンプ室５０２６の容積変化を、それぞれ表す。
回転角度０〜１５度の範囲において、板カム５０５６の当接面は一定の加速度で所定の値（定常吐出速度）まで速度を上昇させつつ前進し、以降は１５〜１８０度の範囲においてその定常吐出速度で前進する。この間、空気制御弁５０６８は非励磁の状態の第１の切換位置にあるので、プランジャ５０１４はニュートラルであり、プランジャ５０１４には線Ｂに示すように板カム５０５６からの力だけが作用し、プランジャ５０１４は、線Ａに示すように前進して吐出動作を行う。さらに回転角度１８０〜１９５度の範囲において、プランジャ５０１４は一定の比率で０まで速度を低下させた後、回転角度１９５〜２１０度の範囲において速度は０となり吐出動作は停止される。
回転角度０〜２１０度の間においては、線Ｃに示すように、プランジャ５０１４はニュートラルであり、カム機構５０５０はプランジャ５０１４がポンプ動作を行うだけの仕事をすれば良い。上記のように、吐出動作において増速過程（回転角度０〜１５度）と減速過程（回転角度１８０〜１９５度）がちょうど１８０度ずれている。また、吐出の全工程は回転角度０〜１９５度の範囲で行われる。
次に、回転角度２１０〜２２５度の範囲において、板カム５０５６の当接面は一定の加速度で所定の値（定常吸込速度）まで速度を上昇させつつ後退する。一方、エンコーダ５０８２が回転角度２１０度を検出した時に、制御部５０８０は空気制御弁５０６８のソレノイドを励磁し、空気制御弁５０６８は第２の切換位置となって、圧力空気室５０６４に圧力空気が送られる。この結果、エアシリンダ５０６０が作動状態となって、プランジャ５０１４をカム機構５０５０に向けて押圧し、後退する板カム５０５６に追随させて移動させる。エアシリンダ５０６０の圧力はプランジャ５０１４が流体の吸込動作を行うのに充分な値に設定されているので、プランジャ５０１４により吸込動作が行われる。カム機構５０５０の剛性やモータ５０５４の駆動力はエアシリンダ５０６０による押圧力に耐えられるように設定されており、プランジャ５０１４後退時におけるカム機構５０５０の位置決め機能が損なわれることはない。
以降、回転角度２２５〜３３０度の範囲においてプランジャ５０１４は定常吸込速度で後退して吐出動作を行う。さらに回転角度３３０〜３４５度の範囲において、プランジャ５０１４は一定の比率で０まで速度を低下させた後、回転角度３４５〜３６０度の範囲において速度が０となり、吸込動作は停止される。図１０１から明らかなように、吸込の時間の方が吐出の時間より短いので、定常吸込速度は定常吐出速度より大きくなる。
上記の工程において、吐出動作の後（回転角度１９５〜２１０度の範囲）と吸込動作の後（回転角度３３０〜３４５度の範囲）にそれぞれ停止過程を設けている。従って、吐出ポート５０３０又は吸込ポート５０３２の逆止弁５０３４，５０３６の閉動作が確実に行われてから、あるいはこの部分での流れが落ち着いてから次の吸込又は吐出の動作が始まるので、逆止弁５０３４，５０３６からの逆流等による脈動が防止される。
次に、プランジャポンプ装置の全体の動作を、図１０３を参照して説明する。なお、図１０３においては、各過程の比率は誇張されている。また、過程の説明は実線で示したプランジャポンプ５０１０についてされている。
２つのプランジャポンプ５０１０は、共通のカムシャフト５０５２に位相が１８０度異なるように取り付けられた２つの板カム５０５６により駆動されている。つまり、これらの動作は位相が１８０度異なっている。プランジャポンプ装置全体の吐出量は並列接続された各プランジャポンプ５０１０の和となって、図１０３の２点鎖線で表される。先に説明したように、吐出動作において増速過程（回転角度０〜１５度）と減速過程（回転角度１８０〜１９５度）がちょうど１８０度ずれており、これらにおける増速率と減速率が等しいので、これらのプランジャポンプ５０１０の吐出量の和は一定となり、動作の切り換えの際に脈動が生じないようになっている。
さらに、このプランジャポンプ装置では、プランジャ５０１４が常にカム機構５０５０に接触しているので、板カム５０５６の当接面によってプランジャ５０１４が確実に位置決めされる。従って、吐出量が高い精度で制御され、この点でも、脈動を抑制することができる。
また、カム機構５０５０に対してプランジャ５０１４を押しつけるために、オンオフ動作が可能な第２の駆動手段を用いているので、カム機構５０５０による前進動作の際にはこれをオフにすることで、カム機構５０５０の負荷を減らすことができる。従って、カム機構５０５０の駆動装置であるモータ５０５４等のアクチュエータのコストを低減させるとともに、これらの部材の当接部における摩擦を軽減して、長寿命を可能としている。
図１０４は、この発明の他の実施の形態を示すもので、カム機構５０５０Ａが板カム５０５６ではなく端面カム５０５６Ａを用いたものである。これの動作は、基本的に前述した実施の形態と同様なので、説明を省略する。
以上、本発明を具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、流体圧装置の作動源としては、圧力空気ではなく、圧力液体でもよい。
プランジャポンプ装置
本発明は、さらに、本発明の流体反応装置及び流体混合装置において使用することができるプランジャポンプ装置にも関する。
上述した目的を達成するための本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１） プランジャポンプ装置であって、それぞれ個別の駆動装置を有し、液体源とマイクロリアクタ流路間において並列に接続された一対のプランジャポンプと、前記マイクロリアクタ流路内に設置された流量計と、前記一対のプランジャポンプを交互に一定の所定送り速度で吐出動作させる制御部を備え、前記制御部は、前記プランジャポンプが吐出動作しているときの前記流量計の測定値に基づいて、所定のタイミングで前記送り速度を調整することを特徴とするプランジャポンプ装置。
（１）に記載の発明においては、プランジャポンプが吐出動作しているときの流量計の測定値に基づいて、所定のタイミングで送り速度が調整されるので、複雑な制御手段を用いることなく、プランジャポンプの吐出量の精度を維持することができる。流量計による測定値は、所定の時間の平均値として求めることが望ましい。プランジャポンプを個別に調整するようにしてもよく、その場合には測定も個別に行うこととする。
（２） （１）に記載の発明において、前記マイクロリアクタ流路内に設置された圧力センサを備え、前記制御部は、前記圧力センサの出力値に基づいて前記送り速度を微調整することを特徴とするプランジャポンプ装置。
（２）に記載の発明においては、マイクロリアクタ流路内に設置された圧力センサの出力値に基づいて送り速度が微調整されるので、種々の原因による脈動が抑制される。
（３） （１）又は（２）に記載の発明において、前記制御部は、前記一対のプランジャポンプを、それぞれが吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程を行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにして流量を一定のまま切換制御することを特徴とするプランジャポンプ装置。
（３）に記載の発明においては、一方のプランジャポンプから他方のプランジャポンプへの移行が、流量を一定としたまま行われる。
（４） （３）に記載の発明において、前記切換制御時には、前記送り速度の微調整を一方のプランジャポンプについてのみ行うことを特徴とするプランジャポンプ装置。
（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の発明において、前記制御部は、前記プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行うように制御することを特徴とするプランジャポンプ装置。
（５）に記載の発明においては、各プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行うので、各プランジャポンプにおける流れや弁の動作が安定してから次の動作が始められる。
（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の発明において、前記プランジャポンプのプランジャの位置を検出する位置センサを備え、前記制御部はこの位置センサの出力に基づいて送り速度を制御することを特徴とするプランジャポンプ装置。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１０６は、この発明の実施の形態の２連式のプランジャポンプ装置を示す図であり、例えば、マイクロリアクタに薬液を連続的に定流量で吐出する目的で使用される。このプランジャポンプ装置６００１は、同一構造の一対のプランジャポンプ６０１０から構成されている。各プランジャポンプ６０１０は、シリンダ６０１２と、シリンダ６０１２内を摺動可能に設けられたプランジャ６０１４と、これらを往復移動させる駆動装置６０１９と、各部を制御する制御部６０２８とを有している。
各プランジャ６０１４は、円板状のピストン６０１６と、これに連結されたロッド６０１８により構成され、端部化への間にポンプ室６０１７を形成している。ロッド６０１８は、端部壁を挿通して駆動装置６０１９に連結されている。駆動装置６０１９は、この実施の形態では、モータ６０２０により回転駆動される送りねじ６０２２と、これに螺合するナット６０２４を有しており、ナット６０２４はロッド７０１８の端部に固定されている。送りねじ６０２２とナット６０２４の間にはボール（ベアリング）が介在しており、ボールねじと呼ばれる円滑かつ高精度の直動機構が構成されている。また、ナット６０２４の位置を検出するリニアスケール（位置センサ）６０２６が設けられ、その出力は制御部６０２８に送られている。制御部６０２８はこの出力に基づいてモータ６０２０の回転をフィードバック制御し、プランジャ６０１４の位置や送り速度を正確に制御することができる。
ピストン６０１６とシリンダ６０１２の内壁との間にはシール構造が設けられている。ポンプ室６０１７の端部壁には、吐出ポート６０３０および吸込ポート６０３２とが設けられ、これらはそれぞれ逆止弁６０３４を介して吐出ライン６０３６又は流体タンク６０３８につながる供給ライン４０に接続されている。これにより、薬液等の流体は、プランジャ６０１４の後退動作（図１０６において左への移動）によって吸込ポート６０３２からポンプ室に吸い込まれ、プランジャ６０１４の前進動作（図１０６において右への移動）によって吐出ポート６０３０から吐出されるようになっている。プランジャ６０１４をはじめとする接液部の材質は、腐食性や浸食性の薬液を扱う場合には、それに対応することができることが好ましく、例えば、サファイヤ、ルビー、アルミナ、セラミック、SUS、ハステロイ、チタン等を適宜に用いる。
図１０７に示すように、２つのプランジャポンプ６０１０の吐出ポート６０３０は合流し、マイクロリアクタ６００２の原料受入ポート６０４２に接続される。このマイクロリアクタ６００２では、２つの原料受入ポート６０４２が設けられ、これらは導入流路６０４４を経由して混合・反応部５０において合流する。導入流路６０４４には、それぞれ流量計６０４６と圧力センサ６０４８が設けられており、これらの出力は制御部６０２８に入力され、後述するような制御に用いられる。なお、図１０７では制御部６０２８は各プランジャポンプ装置６００１ごとに設けられているが、もちろん１つの制御部６０２８を共有するようにしてもよい。また、これらの制御部６０２８を例えばマイクロリアクタ６００２の制御装置と連結して統合制御するようにしてもよい。
以下、このような構成のプランジャポンプ装置６００１の動作を説明する。制御部６０２８は、プランジャポンプ６０１０を、２つの制御方法、すなわち予め決められたパターンに沿って制御するパターン制御と、センサの測定値に基づいて制御するフィードバック制御を組み合わせて用いる。これらはいずれもプランジャ６０１４の送り速度を制御するものであるが、基本的にはパターン制御が主であり、フィードバック制御は従である。これについて概念的に説明すると、全体の制御関数Ｆは、時間ｔの関数であるパターン制御関数Ｆ１（ｔ）と、測定圧力ｐの関数であるフィードバック制御関数Ｆ２（ｐ）によって、
Ｆ＝Ｆ１（ｔ）[１＋Ｆ２（ｐ）] （式１）
で表される。すなわち、圧力変動が無い場合にはＦ＝Ｆ１（ｔ）のパターン制御のみであり、圧力変動がある場合にはそれがＦ２（ｐ）の比率で変動する。Ｆ２（ｐ）がどの程度の寄与をするかは、その関数の設定の仕方により決められるが、例えば、最大で１０％程度とするのが好ましい。
図１０８及び図１０９は、パターン制御について説明するものである。図１０８は個々のプランジャポンプ６０１０の動作を示すもので、線Ａは、プランジャ６０１４が１往復する際の速度線図である。横軸は時間を１周期を３６０度として表し、縦軸はプランジャ６０１４の速度（＋は前進方向、−は後退方向）をそれぞれ示す。吐出量はプランジャ６０１４の速度に比例するので、縦軸は吐出量をも表す。また、線Ｂはポンプ室６０１７の容積変化を表す。図１０９は、２つのプランジャポンプ６０１０が位相を１８０度ずらせた状態で動作している状態を示す。
これらの図から分かるように、２つのプランジャポンプ６０１０は吐出過程の初期と終期において、一方は増速過程、他方は減速過程を行うように重複動作している。これにより、この切換過程では総流量が一定となるように制御されつつ、吐出動作を行うプランジャポンプ６０１０が切り換えられる。また、各プランジャポンプ６０１０の吐出動作の後と吸込動作の後にそれぞれ短時間の停止過程が設けられている。従って、吐出ポート６０３０又は吸込ポート６０３２の逆止弁６０３４，６０３６の閉動作が確実に行われてから、あるいはこの部分での流れが落ち着いてから次の吸込又は吐出の動作が始まるので、逆止弁６０３４，６０３６からの逆流等による脈動が防止される。
このパターン制御では、吐出時の定常送り速度Ｖｃは必要な吐出量及び次の式に基づい
て決められ、これにより当初のパターン関数Ｐ（ｔ）が設定される。
流量L＝プランジャ６０１４断面積S×プランジャ６０１４送り速度V （式２）
しかしながら、実機では計算と異なる場合が有り、使用による経時変化も有る。そこで、この設定値を実測値によって調整する作業を行う。これは、定常的に行うのではなく、適当なタイミングと頻度で行う。定常的にフィードバック制御しても、流量センサの応答速度が低いので効果が無く、プランジャ６０１４の特性からして、適時の調整で充分と考えられるからである。タイミングと頻度は任意であるが、例えば、始動時に行う、一定の稼動時間経過ごとに行う、あるいはこれらを組み合わせる等が挙げられる。
この調整過程について、図１１０のフロー図と、図１１１の各測定値の変化を示すグラフを参照して説明する。なお、図１１１（ａ）は、マイクロリアクタ６００２流路に設置した流量計６０４６の測定値の変化の一例を、（ｂ）は圧力センサ６０４８の出力値の変化の一例を、（ｃ）はプランジャ６０１４の送り速度の変化の一例をそれぞれ示すものである。
まず、制御部６０２８は、調整作業のタイミングかどうかを判断する（ステップ１）。これは、例えば、始動時にその指令信号の有無を検出する、あるいはタイマーから所定時間稼動したことを知らせる信号の有無を検出することにより行う。そのタイミングであれば、
まず第１のプランジャポンプ６０１０のみが吐出動作をしている時の流量を測定する（ステップ２）。ここでは、ある時点での瞬間的流量ではなく、所定の時間の平均流量を算出する。１つのサイクルでなく、幾つかのサイクルにおける１つのポンプの流量の平均値を用いるようにしてもよい。
次に、測定した流量と規定流量の差ΔＬを算出し、これが事前に設定した許容上限値より大きいかどうかを判断する（ステップ３）。図１１１（ａ）に示すように、設定した上限値より大きい場合には、それに対する送り速度の調整量を算出し（ステップ４）、算出値に
基づいて調整を行う（ステップ５）。調整量ΔＶの算出は、式２に基づく以下の式を用いる。
送り速度調整量ΔＶ＝流量差ΔＬ／プランジャ断面積Ｓ （式３）
ステップ３においてΔＬが許容上限値より小さい場合には調整を行わない。次に、第２のポンプについて同じように測定ないし調整動作を行い（ステップ６〜ステップ９）、調整作業を終了する。このようにして新たな定常送り速度Ｖｃが決められ、これに沿って切換過程の勾配等を調整した新たなパターン関数Ｐ（ｔ）が決定される。これにより、実機での正確な流量出力が簡単な制御手法で達成される。
この実施の形態では、プランジャポンプ６０１０ごとに調整を行っているので、２つのプランジャポンプ６０１０や流路の特性に差が有る場合でも、常に流量変動が無い送液を行うことができる。なお、プランジャポンプ６０１０ごとに差が無い場合には２つを同じパターン関数で制御するようにしてもよい。この場合は、ステップ６〜ステップ９は省略する。ステップ２において、２つのポンプの吐出動作の流量を測定し、これを平均して測定値とするのが好ましい。
次に、マイクロリアクタ６００２の流路に設置した圧力センサ６０４８の測定値に基づいて送り速度をフィードバック制御する場合を、図１１１及び図１１２を参照して説明する。これは、送り速度全体の制御関数を、以下に再掲する式１のように設定して行う。
Ｆ＝Ｆ１（ｔ）[１＋Ｆ２（ｐ）] （式１）
Ｆ（ｐ）の実際の形は、例えば、実験と理論的な解析を併用してＰＩＤ制御の係数を求めることにより得られる。
圧力は流路の長さや形状などで変わるが、一定の流量が保たれていれば圧力は一定になる。このため、圧力の変化は流路内流量変動を表すから、これをフィードバック制御すれば流量変動を抑えることができる。また、圧力センサ６０４８の応答は一般的な流量計６０４６と比べて、速くかつ高精度であるため、流量の変動を抑えるには好適である。なお、２つのポンプが動作する切換過程では、各ポンプの制御関数において、Ｐ（ｔ）の部分は一方が増加し、他方が減少することで総流量が維持される点が異なるが、フィードバック制御の意味は同じである。
この実施の形態のプランジャポンプ装置６００１では、プランジャ６０１４の送りがメカニカルな誤差によりずれたり、流体内に気体が混入したり、チェック弁動作が不安定になったりした場合などに生ずる脈動を打ち消すように吐出量をコントロールすることが出来る。例えば、図１１１（ｂ）においてケース１は定常送り中の圧力変動を、ケース６００２は定常送り中の圧力変動を、それぞれ示すが、これを検出して送り速度を同図（ｃ）のようにフィードバック制御することで、圧力変動は抑制され、吐出量の変動も同図（ａ）に示すように抑制される。
なお、上記の実施の形態においては、図１１２（ａ）に示すように、１台が吐出を行う定常吐出過程時、及び２台が吐出を行う切換過程時のいずれにおいても、常時圧力センサ６０４８によるフィードバック制御を行うようにしたが、２つのプランジャに同じ制御を同時に行うと制御が不安定になる等の不具合が起きる場合が有る。そこで、図１１２（ｂ）に示すように、切換過程においては、一方のポンプのみに圧力フィードバック制御を行うようにしてもよい。この例では、切換過程において増速過程にあるポンプについて圧力フィードバック制御を行っているが、逆でもよい。また、図１１２（ｃ）に示すように、吐出量の多い方のポンプのみに圧力フィードバック制御を行うようにしてもよい。
次に、上述した本発明の一実施形態に係る流量調整装置を組み込んだ流体反応装置（マイクロリアクタ６００２）について説明する。図１１３ないし図１１５（ｂ）は本発明の一実施形態に係る流量調整装置を組み込んだ流体反応装置の全体構成を示す図である。なお、以下に述べる流体反応装置は、２種類またはそれ以上の液体を混合し、反応させるために用いられる装置である。
図１１３，図１１４，図１１５（ａ），および図１１５（ｂ）に示すように、流体反応装置は、全体が１つの設置スペースに設置されてパッケージ化されている。この構成例では、この設置スペースは長方形であり、長手方向に沿って４つの領域に区画される。すなわち、一端側の第１の領域は、原料液を貯留する複数の貯留容器６１１０（図１１３では２つの貯留容器６１１０Ａ，６１１０Ｂのみを示す）が設置された原料貯留部６１０１であり、それに隣接する第２の領域は、貯留容器６１１０の原料液を移送する２連式プランジャポンプ６００１Ａ，６００１Ｂが設置された配液部６１０２となっている。第２の領域に隣接する第３の領域は、原料液を混同させる混合部（混合チップ）６１４０および混合された原料液を反応させる反応部（反応チップ）６１４２を有する処理部６１０３となっている。他端側の第４の領域は、処理の結果得られた生成物を導出して貯留する生成物貯留部（回収容器設置スペース）６１０４である。
また、この流体反応装置は、各部の動作の制御を行うコンピュータである動作制御部６１０６と、温度調整ケース６１４６に熱媒体を流して処理部６１０３の温度調整を行う熱媒体コントローラ６１０７を備えている。また、動作制御部６１０６には、図１１３に示すように、液体の流量と温度をモニタできる流量モニタ６２７０および温度モニタ６２７２が搭載されている。なお、この構成例では、動作制御部６１０６と熱媒体コントローラ６１０７は流体反応装置と別置きになっているが、勿論一体でも良い。図１１４に示すように、第２〜第４の領域の床下部分には配管室６１０５が形成され、ここには混合部６１４０および反応部６１４２へ加熱又は冷却用の熱媒体を送るための配管が設けられている。
このように、上流側から下流側へと各部を配置することによって液体の流れを円滑にし、かつ装置全体をコンパクトにまとめることができる。この構成例では、各部の配列を直線状にしたが、例えば、全体が正方形に近いスペースであれば、各部を液体の流れがループを形成するように構成してもよい。
図１１４において、符号６２５０は装置下部に設けられた液溜めパンであり、符号６２５２は液溜めパン６２５０上に設置された漏液センサを示す。またこの装置例では、配液部６１０２、処理部６１０３、生成物貯留部６１０４は隔壁６２５４，６２５６により区画されており、各部にはカバー６２５８，６２６０，６２６２が取り付けられて装置外部とこれらを隔離している。符号６２６４は排気ポートであり、図示しない排気ファンに接続されている。そして、装置内の圧力を装置外より負とすることで装置内の有毒ガスが外部に漏出することを防いでいる。
図１１３に示す原料貯留部６１０１には、２つの貯留容器６１１０Ａ，６１１０Ｂが設置されているが、必要に応じて３つまたはそれ以上の貯留容器を使用してもよい。例えば、同じ液体を２つの貯留容器に収容し、これらを交互に切り換えて用いることにより、処理を継続的に行うことができる。なお、原料貯留部６１０１に、ライン洗浄用のアセトンなどの有機溶剤、塩酸、純水などが入った洗浄液容器６１１２や、パージ用の窒素ガスが封入された圧力源６１１４を設けてもよい。また、廃液容器６１３６を原料貯留部６１０１に置いてもよい。
配液部（導入部）６１０２には、貯留容器６１１０Ａ，６１１０Ｂに輸送管６１２１Ａ，６１２１Ｂを介して接続されたポンプ６００１Ａ，６００１Ｂが設置されている。また、配液部６１０２は、プランジャポンプ６００１Ａ，６００１Ｂの下流側に配置された流量調整装置６３００Ａ，６３００Ｂ、リリーフ弁６１２２Ａ，６１２２Ｂ、圧力測定センサ６１２４Ａ，６１２４Ｂ、流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂ、および逆洗ポンプ６１３０を有している。流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂは、輸送管６１２１Ａ，６１２１Ｂの他に、洗浄液容器６１１２や、圧力源６１１４にそれぞれ接続されている。逆洗ポンプ６１３０は、混合部６１４０や反応部６１４２の流路内が生成物によって閉塞した場合に用いられる。逆洗ポンプ６１３０は洗浄液を貯留する洗浄液容器６１１２に接続され、さらに流路切換弁６１３２を介して反応部６１４２の出口に接続される。逆洗ポンプ６１３０により移送される洗浄液は通常の流れと逆に流れる。すなわち、洗浄液は、反応部６１４２の出口から混合部６１４０の入口に向かって流れ、流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂを経て廃液口６１３４から図示しない配管を通って廃液貯留容器６１３６に入れられる。
逆洗ポンプ６１３０は吐出圧力が高く、洗浄液に脈動を起こさせて生成物を除去することが可能なように１本ピストン１６型のポンプが好ましい。洗浄液としては、有機溶剤、塩酸、硝酸、りん酸、有機酸、純水などが好適に用いられる。有機溶剤の例としては、アセトン、エタノール、メタノールなどが挙げられる。図１１３に示す導入口６２４０は、外部から純水や水素水を導入する場合に設けられたもので、洗浄液容器６１１２内の洗浄液の代わりに洗浄に使用できる。
図１１６は、原料液の予備加熱（予備温度調整）と混合を行うための混合部６１４０を示すもので、３枚の薄板状の基材である上板６１４４ａ、中板６１４４ｂ、下板６１４４ｃが接合されて全厚さ５ｍｍの混合部６１４０が形成されている。なお、以下に説明する流路はいずれも中板６１４４ｂの表面に形成された溝である。上板６１４４ａを貫通して形成された２つの流入ポート６１４７Ａ，６１４７Ｂは、中板６１４４ｂの上面に形成されたそれぞれ２つの予備加熱流路６１４８Ａ，６１４８Ｂに連通する。これらの予備加熱流路６１４８Ａ，６１４８Ｂはそれぞれ途中で分岐しかつそれぞれ拡大し、再度合流する。さらに、予備加熱流路６１４８Ａ，６１４８Ｂはそれぞれ出口流路６１５０Ａ，６１５０Ｂに連通し、これらの出口流路６１５０Ａ，６１５０Ｂは合流部６１５２に通じている。出口流路６１５０Ａは、中板６１４４ｂの上面に、出口流路６１５０Ｂは中板６１４４ｂの下面に形成されている。
図１１７は図１１６に示す合流部の拡大図である。図１１７に示すように、合流部６１５２は、出口流路６１５０Ａ，６１５０Ｂに通じる円弧状の溝として中板６１４４ｂの上下面にそれぞれ形成されたヘッダ部６１５４，６１５５と、このヘッダ部６１５４，６１５５から円弧の中心に向かって延びる複数の分液流路６１５６，６１５７と、これらの分液流路６１５６，６１５７が合流する合流空間６１５８とを有している。分液流路６１５６，６１５７と合流空間６１５８は中板６１４４ｂの上面に形成され、分液流路６１５６，６１５７は交互に配置されている。下面側のヘッダ部６１５５と分液流路６１５７とは、中板６１４４ｂを貫通する連絡孔６１５７ａにより連通している。合流空間６１５８は、下流側に向けて幅が徐々に小さくなるように形成され、中板６１４４ｂおよび下板６１４４ｃを貫通して形成された流出ポート６１６０に連通している。
図１１７に示す例では、合流空間６１５８の入口側の開口面６１５９において分液流路６１５６が５本、分液流路６１５７が４本、交互に配置されている。分液流路６１５６，６１５７からそれぞれ流出した２種類の液体は、合流空間６１５８内で縞状の流れを形成しつつ下流側に流れ、合流空間６１５８の流路幅が徐々に縮小するに従い、強制的に両液が混合される。この例では、合流空間６１５８の流路幅は最終的に４０μｍに達する。加工技術精度を上げれば、流路幅を１０μｍにすることも可能である。
図１１８（ａ）は図１１３に示す反応部を示す平面図、図１１８（ｂ）は図１１８（ａ）に示す反応部の断面図である。この例では、２枚の基材６１４４ｄ，６１４４ｅが接合されて厚さ５ｍｍの反応部６１４２が構成されている。この反応部６１４２では、反応流路６１６２が蛇行しており、長い流路を効率的に提供している。反応流路６１６２は、入口ポート６１６４および出口ポート６１６５にそれぞれつながる連絡部６１６２ａ，６１６２ｃと、連絡部６１６２ａ，６１６２ｃに連通する蛇行部分６１６２ｂとを有しており、連絡部６１６２ａ，６１６２ｃの幅は狭く、蛇行部分６１６２ｂの幅が広く形成されている。したがって、出入口部分では液体が急速に流れ、副生成物の付着を防止しており、蛇行部分６１６２ｂでは緩やかに流れて、加熱と反応の時間を長く取ることができるようになっている。
図１１９（ａ）および図１１９（ｂ）に示すのは、反応流路の幅が除々に小さくなる部分６１６３ａと除々に大きくなる部分６１６３ｂを持つ反応部の他の構成例である。この反応部６１４２ａには、基材６１４４ｄ，６１４４ｅの間に、幅寸法が最大ａから最小ｂの範囲で増減する反応流路６１６３が形成されている。幅寸法の増減に合わせ、深さを増減させてもよい。この例では、反応流路６１６３の断面積が一定になるよう深さが最大ｃから最小ｄの範囲で変化するようになっている。
図１１９（ｃ）は、反応流路の他の構成例を示す横断面図である。この反応部６１４２ｂでは、反応流路６１６３ｃは、その幅ｅが深さｆより大きい扁平形状を有しており、熱触媒からの熱の伝達方向（矢印で表示）に交差する広い伝熱面を有するので、反応流路６１６３ｃ内の液体に熱の伝達が有効に行われる。なお、合流空間６１５８や反応流路６１６２，６１６３に、適当な触媒を配置することは反応を促進するために有効である。このような触媒は反応の種類に応じて選択される。配置の仕方は、例えば、流路の内面に塗布したり、後述するような流路の障害物として配置することができる。
混合部６１４０および反応部６１４２の少なくとも流路を形成する素材としては、例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、Ｔｉ、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（PolyChloroTriFluoroEthylene）の内から、耐薬品性、耐圧性、熱伝導性、耐熱性等を考慮して、好ましいものを選択する。混合部６１４０および反応部６１４２の接液部の材質は、表面からの溶出が少なく表面触媒修飾が可能で、ある程度の耐薬品性を持ち、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが望ましい。
図１２０は、混合部および反応部の温度を調整する温度調整ケースの構成を示す斜視図である。なお、以下の説明では、反応部６１４２の温度を調整する温度調整ケース６１４６についてのみ述べるが、混合部６１４０のための温度調整ケース６１４６も同様の構成を有しており、その重複する説明を省略する。温度調整ケース６１４６は、内部に反応部６１４２を収容する空間６１７０が形成されたケース本体６１７２と該空間６１７０を覆う蓋部６１７４とを備えており、これらの内面には、平行に延びる複数の熱媒体流路を構成する溝６１７６が形成されている。ケース本体６１７２には、溝６１７６に連通する給液路６１７８と排液路６１８０（図１１３参照）が形成され、これらの給液路６１７８と排液路６１８０はそれぞれ熱媒体コントローラ６１０７に接続されている。給液路６１７８は、蓋部６１７４の溝６１７６に開口６１７９を介して連通し、排液路６１８０も蓋部６１７４の溝６１７６に図示しない開口を介して連通している。この例では、溝６１７６を流れる熱媒体は反応部６１４２の表裏面に直接接触し、反応部６１４２は温度調整ケース６１４６に完全に収容された状態で加熱（または冷却）される。
図示しないが、熱媒体コントローラ６１０７には、熱媒体の温度を制御する制御機構と熱媒体を移送するポンプが内蔵されている。図１１３に示すように、熱媒体は熱交換器６１８２を通過後、混合部６１４０および反応部６１４２の温度調整ケース６１４６に供給されるようになっている。熱交換器６１８２は例えば冷却用の市水の量を変えることで混合部６１４０および反応部６１４２に供給される熱媒体の温度を独立に変えられるようになっている。
図１２１（ａ）ないし図１２１（ｄ）には、温度調整ケース６１４６の他の例が示されており、ここでは、熱媒体流路６１９２はケース本体６１７２と蓋部６１７４のそれぞれの内部に形成されている。給液路６１７８は、図１２１（ｃ）に示すように、給液配管６１８８の先端が挿入された二重管の構成となっており、細い連通路６１９０を介して熱媒体流路６１９２に連通している。排液側も同様の構成である。図１２１（ｂ）に示すように、混合部６１４０を収容する温度調整ケース６１４６と反応部６１４２を収容する温度調整ケース６１４６とは、ボルト６１９４、ナット６１９５およびスペーサ６１９６を介して積層して結合されている。
図１２１（ｂ）には、温度調整ケース６１４６に収容された混合部６１４０および反応部６１４２への液体の供給・排出の経路が示されている。すなわち、それぞれの液体は、温度調整ケース６１４６を貫通して形成された流通路６１９８を介して混合部６１４０へ流出入する。また、混合部６１４０と反応部６１４２との間の液体の流通は、温度調整ケース６１４６の流通路６１９８を連絡する連絡通路６２００を介して行う。図１２１（ｄ）には、反応部６１４２の液の流入部と流出部の構造が説明されている。液の流れを下方向へ向かわせるために、通常は混合部６１４０および反応部６１４２の液の入口は上面に、出口は下面にそれぞれ形成する。
図１１３に示すように、反応部６１４２の流出口６２０２は、回収配管６２０４を介して生成物貯留部６１０４に接続されている。生成物貯留部６１０４には、冷却用の熱交換器６２０６、流路切換弁６１３２の下流側に回収容器６２０８が設けられている。回収容器６２０８が置かれる生成物貯留部６１０４は、他の領域から温度等の影響を受けないように、また生成物から発生する可能性のある有毒ガスが外部に漏洩しないように隔離されている。
図１２２は、生成物貯留部６１０４の他の構成例を示すもので、複数の回収容器６２０８が回転テーブル６２１２上に設置されている。この例では、回収容器６２０８は２個であり、回転テーブル６２１２を移動させるアクチュエータ６２１４は１８０度回転型ロータリーアクチュエータである。勿論、回収容器６２０８の数やアクチュエータ６２１４の種類は適宜に選択可能である。図１１３に示す動作制御部６１０６は、回収容器６２０８の液面を検知する液面検知センサ６２１１ｂからの信号により、回収容器６２０８の交換時期を判断し、流路切換弁６１３２（図１１３参照）により液流を止め、回収口６２１０の下流に設けた光学的流体検知センサ６２１１ａにより液流の停止を確認して、アクチュエータ６２１４を作動させて他の回収容器６２０８を回収口６２１０の下方に移動させる。
次に、上記のように構成された流体反応装置により、薬液等の液体（原料液）を反応させる工程について説明する。なお、流体反応装置の動作は基本的に動作制御部６１０６によって自動制御される。まず、原料貯留部６１０１において、原料液を貯留した貯留容器６１１０Ａ，６１１０Ｂに用意しておく。熱媒体コントローラ６１０７により熱媒体の温度を設定し、熱交換器６１８２を通過させる市水の量を調整して各熱媒体の温度をそれぞれ調整し、混合部６１４０および反応部６１４２の温度調整ケース６１４６へ熱媒体を流通させてこれらを所定の温度に維持する。熱媒体の温度は、温度調整ケース６１４６の入口に設けた温度センサ６２１６，６２１８により測定される。
この例では、原料液を処理部６１０３に供給する前に、混合部６１４０および反応部６１４２内の流路に純水等の洗浄液を流して予め洗浄する。流路を洗浄している間、洗浄液の温度を混合部６１４０の出口の温度センサ６２２０および反応部６１４２の出口の温度センサ６２２２で測定し、洗浄液の温度を熱媒体コントローラ６１０７にフィードバックする。このようにして、混合部６１４０および反応部６１４２を所定の温度に調整する。
混合部６１４０および反応部６１４２の温度が調整され、流路の洗浄を終えてから、流路切換弁６１３２を切り換え、プランジャポンプ６００１Ａ，６００１Ｂを駆動して、貯留容器６１１０Ａ，６１１０Ｂ内の原料液をそれぞれ移送する。原料液は、流量調整装置６３００Ａ，６３００Ｂにより所定の流量に調整され、その後、混合部６１４０、反応部６１４２、流出口６２０２、回収口６２１０を経て回収容器６２０８に至る。なお、流路切換弁６１３２はアクチュエータにより作動する自動弁としており、この動作は自動運転も可能である。
混合部６１４０においては、原料液は予備加熱流路６１４８Ａ，６１４８Ｂ（図１１６参照）において所定の温度に加熱された後、合流部６１５２において合流し、混合する。その際、各液は、図１１７に示すように、ヘッダ部６１５４，６１５５から分液流路６１５６，６１５７を経由して合流空間６１５８に流入する。合流空間６１５８の断面は下流へ向かうに従い徐々に減少するので、マイクロサイズの流れが規則的に混在し、フィックの法則に則って迅速に混合する。その状態で、所定の温度に維持された反応部６１４２の反応流路６１６２に流入すると、反応は、物質移動や熱伝導の制約を受けずに迅速に進行する。したがって、量産手段として充分実用的であるとともに、反応速度の早い爆発性の反応でも低温下で行う必要がなくなる。また、この例では、反応流路６１６２の幅が合流空間６１５８の幅に比べて充分広く形成されているので、反応速度が遅い場合でも充分な時間をかけて行うことができ、高い収率を得ることができる。
得られた生成物は、反応流路６１６２の流出口２０２から回収配管６２０４を経由して熱交換器６２０６に送られ、ここで冷却されて、回収口６２１０より回収容器６２０８に流入する。貯留容器６１１０Ａ，６１１０Ｂが空になったり、回収容器６２０８が満杯になったら、動作制御部６１０６によりプランジャポンプ６００１Ａ，６００１Ｂの運転を停止させて処理を終了させる。この場合、貯留容器６１１０Ａ，６１１０Ｂの他に、追加の貯留容器を原料貯留部６１０１に予め用意しておけば、流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂを切り換えることにより、運転を停止させることなく連続的な処理が可能である。なお、反応に時間が掛かる場合には、混合部６１４０および反応部６１４２内に液を一定時間閉じ込めてバッチ運転することも可能である。流路切換弁６１２６Ａ、６１２６Ｂも自動弁であるのでこれらの動作は自動運転も可能である。
バッチ運転の方法は、プランジャポンプ６００１Ａ，６００１Ｂを一時停止してもよいし、流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂを切り換えて、処理部６１０３への液体の流入を停止させてもよい。これにより、液体の反応時間が長い場合でも反応流路６１６２の長さを長くする必要がなくなる。バッチ運転の際は、合流空間６１５８および／または反応流路６１６２に液体が充満されたことを検知する充満検知手段を用いて運転制御を行うことが好ましい。これは、例えば、図１２２に示すような光学的流体検知センサが用いられる。これにより、合流空間６１５８および／または反応流路６１６２に液体が充満されたと判断した時点で、プランジャポンプ６００１Ａ，６００１Ｂを停止させまたは第１の流路切換弁を切り換え、液体を反応終結時間に適応する一定時間合流空間６１５８および／または反応流路６１６２に滞留させておく。
図１２３（ａ）および図１２３（ｂ）は、混合部６１４０における合流部の他の構成例を示すものである。この合流部６１５２ａは、Ｙ字状の合流空間６１５８ａに、障害物６２２４を一定間隔ａで所定の距離Ｌに亘って配置したものである。この例では、直径５０μｍ以下である柱状の障害物６２２４を、合流点からＬ＝５ｍｍに亘って配置した。図１２３（ｂ）に示すように、各障害物６２２４は隣接するものが流れ方向にピッチの半分だけずれるように、千鳥状に配置されている。これによって液体Ａおよび液体Ｂの界面６１２５が蛇行するので２つの液体の界面面積（接触面積）を大きくすることができる。図１９に示す合流部６１５２ｂでは、合流空間６１５８ｂの中央部に一列の障害物６２２４を流れ方向に沿って千鳥状に配置したもので、同様に界面面積を大きくすることができる。これは、狭い合流空間６１５８ｂで採用するのに好適である。
図１２５は、流体反応装置の処理部６１０３の他の構成例を示すものである。これは、図１１３の処理部６１０３において、混合部６１４０と反応部６１４２との組み合わせをそれぞれ有する２系統Ｒ１，Ｒ２設け、さらに配液部６１０２の流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂを用いて２種類の原料液をいずれの系統Ｒ１，Ｒ２にも供給可能にしたものである。このように、２系統を用いることで、必要に応じて処理量を増やすことができるが、その他にも種々の使用方法が有る。例えば、反応生成物が固体粒子を析出しやすく、配管途中で詰まりやすい場合などでは、一方の系統を予備として使用する。また、流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂで移送ラインを交互に切り換えて、上述したバッチ運転を連続的に行うことができる。勿論、３系統以上の移送ラインを適宜に並列して設けることができる。この場合も流路切換弁６１２６Ａ，６１２６Ｂは自動操作が可能である。
図１２６は、処理部６１０３において反応部を複数直列に配置した例を示す。この例では、１つの混合部６１４０と３つの反応部６１４２ａ，６１４２ｂ，６１４２ｃが直列に接続されており、それぞれに温度センサ６２２０，６２２２ａ，６２２２ｂ，６２２２ｃが設けられている。この例では、反応の段階に応じて反応部６１４２ａ，６１４２ｂ，６１４２ｃを独立して温度制御することが可能となっている。この構成は、生化学反応のように反応時間と反応温度を大胆に且つ瞬時に変化させたい反応に適している。たとえば反応部６１４２ａでは１００℃で反応させ、反応部６１４２ｂでは−２０℃で反応させるというような反応もこのシステムでは可能になる。
図１２７は、処理部６１０３において混合部を複数設けた例である。この構成例では、Ａ液とＢ液を混合し反応させる第１の混合部６１４０および反応部６１４２が設けられ、この反応部６１４２の下流側に第２の混合部６１４０ａが設けられている。この混合部６１４０ａではプランジャポンプ６１１６Ｃから輸送された第３の原料液または反応剤であるＣ液がＡ液とＢ液と合流し、混合する。これらの２つの混合部６１４０，６１４０ａと１つの反応部６１４２の温度は個別に制御される。なお、Ｃ液は反応停止剤でもよい。
この構成例では、インライン収率評価器２２６が第２の混合部６１４０ａの流出口６２０２に直接接続されている。これにより、化学反応の結果の収率をリアルタイムで確認でき、直ぐにプロセスパラメータへフィードバックすることが可能となる。インライン収率評価器６２２６としては、被測定物を分離せずに測定可能な方法として赤外分光、近赤外分光、紫外吸光等の方法がある。
この構成例では、さらに、反応生成物の中から不要な物質と必要な物質を分離する分離抽出部６２２８が第２の混合部６１４０ａの下流側に設けられている。図示するように、分離抽出部６２２８は、Ｙ字形の分離流路６２３４を有している。第２の混合部６１４０ａからの液体は分離流路６２３４により２つの流れに分岐され、１つは物質内の疎水性分子のみを通過させる疎水性壁面６２３０から形成された流路に、他方は物質内の親水性分子のみを通過させる親水性壁面６２３２から形成された流路に流れ込む。分離した物質は、それぞれ回収配管６２０４，６２０４ａを介して回収容器６２０８，６２０８ａに回収される。分離抽出部６２２８としては、その他に、疎水性物質だけを吸着可能な膜やポーラスフリットを使用することも考えられる。
図１２８は、混合・反応と分離抽出を繰り返して連続処理するための構成例である。すなわち、Ａ液とＢ液を処理する混合部６１４０ａ、反応部６１４２ａ、および分離抽出部６２２８ａが上流側に配置され、分離抽出部６２２８ａから抽出された液体とＣ液を処理する混合部６１４０ｂ、反応部６１４２ｂ、および分離抽出部６２２８ｂが下流側に配置されている。Ａ液とＢ液が反応した後の不要物質は分離抽出部６２２８ａの排出口６２３４ａから系外に出され、Ｃ液を加えた第２の反応における不要物質は分離抽出部６２２８ｂの排出口６２３４ｂから系外に出される。さらに、分離抽出部６２２８ｂから抽出された液体と第４の液であるＤ液を混合させる混合部６１４０ｃが設けられている。なお、Ｄ液は反応停止剤でもよく、他の原料溶液でも良い。混合部６１４０ｃの下流側にインライン収率評価器６２２６を設けても良い。
図１２９（ａ）には、図２３の各部を積層化した構成が示されている。液体は下方へ流れる。混合部６１４０ａ、反応部６１４２ａ、分離抽出部６２２８ａ、混合部６１４０ｂ、反応部６１４２ｂ、分離抽出部６２２８ｂ、および混合部６１４０ｃは、温度調整ケース６１４６にそれぞれ収容され、さらにボルト６１９４、ナット６１９５、スペーサ６１９６によって所定の間隔をおいて積層化されている。各部間の液の移動は連絡通路６２００（図１１６（ｂ）参照）を介して行われる。各部の間には空気を介在させ、空気の断熱性を利用して他の部の熱影響を受けないようにして、温度制御の精度を向上させている。図１２９（ｂ）に示すように、各温度調整ケース６１４６の周りを気泡を含んだクリーンなシリコン部材６２３６等の断熱材で覆うのが好ましい。
この流体反応装置に導入される流体は液体、気体であり、回収される物質は液体、気体、固体またはこれらの混合体である。導入物質が粉体などの固体の場合は原料貯留部６１０１に粉体溶解器を設置することも可能である。図１３０は、２つの原料液のうち、一方が粉体を溶解した溶液、他方は元々液体の場合の原料貯留部６１０１の構成例である。原料の粉体と溶媒は粉体溶解器６２４０の原料導入口６２４２から導入される。この例では、原料粉体をヒータ６２４４による加熱と攪拌器２４６による攪拌によって溶解し、生成した原料液を、取出し口６１４８に引き込まれた配管６２４９より、プランジャポンプ６１１６Ａによって、混合部６１４０および反応部６１４２に送り込むようになっている。
マルチ分光装置
本発明は、さらに、本発明の流体反応装置及び流体混合装置において使用することができるマルチ分光分析装置にも関する。
上述した目的を達成するための本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１） マルチ分光分析装置であって、医薬品製薬製造ラインおよび医薬品開発段階の有機合成反応結果を評価するためのマルチ分光分析装置であって、複数の波長の異なる光源を有する光源部と、被測定液を流通させるフローセルを構成するケーシングと、上記フローセルにおいて被測定液に近接する複数の発光部と受光部と、受光部から得られた各波長の分光を個々に行う分光器を有する分光部と、分光器で得られた被測定液の分光情報を演算制御して出力する制御部とを具備したことを特徴とするマルチ分光分析装置。
（１）に記載の発明においては、光源部から波長領域の異なる複数の光を発光させ、これを異なる分光器で受光して、被測定液を通過した各波長の分光が個々に行われる。このような複数の分析情報を組み合わせることにより、精度の高い、漏れの無い分析が行われる。
（２） （１）に記載の発明において、前記光源部は、紫外光、可視光、近赤外光、赤外光、遠赤外光のうち、少なくとも２つ以上の波長領域をカバーする光源を有することを特徴とするマルチ分光分析装置。
（２）に記載の発明においては、光源部からの、紫外光、可視光、近赤外光、赤外光、遠赤外光のうち、少なくとも２つ以上の波長領域をカバーする光源を組み合わせて用いることにより、処理対象や目的に応じた分析情報を得ることができる。
（３） （１）又は（２）に記載の発明において、前記フローセルが複数形成され、各フローセルに発光部と受光部がそれぞれ配置されていることを特徴とするマルチ分光分析装置。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の発明において、前記ケーシングは、仕切によって内部に複数のフローセルを形成するように構成されていることを特徴とするマルチ分光分析装置。
（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の発明において、前記ケーシングは、内部に１つのフローセルを形成するように構成され、複数の前記ケーシングが基板上に着脱自在に取り付け可能となっていることを特徴とするマルチ分光分析装置。
（６） 可視領域から近赤外領域の光源を一つの光源で兼用し、異なる受光部に導くように構成したことを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のマルチ分光分析装置。
（７） （１）〜（６）のいずれかに記載の発明において、前記発光部と受光部間の距離を調整可能であることを特徴とするマルチ分光分析装置。
（８） 反応領域の下流側に、（１）〜（７）のいずれかに記載のマルチ分光分析装置を有することを特徴とするマイクロリアクタ。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１３１は、この発明の一実施の形態のマルチ分光分析装置７００１を模式的に示すもので、例えば、例えば、一対の基板によって構成されるケーシング７０１０の中に構成されている。この分光分析装置７００１は、後述する図１４０に示すように、マイクロリアクタの下流側部分を構成する部材の一部に組み込まれ、使用される。
ケーシング７０１０には、マイクロリアクタの下流側の流路（反応生成物が流れる流路）７０１２につながる複数のフローセル７０１４が形成されている。フローセル７０１４は全体として矩形平板状の内部空間７０１６を複数の仕切７０１８で区画することにより形成され、その両側には発光部７０２０と受光部７０２２とが対向して配置されている。この実施の形態では、複数のフローセル７０１４を一つのケーシング７０１０内の内部空間７０１６に収めることにより寸法を小さくすることができ、また流量のばらつきを抑制して分析精度を向上させることが可能になる。フローセル７０１４内の流路は、できるだけ滞流や通過抵抗が無いような形状とするのが好ましい。
ケーシング７０１０を構成する材料は、熱伝導性に優れ、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが好ましい。さらに、フローセル７０１４の流路を構成する材料は、液体の高圧に耐えうるものであることが好ましい。これらの点を考慮し、流路を構成する材料の好ましい例として、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、Ｔｉ、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（Polychlorotrifluoroethylene）、およびＰＦＡ（perfluoroalkoxylalkane）などの樹脂が挙げられる。
異なる波長域の光を出力する複数の光源７０２４ａ〜７０２４ｇを有する光源部７０２４が、フローセル７０１４の近傍の所定箇所に設置されており、それぞれの出力光は光ファイバ７０２６によって発光部７０２０に導かれている。この実施の形態では、紫外光を出力する光源７０２４ａは重水素ランプであり、可視光から近赤外光を出力する光源７０２４ｂ〜７０２４ｅはハロゲンランプであり、赤外光はニクロム赤外光源７０２４ｆである。可視光から近赤外光までを１個のハロゲンランプで賄ってもよい。このようにすることで装置の大きさがよりコンパクトにすることができる。
受光部７０２２は光ファイバ７０２６によって、フローセル７０１４の近傍に設置された分光器７０２８ａ〜７０２８ｇを有する分光部７０２８に結合されている。分光器７０２８ａ〜７０２８ｇは、例えば、ＣＣＤ素子によって構成され、それぞれが受光した光を波長帯域ごとに分けて強度を測定することができるようになっている。この実施の形態では７個の分光器７０２８ａ〜７０２８ｇを設置しており、各分光器７０２８ａ〜７０２８ｇの分担する波長範囲は、200〜400nm（紫外分光器７０２８ａ）、400〜700nm（可視光分光器７０２８ｂ）、700〜1000nm（第１近赤外分光器７０２８ｃ）、1000〜1700nm（第２近赤外分光器７０２８ｄ）、1700〜2200nm（第３近赤外分光器７０２８ｅ）、2200〜25000nm（赤外分光器７０２８ｆ）及び波長25000nmを超える波長領域（遠赤外分光器７０２８ｇ）のようになっている。これらの組合せは測定物質によってはすべて網羅する必要はなく、２つ以上の適宜の数の組合せであればよい。
この実施の形態では発光部７０２０と受光部７０２２の間の光路は流体の流れ方向に形成されており、流路幅に関係なく所定の光路長に合わせて設定することができる。また、各区分流路ごとの光路長の調整は、発光部７０２０と受光部７０２２の突出長さを変えることにより行うことができる。たとえば紫外分光器７０２８ａでは、通常サンプル液を希釈してオフラインで分析するが、インライン測定では、濃度が濃い状態のままの測定となるので、不要な反応を回避するために光路長を短くして測定する（たとえば１mm 以下）。また、近赤外分光器７０２８ｃ〜７０２８ｅでは比較的感度が弱いため光路長は長めにしておく（５〜１０mm）。後述するように、吸収波長の幅の広い複数の成分を瞬時に同時に測定するには、各波長域の得失に合わせてフローセル７０１４の形状・寸法を設定することが必要である。
各分光器７０２８ａ〜７０２８ｇからは、事前に設定された波長領域毎の受光強度が出力され、ＡＤ変換器７０３０を介して制御部７０３２に入力される。制御部７０３２は、このデータと、事前に入力された各光源７０２４ａ〜７０２４ｇの波長領域毎の強度分布データに基づいて透過率（吸収率）を算出し、さらにこれを基に、目的とする反応生成物（正規の製品）の生成量と、反応副生成物の生成量を求め、その結果としてさらに、収率や転化率、及び副次的に溶媒濃度も求める。
反応生成物と反応副生成物は、実験段階でなければ事前に絞り込まれているので、生成が予定される成分に対応した波長吸収に備えた光源７０２４ａ〜７０２４ｇと分光器７０２８ａ〜７０２８ｇの組合せを用いればよい。この場合、反応副生成物が複数有って、生成する可能性が低いものでも、例えばＦＤＡ（米国食品医薬品局）のＧＭＰ（適正製造基準）をクリアするためには設置することが望ましい。
一方、医薬品の開発段階では、試薬の種類や濃度、温度、流速など条件を種々振って、いわゆるスクリーニングと言われる可能性のある反応を見つける作業がある。このように、どのような反応生成物が生じるか予測ができない場合には、任意の生成物を検出可能なように、予め全波長領域の光源７０２４ａ〜７０２４ｇと分光器７０２８ａ〜７０２８ｇを設置しておき、データが蓄積されてから、不要なものを外したり、適当なものと入れ替える等の措置を行う。
制御部７０３２は、反応生成物や反応副生成物の生成量、収率や転化率等のデータをディスプレイ７０３４に表示し、記憶装置７０３６へ記憶するとともに、これらのデータが予め設定した閾値を超えた場合に警報装置７０３８により警報を発生し、さらに閾値を超えた場合には処理を自動的に中止する等の処置を執る。さらに、上記のようなデータと反応条件の相関関係を事前に求めておき、検出データに基づいてマイクロリアクタの反応条件、例えば反応温度、流量、圧力等を制御するようにしてもよい。
一般に、単一の光源を用いる分光分析装置７００１では、光はある波長領域に集中して分布するので、周辺領域における感度は低下する。このマルチ分光分析装置７００１では、複数の波長域の異なる光源７０２４ａ〜７０２４ｇと分光器７０２８ａ〜７０２８ｇを設けているので、広い波長領域に渡って正確なデータを得ることができる。以下、各分光器７０２８ａ〜７０２８ｇの特徴と、それに基づく組合せの方法を、表１３１を参照しつつ説明する。表１３１は、それぞれの官能基、分子等の吸収スペクトル波長を例示する。
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紫外分光器７０２８ａは、全成分の吸収スペクトル傾向を読み、収率変化や不純物量変化を検知するのに適している。赤外分光器７０２８ｆは、個々の物質の多くの有機官能基に対応可能であるが、強度が強すぎて妨害物質が出る場合が有る。その場合は近赤外分光器７０２８ｃ〜７０２８ｅを代用する。また、溶媒が水の場合には、赤外分光器７０２８ｆでは水が妨害物質になる場合がある。可視光分光器７０２８ｂは、クロロフィルやカロチンなど有色物質を検出するのに好適である。この実施の形態において、３つの近赤外分
光器７０２８ｃ〜７０２８ｅを使い分けしている理由は、近赤外の領域700〜2200ｎｍの範囲で測定能力の弱い部分を作らず、たとえば反応によって共役系が長くなったり、結合の微妙な変化によるピークの小さなシフトを、精度良く読み取るためある。
以下、さらに具体的な反応について、図１３２を参照して説明する。図１３２（ａ）の反応は、溶媒ピリジン中で行われるオーバーリアクション反応で、マイクロ流路効果に基
づいて正反応が行われればモノベンゾイルレゾルシノールが生じるが、マイクロ流路中の濃度のアンバランスが生じるとさらに反応が進んで副反応であるジベンゾイルレゾルシノ−ルが生じる。ベンゼン環、CO、OH、などの官能基の生成を吸収域を測定することにより求めて、モノ体とジ体の比を検出することができる。ベンゼン環は赤外分光器７０２８ｆで測定可能であるが、溶媒ピリジンがバックグランドとして検出される可能性が有り、測定不能、またはピークが重なり合って判別しにくい場合も有る。その場合は、近赤外分光器７０２８ｃ〜７０２８ｅを用いればよい。
なお、上記の場合、ベンゾイル基の個数が1 個と２個の場合で吸収強度の差が充分に出るような特定の波長領域が、例えば近赤外分光器７０２８ｃ〜７０２８ｅまたは赤外分光器７０２８ｆの領域に存在する場合には、これを選択すればよい。この場合も、反応系全体液の吸収スペクトルは紫外分光器７０２８ａで監視し、反応の変化があった場合は警報を発したり、処理を停止する等の処置を執る。
図１３２（ｂ）の反応は、ベンジルフェニールアラニンをメタノール中で水素ガスと反応させ、還元してフェニールアラニンメチルエステルを生じさせる。これは、保護基の接触水素による脱保護反応であって、Pd 触媒が使用される。NH2 とNH の比を読めば、反応率が分かる。強度のあるNH2 は近赤外分光器７０２８ｃ〜７０２８ｅで、弱いNH は赤外分光器７０２８ｆで読むことが可能であり、妨害物質のオーバーラップ次第で近赤外分光器７０２８ｃ〜７０２８ｅと赤外分光器７０２８ｆを使い分けすることが可能である。もちろん、両成分を個別にそれぞれの波長域で測定してもよい。この場合も、全体液の吸収スペクトルは紫外分光器７０２８ａで監視し、反応の変化があった場合は、警報を発したり、処理を停止する等の処置を執る。
図１３２（ｃ）の反応は、ポリペプチド合成の一工程で、グリシン無水物に水が加わり、塩酸が触媒になってグリシルグリシンに変わる加水分解反応である。生成物中に水が存在する反応であるので、水が吸収妨害しやすい赤外分光器７０２８ｆを避け、近赤外分光器７０２８ｃ〜７０２８ｅ領域の弱い感度でかつ水の影響を受けない領域を使用して測定すればよい。
図１３３は、図１３１の実施の形態の変形例を示すもので、フローセル７０１４をケーシング７０１０内に個別に形成し、流体流路を各フローセル７０１４に分岐して導くようにしたものである。これにより、各フローセル７０１４が他のフローセル７０１４の影響を受けず、流路抵抗も少ないので流体の流れがより均一になる。また、図示するように、フローセル７０１４への分岐流路７０４０には流量調整弁７０４２を個別に設置することにより、各分光器７０２８ａ〜７０２８ｇの特性に合わせて適当な流量に調整することができる。
図１３４は、同じく図１３１の実施の形態の変形例を示すもので、フローセル７０１４をケーシング７０１０内に個別に形成しているが、各分岐流路７０４０に開閉弁７０４４が設置されている。これにより、必要な波長のフローセル７０１４の開閉弁７０４４のみを開とし、不要なフローセル７０１４の開閉弁７０４４を閉じることで、余分な流路抵抗の発生を防止している。また、図１３５の実施の形態は、各フローセル７０１４を直列につなげたものである。この実施の形態では、分流の必要がないので流路抵抗さえ配慮すれば扱いやすいという利点が有る。
図１３６は、他の実施の形態のマルチ分光分析装置７００１の構造を示すもので、内部に１つのフローセル７０１４を構成するケーシング７０４６が基板７０４７上に複数配置されている。各ケーシング７０４６はたとえば石英ガラスのような透明な素材で形成され、内部に流路７０４８が形成され、この流路７０４８は側面で開口して継手部７０５０となっている。ケーシング７０４６内には、流路７０４８を挟んで発光部７０２０と受光部７０２２が置かれ、これらは光ファイバ７０２６により外部の光源と分光器（図示略）に連結されている。
この場合は流路７０４８の幅が光が横断する光路長になる。継手部７０５０はマイクロリアクタ等と配管により接続する。ケーシング７０４６の材料は耐薬品性を持ったPCTFE、PTFE、PEEK でもよく、この場合の発光部７０２０、受光部７０２２は直接接液せぬよう石英で保護される。この実施の形態では、流路７０４８への接続は継手部７０５０を介して行うので、接続は自由に変更することができる。各フローセル７０１４への流体の流れは並列分流でもよく、直列でもよく、フローセル７０１４個々に開閉弁７０４４を設け選択的に流しても良い。
図１３７は、図１３６の変形例を示すもので、光路長を短く設定するために、発光部７０２０と受光部７０２２を流路７０４８中に突出させているものである。この場合フローセル７０１４内の滞流や流路抵抗を少なくするために、流路７０４８を徐々に拡径するテーパ部７０４９ａを形成している。
図１３８は、図１３６の変形例を示すもので、基板７０４７上に複数配置された各ケーシング７０４６において、光路長を自由に調整することが可能になっている。フローセル７０１４中の流路７０４８を挟んで発光ケース７０５２と受光ケース７０５４を対向させて配置されている。発光ケース７０５２、受光ケース７０５４とも石英で作られ、発光ケース７０５２内には発光部７０２０が、受光ケース７０５４内には受光部７０２２が取り付けられる。発光ケース７０５２、受光ケース７０５４の外形は少なくとも一方がねじになっており、ケース７０４６の外面に取り付けられた固定ナット７０５６に螺合されている。これにより、光路長の長さを自在に調節することが可能である。片側固定で反対側調整してもいいし、両側とも調整可能にしてもよい。これによって、各波長域の感度、分子濃度、溶媒物質の情報から個別に現場で自在に調節することが可能になる。インラインで一般に濃度の高い液を分析するので、光路長は、オフラインの場合より短くし、10mm〜0.5ｍｍ、好ましくは５mm〜0.1mmに設定する。
図１３９（ａ）は、この発明のマルチ分光分析装置７００１の用い方の実施の形態を示すもので、マイクロリアクタの混合・反応部７０５８の下流側に、反応の継続を停止させるために急冷を行うマイクロクエンチ部７０６０を設置したものである。マイクロクエンチ部７０６０は、例えば、水冷ジャケット構造とすることができる。この実施の形態では、混合・反応部７０５８とマイクロクエンチ部７０６０の間にマルチ分光分析装置７００１を設置することにより、反応の進行度合いを確認した上でマイクロクエンチを行うことで、目的とする製品を安定に製造することができる。
図１３９（ｂ）は、この発明のマルチ分光分析装置７００１の用い方の他の実施の形態を示すもので、マイクロリアクタの混合・反応部７０５８の下流側に、マルチ分光分析装置７００１を設置し、さらにその下流側に３方切換弁７０６２を設置している。３方切換弁７０６２はマルチ分光分析装置７００１からのラインを通常の製品貯蔵ライン７０６４と、予備タンク７０６６につながる予備ライン７０６８に選択的に接続するように切り換えるものである。マルチ分光分析装置７００１の出力信号は制御部７０３２に送られ、制御部７０３２が成分に異常が有ると判断した場合には、３方切換弁７０６２を予備タンク７０６６側に切り換える。これにより、異常成分が製品貯蔵ライン７０６４に混入するのを防止することができる。
次に、上述した本発明の一実施形態に係るマルチ分光分析装置を組み込んだ流体反応装置（マイクロリアクタ）について説明する。図１４０ないし図１４２（ｂ）は本発明の一実施形態に係る流量調整装置を組み込んだ流体反応装置の全体構成を示す図である。なお、以下に述べる流体反応装置は、２種類またはそれ以上の液体を混合し、反応させるために用いられる装置である。
図１４０，図１４１，図１４２（ａ），および図１４２（ｂ）に示すように、流体反応装置は、全体が１つの設置スペースに設置されてパッケージ化されている。この構成例では、この設置スペースは長方形であり、長手方向に沿って４つの領域に区画される。
すなわち、一端側の第１の領域は、原料液を貯留する複数の貯留容器７１１０（図１４０では２つの貯留容器７１１０Ａ，７１１０Ｂのみを示す）が設置された原料貯留部７１０１であり、それに隣接する第２の領域は、貯留容器７１１０の原料液を移送するポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂなどが設置された配液部７１０２となっている。第２の領域に隣接する第３の領域は、原料液を混同させる混合部（混合チップ）７１４０および混合された原料液を反応させる反応部（反応チップ）７１４２を有する処理部７１０３となっている。他端側の第４の領域は、処理の結果得られた生成物を導出して貯留する生成物貯留部（回収容器設置スペース）７１０４である。
また、この流体反応装置は、各部の動作の制御を行うコンピュータである動作制御部７１０６と、温度調整ケース７１４６に熱媒体を流して処理部７１０３の温度調整を行う熱媒体コントローラ７１０７を備えている。また、動作制御部７１０６には、図１４０に示すように、液体の流量と温度をモニタできる流量モニタ７２７０および温度モニタ７２７２が搭載されている。なお、この構成例では、動作制御部７１０６と熱媒体コントローラ７１０７は流体反応装置と別置きになっているが、勿論一体でも良い。図１４１に示すように、第２〜第４の領域の床下部分には配管室７１０５が形成され、ここには混合部７１４０および反応部７１４２へ加熱又は冷却用の熱媒体を送るための配管が設けられている。動作制御部７１０６とマルチ分光分析装置７００１の制御部７０３２は別になっているが、勿論一体でも良い。
このように、上流側から下流側へと各部を配置することによって液体の流れを円滑にし、かつ装置全体をコンパクトにまとめることができる。この構成例では、各部の配列を直線状にしたが、例えば、全体が正方形に近いスペースであれば、各部を液体の流れがループを形成するように構成してもよい。
図１４１において、符号７２５０は装置下部に設けられた液溜めパンであり、符号７２５２は液溜めパン７２５０上に設置された漏液センサを示す。またこの装置例では、配液部７１０２、処理部７１０３、生成物貯留部７１０４は隔壁７２５４，７２５６により区画されており、各部にはカバー７２５８，７２６０，７２６２が取り付けられて装置外部とこれらを隔離している。符号７２６４は排気ポートであり、図示しない排気ファンに接続されている。そして、装置内の圧力を装置外より負とすることで装置内の有毒ガスが外部に漏出することを防いでいる。
図１４０に示す原料貯留部７１０１には、２つの貯留容器７１１０Ａ，７１１０Ｂが設置されているが、必要に応じて３つまたはそれ以上の貯留容器を使用してもよい。例えば、同じ液体を２つの貯留容器に収容し、これらを交互に切り換えて用いることにより、処理を継続的に行うことができる。なお、原料貯留部７１０１に、ライン洗浄用のアセトンなどの有機溶剤、塩酸、純水などが入った洗浄液容器７１１２や、パージ用の窒素ガスが封入された圧力源７１１４を設けてもよい。また、廃液容器７１３６を原料貯留部７１０１に置いてもよい。
配液部（導入部）７１０２には、貯留容器７１１０Ａ，７１１０Ｂに輸送管７１２１Ａ，７１２１Ｂを介して接続されたポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂが設置されている。図１４０におけるポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂには遠心式ポンプが使用されている。また、配液部７１０２は、ポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂの下流側に配置された流量調整装置７３００Ａ，７３００Ｂ、リリーフ弁７１２２Ａ，７１２２Ｂ、圧力測定センサ７１２４Ａ，７１２４Ｂ、流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂ、および逆洗ポンプ７１３０を有している。流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂは、輸送管７１２１Ａ，７１２１Ｂの他に、洗浄液容器７１１２や、圧力源７１１４にそれぞれ接続されている。逆洗ポンプ７１３０は、混合部７１４０や反応部７１４２の流路内が生成物によって閉塞した場合に用いられる。逆洗ポンプ７１３０は洗浄液を貯留する洗浄液容器７１１２に接続され、さらに流路切換弁７１３２を介して反応部７１４２の出口に接続される。逆洗ポンプ７１３０により移送される洗浄液は通常の流れと逆に流れる。すなわち、洗浄液は、反応部７１４２の出口から混合部７１４０の入口に向かって流れ、流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂを経て廃液口７１３４から図示しない配管を通って廃液貯留容器７１３６に入れられる。
逆洗ポンプ７１３０は吐出圧力が高く、洗浄液に脈動を起こさせて生成物を除去することが可能なように１本ピストン１６型のポンプが好ましい。洗浄液としては、有機溶剤、塩酸、硝酸、りん酸、有機酸、純水などが好適に用いられる。有機溶剤の例としては、アセトン、エタノール、メタノールなどが挙げられる。図１４０に示す導入口７２４０は、外部から純水や水素水を導入する場合に設けられたもので、洗浄液容器７１１２内の洗浄液の代わりに洗浄に使用できる。
図１４３は、原料液の予備加熱（予備温度調整）と混合を行うための混合部７１４０を示すもので、３枚の薄板状の基材である上板７１４４ａ、中板７１４４ｂ、下板７１４４ｃが接合されて全厚さ５ｍｍの混合部７１４０が形成されている。なお、以下に説明する流路はいずれも中板７１４４ｂの表面に形成された溝である。上板７１４４ａを貫通して形成された２つの流入ポート７１４７Ａ，７１４７Ｂは、中板７１４４ｂの上面に形成されたそれぞれ２つの予備加熱流路７１４８Ａ，７１４８Ｂに連通する。これらの予備加熱流路７１４８Ａ，７１４８Ｂはそれぞれ途中で分岐しかつそれぞれ拡大し、再度合流する。さらに、予備加熱流路７１４８Ａ，７１４８Ｂはそれぞれ出口流路７１５０Ａ，７１５０Ｂに連通し、これらの出口流路７１５０Ａ，７１５０Ｂは合流部７１５２に通じている。出口流路７１５０Ａは、中板７１４４ｂの上面に、出口流路７１５０Ｂは中板７１４４ｂの下面に形成されている。
図１４４は図１４３に示す合流部の拡大図である。図１４４に示すように、合流部７１５２は、出口流路７１５０Ａ，７１５０Ｂに通じる円弧状の溝として中板７１４４ｂの上下面にそれぞれ形成されたヘッダ部７１５４，７１５５と、このヘッダ部７１５４，７１５５から円弧の中心に向かって延びる複数の分液流路７１５６，７１５７と、これらの分液流路７１５６，７１５７が合流する合流空間７１５８とを有している。分液流路７１５６，７１５７と合流空間７１５８は中板７１４４ｂの上面に形成され、分液流路７１５６，７１５７は交互に配置されている。下面側のヘッダ部７１５５と分液流路７１５７とは、中板７１４４ｂを貫通する連絡孔７１５７ａにより連通している。合流空間７１５８は、下流側に向けて幅が徐々に小さくなるように形成され、中板７１４４ｂおよび下板７１４４ｃを貫通して形成された流出ポート７１６０に連通している。
図１４４に示す例では、合流空間７１５８の入口側の開口面７１５９において分液流路７１５６が５本、分液流路７１５７が４本、交互に配置されている。分液流路７１５６，７１５７からそれぞれ流出した２種類の液体は、合流空間７１５８内で縞状の流れを形成しつつ下流側に流れ、合流空間７１５８の流路幅が徐々に縮小するに従い、強制的に両液が混合される。この例では、合流空間７１５８の流路幅は最終的に４０μｍに達する。加工技術精度を上げれば、流路幅を１０μｍにすることも可能である。
図１４５（ａ）は図１４０に示す反応部を示す平面図、図１４５（ｂ）は図１４５（ａ）に示す反応部の断面図である。この例では、２枚の基材７１４４ｄ，７１４４ｅが接合されて厚さ５ｍｍの反応部７１４２が構成されている。この反応部７１４２では、反応流路７１６２が蛇行しており、長い流路を効率的に提供している。反応流路７１６２は、入口ポート７１６４および出口ポート７１６５にそれぞれつながる連絡部７１６２ａ，７１６２ｃと、連絡部７１６２ａ，７１６２ｃに連通する蛇行部分７１６２ｂとを有しており、連絡部７１６２ａ，７１６２ｃの幅は狭く、蛇行部分７１６２ｂの幅が広く形成されている。したがって、出入口部分では液体が急速に流れ、副生成物の付着を防止しており、蛇行部分７１６２ｂでは緩やかに流れて、加熱と反応の時間を長く取ることができるようになっている。
図１４６（ａ）および図１４６（ｂ）に示すのは、反応流路の幅が除々に小さくなる部分７１６３ａと除々に大きくなる部分７１６３ｂを持つ反応部の他の構成例である。この反応部７１４２ａには、基材７１４４ｄ，７１４４ｅの間に、幅寸法が最大ａから最小ｂの範囲で増減する反応流路７１６３が形成されている。幅寸法の増減に合わせ、深さを増減させてもよい。この例では、反応流路７１６３の断面積が一定になるよう深さが最大ｃから最小ｄの範囲で変化するようになっている。
図１４６（ｃ）は、反応流路の他の構成例を示す横断面図である。この反応部７１４２ｂでは、反応流路７１６３ｃは、その幅ｅが深さｆより大きい扁平形状を有しており、熱触媒からの熱の伝達方向（矢印で表示）に交差する広い伝熱面を有するので、反応流路７１６３ｃ内の液体に熱の伝達が有効に行われる。なお、合流空間７１５８や反応流路７１６２，７１６３に、適当な触媒を配置することは反応を促進するために有効である。このような触媒は反応の種類に応じて選択される。配置の仕方は、例えば、流路の内面に塗布したり、後述するような流路の障害物として配置することができる。
混合部７１４０および反応部７１４２の少なくとも流路を形成する素材としては、例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、Ｔｉ、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（PolyChloroTriFluoroEthylene）の内から、耐薬品性、耐圧性、熱伝導性、耐熱性等を考慮して、好ましいものを選択する。混合部７１４０および反応部７１４２の接液部の材質は、表面からの溶出が少なく表面触媒修飾が可能で、ある程度の耐薬品性を持ち、−４０〜１５０℃の広い温度範囲に耐えるものが望ましい。
図１４７は、混合部および反応部の温度を調整する温度調整ケースの構成を示す斜視図である。なお、以下の説明では、反応部７１４２の温度を調整する温度調整ケース７１４６についてのみ述べるが、混合部７１４０のための温度調整ケース７１４６も同様の構成を有しており、その重複する説明を省略する。温度調整ケース７１４６は、内部に反応部７１４２を収容する空間７１７０が形成されたケース本体７１７２と該空間７１７０を覆う蓋部７１７４とを備えており、これらの内面には、平行に延びる複数の熱媒体流路を構成する溝７１７６が形成されている。ケース本体７１７２には、溝７１７６に連通する給液路７１７８と排液路７１８０（図１４０参照）が形成され、これらの給液路７１７８と排液路７１８０はそれぞれ熱媒体コントローラ７１０７に接続されている。給液路７１７８は、蓋部７１７４の溝７１７６に開口７１７９を介して連通し、排液路７１８０も蓋部７１７４の溝７１７６に図示しない開口を介して連通している。この例では、溝７１７６を流れる熱媒体は反応部７１４２の表裏面に直接接触し、反応部７１４２は温度調整ケース７１４６に完全に収容された状態で加熱（または冷却）される。
図示しないが、熱媒体コントローラ７１０７には、熱媒体の温度を制御する制御機構と熱媒体を移送するポンプが内蔵されている。図１４０に示すように、熱媒体は熱交換器７１８２を通過後、混合部７１４０および反応部７１４２の温度調整ケース７１４６に供給されるようになっている。熱交換器７１８２は例えば冷却用の市水の量を変えることで混合部７１４０および反応部７１４２に供給される熱媒体の温度を独立に変えられるようになっている。
図１４８（ａ）ないし図１４８（ｄ）には、温度調整ケース７１４６の他の例が示されており、ここでは、熱媒体流路７１９２はケース本体７１７２と蓋部７１７４のそれぞれの内部に形成されている。給液路７１７８は、図１４８（ｃ）に示すように、給液配管７１８８の先端が挿入された二重管の構成となっており、細い連通路７１９０を介して熱媒体流路７１９２に連通している。排液側も同様の構成である。図１４８（ｂ）に示すように、混合部７１４０を収容する温度調整ケース７１４６と反応部７１４２を収容する温度調整ケース７１４６とは、ボルト７１９４、ナット７１９５およびスペーサ７１９６を介して積層して結合されている。
図１４８（ｂ）には、温度調整ケース７１４６に収容された混合部７１４０および反応部７１４２への液体の供給・排出の経路が示されている。すなわち、それぞれの液体は、温度調整ケース７１４６を貫通して形成された流通路７１９８を介して混合部７１４０へ流出入する。また、混合部７１４０と反応部７１４２との間の液体の流通は、温度調整ケース７１４６の流通路７１９８を連絡する連絡通路２００を介して行う。図１４８（ｄ）には、反応部７１４２の液の流入部と流出部の構造が説明されている。液の流れを下方向へ向かわせるために、通常は混合部７１４０および反応部７１４２の液の入口は上面に、出口は下面にそれぞれ形成する。
図１４０に示すように、反応部７１４２の流出口２０２は、回収配管２０４を介して生成物貯留部７１０４に接続されている。生成物貯留部７１０４には、冷却用の熱交換器７２０６、流路切換弁７１３２の下流側に回収容器７２０８が設けられている。回収容器７２０８が置かれる生成物貯留部７１０４は、他の領域から温度等の影響を受けないように、また生成物から発生する可能性のある有毒ガスが外部に漏洩しないように隔離されている。
図１４９は、生成物貯留部７１０４の他の構成例を示すもので、複数の回収容器７２０８が回転テーブル７２１２上に設置されている。この例では、回収容器７２０８は２個であり、回転テーブル７２１２を移動させるアクチュエータ７２１４は１８０度回転型ロータリーアクチュエータである。勿論、回収容器７２０８の数やアクチュエータ７２１４の種類は適宜に選択可能である。図１４０に示す動作制御部７１０６は、回収容器７２０８の液面を検知する液面検知センサ７２１１ｂからの信号により、回収容器７２０８の交換時期を判断し、流路切換弁７１３２（図１４０参照）により液流を止め、回収口７２１０の下流に設けた光学的流体検知センサ７２１１ａにより液流の停止を確認して、アクチュエータ７２１４を作動させて他の回収容器７２０８を回収口７２１０の下方に移動させる。
次に、上記のように構成された流体反応装置により、薬液等の液体（原料液）を反応させる工程について説明する。なお、流体反応装置の動作は基本的に動作制御部７１０６によって自動制御される。まず、原料貯留部７１０１において、原料液を貯留した貯留容器７１１０Ａ，７１１０Ｂに用意しておく。熱媒体コントローラ７１０７により熱媒体の温度を設定し、熱交換器７１８２を通過させる市水の量を調整して各熱媒体の温度をそれぞれ調整し、混合部７１４０および反応部７１４２の温度調整ケース７１４６へ熱媒体を流通させてこれらを所定の温度に維持する。熱媒体の温度は、温度調整ケース７１４６の入口に設けた温度センサ７２１６，７２１８により測定される。
この例では、原料液を処理部７１０３に供給する前に、混合部７１４０および反応部７１４２内の流路に純水等の洗浄液を流して予め洗浄する。流路を洗浄している間、洗浄液の温度を混合部７１４０の出口の温度センサ７２２０および反応部７１４２の出口の温度センサ７２２２で測定し、洗浄液の温度を熱媒体コントローラ７１０７にフィードバックする。このようにして、混合部７１４０および反応部７１４２を所定の温度に調整する。
混合部７１４０および反応部７１４２の温度が調整され、流路の洗浄を終えてから、流路切換弁７１３２を切り換え、ポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂを駆動して、貯留容器７１１０Ａ，７１１０Ｂ内の原料液をそれぞれ移送する。原料液は、流量調整装置７３００Ａ，７３００Ｂにより所定の流量に調整され、その後、混合部７１４０、反応部７１４２、流出口７２０２、回収口７２１０を経て回収容器７２０８に至る。なお、流路切換弁７１３２はアクチュエータにより作動する自動弁としており、この動作は自動運転も可能である。
混合部７１４０においては、原料液は予備加熱流路７１４８Ａ，７１４８Ｂ（図１４３参照）において所定の温度に加熱された後、合流部７１５２において合流し、混合する。その際、各液は、図１４４に示すように、ヘッダ部７１５４，７１５５から分液流路７１５６，７１５７を経由して合流空間７１５８に流入する。合流空間７１５８の断面は下流へ向かうに従い徐々に減少するので、マイクロサイズの流れが規則的に混在し、フィックの法則に則って迅速に混合する。その状態で、所定の温度に維持された反応部７１４２の反応流路７１６２に流入すると、反応は、物質移動や熱伝導の制約を受けずに迅速に進行する。したがって、量産手段として充分実用的であるとともに、反応速度の早い爆発性の反応でも低温下で行う必要がなくなる。また、この例では、反応流路７１６２の幅が合流空間７１５８の幅に比べて充分広く形成されているので、反応速度が遅い場合でも充分な時間をかけて行うことができ、高い収率を得ることができる。
得られた生成物は、反応流路７１６２の流出口７２０２から回収配管７２０４を経由してマルチ分光分析装置７００１に送られ、光源部７０２４から波長領域の異なる複数の光を異なる分光部２８で受光して、被測定液を通過した各波長の分光が行われ、その結果に基づいてその含有成分が測定され、さらにその結果に基づいて、記述したような種々の措置が執られる。
マルチ分光分析装置７００１を通過した処理液体は、熱交換器７２０６に送られ、ここで冷却されて、回収口７２１０より回収容器７２０８に流入する。貯留容器７１１０Ａ，７１１０Ｂが空になったり、回収容器７２０８が満杯になったら、動作制御部７１０６によりポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂの運転を停止させて処理を終了させる。この場合、貯留容器７１１０Ａ，７１１０Ｂの他に、追加の貯留容器を原料貯留部７１０１に予め用意しておけば、流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂを切り換えることにより、運転を停止させることなく連続的な処理が可能である。なお、反応に時間が掛かる場合には、混合部７１４０および反応部７１４２内に液を一定時間閉じ込めてバッチ運転することも可能である。流路切換弁７１２６Ａ、７１２６Ｂも自動弁であるのでこれらの動作は自動運転も可能である。
バッチ運転の方法は、ポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂを一時停止してもよいし、流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂを切り換えて、処理部７１０３への液体の流入を停止させてもよい。これにより、液体の反応時間が長い場合でも反応流路７１６２の長さを長くする必要がなくなる。バッチ運転の際は、合流空間７１５８および／または反応流路７１６２に液体が充満されたことを検知する充満検知手段を用いて運転制御を行うことが好ましい。これは、例えば、図１４９に示すような光学的流体検知センサが用いられる。これにより、合流空間７１５８および／または反応流路７１６２に液体が充満されたと判断した時点で、ポンプ７１１６Ａ，７１１６Ｂを停止させまたは第１の流路切換弁を切換え、液体を反応終結時間に適応する一定時間合流空間７１５８および／または反応流路７１６２に滞留させておく。
図１５０（ａ）および図１５０（ｂ）は、混合部７１４０における合流部の他の構成例を示すものである。この合流部７１５２ａは、Ｙ字状の合流空間７１５８ａに、障害物７２２４を一定間隔ａで所定の距離Ｌに亘って配置したものである。この例では、直径５０μｍ以下である柱状の障害物７２２４を、合流点からＬ＝５ｍｍに亘って配置した。図１５０（ｂ）に示すように、各障害物７２２４は隣接するものが流れ方向にピッチの半分だけずれるように、千鳥状に配置されている。これによって液体Ａおよび液体Ｂの界面７１２５が蛇行するので２つの液体の界面面積（接触面積）を大きくすることができる。図１５１に示す合流部７１５２ｂでは、合流空間７１５８ｂの中央部に一列の障害物７２２４を流れ方向に沿って千鳥状に配置したもので、同様に界面面積を大きくすることができる。これは、狭い合流空間７１５８ｂで採用するのに好適である。
図１５２は、流体反応装置の処理部７１０３の他の構成例を示すものである。これは、図１０の処理部７１０３において、混合部７１４０と反応部７１４２との組み合わせをそれぞれ有する２系統Ｒ１，Ｒ２設け、さらに配液部７１０２の流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂを用いて２種類の原料液をいずれの系統Ｒ１，Ｒ２にも供給可能にしたものである。このように、２系統を用いることで、必要に応じて処理量を増やすことができるが、その他にも種々の使用方法が有る。例えば、反応生成物が固体粒子を析出しやすく、配管途中で詰まりやすい場合などでは、一方の系統を予備として使用する。また、流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂで移送ラインを交互に切り換えて、上述したバッチ運転を連続的に行うことができる。勿論、３系統以上の移送ラインを適宜に並列して設けることができる。この場合も流路切換弁７１２６Ａ，７１２６Ｂは自動操作が可能である。
図１５３は、処理部７１０３において反応部を複数直列に配置した例を示す。この例では、１つの混合部７１４０と３つの反応部７１４２ａ，７１４２ｂ，７１４２ｃが直列に接続されており、それぞれに温度センサ７２２０，７２２２ａ，７２２２ｂ，７２２２ｃが設けられている。この例では、反応の段階に応じて反応部７１４２ａ，７１４２ｂ，７１４２ｃを独立して温度制御することが可能となっている。この構成は、生化学反応のように反応時間と反応温度を大胆に且つ瞬時に変化させたい反応に適している。たとえば反応部７１４２ａでは１００℃で反応させ、反応部７１４２ｂでは−２０℃で反応させるというような反応もこのシステムでは可能になる。
図１５４は、処理部７１０３において混合部を複数設けた例である。この構成例では、Ａ液とＢ液を混合し反応させる第１の混合部７１４０および反応部７１４２が設けられ、この反応部７１４２の下流側に第２の混合部７１４０ａが設けられている。この混合部７１４０ａではポンプ７１１６Ｃから輸送された第３の原料液または反応剤であるＣ液がＡ液とＢ液と合流し、混合する。これらの２つの混合部７１４０，７１４０ａと１つの反応部７１４２の温度は個別に制御される。なお、Ｃ液は反応停止剤でもよい。
この構成例では、インライン収率評価器７２２６が第２の混合部７１４０ａの流出口７２０２に直接接続されている。これにより、化学反応の結果の収率をリアルタイムで確認でき、直ぐにプロセスパラメータへフィードバックすることが可能となる。インライン収率評価器７２２６としては、被測定物を分離せずに測定可能な方法として赤外分光、近赤外分光、紫外吸光等の方法がある。
この構成例では、さらに、反応生成物の中から不要な物質と必要な物質を分離する分離抽出部７２２８が第２の混合部７１４０ａの下流側に設けられている。図示するように、分離抽出部７２２８は、Ｙ字形の分離流路７２３４を有している。第２の混合部７１４０ａからの液体は分離流路７２３４により２つの流れに分岐され、１つは物質内の疎水性分子のみを通過させる疎水性壁面７２３０から形成された流路に、他方は物質内の親水性分子のみを通過させる親水性壁面７２３２から形成された流路に流れ込む。分離した物質は、それぞれ回収配管７２０４，７２０４ａを介して回収容器７２０８，７２０８ａに回収される。分離抽出部７２２８としては、その他に、疎水性物質だけを吸着可能な膜やポーラスフリットを使用することも考えられる。
図１５５は、混合・反応と分離抽出を繰り返して連続処理するための構成例である。すなわち、Ａ液とＢ液を処理する混合部７１４０ａ、反応部７１４２ａ、および分離抽出部７２２８ａが上流側に配置され、分離抽出部７２２８ａから抽出された液体とＣ液を処理する混合部７１４０ｂ、反応部７１４２ｂ、および分離抽出部７２２８ｂが下流側に配置されている。Ａ液とＢ液が反応した後の不要物質は分離抽出部７２２８ａの排出口７２３４ａから系外に出され、Ｃ液を加えた第２の反応における不要物質は分離抽出部７２２８ｂの排出口７２３４ｂから系外に出される。さらに、分離抽出部７２２８ｂから抽出された液体と第４の液であるＤ液を混合させる混合部７１４０ｃが設けられている。なお、Ｄ液は反応停止剤でもよく、他の原料溶液でも良い。混合部７１４０ｃの下流側にインライン収率評価器７２２６を設けても良い。
図１５６（ａ）には、図１５５の各部を積層化した構成が示されている。液体は下方へ流れる。混合部７１４０ａ、反応部７１４２ａ、分離抽出部７２２８ａ、混合部７１４０ｂ、反応部７１４２ｂ、分離抽出部７２２８ｂ、および混合部７１４０ｃは、温度調整ケース７１４６にそれぞれ収容され、さらにボルト７１９４、ナット７１９５、スペーサ７１９６によって所定の間隔をおいて積層化されている。各部間の液の移動は連絡通路７２００（図１４３（ｂ）参照）を介して行われる。各部の間には空気を介在させ、空気の断熱性を利用して他の部の熱影響を受けないようにして、温度制御の精度を向上させている。図１５６（ｂ）に示すように、各温度調整ケース７１４６の周りを気泡を含んだクリーンなシリコン部材７２３６等の断熱材で覆うのが好ましい。
この流体反応装置に導入される流体は液体、気体であり、回収される物質は液体、気体、固体またはこれらの混合体である。導入物質が粉体などの固体の場合は原料貯留部７１０１に粉体溶解器を設置することも可能である。図１５７は、２つの原料液のうち、一方が粉体を溶解した溶液、他方は元々液体の場合の原料貯留部７１０１の構成例である。原料の粉体と溶媒は粉体溶解器７２４０の原料導入口７２４２から導入される。この例では、原料粉体をヒータ７２４４による加熱と攪拌器７２４６による攪拌によって溶解し、生成した原料液を、取出し口７１４８に引き込まれた配管７２４９より、ポンプ７１１６Ａによって、混合部７１４０および反応部７１４２に送り込むようになっている。

Claims (118)

  1. 複数の流体をマイクロ反応空間を有する反応流路に導入して反応させる流体反応装置において、
    反応に使用する流体を個々に導入する導入部と、
    流体を合流させて混合する混合流路と、
    流体を複数の輸送管を介して前記混合流路に向けて輸送する流体輸送手段と、
    流体の流量を制御する流量制御手段と、
    前記反応流路の温度を制御する温度制御手段と、
    反応後の物質を回収口より導出する導出部と、
    これらの動作を制御する動作制御手段と
    を備えたことを特徴とする流体反応装置。
  2. 平板状の混合基板をさらに備える流体反応装置であって、ここで、前記流体を合流させて混合する前記混合流路が該平板状の混合基板に設けられている、請求項１に記載の流体反応装置。
  3. 反応に使用する流体を個々に溜めておく貯留容器を設置する設置スペースが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の流体反応装置。
  4. 反応後の物質を前記導出部より回収する回収容器を複数個設置可能な設置スペースが設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の流体反応装置。
  5. 前記マイクロ反応空間には、流路幅５００μｍ以下の流路が存在することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  6. 導入される流体は気体または液体であり、反応後の物質は気体または液体または固体のいずれか、またはそれらの混合体で、導入される流体が連続的な流れであることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  7. 前記流体輸送手段は圧力発生手段または電気的誘電力相互作用手段を有することを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  8. 前記流体輸送手段が、一対のプランジャポンプを並列に接続したプランジャポンプ装置であって、
    前記各プランジャポンプのプランジャをそれぞれが交互に前進するように連動させるカム機構と、
    前記各プランジャをその後退時に前記カム機構に向けて押圧する流体圧装置と、
    前記流体圧装置の動作を前記プランジャの動作サイクルに応じて制御する制御部と
    を有することを特徴とするプランジャポンプ装置である、請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  9. 前記プランジャポンプ装置の制御部は、各プランジャの前進時において、前記流体圧装置による押圧を停止させることを特徴とする請求項８に記載の流体反応装置。
  10. 前記一対のプランジャポンプはそれぞれ吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程をそれぞれ行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにタイミングが設定されていることを特徴とする請求項８に記載の流体反応装置。
  11. 前記各プランジャポンプは、前進と後退の間に一定の停止過程を行なうことを特徴とする請求項８に記載の流体反応装置。
  12. 前記流体輸送手段が、プランジャポンプ装置であって
    それぞれ個別の駆動装置を有し、液体源とマイクロリアクタ流路間において並列に接続された一対のプランジャポンプと、
    前記マイクロリアクタ流路内に設置された流量計と、
    前記一対のプランジャポンプを交互に一定の所定送り速度で吐出動作させる制御部を備え、
    前記制御部は、前記プランジャポンプが吐出動作しているときの前記流量計の測定値に基づいて、所定のタイミングで前記送り速度を調整することを特徴とするプランジャポンプ装置である、請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  13. 前記プランジャポンプ装置が、
    前記マイクロリアクタ流路内に設置された圧力センサを備え、
    前記制御部は、前記圧力センサの出力値に基づいて前記送り速度を微調整することを特徴とする、請求項１２に記載の流体反応装置。
  14. 前記プランジャポンプ装置の前記制御部は、前記一対のプランジャポンプを、それぞれが吐出動作の初期と終期において増速過程と減速過程を行い、一方の増速過程と他方の減速過程が互いに重なるようにして流量を一定のまま切換制御することを特徴とする、請求項１２または請求項１３に記載の流体反応装置。
  15. 前記切換制御時には、前記送り速度の微調整を一方のプランジャポンプについてのみ行うことを特徴とする請求項１４に記載の流体反応装置。
  16. 前記プランジャポンプ装置の前記制御部は、前記プランジャポンプが前進と後退の間に一定の停止過程を行うように制御することを特徴とする請求項１２〜請求項１５のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  17. 前記プランジャポンプ装置が、前記プランジャポンプのプランジャの位置を検出する位置センサを備え、前記制御部はこの位置センサの出力に基づいて送り速度を制御することを特徴とする、請求項１２〜請求項１６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  18. 前記流量制御手段は通過流体の体積を測定するセンサ部と、センサ部の測定情報を基に流体が通過する通過面積をコントロールする通過量コントロール部を有していることを特徴とする請求項２〜請求項１７のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  19. 前記流量制御手段が、流路を流れる流体の流量を調整する流量調整装置であって、
    前記流路を流れる流体を加熱または冷却する温調機構と、
    前記流路の第１の測定点における流体の温度が変化する時刻と、前記第１の測定点よりも下流側の第２の測定点における流体の温度が変化する時刻との時間差から前記流路内を流れる流体の流量を算出する流量測定部と、
    前記第２の測定点を通過する流体の温度を測定する下流側温度センサと、
    前記下流側温度センサの下流側に設けられた制御弁と、
    前記流量測定部により求められた流量に基づいて、流体の流量が一定となるように前記制御弁を制御する制御部とを備えたことを特徴とする流量調整装置である、請求項２〜請求項１８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  20. 前記流量調整装置の前記流量測定部は、前記第１の測定点および前記第２の測定点における流体の温度変化を示す温度カーブ上の互いに対応する２点間の時間差に基づいて流体の流量を算出することを特徴とする、請求項１９に記載の流体反応装置。
  21. 前記第１の測定点を通過する流体の温度を測定する上流側温度センサをさらに設けたことを特徴とする、請求項１９または請求項２０に記載の流体反応装置。
  22. 前記流量調整装置の前記上流側温度センサは、前記流路を流れる流体に接触するセンサホルダと、前記流路に近い位置まで前記センサホルダの内部に挿入されたサーミスタとを備えることを特徴とする、請求項２１に記載の流体反応装置。
  23. 前記流量調整装置の前記下流側温度センサは、前記流路を流れる流体に接触するセンサホルダと、前記流路に近い位置まで前記センサホルダの内部に挿入されたサーミスタとを備えることを特徴とする、請求項１９〜請求項２２のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  24. 少なくとも前記第１の測定点と前記第２の測定点とを含む空間の温度を一定に保つ環境温度制御機構をさらに設けたことを特徴とする、請求項１９〜請求項２３のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  25. 前記流量調整装置の前記温調機構は、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、または抵抗加熱線を備えることを特徴とする、請求項１９〜請求項２４のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  26. 前記流量調整装置の前記温調機構は、前記流路を構成する孔が形成された円筒部と前記円筒部に熱を伝える伝熱部とを有する構造体と、前記構造体の伝熱部を加熱または冷却する温調部材とを備えることを特徴とする、請求項１９〜請求項２５のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  27. 前記流量調整装置の前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、圧電素子、電磁石、サーボモータ、またはステッピングモータを備えていることを特徴とする、請求項１９〜請求項２６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  28. 前記流量調整装置の前記制御弁は、流量を調整する弁と、前記弁を駆動する駆動源とを有しており、該駆動源は、複数の圧電素子が積層された構造を有することを特徴とする、請求項１９〜請求項２７のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  29. 前記制御弁を通過する流体の圧力は１ＭＰａ〜１０ＭＰａであることを特徴とする、請求項１９〜請求項２８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  30. 前記制御弁を通過する流体の流量は０．０１〜１０Ｌ／ｈであることを特徴とする、請求項１９〜請求項２９のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  31. 前記流量調整装置の前記流路は、耐食性のある材料から形成されていることを特徴とする、請求項１９〜請求項３０のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  32. 前記流量調整装置の前記材料は、ステンレス鋼、チタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ四フッ化エチレン、またはポリクロロトリフルオロエチレンであることを特徴とする、請求項１９〜請求項３１のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  33. 前記流量制御手段が、
    流路を流れる流体を所定の温調位置において短時間温調する温調機構と、
    前記流路の前記温調位置より下流側の温度測定位置に配置された少なくとも１つの主温度センサとを備える流量測定装置であって、
    前記主温度センサにより観測した温度測定位置における温度変化に基づいて温調された流体の通過時を判断し、この判断結果に基づいて流量を算出する流量測定装置において、
    前記流路の前記温調位置より上流側に位置に副温度センサを設置し、
    当該主温度センサの温度測定値を前記副温度センサの測定値により補正することを特徴とする流量測定装置である、請求項２〜請求項１８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  34. 前記流量測定装置の前記補正は、前記主温度センサの測定値と前記副温度センサの測定値の差を求めることにより行われることを特徴とする、請求項３３に記載の流体反応装置。
  35. 前記主温度センサを異なる温度測定位置に少なくとも２つ設け、これらの温度測定位置における通過の時間差に基づいて流量を算出することを特徴とする、請求項３３または請求項３４に記載の流体反応装置。
  36. 前記温調機構が温調を行った時と、前記温度測定位置における通過時との時間差に基づいて流量を算出することを特徴とする、請求項３３または請求項３４に記載の流体反応装置。
  37. 前記補正後の温度測定値が極値に達した時点を温調流体の通過時と判断することを特徴とする、請求項３３〜請求項３６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  38. 前記流量測定装置の前記副温度センサは、前記温調位置に対して前記温度測定位置とほぼ対称の位置に有ることを特徴とする、請求項３３〜請求項３７のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  39. 前記副温度センサの位置を、流路に沿って調整可能としてあることを特徴とする、請求項３３〜請求項３８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  40. 前記主温度センサまたは副温度センサの測定値をアナログ／デジタル変換してデジタル回路に取り入れて処理することを特徴とする、請求項３３〜請求項３９のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  41. 前記流量測定装置の前記温調機構は、ペルチェ素子、ゼーベック素子、電磁波発生器、抵抗加熱線、サーミスタ、または白金抵抗体を備えることを特徴とする、請求項３３〜請求項４０のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  42. 前記混合基板が複数設けられていることを特徴とする請求項２〜請求項４１のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  43. 混合後の流体の反応を進行させるために、前記反応流路を前記混合基板とは別に設けた反応基板に形成したことを特徴とする請求項２〜請求項４２のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  44. 前記反応基板が複数設けられていることを特徴とする請求項４３に記載の流体反応装置。
  45. 前記流体輸送手段と前記混合基板の間に第１の流路選択切換弁を、前記混合基板と物質回収口の間に第２の流路選択切換弁を具備したことを特徴としたことを特徴とする請求項２〜請求項４４のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  46. 前記第１の流路選択切換弁と第２の流路選択切換弁は電気動作または空気圧動作により作動する自動弁であることを特徴とする請求項４５に記載の流体反応装置。
  47. 混合流路に導入された流体が混合された後、混合流路または／および反応流路に流体が充満されたことを判断する充満検知手段を具備し、充満された時点で流体の輸送手段を停止させまたは流路選択切換弁を切換え、流体を反応終結時間に適応する一定時間混合流路または／および反応流路に滞留させておく制御が可能なことを特徴とする請求項２〜請求項４６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  48. 前記充満検知手段は、物質回収口から出始めた流体を検知する流体有無センサ、または、混合反応後の輸送管内の流体の有無を検知する流体有無センサであることを特徴とする請求項４７に記載の流体反応装置。
  49. 前記混合流路と前記反応流路には個別に温度測定センサが設けられ、個別に温度制御が可能であることが特徴とすることを特徴とする請求項２〜請求項４８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  50. 前記混合基板と前記反応基板の少なくとも一部を積層させて配置させることを特徴とする請求項２〜請求項４９のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  51. 流路選択切換弁を切り換えて、混合流路、反応流路内の通常の流れの方向とは逆方向に流体を送り込む逆洗手段を具備したことを特徴とする請求項２〜請求項５０のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  52. 前記逆洗手段は、圧送手段として１本ピストンポンプを有することが特徴であることを特徴とする請求項５１に記載の流体反応装置。
  53. 前記第１の流路選択切換弁には窒素ガス供給ライン、純水供給ライン、有機溶剤供給ライン、酸供給ライン、水素水供給ライン、およびオゾン水供給ラインのいずれか１または複数に接続されていることを特徴とする請求項４５〜請求項５２のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  54. 前記第２の流路選択切換弁には窒素ガス供給ライン、純水供給ライン、有機溶剤供給ライン、酸供給ライン、水素水供給ライン、およびオゾン水供給ラインのいずれか１または複数に接続されていることを特徴とする請求項４５〜請求項５３のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  55. 前記導出部の設置スペースには、２個以上の回収容器を保持可能なテーブルと、テーブル移動機構とを設けたことを特徴とする請求項４〜請求項５４のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  56. 前記テーブル移動機構は回転機構または往復機構であることを特徴とする請求項５５に記載の流体反応装置。
  57. 反応後の物質の収率を測定する収率測定手段が具備されていることを特徴とする請求項２〜請求項５６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  58. 収率測定手段が紫外吸光、赤外分光、近赤外分光であることを特徴とする請求項５７に記載の流体反応装置。
  59. 前記収率測定手段が、
    複数の波長の異なる光源を有する光源部と、
    被測定液を流通させるフローセルを構成するケーシングと、
    上記フローセルにおいて被測定液に近接する複数の発光部と受光部と、
    受光部から得られた各波長の分光を個々に行う分光器を有する分光部と、
    分光器で得られた被測定液の分光情報を演算制御して出力する制御部と
    を具備したことを特徴とするマルチ分光分析装置である、請求項５７に記載の流体反応装置。
  60. 前記マルチ分光分析装置の上記光源部は、紫外光、可視光、近赤外光、赤外光、遠赤外光のうち、少なくとも２つ以上の波長領域をカバーする光源を有することを特徴とする請求項５９に記載の流体反応装置。
  61. 前記マルチ分光分析装置の前記フローセルが複数形成され、各フローセルに発光部と受光部がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項５９または請求項６０に記載の流体反応装置。
  62. 前記マルチ分光分析装置の前記ケーシングは、仕切によって内部に複数のフローセルを形成するように構成されていることを特徴とする請求項５９〜請求項６１のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  63. 前記マルチ分光分析装置の前記ケーシングは、内部に１つのフローセルを形成するように構成され、複数の前記ケーシングが基板上に着脱自在に取り付け可能となっていることを特徴とする請求項５９〜請求項６２のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  64. 可視領域から近赤外領域の光源を一つの光源で兼用し、異なる受光部に導くように構成したことを特徴とする請求項５９〜請求項６３のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  65. 前記発光部と受光部間の距離を調整可能であることを特徴とする請求項５９〜請求項６４のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  66. 反応領域の下流側に、分光分析装置を有することを特徴とする、請求項５９〜請求項６５のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  67. 複数の流体をマイクロ反応空間を含む流路において反応させる流体反応装置に用いられる流体混合装置であって、
    複数の平板状の基材を接合し、複数の流体をそれぞれのヘッダ空間から合流空間に連続的に供給して混合させるように構成され、
    各流体の前記ヘッダ空間を前記基材の異なる表面に設け、前記各ヘッダ空間と前記合流空間とを連通するそれぞれ複数の分液流路を、異なるヘッダ空間からの分液流路が前記合流空間の流入部において交互に開口するように形成したことを特徴とする流体混合装置。
  68. 前記各ヘッダ空間は、前記異なる表面において同心の円弧状に形成され、前記合流空間はこれらの円弧のほぼ中心上に配置されていることを特徴とする請求項６７に記載の流体混合装置。
  69. 前記ヘッダ空間は前記基材のそれぞれ表裏面に形成され、前記合流空間は前記基材の一方の表面に形成され、他方の表面上のヘッダ空間と連通する分液流路は前記基材を貫通して設けられていることを特徴とする請求項６７または請求項６８に記載の流体混合装置。
  70. 前記各ヘッダ空間と前記合流空間とを連通する前記複数の分液流路は互いに平行に延びて形成されていることを特徴とする請求項６７または請求項６９に記載の流体混合装置。
  71. 複数の流体をマイクロ反応空間を含む流路において反応させる流体反応装置に用いられる流体混合装置であって、
    複数の平板状の基材を接合し、複数の流体をそれぞれのヘッダ空間から合流空間に連続的に供給して混合させるように構成され、
    前記ヘッダ空間を前記基材の表面に沿って設け、前記合流空間を流体が前記基材の板厚方向に流れるように設け、前記ヘッダ空間と前記合流空間とを連通するそれぞれ複数の分液流路を、異なるヘッダ空間からの分液流路が前記合流空間の流入部において交互に開口するように形成したことを特徴とする流体混合装置。
  72. 前記ヘッダ空間が前記基材の表面において前記合流空間の両側に設けられ、異なるヘッダ空間からの分液流路どうしが前記合流空間の流入部において互いにずれた位置に開口していることを特徴とする請求項７１に記載の流体混合装置。
  73. 各流体の前記ヘッダ空間を前記基材の異なる表面に設け、分液流路の少なくとも一方は前記基材を貫通して設けられ、異なるヘッダ空間からの分液流路どうしが前記合流空間の対向する側において相対向するように、かつ前記合流空間の同じ側において交互に隣接するように形成されていることを特徴とする請求項７１に記載の流体混合装置。
  74. 前記合流空間は、流体が前記基材の板厚方向に流れた後に、該基材の面に沿って流れるように屈曲して形成されていることを特徴とする請求項７１〜請求項７３のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  75. 複数の流体を平板状の基材に形成された５００μｍ以下の流路幅部分を含む空間に連続的に供給して混合させる混合流路を有し、
    前記複数の流体の合流点から流れに沿って５ｍｍ以上の長さに渡って直径５０μｍ以下の柱状の障害物が等間隔に配置されていることを特徴とする流体混合装置。
  76. 前記柱状の障害物は複数列の柱が列の間隔をずらして流れ方向に交互配置されたことことを特徴とする請求項７５に記載の流体混合装置。
  77. 前記柱状の障害物は複数で流れ方向に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項７５または請求項７６に記載の流体混合装置。
  78. 合流後において、流路の幅が徐々に小さくなる部分と徐々に大きくなる部分を持つことを特徴とする請求項６７〜請求項７７のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  79. 合流後において、流路の幅寸法と深さ寸法が交互に縮小、拡大を繰り返すことを特徴とする請求項６７〜請求項７８のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  80. 合流後において、流路の幅方向寸法が深さ方向寸法よりも大きい扁平状部分を有することを特徴とする請求項６７〜請求項７９のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  81. 流路を形成する部材が、SUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックスガラス（登録商標）等の硬質ガラス、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＶＣ（polyvinylchloride）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、Ｓｉ、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）、およびＰＦＡ（perfluoroalkoxylalkane）の内の１または複数を含むこと特徴とすることを特徴とする請求項６７〜請求項８０のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  82. 流路の内壁の一部またはすべての材質が、Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Cu、Ru、Zr、Ta、Nbまたはこれらの金属を含む化合物であることを特徴とする請求項６７〜請求項８０のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  83. 前記基材は、少なくとも１辺の大きさが１５０mmを越える寸法の矩形であることを特徴とする請求項６７〜請求項８２のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  84. 流体の複数導入口と混合後の単一流体の出口は前記基板の反対側の面に存在することを特徴とする請求項６７〜請求項８３のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  85. 混合反応基板を同一基板内に、流体の温度を反応温度に向けて上昇、または下降させる予備温度調整部を具備したことを特徴とする請求項６７〜請求項８４のいずれか１項に記載の流体混合装置。
  86. 前記混合流路が、第１の流体源に連通する第１の流路と、第２の流体源に連通する第２の流路とがそれぞれ内部に複数形成されたマニホールド部と、
    該マニホールド部に隣接する合流空間とを有しており、
    前記マニホールド部は前記合流空間に面する開口端面を有し、
    前記第１の流路と第２の流路の開口は、前記開口端面において交互に隣接するように立体的に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の流体反応装置。
  87. 前記マニホールド部は、前記第１の流路と第２の流路を構成する溝が交互に形成された板状のエレメントを積層することにより、前記開口端面においてこれら第一の流路と第二の流路が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項８５に記載の流体反応装置。
  88. 前記第１の流路と第２の流路の前記開口の断面における最大幅寸法が3000μｍ以下であることを特徴とする請求項８６または請求項８７に記載の流体反応装置。
  89. 前記合流空間またはその下流側に、前記第１の流路と第２の流路からの流れ混合を迂回させる混合促進物体が設けられていることを特徴とする請求項８６〜請求項８８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  90. 前記混合促進物体の表面に、触媒作用を有する物質を設けたことを特徴とする請求項８９に記載の流体反応装置。
  91. 前記混合促進物体の代表寸法が、該混合促進物体の直前における前記第１の流路と第２の流路からの個々の流れの最小幅寸法の0.1倍から10倍の範囲内にあることを特徴とする請求項８９または請求項９０に記載の流体反応装置。
  92. 前記合流空間の下流側に、流路断面が徐々に減少する絞り部または流体レンズが設けられていることを特徴とする請求項８６〜請求項９１のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  93. 前記第１の流路と第２の流路からの個々の流れの仮想断面の最小幅が、前記絞り部または流体レンズの下流側部分において500μｍ以下になっていることを特徴とする請求項９２に記載の流体反応装置。
  94. 前記開口端面と前記絞り部または流体レンズとは、ほぼ相似な流路断面を有することを特徴とする請求項９２または請求項９３に記載の流体反応装置。
  95. 複数の前記マニホールド部が、前記合流空間においてそれぞれの開口端面を対向させるように配置されていることを特徴とする請求項８６〜請求項９４のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  96. 前記第１の流路、第２の流路、前記合流空間および／またはその下流側を流れる流体を加熱または冷却する熱交換器を設けたことを特徴とする請求項８６〜請求項９５のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  97. 前記熱交換器は、被加熱流体流路および／または熱媒体流路を構成する溝が形成された板状のエレメントを積層することにより構成されていることを特徴とする請求項９６に記載の流体反応装置。
  98. 前記合流空間の下流側を流れる流体を加熱または冷却する熱交換器の被加熱流体流路を合成反応時間調整用のディレイループとし、ディレイループパターンの変更または積層枚数の変更により熱交換内の滞留時間を調整可能となっていることを特徴とする請求項９６または請求項９７に記載の流体反応装置。
  99. 前記熱交換器の熱媒体として、被加熱流体に混入しても被加熱流体を汚染しない流体を用いることを特徴とする請求項９６〜請求項９８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  100. 前記混合基板として、請求項６７〜請求項８５のいずれかの流体混合装置を用いることを特徴とする請求項２〜請求項６６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  101. 前記反応基板の流路を形成する周囲部材はSUS316、SUS304、Ti、石英ガラス、パイレックスガラス（登録商標）等の硬質ガラス、PEEK、PE、PVC、PDMS、Si、PTFE、PCTFEの内の１または複数を含むこと特徴とすることを特徴とする請求項２〜請求項６６、請求項１００のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  102. 前記反応基板の流路の内壁の一部またはすべての材質がAu、Ag、Pt、Pd、Ni、Cu、Ru、Zr、Ta、Nbの内の１または複数またはこれらの金属を含む化合物であることを特徴とする請求項２〜請求項６６、請求項１００、および請求項１０１のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  103. 前記混合基板および／または反応基板が、熱媒体流路を有する温度調整ケース内に収容されていることを特徴とする請求項２〜請求項６６、および請求項１００〜請求項１０２のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  104. 前記該熱媒体流体流路内に温度測定手段が設けられていることを特徴とする請求項１０３に記載の流体反応装置。
  105. 前記熱媒体流路は、前記混合基板および／または反応基板の表裏面に沿った複数の分岐流路を有することを特徴とする請求項１０２または請求項１０３に記載の流体反応装置。
  106. 前記温度調整ケースはケース本体と蓋部を有し、前記熱媒体流路はこれらを連絡するように形成されていることを特徴とする請求項１０３〜請求項１０５のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  107. 熱流体が流入する前記ケース本体の第１のヘッダに設けられた複数の絞り穴が前記蓋部の第２のヘッダと直結し、第２のヘッダには前記混合基板および／または反応基板の表裏面に平行な流れを形成する複数の分岐流路へと直結する第２の絞り穴が設けられていることを特徴とする請求項１０６に記載の流体反応装置。
  108. 前記温度調整ケースの材料はTi、Al、SUS304、SUS316のいずれかであることを特徴とする請求項４８〜請求項１０７のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  109. 前記温度制御手段は、前記混合基板または反応基板を囲い込み混合流体の温度を調整する温度調整媒体保持機構と、保持機構に保持された温度調整媒体と、温度測定センサと、温度調整媒体と混合反応流体の間の伝熱量を調整する伝熱量調整手段を備えたことを特徴とする請求項２〜請求項６６、および請求項１００〜請求項１０８のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  110. 前記温度調整媒体として、シリコンオイル、フッ素オイル、アルコール、液体窒素、電気抵抗熱線、ペルチェ素子のいずれか１または複数が用いられることを特徴とする請求項１０９に記載の流体反応装置。
  111. 前記伝熱量調整手段はポンプ流量調整、流量調整弁、電気量のいずれかであることを特徴とする請求項１０９または請求項１１０に記載の流体反応装置。
  112. 前記温度調整媒体保持機構を断熱部材で覆う構造にしたことを特徴とする請求項１０９〜請求項１１１のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  113. 前記断熱部材はシリコンゴムであることを特徴とする請求項１１２に記載の流体反応装置。
  114. 反応後物質中の必要物質と不要物質を分別する分離抽出手段を具備したことを特徴とする請求項２〜請求項６６、および請求項１００〜請求項１１３のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  115. 粉体原料を液化溶解するための粉体溶解器を具備したことを特徴とする請求項２〜請求項６６、および請求項１００〜請求項１１４のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  116. 流体反応装置内の一部または全域を装置外と隔離し、装置外の圧力より負の圧力としたことを特徴とする請求項２〜請求項６６、および請求項１００〜請求項１１５のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  117. 流体反応装置の下部において漏れた液を貯める液貯めパンと、漏れた液を検知する漏液センサとを具備したことを特徴とする請求項２〜請求項６６、請求項１００〜請求項１１６のいずれか１項に記載の流体反応装置。
  118. 前記動作制御手段には、流体の流量と反応温度を表示する表示機構が具備されていることを特徴とする請求項２〜請求項６６、請求項１００〜請求項１１７のいずれか１項に記載の流体反応装置。

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