(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-08
(45)【発行日】2022-08-17
(54)【発明の名称】流体流通装置及びその流通異常検知方法
(51)【国際特許分類】
B01J 19/00 20060101AFI20220809BHJP
B81B 1/00 20060101ALI20220809BHJP
G01L 7/18 20060101ALI20220809BHJP
【ＦＩ】
B01J19/00 321
B81B1/00
G01L7/18
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2018091600
(22)【出願日】2018-05-10
(65)【公開番号】P2019018196
(43)【公開日】2019-02-07
【審査請求日】2020-11-30
(31)【優先権主張番号】P 2017140492
(32)【優先日】2017-07-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100067828
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100109058
【弁理士】
【氏名又は名称】村松 敏郎
(72)【発明者】
【氏名】松岡 亮
(72)【発明者】
【氏名】野一色 公二
(72)【発明者】
【氏名】大園 知宏
【審査官】中村 泰三
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－３４５１６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１８８６４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００３－５２２５２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５４３４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５２８４８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１３８６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５１６２１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１３９４９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１８５９３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第０３／０６０４３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０７０４９６２２（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｊ １９／００
Ｂ８１Ｂ １／００
Ｇ０１Ｌ ７／１８
Ｇ０１Ｎ ２１／１７、３５／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理対象流体を流通させるための装置であって、流路形成体であって、それぞれに処理対象流体が流される複数の流体流路と、当該複数の流体流路のそれぞれに対応する複数の検出用空間であって当該複数の検出用空間のそれぞれが特定の長手方向に延びるとともに当該長手方向の両端のうちの少なくとも一方の端が封止されたものと、前記複数の流体流路のそれぞれにおいて設定された流路接続部位と当該流体流路に対応する前記検出用空間において設定された空間接続部位とに接続されて当該流路接続部位と当該空間接続部位とを連通させる複数の連通路と、が形成された流路形成体と、
前記複数の検出用空間のそれぞれに収容される検出用液体及び検出用気体と、
界面位置検出器と、を備え、
前記検出用液体及び検出用気体は、前記検出用空間の長手方向に並んで当該検出用液体と当該検出用気体との間に界面を形成し、かつ、当該検出用液体の存在する領域が前記空間接続部位を含むように、当該検出用空間内に収容され、前記検出用気体は、前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記検出用空間内に収容され、
前記界面位置検出器は、前記界面の位置を光学的に検出するものであって、前記検出用空間内にその長手方向に沿って測定用光を照射する発光装置と当該測定用光を受けてその強度に対応した信号を出力する受光装置とを含む、流体流通装置。
【請求項2】
請求項１記載の流体流通装置であって、前記複数の検出用空間の少なくとも一部はその長手方向の両端が封止された密閉空間であり、当該密閉空間内に封入される前記検出用気体は前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記長手方向に膨張及び収縮する、流体流通装置。
【請求項3】
請求項１または２記載の流体流通装置であって、前記複数の検出用空間の少なくとも一部はその長手方向の一方の端のみが封止されて他方の端が開放された開放空間であり、当該開放空間内の前記検出用気体は前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記開放空間内に対して出入する、流体流通装置。
【請求項4】
請求項１～３のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記検出用空間の少なくとも一部はその長手方向の一方の端が封止されて他方の端に開閉装置が接続された開閉可能空間であり、前記開閉装置は当該開閉装置が接続された端を封止する閉状態と当該開閉装置が接続された端を開放して前記開閉可能空間に対する前記検出用気体の出入りを許容する開状態とに切換可能であり、前記検出用気体は前記開閉装置が前記閉状態にあるときに前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記長手方向に膨張及び伸縮する、流体流通装置。
【請求項5】
請求項１～４のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記複数の流体流路が第１の面に沿って互いに平行に延び、前記複数の検出用空間が前記第１の面に対してその法線方向に離間しながら当該第１の面に沿う第２の面に沿って延びる、流体流通装置。
【請求項6】
請求項５記載の流体流通装置であって、前記複数の検出用空間は、当該検出用空間に対応する前記流体流路に沿って延びる、流体流通装置。
【請求項7】
請求項１～３のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記複数の連通路のそれぞれは、当該連通路に対応する前記流体流路と前記検出用空間との間に介在して当該流体流路と当該検出用空間とに連通する分離用空間を含み、当該分離用空間内に前記流体流路を流れる処理対象流体と前記検出用液体との間に介在する分離用気体が収容される、流体流通装置。
【請求項8】
請求項７記載の流体流通装置であって、前記複数の流体流路が第１の面に沿って互いに平行に延び、前記複数の検出用空間が前記第１の面に対してその法線方向に離間しながら当該第１の面に沿う第２の面に沿いかつ当該検出用空間に対応する前記流体流路に沿うように延び、前記複数の分離用空間は、前記第１の面と前記第２の面との間に介在する第３の面に沿いかつ当該分離用空間に対応する前記流体流路及び前記検出用空間に沿うように延びる、流体流通装置。
【請求項9】
請求項１～８のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記流路形成体のうち前記各検出用空間の長手方向の少なくとも一方の端を封止する部位は当該流路形成体の外部から当該端に至るまでの光の透過を許容する透光性をもつ、流体流通装置。
【請求項10】
請求項１～９のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記発光装置から前記検出用液体に照射された測定用光のうち当該検出用液体を透過した後の光を受けるように前記受光装置が配置される、流体流通装置。
【請求項11】
請求項１～９のいずれかに記載の流体流通装置であって、前記検出用気体を通じて前記界面に前記測定用光を照射するように前記発光装置が配置され、かつ、当該測定用光のうち当該界面において反射される光を受けるように前記受光装置が配置される、流体流通装置。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれかに記載の流体流通装置における前記複数の流体流路での前記処理対象流体の流通の異常を検知するための方法であって、前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置を検出することと、正常状態からの前記界面の位置の変動に基いて前記流通の異常の判定を行うことと、を含み、
前記界面の位置は、前記発光装置と前記受光装置とを用いて光学的に検出され、
前記流通の異常の判定では、前記界面の位置について予め設定された初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超える場合に流通異常があると判定される、流体流通装置の流通異常検知方法。
【請求項13】
請求項４記載の流体流通装置における前記複数の流体流路での前記処理対象流体の流通の異常を検知するための方法であって、前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置を検出することと、正常状態からの前記界面の位置の変動に基いて前記流通の異常の判定を行うことと、前記開閉可能空間における界面位置に応じて当該開閉可能空間に接続されている前記開閉装置を前記開状態と前記閉状態との間で切換えることと、を含み、
前記界面の位置は、前記発光装置と前記受光装置とを用いて光学的に検出され、
前記流通の異常の判定では、前記界面の位置について予め設定された初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超える場合に流通異常があると判定される、流体流通装置の流通異常検知方法。
【請求項14】
請求項１～１１のいずれかに記載の流体流通装置における前記複数の流体流路での前記処理対象流体の流通の異常を検知するための方法であって、前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置を検出することと、正常状態からの前記界面の位置の変動に基いて前記流通の異常の判定を行うことと、を含み、
前記界面の位置は、前記発光装置と前記受光装置とを用いて光学的に検出され、
前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置について予め設定された初期位置が互いに揃っており、前記流通の異常の判定では、前記複数の検出用空間においてそれぞれ検出された複数の前記界面の位置のばらつきが許容範囲を超える場合に流通異常があると判定される、流体流通装置の流通異常検知方法。
【請求項15】
請求項４記載の流体流通装置における前記複数の流体流路での前記処理対象流体の流通の異常を検知するための方法であって、前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置を検出することと、正常状態からの前記界面の位置の変動に基いて前記流通の異常の判定を行うことと、前記開閉可能空間における界面位置に応じて当該開閉可能空間に接続されている前記開閉装置を前記開状態と前記閉状態との間で切換えることと、を含み、
前記界面の位置は、前記発光装置と前記受光装置とを用いて光学的に検出され、
前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記界面の位置について予め設定された初期位置が互いに揃っており、前記流通の異常の判定では、前記複数の検出用空間においてそれぞれ検出された複数の前記界面の位置のばらつきが許容範囲を超える場合に流通異常があると判定される、流体流通装置の流通異常検知方法。
【請求項16】
請求項１２～１５のいずれかに記載の流体流通装置の流通異常検知方法であって、前記複数の検出用空間について共通の発光装置及び受光装置を用いて前記界面の位置が検出される、流体流通装置の流通異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、処理対象流体の反応、抽出等の化学操作や熱交換を目的として当該処理対象流体を流通させるための複数の流路を形成する流体流通装置及びその流通の異常を検知するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、処理対象流体を流通させるための通路を形成する装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。同文献に記載される装置は、複数のマイクロチャネル（微細流路）を形成する流路構造体を備える。当該複数のマイクロチャネルは互いに平行となるように延びながら所定の平面上を蛇行し、当該マイクロチャネルに沿って処理対象流体が流れることを許容する。
【0003】
しかし、前記マイクロチャネルは微細であることから、流通する処理対象流体の粘度の上昇や圧力降下、あるいは当該処理対象流体に含まれる異物等によって流通異常、最悪の場合には閉塞、が発生するおそれがある。当該流通異常は速やかに検出されて洗浄等の対処がなされることが好ましい。
【0004】
前記のような流通異常を検出するための手段として、前記文献に記載される流体流通装置には、本来の流体流路に加え、当該流体流路と装置の外部とを連通する複数の連通流路が形成される。当該連通流路は、当該連通流路を通じて前記流体流路内の複数の位置における処理対象流体の圧力を検出することを可能にし、これにより、当該流体流路内での処理対象流体の流通異常に起因する圧力損失の異常の有無を検出することを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第５８８５５４８号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前記装置では、流通異常を検出するための手段として、前記複数の連通流路のそれぞれに圧力検出器を接続しなければならない。換言すれば、当該流通異常を検出するための手段は、前記連通流路のそれぞれに接続される複数の圧力検出器に限定されるため、当該手段の選択の自由度はきわめて小さい。従って、当該流通異常の検出に求められる精度や作業の簡便さ等の諸事情によって検出手段を選択するといったことは困難である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、それぞれに処理対象流体が流される複数の流体流路を形成する流体流通装置であって、当該流体流路における処理対象流体の流通の異常の検出を検出するための手段の選択の自由度が高い装置を提供することを目的とする。
【0008】
提供される流体流通装置は、流路形成体であって、それぞれに処理対象流体が流される複数の流体流路と、当該複数の流体流路のそれぞれに対応する複数の検出用空間であって当該複数の検出用空間のそれぞれが特定の長手方向に延びるとともに当該長手方向の両端のうちの少なくとも一方が封止されたものと、前記複数の流体流路のそれぞれにおいて設定された流路接続部位と当該流体流路に対応する前記検出用空間において設定された空間接続部位とに接続されて当該流路接続部位と当該空間接続部位とを連通させる複数の連通路と、が形成された流路形成体と、前記複数の検出用空間のそれぞれに収容される検出用液体及び検出用気体と、を備える。前記検出用液体及び検出用気体は、前記検出用空間の長手方向に並んで当該検出用液体と当該検出用気体との間に界面を形成し、かつ、当該検出用液体の存在する領域が前記空間接続部位を含むように、当該検出用空間内に収容される。前記検出用気体は、前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記検出用空間内に収容される。
【0009】
この流体流通装置によれば、前記複数の流体流路における流路接続部位での各処理対象流体の圧力が前記検出用空間に収容される検出用液体と検出用気体との界面の位置に変換される。従って、当該流体流路における処理対象流体の流通異常を検出するために当該流体流路内の処理対象流体の圧力を直接検出する必要がなく、当該圧力に対応する前記界面の位置を検出することと、正常状態からの当該界面の位置の変動に基いて前記流通異常の判定を行うことと、を含む流通異常検知方法によって、前記流通異常を的確に検知することができる。このことは、当該流通異常を検知するための手段の選択の自由度を飛躍的に高める。
【0010】
前記複数の検出用空間の少なくとも一部は、その長手方向の両端が前記封止端である密閉空間であってもよい。この場合、当該密閉空間に封入される前記検出用気体は前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記長手方向に膨張及び収縮するのがよい。
【0011】
あるいは、前記複数の検出用空間の少なくとも一部は、その長手方向の一方の端のみが封止されて他方の端が開放された開放空間であり、当該開放空間内の前記検出用気体は前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記開放空間内に対して出入するものでもよい。前記検出用空間の一方の端が開放されていることは、両端が封止されている場合に比べ、正常時における界面の位置と異常時における界面の位置との差を大きくすることを可能にし、これにより異常検出を容易にする。
【0012】
あるいは、前記検出用空間の少なくとも一部はその長手方向の一方の端が封止されて他方の端に開閉装置が接続された開閉可能空間であり、前記開閉装置は当該開閉装置が接続された端を封止する閉状態と当該開閉装置が接続された端を開放して前記開閉可能空間に対する前記検出用気体の出入りを許容する開状態とに切換可能であり、前記検出用気体は前記開閉装置が前記閉状態にあるときに前記流路接続部位における前記処理対象流体の圧力の変動に応じて前記界面の位置が変動することを許容するように前記長手方向に膨張及び伸縮するものでもよい。前記開閉装置は、前記開状態において、前記バルブ付空間を前記開放空間と同等にして異常検出を容易にする一方、適宜閉状態に切換えられることにより、前記検出用空間から外部への前記検出用液体の流出を防ぐことができる。
【0013】
前記複数の検出用空間が前記開閉可能空間を含む場合、前記流通異常検知方法は、前記開閉可能空間における界面位置に応じて当該開閉可能空間に設けられた前記開閉装置を前記開状態と前記閉状態との間で切換えることをさらに含むのが、よい。
【0014】
前記界面の位置は、前記検出用空間内にその長手方向に沿って測定用光を照射する発光装置と当該測定用光を受けてその強度に対応した信号を出力する受光装置とを用いて光学的に検出される。このことは簡素かつ低コストの手段で前記流通異常を検知することを可能にする。具体的には、前記発光装置から前記検出用液体に測定用光を照射して当該測定用光のうち当該検出用液体を透過した後の光の強度を前記受光装置により検出することや、前記検出用気体を通じて前記界面に前記測定用光を照射してそのうち当該界面において反射される光の強度を前記受光装置により検出することにより、前記界面の位置が検出されることが可能である。
【0015】
いずれの場合も、複数の検出用空間について共通の発光装置及び受光装置を使用することが可能である。このことは、当該複数の検出用空間ごとに発光装置及び受光装置を配備する場合に比べて必要な発光装置及び受光装置の数を減らし、低コストで異常検知を行うことを可能にする。勿論、当該複数の検出用空間ごとに発光装置及び受光装置を配備しても前記流通異常の検知が可能である。
【0016】
前記流通異常の判定については、種々の手法を用いることが可能である。例えば、前記界面の位置について予め設定された初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超える場合に流通異常があると判定してもよい。この場合、前記複数の検出用空間のそれぞれの前記初期位置は同一に設定されてもよいし、それぞれの初期位置が互いに異なっていてもよい。前記複数の検出用空間のそれぞれにおける前記初期位置が互いに揃っている場合、前記複数の検出用空間においてそれぞれ検出された複数の界面の位置のばらつきが許容範囲を超える場合に流通異常があると判定してもよい。
【0017】
前記複数の流体流路及びこれらに対応する前記複数の検出用空間の配置については、当該複数の流体流路が第１の面に沿って互いに平行に延び、当該複数の検出用空間が前記第１の面に対してその法線方向に離間しながら当該第１の面に沿う第２の面に沿って延びるものが、好適である。当該配置は、コンパクトな構造で処理対象流体の流通及びその流通異常の検知を実現することを可能にする。
【0018】
さらに、前記複数の検出用空間は、当該検出用空間に対応する前記流体流路に沿って延びることが、より好ましい。これにより、構造のコンパクト化はさらに顕著となる。
【0019】
前記複数の連通路のそれぞれは、前記複数の流体流路のそれぞれとこれに対応する前記検出用空間との間に介在して当該流体流路と当該検出用空間とに連通する分離用空間を含み、当該分離用空間内に、前記流体流路を流れる処理対象流体と前記検出用液体との間に介在する分離用気体が収容されることが、より好ましい。当該分離用空間及びこれに収容される当該分離用気体は、前記流体流路を流れる処理対象流体と前記検出用液体とが直接的に接触することを阻止し、これにより、当該検出用液体が前記処理対象流体の性状に影響を与えるのを防ぐことができる。このことは、当該検出用液体を構成する物質の選択の自由度を高める。
【0020】
例えば、前記のように複数の流体流路が第１の平面に沿って互いに平行に延び、当該複数の検出用空間が前記第１の空間と平行な第２の平面に沿って互いに平行に延びるものである場合、前記複数の分離用空間は、前記第１の平面及び前記第２の平面と並行でかつ当該第１の平面と当該第２の平面との間に介在する第３の平面に沿って互いに平行に延びることが、好ましい。このことは、コンパクトな構造で処理対象流体の流通及びその流通異常の検知に加えて前記処理対象流体と前記検出用液体との接触を阻止することを可能にする。
【0021】
前記流路形成体のうち前記各検出用空間の長手方向の少なくとも一方の端を封止する部位は当該流路形成体の外部から当該端に至るまでの光の透過を許容する透光性をもつことが好ましい。このような透光性をもつ部位は、前記流路形成体の外部から前記検出用空間内に測定用光を照射して前記界面の位置を光学的に検出することを容易にする。
【0022】
本発明に係る流体流通装置は、前記界面の位置を検出する界面位置検出器をさらに備える。当該界面位置検出器は、当該界面の位置を光学的に検出するものであって前記検出用空間内にその長手方向に沿って測定用光を照射する発光装置と当該測定用光を受けてその強度に対応した信号を出力する受光装置とを含む。具体的には、前記発光装置から前記検出用液体に照射された測定用光のうち当該検出用液体を透過した後の光を受けるように前記受光装置が配置されたものや、前記検出用気体を通じて前記界面に前記測定用光を照射するように前記発光装置が配置され、かつ、当該測定用光のうち当該界面において反射される光を受けるように前記受光装置が配置されたものが、好適である。
【発明の効果】
【0023】
以上のように、本発明によれば、それぞれに処理対象流体が流される複数の流体流路を形成する流体流通装置であって、当該流体流路における処理対象流体の流通の異常の検出を検出するための手段の選択の自由度が高いものが、提供される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第１の実施の形態に係る流体流通装置であるマイクロチャネルリアクタの正面図である。
【図9】本発明の第２の実施の形態に係る流体流通装置であるマイクロチャネルリアクタを構成する流路形成板の正面図である。
【図19】
参考例に係る流体流通装置であるマイクロチャネルリアクタの正面図である。
【図22】本発明の第３の実施の形態に係る流体流通装置であるマイクロチャネルリアクタの流路形成板の背面図である。
【図24】本発明の第４の実施の形態に係る流体流通装置であるマイクロチャネルリアクタの流路形成板の背面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【0026】
図１～図８は、本発明の第１の実施の形態に係る流体流通装置であるマイクロチャネルリアクタを示す。当該マイクロチャネルリアクタは、流路形成体１０を備える。当該流路形成体１０は、複数の反応流路と、当該複数の反応流路のそれぞれに対応する複数の導入流路を形成するブロック体である。前記複数の反応流路のそれぞれは、当該反応流路に流される処理対象流体である第１流体と、当該反応流路に前記導入流路を通じて導入される処理対象流体である第２流体と、を混合して両者間の化学反応を起こさせるための流路であり、微小な流路面積を有しながら前記第１及び第２流体の流通を許容する流体流路である。
【0027】
前記流路形成体１０は、互いに板厚方向に積層される複数（この実施の形態では３枚）の流路形成板１１と、当該流路形成板１１の板厚方向の両外側にそれぞれ配置される表側外板１２及び裏側外板１３と、互いに隣接する流路形成板１１同士の間に介在する複数（この実施の形態では２枚）の仕切り板１６と、を有する。これらの板１１，１２，１３，１６の積層状態は、例えば、互いに隣接する板同士の溶接等による接合やボルト等による板厚方向の締結によって保持される。
【0028】
前記複数の流路形成板１１のそれぞれは、図２に示される表側面（第１の平面）２０とその反対側の面であって図３に示される裏側面（第２の平面）３０とを有する。前記表側面２０には、前記複数の反応流路を形成するための複数（この実施の形態では５本）の反応流路形成溝２１，２２，２３，２４，２５が形成され、当該反応流路形成溝２１～２５と、前記表側面２０に密着する前記仕切り板１６の裏側面または前記表側外板１２の裏側面と、によって、当該反応流路形成溝２１～２５と同形状の反応流路が画定される。前記裏側面３０には前記複数本の反応流路形成溝２１，２２，２３，２４，２５にそれぞれ対応する複数の導入流路を形成するための複数（この実施の形態では５本）の導入流路形成溝３１，３２，３３，３４，３５が形成され、当該導入流路形成溝３１～３５と、前記裏側面３０に密着する前記仕切り板１６の表側面または前記裏側外板１３の表側面と、によって、当該導入流路形成溝３１～３５と同形状の導入流路が画定される。
【0029】
前記表側面２０に形成された前記反応流路形成溝２１～２５は、互いに平行に延びながら上下方向に蛇行する。具体的に、当該反応流路形成溝２１～２５が形成される領域は、その上流端から順に並ぶ１３の区域、すなわち、第１上向き流路区域Ａ１、第１上側中継区域Ｂ１、第１下向き流路区域Ｃ１、第１下側中継区域Ｄ１、第２上向き流路区域Ａ２、第２上側中継区域Ｂ２、第２下向き流路区域Ｃ２、第２下側中継区域Ｄ２、第３上向き流路区域Ａ３、第３上側中継区域Ｂ３、第３下向き流路区域Ｃ３、第３下側中継区域Ｄ３、及び第４上向き流路区域Ａ４に分けられる。
【0030】
前記第１～第４上向き流路区域Ａ１～Ａ４では、反応流路形成溝２１～２５のそれぞれが上下方向に延びて処理対象流体が上向きに流れることを許容する。当該第１～第４上向き流路区域Ａ１～Ａ４は、流路形成板１１の左右方向に間隔を置いて並ぶ。このうち最も上流側（図２では左側）の前記第１上向き流路区域Ａ１では各反応流路形成溝２１～２５の上流端（図２では下端）が前記流路形成板１１の下端面にまで至って下向きに開口する第１流体入口２７を形成している。逆に、最も下流側（図２では右側）の前記第４上向き流路区域Ａ４では各反応流路形成溝２１～２５の下流端（図２では上端）が前記流路形成板１１の上端面にまで至って上向きに開口する流体出口２８を形成している。
【0031】
前記第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３では、反応流路形成溝２１～２５のそれぞれが上下方向に延びて処理対象流体が下向きに流れることを許容する。当該第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３は、正面からみて前記第１～第３上向き流路区域Ａ１～Ａ３のそれぞれの右側に隣接する。
【0032】
前記第１～第３上側中継区域Ｂ１～Ｂ３では、前記流路形成板１１の上部において前記反応流路２１～２５のそれぞれが左右方向に延び、前記第１～第３上向き流路区域Ａ１～Ａ３の下流端（上端）とそのすぐ下流側（図２では右側）の第１～第３下向き流路形成区域Ｃ１～Ｃ３の上流端（上端）とをそれぞれ左右方向に中継する。同様に、前記第１～第３下側中継区域Ｄ１～Ｄ３では、前記流路形成板１１の下部において前記反応流路２１～２５のそれぞれが左右方向に延び、前記第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３の下流端（下端）とそのすぐ下流側（図２では右側）の第２～第４上向き流路形成区域Ａ２～Ａ４の上流端（下端）とをそれぞれ左右方向に中継する。
【0033】
前記導入流路形成溝３１～３５は、前記反応流路２１～２５の上流側端部にそれぞれ第２流体を導入すべく、図３に示されるように、互いに平行に延びながらＬ字状に屈曲する形状を有する。具体的に、当該導入流路形成溝３１～３５が形成される領域は、裏側から見て前記流路形成板１１の右端面から左向きに延びる第１導入区域Ｅ１と、当該第１区域Ｅ１の終端から上向きに延びる第２導入区域Ｅ２とに分けられる。前記第１導入区域Ｅ１における各導入流路形成溝３１～３５の上流端は裏側から見て右側に開口する第２流体入口３７を形成する。前記第２導入区域Ｅ２では、前記導入流路形成溝３１～３５がこれに対応する反応流路形成溝２１～２５のちょうど裏側の位置で当該反応流路形成溝２１～２５に沿って上向きに適当な長さだけ延びる。
【0034】
さらに、前記流路形成体２０には、前記各導入流路形成溝３１～３５の終端（図３では上端）とこれに対応する前記反応流路形成溝２１～２５とをそれぞれ連通する板厚方向の貫通孔である複数（この実施の形態では５個）の導入孔３８が形成されている。これらの導入孔３８は、前記各導入流路形成溝３１～３５により画定される導入流路に供給される第２流体が当該各導入孔３８を通じて前記反応流路形成溝２１～２５が画定する各反応流路に導入されることを可能にする。
【0035】
前記各反応流路の第１流体入口２７には、当該第１流体入口２７に前記第１流体を供給するための第１流体入口ヘッダ２が接続される。当該第１流体入口ヘッダ２は、前記各第１流体入口２７を覆うように前記流路形成体１０の下端面に取付けられる。同様に、前記各導入流路の第２流体入口３７には、当該第２流体入口３７に前記第２流体を供給するための第２流体入口ヘッダ３が接続される。当該第２流体入口ヘッダ３は、前記各第２流体入口３７を覆うように前記流路形成体１０の側端面（表側から見て左側端面、裏側から見て右側端面）に取付けられる。同様に、前記流体出口２８には当該流体出口２８から排出される処理対象流体を受け入れるための図示されない出口ヘッダが接続される。
【0036】
前記流路形成体１０では、前記反応流路形成溝２１～２５等により画定される各反応流路の第１流体入口２７に第１流体が供給されるとともに、前記導入流路形成溝３１～３５等により画定される各導入流路の第２流体入口３７に第２流体が供給され、当該第２流体が導入孔３８を通じて前記反応流路に導入されることにより前記第１流体と合流する。このようにして混合された第１及び第２流体は、前記反応流路を流れる間に互いに反応し、当該反応によって生じた流体が流体出口２８を通じて排出される。
【0037】
このように前記流路形成体１０が形成する各反応流路は微細であるため、流通する処理対象流体の粘度の上昇や圧力降下、あるいは当該処理対象流体に含まれる異物等によって流通異常、最悪の場合には閉塞、が発生するおそれがある。当該流通異常は速やかに検出されて洗浄等の対処がなされることが好ましい。
【0038】
そこで、前記マイクロチャネルリアクタは、前記流通異常を検出するための手段として、複数の検出用空間及びこれらに対応する複数の連通路と、前記複数の検出用空間のそれぞれに収容される検出用液体６１及び検出用気体６２と、当該検出用液体６１と当該検出用気体６２との界面６４の位置を検出する界面位置検出器と、を含み、当該界面位置検出器は発光装置７１と受光装置７２とを含む。その詳細は次のとおりである。
【0039】
１）検出用空間及び連通路について
前記複数の検出用空間及び連通路は、前記複数の反応流路と同様に前記流路形成体１０によって形成される。具体的に、当該流路形成体１０の各流路形成板１１の裏側面３０には、前記複数の導入流路形成溝３１～３５に加え、第１検出領域Ｆ１、第２検出領域Ｆ２及び第３検出領域Ｆ３のそれぞれにおいて複数の（この実施の形態では５本の）検出用空間形成溝５１，５２，５３，５４，５５が形成されるとともに、当該検出用空間形成溝５１～５５のそれぞれに対応して複数の連通孔５８が形成されている。
前記複数の検出用空間及び連通路は、前記複数の反応流路と同様に前記流路形成体１０によって形成される。具体的に、当該流路形成体１０の各流路形成板１１の裏側面３０には、前記複数の導入流路形成溝３１～３５に加え、第１検出領域Ｆ１、第２検出領域Ｆ２及び第３検出領域Ｆ３のそれぞれにおいて複数の（この実施の形態では５本の）検出用空間形成溝５１，５２，５３，５４，５５が形成されるとともに、当該検出用空間形成溝５１～５５のそれぞれに対応して複数の連通孔５８が形成されている。
【0040】
前記第１～第３検出領域Ｆ１～Ｆ３は、前記反応流路形成溝２１～２５の第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３にそれぞれ対応する領域であり、前記検出用空間形成溝５１～５５は、前記第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３における前記反応流路形成溝２１～２５のちょうど裏側の位置において当該反応流路形成溝２１～２５に沿うように上下方向に延びる。前記検出用空間形成溝５１～５５のそれぞれは、好ましくは、前記反応流路形成溝２１～２５のそれぞれの幅と等しい幅を有する。
【0041】
前記検出用空間形成溝５１～５５は、前記裏側面３０に密着する前記仕切り板１６の表側面または前記裏側外板１３の表側面とともに、当該検出用空間形成溝５１～５５と同形状の検出用空間を画定する。この実施の形態では、前記検出用空間形成溝５１～５５の上端及び下端がそれぞれ前記流路形成板１１の上端面及び下端面に至っており、従って前記検出用空間のそれぞれは上下方向に延びるとともに上側及び下側のそれぞれに開口を有する形状をもつ。後にも説明するように、前記開口のうち下側の開口は全て前記発光装置７１によって封止され、上側の開口は全て前記受光装置７２によって封止される。
【0042】
前記複数の連通孔５８のそれぞれは、前記連通路、すなわち、前記複数の流体流路のそれぞれにおいて適当な高さ位置に設定された流路接続部位と当該流体流路に対応する前記検出用空間において設定された空間接続部位とに接続されて当該流路接続部位と当該空間接続部位とを連通させる連通路、を構成する。具体的に、前記複数の連通孔５８は、前記流路接続部位に相当する前記反応流路形成溝２１～２５の底部から前記空間接続部位に対応する前記検出用空間形成溝５１～５５の底部に至るまで前記流路形成板１１をその板厚方向に貫通している。
【0043】
２）検出用液体６１及び検出用気体６２について
前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２は、前記検出用空間のそれぞれにおいてその長手方向に並んで当該検出用液体６１と当該検出用気体６２との間に前記界面６４を形成する。この実施の形態では、前記検出用液体６１の上側に前記検出用気体６２が位置するように、換言すれば、前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２がそれぞれ前記発光装置７１及び前記受光装置７２に接触するように、前記検出用空間に収容される。
前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２は、前記検出用空間のそれぞれにおいてその長手方向に並んで当該検出用液体６１と当該検出用気体６２との間に前記界面６４を形成する。この実施の形態では、前記検出用液体６１の上側に前記検出用気体６２が位置するように、換言すれば、前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２がそれぞれ前記発光装置７１及び前記受光装置７２に接触するように、前記検出用空間に収容される。
【0044】
前記界面６４の位置は、マイクロチャネルリアクタの使用当初は図７に示されるような初期位置に設定される。当該初期位置は、前記各反応流路内を前記処理対象流体が正常に（つまり流通異常がない状態で）流れるときの前記界面６４の位置である。当該初期位置は、前記連通孔５８の高さ位置よりも高い位置、すなわち、前記検出用液体６１の存在する領域が前記空間接続部位を含むような位置、に設定され、好ましくは前記連通孔５８の高さ位置よりも十分高い位置に設定される。図６～図８では、前記検出用液体６１の存在領域に多数の細かいドットが付されている。
【0045】
前記検出用気体６２は、前記界面６４の位置が上下方向に変動することを許容するように、前記検出用空間の長手方向（この実施の形態では上下方向）に膨張及び収縮する。前記界面６４の変動は、後にも説明するように、流路接続部位において前記反応流路内を流れる前記処理対象流体の圧力の変動に対応して生ずる。
【0046】
前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２をそれぞれ構成する物質は、流体流路である前記反応流路に流される処理対象流体の性質や使用状況に応じて設定される。具体的に、前記検出用液体６１は、前記処理対象流体と接触し、場合によっては当該検出用液体６１の一部が前記反応流路内に流出するため、前記処理対象流体との反応が生じない物質により構成されることが好ましい。また、前記検出用気体６２は前記検出用液体６１と接触して当該検出用液体６１との間に前記界面６４を形成するためのものであるから、当該検出用液体６１及び検出用気体６２同士の反応も生じないように両者の物質が選定されることが好ましい。一般に、前記検出用気体６２に空気を用いることが可能である場合、当該空気の使用によって装置のコストの低減が可能である。空気中に含まれる酸素が検出用液体６１の性状に影響を与える場合には、前記検出用気体６２は窒素ガスあるいはその他の不活性ガスにより構成されることが、好ましい。
【0047】
３）界面位置検出器について
前記界面位置検出器は、前記界面６４の位置を光学的に検出する。具体的に、前記発光装置７１は、前記各検出用空間の下側開口を封止するように前記流路形成体１０の下端面に装着され、前記検出用空間のそれぞれの内部に当該検出用空間の長手方向（この実施の形態では上下方向）に沿って図７及び図８に矢印で示すように上向きに測定用光を照射する。前記受光装置７２は、前記各検出用空間の上側開口を封止するように前記流路形成体１０の上端面に装着されるとともに、前記複数の検出用空間のそれぞれに対応する複数の受光素子を含む。各受光素子は、これに対応する検出用空間に照射された測定用光のうち前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２を透過した後の光のみを受けてその強度に対応した電気信号である検出信号を生成し、出力する。当該受光素子が受ける光の強度は、当該受光素子に対応する検出用空間内での前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２のそれぞれの存在領域の長さの比によって変わるので、それぞれの受光素子から出力される検出信号に基いて、それぞれの検出用空間における前記界面６４の高さ位置を特定することが可能である。
前記界面位置検出器は、前記界面６４の位置を光学的に検出する。具体的に、前記発光装置７１は、前記各検出用空間の下側開口を封止するように前記流路形成体１０の下端面に装着され、前記検出用空間のそれぞれの内部に当該検出用空間の長手方向（この実施の形態では上下方向）に沿って図７及び図８に矢印で示すように上向きに測定用光を照射する。前記受光装置７２は、前記各検出用空間の上側開口を封止するように前記流路形成体１０の上端面に装着されるとともに、前記複数の検出用空間のそれぞれに対応する複数の受光素子を含む。各受光素子は、これに対応する検出用空間に照射された測定用光のうち前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２を透過した後の光のみを受けてその強度に対応した電気信号である検出信号を生成し、出力する。当該受光素子が受ける光の強度は、当該受光素子に対応する検出用空間内での前記検出用液体６１及び前記検出用気体６２のそれぞれの存在領域の長さの比によって変わるので、それぞれの受光素子から出力される検出信号に基いて、それぞれの検出用空間における前記界面６４の高さ位置を特定することが可能である。
【0048】
このマイクロチャネルリアクタによれば、次のようにして各反応流路（流体流路）における流通異常の有無が検出される。
【0049】
まず、各反応流路内を処理対象流体が正常に流れている状態では、前記第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３のそれぞれにおいて反応流路形成溝２１～２５により画定される複数の反応流路を流れる処理対象流体の圧力はいずれも正常な圧力に保たれる。よって当該複数の反応流路にそれぞれ対応する複数の検出用空間における検出用液体６１と検出用気体６２との界面６４の位置はいずれも図７に示すような初期位置に保たれる。受光装置７２は、当該初期位置に対応する検出信号を出力する。
【0050】
これに対し、前記第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３のいずれかにおいて、いずれかの反応流路に一部閉塞または完全閉塞が生じた場合、その下流側における処理対象流体の圧力は低下する。この処理対象流体の圧力の低下に伴い、前記閉塞が生じた前記反応流路に対応する検出用空間に収容されている検出用液体６１の一部が前記反応流路に流出し、当該検出用液体６１と検出用気体６２との界面６４の位置は、前記のように低下した圧力と前記検出用空間内の検出用液体６１の高さとが対応するような位置まで降下する。例えば、前記第２下向き流路区域Ｃ２において前記連通孔５８の下流側（この実施の形態では下側）の位置で前記反応流路形成溝２４により形成される反応流路内に閉塞が生じた場合、その下流側における処理対象流体の圧力は正常な状態に比べて前記閉塞の度合いに応じて低下し、これにより、図８に示すように、第３下向き流路区域Ｃ３に対応する第３検出領域Ｆ３において前記反応流路形成溝２４に対応する検出用空間形成溝５４により形成される検出用空間内の検出用液体６１と検出用気体６２との界面６４の位置が前記初期位置から降下する。当該界面６４の位置の降下に対応して、受光装置７２が出力する検出信号も変動する。
【0051】
従って、このマイクロチャネルリアクタによれば、前記複数の検出用空間にそれぞれ対応して出力される複数の検出信号を監視することにより、流通異常が生じた反応流路を特定することが可能である。具体的には、前記検出信号のうちのいずれかの初期状態からの変動が一定以上となったとき、つまり、前記界面６４の位置について予め設定された前記初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超えるとき、にその界面６４に対応する反応流路に流通異常があると判定することが、可能である。
【0052】
【0053】
前記第１の実施の形態に係るマイクロチャネルリアクタでは、反応流路を流れる処理対象流体と検出用液体６１とが直接接触するため、当該検出用液体６１を構成する物質は前記処理対象流体の性状に影響を与えないものに制限される。これに対し、第２の実施の形態に係るマイクロチャネルリアクタは、前記処理対象流体と前記検出用液体６１との直接的な接触を阻止するように両者を分離する手段を具備することにより、前記検出用液体６１を構成する物質の選択の自由度を高める。
【0054】
前記分離の手段は、複数の分離用空間と、当該複数の分離用空間のそれぞれに収容される分離用気体６６と、を含む。具体的には次のとおりである。
【0055】
前記複数の分離用空間は、前記複数の反応流路のそれぞれとこれに対応する前記検出用空間との間に介在して当該流体流路と当該検出用空間とに連通する。当該複数の分離用空間は、前記反応流路及び前記検出用空間と同じく前記流路形成体１０によって形成される。
【0056】
具体的に、第２の実施の形態に係る流路形成体１０は、第１の実施の形態に係る複数の流路形成板１１のそれぞれに代わるものとして、互いに積層される流路形成板１４と空間形成板１５とからなる複数のペアを具備する。前記流路形成板１４は、前記第１の実施の形態に係る流路形成板１４と同様、図９に示される表側面２０と、図１０に示される裏側面３０と、を有し、前記空間形成板１５は、図１１に示される表側面４０と、その反対側の面であって図１２に示される裏側面５０と、を有する。そして、前記流路形成板１４の裏側面３０と前記空間形成板１５の表側面４０とが密着するように両板１４，１５が互いに重ね合わされる。前記空間形成板１５の裏側面５０とこれに隣り合う前記流路形成板１４の表側面２０との間には第１の実施の形態と同様に仕切り板１６が介在し、板厚方向の両外側には表側外板１２及び裏側外板１３がそれぞれ配置される。
【0057】
第１の実施の形態に係る流路形成板１４と同様、前記流路形成板１４の表側面２０には前記仕切り板１６または前記表側外板１２の裏側面とともに複数（この実施の形態では５本）の反応流路を画定する反応流路形成溝２１～２５が形成され、前記裏側面３０には、前記空間形成板１５の表側面４０とともに、前記複数の反応流路に対応する（第２流体の）導入流路を画定する導入流路形成溝３１～３５が形成されている。
【0058】
前記第１の実施の形態と異なり、この第２の実施の形態に係る前記反応流路板１４の裏側面３０には、検出用空間形成溝５１～５５ではなく、第１分離領域Ｇ１、第２分離領域Ｇ２及び第３分離領域Ｇ３のそれぞれに位置する複数の（この実施の形態では５本の）分離用空間形成溝４１，４２，４３，４４，４５と、当該分離用空間形成溝５１～５５のそれぞれに対応する複数の連通孔４８と、が形成されている。前記検出用空間形成溝５１～５５は、前記流路形成板１４ではなく前記空間形成板１５の裏側面５０に形成されている。
【0059】
前記第１～第３分離領域Ｇ１～Ｇ３は、前記反応流路形成溝２１～２５の第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３にそれぞれ対応する領域である。それぞれの分離領域において、前記分離用空間形成溝４１～４５は、前記第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３における前記反応流路形成溝２１～２５のちょうど裏側の位置で当該反応流路形成溝２１～２５に沿うように上下方向に延びる。前記分離用空間形成溝４１～４５のそれぞれは、好ましくは、前記反応流路形成溝４１～４５のそれぞれの幅と等しい幅を有する。
【0060】
前記分離用空間形成溝４１～４５は、前記裏側面３０に密着する前記空間形成板１５の表側面４０とともに、当該分離用空間形成溝４１～４５と同形状の検出用空間を画定する。図１８に示されるように、前記分離用空間形成溝４１～４５の下端はこれに対応する反応流路形成溝２１～２５の下端よりも高い位置において封止された封止端である。同様に、前記分離用空間形成溝４１～４５の上端はこれに対応する反応流路形成溝２１～２５の上端よりも低い位置において封止された封止端である。
【0061】
前記複数の連通孔４８のそれぞれは、前記分離用空間形成溝４１～４５の上端の底部から、当該上端と同じ高さ位置における反応流路形成溝２１～２５の底部に至るまで、前記流路形成板１４をその板厚方向に貫通し、これにより前記反応流路とこれに対応する前記分離用空間とを相互に連通する。
【0062】
前記空間形成板１５の表側面４０に溝は形成されず、当該表側面４０は専ら画定面として機能する。すなわち、当該表側面４０は、前記流路形成板１４の裏側面３０と密着することにより、前記導入流路形成溝３１～３５とともに複数の導入流路を画定しかつ前記分離用空間形成溝４１～４５とともに複数の分離用空間を画定する。
【0063】
前記空間形成板１５の裏側面５０では、第１の実施の形態に係る流路形成板１１の裏側面３０と同様、当該第１～第３検出領域Ｆ１～Ｆ３のそれぞれに、前記検出用空間形成溝５１～５５及び複数の連通孔５８が形成されている。前記第１～第３検出領域Ｆ１～Ｆ３は、前記第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３のそれぞれに対応し、さらには前記第１～第３分離領域Ｇ１～Ｇ３のそれぞれに対応する。前記検出用空間形成溝５１～５５は、前記分離用空間形成溝４１～４５に沿って延びる。前記複数の連通孔５８は、前記分離用空間形成溝４１～４５のそれぞれの下端の高さ位置と同等の高さ位置に形成され、当該下端と前記検出用空間形成溝５１～５５とを相互に連通するように前記空間形成板１５をその板厚方向に貫通する。
【0064】
従って、この実施の形態に係る前記各連通孔５８は、これに対応する分離用空間及び前記連通孔４８と協働して、前記反応流路とこれに対応する検出用空間とを連通する連通路を構成する。換言すれば、この実施の形態に係る前記連通路は、前記反応流路と前記検出用空間との間に介在する分離用空間を含んでいる。
【0065】
前記検出用液体６１は、前記検出用空間だけでなく、前記連通孔５８を通じて前記分離用空間にも入り込んでいる。前記分離用気体６６は、図１８に示されるように、前記分離用空間における検出用液体６１の上面と前記反応流路を流れる処理対象流体との間に介在するように当該分離用空間内に収容され、これにより当該検出用液体６１と当該処理対象流体との直接的な接触を阻止する。当該分離用気体６６は、前記処理対象流体及び前記検出用液体６１の双方に対して影響を与えないものであればよい。その条件を満たす範囲で、空気、不活性ガス、その他の気体が前記分離用気体６６として選定される。
【0066】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。具体的には次のとおりである。
【0067】
Ａ）処理対象流体について
本発明に係る処理対象流体は、前記第１及び第２流体のような反応操作の対象となる流体に限定されない。換言すれば、本発明に係る流体流通装置は前記マイクロチャネルリアクタに限定されず、よってその流体流路は前記反応流路に限定されない。前記処理対象流体は、例えば、抽出等の他の化学操作を受けるものでもよいし、熱媒体との熱交換によって加熱または冷却されるものでもよい。つまり、本発明に係る流体流通装置は、例えば、抽出操作のための流体流路を形成する抽出装置であってもよいし、処理対象流体とこれを加熱または冷却するための熱媒体との間で熱交換を行わせるための流路を形成する熱交換器であってもよい。
本発明に係る処理対象流体は、前記第１及び第２流体のような反応操作の対象となる流体に限定されない。換言すれば、本発明に係る流体流通装置は前記マイクロチャネルリアクタに限定されず、よってその流体流路は前記反応流路に限定されない。前記処理対象流体は、例えば、抽出等の他の化学操作を受けるものでもよいし、熱媒体との熱交換によって加熱または冷却されるものでもよい。つまり、本発明に係る流体流通装置は、例えば、抽出操作のための流体流路を形成する抽出装置であってもよいし、処理対象流体とこれを加熱または冷却するための熱媒体との間で熱交換を行わせるための流路を形成する熱交換器であってもよい。
【0068】
Ｂ）界面の位置の検出について
本発明は、流体流路での流通異常による圧力を検出用液体と検出用気体との界面の位置に変換することにより、当該流通異常を検出するための手段の選択の自由度を高める（つまり当該手段が圧力検出器に限定されないようにする）ことを特徴とするものである。参考例としては、前記界面の位置を検出するための具体的手段は自由に設定されることが可能であり、必ずしも当該界面の位置を光学的に検出するものに限られない。
本発明は、流体流路での流通異常による圧力を検出用液体と検出用気体との界面の位置に変換することにより、当該流通異常を検出するための手段の選択の自由度を高める（つまり当該手段が圧力検出器に限定されないようにする）ことを特徴とするものである。参考例としては、前記界面の位置を検出するための具体的手段は自由に設定されることが可能であり、必ずしも当該界面の位置を光学的に検出するものに限られない。
【0069】
また、別の参考例として、流体流通装置は、必ずしも界面位置検出器を具備しなくてもよく、当該流体流通装置における界面の位置を検出するために当該流体流通装置とは独立した検出器が用いられてもよい。図１９～図２１は、その一例である参考例に係るマイクロチャネルリアクタを示す。当該マイクロチャネルリアクタは、第１の実施の形態と同様に流路形成体１０を備えるが、当該流路形成体１０は、前記発光装置７１及び受光装置７２に代わって前記各検出用空間の上端開口及び下端開口を封止する部位である上側封止板８１及び下側封止板８２を含む。そして、当該上側封止板８１及び下側封止板８２の少なくとも一方（図１９～図２１に示される形態では上側封止板８１）が、前記流路形成体１０の外部から前記検出用空間の端（図１９～図２１では上端）に至るまでの光の透過を許容する透光性を有する。
【0070】
前記透孔性は、前記流路形成体１０の外部から前記検出用空間内に測定用光を照射して前記界面６４の位置を光学的に検出することを容易にする。図２０及び図２１は、その透光性を利用して、前記マイクロチャネルリアクタとは独立した汎用の位置検出器７０により前記界面６４の位置を検出する例を示している。当該位置検出器７０は、前記上側封止板８１及びその下方の検出用空間内の検出用気体６２を通して当該検出用気体６２と検出用液体６１との界面６４に測定用光を照射することが可能な発光素子と、当該測定用光のうち前記界面６４で反射されてきた光のみを受けてその強度に対応した電気信号（検出信号）を生成して出力する受光素子と、を併有する。当該受光素子が出力する検出信号は、前記検出用空間において前記検出用気体６２が占める領域の長さに対応するので、当該検出信号に基いて前記界面６４の位置を把握することが可能である。
【0071】
このような反射式の位置検出器７０は、多数の検出用空間について共通して使用されることが可能であり、これにより装置のコストは飛躍的に低減する。例えば、当該位置検出器７０が各検出領域Ｆ１～Ｆ３に存在する５つの検出用空間にそれぞれ対応する５つの受光素子を含む場合には、当該検出領域ごとに前記位置検出器７０を前記上側封止板内にあてがって検出を行うことが可能である。当該位置検出器７０は、あるいは、第１の実施の形態と同様にマイクロチャネルリアクタ（またはその他の流体流通装置）の構成要素としてこれに一体に組み込まれることも可能である。また、前記上側封止板８２に加えて下側封止板６１も透光性を有するものでは、当該下側封止板６１の下方から当該下側封止板６１を通じて前記第１及び第２の実施の形態と同様に検出用空間内に測定用光を上向きに照射し、そのうち前記検出用液体６１を透過した光を上側封止板６２を通じて受光装置により受けることも可能である。
【0072】
Ｃ）界面の初期位置について
複数の検出用空間のそれぞれにおける界面の初期位置は、図７に示されるように相互揃えられるのではなく互いに異なっていてもよい。この場合も、検出用空間のそれぞれについて設定された初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超える場合に流通異常があると判定することが可能である。また、図７に示されるように前記初期位置が互いに揃えられている場合、検出された複数の界面の位置のばらつきが許容範囲を超える場合に流通異常があると判定することも可能である。
複数の検出用空間のそれぞれにおける界面の初期位置は、図７に示されるように相互揃えられるのではなく互いに異なっていてもよい。この場合も、検出用空間のそれぞれについて設定された初期位置と検出された界面の位置との差が許容範囲を超える場合に流通異常があると判定することが可能である。また、図７に示されるように前記初期位置が互いに揃えられている場合、検出された複数の界面の位置のばらつきが許容範囲を超える場合に流通異常があると判定することも可能である。
【0073】
Ｄ）流路及び検出用空間の配置及び本数について
複数の流体流路及びこれらに対応する前記複数の検出用空間の配置及び本数は、自由に設定されることが可能である。例えば、当該複数の流体流路と当該複数の検出用空間とが交差していてもよいし、当該複数の流体流路のそれぞれに対して当該流体流路の並び方向と同じ方向に各検出用空間が隣接していてもよい。つまり、流体流路と検出用空間とが交互に並んでいてもよい。しかし、第１及び第２の実施の形態のように、複数の流体流路が第１の面（第１及び第２の実施の形態では流路形成板１１，１４の表側面２０に相当する平面）に沿って互いに平行に延び、複数の検出用空間が前記第１の面に対してその法線方向に離間しながら当該第１の面に沿う第２の面（第１の実施の形態では流路形成板１１の裏側面３０、第２の実施の形態では空間形成板１５の裏側面５０に相当する平面）に沿って延びるような配置は、コンパクトな構造で処理対象流体の流通及びその流通異常の検知を実現することを可能にする。
複数の流体流路及びこれらに対応する前記複数の検出用空間の配置及び本数は、自由に設定されることが可能である。例えば、当該複数の流体流路と当該複数の検出用空間とが交差していてもよいし、当該複数の流体流路のそれぞれに対して当該流体流路の並び方向と同じ方向に各検出用空間が隣接していてもよい。つまり、流体流路と検出用空間とが交互に並んでいてもよい。しかし、第１及び第２の実施の形態のように、複数の流体流路が第１の面（第１及び第２の実施の形態では流路形成板１１，１４の表側面２０に相当する平面）に沿って互いに平行に延び、複数の検出用空間が前記第１の面に対してその法線方向に離間しながら当該第１の面に沿う第２の面（第１の実施の形態では流路形成板１１の裏側面３０、第２の実施の形態では空間形成板１５の裏側面５０に相当する平面）に沿って延びるような配置は、コンパクトな構造で処理対象流体の流通及びその流通異常の検知を実現することを可能にする。
【0074】
流体流路及び検出用空間の長手方向は上下方向に限定されない。当該長手方向は、水平方向またはこれに対して傾斜する方向であってもよい。
【0075】
前記各実施の形態では、検出用空間が形成される領域（第１～第３検出領域Ｆ１～Ｆ３）が第１～第３下向き流路区域Ｃ１～Ｃ３に対応する領域に設定されているが、当該領域の場所及び数も自由に設定されることが可能である。例えば、検出用空間の領域は前記第１～第４上向き流路区域Ａ１～Ａ４に対応する領域や中継領域に対応する領域であってもよい。また、流体流路のうち下流側の区域に対応する領域にのみ検出用空間が形成されてもよい。
【0076】
さらに、前記検出用空間の形状や位置は、流体流路の具体的な形状にかかわらず自由に設定されることが可能である。例えば、当該流体流路が曲線状に延びるものである場合、前記検出用空間は当該流体流路に沿って曲線状に延びるものでもよいし、当該流体流路とは異なる形状を有するものでもよい。
【0077】
Ｅ）分離用空間について
分離用空間が形成される場合、その形状や位置は、これに対応する流体流路と検出用空間との間に介在するという条件を満たす範囲で自由に設定されることが可能である。例えば、分離用空間は流体流路の長手方向または検出用空間の長手方向と異なる方向に延びる形状のものや、立方体に近い形状のものであってもよい。しかし、第２の実施の形態のように、複数の流体流路が前記第１の面と前記第２の面との間に介在する第３の面（第２の実施の形態では前記流路形成板１４の裏側面３０）に沿って互いに平行に延びるような配置は、コンパクトな構造で処理対象流体と検出用液体との直接的な接触を阻止することができる利点がある。
分離用空間が形成される場合、その形状や位置は、これに対応する流体流路と検出用空間との間に介在するという条件を満たす範囲で自由に設定されることが可能である。例えば、分離用空間は流体流路の長手方向または検出用空間の長手方向と異なる方向に延びる形状のものや、立方体に近い形状のものであってもよい。しかし、第２の実施の形態のように、複数の流体流路が前記第１の面と前記第２の面との間に介在する第３の面（第２の実施の形態では前記流路形成板１４の裏側面３０）に沿って互いに平行に延びるような配置は、コンパクトな構造で処理対象流体と検出用液体との直接的な接触を阻止することができる利点がある。
【0078】
Ｆ）流路形成体の構造について
流路形成体の具体的な構造は限定されない。当該流路形成体は、例えば、単一の部材からなるブロック状のもの、あるいは、単一層においてのみ流体流路を形成するものでもよい。
流路形成体の具体的な構造は限定されない。当該流路形成体は、例えば、単一の部材からなるブロック状のもの、あるいは、単一層においてのみ流体流路を形成するものでもよい。
【0079】
Ｇ）検出用空間の封止について
本発明に係る検出用空間は、その両端のうちの少なくとも一方の端が封止されていればよく、他方の端は必ずしも封止されていなくてもよい。例えば、本発明に係る流体流通装置の複数の検出用空間の一部または全部が、一方の端は封止されているが他方の端は開放されている開放空間であってもよい。
本発明に係る検出用空間は、その両端のうちの少なくとも一方の端が封止されていればよく、他方の端は必ずしも封止されていなくてもよい。例えば、本発明に係る流体流通装置の複数の検出用空間の一部または全部が、一方の端は封止されているが他方の端は開放されている開放空間であってもよい。
【0080】
図２２は、その一例である第３の実施の形態に係るマイクロチャネルの検出用空間を示す。当該マイクロチャネルは、第１の実施の形態に係るマイクロチャネルと同様に流路形成板１１を有し、その裏側面３０に設定された第１検出領域Ｆ１、第２検出領域Ｆ２及び第３検出領域Ｆ３のそれぞれにおいて複数の（この実施の形態でも５本の）検出用空間形成溝５１，５２，５３，５４，５５が形成されるとともに、当該検出用空間形成溝５１～５５のそれぞれに対応して複数の連通孔５８が形成されている。しかし、各検出用空間形成溝５１～５５の下端は前記第１の実施の形態と同様に発光装置７１によって封止されているのに対し、上端は大気に開放されている。具体的には、当該上端が開口する流路形成体１０の上面と受光装置７２との間に隙間７４が設けられ、当該受光装置７２の下方において前記各検出用空間形成溝５１～５５の上端が前記隙間７４に開放されている。従って、当該検出用空間形成溝５１～５５のそれぞれによって形成される検出用空間は、その下端が封止されているが上端が開放された開放空間となっている。
【0081】
前記各検出用空間の上端の開放は、図２３に示すように、対応する反応流路が正常であるときの界面６４の位置（図２３では検出用空間形成溝５１～５３，５５により形成される検出用空間内の界面６４の位置）を、前記第１の実施の形態に係る界面６４の位置（図８に示される位置）よりも高くすることができる。このことは、当該正常時の界面６４の位置と異常時の界面６４の位置との落差を大きくして両者の判別（すなわち正常／異常の判定）が容易に行われることを可能にする。
【0082】
前記開放空間に収容される検出用気体は、空気が好ましい。このことは、当該開放空間を大気にそのまま開放することを可能にする。検出用気体に空気以外の気体、例えば窒素ガスあるいはその他の不活性ガス、が用いられる場合、当該不活性ガスが封入されたチャンバ内に流体流通装置全体が収容されるのが、よい。
【0083】
本発明に係る流体流通装置の複数の検出用空間の一部または全部は、あるいは、一方の端は封止されているが他方の端にはこれを開閉するための開閉装置が設けられている開閉可能空間であってもよい。
【0084】
図２４及び図２５は、その一例である第４の実施の形態に係るマイクロチャネルの要部を示す。当該マイクロチャネルでは、各検出用空間形成溝５１～５５の下端が発光装置７１によって封止されているのに対し、上端には領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ごとに設けられた開閉装置９０が接続されている。
【0085】
各開閉装置９０は、前記領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３のうち当該開閉装置９０に対応する領域に含まれる複数の検出用空間の上端を覆うフード９２と、当該フード９２内に連通するとともに当該フード９２から側方に突出する連通管９４と、当該連通管９４の端部に連結された開閉可能なバルブ９６と、を有する。各開閉装置９０は、その前記バルブ９６が開閉されることにより、当該開閉装置９０が割り当てられた複数の検出用空間のそれぞれの上端を前記連通管９４及び前記バルブ９６を通じて開放することにより前記検出用気体の前記検出用空間に対する出入を許容する開状態と、当該検出用空間の上端を封止する閉状態と、に切換可能である。
【0086】
前記フード９２は、この実施の形態では前記流路形成体１０の上端面と前記受光装置７２との間に介在している。この場合、当該フード９２は前記受光装置７２による受光を可能にする程度の透光性を有することが好ましい。
【0087】
前記各開閉装置９０の装備は、装置全体の大型化を抑えながら、第３の実施の形態でのメリット、すなわち正常時の界面６４の位置と異常時の界面６４の位置との落差を大きくして両者の判別（すなわち正常／異常の判定）が容易に行われることを可能にするというメリット、を得ることを可能にする。具体的に、前記開閉装置９０を開状態に切換える（つまり当該開閉装置９０に含まれるバルブ９６を開く）ことにより、第３の実施の形態と同様に当該開閉装置９０が接続されたそれぞれの検出用空間を大気に開放して正常時における界面６４の高さを大きくすることができる一方、当該界面６４の高さが過剰となる事態（つまり前記界面６４が上端に達して検出用液体６１が装置外部に溢れる事態）が生じるおそれのある検出用空間についてはこれに接続される開閉装置９０を閉状態に切換える（つまり当該開閉装置９０に含まれるバルブ９６を閉じる）ことにより、前記事態を回避することができる。例えば、いずれかの検出用空間における前記界面６４の高さが予め設定された許容高さに達した場合には当該検出用空間に接続されている開閉装置９０のバルブ９６を閉じるといった操作が行われるのが、好ましい。
【0088】
本発明に係る開閉装置の大きさや個数は限定されない。当該開閉装置は、例えば、流体流通装置に含まれる全ての検出用空間の一端を一括して開閉するような大型のものであってもよい。あるいは、複数の検出用空間のそれぞれを個別に開閉する複数の開閉装置が装備されてもよい。
【0089】
前記第３及び第４の実施の形態についても、検出用空間が延びる方向は上下方向に限定されない。各検出用空間の直径が小さくて検出用液体を保持するのに十分な毛細管現象が生じるのであれば、複数の検出用空間の少なくとも一部が開放空間や開閉可能空間であっても、当該開放空間や開閉可能空間が水平方向に延びるようにマイクロチャネルが配置されることも可能である。
【実施例】
【0090】
図１～図８に示されるマイクロチャネルリアクタにおいて、処理対象流体が各反応流路を正常に流れるときの計測点（例えば第１検出領域Ｆ１における連通孔５８の位置）における圧力Ｐ１は、処理対象流体の粘度をμ、処理対象流体の流速をｕ、前記計測点から流体出口２８までの距離をＬ、各反応流路の内径である流路径をｄ、出口圧力をＰｏとすると、次式（１）によって表される。
【0091】
Ｐ１＝３２＊μ＊ｕ＊Ｌ／ｄ２＋Ｐｏ …（１）
前記反応流路において例えば完全閉塞が生じた場合、その反応流路には前記処理対象流体が流れず、前記流速ｕは０となるため、この時の前記計測点の圧力Ｐ２は次式（２）で表される。
前記反応流路において例えば完全閉塞が生じた場合、その反応流路には前記処理対象流体が流れず、前記流速ｕは０となるため、この時の前記計測点の圧力Ｐ２は次式（２）で表される。
【0092】
Ｐ２＝Ｐｏ …（２）
前記のような圧力変化ΔＰ（＝Ｐ２－Ｐ１）の分だけ界面６４の位置が低下し、よって検出用空間の上端から当該界面６４までの距離、つまり前記検出用気体６２が占める領域の高さ寸法である気体高さ寸法Ｈ、が増大する。正常時の気体高さ寸法をＨ１、完全閉塞時の気体高さ寸法をＨ２とすると、両者の関係は次式（３）で表される。
前記のような圧力変化ΔＰ（＝Ｐ２－Ｐ１）の分だけ界面６４の位置が低下し、よって検出用空間の上端から当該界面６４までの距離、つまり前記検出用気体６２が占める領域の高さ寸法である気体高さ寸法Ｈ、が増大する。正常時の気体高さ寸法をＨ１、完全閉塞時の気体高さ寸法をＨ２とすると、両者の関係は次式（３）で表される。
【0093】
Ｈ２＝Ｈ１＊Ｐ１／Ｐ２ …（３）
よって、前記圧力変化ΔＰに伴う前記基体高さ寸法の変化量ΔＨは次式（４）で表される。
よって、前記圧力変化ΔＰに伴う前記基体高さ寸法の変化量ΔＨは次式（４）で表される。
【0094】
ΔＨ＝Ｈ２－Ｈ１＝Ｈ１（Ｐ１／Ｐ２－１） …（４）
次の表１は、前記処理対象流体の粘度μが０．００１Ｐａ・ｓ、正常時の処理対象流体の流速ｕが１００ｍｍ／ｓ、計測点から流路出口までの距離Ｌが１０ｍ、出口圧力Ｐｏが大気圧（≒１００ｋＰａＡ）であって、異常時に計測点圧力が当該大気圧まで低下する場合の、種々の流路径ｄ及び初期気体高さ寸法Ｈ１に対応した気体高さ寸法の変化量を示す。
次の表１は、前記処理対象流体の粘度μが０．００１Ｐａ・ｓ、正常時の処理対象流体の流速ｕが１００ｍｍ／ｓ、計測点から流路出口までの距離Ｌが１０ｍ、出口圧力Ｐｏが大気圧（≒１００ｋＰａＡ）であって、異常時に計測点圧力が当該大気圧まで低下する場合の、種々の流路径ｄ及び初期気体高さ寸法Ｈ１に対応した気体高さ寸法の変化量を示す。
【0095】
【表1】
【0096】
前記表１において、流路径ｄが２．０ｍｍである場合に着目すると、この場合における気体高さ寸法変化量ΔＨ、すなわち正常時の界面高さと異常時の界面高さとの落差、は１８．６ｍｍと小さい値になっている。さらに、この値は、処理流体の粘度が低いほど、処理流体の流速が低いほど、また計測点から流路出口までの距離が短くなるほど、小さくなる。そして、当該落差が小さいほど、流体流路における流通が正常であるか異常であるかの判別は難しくなる。
【0097】
しかし、少なくとも一部の検出用空間（図２２では全ての検出用空間）の上端を開放して開放空間とし、当該開放空間に対する検出用気体の出入りを可能にすることにより、正常時の界面位置をより高くしてその分だけ前記落差を大きくすることが可能である。例えば、図２２に示されるように各検出用空間の上端が開放された場合、当該検出用空間における液柱高さ（連通孔５８から界面６４までの検出用液体の寸法）に相当する圧力が計測点圧力と釣り合うため、前記距離Ｌが１０ｍ（＝１００００ｍｍ）、正常時の計測的圧力Ｐ１が表１に示されるように１０９．３ｋＰａＡであるときの当該正常時の当該液柱高さは、１００００×（１０９．３－１０１．３）／１０１．３＝７８９．７ｍｍとなる。これに対し、仮に流路が完全に閉塞して計測点圧力が大気圧となった場合の前記液柱高さは０ｍｍとなる。従って、正常時及び異常時における液柱高さの差つまり前記界面の落差は７８９．７ｍｍと非常に大きな値となる。このことは、異常の有無の判定を著しく容易にする。
【0098】
さらに、前記開放空間を開閉可能空間、例えば上端に図２４及び図２５に示すような開閉装置９０が接続された空間、に置き換えた場合には、正常時の界面高さが検出用空間の上端に近づいた時点で前記開閉装置９０のバルブ９６を閉じることにより、検出用液体の流出を防ぐことができる。このことは、当該流出の確実な防止のために検出用空間の長さを必要以上に大きくすることなく（つまり装置全体の高さ寸法を過剰に大きくすることなく）異常検出を容易にすることを可能にする。
【符号の説明】
【0099】
１０ 流路形成体
１１ 流路形成板
２０ 流路形成板の表側面
２１～２５ 反応流路形成溝
３０ 流路形成板の裏側面
４０ 空間形成板の表側面
４１～４５ 分離用空間形成溝
４８ 連通孔
５０ 空間形成板の裏側面
５１～５５ 検出用空間形成溝
５８ 連通孔
６１ 検出用液体
６２ 検出用気体
６４ 界面
６６ 分離用気体
７０ 位置検出器
７１ 発光装置
７２ 受光装置
８１ 上側封止板
８２ 下側封止板
８４ バルブ
１１ 流路形成板
２０ 流路形成板の表側面
２１～２５ 反応流路形成溝
３０ 流路形成板の裏側面
４０ 空間形成板の表側面
４１～４５ 分離用空間形成溝
４８ 連通孔
５０ 空間形成板の裏側面
５１～５５ 検出用空間形成溝
５８ 連通孔
６１ 検出用液体
６２ 検出用気体
６４ 界面
６６ 分離用気体
７０ 位置検出器
７１ 発光装置
７２ 受光装置
８１ 上側封止板
８２ 下側封止板
８４ バルブ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】