JP2002518661A - マイクロチャネル熱交換器 - Google Patents
マイクロチャネル熱交換器Info
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Abstract
(57)【要約】
熱伝達流体の能動流体移送を利用する熱交換器（１０）は、単純であるが汎用性のある構造によって複数の分離した流路（１６）を有する。微細構造化チャネル（１６）は、流体移送熱交換器（１０）に使用されるフィルム層（１２）上に複製される。表面構造（１３）によって、一般には途切れずに高精度で配列した流れチャネル（１６）が定められる。これらの流れチャネル（１６）は線状、分岐、または樹枝状の構造の形態をとることができる。好都合な熱伝導性を有する被覆層（２０）が、構造を有するフィルム面上に設けられる。従って、このような構造を有するフィルム面と被覆層（２０）とが、微細構造流路（１６）を画成するために使用される。微細構造化面を有するフィルム層（１２）を使用することで、流路の組立品にわたってポテンシャルを広く分布させることができるため、熱伝達流体の能動移送が促進される。次に、熱伝導性被覆層（２０）によって熱交換器（１０）の近傍の物体、気体、または液体へ熱が伝達される。
Description
【０００１】 本発明は、熱伝達媒体としての能動流体流の分離した小さな複数のチャネルが
定められるマイクロチャネル構造面を具備する熱交換器に関する。
定められるマイクロチャネル構造面を具備する熱交換器に関する。
【０００２】 熱流は、系の温度の異なる部分において起こるエネルギー移動の一形態である
。３つの熱流機構：対流、伝導、および放射の１つ以上によって、ある温度の第
１媒体と別の温度の第２媒体との間で熱が流れる。気体または液体の流れによる
対流によって熱伝達は起こり、例えば冷却剤がある部分の周囲を循環することに
よってその部分が冷却される。一方、伝導は系の非移動性部分の間における熱の
移動であり、例えば固体、液体、および気体の内部において発生する。固体、液
体、または気体中を伝導によって熱が伝達する速度は、熱的な影響を受ける固体
、液体、または気体のある種の性質に依存し、例えば、熱容量、熱伝導度、およ
び固体、液体、または気体の異なる部分の間の温度差の大きさに依存する。一般
に、金属は熱の良導体であり、一方コルク、紙、ガラス繊維、およびアスベスト
は熱の不良導体である。一般的には、希薄であるために気体も不良導体である。
。３つの熱流機構：対流、伝導、および放射の１つ以上によって、ある温度の第
１媒体と別の温度の第２媒体との間で熱が流れる。気体または液体の流れによる
対流によって熱伝達は起こり、例えば冷却剤がある部分の周囲を循環することに
よってその部分が冷却される。一方、伝導は系の非移動性部分の間における熱の
移動であり、例えば固体、液体、および気体の内部において発生する。固体、液
体、または気体中を伝導によって熱が伝達する速度は、熱的な影響を受ける固体
、液体、または気体のある種の性質に依存し、例えば、熱容量、熱伝導度、およ
び固体、液体、または気体の異なる部分の間の温度差の大きさに依存する。一般
に、金属は熱の良導体であり、一方コルク、紙、ガラス繊維、およびアスベスト
は熱の不良導体である。一般的には、希薄であるために気体も不良導体である。
【０００３】 熱交換器の一般例としては、電熱器および投げ込みヒーターの加熱部分が挙げ
られる。どちらの用途でも、電流の流される電導性コイルが通常使用される。電
気コイルの抵抗によって熱が発生し、媒体が導電性コイルに近づくか直接接触す
るかすることによって、伝導または対流のいずれかで熱が移動することで、媒体
は熱的な影響を受けることができる。この方法では、液体を高温に維持したり冷
却したりすることができ、食品を食べるために調理することもできる。
られる。どちらの用途でも、電流の流される電導性コイルが通常使用される。電
気コイルの抵抗によって熱が発生し、媒体が導電性コイルに近づくか直接接触す
るかすることによって、伝導または対流のいずれかで熱が移動することで、媒体
は熱的な影響を受けることができる。この方法では、液体を高温に維持したり冷
却したりすることができ、食品を食べるために調理することもできる。
【０００４】 多くの種類の流体媒体に好都合な伝導的または対流的性質、および流体の移送
可能性（すなわち、押出す能力、例えばある場所から他の場所に流体を送り込む
能力）が理由となって、ある物体に熱を伝える、物体の熱を伝える、あるいは他
の流体の熱的な影響を与える、という目的のために多くの熱交換器では流体の移
動を利用している。このような熱交換器の一般的な種類の１つは、管のなどの閉
じられた本体内部に熱伝達流体が含まれそれが流動する熱交換器である。対流に
よって熱伝達流体から管壁または他の閉じられた本体の面に伝達され、さらに伝
導によって制限された面から伝達されることによって熱伝達が行われる。次に、
熱交換器によって熱的な影響が与えられる別の液体または気体などの移動性媒体
と接触するように閉じられた面が配置するような場合は、熱的な影響を与えたい
媒体への熱伝達が対流によって起こり、また閉じられた面が媒体または熱的に影
響を与えた他の物体と直接接触して配置するような場合には伝導によって熱が伝
達される。熱伝達を効率的に行うために、閉じられた面は金属などの優れた伝導
性を有する材料で構成されるべきである。
可能性（すなわち、押出す能力、例えばある場所から他の場所に流体を送り込む
能力）が理由となって、ある物体に熱を伝える、物体の熱を伝える、あるいは他
の流体の熱的な影響を与える、という目的のために多くの熱交換器では流体の移
動を利用している。このような熱交換器の一般的な種類の１つは、管のなどの閉
じられた本体内部に熱伝達流体が含まれそれが流動する熱交換器である。対流に
よって熱伝達流体から管壁または他の閉じられた本体の面に伝達され、さらに伝
導によって制限された面から伝達されることによって熱伝達が行われる。次に、
熱交換器によって熱的な影響が与えられる別の液体または気体などの移動性媒体
と接触するように閉じられた面が配置するような場合は、熱的な影響を与えたい
媒体への熱伝達が対流によって起こり、また閉じられた面が媒体または熱的に影
響を与えた他の物体と直接接触して配置するような場合には伝導によって熱が伝
達される。熱伝達を効率的に行うために、閉じられた面は金属などの優れた伝導
性を有する材料で構成されるべきである。
【０００５】 熱交換器が好都合に使用されてきた具体的な用途として、マイクロエレクトロ
ニクス産業および医療産業が挙げられる。例えば、集積回路チップ、マイクロエ
レクトロニクスの外装、および他の部品またはそれらの組み合わせによって発生
する熱の集中を分散させるために、超小型回路関連で熱交換器が使用される。こ
のような用途では、冷却するべき回路デバイスの近傍に位置するヒートシンクの
温度を下げるために冷却強制空気または冷却強制液体を使用することができる。
医療分野で使用される熱交換器の例としては、患者を温めるか冷やすかのいずれ
かに使用される温度調節ブランケットが挙げられる。
ニクス産業および医療産業が挙げられる。例えば、集積回路チップ、マイクロエ
レクトロニクスの外装、および他の部品またはそれらの組み合わせによって発生
する熱の集中を分散させるために、超小型回路関連で熱交換器が使用される。こ
のような用途では、冷却するべき回路デバイスの近傍に位置するヒートシンクの
温度を下げるために冷却強制空気または冷却強制液体を使用することができる。
医療分野で使用される熱交換器の例としては、患者を温めるか冷やすかのいずれ
かに使用される温度調節ブランケットが挙げられる。
【０００６】 熱伝達のための熱交換器内のコンジットまたは他の装置による流体移動は、コ
ンジットまたは装置内で流れを発生される機構に基づいて特徴づけることができ
る。装置にかけられた外力によって大部分の流体流が生じた場合で、流体移動が
非自発的な流体流形態である場合、このような流体移動は能動的であると見なさ
れる。能動的な移動では、装置を使用して流れ場全体にかけられるポテンシャル
によって流体流が維持される。このポテンシャルは圧力差または濃度勾配による
ものであり、減圧源またはポンプによって発生させることができる。機構とは無
関係に、能動流体の移動においては、装置によって流体流を移動させることが可
能である。減圧源に取り付けられ装置を介して液体を吸い込むカテーテルは能動
流体移送装置の公知例である。
ンジットまたは装置内で流れを発生される機構に基づいて特徴づけることができ
る。装置にかけられた外力によって大部分の流体流が生じた場合で、流体移動が
非自発的な流体流形態である場合、このような流体移動は能動的であると見なさ
れる。能動的な移動では、装置を使用して流れ場全体にかけられるポテンシャル
によって流体流が維持される。このポテンシャルは圧力差または濃度勾配による
ものであり、減圧源またはポンプによって発生させることができる。機構とは無
関係に、能動流体の移動においては、装置によって流体流を移動させることが可
能である。減圧源に取り付けられ装置を介して液体を吸い込むカテーテルは能動
流体移送装置の公知例である。
【０００７】 一方、流体の動きが移送装置に固有の性質によって生じ、流体移動が自発的な
流動形態である場合、流体移動は受動的であると見なされる。自発的流体移動の
例は、水を吸収するスポンジである。スポンジの場合、スポンジは毛細管の形状
であり、スポンジの表面エネルギーによって水が吸い上げられ、スポンジを水が
移動する。受動的移送では、装置で流体流を移送する場合に外部ポテンシャルは
不要である。医療的処置で一般的に使用される受動的流体移送装置は吸収性パッ
ドである。
流動形態である場合、流体移動は受動的であると見なされる。自発的流体移動の
例は、水を吸収するスポンジである。スポンジの場合、スポンジは毛細管の形状
であり、スポンジの表面エネルギーによって水が吸い上げられ、スポンジを水が
移動する。受動的移送では、装置で流体流を移送する場合に外部ポテンシャルは
不要である。医療的処置で一般的に使用される受動的流体移送装置は吸収性パッ
ドである。
【０００８】 本発明は、能動流体移動を利用する熱交換器に関する。能動流体移送装置の設
計は、一般にその適用される特定の用途に大きく依存する。特に、流体移送装置
は特定の用途における体積、速度、および大きさに基づいて設計される。このこ
とは能動流体移送熱交換器において特に顕著であり、これらは複雑な形状を含む
特化された環境での使用が要求されることが多い。さらに、流体移送装置に流体
を導入する方法もその設計に影響する。例えば、熱交換器においてよくある状況
である第１マニホールドと第２マニホールドとの間で流体が流れる場合、１つま
たは複数の分離した経路がマニホールドの間に定められる。
計は、一般にその適用される特定の用途に大きく依存する。特に、流体移送装置
は特定の用途における体積、速度、および大きさに基づいて設計される。このこ
とは能動流体移送熱交換器において特に顕著であり、これらは複雑な形状を含む
特化された環境での使用が要求されることが多い。さらに、流体移送装置に流体
を導入する方法もその設計に影響する。例えば、熱交換器においてよくある状況
である第１マニホールドと第２マニホールドとの間で流体が流れる場合、１つま
たは複数の分離した経路がマニホールドの間に定められる。
【０００９】 特に、能動流体移送熱交換器では、流体流路の制御が望ましいことが多い。あ
る意味では、特定の用途においてある物体または他の流体の熱を奪ったり熱を伝
達したりするために、特定の流体をある物体または別の流体の近くで移動させる
目的で、流体流路を制御することができる。別の意味では、流体流路の制御が、
特定の流れ特性に従って流体を流動させるために望ましい場合がある。すなわち
、流体流は、層間または複数のチャネルによる１つのコンジットによって簡単に
促進することができる。流体移送流路は、例えば別々の流体チャネルの間での交
差または混合を最小限にするために、流体流を制御する複数の分離したチャネル
によって規定されてもよい。能動流体移送を利用する熱交換装置は所望の熱伝達
速度に基づいても設計され、これは熱交換器を通過する流体流量および速度、な
らびに熱交換器の大きさに影響する。
る意味では、特定の用途においてある物体または他の流体の熱を奪ったり熱を伝
達したりするために、特定の流体をある物体または別の流体の近くで移動させる
目的で、流体流路を制御することができる。別の意味では、流体流路の制御が、
特定の流れ特性に従って流体を流動させるために望ましい場合がある。すなわち
、流体流は、層間または複数のチャネルによる１つのコンジットによって簡単に
促進することができる。流体移送流路は、例えば別々の流体チャネルの間での交
差または混合を最小限にするために、流体流を制御する複数の分離したチャネル
によって規定されてもよい。能動流体移送を利用する熱交換装置は所望の熱伝達
速度に基づいても設計され、これは熱交換器を通過する流体流量および速度、な
らびに熱交換器の大きさに影響する。
【００１０】 分離したマイクロチャネルを有する硬質熱交換器は、Ｃａｍａｒｄａらに付与
された米国特許第５，５２７，５８８号、Ｈｏｏｐｍａｎらに付与された第５，
３１７，８０５号（‘８０５号特許）、およびＴｏｕｓｉｇｎａｎｔらに付与さ
れた第５，２４９，３５８号のそれぞれに記載されている。いずれの場合も、マ
イクロチャネル熱交換器は犠牲コア周囲に材料を付着させる（電気めっきなどに
よる）ことによって作製され、犠牲コアは後にマイクロチャネルから除去される
。Ｃａｍａｒｄａに付与された特許では、付着後にフィラメントを取り出して管
状の流路を形成し、その中に移動する流体が閉じ込められる。Ｈｏｏｐｍａｎら
に付与された‘８０５号特許では、複数の分離したマイクロチャネルでつながれ
た第１および第２マニホールドを具備する熱交換器が記載されている。同様に、
Ｈｏｏｐｍａｎらに付与された米国特許第５，０７０，６０６号には、熱交換器
として使用可能であるマイクロチャネルを有する硬質装置が記載されている。こ
の硬質マイクロチャネル熱交換器は、配列した繊維の周囲に固形物を形成し、続
いて繊維を除去することによって固形物内部にマイクロチャネルを残すことによ
って作製される。熱交換器はＨｏｏｐｍａｎらに付与された米国特許第４，８７
１，６２３号にも記載されている。この熱交換器は、複数の長い稜を有する心棒
に材料を電着させて形成される長い密閉された複数の電鋳チャネルを備える。稜
の内面よりも速い速度で稜の端部に材料を付着させることで溝を覆い、これによ
ってマイクロチャネルを有する固形物が形成される。互いに積層された一連のマ
イクロパターン金属小板を有する硬質熱交換器も公知である。微細加工によって
金属小板の表面にチャネルを刻みこむことによって矩形チャネル（断面から見て
）が形成される。
された米国特許第５，５２７，５８８号、Ｈｏｏｐｍａｎらに付与された第５，
３１７，８０５号（‘８０５号特許）、およびＴｏｕｓｉｇｎａｎｔらに付与さ
れた第５，２４９，３５８号のそれぞれに記載されている。いずれの場合も、マ
イクロチャネル熱交換器は犠牲コア周囲に材料を付着させる（電気めっきなどに
よる）ことによって作製され、犠牲コアは後にマイクロチャネルから除去される
。Ｃａｍａｒｄａに付与された特許では、付着後にフィラメントを取り出して管
状の流路を形成し、その中に移動する流体が閉じ込められる。Ｈｏｏｐｍａｎら
に付与された‘８０５号特許では、複数の分離したマイクロチャネルでつながれ
た第１および第２マニホールドを具備する熱交換器が記載されている。同様に、
Ｈｏｏｐｍａｎらに付与された米国特許第５，０７０，６０６号には、熱交換器
として使用可能であるマイクロチャネルを有する硬質装置が記載されている。こ
の硬質マイクロチャネル熱交換器は、配列した繊維の周囲に固形物を形成し、続
いて繊維を除去することによって固形物内部にマイクロチャネルを残すことによ
って作製される。熱交換器はＨｏｏｐｍａｎらに付与された米国特許第４，８７
１，６２３号にも記載されている。この熱交換器は、複数の長い稜を有する心棒
に材料を電着させて形成される長い密閉された複数の電鋳チャネルを備える。稜
の内面よりも速い速度で稜の端部に材料を付着させることで溝を覆い、これによ
ってマイクロチャネルを有する固形物が形成される。互いに積層された一連のマ
イクロパターン金属小板を有する硬質熱交換器も公知である。微細加工によって
金属小板の表面にチャネルを刻みこむことによって矩形チャネル（断面から見て
）が形成される。
【００１１】 本発明は、小さな分離した流路が多数分布した系を能動流体が移動することを
利用する熱交換器を提供することによって、公知の熱交換器の欠点および不具合
を克服する。より詳細には本発明は、複数のチャネル、好ましくは微細構造化チ
ャネルが微細構造面を有するポリマー材料の層に形成された熱交換器を提供する
。この微細構造面によって複数のマイクロチャネルが定められ、これらは隣接す
る層によって完成し、分離した流路が形成される。これらの流路は、流体の能動
移動を促して、熱交換器近傍の物体または流体からの熱の除去または熱伝達を行
うために使用される。
利用する熱交換器を提供することによって、公知の熱交換器の欠点および不具合
を克服する。より詳細には本発明は、複数のチャネル、好ましくは微細構造化チ
ャネルが微細構造面を有するポリマー材料の層に形成された熱交換器を提供する
。この微細構造面によって複数のマイクロチャネルが定められ、これらは隣接す
る層によって完成し、分離した流路が形成される。これらの流路は、流体の能動
移動を促して、熱交換器近傍の物体または流体からの熱の除去または熱伝達を行
うために使用される。
【００１２】 本発明によって、多種多様な用途に適合した設計が可能となる熱交換器が作製
される。微細構造化チャネルを有する層を含めた層を構成する材料に依存して、
熱交換器は可撓性または硬質のものが可能である。マイクロチャネル系は装置を
通過する流体流を効率的に制御しながら、チャネル間での混合および交差を最小
限にするために使用される。好ましくは微細構造は、安価であるが汎用性のある
ポリマーフィルム上に複製され、好ましくはマイクロチャネル面に複製される。
この微細構造は、能動流体の移送が効果的かつ効率的に行え、また熱交換器近傍
の流体または物体に熱的な影響を与えるための熱交換器の製造にも適している。
さらに、形状に加えて流れチャネルが小さいことで、流れチャネルを崩壊させず
に熱交換器に比較的大きな力をかけることが可能である。このため、他の方法で
は崩壊の可能性のある状況、すなわち重い物体の下や熱交換器の上を歩くような
状況で流体移送熱交換器を使用することができる。さらに、このような微細構造
フィルム層は、長期間にわたってその構造が保全される。
される。微細構造化チャネルを有する層を含めた層を構成する材料に依存して、
熱交換器は可撓性または硬質のものが可能である。マイクロチャネル系は装置を
通過する流体流を効率的に制御しながら、チャネル間での混合および交差を最小
限にするために使用される。好ましくは微細構造は、安価であるが汎用性のある
ポリマーフィルム上に複製され、好ましくはマイクロチャネル面に複製される。
この微細構造は、能動流体の移送が効果的かつ効率的に行え、また熱交換器近傍
の流体または物体に熱的な影響を与えるための熱交換器の製造にも適している。
さらに、形状に加えて流れチャネルが小さいことで、流れチャネルを崩壊させず
に熱交換器に比較的大きな力をかけることが可能である。このため、他の方法で
は崩壊の可能性のある状況、すなわち重い物体の下や熱交換器の上を歩くような
状況で流体移送熱交換器を使用することができる。さらに、このような微細構造
フィルム層は、長期間にわたってその構造が保全される。
【００１３】 フィルム層の微細構造によって、熱交換器の複数の独立した流れチャネルが定
められ、これらは連続的で高度に配列していることが好ましい。これらの流れチ
ャネルは線状、分岐、または樹木状の構造の形態をとることができる。熱伝導性
材料層が微細構造面上に適用され、これによって実質的に分離した複数の流動チ
ャネルが形成される。ポテンシャル源（これは、流体をある場所から別の場所に
移動させるポテンシャルを供給する任意の供給源を意味する）も、装置内で能動
流体を移動させるために熱交換器に適用される。好ましくは、この供給源は微細
構造面の外部に設けられ、それによって第１ポテンシャルから第２ポテンシャル
への流路を通る流体の動きを促進するようなポテンシャルが流路に作用する。熱
交換器において微細構造面を有するフィルム層を使用することによって、チャネ
ル集合体に作用するポテンシャルの分布が広くなる。
められ、これらは連続的で高度に配列していることが好ましい。これらの流れチ
ャネルは線状、分岐、または樹木状の構造の形態をとることができる。熱伝導性
材料層が微細構造面上に適用され、これによって実質的に分離した複数の流動チ
ャネルが形成される。ポテンシャル源（これは、流体をある場所から別の場所に
移動させるポテンシャルを供給する任意の供給源を意味する）も、装置内で能動
流体を移動させるために熱交換器に適用される。好ましくは、この供給源は微細
構造面の外部に設けられ、それによって第１ポテンシャルから第２ポテンシャル
への流路を通る流体の動きを促進するようなポテンシャルが流路に作用する。熱
交換器において微細構造面を有するフィルム層を使用することによって、チャネ
ル集合体に作用するポテンシャルの分布が広くなる。
【００１４】 本発明において微細構造化チャネルを使用することによって、熱伝達流体は、
微細構造化チャネル中で小さな流体流が形成される複数の分離した流路を通過し
、これによって伝達流体の流れのよどみが最小限となり、能動流体移送のための
装置を通過する熱伝達流体の滞留時間がより均一となる。これらの要因は装置全
体の効率に寄与し、熱伝達流体と熱的な影響を与えたい媒体との間の温度差を小
さくすることができる。さらに、微細構造化チャネルを有するフィルム面は、熱
伝達流体の単位体積当りの接触する熱伝達表面積が大きくなるので、系の体積効
率を向上させることができる。
微細構造化チャネル中で小さな流体流が形成される複数の分離した流路を通過し
、これによって伝達流体の流れのよどみが最小限となり、能動流体移送のための
装置を通過する熱伝達流体の滞留時間がより均一となる。これらの要因は装置全
体の効率に寄与し、熱伝達流体と熱的な影響を与えたい媒体との間の温度差を小
さくすることができる。さらに、微細構造化チャネルを有するフィルム面は、熱
伝達流体の単位体積当りの接触する熱伝達表面積が大きくなるので、系の体積効
率を向上させることができる。
【００１５】 本発明の上記利点は、第１主面および第２主面を有するポリマー材料層を具備
する能動流体移送熱交換器によって達成することが可能であり、該第１主面は層
内に形成された構造化ポリマー面で定義され、該構造化ポリマー面は層の面に沿
って第１地点から第２地点に延在する複数の流れチャネルを有する。好ましくは
流れチャネルは、チャネルの長さを水力半径で割ったものとして定義される最小
アスペクト比が約１０：１であり、水力半径は約３００μｍ以下である。構造化
ポリマー面の少なくとも複数の流路上に好適な熱伝導性を有する材料を被覆する
層が配置し、少なくとも複数の流れチャネルから分離した流路が形成される。供
給源も構造化ポリマー面の外側に設けられ、これによって分離した流路にポテン
シャルがかけられ、流路を通って第１ポテンシャルから第２ポテンシャルへの流
体の移動が促進される。この方法の場合、移動流体と熱伝導性材料の被覆層との
間の熱伝達が実現でき、従って熱的な影響を与える媒体への熱伝達が実現できる
。
する能動流体移送熱交換器によって達成することが可能であり、該第１主面は層
内に形成された構造化ポリマー面で定義され、該構造化ポリマー面は層の面に沿
って第１地点から第２地点に延在する複数の流れチャネルを有する。好ましくは
流れチャネルは、チャネルの長さを水力半径で割ったものとして定義される最小
アスペクト比が約１０：１であり、水力半径は約３００μｍ以下である。構造化
ポリマー面の少なくとも複数の流路上に好適な熱伝導性を有する材料を被覆する
層が配置し、少なくとも複数の流れチャネルから分離した流路が形成される。供
給源も構造化ポリマー面の外側に設けられ、これによって分離した流路にポテン
シャルがかけられ、流路を通って第１ポテンシャルから第２ポテンシャルへの流
体の移動が促進される。この方法の場合、移動流体と熱伝導性材料の被覆層との
間の熱伝達が実現でき、従って熱的な影響を与える媒体への熱伝達が実現できる
。
【００１６】 好ましくは、少なくとも１つのマニホールドも複数のチャネルとともに設けら
れ、これは熱交換器の構造化面のチャネルを通過する流体の流れを供給したり受
けたりする。
れ、これは熱交換器の構造化面のチャネルを通過する流体の流れを供給したり受
けたりする。
【００１７】 添付の図面に関して、同様の構成要素には複数の図にわたって同様の番号が付
けられている。図１および２に、能動流体移送熱交換器１０を示す。基本的に能
動流体移送熱交換器１０は、２つの主面の一方に構造化面１３を有する材料の層
１２と、熱伝導性材料の被覆層２０と、能動流体移送熱交換器１０にポテンシャ
ルを与える供給源１４とを具備する。層１２の構造化面１３は、その主面に多数
で高密度の流体流チャネル１６を形成することができる。チャネル１６（図２に
最も良く示される）は、入口が入口マニホールド１８と流体的に連絡し、一方装
置１０の反対側の端では出口マニホールド１９がチャネル１６の出口と流体的に
連絡できるうような配置であることが好ましい。このような能動流体移送装置１
０は、入口マニホールド１８と出口マニホールド１９によって装置１０内部を特
定の流体が循環し、これによって装置１０を通過する流体を、装置１０の層１２
および被覆層２０の一方または両方における熱伝達を促進するために利用するこ
とができる。
けられている。図１および２に、能動流体移送熱交換器１０を示す。基本的に能
動流体移送熱交換器１０は、２つの主面の一方に構造化面１３を有する材料の層
１２と、熱伝導性材料の被覆層２０と、能動流体移送熱交換器１０にポテンシャ
ルを与える供給源１４とを具備する。層１２の構造化面１３は、その主面に多数
で高密度の流体流チャネル１６を形成することができる。チャネル１６（図２に
最も良く示される）は、入口が入口マニホールド１８と流体的に連絡し、一方装
置１０の反対側の端では出口マニホールド１９がチャネル１６の出口と流体的に
連絡できるうような配置であることが好ましい。このような能動流体移送装置１
０は、入口マニホールド１８と出口マニホールド１９によって装置１０内部を特
定の流体が循環し、これによって装置１０を通過する流体を、装置１０の層１２
および被覆層２０の一方または両方における熱伝達を促進するために利用するこ
とができる。
【００１８】 層１２は、可撓性、半硬質、または硬質の材料を含むことができ、これらは能
動流体移送熱交換器１０の特定の用途に応じて選択することができる。好ましく
は、層１２はポリマー材料を含み、その理由はこのような材料は通常あまり効果
ではなく、このようなポリマー材料は構造化面１３を正確に形成することができ
るからである。構造化面１３は好ましくは微細構造化面である。微細構造化面の
作製に適したポリマー材料は、多くの異なる性質を有するので非常に自由度が高
くなる。ポリマー材料は、例えば可撓性、剛性、透過性などに基づいて選択する
ことができる。ポリマー材料は、低い熱膨張および熱収縮特性を有し、内面の輪
郭に適合するように圧縮される、非腐食性、熱変色性、不電導性、広範囲の熱伝
導率を有するなど、他の材料と比較して多くの利点がある。さらに、フィルム層
などを含むポリマー層１２を使用することによって、構造化面はその主面上に多
数で高密度の流体流チャネル１６を形成することができる。従って、高密度に分
布した流体移送系が提供可能であり、高い精度および経済性を備えたものが製造
可能である。
動流体移送熱交換器１０の特定の用途に応じて選択することができる。好ましく
は、層１２はポリマー材料を含み、その理由はこのような材料は通常あまり効果
ではなく、このようなポリマー材料は構造化面１３を正確に形成することができ
るからである。構造化面１３は好ましくは微細構造化面である。微細構造化面の
作製に適したポリマー材料は、多くの異なる性質を有するので非常に自由度が高
くなる。ポリマー材料は、例えば可撓性、剛性、透過性などに基づいて選択する
ことができる。ポリマー材料は、低い熱膨張および熱収縮特性を有し、内面の輪
郭に適合するように圧縮される、非腐食性、熱変色性、不電導性、広範囲の熱伝
導率を有するなど、他の材料と比較して多くの利点がある。さらに、フィルム層
などを含むポリマー層１２を使用することによって、構造化面はその主面上に多
数で高密度の流体流チャネル１６を形成することができる。従って、高密度に分
布した流体移送系が提供可能であり、高い精度および経済性を備えたものが製造
可能である。
【００１９】 第１および第２マニホールド１８および１９のそれぞれは、各流体流チャネル
１６とその入口および出口（図示していない）で流体的に連絡していることが好
ましく、それぞれがマニホールド内部に定められチャネル１６との流体の連絡が
行われる内部チャンバー（図示していない）を有することが好ましい。マニホー
ルド１８および１９は、従来のシーラント技術などの任意の公知または新規技術
によって、層１２および２０で流体的に密封されることが好ましい。従って、入
口および出口マニホールド１８および１９の内部チャンバーも、少なくとも複数
のチャネル１６と密封状態で連絡している。マニホールド１８および１９は、層
１２と同様に、可撓性、半硬質、または硬質であってよい。
１６とその入口および出口（図示していない）で流体的に連絡していることが好
ましく、それぞれがマニホールド内部に定められチャネル１６との流体の連絡が
行われる内部チャンバー（図示していない）を有することが好ましい。マニホー
ルド１８および１９は、従来のシーラント技術などの任意の公知または新規技術
によって、層１２および２０で流体的に密封されることが好ましい。従って、入
口および出口マニホールド１８および１９の内部チャンバーも、少なくとも複数
のチャネル１６と密封状態で連絡している。マニホールド１８および１９は、層
１２と同様に、可撓性、半硬質、または硬質であってよい。
【００２０】 少なくとも複数のチャネル１６を閉じ込めて分離した流体流路を形成するため
に、被覆層２０が設けられることが好ましい。少なくとも複数のチャネル１６は
、被覆層２０の閉鎖面２１によって流路として完成することができる。被覆層２
０もマニホールド１８および１９と密封状態で接続しており、このため複数の分
離した流路が形成され、チャネル１６全体におけるポテンシャル差の発生によっ
て、熱交換器１０を能動流体が第１ポテンシャルから第２ポテンシャルに向かっ
て移送される。被覆層２０は、流路を流れる流体と、例えば熱的な影響を与える
ことが望まれる要素１７との間の熱伝達を促進するために熱伝導性材料から作製
されることが好ましい。熱的な影響を受ける要素１７は、特定の用途に応じて任
意の種類数の物体、流体、気体、またはそれらの組み合わせを含むことができる
ことを意図している。
に、被覆層２０が設けられることが好ましい。少なくとも複数のチャネル１６は
、被覆層２０の閉鎖面２１によって流路として完成することができる。被覆層２
０もマニホールド１８および１９と密封状態で接続しており、このため複数の分
離した流路が形成され、チャネル１６全体におけるポテンシャル差の発生によっ
て、熱交換器１０を能動流体が第１ポテンシャルから第２ポテンシャルに向かっ
て移送される。被覆層２０は、流路を流れる流体と、例えば熱的な影響を与える
ことが望まれる要素１７との間の熱伝達を促進するために熱伝導性材料から作製
されることが好ましい。熱的な影響を受ける要素１７は、特定の用途に応じて任
意の種類数の物体、流体、気体、またはそれらの組み合わせを含むことができる
ことを意図している。
【００２１】 被覆層２０は層１２よりも大きな熱伝導率を有することができる。熱伝導率は
、材料の熱伝達能力を特徴づけ、材料の熱伝達速度の決定の一因となる、材料に
固有の定量化可能な性質である。具体的には熱伝達速度は、材料の断面および厚
さなどの物理的大きさ、ならびに材料中の温度差に比例する。その比例定数が材
料の熱伝導率として定義され、単位距離×温度当りの力として表現される。すな
わち、熱伝達をメートル法の単位を使用して測定する場合、熱伝導率はワット／
メートル・℃（（Ｗ／（ｍ*℃））で表現される。熱の良導体である物質は熱伝
導率が大きく、一方断熱性物質は熱伝導率が低い。
、材料の熱伝達能力を特徴づけ、材料の熱伝達速度の決定の一因となる、材料に
固有の定量化可能な性質である。具体的には熱伝達速度は、材料の断面および厚
さなどの物理的大きさ、ならびに材料中の温度差に比例する。その比例定数が材
料の熱伝導率として定義され、単位距離×温度当りの力として表現される。すな
わち、熱伝達をメートル法の単位を使用して測定する場合、熱伝導率はワット／
メートル・℃（（Ｗ／（ｍ*℃））で表現される。熱の良導体である物質は熱伝
導率が大きく、一方断熱性物質は熱伝導率が低い。
【００２２】 さらに、閉鎖面２１は、熱的な影響を与えたい物体の面など被覆層２０以外に
よって形成可能であることも考慮している。すなわち閉鎖面２１は、熱的な影響
を受けることを意図した任意の物体の一部で層１２が接触可能な部分であっても
よい。従ってこのような構成を、層１２と閉鎖面２１とによって定められる流路
を流れる流体と、熱的な影響を受ける物体との間の熱伝達を促進するために利用
することができる。前述のように、物体の閉鎖面２１が少なくとも複数のチャネ
ル１６のみを閉鎖することによって、分離した複数の流体流路を形成することが
できる。この物体と構造化面１３を有する層１２とは、互いに永久的に組み合わ
せることによって１つの構成単位として構成されてもよいし、あるいは層１２の
構造化面は物体の閉鎖面に対して一時的に保持されるかまたは別の方法で維持さ
れてもよい。前者の場合では、組立品の一部として１つ以上のマニホールドを密
封状態で提供することができる。後者の場合は、１つ以上のマニホールドをぴっ
たりと層１２と密封的に接続することができる。
よって形成可能であることも考慮している。すなわち閉鎖面２１は、熱的な影響
を受けることを意図した任意の物体の一部で層１２が接触可能な部分であっても
よい。従ってこのような構成を、層１２と閉鎖面２１とによって定められる流路
を流れる流体と、熱的な影響を受ける物体との間の熱伝達を促進するために利用
することができる。前述のように、物体の閉鎖面２１が少なくとも複数のチャネ
ル１６のみを閉鎖することによって、分離した複数の流体流路を形成することが
できる。この物体と構造化面１３を有する層１２とは、互いに永久的に組み合わ
せることによって１つの構成単位として構成されてもよいし、あるいは層１２の
構造化面は物体の閉鎖面に対して一時的に保持されるかまたは別の方法で維持さ
れてもよい。前者の場合では、組立品の一部として１つ以上のマニホールドを密
封状態で提供することができる。後者の場合は、１つ以上のマニホールドをぴっ
たりと層１２と密封的に接続することができる。
【００２３】 本発明によると、ポテンシャル源は、複数の流路にわたって第１ポテンシャル
から第２ポテンシャルへのポテンシャル差を与える任意の手段を含むことができ
る。ポテンシャル差は、複数の流れチャネル１６と被覆層２０で定められる分離
した流路を流体が流れるようにするかまたはその補助をするために十分であるべ
きであり、ポテンシャル差の一部は任意の特定の用途の流体特性に依存する。図
１に示されるように、矢印で示されるように入口マニホールド１８から、層１２
および２０で形成される熱交換器１０本体を通過し、出口マニホールド１９に移
動するように定められた流体流の方向において、ポテンシャル源１４は従来通り
捕集容器２６と接続される真空発生装置を含むことができる。従来の可撓性チュ
ーブ２４によって、捕集容器２６は出口マニホールド１９と流体が流れるように
接続される。従って、ポテンシャル源１４によって減圧することで、流体が流体
源２５から引き出され、能動流体移送熱交換器１０の外側に供給され、入口マニ
ホールド１８から入口（図示していない）を通り、流路を通過し、出口マニホー
ルド１９からチューブ２４に移動し、捕集容器２６に移動させることができる。
容器２６は、再循環系を形成するために流体源２５と接続されると好都合となり
、この場合は再利用する前に容器内の流体を再加熱または再冷却することができ
ることが望ましい。すなわち、熱交換器１０に送られる前に流体を初期温度に戻
すために、容器２６に含まれる流体に熱を伝達したり奪ったりする装置と容器２
６とを接続することができる。次にこの再生された流体を、熱交換器１０で再利
用するため流体源２５に供給することができる。
から第２ポテンシャルへのポテンシャル差を与える任意の手段を含むことができ
る。ポテンシャル差は、複数の流れチャネル１６と被覆層２０で定められる分離
した流路を流体が流れるようにするかまたはその補助をするために十分であるべ
きであり、ポテンシャル差の一部は任意の特定の用途の流体特性に依存する。図
１に示されるように、矢印で示されるように入口マニホールド１８から、層１２
および２０で形成される熱交換器１０本体を通過し、出口マニホールド１９に移
動するように定められた流体流の方向において、ポテンシャル源１４は従来通り
捕集容器２６と接続される真空発生装置を含むことができる。従来の可撓性チュ
ーブ２４によって、捕集容器２６は出口マニホールド１９と流体が流れるように
接続される。従って、ポテンシャル源１４によって減圧することで、流体が流体
源２５から引き出され、能動流体移送熱交換器１０の外側に供給され、入口マニ
ホールド１８から入口（図示していない）を通り、流路を通過し、出口マニホー
ルド１９からチューブ２４に移動し、捕集容器２６に移動させることができる。
容器２６は、再循環系を形成するために流体源２５と接続されると好都合となり
、この場合は再利用する前に容器内の流体を再加熱または再冷却することができ
ることが望ましい。すなわち、熱交換器１０に送られる前に流体を初期温度に戻
すために、容器２６に含まれる流体に熱を伝達したり奪ったりする装置と容器２
６とを接続することができる。次にこの再生された流体を、熱交換器１０で再利
用するため流体源２５に供給することができる。
【００２４】 層１２および２０に可撓性材料を使用することで、このような熱交換器１０は
」機械的柔軟性を有するため、外形に合わせた配置での使用が好都合となりうる
。可撓性装置は流体流を広く分布させるために比較的大型となることがあり、そ
のため装置によって広い領域に影響を与えることができる。可撓性流体移送熱交
換器はブランケットの形態をとることができ、例えば患者の冷却または保温など
に使用される。このような可撓性装置は、物体の形に合わせたり、物体を包み込
んだりすることができ、あるいは熱伝達を促進するために物体に沿って適合させ
たり（例えば、クッション上で使用）することができる。より具体的には、この
ような熱交換器装置が可撓性であることで、装置と熱的な影響を受ける物体との
間の接触面が大きくなり、そのため熱伝達が促進される。流体移送装置は可撓性
となりうるが、負荷およびよじれによる崩壊に対する抵抗性も示すことができる
。ポリマーフィルムを含むことができる層１２の微細構造は、例えば立位または
腹臥位の人を支持するために十分な耐荷重保全性を有する本発明による能動流体
移送熱交換器に利用可能な構造となる。
」機械的柔軟性を有するため、外形に合わせた配置での使用が好都合となりうる
。可撓性装置は流体流を広く分布させるために比較的大型となることがあり、そ
のため装置によって広い領域に影響を与えることができる。可撓性流体移送熱交
換器はブランケットの形態をとることができ、例えば患者の冷却または保温など
に使用される。このような可撓性装置は、物体の形に合わせたり、物体を包み込
んだりすることができ、あるいは熱伝達を促進するために物体に沿って適合させ
たり（例えば、クッション上で使用）することができる。より具体的には、この
ような熱交換器装置が可撓性であることで、装置と熱的な影響を受ける物体との
間の接触面が大きくなり、そのため熱伝達が促進される。流体移送装置は可撓性
となりうるが、負荷およびよじれによる崩壊に対する抵抗性も示すことができる
。ポリマーフィルムを含むことができる層１２の微細構造は、例えば立位または
腹臥位の人を支持するために十分な耐荷重保全性を有する本発明による能動流体
移送熱交換器に利用可能な構造となる。
【００２５】 図３ａに示されるように、説明の実施態様によると流れチャネル１６は、一連
のピーク２８によって形成されうる。ある場合には、層１２の一端から他端まで
の全体にピーク２８が延在していることが望ましいが、別の用途では、ピーク２
８が構造化面１３の一部分のみに延在していることが望ましくなりうる。すなわ
ち、ピーク２８の間で定められるチャネル１６は層１２の一端から他端までの全
体に延在することができ、あるいはこのようなチャネル１６は層１２の一部分に
のみ延在して定められることもできる。チャネル部分は層１２の一端から始まる
こともできるし、層１２の構造化面１３の完全な中間部分に設けられてもよい。
のピーク２８によって形成されうる。ある場合には、層１２の一端から他端まで
の全体にピーク２８が延在していることが望ましいが、別の用途では、ピーク２
８が構造化面１３の一部分のみに延在していることが望ましくなりうる。すなわ
ち、ピーク２８の間で定められるチャネル１６は層１２の一端から他端までの全
体に延在することができ、あるいはこのようなチャネル１６は層１２の一部分に
のみ延在して定められることもできる。チャネル部分は層１２の一端から始まる
こともできるし、層１２の構造化面１３の完全な中間部分に設けられてもよい。
【００２６】 被覆層２０または熱的に影響を受ける面の閉鎖面２１は、構造化面１３の一部
またはすべてのピーク２８と結合させて、熱交換器１０の分離した流路の形成を
強化することができる。閉鎖面２１および層１２の材料と相溶性である従来の接
着剤を使用して行うことができるし、あるいは他の熱接着、超音波溶接、または
他の機械的装置などで構成されてもよい。ピーク２８全体を閉鎖面２１と結合さ
せることもできるし、あるいは規則的配列または無作為のスポット結合であって
もよい。
またはすべてのピーク２８と結合させて、熱交換器１０の分離した流路の形成を
強化することができる。閉鎖面２１および層１２の材料と相溶性である従来の接
着剤を使用して行うことができるし、あるいは他の熱接着、超音波溶接、または
他の機械的装置などで構成されてもよい。ピーク２８全体を閉鎖面２１と結合さ
せることもできるし、あるいは規則的配列または無作為のスポット結合であって
もよい。
【００２７】 ポテンシャル源１４が真空発生装置を含む場合、出口マニホールド１９からチ
ャネル１６が減圧されることで、閉鎖面２１とピーク２８とを十分に密閉するこ
とができる。すなわち、減圧状態自体が閉鎖面２１がピーク２８を保持する傾向
にあり、これによって熱交換器１０の分離した流路が形成される。好ましくは、
構造化面１３によって定められる各チャネル１６が閉鎖面２１によって完全に閉
じ込められ、それによって最大数の実質的に分離した流路が形成される。従って
、チャネル１６の間の流体の交差が効率的に減少し、外部供給源によって供給さ
れるポテンシャルをより効果的かつ効率的に層１２の構造化面１３に分布させる
ことができる。しかし、ある点において流路間の流体の交差が可能となる特徴を
もつチャネル１６を構造化面１３が含む可能性も考慮している。このことは、中
間ピーク２８部分が閉鎖面２１と結合しないか、または選択位置でピーク２８に
開口部を設けるかによって実現可能である。
ャネル１６が減圧されることで、閉鎖面２１とピーク２８とを十分に密閉するこ
とができる。すなわち、減圧状態自体が閉鎖面２１がピーク２８を保持する傾向
にあり、これによって熱交換器１０の分離した流路が形成される。好ましくは、
構造化面１３によって定められる各チャネル１６が閉鎖面２１によって完全に閉
じ込められ、それによって最大数の実質的に分離した流路が形成される。従って
、チャネル１６の間の流体の交差が効率的に減少し、外部供給源によって供給さ
れるポテンシャルをより効果的かつ効率的に層１２の構造化面１３に分布させる
ことができる。しかし、ある点において流路間の流体の交差が可能となる特徴を
もつチャネル１６を構造化面１３が含む可能性も考慮している。このことは、中
間ピーク２８部分が閉鎖面２１と結合しないか、または選択位置でピーク２８に
開口部を設けるかによって実現可能である。
【００２８】 本発明においては、その他のポテンシャル源１４を真空発生装置の代わり、あ
るいはそれと組み合わせて使用することができる。一般に、流路に流体流を発生
させる任意の方法について考慮することができる。すなわち、流路に流体を移送
するかその補助となる任意の外部装置またはポテンシャル源を考慮することがで
きる。他のポテンシャル源の例としては、限定するものではないが、真空ポンプ
、加圧ポンプおよび加圧装置、磁気装置、磁気流体装置、音響流装置、遠心式回
転、重力、およびポテンシャル差の発生を利用して少なくともある程度流体流を
発生させる他の任意の公知または先進の流体駆動系が挙げられる。
るいはそれと組み合わせて使用することができる。一般に、流路に流体流を発生
させる任意の方法について考慮することができる。すなわち、流路に流体を移送
するかその補助となる任意の外部装置またはポテンシャル源を考慮することがで
きる。他のポテンシャル源の例としては、限定するものではないが、真空ポンプ
、加圧ポンプおよび加圧装置、磁気装置、磁気流体装置、音響流装置、遠心式回
転、重力、およびポテンシャル差の発生を利用して少なくともある程度流体流を
発生させる他の任意の公知または先進の流体駆動系が挙げられる。
【００２９】 図１の実施態様は、一端から他端まで連続的に複数のピーク２８が形成された
構造化面を有するとして示されているが（図３ａに示されるように）、他の形状
も考慮することができる。例えば、図３ｂに示されるように、チャネル１６’は
、わずかに平坦なピーク２８’にはさまれたより幅の広い平坦な谷部分を有する
。図３ａと同様に、熱伝導性被覆層２０を１つ以上のピーク２８’に沿って固定
して、分離したチャネル１６’を形成させることができる。この場合、底面３０
はチャネル側壁３１の間で延在しおり、一方図３ａの実施態様では側壁１７は互
いに線に沿って連結している。
構造化面を有するとして示されているが（図３ａに示されるように）、他の形状
も考慮することができる。例えば、図３ｂに示されるように、チャネル１６’は
、わずかに平坦なピーク２８’にはさまれたより幅の広い平坦な谷部分を有する
。図３ａと同様に、熱伝導性被覆層２０を１つ以上のピーク２８’に沿って固定
して、分離したチャネル１６’を形成させることができる。この場合、底面３０
はチャネル側壁３１の間で延在しおり、一方図３ａの実施態様では側壁１７は互
いに線に沿って連結している。
【００３０】 図３ｃには、さらに別の形状が示される。幅の広いチャネル３２がピーク２８
”の間に形成されるが、チャネル側壁の間は平坦な面となる代わりに、複数のよ
り小さなピーク３３がピーク２８”の側壁の間に形成されている。従ってこれら
のより小さなピーク３３の間には第２のチャネル３４が形成される。ピーク３３
はピーク２８”と同じ高さとなってもならなくてもよく、図に示されるように、
より小さいチャネル３４が分布した第１の幅広チャネル３２が形成されてもよい
。ピーク２８”および３３は、それら自身または互いが均一に分布する必要はな
い。
”の間に形成されるが、チャネル側壁の間は平坦な面となる代わりに、複数のよ
り小さなピーク３３がピーク２８”の側壁の間に形成されている。従ってこれら
のより小さなピーク３３の間には第２のチャネル３４が形成される。ピーク３３
はピーク２８”と同じ高さとなってもならなくてもよく、図に示されるように、
より小さいチャネル３４が分布した第１の幅広チャネル３２が形成されてもよい
。ピーク２８”および３３は、それら自身または互いが均一に分布する必要はな
い。
【００３１】 図１、２、および３ａ〜３ｃでは長い線状のチャネルが層１２に存在するとし
て示されているが、チャネルは多くのその他の構成で提供することもできる。例
えば、チャネルの長手方向に対してチャネルは断面の幅を変動させることができ
る；すなわち、チャネルの長手方向に対してチャネルを分岐および／または集束
させることができる。チャネル側壁についても、チャネルの延長方向またはチャ
ネルの高さ方向が直線以外の外形であってもよい。一般に、流体移送装置の第１
点から第２点まで延在する少なくとも複数の分離したチャネル部分が形成され得
る任意のチャネル形状が考慮される。
て示されているが、チャネルは多くのその他の構成で提供することもできる。例
えば、チャネルの長手方向に対してチャネルは断面の幅を変動させることができ
る；すなわち、チャネルの長手方向に対してチャネルを分岐および／または集束
させることができる。チャネル側壁についても、チャネルの延長方向またはチャ
ネルの高さ方向が直線以外の外形であってもよい。一般に、流体移送装置の第１
点から第２点まで延在する少なくとも複数の分離したチャネル部分が形成され得
る任意のチャネル形状が考慮される。
【００３２】 図５ａに、構造化面１３を形成するために層１２に適用可能なチャネル構成の
平面図を示す。図に示されるように、熱伝達流体が送り込まれるマニホールドに
接続可能な入口（図示していない）を有する複数の集束するチャネル３６を作製
することができる。それぞれの集束するチャネル３６は、１つの共通チャネル３
８と流体が流れるように接続される。これによって出口（図示されていない）を
１つに減らすことができる。図５ｂに示されるように、中央チャネル３９は複数
のチャネル分枝３７と接続することができ、同様の理由で特定の領域を覆うよう
に設計することができる。この場合も、第１点から第２点までの構造化面１３の
一部分にわたって複数の個々のチャネルが形成される限りは、一般に任意のパタ
ーンが本発明により考慮される。上記実施態様と同様に、図５ａおよび５ｂに示
される構成のチャネルは、熱的な影響が与えられる物体表面、または熱伝導性材
料の被覆層などで形成される閉鎖面によって流路が完成して、分離した流路が形
成され、熱的な影響を与えたい物体への熱伝達が促進されることが好ましい。
平面図を示す。図に示されるように、熱伝達流体が送り込まれるマニホールドに
接続可能な入口（図示していない）を有する複数の集束するチャネル３６を作製
することができる。それぞれの集束するチャネル３６は、１つの共通チャネル３
８と流体が流れるように接続される。これによって出口（図示されていない）を
１つに減らすことができる。図５ｂに示されるように、中央チャネル３９は複数
のチャネル分枝３７と接続することができ、同様の理由で特定の領域を覆うよう
に設計することができる。この場合も、第１点から第２点までの構造化面１３の
一部分にわたって複数の個々のチャネルが形成される限りは、一般に任意のパタ
ーンが本発明により考慮される。上記実施態様と同様に、図５ａおよび５ｂに示
される構成のチャネルは、熱的な影響が与えられる物体表面、または熱伝導性材
料の被覆層などで形成される閉鎖面によって流路が完成して、分離した流路が形
成され、熱的な影響を与えたい物体への熱伝達が促進されることが好ましい。
【００３３】 本発明の微細構造化面の個々の流れチャネルは実質的に分離していてもよい。
その場合、隣接するチャネルの流体が互いに影響されずに流体がチャネルを移動
することができうる。従って、チャネルは互いに独立にポテンシャルに対応し、
流体は隣接するチャネルとは無関係に特定のチャネルに向かってその中を通過す
る。ある流れチャネルに入る流体は隣接するする流れチャネルに入ること頻度が
あまり高くないが、隣接するチャネル間である程度の拡散が起こりうることが好
ましい。熱交換器流体の移送を効率的にするために微細チャネルの分離性を維持
することによって、物体への熱伝達または物体からの熱伝達もより促進すること
ができる。このような利点については後述する。
その場合、隣接するチャネルの流体が互いに影響されずに流体がチャネルを移動
することができうる。従って、チャネルは互いに独立にポテンシャルに対応し、
流体は隣接するチャネルとは無関係に特定のチャネルに向かってその中を通過す
る。ある流れチャネルに入る流体は隣接するする流れチャネルに入ること頻度が
あまり高くないが、隣接するチャネル間である程度の拡散が起こりうることが好
ましい。熱交換器流体の移送を効率的にするために微細チャネルの分離性を維持
することによって、物体への熱伝達または物体からの熱伝達もより促進すること
ができる。このような利点については後述する。
【００３４】 本明細書で使用されるアスペクト比は、チャネルの長さとその水力半径との比
を意味し、水力半径は濡らすことができるチャネルの断面積を、濡らすことので
きるチャネルの周囲の長さで割ったものである。構造化面は、最小アスペクト比
（長さ／水力半径）が１０：１であり、ある実施態様では約１００：１を超え、
他の実施態様では少なくとも約１０００：１である分離した流れチャネルが形成
されることが好ましい微細構造化面である。上限については、アスペクト比は無
制限に大きくてもよいが、一般的には約１，０００，０００：１未満である。チ
ャネルの水力半径は約３００ｍ以下である。多くの実施態様では、水力半径は１
００ｍ未満とすることができ、１０ｍ未満もありうる。一般に多くの用途では小
さいほど良いが（そして水力半径はサブミクロンサイズとなりうる）、通常ほと
んどの実施態様では水力半径は１ｍ以上である。以下により詳細に説明するが、
これらの要因で定義されるチャネルによって、能動流体移送装置内で効率的なバ
ルク流体移送が可能となる。
を意味し、水力半径は濡らすことができるチャネルの断面積を、濡らすことので
きるチャネルの周囲の長さで割ったものである。構造化面は、最小アスペクト比
（長さ／水力半径）が１０：１であり、ある実施態様では約１００：１を超え、
他の実施態様では少なくとも約１０００：１である分離した流れチャネルが形成
されることが好ましい微細構造化面である。上限については、アスペクト比は無
制限に大きくてもよいが、一般的には約１，０００，０００：１未満である。チ
ャネルの水力半径は約３００ｍ以下である。多くの実施態様では、水力半径は１
００ｍ未満とすることができ、１０ｍ未満もありうる。一般に多くの用途では小
さいほど良いが（そして水力半径はサブミクロンサイズとなりうる）、通常ほと
んどの実施態様では水力半径は１ｍ以上である。以下により詳細に説明するが、
これらの要因で定義されるチャネルによって、能動流体移送装置内で効率的なバ
ルク流体移送が可能となる。
【００３５】 構造化面は非常に小さな断面を有することもできる。従って、能動流体移送装
置は、構造化ポリマー層の厚さが５０００μｍ未満、さらに可能であれば１５０
０μｍ未満の場合を考慮している。このために、チャネルは、高さ約５〜１２０
０μｍでピーク距離約１０〜２０００μｍのピークによって形成されてもよい。
置は、構造化ポリマー層の厚さが５０００μｍ未満、さらに可能であれば１５０
０μｍ未満の場合を考慮している。このために、チャネルは、高さ約５〜１２０
０μｍでピーク距離約１０〜２０００μｍのピークによって形成されてもよい。
【００３６】 本発明による微細構造化面によって、系の体積の分布が広い流動系が形成され
る。すなわち、このような流動系を流れる流体の体積は広い領域に分布する。約
１０／線ｃｍ（２５／インチ）から上限１０００／線ｃｍ（２５００／インチ）
（チャネルを横断して測定）の微細構造チャネルの密度によって高い流体移送速
度が得られる。一般に、共通マニホールドが使用される場合、それぞれのチャネ
ルのアスペクト比は、チャネルの入口および出口に配置するマニホールドよりも
、少なくとも４００％大きく、より好ましくは少なくとも９００％大きい。アス
ペクト比のこの顕著な増加によって、本発明の大きな利点に寄与するポテンシャ
ル効果が分布する。
る。すなわち、このような流動系を流れる流体の体積は広い領域に分布する。約
１０／線ｃｍ（２５／インチ）から上限１０００／線ｃｍ（２５００／インチ）
（チャネルを横断して測定）の微細構造チャネルの密度によって高い流体移送速
度が得られる。一般に、共通マニホールドが使用される場合、それぞれのチャネ
ルのアスペクト比は、チャネルの入口および出口に配置するマニホールドよりも
、少なくとも４００％大きく、より好ましくは少なくとも９００％大きい。アス
ペクト比のこの顕著な増加によって、本発明の大きな利点に寄与するポテンシャ
ル効果が分布する。
【００３７】 このような熱交換器の広い領域に多量の流体が分布することは、多くの熱交換
器用途において特に好都合である。具体的には、微細構造化面により形成される
チャネルによって、装置１０を通過する流体へまたは流体からの熱伝達量が大き
くなる。この流体の流量は、構造化面のマイクロチャネルと被覆層とで形成され
る分離した流路を通って複数の薄い均一な層内で維持され、伝導流の流れのよど
みが最小限となる。
器用途において特に好都合である。具体的には、微細構造化面により形成される
チャネルによって、装置１０を通過する流体へまたは流体からの熱伝達量が大き
くなる。この流体の流量は、構造化面のマイクロチャネルと被覆層とで形成され
る分離した流路を通って複数の薄い均一な層内で維持され、伝導流の流れのよど
みが最小限となる。
【００３８】 別の態様では、図４に示されるように、それぞれが微細構造化面１３を有する
複数の層１２を組み合わせて積層体４０を構成することができる。この構造は流
体移送構造の能力を明らかに倍増させる。すなわち、チャネル数および流量の倍
数が層の数だけ増える。これらの層は、特定の用途に応じて異なるチャネル構成
および／またはチャネル数を含むことができることを理解されたい。さらに、こ
の種類の積層構造は、幅が制限され、そのためある熱伝達速度、従ってある流体
移送量が望まれる比較的狭い流体移送熱交換器が必要となる用途に特に好適とな
りうることを指摘しておく。従って、熱交換容量のために流量が増加した幅の狭
い装置を作製することができる。
複数の層１２を組み合わせて積層体４０を構成することができる。この構造は流
体移送構造の能力を明らかに倍増させる。すなわち、チャネル数および流量の倍
数が層の数だけ増える。これらの層は、特定の用途に応じて異なるチャネル構成
および／またはチャネル数を含むことができることを理解されたい。さらに、こ
の種類の積層構造は、幅が制限され、そのためある熱伝達速度、従ってある流体
移送量が望まれる比較的狭い流体移送熱交換器が必要となる用途に特に好適とな
りうることを指摘しておく。従って、熱交換容量のために流量が増加した幅の狭
い装置を作製することができる。
【００３９】 図４に示される積層体４０では、隣接する構造の間の熱交換を向上させるため
に、積層体４０の内部に被覆層２０が交互にはさまれる。層１２の構造化面と隣
接する層１２との間を流れる流体の熱交換を促進するために、被覆層２０は層１
２よりも熱電導性に優れた材料を含むことが好ましい。
に、積層体４０の内部に被覆層２０が交互にはさまれる。層１２の構造化面と隣
接する層１２との間を流れる流体の熱交換を促進するために、被覆層２０は層１
２よりも熱電導性に優れた材料を含むことが好ましい。
【００４０】 積層体４０は、層１２の数よりも少ない被覆層２０を含むことができるし、あ
るいは複数の層１２は被覆層２０を含まなくてもよい。層１２の任意の１つまた
はすべての第２主面（すなわち、構造化面１３の反対側の面）を隣接する構造化
面と直接接触させて使用して、隣接する層１２の少なくとも複数のチャネル１６
を閉鎖し、複数の分離した流路を形成することができる。すなわち、ある層１２
は隣接する層１２の被覆層となることができる。具体的には、ある層１２の第２
主面は、構造化されていない被覆層２０と同様の方法で、隣接する層１２の複数
のチャネル１６を覆う機能をすることができる。積層体４０の外部の物体との熱
伝達を促進することが望まれる場合では、中間の非構造化被覆層２０は不要とな
りうるが、上部被覆層２０によって物体に熱的な影響を与えるために１つの被覆
層２０を上面（図４に示されるように）として設けることができる。積層体４０
の層（複数の層１２と非構造化被覆層２０、または複数の層１２のみ）は、任意
の従来方法によって互いに結合させることができるし、あるいはこれらの層は単
純に互いに積み重ねることもでき、それによって積層体の構造を保持することで
分離した流路を十分に形成することができる。これは前述のようにポテンシャル
源として真空を使用する場合に強化され、積層体４０の層同士が互いに固定され
るか、個々の層の間にはさまれる被覆層に対して固定されるようになる。任意の
１つの層１２のチャネル１６は、他と異なる流体源と接続することができるし、
すべてを同じ供給源と接続することもできる。従って、積層体４０中を循環する
２つ以上の流体の間で熱交換を行うことができる。
るいは複数の層１２は被覆層２０を含まなくてもよい。層１２の任意の１つまた
はすべての第２主面（すなわち、構造化面１３の反対側の面）を隣接する構造化
面と直接接触させて使用して、隣接する層１２の少なくとも複数のチャネル１６
を閉鎖し、複数の分離した流路を形成することができる。すなわち、ある層１２
は隣接する層１２の被覆層となることができる。具体的には、ある層１２の第２
主面は、構造化されていない被覆層２０と同様の方法で、隣接する層１２の複数
のチャネル１６を覆う機能をすることができる。積層体４０の外部の物体との熱
伝達を促進することが望まれる場合では、中間の非構造化被覆層２０は不要とな
りうるが、上部被覆層２０によって物体に熱的な影響を与えるために１つの被覆
層２０を上面（図４に示されるように）として設けることができる。積層体４０
の層（複数の層１２と非構造化被覆層２０、または複数の層１２のみ）は、任意
の従来方法によって互いに結合させることができるし、あるいはこれらの層は単
純に互いに積み重ねることもでき、それによって積層体の構造を保持することで
分離した流路を十分に形成することができる。これは前述のようにポテンシャル
源として真空を使用する場合に強化され、積層体４０の層同士が互いに固定され
るか、個々の層の間にはさまれる被覆層に対して固定されるようになる。任意の
１つの層１２のチャネル１６は、他と異なる流体源と接続することができるし、
すべてを同じ供給源と接続することもできる。従って、積層体４０中を循環する
２つ以上の流体の間で熱交換を行うことができる。
【００４１】 図６に示されるような、各層が微細構造化面を有するポリマー層の積層体を含
む層状構造は、第２流体源の急速な冷却または加熱を行うための熱交換器１１０
の作製において好都合に使用される。図６の熱交換器１１０は、一方の主面に構
造化面１１３を有するポリマー層１１２の積層体を使用しており、構造化面１１
３によって層１１２の流れチャネル１１６が形成される。個々の層１１２の流れ
チャネル１１６の方向は隣接する層１１２の方向と異なっていてもよく、図に示
されるように隣接する層１１２の流れチャネルの方向と実質的に直交していても
よい。この方法により、熱交換器１１０の層１１２ａのチャネル１１６では長手
方向に流体を流すことができ、一方層１１２ｂのチャネル１１６では熱交換器１
１０の横方向に流体を流すことができる。
む層状構造は、第２流体源の急速な冷却または加熱を行うための熱交換器１１０
の作製において好都合に使用される。図６の熱交換器１１０は、一方の主面に構
造化面１１３を有するポリマー層１１２の積層体を使用しており、構造化面１１
３によって層１１２の流れチャネル１１６が形成される。個々の層１１２の流れ
チャネル１１６の方向は隣接する層１１２の方向と異なっていてもよく、図に示
されるように隣接する層１１２の流れチャネルの方向と実質的に直交していても
よい。この方法により、熱交換器１１０の層１１２ａのチャネル１１６では長手
方向に流体を流すことができ、一方層１１２ｂのチャネル１１６では熱交換器１
１０の横方向に流体を流すことができる。
【００４２】 前述のように、層１１２の第２主面は、隣接する層１１２の微細構造化面１１
３で定められるチャネル１１６を覆う被覆層として機能することができる。ある
いは図６に示されるように、被覆層１２０は、隣接する層１１２ａおよび１１２
ｂの構造化面１１３が形成される第１主面と向かい合うようにはさまれることも
できる。すなわち、長手方向に沿ったチャネル１１６を有する層１１２ａは、図
４の積層体４０と関連した構成を反転させたものであり、そのためこれらの長手
方向の層１１２ａの構造化面１１３は、層１１２ａの直下の横方向の層１１２ｂ
の構造化面１１３と向かい合う。この方法では被覆層１２０は、向かい合う層１
１２の流れチャネル１１６の間に直接はさまれ、隣接する各層１１２のチャネル
１１６を覆い、これによって長手方向および横方向に分離した流路が形成される
。
３で定められるチャネル１１６を覆う被覆層として機能することができる。ある
いは図６に示されるように、被覆層１２０は、隣接する層１１２ａおよび１１２
ｂの構造化面１１３が形成される第１主面と向かい合うようにはさまれることも
できる。すなわち、長手方向に沿ったチャネル１１６を有する層１１２ａは、図
４の積層体４０と関連した構成を反転させたものであり、そのためこれらの長手
方向の層１１２ａの構造化面１１３は、層１１２ａの直下の横方向の層１１２ｂ
の構造化面１１３と向かい合う。この方法では被覆層１２０は、向かい合う層１
１２の流れチャネル１１６の間に直接はさまれ、隣接する各層１１２のチャネル
１１６を覆い、これによって長手方向および横方向に分離した流路が形成される
。
【００４３】 第１ポテンシャルを長手方向の層１１２ａにかけて、第１流体源から長手方向
の層１１２ａの流路へ流体を流すことができる。第２ポテンシャルを横方向の層
１１２ｂにかけて、第２流体源から流体をながすことができる。この方法では、
被覆層１２０は、逆方向の流体流の組の間にはさまれる。従って第１流体流から
の熱伝達が被覆層１２０を越えて行われ、第２流体源を急速に加熱または冷却す
ることができる。前述のように、層１１２の微細構造化面１１３によって、熱交
換器１１０の流路を複数の均一で小さな流体流が流れやすくなり、このため対向
する流れの間の急速な熱伝達が促進される。１つの層内または任意の層の間の任
意の数のチャネル中に選択的に流体流を発生させるために、任意の数の供給源を
使用することができる。
の層１１２ａの流路へ流体を流すことができる。第２ポテンシャルを横方向の層
１１２ｂにかけて、第２流体源から流体をながすことができる。この方法では、
被覆層１２０は、逆方向の流体流の組の間にはさまれる。従って第１流体流から
の熱伝達が被覆層１２０を越えて行われ、第２流体源を急速に加熱または冷却す
ることができる。前述のように、層１１２の微細構造化面１１３によって、熱交
換器１１０の流路を複数の均一で小さな流体流が流れやすくなり、このため対向
する流れの間の急速な熱伝達が促進される。１つの層内または任意の層の間の任
意の数のチャネル中に選択的に流体流を発生させるために、任意の数の供給源を
使用することができる。
【００４４】 図６は、熱交換器１１０の表面層１１２ａの第２主面に取り付けられた被覆層
１２０も示している。層１１２ａの第２主面を通る流れチャネル１１６の第１流
体からの熱伝達によって所望の媒体またはその他の流体に熱的な影響を与えるた
めに、この表面被覆層１２０は有益に使用することができる。層１１２ａとして
選択される材料に依存して、熱交換器１１０の対向する流体流の間に直接はさま
れる被覆層１２０よりも表面被覆層１２０の熱伝達を低くすることができ、この
ことが、生物組織などの熱的な影響を受ける感受性媒体への熱伝達速度を下げな
がら、熱交換器１１０が急速流体間熱伝達装置として機能させるために好都合と
なる。
１２０も示している。層１１２ａの第２主面を通る流れチャネル１１６の第１流
体からの熱伝達によって所望の媒体またはその他の流体に熱的な影響を与えるた
めに、この表面被覆層１２０は有益に使用することができる。層１１２ａとして
選択される材料に依存して、熱交換器１１０の対向する流体流の間に直接はさま
れる被覆層１２０よりも表面被覆層１２０の熱伝達を低くすることができ、この
ことが、生物組織などの熱的な影響を受ける感受性媒体への熱伝達速度を下げな
がら、熱交換器１１０が急速流体間熱伝達装置として機能させるために好都合と
なる。
【００４５】 図６の熱交換器１１０は実質的に互いに直交して配置した交互の層１１２の流
れチャネル１１６を示しているが、分離した流体流と関連する交互層の微細構造
チャネルは特定の用途の要求に応じて任意の方法で配列させることができる。例
えば、図７ａは、第１供給源からの流体を収容することができる層２１２ａと、
第１供給源とは別個の第２供給源からの流体を収容する第２層２１２ｂとを示し
ている。層２１２ａと２１２ｂのそれぞれは、それぞれの層の第１主面上に形成
されるチャネル２１６を有する。熱伝導性材料の被覆層２２０が層２１２ａおよ
び２１２ｂのチャネル２１６の間にはさまれることで、分離した流路が形成され
、層２１２ａの第１流体流と層２１２ｂの第２流体流との間の熱伝達が促進され
る。層２１２ａおよび２１２ｂのチャネル２１６は、互いが実質的に平行となる
ように並べられる。図７ａの実施態様では、層２１２ａおよび２１２ｂのチャネ
ル２１６のピーク２２８は互いに向かい合うように配列している。図７ｂは、層
２１２ａおよび２１２ｂにおいて、層２１２ａのピーク２２８が対向する層２１
２ｂのピーク２２８の間に配置する様子を示している。
れチャネル１１６を示しているが、分離した流体流と関連する交互層の微細構造
チャネルは特定の用途の要求に応じて任意の方法で配列させることができる。例
えば、図７ａは、第１供給源からの流体を収容することができる層２１２ａと、
第１供給源とは別個の第２供給源からの流体を収容する第２層２１２ｂとを示し
ている。層２１２ａと２１２ｂのそれぞれは、それぞれの層の第１主面上に形成
されるチャネル２１６を有する。熱伝導性材料の被覆層２２０が層２１２ａおよ
び２１２ｂのチャネル２１６の間にはさまれることで、分離した流路が形成され
、層２１２ａの第１流体流と層２１２ｂの第２流体流との間の熱伝達が促進され
る。層２１２ａおよび２１２ｂのチャネル２１６は、互いが実質的に平行となる
ように並べられる。図７ａの実施態様では、層２１２ａおよび２１２ｂのチャネ
ル２１６のピーク２２８は互いに向かい合うように配列している。図７ｂは、層
２１２ａおよび２１２ｂにおいて、層２１２ａのピーク２２８が対向する層２１
２ｂのピーク２２８の間に配置する様子を示している。
【００４６】 微細構造化面を有する層の積層体について、多くの他の構成も考慮することが
できる。例えば、チャネルは、図７ａおよび７ｂのように互いに平行に配列した
り、図６のように互いに直交して配列したり、あるいは特定の用途の要求に応じ
て互いがその他の任意の角度で配列したりすることができる。複数の積み重ねた
層を有する熱交換器の個々の層は、積層体中の他の層と比較して微細構造化チャ
ネルが多くても少なくてもよく、積層構造の１つ以上の層で流路は線状であって
も非線状であってもよい。
できる。例えば、チャネルは、図７ａおよび７ｂのように互いに平行に配列した
り、図６のように互いに直交して配列したり、あるいは特定の用途の要求に応じ
て互いがその他の任意の角度で配列したりすることができる。複数の積み重ねた
層を有する熱交換器の個々の層は、積層体中の他の層と比較して微細構造化チャ
ネルが多くても少なくてもよく、積層構造の１つ以上の層で流路は線状であって
も非線状であってもよい。
【００４７】 さらに、本明細書の記載による層の積層構造は、互いにすぐ隣に複数の積層体
を含むことも考慮することができる。すなわち、図４または図６に示されるよう
な積層体を、同様または異なる積層体と隣接して配置することができる。次に、
これらをアダプターで集合させたり、あるいはそれぞれを流体移送チューブに取
り付けたりして、所望の方法で熱伝達を行うことができる。
を含むことも考慮することができる。すなわち、図４または図６に示されるよう
な積層体を、同様または異なる積層体と隣接して配置することができる。次に、
これらをアダプターで集合させたり、あるいはそれぞれを流体移送チューブに取
り付けたりして、所望の方法で熱伝達を行うことができる。
【００４８】 本発明による能動流体移送熱交換器の一例を図８に示す。医療分野における使
用において、熱的な影響を患者に与える（例えば、加温または冷却する）ために
、前述したように能動流体移送熱交換器７０（可撓性ブランケットの形態であっ
てもよい）上に配置する患者が示されている。
用において、熱的な影響を患者に与える（例えば、加温または冷却する）ために
、前述したように能動流体移送熱交換器７０（可撓性ブランケットの形態であっ
てもよい）上に配置する患者が示されている。
【００４９】 これらの構造の熱伝達装置にはいくつかの利点がある。熱伝達流体を非常に小
さいチャネル内に維持できるため、チャネル中の流体のよどみが最小限になる。
チャネル内の層流中の流体は、チャネルの中心の流体が最も速くなる流速分布を
示す。このような流動形態において、チャネル境界部分における流体は実質的に
停滞している。チャネルの大きさ、流体の熱伝導性、および流体がチャネルを通
過するためにかかる時間に依存して、この流れの分布によってチャネル全体に有
意な温度勾配が生じうる。対照的に、本発明による最小のアスペクト比および水
力半径を有するチャネルでは、熱伝達距離が小さいためにチャネル全体の温度勾
配がより小さくなる。温度勾配がより小さいと、流体がチャネルを通過する際に
均一な熱負荷が均一となるので好都合である。
さいチャネル内に維持できるため、チャネル中の流体のよどみが最小限になる。
チャネル内の層流中の流体は、チャネルの中心の流体が最も速くなる流速分布を
示す。このような流動形態において、チャネル境界部分における流体は実質的に
停滞している。チャネルの大きさ、流体の熱伝導性、および流体がチャネルを通
過するためにかかる時間に依存して、この流れの分布によってチャネル全体に有
意な温度勾配が生じうる。対照的に、本発明による最小のアスペクト比および水
力半径を有するチャネルでは、熱伝達距離が小さいためにチャネル全体の温度勾
配がより小さくなる。温度勾配がより小さいと、流体がチャネルを通過する際に
均一な熱負荷が均一となるので好都合である。
【００５０】 小さなチャネルの系全体の熱伝達流体の滞留時間を、入口マニホールドから出
口マニホールドまでにおいて実質的に均一にすることもできる。滞留時間が均一
であれば、存在する流体の熱負荷の不均一性を最小限にすることができるので好
都合である。
口マニホールドまでにおいて実質的に均一にすることもできる。滞留時間が均一
であれば、存在する流体の熱負荷の不均一性を最小限にすることができるので好
都合である。
【００５１】 温度勾配の現象および均一な滞留時間の実現も、全体の効率に寄与し、所与の
熱伝達速度において熱伝達流体と加熱または冷却される要素との間の温度差を小
さくすることができる。温度差がより小さいことによって、皮膚や組織の接触が
ある場合など熱に敏感な用途に熱交換器が使用される場合には望ましくない局所
的に熱いまたは冷たい領域が生じる可能性が減少する。熱伝達モジュール内の熱
伝達流体の単位体積あたりの接触表面積が広いと、系の体積効率が増大する。
熱伝達速度において熱伝達流体と加熱または冷却される要素との間の温度差を小
さくすることができる。温度差がより小さいことによって、皮膚や組織の接触が
ある場合など熱に敏感な用途に熱交換器が使用される場合には望ましくない局所
的に熱いまたは冷たい領域が生じる可能性が減少する。熱伝達モジュール内の熱
伝達流体の単位体積あたりの接触表面積が広いと、系の体積効率が増大する。
【００５２】 熱伝達装置は、制限された領域においても特に有用となりうる。例えば、本発
明による熱交換器は、データ記憶または処理ユニットの小さな空間内のコンピュ
ータマイクロチップを冷却するために使用することができる。微細構造を有する
フィルムを基盤とするユニット材料の経済性は、制限された用途または単独用途
に適しており、例えば汚染問題に対処するために廃棄の必要がある医療用具にお
ける用途が挙げられる。
明による熱交換器は、データ記憶または処理ユニットの小さな空間内のコンピュ
ータマイクロチップを冷却するために使用することができる。微細構造を有する
フィルムを基盤とするユニット材料の経済性は、制限された用途または単独用途
に適しており、例えば汚染問題に対処するために廃棄の必要がある医療用具にお
ける用途が挙げられる。
【００５３】 本発明の熱伝達装置は可撓性にもなりうるという利点があり、このため多くの
用途で使用することができる。本発明の装置は狭い曲がりまたは湾曲部の形状に
合わせることができる。可撓性があることによって、不規則な面とぴったりと接
触することが要求される状況において装置を使用することができる。本発明の流
体移送熱交換器は、流れチャネルまたは構造化ポリマー層をあまり圧縮させずに
、装置を約１インチ（２．５４ｃｍ）以上の直径を有する心棒のまわりに適合さ
せることができるような可撓性を有するように作製可能である。本発明の装置は
、ポリマー材料から作製して、熱交換器を直径約１ｃｍの心棒のまわりに損傷な
しに適合させることができる。
用途で使用することができる。本発明の装置は狭い曲がりまたは湾曲部の形状に
合わせることができる。可撓性があることによって、不規則な面とぴったりと接
触することが要求される状況において装置を使用することができる。本発明の流
体移送熱交換器は、流れチャネルまたは構造化ポリマー層をあまり圧縮させずに
、装置を約１インチ（２．５４ｃｍ）以上の直径を有する心棒のまわりに適合さ
せることができるような可撓性を有するように作製可能である。本発明の装置は
、ポリマー材料から作製して、熱交換器を直径約１ｃｍの心棒のまわりに損傷な
しに適合させることができる。
【００５４】 ポリマーフィルムなどのポリマー層上への構造化面、特に微細構造化面の形成
については、どちらもＭａｒｅｎｔｉｃらに付与された米国特許第５，０６９，
４０３号および第５，１３３，５１６号に記載されている。構造化層は、Ｂｅｎ
ｓｏｎ，Ｊｒ．らに付与された米国特許第５，６９１，８４６号に記載される原
理または工程を使用して連続的にマイクロ複製することもできる。微細構造化面
について記載しているその他の特許としては、Ｊｏｈｎｓｔｏｎらに付与された
米国特許第５，５１４，１２０号、Ｎｏｒｅｅｎらに付与された第５，１５８，
５５７号、Ｌｕらに付与された第５，１７５，０３０号、およびＢａｒｂｅｒに
付与された第４，６６８，５５８号が挙げられる。
については、どちらもＭａｒｅｎｔｉｃらに付与された米国特許第５，０６９，
４０３号および第５，１３３，５１６号に記載されている。構造化層は、Ｂｅｎ
ｓｏｎ，Ｊｒ．らに付与された米国特許第５，６９１，８４６号に記載される原
理または工程を使用して連続的にマイクロ複製することもできる。微細構造化面
について記載しているその他の特許としては、Ｊｏｈｎｓｔｏｎらに付与された
米国特許第５，５１４，１２０号、Ｎｏｒｅｅｎらに付与された第５，１５８，
５５７号、Ｌｕらに付与された第５，１７５，０３０号、およびＢａｒｂｅｒに
付与された第４，６６８，５５８号が挙げられる。
【００５５】 このような方法によって形成された構造化ポリマー層はマイクロ複製が可能で
ある。マイクロ複製した構造化層の使用は、製品間の変動を実質的になくし、さ
らに比較的複雑な製造技術を使用せずに構造化面を大量生産することができるた
め好都合である。「マイクロ複製」または「マイクロ複製した」とは、製造中に
個々の構造の製品間の変動が約５０μｍ以下の正確さで構造化面の複数の構造が
維持される方法による微細構造化面の作製を意味する。マイクロ複製面は、製造
中に個々の構造の製品間の変動が２５μｍ以下の正確さで構造化面の複数の構造
が作製されることが好ましい。
ある。マイクロ複製した構造化層の使用は、製品間の変動を実質的になくし、さ
らに比較的複雑な製造技術を使用せずに構造化面を大量生産することができるた
め好都合である。「マイクロ複製」または「マイクロ複製した」とは、製造中に
個々の構造の製品間の変動が約５０μｍ以下の正確さで構造化面の複数の構造が
維持される方法による微細構造化面の作製を意味する。マイクロ複製面は、製造
中に個々の構造の製品間の変動が２５μｍ以下の正確さで構造化面の複数の構造
が作製されることが好ましい。
【００５６】 本発明による任意の実施態様のための流体移送層は、熱可塑性、熱硬化性、お
よび硬化性のポリマーを含む種々のポリマーまたはコポリマーから作製すること
ができる。本明細書で使用される、熱硬化性と区別されるものとしての熱可塑性
は、加熱すると軟化および溶融し、冷却すると再固化し、さらに多くのサイクル
で溶融および固化を繰り返すことができるポリマーを意味する。一方、熱硬化性
ポリマーは、加熱および冷却によって不可逆的に固化する。ポリマー鎖が相互結
合または架橋する硬化ポリマー系は、化学物質または電離放射線を使用して室温
で形成可能である。
よび硬化性のポリマーを含む種々のポリマーまたはコポリマーから作製すること
ができる。本明細書で使用される、熱硬化性と区別されるものとしての熱可塑性
は、加熱すると軟化および溶融し、冷却すると再固化し、さらに多くのサイクル
で溶融および固化を繰り返すことができるポリマーを意味する。一方、熱硬化性
ポリマーは、加熱および冷却によって不可逆的に固化する。ポリマー鎖が相互結
合または架橋する硬化ポリマー系は、化学物質または電離放射線を使用して室温
で形成可能である。
【００５７】 本発明の物品の構造化層の作製に有用なポリマーとしては、限定するものでは
ないが、ポリエチレンおよびポリエチレンコポリマーなどのポリオレフィン、ポ
リ二フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）が挙げ
られる。その他のポリマー材料としては、アセテート、セルロースエーテル、ポ
リビニルアルコール、多糖類、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポ
リ（塩化ビニル）、ポリウレタン、ポリウレア、ポリカーボネート、およびポリ
スチレンが挙げられる。構造化層は、アクリレートまたはエポキシなどの硬化性
樹脂材料をキャスティングして、熱、ＵＶ、または電子ビーム線に曝露して化学
的に促進されるフリーラジカル経路によって硬化させることで作製することがで
きる。
ないが、ポリエチレンおよびポリエチレンコポリマーなどのポリオレフィン、ポ
リ二フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）が挙げ
られる。その他のポリマー材料としては、アセテート、セルロースエーテル、ポ
リビニルアルコール、多糖類、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポ
リ（塩化ビニル）、ポリウレタン、ポリウレア、ポリカーボネート、およびポリ
スチレンが挙げられる。構造化層は、アクリレートまたはエポキシなどの硬化性
樹脂材料をキャスティングして、熱、ＵＶ、または電子ビーム線に曝露して化学
的に促進されるフリーラジカル経路によって硬化させることで作製することがで
きる。
【００５８】 前述したように、可撓性の能動流体移送熱交換器が望まれる用途が存在する。
Ｓｍｉｔｈらに付与された米国特許第５，４５０，２３５号およびＢｅｎｓｏｎ
，Ｊｒらに付与された第５，６９１，８４６号に記載されるポリマーを使用して
構造化ポリマー層に可撓性を付与することができる。ポリマー層全体を可撓性ポ
リマー材料から作製する必要はない。例えば、層の主な部分が可撓性ポリマーで
構成され、一方構造化部分またはその一部がより硬質のポリマーで構成されても
よい。この段落で記載した特許では、微細構造化面を有する可撓性製品を作製す
るために、このような方法のポリマーの使用について記載している。
Ｓｍｉｔｈらに付与された米国特許第５，４５０，２３５号およびＢｅｎｓｏｎ
，Ｊｒらに付与された第５，６９１，８４６号に記載されるポリマーを使用して
構造化ポリマー層に可撓性を付与することができる。ポリマー層全体を可撓性ポ
リマー材料から作製する必要はない。例えば、層の主な部分が可撓性ポリマーで
構成され、一方構造化部分またはその一部がより硬質のポリマーで構成されても
よい。この段落で記載した特許では、微細構造化面を有する可撓性製品を作製す
るために、このような方法のポリマーの使用について記載している。
【００５９】 ポリマー混合物を含むポリマー材料は、界面活性剤などの可塑化活性剤または
抗菌剤を溶融混合して改質することができる。構造化面の表面改質は、蒸着、ま
たは電離放射線を使用した官能性部分の共有結合グラフト化によって実施可能で
ある。例えば電離放射線によるモノマーのポリプロピレンへのグラフト重合法お
よび技術は、米国特許第４，９５０，５４９号および第５，０７８，９２５号に
開示されている。ポリマーは、ポリマー構造化層に種々の性質を付与するために
添加剤も含むことができる。例えば、弾性率を減少させ可撓性を向上させるため
に可塑剤を加えることができる。
抗菌剤を溶融混合して改質することができる。構造化面の表面改質は、蒸着、ま
たは電離放射線を使用した官能性部分の共有結合グラフト化によって実施可能で
ある。例えば電離放射線によるモノマーのポリプロピレンへのグラフト重合法お
よび技術は、米国特許第４，９５０，５４９号および第５，０７８，９２５号に
開示されている。ポリマーは、ポリマー構造化層に種々の性質を付与するために
添加剤も含むことができる。例えば、弾性率を減少させ可撓性を向上させるため
に可塑剤を加えることができる。
【００６０】 本発明の好ましい実施態様では、微細構造を有する要素として平行線状構造を
有する薄い可撓性ポリマーフィルムを使用することができる。本発明の目的のた
めには、「フィルム」は薄く（厚さ５ｍｍ未満）一般的には可撓性のポリマー材
料シートが考慮される。微細構造を有するフィルム面が高度に形成された安価な
フィルムの経済的価値は大きい。可撓性フィルムは、広範囲の被覆層材料と組み
合わせて使用することができ、また支持されない状態で使用したり所望の場合に
は支持体と併せて使用したりすることもできる。このような微細構造化面および
被覆層から作製される熱交換器装置は、多くの用途に適した可撓性をもつことが
できるが、使用上の理由があれば硬質構造体と組み合わせることもできる。
有する薄い可撓性ポリマーフィルムを使用することができる。本発明の目的のた
めには、「フィルム」は薄く（厚さ５ｍｍ未満）一般的には可撓性のポリマー材
料シートが考慮される。微細構造を有するフィルム面が高度に形成された安価な
フィルムの経済的価値は大きい。可撓性フィルムは、広範囲の被覆層材料と組み
合わせて使用することができ、また支持されない状態で使用したり所望の場合に
は支持体と併せて使用したりすることもできる。このような微細構造化面および
被覆層から作製される熱交換器装置は、多くの用途に適した可撓性をもつことが
できるが、使用上の理由があれば硬質構造体と組み合わせることもできる。
【００６１】 本発明の能動流体移送熱交換器は微細構造化チャネルを含むことが好ましいの
で、一般に本発明の装置は装置１つ当りで複数のチャネルが使用される。これま
で述べたいくつかの実施態様で示したように、本発明の能動流体移送熱交換器は
装置当りで１０または１００を超えるチャネルを容易に有することができる。あ
る用途では、能動流体移送熱交換器は、装置あたりで１，０００または１０，０
００を超えるチャネルを有することもある。個々のポテンシャル源により多くの
チャネルを接続することで、ポテンシャルの影響をより広く分布させることがで
きる。
で、一般に本発明の装置は装置１つ当りで複数のチャネルが使用される。これま
で述べたいくつかの実施態様で示したように、本発明の能動流体移送熱交換器は
装置当りで１０または１００を超えるチャネルを容易に有することができる。あ
る用途では、能動流体移送熱交換器は、装置あたりで１，０００または１０，０
００を超えるチャネルを有することもある。個々のポテンシャル源により多くの
チャネルを接続することで、ポテンシャルの影響をより広く分布させることがで
きる。
【００６２】 本発明の能動流体移送熱交換器は、上限で１０，０００のチャネル入口を断面
積１ｃｍ2当りで有することができる。本発明の能動流体移送熱交換器は１ｃｍ2 当り少なくとも５０のチャネル入口を有することができる。代表的なの装置は１
ｃｍ2当り約１，０００のチャネル入口を有することができる。
積１ｃｍ2当りで有することができる。本発明の能動流体移送熱交換器は１ｃｍ2 当り少なくとも５０のチャネル入口を有することができる。代表的なの装置は１
ｃｍ2当り約１，０００のチャネル入口を有することができる。
【００６３】 背景の項で先に述べたように、微細な流路を有する熱交換器の例は当技術分野
において公知である。付着材料の本体から犠牲コアまたは繊維を除去して微細流
路が形成される。しかし、これらの繊維から作製されたこのような装置の用途の
範囲は制限される。繊維の脆性のためと、小さな個々の要素を一括して取り扱う
ことが一般に困難であることが理由となって使用に影響がでる。単価の高さ、鳥
猟、および形状（断面）の自由度の低さも、流体移送手段としてのこれらの繊維
の使用をさらに制限している。移送配列に有用な多数の長い中空繊維を注文する
ことは現実的には不可能なので、制限された範囲の能動流体移送熱交換の用途以
外での使用は不適切となる。
において公知である。付着材料の本体から犠牲コアまたは繊維を除去して微細流
路が形成される。しかし、これらの繊維から作製されたこのような装置の用途の
範囲は制限される。繊維の脆性のためと、小さな個々の要素を一括して取り扱う
ことが一般に困難であることが理由となって使用に影響がでる。単価の高さ、鳥
猟、および形状（断面）の自由度の低さも、流体移送手段としてのこれらの繊維
の使用をさらに制限している。移送配列に有用な多数の長い中空繊維を注文する
ことは現実的には不可能なので、制限された範囲の能動流体移送熱交換の用途以
外での使用は不適切となる。
【００６４】 実施態様の説明において先に述べた被覆層材料、または熱的な影響が与えられ
る物体の表面が、少なくとも１つの微細構造化面の少なくとも一部を封鎖する閉
鎖面となり、これによって複数の分離した流路が形成され、その中を流体が移動
することができる。被覆層は、所望の物体または媒体への熱伝達を促進する熱伝
導性材料となる。被覆層材料の内面は、微細構造化ポリマー面と面し、さらにそ
の少なくとも部分的に接触する閉鎖面となる。被覆層材料は、特定の熱交換用途
に応じて選択されることが好ましく、微細構造を有する面の組成と同様でも異な
っていてもよい。被覆層として有用な材料としては、限定するものではないが、
所望の用途に要求される熱の良導体である材料という意味では、銅箔およびアル
ミニウム箔、金属化コーティングポリマー、金属ドーピングポリマー、または熱
伝達を向上させる任意の他の材料が挙げられる。特に、微細構造面を含む層のポ
リマーと比較して熱伝導性が優れ、さらにフィルムまたは箔にすることができる
材料が望ましい。
る物体の表面が、少なくとも１つの微細構造化面の少なくとも一部を封鎖する閉
鎖面となり、これによって複数の分離した流路が形成され、その中を流体が移動
することができる。被覆層は、所望の物体または媒体への熱伝達を促進する熱伝
導性材料となる。被覆層材料の内面は、微細構造化ポリマー面と面し、さらにそ
の少なくとも部分的に接触する閉鎖面となる。被覆層材料は、特定の熱交換用途
に応じて選択されることが好ましく、微細構造を有する面の組成と同様でも異な
っていてもよい。被覆層として有用な材料としては、限定するものではないが、
所望の用途に要求される熱の良導体である材料という意味では、銅箔およびアル
ミニウム箔、金属化コーティングポリマー、金属ドーピングポリマー、または熱
伝達を向上させる任意の他の材料が挙げられる。特に、微細構造面を含む層のポ
リマーと比較して熱伝導性が優れ、さらにフィルムまたは箔にすることができる
材料が望ましい。
【００６５】 微細構造化面にマイクロチャネルを有する層と被覆層とによって形成される複
数の分離した流路を有する能動流体移送熱交換器の効果を調べるために、微細構
造を有するフィルム要素を金属箔層で覆って作製した毛細管モジュールを使用し
て加熱冷却装置を作製した。微細構造を有するフィルムは溶融ポリマーを微細構
造化ニッケル工具上にキャスティングすることによって作製し、一方の面にチャ
ネルを有する連続的なフィルムが作製された。チャネルはキャストフィルムの連
続した長さで形成された。ニッケルキャスティング工具は、平滑な銅の表面をダ
イアモンド研削工具で成形して所望の構造を形成した後、無電解ニッケルめっき
工程によって作製した。この工具を、公称深さ４５９μｍで開口幅４２０μｍの
隣接するＶ字型チャネルを有する微細構造化面が形成されたフィルムを作製する
ために使用した。これによってチャネルが形成され、被覆層で覆った場合、水力
半径が６２．５μｍとなった。フィルムの作製に使用したポリマーは、Ｅａｓｔ
ｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの低密度ポリエチレンＴｅｎｉｔｅ TM １５５０Ｐであった。Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ Ｃｏｍｐａｎｙの非イオン
性界面活性剤Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１０２をベースポリマーに溶融混合して、フィ
ルムの表面エネルギーを増大させた。
数の分離した流路を有する能動流体移送熱交換器の効果を調べるために、微細構
造を有するフィルム要素を金属箔層で覆って作製した毛細管モジュールを使用し
て加熱冷却装置を作製した。微細構造を有するフィルムは溶融ポリマーを微細構
造化ニッケル工具上にキャスティングすることによって作製し、一方の面にチャ
ネルを有する連続的なフィルムが作製された。チャネルはキャストフィルムの連
続した長さで形成された。ニッケルキャスティング工具は、平滑な銅の表面をダ
イアモンド研削工具で成形して所望の構造を形成した後、無電解ニッケルめっき
工程によって作製した。この工具を、公称深さ４５９μｍで開口幅４２０μｍの
隣接するＶ字型チャネルを有する微細構造化面が形成されたフィルムを作製する
ために使用した。これによってチャネルが形成され、被覆層で覆った場合、水力
半径が６２．５μｍとなった。フィルムの作製に使用したポリマーは、Ｅａｓｔ
ｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの低密度ポリエチレンＴｅｎｉｔｅ TM １５５０Ｐであった。Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ Ｃｏｍｐａｎｙの非イオン
性界面活性剤Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１０２をベースポリマーに溶融混合して、フィ
ルムの表面エネルギーを増大させた。
【００６６】 積層体の面の大きさは８０ｍｍ×６０ｍｍであった。使用した金属箔は、Ｒｅ
ｙｎｏｌｄｓ Ｃｏ．の厚さ０．０１６ｍｍのアルミニウムシートであった。こ
の箔とフィルムを、フィルムの線状微細構造と平行になるように両側から熱融着
させた。この方法によって、実質的に分離した流路が形成された。
ｙｎｏｌｄｓ Ｃｏ．の厚さ０．０１６ｍｍのアルミニウムシートであった。こ
の箔とフィルムを、フィルムの線状微細構造と平行になるように両側から熱融着
させた。この方法によって、実質的に分離した流路が形成された。
【００６７】 次に１組のマニホールドを毛細管モジュールの両端に取り付けた。マニホール
ドはＮａｌｇｅ Ｃｏ．（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）のＶＩグレ
ード内径３．１８ｍｍ、肉厚１．６ｍｍのチューブの側壁に切込みを入れること
で作製した。切込みは、かみそりの刃を使用して各チューブの軸に沿って直線状
に切込んだ。切込みの長さは毛細管モジュールの幅とほぼ一致するようにした。
次に各チューブを毛細管モジュールの一端に取り付け、そのままホットメルト接
着剤で接着した。毛細管モジュールのチューブ開口部の一方をホットメルト接着
剤で封止した。
ドはＮａｌｇｅ Ｃｏ．（Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）のＶＩグレ
ード内径３．１８ｍｍ、肉厚１．６ｍｍのチューブの側壁に切込みを入れること
で作製した。切込みは、かみそりの刃を使用して各チューブの軸に沿って直線状
に切込んだ。切込みの長さは毛細管モジュールの幅とほぼ一致するようにした。
次に各チューブを毛細管モジュールの一端に取り付け、そのままホットメルト接
着剤で接着した。毛細管モジュールのチューブ開口部の一方をホットメルト接着
剤で封止した。
【００６８】 試験モジュールの熱伝達能力を評価するために、モジュールに水を送り込み、
箔表面に直接氷浴を接触させて冷却した。熱交換モジュールに流入させる水の温
度は３４℃であり、対応する浴温度は０℃であった。氷浴をゆっくりと撹拌しな
がら、１５０ｍｌ／分の速度で装置に水を送り込んだ。試験モジュールに送り込
んだ水の体積は５００ｍｌであった。温度調節が行われた水の温度は２０℃とな
った。移送された流体の温度低下から、試験モジュールの熱伝達および熱除去の
有効性が認められる。
箔表面に直接氷浴を接触させて冷却した。熱交換モジュールに流入させる水の温
度は３４℃であり、対応する浴温度は０℃であった。氷浴をゆっくりと撹拌しな
がら、１５０ｍｌ／分の速度で装置に水を送り込んだ。試験モジュールに送り込
んだ水の体積は５００ｍｌであった。温度調節が行われた水の温度は２０℃とな
った。移送された流体の温度低下から、試験モジュールの熱伝達および熱除去の
有効性が認められる。
【図１】 複数の分離した流路を形成するための構造化層と熱伝導性材料の
被覆層との組み合わせを有する本発明による能動流体移送熱交換器の斜視図であ
り、これらの流路は第１マニホールドと第２マニホールドとの間で連絡され、該
第１マニホールドは複数の分離した流路にわたってポテンシャルをかけるための
供給源と接続される。
被覆層との組み合わせを有する本発明による能動流体移送熱交換器の斜視図であ
り、これらの流路は第１マニホールドと第２マニホールドとの間で連絡され、該
第１マニホールドは複数の分離した流路にわたってポテンシャルをかけるための
供給源と接続される。
【図２】 図１の能動流体移送熱交換器の斜視図の図１の線２−２に沿った
拡大部分断面図である。
拡大部分断面図である。
【図３ａ】 本発明による熱交換器に使用することができる実現可能な流れ
チャネルを説明するための構造化層の端面図である。
チャネルを説明するための構造化層の端面図である。
【図３ｂ】 本発明による熱交換器に使用することができる実現可能な流れ
チャネルを説明するための構造化層の端面図である。
チャネルを説明するための構造化層の端面図である。
【図３ｃ】 本発明による熱交換器に使用することができる実現可能な流れ
チャネルを説明するための構造化層の端面図である。
チャネルを説明するための構造化層の端面図である。
【図４】 積層体内部で熱伝導性被覆層と交互に配置する微細構造化層の積
層体の端面図であり、被覆層の底部主面が下位の層の微細構造化面を塞ぎ、複数
の分離した流路が形成される。
層体の端面図であり、被覆層の底部主面が下位の層の微細構造化面を塞ぎ、複数
の分離した流路が形成される。
【図５ａ】 本発明による熱交換器で使用することができる別の非線状チャ
ネル構造を説明する構造化層の平面図である。
ネル構造を説明する構造化層の平面図である。
【図５ｂ】 本発明による熱交換器で使用することができる別の非線状チャ
ネル構造を説明する構造化層の平面図である。
ネル構造を説明する構造化層の平面図である。
【図６】 能動流体移送熱交換器の一部の斜視図であり、互いに積層された
微細構造化層を有し、積層化層の構造化面と隣接する部分および反対の面との間
には熱伝導性材料の被覆層が配置され、それによって分離した流路が形成され、
このように層が配置することによって２つの分離した流体が流路を通過すること
による能動流体移送が可能となり、ある流体から別の流体への熱伝達が促進され
る。
微細構造化層を有し、積層化層の構造化面と隣接する部分および反対の面との間
には熱伝導性材料の被覆層が配置され、それによって分離した流路が形成され、
このように層が配置することによって２つの分離した流体が流路を通過すること
による能動流体移送が可能となり、ある流体から別の流体への熱伝達が促進され
る。
【図７ａ】 １組の微細構造化層の部分端面図であり、層の構造化面の間に
熱伝導性材料層が配置して２つの流体間の熱伝達が可能となる実現可能なチャネ
ル構成を示している。
熱伝導性材料層が配置して２つの流体間の熱伝達が可能となる実現可能なチャネ
ル構成を示している。
【図７ｂ】 １組の微細構造化層の部分端面図であり、層の構造化面の間に
熱伝導性材料層が配置して２つの流体間の熱伝達が可能となる実現可能なチャネ
ル構成を示している。
熱伝導性材料層が配置して２つの流体間の熱伝達が可能となる実現可能なチャネ
ル構成を示している。
【図８】 能動流体移送装置の多目的な用途を示しており、一例として、熱
的な影響を患者に与える医療処置の際に、患者の下に可撓性能動流体移送熱交換
器を配置した使用法が挙げられている。
的な影響を患者に与える医療処置の際に、患者の下に可撓性能動流体移送熱交換
器を配置した使用法が挙げられている。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年９月１８日（２０００．９．１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ Ｆターム(参考） 3L103 BB20 BB45 CC01 CC21 DD58 DD93
Claims (12)
- 【請求項１】 （ａ）第１主面および第２主面を有するポリマー材料第１層
であって、前記第１主面が、前記第１層の面に沿って第１点から第２点まで延在
し、最小アスペクト比が約１０：１で水力半径が約３００μｍ以下である複数の
流れチャネルを有する構造化面を含む第１層と、 （ｂ）構造化ポリマー面の少なくとも一部の上に重ねられ、複数の実質的に分
離した流路を形成するために前記複数の流れチャネルの少なくとも一部を覆う閉
鎖面を含む第１被覆層と、 （ｃ）ポテンシャル源からのポテンシャルにより、第１ポテンシャルから第２
ポテンシャルへの流体移動を促進可能とする、前記実質的に分離した流路と流体
的に接続されたマニホールドを含み、このような流体の移動によって材料の前記
第１被覆層に熱的な影響が与えられ、移動する流体と前記第１被覆層との間の熱
伝達が促進される能動流体移送を利用する熱交換器。 - 【請求項２】 前記第１被覆層が第１主面および第２主面を有するポリマー
材料第２層を含み、前記第２層の前記第１主面が複数の流れチャネルを有する構
造化面を含み、前記第２層の前記第２主面が、前記第１層の前記複数の実質的に
分離した流路を形成する前記閉鎖面を提供する請求項１に記載の熱交換器。 - 【請求項３】 第１主面および第２主面を有するポリマー材料の追加の層を
少なくとも１つさらに含み、それぞれの追加の層の前記第１主面が複数の流れチ
ャネルを有する構造化面を含み、ポリマー材料の前記第１層、第２層、および追
加の層が互いの層の上に積層され、実質的に分離した流路の複数の配列した列を
有する積層配列が形成される請求項１または２に記載の熱交換器。 - 【請求項４】 材料の第２被覆層をさらに含み、前記ポリマー材料第２層の
前記第２主面の少なくとも一部が前記第１被覆層に固定され、前記第２被覆層が
ポリマー材料の前記第２層の前記構造化面の少なくとも一部に固定されて、実質
的に分離した流路が形成される請求項３に記載の熱交換器。 - 【請求項５】 前記ポリマー材料第２層の前記第１主面の前記構造化面の少
なくとも一部が前記第２被覆層に固定され、前記ポリマー材料第２層の前記流体
チャネルが覆われて実質的に分離した流路が形成される請求項１から４のいずれ
か１項に記載の熱交換器。 - 【請求項６】 前記ポリマー材料第１層の前記流れチャネルと、前記ポリマ
ー材料第２層の前記流れチャネルとが、実質的に線状であり、互いがある角度関
係で配列する請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。 - 【請求項７】 複数のポリマー材料層をさらに含み、前記複数のポリマー材
料層のそれぞれは、前記層に形成された構造化面で定められる第１主面を有し、
前記構造化面は、前記層の面に沿って第１点から第２点まで延在する複数の流体
チャネルを有し、前記複数の流体チャネルは最小アスペクト比約１０：１で水力
半径が約３００μｍ以下であり、前記複数のポリマー材料層と前記第１被覆層と
が、前記第１被覆層が隣接する１組のポリマー材料層の間にはさまれた状態で積
層配列構造に配列し、それによって前記第１被覆層が、前記隣接する１組のポリ
マー材料層のうちの１層の前記構造化面の少なくとも一部を覆い、実質的に分離
した流路が形成される請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。 - 【請求項８】 複数の被覆層が前記ポリマー材料層の間にはさまれ、これら
のポリマー材料の層の前記構造化面の少なくとも一部が覆われ、実質的に分離し
た流路の複数の配列した列が形成される請求項７に記載の熱交換器。 - 【請求項９】 前記第１被覆層が前記ポリマー材料第１層よりも熱伝導率が
大きい請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器。 - 【請求項１０】 前記第１被覆層がその組成中に金属を含む請求項１から９
のいずれか１項に記載の熱交換器。 - 【請求項１１】 前記第１被覆層が金属箔を含む請求項１から１０のいずれ
か１項に記載の熱交換器。 - 【請求項１２】 熱伝達流体と、熱交換器の近傍で熱的な影響が与えられる
別の媒体との間における熱伝達方法であって、 （ａ）第１主面と第２主面とを有するポリマー材料層を含み、前記第１主面が
前記層の面に沿って第１点から第２点まで延在する複数の流れチャネルを有する
構造化面を含む熱交換器を提供する工程と、 （ｂ）所定の初期温度を有する熱交換流体の供給源が前記流路と接続する工程
と、 （ｃ）前記熱交換器内で別の媒体と前記流体との間で熱伝導が起こる位置に前
記熱交換器を配置する工程と、 （ｄ）前記熱交換器の前記流路にわたってポテンシャル源を供給し、それによ
って第１ポテンシャルから第２ポテンシャルまで前記流路内を前記流体が移動し
、前記流体の移動によって、前記移動流体と前記他の媒体との間で熱を伝達し、
前記熱交換器の近傍の前記媒体に熱的な影響を与える工程と、 を含む方法。
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