JP2018096624A - 流体流通装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】マイクロチャネルに閉塞が発生した場合であっても、流体の流通による処理の効率が大幅に低下するのを防いで、稼働率の低下を防ぐことが可能な流体流通装置を提供する。【解決手段】流体流通装置1は、ある方向に延びるとともにその方向に対して交差する方向に並ぶように配列されていて第2流体をそれぞれ流通させる複数の第2流路22と、その複数の第2流路22の配列方向において隣り合う第2流路22同士を繋いで連通させる導入部連通部75、第1〜第3連通部78,79,80とが内部に形成された構造体2を備える。【選択図】図3

Description

本発明は、流体流通装置に関する。
従来、流体を内部に流通させる流体流通装置であって、流体を流通させる多数のマイクロチャネルが内部に設けられたものが知られている。例えば、下記特許文献1には、このような流体流通装置の一例が開示されている。
具体的に、特許文献1には、流体流通装置の一例としてのマイクロチャネル熱交換器が開示されている。このマイクロチャネル熱交換器は、高温流体を流通させる複数のマイクロチャネルが配列された高温部層と、低温流体を流通させる複数のマイクロチャネルが配列された低温部層とが隔壁を介して積層された積層体を備えている。そして、前記積層体において、高温部層のマイクロチャネルを流れる高温流体と低温部層のマイクロチャネルを流れる低温流体との間で熱交換が行われるようになっている。
特開2010−286229号公報
従来の流体流通装置では、マイクロチャネル内で閉塞が発生することにより、閉塞した部位以降の流路に流体が流れなくなり、その結果、当該流体流通装置の稼働率が大幅に低下する虞がある。
具体的に、例えば流体に粘性の高い機械油や錆などの異物が混ざっている場合には、その異物によってマイクロチャネル内で閉塞が発生する場合がある。また、熱交換によって流体が非常に低温まで降温した場合に、その流体の凍結によってマイクロチャネル内で閉塞が発生する場合もある。マイクロチャネル内で閉塞が発生した場合には、そのマイクロチャネルには流体を流通させることができなくなるため、流体を流通させて行う処理の効率が低下する。流体流通装置では、ある一定期間は継続して流体を流通させて処理を実施したいが、このように閉塞が発生したことにより流体の流通による処理の効率が低下した場合には、閉塞を除去するメンテナンス作業を行う必要がある。この場合には、流体の流通を停止せざるを得ず、その結果、流体流通装置の稼働率が大幅に低下する。
本発明の目的は、マイクロチャネルに閉塞が発生した場合であっても、流体の流通による処理の効率が大幅に低下するのを防いで、稼働率の低下を防ぐことが可能な流体流通装置を提供することである。
本発明により提供されるのは、流体を流通させる流体流通装置であって、当該流体流通装置は、ある方向に延びるとともにその方向に対して交差する方向に並ぶように配列されていて前記流体をそれぞれ流通させる複数のマイクロチャネルと、その複数のマイクロチャネルの配列方向において隣り合うマイクロチャネル同士を繋いで連通させる少なくとも1つの連通部とが内部に形成された構造体を備える。
この流体流通装置では、連通部により連通された隣り合う2つのマイクロチャネルのうちの一方のマイクロチャネルにおいて連通部よりも上流の位置で閉塞が発生した場合に、他方のマイクロチャネルから連通部を通じてその一方のマイクロチャネルへ流体を導くことができる。このため、閉塞が発生した前記一方のマイクロチャネルのうち連通部の接続箇所よりも下流の部分は、流体の流通による処理に寄与できる。このため、流体の流通による処理の効率が大幅に低下するのを防ぐことができ、その結果、一定期間は流体の流通を停止させることなくその流体の流通による処理を継続して実施できる。このため、流体流通装置の稼働率の低下を防ぐことができる。
前記流体流通装置において、前記複数のマイクロチャネルは、前記構造体内においてある方向に延びるとともにその方向に対して交差する方向に並ぶように配列されていて第1流体をそれぞれ流通させる複数の第1マイクロチャネルと、前記構造体内において、前記第1流路が延びる方向及びその第1流路の配列方向の両方に対して垂直な並列方向に前記複数の第1マイクロチャネルの列から間隔をあけて配置されるとともに当該第1マイクロチャネルの列と並列に配列され、第2流体をそれぞれ流通させる複数の第2マイクロチャネルとを含み、前記構造体は、当該構造体を前記並列方向から見た場合に前記複数の第1マイクロチャネルが配列されている配列範囲と、前記配列範囲の外側に位置していて前記第1マイクロチャネルが配列されていない非配列範囲とを有し、前記少なくとも1つの連通部は、前記非配列範囲に設けられていて、隣り合う前記第2マイクロチャネル同士を連通させる非配列範囲連通部を含むことが好ましい。
この構成によれば、非配列範囲連通部は前記並列方向において第1マイクロチャネルと重ならないから、前記並列方向における構造体の肉厚が第1マイクロチャネルに加えて当該非配列範囲連通部により局所的に減少することがない。このため、構造体の強度が局所的に低下するのを防ぐことができる。
この場合において、前記各第2マイクロチャネルは、前記非配列範囲に配置されている部分であって当該第2マイクロチャネルの入口から下流側の所定の範囲にわたる部分である導入部を有し、前記非配列範囲連通部は、隣り合う前記第2マイクロチャネルの前記導入部同士を連通させることが好ましい。
この構成によれば、第2マイクロチャネルのうち閉塞を生じやすい入口の下流側の近傍の部分である導入部に、隣の第2マイクロチャネルの導入部から非配列範囲連通部を通じて第2流体を導くことができる。このため、第2マイクロチャネルのうち閉塞を生じやすい入口の下流側の領域を第2流体の流通による処理に寄与させることができる。
前記流体流通装置において、前記各マイクロチャネルは、曲折部と、その曲折部の下流側に連続する下流部とを有し、前記少なくとも1つの連通部は、隣り合う前記マイクロチャネルの前記下流部同士を連通させる下流部連通部を含むことが好ましい。
この構成によれば、マイクロチャネルのうち閉塞を生じやすい曲折部の下流側に連続する下流部に、隣のマイクロチャネルの下流部から下流部連通部を通じて流体を導くことができる。このため、マイクロチャネルのうち閉塞を生じやすい曲折部の下流側の領域を流体の流通による処理に寄与させることができる。
前記流体流通装置において、前記複数のマイクロチャネルは、前記構造体内においてある方向に延びるとともにその方向に対して交差する方向に並ぶように配列されていて第1流体をそれぞれ流通させる複数の第1マイクロチャネルと、前記構造体内において、前記第1流路が延びる方向及びその第1流路の配列方向の両方に対して垂直な並列方向に前記複数の第1マイクロチャネルの列から間隔をあけて配置されるとともに当該第1マイクロチャネルの列と並列に配列され、第2流体をそれぞれ流通させる複数の第2マイクロチャネルとを含み、前記構造体は、当該構造体を前記並列方向から見た場合に前記複数の第1マイクロチャネルが配列されている配列範囲と、前記配列範囲の外側に位置していて前記第1マイクロチャネルが配列されていない非配列範囲とを有し、前記少なくとも1つの連通部は、前記配列範囲に設けられていて、隣り合う前記第2マイクロチャネルのうち前記配列範囲に配置された部分同士を連通させる複数の配列範囲連通部を含み、前記複数の配列範囲連通部は、前記並列方向から見て当該配列範囲連通部と重なる前記第1流路と交差する方向に並んでいることが好ましい。
この構成によれば、複数の配列範囲連通部がそれらと重なる第1流路の延びる方向と一致する方向に並ぶ場合のようにその複数の配列範囲連通部と第1流路によって構造体内に局所的に強度が低下する箇所が形成されるのを防ぐことができる。
前記流体流通装置において、前記連通部は、前記マイクロチャネルの流路幅以下の幅を有することが好ましい。
この構成によれば、連通部の箇所で流体流通装置の構造体の耐圧性能が低下するのを防ぐことができる。
以上説明したように、本発明によれば、マイクロチャネルに閉塞が発生した場合であっても、流体の流通による処理の効率が大幅に低下するのを防いで、稼働率の低下を防ぐことが可能な流体流通装置を提供できる。
本発明の一実施形態による流体流通装置の概略的な斜視図である。 図1に示した流体流通装置の構造体を構成する第1基板の平面図である。 図1に示した流体流通装置の構造体を構成する第2基板の平面図である。 構造体のうち第1流路が形成された第1基板と第2流路が形成された第2基板の積層部分の部分的な断面図である。 本発明の一実施形態における構造体の第2流路の入口及び導入部の近傍の構成とその入口で閉塞が発生した場合の第2流体の流れ方を示す図である。 図3中のA領域における第2流路の構成と第1曲折部で閉塞が発生した場合の第2流体の流れ方を示す図である。 連通部が設けられていない比較例による構造体の第2流路の入口及び導入部の近傍の図5相当図である。 連通部が設けられていない比較例による構造体の第2流路の図6相当図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1には、本発明の一実施形態による流体流通装置1の全体構成が示されている。本実施形態による流体流通装置1は、熱交換器であり、第1流体と第2流体を内部に流通させながらそれらの流体同士を熱交換させる処理を行うものである。流体流通装置1は、構造体2と、第1供給ヘッダ3と、第2供給ヘッダ4と、第1排出ヘッダ5と、第2排出ヘッダ6とを備える。
構造体2は、第1流体を流通させるマイクロチャネルである多数の第1流路21(図2参照)と、第2流体を流通させるマイクロチャネルである多数の第2流路22(図3参照)と、隣り合う第2流路22同士を繋いで連通させる複数の連通部30とが内部に形成されたブロック状のものであり、直方体状を呈する。第1流路21は、本発明における第1マイクロチャネルの一例であり、第2流路22は、本発明における第2マイクロチャネルの一例である。構造体2は、複数の第1流路21がそれぞれ設けられた複数の第1基板11と、複数の第2流路22及び複数の連通部30がそれぞれ設けられた複数の第2基板12とを有する。
第1基板11及び第2基板12は、その厚み方向の一方側から見て同一の長方形状の外形を有する平板である。これらの第1基板11及び第2基板12は、例えばステンレス鋼板からなる。構造体2は、第1基板11と第2基板12が交互に積層されて互いに接合されることによって形成された積層体である。これにより、構造体2では、第1基板11に配列された複数の第1流路21と第2基板12に配列された複数の第2流路22とがそれらの基板の積層方向において交互に並んでいる。構造体2は、積層された各基板11,12の板面に対して垂直な4つの側面を有する。この4つの側面は、各基板11,12の四辺に対応する各端面によって形成される。
具体的には、各基板11,12は、それらの長方形状の外形の一対の短辺を構成する一対の短端面と、その短端面に対して垂直であり、長方形状の外形の一対の長辺を構成する一対の長端面とをそれぞれ有する。構造体2の4つの側面には、一対の短側面7,8と、一対の長側面9,10とが含まれる。一方の短側面7は、積層された各基板11,12の一方の短端面が連続することによって形成され、他方の短側面8は、積層された各基板11,12の他方の短端面が連続することによって形成されている。一方の短側面7と他方の短側面8とは、互いに反対側の側面である。また、一方の長側面9は、積層された各基板11,12の一方の長端面が連続することによって形成され、他方の長側面10は、積層された各基板11,12の他方の長端面が連続することによって形成されている。一方の長側面9と他方の長側面10とは、互いに反対側の側面である。また、短側面7,8と長側面9,10は、互いに垂直に配置されている。各基板11,12の長辺の延びる方向における長側面9,10の長さは、各基板11,12の短辺の延びる方向における短側面7,8の長さよりも大きい。
各第1基板11の一方の板面には、図2に示すように、複数の第1流路21を構成する複数の第1溝23が形成されている。各第1溝23は、例えばエッチングにより形成されている。各第1基板11の一方の板面において、各第1溝23は、その第1基板11の短辺の延びる方向に間隔をあけて並ぶように配列されている。また、各第1溝23は、第1基板11の長辺と平行にその第1基板11の一方の短端面から他方の短端面に亘って直線的に延びている。各第1溝23は、その延びる方向に対して垂直な断面において、図4に示すように円弧状の断面を呈する。第1基板11の一方の板面における各第1溝23の開口がその板面上に積層された第2基板12で封止されることによって、その一方の板面に配列された複数の第1流路21が形成されている。
各第1流路21は、構造体2内において前記長側面9,10と平行な方向に直線的に延びるとともに、その延びる方向に対して直交する方向に間隔をあけて並ぶように配列されている。各第1流路21は、その延びる方向に対して垂直な断面において半円状の断面を呈する。各第1流路21は、第1流体を受け入れる入口21a(図2参照)をその一端に有し、当該第1流路21を流れた第1流体を流出させる出口21bを入口21aと反対側の端部に有する。入口21aは、構造体2の一方の短側面7において開口し、出口21bは、構造体2の他方の短側面8において開口している。
各第2基板12(図3参照)の一方の板面には、複数の第2流路22を構成する複数の第2溝32が形成されている。各第2溝32は、例えばエッチングにより形成されている。各第2溝32は、図4に示すように第1溝23の断面と同様の円弧状の断面を有する。第2基板12の一方の板面における各第2溝32の開口がその板面上に積層された第1基板11で封止されることによって、その一方の板面に配列された複数の第2流路22が形成されている。
各第2流路22は、本実施形態では、全体として大きく蛇行した形状となっている。各第2流路22は、第2流体を受け入れる入口22aをその一端に有し、当該第2流路22を流れた第2流体を流出させる出口22bを入口22aと反対側の端部に有する。入口22aは、構造体2の一方の長側面9のうち前記他方の短側面8寄りの領域において開口している。すなわち、入口22aは、構造体2の一方の長側面9において、第1流路21の出口21b寄りの位置に配置されている。また、出口22bは、構造体2の他方の長側面10のうち前記一方の短側面7寄りの領域において開口している。すなわち、出口22bは、構造体2の他方の長側面10において、第1流路21の入口21a寄りの位置に配置されている。
複数の第2流路22は、構造体2内において、前記第1流路21が延びる方向及び第1基板11上における複数の第1流路21の配列方向の両方に対して垂直な並列方向に、第1基板11上の複数の第1流路21の列から間隔をあけて配置されている。前記並列方向は、基板11,12の積層方向に一致する方向である。第2基板12上の複数の第2流路22は、第1基板11上の複数の第1流路21の列と並列に配列されており、当該第2流路22を流れる第2流体と第1流路21を流れる第1流体とが互いに熱交換可能となっている。
各第2流路22は、図3に示すように、第1〜第7横直線部41,42,43,44,45,46,47と、第1〜第6縦直線部51,52,53,54,55,56と、第1〜第12曲折部61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72とを有する。
第1横直線部41は、入口22aから前記他方の長側面10へ向かって前記短側面7,8と平行に直線的に延びる部分である。すなわち、第1横直線部41の一端は前記一方の長側面9に設けられており、その一端に入口22aが設けられている。
第1曲折部61は、第1横直線部41の前記他方の長側面10寄りの端部に繋がっている。第1曲折部61は、第1横直線部41が延びる方向から長側面10に平行な方向に沿って前記一方の短側面7へ向かうように第2流路22が向きを変える部分である。
第1縦直線部51は、第1曲折部61の下流側に繋がり、前記長側面9,10と平行に直線的に延びる部分である。
第2曲折部62は、第1縦直線部51の前記一方の短側面7寄りの端部に繋がっている。第2曲折部62は、第1縦直線部51が延びる方向から短側面8に平行な方向に沿って前記一方の長側面9へ向かうように第2流路22が向きを変える部分である。
第2横直線部42は、第2曲折部62の下流側に繋がり、前記短側面7,8と平行に直線的に延びる部分である。
第3曲折部63は、第2横直線部42の前記一方の長側面9寄りの端部に繋がっている。第3曲折部63は、第2横直線部42が延びる方向から長側面9と平行な方向に沿って前記一方の短側面7へ向かうように第2流路22が向きを変える部分である。
第2縦直線部52は、第3曲折部63の下流側に繋がり、前記長側面9,10と平行に直線的に延びる部分である。
第4曲折部64は、第2縦直線部52の前記一方の短側面7寄りの端部に繋がっている。第4曲折部64は、第2縦直線部52が延びる方向から短側面8に平行な方向に沿って前記他方の長側面10へ向かうように第2流路22が向きを変える部分である。
第3横直線部43は、第4曲折部64の下流側に繋がり、前記短側面7,8と平行に直線的に延びる部分である。
そして、第3横直線部43の前記他方の長側面10寄りの端部に第5曲折部65が繋がっている。また、その第5曲折部65から下流側に第3縦直線部53、第6曲折部66、第4横直線部44、第7曲折部67、第4縦直線部54、第8曲折部68、第5横直線部45、第9曲折部69、第5縦直線部55、第10曲折部70、第6横直線部46、第11曲折部71、第6縦直線部56、第12曲折部72、第7横直線部47がこの順番で繋がっている。
第5曲折部65、第3縦直線部53、第6曲折部66、第4横直線部44、第7曲折部67、第4縦直線部54、第8曲折部68及び第5横直線部45からなる領域の構成は、前記第1曲折部61、前記第1縦直線部51、前記第2曲折部62、前記第2横直線部42、前記第3曲折部63、前記第2縦直線部52、前記第4曲折部64及び前記第3横直線部43からなる領域の構成と同様である。また、第9曲折部69、第5縦直線部55、第10曲折部70、第6横直線部46、第11曲折部71、第6縦直線部56及び第12曲折部72からなる領域の構成は、前記第1曲折部61、前記第1縦直線部51、前記第2曲折部62、前記第2横直線部42、前記第3曲折部63、前記第2縦直線部52及び前記第4曲折部64からなる領域の構成と同様である。
第7横直線部47は、前記他方の長側面10まで延びており、その長側面10上の一端に第2流路22の出口22bが設けられている。
構造体2は、当該構造体2を前記並列方向(前記積層方向)から見た場合に複数の第1流路21が配列されている範囲である配列範囲2aと、その並列方向から見た場合に配列範囲2aの両外側に位置していて第1流路21が配列されていない一対の非配列範囲2bとを有する。配列範囲2aは、前記並列方向から見た場合に、構造体2の大部分を占めており、第1流路21の配列方向において構造体2の中央に配置されている。一方の非配列範囲2bは、構造体2のうち一方の長側面9からその一方の長側面9側の配列範囲2aの端までの範囲である。他方の非配列範囲2bは、構造体2のうち他方の長側面10からその他方の長側面10側の配列範囲2aの端までの範囲である。
各第2流路22の入口22aは、一方の非配列範囲2bに配置されている。各第2流路22は、導入部22cと、導出部22dと、有効領域22eとを有する。
導入部22cは、第2流路22のうち一方の非配列範囲2bに配置された部分である。すなわち、導入部22cは、第2流路22のうち入口22aから下流側の所定の僅かな範囲にわたる部分である。換言すれば、導入部22cは、前記第1横直線部41の上流端近傍の部分であり、入口22a近傍の部分である。具体的には、導入部22cは、第2流路22のうち入口22aから前記一方の非配列範囲2bと配列範囲2aとの間の境界までの部分である。
導出部22dは、出口22bの上流側に連続する部分であって他方の非配列範囲2bに配置された部分である。すなわち、この導出部22dは、前記第7横直線部47の下流端近傍の部分であり、出口22b近傍の部分である。具体的には、導出部22dは、第2流路22のうち出口22bから前記他方の非配列範囲2bと配列範囲2aとの間の境界までの部分である。
有効領域22eは、第2流体が前記配列範囲2aに設けられた第1流路21を流れる第1流体との間で熱交換するように当該第2流体を流通させる部分である。この有効領域22eは、第2流路22のうち導入部22cと導出部22d以外の部分、すなわち導入部22cと導出部22dとの間の部分である。具体的には、有効領域22eは、第2流路22のうち配列範囲2aに配置された部分である。
各連通部30(図3、図5及び図6参照)は、第2基板12における第2流路22の配列方向において隣り合う第2流路22同士を繋いで連通させるものである。複数の連通部30には、複数の導入部連通部75と、複数の有効領域連通部76とが含まれる。
導入部連通部75は、第2基板12において隣り合う第2流路22の導入部22c同士を繋いで連通させるものである。この導入部連通部75は、その全体が非配列範囲2bに設けられている。すなわち、導入部連通部75は、本発明における非配列範囲連通部の一例である。導入部連通部75は、各導入部22cの隣り合うもの同士の間にそれぞれ設けられている。第2基板12上に設けられた複数の導入部連通部75は、導入部22cが延びる方向に対して直交する方向に一列に並んでいる。この複数の導入部連通部75により、第2基板12上に設けられた全ての第2流路22の導入部22cが互いに連通されている。
複数の導入部連通部75は、第2基板12の一方の板面において開口するように当該第2基板12の非配列範囲2bに形成された導入部連通溝75aによって形成される。具体的に、非配列範囲2bには、各第2溝32に対して直交するように1本の導入部連通溝75aが形成されている。導入部連通溝75aは、その導入部連通溝75aが延びる方向に対して垂直な断面において円弧状の断面を呈する。導入部連通溝75aは、第2溝32の最大深さと同じ最大深さを有する。第2基板12の前記一方の板面に形成された導入部連通溝75aの開口がその板面上に積層された第1基板11で封止されることによって、隣り合う導入部22c同士の間に導入部連通部75が形成されている。導入部連通部75は、第2流路22の流路幅Wa(導入部22cの流路幅)以下の幅Wiを有する。なお、導入部連通部75の幅Wiは、複数の第2流路22のうち当該導入部連通部75が連通させる部位(導入部22c)の配列方向及び前記並列方向の両方に対して直交する方向における当該導入部連通部75の両端間の距離のことである。また、前記の配列方向及び並列方向に対して直交する方向、すなわち導入部22cが延びる方向における入口22aと導入部連通部75との間の距離は、第2流路22の流路幅Waよりも大きくなっている。
複数の有効領域連通部76は、第2流路22の配列方向において隣り合う第2流路22の有効領域22e同士を繋いで連通させるものである。有効領域連通部76は、本発明における配列範囲連通部の一例である。有効領域連通部76は、配列範囲2aに設けられている。本実施形態では、複数の有効領域連通部76は、複数の第1連通部78と、複数の第2連通部79と、複数の第3連通部80とを含む。第1連通部78は、第1、第2及び第3連通部53,54,55の中で有効領域22eの最も上流側の箇所を連通させている。第2連通部79は、有効領域22eのうち第1連通部78よりも下流側の箇所を連通させている。第3連通部80は、有効領域22eのうち第2連通部79よりもさらに下流側の箇所を連通させている。
具体的に、第1連通部78は、隣り合う第2流路22のうち第1曲折部61の下流側に連続する第1縦直線部51同士を繋いで連通させている。第1縦直線部51は本発明における下流部の一例であり、第1連通部78は本発明における下流部連通部の一例である。第1連通部78は、各第1縦直線部51の隣り合うもの同士の間にそれぞれ設けられている。第2基板12上に設けられた複数の第1連通部78は、前記並列方向から見て第1縦直線部51が延びる方向に対して直交する方向に一列に並んでいる。また、この複数の第1連通部78は、前記積層方向から見てそれらが重なる第1流路21が延びる方向と直交する方向に一列に並んでいる。この複数の第1連通部78により、第2基板12上に設けられた全ての第2流路22の第1縦直線部51が互いに連通されている。
複数の第1連通部78は、第2基板12の一方の板面において開口するように当該第2基板12に形成された第1連通溝78aによって形成される。具体的に、第2基板12には、各第2溝32の第1縦直線部51を構成する部分に対して直交するように1本の第1連通溝78aが形成されている。第1連通溝78aは、その延びる方向に対して垂直な断面において円弧状の断面を呈する。また、第1連通溝78aは、その延びる方向に沿った断面において図4に示すような形状を呈する。第1連通溝78aは、第2溝32の最大深さと同じ最大深さを有する。第2基板12の前記一方の板面に形成された第1連通溝78aの開口がその板面上に積層された第1基板11で封止されることによって、隣り合う第1縦直線部51同士の間に第1連通部78が形成されている。第1連通部78は、第2流路22の流路幅Wa(第1縦直線部51の流路幅)以下の幅W1を有する。なお、第1連通部78の幅W1は、複数の第2流路22のうち当該第1連通部78が連通させる部位(第1縦直線部51)の配列方向及び前記並列方向の両方に対して直交する方向における当該第1連通部78の一端から他端までの距離のことである。
第2連通部79は、隣り合う第2流路22のうち第3曲折部63の下流側に連続する第2縦直線部52同士を繋いで連通させている。第2基板12上に設けられた複数の第2連通部79は、前記複数の第1連通部78と同様に構成されている。第2縦直線部52は本発明における下流部の一例であり、第2連通部79は本発明における下流部連通部の一例である。
第3連通部80は、隣り合う第2流路22のうち第5曲折部65の下流側に連続する第3縦直線部53同士を繋いで連通させている。第2基板12上に設けられた複数の第3連通部80は、前記複数の第1連通部78と同様に構成されている。第3縦直線部53は本発明における下流部の一例であり、第3連通部80は本発明における下流部連通部の一例である。
第1供給ヘッダ3(図1及び図2参照)は、構造体2に取り付けられ、その構造体2内に設けられた全ての第1流路21の各入口21aへ第1流体を分配して供給するものである。第1流体は、例えば低温の流体である。第1供給ヘッダ3は、第1流路21の入口21aが開口する前記一方の短側面7に取り付けられている。第1供給ヘッダ3は、前記一方の短側面7において開口する全ての入口21aを全体的に覆っている。これにより、第1供給ヘッダ3の内側の空間が各入口21aと連通している。第1供給ヘッダ3には図略の供給配管が接続されており、その供給配管を通じて第1供給ヘッダ3へ供給された第1流体が、第1供給ヘッダ3の内側の空間から各入口21aへ分配されるようになっている。
第1排出ヘッダ5(図1及び図2参照)は、構造体2に取り付けられ、その構造体2内に設けられた全ての第1流路21の出口21bから流出する第1流体を受けるものである。第1排出ヘッダ5は、第1流路21の出口21bが開口する前記他方の短側面8に取り付けられている。第1排出ヘッダ5は、前記他方の短側面8において開口する全ての出口21bを全体的に覆っている。これにより、第1排出ヘッダ5の内側の空間が各出口21bと連通している。第1排出ヘッダ5には図略の排出配管が接続されており、各出口21bから第1排出ヘッダ5の内側の空間に流出した第1流体が、この排出配管を通じて排出されるようになっている。
第2供給ヘッダ4(図1及び図3参照)は、構造体2に取り付けられ、その構造体2内に設けられた全ての第2流路22の各入口22aへ第2流体を分配して供給するものである。第2流体は、例えば第1流体よりも高温の流体である。第2供給ヘッダ4は、第2流路22の入口22aが開口する前記一方の長側面9に取り付けられている。第2供給ヘッダ4は、前記一方の長側面9において開口する全ての入口22aを全体的に覆っている。これにより、第2供給ヘッダ4の内側の空間が各入口22aと連通している。第2供給ヘッダ4には図略の供給配管が接続されており、その供給配管を通じて第2供給ヘッダ4へ供給された第2流体が、第2供給ヘッダ4の内側の空間から各入口22aへ分配されるようになっている。
第2排出ヘッダ6(図1及び図3参照)は、構造体2に取り付けられ、その構造体2内に設けられた全ての第2流路22の出口22bから流出する第2流体を受けるものである。第2排出ヘッダ6は、第2流路22の出口22bが開口する前記他方の長側面10に取り付けられている。第2排出ヘッダ6は、前記他方の長側面10において開口する全ての出口22bを全体的に覆っている。これにより、第2排出ヘッダ6の内側の空間が各出口22bと連通している。第2排出ヘッダ6には図略の排出配管が接続されており、各出口22bから第2排出ヘッダ6の内側の空間に流出した第2流体が、この排出配管を通じて排出されるようになっている。
本実施形態による流体流通装置1では、導入部連通部75により隣り合う第2流路22の導入部22c同士が連通されているため、導入部22cにおいて導入部連通部75よりも上流の位置で閉塞が発生した場合には、その閉塞が発生した導入部22cの隣の導入部22cから導入部連通部75を通じて導入部22cの閉塞箇所の下流側へ第2流体を導入することができる。
具体的には、例えば第2流体が高圧ガスでそのガス中に高粘性の油が異物として混ざっている場合がある。また、第2流体が液体でその液体中に外部の配管で生じた錆が異物として混ざっている場合がある。これらの場合には、第2供給ヘッダ4から各第2流路22の入口22aへ第2流体が分配されたときに、その第2流体に含まれる異物によって、ある第2流路22の導入部22cの入口22aに閉塞100(図5参照)が発生する場合がある。また、第2流体が第1流体との熱交換により冷却されて凍結し、その凍結による閉塞100が入口22aで発生する場合もある。これらの場合、閉塞100が発生した入口22aからその入口22aの下流側に連なる導入部22cに第2流体が導入されなくなる。しかしながら、本実施形態では、閉塞100が発生した導入部22cは、その隣の導入部22cと導入部連通部75を介して連通しているため、その隣の導入部22cから閉塞100が発生した導入部22cに導入部連通部75を通じて第2流体が導入される。
一方、図7に示す比較例のように、隣り合う第2流路22の導入部22c同士が連通していない構成では、導入部22cの入口22aで閉塞100が発生すると、その導入部22cには第2流体が流入しなくなる。この場合、その入口22aで閉塞100が発生した第2流路22には第2流体を流通させることができなくなるため、この第2流路22は流体流通装置1における熱交換の処理に全く寄与できなくなる。その結果、流体流通装置1における熱交換の処理の効率が大幅に低下するため、流体の流通を停止させて閉塞100を除去するメンテナンス作業を行う必要があり、流体流通装置1の稼働率が低下する。
これに対し、本実施形態では、前記のように導入部連通部75を通じて隣の導入部22cから閉塞100の下流側の導入部22cに第2流体が導入されるため、入口22aで閉塞100が発生した第2流路22に第2流体を流通させて第1流路21を流れる第1流体との熱交換の処理のために寄与させることができる。このため、流体流通装置1における熱交換の処理の効率が大幅に低下するのを防ぐことができ、一定期間は閉塞100を除去するメンテナンス作業を行わなくても熱交換の処理を継続して実施できる。このため、流体流通装置1の稼働率の低下を防ぐことができる。
また、導入部連通部75は、非配列範囲2bに設けられているため、配列範囲2aに設けられた第1流路21と導入部連通部75とが前記並列方向において重なってその重なり部分で流体流通装置1の構造体2の強度が局所的に低下するのを防ぐことができる。
また、本実施形態では、隣り合う第2流路22の第1縦直線部51同士が第1連通部78により連通されているため、第2流路22において第1連通部78よりも上流の位置で閉塞が発生した場合には、その閉塞が発生した第2流路22の隣の第2流路22から第1連通部78を通じて第2流路22の閉塞箇所の下流側へ第2流体を導入することができる。
具体的には、例えば、図6に示すように第2流路22の第1曲折部61で閉塞101が発生する場合がある。流路の曲折部では、流体の流れの向きが変わることから例えば高粘性の油などの異物が下流へ流れにくくなり、閉塞が発生しやすい。このように第2流路22の第1曲折部61で閉塞101が発生した場合には、その第2流路22の上流から下流へ第2流体が流れなくなるが、本実施形態では、第1曲折部61の下流側に連続する第1縦直線部51において、隣の第2流路22の第1縦直線部51から第1連通部78を通じて第2流体が導入される。
一方、図8に示す比較例のように、隣り合う第2流路22の第1縦直線部51同士が連通していない構成では、第1曲折部61で閉塞101が発生した第2流路22には第2流体を流通させることができなくなる。このため、この第2流路22は、流体流通装置1における熱交換の処理に全く寄与できなくなる。この場合も、前記の入口22aで閉塞100が発生した場合と同様、流体の流通を停止させて閉塞101を除去するメンテナンス作業を行う必要があり、流体流通装置1の稼働率が低下する。これに対し、本実施形態では、前記のように第1連通部78を通じて隣の第2流路22の第1縦直線部51から閉塞101の下流側の第1縦直線部51に第2流体が導入されるため、閉塞101が発生した第2流路22の第1連通部78よりも下流側の領域に第2流体を流通させて第1流路21を流れる第1流体との熱交換の処理のために寄与させることができる。このため、本実施形態では流体流通装置1の稼働率の低下を防ぐことができる。
また、本実施形態では、隣り合う第2流路22の第2縦直線部52同士が第2連通部79により連通されている。このため、第2流路22において第2連通部79よりも上流の位置で閉塞が発生した場合、例えば第3曲折部63で閉塞が発生した場合には、その閉塞が発生した第2流路22の隣の第2流路22から第2連通部79を通じて第2流路22の閉塞箇所(第3曲折部63)の下流側へ第2流体を導入できる。
また、同様に、本実施形態では、隣り合う第2流路22の第3縦直線部53同士が第3連通部80により連通されている。このため、第2流路22において第3連通部80よりも上流の位置で閉塞が発生した場合、例えば第5曲折部65で閉塞が発生した場合には、その閉塞が発生した第2流路22の隣の第2流路22から第3連通部80を通じて第2流路22の閉塞箇所(第5曲折部65)の下流側へ第2流体を導入できる。
これらの第2連通部79及び第3連通部80によって得られる効果により、前記第1連通部78の場合と同様に流体流通装置1の稼働率の低下を防ぐことが可能となる。
また、本実施形態では、複数の第1連通部78、複数の第2連通部79及び複数の第3連通部80は、いずれも、前記積層方向においてそれらの連通部78,79,80と重なる第1流路21と直交する方向に並んでいる。このため、連通部の並び方向がその連通部と重なる第1流路の延びる方向と一致している場合のように当該連通部と第1流路によって構造体2に強度が低下する部分が形成されるのを防ぐことができる。
また、本実施形態では、導入部連通部75及び第1〜第3連通部78,79,80は、第2流路22の流路幅以下の幅を有するため、導入部連通部75及び第1〜第3連通部78,79,80の箇所で構造体2の耐圧性能が低下するのを防ぐことができる。
また、本発明による流体流通装置は、前記のような構成のものに必ずしも限定されない。例えば、本発明による流体流通装置として、以下のような構成も採用可能である。
本発明による連通部は、必ずしも、前記導入部連通部や、前記第1〜第3連通部のようなものに限定されない。すなわち、第2基板において前記導入部連通部や前記第1〜第3連通部が設けられた箇所以外の箇所に隣り合う第2流路同士を繋いで連通させる連通部を設けてもよい。例えば、複数の連通部を、各第2流路の曲折部の下流側に隣接した位置でその各第2流路の曲折部が並ぶ方向に沿って一列に並ぶように配置してもよい。
第1流路の配置及び形状は前記した配置及び形状以外のものであってもよく、第2流路の配置及び形状は前記した配置及び形状以外のものであってもよい。例えば、第1流路と第2流路の両方が直線的に延びる形状であってもよい。また、第1流路と第2流路の両方が蛇行形状であってもよい。また、第1流路と第2流路の形状として、直線状や蛇行形状以外の様々な形状を採用することが可能である。
また、第1流路(第1溝)が基板の一方の板面に設けられ、その第1流路(第1溝)が設けられた基板の他方の板面に第2流路(第2溝)が設けられていてもよい。
また、複数の連通部は、必ずしも一列に並んでいなくてもよい。すなわち、第2流路における流体の流通方向に沿う方向において複数の連通部が互いにずれを持って配置されていてもよい。この場合には、流体流通装置の構造体の部分的な強度の低下をより抑制できる。
また、1つの第2基板に配列された多数の第2流路の全てが必ずしも相互に連通していなくてもよい。すなわち、第2基板に配列された多数の第2流路のうち隣り合う少なくとも1組の第2流路同士が連通部によって連通していればよい。
また、連通部を構成する連通溝の最大深さは、第2流路溝の最大深さよりも小さくてもよい。
また、本発明による流体流通装置は、必ずしも熱交換器として用いられるものに限定されない。例えば、本発明による流体流通装置は、流路に流体を流通させながらその流体に化学反応を生じさせる反応器に用いられるものであってもよい。また、本発明による流体流通装置は、流路に抽剤と被抽出流体を流通させながら被抽出流体から抽剤へ特定成分を抽出させる抽出装置に用いられるものであってもよい。
1 流体流通装置
2 構造体
2a 配列範囲
2b 非配列範囲
21 第1流路
22 第2流路
22a 入口
22c 導入部
51 第1縦直線部(下流部)
52 第2縦直線部(下流部)
53 第3縦直線部(下流部)
61 第1曲折部
63 第3曲折部
65 第5曲折部
75 導入部連通部(非配列範囲連通部)

Claims (6)

  1. 流体を流通させる流体流通装置であって、
    ある方向に延びるとともにその方向に対して交差する方向に並ぶように配列されていて前記流体をそれぞれ流通させる複数のマイクロチャネルと、その複数のマイクロチャネルの配列方向において隣り合うマイクロチャネル同士を繋いで連通させる少なくとも1つの連通部とが内部に形成された構造体を備える、流体流通装置。
  2. 前記複数のマイクロチャネルは、前記構造体内においてある方向に延びるとともにその方向に対して交差する方向に並ぶように配列されていて第1流体をそれぞれ流通させる複数の第1マイクロチャネルと、前記構造体内において、前記第1流路が延びる方向及びその第1流路の配列方向の両方に対して垂直な並列方向に前記複数の第1マイクロチャネルの列から間隔をあけて配置されるとともに当該第1マイクロチャネルの列と並列に配列され、第2流体をそれぞれ流通させる複数の第2マイクロチャネルとを含み、
    前記構造体は、当該構造体を前記並列方向から見た場合に前記複数の第1マイクロチャネルが配列されている配列範囲と、前記配列範囲の外側に位置していて前記第1マイクロチャネルが配列されていない非配列範囲とを有し、
    前記少なくとも1つの連通部は、前記非配列範囲に設けられていて、隣り合う前記第2マイクロチャネル同士を連通させる非配列範囲連通部を含む、請求項1に記載の流体流通装置。
  3. 前記各第2マイクロチャネルは、前記非配列範囲に配置されている部分であって当該第2マイクロチャネルの入口から下流側の所定の範囲にわたる部分である導入部を有し、
    前記非配列範囲連通部は、隣り合う前記第2マイクロチャネルの前記導入部同士を連通させる、請求項2に記載の流体流通装置。
  4. 前記各マイクロチャネルは、曲折部と、その曲折部の下流側に連続する下流部とを有し、
    前記少なくとも1つの連通部は、隣り合う前記マイクロチャネルの前記下流部同士を連通させる下流部連通部を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の流体流通装置。
  5. 前記複数のマイクロチャネルは、前記構造体内においてある方向に延びるとともにその方向に対して交差する方向に並ぶように配列されていて第1流体をそれぞれ流通させる複数の第1マイクロチャネルと、前記構造体内において、前記第1流路が延びる方向及びその第1流路の配列方向の両方に対して垂直な並列方向に前記複数の第1マイクロチャネルの列から間隔をあけて配置されるとともに当該第1マイクロチャネルの列と並列に配列され、第2流体をそれぞれ流通させる複数の第2マイクロチャネルとを含み、
    前記構造体は、当該構造体を前記並列方向から見た場合に前記複数の第1マイクロチャネルが配列されている配列範囲と、前記配列範囲の外側に位置していて前記第1マイクロチャネルが配列されていない非配列範囲とを有し、
    前記少なくとも1つの連通部は、前記配列範囲に設けられていて、隣り合う前記第2マイクロチャネルのうち前記配列範囲に配置された部分同士を連通させる複数の配列範囲連通部を含み、
    前記複数の配列範囲連通部は、前記並列方向から見て当該配列範囲連通部と重なる前記第1流路と交差する方向に並んでいる、請求項1に記載の流体流通装置。
  6. 前記連通部は、前記マイクロチャネルの流路幅以下の幅を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の流体流通装置。
JP2016242141A 2016-12-14 2016-12-14 流体流通装置 Active JP6718806B2 (ja)

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