JPH10503884A - 微小部品シート構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は大規模な単位プロセスを微小寸法の部品により遂行できる微小部品シート構造体に関する。シート構造体は複数個の別個の微小部品（２）の区分を備えた単一の積層体（１）とすることができ、または、シート構造体は各積層体上に１以上の微小部品区分を備えた複数個の積層体とすることができる。各微小部品又は複数個の同様の微小部品は少なくとも１つの単位作動を遂行する。複数個の同様の第１微小部品を有する第１の積層体は複数個の同様の第２微小部品を有する少なくとも第２の積層体と組み合わされ、システム作動を達成するために少なくとも２つの単位作動を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 微小部品シート構造体 本発明は一般的には熱伝達及び（又は）動力変換、或いは、化学的な変換及び 分離を達成する装置及び方法に関する。詳細には、本発明は並列に作動する複数 個の微小寸法の素子により小規模生産を行うことができる微小部品（マイクロコ ンポーネント）シート構造体に関する。 発明の背景 多数の人類の生活における物理的な基準を継続的に改善するためには、一層少 ない資源で一層有効な効果を達成する必要がある。現在に至るまでの産業革命か ら、規模の経済状態は資本設備や中央作動設備の大規模な構造及びシステムに委 ねられてきた。中央設備は資本コストの増大及び効率損失をもたらす分配システ ムを必要とするという更なる欠点を有する。しかし、歴史的には、中央システム はその使用に支えられてコスト的な利点を享有してきた。一層小さく分布した部 品及びシステムは一層高い単位コストで作られ、一層大きく一層有効な部品又は システムの実質的な資本コストでは割りがあわないような応用に使用される。従 って、所望の容量に対して適当な寸法で作ることができ、分配システムを設ける 必要性を排除でき、大規模な部品及びシステムの効率をも達成できる部品及びシ ステムを提供する必要性がある。 小規模で高効率を達成する部品は電子コンポーネントから熱を除去するために 使用される微小チャンネル型式の熱交換器を含む。 米国特許第５，１１５，８５８号明細書（発明の名称：「微小チャンネル型式 のウエファー冷却チャック」）は液体冷却剤を交互のチャンネルに流通させるこ とにより水を冷却するために使用される３Ｍ微小チャンネルストックを開示して いる。高熱伝達流体は残りのチャンネルを通され、熱を除去する。 米国特許第４，９９８，５８０号明細書（発明の名称：「小さな液圧直径流路 を有する凝縮器」）は空調及び冷却装置に使用する凝縮器を開示している。凝縮 器の構造は波形金属及び平坦なストリップで形成される。 米国特許第５，０１６，７０７号明細書（発明の名称：「多重パス横流ジェッ ト衝突式の熱交換器」）は多数のコア及びスペーサ板を積層した横流熱交換器及 びその構造を開示している。 米国特許第５，２９６，７７５号明細書（発明の名称：「冷却マイクロファン の構造及びプロセス」）は隆起部又はフィン（例えば、開チャンネル）と組み合 わせたマイクロ電子冷却ファンを開示している。 上述の米国特許明細書に開示された技術は熱交換設備の個々の部品の実質的な 組立てを必要とする特殊な熱交換設備の設計を教示している。中規模ないし大規 模な作動のためにこのような設備を使用すると、多数の熱交換器を組立てる必要 性が生じ、熱交換器の数が増えるに従ってコストが比例的に増大してしまう。 更に、微小規模においてはシステムの組立ては複雑で高価となる。例えば、微 小寸法のモータを製造することは現在可能であるが、従来の知識は微小寸法の部 品を直列に連結するものであり、その結果、マクロ寸法効果を達成するために、 数百万個の小さなシステムを作る莫大な努力とコストが必要となる。 従って、熱交換器及びその他のシステム部品に対して、１部品当りの単位コス トが十分に低く、多数の部品への拡張を一層少ないコストで達成できるような応 用、及び、マクロ寸法効果のためのシステムを形成するような部品の組み合わせ を低コストで達成できるような応用にとって、必要数の熱交換器及びその他の部 品の組立てを可能にする組立て技術が要求されている。 発明の概要 本発明は、例えば微小チャンネルを有する積層体の如き微小部品シート構造体 に関する。シート構造体は複数個の別個の微小部品区分を備えた単一の積層体と することができるし、または、シート構造体は各積層体上に１以上の微小部品区 分を備えた複数個の積層体とすることができる。微小部品は、例えば微小流れ経 路の如き受動性の微小部品、及び、マイクロポンプやマイクロコンプレッサ（こ れらに限定されない）の如き能動性の微小部品を含む。 各微小部品又は複数個の微小部品は少なくとも１つの単位作動を遂行する。複 数個の同様な第１の微小部品を有する第１の積層体は複数個の同様な第２の微小 部品を有する少なくとも第２の積層体と組み合わされ、システム作動を達成する ために少なくとも２つの単位作動を行う。例えば、複数個の微小チャンネル式の 蒸発器を含む積層体は絶縁積層体及び複数個の微小チャンネル式の凝縮器を含む 積層体と組み合わされ、マクロ寸法の熱ポンプを得るためにコンプレッサ及び膨 張弁に接続される。 本発明の目的は、凝縮器、熱交換器、及び、熱伝達及び（又は）動力システム 、或いは、化学処理システムの他の部品にとって有用な積層体を提供することで ある。 本発明の別の目的は、組立てコストが積層体上に形成される微小部品の数に実 質的に左右されない積層体を提供することである。 本発明の要旨は本明細書の「結論」部分に特に指摘され、明記されている。し かし、構成及び作動方法、並びに、更なる利点及び目的は、添付図面（同じ符号 は類似の素子を示す）に関連しての以下の説明から詳しく理解できよう。 図面の簡単な説明 第１図は横方向で閉じたランド部を有する微小寸法部品の積層体の一部の斜視 図、 第１ａ図は横方向で開いたランド部を有する微小寸法部品の積層体の一部の斜 視図、 第２ａ図はヘッダ端部に連結部を備えた微小寸法部品の積層体の一部の斜視図 、 第２ｂ図はヘッダの長さに沿って連結部を備えた微小寸法部品の積層体の一部 の斜視図、 第３ａ図は微小寸法の積層体から作った熱ポンプを示す図、 第３ｂ図は微小寸法の積層体とマクロ寸法部品との組み合わせにより作った熱 ポンプを示す図、 第４図はテスト組立体の分解部品斜視図、 第５ａ図は微小寸法及びマクロ寸法部品同士の組み合わせにより作った逆ブレ イトンサイクルの熱ポンプを示す図、 第５ｂ図は微小寸法部品から作った逆ブレイトンサイクルの熱ポンプを示す図 、 第６ａ図は微小寸法部品から作ったランキンサイクル熱エンジンを示す図、 第６ｂ図は微小寸法及びマクロ寸法部品同士の組み合わせにより作ったランキ ンサイクル熱エンジンを示す図、 第７ａ図は微小寸法部品から作ったブレイトンサイクル熱エンジンを示す図、 第７ｂ図は微小寸法及びマクロ寸法部品同士の組み合わせにより作ったブレイ トンサイクル熱エンジンを示す図、 第７ｃ図は微小寸法部品から作ったエリクソンサイクル熱エンジンを示す図で ある。 好ましい実施例の説明 本発明は、基本構造が数十から数百万（好ましくは数百から数百万）の微小部 品を有する積層体（ラミネート）又は積層体部分から成り、それによって、各積 層体がマクロ寸法の単位作動を提供でき（例えば、キロワット範囲の容量を有す るコンデンサを提供でき）、また、単位作動を組み合わせるように相互接続され た複数の積層体が組立体やシステム（例えば、熱ポンプ）を形成できるような微 小部品シート即ち個々の積層構造体に関する。基本構造 第１図は積層体の基本構造を示す。材料シート即ち積層体１上において、複数 個の微小部品２が材料シート１に埋設される。材料シート１は任意の固形材料で 作ることができるが、好ましくは、金属、セラミック又は半導体材料で作る。微 小部品２を埋設した材料シート１は積層体である。積層体は、スペーサ又は絶縁 体として作用するような材料シート１とすることができ、この場合、材料シート は微小部品を有しなくてもよいし、材料シート１を貫通する導管を有してもよい 。 微小部品２は凝縮器、蒸発器即ち位相不変熱交換器、コンプレッサ、膨張弁、 又はモータとすることができる。特定の実施例を図示、説明するが、積層体即ち 材料シート１上の微小部品及びその組み合わせの種類や数は制限されない。 第１図は材料シート１の一面上の微小部品２を示すが、微小部品は材料シート １の両面に埋設することができる。両面での埋設は二重流体熱交換器（例えば、 凝縮タービン排気を伴う給水の予熱）にとって特に有利である。 材料シート上の微小部品２の密度は１ｃｍ²当り約１微小部品から１ｃｍ²当り 約１０¹⁰微小部品までの範囲とすることができる。このような密度範囲内では、 微小部品２の単位長さ又は単位直径は約１ミクロンから約１センチメートルまで の範囲である。溝即ち微小チャンネル３の幅Ｗは約１ミクロンから約１ミリメー トルまでの範囲、好ましくは、約１０ミクロンから約２５０ミクロンまでの範囲 とすることができる。 微小チャンネル即ち流れ経路は第１図に示すように横方向で閉じていてもよい し、第１ａ図に示すように横方向で開いていてもよい。 第２ａ図及び第２ｂ図において、微小部品２は一対のヘッダ５及び横素子(lat erals)６から成る溝セット４である。横素子６はヘッダ対５間での流れを許容す る溝である。横素子６はヘッダ５に対して実質上垂直に示してあるが、微小部品 分野の当業者なら、ヘッダ５に対して９０度以外の角度で横素子６を配置できる こと明らかである。ヘッダ５は連結部８を具備することができ、これらの連結部 は流体を授受するためのヘッダ５の拡大部分である。ヘッダ５に対する流体の授 受がヘッダ５の幅Ｗ内で達成できるので、連結部８の設置はオプションである。 横素子６はヘッダ５と同じ幅を有してもよく、または、ヘッダ幅とは異なり、そ れより一層小さな又は大きな幅を有してもよい。好ましくは、横素子６はヘッダ ５より小さな幅を有する。 微小部品２即ち溝セット４の埋設は任意の微小チャンネル形成法により達成で きるが、好ましくは、マイクロ機械加工又はフォトリソグラフィーにより行われ る。フォトリソグラフィー法が最も好ましい。その理由は、溝セット４の製造コ ストが溝セット４の数に実質上左右されないからである。微小チャンネル形成法 では、一般に、出来上がったチャンネルがエッチングされた側に制限されないよ うに表面をエッチングする。チャンネルは第２の積層体をエッチングした表面に 接着することにより閉じられる。横素子６を画定する複数個の固形材料ランド部 １０は発生した高熱流束を支える熱伝達フィンとして作用する。各ランド部１０ は第２ａ図に示すように横方向で閉じていてもよいし、横流(cross flow)連通を 可能にするために第１ａ図に示すように横方向で開いていてもよい。ランド部１ ０は矩形、偏菱形、楕円形等の任意の横断面を有することができるが、これらの 横断面に限定されない。横方向で開いたランド部は流れ面積を増大させ、目詰ま りの可能性を減少させ、生じた場合の目詰まりの効果を減少させる。横方向で開 いたランド部を有する微小部品においては、特にランド部がオフセットしている 場合や無秩序に離間している場合は、横素子の定義は一層明確ではない。ただし 、 開いたランド部間の空間は流れ経路を構成する。 微小部品２は頂部のカバーが無い状態で示してあるが、頂部をカバーで閉じ、 流れ経路内で流体をランド部１０に対して緊密に接触維持させるように流体の流 れを拘束するのが好ましい。カバーは微小部品を有しない平坦な積層体（例えば 、絶縁積層体）でもよいし、または、別の微小部品積層体でもよい。 システム 単一の微小部品又は一組の同様の微小部品は少なくとも１つの単位作動を行う ことができる。単位作動は作業流体の状態を変化させる作動として定義され、凝 縮、蒸発、圧縮、ポンピング、熱交換又は膨張を含むが、これらに限定されない 。単位作動の集合がシステムとなる。１以上の単位作動を遂行する微小部品の例 は圧縮と熱伝達とを同時に行う熱伝導性材料内のマイクロコンプレッサである。 もちろん、マイクロコンプレッサはガスを圧縮した結果として生じる熱を扱うが 、その熱はプロセス熱（例えば、冷凍空間から除去された熱）に比べて小さい。 微小部品の明らかな利点は、圧縮と同時に伝達される熱が実際にプロセス熱であ り、最も有効なエネルギ伝達／変換を生じさせる（理想の等温圧縮に近い）実質 上一定の温度圧縮を提供することである。 一般に、システムは少なくとも１つの単位作動を遂行するための第１の複数個 の微小部品を備えた第１の積層体を有し、そのほかに、少なくとも１つの別の単 位作動を遂行するための第２の複数個の微小部品を備えた第２の積層体を有し、 単位作動が別の単位作動と組み合わされて、システムの作動を提供する。 別の方法としては、別個の積層体に別個の単位作動を行わせる代わりに、第１ の部分と少なくとも第２の部分とを有する単一の積層体により、別個の単位作動 を行わせることができる。第１部分は単位作動を遂行する第１の微小部品を有し 、第２部分及びその他の部分は別の単位作動及びその他の単位作動を遂行する第 ２微小部品及びその他の微小部品を有する。単位作動は別の単位作動及び（又は ）その他の単位作動と組み合わされて、システムの作動を提供する。 １つの単位作動を遂行する微小部品は、いくつかの方法により、別の単位作動 を遂行する微小部品と組み合わせることができる。例えば、並列となった数個の 微小寸法のポンプが単一の熱交換器へ給水することができ、または、１つの微小 寸法のポンプが並列となった数個の熱交換器へ給水することができる。特定の応 用に対しては、直列となった同様の微小部品及び直列と並列の組み合わせに対す る同様な変形を有利に使用できる。 積層体又は積層体部分は熱ポンプ、熱エンジン、熱パイプ、熱源及び化学設備 （例えば、化学的な変換器や化学的な分離器）を含む種々のシステムとして組み 合わせることができるが、これらに限定されない。 熱ポンプ 微小寸法部品の熱ポンプはマクロ寸法熱ポンプと同じ基本的な単位作動を行う 。蒸気圧縮熱ポンプについては、基本的な単位作動は蒸発、圧縮、凝縮、及び膨 張である。しかし、各単位作動を遂行する微小寸法部品は、マクロ寸法の対応部 (counterpart)と同じレベルのキロワット又はメガワット程度のマクロ寸法の加 熱又は冷却を提供するのに十分な数とする。 微小寸法部品の熱ポンプは第３ａ図に示すが、微小寸法の蒸発器積層体３１と 、絶縁積層体３２と、微小寸法のコンプレッサ積層体３４と、微小寸法の凝縮器 積層体３６とを有する。微小寸法の蒸発器積層体３１及び凝縮器積層体３６は、 各溝セット４が微小部品となった溝セット４を有する積層体である。微小寸法の コンプレッサとしての微小部品は中実ピストン型式の直線同期ゼネレータ、１９ ９０年発行のスミッツ・ジェー・ジー(Smits JG)著による文献「蠕動運動する３ つの弁を備えた圧電マイクロポンプ」における（センサ及びアクチュエータ １ ５ 、１５３−６７）に記載された圧電ダイアフラム、又は、ガスを圧縮できる他 の微小チャンネルアクチュエータとすることができる。膨張弁即ちオリフィスは コンプレッサ積層体３４をエッチングすることにより形成でき、または、膨張弁 を含む別個の積層体をコンプレッサ積層体３４と絶縁積層体３２との間に挿入で きる。積層体の外側に示す波形矢印３８は低温Ｔ_Lから高温Ｔ_Hへの熱伝達の方向 を示す。積層体の内側に示す矢印４０は作業流体の流れの方向を示す。破線で示 す導管４２はその積層体と流体接触しないことを表す。導管４２は図示のような 数個でもよいし、もっと多くてもよい。 第３ｂ図には熱ポンプの別の実施例を示す。この実施例においては、蒸発器積 層体３１が絶縁積層体３２の上面に配置され、凝縮器積層体３６が絶縁積層体の 下面に配置され、微小部品の熱組立体４３を形成する。マクロ寸法のコンプレッ サ４４及びマクロ寸法の膨張弁４６は微小寸法部品の外部で装着される。この実 施例においては、絶縁積層体３２を貫通する通路即ち導管４２を必要としない。 例１ 微小寸法の凝縮器及び蒸発器の作動を確かめるために実験を行った。第４図に 示すテスト（実験用）組立体は溝セット片４０１とマニホルド４０２とを有する ように形成された。溝セット片４０１及びマニホルド４０２は共に銅で作った。 溝セット４を含む溝セット片４０１の部分の寸法は２．３ｃｍ×２ｃｍ×１ｍｍ とし、溝の壁４０４をフィンのようにベース４０６の上方へ延出させた。溝セッ ト４においては、対をなす溝壁４０４間に４８個の横素子を設けた。各横素子の 幅は約２６０ミクロンとし、深さは約１ｍｍとした。Ｏ−リング溝４０８内にＯ −リング（図示せず）を配置し、溝セット片４０１とマニホルド４０２との間を シールした。 マニホルド４０２にはステンレス鋼の隆起屋根４１０を設けた。溝壁４０４と 隆起屋根４１０の下面との間にわずかな空間を残すか空間を全く残さない状態で 、隆起屋根４１０を溝セット４上に嵌め込んだ。空間を残した場合は、その空間 を１／１０ｍｍ以内とし、更に好ましくは０．０１ｍｍ以内とした。隆起屋根４ １０は溝壁４０４に平行な方向において過剰寸法とし、溝セット４の端部にヘッ ダを形成し、ヘッダの幅をＷとする。溝セット４を通る流体流れのために嵌合連 結穴４１２を隆起屋根４１０に設けた。 作業流体として冷媒Ｒ−１２４を用いてテスト組立体を凝縮器として作動させ た。定常状態は、約３ａｔｍの圧力で、約２０℃の過熱冷媒Ｒ−１２４が入口へ 入来し、亜冷却液体Ｒ−１２４が出口から排出される状態に限定した。凝縮器は ０℃の温度の水／氷の槽内に配置した。冷媒の流量を０．１５０ｇ／ｓと０．２ ０５ｇ／ｓとの間で変化させた。入来する過熱冷媒Ｒ−１２４及び排出される凝 縮された液体Ｒ−１２４のエンタルピの変化は１５５ジュール／グラムであり、 これは、テスト組立体が熱交換器の作業領域に対して約６ワット／ｃｍ²から約 ８ワット／ｃｍ²までの熱伝達量を達成したことを示す。 熱ポンプの実施例 熱ポンプのための微小寸法部品についての上述の説明及び例は蒸気圧縮サイク ルに関連するものであった。熱ポンプ分野の当業者は、蒸気圧縮のほかに、他の 熱力学サイクルを熱ポンプに使用できることを知っている。例えば、逆ブレイト ンサイクル、スターリングサイクル及び吸収サイクルを使用してきた。 第５ａ図は微小チャンネル型式の熱交換器とマクロ寸法のコンプレッサとを組 み合わせた逆ブレイトンサイクルの熱ポンプを示し、第５ｂ図はマクロ寸法部品 を使用しない逆ブレイトンサイクルの熱ポンプを示す。第５ａ図において、微小 部品の熱組立体４３は絶縁積層体３２上に配置した溝セット４を有する微小チャ ンネル型式の熱交換器リジェクタ(rejector)５０１であり、リジェクタ５０１と は反対側の絶縁積層体３２の面に微小チャンネル型式の熱交換器レシーバ５０３ を有する。膨張弁５０５はリジェクタ５０１からレシーバ５０３への流れを可能 にする。コンプレッサ５０７はシステムを通して作業流体を移動させる。 第５ｂ図においては、すべての単位作動は微小部品により遂行され、理想サイ クルに近い作動を可能にする。第５ｂ図において、レシーバ５１０は微小ゼネレ ータを有する積層体である。更に、レシーバ積層体５１０は熱伝導性材料で作る 。レシーバ積層体５１０が熱伝導性材料と組合わさった微小ゼネレータを有する ので、レシーバ積層体５１０は、ワークの理想的な等温発生即ち抽出に一層近い ２つの単位作動（即ち、ワークの製造及び熱の受け取り）を同時に遂行できる。 作業流体はレシーバ積層体５１０を去り、等エントロピーコンプレッサ積層体５ １２に流入し、次いで、圧縮と熱排斥とを同時に遂行し熱伝導性材料内に微小コ ンプレッサを有するリジェクタ積層体５１４に至る。次いで、作業流体はゼネレ ータ積層体５１６へ流入して等エントロピーワーク抽出を行い、レシーバ積層体 ５１０へ戻る。絶縁層３２はレシーバ積層体５１０とゼネレータ積層体５１６と の間、ゼネレータ積層体５１６とコンプレッサ積層体５１２との間及びコンプレ ッサ積層体５１２とリジェクタ積層体５１４との間に位置する。破線で示す導管 ４２は種々の積層体及び層を貫通する流体通路を表し、矢印４０は少なくとも１ つの単位作動を遂行するための積層体内の作業流体の流れを表す。 逆ブレイトンサイクルの熱ポンプ分野の当業者にとっては、組み合わせたレシ ーバ及びリジェクタ積層体５１０、５１４は別個のコンプレッサ及びゼネレータ 積層体、並びに、別個の熱交換積層体で作ることができること明らかである。し かし、これはあまり好ましくない。その理由は、理想の逆ブレイトンサイクル状 態から外れるからである。 熱エンジン 熱力学的には、熱エンジンは熱ポンプと逆である。しかし、実際には、熱エン ジンと熱ポンプとはかなり異なっている。例えば、熱エンジンは膨張弁を使用せ ず、作業流体からワークを抽出する。作業流体は気体又は液体でよいが、マクロ 寸法の熱エンジンはマクロ寸法の熱ポンプとは著しく異なる。 多くの熱エンジンの設計の基礎となる多数の熱力学サイクルが存在する。例え ば、熱力学サイクルはランキンサイクル、ブレイトンサイクル、スターリングサ イクル、オットーサイクル、ディーゼルサイクル、カリナサイクル及びエリクソ ンサイクルを含むが、これらに限定されない。更に、組み合わせサイクル及び種 々のエネルギ保存法が存在する。例えば、ランキンサイクルにおいては、再熱、 過熱及び給水再熱は、単独で、又は、種々の熱エンジン応用の組み合わせにおい て使用されている。作業流体の種類、燃料の内燃／外燃関係及び当業者にとって 既知のその他の特性のため、すべてのこれらのサイクルは異なる。しかし、すべ てのこれらの熱力学サイクル及びその改善は理想的なカルノーサイクルの遂行の 試みの成果である。 微小寸法の積層体（特に、凝縮器及び蒸発器）を使用すると、その高い比熱伝 達率のため、これらのサイクルの効率を改善できる可能性を与える。更に、微小 寸法のゼネレータ（例えば、逆工程で駆動される電磁アクチュエータ）を使用す ると、他のサイクルを越える効率を有する完全に微小寸法ベースの熱エンジンを 提供できる可能性を与える。 上述のような多数の熱エンジンサイクルが存在するが、以下の特殊な説明は、 上述の特殊なサイクルにとってのみならず、熱エンジンサイクル分野の当業者に とって既知の他のサイクルにとっても可能である。 第６ａ図は微小部品を有するランキンサイクルの熱エンジンを示す。蒸発器積 層体６０１は絶縁積層体３２の片側でゼネレータ積層体６０３上に配置される。 絶縁積層体３２の反対側には、ポンプ積層体６０５及び凝縮器積層体６０７が位 置する。 第６ｂ図は微小部品とマクロ部品との組み合わせを有するランキンサイクルの 熱エンジンを示す。微小部品の熱組立体４３は絶縁積層体３２の片面上に配置さ れた蒸発器積層体６０１と、絶縁積層体３２の反対面上に配置された凝縮器積層 体６０７とを有する。ポンプ６０８は作業流体を凝縮器積層体６０７から蒸発器 積層体６０１へ循環させ、タービン／ゼネレータセット６１０は作業流体からワ ークを抽出し、電気を発生させる。 第７ａ図は微小部品のブレイトンサイクル熱エンジンを示す。２つの熱交換器 即ちリジェクタ５０１及びレシーバ５０３は前述の逆ブレイトンサイクルのため のものと同じでよい。ゼネレータ７０１はランキンサイクルのゼネレータ６０３ と同様のものとすることができるが、異なる作業流体に適合できるように必要な 修正が施される。同様に、コンプレッサ７０３はブレイトンサイクルの作業流体 （普通は、空気の如き気体）に対応できるように作られる。 第７ｂ図は微小部品とマクロ部品との組み合わせを有するブレイトンサイクル 熱エンジンを示す。タービン／ゼネレータセット７０７はランキンサイクルのタ ービン／ゼネレータセット６１０と同様のものとすることができるが、蒸気では なく空気やその他の非凝縮性気体を処理できるような特殊なものとする。同様に 、コンプレッサ７０５及び微小部品熱組立体４３は作業流体としての空気やその 他の非凝縮性気体を処理するように設計される。 第７ｃ図はエリクソンサイクルとしても参照される理想的なブレイトンサイク ルに近づく更に別の微小部品の変形例を示す。この変形例即ち実施例は積層体の 異なる部分において２つの単位作動を行う積層体を例示する。特に、レシーバ積 層体７０６は熱交換器レシーバ部分５０３と等温ゼネレータ部分５１０とを有し 、リジェクタ積層体７０８は熱交換器リジェクタ部分５０１と等温コンプレッサ 部分５１４とを有する。 結論 基本的な構造体及び積層体は微小部品及びマクロ部品同士、これに対応する単 位作動、及び図示、説明したもの以外の微小部品の置換の種々の組み合わせとし て組立てることができる。例えば、ランキンサイクルの熱エンジンの作動として 第６ａ図及び第６ｂ図に示した２つの実施例は単なる例示にすぎず、限定的なも のではない。 本発明の好ましい実施例につき説明したが、当業者にとっては、本発明の要旨 を逸脱することなく種々の変形、修正が可能であること明らかである。当業者は 予熱、内部冷却、再熱及びその組み合わせサイクル、並びに、マイクロシステム において行われてきたようなその他の変形を採用することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年７月３日 【補正内容】 請求の範囲 １． 微小部品シート構造体において、 （イ）第１の複数個の微小部品を有する第１の積層体と； （ロ）上記第１の積層体に取り付けられ、第２の複数個の微小部品を有する第 ２の積層体と； から成り、 （ハ）上記第１の積層体が熱を排斥し、上記第２の積層体が熱を受け取り、 上記第１及び第２の積層体が絶縁積層体の両面に取り付けられて、微小部品熱 組立体を形成する、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ２． 請求の範囲第１項に記載の微小部品シート構造体において、流体が凝縮可 能であり、上記第１の積層体内で凝縮し、上記第２の積層体内で蒸発することを 特徴とする微小部品シート構造体。 ３． 請求の範囲第１項に記載の微小部品シート構造体において、 （イ）上記第２の積層体と上記第１の積層体との間のコンプレッサと； （ロ）上記第１の積層体と上記第２の積層体との間で、上記コンプレッサとは 反対側に位置した膨張弁と； を更に備え、 （ハ）熱ポンプを提供する、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ４． 請求の範囲第３項に記載の微小部品シート構造体において、上記コンプレ ッサがマクロ寸法のコンプレッサであることを特徴とする微小部品シート構造体 。 ５． 請求の範囲第３項に記載の微小部品シート構造体において、上記膨張弁が マクロ寸法の膨張弁であることを特徴とする微小部品シート構造体。 ６． 請求の範囲第１項に記載の微小部品シート構造体において、 （イ）上記第１の積層体と上記第２の積層体との間のポンプ又はコンプレッサ と； （ロ）上記ポンプ又はコンプレッサとは反対側で上記第２の積層体と上記第１ の積層体との間に位置したワーク抽出器と； から成り、 （ハ）熱エンジンを提供する、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ７． 請求の範囲第６項に記載の微小部品シート構造体において、上記ポンプ又 はコンプレッサがマクロ寸法のポンプ又はコンプレッサであることを特徴とする 微小部品シート構造体。 ８． 請求の範囲第６項に記載の微小部品シート構造体において、上記ワーク抽 出器がマクロ寸法のワーク抽出器であることを特徴とする微小部品シート構造体 。 ９． 微小部品シート構造体において、 （イ）第１の複数個の微小部品を有する第１部分と、第２部分とを備えた第１ の積層体； から成り、 上記第１の複数個の各微小部品が更に、 （イ）複数個のランド部及び流れ経路と； （ロ）上記流れ経路を通って流れる流体と； から成り、 （ハ）熱を排斥するか又は受け取り、 上記第２部分が第２の複数個の微小部品を有し、上記第２の複数個の各微小部 品が更に、 （イ）複数個の能動性の微小部品と； （ロ）上記能動性の微小部品により上記流れ経路を通って流される流体と； から成り、 （ハ）熱を受け取るか又は排斥し、ワークを抽出するか又は上記流体を圧縮す る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 １０． 請求の範囲第９項に記載の微小部品シート構造体において、上記第１の 積層体の上記第１部分が熱を受け取り、当該第１の積層体の上記第２部分が流体 からワークを抽出すると共に熱を受け取ることを特徴とする微小部品シート構造 体。 １１． 請求の範囲第１０項に記載の微小部品シート構造体において、上記第１ の積層体の上記第１及び第２部分を有する第２の積層体を設け、上記第２の積層 体の第１部分が熱を排斥し、当該第２の積層体の第２部分が流体を圧縮すると共 に熱を排斥し、理想的なブレイトンサイクル機械を提供することを特徴とする微 小部品シート構造体。 １２． 微小部品熱組立体において、 （イ）複数個のランド部及び流れ経路を備えた少なくとも１つの微小部品を有 する第１の積層体であって、（ロ）絶縁積層体の第１面に取り付けられた第１の 積層体と； （ハ）複数個のランド部及び流れ経路を備えた少なくとも１つの微小部品を有 し、上記絶縁積層体の第２面に取り付けられた第２の積層体と； から成り、 （ニ）上記第１及び第２の積層体のうちの一方が熱リジェクタとして使用され 、当該第１及び第２の積層体のうちの他方が熱レシーバとして使用される、 ことを特徴とする微小部品熱組立体。 １３． 請求の範囲第１２項に記載の微小部品熱組立体において、上記熱リジェ クタが凝縮器であり、上記熱レシーバが蒸発器であることを特徴とする微小部品 熱組立体。 １４． 微小部品シート構造体において、 （イ）少なくとも１つの単位作動を遂行するための第１の複数個の微小部品を 有する第１の積層体と； （ロ）上記第１の積層体に取り付けられ、熱の排斥を必要とするユニットと； から成り、 （ハ）上記第１の複数個の各微小部品が更に、 （１）複数個のランド部及び流れ経路と； （２）上記流れ経路を通って流れる蒸発可能な流体と； を備え、 （ニ）熱を排斥するか又は受け取る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 １５． 請求の範囲第１４項に記載の微小部品シート構造体において、熱ポンプ 、熱エンジン又は熱パイプとなる部品を更に備えたことを特徴とする微小部品シ ート構造体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドロスト，エム・ケビン アメリカ合衆国ワシントン州99352，リッ チランド，ムレット・コート 2462 (72)発明者 マクドナルド，キャロリーン・エバンス アメリカ合衆国ワシントン州99352，リッ チランド，エッジウッド・ドライブ 123

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 微小部品シート構造体において、 （イ）少なくとも１つの単位作動を遂行するための第１の複数個の微小部品を 有する第１の積層体と； （ロ）上記第１の積層体に取り付けられ、少なくとも１つの別の単位作動を遂 行するための第２の複数個の微小部品を有する第２の積層体と； から成り、 （ハ）上記単位作動が上記別の単位作動と組合わさってシステム作動を提供す る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ２． 請求の範囲第１項に記載の微小部品シート構造体において、上記第１の複 数個の各微小部品が更に、 （イ）複数個の第１のランド部及び流れ経路と； （ロ）上記第１の流れ経路を通って流れる流体と； から成り、 （ハ）熱を排斥するか又は受け取る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ３． 請求の範囲第２項に記載の微小部品シート構造体において、上記第２の複 数個の各微小部品が更に、 （イ）複数個の第２のランド部及び流れ経路と； （ロ）上記第２の流れ経路を通って流れる流体と； から成り、 （ハ）熱を排斥するか又は受け取る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ４． 請求の範囲第３項に記載の微小部品シート構造体において、 上記第１の積層体が熱を排斥し、上記第２の積層体が熱を受け取り； 上記第１及び第２の積層体が絶縁積層体の両面に取り付けられて、微小部品熱 組立体を形成することを特徴とする微小部品シート構造体。 ５． 請求の範囲第４項に記載の微小部品シート構造体において、上記流体が凝 縮可能であり、上記第１の積層体内で凝縮し、上記第２の積層体内で蒸発するこ とを特徴とする微小部品シート構造体。 ６． 請求の範囲第４項に記載の微小部品シート構造体において、 （イ）上記第２の積層体と上記第１の積層体との間のコンプレッサと； （ロ）上記第１の積層体と上記第２の積層体との間で、上記コンプレッサとは 反対側に位置した膨張弁と； を更に備え、 （ハ）熱ポンプを提供する、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ７． 請求の範囲第６項に記載の微小部品シート構造体において、上記コンプレ ッサがマクロ寸法のコンプレッサであることを特徴とする微小部品シート構造体 。 ８． 請求の範囲第６項に記載の微小部品シート構造体において、上記膨張弁が マクロ寸法の膨張弁であることを特徴とする微小部品シート構造体。 ９． 請求の範囲第４項に記載の微小部品シート構造体において、 （イ）上記第１の積層体と上記第２の積層体との間のポンプ又はコンプレッサ と； （ロ）上記ポンプ又はコンプレッサとは反対側で上記第２の積層体と上記第１ の積層体との間に位置したワーク抽出器と； から成り、 （ハ）熱エンジンを提供する、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 １０． 請求の範囲第９項に記載の微小部品シート構造体において、上記ポンプ 又はコンプレッサがマクロ寸法のポンプ又はコンプレッサであることを特徴とす る微小部品シート構造体。 １１． 請求の範囲第９項に記載の微小部品シート構造体において、上記ワーク 抽出器がマクロ寸法のワーク抽出器であることを特徴とする微小部品シート構造 体。 １２． 微小部品シート構造体において、 （イ）少なくとも第１の単位作動を遂行するための第１の複数個の微小部品を 有する第１部分と、少なくとも別の単位作動を遂行するための第２の複数個の微 小部品を有する第２部分とを備えた第１の積層体； から成り、 上記第１の単位作動が上記別の単位作動と組み合わさってシステム作動を提供 する、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 １３． 請求の範囲第１２項に記載の微小部品シート構造体において、上記第１ の複数個の各微小部品が更に、 （イ）複数個の第１のランド部及び流れ経路と； （ロ）上記第１の流れ経路を通って流れる流体と； から成り、 （ハ）熱を排斥するか又は受け取る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 １４． 請求の範囲第１３項に記載の微小部品シート構造体において、上記第２ の複数個の各微小部品が更に、 （イ）複数個の能動性の微小部品と； （ロ）上記能動性の微小部品により上記流れ経路を通って流される流体と； から成り、 （ハ）熱を受け取るか又は排斥し、ワークを抽出するか又は上記流体を圧縮す る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 １５． 請求の範囲第１４項に記載の微小部品シート構造体において、 上記第１の積層体の上記第１部分が熱を受け取り、当該第１の積層体の上記第 ２部分が流体からワークを抽出すると共に熱を受け取ることを特徴とする微小部 品シート構造体。 １６． 請求の範囲第１５項に記載の微小部品シート構造体において、上記第１ の積層体の上記第１及び第２部分を有する第２の積層体を設け、上記第２の積層 体の第１部分が熱を排斥し、当該第２の積層体の第２部分が流体を圧縮すると共 に熱を排斥し、理想的なブレイトンサイクル機械を提供することを特徴とする微 小部品シート構造体。 １７． 微小部品熱組立体において、 （イ）複数個のランド部及び流れ経路を備えた少なくとも１つの微小部品を有 する第１の積層体であって、（ロ）絶縁積層体の片面に取り付けられた第１の積 層体と； （ハ）複数個のランド部及び流れ経路を備えた少なくとも１つの微小部品を有 し、上記絶縁積層体の反対面に取り付けられた第２の積層体と； から成り、 （ニ）上記第１及び第２の積層体のうちの一方が熱リジェクタとして使用され 、当該第１及び第２の積層体のうちの他方が熱レシーバとして使用される、 ことを特徴とする微小部品熱組立体。 １８． 請求の範囲第１７項に記載の微小部品熱組立体において、上記熱リジェ クタが凝縮器であり、上記熱レシーバが蒸発器であることを特徴とする微小部品 熱組立体。 １９． 微小部品シート構造体において、 （イ）少なくとも１つの単位作動を遂行するための第１の複数個の微小部品を 有する第１の積層体と； （ロ）上記第１の積層体に取り付けられ、熱の排斥を必要とするユニットと； から成り、 （ハ）上記第１の複数個の各微小部品が更に、 （１）複数個のランド部及び流れ経路と； （２）上記流れ経路を通って流れる蒸発可能な流体と； を備え、 （ニ）熱を排斥するか又は受け取る、 ことを特徴とする微小部品シート構造体。 ２０． 請求の範囲第１９項に記載の微小部品シート構造体において、熱ポンプ 、熱エンジン又は熱パイプとなる部品を更に備えたことを特徴とする微小部品シ ート構造体。