JP2016535842A - 流体間の熱交換または物質移動のためのシート、同シートを有する装置および同シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、流体流れ間の熱交換および物質移動の少なくともいずれか一方のためのシート（１）に関する。シート（１）は開流路（３．５）を形成している波形部を有しており、一つおきの開流路（３）が波形開流路（３）であり、各波形開流路（３）の断面が、２つの流路端点（３ａ，３ｂ）と、これら２つの流路端点（３ａ，３ｂ）の間に位置する２つの山部（３ｃ，３ｄ）および谷底（３ｅ）とを有している。各波形開流路（３）の２つの流路端点（３ａ，３ｂ）は波形開流路（３）の開口を画定しており、各対の波形開流路（３）の中間に位置する残りの開流路は中間開流路（５）であり、波形開流路（３）および中間開流路（５）は互いに反対の方向に開口を有している。このようなシートを有する装置、および同シートの製造方法も開示されている。

Description

本開示は、流体流れ間の熱交換または物質移動に関し、より詳細には、熱および／または物質の移動のためのシート、同シートを有する装置ならびに同シートの製造方法に関する。

多くの技術分野と同様に、流体流れ間の熱交換器および物質移動装置の製造者は、費用効率の高い簡単な製造方法の開発に尽力している。
特許文献１には、波板を有する熱交換器が開示されている。熱交換器の流路は、波形によって形成されている。波板には一つおきに開流路が形成され、残りの流路は閉流路として形成されている。閉流路は、波板の元来は開流路であった流路に蓋を接着することにより形成される。このような波板が２枚重ねられて積層されることによって、複数の閉流路が形成される。

特許文献１の熱交換器の短所は、板の積層に追加の加工工程を要することである。積層工程に加えて、積層を可能にするためにシートの表面活性化工程も必要である。さらに、接着剤は高価であり、環境に害を及ぼす虞もある。また、積層工程は製造ラインの変更を複雑化させる。用途に応じて板材の変更が必要になる場合もあり、板材の変更によって積層用接着剤の種類の変更も必要になる場合がある。したがって、板材が変更された場合、その板材に適した接着剤および表面活性剤の検討が必要となる。

特許文献２は、複数の変形シートを有する熱交換器を開示している。各シートは、複数の開いた「波形流路」を構成し、各流路は、複数の波形を構成する２つの端部、２つの山部および１つの谷部を有している。

特開２００４−１３２５８９号公報 独国実用新案第２９６２０２４８号明細書

上記に鑑み、本開示の概括的な目的は、従来技術の問題を少なくとも低減させる熱交換および／または物質移動のためのシートを提供することにある。
他の目的は、熱交換または物質移動のための装置を提供することである。

第３の目的は、熱交換または物質移動のためのシートの製造方法を提供することである。

本開示の第１の態様による、流体流れ間の熱交換および物質移動の少なくともいずれか一方のためのシートは、開流路を形成している波形部を有している。一つおきの開流路は波形開流路であり、各波形開流路の断面は、２つの流路端点と、２つの流路端点の間に位置する２つの山部および谷底とを有している。各波形開流路の２つの流路端点は波形開流路の開口を画定している。各対の波形開流路の中間に位置する残りの開流路は中間開流路である。波形開流路および中間開流路は互いに反対の方向に開口を有している。

上記構成は、流体流れ間の熱交換器または物質移動装置の製造においてシートを重ねる際に接着剤を必要としないという効果をもたらす。一つおきの流路は各流路の波形を形成する２つの山部および１つの谷底をそれぞれ有し、この波形は、シートの流路を形成する主波形部に対して副波形部として機能する。この構造により、１枚のシートの２つの山部および１つの谷底を有する各開流路は、別のシートの中間流路、すなわち２つの山部および１つの谷底をそれぞれ有する２つの開流路の間の流路と係合する。具体的には、２つの山部および１つの谷部を有する各開流路の断面形状によって、隣接して重ねられた２枚のシート間の横方向の相対移動が防止される。さらに、この構造によって、シートが互いに向かって移動することが防止される。重ねられたシートは、このように側方および互いに近づく方向における相対移動に対して固定されている。このため、流体流れ間の熱交換および／または物質移動のための装置を形成するために複数のシートを重ねる際に接着剤が不要である。

さらに、特許文献２には、互いに反対の方向に開口を有している波形開流路および中間開流路については開示されていない。これらの流路によって、熱交換および／または物質移動のための装置を形成するために複数のシートが組み立てられた状態において、各閉流路を封止する４つの固定点／装着点が設けられるという効果がもたらされている。

特許文献２において、シートが重ねられた際に、波形開流路によって複数の閉流路が形成される。具体的には、２枚のシートが重ねられた際に、５つの閉流路が形成される。しかし、これらのシートは互いに対して開いた状態であるため、２枚のシート間に圧力差が生じた場合には、５つの閉流路の各組が開き、流れにおいて流体が混合する。

本明細書に開示する第１の態様によってもたらされる４つの固定点によって、複数の上記シートが重ねられたときに、各閉流路において常に閉じた流体流れが確保されるように閉流路が係合および連結されている。このような連結によって、圧力の影響を受けにくくなり、シートの局所的な移動が抑制される。

流れにおいて流体が混合していない場合、流体が混合している場合に比べて熱交換および／または物質移動が効率良く行われる。
一実施形態において、２つの山部は、流路端点の間を延びる直線から第１距離をなして位置しており、谷底は、直線から第２距離をなして位置している。

一実施形態において、２つの山部の間に谷底が位置している。間に谷底が位置している２つの山部の形状によって、重ねられた２枚のシートの係止が行われる。これによって、重ねられた２枚のシートは、横方向および互いに近づく方向における相対移動が抑制されるように互いに連結されている。

一実施形態において、２つの山部間を接続している区分の断面形状は、一つおきの開流路の間に位置する各開流路の断面形状に適合している。このため、中間開流路、すなわち、２つの山部および１つの谷底をそれぞれ有する２つの流路の間の開流路の断面形状によって、重ねられた２枚のシートの係合または連結が可能となっている。重ねられたシートの各対は、例えば流路幅の半分の幅分だけずらして配置されており、これによって、中間開流路の一部が、２つの山部間を接続する区分と整合するとともに同区分内に配置される。

一実施形態において、流路端点の一方を山部の一方に接続している区分の全体が、谷底を山部の他方に接続している区分の全体と平行である。
一実施形態において、流路端点の他方を山部の他方に接続している区分の全体が、谷底を山部の一方に接続している区分の全体と平行である。流路端点を山部に接続している区分は、中間開流路の側壁も形成している。このような互いに対向する２つの区分、すなわち、２つの山部および１つの谷底を有する２つの隣接する開流路の区分によって、中間流路の側壁が形成されている。上記のように平行な区分を設けることにより、中間流路の断面が、２つの山部間を接続する区分と適合する。

一実施形態において、一つおきの流路のそれぞれが略Ｍ字状の断面を有している。
一実施形態において、シートは熱交換シートである。
本開示の第２の態様による、流体流れ間の熱交換または物質移動のための装置は、第１の態様によるシートを複数備えている。複数のシートは、隣接する各対のシートの開流路が流体流路を形成するように重ねられている。

一実施形態において、シートの流路端点は、隣接するシートの対応する谷底と係合している。
一実施形態は、流入口および流出口を備えている。各流入口は２枚の隣接するシートの流体流路内に流体を向けるよう配置されている。各流出口は２枚の隣接するシートの流体流路から流体を出すように配置されている。各流入口および流出口は、テーパー状をなしている。

一実施形態において、各流入口は、流体流路の長手方向長さに平行な流入開口を有している。各流入開口はシートの横方向端部に整合している。各流入口は横方向端部からシートの他方の横方向端部に向かって延びている。各流入口は、横方向端部から他方の横方向端部にかけて流体流路の流路流入開口に向かってテーパーしている。このため、流入開口に最も近い流路内の流れに影響を与える可能性のあるベンチュリ効果が抑制され、各流体流路において流体の分配が略均一になる。その結果、装置の流体処理量が増加し、装置の効率が向上する。

一実施形態において、各流出口は、流体流路の長手方向長さに平行な流出開口を有しており、各流出開口はシートの横方向端部に整合している。各流出口は、横方向端部からシートの他方の横方向端部に向かって延びている。各流出口は、横方向端部から他方の横方向端部にかけて流体流路の流路流出開口に向かってテーパーしている。

このため、流体流路の特定の層のすべての流体流路間において全体的な圧力降下が平衡化する。その結果、装置の流体処理量が増加し、装置の効率が向上する。
本開示の第３の態様による、流体流れ間の熱交換および物質移動の少なくともいずれか一方のためのシートの製造方法は、
ａ）ブランクシートを提供することと、
ｂ）一つおきの流路の断面が２つの流路端点と、２つの流路端点の間に位置する２つの山部および谷底とを有するように、ブランクシートに波形付けをして開流路を形成することと、からなる。波形開流路の２つの流路端点は、波形開流路の開口を画定している。各対の波形開流路の中間に位置する残りの開流路は、中間開流路である。波形開流路および中間開流路は互いに反対の方向に開口を有している。

一実施形態において、波形付けの工程ｂ）は、１）熱成形、または２）折り線に沿った折り曲げによって行われる。このため、複数のシートが重ねられた熱交換および／または物質移動のための装置を組み立てる際に、接着剤や他の追加部材を必要とすることなく、各ブランクシートが簡単な方法にて波形付けされる製造方法によって、強固な構造を形成することができる。

本開示の第４の態様による、流体流れ間の熱交換または物質移動のためのシートは、開流路を形成している波形部を有している。一つおきの開流路の断面は、２つの流路端点と、２つの流路端点の間に位置する２つの山部および谷底とを有している。

一実施形態において、２つの山部は、流路端点の間を延びる直線から第１距離をなして位置しており、谷底は、直線から第２距離をなして位置している。
一実施形態において、２つの山部の間に谷底が位置している。間に谷底が位置している２つの山部の形状によって、重ねられた２枚のシートの係止が行われる。これによって、重ねられた２枚のシートは、横方向および互いに近づく方向における相対移動が抑制されるように互いに連結されている。

一実施形態において、２つの山部間を接続している区分の断面形状は、一つおきの開流路の間に位置する各開流路の断面形状に適合している。
一実施形態において、流路端点の一方を山部の一方に接続している区分の全体が、谷底を山部の他方に接続している区分の全体と平行である。

一実施形態において、流路端点の他方を山部の他方に接続している区分の全体が、谷底を山部の一方に接続している区分の全体と平行である。
一実施形態において、一つおきの流路のそれぞれが略Ｍ字状の断面を有している。

一実施形態において、シートは熱交換シートである。
本開示の第５の態様による、流体流れ間の熱交換または物質移動のための装置は、第４の態様によるシートを複数備えている。複数のシートは、隣接する各対のシートの開流路が流体流路を形成するように重ねられている。

一実施形態において、シートの流路端点は、隣接するシートの対応する谷底と係合している。
一実施形態は、流入口および流出口を備えている。各流入口は２枚の隣接するシートの流体流路内に流体を向けるよう配置されている。各流出口は２枚の隣接するシートの流体流路から流体を出すように配置されている。各流入口および流出口は、テーパー状をなしている。

一実施形態において、各流入口は、流体流路の長手方向長さに平行な流入開口を有している。各流入開口はシートの横方向端部に整合している。各流入口は、横方向端部からシートの他方の横方向端部に向かって延びている。各流入口は、横方向端部から他方の横方向端部にかけて流体流路の流路流入開口に向かってテーパーしている。

一実施形態において、各流出口は、流体流路の長手方向長さに平行な流出開口を有しており、各流出開口はシートの横方向端部に整合している。各流出口は、横方向端部からシートの他方の横方向端部に向かって延びている。各流出口は、横方向端部から他方の横方向端部にかけて流体流路の流路流出開口に向かってテーパーしている。

本開示の第６の態様による、流体流れ間の熱交換または物質移動のためのシートの製造方法は、
ａ）ブランクシートを提供することと、
ｂ）一つおきの流路の断面が２つの流路端点と、２つの流路端点の間に位置する２つの山部および谷底とを有するように、ブランクシートに波形付けをして開流路を形成することと、からなる。

一実施形態において、波形付けの工程ｂ）は、１）熱成形、または２）折り線に沿った折り曲げによって行われる。
本明細書において別に記載しない限り、特許請求の範囲において用いられるすべての用語は当該技術分野における通常の意味に解釈される。別に記載しない限り、１つの要素、装置、部材および手段等に対する言及は、要素、装置、部材および手段等の少なくとも１つの具体例であると解釈される。

発明的概念の特定の実施形態について、以下の添付図面を参照して例示的に記載する。

熱交換または物質移動のためのシートの例を示す概略斜視図。 図１ａのシートの部分断面図。 熱交換または物質移動のためのシートの別の例を示す断面図。 重ねられた状態における熱交換または物質移動のためのシートの断面を示す斜視図。 流入口および流出口を有するシートの例を示す概略立面図。 流入口および流出口を有するシートの例を示す概略立面図。 流入口および流出口を有する２枚のシートが重ねられた状態を示す斜視図。 複数のシートを有する、熱交換または物質移動のための装置を示す図。 流路分割シートを有する、図４の装置の変更例を示す図。 図５ａの装置の変更例を示す図。 熱交換および／または物質移動のためのシートを製造する方法を示すフローチャート。 ブランクシートの例の上面図。

例示的実施形態を示す添付の図面を参照して、発明的概念について以下に詳細を記載する。しかしながら、発明的概念は多くの異なる態様にて実施可能であり、以下に記載する実施形態に限定されるものではない。以下に記載する実施形態は、本開示を完全かつ包括的に行うために例として示されるものであり、発明的概念の範囲を当業者が完全に理解できるように記載されるものである。以下の記載において、類似の要素には類似の符号が付されている。

図１ａに、熱交換および／または物質移動のためのシート１の例を示す。シート１は、複数の開流路３，５を形成している複数の波形部を有している。２枚のシート１が重ねられ、重ねられたシート１の開流路３，５によって閉じた流体流路が形成されていてもよい。また、複数のシート１が重ねられることによって、流体流れ間の熱交換器もしくは物質移動装置、または、両方の機能を有する装置が形成されていてもよい。シート１の特定の用途は、シート１の材料特性により決定される。このため、シート１は、水、空気または熱交換もしくは物質移動において用いられる他の流体等の流体に対して、不透過性、透過性または半透過性を有する材料から形成される。

シート１の隣り合う開流路３，５は互いに反対の方向に開口を有している。一つおきの開流路である開流路３は、波形部を有している。以下、開流路３を波形開流路３と称する。各波形開流路３の波形部は、シート１の開流路３，５を形成する波形部よりも小さいため、開流路３，５を形成する波形部に対して、副波形部とみなすことができる。残りの開流路、すなわち、各対の波形開流路３の中間にそれぞれ位置する開流路５は、以下の記載において中間開流路５と称する。中間開流路５は、２枚のシート１が、一方のシート１の各中間開流路５が他方のシート１の対応する副波形部と整合するように重ねられたときに、他方のシート１の波形開流路３の波形部と係合する断面形状を有している。このように、各波形開流路３の波形部は、別のシート１の中間開流路５と係合する手段として機能する。

図１ｂは、図１ａのシート１の部分断面図である。各波形開流路３は、開流路３の開口を画定している２つの流路端点３ａおよび３ｂを有している。波形開流路３の流路端点３ａ，３ｂの間には、２つの山部３ｃ，３ｄと、谷底３ｅを有する谷部とが位置している。波形開流路３の２つの山部３ｃ，３ｄおよび谷底３ｅは、その波形開流路３の波形部または副波形部を形成している。

本開示における山部および谷部は、開流路３および５が水平に延びて波形開流路３の開口が下向きに位置するようにシート１が水平に配置された状態における山部および谷部を指す。

２つの山部３ｃ，３ｄは流路端点３ａ，３ｂの間を延びる直線Ｌから第１距離ｄ１をなして位置している。谷底３ｅは直線Ｌから第２距離ｄ２をなして位置している。第１距離ｄ１は第２距離ｄ２とは異なる。より詳細には、第１距離ｄ１は第２距離ｄ２よりも長い。

各波形開流路３の一方の流路端点３ａと、２つの山部３ｃ，３ｄのうちの第１山部３ｃとを接続している区分３ｆ全体は、谷底３ｅと、山部３ｃ，３ｄのうちの第２山部３ｄとを接続している区分３ｈ全体と平行である。他方の流路端点３ｂと第２山部３ｄとを接続している区分３ｇ全体は、谷底３ｅと第１山部３ｃとを接続している区分３ｉ全体と平行である。より詳細には、波形開流路３の断面における２つの傾斜変更点を接続している区分は、一区分おきに平行である。このため、開流路３，５が水平に配置されて波形開流路３の開口が下向きである状態において、各波形開流路３の断面は略Ｍ字状である。波形開流路３は、波形開流路３の長手方向全長にわたってこのような断面形状を有している。

谷底３ｅは、２つの山部３ｃ，３ｄの間に位置している。２つの山部３ｃ，３ｄの間の谷底３ｅの構造は切欠き状の断面をなし、この形状が、別のシート１の中間流路５を受容する手段として機能する。より詳細には、２つの山部３ｃ，３ｄを接続している波形開流路３の区分３ｈ，３ｉの断面形状は、各中間開流路５の断面形状と適合している。

図１ｃは、図１ａのシート１の変更例の部分断面図である。図１ｃは、選択可能な複数の流路形状のうちの一例を示すものである。図１ｃに示すシート１’は、開流路３’，５’を形成している複数の波形部を有している。一つおきの開流路は波形部を有しており、波形開流路３’である。残りの開流路、すなわち波形開流路３’に隣接する開流路は上記と同様に中間開流路５’と称される。図に示されるように、シート１’の断面構造は図１ａおよび１ｂに示す断面構造と概して同じである。各波形開流路３’の断面は、２つの流路端点３ａ’，３ｂ’と、２つの流路端点３ａ’，３ｂ’の間に位置する２つの山部３ｃ’，３ｄ’ならびに谷底３ｅ’とを有している。シート１とシート１’との間の相違点は、底部３ｅ’が平面であることと、中間開流路５’が平面部を有していることである。中間開流路５’の断面形状は、波形開流路３’の２つの山部３ｃ’，３ｄ’を接続する区分と適合する。

他の変更例としては、流路端点と山部とを相互接続する区分が階段状である構造が挙げられる。また、波形開流路および中間開流路は、非対称形であってもよい。
図２は重ねられた２枚のシート１の部分斜視図である。上側シート１の中間開流路５は谷部に配置され、下側シート１の２つの山部３ｃ，３ｄの間に形成された谷底３ｅに受容されている。流体流路１１は、２枚のシート１の、波形開流路３に対向する各対の中間開流路５により形成される。２枚のシート１は、一方のシートの各中間開流路５が、他方のシートの対応する波形開流路３の２つの山部の間に配置されるように側方にずらされている。隣接する一対のシート１は、一方のシート１の中間開流路５が他方のシートの対応する２つの山部の間の谷底と係合するように互い違いに配置される。このため、重ねられるシートの波形を同一にすることができ、製造工程が簡略化される。

図３ａは、２枚以上のシート１が重ねられた状態を示す概略立面図である。各シート１は端部を有し、端部はシート１と一体をなすか、シート１に取り付けられた端部材である。これらの端部または端部材は、一般的には波形をなしていないが、波形であってもよい。端部または端部材は、開流路３，５の各端、すなわち開流路３，５の入口および出口に配置されている。

２枚のシート１が重ねられると、両方のシート１の端部または端部材が、例えば溶接や接着等の手段により接合される。２つの端部または端部材が接合される際には、これらの一部は封止されずに開口を形成し、これによって形成される流入口または流出口を介して流体の出入りが可能となる。一対のシート１の封止された端部または端部材は、このようにしてその一対のシート１の流入口７および流出口９を形成する。同様に重ねられてそれぞれ流入口および流出口を有する２対のシート１が互いに重ねられる際には、一方の対のすでに接合された端部または端部材は、他方の対のすでに接合された端部または端部材とは接合されない。その代わりに、重ねられた２対のシート１の間に形成される流体流路は、対向流層として機能する。したがって、各流入口および各流出口は、流体流路の１層のみ、すなわち一対のシートのみに対して機能する。

流入口７は重ねられた２枚のシート１の流体流路１１内に流体を配向するように配置されている。流出口９はこれらの重ねられた２枚のシート１の流体流路１１から出る流体を配向するように配置されている。流入口７は流体流路１１の一端に配置され、流出口９は流体流路１１の他端に配置される。流入口７および流出口９はテーパー状である。

流入口７は流体の流れを受ける流入開口７ａを有する。流入口７は、流入開口７ａを介して受容した流体を流体流路１１内に送るように配置されている。
流入口７は流路流入開口１ａに対応する先端７ｂを有する。流入開口７ａは流体流路１１の長手方向長さと平行である。流入開口７ａはシート１の横方向端部１ｃと整合していてもよい。流入口７は横方向端部１ｃからシートの他方の横方向端部１ｄまで延びる。流入口７は、流入開口７ａと整合している横方向端部１ｃから他方の横方向端部１ｄにかけて、流体流路１１の流路流入開口１ａに向かってテーパーしている。

流出口９は流体流路１１を流れた流体を分配する流出開口９ａを有している。流出口９は流路流出開口１ｂに対応する端部９ｂを有する。流出開口９ａは、流体流路１１の長手方向長さに平行である。流出開口９ａはシートの横方向端部１ｄに整合していてもよい。流出口９はこの横方向端部からシート１の他方の横方向端部１ｃまで延びる。流出口９は、流出開口９ａと整合している横方向端部１ｄから他方の横方向端部１ｃにかけて、流体流路１１の流路流出開口１ｂに向かってテーパーしている。

概して、流入口は隣接する一対のシート１のすべての流体流路１１に流体を案内できる長さを有しており、流出口は隣接する一対のシート１のすべての流体流路１１から出る流体を案内できる長さを有している。このため、流入口および流出口は、シートの横方向端部の間の全長にわたって延びている必要は必ずしもない。流入口および流出口のこの方向における長さは、各流入口が流体流路の一層のすべての流体流路１１の流路流入開口に沿って延び、各流出口が一層のすべての流体流路１１の流路流出開口に沿って延びていればよい。

流入口７および流出口９の高さ寸法は、流体流路１１の高さ寸法よりも小さいことが好ましい。流入口および流出口の高さ寸法は、流体流路の高さ寸法の例えば半分であってもよいし、他の比率であってもよい。流入口および流出口の高さ寸法が流体流路の高さ寸法よりも小さくなっている比率に設定された場合、様々な方向への流れの分配が促進される。つまり、複数のシートが重ねられた装置において対向流が促進される。具体的には、高さ寸法の比率を変えることによって、２つの流れ方向における圧力降下を変化させることができる。

図３ａに示す例では、流入開口７ａおよび流出開口９ａは対角線状に配置されている。流入開口７ａと流出開口９ａとは互いに反対方向に配置されている。図３ｂに、シート１に対する流入口７および流出口９の別の配置例を示す。この変形例では，流入開口７ａと流出開口９ａとが互いに同じ方向を向いている。一般的に、流出開口に対する流入開口の向きは、用途や、シートから形成される熱交換または物質移動のための特定の装置に応じて決定される。

図４は、熱交換および／または物質移動のための装置１３の断面図である。この装置は、上記のように配置されて重ねられた複数のシート１を有している。この例においては、すべてのシート１が同じ向きに重ねられている。つまり、全シートのすべての波形開流路の２つの山部が同じ方向を向いている。装置１３は、重ねられた複数のシートを収めるマウントまたはフレーム等の構造（図４には図示されていない）を有していてもよい。シート間の相対位置はこのような構造によって全方向において維持されていてもよい。

装置１３の対になったシート１は上記のように流入口および流出口を有し、熱交換および／または物質移動の対象となる流体が装置１３を流れることができるようになっている。装置１３は対向流熱交換装置として有益に用いることができる。つまり、装置１３の一つおきの層の流体流路１１が第１方向の流体流れを受容し、残りの層の流体流路１１が、第１方向とは反対の第２方向の流体流れを受容するように装置１３を構成してもよい。

図５ａは、熱交換および／または物質移動のための装置において重ねられた複数のシートを示す部分断面図である。隣接するシート１の間にはそれぞれ流路分割シート１４が配置されている。流路分割シート１４は、前述したものに類似する波形開流路３”と、この例では波形部を有している中間流路５”とを備えている。つまり、流路分割シート１４のすべての開流路３”，５”が波形部を有している。各中間開流路５”は２つの谷底および１つの山部を有し、波形開流路３”の２つの山部と１つの谷底の波形とは逆の波形となっている。流路分割シート１４は、隣接するシート１の各対の間に配置されるように構成されている。流路分割シート１４は、隣接する２枚のシート１の間に形成される流体流路の分割要素として機能する。図５ａに示されるように、シート１の中間開流路５，５”と流路分割シート１４とによって形成される各流路Ｃ１の断面寸法は、流路分割シート１４の中間開流路５”とシート１の波形開流路３との間に形成された残りの流路Ｃ２の断面寸法よりも小さい。さらに、各流路Ｃ１は、流路Ｃ１よりも断面寸法の大きい流路Ｃ２に囲まれている。

図５ｂに、図５ａの構成の変更例を示す。図５ｂに示す変更例の構造は、図５ａの流路分割シートとは種類の異なる流路分割シートを有している。図５ｂの流路分割シート１４は、図５ａのようにＭ−Ｗ字状ではなく、各開流路の高さが同じである波形をなしている。しかしながら、熱交換および／または物質移動のための装置においては、特定の用途および所望の流体流れ特性に応じて、いかなる組み合わせで複数の流路分割シートを用いてもよい。

流路分割シート１４’は、平面区分１４’ａおよび波形区分１４’ｂを有する。波形区分１４’ｂは平面区分１４’ａの各対の間に配置される。流路分割シート１４’は隣接する２枚のシート１の間に挟まれるように配置される。各波形区分１４’ｂは、中間開流路５およびシート１の谷部と適合する。各平面区分１４’ａの幅は、各波形区分１４’ｂが１枚のシート１の中間開流路５と別のシート１の谷部との間に挟まれるように設定されている。平面区分１４’ａは流路分割シート１４’の流路分割要素として機能し、各平面区分１４’ａは、２枚の隣接するシート１によって形成された流体流路、より詳細には中間開流路５と波形開流路３との間に形成された流体流路を分割するよう配置されている。平面区分１４’ａは流体流路を流路Ｃ３，Ｃ４に分割する。流路Ｃ３，Ｃ４の断面寸法は、特定の用途や、熱交換および／または物質移動の所望仕様に応じて適切な方法にて平面区分１４’ａおよび波形区分１４’ｂの寸法を設定することによって決定される。例えば、図５ｂに示す配置の代替例として、熱交換および／または物質移動のための装置は、流路分割シート１４’のみをシート１と組み合わせて用いてもよい。

一変形例においては、流路分割シートはブランクシート（ｓｈｅｅｔ ｂｌａｎｋ）または変形可能シートであってもよい。ブランクシートまたは変形可能シートが２枚のシート１の間に配置されると、ブランクシートまたは変形可能シートは２枚のシートによって変形される。具体的には、元来は実質的に形状を有していないか、意図的な形状設計を有していないブランクシートまたは変形可能シートが、例えば流路分割シート１４’のような形状を有するように成形される。つまり、流路分割シートが２枚のシート１の間に挟まれた状態において一方のシート１の中間開流路が他方のシート１の２つの山部の間に配置される箇所においてこの流路分割シートの材料が折れ曲がる。このように、熱交換および／または物質移動のための装置の製造において、ブランクシートまたは変形可能シートは１枚のシート１の上に載置され、ブランクシートまたは変形可能シートの上に別のシート１が載置される。これにより、一方のシートの中間開流路が他方のシートの２つの山部の間に配置される箇所においてブランクシートまたは変形可能シートが折れ曲がる。その結果、ブランクシートまたは変形可能シートが引き伸ばされたり、引っ張られたりすることによって、折り曲げられた区分もしくは波形区分の間に平面区分が形成される。流路分割シートはこのようにして形成される。

ブランクシートまたは変形可能シートの好適な材料の例としては、ゴアテックス（登録商標）やセルロースを用いた材料等の膜材が挙げられる。
図５ａおよび５ｂに示す構造は、例えば気体の温度に影響を与える熱伝達媒体として液体を用いる熱交換システムにおいて好適に使用できる。液体は気体に比べて一般的に熱容量が大きく、２つの流体間の熱平衡を得るために必要とされる液体の量は気体の量よりも概して少ない。図５ａおよび５ｂに示す構造やこれらに類似する構造を用いることによって熱交換の効率が上がる。図５ａおよび５ｂに示す構造を有する装置は、温度変更の対象である気体に対して、より大きい量の流体伝達容量を使用できる。さらに、このような構成によって、装置寸法を縮小化できる。

図５ａに示す構成の用途例としては、オイル冷却装置が挙げられる。オイル冷却装置は、シート１および１４の構造を備え、流路Ｃ１にオイルが流れ、流路Ｃ２に気体が流れるように構成してもよい。

図６および７を参照して、シート１等のシートの製造方法について以下に詳細を記載する。工程ａ）においてブランクシートが提供される。工程ｂ）において、ブランクシートに波形が付けられて開流路３，５が形成される。これによって、一つおきの流路の断面が、２つの流路端点と、２つの流路端点の間に位置する２つの山部および１つの谷底とを有するようになる。

図７に、ブランクシート１５の一例を示す。ブランクシート１５は複数の折り線１７，１９を有する。折り線１７が折り曲げられた状態において、折り線１７は波形開流路３の２つの山部および谷底を形成する。折り線１９が折り曲げられた状態において、折り線１９は中間開流路５を形成する。この変形例では、波形付けを行う工程ｂ）において、折り線１７，１９に沿ってブランクシート１５が折り曲げられる。折り線１７，１９は、折り目付け等により形成することができる。

ブランクシートを形成するために折り線を設ける方法の代替例として、熱成形や、ブランクシートに波形をつける他の方法等によって、波形付けの工程を行ってもよい。別の代替例として、波形シートを直接的に押出成形してもよいし、複数のシートを有する装置全体を押出成形してもよい。

任意の追加工程として、複数のシートを互い違いに重ねてもよい。隣接する流入口および流出口の各対の先端を相互に連結して、流入口および流出口の両方に対して先端壁を形成することによって流体流れ案内部を形成してもよい。流入口および流出口がブランクシートと一体化されている場合は、流入口および流出口も工程ｂ）において波形付けしてもよい。一般的に、流入口および流出口の波形は開流路３，５の波形とは異なっている。このため、流入口および流出口の断面形状は、通常の場合、開流路３，５の断面形状と異なる。

本明細書に記載するシート１およびその変形例は剛性を有していてもよいし、可撓性を有していてもよい。
一変形例において、シートは波形線（例えば、製造時に波形部が折り曲げられている場合は折り線）に沿って可撓性を有する。このため、装置１３は可撓性を有し、装置１３の外周のある側面側から圧力が加えられた際に装置１３が変形可能である。これは、輸送時において装置の体積を小さくできるため有益である。輸送中は装置を変形させ、設置の際には元の形状に戻すことができる。

前述したように、シートは、流路分割シートを含めて、非透過性、透過性または半透過性の材料から形成することができる。装置のすべてのシートが同じ特性を有していてもよく、すべてのシートが不透過性、透過性または半透過性のいずれかを有していてもよい。または、透過特性の異なるシートを組み合わせて装置を形成してもよい。例えば、一部のシートが透過性を有し、他の一部のシートが非透過性を有していてもよい。例えば、一つおきのシートが透過性を有し、残りのシートが非透過性を有していてもよい。

シートは、流路分割シートを含めて、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、熱伝達に適した他の金属等の金属や、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＳ、ＰＰＳ、ポリカーボネート、ナイロン、半透過性膜（例えばＮａｆｉｏｎ（登録商標）等のＰＥＭ）等のプラスチックや、炭素発泡体や素焼板等の、熱交換または物質移動用途に適した他の材料によって形成可能である。シートは、異なる材料の混合物を含んでいてもよい。

いくつかの例を参照して、発明的概念について上記記載した。しかしながら、添付の特許請求の範囲に規定される発明的概念の範囲内において、上記の実施形態以外の実施形態か可能であることは当業者に自明である。

Claims (15)

1. 流体流れ間の熱交換および物質移動の少なくともいずれか一方のためのシート（１，１’）であって、該シート（１，１’）が開流路（３，５）を形成している波形部を有しており、一つおきの開流路（３）が波形開流路（３）であり、各波形開流路（３）の断面が、２つの流路端点（３ａ，３ｂ）と、該２つの流路端点（３ａ，３ｂ）の間に位置する２つの山部（３ｃ，３ｄ）および谷底（３ｅ）とを有しており、
   各波形開流路（３）の２つの流路端点（３ａ，３ｂ）は該波形開流路（３）の開口を画定しており、各対の波形開流路（３）の中間に位置する残りの開流路が中間開流路（５）であり、波形開流路（３）および中間開流路（５）が互いに反対の方向に開口を有している、シート（１，１’）。
2. 前記２つの山部（３ｃ，３ｄ）が、前記流路端点（３ａ，３ｂ）の間を延びる直線（Ｌ）から第１距離（ｄ１）をなして位置しており、前記谷底（３ｅ）が前記直線（Ｌ）から第２距離（ｄ２）をなして位置している、請求項１に記載のシート（１，１’）。
3. 前記谷底（３ｅ）が前記２つの山部（３ｃ，３ｄ）の間に位置している、請求項１または２に記載のシート（１，１’）。
4. 前記２つの山部（３ａ，３ｂ）間を接続している区分（３ｇ，３ｉ）の断面形状が、前記一つおきの開流路（３）の間に位置する各開流路（５）の断面形状に適合している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシート（１，１’）。
5. 前記流路端点の一方（３ａ）を前記山部の一方（３ｃ）に接続している区分（３ｆ）の全体が、前記谷底（３ｅ）を前記山部の他方（３ｄ）に接続している区分（３ｈ）の全体と平行である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシート（１，１’）。
6. 前記流路端点の他方（３ｂ）を前記山部の他方（３ｄ）に接続している区分（３ｇ）の全体が、前記谷底（３ｅ）を前記山部の一方（３ｃ）に接続している区分（３ｉ）の全体と平行である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシート（１，１’）。
7. 前記一つおきの流路（３）のそれぞれが略Ｍ字状の断面を有している、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシート（１，１’）。
8. 前記シート（１，１’）が熱交換シートである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシート（１，１’）。
9. 流体流れ間の熱交換および物質移動の少なくともいずれか一方のための装置（１３）であって、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のシート（１，１’）を複数備えており、該複数のシート（１，１’）が、隣接する各対のシート（１，１’）の開流路（３）が流体流路（１１）を形成するように重ねられている、装置（１３）。
10. シート（１，１’）の前記流路端点（３ａ，３ｂ）が、隣接するシート（１，１’）の対応する谷底（３ｅ）と係合している、請求項９に記載の装置（１３）。
11. 流入口（７）および流出口（９）を備えており、各流入口（７）が２枚の隣接するシート（１）の流体流路（１１）内に流体を向けるよう配置されており、各流出口（９）が２枚の隣接するシート（１）の流体流路（１１）から流体を出すように配置されており、各流入口（７）および流出口（９）がテーパー状をなしている、請求項９または１０に記載の装置（１３）。
12. 各流入口（７）が、前記流体流路（１１）の長手方向長さに平行な流入開口（７ａ）を有しており、各流入開口（７ａ）がシート（１，１’）の横方向端部に整合しており、各流入口（７）が前記横方向端部から前記シート（１，１’）の他方の横方向端部に向かって延びており、各流入口（７）が前記横方向端部から前記他方の横方向端部にかけて流体流路（１１）の流路流入開口（１ａ）に向かってテーパーしている、請求項１１に記載の装置（１３）。
13. 各流出口（９）が、前記流体流路（１１）の長手方向長さに平行な流出開口（９ａ）を有しており、各流出開口（９ａ）がシート（１，１’）の横方向端部に整合しており、各流出口（９）が前記横方向端部から前記シート（１，１’）の他方の横方向端部に向かって延びており、各流出口（９）が前記横方向端部から前記他方の横方向端部にかけて前記流体流路（１１）の流路流出開口（１ｂ）に向かってテーパーしている、請求項１１または１２に記載の装置（１３）。
14. 流体流れ間の熱交換および物質移動の少なくともいずれか一方のためのシート（１，１’）の製造方法であって、
    ｃ）ブランクシート（１５）を提供することと、
    ｄ）一つおきの流路（３）の断面が２つの流路端点（３ａ，３ｂ）と、該２つの流路端点（３ａ，３ｂ）の間に位置する２つの山部（３ｃ，３ｄ）および谷底（３ｅ）とを有するように、前記ブランクシート（１５）に波形付けをして開流路（３，５）を形成することと、からなり、
    波形開流路（３）の前記２つの流路端点（３ａ，３ｂ）が該波形開流路（３）の開口を画定しており、各対の波形開流路（３）の中間に位置する残りの開流路が中間開流路（５）であり、波形開流路（３）および中間開流路（５）が互いに反対の方向に開口を有している、方法。
15. 波形付けの工程ａ）が１）熱成形、または２）折り線（１７，１９）に沿った折り曲げによって行われる、請求項１４に記載の方法。