JPH09302993A - 流体流動制御部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供給した流体が急速に拡散して流体の流動規
正作用が速やかに発揮され、しかも高い規正精度と応答
性の得られる安価な流体流動制御部材を提供すること。 【構成】 基材（２ａ）と、流体の含浸可能な多数の気
孔を保有した微細な凹凸表面の塗装被膜（９）とを有し
ている。塗装被膜には流体が供給され、前記気孔により
流動する流体の一部を吸収し残りの部分が被膜表面を滑
る露出した流体の流れを形成する気孔毛細管通路（４）
と、この気孔毛細管通路の側部に位置し、気孔毛細管通
路に比べて僅かに***し、気孔毛細管通路を帯状に流動
する流体が越流可能な、比較的平坦なうね状の棚を形成
した、流体に対し濡れ性に富む仕切り（５）とを有し、
気孔毛細管通路相互の間で流体が自由に移動して流量が
平均化されるような表面構造を備えた流体流動制御部
材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体を規正した状態で
一定の方向性を持たせて流動させるための流体流動制御
部材、特に、流体の移動を円滑に行い流れを平衡状態に
保つ流動規正部材に係る。ここで言う流体とは、温水、
地下水、冷却水、蒸発させる液体、放熱／加熱する液体
の他、流体を兼ねる水耕栽培液、化学溶液、試薬液、排
液等の各種の液体を含む概念である。従って、本発明の
部材は、熱交換器、流体分配供給手段、蒸発器、拡散混
合手段（複数種類の流体を部材上で拡散混合する）等に
利用することができる。

【０００２】前述した流体流動制御部材は、様々な用途
に利用することができる。例えば、屋根面に設置し、冬
期、温水をこの部材に沿って流して屋根の除雪または融
雪を行い、夏期には集熱体として用い、部材に沿って流
体を流して太陽熱を集熱する複合的な用途機能を持たせ
ることができる。同時に、この部材は、夏期、冷水を流
して鉄板屋根面を冷却する冷却部材としての機能も備え
ている。部材の設置姿勢には特に制約はない。なお、後
述する気孔毛細管通路と仕切りのそれぞれの幅寸法、使
用本数は選択事項である。

【０００３】

【従来の技術】本件出願の発明者は、流体の流動を制御
する様々なテープ状シートについて試作研究を続けてき
た。これら出願人の試作に係るシートは、流体の移動を
拘束して規正的に流動させる性能を備えている。これら
従来の試作シートの規正性能に加えて、さらに流体の流
動分布を平均化し、急速な拡散性能を持たせることがで
きればより好ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】シートの稼働時、シー
ト上に最初に供給された流体は、供給箇所から徐々に広
がっていき、シート面を湿潤しながら流動していく。シ
ートの設置精度に問題がなく、しかもシートと流体がよ
く馴染んだ状態では、流体の動きには規則性が生じ、そ
の挙動は維持される。しかしながら、シート表面が飽和
するまでには時間がかかり、またその過程での流体の挙
動は必ずしも規正されたものではない。特に、シートが
保水性または吸水性に富む素材層を備えている場合、シ
ートの規正効果による応答性（流体供給側と流体流出側
の間の流動性能の一貫性）が発生するまでには相当の時
間を要する欠点がある。また規正性能の精度には一定の
制約があり、応答速度を速めると規正精度を保つことが
難しくなり、これら２つの要求を同時に満足することは
困難である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る流体流動制
御部材は、基材と、流体の含浸可能な多数の気孔を保有
した微細な凹凸表面の塗装被膜とを有している。塗装被
膜は、流体が供給され、気孔により流動する流体の一部
を吸収し残りの部分が被膜表面を滑る露出した流体の流
れを形成する気孔毛細管通路と、この気孔毛細管通路の
側部に位置し、気孔毛細管通路に比べて僅かに***し、
気孔毛細管通路を帯状に流動する流体が越流可能な、比
較的平坦なうね状の棚を形成した、流体に対し濡れ性に
富む仕切りとで構成されている。流体は、何らかの理由
で気孔毛細管通路より外れても速やかに元の気孔毛細管
通路に復帰し、気孔毛細管通路相互の間で流体が自由に
移動して流量が平均化されるような表面構造を備えてい
る。こうした平均化作用と流下規正作用は同時に行われ
ている。本発明の目的は、供給した流体が急速に拡散し
て流体の流動規正作用が速やかに発揮され、しかも高い
規正精度と応答性の得られる安価な流体流動制御部材を
提供することにある。

【０００６】

【作用】主流領域を形成する気孔毛細管通路の溝は流体
の移動方向に延びている。流体流動制御部材に供給され
た流体は気孔毛細管通路に速やかに捕捉され、気孔毛細
管通路の毛細管作用により先ず気孔毛細管通路に沿って
先行する流れが形成される。これら先行流は非常に明確
な主流経路を部材上に描き、後を追って流量の多い主流
が主流領域の範囲を満たすようになる。この先行流の先
行現象に追随した主流の流れは、流体同士の馴染みによ
り、主流は先行流の後を正確にたどり急速に流動する。

【０００７】部材表面には急速にしかも正確に主流領域
が形成されるが、この現象に並行して、またはこの現象
に引き続き、主流領域から仕切りにかけて流体の横方向
の拡散が急速に進行する。仕切りは僅かに***した棚面
を形成しているため、このうね状の棚に沿った流体の縦
方向への移動は気孔毛細管通路に沿った流体の移動に比
べて制限される。従って、仕切りの棚面は抵抗面となっ
て気孔毛細管通路と同方向の流体の流れに対しては減速
領域を形成する。仕切りの厚み（***高さ）は、予定さ
れる流体の流量および粘度との関係で選択する必要があ
る。流体流動制御部材を熱交換装置として使用する場
合、溝の容積を大きく設定すれば、流通路が保有する流
体量は増加し、この熱交換装置が融雪装置であれば保有
熱量は大きくなる。

【０００８】仕切りが気孔毛細管通路を流動する露出し
た流体の流れの上側表面より低ければ露出流体面の下に
沈み、気孔毛細管通路と同様に露出した流れが形成され
るが、棚面は流れの減速手段として作用し、露出した流
体の流れには速度差の異なる領域が隣接して交互に位置
するようになる。この流れには規則性があり、流体の流
動方向は規正される。

【０００９】気孔毛細管通路の幅、仕切りの幅、および
数は選択事項である。また、気孔毛細管通路と仕切りの
材質の組成は同一にする必要はなく、適宜選択すること
ができる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面に沿って本発明に係る流体流
動制御部材の実施例につき、詳細に説明する。流体流動
制御部材２は、基材２ａと塗装被膜９を備えている。塗
装被膜９は、気孔毛細管通路２と仕切り５から構成され
ている。図１の流体流動制御部材２は比較的幅の狭い帯
状の形態をしており、気孔毛細管通路４と仕切り５は互
いに隣接する位置関係にある。図２では、気孔毛細管通
路４の側部には仕切り５が位置し、仕切り５の側部には
気孔毛細管通路４が位置し、この関係が繰り返すように
して構成されている。図示の例では、気孔毛細管通路４
と仕切り５の高低差は１ミリから２ミリ程度の微細なも
のである。

【００１１】流体は気孔毛細管通路４または仕切り５に
供給される。流体の供給箇所はこれら毛細管通路の端の
位置である必要はなく、通路の中間位置でもよい。流体
流動制御部材の使用形態によっては部材に供給する流体
の流量にはおのずと制約があるものの、流体流動制御部
材の設置姿勢は、水平、傾斜、垂直の他、原則として自
由である。毛細管現象による流体の移動範囲は広く、部
材表面に多少の凹凸が生じたとしても流体は円滑に移動
していく。

【００１２】溶射被膜塗装の場合、多数の気孔は溶射時
の巻込み気泡からなり、これら気泡は独立するか連続し
て存在する。これら気孔は、急速に流体が浸透拡散する
毛細管作用を備えている。気孔毛細管は概ね連続気孔に
より形成される。気孔の形成は、後工程で塗装膜を加熱
処理し樹脂粒子を焼失させても形成することができる。
あるいは、塗装膜の表面を研削加工、切削加工し多数の
微細な毛細管経路を並列に形成することも可能である。

【００１３】供給される流体は先ず気孔毛細管通路４の
表層に存在する気孔毛細管により捕捉され、気孔毛細管
通路に沿って毛細流が走り、後続して流体の主流がこれ
ら毛細流をたどって移動していく。気孔毛細管通路４に
主流が形成されれば、仕切り５の側縁部はこの主流に接
し、側縁部から仕切りの棚面に気孔毛細管作用により流
体が侵入し、速やかに拡散して棚面は湿潤状態となる。

【００１４】仕切り５は気孔毛細管通路４の側部にあっ
て、仕切り表面を越流する流れに対しては減速領域を形
成している。この減速領域が主流領域の両側に位置すれ
ば両者の間には速度差による境界域が形成され、流体の
流動方向はこの境界域の方向に制限される。

【００１５】前記基材２ａは、金属板または金属薄板、
樹脂板または樹脂シート、金属ホイル被覆樹脂シート、
金属蒸着樹脂シート、プラスチックまたはゴムの磁石シ
ート、樹脂と金属薄板のラミネートシートの群より選ば
れた材料から構成することができる。溶射被膜層は基材
の両面に設置できる。また、基材の表側に被膜層を設
け、裏側には感圧接着剤の層を付着しておくことができ
る。前述した毛細管通路表面構造を持つ流体流動制御部
材は、必要枚数を互いに積層して用いることができる。
気孔毛細管通路を形成するにあたっては、塗装面をプレ
ス成形、ローラ転圧成形して構成することもできる。

【００１６】前記流体は、熱媒体、蒸発媒体、各種の処
理液、試薬、粘性流体であり、これら流体の種類によっ
て、流動制御部材は熱交換器、蒸発器、流体搬送手段と
して利用される。

【００１７】前記基材は単独で使用できるが、それ自体
を屋根材として利用したり、壁面材として使用すること
ができる。流体流動制御部材の基材の両側の側縁に立ち
上がった側壁を設ければ、基材はトレイとして使用でき
る。雪を投入し溶解させる大型容器の壁材に前述した構
成の流体流動制御部材を用いることもできる。

【００１８】本発明に係る流体流動制御部材は、前述し
た用途に加え、屋根材に接触して設置し冷水を流せば屋
根面を冷却する冷却手段として用いることができる。前
述した構造の部材を融雪屋根材として使用した場合、供
給される流体は温水である。温水は主に気孔毛細管通路
に沿って移動し、この気孔毛細管通路が保有熱量の大き
な帯状の放熱面を形成している。仕切りは越流する温水
および基材を介して熱の供給を受ける帯状の蓄熱／放熱
領域を形成している。基材に生じた歪みにより気孔毛細
管通路の主流が乱れても、その箇所から温水は棚状の仕
切りを越流し、横に広がって全体に馴染むように作用
し、仕切りは冠水した状態で温水の流下規正作用を果た
している。こうした気孔毛細管通路同士の相互調整機能
は、風の力により主流の流れが側方に押しやられた場合
にも作用し、速やかな現状回復能力を発揮するため凍結
が生じにくい。温水は平面的に均等に広がり、吸液素材
の境界域内に所望の熱量を保有する平面蓄熱／放熱体が
形成される。長尺の屋根であっても屋根全面に充分な量
の熱を供給することができる。吸液素材はその全面に主
流と副流または蓄熱帯域が存在するため、比較的幅の広
い部材であっても性能を維持できる。なお、基材の厚み
は選択事項である。

【００１９】流体流動制御部材は、各種のオプション設
備と併用することができる。例えば、毛細管通路に沿っ
て熱媒体の流通する配管、電気ヒーター線、プレートヒ
ーター、またはフィルムヒーターを設けておくことがで
きる。これら付帯設備は、基材自体に埋め込んでおいた
り、基材表面に固定しておくことができる。勿論、基材
自身でこれら発熱要素を構成することができる。

【００２０】扁平配管の管壁を利用し、これを基材とし
て利用することができる。毛細管通路はこの管壁の外側
表面に形成されている。管壁に貫通穴を設けておけば、
管内の流体を外部の毛細管通路に供給することができ
る。

【００２１】前記部材を融雪用の鉄板屋根材として使用
する場合、前述した塗装層は０．３〜０．４ミリのメッ
キ薄鉄板の外装に形成される。中間介在層として、アク
リル焼付け塗装層を設けておくことができる。試作した
塗装鉄板の例では、最終的な塗装加工後の仕切りと気孔
毛細管通路の段差厚は１．５ミリであった。この試験ピ
ースは鉄板屋根に張り付けて使用した。試験ピースの長
さは１．９メートル、幅は４００ミリであった。この鉄
板上には、４つの気孔毛細管通路（各気孔毛細管通路の
幅は７５mm）と３つの仕切り（３０mm）が隣接して配置
されている。気孔毛細管通路の各々には、約１５℃の地
下水が毎分当たり１００cc供給された。実験の結果、部
材の持つ平面放熱体としての性能が部材全面に渡って均
一に作用しており、この作用は流体の流動が精度よく規
正されていることの証明である。

【００２２】

【発明の効果】前述の如く構成することにより、供給さ
れた流体は一定の規則性の下に速やかに広い面積にわた
り拡散していき、短時間のうちに部材全面に馴染み、管
理された状態で流体を正確に移動させることができる。
こうした流体の移動状態は、用途に応じ予め予備試験を
行って実態を把握しておくことができ、最適な毛細管通
路を比較的簡単に設計し施工することが可能である。基
材は自由に選ぶことができ、塗膜加工は連続的に行える
利点がある。製品コストは安く、汎用性の高い商品を供
給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】流体流動制御部材の構造例を示す斜視説明図。

【図２】流体流動制御部材の他の構造例を示す斜視説明
図。

【符号の説明】

２ 流体流動制御部材 ２ａ 基材 ４ 気孔毛細管通路 ５ 仕切り ９ 塗装被膜

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材と、流体の含浸可能な多数の気孔を
   保有した微細な凹凸表面の塗装被膜とを有し、当該塗装
   被膜は、流体が供給され、前記気孔により流動する流体
   の一部を吸収し残りの部分が被膜表面を滑る露出した流
   体の流れを形成する気孔毛細管通路と、この気孔毛細管
   通路の側部に位置し、気孔毛細管通路に比べて僅かに隆
   起し、気孔毛細管通路を帯状に流動する流体が越流可能
   な、比較的平坦なうね状の棚を形成した、流体に対し濡
   れ性に富む仕切りとを有し、気孔毛細管通路相互の間で
   流体が自由に移動して流量が平均化されるような表面構
   造を備えた流体流動制御部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、前記基材は、鉄板、ステンレス板、アルミ板
   等の金属基材からなる流体流動制御部材。
3. 【請求項３】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、前記基材は、下側に感圧接着層を備えている
   流体流動制御部材。
4. 【請求項４】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、前記基材は、プレート電気発熱体またはフィ
   ルム電気発熱体を有している流体流動制御部材。
5. 【請求項５】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、前記気孔毛細管通路と仕切りは、繰り返し交
   互に配置されてなる流体流動制御部材。
6. 【請求項６】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、前記流体は加熱流体である流体流動制御部
   材。
7. 【請求項７】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、前記流体は被蒸発流体である流体流動制御部
   材。
8. 【請求項８】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、当該流体流動制御部材は、流体を搬送する流
   体分配手段である流体流動制御部材。
9. 【請求項９】 請求項１に記載された流体流動制御部材
   において、前記流体は冷却流体である流体流動制御部
   材。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記基材は屋根材として用いられる流体流
    動制御部材。
11. 【請求項１１】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記流体流動制御部材は壁面材として用い
    られる流体流動制御部材。
12. 【請求項１２】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記基材は、両側の側縁に立ち上がった側
    壁を持つトレイを形成してなる流体流動制御部材。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、当該流体流動制御部材は、雪の投入される
    融雪容器を構成する流体流動制御部材。
14. 【請求項１４】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記流通路に沿って流体の流通する配管が
    設けられている流体流動制御部材。
15. 【請求項１５】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記流通路に沿って電気ヒーター線が設け
    られている流体流動制御部材。
16. 【請求項１６】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、流体流動制御部材は、前記気孔毛細管通路
    が傾斜した流動経路を形成するように傾けて用いられる
    流体流動制御部材。
17. 【請求項１７】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、流体流動制御部材は、前記気孔毛細管通路
    がほぼ水平な流動経路を形成するように用いられる流体
    流動制御部材。
18. 【請求項１８】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記塗装被膜は、金属、合成樹脂、セラミ
    ック、サーメット等の材質からなる流体流動制御部材。
19. 【請求項１９】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記基材は、内部を流体が流通可能な扁平
    配管からなる流体流動制御部材。
20. 【請求項２０】 請求項１に記載された流体流動制御部
    材において、前記扁平配管は、配管の少なくとも一部が
    内部の流体が配管外部に滲出可能な材料からなり、滲出
    流体を前記溶射被膜に供給可能である流体流動制御部
    材。
21. 【請求項２１】 基材と、ガス式溶射または電気式溶射
    により吹付け塗装される、流体の含浸可能な多数の気孔
    を保有した微細な凹凸表面の溶射被膜とを有し、当該溶
    射被膜は、流体が供給され、前記気孔により流動する流
    体の一部を吸収し残りの部分が溶射被膜表面を滑る露出
    した流体の流れを形成する気孔毛細管通路と、この気孔
    毛細管通路の側部に位置し、気孔毛細管通路に比べて僅
    かに***し、気孔毛細管通路を帯状に流動する流体が越
    流可能な、比較的平坦なうね状の棚を形成した、流体に
    対し濡れ性に富む仕切りとを有し、気孔毛細管通路相互
    の間で流体が自由に移動して流量が平均化されるような
    表面構造を備えた流体流動制御部材。
22. 【請求項２２】 鉄板、ステンレス板、アルミ板等の金
    属製の基材と、ガス式溶射または電気式溶射により吹付
    け塗装される、流体の含浸可能な多数の気孔を保有した
    溶射被膜とを有し、当該溶射被膜は、流体が供給され、
    前記気孔により流動する流体の一部を吸収し残りの部分
    が溶射被膜表面を滑る露出した流体の流れを形成する気
    孔毛細管通路と、この気孔毛細管通路の側部に位置し、
    気孔毛細管通路に比べて僅かに***し、気孔毛細管通路
    を流動する流体が越流可能な、比較的平坦なうね状の棚
    を形成した、流体に対し濡れ性に富む面状蓄熱体を形成
    した仕切りとを有し、気孔毛細管通路を流動する流体は
    仕切りを容易に越流して仕切り表面を湿潤した状態に保
    ち、気孔毛細管通路相互の間で流体が自由に移動して流
    量が平均化されるような融雪のための表面構造を備え
    た、屋根建材として用いられる流体流動制御部材。