(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路を形成した基体に当該流路を密閉する密閉板を接合させて気密の流路を形成した装置であって、当該流路を形成する第１の流路は基体の表面にて外側に向けて開口し、一方向に長く、所要の間隔を置いて基体の一方向に複数段に形成してあり、隣合う当該第１の流路をそれに垂直な複数の第２の流路で連通させつなげてあり、一方の端にある第１の流路に導入された流体が当該第１の流路と当該第２の流路を経由して他の端にある第１の流路まで流れる流路が形成され、当該流路に導入した流体が当該第１の流路の壁と垂直に衝突することにより熱交換を行い、当該流路の他の端の流体出口孔から流体が出される熱交換装置の構造において、前記第２の流路の流速２が前記第１の流路の流速１より早く、
前記第１の流路の断面積Ｓｔが前記第２の流路の断面積Ｓｃの２倍より大きいこと、および前記第２の流路の長さＬが前記第１の流路の幅ＷＷより長いこと、および前記第２の流路の配置ピッチがその幅の２倍より大きいことが同時に満足されているか、またはいずれかの組み合わせが満足されていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記流路が形成される前記基体が板、または円筒、または円柱や角柱であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記基体と密閉板が金属、グラファイト、セラミクス、プラスチクス、複合材料またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
上記複合材料は金属、金属繊維、カーボンナノチューブやグラフェン、カーボンファイバーとプラスチクスの複合材料であることを特徴とする請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
流体の流路を形成した基体に当該流路を密閉する密閉板を接合させて気密の流路を形成した熱交換装置の製造方法であって、
当該流路を形成する第１の流路は基体の表面にて外側に向けて開口し、一方向に長く、所要の間隔を置いて基体の一方向に複数段に形成してあり、隣合う当該第１の流路をそれに垂直な複数の第２の流路で連通させつなげてあり、一方の端にある第１の流路に導入された流体が当該第１の流路と当該第２の流路を経由して他の端にある第１の流路まで流れる流路が形成され、当該流路に導入した流体が当該第１の流路の壁と垂直に衝突することにより熱交換を行い、当該流路の他の端の流体出口孔から流体が出される熱交換装置の構造において、前記第２の流路の流速２が前記第１の流路の流速１より早く、
前記第１の流路の断面積Ｓｔが前記第２の流路の断面積Ｓｃの２倍より大きいこと、および前記第２の流路の長さＬが前記第１の流路の幅ＷＷより長いこと、および前記第２の流路の配置ピッチがその幅の２倍より大きいことが同時に満足されているか、またはいずれかの組み合わせが満足されており、
上記基体を金型で加工して第１、第２の流路を整形し、上記密閉板を接合し上記構造を作製したことを特徴とする熱交換装置の製造方法。
【請求項６】
上記熱交換装置の材料表面を樹脂でライニングする、または塗装する、またはめっきする、または酸化被膜で保護することを特徴とする請求項５に記載の熱交換装置の製造方法。
【請求項７】
上記の流体が空気のガス、または水を含む液体であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項８】
上記流体が１００℃を超える温度のスチームであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記熱交換装置にヒーターを取り付けるか、加熱された高温媒体の中に置いて、前記流体を加熱することを特徴とする請求項５に記載の熱交換装置の製造方法。
【請求項１０】
前記熱交換装置を低温媒体に接触させるか、低温の媒体の中に置いて、前記流体を冷却することを特徴とする請求項５に記載の熱交換装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の熱交換装置を２つ接合させて、それぞれに第１の流体と第２の流体を通すことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の熱交換装置で作り出した高温スチームと、有機物または有機物を含むガスと、を接触させる装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を瞬時に加熱または冷却するための熱交換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換装置として例えばガスを加熱する装置がある。一般によく用いられる構造は加熱したパイプにガスを通じて加熱する構造である。または、フィンのついたパイプに加熱流体を流し、そのフィンの間にガスを通じてガスを加熱する構造がある。
【０００３】
これらはガスだけでなく、液体の加熱や水の蒸気を作るときも使用される。ガスを加熱するのと反対にガスを冷却する装置も一般に同様の構造である。
【０００４】
この構造は一般的であり歴史があるが、装置は大きな容積を必要とする。その理由はパイプを流れる流体とパイプの熱交換の効率が低いからである。
【０００５】
この一般的な構造の熱交換効率を改善する構造が提案されている。その発明例を図１と図２に示した。
【０００６】
図１は衝突噴流という加熱構造を実現した一例の特許（再公表特許Ｗ０２００６／０３０５２６）の主要図を模式的に転写したものである。パイプを通過したガスが加熱した空洞円板にあたり円板と熱交換する。加熱のためのランプヒーターは示してない。
【０００７】
図２はガスが基体に衝突することにより効率よく熱交換を行う流路を基体表面に配置して加熱ガスを発生させる装置の特許の図（特許文献２：特願２００８−１６２３３２膜形成方法および膜形成装置の図５）を転写したものである。効率のよい熱交換構造の図２の熱交換器構造を特許文献２の文章を引用して説明する。以下は引用である。
「本実施形態においては、カーボン（例えばグラファイト、等方性カーボンなどを含む）により形成された中実平板状のカーボン中央板２４と、その左右両側面にそれぞれ添設固着されるカーボン製の中実平板状の左右一対のカーボン側板２５，２６を有している。中略。  図５（Ａ）は横幅２４０ｍｍ、高さ３０ｍｍの上記カーボン中央板２４の一側面（例えば左側面）の正面図、同（Ｂ）は同（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、同（Ｃ）は同（Ａ）のＣ−Ｃ断面図、同（Ｄ）は同（Ａ）のＤ−Ｄ断面図であり、これらカーボン中央板２４と、左右一対のカーボン側板２５，２６とにより、図３に示す左右一対の複数の幅７ｍｍの溝２７，２７，…、２８，２８，…と、第１，第２の深さ１ｍｍの下部ガス吹出縦孔３１，３２をそれぞれ形成している。これら左右一対の各溝２７，２７，…、２８，２８，…は図３，図４中縦方向に第１，第２の導入ガスをそれぞれ個別に通すように形成され、これら左右一対の溝２７，２８同士は左右（横）方向で連結されていない。
図５（Ａ）中の符号３８は、左右一対の各溝２７，２８毎に図中縦方向に連通させる幅１ｍｍの複数の縦連通溝であり、３９は加熱用ランプ４０が挿入される挿入孔である。加熱用ランプ４０は例えば２００Ｖ，２．２ｋＷのランプであり、電力線１９に接続されて、所要の電力が供給されて高温で発熱するクリーンな熱源である。このために、加熱用ランプ４０の発熱によりカーボン中央板２４と左右一対のカーボン側板２５，２６が高温に加熱され、これら２４，２５，２６により形成された第１，第２の上部ガス導入縦孔２９，３０、左右一対の複数の溝２７，２７…、２８，２８…、第１，第２の下部ガス吹出縦孔３１，３２、すなわち、左右一対の第１，第２のガス通路が加熱される。
このとき、第１，第２のガス導入管１８ａ，１８ｂから窒素ガスが加熱装置１７の左右一対の第１，第２の上部ガス導入縦孔２９，３０へ導入される。この窒素ガスは、さらに左右一対の複数の溝２７，２７，…、２８，２８…、第１，第２の下部ガス吹出縦孔を順次経て、第１，第２の吹出孔３５，３６に至るまでに所要の高温（例えば６５０℃）にそれぞれ加熱される。小型の加熱装置で高温のガスを作り出すことに成功した。」
【０００８】
以上、特許文献２の文章を引用して図２を説明した。
【０００９】
例えば、１００ＳＬＭの流量のガスが１ｃｍ２の断面のパイプを通過する速度は１６ｍ／秒と計算される。淀みなく流れると当該流路断面をもつ装置を通過するのに要する時間は０．０１秒以下である。即ち、瞬時にガスが加熱カーボンの温度に加熱される。図２の構造は瞬時に熱交換を可能にする構造を与える。
【００１０】
ガスを瞬時に加熱して高温ガスを噴き出す装置の応用には、暖房や乾燥だけでなく、基板の上に塗布したさまざまの材料（金属や誘電体など）を加熱して焼成する工程がある。これらの発明は水などの液体の加熱にも有効である。
【００１１】
ガスを瞬時に冷却する装置の応用には、タービンからの水蒸気冷却、冷暖房機の冷媒冷却、ボイラーの排熱冷却利用などがある。冷媒の冷却は最近注目されている地熱発電では有望な応用である。
【００１２】
本発明はガスや液体の流体を瞬時に加熱を、または瞬時に冷却を効率よく行う装置に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】再公表特許Ｗ０２００６／０３０５２６
【特許文献２】特開２０１０−００１５４１号公報
【特許文献３】特開２０１１−００１５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
高い効率でガスを加熱する，または冷却することは図２に示した先行技術で可能である。本熱交換器構造の物理は図２に示す細い縦溝３８の流路でガスの流速を早め、横溝２７，２８の流路の壁に垂直に高速でその流体を衝突させて、横溝の流路の壁とガスが効率よく熱交換を行うところにある。本物理はガスだけでなく、液体を含む流体において成り立つ。
【００１５】
高速で流体を流路の壁に衝突させる物理を実現する図２に示す構造を以後、本構造という。
【００１６】
縦溝の流路で流速を速くして横溝の流路の壁に勢いよく衝突させて、熱交換の効率を高めるために、縦溝の流路を横溝に合わせて設計を行う必要がある。
【００１７】
このとき断面積の小さい溝の流路を形成する切削が容易なとき切削コストは高くない。特許文献２では縦溝の流路の幅が１ｍｍ、横溝の流路の幅が７ｍｍの実施例が示されている。明らかに高速衝突の目的達成の有効な寸法であるが、これは１例である。
【００１８】
有効な幅の組み合わせは広くある。溝の流路の深さが１ないし３ｍｍならエンドミルで縦溝流路を加工するのは簡単である。切削が容易でない材料のとき、この縦溝流路の加工は容易でなく、切削加工が製造コストの障害である。
【００１９】
従って、容易な加工に合わせた本構造の設計が必要である。そのとき、溝流路の寸法の設計指針が課題である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記設計指針を述べるために特許文献２の熱交換器の基本部分を取りだした本構造を図３に示す。
【００２１】
図３
(Ａ) は熱交換装置３００のＺＺ断面の平面図である。
【００２２】
図３（Ｂ）は熱交換装置３００のＹＹ断面図である。
【００２３】
図３（Ｃ）は熱交換装置３００のＸＸ断面図である。
【００２４】
熱交換装置構造を作製する基体３０１に特許文献２の構造である溝の流路が形成されてある。密閉板３０２が溝流路を密閉して流路を形成する。基体３０１は加熱または冷却されて、流体が流路を流れて基体３０１と熱交換を行う。
【００２５】
図３（Ａ）の流路の両端には流体の集合する横溝流路としてのバッファータブ３０５、３０６がここでは備えられ、それらに接続して流体入口３０３と流体出口３０４が備えられてある。
【００２６】
特許文献２の横溝２７または２８の流路に相当するのはタブＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５である。
【００２７】
タブは流路を形成し、以下の構造説明では第１の流路と呼ぶことがある。タブＴの幅をＷＷ，タブの深さをＤＤで表す。
【００２８】
特許文献２の縦溝３８流路に相当するのはチャネルＣＨである。同じタブ流路に接続するチャネル流路をチャネル列と呼び、チャネル列は順番に番号を付けてＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４，ＣＨ５である。同じチャネル列にあるチャネルに番号を付けると、チャネル列ＣＨ２のチャネルはＣＨ２１，ＣＨ２２，ＣＨ２３，ＣＨ２４，ＣＨ２５，ＣＨ２６と番号を付けた（図３（Ｂ）参照）。
【００２９】
以下の構造説明のとき、流路を形成するチャネルは第２の流路と呼ぶことがある。
【００３０】
同一チャネル列のチャネル配置のピッチをＰで表す。隣り合うチャネル列のチャンル中心軸Ｐ１とＰ２は１／２ピッチだけずらして配置する。チャネルＣＨの幅をＷで表す。チャネルＣＨの深さをＤで表す。チャネルの長さをＬで表す。
【００３１】
以上、流体は第１の流路であるタブと第２の流路であるチャネルを通る。
【００３２】
流体と効率よく熱交換を行う図３の物理は特許文献２と同じである。
【００３３】
この本構造で熱交換が効率よく起きる寸法設計の指針を決める。
【００３４】
第１の指針はタブＴの断面積（以下Ｓｔと表す）とチャネルＣＨの断面積（以下Ｓｃと表す）の関係である。チャネルＣＨから出た流体が２方向の分かれて流れる構造であるので、単純に２Ｓｃ＝Ｓｔのとき流の速度変化がなく溜まりができない。即ち乱れのない同じ速度の流が形成される寸法関係と考える。
【００３５】
Ｓｔ≦２Ｓｃのとき、即ちチャネルの流体速度がタブの流体速度より遅いとき、タブの壁に流体が衝突しない、または層流となる関係と定義する。
【００３６】
流体が乱れることなくタブ壁に沿って流れる層流を形成すると、壁との熱交換の効率は著しく低下する。
【００３７】
壁と衝突する関係を層流のできる条件の反対の意味で定義すると２Ｓｃ＜Ｓｔとなる。
【００３８】
第２の指針はチャネルＣＨの長さＬとタブの幅ＷＷの関係を決める。
【００３９】
チャネルで高流速を得た流がタブの壁まで到達して壁に衝突するには、少なくともタブの幅ＷＷはチャネルの長さＬより短いことが望ましい。チャネルを出た流の高流速が壁に伝わる距離はチャネルＣＨの長さＬに相当すると定義すると、衝突を起こす設計指針はＬ＞ＷＷとなる。
【００４０】
第３の指針はタブを挟んで隣り合うチャネル列にあるチャネルの配置の関係を決める。
【００４１】
隣り合うチャネル列のチャネルの中心軸Ｐ１とＰ２が一致しているとチャネルを通過する流体は、挟まれたタブを一軸の層流として横切り通過する。即ち、タブの壁と衝突することはない。
【００４２】
完全に一致しなくても、隣接する列のチャネルを重ねたとき、重なる部分があると、流体は流れやすい流路を優先して流れるので、タブの壁と衝突しない流が形成される。従って、隣り合うチャネル列のチャネルが重ならない配置が必須である。
【００４３】
重なる部分の発生はチャネルのピッチＰを使って表すとＰ≦２Ｗのとき起きる。
【００４４】
従って隣の列のチャネル同士が重ならないためにはＰ＞２Ｗである必要がある。
【００４５】
以上、タブの壁と流体が層流を作らずに衝突する設計指針を説明した。これを本指針とする。
【００４６】
整理すると本指針は以下である。
２Ｓｃ＜Ｓｔ    （Ｓｃ、ＳｔはそれぞれチャネルＣＨとタブＴの断面積）
Ｌ＞ＷＷ    （ＬはチャネルＣＨの長さ、ＷＷはタブＴの幅）
Ｐ＞２Ｗ      （Ｐ、ＷはそれぞれチャネルＣＨの配置ピッチと幅）
【００４７】
図３は基体３０１の表面からチャネルとタブを切削して溝形成することで本構造を作製するのを描いたものであるが、本構造を構成するチャネルとタブの形状には依存せずに、本指針を設計に用いることができる。
【００４８】
チャネルは溝でなく孔でもよい。タブの断面は四角でも三角形でも楕円でもよい。
【００４９】
本構造を形成する基体３０１と密閉板３０２の材料は金属、グラファイト、セラミクス、プラスチクス、複合材料またはこれらの組み合わせでもよい。
【００５０】
上記複合材料は金属、カーボンナノチューブやグラフェン、カーボンファイバーとプラスチクスの複合材料であっても良い。
【００５１】
上記材料は板であってもよく、この板を基体３０１として金型で加工してチャネルやタブを整形し、板３０２を張り合わせて接合し本構造を作製してもよい。
【００５２】
当該熱交換装置３００と接触する周囲の材料や流体が腐食性であるとき、当該交換装置の材料表面を樹脂でライニングすることや、塗装すること、またはめっきすることも可能である。また当該材料表面を酸化して酸化被膜で保護することも可能である。
【００５３】
張り合わせ板の接合はネジ止めが可能である。張り合わせ板の接合にゴムパッキンやカーボンパッキン、その他のシールパッキンをいれることも可能である。
【００５４】
上記接合は接着剤による接合も可能である。
【００５５】
上記の流体は空気を含むガスであっても、水を含む液体であってもよい。
【００５６】
水は特別な原料である。水は特別にガスを用意しなくても、スチームガスの原料にできるので酸素ガスを含まないガスとして利用できる。
【００５７】
１００℃を超える温度の高温スチームは有機物を分解する能力が高い。肉や野菜、木片、プラスチクスの有機廃棄物に１０００℃程度の高温スチームを接触させると分子を切断または分解して水素や炭素、酸素を含むガスを発生させる。
【００５８】
この温度より低くても、例えば３００℃程度の高温スチームを肉に接触させると肉の筋が変化して噛みやすい柔らかい肉に変化する効果がある。これは炎を使用しない安全なバーベキュウに応用できる。
【００５９】
上記高温スチームと廃棄物または有機物を含むガスと接触させて取り出したケミカルポテンシャルの高い上記ガスはエネルギー資源として再利用ができる。従って、これを行う熱交換装置は有機物の処理装置となる。
【００６０】
当該熱交換装置３００は平面の形で示した単体であるが、折り曲げて三角形や四角形、その他の多角形の筒にできる。平面でなく丸い筒の形の板で作ると、円筒の形にできる。
【００６１】
流体出口３０４や流体入口３０３の数や形状、取り付ける位置は自由に設計できる。当該熱交換装置３００を複数接続するとき、流体入口と出口で直列接続することも並列接続することも自由に設計できる。
【００６２】
当該熱交換装置３００の形を変えるのでなく、他の筒や板の表面に当該熱交換装置３００を複数張り付けることも可能である。
【００６３】
流体を加熱するために当該熱交換装置３００にヒーターを取り付けること、または加熱された媒体の中に置き加熱することも可能である。
【００６４】
例えばボイラーの燃焼効率を高めるために高温加熱した空気を導入することが有効であることが分かっている。この目的には当該熱交換装置３００をボイラーの燃焼室や排気配管に接触させるか、またはその中に置き加熱し、これを介して加熱空気を導入するとよい。
【００６５】
流体を冷却するために当該熱交換装置３００に冷却媒体を接触させること、または低温の媒体の中に置き冷却することも可能である。
【００６６】
例えば、タービンや燃焼室からの高温ガスを流体として当該熱交換装置３００を通し、これを海水につけて冷却すると、効率よく高温ガスを冷却することが可能である。
【００６７】
第１のガスと第２のガスの熱交換を瞬時に行いたいことがある。この目的には第１の当該熱交換装置３００と第２の当該熱交換装置３００を密閉板３０２を介して背中合わせ接合させて、それぞれに第１のガスと第２のガスを通すと良い。
【００６８】
例えば、地熱発電に用いるアンモニアを空気で冷却したいときは、高温のアンモニアガスを第１のガス、空気を第２のガスとすればよい。
【００６９】
本発明は、請求項1に記載のように、流体の流路を形成した基体に当該流路を密閉する密閉板を接合させて気密の流路を形成した装置であって、当該流路を形成する第１の流路は基体の表面にて外側に向けて開口し、一方向に長く、所要の間隔を置いて基体の一方向に複数段に形成してあり、隣合う当該第１の流路をそれに垂直な複数の第２の流路で連通させつなげてあり、一方の端にある第１の流路に導入された流体が当該第１の流路と当該第２の流路を経由して他の端にある第１の流路まで流れる流路が形成され、当該流路に導入した流体が当該第１の流路の壁と垂直に衝突することにより熱交換を行い、当該流路の他の端の流体出口孔から流体が出される熱交換装置の構造において、第２の流路の流速２が第１の流路の流速１より早いことを特徴とする熱交換装置である。
【００７０】
請求項２に係る発明は前記第１の流路の断面積Ｓｔが前記第２の流路の断面積Ｓｃの２倍より大きいこと、および第２の流路の長さＬが第１の流路の幅ＷＷより長いこと、および第２の流路の配置ピッチがその幅の２倍より大きいことが同時に満足されているか、またはいずれかの組み合わせが満足されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置である。
【００７１】
請求項３に係る発明は前記流路が形成される前記基体が板、または円筒、または円柱や角柱であることを特徴とする請求項１、２記載の熱交換装置である。
【００７２】
請求項４に係る発明は前記基体と密閉板が金属、グラファイト、セラミクス、プラスチクス、複合材料またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし３記載の熱交換装置である。
【００７３】
請求項５に係る発明は上記複合材料は金属、金属繊維、カーボンナノチューブやグラフェン、カーボンファイバーとプラスチクスの複合材料であることを特徴とする請求項１ないし４記載の熱交換装置である。
【００７４】
請求項６に係る発明は上記基体を金型で加工して第１、第２の流路を整形し、上記密閉板を接合し上記構造を作製したことを特徴とする請求項１ないし５記載の熱交換装置である。
【００７５】
請求項７に係る発明は上記熱交換装置の材料表面を樹脂でライニングする、または塗装する、またはめっきする、または酸化被膜で保護することを特徴とする請求項１ないし６記載の熱交換装置である。
【００７６】
請求項８に係る発明は上記の流体が空気などのガス、または水を含む液体であることを特徴とする請求項１ないし７記載の熱交換装置である。
【００７７】
請求項９に係る発明は上記流体が１００℃を超える温度のスチームであることを特徴とする請求項１ないし８記載の熱交換装置である。
【００７８】
請求項１０に係る発明は、前記熱交換装置にヒーターを取り付ける、または加熱された高温媒体の中に置き前記流体を加熱することを特徴とする請求項１ないし９記載の熱交換装置である。
【００７９】
請求項１１に係る発明は、前記熱交換装置を低温媒体に接触させる、または低温の媒体の中に置き前記流体を冷却することを特徴とする請求項１ないし１０記載の熱交換装置である。
【００８０】
請求項１２に係る発明は、第１の前記熱交換装置と第２の前記熱交換装置を接合させて、それぞれに第１の流体と第２の流体を通すことを特徴とする熱交換装置である。
【００８１】
請求項１３にかかる発明は、前記熱交換装置で作り出した高温スチームと有機物またはそれを含むガスを接触させる装置である。
【発明の効果】
【００８２】
請求項１から３に係る発明によれば、流路の壁に垂直に流体が衝突する構造の設計指針が、装置が大きくても小さくても、または形に依存せずに適用できる。
【００８３】
指針であるので、加工コストが許す範囲で高流速衝突が起きるようにすればよい。また流量を大きく設計するなら、関係を保ちながら流路断面積を加工コストに見合う範囲で大きくすると良い。
【００８４】
請求項４から７に係る発明によれば、使用する温度や熱媒体環境、基体の切削加工コストに応じて材料を選ぶことができる。
【００８５】
材料として金属、表面加工した金属、樹脂ライニングした金属、表面酸化被膜付の金属、熱伝導性を増したプラスチクス複合材が使用できる。これらの材料から、流体や熱媒体との接触による腐食や減耗を防ぐ材料を選ぶことが可能となる。
【００８６】
従って、腐食性のある薬品や浸透性のある毒性ガスなどの流体の熱交換が可能である。
【００８７】
材料として変形容易材料を選ぶと金型プレス加工による流路形成が可能である。金属板を選ぶと溶接や電気ウエルダーで接合させることが可能である。プラスチクスであれば接着剤で接合させることが可能である。加締めは缶詰を作るときの簡易な方法である。材料を選ぶと既存の加工設備が使えるので、当該熱変換装置を製作するときのコストが低減できる。
【００８８】
請求項８，９に係る発明によれば、流体としてガスと液体が扱える。
【００８９】
酸素を選ぶと加熱した酸素を瞬時に作り出せる。水素やギ酸を選ぶと高温還元ガスを瞬時に作り出せる。バンプ表面の酸化膜を還元するとバンプの溶融が低温で再現性良く起きるのでバンプ接合工程が安定になる。
【００９０】
ガスとして空気と都市ガスを選ぶとボイラーに高温の空気と燃料と混ぜて入れることが可能となり、燃焼温度が高くなり燃焼効率が上がり、都市ガスの節約になる。加熱した空気は内燃エンジンの燃焼効率を高くして重油などの燃料を節約させる。
【００９１】
水を１００℃以上の過熱スチームにすると、無酸素状態で加熱または乾燥させることが可能になる。３００℃の過熱スチームでリブ付の羊肉を焼くと、筋が柔らかくなった。
【００９２】
酸化を嫌うドライクリーニングの乾燥でも、印刷インクの瞬時乾燥でも、高温のスチームを手元で生成させて利用することができる。
【００９３】
容器にいれた断熱性の高い材料チップスを加熱したいとき、断熱性が高いと容器の加熱では時間がかかる。
【００９４】
このようなとき、加熱したスチームや空気、窒素を入れると短時間に断熱材料の加熱や溶融が可能である。溶融温度の違う断熱性材料を混合したいとき、あらかじめそれぞれをガスで加熱するとよい。このようなときに当該熱交換装置で所望の温度に加熱したガスを利用できる。
【００９５】
原子力発電所で放射能汚染物を水で冷却すると放射能汚染の水ができるので汚染水の処理に困る。汚染水を出さないため空気で冷却する考えがある。そのとき、大量の空気を瞬時に現場で冷却する装置が必要である。当該装置はその目的に好適である。
【００９６】
請求項１０，１１に係る発明によれば、熱交換装置を加熱するために電気ヒーターや高温の排ガスを高温熱媒体として使える。高温であるとき、火傷の危険があるので、前記熱交換装置は断熱材で囲み、ケースに収納する。
【００９７】
熱交換装置を低温に冷却したいとき、前記熱交換装置を低温媒体としての水に接触させるか、水の中に浸漬させることが可能である。
【００９８】
請求項１２に係る発明によれば、ガスとガス、または液体とガス、または液体と液体のそれぞれを互いに接触させることなく熱だけの交換が可能である。
【００９９】
背中合わせの接触になるので、交換機の容積は小さく、交換効率が高い。熱交換装置の材料を選ぶことにより、腐食や減耗、毒性などの問題を回避できる交換方法が可能である。
【０１００】
この構造を冷房機の室内機と室外機に用いると、容積の大きいフィンつきのパイプと違い容積が小さいので、それぞれを小型にできる効果がある。
【０１０１】
請求項１３に係る発明によれば、肉や野菜、木片から再利用可能なケミカルポテンシャルの高いガスを取り出して、それを燃料資源として再利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】図1は、従来のガス加熱装置の一例（再公表特許Ｗ０２００６／０３０５２６）の模式図。
【図２】図２は、従来のガス加熱装置の一例（特開２０１１−００１５９１号公報に記載のガス加熱装置の図５）の模式図。
【図３（Ａ）】図３(A)は熱交換装置３００のＺＺ断面の平面図
【図３（Ｂ）】図３(B)は熱交換装置３００のＹＹ断面図
【図３（Ｃ）】図３(Ｃ)は、熱交換装置３００のＸＸ断面図
【図４】図４は、実施例の寸法パラメータの値の表
【発明を実施するための形態】
【０１０３】
実施例１と実施例２の設計パラメーターを図４に示した。３つの設計指針：
２Ｓｃ＜Ｓｔ    
Ｌ＞ＷＷ      
Ｐ＞２Ｗ      
を図４のパラメーターの値は満足する。
【０１０４】
実施例１はステンレス鋼の基体材料にタブとチャネルをエンドミルで加工し、ステンレスの板をビス止めして熱変換装置を作製した。基体の中に棒状の電気ヒーターを埋め込み加熱して、ガスを加熱した。
【０１０５】
実施例２はステンレスのシリンダー表面にタブとチャネルを旋盤とエンドミルを用いて作製し、密着するように円筒状のステレスパイプにこれを押し込み熱変換装置を作製した。中心軸に孔をあけて、ここに棒状のヒーターを埋め込み加熱できるようにした。
【０１０６】
いずれの熱交換装置にも窒素ガスを流体として流し、ヒーターの消費電力と加熱されて出てくる窒素ガスの流量と温度の関係から、変換効率は８０％以上であった。ガスを衝突させる構造であるので、原理的に流量が増すほど熱交換効率が高くなるので、流量が増すほど変換効率は高かった。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、大流量の高温加熱されたガスや液体を作り出す小型軽量の部品を安価に提供する。応用分野は印刷物の乾燥、小型の冷暖房器具、毒物や放射性物質を含む材料、腐食性材料の加熱冷却装置の熱交換、高温スチームの高速生成、廃棄物の加熱気化装置、産廃プラスチクスの溶融などに用いることができる。
【０１０８】
太陽電池やフラットパネル表示装置（ＦＰＤ）をガラス基板などの大型基板に安価に加熱成膜する技術にも好適である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１ガス入口
１０２空洞ディスク
１０３パイプ
１０４ガス出口
３００熱交換装置
３０１基体
３０２密閉板
３０３流体入口
３０４流体出口
３０５、３０６バッファータブ
ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４，ＣＨ５，ＣＨ６  チャネル列
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５  タブ
Ｗチャネルの幅
ＷＷタブの幅
Ｄチャネルの深さ
ＤＤタブの深さ
Ｌチャネルの長さ
Ｐチャネル配置のピッチ
Ｓｃチャネルの断面積
Ｓｔタブの断面積
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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