(57)【要約】      （修正有）【解決課題】より低い製造コストを有し、圧力損失が低減した微小チャネル物質交換器を提供する。【解決手段】畝５０６及びスロット５０８を具備する第１の外側シート５０４と、畝及びスロットを具備する第２の外側シートとを具備し、当該第２の外側シートの畝は当該第１の外側シート５０４の畝５０６に対してずれた位置にある、積層型微小チャネル装置【選択図】図５ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
畝及びスロットを具備する第１の外側シートと、畝及びスロットを具備する第２の外側シートとを具備し、当該第２の外側シートの畝は当該第１の外側シートの畝に対してずれた位置にある、積層型微小チャネル装置。
【請求項２】
前記第１の外側シートと第２の外側シートとの間に内側薄型シートを有して積み重ね、当該内側薄型シートは固体縁部により画定されシートを貫通するスロットを有する、請求項１に記載の積層型微小チャネル装置。
【請求項３】
前記畝は多孔質材料を包含する、請求項１又は２に記載の積層型微小チャネル装置。
【請求項４】
前記畝は触媒、吸収性材料、吸着性材料、疎水性層、親水性層、またはこれらの組み合わせを包含する、請求項１〜３のいずれかに記載の積層型微小チャネル装置。
【請求項５】
前記畝は触媒を包含する、請求項１〜３のいずれかに記載の積層型微小チャネル装置。
【請求項６】
前記畝は物質移動媒体を包含する、請求項１〜５のいずれかに記載の積層型微小チャネル装置。
【請求項７】
流体を請求項１〜６のいずれかに記載の積層型微小チャネル装置に流通させることを含む、化学的分離又は化学的転換を行う方法。
【請求項８】
流体を請求項４に記載の積層型微小チャネル装置に流通させることを含む、化学反応を行う方法。
【請求項９】
第１及び第２の流体を請求項１〜４のいずれかに記載の積層型微小チャネル装置に流通させることを含む、流体の混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、物質交換器及び物質交換器を製造する方法に関し、特に積層型微小チャネル装置に関する。本明細書において使用する「物質交換器」という用語を、装置内で溶媒中の溶質分子は溶媒から物質移動媒体へと進むか、または、流体中の粒子は流体から物質移動媒体へと進むような装置と定義する。
【背景技術】
【０００２】
物質移動は周知であり、長年にわたって研究されてきた。例としては、化学的分離、触媒反応が挙げられ、触媒反応において、化学種は触媒表面と接触し、別の化学種と物質を交換して化合物を形成する、すなわち触媒反応である。模範的な装置としては分離用の腎臓透析装置が挙げられ、この装置において物質移動媒体は管であり、この管を通って、特定の化合物が濃度勾配によって管内部の流体から管外部の流体へと進む。触媒による（catalyzed）物質移動装置の例は、自動車の排気中の汚染物質を低減するための接触コンバーターである。大規模物質移動の不利益は認識されており、小規模物質移動を使用するための努力がなされている。
【０００３】
分離及び触媒反応は、微小な規模の装置においても同様に示されている。Ashmead et al.に付与された米国特許第5,534,328号が示す積層構造においては、フローチャネルを作製するために、積層体を部分的にその厚みを貫通してエッチングし、その上に別の積層体を積み重ねてフローチャネルを形成する。積層体の厚みを貫通したヘッダ穴を、入口及び出口に設ける。Ashmead et al.は、触媒活性を取り入れるために、チャネルの一部分を触媒ビーズを用いて充填するかまたはチャネルの表面の上へ触媒材料を堆積することを提案している。Ashmead et al.はさらに、１つの積層体の底部にエッチングされたハーフチャネルと別の積層体の上部のハーフチャネルとを組み合わせて形成した混合器室を提案している。Ashmead et al.の構造の不利益は、積層体の厚みを貫通して積層体を部分的に削る際の複雑さと費用とである。Ashmead et al.の構造のさらなる不利益は、流体抵抗と圧力損失とに関して、チャネルの幅対深さのアスペクト比が小さいことである。Ashmead et al.の構造では、作動によって拡散性の物質移動も制御された混合も実現できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、より低い製造コストを有し、圧力損失が低減した微小チャネル物質交換器が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、畝及びスロットを具備する第１の外側シートと、畝及びスロットを具備する第２の外側シートとを具備し、当該第２の外側シートの畝は当該第１の外側シートの畝に対してずれた位置にある、積層型微小チャネル装置が提供される。
【０００６】
前記第１の外側シートと第２の外側シートとの間に内側薄型シートを有して積み重ね、当該内側薄型シートは固体縁部により画定されシートを貫通するスロットを有することが好ましい。
【０００７】
前記畝は多孔性材料を包含することが好ましい。
前記畝は触媒、吸収性材料、吸着性材料、疎水性層、親水性層、またはこれらの組み合わせを包含することが好ましい。
【０００８】
前記畝は物質移動媒体を包含することが好ましい。
本発明によれば、流体を本発明の積層型微小チャネル装置に流通させることを含む、化学的分離又は化学的転換を行う方法が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、流体を本発明の積層型微小チャネル装置に流通させることを含む、化学反応を行う方法も提供される。
さらに本発明によれば、第１及び第２の流体を本発明の積層型微小チャネル装置に流通させることを含む、流体の混合方法も提供される。
【００１０】
微小チャネル物質交換器を製造する方法は：
（ａ）厚みを貫通したスロットを規定し周縁を囲む固体縁部を有する、少なくとも１つの内側薄型シートを形成する段階と；
（ｂ）固体縁部の内部に位置決めされかつスロットの長手方向の対向する端部に位置決めされた少なくとも２つのヘッダ穴を有する、少なくとも１つの外側薄型シートであって、少なくとも１つの内側薄型シートは少なくとも１つの外側薄型シートに隣接して置かれ、固体縁部は少なくとも１つの外側薄型シートを密封可能に離隔し、少なくとも１つの外側薄型シートは、薄型シートの長手方向に平行した長手方向を有するフローチャネルの少なくとも１つの長手方向の壁を規定し、流体はヘッダ穴の１つを通ってスロットの中に入り、フローチャネルの長手方向に平行にまたは長手方向に流れ、別のヘッダ穴を通って出るような少なくとも１つの外側薄型シートを形成する段階と；
（ｃ）固体縁部の内側で少なくとも１つの外側薄型シートに接して物質移動媒体を置く段階と；
（ｄ）少なくとも１つの内側薄型シートを少なくとも１つの外側薄型シートと接触させて積み重ねてスタックにし、少なくとも１つの内側薄型シートに接して端部ブロックを置いて予備接合済み組立体とする段階と；
（ｅ）予備接合済み組立体を接合して微小チャネル物質交換器にする段階と；
を有する。
【００１１】
微小チャネル物質交換器は：
（ａ）厚みを貫通したスロットを規定し周縁を囲む固体縁部を有する、少なくとも１つの内側薄型シートと；
（ｂ）固体縁部の内部に位置決めされかつスロットの長手方向の対向する端部に位置決めされた少なくとも２つのヘッダ穴を有する、少なくとも１つの外側薄型シートであって、少なくとも１つの内側薄型シートは少なくとも１つの外側薄型シートに隣接して置かれ、固体縁部は少なくとも１つの外側薄型シートを密封可能に離隔し、少なくとも１つの外側薄型シートは、薄型シートの長手方向に平行した長手方向を有するフローチャネルの少なくとも１つの長手方向の壁を規定し、流体はヘッダ穴の１つを通ってスロットの中に入り、フローチャネルの長手方向に平行にまたは長手方向に流れ、別のヘッダ穴を通って出るような少なくとも１つの外側薄型シートと；
（ｃ）固体縁部の内側で少なくとも１つの外側薄型シートの少なくとも１つに接した物質移動媒体と；を有し、
（ｄ）少なくとも１つの内側薄型シートを少なくとも１つの外側薄型シートと接触させてスタックにし、少なくとも１つの内側薄型シートに接した端部ブロックと共に予備接合済み組立体とし；
（ｅ）予備接合済み組立体を接合して微小チャネル物質交換器にする。
【００１２】
本発明の利点は、スロットが、幅対深さまたは厚さの大きなアスペクト比を有することができることである。本発明の別の利点は、セラミックス等のバルクまたは表面マイクロマシニングし易くない材料を含む様々な材料に対応することである。さらなる利点は、本方法は、経済的でまた採算の取れる製品の鍵である大量生産において使用できることである。
【００１３】
本発明の主題を、本明細書の所定の部分において特に指摘し、明瞭に請求する。しかしながら構成と作動方法の双方は、本発明のさらなる利点及び目的と共に、以下の説明を添付図面と併せて検討することによって了解されよう。なお、類似参照文字は類似要素を示す。
【好ましい実施形態】
【００１４】
図１ａ及び２ａを参照すると、貫流物質交換器１００の本発明の２つの実施例が示される。両方の実施例に共通の点は、（ａ）積み重ね、接合して、少なくとも１つのフローチャネル１０４を形成するための少なくとも２つの薄型シート１０２である。複数の薄型シート１０２は、（ｂ）厚みを貫通したスロット１０４を規定し周縁を囲む固体縁部１０８を各々が有する、少なくとも１つの内側薄型シート１０６、及び、（ｃ）固体縁部１０８の内部に位置決めされかつスロットの長手方向Ｌ１の対向する端部に位置決めされた少なくとも２つのヘッダ穴１１２を各々が有する、少なくとも１つの外側薄型シート１１０という下位区分を有する。内側薄型シート１０６の各々を１対の外側薄型シート１１０の間に挟んで、密閉されたフローチャネル組立体１１４を形成でき、組立体１１４において流体はヘッダ穴１１２の１つを通ってスロット１０４の中に入り、別のヘッダ穴１１２を通って出る。
【００１５】
内側薄型シート１０６の各々を１対の外側薄型シート１１０の間に挟むと、固体縁部１０８は外側薄型シート１１０を密封可能に離隔し、外側薄型シート１１０は、薄型シートの長手方向Ｌ−２に平行した長手方向Ｌ−１を有するフローチャネル１０４の長手方向の壁を規定し、流体はヘッダ穴１１２の１つを通ってスロット１０４の中に入り、フローチャネル１０４の長手方向Ｌ−２に平行にまたは長手方向に流れ、別のヘッダ穴１１２を通って出る。スロット１０４の幅Ｗ対厚さのアスペクト比は、約１０〜約１００の範囲にわたる。
【００１６】
積み重ねた複数の薄型シート１０２は、積み重ねた複数の薄型シート１０２の複数の縁の厚さ１１５によって規定される外側表面を規定する。熱負荷（熱または冷気、図示せず）が、積み重ねた複数の薄型シート１０２の縁部を通って伝導によって伝達され、及び、積み重ねた複数の薄型シート１０２とフローチャネル１０４中の流体との間の対流によっても伝達されるように、外側表面を熱負荷に隣接させてよい。
【００１７】
実施例間の相違を、図１ｂ、１ｃ、１ｄ、２ｂ、２ｃ、２ｄにおいて示す。図１ｂにおいては、内側薄型シート１１６は、スロット縁部１０８によって規定されるスロット１０４を有するが、それ以外の特徴は無い。図２ｂにおいては、内側薄型シート２００は、スロット縁部１０８によって規定されるスロット１０４を有し、また、ヘッダ穴２０２を有する。図１ｃにおいては、外側薄型シート１１８は２つのヘッダ穴１１２を有するが、図２ｃにおいては、外側薄型シート２０４は４つのヘッダ穴１１２を有する。図１ｄにおいては、端部ブロック１２０は、１つの端部に入口用の及び対向する端部に出口用の１つのヘッダ穴１１２を有するが、図２ｄにおいては、端部ブロック２０６は２つのヘッダ穴１１２を有し、入口と出口とは同じ端部にある。稼働中、図１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄの実施例は単一流体を有し、流体は蛇行経路中の連続した内側薄型シート１１６を通過する。図２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄの実施例においては、単一流体は、蛇行経路中の１つおきの内側薄型シート２００を通過し、次に反対方向に向き、逆の蛇行経路中を１つおきに（alternating）内側薄型シート２００を通過する。両方の実施例において、単一流体は各内側薄型シート１０６を１回通過する。
【００１８】
フローチャネル１０４は、任意の長さまたは幅としてよい（例えば５cm×１cm）が、微小チャネルに特徴的な高い物質移動係数を実現するために、約０．０１５cm未満の厚さを有しなければならない。
【００１９】
構造の材料を、各要素について同じにするかまたは変化させてよい。好適な実施例においては、構造の材料を各要素について同じにして、要素間の接合と密封とを促進する。材料としては、ステンレス鋼または銅等の金属、プラスチックス、及びセラミックスが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
２元流体の実施例を図３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅにおいて示す。外側表面へまたは外側表面からの熱伝達を促進するために、希望するなら、スロット１０４とヘッダ穴１１２との位置合わせをずらすことによってフィンを作製してよい。
【００２１】
さらなる幾何学的形状を図３ｆ、３ｇ、３ｈに示す。図３ｆは、半円形の側面図を有する内側薄型シート３００を示す。図３ｇは、半円形の側面図を有する外側薄型シート３０２を示し、図３ｈは、半円形の側面図を有する端部ブロックを示す。半円形の設計によって、管または電気チェース（electrical chase）等の他のシステムの構成要素を囲むコンパクトな構造が可能になる。もちろん他の非線形の幾何学的形状を使用してよい。
【００２２】
金属の積層体の接合は、ブレージング、はんだ付け、または拡散接合によってよい。各積層体を清浄にして、接合を妨げると思われるいかなる酸化物の被覆も除去する。清浄化の好ましい方法は酸洗浄を用いる。予備接合済み組立体またはスタックをジグ中で圧縮し、真空下で加熱する。銅の場合、信頼性の高い拡散結合を実現するためには、温度は約６３０℃、圧力６０００psiで約４時間である。アルミニウムの場合、３５０℃、１０，０００psi、２時間；及びステンレス鋼タイプ３０４の場合、６００℃、６０００psi、２時間である。
【００２３】
物質移動媒体は固体材料としてよく、例えば触媒、吸収性材料、吸着性材料、疎水性層、親水性層、またはこれらの組合せである。物質移動媒体はまた、多孔質または有孔（perforated）材料としてよく、ここで「多孔質材料」という用語は、この材料を通して拡散は起きるが、バルク流れまたは「ウィーピング（weeping）」流れは妨げられるような材料を指す。細孔または穴が、バルク流れまたはウィーピングを可能にするサイズである場合、物質移動媒体を本明細書において有孔材料と呼ぶ。多孔質または有孔材料はまた固体材料であるか、またはその上に固体材料を有してよい。有孔材料を、２つの流れを混合するために使用してよい。物質移動媒体の他の形態は自己組織性単分子層（self assembling monolayer）であり、この層は、縁部１０８の内側で外側薄型シート１１８の表面に接合するか、または多孔質または有孔シートの細孔の内側で接合し、自己組織性単分子層はさらに、流体と接触すると思われる１種以上の官能基を有する。物質移動媒体は、能動微小構成要素、例えば流体に運動を与えるための微小プロペラ、を含んでよい。
【００２４】
自己組織性単分子層の付着のために、シリカ、チタニア、またはジルコニア等の酸化物材料を用いて表面を被覆する必要があるかもしれない。自己組織性単分子層として有用な有機分子としてはシランが挙げられ、例えばクロロシラン、アルコキシシラン、及びこれらの組合せである。官能基としては、メルカプタン、メルカプタン関連化合物、アミン類、メチル、ハロゲン、ニトリル、ピラジン類（pyradines）、アルキル類、ポリマー類、及びこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。金属を結合するためには、トリス（メトキシ）メルカプトプロピシラン（ＴＭＭＰＳ）は、金属を結合するための高い親和性を有するチオール基を有する。従って、他に、有機分子の両端にＴＭＭＰＳを使用すると、被覆無しで金属外側薄型シートに直接に有機分子を付着させることが可能になる。ヒドロキシル官能基のみを有機分子表面に置くことによって、混合物から水を１兆分の１のレベルにまで除去できる。例えば油と水との混合物から、この方法で水を除去できる。これは、油からトリチウム化された水を除去するために特に有用かもしれない。無機材料を、自己組織性単分子層を介して結合でき、これは、１９９１年１１月１４日に公開されたWO91/17286、PROCESS FOR DEPOSITING THIN FILM LAYERS ONTO SURFACES MODIFIED WITH ORGANIC FUNCTIONAL GROUPS AND PRODUCTS FORMED THEREBYにおいて説明する通りであり、本明細書において参考のために引用する。簡潔に述べると、ポリマー表面をスルホン化し、次に金属イオン種の溶液にさらし、それによって金属イオン種は固体層としてスルホン化された表面上に堆積する。
【００２５】
他に、物質移動媒体５００は非多孔質固体触媒または吸収性材料としてよい。
物質移動媒体は、図４、５ａ及び５ｂ、並びに５ｃ、５ｄ、５ｅにおいて示すように様々な形態としてよい。図４は、外側薄型シート１１８に接合した固体材料４００として物質移動媒体を示す。他に、触媒材料４００を端部ブロック１２０に接合してよい。
【００２６】
別の形態の物質移動媒体を図５ａ及び５ｂにおいて示し、ここで物質移動媒体５００は、物質移動シートとして外側薄型シート１１８に一体化している。この形態においては、物質移動媒体５００を、外側薄型シートの厚みを貫通して延在させ、１対の内側薄型シート１１６の間に挟んで配置し、１対の端部ブロック１２０を用いて密閉する。図５ａ及び５ｂにおいて、物質移動媒体５００は、厚みを貫通して真直ぐであるかまたは相互接続細孔（interconnected porosity）として真直ぐではない細孔５０２または穴を有する多孔質材料である。
【００２７】
さらに別の形態の物質移動媒体を、図５ｃ、５ｄ及び５ｅにおいて示す。外側薄型シート５０４は、有孔材料としてスロット５０８を規定する畝５０６を有する。図５ｄにおいて、外側薄型シート５１０は、外側薄型シート５０４のものと比較するとずれたスロット５１４を規定する畝５１２を有する。こうした外側薄型シート５０４、５１０を、その間の内側薄型シート１１６と共に交互に積み重ねることによって図５ｅに示す断面が得られ、これは２つの流れを混合するために有用である。
【００２８】
化学的分離及び転換
本明細書において使用する化学的分離は、溶媒間の化合物または元素の任意の交換を含み、溶媒は液体または気体または両方としてよい。一例は、吸収サイクル冷凍システムである。化学的分離においては、元素または化合物を含む第１の溶媒が多孔質膜を湿らせるのではなく、第２の溶媒が多孔質膜を湿らせ、第１の溶媒中の元素または化合物が第２の溶媒に移動し、多孔質膜を通るように、多孔質膜の形態である物質移動媒体５００を選択する。
【００２９】
溶媒の深さを小さく、すなわち約１ミクロン未満にすることによって、より深い場合よりも高い吸収率が実現される。微孔質接触器ユニットは、図５に示すように、カバーシートの間に置く微孔質接触器シートとしてよい。各カバーシートは、微小プレナムまたは少なくとも１つの微小構成要素を入口及び出口と共に有し、微孔質接触器シートを横断する流体の流れを可能にする。微小プレナムは、端部ブロック１２０と組み合わせて内側薄型シート１１６によって形成できる。
【００３０】
大抵の実用的なシステムにおいては、高い吸収／脱着率を実現するために、熱を吸収／脱着流体へまたは吸収／脱着流体から伝達する必要がある。従って、熱伝達を微孔質接触器ユニットと組合せてよい。
【００３１】
細孔を好ましくは実用的な限り小さくし、ほぼ数ミクロン、すなわち約１０ミクロン未満、最も好ましくは約３ミクロン未満にする。細孔径が小さいことによって、シート貫通速度または圧力勾配に対する強い抵抗が生じる。カバーか、または内側薄型シート１１６と端部ブロック１２０との組合せを、多孔質材料を有する外側薄型シートを覆って置く。それによって流体プレナムを形成でき、シートからカバーまでの高さは約１０ミクロン未満である。従って、物質拡散が淀み膜（stagnant film）内部で起き、微孔質接触器シートを通る。微小溝等の微小構成要素を、微孔質接触器シートの片側または両側に製作してよい。加えて、微孔質接触器シートそれ自体が微小構成要素を有するのではなく、単数または複数のカバーシートが、微孔質接触器シートを横断する流体の流れを導くための微小構成要素を有してよい。さらなる実施例は、単に、微孔質接触器シートのどちらかの側にある流体微小プレナムである。
【００３２】
微孔質接触器シートは、金属、セラミックまたはプラスチックをマイクロマシニングすることで製造してよく、例えば、リソグラフィ、電鋳（Galvanoformung）（電着）、モールディング（Abformung）（射出成形）、レーザーマイクロマシニング、電気化学的マイクロマシニング、または焼結による。マイクロマシニングした接触器シートの利点としては、シート全体にわたる細孔径の精密な制御が挙げられる。
【００３３】
稼働中、流体同士は平行、向流、または直交流で流れてよい。平行流れでは、物質流束または抽出はより少ないが、微孔質シートを横断する圧力差または勾配はより小さくなる。気体が流体のうちの１つであり、気体を液体中に吸収させるつもりである場合、液体ではなく気体が微孔質シートを通過するのが好ましい。従って、液体が微孔質シートを湿らせないように微孔質シートを被覆するか、または、液体がその表面張力によって支持され、細孔を通って流れないように、微孔質シートが十分に小さな細孔を有することが好ましい。
【００３４】
微孔質シートがカバーの間で十分に自己支持しない場合には、微孔質シートを支持するための突起またはランドと共にカバーを作製してよい。他に、先に検討したように、微孔質シートは溝または微小構成要素を有してよい。どちらの場合にも、突起またはランドは微孔質シートを支持すると思われる。
【００３５】
微孔質接触器ユニットを図６に示す。微孔質接触器シート１３００を、２つのカバー１３０２、１３０４の間に置き、各カバーは端部ブロック１３０６と内側薄型シート１３０８とを有し、これらは組立によって微孔質接触器シート１３００と端部ブロック１３０６との間に微小プレナムを作り出す。この実施例においては、入口及び出口は、内側薄型シート１３０８の側面を通ることに留意されたい。吸収器として使用する際には、気体を、入口１３１０を通してカバー１３０２内に導入する。薄い溶液は入口１３１２を通ってカバー１３０４に入り、濃い溶液は出口１３１４を通って出る。溶媒抽出用に使用する際には、溶媒は入口１３１０においてカバー１３０２に入り、抽出物は出口１３１６から出る。供給物は入口１３１２に入り、ラフィネートは出口１３１４から出る。吸収または溶媒抽出に関して、熱を除去するかまたは加えなければならない場合には、微小チャネル熱交換器シート１３１８を、図示したように使用してよい。化学反応器として使用する際に、特に液体有機化合物の部分酸化の場合には、気体は酸素であり、酸素は微孔質接触器シート１３００を通過する。
【実施例１】
【００３６】
実験を行って、液体中への気体の吸収の形態で分離を証明した。具体的には、アンモニア蒸気を液体の水の中に吸収させた。焼結ステンレス鋼で作製した微孔質接触器シートは、呼び厚さ４mm（１／１６インチ）、平均細孔径２〜５ミクロン及び多孔率３０％〜５０％を有した。カバーシートは微小プレナムを提供し、微孔質接触器シートからカバーシートの内側表面までの、微小プレナムが有する厚さまたは距離（膜厚）は、約１００〜３００ミクロンの範囲にわたった。微孔質接触器表面の液膜内部で、アンモニアを水中に吸収させた。アンモニアの流量は０〜４g／分で変動し、水の流量は０〜３３g／分の範囲にわたった。等温及び断熱試験作業の間、温度は２０〜６０℃の範囲にわたった。吸収圧力は１５〜３０psiaだった。
【００３７】
結果を図７に示す。まず断熱試験に関して測定データを検討すると、点１４００は、膜厚１００及び３００ミクロンにおけるアンモニア濃度の実際の測定を表わす。理論的最大吸収または「平衡」（温度の関数である）を計算し、断熱試験に関して点１４０２で表わした。吸収膜厚が減少するにつれて、測定したアンモニア濃度は理論的最大に近づく。
【００３８】
同様の結果が、実際の測定点１４０４及び平衡点１４０６によって表わされる等温試験に関して示される。試験が真に等温であったら、平衡直線は水平になっただろう。この直線のわずかな傾きは、膜厚によって温度が異なることを示す。
【００３９】
断熱データと等温データを比較すると、熱を除去しない（断熱）場合よりも、熱を除去した（等温）場合に、より大きな吸収が実現可能であることは明らかである。
多孔質または有孔材料の製造
Microphoto, Inc., Roseville, MIにおいて工業用光化学マシニングを使用して、ステンレス鋼の多孔質材料または膜を作製した。多孔質材料は非常に汚れが無く、輪郭がはっきりしており、かえりを有せず、優れた部品間再現性を有した。しかしながらこの処理は、シートの厚さ以上の直径を持つ穴の作製に限定された。本発明者らは、厚さ５０マイクロメートルの素材（stock）表面に直径約１００マイクロメートルの穴を２５０マイクロメートルずつ離隔させた有孔シートを作製した。
【００４０】
厚さ５０マイクロメートルのポリイミド（Kapton）シートを使用して、直径１５マイクロメートルの穴を１つ１つレーザー穴あけし、３５マイクロメートルの間隔で１５個×１５個の四角形のパターンにした。マトリックス全体は１０mm×８０mmだった。レーザーマイクロマシニングシステムはPotomac model LMT-4000であり、２４８nmＫｒＦエキシマレーザー（Potomac model TGX-1000）を使用した。レーザーは位置毎に７５ミリ秒で移動し、パルス繰り返し数２KHz（０．０４５mJ／パルス）であり、アパーチャはビーム中になかった。マトリックスを作製するための総機械加工時間はほぼ４５時間だった。
【００４１】
またポリマー多孔質材料を、マスクパターン形成方法を使用して作製した。市販のエキシマレーザー装置（Resonetics, Inc., Nashua, NH）は矩形のビームプロファイル（約８mm×約２５mm）を有し、同時に多数の穴をマスクを通して作製することが可能であり、総機械加工時間を大幅に低減した。１０mm×８０mmのマトリックス内に６１．５マイクロメートルずつ離隔した直径３１マイクロメートルの穴を、約２０分で作製した。ＫｒＦエキシマレーザー（２４８nm）は、パルスエネルギー２５７mJ及びパルス繰り返し数１００Hzを使用した。
【００４２】
ポリマー多孔質材料を使用した組立においては、金属の内側薄型シート及び外側薄型シートを使用することが可能であるが、接合は、密封のためのポリマー縁部次第で締付またはボルト止めによると思われる。他に、内側薄型シート及び外側薄型シートはポリマーでもよく、組立体全体を加熱または化学結合できるかもしれない。
【００４３】
結び
本発明の好適な実施例を示しまた説明してきたが、そのより広い態様において、本発明から逸脱することなく多くの変更と修正とをなしうることは、当業者であれば明瞭であろう。従って添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に含まれる全てのそのような変更と修正とを包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１ａ】１路式蛇行経路貫流物質交換器を形成する薄型シートのスタックの組立分解図である。
【図１ｂ】ヘッダ穴を有しない内側薄型シートの側面図である。
【図１ｃ】２つのヘッダ穴を有する外側薄型シートの側面図である。
【図１ｄ】１つのヘッダ穴を有する端部ブロックの側面図である。
【図２ａ】２路式蛇行経路貫流物質交換器を形成する薄型シートのスタックの組立分解図である。
【図２ｂ】２つのヘッダ穴を有する内側薄型シートの側面図である。
【図２ｃ】４つのヘッダ穴を有する外側薄型シートの側面図である。
【図２ｄ】２つのヘッダ穴を有する端部ブロックの側面図である。
【図３ａ】２元流体微小チャネル物質交換器の組立分解図である。
【図３ｂ】内側薄型シートの一方の側に２つのヘッダ穴を有する内側薄型シートの側面図である。
【図３ｃ】４つのヘッダ穴を有する外側薄型シートの側面図である。
【図３ｄ】２つのヘッダ穴を有する端部ブロックの側面図である。
【図３ｅ】内側薄型シートの対角線上の角に２つのヘッダ穴を有する内側薄型シートの側面図である。
【図３ｆ】半円形の内側薄型シートの側面図である。
【図３ｇ】半円形の外側薄型シートの側面図である。
【図３ｈ】半円形の端部ブロックの側面図である。
【図４】物質移動媒体が接合した外側薄型シートの等角図である。
【図５ａ−ｂ】図５ａは物質移動媒体が一体化している外側薄型シートの等角図である。図５ｂは物質移動媒体の拡大図である。
【図５ｃ】有孔物質移動媒体を有する内側薄型シートの側面図である。
【図５ｄ】ずれた有孔物質移動媒体を有する内側薄型シートの側面図である。
【図５ｅ】有孔内側薄型シートとその間の外側薄型シートとの組立体の断面である。
【図６】微小構成要素の物質交換器の組立分解図である。
【図７】実施例１に関するアンモニア濃度対吸収膜厚のグラフである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図３ｇ】
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【図３ｈ】
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【図４】
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【図５ａ−ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図６】
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【図７】
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