(57)【要約】【課題】微細流路を備えるチャンネル構造体を簡便・安価に製造する。【解決手段】塑性加工で形成した微細パターン２ａを有する流路波板２を微小流路の形成に用いる。上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５に流路波板２をはめ込んで流路ユニットとし、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５に流路波板２をはめ込んで流路ユニットとし、これらの間に中間区画板１０を挟んで積層し、上面を上側封止板１と上側区画板９で、下面を下側区画板１１と下側封止板４で封止して、熱交換機能を実現する。各微小流路に触媒８、１３を担持することで反応機能を実現する。【選択図】        図３
2004261911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、前記ヘッダ用貫通穴にはめ込まれる流路波板と、前記流路波板の上に配置され、流体の流れる領域を区画する第１の封止板と、前記流路波板の下に配置され、流体の流れる領域を区画する第２の封止板とが積層され、層間に微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項２】
流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、前記ヘッダ用貫通穴にはめ込まれる流路波板とからなる流路ユニットが複数、流体の流れる領域を区画する中間区画板を間に挟んで積層され、前記複数の流路ユニットが積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置され、流体の流れる領域を区画する第１の区画板と、前記第１の区画板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置され、流体の流れる領域を区画する第２の区画板と、前記第２の区画板の下に配置される第２の封止板とが積層され、層間に複数系統の微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項３】
請求項１または２において、前記流路波板が塑性加工により形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項４】
請求項１または２において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、各ヘッダ用貫通穴に前記流路波板がはめ込まれていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項５】
請求項１において、前記微小流路に触媒が担持されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項６】
請求項１において、前記流路波板が第１の区画板と第２の区画板とで接合されることなく挟み込まれていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項７】
請求項２において、前記複数系統の微小流路に１つまたは複数種類の触媒が担持されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項８】
請求項２において、各流路ユニットの前記流路波板が前記第１の区画板、前記中間区画板及び前記第２の区画板に接合されることなく、前記第１の区画板と前記中間区画板との間、前記中間区画板どうしの間及び前記中間区画板と前記第２の区画板との間にそれぞれ挟み込まれていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項９】
請求項２において、前記第１の封止板が前記第１の区画板を兼ねていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項１０】
請求項２において、前記第２の封止板が前記第２の区画板を兼ねていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項１１】
凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する流路波板を塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートの前記ヘッダ用貫通穴に前記流路波板をはめ込み、前記流路波板の上で流体の流れる領域を区画する第１の区画板と、前記ヘッダプレートと、前記流路波板の下で流体の流れる領域を区画する第２の区画板とを積層する工程を含み、層間に微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記流路波板の塑性加工前あるいは後に、前記微細パターンの部分に触媒を担持させることを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項１３】
凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する流路波板を塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートの前記ヘッダ用貫通穴に前記流路波板をはめ込み流路ユニットとし、前記流路ユニットが複数、流体の流れる領域を区画する中間区画板を間に挟んで積層され、前記複数の流路ユニットが積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置され、流体の流れる領域を区画する第１の区画板と、前記第１の区画板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置され、流体の流れる領域を区画する第２の区画板と、前記第２の区画板の下に配置される第２の封止板とが積層されてなる構造体を作製する工程を含み、層間に複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、前記流路波板の塑性加工前あるいは後に、各微細パターンの部分に１つまたは複数種類の触媒を担持させることを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項１５】
凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板とが積層され、層間に微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項１６】
請求項１５において、第１の隔壁板及び第２の隔壁板の各微細パターン部分が塑性加工により形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項１７】
請求項１５において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、第１の隔壁板及び第２の隔壁板にそれぞれ微細パターン部分が複数個並んで形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項１８】
請求項１５において、前記微小流路に触媒が担持されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項１９】
流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートが複数、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する中間隔壁板を間に挟んで積層され、前記複数のヘッダプレートが積層されなる積層体の上に、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板が積層され、前記第１の隔壁板の上に第１の封止板が積層され、前記積層体の下に、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板が積層され、前記第２の隔壁板の下に第２の封止板が積層され、層間に複数系統の微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項２０】
請求項１９において、前記第１の隔壁板、前記中間隔壁板及び前記第２の隔壁板の微細パターン部分が塑性加工により形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項２１】
請求項１９において、前記複数系統の微小流路に１つまたは複数種類の触媒が担持されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項２２】
請求項１９において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、前記第１の隔壁板、前記中間隔壁板及び前記第２の隔壁板に微細パターン部分が複数個並んで形成されていることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項２３】
凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板と、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板とを塑性加工により作製する工程と、前記第１の隔壁板と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートと、前記第２の隔壁板とを積層する工程とを含み、層間に微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項２４】
請求項２３において、第１の隔壁板及び第２の隔壁板に前記微細パターンを塑性加工する前あるいは後に、前記微細パターンの部分に触媒を担持させることを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項２５】
凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板と、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する中間隔壁板とを塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートが複数、前記中間隔壁板を挟んで積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置される前記第１の隔壁板と、前記第１の隔壁板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置される前記第２の隔壁板と、前記第２の隔壁板の下に配置される第２の封止板とが積層されてなる構造体を作製する工程とを含み、層間に複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項２６】
請求項２５において、前記第１の隔壁板、前記第２の隔壁板及び前記中間隔壁に前記微細パターンを塑性加工する前あるいは後に、各微細パターンの部分に１つまたは複数種類の触媒を担持させることを特徴とするチャンネル構造体の製造方法。
【請求項２７】
請求項１または２または１５または１９において、前記微小流路の水力直径、即ち、流路の断面積の４倍をぬれぶち長さで割った値が熱交換効率の確保に要する上限値と圧力損失の抑制に要する下限値との間の値であることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項２８】
請求項１または２または１５または１９において、前記微小流路の水力直径、即ち、流路の断面積の４倍をぬれぶち長さで割った値が０．１ｍｍから１．４ｍｍの範囲の値であることを特徴とするチャンネル構造体。
【請求項２９】
チャンネル構造体の微小流路を構成する微細パターンを塑性加工により形成することを特徴とする微細パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型熱交換器や小型反応器など、微小流路を有するチャンネル構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型熱交換器や小型反応器の構成要素である微小流路として、例えば代表寸法１０００μｍ（ミクロン）以下の微細な凹凸パターンを有するチャンネル構造体が使用されている。この種の微小流路はマイクロチャンネルと呼ばれる。
【０００３】
平板積層型の熱交換器や反応器において１つまたは複数の流体が流れる装置内流路を形成する手法として、溝やスリット等を加工した平板を積層し接合する手法が知られている。このような熱交換器や反応器の流路の代表寸法を小さくする（例えば、１００〜５００μｍ程度）と、流路の比表面積が増大し、これにより流路表面を介した熱交換あるいは化学反応の効率が向上することが判っている。
【０００４】
従来、１０００μｍ以下の微細パターンを形成する方法として、化学的材料除去加工法や物理的材料除去加工法などがある。化学的材料除去加工法では、例えばフォトリソグラフィとエッチング加工を組み合わせて基板材料を化学的に除去することで、微細パターンを形成して、チャンネル構造体を製造する。物理的材料除去加工法では、例えば打ち抜きやカッタ、エンドミル、放電加工などの機械加工により基板材料を物理的に除去することで、微細パターンを形成して、チャンネル構造体を製造する。
【０００５】
しかし、化学的材料除去加工法であるフォトリソグラフィとエッチング加工の組み合わせでは、加工能率が機械加工に比べて低く、また、エッチング液の交換やエッチング中の条件制御が必要なために生産性が低い。また、１つの流路パターンに対して１枚のマスクと１つのエッチング槽が必要であるから、単位時間当たりの生産数を機械加工並に向上させるには、設備の増強が必要でありコスト高となる。
【０００６】
一方、打ち抜きやカッタ、エンドミルなどの機械加工による物理的材料除去加工においては、金型や工具の損耗が著しいため、微細パターンの精度維持を行うには、高価な金型などの製作コスト、修正コスト及び交換の手間が必要となる。これらは、チャンネル構造体を構成要素とする小型熱交換器や小型反応器の大量生産時のネックとなる。
【０００７】
また、微小流路が必要な熱交換器や反応器も、物理的材料除去加工法あるいは化学的材料除去加工法によって製作された積層部品を積層した構造、例えば、微小溝を打ち抜き加工した平板を積層して構成した装置に制限される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１３９４０２号公報（第２〜第３頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−２５５０８２号公報
【特許文献３】
特開２００１−２２６１０４号公報
【特許文献４】
特開２００２−３２０２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、チャンネル構造体を簡便かつ安価に製造可能な技術を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明は、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、前記ヘッダ用貫通穴にはめ込まれる流路波板と、前記流路波板の上に配置され、流体の流れる領域を区画する第１の封止板と、前記流路波板の下に配置され、流体の流れる領域を区画する第２の封止板とが積層され、層間に微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体であり、一般に熱交換器としての機能を備える。
【００１１】
第２発明は、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、前記ヘッダ用貫通穴にはめ込まれる流路波板とからなる流路ユニットが複数、流体の流れる領域を区画する中間区画板を間に挟んで積層され、前記複数の流路ユニットが積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置され、流体の流れる領域を区画する第１の区画板と、前記第１の区画板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置され、流体の流れる領域を区画する第２の区画板と、前記第２の区画板の下に配置される第２の封止板とが積層され、層間に複数系統の微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体であり、一般に熱交換器としての機能を備える。
【００１２】
第３発明は、第１発明または第２発明において、前記流路波板が塑性加工により形成されていることを特徴とする。
【００１３】
第４発明は、第１発明または第２発明において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、各ヘッダ用貫通穴に前記流路波板がはめ込まれていることを特徴とする。
【００１４】
第５発明は、第１発明において、前記微小流路に触媒が担持されていることを特徴とするチャンネル構造体であり、一般に反応器としての機能を備える。
【００１５】
第６発明は、第１発明において、前記流路波板が第１の区画板と第２の区画板とで接合されることなく挟み込まれていることを特徴とする。
【００１６】
第７発明は、第２発明において、前記複数系統の微小流路に１つまたは複数種類の触媒が担持されていることを特徴とする。
【００１７】
第８発明は、第２発明において、各流路ユニットの前記流路波板が前記第１の区画板、前記中間区画板及び前記第２の区画板に接合されることなく、前記第１の区画板と前記中間区画板との間、前記中間区画板どうしの間及び前記中間区画板と前記第２の区画板との間にそれぞれ挟み込まれていることを特徴とする。
【００１８】
第９発明は、第２発明において、前記第１の封止板が前記第１の区画板を兼ねていることを特徴とする。
【００１９】
第１０発明は、第２発明において、前記第２の封止板が前記第２の区画板を兼ねていることを特徴とする。
【００２０】
第１１発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する流路波板を塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートの前記ヘッダ用貫通穴に前記流路波板をはめ込み、前記流路波板の上で流体の流れる領域を区画する第１の区画板と、前記ヘッダプレートと、前記流路波板の下で流体の流れる領域を区画する第２の区画板とを積層する工程を含み、層間に微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法である。
【００２１】
第１２発明は、第１１発明において、前記流路波板の塑性加工前あるいは後に、前記微細パターンの部分に触媒を担持させることを特徴とする。
【００２２】
第１３発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する流路波板を塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートの前記ヘッダ用貫通穴に前記流路波板をはめ込み流路ユニットとし、前記流路ユニットを複数、流体の流れる領域を区画する中間区画板を間に挟んで積層され、前記複数の流路ユニットが積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置され、流体の流れを区画する第１の区画板と、前記第１の区画板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置され、流体の流れを区画する第２の区画板と、前記第２の区画板の下に配置される第２の封止板とが積層されてなる構造体を作製する工程を含み、層間に複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法である。
【００２３】
第１４発明は、第１３発明において、前記流路波板の塑性加工前あるいは後に、各微細パターンの部分に１つまたは複数種類の触媒を担持させることを特徴とする。
【００２４】
第１５発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板とが積層され、層間に微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体であり、一般に熱交換器としての機能を備える。
【００２５】
第１６発明は、第１５発明において、第１の隔壁板及び第２の隔壁板の各微細パターン部分が塑性加工により形成されていることを特徴とする。
【００２６】
第１７発明は、第１５発明において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、第１の隔壁板及び第２の隔壁板にそれぞれ微細パターン部分が複数個並んで形成されていることを特徴とする。
【００２７】
第１８発明は、第１５発明において、前記微小流路に触媒が担持されていることを特徴とし、一般に反応器としての機能を備える。
【００２８】
第１９発明は、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートが複数、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する中間隔壁板を間に挟んで積層され、前記複数のヘッダプレートが積層されてなる積層体の上に、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板が積層され、前記第１の隔壁板の上に第１の封止板が積層され、前記積層体の下に、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板が積層され、前記第２の隔壁板の下に第２の封止板が積層され、層間に複数系統の微小流路が形成されていることを特徴とするチャンネル構造体であり、一般に熱交換器としての機能を備える。
【００２９】
第２０発明は、第１９発明において、前記第１の隔壁板、前記中間隔壁板及び前記第２の隔壁板の微細パターン部分が塑性加工により形成されていることを特徴とする。
【００３０】
第２１発明は、第１９発明において、前記複数系統の微小流路に１つまたは複数種類の触媒が担持されていることを特徴とし、一般に反応器としての機能を備える。
【００３１】
第２２発明は、第１９発明において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、前記第１の隔壁板、前記中間隔壁板及び前記第２の隔壁板に微細パターン部分が複数個並んで形成されていることを特徴とする。
【００３２】
第２３発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板と、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板とを塑性加工により作製する工程と、前記第１の隔壁板と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートと、前記第２の隔壁板とを積層する工程とを含み、層間に微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法である。
【００３３】
第２４発明は、第２３発明において、第１の隔壁板及び第２の隔壁板に前記微細パターンを塑性加工する前あるいは後に、前記微細パターンの部分に触媒を担持させることを特徴とする。
【００３４】
第２５発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板と、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する中間隔壁板とを塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートが複数、前記中間隔壁板を挟んで積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置される前記第１の隔壁板と、前記第１の隔壁板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置される前記第２の隔壁板と、前記第２の隔壁板の下に配置される第２の封止板とが積層されてなる構造体を作製する工程とを含み、層間に複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を製造することを特徴とするチャンネル構造体の製造方法である。
【００３５】
第２６発明は、第２５発明において、前記第１の隔壁板、前記第２の隔壁板及び前記中間隔壁に前記微細パターンを塑性加工する前あるいは後に、各微細パターンの部分に１つまたは複数種類の触媒を担持させることを特徴とする。
【００３６】
第２７発明は、第１発明または第２発明または第１５発明または第１９発明において、前記微小流路の水力直径、即ち、流路の断面積の４倍をぬれぶち長さで割った値が熱交換効率の確保に要する上限値と圧力損失の抑制に要する下限値との間の値であることを特徴とするチャンネル構造体である。
【００３７】
第２８発明は、第１発明または第２発明または第１５発明または第１９発明において、前記微小流路の水力直径、即ち、流路の断面積の４倍をぬれぶち長さで割った値が０．１ｍｍから１．４ｍｍの範囲の値であることを特徴とするチャンネル構造体である。
【００３８】
第２９発明は、チャンネル構造体の微小流路を構成する微細パターンを塑性加工により形成することを特徴とする微細パターン形成方法である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態では、微細な流路パターンの加工に、従来の打ち抜きやカッタ、エンドミルなどの物理的材料除去加工を用いず、また、フォトリソグラフィやエッチングなどの化学的材料除去加工を用いず、プレス成形やコルゲート成形などの塑性加工によって形成した微細チャンネルを用いて、熱交換器や反応器を構成する。このような微小流路（微小チャンネル）を備えることで体積寸法当たりの比表面積を増し、流体間の熱交換を高効率に行う機能を持った熱交換器を簡便に安価に製造することができる。また、この微小流路の表面に触媒を保持することで、これを通過する流体に触媒固有の反応を生ぜしめる機能を持った小型反応器を簡便に安価に製造することができる。もちろん、従来の打ち抜きやカッタ、エンドミルなどの物理的材料除去加工、あるいは、フォトリソグラフィやエッチングなどの化学的材料除去加工を用いて微細チャネルを形成しても良いが、塑性加工は、化学的材料除去加工に比べて高い加工効率を持ち、打ち抜きやカッタ、エンドミルなどの物理的材料除去加工に比べ、工具への負担を低減することができるため、プレス成形等により作製した部品を用いることで、製造工程における生産性や製造コスト（高精度金型の作製及び精度劣化に対するメンテナンスに伴う費用発生等）の問題を解消し、例えば小型熱交換器や小型反応器の安価かつ短時間での大量生産が可能となる。小型熱交換器や小型反応器は、例えば密閉空間に設置され、例えば燃料改質目的に使用される。
【００４０】
本発明の概要は、微細な凹凸パターンを例えば塑性加工により形成した流路波板を、流体の供給・排出機能を持つヘッダプレート、及び、封止板や区画板、中間区画板と積層することで、比表面積の高い微細流路を形成し、効率の良い例えば小型熱交換器を安価に製造する。また、上記の流路波板に触媒を担持することで、流体に効率良く化学反応作用を起させる例えば小型反応器を安価に実現する。
【００４１】
例えば、本発明では、
（１）  例えば塑性加工を用いて形成した微細凹凸パターン（パターンのピッチあるいは高さが例えば０．１０ｍｍから１．４０ｍｍの範囲）を有する部品と、複数の流体の流路を区画する封止板や区画板、中間区画板と、各流体の供給・排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を備えるヘッダプレートとを積層することで微小流路を形成し、この流路を通過する流体間で熱交換を行う小型熱交換器構造を得る。つまり、流体が流れる流路を、例えば塑性加工にて加工した微細な凹または凸または凹凸パターンを有する部品と、流体が流れる領域を規定し複数の流路を区画するための封止板や区画板、中間区画板と、流体の供給・排出の機能を果たすヘッダ用貫通穴を持つヘッダプレートとを積層することで、層間に微小流路を形成し、この流路を通過する流体との間で熱交換を行う小型熱交換器構造が得られる。この場合、外部からの加熱や冷却手段により流体と微小流路との間で熱交換を行う小型熱交換器構造、あるいは、複数の微小流路を隣接して形成し、流路壁を介して流体間で熱交換を行う小型熱交換器構造が考えられる。
（２）  あるいは、上記微細凹凸パターンを持つ部品の表面に、触媒層を形成したり、触媒を担持した触媒体を成膜するなどして触媒を担持させることにより、流路を通過する流体に触媒固有の反応を生ぜしめる機能を持った小型反応器構造を得る。この場合、例えば異なる触媒を担持した触媒体を成膜することで、複数の触媒反応を進行させ、一方の反応によって得られた発熱や化学反応等の効果を他方にて利用する小型反応器構造が考えられる。
（３）  あるいは、上記微細凹凸パターンを持つ部品と封止板や区画板、中間区画板との機能を一体化し、この一体物自体に例えば塑性加工により微細凹凸パターンを設け、ヘッダプレートと交互に積層することで、部品点数を減らした熱交換器構造や反応器構造を得ることが考えられる。
（４）  微細凹凸パターンを有する部品は例えば塑性加工を用いて形成する。例えば、流路を形成するための微細パターンを塑性加工にて基板に形成し、ヘッダプレートと交互に積層することにより、熱交換器機能あるいは反応器機能を実現する微小流路を形成することが考えられる。
【００４２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００４３】
［第１実施例］
図１を参照して、本発明の第１実施例に係るチャンネル構造体を説明する。図１に示すチャンネル構造体は、上側封止板１と、流路波板２と、ヘッダプレート３と、下側封止板４を積層することで構成されており、例えば小型熱交換器（あるいはマイクロ熱交換器）として動作する。流路波板２は、ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５にはめ込まれている。このチャンネル構造体は、例えば密閉空間に設置して使用される。
【００４４】
上側封止板１と下側封止板４は、例えば熱交換器内で、流体が流れる領域を区画あるいは規定するものである。上側封止板１及び下側封止板４の厚みは、任意である。上側封止板１と下側封止板４の外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では矩形例えば同じ大きさの正方形をなしている。矩形の大きさは基本的には任意であるが、例えば２〜４ｃｍ角を例示することができる。
【００４５】
流路波板２には、熱交換効率を高めるため、その全体に凹凸形状の微細パターン２ａが形成されている。微細パターン２ａは、例えばギヤ様の工具を用いたコルゲート成形あるいは型を用いたプレス成形等の塑性加工により形成されている。
【００４６】
微細パターン２ａの凹凸形状は、三角波形、矩形、エンボス形、その他の適宜な規則的形状あるいは不規則形状であって良い。
【００４７】
図１に示す例の流路波板２は、厚みが例えば１００μｍ程度の基板に、微細パターン２ａとして三角形状で、波高さ及びピッチがともに例えば数百μｍの凹凸形状を塑性加工を用いて形成している。微細パターン２ａの左右両端は開放している。例えば、基板に矩形のものを用い、流路波板２は微細パターン２ａの形成により正方形になっている。微細パターン２ａの数は基本的には任意であるが、例えば５０個と多数形成される。
【００４８】
ヘッダプレート３はその中央部にヘッダ用貫通穴５を有しており、ヘッダ用貫通穴５は流体の供給及び排出の機能を持っている。ヘッダプレート３の外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では上側封止板１及び下側封止板４と同じ大きさの矩形状をなしている。ヘッダ用貫通穴５の形成手法は任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。
【００４９】
ヘッダ用貫通穴５の形状は図１の例では、ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺と、ヘッダプレート３の右辺及び左辺に対して斜めの２辺とを持つ菱形であるが、流体の供給及び排出の機能を持つ限り、任意の形状で良い。
【００５０】
ヘッダプレート３の厚みは、流路波板２の波高さ（例えば数百μｍ）と等しいか、あるいは、微小な範囲で波高さよりも厚くまたは薄くされる。
【００５１】
本例では、上側封止板１には、流路波板２を避けるように、ヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置、例えば右上隅に、貫通穴１ａが形成されている。また、下側封止板４にも、流路波板２を避けるように、上側封止板１の貫通穴１ａとは対角線上の反対側でヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置、例えば左下隅に、貫通穴４ａが形成されている。つまり、本例では、上側封止板１と下側封止板４には、同形状に作製した封止板を向きを変えて使用できるようにしている。貫通穴１ａ、４ａの形成手法は任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。
【００５２】
そして、塑性加工を用いて基板に微細パターン２ａを形成することで流路波板２を予め作製しておき、この流路波板２をヘッダ用貫通穴５にはめ込んで収めた状態で、上側封止板１、流路波板２、ヘッダプレート３、下側封止板４を積層し、例えば、各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。これにより、例えば数百μｍの水力直径、即ち、流路断面の４倍をぶれぶち長さで割った値（以下、水力直径と呼ぶ）を持つ微小流路が形成されて、チャンネル構造体ができあがる。この場合、上記の接合を用いず、流路波板２を上側封止板１と下側封止板４とで挟み込んでも良い。挟み込みの場合、図示しない適宜なネジ止めやクリップ止めなどの保持機構により、上側封止板１、流路波板２、ヘッダプレート３及び下側封止板４の積層状態が保持される。このように流路波板２をヘッダ用貫通穴５にはめ込み、上側封止板１、流路波板２、ヘッダプレート３、下側封止板４を積層することにより、チャンネル構造体を容易に安価に形成することができる。特に、流路波板２を接合せず、上側封止板１と下側封止板４とで挟み込む場合は、チャンネル構造体をより容易・安価に形成することができる。
【００５３】
上側封止板１は流路波板２の上側を封止することで、流路波板２の上側における流れ領域を区画あるいは規定して微小流路を区画する。同様に、下側封止板４は流路波板２の下側を封止することで、流路波板２の下側における流れ領域を区画あるいは規定して微小流路を区画する。
【００５４】
従って、図１に示すチャンネル構造体は、外部からの加熱手段あるいは冷却手段により与えられる外部流体６と、微小流路を通過する液体や気体等の流体７、例えば被処理ガス７との間で熱交換を行うことができ、小型熱交換器として動作する。図１では外部流体６を上側封止板１の上面、下側封止板４の下面に流すようにしているが、上側封止板１、下側封止板４を加熱手段や冷却手段で直接加熱あるいは冷却するようにしてもよい。
【００５５】
図１の例では、矢印１０１で示すように、被処理ガス７は上側封止板１の貫通穴１ａから供給されてヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから流路波板２の上下の微小流路（上側封止板１と流路波板２の間、流路波板２と下側封止板４の間）をそれぞれ通り、ヘッダ用貫通穴５の左側から下側封止板４の貫通穴４ａに至って排出される。
【００５６】
図１の例では、流路波板２が矩形で、かつ、ヘッダ用貫通穴５が菱形であるため、ヘッダ用貫通穴５のうち、上側封止板１の貫通穴１ａ及び下側封止板４の貫通穴４ａとの連通に要する部分の面積が少なくて済むという利点がある。
【００５７】
なお、ヘッダ用貫通穴５の形状及び大きさは、流路波板２をはめ込み囲むことができ、かつ、流体７の供給と排出に必要な領域を確保できる形状及び大きさを持つものであれば、任意である。
【００５８】
図１ではチャンネル構造体を横置き状態を想定して示しているため、便宜上、上下を区別して説明しているが、図１に示すチャンネル構造体は上下逆にして使用することも、あるいは、縦置き状態で使用することも可能である。
【００５９】
［第２実施例］
次に、同じく図１を参照して、本発明の第２実施例に係るチャンネル構造体を説明する。本第２実施例のチャンネル構造体は小型反応器（あるいはマイクロ反応器）としての機能を有する。
【００６０】
本第２実施例のチャンネル構造体は、図１に示すように、上記第１実施例で説明したチャンネル構造体に対し、流路波板２の内表面または外表面の少なくとも一方に触媒８を担持させたものである。
【００６１】
本例では、触媒８の担持処理として、触媒８を予め担持した触媒体を流路波板２の内外両表面に成膜している。触媒８は流路波板２の塑性加工前に予め基板に担持させておいても良く、あるいは、塑性加工後に流路波板２の微細パターン２ａに担持させても良い。
【００６２】
そして、塑性加工を用いて基板に微細パターン２ａを形成するとともに表面に触媒８を担持させることで流路波板２を予め作製しておき、この流路波板２をヘッダ用貫通穴５にはめ込み収めた状態で、上側封止板１、流路波板２、ヘッダプレート３、下側封止板４を積層し、例えば各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。これにより、例えば数百μｍの水力直径を持ち、かつ、表面に触媒８が担持された微小流路が形成されて、チャンネル構造体ができあがる。この場合、上記の接合を用いず、流路波板２を上側封止板１と下側封止板４とで挟み込んでも良い。挟み込みの場合、図示しない適宜なネジ止めやクリップ止めなどの保持機構により、上側封止板１、流路波板２、ヘッダプレート３及び下側封止板４の積層状態が保持される。
【００６３】
従って、図１に示すように、触媒８が流路波板２の表面に担持されているチャンネル構造体は、微細流路を流れる流体（例えば被処理ガス）７に触媒８固有の触媒反応を生ぜしめる機能を持った小型反応器として動作する。被処理ガス７は矢印１０１で示すように、上側封止板１の貫通穴１ａから供給されてヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ通り、ヘッダ用貫通穴５の左側から下側封止板４の貫通穴４ａに至って排出される。その際、必要に応じて、加熱または冷却用の外部流体６が上側封止板１の上面、下側封止板４の下面に流され、あるいは、上側封止板１、下側封止板４が加熱手段や冷却手段で直接加熱あるいは冷却される。
【００６４】
本例では、触媒８の担持処理が必要な流路波板２が、これを収納するヘッダプレート３及び上下の封止板１、４により構成される容器（ケーシング）とは別体であるため、触媒担持が不要な部分へのマスキング処理といった複雑な工程を必要とせず、流路波板２単体でのコーティングが可能となるメリットがある。また、触媒担持処理の工程と積層工程とを別系統とすることで、触媒８を担持した流路波板２の一括生産、触媒８の要求仕様の変更に対する即応性、触媒８の交換の容易性を実現できる。更に、用途に応じて流路波板２のみを別材料に容易に変更できるという利便性がある。
【００６５】
また、接合を用いず、流路波板２を上側封止板１と下側封止板４とで挟み込む場合は、製造工程の簡略化、接合工程での触媒８の劣化の抑制、触媒８の劣化時の交換容易、触媒８の新規開発触媒への交換容易といった利点がある。触媒８の劣化時の交換、触媒８の新規開発触媒への交換は、接合を用いた場合でも必ずしも不可能ではない。
【００６６】
上記第１実施例、第２実施例ではヘッダプレート３とそのヘッダ用貫通穴５にはめ込まれた流路波板２とがなす流路ユニットが１つであるが、図２に示すように、複数であっても良い。図２の例では、ヘッダプレート３と流路波板２との流路ユニットが３つ、流体の流れる領域を区画あるいは規定する中間区画板１０を間に挟んで積層される。そして、この積層体と、積層体の上に配置されて流体の流れる領域を区画あるいは規定する上側区画板９と、上側区画板９の上に配置される上側封止板１と、前記積層体の下に配置されて流体の流れる領域を区画あるいは規定する下側区画板１１と、下側区画板の下に配置される下側封止板４とを積層し、各層間に微小流路を形成している。本例では、上側区画板９、２つの中間区画版１０及び下側区画版１１は上側封止板１及び下側封止板４と同形状になっている。上側区画板９、中間区画版１０及び下側区画版１１の各右上隅には上側封止板１の貫通穴１ａと同位置にて貫通穴９ａ、１０ａ、１１ａがそれぞれ形成され、各左下隅には下側封止板４の貫通穴４ａと同位置にて貫通穴９ｂ、１０ｂ、１１ｂがそれぞれ形状されている。図２のチャンネル構造体では、矢印１０１で示すように、被処理ガス等の流体７は上側封止板１の貫通穴１ａから供給されて、上側区画板９の貫通穴９ａを経て、また、更に各中間区画板１０の貫通穴１０ａを経て各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に並列に流れ、ここから各流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ通り、各ヘッダ用貫通穴５の左側から各中間区画板１０の貫通穴１０ｂ、下側区画板１１の貫通穴１１ｂを経て集まり、下側封止板４の貫通穴４ａに至って排出される。上側区画板９の貫通穴９ｂは上側封止板１により封止され、下側区画板１１の貫通穴１１ａは下側封止板４により封止され、流体７は漏れない。各流路波板２には、必要に応じて触媒が担持される。ここで、上側封止板１、上側区画板９、流路波板２、ヘッダプレート３、中間区画板１０、下側区画板１１、下側封止板４の積層手順は任意であり、例えば、下の部材あるいは上の部材から順に積層したり、ヘッダプレート３と流路波板２との流路ユニットを間に中間区画板１０を挟んで積層し、これで得た積層体の上に上側区画板９、上側封止板１を順に積層し、同積層体の下に下側区画板１１、下側封止板４を順次積層したりするなど、種々考えられる。要は、ヘッダプレート３と流路波板２との流路ユニットが複数、中間区画板１０を間に挟んで積層されてなる積層体と、この積層体の上に配置される上側区画板９と、上側区画板９の上に配置される上側封止板１と、前記積層体の下に配置される下側区画板１１と、下側区画板１１の下に配置される下側封止板４とが積層されてなる構造体が作製できれば良い。このことは、以下の説明においても同様である。更に、上側封止板１で上側区画板９を兼ねることができ、これにより上側区画板９を省略し、また、下側封止板４で下側区画板１１を兼ねることができ、これにより下側区画板１１を省略することができる。
【００６７】
［第３実施例］
図３を参照して、本発明の第３実施例に係るチャンネル構造体として、層間に複数の微細流路を有するものを説明する。図３に示すチャンネル構造体は、ヘッダプレート３とそれのヘッダ用貫通穴５にはめ込まれる流路波板２からなる流路ユニットが複数（図では２つ）、流体の流れる領域を区画または規定する中間区画板１０を間に挟んで積層され、これにより構成される積層体と、積層体の上に配置されて流体の流れる領域を区画または規定する上側区画板９と、上側区画板９の上に配置される上側封止板１と、前記積層体の下に配置されて流体の流れる領域を区画または規定する下側区画板１１と、下側区画板１１の下に配置される下側封止板４とが積層され、層間に複数系統の微小流路が形成されている。このチャンネル構造体は、例えば密閉空間に設置して使用される。
【００６８】
上側封止板１と下側封止板４は、主として封止の目的で使用される。上側区画板９と中間区画板１０と下側区画板１１は熱交換器内で流体が流れる領域を区画あるいは規定するものである。図３の例では、上側区画板９、中間区画板１０及び下側区画板１１の厚みを例えば１０〜１０００μｍとしている。上側封止板１、下側封止板４、上側区画板９、中間区画板１０及び下側区画板１１の外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では矩形例えば同じ大きさの正方形をなしている。矩形の大きさは基本的には任意であるが、例えば２〜４ｃｍ角を例示することができる。
【００６９】
各流路波板２にはそれぞれ、熱交換効率を高めるため、各々の全体に凹凸形状の微細パターン２ａが形成されている。微細パターン２ａ、１０ａは、例えばギヤ様の工具を用いたコルゲート成形あるいは型を用いたプレス成形等の塑性加工により形成されている。
【００７０】
微細パターン２ａの凹凸形状は、三角波形、矩形、エンボス形、その他の適宜な規則的形状あるいは不規則形状であって良い。
【００７１】
図３に示す例の流路波板２はそれぞれ、例えば厚み１００μｍ程度の基板に、微細パターン２ａとして三角形状で、波高さ及びピッチがともに数百μｍの凹凸形状を塑性加工を用いて形成している。微細パターン２ａの左右両端は開放している。例えば、基板に矩形のものを用い、流路波板２は微細パターン２ａの形成により正方形になっている。微細パターン２ａの数は、基本的には任意であるが、例えば５０本と多数形成される。
【００７２】
各ヘッダプレート３はそれぞれ中央部にヘッダ用貫通穴５を有しており、各ヘッダ用貫通穴５は流体の供給及び排出の機能を持っている。また、各ヘッダプレート３の外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では上側封止板１及び下側封止板４と同じ大きさの矩形状をなしている。ヘッダ用貫通穴５の形成手法は任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。
【００７３】
上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状は図３の例では、ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺と、ヘッダプレート３の右辺に対しては上辺に近い部分ほど右辺に近づく斜めの１辺と、ヘッダプレート３の左辺に対しては上辺に近い部分ほど左辺から遠のく斜めの１辺とを持つ菱形であるが、流体の供給及び排出の機能を持つ限り、任意の形状で良い。
【００７４】
一方、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状は図３の例では、ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺と、ヘッダプレート３の右辺に対しては上辺に近い部分ほど右辺から遠のく斜めの１辺と、ヘッダプレート１１の左辺に対しては上辺に近い部分ほど左辺に近づく斜めの１辺とを持つ菱形であるが、流体の供給及び排出の機能を持つ限り、任意の形状で良い。
【００７５】
このように２つのヘッダプレート３間でヘッダ用貫通穴５の向きが異なっているが、同一形状の貫通穴を形成したヘッダプレートを表裏逆に配置することで、２つのヘッダプレート３に使用できるようにしている。
【００７６】
各ヘッダプレート３の厚みは、流路波板２の波高さ（例えば数百μｍ）と等しいか、あるいは、微小な範囲で波高さよりも厚くまたは薄くされる。
【００７７】
本例では、上側封止板１の右上隅に貫通穴１ａが形成され、左上隅に貫通穴１ｂが形成されている。そのうち、右上隅の貫通穴１ａは、流路波板２を避けるようにして、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。左上隅の貫通穴１ｂは、流路波板２を避けるようにして、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５とは連通せず、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通するように形成されている。
【００７８】
同様に、下側封止板４の右下隅に貫通穴４ａが形成され、左下隅に貫通穴４ｂが形成されている。そのうち、右下隅の貫通穴４ａは、流路波板２を避けるようにして、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。左下隅の貫通穴４ｂは、流路波板２を避けるようにして、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５とは連通せず、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通するように形成されている。
【００７９】
従って、上側封止板１と下側封止板４は貫通穴の位置を含めて同じ形状であり、同形状に作製した封止板を上側封止板１と下側封止板４に利用できるようになっている。
【００８０】
上側区画板９、中間区画板１０及び下側区画板１１にはそれぞれ４隅に、貫通穴９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが形成されている。そのうち、右上隅の貫通穴９ａ、１０ａ、１１ａは上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａに連通可能な位置に形成され、右下隅の貫通穴９ｂ、１０ｂ、１１ｂは下側封止板４の右下隅の貫通穴４ａに連通可能な位置に形成され、左下隅の貫通穴９ｃ、１０ｃ、１１ｃは下側封止板４の左下隅の貫通穴４ｂに連通可能な位置に形成され、左上隅の貫通穴９ｄ、１０ｄ、１１ｄは上側封止板１の左上隅の貫通穴１ａに連通可能な位置に形成されている。
【００８１】
各ヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴５の外側にて、対角線上の右下隅及び左上隅にそれぞれ貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。上側のヘッダプレート３の右下隅の貫通穴３ａは下側封止板４の右下隅の貫通穴１ａに、左上隅の貫通穴３ｂは上側封止板１の左上隅の貫通穴１ｂにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。下側のヘッダプレート３の右上隅の貫通穴３ａは上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａに、左下隅の貫通穴３ｂは下側封止板４の左下隅の貫通穴４ｂにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【００８２】
このように上下２つのヘッダプレート３間で貫通穴３ａ、３ｂの配置が異なるが、穴位置を含めて同形状に作製したヘッダプレートを表裏逆に配置することで、各ヘッダプレート３に利用することができる。
【００８３】
上側封止板１、上側区画板９、ヘッダプレート３、中間区画板１０、下側区画板１１及び下側封止板４における貫通穴の形成手法は任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。
【００８４】
そして、塑性加工を用いて各基板に微細パターン２ａを形成することで流路波板２を予め作製しておき、この流路波板２を互いに微細パターン２ａが平行となるようにそれぞれヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５にはめ込み収めた状態で、上側封止板１、上側区画板９、上側の流路波板２、上側のヘッダプレート３、中間区画板１０、下側の流路波板２、下側のヘッダプレート３、下側区画板１１、下側封止板４を積層し、例えば各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。これにより、例えば数百μｍの水力直径を持つ複数系統の微小流路が層間に形成されて、チャンネル構造体ができあがる。この場合、上記の接合を用いず、各流路波板２を上側区画板９と中間区画板１０で、また、中間区画板１０と下側区画板１１で挟み込んでも良い。挟み込みの場合、図示しない適宜なネジ止めやクリップ止めなどの保持機構により、積層状態が保持される。このように流路波板２をヘッダ用貫通穴５にはめ込み積層することにより、チャンネル構造体を容易に安価に形成することができる。特に、流路波板２を接合せずに挟み込む場合は、チャンネル構造体をより容易・安価に形成することができる。
【００８５】
上側区画板９は上側の流路波板２の上側を封止することで、当該流路波板２の上側における流れ領域を規定して微小流路を区画する。また、中間区画板１０は上側の流路波板２の下側を封止することで、当該流路波板２の下側における流れ領域を規定して微小流路を区画し、下側の流路波板２の上側を封止することで、当該流路波板２の上側における流れ領域を規定して微小流路を区画する。下側区画板１１は下側の流路波板２の下側を封止することで、当該流路波板２の下側における流れ領域を規定して微小流路を区画する。
【００８６】
従って、上側の流路波板２の上下の微小流路が１つの流路系統となり、下側の流路波板２の上下の微小流路がもう１つの流路系統となる。そこで、別々の流体７、１２を上側封止板１の任意の２つの貫通穴から供給して別々の流路系統に通せば、中間区画板１０を介して相互間で熱交換が行うことができる。流体は任意の液体や気体などである。
【００８７】
例えば、図３に示すように、２つの流体（例えば被処理ガス）７、１２を上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａと左上隅の貫通穴１ｂに別々に供給する場合を考える。この場合、流体７は矢印１０２で示すように、上側の流路波板２の上下の微小流路を通り、流体１２は矢印１０３で示すように、下側の流路波板２の上下の微小流路を通り、２つの流体７、１２は中間区画板１０を挟んで互いに反対方向に流れ、中間区画板１０を介した流路壁間で熱交換を行うことができる。その際、上側区画板９の貫通穴９ｂ、９ｃは上側封止板１により封止され、下側区画板１１の貫通穴１１ａ、１１ｄは下側封止板４により封止され、流体７、１２は漏れない。この場合も、上側封止板１で上側区画板９を兼ねることができ、これにより上側区画板９を省略し、また、下側封止板４で下側区画板１１を兼ねることができ、これにより下側区画板１１を省略することができる。
【００８８】
ここで、流体７は、矢印１０２で示すように、上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａから供給されて上側の区画板９の貫通穴９ａを経て上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから上側の流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ右から左へ通り、ヘッダ用貫通穴５の左側から中間区画板１０の左下隅の貫通穴１０ｃ、下側のヘッダプレート３の左下隅の貫通穴３ｂ、下側区画板１１の貫通穴１１ｃ、下側封止板４の左下隅の貫通穴４ｂを順次経て排出される。
【００８９】
もう一方の流体１２は、矢印１０３で示すように、上側封止板１の左上隅の貫通穴１ｂから供給され、上側区画板９の貫通穴９ｄ、上側のヘッダプレート３の左上隅の貫通穴３ｂ、中間区画板１０の左上隅の貫通穴１０ｄを順次経て下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の左側に至り、ここから下側の流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ左から右ヘ通り、ヘッダ用貫通穴１２の右側から下側区画板１１の貫通穴１１ｂ、下側封止板４の右下隅の貫通穴４ａを経て排出される。
【００９０】
つまり、流体７を上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａに供給し、流体１２を上側封止板１の左上隅の貫通穴１ｂに供給する場合は、２つの流体７、１２の流れは向流型（Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）となる。従って、図３に示すチャンネル構造体は向流型の小型熱交換器としての機能を有する。
【００９１】
ここで、上側封止板１、下側封止板４は薄いものでも良いが、図４に示すように、厚いブロック状のものにすることができ、また、貫通穴１ａ、１ｂ、４ａ、４ｂに繋がる導管１４ａ、１４ｂを備えておくことができる。このことは、図１、図２に示した上側封止板１、下側封止板４、あるいは、後述する図５、図６、図８、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６における上側封止板１、下側封止板４でも同様である。
【００９２】
図３ではヘッダプレート３とそのヘッダ用貫通穴５にはめ込まれた流路波板２とがなす流路ユニットが２つであるが、図５に示すように、これより多くても良い。図５の例では、ヘッダプレート３と流路波板２との流路ユニットが４つ、流体の流れる領域を区画あるいは規定する中間区画板１０を間に挟んで積層される。そして、この積層体と、積層体の上に配置されて流体の流れる領域を区画あるいは規定する上側区画板９と、上側区画板９の上に配置される上側封止板１と、前記積層体の下に配置されて流体の流れる領域を区画あるいは規定する下側区画板１１と、下側区画板の下に配置される下側封止板４とを積層し、層間毎に複数の微小流路を形成している。但し、上下に隣接する２つのヘッダプレート３間では、ヘッダ用貫通穴５の向きが逆になっている。
【００９３】
図５のチャンネル構造体では、矢印１０２で示すように、被処理ガス等の流体７は上側封止板１の貫通穴１ａから供給されて、上側区画板９の貫通穴９ａを経て、また、更には、各中間区画板１０の貫通穴１０ａ、上から偶数番目の各ヘッダプレート３の貫通穴３ａを経て上から奇数番目の各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に並列に流れ、ここから各流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ通り、各ヘッダ用貫通穴５の左側から各中間区画板１０の貫通穴１０ｃ、上から偶数番目の各ヘッダプレート３の貫通穴３ｂ、下側区画板１１の貫通穴１１ｃを経て集まり、下側封止板４の貫通穴４ｂに至って排出される。また、矢印１０３で示すように、被処理ガス等の流体１２は上側封止板１の貫通穴１ｂから供給されて、上側区画板９の貫通穴９ｄを経て、また、更には、各中間区画板１０の貫通穴１０ｄ、上から奇数番目の各ヘッダプレート３の貫通穴３ｂを経て偶数番目の各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の左側に並列に流れ、ここから各流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ通り、各ヘッダ用貫通穴５の右側から各中間区画板１０の貫通穴１０ｂ、上から奇数番目の各ヘッダプレート３の貫通穴３ａ、下側区画板１１の貫通穴１１ｂを経て集まり、下側封止板４の貫通穴４ａに至って排出される。上側区画板９の貫通穴９ｂ、９ｃは上側封止板１により封止され、下側区画板１１の貫通穴１１ａ、１１ｄは下側封止板４により封止され、流体７、１２は漏れない。上側封止板１で上側区画板９を兼ねることができ、これにより上側区画板９を省略し、また、下側封止板４で下側区画板１１を兼ねることができ、これにより下側区画板１１を省略することができる。
【００９４】
次に、流体流れ方向の別の例として、図６に示すチャンネル構造体がある。図のチャンネル構造体は、図３のチャンネル構造体と比べると、上側封止板１と下側封止板４における貫通穴の位置が異なり，他は同じである。図６では、上側封止板１の右上隅と右下隅に貫通穴１ａ、１ｂを形成し、下側封止板４の左下隅と左上隅に貫通穴４ａ、４ｂを形成し、２つの流体７、１２を上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａと右下隅の貫通穴１ｂに別々に供給する。この場合、流体７は矢印１０２で示すように、上側の流路波板２上下の微小流路を通り、流体１２は矢印１０４で示すように、下側の流路波板２上下の微小流路を通り、２つの流体７と１２は中間区画板１０を挟んで同じ方向に流れ、中間区画板１０を介した流路壁間で熱交換を行う。
【００９５】
詳しくは、図６の矢印１０２で示す流れでは、被処理ガス等の流体７は上側封止板１の貫通穴１ａから供給されて、上側区画板９の貫通穴９ａを経て上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に流れ、ここから上側の流路波板２の上下の微小流路を通り、ヘッダ用貫通穴５の左側から中間区画板１０の貫通穴１０ｃ、下側のヘッダプレート３の貫通穴３ｂ、下側区画板１１の貫通穴１１ｃを経て、下側封止板４の貫通穴４ａに至って排出される。また、矢印１０４で示す流れでは、被処理ガス等の流体１２は上側封止板１の貫通穴１ｂから供給されて、上側区画板９の貫通穴９ｂ、上側のヘッダプレート３の貫通穴３ａ、中間区画板１０の貫通穴１０ｂを経て下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に流れ、ここから下側の流路波板２の上下の微小流路を通り、ヘッダ用貫通穴５の左側から下側区画板１１の貫通穴１１ｄを経て、下側封止板４の貫通穴４ｂに至って排出される。上側区画板９の貫通穴９ｃ、９ｄは上側封止板１により封止され、下側区画板１１の貫通穴１１ａ、１１ｂは下側封止板４により封止され、流体７、１２は漏れない。上側封止板１で上側区画板９を兼ねることができ、これにより上側区画板９を省略し、また、下側封止板４で下側区画板１１を兼ねることができ、これにより下側区画板１１を省略することができる。
【００９６】
つまり、流体７を上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａに供給し、流体１２を上側封止板１の右下隅の貫通穴１ｂに供給する場合は、２つの流体７、１２の流れは並流型（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）  となる。従って、図６に示すチャンネル構造体は並流型の小型熱交換器としての機能を有する。
【００９７】
ここで、図３、図５、図６に示した例では、複数の流路波板２を微細パターン２ａが互いに平行となるよう各にヘッダプレート３の貫通穴５に収めているが、複数の流路波板２を互いに微細パターン２ａが交差するようにヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５に収めることも可能である。
【００９８】
図７に示すチャンネル構造体は、図３あるいは図５、図６に示したチャンネル構造体と比べると、上下２つの流路波板２を互いに微細パターン２ａが直交するように各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５に収めている点と、各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状が６角形である点と、上側区画板９、各ヘッダプレート３、中間区画板１０及び下側区画板１１の各貫通穴９ａ〜９ｄ、３ａ〜３ｂ、１０ａ〜１０ｄ、１１ａ〜１１ｄの配置位置が各部材９、３、１０、１１の辺中央部である点が異なり、他は同様である。従って、図７中で図３または図６と同一機能部材には同一符号を付すとともに、説明の重複を省く。
【００９９】
図７に示す例では、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状は横向きの６角形であり、当該ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺を有し、これら平行２辺に右側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の右辺中央部近くに位置し、前記平行２辺に左側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の左辺中央部近くに位置している。
【０１００】
一方、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状は縦向きの６角形であり、当該ヘッダプレート３の右辺及び左辺に対して平行な２辺を有し、これら平行２辺に上側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の上辺中央部近くに位置し、前記平行２辺に下側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の下辺中央部近くに位置している。
【０１０１】
このように２つのヘッダプレート３間でヘッダ用貫通穴５の向きが異なっているが、同一形状のヘッダ用貫通穴を形成したヘッダプレートを９０度回転して配置することで、２つのヘッダプレート３に使用できるようにしている。
【０１０２】
上側封止板１には、右辺中央部付近と上辺中央部付近に貫通穴１ａ、１ｂを形成し、下側封止板４には、下辺中央部付近と左辺中央部付近に貫通穴４ａ、４ｂを形成してある。
【０１０３】
図７では、上側区画板９の貫通穴９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは４辺の各中央部付近に形成されている。そのうち、右辺中央部付近の貫通穴９ａと左辺中央部付近の貫通穴９ｃは、流路波板２を避けるようにして、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。一方、下辺中央部付近の貫通穴９ｂと上辺中央部付近の貫通穴９ｄは、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。
【０１０４】
同様に、下側区画板１１の貫通穴１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは４辺の各中央部付近に形成されている。そのうち、下辺中央部付近の貫通穴１１ｂと上辺中央部付近の貫通穴１１ｄは、流路波板２を避けるようにして、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。一方、右辺中央部付近の貫通穴１１ａと左辺中央部付近の貫通穴１１ｃは、下側のヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。
【０１０５】
上側のヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴５の外側にて、下辺中央部付近及び上辺中央部付近にそれぞれ貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。下辺中央部付近の貫通穴３ａは上側区画板９の下辺中央部付近の貫通穴９ｂに、上辺中央部付近の貫通穴３ｂは上側区画板９の上辺中央部付近の貫通穴９ｄにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【０１０６】
一方、下側のヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴３の外側にて、右辺中央部付近及び左辺中央部付近にそれぞれ貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。右辺中央部付近の貫通穴３ａは下側区画板１１の右辺中央部付近の貫通穴１１ａに、左辺中央部付近の貫通穴３ｂは下側区画板１１の左辺中央部付近の貫通穴１１ｃにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【０１０７】
中間区画板１０の貫通穴１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは４辺の各中央部付近に形成されている。そのうち、右辺中央部付近の貫通穴１０ａは上側区画板９の右辺中央部付近の貫通穴９ａと下側区画板１１の右辺中央部付近の貫通穴１１ａとに連通可能な位置に形成され、下辺中央部付近の貫通穴１０ｂは上側区画板９の下辺中央部付近の貫通穴９ｂと上側のヘッダプレート３の下辺中央部付近の貫通穴３ａと下側区画板１１の下辺中央部付近の貫通穴１１ｂとに連通可能な位置に形成され、左辺中央部付近の貫通穴１０ｃは上側区画板９の左辺中央部付近の貫通穴９ｃと下側のヘッダプレート３の左辺中央部付近の貫通穴３ｂと下側区画板１１の左辺中央部付近の貫通穴１１ｃとに連通可能な位置に形成され、上辺中央部付近の貫通穴１１ｄは上側区画板９の上辺中央部付近の貫通穴９ｄと下側のヘッダプレート３の上辺中央部付近の貫通穴３ｂと下側区画板１１の上辺中央部付近の貫通穴１１ｄとに連通可能な位置に形成されている。
【０１０８】
従って、上側区画板９と中間区画板１０と下側区画板１１は貫通穴の位置を含めて同じ形状であり、同形状に作製した区画板を上側区画板９と中間区画板１０と下側区画板１１に利用できるようにしている。
【０１０９】
また、上下のヘッダプレート３間では貫通穴３ａ、３ｂの配置が異なるが、穴位置を含めて同形状に作製したヘッダプレートを９０度回転して配置することで、上下各ヘッダプレート３に利用することができる。
【０１１０】
そして、塑性加工を用いて各基板に微細パターン２ａを形成することで流路波板２を予め作製しておき、この流路波板２を互いに微細パターン２ａが例えば直交となるようにそれぞれ各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５に収めた状態（流路ユニット）で、上側封止板１、上側区画板９、上側の流路波板２、上側のヘッダプレート３、中間区画板１０、下側の流路波板２、下側のヘッダプレート３、下側区画板１１、下側封止板４を積層し、例えば、各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。これにより、例えば数百μｍの水力直径を持つ複数系統の微小流路が形成されて、チャンネル構造体ができあがる。この場合、上記の接合を用いず、上側の流路波板２を上側区画板９と中間区画板１０で挟み込み、また、下側の流路波板２を中間区画板１０と下側区画板１１で挟み込んでも良い。挟み込みの場合、図示しない適宜なネジ止めやクリップ止めなどの保持機構により、積層状態が保持される。
【０１１１】
従って、上側の流路波板２の上下の微小流路が１つの流路系統となり、下側の流路波板１０の上下の微小流路がもう１つの流路系統となり、被処理ガス等の流体７と被処理ガス等の流体１２を上側封止板１の任意の２つの貫通穴から供給して別々の流路系統に通すことにより中間区画板１０を介して相互間で熱交換が行われる。
【０１１２】
例えば、図７に示すように、２つの流体７、１２を上側封止板１の右辺中央部付近の貫通穴１ａと上辺中央部付近の貫通穴１ｂに別々に供給する場合を考える。この場合、流体７は矢印１０５で示すように、上側の流路波板２上下の微小流路を通り、流体１２は矢印１０６で示すように、下側の流路波板２の上下の微小流路を通り、２つの流体７、１２は中間区画板１０を挟んで互いに交差する方向に流れ、中間区画板１０を介した流路壁間で熱交換を行う。
【０１１３】
一方の流体７は、矢印１０５で示すように、上側封止板１の右辺中央部付近の貫通穴１ａから供給され、上側区画板９の貫通穴９ａを経て上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから上側の流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ右から左へ通り、当該ヘッダ用貫通穴５の左側から中間区画板１０の左辺中央部付近の貫通穴１０ｃ、下側のヘッダプレート３の左辺中央部付近の貫通穴３ｂ、下側区画板１１の貫通穴１１ｃ、下側封止板４の左辺中央部付近の貫通穴４ｂを順次経て排出される。
【０１１４】
もう一方の流体１２は、矢印１０６で示すように、上側封止板１の上辺中央部付近の貫通穴１ｂから供給され、上側区画板９の貫通穴９ｄ、上側のヘッダプレート３の上辺中央部付近の貫通穴３ｂ、中間区画板１０の貫通穴１１ｄを順次経て下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の上（奥側）に至り、ここから下側の流路波板２の上下の微小流路をそれぞれ上から下（奥側から手前側）ヘ通り、当該ヘッダ用貫通穴３の下（手前）側から下側区画板１１の貫通穴１１ｂ、下側封止板４の下辺中央部付近の貫通穴４ａを経て排出される。
【０１１５】
つまり、流体７を上側封止板１の右辺中央部付近の貫通穴１ａに供給し、流体１２を上側封止板１の上辺中央部付近の貫通穴１ｂに供給する場合は、２つの流体７、１２の流れは直交型（Ｃｒｏｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）となる。従って、図７に示すチャンネル構造体は直交型の小型熱交換器としての機能を有する。
【０１１６】
ここで、上側区画板９の貫通穴９ｂ、９ｃは上側封止板１により封止され、下側区画板１１の貫通穴１１ａ、１１ｄは下側封止板４により封止され、流体７、１２は漏れない。上側封止板１で上側区画板９を兼ねることができ、これにより上側区画板９を省略し、また、下側封止板４で下側区画板１１を兼ねることができ、これにより下側区画板１１を省略することができる。
【０１１７】
図６、図７を参照して説明したチャンネル構造体は２つの流路ユニットを積層したものであるが、３つ以上の流路ユニットを積層して小型熱交換器等のチャンネル構造体を構成することが可能である。例えば、図５に例示したと同様、奇数番目の流路ユニットの流路に同一の流体を並列に流し、偶数番目の流路ユニットの流路に別の流体を並列に流すことができる。
【０１１８】
ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状及び大きさは、流路波板２を囲むことができ、かつ、流体７、１２の供給と排出に必要な領域を確保できる形状及び大きさを持つものであれば、任意である。
【０１１９】
図３、図５、図６、図７ではチャンネル構造体を横置き状態を想定して示しているため、便宜上、上下を区別して説明しているが、上下逆にして使用することも、あるいは、縦置き状態で使用することも可能である。
【０１２０】
［第４実施例］
次に、図３、図６、図７を参照して、本発明の第４実施例に係るチャンネル構造体を説明する。本第４実施例のチャンネル構造体は小型反応器（あるいはマイクロ反応器）としての機能を有する。
【０１２１】
本第４実施例のチャンネル構造体は、図３、図６、図７に示すように、上記第３実施例で説明した各チャンネル構造体に対し、２つの流路ユニットのうち、一方のユニットの流路波板２の内表面または外表面の少なくとも一方に触媒８を担持させ、もう一方の流路ユニットの流路波板２の内表面または外表面の少なくとも一方の触媒１３を担持させたものである。
【０１２２】
流体７、１２は任意の液体や気体で良く、また、触媒８、１３は任意の同一の一種類あるいは異なる複数種類で良いが、本例では、流体７が燃料ガスで、流体１２が改質ガスである場合を想定し、一方の触媒８を燃焼触媒とし、もう一方の触媒１３を改質触媒とすることにより、改質ガス１２の改質反応に必要な熱を燃料ガス７の触媒反応により供給することを可能にする技術を説明する。これらの触媒の担持処理として、燃焼触媒８を予め担持した触媒体を上側の流路波板２の内外両表面に成膜し、また、改質触媒１３を予め担持した触媒体を下側の流路波板２の内外両表面に成膜している。燃焼触媒８、改質触媒１３は塑性加工前に予め基板に担持させておいても、あるいは、塑性加工後に微細パターン２ａにそれぞれ担持させても良い。
【０１２３】
そして、図３、図６、図７いずれの場合も、塑性加工を用いて基板に微細パターン２ａを形成するとともに表面に燃焼触媒８を担持させることで上側の流路波板２を予め作製しておく。また、塑性加工を用いて基板に微細パターン２ａを形成するとともに表面に改質触媒１３を担持させることで下側の流路波板２を予め作製しておき、ヘッダプレート３とそのヘッダ用貫通穴５にはめ込まれる流路波板２がなす２つの流路ユニットを間に中間区画板１０を挟んで積層し、この積層体の上面に上側区画板９を積層し、この上側区画板９の上に上側封止板１を積層し、また、前記積層体の下面に下側区画板１１を積層し、この上側区画板１１の下に下側封止板４を積層する。これにより、例えば数百μｍの水力直径を持ち、かつ、燃焼触媒８と改質触媒１４がそれぞれ担持された２系統の微小流路が形成されて、反応器の機能を有するチャンネル構造体ができあがる。
【０１２４】
図３に示す反応器の機能を有するチャンネル構造体は矢印１０２、１０３で示すように向流型（Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）のものであるが、図６に示す反応器の機能を有するチャンネル構造体は矢印１０２、１０４で示すような並流型（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）  のものであり、図７に示す反応器の機能を有するチャンネル構造体は矢印１０５、１０６で示すような直交型（Ｃｒｏｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）のものである。
【０１２５】
図３、図６、図７に示したいずれのチャンネル構造体でも、燃焼触媒８が上側の流路波板２の表面に担持されているため、そこの微細流路に燃焼ガス７を通すことで、発熱反応である触媒燃焼反応が生じ、得られた熱が中間区画板１０を介して改質触媒１３を担持する下側の流路波板２の微小流路に与えられる。これにより、下側の流路波板２の微小流路を通る改質ガス１２に、吸熱反応である触媒改質反応を生ぜしめるために必要な熱が供給される。
【０１２６】
上記各例では、触媒８の担持処理が必要な上側の流路波板２がこれを収納する上側区画板９、上側のヘッダプレート３及び中間区画板１０により構成される容器（ケーシング）とは別体であり、また、触媒１３の担持処理が必要な下側の流路波板２がこれを収納する中間区画板１０、下側のヘッダプレート３及び下側区画板１１により構成される容器（ケーシング）とは別体であるため、触媒担持が不要な部分へのマスキング処理といった複雑な工程を必要とせず、流路波板２単体での触媒コーティングが可能となるメリットがある。また、触媒担持処理の工程と積層工程とを別系統とすることで、触媒８、１３を担持した各流路波板２の一括生産、触媒８、１４の要求仕様の変更に対する即応性、触媒８、１４の交換の容易性を実現できる。更に、用途に応じて任意の流路波板２を別材料に容易に変更できる利便性がある。
【０１２７】
また、前述したように接合を用いず、流路波板２を挟み込む場合は、製造工程の簡略化、接合工程での触媒８、１４の劣化の抑制、触媒８、１４の劣化時の交換容易、触媒８、１４の新規開発触媒への交換容易といった利点がある。触媒８、１４の劣化時の交換、触媒８、１４の新規開発触媒への交換は、接合を用いた場合でも必ずしも不可能ではない。
【０１２８】
図３、図６、図７を参照して説明した反応器の機能を有するチャンネル構造体は２つの流路ユニットを積層したものであるが、３つ以上の流路ユニットを積層して構成することが可能である。例えば、図５に示したチャンネル構造体では、上から奇数番目の流路ユニットの流路波板２全てに同じ触媒例えば燃焼触媒を担持させ、上から偶数番目の流路ユニットの流路波板２全てにこれとは別の触媒例えば改質触媒を担持させることができる。また、反応処理の目的あるいは流路ユニットの積層数に応じて、種々の触媒を流路波板２に担持させることができる。例えば、上から順に、ある触媒Ａ、これと同じ触媒Ａ、これとは別の触媒Ｂをセットとして１セットまたは繰り返して担持させたり、ある触媒Ａ、これとは別の触媒Ｂ、更に別の触媒Ｃをセットとして１セットまたは繰り返して担持させることができる。
【０１２９】
また、図３、図５〜図７では反応器の機能を有するチャンネル構造体を横置き状態を想定して示しているため、便宜上、上下を区別して説明しているが、これらは上下逆にして使用することも、あるいは、縦置き状態で使用することも可能である。
【０１３０】
［第５実施例］
次に、図８を参照して、本発明の第５実施例に係るチャンネル構造体を説明する。図８に示すチャンネル構造体は、微細パターン付きの上側隔壁板１５と、ヘッダ用貫通穴５を有するヘッダプレート３と、微細パターン付きの下側隔壁板１６を積層することで構成されており微細流路が形成された小型熱交換器（あるいはマイクロ熱交換器）としての機能を有する。このチャンネル構造体は、例えば密閉空間に設置して使用される。チャンネル構造体は上面に積層した上側封止板１を有し、下面に積層した下側封止板４を有している。
【０１３１】
上側封止板１には右上隅にて流体供給用の貫通穴１ａが形成され、下側封止板４には左下隅にて流体排出用の貫通穴４ａが形成されている。
【０１３２】
上側隔壁板１５と下側隔壁板１６は流体が流れる領域を規定するものであり、上側隔壁１５と下側隔壁板１６の外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では上側封止板１、下側封止板４と同様、矩形例えば同じ大きさの正方形をなしている。矩形の大きさは基本的には任意であるが、例えば２〜４ｃｍ角を例示することができる。
【０１３３】
上側隔壁板１５と下側隔壁板１６にはそれぞれそれ自体の中央に、熱交換効率を高めるための凹凸形状の微細パターン１７、１８が形成されている。微細パターン１７、１８は例えば型を用いたプレス成形等の塑性加工により形成されている。微細パターン１７、１８の数は基本的に任意であるが、例えば５０本と多数形成される。
【０１３４】
微細パターン１７、１８の凹凸形状は、三角波形、矩形、エンボス形、その他の適宜な規則的形状あるいは不規則形状であって良い。
【０１３５】
図８に示す例の上側隔壁板１５と下側隔壁板１６はそれぞれ、例えば、厚み１００μｍ程度の基板に、微細パターン１７、１８として三角形状で、波高さ及びピッチが例えば数百μｍの凹凸形状を塑性加工を用いて形成している。微細パターン１７、１８の左右両端は閉じている。本例では、上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６において微細パターン１７、１８が形成されている領域は、同じ大きさの矩形例えば正方形としている。
【０１３６】
上側隔壁板１５と下側隔壁板１６の微細パターン１７、１８の幾つかの例を図９に示す。図９（ａ）の例では、微細パターン１７、１８が上側隔壁板１５、下側隔壁板１６の面より上側にて凹凸するように形成されている。図９（ｂ）の例では、微細パターン１７、１８が上側隔壁板１５、下側隔壁板１６の面より下側にて凹凸するように形成されている。図９（ｃ）では、微細パターン１７、１８が上側隔壁板１５、下側隔壁板１６の面から上下両方に凹凸するように形成されている。
【０１３７】
このような微細パターン１７、１８を有する上側隔壁板１５と下側隔壁板１６とがヘッダプレート３を間に挟んで積層される。図１０に幾つかの積層例を示す。図１０（ａ）の例では、微細パターン１７が上側にて凹凸する上側隔壁板１５と微細パターン１８が上側にて凹凸する下側隔壁板１６とが積層され、微細パターン１７，１８がヘッダ用貫通穴５を挟んで対向しており、微細パターン１７はヘッダ用貫通穴５の上方に位置し、微細パターン１８はヘッダ用貫通穴５の内部に下方から入り込んでいる。図１０（ｂ）の例では、微細パターン１７が下側にて凹凸する上側隔壁板１５と微細パターン１８が上側にて凹凸する下側隔壁板１６とが積層され、微細パターン１７、１８がヘッダ用貫通穴５を挟んで対向しており、微細パターン１７はヘッダ用貫通穴５の内部に上方から入り込み、微細パターン１８はヘッダ用貫通穴５の内部に下方から入り込んでいる。図１０（ｃ）では、微細パターン１７が上下に凹凸する上側隔壁板１５と微細パターン１８が上下に凹凸する下側隔壁板１６とが積層され、微細パターン１７、１８がヘッダ用貫通穴５を挟んで対向しており、微細パターン１７の下半分がヘッダ用貫通穴５の内部に上方から入り込み、微細パターン１８の上半分がヘッダ用貫通穴５の内部に下方から入り込んでいる。その他、図１０（ｂ）とは逆に、微細パターン１７が上側にて凹凸する上側隔壁板１５と微細パターン１８が下側にて凹凸する下側隔壁板１６とが積層され、微細パターン１７、１８がヘッダ用貫通穴５を挟んで対向し、微細パターン１７はヘッダ用貫通穴５の上方に位置し、微細パターン１８はヘッダ用貫通穴５の下方に位置する例など、積層例は種々ある。
【０１３８】
ヘッダプレート３はヘッダ用貫通穴５を中央部に有しており、ヘッダ用貫通穴５は流体の供給及び排出の機能を持っている。ヘッダプレート３の外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では上側封止板１、下側封止板４、上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６と同じ大きさの矩形状をなしている。ヘッダ用貫通穴５の形成手法は任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。ヘッダ用貫通穴５の大きさ及び位置は、ヘッダ用貫通穴５を上下方向に投影したときの領域に、微細パターン１７、１８が収まるものであれば良い。
【０１３９】
ヘッダ用貫通穴５の形状は図８の例では、ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺と、ヘッダプレート３の右辺に対しては上辺に近い部分ほど右辺に近づく斜めの１辺と、ヘッダプレート３の左辺に対しては上辺に近い部分ほど左辺から遠のく斜めの１辺とを持つ菱形であるが、流体の供給及び排出の機能を持つ限り、任意の形状、大きさで良い。
【０１４０】
ヘッダプレート３の厚みは、図１０の例示から分かるように、上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６の微細パターン１７、１８の寸法、凹凸方向に応じて設定される。
【０１４１】
本例では、上側隔壁板１５のうち微細パターン１７を避けた４隅に、貫通穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが形成されている。そのうち、右上隅の貫通穴１５ａは、上側封止板１の貫通穴１ａ及びヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。右下隅の貫通穴１５ｂは、ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。左下隅の貫通穴１５ｃは、ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。左上隅の貫通穴１５ｄは、ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。
【０１４２】
下側隔壁板１６のうち微細パターン１８を避けた４隅に、貫通穴１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが形成されている。そのうち、右上隅の貫通穴１６ａは、ヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。右下隅の貫通穴１６ｂは、ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。左下隅の貫通穴１６ｃは、ヘッダ用貫通穴５と連通するような位置に形成されている。左上隅の貫通穴１６ｄは、ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。
【０１４３】
従って、上側隔壁板１５と下側隔壁板１６は貫通穴の位置を含めて同じ形状であり、同形状に作製した微細パターン付き隔壁板を上側隔壁板１５と下側隔壁板１６に利用できるようにしている。
【０１４４】
ヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴５の外側にて、右下隅及び左上隅にそれぞれ小さな貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。右下隅の貫通穴３ａは上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６それぞれの右下隅の貫通穴１５ｂ、１６ｂに、左上隅の貫通穴３ｂは上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６それぞれの左上隅の貫通穴１５ｄ、１６ｄにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【０１４５】
上側隔壁板１５における貫通穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの形成手法、ヘッダプレート３における貫通穴３ａ、３ｂの形成手法、並びに、下側隔壁板１６における貫通穴１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの形成手法はともに任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。
【０１４６】
そして、塑性加工を用いて各基板に微細パターン１７、１８を形成することで上側隔壁板１５と下側隔壁板１６を予め作製しておき、微細パターン１７、１８が本例では互いに平行となるように、かつ、微細パターン１７、１８がヘッダ用貫通穴５の上下方向の投影領域に収まるように、上側封止板１、上側隔壁板１５、ヘッダプレート３、下側隔壁板１６、下側封止板４を積層し、例えば各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。これにより、上側隔壁板１５と下側隔壁板１６との間にそれらの微細パターン１７、１８によって例えば数百μｍの水力直径を持つ微小流路が形成されて、チャンネル構造体ができあがる。
【０１４７】
従って、図８に例示するように、流体（例えば被処理ガス）７を例えば上側封止板１の貫通穴１ａから上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａに供給すると、流体７は矢印１０１で示すように、この貫通穴１５ａからヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから上側隔壁板１５と下側隔壁板１６間の微小流路を右から左へ通り、ヘッダ用貫通穴５の左側から下側隔壁板１６の左下隅の貫通穴１６ｃ、下側封止板４の貫通穴４ａを経て排出される。
【０１４８】
ここで、上側隔壁板１５における右下隅の貫通穴１５ｂ、左下隅の１５ｃ、左上隅の１５ｄは上側封止板１で塞がれ、下側隔壁板１６における右上隅の貫通穴１６ａ、右下隅の貫通穴１６ｂ、左上隅の貫通穴１６ｄは下側封止板４で塞がれ、流体７の漏れはない。なお、上側隔壁板１５の微細パターン１７が上方に突出する場合は、例えば、図１２に例示するように、上側封止板１の中央部など微細パターン１７よりもやや広い領域２２を上方に膨らませてその下側に微細パターン１７を収容できる深さの凹部を設けたり、図示しないが、上側封止板１がブロック状の厚いものの場合は、下側を微細パターン１７を収容できる広さと深さに抉って凹部を設けたり、図１３に例示するように、上側封止板１のうち微細パターン１７を避けた右側の一部１−１及び左側の一部１−２のみを上側封止板１として使用することにより、上側封止板１と微細パターン１７との干渉を回避することができる。下側隔壁板１６の微細パターン１８が下方に突出する場合も同様の対策により、下側封止板４と微細パターン１８との干渉を回避することができる。
【０１４９】
このように、図８に示すチャンネル構造体は、上側隔壁板１５と下側隔壁板１６間の微小流路を通過する流体（例えば被処理ガス７）と、外部からの加熱手段あるいは冷却手段により与えられる流体６の間で、上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６を介して熱交換を行うことができ、小型熱交換器として動作する。図８のでは、例えば外部流体６を上側封止板１の上面と下側封止板４の下側に流すようにしているが、上側封止板１、下側封止板４と加熱手段や冷却手段で直接加熱あるいは冷却するようにしてもよく、または、上側封止板１、下側封止板４以外の部分を加熱あるいは冷却するようにしてもよい。
【０１５０】
本第５実施例では、第１実施例や第３実施例に比べ、別体構造であった流路波板と区画板とがそれぞれ微細パターン付きの上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６として一体化しているため、中間区画板を省略でき、また、第１、第３実施例では別体構造で必要だった流路波板の固定方法を考慮する必要がなくなるから、部品点数及び工数の削減、即ちコストダウンのメリットがある。更に、第１、３実施例におけるような流路波板とケーシングとを別材料とする利点が少ない場合に適した構造である。
【０１５１】
図８ではチャンネル構造体を横置き状態を想定して示しているため、便宜上、上下を区別して説明しているが、上下逆にして使用することも、あるいは、縦置き状態で使用することも可能である。
【０１５２】
また、下側隔壁板１６を図８とは表裏逆にして、上側隔壁板１５、ヘッダプレート３及び下側隔壁板１６を積層することが可能である。
【０１５３】
なお、ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５は、その上下方向の投影領域が上側隔壁板１５や下側隔壁板１６の微細パターン１７、１８の領域を囲むことができ、かつ、流体７の供給と排出に必要な領域を確保できる形状及び大きさ、位置を持つものであれば、任意である。
【０１５４】
上記第５実施例では隔壁板として上側隔壁板１５と下側隔壁板１６の２つを用いているが、図１１に示すように、３つ以上であっても良い。図１１の例では、微細パターン２０を中央部に塑性加工で形成した中間隔壁板１９が２つ追加され、上中下３つのヘッダプレート３が間にそれぞれ中間区画板１０を挟んで積層されている。そして、この積層体と、積層体の上に配置される上側隔壁板１５と、上側隔壁板１５の上に配置される上側封止板１と、前記積層体の下に配置される下側隔壁板１６と、下側隔壁板１６の下に配置される下側封止板４とを積層し、各層間に微小流路を形成している。本例では、上側隔壁板１５、２つの中間隔壁板１９及び下側隔壁板１６を貫通穴の位置を含めて互いに同形状とし、また、これらの大きさは上側封止板１及び下側封止板４と同じにしている。但し、中間隔壁板１９の微細パターン２０は、図９に例示したように種々の態様があり、上下隣接する隔壁板間の微細パターンの組合せも図１０に例示したように種々ある。ここで、上側封止板１、上側隔壁板１５、ヘッダプレート３、中間隔壁板１９、下側区画板１６、下側封止板４の積層手順は任意であり、例えば、下の部材あるいは上の部材から順に積層したり、ヘッダプレート３を間に中間隔壁板１９を挟んで積層し、これで得た積層体の上に上側隔壁板１５、上側封止板１を順に積層し、同積層体の下に下側隔壁板１６、下側封止板４を順次積層したりするなど、種々考えられる。要は、ヘッダプレート３が複数、中間隔壁板１９を間に挟んで積層されてなる積層体と、この積層体の上に配置される上側隔壁板１５と、上側隔壁板１５の上に配置される上側封止板１と、前記積層体の下に配置される下側隔壁板１６と、下側隔壁板１６の下に配置される下側封止板４とが積層されてなる構造体が作製できれば良い。このことは、以下の説明においても同様である。
【０１５５】
上側隔壁板１５、中間隔壁板１９及び下側隔壁板１６の各右上隅には上側封止板１の貫通穴１ａと同位置にて貫通穴１５ａ、１９ａ、１６ａがそれぞれ形成され、各左下隅には下側封止板４の貫通穴４ａと同位置にて貫通穴１５ｂ、１９ｂ、１６ｂがそれぞれ形成されている。図１１のチャンネル構造体では、矢印１０１で示すように、被処理ガス等の流体７は上側封止板１の貫通穴１ａから供給されて、上側隔壁板１５の貫通穴１５ａを経て、また、更に各中間隔壁板１９の貫通穴１９ａを経て各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に並列に流れ、ここから上側隔壁板１５と中間隔壁板１９との間の微小流路、中間隔壁板１９どうしの間の微小流路、中間隔壁板１９と下側隔壁板１６との間の微小流路をそれぞれ通り、各ヘッダ用貫通穴５の左側から各中間隔壁板１９の貫通穴１９ｂ、下側隔壁板１６の貫通穴１６ｂを経て集まり、下側封止板４の貫通穴４ａに至って排出される。上側隔壁板１５の貫通穴１５ｂは上側封止板１により封止され、下側隔壁板１６の貫通穴１６ａは下側封止板４により封止され、流体７は漏れない。上側隔壁板１５の微細パターン１７が上方に突出する場合は、前述したと同様、例えば、図１２に例示するように、上側封止板１の中央部など微細パターン１７よりもやや広い領域２２を上方に膨らませてその下側に微細パターン１７を収容できる深さの凹部を設けたり、図示しないが、上側封止板１がブロック状の厚いものの場合は、下側を微細パターン１７を収容できる広さと深さに抉って凹部を設けたり、図１３に例示するように、上側封止板１のうち微細パターン１７を避けた右側の一部１−１及び左側の一部１−２のみを上側封止板１として使用することにより、上側封止板１と微細パターン１７との干渉を回避することができる。下側隔壁板１６の微細パターン１８が下方に突出する場合も同様の対策により、下側封止板１と微細パターン１８との干渉を回避することができる。
【０１５６】
［第６実施例］
次に、図８を参照して、本発明の第６実施例に係る反応器として機能を有するチャンネル構造体を説明する。
【０１５７】
本第６実施例のチャンネル構造体は、図８に示すように、上記第５実施例のチャンネル構造体に対し、上側隔壁板１５の微細パターン１７の内表面あるいは下側隔壁板１６の微細パターン１８の内表面の少なくとも一方に触媒８を担持させたものである。
【０１５８】
本例では、触媒８の担持処理として、触媒８を予め担持した触媒体を上側隔壁板１５の微細パターン１７の内表面及び下側隔壁板１６の微細パターン１８の内表面の両方に成膜している。触媒８は塑性加工前に予め基板に担持させておいても、あるいは、塑性加工後に微細パターン１７、１８にそれぞれ担持させても良い。
【０１５９】
そして、塑性加工を用いて基板に微細パターン１７を形成するとともにその内表面に触媒８を担持させることで上側隔壁板１５を予め作製し、また、同じく塑性加工を用いて基板に微細パターン１８を形成するとともにその内表面に触媒８を担持させることで上側隔壁板１６を予め作製しておき、微細パターン１７、１８が互いに平行となるように、かつ、微細パターン１８がヘッダ用貫通穴５の上下方向の投影領域に収まるように、上側封止板１、上側隔壁板１５、ヘッダプレート３、下側隔壁板１６、下側封止板４を積層し、例えば、各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。これにより、上側隔壁板１５と下側隔壁板１６との間にそれらの微細パターン１７、１８によって、例えば数百μｍの水力直径を持ち、かつ、内表面に触媒８が担持された微小流路が形成されたチャンネル構造体ができあがる。
【０１６０】
図８に示すチャンネル構造体は、触媒８が上側隔壁板１５と下側隔壁板１６の間の微小流路の内表面に担持されているため、この微小流路を流れる流体（例えば被処理ガス）７に触媒８固有の触媒反応を生ぜしめる機能を持った小型反応器として動作する。流体７は、例えば矢印１０１で示すように、上側封止板１の貫通穴１ａから供給され、上側隔壁板１５の貫通穴１５ａを経てヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから上側隔壁板１５と下側隔壁板１６間の微細流路を通り、ヘッダ用貫通穴５の左側から下側隔壁板１６の貫通穴１６ｃを経て下側隔壁板４の貫通穴４ａに至り排出される。
【０１６１】
本例では、第２実施例や第４実施例に比べ、別体構造であった流路波板と封止板とがそれぞれ微細パターン付きの上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６として一体化しているため、中間区画板を省略でき、また、第２、第４実施例では別体構造で必要だった流路波板の固定方法を考慮する必要がなくなるから、部品点数及び工数の削減、即ちコストダウンのメリットがある。更に、領域を選択的にコーティング可能な触媒担持方法、例えばゾルゲル法やディップコート法、スパッタリング成膜法を用いる場合、あるいは、第２、第４実施例におけるような流路波板とケーシングとを別材料とする利点が少ない場合に適した構造である。
【０１６２】
図８では反応器の機能を有するチャンネル構造体を横置き状態を想定して示しているため、便宜上、上下を区別して説明しているが、この小型反応器は上下逆にして使用することも、あるいは、縦置き状態で使用することも可能である。
【０１６３】
図１１に示したチャンネル構造体も、触媒を上側隔壁板１５と中間隔壁板１９との間の微小流路、中間隔壁板１９どうしの間の微小流路、中間隔壁板１９と下側隔壁板１６との間の微小流路内に担持させることにより、これらの微小流路を並列に流れる流体（例えば被処理ガス）７に触媒固有の触媒反応を生ぜしめる機能を持った小型反応器として動作する。
【０１６４】
［第７実施例］
図１２を参照して、本発明の第７実施例に係るチャンネル構造体を説明する。図１２に示すチャンネル構造体は、上側封止板１と、微細パターン付きの上側隔壁板１５と、上側のヘッダプレート３と、微細パターン付きの中間隔壁板１９と、下側のヘッダプレート３と、微細パターン付きの下側隔壁板１６と、下側封止板４を積層することで構成されており、小型熱交換器（あるいはマイクロ熱交換器）として動作する。このチャンネル構造体は、例えば密閉空間に設置されて使用される。詳細は後述するが、複数（図では２つ）のヘッダプレート３を間に中間隔壁板１９を挟んで積層し、これにより形成される積層体の上に上側隔壁板１５を積層し、積層体の下に下側隔壁板１６積層することで、例えば数百μｍの水力直径を持つ複数系統の微小流路が形成される。
【０１６５】
上側封止板１と下側封止板４は、流体の供給及び封止を目的とするものでありこれらの外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では矩形例えば同じ大きさの正方形をなしている。矩形の大きさは基本的には任意であるが、例えば２〜４ｃｍ角を例示することができる。
【０１６６】
上側隔壁板１５と下側隔壁板１６と中間隔壁板１９は流体が流れる領域を区画あるいは規定するものであり、これらの外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では矩形、例えば上側封止板１及び下側封止板４と同じ大きさの正方形をなしている。
【０１６７】
上側隔壁板１５と下側隔壁板１６と中間隔壁板１９には、それぞれ自身の中央に、熱交換効率を高めるための凹凸形状の微細パターン１７、１８、２０が形成されている。微細パターン１７、１８、２０は、例えば型を用いたプレス成形等の塑性加工により形成されている。微細パターン１７、１８、２０の数は基本的には任意であるが、例えば５０本と多数形成される。
【０１６８】
微細パターン１７、１８、２０の凹凸形状は、三角波形、矩形、エンボス形、その他の適宜な規則的形状あるいは不規則形状であって良い。
【０１６９】
図１２に示す例の上側隔壁板１５と下側隔壁板１６と中間隔壁板１９はそれぞれ、例えば厚み１００μｍ程度の基板に、微細パターン１７、１８、２０として三角波形状で、波高さ及びピッチがともに例えば数百μｍの凹凸形状を塑性加工を用いて形成している。微細パターン１７、１８、２０の左右両端は閉じている。本例では、上側隔壁板１５、下側隔壁板１６及び中間隔壁板１９において微細パターン１７、１８、２０が形成される領域は、同じ大きさの矩形例えば正方形としている。
【０１７０】
各ヘッダプレート３はそれぞれ中央部にヘッダ用貫通穴５を有しており、各ヘッダ用貫通穴５は流体の供給及び排出の機能を持っている。ヘッダプレート３の外形及び大きさは基本的には任意であるが、本例では上側封止板１、下側封止板４、上側隔壁板１５、下側隔壁板１６及び中間隔壁板１９と同じ大きさの矩形状例えば正方形をなしている。ヘッダ用貫通穴５の形成手法は任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。
【０１７１】
上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状は、図１２の例では、ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺と、ヘッダプレート３の右辺に対しては上辺に近い部分ほど右辺に近づく斜めの１辺と、ヘッダプレート３の左辺に対しては上辺に近い部分ほど左辺から遠のく斜めの１辺とを持つ菱形であるが、流体の供給及び排出の機能を持つ限り、任意の形状で良い。
【０１７２】
一方、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴１２の形状は、図１２の例では、ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺と、ヘッダプレート３の右辺に対しては上辺に近い部分ほど右辺から遠のく斜めの１辺と、ヘッダプレート１１の左辺に対しては上辺に近い部分ほど左辺に近づく斜めの１辺とを持つ菱形であるが、流体の供給及び排出の機能を持つ限り、任意の形状で良い。
【０１７３】
このように２つのヘッダプレート３間でヘッダ用貫通穴５の向きが異なっているが、同一形状のヘッダ用貫通穴を形成したヘッダプレートを表裏逆に配置することで、２つのヘッダプレート３に使用できるようにしている。
【０１７４】
各ヘッダプレート３の厚みは、図１０の例示から分かるように、上側隔壁板１５、下側隔壁板１６及び中間隔壁板１９の微細パターン１７、１８、２０の寸法、凹凸方向に応じて設定される。
【０１７５】
本例では、上側隔壁板１５のうち微細パターン１７を避けた４隅に、貫通穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが形成されている。そのうち、右上隅の貫通穴１５ａは、上側封止板１の右上隅の貫通穴１ａ及び上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成され、右下隅の貫通穴１５ｂは、同ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成され、左下隅の貫通穴１５ｃは、同ヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成され、左上隅の貫通穴１５ｄは、上側封止板１の貫通穴１ｂとは連通するが、同ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。
【０１７６】
一方、下側隔壁板１６のうち微細パターン１８を避けた４隅に、貫通穴１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが形成されている。そのうち、右上隅の貫通穴１６ａは、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成され、右下隅の貫通穴１６ｂは、同ヘッダ用貫通穴５及び下側封止板４の貫通穴４ａと連通可能な位置に形成され、左下隅の貫通穴１６ｃは、下側封止板４の貫通穴４ｂとは連通するが、同ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成され、左上隅の貫通穴１６ｄは同ヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。
【０１７７】
上側のヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴５の外側にて、右下隅及び左上隅にそれぞれ貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。右下隅の貫通穴３ａは上側隔壁板１の右下隅の貫通穴１５ｂに、左上隅の貫通穴３ｂは上側隔壁板１５の左上隅の貫通穴１５ｄにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【０１７８】
下側のヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴５の外側にて、右上隅及び左下隅にそれぞれ貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。右上隅の貫通穴３ａは下側隔壁板１６の右上隅の貫通穴１６ａに、左下隅の貫通穴３ｂは下側隔壁板１６の左下隅の貫通穴１６ｃにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【０１７９】
上下のヘッダプレート３間では貫通穴３ａ、３ｂの配置が異なるが、穴位置を含めて同形状に作製したヘッダプレートを表裏逆に配置することで、各ヘッダプレート３に利用することができる。
【０１８０】
また、中間隔壁板１９のうち微細パターン２０を避けた４隅に、貫通穴１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄが形成されている。そのうち、右上隅の貫通穴１９ａは、上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａ及び下側のヘッダプレート３の右上隅の貫通穴３ａ及び下側隔壁板１６の右上隅の貫通穴１６ａに連通可能な位置に形成され、右下隅の貫通穴１９ｂは、上側隔壁板１５の右下隅の貫通穴１５ｂと上側のヘッダプレート３の右下隅の貫通穴３ｂと下側隔壁板１６の右下隅の貫通穴１６ｂとに連通可能な位置に形成され、左下隅の貫通穴１９ｃは、上側隔壁板１５の左下隅の貫通穴１５ｃと下側のヘッダプレート３の左下隅の貫通穴１１ｃと下側隔壁板１６の左下隅の貫通穴１６ｃとに連通可能な位置に形成され、左上隅の貫通穴１９ｄは、上側隔壁板１５の左上隅の貫通穴１５ｄと上側のヘッダプレート３の左上隅の貫通穴３ｂと下側隔壁板１６の左上隅の貫通穴１６ｄとに連通可能な位置に形成されている。
【０１８１】
従って、上側隔壁板１５と中間隔壁板１９と下側隔壁板１６は貫通穴の位置を含めて同じ形状であり、同形状に作製した隔壁板を上側隔壁板１５と中間隔壁板１９と下側隔壁板１６に利用できるようにしている。
【０１８２】
上側封止板１及び下側封止板４にける貫通穴１ａ、１ｂ、４ａ、４ｂの形成手法、上側隔壁板１５における貫通穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの形成手法、各ヘッダプレート３における貫通穴３ａ、３ｂの形成手法、中間隔壁板１９における貫通穴１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの形成手法、並びに、下側隔壁板１６における貫通穴１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの形成手法はともに任意であり、例えば打ち抜きなど、通常の適宜な機械加工で十分である。
【０１８３】
そして、塑性加工を用いて各基板に微細パターン１７、２０、１８を形成することで上側隔壁板１５と中間隔壁板１９と下側隔壁板１６を予め作製しておき、微細パターン１７、２０、１８が互いに平行となるように、かつ、微細パターン１７、２０、１８がそれぞれヘッダ用貫通穴５の上下方向の投影領域に収まるように、上側封止板１、上側隔壁板１５、上側のヘッダプレート３、中間隔壁板１９、下側のヘッダプレート３、下側隔壁板１６、下側封止板４を積層し、例えば各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。
【０１８４】
例えば、２つのヘッダプレート３をその間に中間隔壁板１９を挟んで上下に積層し、これにより形成さされる積層体の上に上側隔壁板１５を積層し、上側隔壁板１５の上に上側封止板１を積層し、前記積層体の下に下側隔壁板１６を積層し、下側隔壁板１６の下に下側封止板４を積層する。
【０１８５】
これにより、上側隔壁板１５と中間隔壁板１９との間にそれらの微細パターン１７、２０によって例えば数百μｍの水力直径を持つ微小流路が形成され、中間隔壁板１９と下側隔壁板１６との間にそれらの微細パターン２０、１８によって数百μｍの水力直径を持つ微小流路が形成されて、複数系統の微小流路を持つチャンネル構造体ができあがる。
【０１８６】
つまり、中間隔壁板１９の微細パターン２０を境に、微細パターン１７、２０により形成される微小流路が１つの流路系統となり、微細パターン２０、１８により形成される微小流路がもう１つの流路系統となり、別々の流体７、１２を例えば上側封止板１の２つの貫通穴１ａ、１ｂから供給して別々の流路系統に通すことにより中間隔壁板１９の微細パターン２０を介して相互間で熱交換が行われる。
【０１８７】
例えば、図１２に示すように、２つの流体（例えば被処理ガス）７、１２を上側封止板１の貫通穴１ａ、１ｂから上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａと左上隅の貫通穴１５ｄに別々に供給する場合を考える。この場合、流体７は矢印１０２で示すように、微細パターン１７、２０がなす微小流路を通り、流体１２は矢印１０３で示すように、微細パターン２０、１８がなす微小流路を通り、２つの流体７、１２は中間隔壁板１９を挟んで互いに反対方向に流れ、中間隔壁板１９の微細パターン２０を介した流路壁間で熱交換を行う。
【０１８８】
但し、上側隔壁板１５における右下隅の貫通穴１５ｂ、左下隅の１５ｃは上側封止板１で閉ざされ、下側隔壁板１６における右上隅の貫通穴１６ａ、左上隅の貫通穴１６ｄは下側封止板４で閉ざされ、流体７、１２は漏れない。
【０１８９】
これにより流体７は、矢印１０２で示すように、上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａから供給されて上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから微細パターン１７、２０がなす微小流路を右から左へ通り、同ヘッダ用貫通穴５の左側から中間隔壁板１９の左下隅の貫通穴１９ｃ、下側のヘッダプレート３の左下隅の貫通穴３ｃ、下側隔壁板１６の左下隅の貫通穴１６ｃを順次経て排出される。
【０１９０】
もう一方の流体１２は、矢印１０３で示すように、上側隔壁板１５の左上隅の貫通穴１５ｄから供給され、上側のヘッダプレート３の左上隅の貫通穴３ｂ、中間隔壁板１９の左上隅の貫通穴１９ｄを順次経て下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の左側に至り、ここから微細パターン２０、１８がなす微小流路を左から右ヘ通り、同ヘッダ用貫通穴５の右側から下側隔壁板１６の右下隅の貫通穴１６ｂを経て排出される。
【０１９１】
つまり、流体７を上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａに供給し、流体１２を上側隔壁板１５の左上隅の貫通穴１５ｄに供給する場合は、２つの流体７、１２の流れは向流型（Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）となる。従って、図１２に示すチャンネル構造体は向流型の小型熱交換器としての機能を有する。
【０１９２】
ここで、上側隔壁板１５の微細パターン１７が上方に突出する場合は、図１２の例では、上側封止板１の中央部など微細パターン１７よりもやや広い領域２２を上方に膨らませてその下側に微細パターン１７を収容できる深さの凹部を設けることにより、上側封止板１と微細パターン１７との干渉を回避している。あるいは、図示しないが、上側封止板１がブロック状の厚いものの場合は、下側を微細パターン１７を収容できる広さと深さに抉って凹部を設けることでも、干渉を回避できる。更に、図１３に例示するように、上側封止板のうち微細パターン１７を避けた右側の一部１−１及び左側の一部１−２のみを上側封止板１として使用することにより、上側風刺場と微細パターン１７との干渉を回避することができる。下側隔壁板１６の微細パターン１８が下方に突出する場合も同様の対策により、下側封止板４と微細パターン１８との干渉を回避することができる。
【０１９３】
上記図１２、図１３ではヘッダプレート３が２つであるが、これよりも多数の場合についての例を、図１４により説明する。
【０１９４】
図１４に示すチャンネル構造体は、４つのヘッダプレート３をそれぞれの間に中間隔壁板１９を挟んで積層し、これにより形成される積層体の上に上側隔壁板１５を積層し、積層体の下に下側隔壁板１６を積層し、上側隔壁板１５の上に上側封止板１を積層し、下側隔壁板１６の下に下側封止板４を積層することで、例えば数百μｍの水力直径を持つ複数系統の微小流路を形成したものである。
【０１９５】
例えば、図１４に示すように、２つの流体（例えば被処理ガス）７、１２を上側封止板１の貫通穴１ａ、１ｂから上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａと左上隅の貫通穴１５ｄに別々に供給する場合を考える。この場合、流体７は矢印１０２で示すように、上から奇数番目のヘッダプレート３にてそれぞれ上下の微細パターンがなす複数の微小流路を並列に通り、各中間隔壁１９の貫通穴１９ｃと偶数番目のヘッダプレート３の貫通穴３ｂを通って集まり、下側隔壁板１６の貫通穴１６ｃを経て下側封止板４の貫通穴４ｂから排出される。流体１２は矢印１０３で示すように、上から偶数番目のヘッダプレート３にてそれぞれ上下の微細パターンがなす複数の微小流路を並列に通り、中間隔壁板１９の貫通穴１９ｂと奇数番目のヘッダプレート３の貫通穴３ａを通って集まり、下側隔壁板１６の貫通穴１６ｂを経て下側封止板４の貫通穴４ａから排出される。これにより、２つの流体７、１２間での熱交換がなされる。
【０１９６】
次に、図１５に示すように、流体流れ方向の別の例として、２つのヘッダプレート３を中間隔壁板１９を挟んで積層し、上側封止板１には右上隅の貫通穴１ａと右下隅の貫通穴１ｂがあり、下側封止板４に左下隅の貫通穴４ａと左上隅の貫通穴４ｂがあり、２つの流体７、１２を上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａと右下隅の貫通穴１５ｂに別々に供給する場合を考えられる。この場合は、流体（例えば被処理ガス）７は矢印１０２で示すように、微細パターン１７、２０がなす微小流路を通り、流体（例えば被処理ガス）１２は矢印１０４で示すように、微細パターン２０、１８がなす微小流路を通り、流体７と流体１２は中間隔壁板１９を挟んで同じ方向に流れ、中間隔壁板１９の微細パターン２０を介した流路壁間で熱交換を行う。
【０１９７】
但し、上側隔壁板１５における左下隅の貫通穴１５ｃ、左上隅の１５ｄは、上側封止板１で塞がれ、下側隔壁板１６における右上隅の貫通穴１６ａ、右下隅の貫通穴１６ｂは下側封止板４で塞がれ、流体７、１２は漏れない。
【０１９８】
つまり、流体７は、矢印１０２で示すように、上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａから供給されて上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから微細パターン１７、２０がなす微小流路を右から左へ通り、同ヘッダ用貫通穴５の左側から中間隔壁板１９の左下隅の貫通穴１９ｃ、下側のヘッダプレート３の左下隅の貫通穴３ｂ、下側隔壁板１６の左下隅の貫通穴１６ｃを順次経て排出される。
【０１９９】
もう一方の流体１２は、矢印１０４で示すように、上側隔壁板１５の右下隅の貫通穴１５ｂから供給され、上側のヘッダプレート３の右下隅の貫通穴３ａ、中間隔壁板１９の右下隅の貫通穴１９ｂを順次経て下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから微細パターン２０、１８がなす微小流路を右から左ヘ通り、同ヘッダ用貫通穴５の左側から下側隔壁板１６の左上隅の貫通穴１６ｄを経て排出される。
【０２００】
このように、流体７を上側隔壁板１５の右上隅の貫通穴１５ａに供給し、流体１２を上側隔壁板１５の右下隅の貫通穴１５ｂに供給する場合は、２つの流体７，１２の流れは並流型（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）  となる。従って、図１５に示すチャンネル構造体は並流型の小型熱交換器として動作する。
【０２０１】
ここで、図１３、図１５に示した例では、上側隔壁板１５と中間隔壁板１９と下側隔壁板１６とを微細パターン１７、２０、１８が互いに平行となるように積層しているが、図１６に示すように、微細パターン１７、２０、１８が交互に交差するように積層することも可能である。
【０２０２】
図１６に示すチャンネル構造体は、図１３あるいは図１４に示したチャンネル構造体と比べると、上側封止板１の貫通穴１ａ、１ｂが右辺中央部付近と上辺中央部付近にあり、下側封止板４の貫通穴４ａ、４ｂが下辺中央部付近と左辺中央部付近にある点と、上側隔壁板１５と中間隔壁板１９と下側隔壁板１６の各微細パターン１７、２０、１８が交互に直交している点と、上下２つのヘッダプレート３の貫通穴５の形状が６角形である点と、上側隔壁板１５、上側のヘッダプレート３、下側隔壁板１６、下側のヘッダプレート３及び中間隔壁板１９の各貫通穴１５ａ〜１５ｄ、３ａ〜３ｂ、１６ａ〜１６ｄ、１９ａ〜１９ｂの配置位置が各部材１５、３、１６、１９の辺中央部付近である点が異なり、他は同様である。従って、図１６中で図１３または図１５と同一機能部材には同一符号を付すとともに、説明の重複を省く。
【０２０３】
図１６に示す例では、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状は横向きの６角形であり、ヘッダプレート３の上辺及び下辺に対して平行な２辺を有し、これら平行２辺に右側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の右辺中央部近くに位置し、前記平行２辺に左側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の左辺中央部近くに位置している。
【０２０４】
一方、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状は縦向きの６角形であり、ヘッダプレート３の右辺及び左辺に対して平行な２辺を有し、これら平行２辺に上側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の上辺中央部近くに位置し、前記平行２辺に下側から連なる２辺がなす頂点がヘッダプレート３の下辺中央部近くに位置している。
【０２０５】
このように上下２つのヘッダプレート３間でヘッダ用貫通穴５の向きが異なっているが、同一形状のヘッダ用貫通穴を形成したヘッダプレートを９０度回転して配置することで、２つのヘッダプレート３に使用できるようにしている。
【０２０６】
図１６では、上側隔壁板１５の貫通穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは４辺の各中央部付近に形成されている。そのうち、右辺中央部付近の貫通穴１５ａと左辺中央部付近の貫通穴１５ｃは、微細パターン１７を避けるようにして、上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。下辺中央部付近の貫通穴１５ｂと上辺中央部付近の貫通穴１５ｄは、同ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。
【０２０７】
同様に、下側隔壁板１６の貫通穴１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは４辺の各中央部付近に形成されている。そのうち、下辺中央部付近の貫通穴１６ｂと上辺中央部付近の貫通穴１６ｄは、微細パターン１８を避けるようにして、下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５と連通可能な位置に形成されている。右辺中央部付近の貫通穴１６ａと左辺中央部付近の貫通穴１６ｃは、同ヘッダ用貫通穴５とは連通しないようにこれを避けて形成されている。
【０２０８】
上側のヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴５の外側にて、下辺中央部付近及び上辺中央部付近にそれぞれ貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。下辺中央部付近の貫通穴３ａは上側隔壁板１５の下辺中央部付近の貫通穴１５ｂに、上辺中央部付近の貫通穴３ｂは上側隔壁板１５の上辺中央部付近の貫通穴１５ｄ及び上側封止板１の上辺中央部付近の貫通穴１ｂにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【０２０９】
下側のヘッダプレート３には、ヘッダ用貫通穴５の外側にて、右辺中央部付近及び左辺中央部付近にそれぞれ貫通穴３ａ、３ｂが形成されている。右辺中央部付近の貫通穴３ａは下側隔壁板１６の右辺中央部付近の貫通穴１６ａに、左辺中央部付近の貫通穴３ｂは下側隔壁板１６の左辺中央部付近の貫通穴１６ｃ及び下側封止板４の左辺中央部付近の貫通穴４ｂにそれぞれ連通可能な位置に形成されている。
【０２１０】
このように上下２つのヘッダプレート３間では貫通穴３ａ、３ｂの配置が異なるが、穴位置を含めて同形状に作製したヘッダプレートを９０度回転して配置することで、両方のヘッダプレート３に利用することができる。
【０２１１】
中間隔壁板１９の貫通穴１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは４辺の各中央部付近に形成されている。そのうち、右辺中央部付近の貫通穴１９ａは上側隔壁板１５の右辺中央部付近の貫通穴１５ａと下側のヘッダプレート３の右辺中央部付近の貫通穴３ａと下側隔壁板１６の右辺中央部付近の貫通穴１６ａとに連通可能な位置に形成され、下辺中央部付近の貫通穴１９ｂは上側隔壁板１５の下辺中央部付近の貫通穴１５ｂと上側のヘッダプレート３の下辺中央部付近の貫通穴３ｂと下側隔壁板１６の下辺中央部付近の貫通穴１６ｂとに連通可能な位置に形成され、左辺中央部付近の貫通穴１９ｃは上側隔壁板１５の左辺中央部付近の貫通穴１５ｃと下側のヘッダプレート３の左辺中央部付近の貫通穴３ｃと下側隔壁板１６の左辺中央部付近の貫通穴１６ｃとに連通可能な位置に形成され、上辺中央部付近の貫通穴１９ｄは上側隔壁板１５の上辺中央部付近の貫通穴１５ｄと上側のヘッダプレート３の上辺中央部付近の貫通穴３ｂと下側隔壁板１６の上辺中央部付近の貫通穴１６ｄとに連通可能な位置に形成されている。
【０２１２】
従って、上側隔壁板１５と下側隔壁板１６と中間隔壁板１９は貫通穴の位置を含めて同じ形状であり、同形状に作製した微細パターン付き隔壁板を上側隔壁板１５と下側隔壁板１６と中間隔壁板１９に利用できるようにしている。上側封止板１と下側封止板４も同じものを利用できるようにしている。
【０２１３】
そして、塑性加工を用いて各基板に微細パターン１７、２０、１８を形成することで上側隔壁板１５、中間隔壁板１９及び下側隔壁板１６を予め作製しておき、これらの微細パターン１７、２０、１８が交互に直交するように、上側封止板１、上側隔壁板１５、上側のヘッダプレート３、中間隔壁板１９、下側のヘッダプレート３、下側隔壁板１６、下側封止板４を積層し、例えば、各々を拡散接合やろう付、溶接等で代表される各種の接合法により接合する。
【０２１４】
例えば、２つのヘッダプレート３を間に中間隔壁板１９を挟んで積層し、これにより形成される積層体の上に上側隔壁版１５、上側封止板１を積層し、前記積層体の下に下側隔壁板１６、下側封止板４を積層する。
【０２１５】
これにより、上側隔壁板１５と中間隔壁板１９との間にそれらの微細パターン１７、２０によって例えば数百μｍの水力直径を持つ微小流路が形成され、中間隔壁板１９と下側隔壁板１６との間にそれらの微細パターン２０、１８によって例えば数百μｍの水力直径を持つ微細小路が形成されて、複数系統の微小流路を持つチャンネル構造体ができあがる。このチャンネル構造体は、例えば密閉空間に設置されて使用される。
【０２１６】
つまり、中間隔壁板１９の微細パターン２０を境に、微細パターン１７、２０により形成される微小流路が１つの流路系統となり、微細パターン２０、１８により形成される微小流路がもう１つの流路系統となり、別々の流体７、１２を例えば上側封止板１の２つの貫通穴１ａ、１ｂから供給して別々の流路系統に通すことにより中間隔壁板１９の微細パターン２０を介して相互間で熱交換が行われる。
【０２１７】
例えば、図１６に示すように、２つの流体（被処理ガス）７、１２を上側隔壁板１５の右辺中央部付近の貫通穴１５ａと上辺中央部付近の貫通穴１５ｄに別々に供給する場合を考える。この場合、流体７は矢印１０５で示すように、微細パターン１７、２０がなす微小流路を通り、流体１２は矢印１０６で示すように、微細パターン２０、１８がなす微小流路を通り、２つの流体７と流体１２は中間隔壁板１９を挟んで互いに交差する方向に流れ、それの微細パターン２０を介した流路壁間で熱交換を行う。
【０２１８】
但し、上側隔壁板１５における下辺中央部付近の貫通穴１５ｂ、左辺中央部付近の貫通穴１５ｃは上側封止板１により塞がれ、下側隔壁板１６における右辺中央部付近の貫通穴１６ａ、上辺中央部付近の貫通穴１６ｄは下側封止板４により塞がれ、流体７、１２は漏れない。
【０２１９】
これにより、流体７は、矢印１０５で示すように、上側隔壁板１５の右辺中央部付近の貫通穴１５ａから供給されて上側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の右側に至り、ここから微細パターン１７、２０がなす微小流路を右から左へ通り、同ヘッダ用貫通穴５の左側から中間隔壁板１９の左辺中央部付近の貫通穴１９ｃ、下側のヘッダプレート３の左辺中央部付近の貫通穴３ｂ、下側隔壁板１６の左辺中央部付近の貫通穴１６ｃを順次経て排出される。
【０２２０】
もう一方の流体１２は、矢印１０６で示すように、上側隔壁板１５の上辺中央部付近の貫通穴１５ｄから供給され、上側のヘッダプレート３の上辺中央部付近の貫通穴３ｂ、中間隔壁板１９の上辺中央部付近の貫通穴１９ｄを順次経て下側のヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の上側（奥側）に至り、ここから微細パターン２０、１８がなす微小流路を上から下ヘ通り、同ヘッダ用貫通穴５の下側（手前側）から下側隔壁板１６の下辺中央部付近の貫通穴１６ｂを経て排出される。
【０２２１】
つまり、流体７を上側隔壁板１５の右辺中央部付近の貫通穴１５ａに供給し、流体１２を上側隔壁板１５の上辺中央部付近の貫通穴１５ｄに供給する場合は、２つの流体７、１２の流れは直交型（Ｃｒｏｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）となる。従って、図１６の示すチャンネル構造体は直交型の小型熱交換器として動作する。
【０２２２】
図１３、図１５、図１６を参照して説明したチャンネル構造体は２つのヘッダプレート３を間に中間隔壁板１９を挟んで積層したものであるが、３つ以上のヘッダプレート３を間に中間隔壁板１９を挟んで積層してチャンネル構造体を構成することが可能である。
【０２２３】
なお、各ヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴５の形状及び大きさは、その上下方向の投影領域に上側隔壁板１５や下側隔壁板１６、中間隔壁板１９の微細パターン１７、１８、２０が収まることができ、かつ、流体７、１２の供給と排出に必要な領域を確保できる形状及び大きさを持つものであれば、任意である。
【０２２４】
また、下側隔壁板１６を図１６とは表裏逆にして、上側隔壁板１５、上側のヘッダプレート３、中間隔壁板１９、下側のヘッダプレート３及び下側隔壁板１６を積層することが可能である。
【０２２５】
更に、図１３、図１５、図１６ではチャンネル構造体を横置き状態を想定して示しているため、便宜上、上下を区別して説明しているが、上下逆にして使用することも、あるいは、縦置き状態で使用することも可能である。
【０２２６】
ここで、上側隔壁板１５の微細パターン１７が上方に突出する場合は、図１２に例示するように、上側封止板１の中央部など微細パターン１７よりもやや広い領域２２を上方に膨らませてその下側に微細パターン１７を収容できる深さの凹部を設けたり、あるいは、図示しないが、上側封止板１がブロック状の厚いものの場合は、下側を微細パターン１７を収容できる広さと深さに抉って凹部を設けることにより、上側封止板１と微細パターン１７との干渉を回避することができる。下側隔壁板１６の微細パターン１８が下方に突出する場合も同様の対策により、下側封止板４と微細パターン１８との干渉を回避することができる。
【０２２７】
［第８実施例］
次に、図１３、図１５、図１６を参照して、本発明の第８実施例に係る反応器としての機能を有するチャンネル構造体を説明する。
【０２２８】
本第８実施例のチャンネル構造体は、図１３、図１５、図１６に示すように、上記第７実施例で説明した各チャンネル構造体に対し、上側隔壁板１５と上側のヘッダプレート３と中間隔壁板１９とがなす微小流路の内面に触媒８を担持させ、中間隔壁板１９と下側のヘッダプレート３と下側隔壁板１６とがなすもう一方の微小流路の内面に触媒１３を担持させたものである。
【０２２９】
本例では、流体７が燃料ガスで、流体１２が改質ガスである場合を想定し、一方の触媒８を燃焼触媒とし、もう一方の触媒１３を改質触媒とすることにより、改質ガス１２の改質反応に必要な熱を燃料ガス７の触媒反応により供給することを可能にしている。これらの触媒の担持処理として、燃焼触媒８を予め担持した触媒体を上側隔壁板１５の微細パターン１７の下面と中間隔壁板１９の微細パターン２０の上面とに成膜し、また、改質触媒１３を予め担持した触媒体を中間隔壁板１９の微細パターン２０の下面と下側隔壁板１６の微細パターン１８の上面とに成膜している。触媒８、１３は塑性加工前に予め基板に担持させておいても、あるいは、塑性加工後に微細パターン１７、１８、２０にそれぞれ担持させても良い。
【０２３０】
そして、図１３、図１５、図１６いずれの場合も、塑性加工を用いて基板に微細パターン１７を形成するとともに下面に燃焼触媒８を担持させることで上側隔壁板１５を予め作製しておき、また、塑性加工を用いて基板に微細パターン２０を形成するとともに上面に燃焼触媒８を、下面に改質触媒１３をそれぞれ担持させることで中間隔壁板１９を予め作製しておき、更に、塑性加工を用いて基板に微細パターン１８を形成するとともに上面に改質触媒１３を担持させることで下側隔壁板１６を予め作製しておき、２つのヘッダプレート３をその間に中間隔壁板１９を挟んで積層し、これにより形成される積層体の上に上側隔壁板１５と上側封止板１を積層し、前記積層体の下に下側隔壁板１６と下側封止板４を積層することで、例えば数百μｍの水力直径を持ち、かつ、複数種類の触媒（燃焼触媒８と改質触媒１３）が担持された２系統の微小流路が形成されて、チャンネル構造体ができあがる。
【０２３１】
図１３に示すチャンネル構造体では矢印１０２、１０３で示すように向流型（Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）であるが、図１５に示すチャンネル構造体では矢印１０２、１０４で示すような並流型（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）  であり、図１６に示すチャンネル構造体では矢印１０５、１０６で示すような直交型（Ｃｒｏｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｔｙｐｅ）である。
【０２３２】
図１３、図１５、図１６に示したいずれのチャンネル構造体でも、燃焼触媒８が微細パターン１７、２０がなす微細流路の内面に担持されているため、そこの微小流路に燃焼ガス７を通じることで発熱反応である触媒燃焼反応が生じ、得られた熱が中間隔壁板１９の微細パターン２０を介して、微細パターン２０、１８がなす内面に改質触媒１３を担持する微小流路に与えられる。これにより、微細パターン２０、１８がなす微小流路を通る改質ガス１２に、吸熱反応である触媒改質反応を生ぜしめるために必要な熱が供給される。
【０２３３】
上記各例では、第４実施例に比べ、別体構造であった流路波板と区画板、中間区画板とがそれぞれ微細パターン付きの上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６及び中間隔壁板１９として一体化しているため、中間区画板を省略でき、また、第４実施例では別体構造で必要だった流路波板の固定方法を考慮する必要がなくなるから、部品点数及び工数の削減、即ちコストダウンのメリットがある。更に、領域を選択的にコーティング可能な触媒担持方法、例えばゾルゲル法やディップコート法、スパッタリング成膜法を用いる場合、あるいは、第４実施例におけるような流路波板とケーシングとを別材料とする利点が少ない場合に適した構造である。
【０２３４】
図１３、図１５、図１６ではチャンネル構造体を横置き状態を想定して示しているため、便宜上、上下を区別して説明しているが、この小型反応器は上下逆にして使用することも、あるいは、縦置き状態で使用することも可能である。
【０２３５】
また、図１３、図１５、図１６を参照して説明したチャンネル構造体は２つのヘッダプレート３を間に中間隔壁板１９を挟んで積層したものであるが、３つ以上のヘッダプレート３を間に中間隔壁板１９を挟んで積層して反応器の機能を有するチャンネル構造体を構成することが可能である。例えば、図１４に示したチャンネル構造体の複数の微小流路に複数種類の触媒を担持させることにより、反応器の機能を持たせることができる。例えば、上から順に、ある触媒Ａ、これと同じ触媒Ａ、これとは別の触媒Ｂをセットとして１セットまたは繰り返して担持させたり、ある触媒Ａ、これとは別の触媒Ｂ、更に別の触媒Ｃをセットとして１セットまたは繰り返して担持させることができる。
【０２３６】
本発明で使用する各種部材の基板材料は特に制限されることはないが、例えばＳＵＳ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ及びこれらの合金である各種金属材料を例示することができる。
【０２３７】
前述したように、微細パターン２ａ、１７、１８、２０の凹凸部形状としては三角波形に限らず、矩形、エンボス、その他の規則的形状あるいは不規則形状とすることができる。また、これらの微細パターンは凹凸部形状に限らず、凸形状のみあるいは凹形状のみであっても良い。
【０２３８】
図１７（ａ）（ｂ）に、凹凸形状をエンボスとした場合の隔壁板の例を示す。
【０２３９】
図１７（ａ）は、図８に示したチャンネル構造体に用いた上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６に、それぞれエンボス２１によって凹凸形状の微細パターンを塑性加工で形成した例を示しているが、このようなエンボス２１は、上記各実施例における上側隔壁板１５及び下側隔壁板１６、中間隔壁板１９の微細パターンに適用することが可能である。３はヘッダプレートである。
【０２４０】
図１７（ｂ）は、エンボス２１によって凹凸形状の微細パターンを形成した上側隔壁板１５、２つの中間隔壁板１９及び下側隔壁板１６を用いて、図１３に示したチャンネル構造体を３つのヘッダプレート３を有する構造に拡張した例を示している。上側隔壁板１５、各中間隔壁板１９及び下側隔壁板１６にはそれぞれエンボス２１により凹凸形状の微細パターンが形成されている。上側隔壁板１５と上側の中間隔壁板１９との間、上側の中間隔壁板１９と下側の中間隔壁板１９との間、下側の中間隔壁板１９と下側隔壁板１６との間には、それぞれヘッダプレート３が配置される。５はヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴である。
【０２４１】
上記説明では触媒８、１３を異なる種類のものとしたが、同一種類であっても差し支えない。また、３種類以上の触媒を用いることもできる。
【０２４２】
触媒８、１３の材料としては、被処理ガス等の流体７、１２に応じて適宜選択すれば良く、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ等を例示することができる。
【０２４３】
また、これら触媒材料の粉末の担体としては、例えば、ＺｒＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＳｉＯ３  、ＺｎＯ、ＣｅＯ３  等を例示することができる。
【０２４４】
ここで、上記各実施例では微細パターンの寸法（三角波形状の場合は、高さとピッチ）を例えば数百μｍとしているが、微細パターンで構成される微小流路の水力直径は熱交換効率の確保に要する上限値と圧力損失の抑制に要する下限値との間の値であることが好ましく、例えば、０．１ｍｍから１．４ｍｍの範囲の値とされる。以下、微細パターンの代表寸法の数値設定について、説明する。
【０２４５】
微小流路を用いた熱交換器構造の目的は、熱交換効率が良く、かつ、必要な交換熱量を満たすコンパクトな熱交換器を実現することにある。熱交換効率向上のためには熱伝達係数の増大が望ましく、このためには、水力直径（即ち、流路の断面積の４倍をぬれぶち長さで割った値。円管状流路の場合、流路内径に等しい。）を減少させる必要がある。しかし、この場合、同時に流体の圧力損失が増大するため、実際の運用では適正な範囲の値を流路内径として用いる必要がある。また、機器のコンパクト性を維持しつつ必要な交換熱量を確保するためには、流体の流量をコントロールする必要がある。このため、以下に、流体流速ｖ及び流路管内径ｄに対する圧力損失及び熱伝達係数の変化を定量的に評価し、実際にチャンネル構造体を設計する際の適正な数値範囲を示す。
【０２４６】
計算条件として円管状流路を想定し、伝熱面積Ａ及び流路管長Ｌを固定し、流速ｖ及び流路管内径ｄを独立なパラメータとする。また、流路本数ｎをｎ＝Ａ／πｄＬ、流量ＷをＷ＝ｎ・（π／４）ｄ２・ｖとする。圧力損失ΔＰは次式（１）、次式（２）で算出され、熱伝達係数ｈは次式（３）、次式（４）で計算される。但し、式（１）と式（３）は層流の場合の算出式、式（２）と式（４）は乱流の場合の算出式である。
【０２４７】
【数１】
2004261911.tif 000003
【０２４８】
これらの算出式を用いて、流速ｖ及び流路管内径ｄをパラメータとして圧力損失ΔＰ（単位Ｐａ）を算出した結果を図１８、図１９に示す。図１８は空気を媒体（流体）とした場合の結果、図１９は水を媒体（流体）とした場合の結果を示している。いずれの場合も、圧力損失ΔＰは、流速ｖの増加あるいは流路管内径ｄの減少に伴い、増加する傾向を示す。これは、上記の計算条件では、流路管内径ｄが１ｍｍ以下の領域では何れも層流となり、圧力損失ΔＰは式（１）に従うため、流速ｖに対しては１次元、流路管内径ｄに対しては−２次元で増減することによる。
【０２４９】
一方、熱伝達係数ｈは層流においては流速ｖに対して変化せず、流路管内径ｄの減少に対して増加する傾向を示す。これは、熱伝達係数ｈは層流においては式（３）に従うため、流速ｖに対しては一定、流路管内径ｄに対しては−１次元で増減することによる。
【０２５０】
図２０に、空気の流速を１０．０ｍ／ｓｅｃとした場合の圧力損失、熱伝達係数の変化を示す。この図２０に示す計算結果を元に、流路管内径の適正範囲について述べる。
【０２５１】
圧縮機を持たないターボブロアーをチャンネル構造体への流体供給系として適用する場合、この適用のためには圧力損失を０．２気圧以下に低減する必要がある。この場合、式（１）より流速１０．０ｍ／ｓｅｃの場合で流路管内径を０．１２１ｍｍ以上とする必要があると算出される。一方で、従来型の熱交換器（ｄ〜３ｍｍ、熱伝達係数５０Ｗ／ｍ２Ｋ程度）と同等かそれ以上の熱交換効率を示すためには、熱伝達係数が５０Ｗ／ｍ２Ｋ以上であることが望ましい。これは、式（３）より、流速ｖを１０．０ｍ／ｓｅｃの場合で流路管内径ｄを１．７６４ｍｍ以下とした場合に得られることが算出される。図２０中では、２本の垂直点線２０１、２０２に挟まれた領域が流路管内径の適正領域となる。
【０２５２】
図２１に、水の流速を１．０ｍ／ｓｅｃとした場合の圧力損失、熱伝達係数の変化を示す。空気の場合と同様に適正流路管内径の範囲を考えると、チャンネル構造体への流体供給系としてターボポンプを適用することを想定し、圧力損失を１０気圧程度に抑えるとすると、流速１．０ｍ／ｓｅｃの場合で流路管内径を０．０４０ｍｍ以上とする必要があると算出される。一方で、従来型の熱交換器と比較し、熱伝達係数が１５００Ｗ／ｍ２Ｋ以上を実現するものとすると、流路管内径ｄを１．３６９ｍｍ以下に抑える必要がある。図２１中では、２本の垂直点線２０３、２０４に挟まれた領域が流路管内径の適正領域となる。
【０２５３】
表１及び図２２は、上述の条件に基づき、各流体流速について算出した流路内径寸法の適正範囲を示す（上限２０５、２０７と下限２０６、２０８参照）。これにより、０．１０ｍｍ〜１．４０ｍｍの領域を微小流路内径の代表寸法の適正範囲として挙げることができる。また、好ましくは０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲を微小流路の代表寸法とすることができる。微細パターンが三角波形状等、円管状以外の形状を持つ流路の場合は、それぞれの流路に対して算出される水力直径の適正範囲として上記の各数値（０．１０ｍｍから１．４０ｍｍの範囲、好ましくは０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲）を挙げることができる
【０２５４】
【表１】
2004261911.tif 000004
【０２５５】
次に、上述した各実施例では、ヘッダプレートにヘッダ用貫通穴が１つだけ形成されているが、図２３に示すヘッダプレート３００のように、ヘッダ用貫通穴３０１を複数個（図では４個）面内に並べて形成し、このようなヘッダプレート３００を１枚または複数枚用いることで、複数個のチャンネル構造体を同時に並列に構成するようにしても良い。例えば、少なくとも２個のヘッダ用貫通穴にそれぞれ第１〜第４実施例と同様に流路波板２をはめ込んで積層することで、少なくとも２個のチャンネル構造体を同時に並列に構成する。あるいは、ヘッダプレート３００の複数のヘッダ用貫通穴３０１の位置に合わせて上側隔壁板、中間隔壁板、下側隔壁板に少なくとも２箇所にて微細パターンを形成し、第５〜第８実施例と同様に積層することで、少なくとも２個のチャンネル構造体を同時に並列に構成する。複数個のチャンネル構造体を並列に構成した場合の使用例として、例えば、図２３に矢印３０２で示すように一方の流体７を各チャンネル構造体に並列に供給し、また、矢印３０３で示すように他方の流体１２を各チャンネル構造体に並列に供給する。図２３では、上下２つのヘッダプレート３のヘッダ用貫通穴３０１は例えば菱形形状であり、上下２つのヘッダプレート３の間で、ヘッダ用貫通穴３０１の向きが逆になっている。
【０２５６】
更に、上記各実施例では流路波板どうし、ヘッダプレートどうし、封止板どうし、各種区画板どうし、各種隔壁板どうしの間で、同一の流路形状を持つ部材を作製し、表裏反転や９０度回転などして使用するようにしている。例えば複数系統の流路形成に同じ流路構成プレートを用いている。しかしながら、同一の流路形状を持つ部材を必ずしも使いまわす必要はなく、各流路を流れる流体の必要流量に応じて、断面形状など流路の形状を変えるようにしても良い。例えば、熱を発生する側の流路寸法を大きくし、熱を受ける側の流路寸法を小さくするように、各流路構成プレートの流路形状を変えることができる。
【０２５７】
【発明の効果】
第１発明は、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、前記ヘッダ用貫通穴にはめ込まれる流路波板と、前記流路波板の上に配置され、流体の流れる領域を区画する第１の封止板と、前記流路波板の下に配置され、流体の流れる領域を区画する第２の封止板とが積層され、層間に微小流路が形成されているので、小型熱交換器が実現する。特に、ヘッダプレート用貫通穴に流路波板がはめ込まれることから、微小流路自体並びに微小流路を持ち熱交換機能を持つチャンネル構造体が簡便容易に、且つ安価に実現する。
【０２５８】
第２発明は、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、前記ヘッダ用貫通穴にはめ込まれる流路波板とからなる流路ユニットが複数、流体の流れる領域を区画する中間区画板を間に挟んで積層され、前記複数の流路ユニットが積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置され、流体の流れる領域を区画する第１の区画板と、前記第１の区画板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置され、流体の流れる領域を区画する第２の区画板と、前記第２の区画板の下に配置される第２の封止板とが積層され、層間に複数系統の微小流路が形成されているので、熱交換機能を持つチャンネル構造体が実現する。特に、ヘッダプレート用貫通穴に流路波板がはめ込まれることから、微小流路自体並びに微小流路を持ち熱交換機能を持つチャンネル構造体が簡便容易に、且つ安価に実現する。
【０２５９】
第３発明は、第１発明または第２発明において、前記流路波板が塑性加工により形成されているので、製造コストが安価なチャンネル構造体が実現する。
【０２６０】
第４発明は、第１発明または第２発明において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、各ヘッダ用貫通穴に前記流路波板がはめ込まれているので、複数のチャンネル構造体が同時に実現する。
【０２６１】
第５発明は、第１発明において、前記微小流路に触媒が担持されているので、反応機能を持つチャンネル構造体が実現する。また、触媒担持が不要な部分へのマスキング処理といった複雑な工程を必要とせず、流路波板単体での触媒コーティングが可能となるメリットがある。また、触媒担持処理の工程と積層工程とを別系統とすることで、触媒を担持した流路波板の一括生産、触媒の要求仕様の変更に対する即応性、触媒の交換の容易性を実現できる。更に、用途に応じて任意の流路波板を別材料に容易に変更できる利便性がある。
【０２６２】
第６発明は、第１発明において、前記流路波板が第１の区画板と第２の区画板とで接合されることなく挟み込まれているので、製造工程が簡略化し、流路波板の交換が容易である。
【０２６３】
第７発明は、第２発明において、前記複数系統の微小流路に１つまたは複数種類の触媒が担持されているので、反応機能を持つチャンネル構造体が実現する。また、流路波板の交換により、触媒要求仕様の変更に即応でき、触媒交換を容易に行うことができる。更に、触媒担持が不要な部分へのマスキング処理といった複雑な工程を必要とせず、流路波板単体での触媒コーティングが可能となるメリットがある。また、触媒担持処理の工程と積層工程とを別系統とすることで、触媒を担持した流路波板の一括生産を実現できる。更に、用途に応じて任意の流路波板を別材料に容易に変更できる利便性がある。
【０２６４】
第８発明は、第２発明において、各流路ユニットの前記流路波板が前記第１の区画板、前記中間区画板及び前記第２の区画板に接合されることなく、前記第１の区画板と前記中間区画板との間、前記中間区画板どうしの間及び前記中間区画板と前記第２の区画板との間にそれぞれ挟み込まれているので、製造工程が簡略化し、流路波板の交換が容易である。
【０２６５】
第９発明は、第２発明において、前記第１の封止板が前記第１の区画板を兼ねているので、部品点数が減り、製造コストが低減する。
【０２６６】
第１０発明は、第２発明において、前記第２の封止板が前記第２の区画板を兼ねているので、部品点数が減り、製造コストが低減する。
【０２６７】
第１１発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する流路波板を塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートの前記ヘッダ用貫通穴に前記流路波板をはめ込み、前記流路波板の上で流体の流れる領域を区画する第１の区画板と、前記ヘッダプレートと、前記流路波板の下で流体の流れる領域を区画する第２の区画板とを積層する工程を含み、層間に微小流路を有するチャンネル構造体を製造するので、微小流路を有するチャンネル構造体を簡便容易に、安価に製造することができる。
【０２６８】
第１２発明は、第１１発明において、前記流路波板の塑性加工前あるいは後に、前記微細パターンの部分に触媒を担持させるので、反応機能を有するチャンネル構造体を簡便且つ安価に製造することができる。特に、触媒担持が不要な部分へのマスキング処理といった複雑な工程を必要とせず、流路波板単体での触媒コーティングが可能となるメリットがある。また、触媒担持処理の工程と積層工程とを別系統とすることで、触媒を担持した流路波板の一括生産、触媒の要求仕様の変更に対する即応性、触媒の交換の容易性を実現できる。更に、用途に応じて任意の流路波板を別材料に容易に変更できる利便性がある。
【０２６９】
第１３発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する流路波板を塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートの前記ヘッダ用貫通穴に前記流路波板をはめ込み流路ユニットとし、前記流体ユニットが複数、流体の流れる領域を区画する中間区画板を間に挟んで積層され、前記複数の流体ユニットが積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置され、流体の流れを区画する第１の区画板と、前記第１の区画板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置され、流体の流れを区画する第２の区画板と、前記第２の区画板の下に配置される第２の封止板とが積層されてなる構造体を作製する工程を含み、層間に複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を製造するので、複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を簡便容易に、安価に製造することができる。
【０２７０】
第１４発明は、第１３発明において、前記流路波板の塑性加工前あるいは後に、各微細パターンの部分に１つまたは複数種類の触媒を担持させるので、反応機能と複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を簡便且つ安価に製造することができる。特に、触媒担持が不要な部分へのマスキング処理といった複雑な工程を必要とせず、流路波板単体での触媒コーティングが可能となるメリットがある。また、触媒担持処理の工程と積層工程とを別系統とすることで、触媒を担持した流路波板の一括生産、触媒の要求仕様の変更に対する即応性、触媒の交換の容易性を実現できる。更に、用途に応じて任意の流路波板を別材料に容易に変更できる利便性がある。
【０２７１】
第１５発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートと、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板とが積層され、層間に微小流路が形成されているので、熱交換機能を有するチャンネル構造体が実現する。特に、第１の隔壁板及び第２の隔壁板が微細パターンを有しているので、構造部材の部品点数が減り、製造コストが低減する。
【０２７２】
第１６発明は、第１５発明において、第１の隔壁板及び第２の隔壁板の各微細パターン部分が塑性加工により形成されているので、安価なチャンネル構造体が実現する。
【０２７３】
第１７発明は、第１５発明において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、第１の隔壁板及び第２の隔壁板にそれぞれ微細パターン部分が複数個並んで形成されているので、複数個のチャンネル構造体が同時に実現する。
【０２７４】
第１８発明は、第１５発明において、前記微小流路に触媒が担持されているので、反応機能を有するチャンネル構造体が安価に実現する。
【０２７５】
第１９発明は、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレートが複数、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する中間隔壁板を間に挟んで積層され、前記複数のヘッダプレートが積層されてなる積層体の上に、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板が積層され、前記第１の隔壁板の上に第１の封止板が積層され、前記積層体の下に、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板が積層され、前記第２の隔壁板の下に第２の封止板が積層され、層間に複数系統の微小流路が形成されているので、熱交換機能を有するチャンネル構造体が安価に実現する。特に、隔壁板が微細パターンを有しているので、構造部材の部品点数が減り、製造コストが低減する。
【０２７６】
第２０発明は、第１９発明において、前記第１の隔壁板、前記中間隔壁板及び前記第２の隔壁板の微細パターン部分が塑性加工により形成されているので、製造コストが安価なチャンネル構造体が実現する。
【０２７７】
第２１発明は、第１９発明において、前記複数系統の微小流路に１つまたは複数種類の触媒が担持されているので、反応機能を有するチャンネル構造体が実現する。
【０２７８】
第２２発明は、第１９発明において、前記ヘッダプレートに前記ヘッダ用貫通穴が複数個並んで形成され、前記第１の隔壁板、前記中間隔壁板及び前記第２の隔壁板に微細パターン部分が複数個並んで形成されているので、複数個のチャンネル構造体が同時に実現する。
【０２７９】
第２３発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板と、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板とを塑性加工により作製する工程と、前記第１の隔壁板と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートと、前記第２の隔壁板とを積層する工程とを含み、層間に微小流路を有するチャンネル構造体を製造するので、微小流路を有し、熱交換機能を有するチャンネル構造体を安価に製造することができる。特に、第１の隔壁板と第２の隔壁板が微細パターンを有しているので、構造部材の部品点数が減り、製造コストが低減する。
【０２８０】
第２４発明は、第２３発明において、第１の隔壁板及び第２の隔壁板に前記微細パターンを塑性加工する前あるいは後に、前記微細パターンの部分に触媒を担持させるので、反応機能を有するチャンネル構造体を簡便、安価に製造することができる。
【０２８１】
第２５発明は、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する第１の隔壁板、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する第２の隔壁板と、凹形状もしくは凸形状もしくは凹凸形状の微細パターンを有する部分を少なくとも１個を有し、流体の流れる領域を区画する中間隔壁板とを塑性加工により作製する工程と、流体の供給及び排出の機能を持つヘッダ用貫通穴を少なくとも１個有するヘッダプレートが複数、前記中間隔壁板を挟んで積層されてなる積層体と、前記積層体の上に配置される前記第１の隔壁板と、前記第１の隔壁板の上に配置される第１の封止板と、前記積層体の下に配置される前記第２の隔壁板と、前記第２の隔壁板の下に配置される第２の封止板とが積層されてなる構造体を作製する工程とを含み、層間に複数系統の微小流路を有するチャンネル構造体を製造するので、微小流路を有し、熱交換機能を有するチャンネル構造体を簡便、安価に製造することができる。特に、隔壁板が微細パターンを有しているので、構造部材の部品点数が減り、製造コストが低減する。
【０２８２】
第２６発明は、第２５発明において、前記第１の隔壁板、前記第２の隔壁板及び前記中間隔壁に前記微細パターンを塑性加工する前あるいは後に、各微細パターンの部分に１つまたは複数種類の触媒を担持させるので、反応機能を有するチャンネル構造体を簡便、安価に製造することができる。
【０２８３】
第２７発明は、第１発明または第２発明または第１５発明または第１９発明において、前記微小流路の水力直径（即ち、流路の断面積の４倍をぬれぶち長さで割った値）が熱交換効率の確保に要する上限値と圧力損失の抑制に要する下限値との間の値であるので、性能が良く、熱交換機能あるいは反応機能を有する安価なチャンネル構造体が実現する。
【０２８４】
第２８発明は、第１発明または第２発明または第１５発明または第１９発明において、前記微小流路の水力直径（即ち、流路の断面積の４倍をぬれぶち長さで割った値）が０．１ｍｍから１．４ｍｍの範囲の値であるので、熱交換効率を向上でき、かつ圧力損失を抑制でき、性能が良い熱交換機能あるいは反応機能を有する安価なチャンネル構造体が実現する。
【０２８５】
第２９発明は、チャンネル構造体の微小流路を構成する微細パターンを塑性加工により形成するので、微細パターンを簡便、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る熱交換機能を有するチャンネル構造体及び第２実施例に係る反応機能を有するチャンネル構造体の構成を併せて示すとともに、流体の流れを示す図。
【図２】本発明の第１実施例及び第２実施例の変形例を示す図。
【図３】本発明の第３実施例に係る熱交換機能を有するチャンネル構造体及び第４実施例に係る反応機能を有するチャンネル構造体の構成を併せて示すとともに、流体の流れを示す図。
【図４】封止板の構造例を示す図。
【図５】本発明の第３実施例及び第４実施例の変形例を示す図。
【図６】図３に示すチャンネル構造体に対して、流体の流れが異なるチャンネル構造体を示す図。
【図７】図３、図６に示すチャンネル構造体に対して、流体の流れが異なるチャンネル構造体を示す図。
【図８】本発明の第５実施例に係る熱交換機能を有するチャンネル構造体及び第６実施例に係る反応機能を有するチャンネル構造体の構成を併せて示しとともに、流体の流れを示す図。
【図９】隔壁板における微細パターンの凹凸例を示す図。
【図１０】隔壁板間の微細パターンどうしの配置例を示す図。
【図１１】本発明の第５実施例及び第６実施例の変形例を示す図。
【図１２】本発明の第７実施例に係る熱交換機能を有するチャンネル構造体及び第８実施例に係る反応機能を有するチャンネル構造体の構成を併せて示すとともに、流体の流れを示す図。
【図１３】封止板の別の構造例を示す図。
【図１４】本発明の第７実施例及び第８実施例の変形例を示す図。
【図１５】図１２に示すチャンネル構造体に対して、流体の流れが異なるチャンネル構造体を示す図。
【図１６】図１３、図１５に示すチャンネル構造体に対して、流体の流れが異なるチャンネル構造体を示す図。
【図１７】凹凸形状をエンボスとした場合の隔壁板の例を示す図。
【図１８】空気を媒体とした場合における圧力損失の算出結果を示す図。
【図１９】水を媒体とした場合における圧力損失の算出結果を示す図。
【図２０】空気の流速を１０．０ｍ／ｓｅｃとした場合の圧力損失、熱伝達係数の変化を示す図。
【図２１】水の流速を１．０ｍ／ｓｅｃとした場合の圧力損失、熱伝達係数の変化を示す図。
【図２２】各流体流速について算出した流路内径寸法の適正範囲を示す図。
【図２３】ヘッダ用貫通穴を複数個面内に並べて形成したヘッダプレートの例を示す図。
【符号の説明】
１  上側封止板
１ａ、１ｂ  貫通穴
２  流路波板
２ａ  微細パターン
３  ヘッダプレート
３ａ、３ｂ  貫通穴
４  下側封止板
４ａ、４ｂ  貫通穴
５  ヘッダ用貫通穴
６  外部流体
７  流体
８  触媒
９  上側区画板
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  貫通穴
１０  中間区画板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  貫通穴
１１  下側区画板
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  貫通穴
１２  流体
１３  触媒
１４ａ、１４ｂ  導管
１５  上側隔壁板
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  貫通穴
１６  下側隔壁板
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ  貫通穴
１７  微細パターン
１８  微細パターン
１９  中間隔壁板
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ  貫通穴
２０  微細パターン
２１  エンボス
２２  封止板中、隔壁板の微細パターンより広い部分
３００  複数のヘッダ用貫通穴を有するヘッダプレート
３０１  複数のヘッダ用貫通穴
【図１】
2004261911.tif 000005
【図２】
2004261911.tif 000006
【図３】
2004261911.tif 000007
【図４】
2004261911.tif 000008
【図５】
2004261911.tif 000009
【図６】
2004261911.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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