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JP6647889B2 - 流路構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、流路構造体に関する。
従来、流体を流通させる複数の流路が配列された層を積層することによって形成される積層型の流路構造体が知られている。この流路構造体は、各流路に流体を流通させてその流通過程で流体同士の化学反応やその他の相互作用を生じさせるために用いられる。下記特許文献１には、このような流路構造体の一例が示されている。
下記特許文献１に開示された流路構造体は、金属製の複数の基板が積層されて互いに接合されることによって形成された積層体を有している。積層体を構成する基板の一方の板面には、多数の溝が配列されており、その各溝の開口が前記一方の板面上に積層された他の基板によって封止されることにより、流体を流通させる多数の流路が形成されている。
特許第５３９５８６１号公報
前記特許文献１に開示された流路構造体では、流路に流通する流体の種類や条件によっては、積層体を構成する金属製の基板が流体によって腐食させられる虞がある。
本発明の目的は、流路に流通する流体による腐食を防ぐことが可能な流路構造体を提供することである。
前記目的を達成するために、流路構造体の素材として、流路に流通させる流体に対して耐腐食性を有するセラミックスを用いることが考えられる。例えば、セラミックス製の流路層の内部に流路を形成し、そのような流路層を複数積層することによって積層型の流路構造体を形成することが考えられる。しかし、積層したセラミックス製の複数の流路層を一体化して流路構造体を形成するためにそれらの流路層同士を接合することはコスト面等の要因から困難である。そのため、積層した複数の流路層を一体化するのに締結部材でそれらの流路層同士を締結するという手法をとることが現実的である。ところが、この場合には、締結によって流路層に曲げ変形が生じ、その結果、流路層が破損する場合がある。そこで、本願発明者は、この問題を解決するため、以下のような流路構造体を発明した。
本発明による流路構造体は、流体を流通させる流路を備える流路構造体であって、前記流路が内部に形成されていて、互いに積層されたセラミックス製の複数の流路層と、前記複数の流路層の積層方向においてその複数の流路層の両側に配置される２つの最外層と、前記各最外層とその最外層に隣り合う前記流路層との間に介装され、弾性体からなる外側弾性シートと、前記２つの最外層が前記複数の流路層を前記積層方向の両側から挟み込んだ状態で当該２つの最外層同士を締結する締結部材と、を備える。
この流路構造体では、各最外層とその最外層に隣り合う流路層との間に外側弾性シートが介装されているので、締結部材による締結によって各最外層に曲げ変形が生じた場合であっても、その最外層の曲げ変形を外側弾性シートで吸収して当該曲げ変形が流路層に伝わるのを防止できる。その結果、流路層に破損が生じるのを防止できる。
前記流路構造体において、前記最外層は、前記流路層の曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有することが好ましい。
この構成によれば、締結部材によって締結されたときに最外層に生じる曲げ変形を低減できる。このため、最外層から流路層に曲げ変形が伝わる可能性がより低くなり、流路層に破損が生じるのをより確実に防止できる。
前記流路構造体において、前記各最外層は、流路が内部に形成されたセラミックス製の層であってもよく、また、ダミー層であってもよい。
前記流路構造体において、前記各流路層及び前記各最外層には、前記積層方向においてそれらの各層を貫通する穴であって流体を前記流路へ導く導入路又は前記流路から前記流路構造体の外部へ流体を導く導出路を形成する貫通穴がそれぞれ形成され、前記外側弾性シートは、前記最外層とそれに隣り合う前記流路層との間で前記貫通穴の周りを囲み、前記流体が前記最外層と前記流路層との間の隙間を通じて漏出するのを阻止する外側阻止部を有することが好ましい。
この構成によれば、外側弾性シートの外側阻止部により、流体が導入路又は導出路から最外層とそれに隣り合う流路層との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。すなわち、外側弾性シートを利用して最外層とそれに隣り合う流路層との間の隙間からの流体の漏出を阻止できる。
この場合において、流路構造体は、前記外側阻止部の内周面に沿って設けられ、前記最外層と前記流路層との間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止する外側シール部材をさらに備えることが好ましい。
この構成では、外側阻止部に加えて外側シール部材によっても、流体が導入路又は導出路から最外層と流路層との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。従って、導入路又は導出路から最外層と流路層との間の隙間を通じた流体の漏出をより確実に阻止できる。
前記流路構造体は、前記積層方向において隣り合う前記流路層同士の間に介装され、弾性体からなる内側弾性シートをさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、締結部材による締結によって仮に最外層に微小な曲げ変形が生じてその曲げ変形が外側弾性シートで吸収しきれずに流路層に伝えられた場合であっても、隣り合う流路層同士の間に内側弾性シートが介装されているので、曲げ変形が伝えられた流路層からそれに隣り合う他の流路層へ曲げ変形が伝えられるのを内側弾性シートによって防止できる。これにより、流路層に破損が生じるのをより確実に防止できる。
この場合において、前記各流路層には、前記積層方向において当該各流路層を貫通する穴であって流体を前記流路へ導く導入路又は前記流路から前記流路構造体の外部へ流体を導く導出路を形成する貫通穴が形成され、前記内側弾性シートは、隣り合う前記流路層同士の間で前記貫通穴の周りを囲み、前記流体が隣り合う前記流路層同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止する内側阻止部を有することが好ましい。
この構成によれば、内側弾性シートの内側阻止部により、流体が導入路又は導出路から隣り合う流路層同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。すなわち、内側弾性シートを利用して隣り合う流路層同士の間の隙間からの流体の漏出を阻止できる。
さらにこの場合において、流路構造体は、前記内側阻止部の内周面に沿って設けられ、隣り合う前記流路層同士の間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止する内側シール部材をさらに備えることが好ましい。
この構成では、内側阻止部に加えて内側シール部材によっても、流体が導入路又は導出路から隣り合う流路層同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。従って、導入路又は導出路から隣り合う流路層同士の間の隙間を通じた流体の漏出をより確実に阻止できる。
前記流路構造体において、前記締結部材は、ボルトとそれに螺合するナットとを有し、前記各最外層及び前記各流路層には、前記ボルトが挿通される挿通穴がそれぞれ形成され、前記２つの最外層のうちの一方の最外層側から前記挿通穴に前記ボルトが挿通され、他方の前記最外層側で前記ボルトに前記ナットが螺合されて締め付けられることにより、前記２つの最外層が前記複数の流路層を挟み込んだ状態で当該２つの最外層及び前記複数の流路層が締結されていることが好ましい。
この構成によれば、締結部材のボルトを各最外層及び各流路層のそれぞれの挿通穴に挿通することによって、前記積層方向に対して直交する方向において各最外層と各流路層とを相対的に位置決めすることができる。このため、各最外層と各流路層とを容易に且つ正確に相対的に位置決めしてそれらを締結することができる。
以上説明したように、本発明によれば、流路に流通する流体による流路層の腐食を防ぐことが可能であり且つ流路層の破損を防止可能な流路構造体を提供することができる。
本発明の一実施形態による流路構造体の斜視図である。 本発明の一実施形態による流路構造体の分解斜視図である。 流路構造体の第１導入路と導出路の並び方向に沿う方向で且つ最外層及び流路層の板面に垂直な方向における第１導入路及び導出路の近傍の部分の断面図である。 図３の断面と平行な方向における流路構造体の第２導入路近傍の部分の断面図である。 本発明の一実施形態による流路層の平面図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態による流路構造体１の全体構成が示されている。流路構造体１は、流体を流通させる流路２０を備えていて、その流路２０を流体が流通する過程で流体同士の相互作用、例えば、混合、吸収、分離、又は、化学反応などを行わせるものである。
流路構造体１は、複数の流路層２と、２つの最外層４と、２つの外側弾性シート６と、内側弾性シート８と、２つの第１外側シール部材９（図２参照）と、２つの第２外側シール部材１０（図４参照）と、２つの第３外側シール部材１１（図２参照）と、第１内側シール部材１２（図２参照）と、第２内側シール部材１３（図４参照）と、第３内側シール部材１４（図２参照）と、複数の締結部材１５と、第１ヘッダ１６と、第２ヘッダ１７と、第３ヘッダ１８と、封止部材１９とを備える。
各流路層２は、流体を流通させる流路２０（図５参照）がその内部に形成されたものである。各流路層２は、セラミックス製で平板状に形成されており、その板面に垂直な方向から見て長方形状を呈する。各流路層２の素材のセラミックスとしては、流路２０に流通させる流体に対して耐腐食性を有するセラミックス、好ましくは流体に対して非腐食性のセラミックスが用いられている。例えば、各流路層２の素材としてアルミナのセラミックスが用いられている。複数の流路層２は、それらの板厚方向が一致し、且つ、それらの周縁が揃うように積層されている。
図５では、流路層２における複数の流路２０の形成範囲を示しており、各流路２０の具体的な流路形状については図示を省略している。本実施形態では、流路２０は、第１流体を受け入れる第１入口２０ａと、第２流体を受け入れる第２入口２０ｂとを有しており、第１入口２０ａから受け入れた第１流体と第２入口２０ｂから受け入れた第２流体とを当該流路２０の途中で合流させてそれらの流体同士の相互作用を生じさせるようになっている。また、流路２０は、その下流側の端部に出口２０ｃを有しており、当該流路２０を流通して相互作用を生じた後の流体がこの出口２０ｃから排出されるようになっている。なお、流路層２に形成される流路２０の形状や数、流路層２内での各流路２０の相対位置等は、流路構造体１の使用目的や、流体の物性、流体の温度や流速その他の諸条件に応じたものが採用される。
各流路層２には、流路層第１貫通穴２１、流路層第２貫通穴２２及び流路層第３貫通穴２４が形成されている。以下、流路層第１貫通穴２１のことを単に第１貫通穴２１と称し、流路層第２貫通穴２２のことを単に第２貫通穴２２と称し、流路層第３貫通穴２４のことを単に第３貫通穴２４と称する。第１、第２及び第３貫通穴２１，２２，２４は、本発明における流路層の貫通穴の一例である。
第１貫通穴２１は、複数の流路層２の積層方向、すなわち流路層２の厚み方向において当該流路層２を貫通する穴であって、第１流体を流路２０の第１入口２０ａへ導く第１導入路２６（図３参照）を形成する穴である。第１導入路２６は、本発明における導入路の一例である。
第２貫通穴２２は、前記積層方向、すなわち流路層２の厚み方向において当該流路層２を貫通する穴であって、第２流体を流路２０の第２入口２０ｂへ導く第２導入路２８（図４参照）を形成する穴である。第２導入路２８は、本発明における導入路の一例である。
第３貫通穴２４は、前記積層方向、すなわち流路層２の厚み方向において当該流路層２を貫通する穴であって、流路２０の出口２０ｃから排出される流体を流路構造体１の外部へ導く導出路３０（図３参照）を形成する穴である。
第１貫通穴２１と第３貫通穴２４は、図５に示すように、長方形状の流路層２の２つの長辺のうちの一方の長辺に沿って並んで配置されるとともに、当該長方形状の流路層２の２つの短辺のうちの一方の短辺寄りに配置されている。また、第２貫通穴２２は、長方形状の流路層２の２つの長辺のうち第１貫通穴２１が配置された側と反対側の長辺近傍で且つ前記一方の短辺近傍に配置されている。
各流路層２における第１貫通穴２１の位置は一致しており、それらの流路層２が積層された状態でその積層方向から見て各流路層２の第１貫通穴２１が完全に重なるようになっている。また、各流路層２における第２貫通穴２２の位置は一致しており、それらの流路層２が積層された状態でその積層方向から見て各流路層２の第２貫通穴２２が完全に重なるようになっている。また、各流路層２における第３貫通穴２４の位置は一致しており、それらの流路層２が積層された状態でその積層方向から見て各流路層２の第３貫通穴２４が完全に重なるようになっている。
各流路２０の第１入口２０ａは、図３に示すように、第１貫通穴２１内において開口している。これにより、第１入口２０ａは、第１貫通穴２１内の空間と連通している。また、各流路２０の第２入口２０ｂは、図４に示すように、第２貫通穴２２内において開口している。これにより、第２入口２０ｂは、第２貫通穴２２内の空間と連通している。また、各流路２０の出口２０ｃは、図３に示すように、第３貫通穴２４内において開口している。これにより、出口２０ｃは、第３貫通穴２４内の空間と連通している。
また、各流路層２には、締結部材１５の後述するボルト１５ａが挿通される複数の挿通穴３２（図２及び図５参照）が形成されている。具体的には、各流路層２は、当該複数の流路層２と２つの最外層４が積層された状態でその積層方向から見て最外層４の周縁部と重なる周縁部を有しており、この各流路層２の周縁部に複数の挿通穴３２が形成されている。なお、各流路層２の周縁部は、その流路層２の長方形状の板面の四辺近傍の部分に相当する。複数の挿通穴３２は、各流路層２の周縁部において間隔をあけて配置されている。すなわち、複数の挿通穴３２は、流路層２の板面の各長辺と各短辺に沿って間隔をおいて配置されている。各流路層２における複数の挿通穴３２の位置は一致しており、複数の流路層２が積層された状態でその積層方向から見て各流路層２の対応する挿通穴３２同士が完全に重なるようになっている。
２つの最外層４は、図１に示すように、複数の流路層２の積層方向においてその複数の流路層２の両側に配置されている。すなわち、２つの最外層４は、積層された複数の流路層２をその積層方向において両側から挟み込んでいる。各最外層４は、流路層２の曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有する。各最外層４は、中実の平板又はブロックからなるダミー層である。各最外層４は、セラミックスで形成されている。この最外層４を形成するセラミックスとしては、流路層２の素材のセラミックスと同じものが用いられている。
各最外層４は、その内部に流路が形成されていないことを除けば、流路層２と同様に構成されている。すなわち、各最外層４には、第１貫通穴２１と同様の最外層第１貫通穴３４（図２及び図３参照）と、第２貫通穴２２と同様の最外層第２貫通穴３６（図２及び図４参照）と、第３貫通穴２４と同様の最外層第３貫通穴３８（図２及び図３参照）と、複数の挿通穴３２と同様の複数の挿通穴４０（図２参照）とが形成されている。以下、最外層第１貫通穴３４のことを単に第１貫通穴３４と称し、最外層第２貫通穴３６のことを単に第２貫通穴３６と称し、最外層第３貫通穴３８のことを単に第３貫通穴３８と称する。第１、第２及び第３貫通穴３４，３６，３８は、本発明における最外層の貫通穴の一例である。
第１貫通穴３４は、図３に示すように、各最外層４において流路層２における第１貫通穴２１の位置と同様の位置でその最外層４を貫通している。第１貫通穴３４は、流路層２の第１貫通穴２１とともに第１導入路２６を形成するものである。すなわち、各流路層２の第１貫通穴２１と、各最外層４の第１貫通穴３４と、隣り合う流路層２の第１貫通穴２１同士の間のスペースと、各最外層４の第１貫通穴３４とそれに隣り合う流路層２の第１貫通穴２１との間のスペースとが繋がることにより、第１導入路２６が形成されている。
第２貫通穴３６は、図４に示すように、各最外層４において流路層２における第２貫通穴２２の位置と同様の位置でその最外層４を貫通している。第２貫通穴３６は、第２貫通穴２２とともに第２導入路２８を形成するものである。すなわち、各流路層２の第２貫通穴２２と、各最外層４の第２貫通穴３６と、隣り合う流路層２の第２貫通穴２２同士の間のスペースと、各最外層４の第２貫通穴３６とそれに隣り合う流路層２の第２貫通穴２２との間のスペースとが繋がることにより、第２導入路２８が形成されている。
第３貫通穴３８は、図３に示すように、各最外層４において流路層２における第３貫通穴２４の位置と同様の位置でその最外層４を貫通している。第３貫通穴３８は、第３貫通穴２４とともに導出路３０を形成するものである。すなわち、各流路層２の第３貫通穴２４と、各最外層４の第３貫通穴３８と、隣り合う流路層２の第３貫通穴２４同士の間のスペースと、各最外層４の第３貫通穴３８とそれに隣り合う流路層２の第３貫通穴２４との間のスペースとが繋がることにより、導出路３０が形成されている。
複数の挿通穴４０は、各最外層４において流路層２における複数の挿通穴３２の位置と同様の位置に配置されてその最外層４を貫通している。すなわち、複数の挿通穴４０は、最外層４の周縁部において、複数の流路層２及び２つの最外層４の積層方向から見て各流路層２の複数の挿通穴３２と一致する位置に形成されている。
外側弾性シート６（図２参照）は、最外層４に曲げ変形が生じた場合にその曲げ変形を吸収して流路層２にその曲げ変形が伝わるのを防ぐためのものである。また、外側弾性シート６は、最外層４とそれに隣り合う流路層２との間の隙間を通じて流体が漏出するのを阻止するガスケットとしての機能も有する。
外側弾性シート６は、図１及び図３に示すように、各最外層４とそれに隣り合う流路層２との間にそれぞれ介装されている。具体的には、外側弾性シート６は、各最外層４の周縁部及びその周縁部の内側全体とその最外層４に隣り合う流路層２の周縁部及びその周縁部の内側全体との間に介装されている。外側弾性シート６は、ゴム等の弾性体からなり、前記積層方向から見て流路層２及び最外層４とほぼ同形の長方形状を呈するシートである。外側弾性シート６は、流路層２の厚み及び最外層４の厚みよりも小さい厚みを有する。外側弾性シート６には、第１開口４１（図２及び図３参照）と、第２開口４２（図４参照）と、第３開口４３（図２及び図３参照）とが形成されている。
第１開口４１は、外側弾性シート６が最外層４とそれに隣り合う流路層２との間に介装された状態で、前記積層方向から見て第１貫通穴２１，３４と重なる位置に設けられている。第１開口４１は、外側弾性シート６をその厚み方向に貫通しており、第１貫通穴２１，３４よりも一回り大きい穴となっている。
第２開口４２は、外側弾性シート６が最外層４とそれに隣り合う流路層２との間に介装された状態で、前記積層方向から見て第２貫通穴２２，３６と重なる位置に設けられている。第２開口４２は、外側弾性シート６をその厚み方向に貫通しており、第２貫通穴２２，３６よりも一回り大きい穴となっている。
第３開口４３は、外側弾性シート６が最外層４と流路層２との間に介装された状態で、前記積層方向から見て第３貫通穴２４，３８と重なる位置に設けられている。第３開口４３は、外側弾性シート６をその厚み方向に貫通しており、第３貫通穴２４，３８よりも一回り大きい穴となっている。
また、外側弾性シート６は、第１外側阻止部４５（図２及び図３参照）と、第２外側阻止部４６（図４参照）と、第３外側阻止部４７（図２及び図３参照）とを有する。第１、第２及び第３外側阻止部４５，４６，４７は、本発明における外側阻止部の一例である。
第１外側阻止部４５は、第１流体が第１導入路２６から最外層４と流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止するものである。この第１外側阻止部４５は、最外層４とそれに隣り合う流路層２との間で、前記積層方向から見て第１貫通穴３４，２１の周りを囲んでいる。すなわち、第１外側阻止部４５は、外側弾性シート６のうち第１開口４１の周りを囲む部分である。
第２外側阻止部４６は、第２流体が第２導入路２８から最外層４と流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止するものである。この第２外側阻止部４６は、最外層４とそれに隣り合う流路層２との間で、前記積層方向から見て第２貫通穴３６，２２の周りを囲んでいる。すなわち、第２外側阻止部４６は、外側弾性シート６のうち第２開口４２の周りを囲む部分である。
第３外側阻止部４７は、流路２０の出口２０ｃから導出路３０に排出された流体が最外層４と流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止するものである。この第３外側阻止部４７は、最外層４とそれに隣り合う流路層２との間で、前記積層方向から見て第３貫通穴３８，２４の周りを囲んでいる。すなわち、第３外側阻止部４７は、外側弾性シート６のうち第３開口４３の周りを囲む部分である。
また、外側弾性シート６には、複数の挿通穴４９（図２参照）が形成されている。複数の挿通穴４９は、外側弾性シート６が最外層４と流路層２との間に介装された状態で、前記積層方向から見て流路層２の複数の挿通穴３２及び最外層４の複数の挿通穴４０と一致する位置に設けられている。各挿通穴４９は、外側弾性シート６をその厚み方向に貫通している。
内側弾性シート８は、流路層２に曲げ変形が生じた場合にその曲げ変形を吸収してその曲げ変形が生じた流路層２から隣り合う流路層２へ曲げ変形が伝わるのを防ぐためのものである。また、内側弾性シート８は、隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて流体が漏出するのを阻止するガスケットとしての機能も有する。
内側弾性シート８は、前記積層方向において隣り合う流路層２同士の間に介装されている。具体的には、内側弾性シート８は、隣り合う流路層２の周縁部同士の間とその周縁部の内側全体の領域同士の間とに亘って介装されている。
内側弾性シート８は、外側弾性シート６と同様のものである。内側弾性シート８には、外側弾性シート６の第１開口４１、第２開口４２及び第３開口４３と同様の第１開口５１（図２及び図３参照）、第２開口５２（図４参照）及び第３開口５３（図２及び図３参照）が形成されている。また、内側弾性シート８は、第１内側阻止部５５（図２及び図３参照）と、第２内側阻止部５６（図４参照）と、第３内側阻止部５７（図２及び図３参照）とを有する。
第１開口５１は、内側弾性シート８が隣り合う流路層２同士の間に介装された状態で、前記積層方向から見て第１貫通穴２１と重なる位置に設けられている。第２開口５２は、内側弾性シート８が隣り合う流路層２同士の間に介装された状態で、前記積層方向から見て第２貫通穴２２と重なる位置に設けられている。第３開口５３は、内側弾性シート８が隣り合う流路層２同士の間に介装された状態で、前記積層方向から見て第３貫通穴２４と重なる位置に設けられている。
第１内側阻止部５５は、第１流体が第１導入路２６から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止するものである。この第１内側阻止部５５は、隣り合う流路層２同士の間で、前記積層方向から見て第１貫通穴２１の周りを囲んでいる。すなわち、第１内側阻止部５５は、内側弾性シート８のうち第１開口５１の周りを囲む部分である。
第２内側阻止部５６は、第２流体が第２導入路２８から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止するものである。この第２内側阻止部５６は、隣り合う流路層２同士の間で、前記積層方向から見て第２貫通穴２２の周りを囲んでいる。すなわち、第２内側阻止部５６は、内側弾性シート８のうち第２開口５２の周りを囲む部分である。
第３内側阻止部５７は、流路２０の出口２０ｃから導出路３０に排出された流体が隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止するものである。この第３内側阻止部５７は、隣り合う流路層２同士の間で、前記積層方向から見て第３貫通穴２４の周りを囲んでいる。すなわち、第３内側阻止部５７は、内側弾性シート８のうち第３開口５３の周りを囲む部分である。
また、内側弾性シート８には、外側弾性シート６の複数の挿通穴４９と同様の複数の挿通穴５９が形成されている。複数の挿通穴５９は、内側弾性シート８が隣り合う流路層２同士の間に介装された状態で、前記積層方向から見て流路層２の複数の挿通穴３２、最外層４の複数の挿通穴４０及び外側弾性シート６の複数の挿通穴４９と一致する位置に設けられている。
第１外側シール部材９（図２及び図３参照）は、前記積層方向から見て第１貫通穴３４，２１と重なるスペースの周りを囲むように第１外側阻止部４５の内周面に沿って設けられている。第１外側シール部材９は、最外層４の第１貫通穴３４の周縁部と流路層２の第１貫通穴２１の周縁部との間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止し、それによって第１導入路２６から最外層４と流路層２との間の隙間への第１流体の漏出を防ぐ。第１外側シール部材９は、ゴム等の弾性体からなり、第１開口４１の形状に応じた環状に形成されている。この第１外側シール部材９として、いわゆるＯリングが用いられている。第１外側シール部材９は、第１開口４１内に嵌め込まれ、第１外側阻止部４５によって拘束されて位置決めされている。
第１外側シール部材９の厚みは、当該第１外側シール部材９が最外層４と流路層２によって挟み込まれていない状態では、外側弾性シート６の厚みよりも大きい。そして、後述のように複数の流路層２と２つの最外層４が締結されることによって、第１外側シール部材９は、最外層４と流路層２によって挟み込まれて押し潰されるように弾性変形し、外側弾性シート６の厚みと同じ厚みになるとともに、最外層４と流路層２の互いに対向する面に密着する。
第２外側シール部材１０、第３外側シール部材１１、第１内側シール部材１２、第２内側シール部材１３及び第３内側シール部材１４は、第１外側シール部材９と同様のものである。
具体的には、第２外側シール部材１０（図４参照）は、前記積層方向から見て第２貫通穴３６，２２と重なるスペースの周りを囲むように第２外側阻止部４６の内周面に沿って設けられている。第２外側シール部材１０は、最外層４の第２貫通穴３６の周縁部と流路層２の第２貫通穴２２の周縁部との間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止し、それによって第２導入路２８から最外層４と流路層２との間の隙間への第２流体の漏出を防ぐ。第２外側シール部材１０は、第２開口４２内に嵌め込まれ、第２外側阻止部４６によって拘束されて位置決めされている。
第３外側シール部材１１（図２及び図３参照）は、前記積層方向から見て第３貫通穴３８，２４と重なるスペースの周りを囲むように第３外側阻止部４７の内周面に沿って設けられている。第３外側シール部材１１は、最外層４の第３貫通穴３８の周縁部と流路層２の第３貫通穴２４の周縁部との間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止し、それによって導出路３０から最外層４と流路層２との間の隙間への流体の漏出を防ぐ。第３外側シール部材１１は、第３開口４３内に嵌め込まれ、第３外側阻止部４７によって拘束されて位置決めされている。
第１内側シール部材１２（図２及び図３参照）は、前記積層方向から見て第１貫通穴２１と重なるスペースの周りを囲むように第１内側阻止部５５の内周面に沿って設けられている。第１内側シール部材１２は、隣り合う流路層２の第１貫通穴２１の周縁部同士の間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止し、それによって第１導入路２６から隣り合う流路層２同士の間の隙間への第１流体の漏出を防ぐ。第１内側シール部材１２は、第１開口５１内に嵌め込まれ、第１内側阻止部５５によって拘束されて位置決めされている。
第２内側シール部材１３（図４参照）は、前記積層方向から見て第２貫通穴２２と重なるスペースの周りを囲むように第２内側阻止部５６の内周面に沿って設けられている。第２内側シール部材１３は、隣り合う流路層２の第２貫通穴２２の周縁部同士の間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止し、それによって第２導入路２８から隣り合う流路層２同士の間の隙間への第２流体の漏出を防ぐ。第２内側シール部材１３は、第２開口５２内に嵌め込まれ、第２内側阻止部５６によって拘束されて位置決めされている。
第３内側シール部材１４（図２及び図３参照）は、前記積層方向から見て第３貫通穴２４と重なるスペースの周りを囲むように第３内側阻止部５７の内周面に沿って設けられている。第３内側シール部材１４は、隣り合う流路層２の第３貫通穴２４の周縁部同士の間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止し、それによって導出路３０から隣り合う流路層２同士の間の隙間への流体の漏出を防ぐ。第３内側シール部材１４は、第３開口５３内に嵌め込まれ、第３内側阻止部５７によって拘束されて位置決めされている。
複数の締結部材１５（図１及び図２参照）は、各最外層４とそれに隣り合う流路層２との間に外側弾性シート６及び３つのシール部材９〜１１が介装され且つ隣り合う流路層２間に内側弾性シート８及び３つのシール部材１２〜１４が介装された状態で積層された複数の流路層２及び２つの最外層４を、当該２つの最外層４が複数の流路層２を前記積層方向の両側から挟み込むように当該２つの最外層４の周縁部と当該複数の流路層２の周縁部とを締結するものである。
具体的に、各締結部材１５は、ボルト１５ａとナット１５ｂからなる。各締結部材１５のボルト１５ａは、各最外層４とそれに隣り合う流路層２との間に外側弾性シート６が介装され且つ隣り合う流路層２間に内側弾性シート８が介装された状態で、２つの最外層４のうちの一方の最外層４側から各最外層４各挿通穴４０、流路層２の挿通穴３２、各外側弾性シート６の各挿通穴４９、及び、内側弾性シート８の各挿通穴５９に挿通されている。そして、２つの最外層４のうちの他方の最外層４に対して前記一方の最外層４と反対側の位置で各ボルト１５ａに対応するナット１５ｂがそれぞれ螺合されて締め付けられることにより前記のような締結がなされている。
第１ヘッダ１６（図１参照）は、第１導入路２６（図３参照）へ第１流体を供給するためのものであり、２つの最外層４のうちの一方の最外層４に取り付けられている。具体的には、第１ヘッダ１６は、前記一方の最外層４のうち隣り合う流路層２に対して反対側を向く外面に取り付けられて、その一方の最外層４に形成された第１貫通穴３４を覆っている。これにより、第１ヘッダ１６の内部空間が第１導入路２６と連通している。第１ヘッダ１６には、図略の配管が接続され、その配管を通じて第１ヘッダ１６の内部空間に第１流体が供給され、その内部空間から第１導入路２６へ第１流体が供給されるようになっている。
また、第１ヘッダ１６は、前記一方の最外層４において第１貫通穴３４と並んで設けられた第３貫通穴３８を覆う部分を有しており、この部分で当該第３貫通穴３８の開口を封止している。すなわち、当該部分により、導出路３０の第３ヘッダ１８と反対側の端部が封止されている。
第２ヘッダ１７（図１参照）は、第２導入路２８（図４参照）へ第２流体を供給するためのものである。この第２ヘッダ１７は、第１ヘッダ１６が取り付けられた前記一方の最外層４の外面と同じ外面に取り付けられており、その一方の最外層４に形成された第２貫通穴３６を覆っている。これにより、第２ヘッダ１７の内部空間が第２導入路２８と連通している。第２ヘッダ１７には、図略の配管が接続され、その配管を通じて第２ヘッダ１７の内部空間に第２流体が供給され、その内部空間から第２導入路２８へ第２流体が供給されるようになっている。
第３ヘッダ１８（図１参照）は、各流路２０の出口２０ｃから導出路３０（図３参照）に排出された流体をその導出路３０から図略の排出配管へ排出するためのものである。この第３ヘッダ１８は、２つの最外層４のうち前記一方の最外層４ではない他方の最外層４に取り付けられている。具体的には、第３ヘッダ１８は、前記他方の最外層４のうち流路層２に対して反対側を向く外面に取り付けられて、その他方の最外層４に形成された第３貫通穴３８を覆っている。これにより、第３ヘッダ１８の内部空間が導出路３０と連通している。第３ヘッダ１８には、図略の排出配管が接続され、導出路３０から当該第３ヘッダ１８の内部空間に導出された流体が排出配管を通じて排出されるようになっている。
また、第３ヘッダ１８は、前記他方の最外層４において第３貫通穴３８と並んで設けられた第１貫通穴３４を覆う部分を有しており、この部分で当該第１貫通穴３４の開口を封止している。すなわち、当該部分により、第１導入路２６の第１ヘッダ１６と反対側の端部が封止されている。この第３ヘッダ１８及び第１ヘッダ１６は、流路層２、最外層４、外側弾性シート６及び内側弾性シート８とともに締結部材１５によって締結されている。
封止部材１９（図１及び図４参照）は、第２導入路２８の第２ヘッダ１７と反対側の端部を封止するものである。封止部材１９は、第３ヘッダ１８が取り付けられた前記他方の最外層４の外面と同じ外面に取り付けられており、その他方の最外層４に形成された第２貫通穴３６の開口を覆って封止している。この封止部材１９と第２ヘッダ１７は、流路層２、最外層４、外側弾性シート６及び内側弾性シート８とともに締結部材１５によって締結されている。
本実施形態では、流路層２がその内部に形成された流路２０に流通させる流体に対して耐腐食性を有するセラミックス製であるため、流路層２の腐食、すなわち流路構造体１の腐食を防ぐことができる。
また、本実施形態では、各最外層４とその最外層４に隣り合う流路層２との間に外側弾性シート６が介装されている。このため、締結部材１５による締結によって各最外層４に曲げ変形が生じた場合であっても、その最外層４の曲げ変形を外側弾性シート６で吸収して当該曲げ変形が流路層２に伝わるのを防止できる。その結果、流路層２に破損が生じるのを防止できる。
また、本実施形態では、各最外層４は、流路層２の曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有するため、締結部材１５によって締結されたときに各最外層４に生じる曲げ変形を低減できる。
具体的に、仮に積層型の流路構造体を構成する各層がそれらの周縁部及びその周縁部の内側の領域全体に亘って分散した多数の箇所でバランスよく締結される場合にはそれらの層に曲げ変形は生じにくいが、各層の周縁部のみが締結される場合には、その各層の締結される周縁部に局所的に積層方向において締め付ける力が作用してそれらの層に大きな曲げ変形が生じやすい。特に、内部に流路が形成された流路層の曲げ剛性は低くなりがちであることから、流路構造体を構成する積層体の両側の最外層がそのような流路層であって、その流路層のうちの周縁部のみが互いに締結されるような場合には、当該流路層に大きな曲げ変形が生じて当該流路層に破損が生じる虞がある。
これに対し、本実施形態では、前記積層方向において複数の流路層２の積層体の両側に配置された２つの最外層４の曲げ剛性が流路層２の曲げ剛性よりも高いため、その２つの最外層４の周縁部同士が局所的に締結されていても、その最外層４に生じる曲げ変形を流路層の周縁部のみが局所的に締結される場合にその流路層に生じる曲げ変形よりも小さい曲げ変形に抑制できる。その結果、各最外層４から流路層２に曲げ変形が伝わる可能性がより低くなり、流路層２に破損が生じるのをより確実に防止できる。
また、本実施形態では、外側弾性シート６の第１外側阻止部４５により、第１流体が第１導入路２６から最外層４とそれに隣り合う流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、外側弾性シート６の第２外側阻止部４６により、第２流体が第２導入路２８から最外層４とそれに隣り合う流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、外側弾性シート６の第３外側阻止部４７により、流体が導出路３０から最外層４とそれに隣り合う流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。従って、本実施形態では、外側弾性シート６を利用して最外層４とそれに隣り合う流路層２との間の隙間からの流体の漏出を阻止できる。
また、本実施形態では、第１外側阻止部４５に加えて、その第１外側阻止部４５の内周面に沿って設けられた第１外側シール部材９によっても、第１流体が第１導入路２６から最外層４と流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、第２外側阻止部４６に加えて、その第２外側阻止部４６の内周面に沿って設けられた第２外側シール部材１０によっても、第２流体が第２導入路２８から最外層４と流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、第３外側阻止部４７に加えて、その第３外側阻止部４７の内周面に沿って設けられた第３外側シール部材１１によっても、流体が導出路３０から最外層４と流路層２との間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。従って、第１導入路２６、第２導入路２８及び導出路３０から最外層４と流路層２との間の隙間を通じた流体の漏出をより確実に阻止できる。
また、本実施形態では、締結部材１５による締結によって仮に最外層４に微小な曲げ変形が生じてその曲げ変形が外側弾性シート６で吸収しきれずに流路層２に伝えられた場合であっても、隣り合う流路層２同士の間に内側弾性シート８が介装されているので、曲げ変形が伝えられた流路層２からそれに隣り合う他の流路層２へ曲げ変形が伝えられるのを内側弾性シート８によって防止できる。これにより、流路層２に破損が生じるのをより確実に防止できる。
また、本実施形態では、内側弾性シート８の第１内側阻止部５５により、第１流体が第１導入路２６から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、内側弾性シート８の第２内側阻止部５６により、第２流体が第２導入路２８から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、内側弾性シート８の第３内側阻止部５７により、流体が導出路３０から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。従って、内側弾性シート８を利用して隣り合う流路層２同士の間の隙間からの流体の漏出を阻止できる。
また、本実施形態では、第１内側阻止部５５に加えて、その第１内側阻止部５５の内周面に沿って設けられた第１内側シール部材１２によっても、第１流体が第１導入路２６から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、第２内側阻止部５６に加えて、その第２内側阻止部５６の内周面に沿って設けられた第２内側シール部材１３によっても、第２流体が第２導入路２８から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。また、第３内側阻止部５７に加えて、その第３内側阻止部５７の内周面に沿って設けられた第３内側シール部材１４によっても、流体が導出路３０から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止できる。従って、第１導入路２６、第２導入路２８及び導出路３０から隣り合う流路層２同士の間の隙間を通じた流体の漏出をより確実に阻止できる。
また、本実施形態では、締結部材１５のボルト１５ａが各最外層４の挿通穴４０、各流路層２の挿通穴３２、各外側弾性シート６の挿通穴４９及び内側弾性シート８の挿通穴５９に挿通されることによって、前記積層方向に対して直交する方向において各最外層４と各流路層２と各外側弾性シート６と内側弾性シート８とを相対的に位置決めすることができる。このため、各最外層４と各流路層２と各外側弾性シート６と内側弾性シート８とを容易に且つ正確に相対的に位置決めしてそれらを締結することができる。
なお、本発明による流路構造体は、前記実施形態のようなものに必ずしも限定されない。本発明による流路構造体の構成として、例えば以下のような構成を採用することが可能である。
本発明の参考例としては、流路構造体は、内側弾性シートを必ずしも備えていなくてもよい。すなわち、隣り合う流路層同士が直接積層されていてもよい。
また、最外層は、必ずしも前記実施形態で示した構成のものに限定されない。最外層の曲げ剛性が流路層の曲げ剛性よりも高くなるのであれば、最外層は、必ずしもセラミックス製でなくてもよく、樹脂や金属その他の素材によって形成されていてもよい。また、最外層の厚みを大きくすることによって、流路層の曲げ剛性よりも最外層の曲げ剛性を高くしてもよい。
また、複数の流路層の周縁部は必ずしも締結されていなくてもよい。例えば、各最外層が流路層に比べて一回り大きくなっていて、流路層の周縁部から外側にはみ出した２つの最外層の周縁部同士を締結部材によって流路層の外側の位置で締結するようにしてもよい。この場合、流路層同士は締結せず、２つの最外層によって挟み込まれて押圧されることにより流路層同士が密接するようになっていればよい。
また、外側弾性シートは、少なくとも最外層とそれに隣り合う流路層の周縁部との間に介装されていればよく、必ずしも流路層の周縁部の内側の領域までカバーしていなくてもよい。
また、流路構造体は、３層以上の積層された流路層を有していてもよい。
また、最外層及び流路層は、必ずしもそれらの周縁部で締結されるものに限定されない。すなわち、最外層及び流路層は、それらの周縁部よりも内側で締結されてもよい。例えば、最外層及び流路層は、それらの中央部で締結されてもよい。
また、最外層は、ダミー層に限定されず、流路が内部に形成されたセラミックス製の層であってもよい。すなわち、最外層は、流路層と同じものであってもよい。
また、最外層は、必ずしも、流路層の曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有するものに限定されない。すなわち、最外層は、流路層の曲げ剛性以下の曲げ剛性を有するものであってもよい。
また、上記実施形態の流路構造体において、導入側と導出側の役割を入れ替えるとともに、流体の供給側と排出側の役割を入れ替えてもよい。すなわち、第１導入路及び第２導入路を流路から流路構造体の外部へ流体を導出するための導出路とし、導出路を流路へ流体を導入するための導入路としてもよい。この場合、第１ヘッダ及び第２ヘッダを、流体を排出するためのものとし、第３ヘッダを、流体を供給するためのものとすればよい。
１ 流路構造体
２ 流路層
４ 最外層
６ 外側弾性シート
８ 内側弾性シート
９ 第１外側シール部材（外側シール部材）
１０ 第２外側シール部材（外側シール部材）
１１ 第３外側シール部材（外側シール部材）
１２ 第１内側シール部材（内側シール部材）
１３ 第２内側シール部材（内側シール部材）
１４ 第３内側シール部材（内側シール部材）
１５ 締結部材
１５ａ ボルト
１５ｂ ナット
２０ 流路
２１ 流路層第１貫通穴（貫通穴）
２２ 流路層第２貫通穴（貫通穴）
２４ 流路層第３貫通穴（貫通穴）
２６ 第１導入路（導入路）
２８ 第２導入路（導入路）
３０ 導出路
３４ 最外層第１貫通穴（貫通穴）
３６ 最外層第２貫通穴（貫通穴）
３８ 最外層第３貫通穴（貫通穴）
４５ 第１外側阻止部（外側阻止部）
４６ 第２外側阻止部（外側阻止部）
４７ 第３外側阻止部（外側阻止部）
５５ 第１内側阻止部（内側阻止部）
５６ 第２内側阻止部（内側阻止部）
５７ 第３内側阻止部（内側阻止部）

Claims (9)

  1. 流体を流通させる流路を備える流路構造体であって、
    前記流路が内部に形成されていて、互いに積層されたセラミックス製の複数の流路層と、
    前記複数の流路層の積層方向においてその複数の流路層の両側に配置される２つの最外層と、
    前記各最外層とその最外層に隣り合う前記流路層との間に介装され、弾性体からなる外側弾性シートと、
    前記２つの最外層が前記複数の流路層を前記積層方向の両側から挟み込んだ状態で当該２つの最外層同士を締結する締結部材と、を備え、
    前記積層方向において隣り合う前記流路層同士の間に介装され、弾性体からなる内側弾性シートをさらに備える、流路構造体。
  2. 前記最外層は、前記流路層の曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有する、請求項１に記載の流路構造体。
  3. 前記各最外層は、流路が内部に形成されたセラミックス製の層である、請求項１又は２に記載の流路構造体。
  4. 前記各最外層は、ダミー層である、請求項１又は２に記載の流路構造体。
  5. 前記各流路層及び前記各最外層には、前記積層方向においてそれらの各層を貫通する穴であって流体を前記流路へ導く導入路又は前記流路から前記流路構造体の外部へ流体を導く導出路を形成する貫通穴がそれぞれ形成され、
    前記外側弾性シートは、前記最外層とそれに隣り合う前記流路層との間で前記貫通穴の周りを囲み、前記流体が前記最外層と前記流路層との間の隙間を通じて漏出するのを阻止する外側阻止部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路構造体。
  6. 前記外側阻止部の内周面に沿って設けられ、前記最外層と前記流路層との間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止する外側シール部材をさらに備える、請求項５に記載の流路構造体。
  7. 前記各流路層には、前記積層方向において当該各流路層を貫通する穴であって流体を前記流路へ導く導入路又は前記流路から前記流路構造体の外部へ流体を導く導出路を形成する貫通穴が形成され、
    前記内側弾性シートは、隣り合う前記流路層同士の間で前記貫通穴の周りを囲み、前記流体が隣り合う前記流路層同士の間の隙間を通じて漏出するのを阻止する内側漏出阻止部を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の流路構造体。
  8. 前記内側阻止部の内周面に沿って設けられ、隣り合う前記流路層同士の間に挟み込まれてそれらの間の隙間を封止する内側シール部材をさらに備える、請求項７に記載の流路構造体。
  9. 前記締結部材は、ボルトとそれに螺合するナットとを有し、
    前記各最外層及び前記各流路層には、前記ボルトが挿通される挿通穴がそれぞれ形成され、
    前記２つの最外層のうちの一方の最外層側から前記挿通穴に前記ボルトが挿通され、他方の前記最外層側で前記ボルトに前記ナットが螺合されて締め付けられることにより、前記２つの最外層が前記複数の流路層を挟み込んだ状態で当該２つの最外層及び前記複数の流路層が締結されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の流路構造体。
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