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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023135290
(43)【公開日】2023-09-28
(54)【発明の名称】構造体
(51)【国際特許分類】
F28F 7/02 20060101AFI20230921BHJP
B33Y 80/00 20150101ALI20230921BHJP
【ＦＩ】
F28F7/02
B33Y80/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022040426
(22)【出願日】2022-03-15
(71)【出願人】
【識別番号】519366237
【氏名又は名称】ＮａｔｕｒｅＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100134094
【弁理士】
【氏名又は名称】倉持 誠
(72)【発明者】
【氏名】須藤 海
(72)【発明者】
【氏名】新谷 国隆
(72)【発明者】
【氏名】山口 総一郎
(57)【要約】 （修正有）
【課題】本開示は構造体に関し、より詳しくは、熱交換等の用途に用いることが可能な構造体に関する。
【解決手段】本開示の一実施形態によれば、複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間１２と、複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間１４とを互いに隔てた状態で形成する隔壁構造１０を含む構造体１が提供される。隔壁構造１０は、互いに異なる複数の周期曲面が合成されて形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】本開示の一実施形態によれば、複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間１２と、複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間１４とを互いに隔てた状態で形成する隔壁構造１０を含む構造体１が提供される。隔壁構造１０は、互いに異なる複数の周期曲面が合成されて形成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間と、複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間とを互いに隔てた状態で形成する隔壁構造を含む構造体であって、
前記隔壁構造は、互いに異なる複数の周期曲面が合成されて形成されている、構造体。
前記隔壁構造は、互いに異なる複数の周期曲面が合成されて形成されている、構造体。
【請求項2】
前記複数の周期曲面は、それぞれ係数が乗じられた各々の前記周期曲面を表す関数の総和によって合成される、請求項１に記載の構造体。
【請求項3】
前記複数の周期曲面の合成比は、各々の前記周期曲面を表す関数に乗じられる前記係数の比によって定められる、請求項２に記載の構造体。
【請求項4】
前記周期曲面は三重周期極小曲面である、請求項１～３のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項5】
前記三重周期極小曲面は、Ｇｙｒｏｉｄ曲面、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面、Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｋｏｃｈ・Ｓ曲面およびＬｉｄｉｎｏｉｄ曲面のいずれか１を含む、請求項４に記載の構造体。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１項に記載の構造体を含む熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は構造体に関し、より詳しくは、熱交換等の用途に用いることが可能な構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ジャイロイドの周期極小曲面によって隔てられた２つの流路を有する気液分離装置が開示されている。また、特許文献２には、各種周期極小曲面によって隔てられた２つの流路を有する熱交換器が開示されている。特許文献１及び特許文献２は、それぞれ、２つの流路を隔てる隔壁に周期極小曲面を用いてその比表面積を大きくすることで、気液分離効率ないし熱交換効率の向上を図ることを意図している。
また、特許文献３には、ユニットセルの大きさが階層的に変化する三重周期極小曲面で形成された熱交換器が開示されている。
また、特許文献３には、ユニットセルの大きさが階層的に変化する三重周期極小曲面で形成された熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１５５２７９号公報
【特許文献2】米国特許第１０７０４８４１号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開第２０２０／０２１５４８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１～３に開示された構造は、いずれも、既知の周期極小曲面に基づいて形成されており、それらの熱交換特性等は概ねその周期極小曲面の形状に依存する。既知の周期極小曲面の種類には限りがあるため、既存の周期極小曲面で形成される構造が備えることができる熱交換特性等のバリエーションにも限りがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様によれば、複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間と、複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間とを互いに隔てた状態で形成する隔壁構造を含む構造体が提供される。隔壁構造は、互いに異なる複数の周期曲面が合成されて形成されている。
【0006】
本開示の他の特徴事項および利点は、例示的且つ非網羅的に与えられている以下の説明及び添付図面から理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本開示の一実施形態に係る構造体を示す斜視図である。
【図5】本開示の一実施形態に係る構造体の第１の変形例を示す斜視図である。
【図6】本開示の一実施形態に係る構造体の第２の変形例を示す斜視図である。
【図7】本開示の一実施形態に係る構造体の第３の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本開示の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0009】
最初に、本開示の一実施形態に係る構造体１の全体構成について説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る構造体を示す斜視図である。
【0010】
図１に示すように、本実施形態の構造体１は、互いに隔てられた２つの流路空間１２，１４を形成する隔壁構造１０を含んでいる。本実施形態の説明においては、図１に示すように構造体１の横方向をｘ軸、奥行き方向をｙ軸、縦方向をｚ軸として座標系を定義する。
【0011】
隔壁構造１０は、第１の流体を通す複数の第１の流路１２ａ（図２参照）が互いに連通して形成される第１の流路空間１２と、第２の流体を通す複数の第２の流路１４ａ（図２参照）が互いに連通して形成される第２の流路空間１４とを形成している。それらの２つの流路空間１２，１４は隔壁構造１０によって互いに隔てられており、２つの流路空間１２，１４をそれぞれ流れる第１及び第２の流体が互いに混じることはない。本実施形態の隔壁構造１０は、後述するように、それぞれ三重周期極小曲面の１つであるＳｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面とＧｙｒｏｉｄ曲面とを１：１の比率で合成して生成される周期曲面に基づいて、隔壁に所定の厚みを有するように形成されている。
【0012】
図１においては、図示と説明の明瞭のために、立方体形状の構造体１の各面において各流路空間が開放した状態で描画されているが、各流路空間は、第１及び第２の流体を構造体１内で流す方向に応じて、各面に表れる端部が閉鎖される。例えば、第１の流体を図１の構造体１内を図示左右方向（Ｘ軸方向）に流し、第２の流体を図１の構造体１内を図示上下方向（Ｚ軸方向）に流す場合には、構造体１の図示Ｘ軸方向左側の面に表れる隔壁構造１０の第１の流路空間１２の各々の第１の流路１２ａは解放し、その他の面に表れる第１の流路１２ａの端部は壁面等によって閉鎖される。また、構造体１の図示Ｚ軸方向の上下両側面に表れる隔壁構造１０の第２の流路空間１４の各々の第２の流路１４ａは解放し、その他の面に表れる各々の第２の流路１４ａの端部は壁面等によって閉鎖される。
【0013】
このように構成された本実施形態の構造体１によれば、図１の図示左側側面（ＹＺ平面）から隔壁構造１０の第１の流路空間１２内に流入した第１の流体は、第１の流路空間１２を通って、図１の図示右側側面において第１の流路空間１２から外部に流出する。なお、第１の流体はこれとは逆方向に流すことも可能である。他方、図１の図示上側面（ＸＹ平面）から隔壁構造１０の第２の流路空間１４内に流入した第２の流体は、第２の流路空間内１４を通って、図１の図示下側面において第２の流路空間１４から外部に流出する。なお、第２の流体はこれとは逆方向に流すことも可能である。
【0014】
第１の流路空間１２に流れる第１の流体と、第２の流路空間１４を流れる第２の流体とに温度差がある場合、一方の流体が有する熱が、各流路空間１２，１４を隔てる隔壁構造１０の壁を伝導して、他方の流体へ伝達する。これにより、一方の流体が他方の流体によって加熱され、逆に他方の流体が一方の流体によって冷却される熱交換が行われる。このように、本実施形態の構造体１は熱交換の用途として機能し得る。本例の構造体１は、例えば、各種工業用の熱交換器や、航空エンジン、発電プラント等で用いられる熱交換器にも適用可能である。
【0015】
次に、本実施形態の構造体１における各隔壁構造１０について説明する。隔壁構造１０は、互いに異なる複数の周期曲面を合成して生成される周期曲面に基づいて形成され、一定の厚みを占める壁によって構成することができる。その合成に用いられる周期曲面としては、例えば、三重周期極小曲面（以下、「ＴＰＭＳ」：Ｔｒｉｐｌｙ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｍｉｎｉｍａｌ Ｓｕｒｆａｃｅとも称する。）を用いることができる。
【0016】
ここで、「極小曲面」は、その面積を局所的に最小化する表面であり、その表面は全ての点でゼロ平均曲率を有する。ゼロ平均曲率は、その表面上のすべての点で極小曲面の平均曲率がゼロであることを意味する。平均曲率は２つの主曲率の平均であり、主曲率は極小曲面の表面上の特定の点における法線曲率の最大値および最小値である。極小曲面の表面の各点の反対側には絶対値が等しく正負が反対である曲率を持つ点が存在するため、表面全体での平均曲率はゼロとなる。
【0017】
また、「三重周期極小曲面（ＴＰＭＳ）」は、表面が３つの異なる方向に周期的に繰り返される三重周期的な極小曲面である。三重周期最小曲面は、空間を互いに隔てられた２つの容積に分割する。互いに隔てられた２つの容積は互いに複雑に絡み合う２つの空間を形成し得るが、それらの２つの空間は互いに連通しない。三重周期極小曲面としては、例えばＧｙｒｏｉｄ曲面、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面、Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｋｏｃｈ・Ｓ曲面、Ｌｉｄｉｎｏｉｄ曲面が含まれるが、本実施形態において採用し得る三重周期極小曲面はこれらに限定されない。
【0018】
本実施形態で示した例では、隔壁構造１０は、ＴＰＭＳの一例であるＳｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面と、同じくＴＰＭＳの一例であるＧｙｒｏｉｄ曲面とを１：１の比率で合成することで生成された周期曲面に基づいて形成されている。
【0019】
ここで、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面は、下記の陰関数Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表現される。
Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｃｏｓ（ｘ）＋ｃｏｓ（ｙ）＋ｃｏｓ（ｚ）
Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｃｏｓ（ｘ）＋ｃｏｓ（ｙ）＋ｃｏｓ（ｚ）
【0020】
また、Ｇｙｒｏｉｄ曲面は、下記の陰関数Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表現される。
Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓｉｎ（ｘ）ｃｏｓ（ｙ）＋ｓｉｎ（ｙ）ｃｏｓ（ｚ）＋ｓｉｎ（ｚ）ｃｏｓ（ｘ）
Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓｉｎ（ｘ）ｃｏｓ（ｙ）＋ｓｉｎ（ｙ）ｃｏｓ（ｚ）＋ｓｉｎ（ｚ）ｃｏｓ（ｘ）
【0021】
なお、陰関数による曲面は、三次元ユークリッド空間上の点（ｘ，ｙ，ｚ）∈Ｒ３上に定義された実数値を返す関数ｆ：Ｒ３→Ｒに対してｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０を満たす点（ｘ，ｙ，ｚ）の集合によって定義される。ここで、Ｒは実数全体の集合を示す。
【0022】
続いて、隔壁構造１０に形成された第１の流路空間１２及び第２の流路空間１４の構成についてより詳しく説明する。図２は、図１に示した構造体の図示ｘｚ平面と平行なＡ－Ａ線を通る平面に沿って切断した断面を示す図である。
【0023】
図２を参照すると、図２に示すｘｚ平面に沿った断面においては、本実施形態の構造体１の隔壁構造１０において、複数の第１の流路１２ａと複数の第２の流路１４ａとがｘ軸方向及びｚ軸方向に概ね互い違いに形成されている。これらの第１の流路１２ａは、互いに連通して複雑で入り組んだラビリンスを成す、第１の流体を通す第１の流路空間１２を形成している。また、これらの第２の流路１４ａは、互いに連通して複雑で入り組んだラビリンスを成す、第２の流体を通す第２の流路空間１４を形成している。
【0024】
図３は図１に示した構造体の第１の流路空間に第１の流体を充填した状態を示す図であり、図４は図１に示した構造体の第２の流路空間に第２の流体を充填した状態を示す図である。図３には、構造体１の隔壁構造１０に形成された複数の第１の流路１２ａが互いに連通して形成された第１の流路空間１２に第１の流体が通ることが示されている。また、図４には、構造体１の隔壁構造１０に形成された複数の第２の流路１４ａが互いに連通して形成された第２の流路空間１４に第２の流体が通ることが示されている。
【0025】
ここで、第１の周期曲面（Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面）と第２の周期曲面（Ｇｙｒｏｉｄ曲面）とを合成して生成された周期曲面に基づいて隔壁構造１０を生成する手法について説明する。
【0026】
一般に、陰関数によって表現される曲面に厚みｔを持たせてシェル化させたとき、シェル化された陰関数は、
Ｓｈｅｌｌ（ｆ（ｘ，ｙ，ｚ），ｔ）＝｜ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）｜－ｔ
によって表現される。
Ｓｈｅｌｌ（ｆ（ｘ，ｙ，ｚ），ｔ）＝｜ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）｜－ｔ
によって表現される。
【0027】
また、２以上の陰関数の合成は、それぞれ下記のように表現される。
・２つの陰関数ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）の合成
ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓ１ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ２ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）
ｓ１＋ｓ２＝１， ｓ１，ｓ２≧０
・３つの陰関数ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｚ）の合成
ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓ１ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ２ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ３ｆ３（ｘ，ｙ，ｚ）
ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＝１， ｓ１，ｓ２，ｓ３≧０
・ｎ個の陰関数ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ），・・・，ｆｎ（ｘ，ｙ，ｚ）の合成
ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓ１ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ２ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）＋・・・＋ｓｎｆｎ（ｘ，ｙ，ｚ）
ｓ１＋ｓ２＋・・・＋ｓｎ＝１， ｓ１，ｓ２，・・・，ｓｎ≧０
・２つの陰関数ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）の合成
ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓ１ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ２ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）
ｓ１＋ｓ２＝１， ｓ１，ｓ２≧０
・３つの陰関数ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｚ）の合成
ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓ１ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ２ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ３ｆ３（ｘ，ｙ，ｚ）
ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＝１， ｓ１，ｓ２，ｓ３≧０
・ｎ個の陰関数ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ），・・・，ｆｎ（ｘ，ｙ，ｚ）の合成
ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓ１ｆ１（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｓ２ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ）＋・・・＋ｓｎｆｎ（ｘ，ｙ，ｚ）
ｓ１＋ｓ２＋・・・＋ｓｎ＝１， ｓ１，ｓ２，・・・，ｓｎ≧０
【0028】
上記各式から理解できるように、複数の周期曲面は、それぞれ係数が乗じられた各々の周期曲面を表す関数の総和によって合成される。さらに、複数の周期曲面の合成比は、各々の周期曲面を表す関数に乗じられる係数の比によって定められる。
【0029】
上記のようにｎ個の陰関数を合成する場合に、各々の陰関数の係数ｓの値をそれらの総和が１となる限りにおいて任意に調節することで、ｎ個の異なる周期曲面を任意の比率で合成した周期曲面を形成することが可能である。本実施形態における隔壁構造１０は、このようにして複数の異なる周期曲面を合成して生成された周期曲面に基づいて形成することが可能である。
【0030】
隔壁構造を構成する周期曲面の種類・形状が異なれば、隔壁構造が形成する第１及び第２の流路の形状や流路径等が異なるため、隔壁構造を例えば熱交換器に用いた場合には、熱交換特性、圧力損失特性、耐圧特性等が異なることとなる。より具体的には、周期曲面を表現する陰関数に表れるＣｏｓ項とＳｉｎ項との積の次元がそれに基づいて形成される隔壁構造の流路径に関係しており、周期曲面を表現する陰関数に表れるＣｏｓ項とＳｉｎ項との積の次数が高くなるほど流路径が小さくなる。そのため、Ｃｏｓ項とＳｉｎ項との積の次数が低い陰関数で表現される周期曲面で構成される隔壁構造は流路径が比較的大きいことから流体流動性に優れ（圧力損失が少ない）、Ｃｏｓ項とＳｉｎ項との積の次数が高い陰関数で表現される周期曲面で構成される隔壁構造は流路径が比較的小さいことから隣接する２つの異なる流体間の熱伝達特性に優れる（熱交換効率が高い）といった、互いに異なる特性を有する。
【0031】
本実施形態の構造体１の例では、隔壁構造１０は、Ｃｏｓ項とＳｉｎ項との積が１次式で表される周期曲面（Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面）と、Ｃｏｓ項とＳｉｎ項との積が２次式で表される周期曲面（Ｇｙｒｏｉｄ曲面）とを１：１の比率で合成して生成された周期曲面に基づいて形成されている。図１等を参照すると、本実施形態の隔壁構造１０は、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面が成す格子状の構造を備えつつ、流路の断面形状はＧｙｒｏｉｄ曲面が形成する流路の断面形状に近い形状を有していることがわかる。
【0032】
そのため、本実施形態の隔壁構造１０は、１次式で表される周期曲面（Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面）に基づいて形成される流路径が比較的大きいことに起因する、流体流動性に優れる（圧力損失が少ない）特性と、２次式で表される周期曲面（Ｇｙｒｏｉｄ曲面）に基づいて形成される流路径が比較的小さいことに起因する、隣接する２つの異なる流体間の熱伝達特性に優れる（熱交換効率が高い）特性との異なる２つの特性を合成比率に相関して備えている。したがって、本実施形態によれば、複数の異なる周期曲面を合成して生成された周期曲面に基づいて隔壁構造１０を形成することにより、合成に用いた各々の周期曲面が備える特性とは異なる特性（例えば熱交換器の場合には、圧力損失、熱伝達率、耐圧、比重等の各種特性）を隔壁構造１０からなる構造体１に付与することができる。
【0033】
［変形例］
次に、本実施形態の構造体１の変形例について説明する。
次に、本実施形態の構造体１の変形例について説明する。
【0034】
＜第１の変形例＞
図５は、本開示の一実施形態に係る構造体の第１の変形例を示す斜視図である。
図５は、本開示の一実施形態に係る構造体の第１の変形例を示す斜視図である。
【0035】
本変形例に示す構造体１Ａにおける隔壁構造２０は、図１等に示した隔壁構造１０と同じく、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面とＧｙｒｏｉｄ曲面とを合成して生成される周期曲面に基づいて、隔壁に所定の厚みを有するように形成されている。ただし、本変形例における隔壁構造２０を成す周期曲面は、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面とＧｙｒｏｉｄ曲面とを３：７の比率で合成して生成されている。
【0036】
図１等に示した隔壁構造１０と同様に、本変形例における隔壁構造２０は、第１の流体を通す複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間２２と、第２の流体を通す複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間２４とを形成している。それらの２つの流路空間２２，２４は隔壁構造２０によって互いに隔てられており、２つの流路空間２２，２４をそれぞれ流れる第１及び第２の流体が互いに混じることはない。隔壁構造２０の各流路空間２２，２４の第１及び第２の流路の各面に表れる端部が、第１及び第２の流体を構造体１Ａ内で流す方向に応じて閉鎖され得ること、及び本変形例の構造体１Ａが熱交換の用途に用いることが可能なことは、構造体１に関して上述した通りである。
【0037】
図５を参照すると、本変形例の隔壁構造２０は図１等に示した隔壁構造１０と比較して、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面が成す格子状の構造を依然として備えつつ、流路の断面形状はＧｙｒｏｉｄ曲面が形成する正弦波状の形状により近い形状を有していることがわかる。したがって本変形例の隔壁構造２０は、図１等に示した隔壁構造１０と比べて、２次式で表される周期曲面（Ｇｙｒｏｉｄ曲面）が備える特性をより強く備え得る。このように、複数の異なる周期曲面を合成する際にそれらの合成比率を変えて周期曲面を生成することにより、種々の異なる特性を呈する隔壁構造を形成することができる。
【0038】
＜第２の変形例＞
図６は、本開示の一実施形態に係る構造体の第２の変形例を示す斜視図である。
図６は、本開示の一実施形態に係る構造体の第２の変形例を示す斜視図である。
【0039】
本変形例に示す構造体１Ｂにおける隔壁構造３０は、それぞれ三重周期極小曲面の１つであるＧｙｒｏｉｄ曲面とＳｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面とを１：１の比率で合成して生成される周期曲面に基づいて、隔壁に所定の厚みを有するように形成されている。本変形例の隔壁構造３０は、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面が成すダイヤモンド結合形状の要素を残しつつ、流路の断面形状はＧｙｒｏｉｄ曲面が形成する正弦波状の形状に近い形状を有している。
【0040】
隔壁構造３０も、図１に示した隔壁構造１０と同様に、第１の流体を通す複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間３２と、第２の流体を通す複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間３４とを形成している。それらの２つの流路空間３２，３４は隔壁構造３０によって互いに隔てられており、２つの流路空間３２，３４をそれぞれ流れる第１及び第２の流体が互いに混じることはない。隔壁構造３０の各流路空間３２，３４の第１及び第２の流路の各面に表れる端部が、第１及び第２の流体を構造体１Ｂ内で流す方向に応じて閉鎖され得ること、及び本変形例の構造体１Ｂが熱交換の用途に用いることが可能なことは、構造体１に関して上述した通りである。
【0041】
ここで、ＴＰＭＳであるＳｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面は下記の陰関数Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表現される。
Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓｉｎ（ｘ）ｓｉｎ（ｙ）ｓｉｎ（ｚ）＋ｃｏｓ（ｘ）ｃｏｓ（ｙ）ｃｏｓ（ｚ）
Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｓｉｎ（ｘ）ｓｉｎ（ｙ）ｓｉｎ（ｚ）＋ｃｏｓ（ｘ）ｃｏｓ（ｙ）ｃｏｓ（ｚ）
【0042】
本変形例における隔壁構造３０は。図１等に示した隔壁構造１０とは合成に用いた周期曲面の種類が異なることから、基本的な構造が隔壁構造１０と相違している。また、上記の陰関数Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表現されるように、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面はＣｏｓ項とＳｉｎ項との積が３次式で表され、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面に基づいて形成される流路の流路径は、２次式で表されるＧｙｒｏｉｄ曲面に基づいて形成される流路の流路径よりも小さい。そのため、２次式で表されるＧｙｒｏｉｄ曲面と３次式で表されるＳｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面とを合成して生成される周期曲面に基づいて形成される隔壁構造３０の流路の流路径は、図１等に示した１次式で表されるＳｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面と２次式で表されるＧｙｒｏｉｄ曲面とを合成して生成される周期曲面に基づいて形成される隔壁構造１０の流路の流路径に比べて概ね小さくなる。
【0043】
このように、本変形例の隔壁構造３０は全体形状及び流路径が上述した隔壁構造１０，２０と異なるため、隔壁構造３０からなる構造体１Ｂは、上述した隔壁構造１０，２０からなる構造体１，１Ａとは異なる特性（例えば熱交換器の場合には、圧力損失、熱伝達率、耐圧、比重等の各種特性）を備え得る。また、本変形例の隔壁構造３０を成す周期曲面は、その合成の基となるＧｙｒｏｉｄ曲面及びＳｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面のいずれとも異なるため、本変形例の構造体１Ｂはそれらに基づいて形成される隔壁構造からなる構造体とも異なる特性を備え得る。
【0044】
＜第３の変形例＞
図７は、本開示の一実施形態に係る構造体の第３の変形例を示す斜視図である。
図７は、本開示の一実施形態に係る構造体の第３の変形例を示す斜視図である。
【0045】
本変形例に示す構造体１Ｃにおける隔壁構造４０は、それぞれ三重周期極小曲面の１つであるＳｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面とＧｙｒｏｉｄ曲面とＳｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面とを１：１：１の比率で合成して生成される周期曲面に基づいて、隔壁に所定の厚みを有するように形成されている。本変形例の隔壁構造４０は、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面が成す格子状形状の要素と、Ｇｙｒｏｉｄ曲面が形成する正弦波状形状の要素と、Ｓｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面が成すダイヤモンド結合形状の要素とがミックスされた形状を有している。
【0046】
隔壁構造４０も、図１に示した隔壁構造１０と同様に、第１の流体を通す複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間４２と、第２の流体を通す複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間４４とを形成している。それらの２つの流路空間４２，４４は隔壁構造４０によって互いに隔てられており、２つの流路空間４２，４４をそれぞれ流れる第１及び第２の流体が互いに混じることはない。隔壁構造４０の各流路空間４２，４４の第１及び第２の流路の各面に表れる端部が、第１及び第２の流体を構造体１Ｃ内で流す方向に応じて閉鎖され得ること、及び本変形例の構造体１Ｃが熱交換の用途に用いることが可能なことは、構造体１に関して上述した通りである。
【0047】
本変形例の隔壁構造４０も、全体形状及び流路径が上述した隔壁構造１０，２０，３０と異なるため、隔壁構造４０からなる構造体１Ｃは、上述した隔壁構造１０，２０，３０からなる構造体１，１Ａ，１Ｂとは異なる特性（例えば熱交換器の場合には、圧力損失、熱伝達率、耐圧、比重等の各種特性）を備え得る。また、本変形例の隔壁構造４０を成す周期曲面は、その合成の基となるＳｃｈｗａｒｚ・Ｐ曲面、Ｇｙｒｏｉｄ曲面及びＳｃｈｗａｒｚ・Ｄ曲面のいずれとも異なるため、本変形例の構造体１Ｃはそれらに基づいて形成される隔壁構造からなる構造体とも異なる特性を備え得る。
【0048】
本実施形態及び各変形例の構造体の一部又は全部は、例えば、付加製造技術を用いて樹脂材料もしくは金属材料等によって形成することが可能である。付加製造技術としては、一例として、３Ｄ印刷技術、光硬化性樹脂を用いた光造形技術等を用いることができる。ただし、本実施形態の構造体の製造に付加製造技術を用いることは必須ではなく、構造体が他の製造技術（例えば、切削、モールド成形、射出成形、粉末圧縮成形、レーザー加工等）で製造できる形状である場合には、付加製造技術以外のこれらの製造技術を用いて製造してもよい。
【0049】
以上、開示の実施形態及び変形例を通じて本開示を説明したが、上述の実施形態及び変形例は、請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本開示の実施形態及び変形例の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本開示の技術的範囲に含まれ得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2022-04-27
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の第１の流路が互いに連通して形成される第１の流路空間と、複数の第２の流路が互いに連通して形成される第２の流路空間とを互いに隔てた状態で形成する隔壁構造を有する構造体。