JP2004506863A - 熱交換装置 - Google Patents

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    • F28F2250/10Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/102Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction

Abstract

間隔をおいた配列で配置された複数のプレートであって、第1平面の熱伝導流体の流れを定めるために第1端部から第2端部まで内部で延設された複数の通路をそれぞれ含む複数のプレートと、プレート数と同数の複数の第1末端部材、及び同様にプレート数と同数の複数の第2末端部材であって、プレートの第1及び第2端部と流体が移動可能なようにそれぞれ接続及び連結するために適応し、更に、積み上げられた構成でそれぞれ近接する第1及び第2末端部材に取付けられるように適応した陥凹部を含み、熱伝導流体をプレートに流入及びそこから流出させることを可能とし、或いは流体の流入点及び流出点の間に蛇行状の流体流路を設けるためにプレート内の流体を180°方向変換させることを可能とする少なくとも1つのキャビティと、熱伝導流体が各プレートを通って平行な経路を移動するように、近接するプレートの平行流体流入点と流体供給入口間に第1の流体接続を提供するため、また近接するプレートの平行流体流出点と流体排出口の間に第2の流体接続を提供するための積み重なった複数の第1及び第2の末端部材の間を通って延設される少なくとも2つの流体導管を更に含む前記複数の第1及び第2末端部材とからなる熱交換装置。

Description

【0001】
発明の分野
本発明は熱交換装置に関し、より詳しくは、液体から気体への熱交換器、低流量内部冷却液体乾燥剤吸収装置、液体乾燥剤再生器或いは蒸発冷却流体冷却器として任意に利用できるプレート熱交換装置に関する。
【0002】
発明の背景
加熱、換気及び空気調節(HVAC)システムは、快適さのために建物内において周囲の状態を調節する。そのようなシステムは、居住者のために、所望の温度、湿度、空気循環をつくり出して維持するために、与えられた空間内で室内環境の制御を提供する。そのようなシステムにおいて見い出された一つの重要な構成要素は、媒体を混合させることなく或る媒体から別の媒体へと熱を伝導するために使用される装置である熱交換器である。
【0003】
熱交換器の一つのタイプは、スペーサーにより間隔をおいて配置された複数のプレートからなる。隣り合うプレート間の間隔は、熱伝導流体のための流路を提供する。各プレートは、金属又は合成樹脂の二重壁板からなり、壁板はその中に複数の内側通路を形成する隔壁により間隔をあけて配置されている。内側通路を定める隔壁は、第2の熱伝導流体のための流体通路を提供する。そのような熱交換器の使用例及びそれらの構造及び動作の詳細は、それぞれここに参考に取り入れられた米国特許第5,638,900号及び米国特許第6,079,481号に開示されている。
【0004】
米国特許第5,469,915号は、間隔をあけて配置された複数のプレート(パネルとも称される)からなる熱交換器を開示している。各プレートは、その上に薄層化された一対の薄い合成樹脂フィルムの間に挟まれ平面状配列にて配置された、複数の端部が開口された管状部材からなる。マニホールドはプレートの各開口端に装着される。熱伝導流体は、一方のマニホールドからプレートに供給され、他方のマニホールドを通ってプレートを出る。一つの実施形態では、各マニホールドはプレートの管の端部が挿入され密封される多数のオリフィスを有している。別の実施形態では、各マニホールドは2つの部材から構成され、各部材は管の外形に適合する半円形の凹部を備えている。プレートの管の端部が完全にマニホールド内に含まれ、マニホールドとプレートが緊密な組立て体を形成するために、プレートの管の端部はマニホールドの2つの半分体の間にクランプされている。マニホールドのいずれの実施形態についても、2つ或いはそれ以上のプレートで構成された熱交換装置は、マニホールド同士の積み重ね及び結合により作ることができる。
【0005】
米国特許第4,898,153号は、多数の内側通路を備えた二重壁プレートから構成された太陽熱交換器を開示している。さらに、プレートの端部が、流体の流れがプレートを通って180°方向転換するための凹部を提供する端部構成要素と連結され、出口及び入口部品が端部構成要素に付着されていることを開示している。
【0006】
HVACシステムにおいて、除湿機は相対的に乾燥した空気を得るために処理空気から水分を取り出すために用いられる。処理される空気は普通、冷却及び/又は脱水により除湿される。脱水処置において、空気は普通、例えば、シリカゲル又は塩化カルシウムのような吸湿剤を含むチャンバーを通常包含する吸収装置と呼ばれる装置を通過する。ここで液体乾燥剤吸収装置と呼ばれる吸収装置の一つのタイプは、処理される空気から水蒸気を除去するための液体乾燥剤又は乾燥薬を使用する。液体乾燥剤吸収装置の例及びその動作の更なる詳細は、ここに参考に取り入れられた米国特許第5,351,497号に開示されている。
【0007】
液体乾燥剤吸収装置は、通常、液体乾燥剤をしみ込ませた接触媒体の多孔性ベッドを含む。乾燥剤が流れてベッドを通過したとき、そこを通って流れる水分を含んだ空気と接触する。乾燥剤は、当然、水蒸気に対して強い親和性を有し、処理空気から水分を吸収若しくは抽出する。
【0008】
除湿処理の間、熱は一般に、水蒸気が凝縮し乾燥剤と混合されるときに解放される。発生した熱の総量は通常、水の凝縮潜熱に乾燥剤と水の混合により発生した熱を加えたものに等しい。通常の吸収装置においては、混合の熱は凝縮の潜熱よりもおよそ1桁小さい。除湿の間に解放された熱は、空気と乾燥剤の温度を上げる。空気は入った時と大体同じエンタルピーをもって吸収装置から出る。例えば、空気が80°F、相対湿度50%(31.3BTU/lbエンタルピー)で吸収装置に入り、97°F、相対湿度20%(31.5BTU/lbエンタルピー)で吸収装置を出る。この構成において、吸収装置は完全に除湿機として作用する。
【0009】
吸収装置は空気冷却システムに組み込まれる。冷却液又は冷媒を利用する熱交換器によって乾燥剤及び処理空気を冷却することにより、処理空気は入ってきた時より低いエンタルピー及び相対湿度において吸収装置を出て、それゆえ、望ましい最終冷却効果をもたらす。そのような冷却液装置を利用する吸収装置はしばしば、利用していない吸収装置以上に増加した除湿容量及び除湿効率を示す。しかしながら、従来技術の内部冷却吸収装置は、一般に組み立てがより困難で高価である。さらに、そのような吸収装置はしばしば、絶え間ない漏出問題のためにそれぞれ熱交換流体の流れと液体乾燥剤の分離と隔離を維持することが困難になる。
【0010】
それゆえ、互いから分離する各々の熱伝導流体又は媒体を効果的に維持でき、種々の熱伝導システムに利用される構造中の耐腐食材料で効果的に組み立てられる熱交換装置を提供することが熱交換器の技術において重要な進歩となるだろう。そして、熱交換装置は液体から気体への熱交換器、内部冷却流体乾燥剤吸収装置、及び蒸発冷却流体冷却器を含むがこれに限定されない。
【0011】
発明の要約
本発明は一般に、
間隔をおいた配列で配置された複数のプレートであって、第1平面の熱伝導流体の流れを定めるために第1末端から第2末端まで内部で延設された複数の通路をそれぞれ含む複数のプレート、
プレートの数に等しい複数の第1末端部材及び同様にプレートの数に等しい複数の第2末端部材であって、プレートの第1及び第2末端に各々流体が移動できるように接続又は連結するために適応し、積み重なった構成において各々隣接する複数の第1及び第2末端部材に取りつけられように更に適応する陥凹部を含み、プレートへの熱伝導流体の流入、プレートからの熱伝導流体の流出、或いは流体の流入と流出地点の間の流体の流れの経路を作るためにプレート内での流体の180°方向転換を可能にする少なくとも1つのキャビティを更に含む第1及び第2末端部材、
及び、熱伝導流体が個々のプレートを通って平行した経路を移動するために、隣接したプレートの平行した流体流入点と流体供給口の間の第1流体接続及び隣接したプレートの平行した流体流出点と流体排出口の間の第2流体接続を提供する積み重なった複数の第1及び第2末端部材を通して延設される少なくとも2つの流体導管、
からなる熱交換装置に関する。
【0012】
本発明の別の見地において、
間隔をおいて設けられた複数のプレートであって、熱伝導流体の流れを第1平面に導くために第1端から第2端へ内部で延設された複数の通路を含む前記複数の各プレートと、
前記プレートの数と同数の複数の末端部材であって、前記プレートの第1端と流体が移動可能なように接続及び連結するように適応し、更に、近接する各末端部材に積み重ねられた構成で取り付けられるように適応した陥凹部を含み、更に、前記熱伝導流体を前記プレートに流入させ、前記熱伝導流体を前記プレートから流出させ、あるいは前記流体の入口点と出口点の間に流体流路を設けるためにプレート内で前記流体を180°方向変換させること可能とする少なくとも1つの方向変換キャビティを含む前記各末端部材と、
流体の流れを前記プレートへ方向変換するための、前記プレートの第2端にある流体方向変換手段と、
取り付けられた末端部材に各々が連携され、熱伝導流体が各プレートを通って平行な経路を移動するように配置された流体供給口及び流体排出口と、
からなる熱交換装置もまた提供される。
【0013】
同様の符号が同様の部品を示す以下の図面は、本発明の実施形態の実例であり、出願の一部を構成する請求項によって包括されるように本発明を限定するものとして説明されない。
【0014】
発明の詳細な説明
本発明は、複数個のプレートの各々の端部で連結した流体マニホールドを介して間隔を置いた複数個のプレートを通過する独立した第1の流体の流れと、隣接したプレート間の空隙を通過する第2及び/又は第3の流体の流れとの間の効果的で及び有効な熱エネルギー伝導のための手段で構成される熱交換装置を一般的を対象にする。この熱交換装置は、軽量素材から構成され、信頼性があり、効果的な熱交換を供給することに適している。随意的に、この熱交換装置は、液体乾燥剤の表面を超える液体の流れの水分含有量を調節するための内部冷却液体乾燥剤吸収装置、液体乾燥剤の表面を超えて通過する空気の流れに液体乾燥剤中の水分を除去するために適した液体乾燥剤再生装置、又はプレート内の流体の流れから熱を除去するための蒸発冷却流体冷却装置として動作する構成とすることができる。
【0015】
米国特許第5,469,915号に記載される熱交換装置とは対照的に、プレートの端部はマニホールドの開口部に挿入しなくてもよく、さらに、プレートの端部各々に付着したたった1つのマニホールド部材が存在する。米国特許第4,898,153号に記載された太陽熱交換装置とは対照的に、マニホールド部材は、プレート間の好ましい隙間を提供するスペーサーとしても機能する。
【0016】
この熱交換装置は一般的に、各プレートは第1と第2の端部、及び第1と第2の端部の間で延設される1つ或いはそれ以上の内部通路を有する複数のプレートを通過する熱伝導流体を提供する。末端部材は、プレートの通路内の流体の流れを流体が移動可能なように方向付けるために、プレート端部各々と連結する。その間の熱交換関係を維持する間、プレートは外部の流体媒体から熱伝導流体を分離する。通路が形成されたプレートは、プロファイル・ボード又は類似する素材、波形ボード、チューブ・シート、スタンプ・シート、熱成形シートなどから製造されることが好ましく、これらの各々は、例えば、プラスチックポリマー素材、耐食性金属等といった硬質の耐食性材料から容易に構成することができる。
【0017】
ここで使用する「プロファイル・ボード」という用語は、好ましくは均一の隙間で、シートの全長に沿って、リブ又は薄い金属板の連続によって壁が互いに分離されている二重壁シートとして構築される装置を意味する。リブはここで参照される複数個の通路と定義される。プロファイル・ボードの構成の一例が、米国特許第4,898,153号に記載されており、この要旨は参照としてここに組み込まれる。
【0018】
ここで使用する「波形ボード」という用語は、3つの薄いプレートを含み、このうちの2つは基本的に平面であるとともにボードの外表面を形成し、第3のプレートは平面ではない装置を一般的に意味する。第3のプレートは、通常は、折り曲げられ、成形され、型打ちされ、又は別な方法で形成され、それ故、第1の2枚のプレートの間に挿入されたとき、ボードの長さ方向に沿って延び該2枚のプレート間に流体通路を形成する際、外側のプレートを互いに平行となるように維持する。より剛性の高い構造体を形成するために、3つの薄いプレートは、互いに接触する部分で、貼り合せ、接着、溶接、締結又は融着することができる。
【0019】
ここで用いる「チューブ・シート」という用語は、各々が円形断面を有し、複数の開口端部を有する管状部材から構成され、管状部材は実質的に平面的な構造を形成するために長さ方向に連結された装置を意味する。
【0020】
図面、特に図1を参照すると、本発明に係る熱交換装置10が示される。熱交換装置10は、一般的に、上端流体マニホールド12、下端流体マニホールド14、複数の穴、互いに間隔を置いて平行な直線形プレート16、及びこれらの端部を囲む一組の側面パネル18からなる。上端流体マニホールド12は、隣接して並列に留めている複数の上端部材26から構成される。下端流体マニホールド14は下端末端部材28のために上述した方法と同様の方法で配列された複数の下端末端部材28から構成される。プレート及び末端部材の構成物を形成するために、プレート16の各々は、一方の端部44において上端末端部材26と、他方の端部50において下端末端部材28で連結される。この構成において、各プレート及び末端部材の構成物は積み重ねられ、そしてしっかりと互いに取り付けられて配列される。末端部材28の各々は、対応する液密の導管及びリザーバを形成する通孔を有する。装置10の構成物は、貼り合せ、溶接、蝋着、接着、融着、締結、締め付け及び熱交換装置10を構成するための同様の手段等を含む、これらに限定されることのない手段によって取り付けられることができる。装置10は、さらに、流体が移動可能なように上端流体マニホールド12に連結する入口部品22及び出口部品24を含めることができる。
【0021】
装置10は、入口部品22を介して内部熱伝導流体を受けるように適応される。熱伝導流体は、ここより以下に詳細に記述するように熱交換作業が実行される装置10を介して循環する。上端と下端の流体マニホールド12と14及びプレート16が組み合わさって、装置10を介して移動する内部熱伝導流体のための連続的な流路を維持するように適応する。そして、循環される内部熱伝導流体は、出口部品24を介して装置10から排出される。装置10は、複数の入口及び/又は出口部品を提供すると共に、要求されるように他の配置に於ける入口及び出口部品を提供するために修正されることができることに注意されるべきである。
【0022】
間隔をおいたプレート16は、外部の固体若しくは流体媒体が定常的な駐留若しくは通過を許容するように適応した複数の空隙20を定める。後者に於いて、流体媒体は、装置10の一端で空隙を介して通過し、そして反対側の一端で出て行く。隣接したプレート16の間にある空隙20は、均一で等しい間隔が好ましい一方で、効果的で小型の熱交換動作を促進させるために互いに比較的近接している。装置10のプレート16は、一般的に垂直方向に配置されている。しかしながら、プレート16は、応用若しくは要求に従って他の適切な方向にも配置されることができることを理解されるべきである。
【0023】
流路での内部熱伝導流体の流れは、液体若しくは気体の形をとっている。外部媒体は、固体、液体若しくは気体の形をとっている。例えば、固体は、内部熱伝導流体と熱交換することのできる器具である。例えば、本熱交換装置は、氷蓄熱システム、蒸発液体冷却器、液体乾燥剤吸収装置、液体乾燥剤再生器、蒸気凝縮器、液体煮沸器、液ガス熱交換器若しくは、個々の媒体間での熱の伝導が求められるいかなる適用においても利用される。
【0024】
図2及び3を参照すると、上端流体マニホールド12と下端流体マニホールド14は、間隔をおいた関係の複数のプレート16を安全に保持するために、組み合わさって、構成され、流量が複数のプレート16を入出することを促進すると共に以下詳細に述べられるそれぞれのプレート16内にある流体経路(例えば、蛇行ラインの流体経路)を設ける。特に、マニホールド12及び14は、プレート16内及び周りに於ける流体の望ましい流れを促進するために、個々のプレート16の位置に合わせた構造上の特色を構成する。流体経路(例えば、蛇行状の流体経路)は、内部熱伝導流体が対応するプレート16を何回も通ることを許容し、それ故、関連した媒体間で熱交換操作を最高に高める。側板18は、各内部容積の内部熱伝導流体を密封若しくは囲むため、更に装置10に構造上の強度及び剛性を供給するために装置10の一端に取り付けられている。
【0025】
上端流体マニホールド12は、端壁30及び端壁30の端に沿って縦方向に延設する一対の側壁32を含んでいる。上端流体マニホールド12は、操作位置に於いて複数のプレート16が互いに固定する際に、その長さに沿って内部に延設される入口導管34と出口導管36を定める。入口導管34は、入口部品22と流体のやり取りを行い、装置10の長さに沿った複数の各プレート16へ内部熱伝導流体を運ぶ。内部熱伝導流体は、出口導管36に到達し出口部品24を介して排出するまで、各プレート16内のその経路に沿って下端流体マニホールド14を往来して流れる。更に、各プレート16の位置に於ける上端流体マニホールド12は、各プレート16に位置合わせされた1つ又はそれ以上の方向変換キャビティ40と陥凹部42を含んでいる。方向変換キャビティ40は、プレート16の外に流体を流出させるよう導き、また、詳細に述べるように連続的な流れのために流体をプレート16へ送り返すよう機能する。陥凹部42は、それらの間に設置される流体密封のために対応するプレート16の一端部44を受けると共に安全に保持するように適応される。
【0026】
随意で、上端流体マニホールド12は、各プレート16に連携された方向変換キャビティ40を介して縦方向に延設された随意のバイパス導管38を含む。バイパス導管38は、近接した方向変換キャビティ40の間を流体が妨げられずに移動できるようにする。バイパス導管38は、プレート16上の1つあるいはそれ以上の通路54が封鎖あるいは妨害される場合、内部熱交換流体がプレート16を迂回するようにする。通常の動作中、流体が移動可能なように接続された方向変換キャビティ40におけるプレート16の間ではほとんど、あるいは全く流体の交換は行なわれない。しかしながら、プレート16上の1つあるいはそれ以上の通路54が封鎖あるいは妨害される場合、対応する流体は、近接する妨害のないプレート16に流入するために、バイパス導管38を横切ることによって封鎖を迂回する。
【0027】
下端流体マニホールド14は構造的に上端流体マニホールド12と類似する。下端流体マニホールド14は、端壁46、及び端壁46の縁部に沿って縦方向に延設された一対の側壁48を含む。各プレートの位置における下端流体マニホールド14は、1つあるいはそれ以上の方向変換キャビティ40、及び各プレートに位置合わせされた陥凹部42を更に含む。方向変換キャビティ40は、流体がプレート16から流出するように、またそこにおける断続的な流れのためにプレート16に戻るように導く。陥凹部42は、流体を密閉するために、対応するプレート16の端部50を受け、確実に保持するように適応する。下端流体マニホールド14は、個々のプレート16に位置合わせされた各バイパス導管38と共に、1つあるいはそれ以上のバイパス導管38を随意で含むことができる。プレート16の配置及びそのプレート16を保持するマニホールドは、バイパス導管38が装置10の長さに沿って延設されるようにし、また装置10において互いに縦方向に位置合わせされ個々のプレートと連携された方向変換キャビティ40の間で流体が移動するようにする。下端流体マニホールド14のバイパス導管38の機能は、上端流体マニホールド12に対して上述されたものと同じである。
【0028】
図4を参照すると、上端流体マニホールド12及び下端流体マニホールド14をそれぞれ介した内部熱交換流体の流路、及びプレート16が詳細に詳述される。プレート16は、流体を運ぶための複数の開放端通路54を定める、間隔をおいて設けられた複数の壁52を含む。上端流体マニホールド12及び下端流体マニホールド14はそれぞれ、通常の流体の流れを促進するために、個々のプレート16に連携された方向変換キャビティ及び通路、個々の導管を囲むための1つあるいはそれ以上の障壁を含む。流体は高圧力の領域(つまり入口導管34)から低圧力の領域(出口導管36)の方向へ流れる傾向がある。内部熱伝導流体は入口部品22を介してまず入口導管34へ流入し、少なくとも1つの通路54を通って下端流体マニホールド14へ向かって矢印Aの方向に流れる。流体は、上端流体マニホールド12へ向かって、流れを矢印Bの方向に180°方向変換してプレート16に導く方向変換キャビティ40に流入する。流体は、出口導管36に入る前及び出口部品24を通って装置から出る前に2回以上方向変換する。内部熱伝導流体は、装置10の各プレート16を平行に通って流れる。動作中、外部流体媒体がプレート16の内部熱伝導流体の一般的な流れと逆方向に流れるのが望ましい。
【0029】
上述されたように、マニホールド12及び14は、流体の流れがプレート16を往来して流れるようにする方向変換キャビティ40を定める。提供される方向変換キャビティ40の数は、装置10の必要性と要求条件に応じて変化する。
【0030】
冷却動作中、内部熱伝導流体は、外部流体媒体(例えば部屋の空気)よりも低い温度へ冷却システム(図示せず)によって冷却される。冷却された内部熱伝導流体は次に、入口部品22(図2参照)を介して熱交換装置10に入り、入口導管34及びプレート16へ流れる。内部熱伝導流体は、各方向変換キャビティ40において180°方向変換する蛇行状の流体経路に沿って移動する。内部熱伝導流体は、近接するプレート16間の空隙20を通過する外部流体媒体よりも冷たいので、熱は外部流体媒体からプレート16の壁を通って内部熱伝導流体へ移動する。その熱エネルギーを失った外部流体媒体は熱交換装置10を出て、受容エリア(例えば部屋)に戻される。プレート16通過後の内部熱伝導流体は、出口導管36に入り、出口部品24を介して熱交換装置10を出る。加熱中の熱交換装置10の動作は類似しているが、内部熱伝導流体と外部流体媒体間の熱伝導関係における明らかな変化を有している。
【0031】
図5A及び図5Bを参照すると、上部末端部材26及び下部末端部材28がそれぞれ、図1との関連で詳細に記載されている。上部末端部材26は、方向変換キャビティ40、上端流体マニホールド12の入口導管34の一部分を形成する入口通孔58、上端流体マニホールド12の出口導管36の一部分を形成する出口通孔60、及びバイパス導管38の一部分を形成する2つのバイパス通孔62からなる。上端末端部材26は、該上端末端部材26同士の間で流体が密閉されるように、対応するプレート16の端部44を受け確実に保持するように適応した陥凹領域42を含む。プレート16の縁部は、円滑な流体の流れのために、通路54の仕切りを確実にするように障壁56の先端を終端とする。
【0032】
下端末端部材28は図5Bに具体的に示される。下端末端部材28は、2つの方向変換キャビティ40、及び各々が対応するバイパス導管38の一部分を形成する4つのバイパス通孔62からなる。下端末端部材28は、入口部品22及び/又は出口部品24がそれぞれ下端流体マニホールド14に設けられていることが望ましい入口通孔58及び/又は出口通孔60を含むように構成されることが注目されるべきである。
【0033】
下端末端部材28は、該下端末端部材28同士の間で流体を密閉するように、対応するプレート16の端部50を受け確実に保持するように適応する陥凹領域42を更に含む。プレート16の縁部は、円滑な流体の流れのために、経路54の仕切りを確実にするように障壁56の先端を終端とする。プレート16は、末端部材26及び28の陥凹領域42に、これらに限定されないが、貼り合せ、溶着、融着、接着、締結、及び締付け等の手段により確実に取り付けられることが注目されるべきである。
【0034】
末端部材26及び28中の方向変換キャビティ40の数はそれぞれ、装置10の必要条件に応じて変化する。本実施形態では、内部熱伝導流体がプレート16を通り、その経路に沿って180°の方向変換を3回することに留意がなされるべきである(図4参照)。この構成は、4回通過型熱交換器と称され、内部熱伝導流体がその後に続く蛇行状の流体経路が4つの直線部を含むことを意味する。この方向変換キャビティ40は互いに、及び入口通孔58と出口通孔60の間でそれぞれ仕切られており、もし存在するならば障壁56によって仕切られている。障壁は、内部熱伝導流体がプレート16の周りを迂回するのを防止する。好ましくは、各方向変換キャビティ40は、対応するプレート16に流入、或いはそこから流出する妨害のない流量を最大化するために、プレート16の通路54あるいはプレート16の厚みと略同等かそれ以上の深さを有する。
【0035】
バイパス通孔62は随意で、末端部材26及び28をそれぞれ含み、装置10の動作にとって必須ではない。バイパス通孔62は、装置10のバイパス導管38を形成する。バイパス導管38は、上述された1つあるいはそれ以上の封鎖された通路54に接触する場合、1つのプレート16の中を流れる内部熱伝導流体が、平行するプレートに流入することを可能とする。
【0036】
各末端部材26あるいは28の全体の厚みは、典型的には取り付けられたプレート16及び近接するプレート16の間の望ましい空隙を含む。好ましくは、上端末端部材26及び下端末端部材28の陥凹部42の深さは、プレート16の厚みに等しい。しかしながら、陥凹領域の深さはプレート16の厚みに関連して変化し、プレートの厚みよりも薄くされてもよい。後者の場合、末端部材26或いは28の反対側は、プレート16の延長部文、及び露出した部分を受けるために対応する陥凹部を更に含む。同様に、陥凹部42の深さはプレート16の厚みよりも厚いとされてもよい。それゆえ、末端部材26或いは28の反対側は、陥凹部42を塞ぐプレート16に対し、近接した末端部材26あるいは28の陥凹部42にそれぞれ、とまりばめを提供するために適応した隆起部を有する。この方法で、近接する末端部材26あるいは28のプレート16は、確実に陥凹部と隆起部の間で保持される。
【0037】
図5Cを参照すると、上端末端部材26及び下端末端部材28の障壁56は、本発明の第2実施形態のためにバイパス路64を含むように修正される。バイパス路64は、方向変換キャビティ、リザーバ、及び導管と流体が移動可能なように接続されており、内部熱伝導流体を装置10へ充填する間、閉じ込められた空気あるいはガスを維持/回復、あるいは浄化中に装置10の排水を促進する。バイパス路64は、プレート16を通る流速がバイパス路64によって著しく影響されないように、好ましくは内部熱伝導流体の全流速の3%以下しか影響されない大きさとされる。
【0038】
図6を参照すると、熱交換装置70が本発明の第3実施形態のために示される。熱交換装置70は、上端流体マニホールド12及びプレート72を含む。プレート72は上述された方法と同様に上端流体マニホールド12と連結される。プレート72は、その1つの端部76で開口している複数の通路54を定める複数の壁52を含み、またその反対側端部78に2つの方向変換キャビティ74を含む。この構成では、方向変換キャビティ74はプレート72に組み込まれ、その中の流体の流れを方向変換する。プレート72は、ここに参照として組込まれる米国特許第5,638,900号に開示されるように、方向変換キャビティ74がその端部76に配置されるように修正される。
【0039】
図7を参照すると、熱交換装置80が本発明の第4実施形態のために示される。熱交換装置は実質的に上述された熱交換装置10と類似している。この実施形態では、熱交換装置80は、上端流体マニホールド92及び下端流体マニホールド94を含み、これらは組み合さって液体乾燥剤分配システムと回収システムが合体する。液体乾燥剤分配システムは以下詳述されるように、プレート16の表面に液体乾燥剤の薄い層を提供するように適応する。熱交換装置80は、液体乾燥剤をそれぞれ供給及び排出するために、乾燥剤入口部品82及び乾燥剤出口部品84を更に含む。
【0040】
図8を参照すると上端流体マニホールド92は、装置80の長さに沿って延設されており、液体乾燥剤を入口部品82からプレート16に運ぶための液体乾燥剤供給導管86を含む。液体乾燥剤供給導管86は複数の供給ライン88に枝分かれし、各供給ライン88は近接するプレート16間の空隙20に液体乾燥剤を運ぶ。液体乾燥剤はその後、近接するプレート16の表面上に分配され、そこで下端流体マニホールド94へ向かって下に流れる。下端流体マニホールド94は、下端流体マニホールド94の各側面に沿って延設された側壁100を含む。側壁100は、プレート16の表面に流れ落ちる液体乾燥剤を保持するように適応し、液体乾燥剤が空隙20を通過して外部流体媒体へ流入することを防止する。回収された液体乾燥剤は、マニホールド94の一側面に向かって流れ、そこでプレート16間に位置する排出溝102を通って排水導管へ流れる。排水導管104は、装置80の長さに沿って延設されている。液体乾燥剤は結果として乾燥剤出口部品84を通り排水導管104から排出される。排出された液体乾燥剤は次に、再処理されるか、或いは液体乾燥剤再生器(図示せず)に運ばれる。
【0041】
図9Aを参照すると、上端流体マニホールド92は複数の上端末端部材96から組み立てられ、各上端末端部材96はプレート16の端部44に連結する。上端末端部材96は、上端流体マニホールド92を形成するために近接する上端末端部材に取り付けられる。上部末端部材96は供給通孔106を含み、この供給通孔106は、供給導管86の一部、供給ライン88、及びその両側に配置されており供給ライン88から延設される複数の分配溝110を有する分配用金属薄板を形成する。好ましくは、分配溝110は、正面及び背面の溝110の間でねじれ形配列関係に配置される。溝110を調整することにより、液体乾燥剤が近接するプレート16間の空隙20を乗り越えるのを防止することができる。
【0042】
上部末端部材96はさらに、プレート16の端部44を受容し確実に保持するように適応した陥凹部42を含む。プレート16が上部末端部材96に取り付けられると、供給ライン88及び分配溝110が取り囲まれる。上端末端部材96の他側面上の近接するプレート16の表面は、装置80が構築されるとき、そこを終端として供給ライン88及び分配溝110を取り囲む。動作中、液体乾燥剤は導管86から供給ライン88に流れ、次に分配溝110に流れて、そこにおいて近接するプレート16の直近表面で空になる。随意で、薄い芯(図示せず)は、均一な分配を促進するために分配溝110下の露出したプレート表面に適用される。
【0043】
分配溝110は、効果的にプレート16の上面へ液体乾燥剤を供給する。分配溝110は、各分配出口にほぼ同等の液体乾燥剤の流れを供給するように適応する。供給ライン88の液体乾燥剤の流体圧力は、その長さに応じて変化するので、圧力低下が供給ライン88中の圧力変化量と比較して大きい場合にのみ、分配溝は効果的にほぼ同等の流れを維持する。
【0044】
液体乾燥剤の与えられた流速のために、分配溝110の圧力低下は、溝110が長くなる、あるいは断面積が減少するに従って強まる。溝110の直径が減少するに従って、埃、土石、あるいは沈殿物が溝110を塞ぐ可能性が増す。また、溝110が長くなるに従って、分配用金属薄板108は同様に長くなる。このことは、対応する熱交換装置の高さを不本意に増加させる。図9Bに関して、溝110中の圧力低下は、溝110B、110C、及び110Dによってそれぞれ示される分配用金属薄板108を長くすることなく、溝を非線形的に長くすることによって強められる。
【0045】
代わりに、分配用金属薄板108を、オープンセル発泡プラスチック及びその他同種類の多孔性材料で組み立てることにより、液体乾燥剤を供給することができる。液体乾燥剤は穴を通して流れ、供給ライン88からの材料を飽和状態にする。
液体乾燥剤は、多孔性材料の下端部からプレート16の表面へと通過する。
【0046】
熱交換装置が稼動している間、供給ライン88内の液体乾燥剤に気泡が現れることがある。気泡は最終的に、空隙20を通した外部の流体媒体で望ましくない飛沫同伴をする乾燥剤の多くの小さい飛沫を破裂させて作る分配溝110を通じて押し出される。
飛沫同伴する液体乾燥剤は、外層(例えば、送風管)に到達する外部の流体媒体によって運ばれる。大部分の液体乾燥剤は腐食性であるため、飛沫同伴する液体乾燥剤は、深刻な保守上の問題を発生する。
【0047】
図9Cを参照すると、上端末端部材134は、構築された熱交換装置の奥行きに沿って延長する浄化キャビティ(図示せず)を形成するための浄化通孔66を含む。浄化通孔66は、供給ライン88と連通する乾燥剤供給通孔106の反対側の端部に設けられる。
上端末端部材134を利用する熱交換装置において、液体乾燥剤は、浄化通孔66を通じ分配溝110及び浄化キャビティへ流れ込む。より低い密度のため、流れにある気泡は、供給ライン106中の液体乾燥剤と共に進み、浄化キャビティへ真っ直ぐに運ばれる。
液体乾燥剤及び気泡は、対応する浄化部品(図示せず)を通じて浄化キャビティを離れる。
【0048】
図9Dを参照すると、下端の流体マニホールド94は、上端の末端部材96の反対側にあるプレート16の端部50にそれぞれ結合される複数の下端の末端部材98から組み立てられる。
プレート16の端部50は、陥凹部42へ確実に適合し、障壁56の先端に対して接触する確実な保持のためさらに取り付けられる。支持用金属薄板114は、対応する側壁100に構造的な剛性を与えるために提供される。
好ましくは、支持用金属薄板114の厚さは、下端末端部材98の全体の厚さより小さく、より好ましくは、排水溝102を形成するための部材98の厚さの半分である。
下端末端部材98は、装置80の乾燥剤供給導管86の一部分を形成する乾燥剤導管通孔116をさらに含む。随意に、陥凹部42は、液体乾燥剤を排水溝102の方へ流し込むための勾配がついたエッジ部112を含むことができる。
勾配がついたエッジ部112は、好ましくは、排水溝102へ乾燥剤の流れを促進するために水平な位置から約5°から15°傾く。
【0049】
随意に、陥凹部42の勾配がついたエッジ部112のより高い端部近傍の側壁100は、上流側通気遮断壁118をさらに含むことができ、勾配がついたエッジ部112のより低い端部近傍の側壁は、さらに下流側通気遮断壁120を含むことができる。
上流側及び下流側通気遮断壁118及び120はそれぞれ、空隙20の間を通過する外部流体媒体から勾配がついたエッジ部112に沿って流れる液体乾燥剤を保持するため組み合わして適応し、それによって外部流体媒体の液体乾燥剤の飛沫同伴を最小化する。
上流側及び下流側通気遮断壁118及び120のそれぞれ及び勾配がついたエッジ部112は、各々随意に、外部流体媒体が比較的高い速度で通過する応用例が含まれ、利用される点が注目される。
【0050】
装置80の構成は、上記装置10と同様にプレート及び末端部材構成要素を形成するために図8で示される構造へ上端及び下端の末端部材96及び98をそれぞれ結合することによりなされる。次に構成部品を互いに積み重ねられた配列とし、糊付け、融着、接着、蝋着、溶着、はんだ付け、締め付けその他同種のものを含むがこれらに限定されない使用方法で取り付ける。
好ましくは、接着剤はプラスチックの構成部品を接着するために用いる。接着剤は結合のためビードの形状で適用される。図10A及び図10Bを参照すると、接着剤ビード122の例が、プレート16の端部44と50にそれぞれ結合した端部材96及び98それぞれの陥凹部42に適用され示される。
図11A及び11Bを参照すると、プレート16、隣接するプレート及び熱交換装置80を構成するための積み重ねられた配置における末端部材構成要素と結合するために末端部材96及び98それぞれの表面に適用した接着剤ビード122の別の例が示されている。
隣接する上端及び下端の末端部材それぞれは、装置80の構造の完全な状態を保持するため、及び、対応する上端及び下端の流体マニホールドと、対応する流体の狭められた通路及び液体乾燥剤並びに熱伝導流体の通路に適用される導管を形成するために共に接合される。
【0051】
図12を参照すると、本発明の6番目の実施例についてプレートと末端部材構成要素124が示される。構成要素124は、湾曲した上端末端部材126、湾曲したプレート128及び湾曲した下端末端部材130を含む。
湾曲は、プレート128の内部通路に対し垂直の方向で形成される。末端部材126、130及びプレート128は、熱交換装置を構築するために上記と同じようにして組み立てられる。
組み立てられた形状において、構成要素124は、そこで形成される熱交換装置の垂直な圧縮荷重の容量を改善する。この配置は、利用可能な空間が積み重ねられた配列で配置される複数の熱交換装置ユニットを要求するところで、利用することができる。
【0052】
図13を参照して、熱交換装置132が、本発明の7番目の実施例として示される。この実施例において、入口及び出口部品22及び24はそれぞれ装置132の正面と背面に設けられる。このことは、適用、取り付けに必要な要求に応じてその他同種類の物に応じて対応する部品が本発明の熱交換装置の他の部分に設けることができる例を示す。
代わりに、下端流体のマニホールドは熱交換装置において、内部の熱伝導流体を受け、放出するための入口導管及び出口導管を含むことが可能である。入口部品22及び出口部品24のそれぞれをマニホールド92及び94の上端部95及び下端部97のそれぞれに設けることができることが注目すべきである。
【0053】
本発明の装置が熱交換機能を発揮する時の条件下において、凝縮がプレートの外面で進展し、装置の下端に対しプレートが下がる。これら状況の下、凝縮のための回収管、プレートの外面に形成又は存在する任意の液体を提供することが有利である。
【0054】
図14を参照すると、下端の流体のマニホールド94は、側壁100を含む。側壁100は、プレート16の表面を伝わってくる液体(例えば、凝縮液)を保持し、液体が、空隙20を通過して外部流体媒体内に飛沫同伴することを防ぐために適応される。回収された液体は、マニホールド94の片側へ向けて流れるプレート16の間に設けられた排水溝102から排水導管104へ通過する。
排水導管104は、装置80の長手方向に延設される。液体は最終的には排水導管104からの出口部品84を通じて排出される。
【0055】
前記の内容は、本発明の単なる模範的な実施例を開示し記載する。当業者は、内容、添付の図面、請求項、実施例から、請求項に定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなくいくつもの変更、改良、変化を行うことが可能であることを容易に認識する。
【0056】
実施例1
図7で示されるタイプの熱交換装置が組み立てられテストされた。装置はポリビニルの押し出し成型からなる複数の平らな、直線的なプレート、ポリビニル塩化物からなる上端及び下端の末端部材から構成された。各プレートは約0.1インチの厚さを有し、約13インチの幅を有し、約27インチの長さであった。
プレートを通じて延設される通路の直径は、約0.08インチであった。各末端部材は、約0.23インチの厚さ、15.5インチの幅であった。端部の構成は図9A及び9Dで示されるものと同様であった。
ポリメチル・メタクリル樹脂接着剤は、末端部材及びプレートを接着するために用いられた。プレートのむき出しの表面は、多孔性の表面を形成するためにアクリル・ファイバーでフロック加工された。アクリル・ファイバーは15ミルの長さであった。
このテストにおいて、装置は14枚のプレートで構築された。
【0057】
装置は、以下に記載される条件の下でテストされた。
入口の気温       86°F
入口の空気湿度     乾燥した空気1ポンド当たり水0.0231ポンド
入口の空気の速度    640fpm
冷却液注入口の温度   75°F
冷却液の流速      3gpm
乾燥剤の入口での濃度  42%濃度の塩化リチウム水溶液
乾燥剤の流速      250ml/分
【0058】
テストの結果は以下のように決定された。
出口の気温       86°F
出口の湿度       乾燥した空気1ポンド当たり水0.0114ポンド
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明に係る熱交換装置の実施形態の斜視図である。
【図2】
図1の熱交換装置の部分拡大組み立て図である。
【図3】
本発明に係る、上端流体マニホールド、下端流体マニホールド及び上端流体マニホールドと下端流体マニホールドの間に取り付けられたプレートの正面図である。
【図4】
本発明に係るマニホールド及びプレートを通る内部熱伝導流体の流路を示す熱交換装置の部分断面図である。
【図5A】
本発明に係る熱交換装置の上端末端部材の斜視図である。
【図5B】
本発明に係る熱交換装置の下端末端部材の斜視図である。
【図5C】
本発明の第2実施形態により改良された上端又は下端末端部材の障壁の拡大詳細図である。
【図6】
本発明の第3実施形態により改良されたプレート及び末端部材構成要素の立面図である。
【図7】
本発明の第4実施形態の熱交換装置の斜視図である。
【図8】
本発明に係る、上端流体マニホールド、下端流体マニホールド及び上端流体マニホールドと下端流体マニホールドの間に取付けられたプレートを備えた図7の熱交換装置の立面図である。
【図9A】
本発明に係る図7の熱交換装置の上端末端部材の斜視図である。
【図9B】
本発明に係る図7の熱交換装置における乾燥剤分配溝の一般的形態と共に乾燥剤供給金属薄板を備えた上端末端部材の立面図である。
【図9C】
本発明の第5実施形態の浄化導管を組み込んだ上端末端部材の立面図である。
【図9D】
本発明に係る図7の熱交換装置の下端末端部材の斜視図である。
【図10A】
本発明に係る図7の熱交換装置のプレートの端部に取り付けるための粘着性ビードパターンを示す上端末端部材の立面図である。
【図10B】
本発明に係る図7の熱交換装置のプレートの端部に取り付けるための粘着性ビードパターンを示す下端末端部材の立面図である。
【図11A】
本発明に係る図7の熱交換装置の隣接する上端末端部材に接合するための粘着性ビードパターンを示す上端末端部材の立面図である。
【図11B】
本発明に係る図7の熱交換装置の隣接下端末端部材に接合するための粘着性ビードパターンを示す下端末端部材の立面図である。
【図12】
本発明の第6実施形態により改良されたプレート及び末端部材構成要素の斜視図である。
【図13】
本発明の第7実施形態により改良された熱交換装置の斜視図である。
【図14】
本発明のその他の実施形態により改良された上端及び下端末端部材の立面図である。

Claims (25)

  1. 間隔をおいた配列で配置された複数のプレートであって、第1平面の熱伝導流体の流れを定めるために第1端部から第2端部まで内部で延設された複数の通路をそれぞれ含む複数のプレート、
    プレートの数に等しい複数の第1末端部材及び同様にプレートの数に等しい複数の第2末端部材であって、プレートの第1及び第2端部に各々流体が移動できるように接続又は連結するために適応し、積み重なった構成において各々隣接する複数の第1及び第2末端部材に取りつけられるように更に適応する陥凹部を含み、プレートへの熱伝導流体の流入、プレートからの熱伝導流体の流出、或いは流体の流入と流出地点の間の流体の流れの経路を作るためにプレート内での流体の180°方向転換を可能にする少なくとも1つのキャビティを更に含む第1及び第2末端部材、
    及び、熱伝導流体が個々のプレートを通って平行した経路を移動するために、隣接したプレートの平行した流体流入点と流体供給口の間の第1流体接続及び隣接したプレートの平行した流体流出点と流体排出口の間の第2流体接続を提供する積み重なった複数の第1及び第2末端部材を通して延設される少なくとも2つの流体導管、
    からなる熱交換装置。
  2. 前記積み重ねられた複数の第1及び第2末端部材内に縦方向に位置合わせされた隣接する方向転換キャビティが、流体バイパス導管によって第1末端部材と第2末端部材の間で流体が移動できるように結合されることを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  3. 前記第1及び第2末端部材内の前記隣接するキャビティが、バイパス・チャンネルによって第1及び第2末端部材の間で流体が移動できるように接続されることを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  4. 前記陥凹部の深さが前記プレートの厚さと等しいことを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  5. 前記陥凹部の深さが前記プレートの厚さよりも小さく、対応する前記第1及び第2末端部材の陥凹部の反対側の表面が隣接するプレートの突出端部を受けるための陥凹部を含むことを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  6. 前記陥凹部の深さが前記プレートの厚さよりも大きく、対応する前記第1及び第2末端部材の前記陥凹部の反対側の表面が、隣接するプレートの端部に結合した隣接末端部材の陥凹部へ嵌め込むために適応する隆起部を含むことを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  7. 前記複数のプレートがプレートの縦軸に対し直角の方向に湾曲し、前記第1及び第2末端部材も同様に湾曲することを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  8. 前記流体供給口及び流体排出口が、少なくとも正面部及び背面部、端部、上端及び下端部あるいはその組み合わせを含む、積み重ねられた複数の第1及び第2末端部材の領域にあることを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  9. 第2の液体を第1端部近傍の複数のプレートの表面部に解放するための第2液体解放手段をさらに含む、請求項1の熱交換装置。
  10. 前記第1端部から第2端部へ表面部を流れる第2の液体を回収するための複数のプレートの第2端部の近くに設けられた回収手段をさらに含む、請求項9の熱交換装置。
  11. プレートから流れ落ちる全ての液体を回収するために複数のプレートの第2端部の近くに設けられた手段からさらに含む、請求項1の熱交換装置。
  12. 第2液体解放手段が、
    第2の液体を供給するための複数の積み重ねられた第1末端部材内の縦方向に延設された供給導管、
    各第1端部材内でそれぞれ供給導管から各プレートへ延設された複数の供給ライン、
    前記複数の供給ラインのそれぞれから延設され該供給ラインに連通する分配用金属薄板であって、第2の液体を対応するプレートの第1端部近傍の表面部に放出する前記分配用金属薄板、
    を含むことを特徴とする、請求項9の熱交換装置。
  13. 前記分配用金属薄板が、供給ラインと流体が移動できるように接続された複数の分配用溝を更に含み、その溝を通って第2の液体が第1端近傍の対応するプレートの表面部へ解放されることを特徴とする、請求項12の熱交換装置。
  14. 複数の分配溝が、前記複数の第1末端部材の各々の両側に沿って下向きに延設されることを特徴とする、請求項13の熱交換装置。
  15. 前記複数の分配溝の各々が、直線状の経路で延設されることを特徴とする、請求項13の熱交換装置。
  16. 前記複数の分配溝の各々が、非線形の経路で延設されることを特徴とする、請求項13の熱交換装置。
  17. 分配用金属薄板が、1又はそれ以上の孔を更に含み、その孔を通って前記第2の液体が前記供給ラインから対応するプレートの第1端近傍の表面部へ流れることを特徴とする、請求項12の熱交換装置。
  18. 前記分配用金属薄板が多孔性素材からなり、その孔を通って前記第2の液体が、供給ラインから対応するプレートの第1端近傍のプレート表面部へ流れることを特徴とする、請求項12の熱交換装置。
  19. 前記第1末端部材が、積み重ねられた複数の前記第1末端部材内に浄化キャビティを形成する浄化通孔を含み、この浄化キャビティは、前記第2の液体の一部分が分配用金属薄板を迂回することを可能とするために、前記供給導管の反対側にある複数の前記供給ラインに、流体が移動可能なように接続されることを特徴とする、請求項12の熱交換装置。
  20. 回収手段が、
    第1端から第2端へ前記複数のプレートの表面に沿って流れる第2の液体を回収するために、各々が積み重なった複数の前記第2末端部材の周面に沿って延設された1対の側壁と、
    回収された前記第2の液体を受容し取り除くために適応した、積み重なった複数の第2末端部材内で縦方向に延設された排水導管と、
    からなることを特徴とする、請求項9の熱交換装置。
  21. 前記第2末端部材の前記陥凹部が、前記第2の液体を前記排水導管に向かって導くための傾斜した端部を含むことを特徴とする、請求項20の熱交換装置。
  22. 前記排水導管近くの側壁が下流側通気遮断壁を含み、また排水導管の反対側にある側壁が上流側通気遮断壁を含むことを特徴とする、請求項20の熱交換装置。
  23. 前記第2の液体が液体乾燥剤であることを特徴とする、請求項9の熱交換装置。
  24. 前記第1及び第2末端部材の各端部に取り付けられた蓋板を更に含むことを特徴とする、請求項1の熱交換装置。
  25. 間隔をおいた配列で配置された複数のプレートであって、第1平面の熱伝導流体の流れを定めるために第1末端から第2末端まで内部で延設された複数の通路をそれぞれ含む複数のプレート、
    前記プレートの数と同数の複数の末端部材であって、前記プレートの第1端と流体が移動可能なように接続及び連結するように適応し、更に、近接する各末端部材に積み重ねられた構成で取り付けられるように適応した陥凹部を含み、更に、前記熱伝導流体を前記プレートに流入させ、前記熱伝導流体を前記プレートから流出させ、あるいは前記流体の入口点と出口点の間に流体流路を設けるためにプレート内で前記流体を180°方向変換させること可能とする少なくとも1つの方向変換キャビティを含む前記各末端部材と、
    流体の流れを前記プレートへ方向変換するための、前記プレートの第2端にある流体方向変換手段と、
    取り付けられた末端部材に各々が連携され、熱伝導流体が各プレートを通って平行な経路を移動するように配置された流体供給口及び流体排出口と、
    からなる熱交換装置。
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