JP2005291521A - 積層型蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸発器コア温度のバラツキを低減可能な積層型蒸発器を提供する。
【解決手段】 隔壁１３、２３を挟んで高温流体通路１と低温流体通路２とを交互に積層し、高温流体通路１を流通する高温流体により低温流体通路２の低温流体を蒸発させる積層型蒸発器Ｅにおいて、隔壁１３、２３を貫通若しくは隔壁１３、２３を挟んで各流体通路１、２を積層方向に貫通する柱状部材１４、２４を配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高温流体通路と低温流体通路とを交互に積層し、高温流体通路を流通する高温流体により低温流体通路の低温流体を蒸発させる積層型蒸発器に関するものである。

従来から高温流体通路と低温流体通路とを交互に積層し、高温流体通路を流通する高温流体により低温流体通路の低温流体を蒸発させる積層型蒸発器が提案されている（特許文献１参照）。

これは、間隔をあけて配置した複数のデバイドプレート（隔壁）同士の間に、被加熱流路と加熱流路とを交互に設け、これら被加熱流路および加熱流路は１対のスペーサ同士の間に夫々インナーフィンを配置して構成され、これらインナーフィン、デバイドプレートおよび一対のスペーサは互いにろう付けにより固定している。そして、正常な状態では各被加熱流体通路に液体の状態の被加熱流体を流入させ、加熱昇温により流路途中より蒸発させて蒸気として出口から取出すものである。
特開２００２−２０３５８６号公報

ところで、上記従来例のような高温流体通路と低温流体通路とを交互に積層した熱交換器タイプの蒸発器においては、例えば、積層方向のある一つの被加熱流体通路が局所的に加熱されて蒸気で満たされた場合等においては、その通路の圧力が上昇して当該被加熱流体通路に液体が流入できなくなり（ベーパロック状態）、そのため、その通路はさらに加熱されて温度が上昇する。一方、他の正常な被加熱流体通路へは前記流入できなかった液体が余分に流入（ベーパロックによる流体の偏流入）して正常な通路では逆に温度が低下する。その結果、蒸気で満たされた通路と、その他の通路とで温度差が生じる。

このため、蒸発器コア内部での温度差により良質の蒸気が得られないという蒸発器の性能面の課題と、蒸発器コア内部で温度差が生じるために熱応力が発生し、耐久信頼性が低下するという課題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、蒸発器コア温度のバラツキを低減可能な積層型蒸発器を提供することを目的とする。

本発明は、隔壁を挟んで高温流体通路と低温流体通路とを交互に積層し、高温流体通路を流通する高温流体により低温流体通路の低温流体を蒸発させる積層型蒸発器において、隔壁を貫通若しくは隔壁を挟んで各流体通路を積層方向に貫通する柱状部材を配置するようにした。

したがって、本発明では、隔壁を挟んで高温流体通路と低温流体通路とを交互に積層し、高温流体通路を流通する高温流体により低温流体通路の低温流体を蒸発させる積層型蒸発器において、隔壁を貫通若しくは隔壁を挟んで各流体通路を積層方向に貫通する柱状部材を配置したため、積層方向に連なった柱状部材を経由して積層方向に熱伝導が行われることとなり、一部の低温流体通路にベーパロックが生じて残りの低温流体通路へベーパロックによる流体の偏流入すること、および、それにともなう低温流体通路相互の温度バラツキを低減することができ、良質な蒸気を得ることができる。さらに、積層方向の温度勾配の解消による熱応力発生を防止することができ、蒸発器の耐久信頼性の向上をはかることができる。

以下、本発明の積層型蒸発器を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図１０は、本発明を適用した積層型蒸発器の第１実施形態を示し、図１および図２は第１実施形態の積層型蒸発器の第１実施例の断面図および分解斜視図、図３および図４は同じく積層型蒸発器の第２実施例の断面図および分解斜視図、図５および図６は同じく積層型蒸発器の第３実施例の断面図および分解斜視図、図７および図８は同じく積層型蒸発器の第４実施例の断面図および分解斜視図、図９および図１０は第４実施例の積層型蒸発器の製造過程を示す説明図である。

図１および図２において、本実施形態の積層型蒸発器Ｅは、高温流体通路１を構成するプレート１０と低温流体通路２を構成するプレート２０とを交互に所定枚数を積層して構成する。各プレート１０、２０は、均一な板厚のステンレス等の金属板で形成され、周縁部１１、２１（流体通路の側壁を構成する）を除いて片面よりエッチング等により形成した凹み１２、２２により高温流体通路１若しくは低温流体通路２を形成している。

前記高温流体通路１若しくは低温流体通路２を形成する凹み１２、２２は、凹み１２、２２内に均等な分布状態で設定した各所定位置に凹み１２、２２の底部１３、２３（流体通路間の隔壁を構成する）から起立させてその先端面がプレート１０、２０の周縁部分１１、２１と同一面となる柱状部分１４、２４を備える。前記柱状部分１４、２４は、高温流体通路１を備えるプレート１０と低温流体通路２を備えるプレート２０とで同一位置に形成する。したがって、これら柱状部分１４、２４は周縁部１１、２１とともに、凹み１２、２２形成時にエッチングから除外することで形成する。前記高温流体通路１若しくは低温流体通路２は、前記柱状部分１４、２４を取囲んで、各流体を流通させるよう機能する。

また、各プレート１０、２０には、図２に示すように、プレート１０、２０の周縁部分１１、２１をエッチング等により凹ませてこれらの通路１、２を外部へ連通させる流体入口１５、２５および流体出口１６、２６を形成している。図示例では、プレート１０、２０の周縁部分１１、２１を流体出入口１５、１６、２５、２６で外側へ延長して形成しているが、図示しないが、外側へ延長しないで、周縁部分１１、２１を凹ませて形成したものであってもよい。これら出入口１５、１６、２５、２６は、高温流体通路１を構成するプレート１０同士、低温流体通路２を構成するプレート２０同士において、夫々同一位置に配置することが、図示しない流体供給マニホールドおよび流体排出マニホールドに連通させるために望ましい。

前記流体通路１、２および流体出入口１５、１６、２５、２６はプレート１０、２０の片面に開口しており、周縁部分１１、２１および柱状部分１４、２４の先端面と積層したプレート１０、２０の背面とを接合させることにより、夫々積層したプレート１０、２０の背面によりカバーされて出入口１５、１６、２５、２６および通路１、２として機能する。即ち、高温流体通路１を構成するプレート１０と低温流体通路２を構成するプレート２０とを交互に必要数だけ積層し、最上端にエンドプレート３０を積層し、各積層したプレート１０、２０、３０同士を上記した要領で接合させることにより、積層型蒸発器Ｅが構成できる。

積層したプレート１０、２０、３０同士では、低温流体通路２と高温流体通路１とが各プレート１０、２０の凹部１２、２２の底部分１３、２３を挟んで交互に配置され、プレート１０、２０同士は周縁部分１１、２１および柱状部分１４、２４で積層方向に連結し、直接的に熱伝導可能に構成される。

前記接合に当たって、接合したいプレート１０、２０、３０同士を、処理温度で加熱・加圧し、原子の拡散を利用して接合する拡散接合を利用する。拡散接合は、プレート１０、２０、３０の接合加工を比較的簡素化することができるとともに、各プレート１０、２０、３０の耐熱性および耐腐食性を容易かつ安定して保つことができ、母材間に母材以外の部材を介在させることがないため、接合によって装置全体の厚さが増すこともない等で望ましい。こうした拡散接合では、各プレート１０、２０、３０の接合部の接触面は、接合しようとする双方の金属が相互に拡散し合い、両者が一体化する。

この場合、前記処理温度は、各プレート１０、２０、３０の融点よりも低い温度であり、しかも、蒸発器Ｅの使用環境温度の最高値である高温流体の最高温度より高い温度に設定することで、拡散接合時の加熱処理下では、各プレート１０、２０、３０同士の接合部の溶融を引き起こさないので、溶融を見越した部材厚みの設定が不要となり、その分、薄型化に寄与でき、しかも、使用時の耐熱性および耐腐食性を容易かつ安定して保つことができる。

以上の構成になる第１実施例の積層型蒸発器Ｅにおいては、低温流体通路２と高温流体通路１とが各プレート１０、２０の底部分１３、２３を挟んで交互に配置され、これらを貫通した積層方向に柱状部分１４、２４が互いに熱伝達可能に連通する構成となっているため、柱状部分１４、２４での熱伝導により蒸発器Ｅ内の積層方向の温度差を減少させ、積層方向の温度分布のバラツキを緩和する。このため、低温流体通路２でのベーパロックによる流体の偏流入の発生を防止できる。

また、ベーパロックが発生した場合にも、ベーパロックが発生した低温流体通路２が高温になるにつれて、柱状部分１４、２４同士を介して、その熱をベーパロックが発生していない低温流体通路２に移動できるので、最終的にベーパロックを解除できる。結果として、良質な蒸気を得ることができ、温度勾配を解消して熱応力発生を防止でき、蒸発器Ｅの耐久信頼性の向上をはかることができる。

図３および図４に示す第２実施例の積層型蒸発器Ｅにおいては、概略第１実施例と同様の構成を備えるものであるが、各プレート１０、２０の流体通路１、２に設けた柱状部分１４、２４に、柱状部分１４、２４を積層方向に貫通する貫通穴１７、２７が設けられている。前記貫通穴１７、２７は各プレート１０、２０に流体通路１、２を形成する時点若しくは流体通路１、２を形成する前に形成してもよく、また、各プレート１０、２０を積層して拡散接合させた後に、積層されたプレート１０、２０の柱状部分１４、２４を夫々貫通させて形成してもよい。

積層することで積層方向に連通する柱状部分１４、２４の貫通穴１７、２７には、熱伝導性の優れた材質、例えば、銅若しくは銅合金からなる構造体３を挿入して貫通穴１７、２７内面とろう付けすることにより一体化させている。使用するろう材としては、熱伝導性のよいろう材が望ましく、蒸発器Ｅの使用環境温度の最高値である高温流体の最高温度より高い温度の融点を備えるものを選択して使用する。

以上の構成になる第２実施例の積層型蒸発器Ｅにおいては、低温流体通路２と高温流体通路１とが各プレート１０、２０の底部分１３、２３を挟んで交互に配置され、これらを貫通して積層方向に柱状部分１４、２４が互いに熱伝達可能に連通し、さらに、その中心部分は熱伝導性の良好な材質で形成した構造体３を一体に備える構成となっているため、柱状部分１４、２４での熱伝導に加えて構造体３による熱伝導により蒸発器Ｅ内の積層方向の温度差をより一層減少させ、積層方向の温度分布のバラツキをなくして均質化できる。このため、低温流体通路２でのベーパロックによる流体の偏流入の発生をより一層防止できる。

図５および図６に示す第３実施例の積層型蒸発器Ｅにおいては、概略第１実施例と同様の構成を備えるものであるが、プレート１０、２０の流体通路１、２の底部１３、２３から起立して流体通路１、２中に存在する柱状部分１４Ａ、２４Ａをプレート１０、２０の基材とは別材料の熱伝導性の良い材料、例えば、銅や銅合金により形成している。熱伝導性の良い柱状部材１４Ａ、２４Ａは、流体通路１、２の形成後のプレート１０、２０の流体通路１、２の底部１３、２３に拡散接合させることによりプレート１０、２０に固定する。

この柱状部材１４Ａ、２４Ａにおいても、その先端面はプレート１０、２０の周縁部分１１、２１と同一面となるよう形成している。そして、高温流体通路１を構成するプレート１０と低温流体通路２を構成するプレート２０とを交互に必要数だけ積層し、最上端にエンドプレート３０を積層し、各積層したプレート１０、２０、３０の周縁部１１、２１同士および柱状部材１４Ａ、２４Ａの先端面と隣接するプレート１０、２０の背面とを拡散接合させることにより、積層型蒸発器Ｅが構成できる。

積層したプレート１０、２０、３０同士では、低温流体通路２と高温流体通路１とが各プレート１０、２０の流体通路１、２の底部分１３、２３を挟んで交互に配置され、プレート１０、２０、３０同士は周縁部分１１、２１および柱状部材１４Ａ、２４Ａで積層方向に連通するよう構成される。

この場合の拡散接合の処理温度は、プレート１０、２０、３０および柱状部材１４Ａ、２４Ａの融点よりも低い温度であり、しかも、蒸発器Ｅの使用環境温度の最高値である高温流体の最高温度より高い温度に設定することで、拡散接合時の加熱処理下では、各プレート１０、２０、３０同士の接合部の溶融を引き起こさないので、溶融を見越した部材厚みの設定が不要となり、その分、薄型化に寄与でき、しかも、使用時の耐熱性および耐腐食性を容易かつ安定して保つことができる。

以上の構成になる第３実施例の積層型蒸発器Ｅにおいては、低温流体通路２と高温流体通路１とが各プレート１０、２０の流体通路１、２の底部１３、２３を挟んで交互に配置され、これらを貫通して積層方向に熱伝導性のよい柱状部材１４Ａ、２４Ａ同士が各プレート１０、２０の底部１３、２３を挟んで互いに熱伝達可能に連通する構成となっているため、柱状部材１４Ａ、２４Ａ同士の熱伝導により蒸発器Ｅ内の積層方向の温度差をより一層減少させ、積層方向の温度分布のバラツキをなくして均質化できる。このため、低温流体通路２でのベーパロックによる流体の偏流入の発生をより一層防止できる。

図７および図８に示す第４実施例の積層型蒸発器Ｅにおいては、概略第１実施例と同様の構成を備えるものであるが、プレート１０、２０の流体通路１、２中に起立した柱状部分１４Ｂ、２４Ｂをプレート１０、２０の基材とは別材料の熱伝導性の良い材料、例えば、銅や銅合金により形成し、柱状部分１４Ｂ、２４Ｂの根元はプレート１０、２０の底部部分１３、２３に設けた穴１８、２８を貫通させて固定している。

前記柱状部材１４Ｂ、２４Ｂの根元とプレート１０、２０の底部１３、２３の穴１８、２８内面とは、溶接、ろう付け、拡散接合等により接合する。この場合には、プレート１０、２０に流体通路１、２と柱状部材１４Ｂ、２４Ｂを挿入する穴１８、２８とをエッチングで形成し、この穴１８、２８に柱状部材１４Ｂ、２４Ｂの根元を挿入して接合させて製作する。

また、プレート１０、２０の基材に設けた所定分布状態の穴１８、２８に熱伝導性の良い材料を圧入等により挿入した素材を、図１０に示すように、圧延ローラＬにより規定した板厚まで圧延することで、図９に示すように、熱伝導性の良い材料が穴１８、２８内に圧接されたプレート１０、２０とする。プレート１０、２０への流体通路１、２の形成は、前記熱伝導性の良い材料を柱状部材１４Ｂ、２４Ｂとして残してエッチング等により凹み１２、２２を形成することで製作することができる。

そして、高温流体通路１を構成するプレート１０と低温流体通路２を構成するプレート２０とを交互に必要数だけ積層し、最上端にエンドプレート３０を積層し、各積層したプレート１０、２０、３０の周縁部１１、２１同士および柱状部材１４Ｂ、２４Ｂ同士を拡散接合させることにより、積層型蒸発器Ｅが構成できる。積層したプレート１０、２０同士では、低温流体通路２と高温流体通路１とが各プレート１０、２０の流体通路１、２の底部分１３、２３を挟んで交互に配置され、プレート１０、２０同士は周縁部分１１、２１および柱状部材１４Ｂ、２４Ｂ同士で積層方向に連通するよう構成される。

以上の構成になる第４実施例の積層型蒸発器Ｅにおいては、低温流体通路２と高温流体通路１とが各プレート１０、２０の流体通路１、２の底部１３、２３を挟んで交互に配置され、これらを貫通して積層方向に熱伝導性のよい柱状部材１４Ｂ、２４Ｂ同士が直接接合されて互いに熱伝達可能に連通する構成となっているため、柱状部材１４Ｂ、２４Ｂ同士の熱伝導により蒸発器Ｅ内の積層方向の温度差を、第１〜第３実施例に比較して、さらに一層減少させ、積層方向の温度分布のバラツキをなくして均質化できる。このため、低温流体通路２でのベーパロックによる流体の偏流入の発生をさらに一層防止できる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）隔壁１３、２３を挟んで高温流体通路１と低温流体通路２とを交互に積層し、高温流体通路１を流通する高温流体により低温流体通路２の低温流体を蒸発させる積層型蒸発器Ｅにおいて、隔壁１３、２３を貫通若しくは隔壁１３、２３を挟んで各流体通路１、２を積層方向に貫通する柱状部材１４、２４を配置した。このため、積層方向に連なった柱状部材１４、２４を経由して積層方向に熱伝導が行われることとなり、一部の低温流体通路２にベーパロックが生じて残りの低温流体通路２へベーパロックによる流体の偏流入すること、および、それにともなう低温流体通路２相互の温度バラツキを低減することができ、良質な蒸気を得ることができる。さらに、積層方向の温度勾配の解消による熱応力発生を防止することができ、蒸発器Ｅの耐久信頼性の向上をはかることができる。

（イ）第１実施例においては、隔壁１３、２３としての流体通路１、２の底部１３、２３は、隣接する一方側の流体通路１、２の側壁（周縁部分）１１、２１と当該流体通路１、２を貫通して隣接する隔壁（底部）１３、２３に当接する柱状部材１４、２４とを一体に備え、柱状部材１４、２４の先端面と側壁１１、２１の先端面とが隣接する隔壁１３、２３の背面に接合される。このため、エッチングで凹み１２、２２形成する際に柱状部材１４、２４となる突起（高さがプレート毎の接合面と同一）を残すことによって、所望の位置に所望の形状の柱状部材１４、２４を設けることが可能となる。

（ウ）第２実施例においては、積層方向に貫通配列される柱状部材１４、２４は、それ自体により若しくは隔壁１３、２３に設けた穴１７、２７を含めて積層方向に貫通する共通の貫通穴を備え、共通の貫通穴内に隔壁１３、２３よりも熱伝導性の高い材質の構造体３を一体に備える。このため、プレート１０、２０を構成する基材よりも良好な熱伝導を実現でき、効率的に低温流体通路２相互の温度分布を均質化できる。

（エ）第３実施例においては、積層方向に貫通配列される柱状部材１４Ａ、２４Ａは、隔壁１３、２３よりも熱伝導性の高い材質により形成されているため、プレート１０、２０を構成する基材よりも良好な熱伝導を実現でき、効率的に低温流体通路２相互の温度分布を均質化できる。

（オ）第４実施例においては、積層方向に貫通配列される柱状部材１４Ｂ、２４Ｂは、隔壁１３、２３よりも熱伝導性の高い材質により形成され、その根元部が隔壁１３、２３に設けた貫通穴１８、２８に挿入され、積層時に隣接した柱状部材１４Ｂ、２４Ｂ同士の端面を接触させて接合される。このため、プレート１０、２０構成基材よりも良好な熱伝導を実現でき、より一層効率的に低温流体通路２相互の温度分布を均質化できる。

（カ）柱状部材１４Ｂ、２４Ｂの根元部と隔壁１３、２３の貫通穴１８、２８とは、圧接、溶接、ろう付け、若しくは拡散接合のいずれかの方法により接合されているため、積層時に隣接した柱状部材１４Ｂ、２４Ｂ同士の端面を接触させて接合することができる。

（第２実施形態）
図１１および図１２は、本発明を適用した積層型蒸発器の第２実施形態を示し、図１１は積層型蒸発器のシステム構成図、図１２はコントローラによる制御フローチャートである。本実施形態においては、蒸発器の低温流体温度を制御することによりより一層の均質化させるものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図１１において、本実施形態の積層型蒸発器Ｅは、第１実施形態の第１〜第４実施例のいずれかの積層型蒸発器Ｅにおいて、交互に積層された低温流体通路２および高温流体通路１を夫々備えたプレート１０、２０を、例えば、４層に積層したものを一つの制御単位として、例えば、４個の制御単位を備えるよう積層している。各制御単位の柱状部分若しくは柱状部材１４、２４（以下、柱状部材とする）内には、各低温流体通路２の低温流体の温度を測定する温度センサ４を内蔵させており、これらの温度センサ４よりの温度信号はコントローラ５に入力される。

高温流体および低温流体は、夫々マニホールド６、７を介して蒸発器Ｅ内に流入させ、蒸発器Ｅから図示しないマニホールドを介して流出するよう構成している。低温流体入口マニホールド７および高温流体入口マニホールド６は、前記制御単位に分割されており、制御単位毎にバルブ８Ａ〜８Ｄ、９Ａ〜９Ｄを備えた流体供給配管を接続している。各バルブ８Ａ〜８Ｄ、９Ａ〜９Ｄはコントローラ５により開閉および開度が制御される。コントローラ５は、各温度センサ４によって検知した蒸発器Ｅ出口近傍の温度分布に応じて、各マニホールド６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄの制御単位毎に流入させる各流体量を調整するように制御する。

図１２のフローチャートは蒸発器Ｅの温度を制御するルーチンを示しており、蒸発器Ｅの運転開始後にコントローラ５において一定周期毎に実行される。以下、これについて説明する。

ステップＳ１では、各柱状部材１４、２４に内蔵させた各温度センサ４よりの温度信号に基づき、各低温流体通路２相互の温度分布を検知する。

ステップＳ２では、各低温流体通路２の蒸気出口近傍位置相互の温度分布に偏りが生じているか否かを判定する。この判定は、例えば、各低温流体通路２の出口に設けた温度センサ４の各温度信号の最高温度と最低温度の差が予め設定した温度差以上となる場合に、偏りがあると判断する。例えば、蒸発器Ｅの出口温度を２００℃〜２５０℃に設定している場合には、前記予め設定する温度差としては１００℃に設定する。また、各低温流体通路２の出口に設けた温度センサ４の温度信号のいずれかが、低温流体の蒸発温度以下になる最低温度を示している場合に、偏りがあると判断することもできる。ステップＳ２での判断が、偏りなしの場合にはこの時点での処理を終了し、偏りありの場合にはステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、低い温度が検知された低温流体通路２へ通ずる分割マニホールド（７Ａ〜７Ｄのいずれか）への低温流体流量を予め設定した量だけ減らし、高い温度が検知された低温流体通路２へ通ずる分割マニホールド（７Ａ〜７Ｄのいずれか）への低温流体流量を予め設定した量だけ増やす処理を実行して、今回の処理を終了する。低い温度が検知された低温流体通路２は供給流体量が減少されるため、単位流量当たりに高温流体通路１からの供給熱量が増加する結果、温度上昇され、低温流体の蒸発が促進される。また、高い温度が検知された低温流体通路２は供給流体量が増加されるため、単位流量当たりに高温流体通路１からの供給熱量が減少する結果、温度低下され、低温流体の蒸発が抑制される。結果として、低温流体通路２相互の温度を均質化することができ、ベーパロックを事前に防止できる。

上記ステップＳ３の処理は、以下に記載する処理に代えることもできる。即ち、低い温度が検知された低温流体通路２に隣接する高温流体通路１へ通ずる分割マニホールド（６Ａ〜６Ｄのいずれか）への高温流体量を増やし、高い温度が検知された低温流体通路２に隣接する高温流体通路１へ通ずる分割マニホールド（６Ａ〜６Ｄのいずれか）への高温流体流量を減らすようにしてもよい。この場合には、低温流体通路２を通流する低温流体量に応じて高温流体通路１を流通する流体量を調整することを意味する。

また、ステップＳ２での偏りの程度に応じて、ステップＳ３で、前者の処理のみ、後者の処理のみ、および、両者の処理を併用する等、処理の切換を行うようにしてもよい。

以上説明した積層型蒸発器Ｅにおいては、積層方向に連通した柱状部材１４、２４に温度を検知するセンサ４を設けているので、良好な蒸気を得ることができる状態にあるかどうかの一つの判断基準である低温流体通路２相互の温度分布を検出することができる。

また、低温流体および高温流体のうち少なくとも一方の入口部のマニホールド（６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ）が流体通路１、２の積層方向に分割され、その分割マニホールド（６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ）の各々に流量調節のための可変弁（８Ａ〜８Ｄ、９Ａ〜９Ｄ）を設けて開閉制御を行うことにより、低温流体通路２相互の温度分布に応じた各低温流体通路２若しくは各高温流体通路１への流体流入量の調節が可能である。

さらに、温度センサ４により各低温流体通路２の温度を検知し、各低温流体通路２の温度に応じて低温流体通路２および高温流体通路１のうち少なくとも一方に流入させる流体を複数分割されたマニホールド（６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ）に設けた可変弁（８Ａ〜８Ｄ、９Ａ〜９Ｄ）により変化させることで、速やかに低温流体通路２の温度を均質化することができる。

これにより、ベーパロックの発生そのものを防止できるとともに、ベーパロックが発生した場合にもベーパロックが発生した低温流体通路２の温度が高温になりすぎることはなく、熱応力の発生を防止することができる。

なお、上記実施形態では、分割マニホールド数として、４分割するものについて説明したが、図示しないが、少なくとも２分割以上あれば温度均一化の効果が得られる。

また、柱状部材１４、２４には温度センサ４のみを内蔵させるものについて説明しているが、図示しないが、柱状部材１４、２４に棒状のヒータを内蔵させ、低温流体通路２相互に温度の偏りが生じた場合にヒータを加熱することにより、ベーパロックを解消するようにしてもよい。このとき、分割マニホールドの数が積層方向に上下２分割する場合には、分割マニホールドの数に合わせて棒状のヒータも上下２分割することによりより細かい制御が可能になる。

また、上記実施形態において、各流体通路１、２の流量を入口側の分割マニホールド（６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ）の流量制御弁（８Ａ〜８Ｄ、９Ａ〜９Ｄ）により調整するものについて説明したが、図示しないが、各流体通路１、２の出口側に分割マニホールドおよび圧力制御弁を配置して、流体出口圧力を調整することにより各流体通路１、２の流量を調整するものであってもよい。この場合における出口圧力の調整は、予め設定した所定の圧力以上になったときに開放するリリーフ弁等であってもよく、この場合には、温度センサによる制御を不要とできる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（カ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（キ）柱状部材１４、２４は、各低温流体通路２に臨む部分に各低温流体の温度を検出する温度センサ４を夫々備えるため、蒸発器Ｅが良好な蒸気を得ることができる状態にあるかどうかの一つの判断基準である低温流体通路２相互の温度分布を検出することができる。

（ク）積層型蒸発器Ｅは、低温流体若しくは高温流体の入口若しくは出口にマニホールド６、７を備え、前記マニホールド６、７は積層方向に複数に分割され、分割されたマニホールド（６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ）には可変弁（８Ａ〜８Ｄ、９Ａ〜９Ｄ）を介して流体が供給若しくは排出されるものである。このため、低温流体通路２相互の温度分布に応じた各低温流体通路２若しくは各高温流体通路１への流体流量の調節が可能である。また、可変弁を設定圧力により開放するリリーフ弁で形成する場合には、低温流体の圧力を設定圧力で開放することによりペーパロックの発生を解消させることができ、温度センサによる制御を不要とできる。

（ケ）積層型蒸発器Ｅは、低温流体と高温流体の少なくとも一方の入口に積層方向に複数に分割されたマニホールド（６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ）を備え、前記温度センサ４により検出した温度に基づいて開閉状態を制御される可変弁（８Ａ〜８Ｄ、９Ａ〜９Ｄ）を介して前記分割されたマニホールド（６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ）に流体を供給するようにした。このため、低温流体通路２相互の温度分布に応じた各低温流体通路２若しくは各高温流体通路１への流体流入量の調節が可能であり、速やかに低温流体通路２の温度を均質化することができる。

（コ）可変弁（９Ａ〜９Ｄ）は、低い温度が検知された低温流体通路２へ通ずる分割マニホールド（７Ａ〜７Ｄのいずれか）への低温流体流量を減らし、高い温度が検知された低温流体通路２へ通ずる分割マニホールド（７Ａ〜７Ｄのいずれか）への低温流体流量を増やすよう操作される。このため、低温流体通路２の温度を均質化でき、ベーパロックの発生そのものを防止できるとともに、ベーパロックが発生した場合にもベーパロックが発生した低温流体通路２の温度が高温になりすぎることはなく、熱応力の発生を防止することができる。

（サ）可変弁（８Ａ〜８Ｄ）は、低い温度が検知された低温流体通路２に隣接する高温流体通路１へ通ずる分割マニホールド（６Ａ〜６Ｄのいずれか）への高温流体量を増やし、高い温度が検知された低温流体通路２に隣接する高温流体通路１へ通ずる分割マニホールド（６Ａ〜６Ｄのいずれか）への高温流体流量を減らすよう操作される。このため、低温流体通路２の温度を均質化でき、ベーパロックの発生そのものを防止できるとともに、ベーパロックが発生した場合にもベーパロックが発生した低温流体通路２の温度が高温になりすぎることはなく、熱応力の発生を防止することができる。

なお、上記実施形態において、各流体通路１、２はプレート１０、２０をエッチングして凹部１２、２２を形成することで、隔壁１３、２３と側壁１１、２１とが一体となったものについて説明したが、図示はしないが、隔壁と側壁とが別体となったものであってもよい。

本発明の第１実施形態の第１実施例を示す積層型蒸発器の概略断面図。 同じく第１実施例の分解斜視図。 同じく第２実施例を示す積層型蒸発器の概略断面図。 同じく第２実施例の分解斜視図。 同じく第３実施例を示す積層型蒸発器の概略断面図。 同じく第３実施例の分解斜視図。 同じく第４実施例を示す積層型蒸発器の概略断面図。 同じく第４実施例の分解斜視図。 同じく第４実施例の積層型蒸発器の製造に使用するプレートの斜視図 同じく第４実施例の積層型蒸発器の製造過程を示す説明図。 本発明の第２実施形態の積層型蒸発器を示すシステム構成図。 同じくコントローラによる制御フローチャート。

符号の説明

Ｅ 蒸発器、積層型蒸発器
１ 高温流体通路
２ 低温流体通路
３ 構造体
４ 温度センサ
５ コントローラ
６、７ マニホールド
８、９ 可変弁
１０、２０、３０ プレート
１１、２１ 周縁部分、側壁
１２、２２ 凹部
１３、２３ 底部、隔壁
１４、１４Ａ〜Ｂ、２４、２４Ａ〜Ｂ 柱状部分、柱状部材
１５、２５ 流体入口
１６、２６ 流体出口

Claims (12)

1. 隔壁を挟んで高温流体通路と低温流体通路とを交互に積層し、高温流体通路を流通する高温流体により低温流体通路の低温流体を蒸発させる積層型蒸発器において、
   隔壁を貫通若しくは隔壁を挟んで各流体通路を積層方向に貫通する柱状部材を配置したことを特徴とする積層型蒸発器。
2. 前記柱状部材は、隔壁を構成する基材若しくは熱伝導性に高い材質により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型蒸発器。
3. 前記隔壁は、隣接する一方側の流体通路の側壁と当該流体通路を貫通して隣接する隔壁に当接する柱状部材とを一体に備え、柱状部材の先端面と側壁の先端面とが隣接する隔壁の背面に接合されることを特徴とする請求項１に記載の積層型蒸発器。
4. 前記積層方向に貫通する柱状部材は、それ自体により若しくは隔壁に設けた穴を含めて積層方向に貫通する共通の貫通穴を備え、共通の貫通穴内に隔壁よりも熱伝導性の高い材質の構造体を一体に備えることを特徴とする請求項１に記載の積層型蒸発器。
5. 前記柱状部材は、隔壁よりも熱伝導性の高い材質により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型蒸発器。
6. 前記柱状部材は、隔壁よりも熱伝導性の高い材質により形成され、その根元部が隔壁に設けた貫通穴に挿入され、積層時に隣接した柱状部材同士の端面を接触させて接合されることを特徴とする請求項１に記載の積層型蒸発器。
7. 前記柱状部材の根元部と隔壁の貫通穴とは、圧接、溶接、ろう付け、若しくは拡散接合のいずれかの方法により接合されていることを特徴とする請求項６に記載の積層型蒸発器。
8. 前記柱状部材は、各低温流体通路に臨む部分に各低温流体の温度を検出する温度センサを夫々備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の積層型蒸発器。
9. 前記積層型蒸発器は、低温流体若しくは高温流体の入口若しくは出口にマニホールドを備え、前記マニホールドは積層方向に複数に分割され、分割されたマニホールドには可変弁を介して流体が供給若しくは排出されるものであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の積層型蒸発器。
10. 前記積層型蒸発器は、低温流体と高温流体の少なくとも一方の入口に積層方向に複数に分割されたマニホールドを備え、前記温度センサにより検出した温度に基づいて開閉状態を制御される可変弁を介して前記分割されたマニホールドに流体を供給するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の積層型蒸発器。
11. 前記可変弁は、低い温度が検知された低温流体通路へ通ずる分割マニホールドへの低温流体流量を減らし、高い温度が検知された低温流体通路へ通ずる分割マニホールドへの低温流体流量を増やすよう操作されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の積層型蒸発器。
12. 前記可変弁は、低い温度が検知された低温流体通路に隣接する高温流体通路へ通ずる分割マニホールドへの高温流体量を増やし、高い温度が検知された低温流体通路に隣接する高温流体通路へ通ずる分割マニホールドへの高温流体流量を減らすよう操作されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の積層型蒸発器。

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