JP2019511697A - 多相プレート式熱交換器による空調 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つの空気媒体のための多相プレート式熱交換器に関し、このとき面（１３ａ）が、液体（３，４）の熱伝達のために湿潤され、かつ一次媒体（１）が、高温多湿の新鮮空気（１５）であり、かつ二次媒体（２）が、一次媒体（１）に対して向かい合う流れで流れる、居住室の低温で乾燥した排気（１６）であり、このとき一次媒体（１）のためのプレート間隙（１ａ）の表面は、吸湿性の溶剤（１７ａ）によって湿潤され、かつ二次媒体（２）のためのプレート間隙（２ａ）の表面は、水（１８）によって湿潤され、かつこの吸湿性の溶剤（１７ｂ）の再生が、熱交換器（１４）において行われ、このとき一次媒体（１）のためのプレート間隙（１ａ）の表面は、予加熱された希釈された吸湿性の溶剤（１７ｂ）によって湿潤され、かつ二次媒体（２）は、一次通過後に熱交換器（１４）によって加熱され、かつ蒸気によってほぼ飽和されており、これによって二次媒体（２）のためのプレート間隙（２ａ）の表面において、二次媒体（２）の冷却時に、気化熱が凝縮水形成によって戻される。

Description

導入
室空調は、世界的な電気提供の大きな部分を消費し、ひいては、地球のＣＯ_２収支にも寄与する。エネルギ節約は、特に熱交換器を介して熱回収によって行うことができる。しかしながら熱は、該当する物質の熱容量においてのみならず、比較的多くさらに、関与した水蒸気のエンタルピにおいても蓄えられる、または搬送される。熱回収は、冷却と加熱とが、凝縮と蒸発とが同時にかつ同じ場所で行われる場合にしか、効果的に行うことができない。このことは、熱交換原理の新しいコンセプトを必要とし、ここではそれについて記載する。

従来技術
空調は、夏においては好ましくは電気作動式の冷却機によって、かつ冬においては燃焼可能な物質の燃焼によって行われる。快適な空調環境を得るためには、通常、水蒸気を空気から凝縮によって排除すること、または水蒸気を空気に蒸発によって追加することが必要である。そのために必要なエネルギコストは、極端な場合、等しい温度範囲にわたって、蒸気を含まない空気を単に冷却または加熱するのに必要であるエネルギコストの数倍になる。凝縮水は、蒸発冷却のために使用される代わりに廃棄される。

いわゆる調整されたベンチレーションは、空気／空気熱交換器の使用下で、エネルギ節約時に助けとなると言われている。これによって確かに、冬においては外気温をほぼ内室温度にもたらすことができるが、しかしながらこの加熱された新鮮空気は、極端に乾燥しており、かつ補足的にエネルギ供給下で加湿されねばならない。夏においては、問題はさらに悪化する：すなわち高温多湿の外気と低温乾燥の内気との間におけるエンタルピ差が、乾燥した内気と外気温における乾燥した空気との間におけるエンタルピ差よりも大幅に大きいことに基づいて、このような熱交換によって、常に、必要な冷却出力を低減するための極めて小さな値しか得ることができない。

したがって特許明細書Ａ１９２／２０１５に記載された空気／空気熱交換器では、冷却時に形成された新鮮空気からの凝縮水が、排気に供給され、これによって凝縮水を、排気内へと蒸発させ、かつこのとき遊離する凝縮熱を、気化熱として補償することができる。

太陽の入射またはコンピュータ熱のような他の熱入力を除去するために必要になることであるが、空調すべき室内に存在する温度よりも低い温度に、空気を実際に冷却することは、しかしながら行うことができない。したがってこのコンセプトは、いまなお、アクティブな第２冷却系を使用することが必要であり、このような第２冷却系は、通常、全冷却負荷の半分よりも多くの冷却負荷を負担しなくてはならない。

追加的な問題は、熱交換器面の持続的な湿潤がバクテリアまたはその他の微生物汚染を発生させるおそれがあり、このようなことは、ひいては閉塞を惹起すること、またはそれどころか疾患の伝染をも惹起することがあるという事実により生じる。

発明の課題
原則的には、適宜な熱交換器によって夏においては、全冷却出力が蒸発冷却によって得られることが望ましい。乾燥した内気と、外気温における蒸気によって飽和された空気との間におけるエンタルピ差は、高温多湿の外気と低温乾燥の内気との間におけるエンタルピ差よりも常に大きくなくてはならないからである。しかしながら実地においてこの比較は、エンタルピの理由に基づいては完全には該当していない。

いずれにせよ、多くの気候状況において、熱交換器に排気側において水が十分に供給される場合にだけ、純粋な蒸発冷却が可能である。空気湿度が極めて高い場合には、空気湿度は吸湿性の溶剤によって低減させることができる。

逆に、寒い季節における低温多湿の空気を加熱するためには、この空気を、同じ溶剤の吸湿性の乾燥によって加熱することが可能である。

つまり本発明の課題としては、
− 外側の周囲の種々異なる気候状況のための、吸湿性の空気乾燥による、蒸発冷却もしくは加熱による、室の空調、
− 熱交換器における衛生的な条件、
− 吸湿性の溶剤または水蒸発による、空調すべき室内における空気湿度の調整、
− 水を吸収した後における吸湿性の溶剤の再生であって、このとき可能であれば、同じ機器による、全プロセスを邪魔してはいけない結晶化プロセスを生ぜしめることができる、再生、
− 機器全体のための可能な限りコンパクトな構造形式、
ということが挙げられる。

課せられた課題および下位課題の解決策、ならびにこれによって予想可能な結果
室の空調を、純粋な蒸発冷却によって、もしくは吸湿による空気乾燥により加熱することによって実現するという課題は、本発明によれば、新規形式の多相プレート式熱交換器によって解決される。

多相加熱型プレート式熱交換器は、異なった温度および異なった蒸気含有量を備えた２つの気体の媒体のためのプレート式熱交換器であり、両媒体は、向かい合う流れまたは並行する流れで、各１つの調節可能な送風機によって移動させられ、このとき該当する媒体の間における活性の熱伝達面は、一方または両方の表面において、１つまたは２つの異なったゆっくりと流れる液体によって湿潤され、これらの液体は、それぞれの媒体と直接的に相互作用しており、これによって蒸発または凝縮、およびこのときに発生する、液体における濃度変化によって、結晶化または結晶の溶解をも行うことができ、このときこれらの液体は、外部から、熱交換器プレートの間におけるその固有の入口位置へとポンプにより圧送され、かつそこから、毛管作用、空気流、渦流、重力、もしくは特別なプレート構成による強制力の力にしたがって、程度の差こそあれ厚い液体膜として、プレート式熱交換器を通して移動させられ、これによって対を成す媒体と液体とは、しばしば同じ方向に流れない。

このような多相熱交換器を効果的に作動させるために、上に述べた液体を熱交換器の間隙内に液滴状にもたらすという追加的な課題が発生し、このときしかしながら、もたらされた量は間隙毎にあまり強く変化するべきではない。この課題を解決するためには、３つの方法がある：すなわち、
− 貯蔵タンクから、熱交換器プレートの間における入口位置への液体供給を、ポンプの下流における供給管路が、熱交換器の対応する特定箇所において開口している、毛管管または毛管チューブの束へと扇形に広がるように行わせる、方法、
− 貯蔵タンクから、熱交換器プレートの間における入口位置への液体供給を、ポンプの下流における供給管が、熱交換器プレートの間における１つの共通の接続通路に通じるように行わせる方法であって、接続通路は、これらのプレートを貫く、一致するように対応する切欠きで形成されており、このとき液体を導入すべきそれぞれのプレート間隙には、接続通路から間隙内への液滴状の液体通過のための絞りが設けられている、方法、
− 液体をプレート間隙入口の上流側においてノズルから噴霧する方法であって、このとき、この際に発生する液滴は、湿潤すべき面への液滴の衝突前における空気との相互作用を僅かに保つために、あまり小さいことは望ましくない、方法。この配置形態は、特に大型の設備において勧められる。

経験的に分かっていることであるが、毛管を通しての液体供給は、確かに手間もしくはコスト上の理由から、すべてのプレートを通る１つの共通の接続通路の択一的な構成よりも、明らかに複雑かつ高価である。しかしその代わり、すべてのプレートにわたる液体の均一な分配は、はるかに正確であり、これによって設備の効率は大幅に改善される。

同様に経験から分かっていることであるが、供給すべき液体の正確な調量は、毛管またはノズルによるだけでは極めて不正確である。極めて小さな汚染が流れ抵抗を、ひいては貫流量をも同じポンプ圧送強さにおいても変化させるおそれがあるからである。したがって、ポンプを短い衝撃で作動させることがより好ましく、このとき衝撃時間、および衝撃の間における時間的な間隔は、熱交換器における熱伝達、および蒸発出力ならびに凝縮出力を検出する適宜なセンサの測定データに相応して変化させることができる。

上に述べた液体が正確な量でプレート表面へと案内されるや否や、次の課題、つまりこれらのプレート表面を均一に湿潤するという課題が発生する。

この課題は、活性の熱伝達面が、液体膜の均一な分布もしくは結晶の局部的な固着、または結晶のさらなる搬送を、溝、微細多孔性の表面、研磨トレース、引っ掻き傷、および／または繊維被覆体によって、ならびに吸水性の材料による被覆体によって、またはしかしながらまた、このような複数の処置の組合せによって促進することによって解決される。経験的には、超吸水性のＴｉＯ_２ナノ結晶による熱伝達面の被覆も極めて好適であることが分かっている。

空調すべき室における空気湿度の調整の課題を、吸湿性の溶剤または希釈水によって解決するために、一方では、イソエンタルピ式の移行の可能性が提供されており、かつ他方では、追加的な加熱または冷却が必要なこともある。イソエンタルピ式の移行は、本発明に係る多相熱交換器において、等しい空気流を上に述べた熱交換器の一次側と二次側とに導入することによって達成することができ、これによってこの両空気流は、並行する流れで同じ方向に流れ、このとき両空気流における熱交換器面の湿潤のために、同じ液体が使用される。この液体が水である場合には、イソエンタルピ式の移行時に空気流が冷却され、かつ同時に空気流は水蒸気によって飽和される。これとは異なり、この液体が吸湿性の溶剤である場合には、イソエンタルピ式の移行時に空気流は加熱される。つまりこれによって、第１の場合には冷却効果を得ることができ、かつ第２の場合には加熱効果を得ることができる。

これとは異なり空気流を吸湿性の溶剤による除湿中に冷却することが望ましい場合には、他の媒体による熱交換器の追加的な冷却が、大きな助けになることがある。そのためにも本発明に係る多相熱交換器を使用することができ、このとき一次側には、除湿すべき空気が、熱交換器面を湿潤する吸湿性の溶剤と一緒に向かい合う流れで導入され、かつ二次側においては、冷却すべき媒体を、必要に応じて並行する流れまたは向かい合う流れで流すことができ、この媒体は気体であってもまたは液体であってもよい。

空気流をその加湿時に加熱したいという逆の場合が、例えば、吸湿性の溶剤が水を吸収した後で、この吸湿性の溶剤を再生するという課題の場合に発生する。ここでは、二次媒体が熱を供給できる場合には、同様に多相熱交換器において行うことができる加熱が必要である。

両課題を一緒に同時に解決できるようにするためには、上に記載した多相プレート式熱交換器において、媒体または液体のための流入部または熱交換器自体の個々の部分が、これらの領域を加熱または冷却することができる個別の温度調整媒体または電気式ヒータと熱伝導接触していてもよい。

外部の温度調節可能性の装置およびその所要スペースは、機器全体のための可能な限りコンパクトな構造形式を見つけるという上に述べた課題の重要性を強調する。この課題は、１つの多相熱交換器を、加熱目的または冷却目的のために２以上のプレート式熱交換器と組み合わせることによって解決され、このときこの組合せは、単一のプレーセットから成っており、かつ個々の部分熱交換器はそれぞれ、このセットのプレートにおける合同の領域を形成している。

熱交換器における衛生的な条件を保証するという課題、および空調すべき室における空気湿度を吸湿性の溶剤によって制限するという課題は、多相プレート式熱交換器における活性表面を湿潤する液体が、水またはその他の溶剤、および吸湿性の塩、冷媒、殺菌剤、または湿潤剤を含むことができるように、共通に解決される。既に上において述べた、ＴｉＯ_２ナノ結晶による熱伝達面の被覆は、この関連において、追加的なポジティブな効果を有している。ＴｉＯ_２の公知の光触媒効果によって、熱交換器面の照明時に、通常表面に固着している有機物質または微生物は、化学的に分解され、かつその残留物は、液体によって洗い流される。そのために、多相熱交換器は、透明のプラスチックから形成する必要があるか、または熱交換器プレート間隙内を照らす照明を用いる必要がある。

まとめると、室を純粋な蒸発冷却によって空調するという課題、およびこのとき空調すべき室における空気湿度を吸湿性の溶剤によって制限するという課題は、１つの多相プレート式熱交換器において一次媒体が、居住室の高温多湿の外気であり、かつ二次媒体が、居住室の、使用済みのしかしながら比較的乾燥した低温の空気であり、この空気が、一次媒体に対して向かい合う流れで流れ、かつ一次媒体のためのプレート間隙の内側表面が、吸湿性の溶剤によって湿潤され、このときこの液体と空気とは、互いに逆向きの方向で流れ、これに対して二次媒体のためのプレート間隙の内側表面が、任意の方向で流れることができる水によって湿潤されるように解決される。これによって、ほぼ室温度を有しているが、室湿度よりも著しく低い相対的な湿度を有する新鮮空気が得られる。室を冷却することが望ましい場合には、新鮮空気のこのようにして得られた乾燥に続けて、冷却効果を有する、新鮮空気のイソエンタルピ式の加湿が行われ、これによって室空気の露点を明らかに下回っている温度を得ることができる。

室を吸湿による空気乾燥によって加熱する課題は、１つの多相プレート式熱交換器において一次媒体が、居住室の低温の外気であり、かつ二次媒体が、居住室の、使用済みのしかしながら比較的多湿の高温の空気であり、この空気が、一次媒体に対して向かい合う流れで流れ、かつこの場合二次媒体のためのプレート間隙の内側表面が、吸湿性の溶剤によって湿潤され、このときこの液体と空気とは、互いに逆向きの方向で流れ、これに対して一次媒体のためのプレート間隙の内側表面が、任意の方向で流れることができる水によって湿潤されることで解決される。これによって、ほぼ室温度を有しているが、室湿度よりも著しく高い相対的な湿度を有する新鮮空気が得られる。この多湿の新鮮空気を、所望の室湿度に至るまでイソエンタルピ式に乾燥させると、存在する室温度を明らかに上回っている温度が得られる。注意すべきことは、０度を下回る外気温では、活性面の湿潤を目的とした、多相熱交換器における外気の水蒸気飽和のためには、適宜な凍結防止装置を設けることが必要であるということである。ここでは、低温範囲において純粋な水の代わりに、低い固有蒸気圧を備えた凍結防止剤を添加することができる。

蒸気冷却による室の空調、もしくは吸湿による空気乾燥により加熱を達成するという、課題の二次条件は、外側の周囲の様々な天候条件のためにこの課題を解決できるようにすることである。このことは本発明によれば、上に述べた多相熱交換器のうちの複数の多相熱交換器を１つの系に組み合わせることによって達成される。このとき例えば、乾燥した空気を有する１つの室における冷却のためには、排気をまずイソエンタルピ式の蒸発のために１つの多相熱交換器において加湿し、その後で、既に記載した冷却過程を実施することが好適であってもよい。同じことは、比較的乾燥した室の加熱に対しても言える。このような室においても、排気をまず１つの多相熱交換器においてイソエンタルピ式の蒸発のために加湿することが好適であってもよい。

逆に、多湿の熱帯気候では、新鮮空気を、既に記載した冷却プロセスへの導入前に、１つの多相熱交換器においてイソエンタルピ式の乾燥のために予備乾燥させることが好適であってもよい。

明らかなエネルギ供給なしに１つの室を加熱または冷却することができる可能性は、決して永久運動ではない。すなわち吸湿性の塩溶剤は、高効率のエネルギ担体である。例えば凝縮されたＬｉＣｌ溶剤は、その固有容積の１０〜１５倍の水分量を、多湿の空気から吸い上げることができる。つまり結果として、１リットルの凝縮されたＬｉＣｌ溶剤から分離することができる凝縮熱は、１リットルの加熱オイルの燃焼時に発生する熱量とほぼ同じ大きさである。したがって、濃縮された吸湿性の溶剤は、断熱材なしにポテンシャルエネルギを任意に長く貯蔵することができる蓄熱器としても機能することができる。

吸湿性の溶剤が水を吸収し、かつこれによって希釈されて無効になった後で、この吸湿性の溶剤を同様な機器によって再生するという課題は、多相プレート式熱交換器であって、一次媒体が、高温多湿の外気であり、一次媒体のためのプレート間隙の内側表面が、予加熱された希釈された、ほとんど吸湿性でない溶剤によって、一次媒体に対して向かい合う流れで湿潤され、かつ一次媒体に対して向かい合う流れで流れる二次媒体が、同じ空気であり、該空気が、一次通過後に熱交換器によって追加的に加熱され、かつ蒸気によってほぼ飽和されており、これによって二次媒体のためのプレート間隙の内側表面において、二次媒体の冷却時に凝縮水が形成され、該凝縮水は、二次媒体との並行する流れで冷却されて、熱交換器から進出する、多相プレート式熱交換器によって解決される。

吸湿性の溶剤を再生するための上に記載した乾燥プロセスにおいて、熱交換器から流れによって搬出される場合に、場合によっては系を閉塞させるおそれがある塩結晶が形成されることは、排除することができないので、追加的な課題としては、このような結晶が、その発生箇所に留まり、次いで結晶が次の冷却段階において、この冷却段階が同じ機器において行われることを前提として、再び凝縮水によって溶解されることが望ましいということがある。これは、多相プレート式熱交換器が、そのプレートが水平に位置しかつ溝または波形が流れ方向に対して横方向に存在するように設置されていることによって、達成することができ、このように構成されていると、結晶は、溝または波形において重力によって堆積する。

図１ａ〜図１ｄは、多相プレート式熱交換器の使用の４つの異なった可能性を示す図であり、図１ａは、多相プレート式熱交換器と吸湿による空気乾燥とを備えた単段の冷却機器を概略的に示す図、図１ｂは、同じ機器を用いた溶剤再生を示す図、図１ｃは、多相プレート式熱交換器を用いた、イソエンタルピ式の空気加湿と冷却とを示す図、図１ｄは、多相プレート式熱交換器を用いたイソエンタルピ式の空気乾燥と加熱とを示す図である。 図２ａおよび図２ｂは、一次媒体および二次媒体の案内とプレートを湿潤する液体層とを備えた、プレートを横方向に断面して示す断面図であり、図２ａは、鉛直のプレートを備えた熱交換器と毛管による液体供給管路とを示す図、図２ｂは、水平なプレートを貫いて横方向に延びる分配通路による液体供給を示す図である。 １つの多相プレート式熱交換器と２つのイソエンタルピ式の空気加湿器とを備えた冷却機器の３段階の配置形態を示す概略図である。 １つの多相プレート式熱交換器と１つのイソエンタルピ式の空気加湿器と１つのイソエンタルピ式の空気乾燥器とを備えた加熱機器の３段階の配置形態を示す概略図である。 図１ｂの溶剤再生のための蒸気供給が、多相プレート式熱交換器として形成された空気加湿器によって達成されることを示す概略図である。

図面の記載
図１ａには、冷却機能を備えた通気系のための本発明に係る多相プレート式熱交換器が、高温多湿の気候においてどのように使用されるかが示されている。実際には通常、プレートによって形成された多くの室から成っている多相プレート式熱交換器１４は、概念的に、互いに接触している２つの室１４ａ，１４ｂによって示されており、両室１４ａ，１４ｂは、活性面１３ａによって互いに隔てられており、このとき両室のうちの上側の室１４ａは、一次側の熱交換器プレート間隙を象徴し、かつ下側の室１４ｂは、二次側の熱交換器プレート間隙を象徴している。太く示された線は熱交換器を示し、細い実線は空気流を示し、破線は湿潤液を示している。一次側１４ａにおいて、高温多湿の新鮮空気１５が、熱交換器内において吸湿性の溶剤１７ａ，１７ｂと接触する。このとき水蒸気が溶剤１７ａにおいて凝縮し、かつこのとき発生する熱は、活性面１３ａを通して、熱交換器の二次側１４ｂに排出される。室空気温度に冷却されかつ除湿された新鮮空気１５は、冷却すべき室内に導入される。凝縮水によって希釈された吸湿性の溶剤１７ｂは、熱交換器１４から流出し、かつその後で、図１ｂにおいて記載される再生装置に供給される。二次側１４ｂにおいては、冷却すべき室からの低温の乾燥した排気１６が、水１８と接触させられ、このとき同時に、一次側１４ａから、新鮮空気１５の凝縮による熱および冷却による熱が、水１８の一部の蒸発のために使用される。この熱は、これによって一次側１４ａから引き出され、これによって全体として新鮮空気における冷却効果が発生する。このとき残りの水１８は、単に僅かしか加熱されず、かつ貯蔵タンクに戻る。

図１ｂには、多相プレート式熱交換器１４の別の使用例として、図１ａにおける冷却プロセスによって希釈された、ひいては使用不能な吸湿性の溶剤１７ｂの再生が示されている。これは、水の脱塩の、エネルギ的に特に好適な形態に相当し、この脱塩形態のためにも同様に、多数の使用例が存在している。このとき一次側１４ａにおいて、新鮮空気１５が、加熱された希釈された吸湿性の溶剤１７ｃと接触させられ、このとき加熱は図示されておらず、この加熱の温度は、その蒸気圧が、新鮮空気１５の蒸気圧を上回るように高くなくてはならない。次いで新鮮空気１５は、追加的な水蒸気をその飽和に至るまで吸収する。しかしながら同時にこの新鮮空気１５は、加熱された溶剤１７ｃに接しながら向かい合う流れで流れるので、新鮮空気１５は、それ自体加熱され、かつ追加的な水蒸気を吸収し、かつ最後に、ほぼ蒸気によって飽和された高温の空気１５ｃになる。このプロセスによって溶剤１７ｂは冷却し、これに対して同時に溶剤１７ｂの凝縮が高まり、これによって溶剤１７ｂは、凝縮された低温の溶剤１７ａとして、熱交換器１４から流出し、かつ新たに冷却過程のために使用することができる。二次側１４ｂは、凝縮熱のエネルギ回収のために働き、この凝縮熱が発生するのは、蒸気によって飽和された高温の空気１５ｃが、熱交換器の二次側１４ｂに導かれ、そこで一次側１４ａから高温の空気１５ｃの熱が引き出されるからであり、これによって空気１５ｃは冷却され、かつこのとき発生する余剰の蒸気１９と、一次側１４ａと二次側１４ｂとの間における活性面１３ａとは、凝縮し、ひいては凝縮熱は、一次側１４ａにおける溶剤水蒸発のために利用される。しかしながら通常、多湿の新鮮空気１５の蒸気含有量は、一次側１４ａからの流出後には、記載されたエネルギ戻しプロセスを持続的に維持するのに十分にならない。したがって空気１５には、少量の高温の蒸気２０が、一次側１４ａから二次側１４ｂに移動する箇所において供給されねばならない。

図１ｃには、多相プレート式熱交換器１４として形成された空気加湿器１４ｃを用いた、新鮮空気１５のイソエンタルピ式の加湿および冷却が示されている。流入する新鮮空気１５は、まず２つの流れに分割され、両流れは、互いに並行する流れで、多相プレート式熱交換器１４として形成された空気加湿器１４ｃの一次側１４ａと二次側１４ｂとに導入され、空気加湿器１４ｃにおいて新鮮空気１５は、活性面１３ａを湿潤しかつ任意の方向に移動してもよい水１８と接触させられる。このとき水１８は蒸発し、これによって徐々に新鮮空気１５を湿分によって飽和させ、かつこのとき新鮮空気１５を冷却する。

図１ｄには、多相プレート式熱交換器１４として形成された空気乾燥器１４ｄを用いた、新鮮空気１５のイソエンタルピ式の乾燥および加熱が示されている。流入する新鮮空気１５は、まず２つの流れに分割され、両流れは、互いに並行する流れで、多相プレート式熱交換器１４として形成された空気乾燥器１４ｄの一次側１４ａと二次側１４ｂとに導入され、空気乾燥器１４ｄにおいて新鮮空気１５は、活性面１３ａを湿潤しかつ好ましくは新鮮空気１５に対して向かい合う流れで移動することが望ましい吸湿性の溶剤１７ａ，１７ｂと接触させられる。このとき多湿の新鮮空気１５からの水蒸気が吸湿性の溶剤１７ａ，１７ｂ内において凝縮し、かつこれによって徐々に新鮮空気１５を乾燥させ、かつこのとき新鮮空気１５を加熱する。

図２ａには、ポンプ１１，１２と絞りとして作用する毛管５，７とによる液体供給管路を備えた多相プレート式熱交換器のプレートを横方向に断面した概略的な断面図が示されている。このとき多相プレート式熱交換器は、液体路が主として重力によって確定される場合において、つまり鉛直に設置されたプレートが推奨される状況において示されている。このようにすると、それぞれの熱交換器プレート間隙１ａ，１ｂにおいて、互いに隣接する２つの表面を、液体３，４によって問題なく湿潤することができるからである。図２ａには、一次媒体１および二次媒体２、ならびにプレート１３を湿潤する液体層３，４の案内形式が示されている。さらに図２ａには、残留液体を排出するための、毛管５，７に類似に構成された管系６，８が示されている。水１８または希釈された吸湿性の溶剤１７ｂであるこの残留液体は、重力によって貯蔵タンクに移動させられても、またはポンプによってさらなる系課題のために移動させられてもよい。注意すべきことは、この液体供給管路および排出管路は、プレート表面が、液体によるプレート表面の湿潤が常に保証されるように構成または被覆されている場合には、鉛直に位置している熱交換器プレートのためのみならず、任意の傾斜を有するプレートのためにも機能する。このことは特に、プレート表面が微細多孔性または微細繊性の材料から成っている場合に、良好に成功する。

図２ｂには、ポンプ１１，１２と接続通路９，１０とによる液体供給管路を備えた水平な多相プレート式熱交換器１４が、熱交換器プレート１３を横方向に断面した概略的な断面図で示されている。このときそれぞれ対応する媒体１，２の間隙を通る開口部において、絞り機能を備えたそれぞれ小さな開口９ａ，１０ａは、液体層３，４の液滴状の供給を可能にする。この場合においても、残留液体を排出するための管系６，８が図面に示されている。もちろん、液体排出管路もまた、ここに示された液体供給管路と同様に、接続通路９，１０を通って、熱交換器プレート１３に対して横方向に目標に通じている。水１８または希釈された吸湿性の溶剤１７ｂであるこの残留液体は、重力によって貯蔵タンクに移動させられても、またはポンプによってさらなる系課題のために移動させられてもよい。このような形式の液体供給管路および排出管路もまた、液体による湿潤が常に保証されている場合には、任意の傾斜を備えたプレートのために機能することができる。

図３には、高温の外部の周囲空気Ａと、冷却すべき室Ｂにおける空気との間における３段階の冷却系が示されており、この冷却系は、１つの多相プレート式熱交換器１４と、図１ｃに示されたような構造形式を有する２つのイソエンタルピ式の空気加湿器１４ｃ，１４ｃ’とから成っている。周囲Ａから到来する新鮮空気１５は、多相プレート式熱交換器１４における一次側１４ａにおいて、空気１５とは逆方向に移動する、活性面１３ａを湿潤する吸湿性の溶剤１７ａ，１７ｂによって除湿される。このとき発生する熱は、多相プレート式熱交換器１４の活性面１３ａを通して二次側１４ｂに導かれ、この二次側１４ｂにおいては、排気１６が、冷却すべき室Ｂから外側の周囲Ａに向かって流れる。活性面１３ａは、二次側１４ｂにおいて、過剰に提供される水１８によって湿潤されるので、二次側１４ｂにおいては、一次側１４ａからの熱供給に相当するのと正確に同じ量の水１８が排気１６内に蒸発させられる。多相プレート式熱交換器１４内に流入するこの排気１６は、既に、空調された室Ｂにおける空気よりも低温でありかつ多湿である。排気１６は、既にイソエンタルピ式の空気加湿器１４ｃを通過しており、この空気加湿器１４ｃにおいて排気１６は、水１８の吸収によって、空調された室Ｂの露点まで冷却されていて、かつ湿分によって飽和されているからである。それにもかかわらず、この飽和された排気１６は、多相プレート式熱交換器１４内においてさらに水蒸気を吸収することができる。この排気１６は、まさに新鮮空気除湿のプロセスから発生する熱自体を吸収することによって加熱されるからである。他方において、排気１６が、空調された室Ｂの露点の温度で多相プレート式熱交換器１４内に流入するという事実によって、いまや乾燥された新鮮空気１５もまた、多相プレート式熱交換器１４からの進出後に、この露点近くの温度を有することができる。この低温の乾燥した新鮮空気１５は、いまやイソエンタルピ式の空気加湿器１４ｃ’に導かれ、この空気加湿器１４ｃ’において新鮮空気１５は、水１８による新たな湿潤によって、この空調された室Ｂの露点を明らかに下回っている温度にもたらされる。

図４には、外側の低温の周囲空気Ａと、加熱すべき室Ｂにおける空気との間における３段階の加熱系が略示されており、この加熱系は、１つの多相プレート式熱交換器１４と、１つのイソエンタルピ式の空気加湿器１４ｃと、１つのイソエンタルピ式の空気乾燥器１４ｄとから成っており、これらは、図１ｃおよび図１ｄに示されたのと同じ構造形式を有している。周囲Ａから到来する新鮮空気１５は、多相プレート式熱交換器１４における一次側１４ａにおいて、過剰に提供される、活性面１３ａを湿潤する水１８によって、加湿される。そのために必要な熱は、多相プレート式熱交換器１４の活性面１３ａを通して、二次側１４ｂから引き出され、この二次側１４ｂにおいては排気１６が、加熱すべき室Ｂから外側の周囲Ａの方向に流れる。活性面１３ａは、二次側１４ｂにおいて、排気１６とは逆方向に移動する吸湿性の溶剤１７ａ，１７ｂによって湿潤されるので、一次側１４ａにおいては、二次側１４ｂからの熱供給に相当するのと正確に同じ量の水１８が、新鮮空気１５内に蒸発させられる。多相プレート式熱交換器１４内に流入するこの排気１６は、既に、空調された室Ｂにおける空気よりも幾分低温でありかつ多湿である。排気１６は、既にイソエンタルピ式の空気加湿器１４ｃを通過しており、この空気加湿器１４ｃにおいて排気１６は、水１８の吸収によって、それぞれの個別例のための多湿の空気のエンタルピデータに基づいて計算することができる最適値に至るまで加湿されているからである。このとき実地においては、相応の温度および湿度センサならびに流量測定器と組み合わせられた、プログラミング可能なチップによる自動制御が勧められる。この場合制御は、空気流１６に関連した供給された水１８の量に関して機能する。イソエンタルピ式の空気加湿器１４ｃにおけるこの加湿の利点は、その後で、多相プレート式熱交換器１４における吸湿性の溶剤１７ａ，１７ｂにおいて次いで行われる凝縮によって、新鮮空気１５の完全な加湿を可能にするのに、十分な水蒸気が得られることにある。つまりその後で新鮮空気１５は、蒸気によって飽和された状態でかつ室Ｂにおける温度をあまり大きく下回らない温度で、多相プレート式熱交換器１４から進出し、かつイソエンタルピ式の空気乾燥器１４ｄに導かれ、この空気乾燥器１４ｄにおいて新鮮空気１５は、吸湿性の溶剤１７ａ，１７ｂによって、同時に加熱されながら乾燥させられ、かつその後で、空調された室Ｂを加熱するために使用することができる。

図５に示された概略図では、図１ｃと同様に構成された空気加湿器１４ｃによる、図１ｂの溶剤再生のための蒸気供給が達成され、このときしかしながら、高温の水が供給されるので、イソエンタルピは省かれる。蒸気発生器は、従来技術に基づいて多数のものが存在している。

しかしながら、ここに記載された多相プレート式熱交換器１４の形式による空気加湿器１４ｃが、吸湿性の溶剤の再生という課題のために、特に効果的であることが判明している。この空気加湿器１４ｃは、プロセスのために、再び利用可能な凝縮熱を差し引いてもたらされる蒸気量を正確に消費するからである。活性面１３ａを湿潤する吸湿性の溶剤１７ｃ，１７ａの乾燥は、多相プレート式熱交換器１４の一次側１４ａにおいて、多相プレート式熱交換器１４の二次側１４ｂにおいて凝縮する水蒸気１９が、必要なプロセス熱を供給することによって可能になる。蒸発させるべき高温の吸湿性の溶剤１７ｃは、等しい温度の飽和された新鮮空気１５の蒸気圧よりも低い蒸気圧を有しているので、この新鮮空気１５が、多相プレート式熱交換器１４内において、この温度において凝縮が必要になるような１００％の湿度に至るまでもたらされることは不可能である。したがって、多相プレート式熱交換器１４の一次側１４ａから到来する高温でかつ極めて多湿のこの新鮮空気１５は、空気加湿器１４ｃに導かれ、この空気加湿器１４ｃにおいて新鮮空気１５は、高温の水１８ａと、向かい合う流れで接触させられる。このとき新鮮空気１５は、さらに加熱され、かつ蒸気によって飽和される。新鮮空気１５がその後で多相プレート式熱交換器１４に戻し導入され、多相プレート式熱交換器１４の二次側１４ｂに導かれるや否や、多相プレート式熱交換器１４の一次側１４ａにおいて乾燥プロセスを維持するために必要なのとちょうど同じ量の水蒸気が凝縮する。全プロセスを最適化するためには、空気加湿器１４ｃにおける高温の水１８ａの温度を、多相プレート式熱交換器１４から進出する新鮮空気１５の温度が、新鮮空気１５が全プロセスの上流で有していた温度に可能な限り近いように選択することが必要である。

Ａ 周囲
Ｂ 空調された室
１ 気体の一次媒体
１ａ 一次媒体のためのプレート間隙
２ 気体の二次媒体
２ａ 二次媒体のためのプレート間隙
３ 一次媒体熱交換器間隙の内壁を湿潤するための液体
４ 二次媒体熱交換器間隙の内壁を湿潤するための液体
５ 一次媒体液を供給するための毛管
６ 一次媒体液を排出するための管
７ 二次媒体液を供給するための毛管
８ 二次媒体液を排出するための管
９ 液体を一次媒体に供給するための接続通路
９ａ 接続通路（９）におけるまたは絞り作用を有する毛管（５）の端部における、極めて小さな開口
１０ 液体を二次媒体に供給するための接続通路
１０ａ 接続通路（１０）におけるまたは絞り作用を有する毛管（７）の端部における、極めて小さな開口
１１ 一次側のための溶剤ポンプ
１２ 二次側のための溶剤ポンプ
１３ 熱交換器プレート
１３ａ 熱交換器の活性面（一次媒体と二次媒体との間における仕切り壁）
１４ 多相プレート式熱交換器
１４ａ 多相プレート式熱交換器の一次側
１４ｂ 多相プレート式熱交換器の二次側
１４ｃ 多相プレート式熱交換器として形成された空気加湿器
１４ｄ 多相プレート式熱交換器として形成された空気乾燥器
１５ 冷却すべき室の周囲における新鮮空気
１５ａ 蒸気によって飽和された加熱された新鮮空気
１６ 空調された室からの排気
１７ａ 凝縮された吸湿性の溶剤
１７ｂ 希釈された吸湿性の溶剤
１７ｃ 加熱された希釈された吸湿性の溶剤
１８ 水
１９ 凝縮水
２０ 高温の蒸気

追加的な問題は、熱交換器面の持続的な湿潤がバクテリアまたはその他の微生物汚染を発生させるおそれがあり、このようなことは、ひいては閉塞を惹起すること、またはそれどころか疾患の伝染をも惹起することがあるという事実により生じる。
独国特許出願公開第１０２０１００１１７０７号明細書に基づいて公知の、給気と排気との間における熱交換器では、この両空気流は、熱を伝導する壁によって隔てられていて、この壁は、両側に吸湿性の表面を有しており、これによって一方の側においては吸湿性の液体が、高温多湿の空気から吸着によって水蒸気を、熱放散しながら引き出し、この熱は、仕切り壁を貫いて、仕切り壁の他方の側で比較的低温の空気流において、多量の水分を含む吸湿性の溶剤から水を蒸発させ、これによって比較的低温の空気は加熱され、かつ比較的高温の空気は冷却される。このとき同時に熱交換器の高温領域において吸着によって水を多量に含む吸湿性の溶剤は、熱交換器の低温領域において、蒸発によって再び、再生するようになっている。
国際公開第２０１６／０３７２３２号に基づいて、間接的な蒸発式冷却器が公知であり、このとき蒸発式冷却器は、プレート式熱交換器を有しており、このとき第１の流路において空気は、プレート式熱交換器の乾燥した領域を通して導かれ、かつ第１の流路の終端において、空気の一部が第２の湿潤した流路を通して逆向きの方向に導かれ、これによって第２の流路において行われる冷却が、蒸発によって、第１の流路における空気を冷却する。
米国特許出願公開第２００５／０２１０９０７号明細書に基づいて、同様に間接的な蒸発式冷却器が公知であり、このとき気体は、既に第１の流路において一部が第２の流路内に導かれる。
独国特許出願公開第２０３３２０６号明細書に基づいて、多通路系における空気を乾燥させるための装置が公知であり、このとき互いに隣接する室における蒸発によって、空気は冷却され、かつ乾燥させられる。壁を湿潤するため、もしくは吸着剤を再生するために、可動の装置が設けられている。
国際公開第２００４／０８５９４６号に基づいてプレート式熱交換器が公知であり、このプレート式熱交換器の上には、空気を追加的に冷却するためのスプレ装置が配置されている。

Claims (15)

1. 向かい合う流れまたは並行する流れで１つまたは複数の調節可能な送風機によって移動させられる、異なった温度及び異なった蒸気含有量を有する２以上の気体の媒体（１，２）用の多相プレート式熱交換器（１４）であって、
   活性面（１３ａ）が、該当する前記媒体（１，２）の間における熱伝達のために、一方または両方の表面において、１つまたは２つの異なったゆっくりと流れる液体（３，４）によって湿潤され、前記液体（３，４）は、それぞれの前記媒体（１，２）と直接的に相互作用しており、これによって蒸発または凝縮、およびこのときに発生する、前記液体における濃度変化によって、結晶化または結晶の溶解をも行うことができ、前記液体（３，４）は、外部から、熱交換器プレート（１３）の間におけるその固有の入口位置（９ａ，１０ａ）へとポンプにより圧送され、かつそこから、湿潤する液体膜として、前記活性面（１３ａ）に沿って、前記プレート式熱交換器（１４）を通して移動させられ、対を成す前記媒体（１，２）と前記液体（３，４）とは、互いに並行する流れまたは向かい合う流れで流れることができる
   ことを特徴とする、多相プレート式熱交換器（１４）。
2. 貯蔵タンクから、前記熱交換器プレート（１３）の間における入口位置として機能する小さな開口（９ａ，１０ａ）への液体供給が、前記ポンプ（１１，１２）の下流における供給管路が、管またはチューブ形状の毛管（５，７）の束へと扇形に広がるように行われ、前記毛管（５，７）は、前記熱交換器の対応する小さな開口（９ａ，１０ａ）において開口している、
   請求項１記載の多相プレート式熱交換器。
3. 貯蔵タンクから、前記熱交換器プレート（１３）の間における入口位置として機能する小さな開口（９ａ，１０ａ）への液体供給が、前記ポンプ（１１，１２）の下流における供給管路が、前記熱交換器プレート（１３）の間における１つの共通の接続通路（９，１０）に通じるように行われ、該接続通路（９，１０）は、前記プレート（１３）を貫く、一致するように対応する貫通部で形成されており、前記液体を導入することが望まれているそれぞれのプレート間隙（１ａ，１ｂ）内に、前記接続通路（９，１０）から前記間隙（１ａ，１ｂ）内に前記液体を液滴状に貫通させるための絞り（９ａ，１０ａ）が設けられている、
   請求項１記載の多相プレート式熱交換器。
4. 前記媒体（１，２）または前記液体（３，４）の流入部または前記熱交換器（１４）自体の個々の部分が、これらの領域を加熱または冷却することができる個別の温度調整媒体または電気式ヒータと熱伝導接触している、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の多相プレート式熱交換器。
5. ２以上の多相プレート式熱交換器と、請求項１から４までのいずれか１項記載の他のプレート式熱交換器との組合せであって、
   前記組合せは、単一のプレートセットから成っており、かつ個々の部分熱交換器はそれぞれ、前記セットのプレートにおける合同の領域を形成している、
   ことを特徴とする、組合せ。
6. 前記液体（３，４）は、水またはその他の溶剤、および吸湿性の塩、冷媒、殺菌剤、または湿潤剤を含むことができる、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の、多相熱交換器または熱交換器の組合せ。
7. 熱伝達のための前記活性面（１３ａ）の表面（３，４）は、前記液体膜（３，４）の均一な分布、もしくは結晶の場所の固定または結晶のさらなる搬送を、機械式に溝、微細多孔性の表面、研磨トレース、引っ掻き傷、および／または繊維被覆体によって、ならびに吸水性の材料および被覆体によって、または、このような複数の処置の組合せによっても可能にする、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の、熱交換器または熱交換器の組合せ。
8. 一次媒体（１）は、冷却すべき室の周囲の高温多湿の新鮮空気（１５）であり、かつ二次媒体（２）は、冷却された前記室の使用済みの乾燥した低温の排気（１６）であり、該排気（１６）は、前記一次媒体（１）に対して向かい合う流れで流れ、かつ前記一次媒体のための前記プレート間隙（１ａ）の内側表面が、吸湿性の溶剤（１７ａ）によって湿潤され、前記液体（３）と前記一次媒体（１）とは、互いに逆向きの方向で流れ、これに対して前記二次媒体（２）のための前記プレート間隙（２ａ）の前記内側表面は、任意の方向で流れることができる水（１８）によって湿潤される、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の、多相プレート式熱交換器。
9. 前記一次媒体（１）は、冷却すべき室の周囲の高温多湿の新鮮空気（１５）であり、かつ前記一次媒体（１）のための前記プレート間隙（１ａ）の前記内側表面は、請求項４記載の追加的に予加熱された希釈された吸湿性の溶剤（１７ｃ）によって、前記一次媒体（１）に対して向かい合う流れで湿潤され、かつ前記一次媒体（１）に対して向かい合う流れで流れる前記二次媒体（２）は、同じであるが加熱された前記新鮮空気（１５ｃ）であり、該新鮮空気（１５ｃ）は、一次通過後に前記多相熱交換器（１４）によって加熱され、かつ追加的な蒸気（２０）によってほぼ飽和されており、かつ前記二次媒体（２）のための前記プレート間隙（２ａ）の前記内側表面において、前記二次媒体（２）の冷却時に凝縮水が形成され、該凝縮水は、前記二次媒体（２）との並行する流れで冷却されて、前記多相熱交換器（１４）から進出する、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の、多相プレート式熱交換器。
10. 前記多相プレート式熱交換器は、そのプレートが水平に位置しかつ溝または波形が流れ方向に対して横方向に存在するように設置されている、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の、多相プレート式熱交換器。
11. 請求項１から８までのいずれか１項または複数項に記載の、２つの多相プレート式熱交換器の組合せであって、
    冷却すべき室（Ｂ）の排気（１６）が、空気加湿器（１４ｃ）として機能する第１の多相プレート式熱交換器（１４）内において、イソエンタルピ式に、その露点に至るまで加湿されかつ冷却され、かつその後で第２の多相プレート式熱交換器（１４）内において、一方では水（１８）によって加湿されかつ加熱され、かつ他方では、周囲（Ａ）から到来する高温多湿の新鮮空気（１５）に対して向かい合う流れで案内され、該新鮮空気（１５）は、同時に吸湿性の溶剤（１７ａ，１７ｂ）によって乾燥させられ、かつ前記冷却すべき室（Ｂ）の露点の近くまで冷却される、
    ことを特徴とする、２つの多相プレート式熱交換器の組合せ。
12. 請求項１から８までのいずれか１項記載の、第３の多相プレート式熱交換器を備えており、
    前記第２の多相プレート式熱交換器（１４）から到来する乾燥させられた、かつ前記冷却すべき室（Ｂ）の露点の近くまで冷却された新鮮空気（１５）は、空気加湿器（１４ｃ）として機能する前記第３の多相プレート式熱交換器（１４）内において、イソエンタルピ式になおさらに冷却される、
    請求項１１記載の、２つの多相プレート式熱交換器の組合せ。
13. 請求項１から８までのいずれか１項また記載の、空気乾燥器（１４ｄ）として機能する多相プレート式熱交換器（１４）を備えており、
    前記高温多湿の新鮮空気（１５）は、前記周囲（Ａ）から、まず前記空気乾燥器（１４ｄ）として機能する多相プレート式熱交換器（１４）内において、吸湿性の溶剤（１７ａ，１７ｂ）を用いたイソエンタルピ式の加熱下で、予備乾燥させられ、その後で前記新鮮空気（１５）は、本来の多相プレート式熱交換器（１４）内において、前記排気（１６）に対して向かい合う流れで冷却され、かつ吸湿性の溶剤（１７ａ，１７ｂ）を用いてさらに乾燥させられる、
    請求項１１または１２記載の、２つの多相プレート式熱交換器の組合せ。
14. 請求項１から８までのいずれか１項記載の、３つの多相プレート式熱交換器の組合せであって、
    加熱すべき室（Ｂ）の排気（１６）が、空気加湿器（１４ｃ）として機能する第１の多相プレート式熱交換器（１４）内において、イソエンタルピ式に加湿され、かつその後で第２の多相プレート式熱交換器（１４）内において、一方では吸湿性の溶剤（１７ａ，１７ｂ）によって乾燥させられ、かつ他方では、周囲（Ａ）から到来する低温の新鮮空気（１５）に対して向かい合う流れで案内され、該新鮮空気（１５）は、このとき同時に水（１８）によって加湿され、かつ前記排気（１６）の乾燥によって加熱され、かつここで加湿されかつ幾分加熱された前記新鮮空気は、空気乾燥器（１４ｄ）として機能する第３の多相プレート式熱交換器（１４）内において、イソエンタルピ式に乾燥させられかつ加熱され、かつそこから前記室（Ｂ）の加熱部に供給される
    ことを特徴とする、３つの多相プレート式熱交換器の組合せ。
15. 請求項１から８までのいずれか１項記載の、２つの多相プレート式熱交換器の組合せであって、希釈された吸湿性の溶剤（１７ｂ）を脱水によって再び濃縮された給湿性の溶剤（１７ａ）に変化させるために、前記希釈された吸湿性の溶剤（１７ｂ）を再生するように機能する、組合せにおいて、
    新鮮空気（１５）が、第１の多相プレート式熱交換器（１４）の一次側（１４ａ）内に導入され、該一次側（１４ａ）において前記新鮮空気（１５）は、前記多相プレート式熱交換器（１４）の活性面（１３ａ）を湿潤する加熱されて希釈された吸湿性の溶剤（１７ｃ）に対して向かい合う流れで流れ、かつ前記新鮮空気（１５）がこのとき加熱されかつ湿分によってほぼ飽和された後で、空気加湿器（１４ｃ）として機能する第２の多相プレート式熱交換器（１４）内に達し、該第２の多相プレート式熱交換器（１４）において活性面（１３ａ）は、高温の水によって湿潤されており、これによって前記新鮮空気（１５）はさらに加熱されかつ加湿され、かつその後で前記新鮮空気（１５）は、新たに前記第１の多相プレート式熱交換器（１４）に、しかしながら該第１の多相プレート式熱交換器（１４）の二次側（１４ｂ）に導かれ、該二次側（１４ｂ）において前記新鮮空気（１５）は、再び冷却され、かつ余剰の蒸気を、前記第１の多相プレート式熱交換器（１４）の前記活性面（１３ａ）において凝縮させ、これによって、前記希釈された吸湿性の溶剤（１７ｂ）からの脱水のために必要な熱が準備される
    ことを特徴とする、２つの多相プレート式熱交換器の組合せ。

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