JP5470039B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱駆動される冷却装置、ヒートポンプ、または熱変換器の分野に関し、特に、吸着または吸収材料を冷媒ガスの圧力を上昇させる化学圧縮機として用いる収着装置（sorption device）に関する。本発明は、特に、以後、収着装置と呼ぶ固体―ガス反応装置として用いられるのに適した熱交換器に関する。

ヒートポンプ、熱変換器、および冷却システムは、通常、冷媒ガスの凝縮および蒸発の熱力学に基づいている。ガスが液体に凝縮すると、熱が環境に排出され、液体が蒸発すると、熱が吸収されることになる。この蒸発／凝縮のサイクルは、圧縮によって推進されるようになっている。もし選択された環境が、例えば、蒸発段階中にのみ、ガス／液体に熱接触するようにされていれば、この環境は、全体的に冷却効果を受けることになる。

従来の空調ユニットでは、必要な圧縮は、一般的には電動機によって得られる機械的な働きによって推進されるようになっている。これに反して、固体収着装置は、（ヒートポンプとして運転されようと、または冷却システムとして運転されようと）、固体収着媒または液体収着媒へのアンモニアのような冷媒ガス（または収着質）の吸着または吸収によって推進されることになる。従って、収着媒は化学圧縮機として作用することになる。

従来の空調システムと比較して、収着サイクルに基づくシステムは、このシステムを駆動するのに必要なエネルギーが熱の形態にあるという利点を有している。収着ヒートポンプまたは収着冷却システムは、ガスまたは油を燃料としてもよいし、さらに太陽熱をエネルギー源としてもよい。電気のような二次エネルギー源に反して、一次熱エネルギーを駆動源として用いることは、収着装置が本質的にエネルギー効率をより高める可能性をもたらすことを意味している。

入力エネルギーに関して特に浪費的なのは、車両に用いられる空調システムである。従来、これらは、車両エンジンによって直接駆動される燃料をエネルギー源とする機械的装置である。自動車の燃料消費の約８％が空調システムによるものと見積もられている。燃料の価格が上昇し、かつ道路走行が環境にもたらす結果に対する認識が大きくなるにつれて、さらに効率的でかつ環境に優しい車両用の空調システムの要求が高まっている。

収着に基づく空調システムは、この要求を十分に満すものであると理論的に見なされている。このようなシステムは、エンジン水冷ジャケットからの排熱および／またはエンジン排気ガスをエネルギー源とすることができ、その結果、最大で１０％まで燃料消費を低減することができる。従って、このようなエネルギー源を用いることによって、車両の運転費および望ましくない排ガス（例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、ＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘなど）を低減させることができる。

収着装置は、その最も簡単な形態でいえば、互いに連結された発生器および収着質ガスを含むレシーバ（receiver）から構成されている。レシーバは、その時々において、蒸発器または凝縮器のいずれかとして機能する。活性炭、ゼオライト、またはシリカゲルのような収着媒材料が、発生器内に含まれている。

これらの装置の運転は、発生器内に送り込まれる熱流体の温度を周期的に変動させることによって行われる。すなわち、熱流体は、前述した熱源の１つまたは複数を用いて、加熱され、また大気温度に冷却されることになる。

発生器が実質的に大気温度にあるとき、比較的大量の収着質材料が収着媒材料内に吸着されることになる。発生器を加熱すると、収着質が、収着媒から脱離し、レシーバと共に閉鎖系を構成する発生器の内圧を上昇させることになる。この圧力下において、収着質は、レシーバ内において凝縮し、熱を環境に放出することになる。

次いで、発生器は、大気温度に再び冷却され、それによって、収着質の再吸着をもたらし、システム圧力を低下させることになる。レシーバ内の低下した圧力によって、レシーバ内の液体が蒸発することになる。サイクルのこの位相では、熱が環境からレシーバに引き出され、外部冷却／冷凍効果を生じることになる。

もし冷却が望まれるなら、前述したサイクルが非連続的になされることが明らかである。何故なら、有用な冷却は、サイクルの半分のみにしか生じないからである。しかし、このような２つのシステムを、位相を異ならせて運転することによって、理論的に、連続的な冷却をもたらすことができる。

熱を再生するように構成することによって効率をさらに改良することができる。すなわち、１つのシステムの発生器が冷却されたときに放出される熱が、他のシステムの発生器を予備加熱するのに用いられる。

先行技術に、種々の収着装置が記載されている。例えば、エネルギー効率のよい再生式熱圧縮装置を開示している特許文献１を参照されたい。この装置は、加熱区域の両側に２つのバンクの形態で配置された発生器モジュール列を備えている。熱流体（熱移送流体）が、可逆的方向において、モジュールを横断して送り出されるようになっている。一位相中に、第１のバンク内の発生器が冷却され、それによって、発生器内に収着質を再吸着する種々の段階が生じることになる。従って、関連する１つ（または複数）の蒸発器領域内の収着質が蒸発し、周囲の流体を冷却することができる。他のバンク内の発生器は、種々の脱離段階にある。従って、関連する１つ（または複数）の凝縮器領域内の収着質が凝縮し、周囲を加熱することができる。

このサイクルの後に続く位相では、発生器は、その機能を切り換えるようになっている。

実用的には、特許文献１および他の収着装置に記載されている装置は、多数存在する収着質／収着媒の対のいずれに基づいていてもよい。収着媒材料は、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、金属ハライド、金属合金、水、またはその組合せであってもよい。収着質材料の例として、アンモニア、水、アルコール、水素、炭化水素、ヒドロフルオロカーボン、および二酸化炭素が挙げられる。

しかし、収着装置は、冷却能密度または加熱能密度が低く、資本コストが高いという欠点を有している。収着装置の冷却能密度または加熱能密度は、収着媒の単位容積につき得られる冷却または加熱の程度を示すものである。従って、所定の冷却能または加熱能を生じさせるために、（収着媒を収容する）収着発生器の寸法、およびそれに付随するコストを増大させる必要がある。これらの因子が、これまで、市販し得る 収着に基づく車両用空調ユニットの開発を妨げてきている。

快適な程度の冷却をもたらすには、どのような現在利用可能な設計に基づく収着基冷却ユニットも、桁外れに大きすぎる。対照的に、現在の機械駆動に基づく車両用空調システムは、エンジン区画のわずかな部分しか占めていない。例えば、先行技術による市販の収着冷却システムは、１リットルの容積につき最大で１０Ｗまでの冷却をもたらすが、車両に搭載されている従来の蒸気圧縮サイクルは、圧縮機の１リットルにつき１ｋＷを超える冷却をもたらしている。

収着技術を従来の車両用空調システムに匹敵するレベルに至らせるには、冷却能密度を改良し、それによって、寸法およびコストを低減させることができる収着発生器の代替的な設計をもたらすことが必要である。

互いに接合されたプレートの積層体から形成された熱交換器も、先行技術において知られている。特許文献２は、第１流体および第２流体用の入口開口および出口開口を有する積層ベッド式触媒反応装置として用いられる熱交換器を記載している。この積層体内の各プレートには、交互に並ぶ長孔列が穿孔され、これらの長孔列は、積層体を貫通する２つの別の通路を画成している。ここで、第１流体が、第１流路を通過し、この第１流路内において、触媒と接触するようにすることができる。第２流路を通過する第２流体は、第１流体と熱交換し、必要に応じて、冷媒または熱源として作用することになる。この積層プレート式の反応装置の利点は、この反応器が、代わりのシェル／チューブ設計と比べて、より効率的な液体―液体式熱交換器をもたらす点である。従って、より小型の反応装置の設計が可能になる。

国際公開第２００４／０１１８５９号パンフレット 国際公開第００／３４７２８号パンフレット

本発明の目的は、収着媒―収着質式熱圧縮装置における冷却能密度を改良した発生器として用いられる熱交換器の代替的設計を提供することにある。このような発生器は、車両またはそれ以外の用途における空調ユニット、ヒートポンプ、熱変換器、または冷凍器に組み込まれるのに好適である。特に、本発明の目的は、車両用空調システムと共に用いられるのに好適な代替的設計を提供することにある。製造コストの低減および性能の改良によって、本発明は、ガスを燃料とするヒートポンプ、熱変換器、および太陽熱をエネルギー源とする空調装置を含む空調装置のような用途においても有用である。

低コスト設計および小型構造は、発生器、特に自動車用途における発生器の望ましい特徴である。

本発明の第１の態様によって提供される熱交換器は、
複数の積層されたプレート部材であって、それぞれが、少なくとも１つの流体通路を内部に備え、かつ、前記各通路と連通する通路入口および通路出口を有するような複数の積層されたプレート部材と、
互いに隣接する前記各プレート部材の対向する主面間に設けられた複数のチャンバであって、それぞれが、収着媒材料を収容するような複数のチャンバと、
前記各通路入口と連通する熱流体入口および前記各通路出口と連通する熱流体出口と、
前記各チャンバと連通する収着質入口および収着質出口であって、前記各流体通路から流体的に隔離して設けられているような収着質入口および収着質出口と、
を備えている。

本発明の実施形態は、熱流体／固体収着媒式熱交換器システムに用いることができるという利点を有している。さらに、本発明の実施形態は、固体と液体との間の効率的な熱交換をもたらすことができる低熱質量を有する熱交換器を提供する。従って、熱交換器のより小型でかつより効率的な設計が可能になる。本発明のいくつかの実施形態による熱交換器は、車両用空調システムに用いられるのに適した十分に小型でかつ低重量のものとして作製可能である。

好ましくは、各プレート部材は、第１プレート要素および第２プレート要素を備え、これらの第１プレート要素および第２プレート要素は、互いに当接して、少なくとも１つの通路を画成している。

好ましくは、第１プレート要素および第２プレート要素から選択される少なくとも１つは、一連の開通路を備えている。

本発明のいくつかの実施形態では、第１プレート要素および第２プレート要素の１つのみが、一連の開通路を備えている。いくつかの実施形態では、開通路は、実質的に直線状で、かつ互いに平行である。いくつかの実施形態では、開通路は、プレート要素の１対の対向縁と実質的に直交している。

いくつかの実施形態では、開通路は、第１プレート要素と第２プレート要素の両方に設けられている。開通路は、プレート要素の１対の対向端に対して傾斜して形成されていてもよい。

プレート部材の第１プレート要素および第２プレート要素のそれぞれに形成される通路は、互いに対して傾斜していてもよく、この構成によって、プレート部材内を通過する流体は、第１プレート要素および第２プレート要素の各々に形成された通路の一部を強制的に通過することになる。

この特徴は、通路を通過する流体と通路を画成する壁との間の熱伝達率を高める利点を有している。

第１プレート要素および第２プレート要素の一方または両方における通路は、逆Ｖ字状または熱伝達を促進するどのような他の適切なパターンの形態にあってもよい。第１プレート要素および第２プレート要素のそれぞれにおける逆Ｖ字状パターンは、実質的に１８０°の角度で互いに対して回転されているとよい。

いくつかの実施形態では、１または複数の通路は、１つプレート要素の互いに向き合った縁に対して実質的に４５°の角度で配置され、それによって、互いに向き合ったプレートにおける通路は、互いに対して実質的に直交することになる。

いくつかの実施形態では、通路は、断面円弧状の部分を備えている。

好ましくは、各プレート部材の厚さは、互いに隣接するプレート部材の互いに向き合った面間の距離の２０％以下である。

この特徴は、熱交換器が、より厚い壁を有する熱交換器と比べて、低い熱質量を有するという利点を有している。

さらに好ましくは、各プレート部材の厚さは、互いに隣接するプレート部材の互いに向き合った面間の距離の１０％以下である。

好ましくは、互いに向き合ったそれぞれのプレート部材の間に、スペーサが設けられ、それによって、各チャンバの壁の一部を画成する。

好ましくは、チャンバの壁の少なくとも一部は、断面円弧状をなしている。

断面円弧状に丸められた壁の特徴は、曲面部分を含む壁を有していないプレート部材の場合に必要とされる厚さよりも薄い厚さのプレート部材を用いて、気密圧力保持シールをもたらすことができるという利点を有している。

チャンバの壁は、端成形部を含んでいてもよい。

端成形部は、少なくとも１つの実質的に平坦な面を含んでいてもよい。

代替的または付加的に、端成形部は、少なくとも１つの湾曲面を含んでいる。

湾曲面の存在は、通路が、変形または崩壊することなく、高圧に対して良好に耐えることができるという点で、平坦な面を上回る利点を有している。

端成形部は、互いに向き合ったプレート部材の少なくとも１つの一部を含んでいてもよい。

端成形部は、１つのプレート部材の第１プレート要素の端部分および隣接するプレート部材の対向する第２プレート要素の端部分を含んでいてもよい。

この特徴は、互いに隣接するそれぞれのプレート部材の並列に並んでいるプレート要素の端を互いの方に単純に曲げ、縁に沿って接合することによって、端成形部を形成することができるという利点を有している。

端成形部は、互いに向き合って隣接するプレート要素の部分が互いに接合されている部分を含んでいてもよい。

端成形部は、互いに向き合ったプレート部材間において、チャンバの壁の少なくとも一部を画成するように構成されたエンドキャップを含んでいてもよい。

プレート部材は、実質的に正方形または長方形であってもよい。

代替的に、プレート部材は、実質的に円形であってもよい。

互いに隣接する長孔は、プレート部材を貫通して形成された開口を介して、流体連通していてもよい。

この開口は、プレート部材の中心部分を貫通して設けられていてもよい。

好ましくは、収着質出口は、収着質入口によって与えられている。

この特徴は、収着質出口と収着質入口の両方として機能する１つの流体接続具しか設ける必要がないという利点を有している。

長孔は、マニホールドを介して、互いに流体連通していてもよい。

好ましくは、エンドプレート部材が、熱交換器の両端にそれぞれ設けられ、該各エンドプレート部材は、熱交換器が内圧を受けたとき、構造的剛性をもたらすように構成されている。

それぞれのエンドプレート部材は、結合手段によって、互いに結合されていてもよい。

この結合手段は、少なくとも１つのボルトまたはボルトのような部材を含んでいてもよい。

それぞれのエンドプレート部材が湾曲し、それによって、各エンドプレート部材の内部空間を画成し、該内部空間は、チャンバに流体連通していてもよい。

それぞれのエンドプレート部材は、ドーム形状またはドームのような形状であってもよい。

好ましくは、収着媒材料は、固体収着媒材料を含んでいる。

好ましくは、収着媒材料は、微細孔材料を含んでいる。

この特徴は、収着媒材料が、単位容積につき比較的多量の収着質を吸収するという利点を有している。

収着媒材料は、活性炭材料、ゼオライト材料、シリカゲル、および金属塩から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。

好ましくは、収着媒材料は、熱伝導性素地内に設けられている。

この特徴は、収着媒材料とチャンバの壁との間の熱交換率を高める利点を有している。

好ましくは、熱伝導性素地は、黒鉛を含んでいる。

これは、この熱伝導性素地が収着剤材料に対して不活性であるという利点を有している。さらに、この熱伝導性素地が収着質材料に対して不活性であるとい利点も有している。

好ましくは、熱伝導性素地は、膨張黒鉛を含んでいる。

好ましくは、熱伝導性素地は、発泡金属材料を含んでいる。

好ましくは、熱伝導部材が、少なくとも１つのチャンバ内に設けられ、該熱伝導部材は、チャンバの壁を画成するプレート部材とチャンバ内に設けられた収着媒材料との間の熱エネルギーを伝導することができるように、配置されている。

熱伝導部材は、波形の材料シートから構成され、該熱伝導部材の面の少なくとも一部は、プレート部材の主面に当接して設けられていてもよい。

この特徴は、熱交換器の組立中に、チャンバを画成するプレート部材間にこの熱伝導部材を都合よく挿入することができるという利点を有している。

好ましくは、熱伝導部材の互いに向き合った面が、単一チャンバの互いに向き合った壁を画成する隣接するそれぞれのプレート部材の対向する主面に当接して、設けられている。

これは、収着媒材料とプレート部材との間の熱伝達率を増大させる利点を有している。

代替的または付加的に、熱伝導部材は、少なくとも１つのチャンバの壁から該チャンバ内に突出する少なくとも１つのフィンを含んでいてもよい。好ましくは、熱伝導部材は、少なくとも１つのチャンバ内に突出する複数のフィンを含んでいてもよい。

好ましくは、熱伝導部材は、アルミニウムから構成されている。

好ましくは、収着質材料が、各チャンバ内に設けられている。

好ましくは、収着質材料は、アンモニアを含んでいる。

本発明の第２の態様では、熱交換器に接続された容器を冷却する方法において、本発明の第１の態様による熱交換器を設けるステップと、熱交換器の少なくとも１つのチャンバ内に収着質材料を供給するステップと、第１の温度の熱流体を熱交換器の通路内に通過させることによって、収着媒材料を冷却し、それによって、少なくとも１つのチャンバ内の収着質の圧力を低下させ、容器内の収着質の蒸発をもたらすステップと、続いて、第２の温度の熱流体を熱交換器の通路内に通過させることによって、収着媒材料を加熱し、それによって、収着媒材料から収着質の蒸発をもたらすステップと、を含む方法が提供されている。

本発明の第３の態様では、
収着装置内の容器を冷却する方法において、
（ａ）複数のプレート部材を設けるステップであって、各プレート部材は、内部に設けられた少なくとも１つの流体通路を有し、該少なくとも１つの通路は、通路入口および通路出口を有する、ステップと、
（ｂ）少なくとも１つの通路入口と連通している熱流体入口、および少なくとも１つの通路出口と連通している流体出口を設けるステップと、
（ｃ）プレート部材間に複数のチャンバを設けるステップであって、該チャンバは、少なくとも１つの通路から流体隔離して設けられている、ステップと、
（ｄ）チャンバの各々内に収着媒材料を設けるステップと、
（ｅ）チャンバと流体連通する収着質入口および収着質出口を設けるステップと、
（ｆ）収着質入口および収着質出口を容器に接続し、それによって、閉鎖システムを形成するステップと、
（ｇ）流体入口および流体出口を流体源に接続するステップと、
（ｈ）ある量の収着質を各チャンバに供給するステップと、
（ｉ）第１の温度の熱流体を通路内に通過させ、それによって、収着質を収着媒材料に吸着させるステップと、
（ｊ）第２の温度の熱流体を通路内に通過させ、それによって、収着質を収着媒材料から脱離させるステップと、
を含む方法が、
提供されている。

好ましくは、本方法は、ステップ（ｉ），（ｊ）を繰り返し、それによって、容器の冷却および加熱を繰り返すステップをさらに含んでいる。

以下、添付の図面を参照して、単なる例示にすぎないが、本発明の実施形態について説明する。

本発明の第１の実施形態による熱交換器を形成するために繰り返し配置されるプレート部材層の代表例を示す拡大図である。 図１に示される代表例の側面図である。 図１，２の熱交換器に用いられるエッチング加工されたプレート部材を示す図である。 図３のエッチング加工されたプレート部材の断面図である。 本発明第１実施形態によって構成された熱交換器の概略図である。 本発明第１実施形態による熱交換器の分解図である。 本発明第１実施形態による熱交換器の一部の組立図である。 本発明第１実施形態による熱交換器の側面図である。 本発明第１実施形態による熱交換器の透視図である。 本発明に係る第１実施形態による熱交換器内に収着媒材料を充填するのに用いられる装置を示す図である。 マニホールドが装着された本発明第１実施形態による熱交換器を示す図である。 水マニホールドが取り外された本発明第１実施形態による熱交換器の透視図である。 水マニホールドが取り付けられている本発明第１実施形態による熱交換器の透視図である。 本発明第２実施形態による熱交換器の断面図である。 本発明第３実施形態による熱交換器を示す図であって、（ａ）は、（ｂ）の線ＹＹに沿った断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の方向Ｘに沿って見た第３の実施形態による熱交換器の側面図である。 図１５に係る熱交換器の単一モジュールユニットの透視図である。 図１８のモジュールユニットの積層体を示す、本発明第４実施形態による熱交換器の分解図である。 図１７に係るモジュールユニットの１つの断面図である。 本発明に係るいくつかの実施形態による１対の熱交換器が組み込まれた空調ユニットの概略図である。 内部に設けられた波形熱伝導部材を有する、本発明の実施形態による熱交換器の通路領域の断面図である。 内部に設けられた１対の波形熱伝導部材を有する、本発明に係る実施形態による熱交換器の通路領域の断面図である。 熱交換器のプレート部材から突出する複数のフィンを有する、本発明に係る実施形態による熱交換器の通路領域の断面図である。 本発明に係るさらに他の実施形態の分解図である。

本発明に係る第１実施形態によれば、プレート式熱交換器１０が、図１（透視図）および図２（側面図）に示されるように設けられている。

熱交換器１０は、厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼製のプレート１４と厚さ１６．４ｍｍのＵ字状スペーサ１６との間に挟み込まれた厚さ０．７ｍｍのエッチング加工されたステンレス鋼製のプレート要素１２を備えている。

スペーサ１６は、ステンレス鋼板からレーザ切断されている。エッチング加工されたプレート要素１２、プレート要素１４、およびスペーサ１６は、基本的なプレート部材ユニット１８を構成している。プレート部材ユニット１８は、熱交換器１０の長さの全域にわたって多数回繰り返し配置されている。分かりやすくするために、単一ユニット１８のみが、図１，２に示されている。

この熱交換器が収着発生器として用いられる場合、スペーサ１６は、活性炭吸着媒（図示せず）で充填されることになる。完成した状態の交換器１０を形成する際に、多数のこれらの繰り返しユニット１８は、一緒にニッケルろう付けされることになる。十分な数（車両用の空調装置を含む殆どの用途において、２０〜２５個）のユニット１８が組み立てられると、追加分のスペーサ１６が、終端をなす平坦なプレート要素１４の隣に配置され、それによって、熱交換器の両端がＵ字状のスペーサ１６で終端することが確実になる。

次いで、各々が３ｍｍの厚さを有するエンドプレート２０が、それぞれ、Ｕ字状スペーサ１６にろう付けされることになる。エンドプレート２０は、この後、厚さ１０ｍｍの端段部２８にろう付けされることになる。エンドプレート２０は、ユニット内に冷媒を封じ込めるものであり、端段部２８は、Ｏリング用の面をなすものである。Ｏリングは、熱交換器１０の上面と図１１に示されるフランジ６８との間にシールをもたらし、それによって、吸着質が環境に漏れるのを防ぐものである。

断熱シート２９が、エンドプレート２０と並列に配置されている。断熱シート２９は、最終的に得られる構造体の各端に取り付けられる熱質量の大きい圧力フランジ６０への熱伝達を阻止するものである。圧力フランジ６０は、交換器１０が使用中に加圧されたとき、交換器１０が変形または破裂するのを防ぐように作用するものである。本発明のいくつかの実施形態では、圧力フランジ６０は、構造的剛性をさらにもたらすために、交換器１０の部品を互いにろう付けするのに加えて、ボルトによって互いに締め付けられるようになっている。

図３は、熱交換器に設置される前のエッチング加工されたプレート要素１２を示している。エッチング加工されたプレート要素１２は、ステンレス鋼板から形成され、エッチング加工されたプレート要素１２の長さに沿って延在する互いに平行のエッチング加工された通路１３を有している。通路１３は、熱伝達流体の流入および流出を可能にするために、プレートの上端および下端で開いている。エッチング加工された通路１３は、０．５ｍｍの幅および０．５ｍｍの深さを有し、プレート１２の全域にわたって１ｍｍのピッチで互いに離間している。通路１３は、平坦なプレート１４が通路１３の上に置かれると、閉鎖されることになる。

本発明の実施形態による通路は、エッチング法によって形成されているが、種々の技術を用いて、これらの通路を形成することができることを理解されたい。例えば、これらの通路は、鋳込み、ロール加工、プレス加工、機械加工、プレート要素間に通路の壁を画成するように別の要素を平坦なプレート要素に追加する方法、またはどのような他の適切な技術によって、形成されてもよい。

貫通開口を有する突起１２Ａが、プレート要素１２のコーナに設けられている。ロッドをこれらの開口に通し、ロッドの位置を治具で互いに固定することによって、各プレートを隣接するプレートと一直線に並べることが可能になる。これらのプレートがろう付けされた時点で、ロッドおよび突起１２Ａは、取り外されてもよい。

図４は、エッチング加工されたプレート要素１２の断面図を示している。この断面図には、０．５ｍｍ幅の通路が示されている。また、通路は、１ｍｍのピッチを有している。すなわち、通路は、０．５ｍｍの距離で、互いに離間している。

熱交換器１０の別の図が、図５に示されている。前述したように、交換器１０は、平坦なプレート要素１４およびスペーサ１６にろう付けされた多数のエッチング加工された薄いステンレス製のプレート要素１２を備えている。スペーサ１６は、熱交換器が収着発生器として用いられるときに、収着媒、好ましくは、活性炭が充填される４ｍｍの長孔３０を画成する。

本発明の熱交換器が収着装置内の収着発生器として用いられるとき、収着媒材料を加熱する熱伝達流体および収着媒材料を冷却する熱伝達流体が、交互に用いられることになる。熱伝達流体が収着媒を加熱し、収着質をその吸着位相から脱離させる最初の段階を考えてみることにする。収着質は、レシーバに流れ、レシーバ内において凝縮し、熱を環境に放出することになる。次いで、熱伝達流体を用いて、発生器を再び大気温度に冷却すると、収着質が再吸着され、それによって、システム圧力を低下させることになる。その結果、レシーバ内の液体が蒸発し、環境から熱を引き出し、外部冷却／冷凍効果を生じることになる。

前述の説明から、発生器システムは、交互に加熱および冷却されるような熱サイクルを受けねばならないことが、明らかである。それによって、その構造に対して多くの工学的要件が生じるが、本発明の実施形態によって設計されるプレート式熱交換器は、これらの工学的要件の多くを満たすことができる。前述したように、熱流体が反応熱の排出または投入に用いられるプレート式設計の熱交換器に基づく化学反応器は、従来から知られている。このような先行技術の構成は、液体―液体、液体―ガス、またはガス―ガスの熱交換に集中されている。このような熱交換は、本発明が扱うような固体―液体の熱交換よりも、工学的設計の課題がはるかに少ないものである。

固体収着媒材料を加熱および冷却するための要件は、著しく特異であり、その結果として、先行技術において知られているものと著しく異なる熱交換器の設計が必要になってくる。例えば、このような先行技術による熱交換器は、熱サイクルの応力を受けることがなく、この点からも、先行技術による暖房器の多くの設計制約は、緩和されていることになる。

熱交換器の基本的要件は、熱伝達流体と収着媒材料との間の効率的な熱伝達である。先行技術では、適切な通路設計によって、熱交換過程中に、流れている液体が大きな表面領域の全体にわたって熱接触することができ、その結果、効率的な熱伝達を確保することが確実になる。このような簡単な設計特性は、もし１つの材料が固体であれば、利用することができない。また、固体吸着媒を用いると、微細孔固体吸着媒の概して低い熱伝導率に関連する問題も持ち込まれることになる。

本発明のいくつかの実施形態では、金属の熱質量を低減させるために、努力が払われている。これは、システムの効率を改良するために、熱サイクル中に用いられるエネルギーの量を低減させるためである。

明らかに、プレート要素１２の面内の通路１３の幅を大きくすることによって、および／または通路１３の数を多くすることによって、熱伝達面積を大きくすることができる。しかし、エッチング加工されたプレート要素の構造的安定性と熱交換器の熱伝達能力との間で、妥協点を見出さねばならないことを理解されたい。加えて、通路の両端間の圧力降下、例えば、摩擦による圧力降下が考慮されねばならない。通路の断面積が小さくなるにつれて、圧力降下の程度が大きくなる。

さらに、通路の断面積が小さくなると、水力直径が小さくなり、熱伝達係数が大きくなる。ユニット内の熱伝達流体の熱質量も小さくなる。しかも、これらの因子は、通路の断面積が小さくなるほど、通路が使用中に詰まってくる危険性が大きくなるという事実とバランスが保たれていなければならない。

各通路は、同一の寸法を有しているので、同一の圧力降下を有している。これは、流体が発生器内を均一に流れることを確実にするのに役立つことになる。

理想的には、本発明に関連して述べたような熱交換器は、熱質量がゼロで、熱交換面積が無限大であるべきである。固体収着媒は、低熱伝導率を有する傾向にあり、かつその熱伝導率を改良する対策が制限されている。例えば、活性炭は、微細孔構造を有し、それによって、多量の収着質が侵入するのを可能にしている。その一方、微細孔は、低熱伝導率をもたらす傾向がある。

代替的な手法として、収着媒材料内の最大導通経路が比較的短くなるように、収着媒材料を充填することが考えられる。

従って、本発明のいくつかの実施形態では、チャンバの両側壁を画成する互いに隣接するプレート部材の少なくとも一方の壁に、複数のフィンが設けられている。これらのフィンは、プレート部材間の空間内に突出し、それによって、プレート部材の通路内の流体と長孔３０内の収着媒材料との間の熱エネルギーの伝達率を改良することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、通路１３は、プレート要素１２の両端間に延在する実質的に平行の直線溝の形態にある。いくつかの実施形態では、通路は、一方のプレートのみの面に設けられている。

いくつかの実施形態では、通路は、一対のプレート要素１２の互いに向き合った面の各々に設けられている。

利用可能な多数の収着質―収着媒システムから判断して、車両用途に好ましい収着質材料は、アンモニアである。水は、再生収着循環に対して一般的に好ましい収着質であり、多くの利点を有している。例えば、水は、最も高い収着質潜熱を有し、非毒性であり、高圧封じ込め容器を必要としない。その一方、閉鎖系循環式の収着システム内に空気が漏れると、性能に有害な影響を及ぼし、特に、亜大気システムでは、この問題を回避するのが困難である。

さらに、水蒸気の密度が低いので、水を収着質として用いてシステムを運転する場合、著しい圧力降下を回避するように、注意深く構成要素を設計する必要がある。また、水蒸気の拡散が遅いので、極めて嵩ばった機器、従って、（単位冷却当たり）のコストが高い機器をもたらすことになる。従って、多くの用途では、アンモニアが良好な材料と考えられる。アンモニアは、毒性を有しているが、高い蒸気圧を有し、多くの観点から、亜大気冷媒よりも作動性が容易である。高圧アンモニアに基づくシステムは、ｋＷにつき０．００１ｍ^３の寸法をもたらす能力を有し、水に基づくシステムよりも少なくとも一桁小さい小型の機器が得られる可能性がある。従って、このような機器は、より低コストで、かつより堅牢でもある。これらは、市販し得る車両用空調システムに対して、考慮すべき最も重要な事項である。従って、本発明の１つの好ましい実施形態は、アンモニアを収着質として運転するようになっている。

多くの手法の内でも、空調システム、冷凍システム、熱ポンプシステム、または熱変換システムに対して、アンモニアが好ましいというのは、恐らく、驚くべきことである。アンモニアは、水と比べて潜熱が低いので、アンモニアに基づく収着システムは、水を収着質として用いるシステムほど効率的ではない。従って、この効率に重点を置いたために、先行技術では、実用的な熱交換システムをアンモニアに委ねることが稀とされていたのである。

しかし、高圧冷媒であるアンモニアは、所定の冷却能または加熱能をもたらすサイクル時間、従って、システム寸法を増大させる熱伝達の制約を受けにくい物質である。

この熱交換器システムは、空調装置、熱変換器、冷凍機、またはヒートポンプ内に含まれるようになっている。

アルコールは、代替的な収着質材料であることに留意されたい。アルコールは、アンモニアおよび水と同じように、高い潜熱を有し、一般に入手しやすく、環境に優しい物質である。しかし、アルコールは、亜大気圧にあり、さほどではないにしろ、水の欠点の一部を共有している。要するに、車両システムに用いる場合、アルコールも好ましくない。

収着媒は、固体材料であるべきである。従って、収着媒は、発生器のプレート部材内においてその位置を保つことになる。固体収着媒は、液体収着媒と比べて、必要な吸着特性をもたらすように設計するのがより容易である。シリカゲル、ゼオライト、およびＢａＣｌ_２のような金属塩が用いられるとよい。しかし、活性炭が好ましい。何故なら、活性炭の場合、良好な性能が合理的なコストで得られるからである。さらに、シリカゲルは、アンモニアに対して不安定なので、活性炭ほど好ましくない。

高冷却能密度を達成するために、収着媒は、収着媒への収着質の高い浸透性を可能にするために、極めて微細孔でなければならない。また、収着媒は、単位容積当たりの冷却能または加熱能を改良するために、高いかさ密度を有しているべきである。しかし、これらは、本質的に、矛盾する要件である。現在入手可能な形態の活性炭は、これらの最も良好なバランスを呈し、その結果、良好な性能を比較的低コストで得ることができる。また、黒鉛を混合することによって、活性炭の熱伝導率を改良することができ、このような混合物を収着媒材料として用いることができる。ホストマトリックスに含まれるゼオライト化合物および／または金属ハライド、およびこの用途に対して一層望ましい特性および適正を有する他の種類の固体収着媒が、継続して開発されることが期待されている。

塊状の炭素層に対するステンレス鋼製のプレート要素の厚さの比率は、理想的には、約１０％である。従って、急速な循環（高熱伝達）がなされるという制約下では、塊状の炭素層は、典型的には、４ｍｍ以下の厚さを有するので、プレート要素は、各対のプレート要素の総計として、最大０．４ｍｍの厚さを有するべきである。

プレート要素の厚さは、アンモニアに基づくシステムの高圧に良好に耐えることができるより厚いプレート要素と、熱質量を低くし、これに付随して、各サイクルでプレートを加熱および冷却するときのエネルギーの浪費を低減させるためのより薄いプレート要素と、の間の妥協に基づく厚さである。

本発明のいくつかの実施形態では、プレート要素は、他の場合に許容される厚さよりも薄くなっている。何故なら、これらの実施形態における発生器の設計は、熱伝達流体と収着媒との間の圧力の均一化を可能にし、それによって、圧力の不均衡、それに付随する撓みによるプレート部材の変形を低減させているからである。

熱交換部品の熱質量の影響を考慮することは、空調システム、冷凍システム、熱変換器、およびヒートポンプシステムに対する新しい設計パラメータであり、このパラメータは、本発明の新規の設計の一態様に取り込まれている。低熱質量は、これまでの先行技術による空調システムの設計では考慮されていなかったものである。何故なら、これらのシステムは、連続的なサイクルで運転されていたからである。従って、熱交換器自体が受ける熱サイクルの影響を考慮する必要がなかったのである。

熱伝達流体は、多くの材料の内のいずれであってもよい。水または水とグリコールの混合物は、粘度が比較的低く、熱伝導率が高く、比熱容量が高いという主な理由から、極めて好ましい。これらの流体の少なくとも１つは、車両のエンジン水冷ジャケットからの加熱された水生成物として、概して容易に利用可能である。他の用途、例えば、駆動温度が水の通常の沸点よりも高い用途では、油または他の適切な熱伝達流体が、用いられるとよい。

アンモニア収着システムと共に用いられる場合、発生器は、アンモニアを６５℃で凝縮させるように運転されることを仮定して、最大で３５バール（３．５Ｐａ）の安全作動圧力に耐えることができなければならない。この点において、プレート式設計は、発生器としての用途において、さらに有利である。

図６は、熱交換器を形成するために一緒にろう付けされる準備が整っている、支持ロッド１１に取り付けられた多数の部品を示している。これらの部品は、プレート要素１２，１４、スペーサ１６、エンドプレート部材２０、および端段部２８を含んでいる。

図７，８は、熱交換器を形成するためのろう付け作業の後の図６の部品１２，１４，１６，２０，２８を示している。プレート要素１２，１４は、強化ウエブとして作用し、プレート部材の面内に極めて剛性のある構造をもたらすことになる。すなわち、熱交換器の本体から離れる方向およびプレート部材の面内の任意の方向におけるプレート部材の撓みまたは膨れが拘束されることになる。熱交換器のこの設計によれば、さらなる補強が比較的少なく、かつ熱質量が比較的低くても、高い内圧、例えば、アンモニア収着質システムに必要とされる高い内圧における運転が可能である。このようなさらなる補強は、図１１において圧力フランジ６０のしようが例示されているように、プレート部材の面から外に向かう力に耐える必要があるときにのみ、必要とされるものである。これらは、本発明のいくつかの実施形態の重要な特徴である。

図９は、長孔３０を収着媒材料で充填する準備が整っている図５の熱交換器を上側から見た図である。

図１０は、長孔３０を収着媒材料で充填する作業を示している。プランジャー上板１２０から突出する複数のプレート１１０を有するプランジャー１００が設けられている。プレート１１０の寸法および位置は、熱交換器１０の長孔３０の寸法および位置に対応している。収着媒材料が、長孔３０内に注がれ、その後、プランジャー１００のプレート１１０が長孔３０内に挿入され、収着媒材料が圧縮されることになる。

図１１は、アンモニアシステムと共に用いられるのに適するようにされた熱交換器の第１の実施形態の熱交換器システムを示している。高い内圧を受けたときに熱交換器１０の構造的剛性を維持するために、圧力フランジ６０が、プレート部材ユニット１８と実質的に平行に並んで、システムの両端に設けられている。圧力フランジ６０は、外部ボルト（図示せず）によって、互いに締め付けられることになる。

水マニホールド６２が、他の２つの側面に接続されている。入口パイプ６４が、一方の側面の基部コーナに設けられ、対応する出口６６が、他方の側面の対向する上側コーナに設けられている。交換器の上面は、アンモニアフランジ６８によって補強されている。アンモニアフランジは、レシーバ容器（図示せず）への接続具７０を備えている。このレシーバ容器内において、収着装置が熱サイクルを受けたとき、アンモニアが蒸発および凝縮されることになる。

図１２は、図１１に係る熱交換器のさらに他の透視図である。この図では、水パイプ７２の配列を見ることができる。水パイプ７２の各々は、異なる各プレート部材と関連し、その各プレート部材の通路に水を供給するように配置されている。水パイプは、プレート部材の両側の各々に設けられている。片側の水パイプは、プレート部材の一端に設けられ、他の側の水パイプは、プレート部材の対向端に設けられている。従って、図１２の向きでは、図示されている側における水パイプは、プレート部材の上端に設けられている。反対側の水パイプは、プレート部材の下端に設けられている。

図１３は、水マニホールド７３が構造体に接続されている図１２の熱交換器を示している。

図１４は、本発明の第２の実施形態によるプレート式熱交換器２００を示している。この第２の実施形態では、複数のプレート部材ユニット２１８が設けられている。プレート部材ユニット２１８は、エッチング加工されたプレート要素２１２および平坦なプレート要素２１４を有している。これらの要素２１２，２１４は、一緒になって、収着媒材料２１７を含むチャンバ２１７Ａを画成する。プレート部材ユニット２１８が一緒に接合され、プレート部材ユニットの積層体を形成するとき、プレート部材ユニット２１８間に閉通路が形成されることを理解されたい。１つのプレート部材ユニット２１８のエッチング加工されたプレート要素２１２に設けられた開通路２１３は、隣接するプレート部材ユニット２１８の平坦なプレート要素２１４と当接することによって、閉鎖されることになる。

各プレート部材ユニット２１８は、エッチング加工されたプレート要素２１２および平坦なプレート要素２１４を互いの方に曲げ、これらのプレート部材２１２，２１４の自由端を互いに接合させることによって、その上端および基端が閉じられている。プレート要素の側端間の間隙をさらに封止することによって、気密チャンバ２１７Ａを収着媒材料２１７の周りに設けることができる。このようにして形成された気密チャンバ２１７Ａは、収着質入口／出口と流体連通し、それによって、収着質がチャンバ２１７Ａに流出入することが可能になる。

断面円弧状の端成形部の存在によって、この熱交換器は、同様の厚さを有する「平坦な」端成形部と比較して、システムの高圧に良好に耐えることができる。従って、この設計は、高圧アンモニアに基づく収着発生器に組み込まれるのにより適することになる。

本発明に係る第２実施形態の変更形態として、プレート要素２１２，２１４を折り曲げ、かつ接合する代わりに、気密チャンバを収着媒材料２１７の周りに形成するために、断面円弧状のエンドキャップをエッチング加工されたプレート要素２１２および平坦なプレート要素２１４のそれぞれの端に設けかつ接合するようにしてもよいことを理解されたい。

熱交換器２００が高い内圧を受けるときに、熱交換器２００の構造的剛性を維持するために、圧力フランジ２６０が、プレート部材ユニット２１８と実質的に平行に並んで、システムの両端に設けられている。圧力フランジ２６０は、それらのフランジ２６０間を通るボルトによって、互いに固定されるとよい。

図１５は、本発明の第３の実施形態によるプレート式熱交換器３００を示している。第３の実施形態は、チャンバ３１７Ａが、（第２の実施形態におけるエッチング加工されたプレート要素２１２および平坦なプレート要素２１４にそれぞれ対応している）プレート要素３１２，３１４を貫通して形成された液密接続部分３８０によって流体連通していること以外は、第２の実施形態に類似している。

図１６は、図１５の熱交換器の単一モジュールユニット３１０の透視図である。プレート要素３１２，３１４は、縁３１５に沿って、ろう付けまたはどのような他の適切な技術によって接合されていてもよい。本発明のいくつかの実施形態では、プレート要素３１２，３１４間に接合部を形成するために、プレート要素３１２，３１４をいくらか重ね合わせることが必要であることを理解されたい。

ユニット３１０の側面３１３は、別の材料シートから形成されていてもよいし、またはプレート要素３１２，３１４の周辺部を互いの方に折り曲げ、側部分３１２Ａ，３１４Ａを形成し、これらの側部分をろう付けまたは任意の他の適切な接合技術によって接合することによって、形成されていてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、ユニット３１０は、その縁が丸められている。例えば、いくつかの実施形態では、プレート要素３１４の側部分３１４Ａ，３１４Ｂ間の縁３１６が円弧状に形成されている。いくつかの実施形態では、プレート要素３１４の側部分３１４Ａと主面３１４’との間の縁３２０が断面円弧状に形成されている。さらに、いくつかの実施形態では、プレート要素３１４の主面３１４’とプレート要素３１４の縁部分３１４Ｂとの間の縁３１７が断面円弧状に形成されている。

急峻な縁ではなく、丸められた縁を用いることによって、縁への応力集中が緩和され、例えば、プレート部材の一部に亀裂を生じさせるかまたは要素間またはプレート部材の部分間の継目に亀裂を生じさせユニット３０に欠損をもたらすような危険性が低減することになる。

従って、本発明のいくつかの実施形態では、ユニット３１０の実質的に全ての縁が丸められた形態にある。すなわち、個々の縁が、単純な断面円弧状の表面または複雑な曲面によって置換されている。

ユニット３１０間に熱流体通路を形成するために、これらのユニットは、１つのユニット３１０のエッチング加工されたプレート要素３１２が、隣接するユニットの平坦なプレート要素３１４に当接し、互いに隣接するユニット３１０間に熱流体通路を画成するように、互いに接合されることになる。

モジュールユニット３１０は、収着媒材料を含んでいる。収着媒材料は、接続部分３８０を通して、ユニット３１０に導入されるとよい。

図１７，１８は、本発明の第４の実施形態を示している。この実施形態では、プレート式熱交換器４００が、内部を貫通して形成された流体通路を有する複数の薄い平坦なプレート部材４１１を備えている。第４の実施形態によれば、プレート部材４１１は、エッチング加工されたプレート要素および平坦なプレート要素を互いに接合することに形成されている。エッチング加工されたプレート要素および平坦なプレート要素は、第１の実施形態によるエッチング加工されたプレート要素１２および平坦なプレート要素１４に関して述べたのと実質的に同じである。

第１，第２，および第３の実施形態におけるのと同じように、圧力フランジが、最終的に得られた構造体の両端に取り付けられ、ボルトによって互いに接続されている。圧力フランジは、交換器が使用時に加圧されたとき、構造体が変形および破裂するのを防ぐように、作用するものである。

収着質材料が充填されるチャンバ４３０を互いに隣接するプレート部材間に画成するために、エンドキャップ４９０（図１８）が、それらのプレート部材４１１間に設けられている。第４の実施形態によれば、エンドキャップ４９０は、実質的に半円状の断面を有し、ろう付けによって、プレート部材４１１に取り付けられている。代替的実施形態では、プレート部材は、垂直断面で実質的に平坦な形状、円弧形状、またはどのような他の形状であってもよい。

流体通路は、本発明の種々の実施形態において、種々の異なる方法によって画成されてもよいことを理解されたい。例えば、通路は、プレート部材間に、例えば、金属の波形シートを挿入することによって、プレート部材間に画成されてもよい。波形シートは、溶接、ろう付け、またはそれ以外の手段によって、プレート部材に取り付けられるとよい。代替的に、波形シートは、プレート部材に取り付けられず、その代りに、互いに隣接するプレート部材の一方または両方に当接して配置されていてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、熱流体が貫通するプレート部材は、単一のプレート要素から形成されている。すなわち、このプレート部材は、２つ以上のプレート要素から構成されていない。いくつかの実施形態では、プレート部材は、アルミニウムのような材料の押出加工によって形成され、押出加工の結果として、貫通して形成された複数の通路を有することになる。

図１９は、エンジンの排熱によって駆動される本発明の実施形態による２つの熱交換器（または「発生器」）６００を用いる自動車用空調システムの概略図である。熱交換器６００は、レシーバ（蒸発器）６５０の実質的な連続的冷却をもたらすために、位相を実質的に異ならせて、運転されるようになっている。

これは、不連続な冷却が得られる単一の発生器配置よりも概して実用的な配置である。

図９に示される配置では、システムは、一方向弁Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９を開閉することによって加熱されるどちらか１つの熱交換器６００（すなわち、Ｇ１またはＧ２）から脱離したガスが凝縮器６４０に送られるように構成されている。

熱交換器６００が冷却されると、圧力が蒸発器６５０内の圧力よりも降下し、対応する弁Ｖ７またはＶ８が開弁され、ガスが蒸発器６５０から熱交換器６００に流入されることになる。

膨張装置６４５を介して蒸発器に通される前に、ガスは、凝縮器６４０内において液体状態に冷却されている。連続運転中、実質的に連続的な沸騰液体が、蒸発器６５０内に供給されることを理解されたい。

駆動熱源６１０、例えば、エンジンおよび／または補助バーナからの排熱が必要とされることを理解されたい。

蒸発器６５０は、自動車のキャビンクーラーマトリックス６５５に接続されているとよい。

代替的システムでは、さらに他の熱交換器６００が用いられてもよいことを理解されたい。これらのシステムは、レシーバを冷却するために、それぞれの熱交換器を相補的に運転するように構成されている。

本発明の実施形態は、ヒートポンプ、熱変換器、および冷却システムに用いられるのに適している。

本発明のいくつかの実施形態では、熱伝導部材が、長孔３０内に設けられている。本発明のいくつかの実施形態では、熱伝導部材は、アルムニウムから作製された波形プレートの形態にある。

図２０は、熱交換器の一部を示している。ここでは、熱伝導部材７００が、長孔３０の互いに向き合った壁と当接している波形アルミニウムプレートの形態にある。このプレートの存在によって、プレート要素１２，１４と長孔３０内に供給される収着質材料との間の熱エネルギーの伝達が促進されることになる。

図２１は、２つの熱伝導部材７００が、各長孔３０内に設けられている代替的実施形態を示している。図２１の実施形態では、熱伝導部材７００は、各々、単一プレート要素１２，１４に当接している。図２１の実施形態では、別個の熱伝導部材７００が、それぞれ、各長孔３０の互いに向き合った面に設けられている。さらに、各熱伝導部材７００は、各長孔の互いに向き合った面の１つのみに接触している。

図２２は、本発明のさらに他の実施形態の一部を示している。ここでは、複数のフィン８００が、長孔３０内に突出している。これらのフィンは、長孔３０内に設けられた収着媒材料間の熱エネルギーの伝達を促進し、熱伝達流体は、プレート要素１２，１４によって画成された通路内に供給されることになる。本発明のいくつかの実施形態では、フィンは、図２２に示されているように、湾曲した輪郭を有している。本発明のさらに他の実施形態では、フィンは、直線状の輪郭またはどのような他の適切な輪郭を有していてもよい。

本発明のさらに他の実施形態が、図２３に概略的に示されている。図示されている実施形態によれば、複数のプレート要素パッケージ７００が設けられている。各パッケージ７００は、略管状部分７１０を有している。この管状部分７１０は、実質的に平坦なプレート要素部分７１０Ｃに繋がっている実質的に半円状の端部分７１０Ｄを有している。１対の実質的に平坦なパネル７１０Ｂが、管状部分７１０の両端に設けられている。

各パッケージ７００の管状部分７１０は、必要な形状を形成するように曲げられた単一の材料シートから形成されている。いくつかの実施形態では、２つ以上のシートが用いられてもよい。

図示されている実施形態によれば、シートの互いに向き合った端は、ろう付け、溶接、または他の手段によって、互いに結合されている。次いで、塊状の収着媒材料が管状部分７１０内に挿入され、パネル７１０Ｂが管状部部分７１０の両端に溶接され、それによって、気密パッケージが形成されることになる。

本発明のいくつかの実施形態によれば、管状部材７１０は、収着媒材料が添加された後で、管状部分が圧縮される前に、圧縮されることになる。この作業は、収着媒材料とプレート要素パッケージ７００の壁との間の良好な熱接触を確実にするために、行われている。

これらのパッケージ７００は、積層構造が得られるように、互いに隣接するパッケージ７００の互いに向き合った面７１２，７１４の外面を互いに当接させて、溶接、ろう付け、または他の手段によって、互いに結合されることになる。図２３の実施形態では、これらのパッケージ７００は、熱伝達流体の流れを矢印Ｆの方向（またはその反対方向）に制限するために、縁７０１に沿って結合されている。換言すると、流体は、杉綾状配置の通路が設けられているパッケージ７００の領域内において強制的に流れることになる。従って、流体は、杉綾状通路の領域内において流れるのを回避することができないようになっている。

図２３に示されている実施形態によれば、通路７１３は、管状部分７１０の両面７１２，７１４に、エッチング加工によって、互いに平行の逆Ｖ字状（または杉綾状）に形成されることになる。両面における通路は、１つの面７１２の逆Ｖ字形状が、他の面７１４の逆Ｖ字形状に対して１８０°の角度で並ぶように、配置されている。この配置によって、流体は、矢印Ｆの方向（またはその反対方向）に流れながら、その流体とパッケージ７００の壁との間の熱伝達を促進することができる。

いくつかの実施形態では、管状部分７１０は、図示されている形状に曲げられた単一の材料シートから形成されている。典型的には、通路７１３の形成は、シートを曲げる前に行われるようになっている。

いくつかの実施形態では、管状部分７１０は、別々の部品、例えば、２つの略半円状の端部分７１０Ｄ、および２つの実質的に平坦なプレート要素部分７１０Ｃから形成されている。

本発明の他の実施形態に関して前述したように、通路は、エッチングに代わって、またはエッチングに加えて、機械加工、打抜き加工、またはどのような他の適切な方法によって、形成されてもよい。

（気体の形態にある）収着質がパッケージに容易に流入および流出することを可能にするために、ガス入口／出口パイプが、各パッケージ７００のパネル７１０Ｂに設けられている。

本発明の実施形態によるパネル７１０Ｂは、約１０ｍｍから約１５ｍｍの幅を有している。換言すれば、単一パッケージ７００の面７１２，７１４間の距離は、約１０ｍｍから約１５ｍｍである。パネル７１０Ｂは、本発明のいくつかの実施形態では、約２〜３ｍｍ以下の厚さを有していてもよい。

本明細書の実施形態および請求項を通して、「備える」および「含む」という語およびこれらの語の変形は、「非制限的に備える／含む」ことを意味し、他の部分、添加物、構成要素、完全体、または段階を排除することを意図しない（また排除するものではない）。

本明細書の実施形態および請求項を通して、文脈が他の解釈を要求しない限り、単数形は、複数形を含むものとする、特に、不定の物品が用いられる場合、本明細書は、文脈が他の解釈を要求しない限り、単数形のみならず複数形も含んでいると理解されたい。

本発明の特定の態様、実施形態、または実施例と関連して記述される特徴、完全体、特性、化合物、化学部分、または化学基は、互換性が認められない限り、本明細書に記載されるどのような他の態様、実施形態、または実施例にも適用可能であることを理解されたい。

Claims (14)

1. 複数の積層されたプレート部材であって、それぞれが、板厚の内部に複数の流体通路を備え、前記各通路と連通する通路入口および通路出口を有し、かつ、前記各プレート部材は、第１プレート要素および第２プレート要素を備え、前記第１プレート要素および前記第２プレート要素の一方または両方が一連の開通路を備え、かつ、前記第１プレート要素と前記第２プレート要素とが互いに当接することにより前記各通路が画成されるような複数の積層されたプレート部材と、
   互いに隣接する前記各プレート部材の対向する主面間に設けられた複数のチャンバであって、それぞれが、収着媒材料を収容するような複数のチャンバと、
   前記各通路入口と連通する熱流体入口および前記各通路出口と連通する熱流体出口と、
   前記各チャンバと連通する収着質入口および収着質出口であって、前記各流体通路から流体的に隔離して設けられているような収着質入口および収着質出口と、
   を備え、
   互いに隣接した前記各プレート部材の間に、前記各チャンバの壁を画成する内面を板厚の内部に有するスペーサが介設されている、熱交換器。
2. 前記各プレート部材の厚さは、互いに隣接するプレート部材の対向する面間の距離の２０％以下であるか、または、互いに隣接するプレート部材の対向する面間の距離の１０％以下である、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記収着質材料は、アンモニアを含む、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記チャンバの壁の少なくとも一部が断面円弧状に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記チャンバの前記壁が端成形部を備え、前記端成形部は、（ａ）少なくとも１つの実質的に平坦な面、（ｂ）少なくとも１つの断面円弧状の曲面、（ｃ）前記互いに隣接するプレート部材の少なくとも一方の一部、（ｄ）１つのプレート部材の第１プレート要素の端部分とそれに隣接するプレート部材の対向する第２プレート要素の端部分、（ｅ）異なるそれぞれのプレート部材の互いに向き合って隣接するプレート要素の部分が互いに接合されている部分、および、（ｆ）前記チャンバの前記壁の少なくとも一部を画成するように構成されたエンドキャップであって前記一部が互いに隣接するプレート部材間に配置されているようなエンドキャップ、からなる特徴群から選ばれた少なくとも１つの特徴を含んでいる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記プレート部材は、実質的に正方形または長方形であるか、または、実質的に円形である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記少なくとも１対の互いに隣接するチャンバは、前記互いに隣接するチャンバ間に配置された前記プレート部材を貫通して形成されている開口を介して互いに連通しており、前記開口は、前記プレート部材の中心部分を貫通して設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記収着質出口は、前記収着質入口によって与えられている、請求項１〜７記載の熱交換器。
9. 前記チャンバは、マニホールドを介して互いに連通している、請求項１〜８請求項のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 前記熱交換器の両端それぞれにエンドプレートを備え、前記各エンドプレートは、前記熱交換器が内圧を受けた場合に構造的剛性をもたらすように構成され、前記各エンドプレートが湾曲していることで内部空間が画成され、前記内部空間は、前記チャンバに連通しており、前記各エンドプレートは、ドーム形状またはドームのような形状である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 前記収着媒材料は、固体収着媒材料、微細孔材料、活性炭材料、ゼオライト材料、シリカゲル、および、金属塩からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. 前記収着媒材料は、熱伝導性素地内に設けられ、黒鉛、膨張黒鉛、発泡金属材料からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の熱交換器。
13. 少なくとも１つの熱伝導部材が少なくとも１つのチャンバ内に設けられ、前記熱伝導部材は、前記チャンバの壁を画成するプレート部材と前記チャンバ内に設けられた収着媒材料との間で熱エネルギーを伝達可能に配置されており、前記熱伝導部材は、波形の材料シートから構成され、前記熱伝導部材の面の少なくとも一部は、前記プレート部材の主面に当接して設けられ、前記熱伝導部材の両面それぞれの一部が、隣接する異なるプレート部材のそれぞれの一部に接触し、それによって、互いに隣接するプレート部材間に、前記チャンバの内部を横切る少なくとも１つの熱経路が形成されており、前記熱伝導部材は、アルミニウムから構成され、前記少なくとも１つのチャンバの壁から前記チャンバ内に突出した少なくとも１つのフィンを備えている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の熱交換器。
14. 収着装置内の容器を冷却する方法であって、
    （ａ）複数のプレート部材を設けるステップであって、前記複数のプレート部材のそれぞれが、板厚の内部に複数の流体通路を備え、通路入口および通路出口を有し、かつ、前記各プレート部材は、第１プレート要素および第２プレート要素を備え、前記第１プレート要素および前記第２プレート要素の一方または両方が一連の開通路を備え、かつ、前記第１プレート要素と前記第２プレート要素とが互いに当接することにより前記各通路が画成されるように、設けるステップと、
    （ｂ）前記各通路入口と連通している熱流体入口、および前記各通路出口と連通している流体出口を設けるステップと、
    （ｃ）前記各プレート部材間に、それぞれが前記各通路から隔離された複数のチャンバを設けるステップであって、互いに隣接した前記各プレート部材の間にスペーサを介設し、前記スペーサの内面によって板厚の内部に前記各チャンバの壁を画成するステップと、
    （ｄ）前記チャンバの各々内に収着媒材料を設けるステップと、
    （ｅ）前記チャンバと流体連通する収着質入口および収着質出口を設けるステップと、
    （ｆ）前記収着質入口および前記収着質出口を少なくとも１つの容器に接続し、それによって、閉鎖システムを形成するステップと、
    （ｇ）前記流体入口および前記流体出口を流体源に接続するステップと、
    （ｈ）ある量の収着質を各チャンバに供給するステップと、
    （ｉ）第１の温度の熱流体を前記通路内に通過させ、それによって、前記収着質を前記収着媒材料に吸着させるステップと、
    （ｊ）第２の温度の熱流体を前記通路内に通過させ、それによって、前記収着質を前記収着媒材料から脱離させるステップと、
    を含んでいる、方法。
    

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