JP6587618B2 - 蒸発及び吸収装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸収型ヒートポンプ又は単一冷媒冷却プロセスのための蒸発装置に関し、蒸発装置は、熱交換区画、蒸気案内空間及び外壁を形成するよう、互いに間隔を空けて保持するためのプレス成形パターンが施された積層プレートを含み、熱交換区画は区画の内面によって流路を形成するように構成され、前記流路は熱媒入口と熱媒出口とを結び、冷媒入口が熱媒流路の上に設けられることによって、冷媒は熱媒流路の外面に流下膜を形成し、冷媒は、入口から出口まで流通して素早く蒸気案内空間に入る熱媒からの熱により外面から蒸発する。

吸収システムは、例えば、ホテルの客室のミニバーや、自動車への適用や電力網のない遠方地のための冷凍機において長く使用されてきている。

吸収型冷凍機は、２つの流体冷媒の吸収と吸着を利用し、例えば、ガスバーナのような高温の熱源によって作動する。吸収プロセスの機能については、当業者には周知であるので、一切論じない。

過去１０数年間、吸収型ヒートポンプに対する関心が高まってきている。ヨーロッパではガスによるビルの暖房はごく一般的であり、吸収型ヒートポンプは、ガスの消費量を少なくとも２分の１に減らすための一つの取り得る手段である。

吸収型熱循環回路においては、少なくとも５つの異なる熱交換装置がある；１つの生成装置であって、冷媒溶液を高温熱源によって加熱し媒体から揮発性成分を蒸発させるもの、1つの復水装置であって揮発性成分を凝縮させるもの、１つの蒸発装置であって、揮発性成分を低温熱源によって蒸発させるもの、１つの吸収装置であって、低揮発性成分を媒体に吸収するもの、そして、１つの溶媒熱交換装置であって、生成装置からの媒体が、生成装置に入る途中の揮発性成分を高含有率で有する吸収装置からの媒体と熱を交換するものである。

ヒートポンプがいわゆるオンオフ運転によって制御される場合、蒸発装置と吸収装置の熱慣性は、吸収過程の迅速な起動を行うためにできるだけ小さいことが重要である。

今日、これは通常、シェルアンドチューブ型熱交換装置を備えること、及び熱交換装置を構成するチューブの上に流下膜を形成する手段によって解決される。流下膜から、例えばチューブを流通する塩水との熱交換により形成される蒸気は、チューブを取り囲むシェルによって画成される空間に素早く入り込む。

しかしながら、シェルアンドチューブ型熱交換装置は、特に小容量の吸収型ヒートポンプにとっては、製造コストが高い。

シェルアンドチューブ型熱交換装置の一つの発展系は、「チューブ」が凸部と凹部のプレス成形パターンを施されたシートメタルから製造されており、これらの凸部と凹部は、流路を形成した状態で隣り合うプレートとの間に互いに一定の距離を維持するよう適合される。その他のすべてのチャネルは、耐圧構成要素の中で、完全に周囲に開放されて、その耐圧構成要素は、溶接されたシートメタル、又は鋳造メタルフレームから製造される。これらの組立完成品の製造は、またコストが高く、かつ材料を消費する。本発明は、従来技術の熱交換装置の利点を有し、しかし、より高い費用対効果で製造することが可能となる熱交換装置を提供することである。

上述の問題とその他の問題は、蒸気案内空間を、熱交換区画と外壁の間に設けた蒸発装置によって解決される。

蒸気案内空間におけるチャネル間のガスの流通の相違を平均化するために、チャネルに開口部を設けてよい。

蒸発装置から蒸発していない冷媒を抜き取るため、冷媒を外に出すための出口を設けてよい。そのような冷媒は、冷媒入口から熱交換区画（３００；５００）の外面を覆って、蒸発することなく落下する。

冷媒入口の上部に設けられたガス出口は、蒸発した流体を出すために使用されてよい。

蒸発装置を吸収過程の中で使用するときは、吸収部をガス出口に連結してよい。

本発明の一実施形態においては、吸収部は蒸発装置部と同一であって良い。

製造工程を容易にするため、蒸発装置部と吸収部は同一のシートメタル片から製造してよい。

以下においては、本発明について添付図面を参照して詳説する。

図１は、本発明による蒸発装置が使用される可能性のある例示的な吸収システムを示す模式図である。 図２は、本発明による蒸発装置の一実施形態に使用されるプレス成形されたプレートの平面図である。 図３は、本発明による蒸発装置の別の実施形態に使用されるプレス成形されたプレートの平面図である。 図４は、本発明による蒸発装置の更に別の実施形態に使用されるプレス成形されたプレートの平面図である。 図５は、本発明による蒸発装置の一実施形態に使用されるプレス成形されたプレートの平面図である。 図６は、本発明による蒸発装置の具現化に使用することができる更に別のプレートである。 図７は、本発明による蒸発装置に使用されるプレートの別のバリエーションであり、そして 図８は、本発明の更に別の実施形態によるプレス成形されたプレートの模式的平面図である。

図１にある例示的な吸収型ヒートポンプシステム１は、復水装置１００、第１絞り弁１１、蒸発装置１２０、吸収装置１３０、ポンプ１４０、第２絞り弁１５０、溶媒熱交換装置１６０、及び生成装置１６０を含む。これらの構成要素は、揮発性成分と揮発性成分を吸収することができる媒体の混合体を含む配管系統によって連結される。

以下において、図１の構成要素を参照して、吸収過程について概述することにする。

生成装置において、媒体と揮発性成分との混合体は、例えば、石油又はガス火炎などの高温熱源によって加熱される。揮発性成分は、媒体から分離され、そして、ガス状態で復水装置に運搬されるであろう。そして、復水装置で、そのガス状の蒸気は、例えば、ビルの暖房システムの熱媒との熱交換のもとで凝縮するであろう。揮発性成分の蒸気の生成と揮発性成分の凝縮はいずれも、比較的高圧の下で行われる。

その時液状の揮発性成分は、絞り弁を通過し、これにより圧力が低下し、その結果として揮発性成分の沸点が低下する。絞り弁の後は、揮発性成分は蒸発装置に入り、蒸発装置の中で、揮発性成分は、例えば、土又は地下水から熱を集める塩水回路のような低温熱源を使って蒸発させられる。その後、ガス状の揮発性成分は、吸収装置に入り、吸収装置の中で生成装置からの液状媒体が噴霧され、それによってガス状の揮発性成分は媒体に吸収される可能性がある。その吸収は熱を生成するが、その熱は、例えば、前述のビルの暖房システムの熱媒と熱交換されたものである。

揮発性成分を吸収した媒体は、溶媒熱交換装置を通って、ポンプ１４０によって生成装置１７０にくみ揚げられる。溶媒熱交換装置において、揮発性成分を吸収した媒体は、生成装置を通過してきている媒体、すなわち、揮発性成分の含有率の低い媒体と熱交換する。これにより、揮発性成分を吸収した媒体は、比較的高い温度で生成装置に入るであろうし、揮発性成分の含有率の低い媒体は、比較的低い温度で吸収装置に入るであろう。絞り弁１５０は、生成装置と復水装置内を高い圧力に保つために必要である。

図２において、上述の過程に適した蒸発装置の中に含まれるプレート２００が、図式的に示されている。プレート２００は、好ましくはシートメタルから製造され、後述するような方法による流路形成のもとに、隣接するプレートが互いに間隔を保持するよう配置されるような凸部と凹部が施される。好ましくは、シートメタルプレートを積層し、ロウ付して蒸発装置を形成することである。

プレート２００はプレート面から垂直な方向に延びているスカート（不図示）を備える端部２１０を有する。これらのスカートは、隣接するプレートのスカートと接触し、上述のプレートの積層体が一旦ロウ付されたら密封を形成するよう、構成される。端部への接続に際して、凸部２２０及び凹部２３０を含む部分を設けてもよく、この凸部と凹部は、ロウ付工作中にプレートの積層体が崩れたり又は収縮したりしないような支持を形成するため、隣接するプレートの凸部と凹部を接触させるように構成される。

また、プレート２００は、蒸発されるべき流体の入口２４０であって、シュラウド２４５によって部分的に取り囲まれた入口と、塩水出口２５０と、塩水入口２６０及び非蒸発流体のための少なくとも一つの出口２７０とを含む。また、プレート２００には、ガス出口２８０、及び選択的なガス循環開口部２９０が配置されている。蒸発装置区画３００には、凸部３１０及び凹部３２０が設けられており、塩水入口２６０と塩水出口２５０との間で流路を形成している。

プレート２００は、基本的には、プレート２００の鏡像である隣接するプレートと協働して流路を形成するように構成される。鏡対称からの唯一の例外は、端部と蒸発装置区画の凸部及び凸部の方向である。すなわち、図２において、蒸発装置区画の凸部及び凹部は、上方をさす矢印を形成するが、それに隣接するプレートの蒸発装置区画の凸部及び凹部は、下方を指す矢印を形成するであろう。端部の凸部と凹部は右上方を指すが、隣接するプレートの凸部と凹部は、右下方を指すであろう。それ故、一のプレートの凸部は上に隣接するプレートの凹部と接点を形成するであろうし、また、一のプレートの凹部は、下に隣接するプレートの凸部との接点を形成するであろう。

端部にスカートを設ける代わりに、端部の表面を嵩上げさせることも可能であることに注意すべきである。ただし、その嵩上げした面は、プレートの一つを表裏置換したときに対応する隣接するプレートの嵩上げした表面と接触することが前提となる。そのようなプレート構成においては、凸部３１０及び凹部３２０を、図２に示すようなヘリンボーンパターンに施すことはできない。むしろ、そのとき、凸部３１０及び凹部３２０は、蒸発装置区画３００全面を覆って、傾斜した形で拡延することになる。そうでなければ、隣接する区画の凸部と凹部の交差はないであろう。

区画３００を取り囲むプレート部分及びすべての接続口の開口は、例えば、塩水、ガス、揮発性成分及び媒体等の制御された流通を受け入れることが可能となるよう、異なった高さで設置される。プレート２００に関しては、塩水入口及び塩水出口の周りのプレート面は、低い高さで設置され、シュラウド、蒸発されるべき流体の入口の周りの面、区画３００、及び非蒸発流体の少なくとも一つの出口は高い高さで設けられる。プレート２００に隣接するプレートはプレート２００の鏡像であることから、このことは、塩水入口及び塩水出口の周りのプレート面は高い高さで設置され、蒸発されるべき流体の入口の周りのプレート面、区画３００、及び非蒸発流体の少なくとも一つの出口は低い高さで、隣接するプレートに設置されることを意味する。

その後、プレート２００を隣接するプレートと共に積層することにより、プレートの間に異なったチャネルが形成されるであろう。以下において、プレート２００とプレート２００の上に置かれた隣接するプレートとの間のチャネル形成について開示されるであろう。上述のように、隣接し合うプレートは互いに鏡像である。これが意味することは、隣接する二つのプレートのシュラウド、蒸発されるべき流体の入口の周りのプレート面、区画３００、及び非蒸発流体の少なくとも一つの出口の少なくとも周りの面は、互いに接触するであろうということである。また、隣接するプレートの凸部及び凹部は互いに接触するので、プレートは互いに間隔を維持するであろう。

二つのプレートの間の接触面は、その後のロウ付工程において密封を形成するであろう。この場合、プレートは、プレートを製造したメタルよりも低い融点を有するロウ材（通常、ロウ材料は銅であるが、他の材料、例えば、シリコン、及び／又は燐のような融点低下剤系の添加物を含有するステンレス鋼もまた使用することが可能である。プレートは好ましくはステンレス鋼製である）を用いてロウ付より互いに接合される。

それ故、異なる空間若しくは流路がプレートの間に形成され、プレート２００の一方の側面においては塩水入口と塩水出口との間の流路があるであろうし、プレート２００の他方の側面においては、流路２９５、又は蒸発されるべき流体の入口から少なくとも一つの非蒸発流体への蒸気案内空間があるであろう。その同じ流路２９５は、選択的なガス循環開口部２９０及びガス出口２８０と連通するであろう。ガス循環開口部２９０は蒸気案内空間におけるガス圧力の差異を平準化する作用を有する。また、互いに隣接する蒸気案内空間を分割しているプレート面の材料を取り除くことにより、蒸発装置の熱慣性はより小さくなるであろう。換言すると、プロセス開始から、蒸発装置からの一定の蒸気の質量流量となるまでの時間がより短くなるであろう。

塩水流路と、この流路との間の流体接触はないであろう。上述のように、また、プレートの境界線周りは、重畳するスカートの相互作用により密封される。終端プレート（不図示）は、プレートの積層の何れかの側に配置され、流体を蒸発装置に入れたり蒸発装置から出したりするための適当な開口部を備えている。明らかであるが、終端プレートはガス循環開口部２９０を備えていない。

使用時には、プレート２００及び隣接するプレートが一つの積層体に積層され、ロウ付されて一つの蒸発装置を形成する蒸発装置は、ガス出口を上部にして置かれ、その結果として非蒸発流体のための少なくとも一つの出口は、下部になる。塩水の入口と出口は、それらの間の塩水の流通を提供するための外部回路に接続される。

蒸発されるべき流体のための入口は流体源（図１に関する上述のヒートポンプシステムの場合には、流体源は膨張弁からくる流体である）に接続され、ガス出口は吸収装置に接続される。蒸発装置の効率は、区画３００の全表面が冷媒で確実に濡れていれば、増加する。これを確実にする一つの方法は、例えば、欧州特許出願０８４９９２７．２のようなタイプの分配管を入口２４０に設けることによることである。分配管の中の開口部は、すべてのプレートの中間空間に塩水の流通を一様に分配するであろう。

非蒸発流体（この場合、媒体と揮発性成分との混合体）であることが判明しているなら、非常に低い割合の揮発性成分が蒸発していることが判明しているならば、非蒸発流体のための少なくとも一つの出口は、蒸発されるべき流体の入口にもまた接続されてよい。それ以外の非蒸発流体のための少なくとも一つの出口は、上述の吸収システムの生成装置に接続される。

図３に示す、本発明の他の実施形態においては、蒸発装置と吸収装置は一つのユニットに結合されている。

再び図３の参照により、本発明による結合された蒸発装置と吸収装置のプレート４００を示す。プレート４００は、外側縁４２０を有し、外側縁はスカート（不図示）を備え、前記スカートは、結合された蒸発装置と吸収装置を形成するために、プレート４００と隣接するプレートとが一つの積層体に積層されたときに互いに重畳するように配置され、それ故、周囲に対する密封を構成する。

図３より明らかなように、プレート４００は、軸方向に延びる中心軸の右と左が同じ外観の構成要素を有する。以下においては、結合された蒸発装置と吸収装置とは、蒸発装置を図３の右側に、そして吸収装置をその左側に有すると見做すことにする。シュラウド４４５によって部分的に覆われた、蒸発されるべき流体の入口４４０は、媒体のための入口６４０に対応し、塩水出口４５０は、例えば、家庭暖房システムの熱媒のための出口６５０に対応し、蒸発装置区画５００は、吸収区画７００に対応しており、両方の区画５００、７００には、凸部５１０、７１０及び凹部５２０、７２０のプレス成形パターンが施されている。凸部５１０、７１０及び凹部５２０、７２０は、結合された蒸発装置／吸収装置を形成するために積層体に積層されたとき、プレート４００が隣接するプレートと一定の距離を確保するように配置される。

非蒸発流体のための少なくとも一つの出口４７０は、吸収された揮発性成分を有する媒体溶液のための少なくとも一つの出口６７０に対応する。

蒸発装置部と吸収装置部との間には、区画壁８００があり、分割壁８００がある。この壁は、多くの異なる方法で構成してよい。例えば、スカート４１０を延長して壁を形成することもできる。また、プレート４００とそれに隣接するプレートの上に高い面と低い面を設けて密封を形成するようにすることもできる。これに関連して、分割壁８００内に密閉空間を設けるようにスカート及び高い面と低い面を構成することができることは注目に値するであろう。これは、熱の観点から非常に有利である。つまり、一般的な熱交換装置は真空下の炉の中でロウ付される。そして、密封空間が形成されれば、真空はロウ付工程の後もまた保持されるであろう。

周知のように、真空は人類が知る最良の断熱剤である。そして、分割壁の中に真空下で空間を設けることによって、吸収装置部と蒸発装置部との間の熱伝導が著しく減少する可能性がある。

図４を参照して、本発明による蒸発装置の一実施形態であるプレート１１００を示す。プレート１１００は、媒体と揮発性成分との混合体のための入口１１１０、ガス状の揮発性成分のための出口１１２０、塩水入口１１３０、塩水出口１１４０、及び媒体出口１１５０を有する。更に、プレート１１００は二つの異なった面ＡＡ及び面ＡＢを有し、面ＡＡは凸部ＡＲと凹部ＡＧを有し、面ＡＢは凸部Ａｒと凹部Ａｇを有する。図４から明らかなように、面ＡＡと面ＡＢの凸部及び凹部は僅かに異なる方向に延びており、凸部ＡＲは凸部Ａｒの２倍多い。凹部については言うまでもない。

使用時には、プレート１１００は、他の二つのプレート（不図示）であって、媒体、揮発性成分、その溶媒、及び塩水のための対応する入口及び出口開口部、及び同様に対応する面ＡＡ及び面ＡＢを有するプレートに隣接するであろう。プレート１１００に隣接するプレートはプレート１１００に非常に類似しているが、凸部及び凹部の高さ並びに入口及び出口開口部を取り囲む面は互いに鏡対称である。同様に、隣接するプレートの面ＡＡ及び面ＡＢの凸部と凹部は、隣接するプレートの凸部と凹部が隣接する凸部と凹部の交差の間に接点を形成するように配置される。同様に、プレートの縁面はスカートを備えており、スカートは隣接するプレートのスカートが二つのプレートの間の空間を密封するように構成される。

本発明による蒸発装置を形成するために、何枚かのプレート１１００及び隣接するプレートは、上述のように、プレートの積層体を形成するために、互いに積層され、参考までに図２〜３に開示されている実施形態と全く同じようになる。通常、ロウ材料の層はプレートの間の空間に敷かれる。その後、プレートの積層体は、ロウ付用炉の中に設置され、ロウ付をされて蒸発装置になる。ロウ付している間、プレートの凸部と凹部及びスカートによって形成される接点は一緒にロウ付されるであろう。それによって、プレートは互いの間に中間空間を形成するであろう。

上に略述したように、入口及び出口開口部を取り囲む面は、異なる高さで設置されるので、開口部と中間プレートの空間との間の選択的連通が行われる可能性がある。

プレート１１００の場合においては、塩水入口１１３０と塩水出口１１４０の間に連通があり、そして、同様に、媒体／揮発性成分の入口と出口１１１０、１１２０、１１５０の間に連通があるであろう。塩水入口と塩水出口の間の連通は、面ＡＡを覆って、最初の一対のプレートの間で起こるであろうし、又冷媒入口と冷媒出口との間の連通は、面ＡＡ及び面ＡＢの両方を覆って起こるであろう。

使用に際しては、塩水入口１１３０から塩水出口１１４０へ流通し、かつ揮発性成分の沸騰温度よりも高い温度を有する、塩水又は他のエネルギのプロバイダがあるであろう。塩水が上方向、すなわち重力に逆らって移動するように、蒸発装置を設置することが好ましいということに注意すべきである。

媒体と蒸発されるべき揮発性成分との混合体は、冷媒入口１１１０を通じて入れられ、面ＡＡで画成される空間の壁面を落下することが可能となる。異なる方向に延びる凸部ＡＲと凹部ＡＧによって、液状の混合体は一様に広がり、面ＡＡのほとんどの部分を覆う膜を形成するであろう。上述のように、塩水の温度は揮発性成分の沸騰温度を越える程のものである。それ故、揮発性成分は、面ＡＡを覆っている膜から蒸発するであろう。面ＡＡを覆っている膜から蒸発していた揮発性成分は、この面から漏れて面ＡＢに入るが、面ＡＢでは塩水との熱交換は行われない。蒸発した冷媒は他の行き場を失うので、出口１１２０を通じて面ＡＢから押し出されるであろう。

面ＡＢの問題についていうと、蒸発した冷媒がプレートの両面上の接続口１１２０に向かって上に移動する可能性を有する開口部を面ＡＢに設けることによって、この面の有効容積を増加できる可能性がある。このケースでは、勿論、面ＡＡの塩水の流通部分が面ＡＢとの連通から密封されることが必須である。

従来技術のプレート蒸発装置に比べて、蒸発した冷媒の過熱は非常に僅かであろう。

図５には、本発明の他の実施形態を示す。図４に示した実施形態に対応して、特徴点は１１の代わりに１２で始まる４桁の数字で表記している。例えば、図１の実施形態の塩水入口１１３０は、図５の実施形態においては１２３０で表記されている。特徴点の機能については図４の実施形態に記載されたものとは異なる。

図４の実施形態と図５の実施形態との間の主要な違いは、図５の実施形態においては、蒸発した冷媒の過熱が更に少ないであろうということである。それは、蒸発した冷媒は、面１２Ａで蒸発されたときから、熱交換が起こらないであろう面１２Ｂに入るまでに移動する中間距離がより短いであろう、ということによる。

本発明の他の実施形態であるプレート１４００、すなわち、結合された蒸発装置と復水装置は、図６に示される。これまでの実施形態と全く同じように、図６のプレート１４００は、隣接するプレートが熱交換をする流体を流通させるための空間を形成するように一つの積層体に置かれるが、方法は当業者には周知である。この実施形態による結合ユニットは、媒体と揮発性成分との混合体の入口１３１０、媒体の出口１３１５、塩水入口１３３０、塩水出口１３４０を有し、塩水は面１３Ａを加熱し、それにより入口１３１０を入る媒体と混合した揮発性成分は、面１３Ａを落下する間に蒸発する。開口部１３２０は、すでに開示した実施形態の面ＡＢ及び面１２Ｂと同じ機能を有する面１３Ｂを、復水装置１４００に連結する。

復水装置１４００は、二つの異なった面、すなわち、面ＡＣ及び面ＡＤを有し、面ＡＣは、熱交換が行われないという点で面１３Ｂと類似し、面ＡＤは、開口部１３２０を通じて復水装置に入ってきているガス状物質と、冷媒入口１４１０を通じて二つの隣接するプレートによって画成される空間に入ってきている冷却液との間で、熱交換が行われるという点で、面１３Ａに類似する。この場合、冷却液は、出口１４２０を通じて空間を離れ、ガス状媒体を含む空間とは接触しない。ガスと冷却液との間の熱交換は、ガスを液滴に凝縮するであろう。液滴は、集まって液流となり復水装置出口１４３０に到達するまで面ＡＤを落下するであろう。そして、液滴を復水装置出口１４３０から抽出することが可能となる。

更に、溶媒入口１４４０は出口４３０と連通するように配置される。使用に際しては、揮発性成分含有量が非常に小さく、そして、それ故、揮発性成分に対する親和性が高い媒体は、溶媒入口を通じて供給され、それにより媒体は面ＡＤ上に落下する膜を形成するであろう。そこで、媒体はガス状の揮発性成分を熱の形成のもとで吸収するであろう。この熱は、冷媒入口１４１０と冷媒出口１４２０の間を移動する流体に伝達されるであろう。この空間を移動する流体は、例えば、地域暖房システムの加熱流体でよい。

一つの実施形態では、面ＡＤを（及び結果として入口及び出口１４１０、１４２０も）省略することができる。この場合、凝縮（又は吸収）は、出口１４３０から、冷却液を冷却する外部熱交換装置（不図示）へ、そして入口１４４０へのループを循環している冷却液との間の接触によって起こる。この実施形態を使用することにより、すべてのプレートの両面を使用することが可能となり、復水装置に入ってきていたガスは、すべてのプレートの両面において凝縮し又は閉ループを循環している液体に吸収されるであろう。

本発明の更にもう一つの実施形態は、図７に示されるプレート２０００に関して開示されている。プレート２０００は、ガス出口２１００、溶媒入口２１１０、第１塩水接続口２１２０、第２塩水接続口２１３０、及び媒体出口２１５０を有する。シュラウド２１６０は、溶媒入口２１１０を覆っている。更に、プレートは、隣接するプレートからの互いの距離を維持するために適合された凸部と凹部のプレス成形パターンが施され、これによりプレートの間には中間プレート流路が形成される。高い高さ又は低い高さの面を設けることにより、異なる開口部との間で選択的な連通を備えることが可能となる。これは、図２及び図３に関してすでに述べたのと同じ方法で行うことができる。そこで、それ故、詳細は述べないことにする。

プレート２０００は３つの異なる面、すなわち、ガス面２００１、流下膜面２００２、及び浸液面２００３を有する。

出口と入口は、ガス出口２１００、溶媒入口２１１０及び媒体出口２１５０が互いに流体的に連通するように配置され、第１塩水接続口２１２０及び第２塩水接続口２１３０は互いに流体的に連通している。塩水接続口の間の流体的連通は、流下膜面２００１及び浸水面２００３を通じて行われるであろう。一方、溶媒入口、媒体出口及びガス出口の間の連通はプレート面全面を覆って行われるであろう。当業者であれば理解できるように、塩水接続口の間の連通は第１プレート中間空間の間で起こり、そして、ガス出口２１００、溶媒入口２１１０及び媒体出口２１５０の間の連通は、第２プレート中間空間の間で起こる。

使用に際しては、媒体及び揮発性成分を含む溶媒は溶媒入口２１１０を通じて入れられる。シュラウド２１４０は、この溶媒が下方に流通し、流下膜面２００２に到達するのを確実に行わせるものである。流下膜面で、溶媒は浸水面２００３に向かって落下する薄い膜を形成するであろう。一方、溶媒が流通するプレート間とは反対側の面では塩水接続口２１２０及び２１３０の間を流通する塩水との熱交換が行われるであろう。

流下膜はすべて浸水面２００３に落下していたため、揮発性成分のかなりの部分は蒸発し、それ故、ガス面２００１を通じて蒸発装置を離れる。幾らかの揮発性成分を含んだ残りの媒体は、浸水面に入る。浸水面は、好ましくは、幾らかの揮発性成分を有する媒体で満たされている。しかしながら、上述のように、塩水は浸水面においてもまた流通する。これが意味するところは、この面においてもまた媒体と塩水との間の熱交換があるであろう、ということである。それ故、残りの揮発性成分の幾らかは、浸水面においても同様に蒸発するであろう。

結局、揮発性成分の含有率の低い媒体が、媒体出口２１５０から抽出されるかもしれない。

流下膜面の中の溶媒から蒸発している揮発性成分の量が不十分な場合は、流下膜面と浸水面を覆ってもう一循環させるために、媒体を媒体出口から溶媒入口までポンプでくみ揚げることが必要となる可能性がある。そのような場合、媒体出口２５０の上に位置する第２出口を設け、そして、流下膜面を覆ってもう一循環させるために、溶媒入口の中に入れるべき媒体を、この第２出口を通じて引き入れることが好ましいであろう、それによって、滞留時間、及びそれ故、浸水面の中の揮発性成分を蒸発するための時間は増加するであろう。

上に略述したように、プレート４００とプレート２００は隣接するプレートと共にロウ付されて蒸発装置、及び／又は結合された蒸発装置と吸収装置を形成する。ロウ付工程には、プレート（ステンレス鋼又はアルミ製でよい）にロウ材料のコーティングを施すことが含まれる。ロウ材料は薄い板の形で供給し、プレート２００、４００に沿って切断及びプレス加工することも可能である。ロウ材料は、プレートが製作される材料よりも低い融点温度を有する。ステンレス鋼用のロウ材料の公知な例は、銅、及び、例えば、ボロン（Ｂ）及び／又は燐（Ｐ）及び／又はシリコン（Ｓｉ）などの融点抑制剤を混合させたステンレス鋼である。

しかしながら、吸収過程の場合には、媒体及び揮発性成分は両方とも一般的に浸蝕性である。それ故、例えば、クロム（Ｃｒ）及び／又はニッケル（Ｎｉ）などの、化学的により不活性なロウ材料を使用することが必要となる可能性がある。

もう一つの選択は、プレート２００及び４００の冷媒と塩水に接触する面に対して、別々のロウ材料を使用することである。上述のように、プレート２００及び４００とその隣接するプレートとは完全には同じでない。それ故、プレート２００、４００とその隣接するプレートとをプレス成形するために、同じ治工具を使用することはできない。したがって、プレート２００、４００を第１のロウ材料である薄いプレートと一緒にプレス成形し、そして隣接するプレートは第２のロウ材料と一緒にプレス成形することが可能である。これを行うことにより、塩水流路（すなわち、入口と出口の間の流路、それぞれ４５０、４６０；６５０、６６０及び２５０、２６０）をロウ付する第１のロウ材料と、塩水流路以外のすべての流路、すなわち、冷媒と接触する流路をロウ付する第２のロウ材料を有する、蒸発装置及び／又は吸収装置又は結合された吸収装置を得ることができる。第１のロウ材料は銅でよく、そして第２のロウ材料は、例えば、ニッケル又はクロム又はこれらの混合体であって、冷媒に対して優れた耐性を有するロウ材料でよい。

本発明の他の実施形態を図８に示す。この実施形態においては、数枚の同じ熱交換装置プレート３０００が次々に積層される。それぞれの熱交換装置プレートは、嵩上げした部分と押し下げた部分とを有するプレス成形パターンが施されている。

より明確に言うと、プレート３０００は、以下に定義される、高い高さが施されるものを除いては、すべての面をカバーする、基礎の、低い高さを有する：
１．熱交換装置プレートの全境界線に沿って延びる縁部３０１０；
２．シュラウド３０２０；
３．ヘリンボーンの凸部３０３０；
４．熱交換面３０４０；
５．分割壁３０５０；及び
６．接続口３０７０の周りの嵩上げ面。

更に、プレート３０００には、低い高さにある、接続口３０８０が設けられる。

熱交換装置プレートの積層体を形成するために積層するとき、他のすべての熱交換装置プレートは、その隣接するプレートに関して、表裏置換される。これにより、以下が達成される：

第１の中間プレート空間内には、隣接するプレートの縁部３０１０、シュラウド３０２０、ヘリンボーンの凸部３０３０、熱交換面３０４０の間の交差点、分割壁３０５０及び接続口３０７０の周りの嵩上面３０６０の間に連結があるであろう。他のすべての面は、流体の流通のために空けてある中間プレート空間を形成する。隣接する、第２の、中間プレート空間の中には、接続口、それぞれ、３０６０、３０６１及び３０６２、３０６３の間の流路があるであろう。ヘリンボーンの凸部３０３０の間にも、また空間があろうが、そのような空間は流体の流通に関しては何の機能も有さないであろう。

使用に際しては、熱交換装置プレート３０００の積層によって形成される熱交換装置は、ヘリンボーンパターンが上方に指すようにして、すなわち図８に示すように、設置されるであろう。蒸発されるべき流体は接続口３０８０の中へ噴霧又は注入されるであろう。接続口３０８０は第１の中間プレート空間と流体的に連通している。接続口３０８０から、蒸発されるべき流体は、シュラウド３０７０によって脇道に流通し過ぎないよう制限されながら、接続口３０７０を越えて下方に落下するであろう。その後、流体は熱交換面３０４０と接触し、そして、その上に「流下膜」、すなわち、熱交換面３０４０上を下方に向かってゆっくりと曲がりくねりながら流通する膜、を形成するであろう。その後、流下膜は下降し続け、接続口３０７１を越えて接続口３０８１に下り、そこから流体が熱交換装置から排出される可能性がある。分割壁３５０は、流体が分割壁３０５０の反対側から入り込むことを制限するであろう。

蒸発されるべき流体によって創られる流下膜は、接続口３０７０、３０７１の間を循環する第２の流体と熱交換するであろう。そして、蒸発した蒸発されるべき流体は熱交換面３０４０を出て、ヘリンボーンパターン３０３０を通過し、凝縮される軌道に乗るであろう。ヘリンボーンパターンは二つの機能を有する：第１に、隣接するプレートの支持を提供し、そして、第２には、蒸発されるべき流体が液体の形態で通過することを防止するであろう。ヘリンボーンパターンによって、蒸発した蒸発されるべき流体を追従する軌道上にあるであろう、蒸発されるべき液状流体は、ヘリンボーンパターンを通過するために重力に打ち勝たなければならないであろう。重力に打ち勝つことができなかった液状流体は、分割壁の反対側に入り込むことが制限されていた液状流体へと後退するであろう。

ヘリンボーンの凸部３０３０の反対側上では、上述した流下膜の配置と同じ構成の第２の流下膜熱交換装置があり、この流下膜熱交換装置は、上述した流下膜配置から蒸発した流体の凝縮又は吸収のために供される。

図８による実施形態は、一又は数列の伝熱中断抽出（ヒートトランスファーブレーキングテイクアウト）３０９０を含んでよい。そのような伝熱中断抽出は、開口部の形、好ましくは、細長、又は、型押しされた半開口部でよく、開口部の材料は、基礎の高さから斜めに延びる「舌」３０９５の形に「節約」される。図８の実施形態においては、すべての舌が同じ方向を向いていると有利である。

図８の実施形態である流下膜配置の間での熱伝達の減少を除外すると、一つの利点は、開口部又は半開口部は、蒸発した流体がプレートの中間空間を移動することを可能にすることである。このことは、一つのプレートの中間空間である流下膜配置の蒸発容量と吸収容量との間に「ミスマッチ」がある場合に利益があるであろう。

言うまでもないことであるが、図８による実施形態であるプレート３０００は、上述したいずれのロウ付方法によって結合してよい。

上記の明細書は、本発明の好ましい実施形態の例であることに注意すべきである；保護される範囲は添付した請求項のみによって決定されなければならない。

例えば、上記による蒸発装置は、吸収過程はもちろん、単一構成要素の冷媒を用いた「通常の」冷却、及び／又は加熱工程のための蒸発装置、又は復水装置としても使用してよい。当業者には周知のように、「インライン」蒸発装置とともに作動する従来技術の蒸発装置は、一般的に、カウンターフロー型に配置される。このことは、蒸発されるべき液状の冷媒が中間プレート空間に入ることを意味するが、中間プレートにおいては、これと熱交換することが期待される塩水の温度は最も低い。この中間プレート空間内でしばらくの間移動した後、冷媒は沸騰し始める。これに関連して、蒸発すべき最初の冷媒が、最もプレートに近い冷媒であることには注目すべきである。蒸発した冷媒が、熱を冷媒に伝達しているプレートに最も近いのは非常に非効率である；冷媒の蒸発層がプレート面から液状の冷媒を分離すれば熱伝達率は非常に小さくなることは、当業者には周知である。液状の冷媒が、一切、従来技術の蒸発装置から出ないようにするためには、冷媒を過熱しなければならない。

本発明による蒸発装置を用いることで、この問題は避けることができるか、少なくとも、緩和することができる；熱伝達にはもう関与しないと期待される面に入る前に、蒸発した冷媒が移動する唯一の近道がある。そして、面の表面の冷媒入口からの冷媒の絶え間ない落下から形成される膜は、ガス状の冷媒の気泡が熱交換面の表面上に形成された後は、速やかに再形成されるであろう。ガスは速やかに面Ａを離れ、そしてガス出口２８０へと導く面に入るであろう。

従来技術のプレート式蒸発装置と比べて、蒸発した冷媒の過熱は非常に僅かであろう。これは、加熱又は冷却システムの効率にとっては非常に有利である。

図３、６又は８による結合された蒸発装置と吸収装置の一つの可能な用途は海水の淡水化であり、その場合、海水は入口４４０、１３１０又は３０８０を通じて導入され、そこで海水は、入口４６０から出口４５０、又は１３４０、１３３０を通過する加熱流体との熱交換のもとで膜の形で落下することが可能となる。海水溶媒から蒸発した水は、入口及び出口６６０、６５０又は１４１０、１４２０に連結されている熱交換面へ移動するであろう。水は、熱交換面で水滴に凝縮して出口６７０又は１４３０に降り注がれ、出口で水は淡水化されるであろう。

入口と出口、４５０と４６０又は１３３０と１３４０との間の距離が十分長ければ、入口４４０又は１３１０を通じて入れた海水中の十分な量の水を蒸発させて、そして出口４７０又は１３１５を通じて実質上の海水のみを抽出することができるであろう。しかしながら、一般的には、このようにはならないであろう。これが意味するところは、幾らかの塩分濃度の濃くなった水を出口４７０又は３１５から入口４４０又は１３１０まで、蒸発を伴う加熱液との熱交換と共にもう一「循環」、再循環させることがおそらく必要となるであろう、ということであり、それ故、溶媒は尚更濃くなるであろう。

Claims (11)

1. 数枚の積層プレート（２００；４００）であって、熱交換区画（３００；５００；７００；２００２）、蒸気案内空間（２９５；４９５；２００１）及び外壁（２１０；４１０）を形成するようにプレートの互いの距離を維持するためのプレス成形パターンが施され、前記熱交換区画は、流路が前記区画の内面によって形成されるように構成され、前記流路は熱媒入口と熱媒出口とを連結し、熱媒通路の上に冷媒入口（２４０；４４０）が備えられることによって、冷媒が前記熱媒通路の外面上に流下膜を形成し、前記熱媒入口から前記熱媒出口を流通する熱媒からの熱によって前記外面から蒸発している冷媒は、速やかに前記蒸気案内空間（２９５；４９５；２００１）に入る、積層プレート、を含む蒸発装置であって、前記蒸気案内空間（２９５；４９５；２００１）は、前記熱交換区画（３００；５００；７００；２００２）及び前記外壁（２１０；４１０）の間に設けられており、
   冷媒出口近傍に設置された前記熱交換区画（３００；５００；７００；２００２）の低い部分（２００３）が、前記外壁（２１０；４１０）まで外に向って延びている、吸収型ヒートポンプ又は単一冷媒冷却プロセスのための蒸発装置。
2. 前記冷媒入口（２４０；４４０）から前記熱交換区画（３００；５００；７００；２００２）の外面を覆って、蒸発することなく、落下してきた冷媒を排出するために、前記蒸発装置の低い部分に冷媒出口（２７０；４７０）が更に設けられた、請求項１に記載の蒸発装置。
3. 前記蒸気案内空間（２９５；４９５）は開口部（２９０；４９０）を備える、請求項１または２に記載の蒸発装置。
4. 前記冷媒入口（２４０；１３１０）の上に位置するガス出口（２８０；１３２０）を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸発装置。
5. 前記ガス出口（２８０；１３２０）に接続される吸収部（１４１０、１４２０、１４３０、１４４０、１Ｄ、１Ｃ）を更に含む、請求項４に記載の蒸発装置。
6. 前記吸収部は蒸発装置部と同一である、請求項５に記載の蒸発装置。
7. 蒸発装置部及び前記吸収部は同一のシートメタル（４００、３０００）片で製造される、請求項５に記載の蒸発装置。
8. 前記蒸発装置部及び前記吸収部は半密閉（セミタイト）壁（３０３０）によって分割される、請求項７に記載の蒸発装置。
9. 前記半密閉壁は、液状流体が前記壁を通過するのを止めるよう構成されたヘリンボーンパターンを有する、請求項８に記載の蒸発装置。
10. 前記蒸発装置部と前記吸収部との間の熱伝達を減少させるための伝熱遮断排出部（ヒートトランスファーブレーキングテイクアウト）（３０９０）を更に含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の蒸発装置。
11. 前記伝熱遮断排出部は半開口部を有し、前記半開口部からの材料が舌（３０９５）の形で「保存」されている、請求項１０に記載の蒸発装置。

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