(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中を流れる流体の圧力降下、熱、湿度、及び／もしくは物質移動のとの間の関係を改善するためのチャンネルシステム（２）であって、
このチャンネルシステム（２）は、第１及び第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）を少なくとも含んだ複数のフローディレクタを備えた少なくとも１つのチャンネル（４）を有し、このチャンネル（４）は、所定の断面積Ａと、前記第１及びに第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の夫々の所に、第１及び第２の断面積Ａ１、Ａ２とを有しており、前記フローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の各々は、流体の流れる方向に且つ前記チャンネル（４）を横断するように延びており、また、前記流体の流れる方向に前記チャンネル（４）のチャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）から前記チャンネル（４）の内側に向かってそれている上流部（１０）と、前記流体の流れる方向に前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）に戻る下流部（１２）と、前記上流部（１０）と下流部（１２）との間に位置された中間部（１１）とを有しおり、
前記第１のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の所での前記第１の断面積Ａ１と、前記第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の所での前記第２の断面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１は、１．２−２．５であり、
前記第１及び第２の断面積Ａ１、Ａ２は、前記第１及び第２のフローディレクタの各々の中間部（１１）により規定されており、
前記第１のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）は、流体の流れる方向で、前記第２のフローディレクタ（７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の上流に、配置されており、
前記第１のフローディレクタと第２のフローディレクタとの少なくとも一方は、
前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）と前記上流部（１０）との間の第１の遷移部（１６）と、
前記上流部（１０）と前記中間部（１１）との間の第２の遷移部（１７）と、
前記中間部（１１）と前記下流部（１２）との間の第３の遷移部（１８）と、
前記下流部（１２）と前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）との間の第４の遷移部（１９）とを有し、
前記第４の遷移部（１９）は、所定の曲率半径を有するように凹に湾曲されている、チャンネルシステム（２）。
【請求項２】
前記第１のフローディレクタ（７ａ）は、前記第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）に対して、前記チャンネルの入口（５）の最も近くに配置されている、請求項１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項３】
前記第１及び第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）は、前記流体が流れる方向に、直接に連なっている、請求項１又は２に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項４】
前記比率Ａ２／Ａ１は、１．２−２．０である、請求項１乃至３のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項５】
前記チャンネルの出口の最も近くに配置されている前記第２のフローディレクタ（７ｅ）の所での前記第２の断面積Ａ２と、前記第１のフローディレクタ（７ａ）の所での前記第１の断面積Ａ１との比率Ａ２／Ａ１は、２．０−４．０である、請求項２に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項６】
前記複数のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）は、前記チャンネル（４）が第３の断面積Ａ３を有するように配置されている更なる第３のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）を少なくとも１つ有している、請求項１乃至５のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項７】
前記第３の断面積Ａ３は、前記第１の断面積Ａ１もしくは第２の断面積Ａ２とそれぞれ同じか、前記第１の断面積Ａ１及び第２の断面積Ａ２と異なる、請求項６に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項８】
前記第３のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）は、流体の流れる方向で、前記第１及び第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）間に配置されている、請求項６又は７に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項９】
前記チャンネル（４）の断面の幅は、この断面の平面で、一方向に縮小している、請求項１乃至８のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１０】
前記チャンネル（４）の前記断面は、三角形である、請求項９に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１１】
前記チャンネル（４）の前記断面積Ａの、前記第１のフローディレクタ（７ａ）の所での前記第１の断面積Ａ１に対する比率Ａ／Ａ１は、２．０より大きい、請求項１乃至１０のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１２】
前記比率Ａ／Ａ１は、３．０より大きい、請求項１１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１３】
前記比率Ａ／Ａ１は、４．５より大きい、請求項１２に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１４】
前記第１ないし第３の遷移部（１６、１７、１８）の少なくとも１つは、ほぼ真直ぐである、請求項１乃至１３に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１５】
前記第１の遷移部（１６）と前記第２の遷移部（１７）との少なくとも一方は、所定の曲率半径を有して湾曲しており、前記曲率半径は、前記フローディレクタの高さ（ｈ）の０．１倍と前記フローディレクタの高さ（ｈ）の２倍との間である、請求項１乃至１４のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１６】
前記第３の遷移部（１８）は、所定の曲率半径で湾曲されており、前記曲率半径は、０．１ｈ−２．１ｈである、請求項１乃至１５に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１７】
前記第３の遷移部（１８）の湾曲の前記曲率半径は０．３５ｈ−２．１ｈである、請求項１６に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１８】
前記第３の遷移部（１８）の湾曲の前記曲率半径は、０．３５ｈ−１．１ｈである、請求項１７に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項１９】
前記第４の遷移部（１９）の湾曲の曲率半径は、０．２ｈ−２ｈである請求項１乃至１８のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２０】
前記第４の遷移部（１９）の湾曲の曲率半径は、０．５ｈ−１．５ｈである、請求項１９に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２１】
前記フローディレクタの少なくとも１つの中間部（１１）は、前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）に対してほぼ平行であるフラット部を有している、請求項１乃至２０のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２２】
前記フラット部（１４）は、前記流体の流れる方向に、前記チャンネルの高さ（Ｈ）の０乃至２倍の長さを有する、請求項２１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２３】
前記フラット部（１４）は、前記流体の流れる方向に、前記フローディレクタの高さ（ｈ）の０乃至２倍の長さを有する、請求項２１又は２２に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２４】
前記フラット部（１４）は、前記流体の流れる方向に、前記フローディレクタの高さ（ｈ）の０乃至１倍の長さを有する、請求項２３に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２５】
前記フローディレクタの少なくとも１つの上流部（１０）は、フラット部(１３)を有し、このフラット部（１３）は、この上流部（１０）がそれている前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）の面に対する第１の傾斜角度（ａ１）を有している、請求項１乃至２４のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２６】
前記第１の傾斜角度（ａ１）は、１０度−６０度である、請求項２５に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２７】
前記第１の傾斜角度（ａ１）は、３０度−５０度である、請求項２５に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２８】
前記フローディレクタの少なくとも１つの前記下流部（１２）は、フラット部（１５）を有し、このフラット部（１５）は、前記下流部（１２）が戻る前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）の面に対する第２の傾斜角度を有している、請求項１乃至２７のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項２９】
前記第２の傾斜角度（ａ２）は、５０度−９０度である、請求項２８に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項３０】
前記第２の傾斜角度（ａ２）は、６０度±１０度である、請求項２９に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項３１】
前記フローディレクタの少なくとも１つの前記中間部（１１）は、前記上流部（１０）が逸れるように延びている前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）の内側にある、請求項１乃至３０のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項３２】
前記チャンネル（４）は、前記第１及び第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の各々に対して、少なくとも１つのミラー対照のフローディレクタ（８ａ、８ｂ、８ｃ）を更に有している、請求項１乃至３１のいずれか１に記載のチャンネルシステム（２）。
【請求項３３】
第１のグループの複数の第１のチャンネル(４)と、この第１のグループの複数の第１のチャンネル(４)の上に配置された第２のグループの複数の第２のチャンネル(４)を有するチャンネルシステム(２)を具備し、第１のチャンネルを流れる流体と第２のする熱交換器であって、
前記第１並びに第２のチャンネルの各々は、
中を流れる流体の圧力降下、熱、湿度、及び／もしくは物質移動のとの間の関係を改善するためのチャンネルシステム（２）であって、
このチャンネルシステム（２）は、第１及び第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）を少なくとも含んだ複数のフローディレクタを備え、各チャンネル（４）は、所定の断面積Ａと、前記第１及びに第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の夫々の所に、第１及び第２の断面積Ａ１、Ａ２とを有しており、前記フローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の各々は、流体の流れる方向に且つ前記チャンネル（４）を横断するように延びており、また、前記流体の流れる方向に前記チャンネル（４）のチャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）から前記チャンネル（４）の内側に向かってそれている上流部（１０）と、前記流体の流れる方向に前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）に戻る下流部（１２）と、前記上流部（１０）と下流部（１２）との間に位置された中間部（１１）とを有しおり、
前記第１のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の所での前記第１の断面積Ａ１と、前記第２のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の所での前記第２の断面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１は、１．２−２．５であり、
前記第１及び第２の断面積Ａ１、Ａ２は、前記第１及び第２のフローディレクタの各々の中間部（１１）により規定されており、
前記第１のフローディレクタ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）は、流体の流れる方向で、前記第２のフローディレクタ（７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）の上流に、配置されており、
前記第１のフローディレクタと第２のフローディレクタとの少なくとも一方は、
前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）と前記上流部（１０）との間の第１の遷移部（１６）と、
前記上流部（１０）と前記中間部（１１）との間の第２の遷移部（１７）と、
前記中間部（１１）と前記下流部（１２）との間の第３の遷移部（１８）と、
前記下流部（１２）と前記チャンネル壁（６ａ、６ｂ、６ｃ）との間の第４の遷移部（１９）とを有し、
前記第４の遷移部（１９）は、所定の曲率半径を有するように凹に湾曲されている、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンネルシステムであって、圧力降下と、このシステム中を通って流れる流体の熱、湿度、及び／もしくは物質移動との関係を改善するためのチャンネルシステムに関わる。このチャンネルシステムは、少なくとも第１及び第２のフローディレクタを有する少なくとも１つのチャンネルを具備している。このチャンネルは、所定の断面積を有しており、各フローディレクタに第１及び第２の断面積をそれぞれ有している。これらフローディレクタは、流体の流れる方向に且つ前記チャンネルを横断するように延びており、また、前記流体の流れる方向に前記チャンネルのチャンネル壁から前記チャンネルの内側に向かってそれている上流部と、前記流体の流れる方向に前記チャンネル壁に戻る下流部と、前記上流部と下流部との間に位置された中間部とを、有している。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器／触媒は、多くの場合、例えば転換される流体もしくは流体の混合物が中を通って流れる複数の並列の小型のチャンネルによって形成された胴体を有するチャンネルシステムである。このようなチャンネルシステムは、押出成形によって形成され、このことは、前記チャンネルの断面がこのチャンネルの全長に渡って同じであることと、前記チャンネル壁が、滑らか且つ平坦であることとを意味する。金属のチャンネルの胴体の製造において、波形のストリップと平坦なストリップとが、機軸即ちスプールを中心として通例巻かれている。この結果、断面が三角形もしくは台形であるチャンネルが設けられる。市場で入手可能な、金属から成るチャンネルシステムの多くは、全長に沿って同じ断面のチャンネルを有し、セラミックのチャンネルの胴体のように、滑らか且つ平坦なチャンネル壁を有している。これらの形式の両方は、コーティングによって覆われ得、例えば触媒では、触媒作用材によって覆われ得る。
【０００３】
このような文脈で最も重要なことは、チャンネルを通って流れる流体もしくは流体の混合物と、前記チャンネルシステムのチャンネル壁との間の、熱、湿度及び／もしくは物質移動である。
【０００４】
例えば車両用のもしくは産業用の内燃機関によって使用され、チャンネルの比較的小さい断面とこのような状況で一般に使用される流体の速度とを有する上述の形式のチャンネルシステムでは、流体は、前記チャンネルに沿った比較的規則的な層の中を流れる。かくして、この流れは、基本的に層流である。前記チャンネルの入口での短い距離に沿ってのみ、特定の流れが、前記チャンネル壁を横断するように生じる。
【０００５】
本分野で一般に知られているように、境界層が、層流の流れの中で、速度がほぼ０である前記チャンネル壁の隣に形成される。この境界層は、特に、十分に発達した流れと見なされるものの場合、物質移動率を大いに減じる。十分に発達した流れの中では、熱、湿度、及び／もしくは、物質移動が、比較的低速の拡散によって主に行われる。物質移動率は、物質移動の速度の測定値であり、熱交換及び／もしくは触媒の転換の高い効率を得るように、高くなければならない。この物質移動率を高めるために、流体は、前記チャンネルの側面に向かって流されなければならず、この結果、前記境界層は減じられ、一方の層から他方の層への流れ移動が、増加される。これは、乱流と称されるものによって行われる。前記チャンネル中の低い速度のために、人為的手段によって、例えば前記チャンネル中に特定の流れ方向を設定することによって、乱流を生じさせることが望ましい。
【０００６】
特許文献１は、ストリップから穿孔された横軸の金属フラップの形態のフローディレクタが設けられているチャンネルを有する触媒を、開示している。フローディレクタを有する触媒は、熱、湿度、及び／もしくは物質移動を大いに増加させる。しかしながら、同時に、圧力降下が劇的に増加する。しかしながら、圧力降下の増加の影響は、増加された熱、湿度、及び／もしくは物質移動の影響よりも大きいことが、判っている。
【０００７】
特許文献２は、圧力降下の、熱、湿度及び／もしくは物質移動に対する比率の改善を果たすために、触媒のチャンネルもしくは熱／湿度交換器に対して横断するように延びている乱流発生装置を開示している。
【０００８】
この技術分野では、製造者は、よりコスト効果があり、同時に熱、湿度、及び／もしくは物質移動に対する圧力降下の比率を更に改善するシステムを生産するための可能性を求めている。特に、熱、湿度、及び／もしくは物質移動の維持もしくは改善とともに圧力降下を減じることが、有効である。これは、システムをより有効にし、必要なエネルギーの投入量を減じる。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の課題は、熱、湿度、及び／もしくは物質移動に対する圧力降下の改善された比率を有するチャンネルを提供することである。
【００１０】
この課題は、添付の請求項に規定されている特徴を有するチャンネルシステムによって果たされる。
【００１１】
圧力降下と、システムの中を通って流れる流体の熱、湿度、及び／もしくは物質移動との間の関係を改善させるための、本発明に係るチャンネルシステムは、少なくとも第１及び第２のフローディレクタを有する少なくとも１つのチャンネルを具備している。このチャンネルは、それぞれのフローディレクタでの第１及び第２の断面積を有している。これらフローディレクタは、流体の流れる方向に且つ前記チャンネルを横断するように延びており、また、前記流体の流れる方向に前記チャンネルのチャンネル壁から前記チャンネルの内側に向かってそれている上流部と、前記流体の流れる方向に前記チャンネル壁に戻る下流部と、前記上流部と前記下流部との間に位置された中間部とを有している。前記第１のフローディレクタでの前記第１の断面積は、前記第２のフローディレクタでの前記第２の断面積より小さい。前記フローディレクタでのそれぞれの断面積を変えることによって、各フローディレクタでの圧力降下と転換とに影響を与え得る。断面積が大きいほどに、より低い圧力降下とより少ない転換とが生じる。このことは、チャンネル全体の転換と圧力降下との間の関係を改善させることができる。
【００１２】
好ましくは、前記第１及び第２の断面積は、前記第１及び第２のフローディレクタの中間部にそれぞれ位置される。
【００１３】
前記第１のフローディレクタは、流体の流れる方向に、前記第２のフローディレクタの上流に配置されることが適切である。上流にあることによって、前記第１のフローディレクタが、流体の流れる方向に、前記第２のフローディレクタより前に配置されていることを意味する。このようにして、前記第２のフローディレクタでの不要な圧力降下が防がれる。流体の大部分は、流体の流れる方向に前記第２のフローディレクタの上流にある第１のフローディレクタで転換されるので、前記第２のフローディレクタでの断面積は、特定の制限の範囲内で、チャンネルシステムの全体の転換をほぼ減じないで、前記第１のフローディレクタでの断面積よりずっと大きくし得る。従って、前記チャンネルの前記圧力降下は、目立った欠点無く減じられ得、この全体の圧力降下の全体の転換に対する比率は、改善され得る。
【００１４】
好ましい実施形態では、前記第１のフローディレクタは、前記第２のフローディレクタに対して、前記チャンネルの入口の最も近くに配置されている。前記入口の近くの前記フローディレクタに比較的小さな第１の断面積を有することによって、転換が、同じ断面積のフローディレクタと比べて改善される。これは、流体の大部分が、前記入口の後ろの前記第１のフローディレクタで、流体の流れる方向に転換されるからである。
【００１５】
前記第１及び第２のフローディレクタは、前記第１の流れの方向に、互いに直接に連なっている。ここでは、直接に連なっていることは、前記第１及び第２のフローディレクタ間に、更なるフローディレクタが無く、しかし、前記第１及び第２のフローディレクタ間に間隔が開いていることを意味する。このような互いに直接に連なっているフローディレクタは、前記チャンネルの一部での前記圧力降下と所望の転換との関係に、影響を与える。
【００１６】
好ましくは、前記入口の最も近くに配置されている前記第１のフローディレクタに直接連なっているフローディレクタでの前記第２の断面積Ａ２の、前記第１の断面積Ａ１に対する比率、即ちＡ２／Ａ１は、１．２−２．５、好ましくは、１．２−２．０である。前記第２のフローディレクタの上流に配置されている第１のフローディレクタに直接に連なっているフローディレクタでの第２の断面積Ａ２の、前記第１の断面積Ａ１に対する比率、即ちＡ２／Ａ１は、１，２−２．５であり、より好ましくは１．２−２．０である。このようにして、全チャンネルの全体の転換と全体の圧力降下との関係は、更に増加する。前記入口の近くの前記フローディレクタが比較的小さい第１の断面積を有することによって、転換率が、同じ断面積のフローディレクタと比べて改善される。これは、流体の大部分が、前記入口の後ろの前記第１のフローディレクタで、流体の流れる方向に転換されるからである。また、隣接する前記第２のフローディレクタでの比較的大きい断面が、圧力降下を減じる。
【００１７】
好ましい実施形態では、前記チャンネルの出口の最も近くに配置されている前記第２のフローディレクタでの前記第２の断面積Ａ２の、このチャンネルの前記入口の最も近くに配置されている前記第１のフローディレクタでの前記第１の断面積Ａ１に対する比率、即ちＡ２／Ａ１は、２．０−４．０である。このようにして、前記チャンネル中の全圧力降下が、前記転換にほぼ影響を与えないで、更に減じられる。このことは、比較的大きな断面積が局所的な圧力降下を減じることと、流体の大部分が、前記出口の最も近くに位置されている前記フローディレクタの上流で流体の流れる方向に既に転換されるので、前記比較的大きな断面積が、前記全転換をほぼ減じないこととに拠る。
【００１８】
前記チャンネルは、少なくとも１つの更なる第３のフローディレクタを有していることが適切であり、この第３のフローディレクタに、前記チャンネルは、第３の断面積を有する。前記第３の断面積は、前記第１もしくは第２の断面積と同じであっても良く、あるいは前記第１もしくは第２の断面積と異なっていても良い。これは、前記圧力降下と転換との間の関係を更に改善するためである。
【００１９】
前記チャンネルは、流体の流れる方向に対して、前記第１及び第２のフローディレクタ間に、少なくとも１つの更なる第３のフローディレクタを有している。第３のフローディレクタは、システムを通って流れる流体の熱、湿気、及び／もしくは物質移動を更に有している。
【００２０】
好ましい実施形態では、前記チャンネルの断面の幅は、前記断面の平面で、一方向に縮小している。このことは、前記チャンネルの断面が、三角形、台形であり得、もしくは他の形状を上面にもしくは逆に有し、この結果、前記上面は、下方向に配置され得る。好ましくは、前記チャンネルの断面は、三角形である。このような形状は、製造の観点で、好ましい。特に、正三角形の断面は、前記チャンネル壁に沿って摩擦損失を最小限にし、例えば正方形の断面と比べて、圧力降下を更に減じる。
【００２１】
好ましくは、前記チャンネルの断面積の、前記入口の最も近くに配置されている前記第１のフローディレクタでの第１の断面積に対する比率は、２．０より大きく、好ましくは３．０より大きく、より好ましくは４．５より大きい。前記比率の大きさは、前記チャンネル中の流体に所望の乱れ運動を生じさせるために前記フローディレクタで必要な速度を得るために重要であり、このような方法で、前記熱、湿気、及び／もしくは物質移動速度を高める。
【００２２】
前記フローディレクタの少なくとも１つは、前記チャンネル壁と前記上流部との間の遷移部と、前記上流部と前記中間部との間の遷移部と、前記中間部と前記下流部との間の遷移部と、前記下流部と前記チャンネル壁との間の遷移部とを有していることが適切である。これら遷移部の少なくとも１つは、ほぼ直線であり得る。
【００２３】
好ましい実施形態に従えば、前記遷移部の少なくとも１つは、所定の曲率半径を有するように湾曲されている。湾曲された遷移部は、流体をスムーズに案内し、このようにして前記圧力降下を減じる。
【００２４】
好ましくは、前記チャンネル壁と前記上流部との間の前記湾曲された遷移部の曲率半径、及び／もしくは、前記上流部と前記中間部との間の前記遷移部の曲率半径は、前記フローディレクタの高さ（ｈ）の０．１倍と、前記フローディレクタの高さ（ｈ）の２倍との間である。前記チャンネル壁と前記上流部との間の湾曲された遷移部は、層状の流体の流れを、前記チャンネルを横切る方向にスムーズに案内するためのものであり、このことは、断面が減じられているので、流体速度を上げ得る。前記上流部と前記中間部との間の遷移部は、流体を、前記上流部を通過した後に、前記チャンネルの一側面に対して平行方向にスムーズに案内するためのものである。更に、コーティングが必要とされる場合、湾曲された形状の表面が、下側の表面へのコーティングの接触部が増えてチャンネル全体に渡るコーティングがより均一になるので、好ましい。また、前記コーティングの製造中に、フラッシュ／バー（burr）があまり形成されない。フラッシュ／バーは、一箇所で、例えば尖った端部で材料が蓄積したものであり得る。前記コーティングの残りより厚く蓄積したものは、高い気温の中で使用する時に、また振動によって、落ちることがある。更に、前記フラッシュは、圧力降下を実質的に増加させる。比較的滑らかな表面は、前記圧力降下を減じるだけでなく、高価な金属の必要量を減じることを意味する。製造費は、このような高価な金属の必要量に大きく左右されるので、製造費も、減じられる。
【００２５】
前記中間部と前記下流部との間の湾曲された遷移部の曲率半径は、０．１ｈ−２．１ｈ、好ましくは０．３５ｈ−２．１ｈ、より好ましくは０．３５ｈ−１．１ｈであることが、有効である。前記中間部と前記下流部との間の遷移部は、圧力降下を減じ、また、圧力降下の、チャンネルシステムの中を通って流れる流体の熱、湿度、及び／もしくは物質移動に対する比率を、更に改善する。圧力降下の削減の結果として、前記チャンネルシステムの中を通って流れる流体の流速が高まり、この結果、このシステムのパワーの必要量が減じる。このことは、増加されたもしくは同じ熱、湿気、及び／もしくは物質移動を伴い、より有効なシステムをもたらす。前記曲率半径は、流体を案内し、この結果、断面が拡大したために渦、即ち流体の制御された乱れ運動が生じ得ることによって、システムの質を向上させる。この乱れ運動は、熱、湿度、及び／もしくは物質移動速度を高めるために必要である。更に、この滑らかな遷移部は、コーティングの製造中のフラッシュ／バーの生成を防ぐ。従って、この遷移部は、フラッシュ／バーの生成に対して、上述のような、前記中間部と前記下流部との間の遷移部と同じ効果を有している。
【００２６】
好ましくは、前記フローディレクタの少なくとも１つの中間部は、前記チャンネル部に対してほぼ平行である平坦な部分を有している。この平坦な部分は、前記チャンネルに対して平行方向に流体を案内するために使用される。このことは、前記チャンネルに対して平行方向の、流体の速度を高める。また、前記平坦な部分は、前記フローディレクタを製造できるようにするために、必要とされ得る。前記平坦な部分は、流体の流れる方向に、前記チャンネルの高さ（Ｈ）の０乃至２倍の長さ、即ち０−０．２Ｈ、好ましくは前記フローディレクタの高さ（ｈ）の０乃至２倍の長さ、即ち０−０．２ｈ、より好ましくは前記フローディレクタの高さ（ｈ）の０乃至１倍の長さ、即ち０−０．１ｈを有していることが、有効である。
【００２７】
好ましい実施形態では、前記フローディレクタの少なくとも１つの、前記上流部の平坦な部分が、前記上流部が延びている前記チャンネル壁の面に対する第１の傾斜角度を有している。この傾斜角度は、流体を前記チャンネルに対して平行でない方向に案内するためのものであり、この結果、乱流が、熱、湿気、及び／もしくは物質移動を高めるために発生し得る。好ましくは、前記第１の傾斜角度（ａ１）は、１０度−６０度であり、好ましくは３０度−５０度である。
【００２８】
好ましくは、前記フローディレクタの少なくとも１つの、前記下流部の平坦な部分が、前記下流部が戻る前記チャンネル壁の面に対する第２の傾斜角度を有している。この傾斜角度は、渦、即ち、互いに異なる断面によって生じられる制御された流体の乱れ運動を生じさせるためのものである。この乱れ運動は、熱、湿気、及び／もしくは、物質移動速度を高めるために、必要である。前記第２の傾斜角度（ａ２）は、好ましくは５０度−９０度、より好ましくは６０±１０度である。本発明に係る好ましい実施形態では、前記フローディレクタの少なくとも１つの前記中間部は、前記上流部がそれている前記チャンネル壁の内面にある。
【００２９】
前記チャンネルは、前記第１及び第２のフローディレクタに対してミラー対照のフローディレクタを少なくとも１つ更に有していることが有効である。このようなミラー対照のフローディレクタは、いくつかのチャンネルが互いに対して配置されている場合、システム全体の熱、湿気、及び／もしくは物質移動速度を高める。
【００３０】
一般に、請求項で使用されるすべての用語は、本技術分野での通常の意味に従って解釈されなければならない。「部材、装置、構成要素、手段、工程など」に関するすべての言及は、異なる形で明白に規定されない限り、部材、装置、構成要素、手段、工程などの少なくとも１つの例を言及しているとして、公に解釈されなければならない。ここに記載されているいかなる方法の工程は、明白に記述されない限りは、開示された正確な順序で実施される必要はない。
【００３１】
本発明の他の目的、特徴、効果が、以下の詳細な説明と、添付の従属請求項と、図面とから、見出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明に係るロール部の斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係るチャンネルシステムの部分的に開いたチャンネルの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るチャンネルの縦断面図である。
【図３ａ】図３ａは、図２のチャンネルの、図３の実施形態のＡ−Ａで切面された断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図２のチャンネルの、図３の実施形態のＢ−Ｂで切面された断面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態に係るチャンネルの縦断面図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態に係るチャンネルの縦断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る、互いに上下に配置されている２つのチャンネルの断面図である。
【図７】図７は、フローディレクタの好ましい実施形態を、詳しく示している図である。
【図８】図８は、複数のチャネルから成る層を、これらのチャンネルの長軸方向に示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、添付の概略的な図面を参照にして、以下により詳しく説明される。これら図面は、説明のために、一般的に好ましい実施形態を示している。
【００３４】
図１は、本発明に係るチャンネルシステム２を備えたロール部１を示している。このロール部１は、例えば、ヒートホイールのような熱交換器、ガス冷却原子炉、ガスタービンブレード冷却器、もしくは他のいかなる適切な適用において、触媒として、使用され得る。
【００３５】
チャネル４を形成している１つの波形のストリップ２０（図８参照）は、少なくとも１つの平坦なストリップ２１と一緒に、円筒体を形成するように、所望の直径になるまで巻かれる。この円筒体は、前記ロール部１のチャンネルシステム２の実際のコアを形成する。図８に見られ得るように、前記ほぼ平坦なストリップ２１は、複数の溝を有しており、ほぼ平坦なストリップという表現は、このようなストリップを前記波形のストリップから区別するために、ここで使用されている。前記波形のストリップ２０の凹凸部２２と、ほぼ平坦なストリップ２１の対応する溝（図８参照）とが、形成されたロール部が入れ子式になるのを防ぎ、即ち、これらは、ストリップ２０、２１の異なる層が、相対移動することを防ぐ。更に、ケーシング３（図１参照）が、前記チャンネルシステム２を囲んでおり、このチャンネルシステム２を一まとめに保持し、前記チャンネルシステム２を、隣接した構造体に取着することを容易にする。
【００３６】
代って、複数の波形のストリップ２０と複数の平坦なストリップ２１とが、チャンネル４を形成するために、交互に複数の層に配置されている（図８参照）。この配置は、例えば、プレート熱交換器に適している。
【００３７】
図２は、２つのフローディレクタ７ａ、７ｂを有する部分的に開いたチャンネル４の一部の斜視図である。このチャンネル４の一部のみがこの図に示されているので、出口は省かれている。入口５の近くにある第１のフローディレクタ７ａの高さが、第２のフローディレクタ７ｂの高さより高い。本発明は、２つのフローディレクタに制限されず、２つ以上の各種類のフローディレクタ７ａ、７ｂが、前記チャンネル４の全長に沿って、配置され得る。この場合、「第１の」と「第２の」との表現が、前記チャンネル４の入口５に対して流体が流れる方向に第１に及び第２に配置されているフローディレクタに言及しなくても良い。この代わりに、全ての可能な実施形態に対して、「第１の」と「第２の」との表現は、前記チャンネル４のいかなる位置に配置されたフローディレクタにも、言及され得る。従って、全ての実施形態で、第１と表されるフローディレクタの上流に、１つのもしくは複数のフローディレクタが配置され得る。あるいは、前記複数のフローディレクタは、互いに反対方向に位置され得、即ち、前記第１のフローディレクタ７ａは、前記流体の流れる方向で、前記第２のフローディレクタ７ｂの下流に配置され得る。
【００３８】
前記チャンネル４は、小さいディメンションのチャンネルであり、即ち、高さが通例４ｍｍ以下である。好ましくは、チャンネル４の高さＨ（図３参照）は、１ｍｍ乃至３．５ｍｍである。前記チャンネル４は、５ｍｍ以下であり得るチャンネル壁６ａ、６ｂ、６ｃを有する正三角形の断面を有している。しかしながら、この断面の形状は、正三角形に限られず、本適用に適切ないかなる形状も有し得る。かくして、いかなる形状の、且ついかなる方向の上面であっても、適切である。この結果、台形の断面も、可能である。前記チャンネル壁６ａ、６ｂ、６ｃの数は、３つに限られず、いかなる適切な数であり得る。更に、流体の流れる方向に、前記チャンネル壁６ａ、６ｂ、６ｃは、前記チャンネル４を囲んでおり、この結果、例えば複数のチャンネル４が互いに隣接して配置されている場合、流体は、一方のチャンネル４からもう一方のチャンネル４に流れ得ない。これに対して、本発明は、チャンネル壁６ａ、６ｂ、６ｃによって囲まれているチャンネルに限られない。チャンネル壁６ａ、６ｂ、６ｃは、前記チャンネル４を部分的に囲み、従って、流体は、一方のチャンネル４からもう一方のチャンネル４に流れても良い。以下に説明される実施形態のチャンネルは、正三角形の断面と、２．６ｍｍと同程度の高さＨを有している。
【００３９】
前記チャンネル４の長さは、適用に応じて異なり得る。例えば、触媒に関しては、前記チャンネル４の長さは、１５０−２００ｍｍであり、熱交換器に関しては、チャンネル４の長さは、１５０−２５０ｍｍであり得る。しかしながら、本発明は、このようなチャンネルの長さに限られない。また、所望の長さのシステムを形成するために、任意の数のチャンネルシステム２を配置することが可能である。
【００４０】
更に、前記チャンネル４は、いかなる軸方向に向いていても良く、即ち、本発明は、横方向のチャンネル４に限られない。
【００４１】
前記第１のフローディレクタ７ａは、前記チャンネル４の１つのチャンネル壁６ａに配置されており、この結果、前記入口５からの流体の流れ（矢印）は、２つの他のチャンネル６ｂ、６ｃの方に向けられる。前記フローディレクタ７ａの反対側には、隆起部９がある。
【００４２】
前記入口５を通過したすぐ後に、前記流体の流れは、入口での乱流を有する。この乱流は、この流れが前記チャンネル４を通るのに従って減少し、前記チャンネル４中で一定の速度を有する流体の層流となる。この流体が前記第１のフローディレクタ７ａに接近すると、断面が縮小するに応じて、局所的に流れの速度が上がる。前記第１のフローディレクタ７ａを通過した後、断面の拡大と流体の流れとによって、渦、即ち、流体の制御された乱れ運動が、生じる。前記フローディレクタ７ａは、前記チャンネル４を通る流体の流れの大部分に影響を与え、前記流体の流れの複数の層を混合させる。この乱れ運動は、熱、湿度、及び／もしくは、物質移動の速度を上げるために必要である。この乱流は、流体が前記第２のフローディレクタ７ｂの方に流れるのに従って減少し、前記第２のフローディレクタの７ｂのちょうど上流の層流となる。前記第２のフローディレクタ７ｂを通過した後、前記第１のフローディレクタ７ａの通過後と同様に、渦が生じる。結果として、前記第２のフローディレクタ７ｂでの圧力降下は、前記第１のフローディレクタ７ａでの圧力降下と比べて、小さい。
【００４３】
図３乃至図５は、前記流れ方向に沿って互いに前後に配置されている複数のフローディレクタ７ａ−７ｅを有するチャンネル４の縦断面を示している。それぞれ異なる高さｈ１−ｈ５を有する前記フローディレクタ７ａ−７ｅは、前記チャンネル４の内側へと延びている。各フローディレクタは、上流部と、中間部と、下流部とを有している。前記入口５に最も近い前記フローディレクタ７ａは、この入口５から間隔Ｄで離間して配置されている。この間隔は、動作状態に応じて調整され得る。前記フローディレクタ７ａ−７ｅの、それぞれ２つの隣接したフローディレクタ間の間隔ｄ（即ち、前記フローディレクタ７ａ−７ｅの各々の間に更なるフローディレクタが無い）は、前記フローディレクタ７ａの通過後に生じる乱れ運動を最大限に利用するために、且つ、流体が前記チャンネル壁６ａ−６ｃに対して平行方向の層流を形成するために、十分な大きさである。本発明は、互いに均一の間隔ｄで離間したフローディレクタに限定されない。いくつかの適用では、各対のフローディレクタ間に異なる間隔があることが、適切であり得る。
【００４４】
前記フローディレクタ７ａ−７ｅの高さを変えることによって、前記チャンネル４の、各フローディレクタ７ａ−７ｄでの断面積が、それぞれ異なり得る。このことは、図３ａと図３ｂとに示されている。図３ａは、図３のチャンネル４の、Ａ−Ａでの断面を示している。前記チャンネル４の断面積Ａは、このチャンネル４の前記入口５での断面積として規定されている。前記チャンネル４の、前記フローディレクタ７ａでの断面積Ａ１は、高さｈ１（図３ａ参照）の中間部１１（図７参照）での断面積として規定されている。図３ｂは、図３のチャンネル４の、Ｂ−Ｂでの断面を示している。前記チャンネル４の、前記フローディレクタ７ｂでの断面積Ａ２は、このフローディレクタ７ｂの高さｈ２（図３ｂ参照）の中間部１１の断面積として、規定されている。図３ａと図３ｂとに見られるように、フローディレクタの高さが小さいほど、断面積が大きい。前記フローディレクタ７ａ、７ｂの下流のフローディレクタ７ｃ−７ｅの、それぞれのチャンネル４の断面積Ａ３−Ａ５は、これらフローディレクタ７ｃ−７ｅのそれぞれの高さｈ３−ｈ５に対応して、互いに異なっている。
【００４５】
前記入口５に最も近くに配置されている第１のフローディレクタ７ａの隣、即ち下流に配置されている第２のフローディレクタ７ｂでの第２の断面積Ａ２の比率、即ちＡ２／Ａ１は、１．２−２．５、好ましくは、１．２−２．０である。他のフローディレクタ７ａ−７ｄの、流れ方向に下流にありこれらにそれぞれ直接に連なっているフローディレクタ７ｂ−７ｅでの前記第２の断面積、即ちＡ２−Ａ５の、前記第１の断面積Ａ１−Ａ４に対する比率、即ち、Ａ２／Ａ１、Ａ３／Ａ１、Ａ４／Ａ１、Ａ５／Ａ１、Ａ３／Ａ２、Ａ４／Ａ２、Ａ５／Ａ２、Ａ４／Ａ３、Ａ５／Ａ３、Ａ５／Ａ４は、１．２−２．５、好ましくは、１．２−２．０である。更に、前記チャンネルの出口に最も近いフローディレクタ７ｅでの断面積Ａ５の、前記チャンネル４の前記入口５に最も近い前記第１のフローディレクタでの第１の断面積Ａ１に対する比率、即ち、Ａ５／Ａ１は、２．０／４．０である。前記フローディレクタ７ａ−７ｅでの前記チャンネル４の断面積を変えることによって、前記チャンネル全体の全圧力降下に対する全体の転換率の関係が、改善され得る。即ち、前記転換率が維持されるか改善される一方で、前記圧力降下は減少する。好ましくは、前記断面積は、前記フローディレクタ７ａ−７ｅのそれぞれの高さｈ１−ｈ５を変えることによって、変えられる。図３−図５の実施形態が前述の特徴を有していても、本発明は、前述の全ての特徴を有している、ということに限定されない。一実施形態は、前述の特徴のうちの１つもしくは２つのみを有していても良い。
【００４６】
更に、図３は、５つのフローディレクタ７ａ−７ｅを有するチャンネル、即ちこのチャンネルの一部を示しており、これらフローディレクタ７ａ−７ｅの高さｈ１−ｈ５は、徐々に縮小している。例えば、高さが２．６ｍｍのチャンネルに関しては、高さｈ１は１．４ｍｍ、ｈ２は１．２ｍｍ、ｈ３は１．０ｍｍ、ｈ４は０．８ｍｍ、ｈ５は０．６ｍｍである。かくして、前記チャンネル４の前記フローディレクタ７ａ−７ｅでの断面積は、流れ方向に次のように拡大する。前記第１のフローディレクタ７ａでの断面積Ａ１は０．６３ｍｍ２、前記第２のフローディレクタ７ｂでの断面積Ａ２は０．８８ｍｍ２、前記第３のフローディレクタ７ｃでの断面積Ａ３は１．１５ｍｍ２、前記第４のフローディレクタ７ｄでの断面積Ａ４は１．４３ｍｍ２、前記第５のフローディレクタ７ｅでの断面積Ａ５は１．７６ｍｍ２である。これら高さは、従来技術と比べると、チャンネル４全体の全転換率に対して全体の圧力降下の減少を果たすために、縮小している。
【００４７】
図４は、５つのフローディレクタ７ａ−７ｅを有しているチャンネル即ちこのチャンネルの一部を示している。入口５から初めの４つのフローディレクタ７ａ−７ｄのそれぞれ高さｈ１−ｈ４は、流体の流れの方向に徐々に縮小しており、前記入口５から第５のフローディレクタ７ｅは、第４のフローディレクタ７ｄの高さと同等の高さを有している。２．６ｍｍと同等の高さＨのチャンネルを有する実施形態では、高さｈ１は１．４ｍｍ、高さｈ２は１．２ｍｍ、高さｈ３は１．０ｍｍ、高さｈ４は０．８ｍｍ、そして高さｈ５は０．８ｍｍである。かくして、前記フローディレクタ７ａ−７ｅでのチャンネル４の断面積は、流れ方向に次のように拡大している。前記フローディレクタ７ａでの断面積Ａ１は０．６３ｍｍ２、前記第２のフローディレクタ７ｂでの断面積Ａ２は０．８８ｍｍ２、前記第３のフローディレクタ７ｃでの断面積Ａ３は１．１５ｍｍ２、前記第４及び第５のフローディレクタ７ｄ、７ｅでのそれぞれの断面積Ａ４は１．４３ｍｍ２である。前記高さは、従来技術と比べると、チャンネル４全体の全転換率に対して前記全圧力降下の減少を果たすために、縮小している。
【００４８】
図５は、５つのフローディレクタ７ａ−７ｅを有するチャンネル即ちこのチャンネルの一部を示している。これらフローディレクタ７ａ−７ｅは、２つのフローディレクタが１組となって配置されている。各組の２つのフローディレクタは、互いに同じ高さを有しており、各組のフローディレクタの高さは、前記入口５からの流れの方向に、徐々に減少している。即ち、前記入口５から２番目のフローディレクタ７ｂの高さｈ２は、前記第１のフローディレクタ７ａの高さｈ１と同じであり、第３のフローディレクタ７ｃの高さｈ３は、前記第２のフローディレクタ７ｂの高さｈ２より小さく、第４のフローディレクタ７ｄの高さｈ４は、前記第３のフローディレクタ７ｃの高さｈ３と同じであり、第５のフローディレクタ７ｅの高さｈ５は、前記第４のフローディレクタ７ｄの高さｈ４より小さい。例えば、２．６ｍｍの高さＨのチャンネルに関して、前記高さｈ１は１．４ｍｍ、高さｈ２は１．４ｍｍ、高さｈ３は１．２ｍｍ、高さｈ４は１．２ｍｍ、高さｈ５は１．０ｍｍである。かくして、前記チャンネル４の前記フローディレクタ７ａ−７ｅでのそれぞれの断面積は、流体の流れの方向に以下のように拡大する。前記第１及び第２のフローディレクタ７ａ、７ｂでの断面積Ａ１、Ａ２は、それぞれ０．６３ｍｍ２であり、前記第３及び第４のフローディレクタ７ｃ、７ｄでの断面積Ａ３、Ａ４は、それぞれ０．８８ｍｍ２であり、前記第５のフローディレクタ７ｅでの断面積Ａ５は、１．１５ｍｍ２である。これら高さは、従来技術と比べると、チャンネル４全体の全転換率に対して全圧力降下の減少を果たすために、縮小している。しかしながら、本発明は、２つで１組のフローディレクタに限定されず、いかなる任意の数の組のフローディレクタも、適切であり得る。
【００４９】
しかしながら、本発明は、前記チャンネル４の前記フローディレクタ７ａ−７ｅでの断面積が、徐々に拡大することに限定されない。この代わりに、前記チャンネル４の異なる断面積を成すフローディレクタが、このチャンネル中に任意の順番で配置され得、前記チャンネル４の同じ断面積を為すフローディレクタが、複数設けられ得る。例えば、第２のフローディレクタでの前記チャンネル４の断面積より小さい断面積を為す第１のフローディレクタが、チャンネル４の第２の断面積を各々為す２つのこのような第２のフローディレクタ間に、配置され得る。また、前記複数のフローディレクタは、５つに限られず、これらフローディレクタの数は任意であり得、他の適用に関しては、異なり得る。例えば、前記チャンネル４は、チャンネル４の入口５の近くに配置されている３つのフローディレクタを有し得、この結果、チャンネル４の出口の近くの端部には、フローディレクタは無い。あるいは、前記入口５と前記第１のフローディレクタとの間の前記間隔Ｄが比較的大きく、従って、出口の近くの前記チャンネル４の端部に複数のフローディレクタが設けられ得、前記入口５の近くには設けられない。また、前記チャンネル４は、上述の例のフローディレクタでの断面積と異なる断面積をそれぞれ有する更なるフローディレクタが、設けられ得る。あるいは、前記チャンネル４の断面積は、前記チャンネルの高さ、幅、もしくは幾何学的形状を変えることによって、変えられ得る。本発明は、フローディレクタの上述の組み合わせに限られず、この代わりに、従属請求項に従って規定された全ての適切な組み合わせが、可能である。
【００５０】
図６は、フローディレクタ７ａ−７ｃに対してミラー対照である複数のフローディレクタ８ａ−８ｃを有しており互いに上下に配置されている２つのチャンネル４を示している。チャンネル中に延びている一方のフローディレクタのみが使用される場合、これらフローディレクタが一緒に巻かれるか図６及び図８のように上下に配置されるとき、チャンネルの半分のみが、フローディレクタを有し得る。熱、湿度、及び／もしくは、物質移動の速度を上げるために、チャンネルに、前記ミラー対照のフローディレクタ８ａ−８ｃが設けられ、従って全てのチャンネルにフローディレクタが設けられることが、適切である。前記フローディレクタ７ａ−７ｃに対してミラー対照である前記フローディレクタ８ａ−８ｃは、それぞれの前記フローディレクタ７ａ−７ｃから、所定の間隔で離間されて各々配置されている。この間隔ｄは、前記フローディレクタ７ａ−７ｃの通過後に生じる乱れ運動が最大限に利用され得、また、流体が前記チャンネル４の方向に、即ち前記チャンネル壁６ａ−６ｃに対して平行に向き得るような、大きさでなければならない。前記ミラー対照のフローディレクタ８ａ−８ｃに近づく流体は、大きな拡大領域に達し、速度が局所的に減じられる。あるいは、２種類のフローディレクタ間の間隔が、変えられ得る。好ましくは、前記ミラー対照のフローディレクタ８ａ−８ｃは、前記フローディレクタ７ａ−７ｃの各々に連結されている。このような場合、各ミラー対照のフローディレクタ８ａ−８ｃは、前記連結されたフローディレクタ７ａ−７ｃのそれぞれに並行して配置されている。
【００５１】
図６では、前記フローディレクタ７ａ−７ｃの各々の高さｈ１−ｈ３は、流れ方向に、徐々に縮小している。チャンネルの高さが２．６ｍｍである実施形態では、高さｈ１が１．４ｍｍ、高さｈ２が１．２ｍｍ、高さｈ３が１．０ｍｍである。かくして、前記フローディレクタ７ａ−７ｃでの断面積は、流れ方向に次のように拡大している。第１のフローディレクタ７ａでの断面積Ａ１は０．６３ｍｍ、第２のフローディレクタ７ｂでの断面積Ａ２は０．８８ｍｍ、第３フローディレクタ７ｃでの断面積Ａ３は１．１５ｍｍである。
【００５２】
あるいは、前記フローディレクタ７ａ−７ｃと前記ミラー対照８ａ−８ｃとは、各種のフローディレクタが、２つもしくは２つ以上で１組となって、配置され得る。即ち、流れ方向に、前記第１及び第２のフローディレクタは、規則的なフローディレクタ７ａ−７ｃであり得、前記第３及び第４のフローディレクタは、ミラー対照のフローディレクタ８ａ−８ｃであり得る。他の更なる代案は、異なる種類のフローディレクタ７ａ−７ｃ、８ａ−８ｃを、任意の順番で、前記チャンネルに配置することである。
【００５３】
図７は、上流部１０と中間部１１と下流部１２とを有するフローディレクタ７の可能な実施形態を、詳細に示している。チャンネル４の全てのフローディレクタは、図７の前記フローディレクタ７の幾何学的形状を好ましくは有している。しかしながら、本発明の範囲内では、１つもしくは若干数のフローディレクタのみが、このような形状を有していても良い。
【００５４】
前記上流部１０は、流体の流れの方向に、前記チャンネル壁６ａの面に対して規定の第１の傾斜角度ａ１でそれているフラット部１３を有している。前記第１の傾斜角度ａ１は、前記チャンネル壁６ａとこのチャンネル壁６ａの面に対する前記フラット部１３の延びとの間の角度として規定されている。この角度ａ１は、前記フラット部１３の延びと前記チャンネル壁６ａの面との交点の下流に位置されている。また、前記第１の傾斜角度ａ１は、図７の角度ａ１として規定されている。更に、前記第１の傾斜角度ａ１は、１０度−６０度であり、好ましくは、３０度−５０度であり得る。前記上流部１０の傾斜は、流体の速度を上げ、この流体を他の面に導き、この結果、制御された乱れ運動が、熱、湿度、及び／もしくは物質移動を高めるために、生じられる。
【００５５】
前記中間部１１は、前記上流部１０と前記下流部１２との間に配置されている。この中間部１１は、前記上流部１０が延びている前記チャンネル壁６ａの内側にある。この中間部１１は、前記チャンネル４のチャンネル壁６ａに対して平行であり前記上流部１０と下流部１２との長さより短いフラット部１４を、有している。前記フローディレクタの最高部ｈは、前記フローディレクタ７が延びているチャンネル壁６ａに対して、前記中間部１１のこのフラット部１４である。複数のフローディレクタを有している実施形態に関しては、前記フローディレクタの高さｈは、前記複数のフローディレクタのいずれの高さｈ１−ｈ５を言及しても良い。前記フラット部１４は、製造の理由で設けられるが、また、流体を、これが対向する壁６ｂ、６ｃへと前記上流部によって導かれた後に、前記チャンネル４の流れの方向に、即ち、チャンネル４の前記チャンネル壁６に対して平行に導くように、補助する。前記フラット部は、流体の流れの方向に、前記チャンネルの高さＨ即ち０−２．０Ｈの０乃至２．０倍の長さを、好ましくは、前記フローディレクタの高さｈ即ち０−２．０ｈの０乃至２倍の長さを、より好ましくは、前記フローディレクタの高さｈ即ち０−１．０ｈの０乃至１倍の長さを、有し得る。前記中間部１１の前記フラット部１４は、前記上流部１０が延びている前記チャンネル６ａに平行であるのではなく、前記上流部１０が延びている前記チャンネル壁６ａに対する傾斜を有し得る。この傾斜は、流体の流れの方向に、前記チャンネル４の内側に向かって、また、前記チャンネル壁６ａに向かって、双方に設けられ得る。他の実施形態では、前記中間部１１は、わずかに湾曲された形状、例えば、凸形状を有し得る。
【００５６】
前記フローディレクタ７の前記下流部１２は、流体の流れ方向に、前記チャンネル壁６ａの面に対して規定の第２の傾斜角度ａ２で、前記チャンネル壁６ａに戻るフラット部１５を有していることが適切である。前記第２の傾斜角度ａ２は、前記チャンネル壁６ａの面とこのフラット部１５の前記チャンネル壁６ａの面への延びとの間の角度として、規定されている。この角度は、前記フラット部１５の延びと前記チャンネル壁６ａの面との交点の上流に位置されている。また、この第２の傾斜角度ａ２は、図７の角度ａ２として規定される。更に、この第２の傾斜角度ａ２は、５０度−９０度、好ましくは、６０±１０度である。前記フラット部１５は、拡大する断面積による制御された乱れ運動を流体に生じさせ、この制御された乱れ運動は、熱と、湿度、及び／もしくは物質移動と、圧力降下との間の比率を最適化する。
【００５７】
前記フローディレクタ７は、前記チャンネル壁６ａと前記上流部１０との間の遷移部１６と、前記上流部１０と前記中間部１１との間の遷移部１７と、前記中間部１１と前記下流部１２との間の遷移部１８と、前記下流部１２と前記チャンネル壁６ａとの間の遷移部１９とを有している。これら遷移部１６−１９の各々は、湾曲されているか真直ぐであり得、１つのフローディレクタ７は、湾曲された遷移部と真直ぐの遷移部との両方を有し得る。
【００５８】
図７は、前記上流部１０と前記中間部１１との間の湾曲された遷移部１７を有しており、この遷移部１７は、前記フローディレクタ７の高さ、即ち０．１ｈ−２ｈの０．１−２倍の曲率半径Ｒ２を有している。この曲率半径は、流体の流れを、前記上流部１０の通過後に前記チャンネル４の一側面に対して平行方向にスムーズに導くために、設けられている。前記中間部１１と前記下流部１２との間の湾曲された遷移部１８の曲率半径Ｒ３は、前記フローディレクタ７の高さ即ち１．０ｈ−２．１ｈの０．１−２．１倍、好ましくは、前記フローディレクタ７の高さ即ち０．３５ｈ−２．１ｈの０．３５−２．１倍、そしてより好ましくは、前記フローディレクタ７の高さ即ち０．３５ｈ−１．１ｈの０．３５−１．１倍であることが、適切である。この曲率半径は、拡大する断面によって生じる渦、即ち流体の制御された乱れ運動を生じさせるように、流体の大部分を、前記チャンネル壁６ａに導く。この乱れ運動は、熱、湿度、及び／もしくは、物質移動の速度を上げるために必要である。あるいは、前記上流部１０と前記中間部１１との間の湾曲された遷移部１７の曲率半径Ｒ２は、前記中間部１１と前記下流部１２との間の遷移部１８の曲率半径Ｒ３と同じであっても良い。即ち、前記フローディレクタ７の高さ即ち１．０ｈ−２．１ｈの０．１−２．１倍、好ましくは、前記フローディレクタ７の高さ即ち０．３５ｈ−２．１ｈの０．３５−２．１倍、そしてより好ましくは、前記フローディレクタ７の高さ即ち０．３５ｈ−１．１ｈの０．３５−１．１倍である。互いに同じ曲率半径は、前記流体が前述の流体の流れの方向と反対の方向に流れ得るいくつかの適用において、有効である。
【００５９】
前記チャンネル４の前記チャンネル壁６ａと前記上流部１０との湾曲された遷移部１６の曲率半径Ｒ１は、前記フローディレクタ７の高さ即ち１．０ｈ−２．１ｈの１．０−２．１倍であり得る。好ましくは、前記下流部１２と前記チャンネル４のチャンネル壁６ａとの間の湾曲された遷移部１９の曲率半径Ｒ４は、前記フローディレクタ７の高さ即ち０．２ｈ−２ｈの０．２−２倍、好ましくは、前記フローディレクタ７の高さ即ち０．５ｈ−１．５ｈの０．５−１．５倍である。前記下流部１２の前記フラット部１５は、短く、従って、前記遷移部１９は、大きい曲率半径を有し得る。前記下流部１２と前記チャンネル４のチャンネル壁６ａとの間の前記遷移部１９の曲率半径Ｒ４は、二次的な渦の発生を減じ、そうでなければ、圧力降下を増加させ得る。
【００６０】
滑らかな前記遷移部１６−１９は、前記フローディレクタ７に渡る流体のスムーズな流れをもたらし、同時に、前記遷移部１６−１９は、流体を特定の方向に導く。また、圧力の低下は前記流体と前記チャンネルの壁との間の摩擦によって為されるので、滑らかな前記遷移部は、圧力降下を減じる。
【００６１】
前記フローディレクタ７の上方に、隆起部９が設けられている。好ましくは、この隆起部９の高さｂは、前記フローディレクタ７の高さより小さい。このことは、前記隆起部９での不要な乱流を減じる。更に、好ましくは、前記隆起部９は、第２のチャンネル４の下側の前記フローディレクタ（図６参照）によって規定されている対応する隆起部９に良好に適合する形状を有している。前記隆起部９の高さは、好ましくは、複数のチャンネルを入れ子式にならないように層状に配置した時に、安定した組み立てが為される程度の高さである。ここでは、入れ子式とは、前記チャンネルの層の、望ましくない相対運動に言及する。本発明は、各フローディレクタ７に１つの隆起部を有することに、限定されない。この代わりに、例えば１つの隆起部が、前記第１のフローディレクタ７と最後の１つのフローディレクタ７とに、流れ方向に、設けられ得る。
【００６２】
図３を再び参照すると、所望の乱れ運動を生じさせるために、前記第１のフローディレクタ７ａの前記中間部１１（図７参照）での流体の所定の速度ｖ１が必要である。前記速度ｖ１は、前記第１のフローディレクタ７ａの中間部１１（図７参照）でのチャンネルの断面積Ａ１と、前記チャンネル４の断面積Ａと、断面積Ａを有するチャンネル４の各部分での、例えばこのチャンネルの前記入口５での速度ｖとによって、決定する。前記断面積Ａ１に対する断面積Ａの比率は、２．０より大きく、好ましくは３．０より大きく、より好ましくは４．５より大きい。
【００６３】
図８は、チャンネルシステム２での複数のチャンネル４を有する層を、前記チャンネル４の長軸方向に、示している。波形のストリップ２０が好ましくは使用され、このストリップ２０では、フローディレクタ７ａ−７ｃ、８ａ−８ｃが、曲げ端部の凹凸部２２と内側の曲げ端部の押出された部分とを両方形成するために、一側面から押圧される。前記凹凸部２２は、この場合、前述のフローディレクタ７ａ−７ｃ、８ａ−８ｃと同じである。図８では、ほぼ平坦なストリップ２１が使用されており、また、このストリップは、前記波形のストリップ２０の凹凸部２２に対応する凹凸部２２によって、形成されている。前記平坦なストリップ２１と前記波形のストリップ２０とは、一方が他方の上に押圧され、従って、前記平坦なストリップ２１の前記凹凸部２２は、前記波形のストリップ２０の前記凹凸部２２中に適合する。
【００６４】
下向きの横断三角形の頂点を有する全てのチャンネル４と、上向きの横断三角形の頂点を有する全てのチャンネル４とに、凹凸部／押出された部分が設けられており、この結果、全てのチャンネルに、更に熱、湿度、及び／もしくは物質移動を高めるフローディレクタが設けられている。すべてのチャンネルに複数のフローディレクタを形成するために、凹凸部／押出された部分が両側から形成され、この結果、前記チャンネルの断面である三角形の底面が、内側に押圧され、従って、前記断面積が縮小される。外側及び内側に向いている三角形の断面の頂点を有する前記チャンネルの前記凹凸部／押圧された部分は、チャンネルに沿って互いにそれぞれオフセットされており、好ましくは、互いに等間隔に離間されている。同じチャンネルの、このチャンネル沿いの違う位置での断面には、前記三角形の底辺の凹凸部／前記三角形の頂点の押出された部分と、前記三角形の頂点の凹凸部／前記三角形の底辺の押出された部分とが、設けられている。これは主に、断面積を縮小し、乱流の発生を助ける。このことは、前記底辺が前記チャンネルの中心に向かって内側に押圧される部分が、この部分の断面積が縮小されるので、乱流の大部分を生じさせることを意味する。これに対して、前記三角形の頂点が前記チャンネルの中心に向かって内側に押圧される部分と、前記底辺が外側に押圧される部分とで、断面積が拡大される。
【００６５】
上記の本発明は、本発明の好ましい実施形態に関連して説明されているけれど、当業者には、以下の請求項によって規定されている本発明の範囲から逸脱しない種々の変更が、考えられ得ることが、明らかである。例えば、上記のように、前記波形のストリップは、異なる波形であることができ、従って、チャンネルの他の外形が得られる。前記フローディレクタの構造が入れ子式となることを防がない場合、例えば、前記上流部及び下流部の角度が前記チャンネルの長軸方向に対して小さい場合、前記チャンネルの長軸方向に対してわずかにより緩やかな角度を有する特別な凹凸部／押出された部分を形成することが、可能である。このような入れ子式を防止するものは、小さく、即ち、圧力降下を最小限にするために、前記フローディレクタと比較して、前記チャンネルの断面に対して小さくなければならない。このような入れ子式を防止するものは、入れ子式を防止するものとして既に機能するフローディレクタを補完し得る。
【図１】
0005539352.tif 000002
【図２】
0005539352.tif 000003
【図３】
0005539352.tif 000004
【図３ａ】
0005539352.tif 000005
【図３ｂ】
0005539352.tif 000006
【図４】
0005539352.tif 000007
【図５】
0005539352.tif 000008
【図６】
0005539352.tif 000009
【図７】
0005539352.tif 000010
【図８】
0005539352.tif 000011