(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側熱交換表面及び外側熱交換表面を備える膨張可能なバッグを形成するために取付けられた可撓なプラスチックフィルム材料の熱交換要素（１）であって、当該熱交換要素（１）が、加圧された熱交換流体の流れを供給するための入口開口部（２）と、熱交換後に流体の流れを吐出するための単一の共通出口開口部（３）と、前記バッグの内側の次の熱交換ゾーンを通る鉛直方向の流体の流れのための流路を画成するために対向するプラスチックフィルムを結合する溶着部（４、５、６）の配列と、を具備する熱交換要素（１）において、前記入口開口部（２）に隣接した当該熱交換要素（１）の最上部の第１ゾーン（７）におけるスポット溶着部（４）の配列からなる結合部と、前記第１ゾーンの下にある当該熱交換要素（１）の第２ゾーン（８）における平行に延在した波状の溶着部（５）の配列と、前記第２ゾーンの下にある当該熱交換要素（１）の最下部の第３ゾーン（９）における斜めの溶着部（６）の配列とがあり、前記平行に延在した波状の溶着部（５）が、前記第２ゾーンを通る平行な波状の流体流路（１１）を画成し、前記斜めの溶着部（６）が、前記出口開口部（３）へと向かって収束する流体の流れのための流路（１２）を画成することを特徴とする熱交換要素（１）。
【請求項２】
前記第３ゾーン（９）が前記出口開口部（３）へと向かうテーパー状であるのに対し、当該熱交換要素（１）の前記第１ゾーン（７）及び前記第２ゾーン（８）が略矩形であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換要素。
【請求項３】
直立位置に設置された当該熱交換要素（１）の最下部端において前記出口開口部（３）が軸線方向に位置し、前記第３ゾーン（９）の前記流体流路（１２）が前記出口開口部（３）へと向かって収束することを特徴とする請求項２に記載の熱交換要素。
【請求項４】
直立した当該熱交換要素が、水平上部端（１３）と、２つの鉛直側部（１０）と、前記出口開口部（３）を有するテーパー状の底部端（１４）と、を具備し、前記入口開口部（２）が前記第１ゾーン（７）近傍の前記鉛直側部に位置することを特徴とする請求項３に記載の熱交換要素。
【請求項５】
当該熱交換要素（１）が、加圧された蒸気又は湿気を当該熱交換要素（１）の前記最下部の出口開口部（３）から吐出される液体へと凝縮するために機能することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の熱交換要素（１）。
【請求項６】
多数の隣接した可撓なプラスチックフィルム材料の熱交換要素（１）を具備する熱交換器（１５）であって、各前記熱交換要素が、当該熱交換要素の内側において加圧された第１の流体の流れと隣接した当該熱交換要素（１、１’）間の第２の流体の流れとの間で熱交換を可能とするための内側熱交換表面及び外側熱交換表面を備える膨張可能なバッグの形式を有し、且つ、各前記熱交換要素が、前記第１の流体を供給するための入口開口部（２）と、熱交換後に前記第１の流体を吐出するための単一の共通出口開口部（３）と、前記バッグの内側の次の熱交換ゾーンを通る鉛直方向の流体の流れのための流路を画成するために対向するプラスチックフィルムを結合する溶着部（４、５、６）の配列と、を有する熱交換器（１５）において、前記熱交換要素に、前記入口開口部（２）に隣接した当該熱交換要素（１）の最上部の第１ゾーン（７）におけるスポット溶着部（４）の配列からなる結合部と、前記第１ゾーンの下にある当該熱交換要素（１）の第２ゾーン（８）における平行に延在した波状の溶着部（５）の配列と、前記第２ゾーンの下にある当該熱交換要素（１）の最下部の第３ゾーン（９）における斜めの溶着部（６）の配列と、があり、前記平行に延在した波状の溶着部（５）が、前記第２ゾーンを通る平行な波状の流体流路（１１）を画成し、前記斜めの溶着部（６）が、前記出口開口部（３）へと向かって収束する流体の流れのための流路（１２）を画成することを特徴とする熱交換器（１５）。
【請求項７】
前記第３ゾーン（９）が前記出口開口部（３）へと向かうテーパー状であるのに対し、前記熱交換要素（１）の前記第１ゾーン（７）及び前記第２ゾーン（８）が略矩形であることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換要素（１）が直立位置にあると共に、前記出口開口部（３）が各前記熱交換要素（１）の最下部端にあることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】
各前記熱交換要素（１）が、水平上部端（１３）と、２つの鉛直側部（１０）と、前記出口開口部（３）を備えるテーパー状の底部端（１４）と、を有し、前記入口開口部（２）が前記第１ゾーン（７）近傍の前記鉛直側部に位置することを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記熱交換要素（１）の上部端（１３）に隣接して水平な流体分散路構造（１９）があり、該流体分散路構造（１９）が、流体を前記熱交換要素間の前記熱交換表面へと分配する供給流路（２０）を具備することを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記流体分散路構造が、一組の流体供給流路（２０）を含む水平バー（１９）を具備し、該水平バー（１９）が、可撓な熱交換要素（１）の上部端（１３）と交互に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
各熱交換要素（１）の前記入口開口部（２）が、一組の蒸気供給流路（１８）を備える鉛直バー（１７）を有しており、前記水平バー（１９）及び前記鉛直バー（１７）が、互いに交互に固定され且つ結合された隣接する端部を有することを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
加圧された蒸気又は湿気を前記熱交換要素（１）の前記最下部の出口開口部（３）から吐出される液体へと凝縮するために機能することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記隣接する熱交換要素（１、１’）間で液体を蒸発させ、該液体から生成された蒸気を加圧し、前記熱交換要素内側で蒸気を凝縮して液体へと戻す蒸留器であることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換器。
【請求項１５】
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換要素（１）の製造設備であって、複数のバッグ状の熱交換要素を構成するためのダブルプラスチックシート材料の繊維（２２）の輸送経路と、該輸送経路に沿った一連の３つの加熱可能な溶着ロール（２３、２４、２５）と、を有し、該３つの溶着ロールが、それぞれスポット状、波状、及び収束する形状の溶着部を形成するための突出部を有し、且つ、選択的に前記溶着ロールを前記繊維と接触させると共に前記繊維から接触解除させるための油圧手段又は空気圧手段（図示せず）と、前記溶着ロールが前記繊維と接触するように支持する前記繊維の対向する側のバッキングロール（２６）と、を有することを特徴とする製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓なプラスチックフィルム材料の熱交換要素と、複数のこうした熱交換要素を具備する熱交換器と、その熱交換要素の製造設備と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
より詳細には、本発明は、内側熱交換表面及び外側熱交換表面を備える膨張可能なバッグを形成するために取付けられた可撓なプラスチックフィルム材料の熱交換要素を具備し、その熱交換要素が、加圧された熱交換流体の流れを供給するための入口開口部と、熱交換後に流体の流れを吐出するための出口開口部と、バッグ内側の次の熱交換ゾーンを通る鉛直方向の流体の流れのための流路を画成するために対向するプラスチックフィルムを結合する溶着部の配列と、を具備する。本発明に係る熱交換器は、加圧された熱交換流体が各熱交換要素の内側に供給されるように構成されると共に別の熱交換流体の流れが、熱交換要素間にある各間隙へと供給されるように構成された多数のこうした熱交換要素を有する。こうした熱交換器の具体例は、熱交換要素間を流れる液体を蒸発させる蒸留器であり、蒸気の加圧後、凝縮して熱交換要素の内側の液体へと戻す。
【０００３】
先行技術において、国際公開９０／０１９７７号は、熱交換流体の流れのための流路を画成するために部材間にスポット溶着部を有する一組のプラスチックフィルム部材で構成された多数の直立した熱交換要素で構成される蒸留装置を示している。蒸留される水は、熱交換要素の上の分散路流域から隣接した要素の外部表面へと導かれて熱交換要素間で蒸発され、次いで蒸気は、高圧で熱交換要素内部に吸引するブロワーへと集められて吸引される。隣接した要素の内側と外側との間の熱交換は、蒸気を凝縮して液体へと戻す。各要素は、熱交換要素の上部において鉛直側部端に沿って延在する蒸気の入口開口部と、熱交換要素の傾斜している底部の最下部角部における液体の出口開口部と、を有する。本装置は、塩性海水からの純粋の製造を目的としている。
【０００４】
国際公開第９２／１０２６４号及び国際公開第９２／１０２６５号は、国際公開第９０／０１９７７号に係る蒸留装置の変形例を示しており、バッグ状の熱交換要素間で蒸発された液体と熱交換要素において凝縮されるべく加圧された蒸気との両方が、隣接した要素の上部端における分散路ストライプを通して供給される。別の変形例は、各熱交換要素の内側が、熱交換要素を画成する一組のフィルム部材間の関連したジグザグ状の溶着ラインによって平行鉛直なジグザク状の流体流路へと分離されている。
【０００５】
国際公開第９８／３３０２９号は、別の変形例として、熱交換要素の内側の流体の流れのため関連した波状の流路を画成する波状の溶着部を備えたバッグ状の熱交換要素を示している。各熱交換要素の上部端からテーパー状の底部へと延在する溶着部は、熱交換要素内で凝縮された流体を中央配置された吐出開口部へと収集する。本装置は残留物として分離する浮遊固形物の含有物を含む産業排水の蒸発を目的としており、比較的狭い凝縮吐出開口部を通し、こうして蒸発器内で実施される自浄機能を提供する。
【０００６】
独国特許発明第２５１１１４４号明細書は、スポット溶着された蒸気分散路ゾーンと互いに近傍に配置された熱交換ゾーンへと導く水平流路及び鉛直流路とを具備するプラスチック材料の鉛直な熱交換要素の蒸発器を示している。高温蒸気が、蒸発器の鉛直側部から各熱交換要素へと供給されスポット溶着された蒸気分散路ゾーンを通過し、凝縮される熱交換ゾーンの水平流路及び鉛直流路へと導かれ、凝縮された液体として熱交換要素の底部の出口開口部を通って吐出される。蒸発される解決手段は、熱交換ゾーンの膨張された水平流路及び鉛直流路間で下方へと流れて蒸発するため、蒸発器の上部から熱交換要素の外部表面へと供給される。
【０００７】
スポット溶着部と比較して、波状の溶着部又はジグザグ状の溶着部は、特に熱交換要素が隣接した熱交換要素に関して要素おきに鏡像位置に構成された場合において、詰まりにくい熱交換要素間の流体の流れのための流路を形成し得る利点がある。こうした構成において、隣接する熱交換要素の膨張する波状の流路は、規則的に互いに交差し、それらの波状の膨張部周りで交差する熱交換要素の外部で流路を形成する。隣接する熱交換要素において特に対面位置におけるスポット溶着部は、膨張する熱交換要素間で流路を狭める傾向があり、流体の流れを妨げる。繊維サスペンションが流れを蒸発させるとき、流路は詰まりやすい。波状の溶着部構成は、スポット溶着部よりも高い圧力差にも耐えることができ、優れた流体分散路を可能とする。
【０００８】
先行技術の熱交換器の波状の溶着構成の欠点は、熱交換要素の上部の流体の流れの分散路構造が、それぞれ各熱交換要素の内側及び外側へと流体の流れを供給する２つの供給流路構成のために大きくなってしまうことである。従って、２つの供給流路構造の厚さは、隣接する熱交換要素の表面を互いに接触させるべく熱交換要素の膨張部のため最小に設定される。従って、熱交換表面の数を増加させることにより所定の体積において熱交換効率を増すべく膨張部を制限することは不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述した欠点を回避して改善された熱交換要素を提供することにある。言い換えれば、本発明は、熱交換要素が高圧下で高い耐摩耗性を有し且つ制限された膨張部及び増加された熱交換表面領域によって改善された能力を有しつつも、隣接する熱交換要素間で容易に流体を流すことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によって提供される解決策は、熱交換要素であって、入口開口部に隣接した熱交換要素の最上部の第１ゾーンにおけるスポット溶着部の配列と、その第１ゾーンの下にある熱交換要素の第２ゾーンにおける平行に延在した溶着部の配列と、その第２ゾーンの下にある熱交換要素の最下部の第３ゾーンにおける斜めの溶着部の配列とがあり、その平行に延在した溶着部が、第２ゾーンを通る流体流路を画成し、その斜めの溶着部が、出口開口部へと向かう流体の流れのための流路を画成する熱交換要素である。
【００１１】
熱交換要素の最上部の第一部におけるスポット溶着部は、流体、概して加圧された蒸気が、水平方向に自由に拡散することを可能とし、それによって均一に第２ゾーン以下の流路へと分散される。従って、蒸気入口開口部は、熱交換要素の鉛直側部に配置されることができ、流体を供給する入口流路から熱交換要素の外側へと分離される。熱交換要素の上部端における供給流路構造の厚さは、後述の、熱交換要素を互いに接触させる必要のある個々の熱交換要素のより小さな膨張部によってのみ決定される。更に、スポット溶着部の数を増すことによって第１ゾーンにおける膨張部を低減させて第２ゾーンより小さくすることができ、隣接した要素の最上部間の流体の流れを改善し得る。
【００１２】
本発明に係る好適な実施形態によれば、熱交換要素は、熱交換要素の第２ゾーンを通る平行な波状の流体流路を画成する平行な波状の溶着部の配列を具備する。しかしながら、本発明は第２ゾーンにおいて、ガスからガスへの熱交換器で特に有効な線形の溶着部も包含する。
【００１３】
第３ゾーンが、出口開口部へと向かうテーパー状であるのに対し、熱交換要素の第１ゾーン及び第２ゾーンは、概して矩形であってよい。熱交換器において熱交換要素は、概して直立位置で配置されており、出口開口部は、熱交換要素の最下部端に位置し、第３ゾーンにおいて流体流路を出口開口部へと向かって収束させる。
【００１４】
本発明に係る熱交換器は、多数の隣接した可撓なプラスチックフィルム材料の熱交換要素を具備し、各熱交換要素が、熱交換要素の内側において加圧された第１の流体の流れと隣接した熱交換要素間の第２の流体の流れとの間で熱交換を可能とするための内側熱交換表面及び外側熱交換表面を備える膨張可能なバッグの形式を有し、且つ、各熱交換要素が、第１の流体を供給するためのその入口開口部と、熱交換後に第１の流体を吐出するための出口開口部と、バッグの内側の次の熱交換ゾーンを通る鉛直方向の流体の流れのための流路を画成するために対向するプラスチックフィルムを結合する溶着部の配列と、を有する。本発明に係る熱交換器は、熱交換要素に、入口開口部に隣接した熱交換要素の最上部の第１ゾーンにおけるスポット溶着部の配列と、その第１ゾーンの下にある熱交換要素の第２ゾーンにおける平行に延在した溶着部の配列と、その第２ゾーンの下にある熱交換要素の最下部の第３ゾーンにおける斜めの溶着部の配列と、があり、その平行に延在した溶着部が、第２ゾーンを通る流体流路を画成し、その斜めの溶着部が、出口開口部へと向かう流体の流れのための流路を画成することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る熱交換要素の製造設備は、複数のバッグ状の熱交換要素を構成するためのダブルプラスチックシート材料の繊維の輸送経路と、輸送経路に沿った一連の３つの加熱可能な溶着ロールと、を有し、その３つの溶着ロールが、それぞれ３つの特定の異なる構成の溶着部を形成するための突出部を有し、且つ、選択的に溶着ロールを繊維と接触させると共に繊維から接触解除させるための油圧手段又は空気圧手段（図示せず）と、溶着ロールが繊維と接触するように支持する繊維の対向する側のバッキングロールと、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明はここで、添付された図面を参照にしつつ例示によってより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る熱交換要素の正面図を示す。
【図２】部分的に断面で示された図１の２つの隣接した熱交換要素の部分正面図を示す。
【図３】熱交換流体のための入口流路を含む図４の線IV−IVの断面における、請求項１に係る要素の上方左角部の正面図を示す。
【図４】図３の線III −III の断面としての図１の多数の熱交換要素を具備する熱交換器の一部の断面図を示す。
【図５】本発明に係る熱交換要素の製造設備の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、内側熱交換表面及び外側熱交換表面を備える膨張可能なバッグを形成するために取付けられた可撓なプラスチックフィルム材料の一組のシートを具備する熱交換要素１を示す。熱交換要素１は、設置手段によって互いに取付けられた隣接した要素のパックを具備する熱交換器に属する。熱交換流体の１つは、加圧されたガス又は熱交換要素１の内部を流れると共に隣接した要素の熱交換フィルム表面を加圧して互いに接触させるために熱交換要素を膨張させる蒸気である。別の熱交換流体は、その熱交換表面に沿った熱交換要素１の間を流れる。
【００１９】
図１の熱交換要素１は、加圧された熱交換流体の流れを供給するための入口開口部２と、熱交換後に流体の流れを吐出するための出口開口部３と、バッグの内側において流体の流れのために流路を画成するために対向するプラスチックフィルムシートを取り付ける溶着部４、５、６の配列と、を具備する。熱交換要素は、鉛直方向に配置された熱交換要素の概して下方に、熱交換要素内部の流体の流れ方向において３つのゾーンに分けられており、そのゾーンは、フィルムシートを互いに取り付ける様々な構成の溶着部を有すると共に、熱交換要素内部の流体の流れのために流路を画成する。入口開口部近傍の第１ゾーン７において、流体を水平方向へと拡散させるスポット溶着部４の配列がある。入口開口部２は、第１ゾーン７近傍の熱交換要素の鉛直側部１０に配置されている。第１ゾーン７に続く第２ゾーン８において、同様に第２ゾーンを通して鉛直に延在する波状の流体流路１１を画成する平行な波状の溶着部５の配列がある。第２ゾーン８に続く第３ゾーン９において、最下部の出口開口部３へと収束させる流体の流れのための流路１２を画成する斜めの溶着部６の配列がある。第３ゾーン９において熱交換要素の底部１４が軸方向最下部の出口開口部３へと対称的にテーパー状となっているのに対し、第１ゾーン７及び第２ゾーン８の領域において、熱交換要素１の形式は、水平上部端１３及び鉛直側部端１０を有する矩形である。
【００２０】
図２は、本発明に係る熱交換器１５を構成する多数の熱交換要素において配置されたような２つの隣接した熱交換要素１、１’の一部を示す。隣接する熱交換要素１、１’の波状の流路１１は、相互に配置されており、又は鏡像位置にあるため、膨張された流路は、概して互いに交差し、流路周りを交差する熱交換要素の外部の流路１６から出ることがわかる。断面において多数の熱交換要素を示す図４は、隣接する熱交換要素１、１’の膨張された流路１１の相互の位置を更に示す。
【００２１】
図３及び図４に示されたように、各熱交換要素１の入口開口部２は、スポット溶着部４を有する第１ゾーン７へと導く一組の加圧された流体の供給流路１８を具備する鉛直バー１７を有している。熱交換要素の上部端１３に沿って、隣接したバー１９を具備する、それぞれが一組の供給流路２０を備えた水平な流体分散路構造があり、熱交換流体を熱交換要素間の熱交換表面へと分配している。鉛直バー１７及び水平バー１９の端部は、交互に積層されていると共に、多数の各熱交換要素を貫通するボルト２１によって共に結合されている。
【００２２】
図１による多数の熱交換要素を備える熱交換器は、隣接した要素間で液体が蒸発される蒸留器として使用されてもよく、液体から生成される蒸気は、ブロワー（図示せず）によって高圧且つ高温へと上昇させられ、次いで蒸気は熱交換要素内部の液体へと凝縮されて戻されると共に熱交換要素から蒸留物として吐出される。別の使用は、高温のガスから、低温のガス、熱交換要素内を流れる高圧のガス及び熱交換要素間を流れる低圧のガスへの熱交換であり、圧縮された要素間の間隙内及び流路内において流体が流れるときに体積を減らし固形含有物を分離するための繊維又は他のサスペンションの蒸発であり、その固形物は、自浄効果によってそこから取り除かれる。
【００２３】
熱交換要素１の製造設備は、図５において概略的に描かれている。製造設備は、複数のバッグ状の熱交換要素を構成するためのダブルプラスチックシート材料の繊維２２の輸送経路と、その経路に沿った一連の３つの加熱可能な溶着ロール２３、２４、２５と、を有し、その３つの溶着ロールが、それぞれ３つの異なる構成の溶着部を形成するための突出部を有し、且つ、選択的に溶着ロールを繊維と接触させると共に繊維から接触解除させるための油圧手段又は空気圧手段（図示せず）と、溶着ロールが繊維と接触するように支持する繊維の対向する側のバッキングロール２６と、を有する。図１に示されたような熱交換要素を製造するため、３つの溶着ロールは、それぞれ波状及び収束する形状のスポット溶着部を形成するための突出部を有する。溶着されたプラスチックシート繊維は、ロール２７へと取り込まれ、その後の段階において個々の熱交換要素１へと切断される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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