(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合された熱伝達および物質移動装置において使用するための脱着器であって、前記脱着器は、
加熱流体および濃縮溶液を脱着器中に入力するための複数のポートを有する上端板であり、この上端板が加熱流体、濃縮溶液、および蒸気を脱着器外に出力するように設計されている上端板と、
加熱流体および濃縮溶液を脱着器アセンブリ中に分配し、加熱流体、濃縮溶液、および蒸気を脱着器アセンブリ外に分配する分配板と、
適合し接合されたシムの第一のユニットにより形成される脱着器部であり、この脱着器部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される微小規模特性を備える複数列の流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有し、
前記微小規模特性を備える複数列の流路が、加熱流体と濃縮溶液との間の向流パターンを与え、
前記脱着器が、加熱流体がほぼ上方向に進み、濃縮溶液が重力の助けでほぼ下方向に進むように指向されており、
前記向流パターンが、濃縮溶液の少なくとも一部から蒸気を脱着するように蒸気と濃縮溶液との間の関係を作るものである脱着器部と、
流体障壁を与える下端板とを有する脱着器。
【請求項２】
前記濃縮溶液がアンモニアおよび水を含む、請求項１記載の脱着器。
【請求項３】
前記脱着器部が適合し接合されたシムの複数の第二のユニットによりさらに形成される、請求項１記載の脱着器。
【請求項４】
蒸気の少なくとも一部の温度を下げるために熱交換を通じて冷媒により蒸気を精製する精留器部をさらに有する、請求項１記載の脱着器。
【請求項５】
前記冷媒は流体循環式のカップリング流体または濃縮アンモニア-水溶液である、請求
項４記載の脱着器。
【請求項６】
蒸気を一部精製するために脱着器部への導入前に濃縮溶液を予熱するため、濃縮溶液と蒸気との間の復熱式熱および物質交換のための分析器部をさらに有する、請求項１記載の脱着器。
【請求項７】
前記微小規模特性を備える複数列の流路が、垂直指向カラム、斜め指向カラム、蛇行型チャンネル、および交互斜め指向カラムからなる群より選ばれる形状を有する、請求項１記載の脱着器。
【請求項８】
前記微小規模特性を備える複数列の流路が、トレイ付きカラム、プール付きカラム、フィンアレイ、およびパッキングのうちの１つまたはそれ以上を有する、請求項１記載の脱着器。
【請求項９】
少なくとも１つの前記微小規模特性を備える複数列の流路の内面の少なくとも一部が、凹み付き面、隆起点を有する面、陰影付き面、網目状陰影付き面、模様付き面、および粗面からなる群より選ばれる、請求項１記載の脱着器。
【請求項１０】
前記加熱流体が、バイオ燃料および化石燃料の燃焼、廃棄物熱源、および太陽熱エネルギーからなる群より由来する熱源により加熱される流体を含む、請求項１記載の脱着器。
【請求項１１】
熱および／または物質交換の方法であって、前記方法は、
適合し接合されたシムの第一のユニットにより形成される伝達部中にカップリング流体を入力する工程であり、この伝達部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有するものである工程と、
前記カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターン関係を促進する複数列の流路を与える工程と、
前記作動流体溶液を伝達部中に入力する工程であり、前記複数列の流路がカップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを促進するものである工程と、
伝達部において成分を伝達する工程であって、前記伝達部における成分の伝達が、
作動流体溶液の少なくとも一部から蒸気を脱着すること、および、
前記蒸気を精留することを含む、工程とを含む、方法。
【請求項１２】
前記蒸気の少なくとも一部を熱交換を通じて冷媒で温度を下げる工程をさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記冷媒が、流体循環式カップリング流体または濃縮アンモニア-水溶液の１つを含む
、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
熱および／または物質交換の方法であって、前記方法は、
適合し接合されたシムの第一のユニットにより形成される伝達部中にカップリング流体を入力する工程であり、この伝達部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有するものである工程と、
前記カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターン関係を促進する複数列の流路を与える工程と、
前記作動流体溶液を伝達部中に入力する工程であり、前記複数列の流路がカップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを促進するものである工程と、
伝達部において成分を伝達する工程であって、前記伝達部における成分の伝達が、作動流体溶液の少なくとも一部から蒸気を脱着することを含む、工程と、
前記作動流体溶液を予熱するために、作動流体溶液と蒸気との間での復熱式熱および物質交換を与える工程とを含む、方法。
【請求項１５】
熱および／または物質交換の方法であって、前記方法は、
適合し接合されたシムの第一のユニットにより形成される伝達部中にカップリング流体を入力する工程であり、この伝達部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有するものである工程と、
前記カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターン関係を促進する複数列の流路を与える工程と、
前記作動流体溶液を伝達部中に入力する工程であり、前記複数列の流路がカップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを促進するものである工程と、
伝達部において成分を伝達する工程であって、前記伝達部における成分の伝達が、作動流体溶液の少なくとも一部から蒸気を脱着することを含み、成分の伝達が、作動流体溶液から脱着された蒸気による作動流体溶液の溢れまたは流動反転をもたらすことなく、前記シムにより形成される流路の形状仕様を通じて達成される、工程とを含む、方法。
【請求項１６】
前記伝達部における成分の伝達が、作動流体溶液の少なくとも一部に蒸気を吸収することを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記作動流体溶液がアンモニアおよび水を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
熱および／または物質交換の方法であって、前記方法は、
適合し接合されたシムの第一のユニットにより形成される伝達部中にカップリング流体を入力する工程であり、この伝達部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有するものである工程と、
前記カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターン関係を促進する複数列の流路を与える工程と、
前記作動流体溶液を伝達部中に入力する工程であり、前記複数列の流路がカップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを促進するものである工程と、
伝達部において成分を伝達する工程と、
前記第一のユニットに複数の第二のユニットを接合する工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１０年８月１０日申請の米国特許仮出願第６１／３７２，２１３号、表題「蒸気‐液体熱および／または物質交換装置」に基づき米国特許法第１１９（ｅ）条の優先権を主張し、該出願の全容を参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本システムは概して熱および／または物質交換装置に関する。  
【背景技術】
【０００３】
吸収式熱ポンプは、家庭用および商業用空調装置、冷却装置、および熱ポンプに通常使用される合成冷媒を用いる、蒸気圧縮システムの環境に優しい代替物である。システムを駆動する入力としての高位電気または機械的エネルギーを利用する蒸気圧縮システムとは異なり、吸収式熱ポンプは、バイオ燃料および化石燃料の燃焼、主に未利用の廃棄物熱源、および太陽熱エネルギーから得ることのできる、より容易に入手できる低位の熱エネルギーで作動する。例えば、トラックまたはディーゼル発電機の排出ガスからの熱を熱入力として使用できる。
【０００４】
冷却モード運転においてこの熱入力は冷却および／または除湿するのに使用されるのに対し、加熱モード運転においてこの熱入力は任意の熱を高温に送出するのに使用される。蒸気圧縮システムの圧縮装置は、原則として、脱着装置、吸収装置、液体溶液ポンプ、および復熱式溶液熱交換器の組合せによって吸収式熱ポンプ内で置換わっているので、これらの吸収式熱ポンプは、さらに伝達表面積および／または熱伝達および物質移動容量を要する、より熱および物質交換集約的なものである。比較的大きな熱伝達および物質移動率を必要条件とするので、吸収式熱ポンプは、通常、大規模な商業用および工業用冷却装置用途に関与してきた。
【０００５】
高い性能係数（ＣＯＰ)を実現しつつ、省スペースの小型設計を達成することがこれまでの大きな課題であった。ＣＯＰは、入力エネルギーに対する、冷却または加熱といった所望の出力の比として定義できる。二重効果、三重効果のようないくつかの先端式の吸収サイクルおよび発電装置‐吸収装置熱交換サイクルは、ＣＯＰを改良するために開発されているが、性能を改良するために追加的な内部復熱に依存しており、容積あたりの高い熱伝達および物質移動率を必要とすることをさらに強調している。従来のシステムにおいて、これらのサイクルは、実用上実現可能で小型の熱および物質交換装置が欠如していることを主な理由として、特に小容量または小型システムにおいて広く実施されていなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２つの一般的な作動流体対を使用する従来の吸収システムにおいて、吸収と脱着のような二流体プロセスにおける臭化リチウム-水およびアンモニア-水は、二流体において連動した熱伝達および物質移動を伴う。その他のあまり一般的でない作動流体の場合、多成分（２種を超える）系熱伝達および物質移動プロセスを必要とする。アンモニア-水系においては、吸収剤（水）および冷媒（アンモニア）の両者が液相および蒸気相の両者において、濃縮器、蒸発器、精留器,および復熱式熱交換器を含むシステム全体にわたって存在するので、このような二流体プロセスがシステム中の全ての成分で起こりうる。
【０００７】
工業規模よりも少容量で廃棄物熱または太陽熱エネルギーの分散有効性を利用することのできる、小型の高流量構成で吸収システムを実施するために、これらの熱および物質交換器設計は、通常いくつかの特性を取り入れている。このようなものとして、作動流体に対して低い熱伝達および物質移動抵抗、作動流体およびこれらを外部熱源に連結させ小型容積に沈める流体に対して必要な伝達表面積、カップリング流体の低抵抗、寄生的電力消費を低減するための低い作動流体およびカップリング流体の圧力降下、および成分中の圧力降下によりもたらされる飽和温度の低下による駆動温度差の損失、さらには成分全体にわたる作動流体またはカップリング流体の一様な分布が挙げられる。一般的な従来の吸収成分概念は、小型の高流量設計を達成するのに重要なこれらの基準の１つまたはそれ以上を満たしていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔に記載したように、本発明の例示的な実施形態は、比較的小型の外囲器中での蒸気と液体流との間の熱伝達および／または物質移動を促進する蒸気-液体熱伝達および／または物質移動装置である。本発明の実施形態に従って所与の成分容積に対する、例えば、脱着または吸収等のプロセスにおける所望量の物質／熱交換を達成するために、カップリング流体が作動流体溶液に対して向流方向に流れる、向流配置が提供されている。いくつかの例において、この作動流体溶液は、水に吸収されたアンモニアからなる二流体である。カップリング流体が加熱または冷却機能を果たすかによって、作動流体溶液の温度を上昇または低下させ、アンモニアを水溶液から脱着または該溶液に吸収させる。
【０００９】
これらの脱着および吸収プロセスは、このような実施形態により達成できる、二または多成分流体における向流相-変化熱伝達および物質移動プロセスの２つの代表例である。本発明の例示的な実施形態において、本発明は、接合した際に、マイクロチャンネルまたはその他の蒸気-液体空隙を形成する適合したシムにより形成される脱着器である。本発明において、一対の適合したシムは１つのユニットを意味することもあり、脱着器の脱着能を増加させ、これによりかなりの再設計または再工具整備なく構成部品を多様な用途に合わせて寸法変化させることができるように、その他の適合するシムまたはユニットと対にすることができる。
【００１０】
本発明のある例示的な実施形態において、統合された熱伝達および物質移動装置に使用するための交換装置は、適合し接合されたシムからなる第一のユニットにより形成される伝達部を含み、この伝達部は該第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の小型流路で規定される少なくとも１つの熱交換領域を有し、これらの複数列の流路は、カップリング流体および作動流体溶液が交換装置に導入される際に、カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを与え、該交換装置は、カップリング流体がほぼ上方向に進み作動流体溶液が重力の補助でほぼ下方向に進むように指向されており、該向流パターンは蒸気と作動流体溶液との間の関係を構築する。
【００１１】
本発明のある例示的な実施形態において、統合された熱伝達および物質移動装置に使用するための蒸気/液体熱および／または物質交換装置は、該第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成された熱伝達および／または物質移動部を含み、この熱伝達または物質移動部は、第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の小型流路によって規定される少なくとも１つの熱交換領域を有し、これらの複数列の流路は、カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを作り、これによりカップリング流体はほぼ上方向に進み、作動流体溶液は重力の補助でほぼ下方向に進んで、作動流体溶液の少なくとも一部から蒸気を脱着または該少なくとも一部に蒸気を吸収する。
【００１２】
本発明の別の例示的な実施形態において、脱着器アセンブリは、複数の関連する熱伝達および物質移動プロセスを達成する、統合された装置で使用できる。この脱着器アセンブリは、第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される脱着器からなる。本実施形態の脱着器アセンブリは、該ユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列のマイクロチャンネルにより規定される少なくとも１つの熱交換領域を含む。熱交換をもたらすには、これらの複数列のマイクロチャンネルは、カップリング（この場合は加熱）流体と作動流体（この場合は濃縮溶液）との間の向流パターンを作るように構成され、これにより加熱流体はほぼ上方向に進み、濃縮溶液は重力の補助でほぼ下方向に進んでて蒸気を脱着、つまり浮力により上向きに流れ、濃縮溶液の少なくとも一部から、これにより濃縮溶液に対して向流方向に流れる。
【００１３】
本発明の別の例示的な実施形態において、脱着器は、加熱流体および濃縮溶液を脱着器に導入し、加熱流体、濃縮溶液、および蒸気を脱着器外に出すポート付きの上端板と、加熱流体および濃縮溶液を脱着器アセンブリ中に分配し、加熱流体、濃縮溶液、および蒸気を脱着器アセンブリ外に出す分配板と、適合し接合されたシムからなる第一のユニットにより形成される脱着器部であり、この脱着器部が該ユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列のマイクロチャンネルにより規定される少なくとも１つの熱交換領域を有し、該複数列のマイクロチャンネルは、加熱流体と濃縮溶液との間で向流パターンを作って、これにより加熱流体はほぼ上方向に進み、濃縮溶液は重力の補助でほぼ下方向に進んで、浮力の補助で上方向に流れる、すなわち濃縮溶液に対して向流方向に流れる蒸気を濃縮溶液の少なくとも一部から脱着する脱着器部と、流体障壁を与える下端板とを含む。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態において、熱および／または物質交換の方法は、適合し接合されたシムからなる第一のユニットで形成される伝達部にカップリング流体を入力する工程であり、該伝達部が第一のユニットの適合および接合されたシムにより形成される複数列の流路によって規定される少なくとも１つの熱交換領域を有する工程と、カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターン関係を促進する複数列の流路を与える工程と、作動流体溶液を伝達部に入力する工程であり、該複数列の流路がカップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを促進するものである工程と、伝達部に成分を移動する工程とを含む。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態において、濃縮溶液はアンモニアおよび水を含む。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態において、脱着器の熱および／または物質交換能を増加させるため、該脱着器部は、適合し接合されたシムからなる複数の第二のユニットでさらに形成されている。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態において、精留器部は、脱着器または分析器部から流入する蒸気を精製するために提供されている。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態において、分析器部は、脱着器部中に導入する前に濃縮溶液を予熱し、熱および物質交換を溶液と直接接触させて蒸気濃度を好ましく変化させるために、濃縮溶液と蒸気との間での復熱式熱および／または物質交換を提供する。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態において、交換器の一方の面内にある該流体流路は、垂直指向カラム、斜め指向カラム、蛇行型チャンネル、交互斜め指向カラムからなる群から選ばれる形状を含む。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態において、該流体流路は、１つまたはそれ以上のトレイ付きカラム、プール付きカラム、フィンアレイ付きカラム、およびパッキング付きカラムをさらに含む。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態において、流体流路の内面の一部は、これらには限られないが、凹み付き面、隆起点付き面、陰影付き面、網目状陰影付き面、および粗面等の、流量分布および／または熱伝達および物質移動を改善させる、多様な表面改質構造を有するように変更できる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態において、該カップリング流体は、バイオ燃料および化石燃料の燃焼、廃棄物熱源、および太陽熱エネルギーからなる群から選ばれる熱源により加熱された流体を含む。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
統合された熱伝達および物質移動装置において使用するための交換装置であり、前記装置は、
適合し接合されたシムの第一のユニットにより形成される伝達部であり、この伝達部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の小型流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有するものである伝達部を含み、
前記複数列の流路は、カップリング流体および作動流体溶液が交換装置中に導入されると、カップリング流体と作動流体溶液とで向流パターンを与え、
前記交換装置は、カップリング流体がほぼ上方向に進み、作動流体溶液が重力の助けでほぼ下方向に進み、
前記向流パターンは蒸気と作動流体溶液との間の関係を作るものである、統合された熱伝達および物質移動装置において使用するための交換装置。
（項目２）
前記装置が熱交換器である、項目１記載の装置。
（項目３）
前記装置が物質交換装置である、項目１記載の装置。
（項目４）
前記装置が熱および物質交換の複合装置である、項目１記載の装置。
（項目５）
前記関係が作動流体溶液からの脱着と作動流体溶液中への吸収である伝達の１つである、項目１記載の装置。
（項目６）
作動流体溶液と向流蒸気との間の前記伝達が、シムにより形成される流路の形状仕様を通じて、作動流体溶液から脱着または同溶液に吸収される蒸気による作動流体溶液の溢れまたは流動反転をもたらすことなく達成される、項目５記載の装置。
（項目７）
前記作動流体溶液がアンモニアおよび水を含む、項目１記載の装置。
（項目８）
前記伝達部が、適合し接合されたシムの複数の第二のユニットによりさらに形成される、項目１記載の装置。
（項目９）
前記伝達部が、前記複数の第二のユニットの少なくとも２つの間で並行流を与える、項目８記載の装置。
（項目１０）
前記伝達部が、複数の第二のユニットのうちの少なくとも１つの間での連続流を与える、項目８記載の装置。
（項目１１）
前記伝達部が吸収部である、項目１記載の装置。
（項目１２）
前記熱伝達および／または物質移動部が脱着器部である、項目１記載の装置。
（項目１３）
蒸気を精製する精留部をさらに含む、項目１２記載の装置。
（項目１４）
蒸気の少なくとも一部の温度を熱交換を通じて冷媒で低下させる、項目１３記載の装置。
（項目１５）
前記冷媒が、流体循環式のカップリング流体または濃縮アンモニア-水溶液の１つを含
む、項目１４記載の装置。
（項目１６）
蒸気を部分的に精製するために脱着器部への導入前に作動流体溶液を予熱するための、作動流体溶液と蒸気との間での復熱交換のための分析器部をさらに含む、項目１２記載の装置。
（項目１７）
前記複数列のマイクロチャンネルが、垂直指向カラム、斜め指向カラム、蛇行型チャンネル、および交互斜め指向からなる群から選ばれる形状を有する、項目１記載の装置。
（項目１８）
前記複数列のマイクロチャンネルが、トレイ付きカラム、プール付きカラム、フィンアレイ、およびパッキングのうちの１つまたはそれ以上をさらに有する、項目１記載の装置。
（項目１９）
少なくとも１つの前記複数列のマイクロチャンネルの内面の少なくとも一部が、凹み付き面、隆起点を有する面、陰影付き面、網目状陰影付き面、模様付き面、および粗面からなる群より選ばれる、項目１記載の装置。
（項目２０）
前記カップリング流体が、バイオ燃料および化石燃料の燃焼、廃棄物熱源、および太陽熱エネルギーからなる群に由来する源により加熱された流体を含む、項目１記載の装置。
（項目２１）
統合された熱伝達および物質移動装置において使用するための脱着器において、前記脱着器は、
加熱流体および濃縮溶液を脱着器中に入力するための複数のポートを有する上端板であり、この上端板が加熱流体、濃縮溶液、および蒸気を脱着器外に出力するように設計されている上端板と、
加熱流体および濃縮溶液を脱着器アセンブリ中に分配し、加熱流体、濃縮溶液、および蒸気を脱着器アセンブリ外に分配する分配板と、
適合し接合されたシムの第一のユニットにより形成される脱着器であり、この脱着器部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される微小規模特性を備える複数列の流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有し、
前記微小規模特性を備える複数列の流路が、加熱流体と濃縮溶液との間の向流パターンを与え、
前記脱着器が、加熱流体がほぼ上方向に進み、濃縮溶液が重力の助けでほぼ下方向に進むように指向されており、
前記向流パターンが、濃縮溶液の少なくとも一部から蒸気を脱着するように蒸気と濃縮溶液との間の関係を作るものである脱着器部と、
流体障壁を与える下端板とを有する脱着器。
（項目２２）
前記濃縮溶液がアンモニアおよび水を含む、項目２１記載の脱着器。
（項目２３）
前記脱着器部が適合し接合されたシムの複数の第二のユニットによりさらに形成される、項目２１記載の脱着器。
（項目２４）
蒸気の少なくとも一部の温度を下げるために熱交換を通じて冷媒により蒸気を精製する精留器部をさらに有する、項目２１記載の脱着器。
（項目２５）
前記冷媒は流体循環式のカップリング流体または濃縮アンモニア-水溶液である、請求項２４記載の脱着器。
（項目２６）
蒸気を一部精製するために脱着器部への導入前に濃縮溶液を予熱するため、濃縮溶液と蒸気との間の復熱式熱および物質交換のための分析器部をさらに有する、項目２１記載の脱着器。
（項目２７）
前記微小規模特性を備える複数列の流路が、垂直指向カラム、斜め指向カラム、蛇行型チャンネル、および交互斜め指向カラムからなる群より選ばれる形状を有する、項目２１記載の脱着器。
（項目２８）
前記微小規模特性を備える複数列の流路が、トレイ付きカラム、プール付きカラム、フィンアレイ、およびパッキングのうちの１つまたはそれ以上を有する、項目２１記載の脱着器。
（項目２９）
少なくとも１つの前記微小規模特性を備える複数列の流路の内面の少なくとも一部が、凹み付き面、隆起点を有する面、陰影付き面、網目状陰影付き面、模様付き面、および粗面からなる群より選ばれる、項目２１記載の脱着器。
（項目３０）
前記加熱流体が、バイオ燃料および化石燃料の燃焼、廃棄物熱源、および太陽熱エネルギーからなる群より由来する熱源により加熱される流体を含む、項目２１記載の脱着器。
（項目３１）
熱および／または物質交換の方法において、前記方法は、
適合し接合されたシムの第一ユニットにより形成される伝達部中にカップリング流体を入力する工程であり、この伝達部が前記第一のユニットの適合し接合されたシムにより形成される複数列の流路により規定される少なくとも１つの熱交換領域を有するものである工程と、
前記カップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターン関係を促進する複数列の流路を与える工程と、
前記作動流体溶液を伝達部中に入力する工程であり、前記複数列の流路がカップリング流体と作動流体溶液との間の向流パターンを促進するものである工程と、
伝達部において成分を伝達する工程とを含む、熱および／または物質交換の方法。
（項目３２）
前記伝達部における成分の伝達が、作動流体溶液の少なくとも一部から蒸気を脱着することを含む、項目３１記載の方法。
（項目３３）
前記蒸気を精留する工程をさらに含む、項目３２記載の方法。
（項目３４）
前記蒸気の少なくとも一部を熱交換を通じて冷媒で温度を下げる工程をさらに含む、項目３３記載の方法。
（項目３５）
前記冷媒が、流体循環式カップリング流体または濃縮アンモニア-水溶液の１つを含む、項目３４記載の方法。
（項目３６）
前記作動流体溶液を予熱するために、作動流体溶液と蒸気との間での復熱式熱および物質交換を与える工程をさらに含む、項目３２記載の方法。
（項目３７）
成分の伝達が、作動流体溶液から脱着された蒸気による作動流体溶液の溢れまたは流動反転をもたらすことなく、前記シムにより形成される流路の形状仕様を通じて達成される、項目３２記載の方法。
（項目３８）
前記伝達部における成分の伝達が、作動流体溶液の少なくとも一部に蒸気を吸収することを含む、項目３１記載の方法。
（項目３９）
前記作動流体溶液がアンモニアおよび水を含む、項目３１記載の方法。
（項目４０）
前記第一のユニットに複数の第二のユニットを接合する工程をさらに含む、項目３１記載の方法。
【００２３】
前記は、本発明のいくつかの利点を要約しているが、請求の本発明の全範囲を反映する意図はない。本発明のさらなる特徴および長所は、以下の説明に述べられており、その記載から自明または本発明の実施により教示されるものである。さらにまた、上記の要約および以下の詳細な説明は例示的、説明的なものであり、請求の本発明の説明をさらに与えることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本明細書に組み込まれその一部をなし、本発明の複数の例示的実施形態を示す添付の図面はその説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。これらは、本発明の範囲をいかなる形でも限定する意図のものではない。本明細書における見出しは簡便のためのみであり、請求の本発明の範囲または意味に影響を及ぼすものでは必ずしもない。
【図１】図１は、本発明の実施形態に従って統合された熱および／または物質交換装置で使用するための脱着器/精留器における蒸気分離を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による統合された熱および／または物質交換装置で使用するための例示的な脱着ユニットの分解図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による統合された熱および／または物質交換装置で使用するための脱着器/分析器/精留器の流動チャンネルを示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による統合された熱および／または物質交換装置で使用するための脱着器/精留器の例示的な分配板を示す図である。
【図５】図５ａ〜５ｃは、本発明の実施形態による１つまたはそれ以上の流路に用いるための例示的な表面処理の顕微鏡写真である。
【図６】図６は、蛇行状蒸気流路および一連の液体トレイまたはプールを用いる熱および／または物質交換装置の別の実施形態の正面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による統合された熱および／または物質交換装置で使用するための脱着器／分析器／精留器のシムを示す斜視図である。
【図８】図８ａおよび８ｂは、本発明の実施形態に従って用いることのできる２つの表面処理を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の多様な実施形態の主題は、法定要件を満たすため具体性をもって記載されている。しかしながら、記載自身で本請求の発明の範囲を限定する意図はない。むしろ、その他の現行または将来技術と併せて、本書類に記載の要素と同様な異なる要素を含むように、本請求の発明をその他の方法で実現できることが予想される。
【００２６】
本明細書および請求項で使用されるように、単数形（英語原文中で「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の冠詞がついているもの）は、その前後関係で明示のない限り複数のものを含むことに留意すべきである。「からなる」または「含む」あるいは「有する」の語は、少なくともその特定の成分、要素、装置、方法の工程が、そのシステム、または物品、あるいは方法中に存在するが、その他の成分、物質、装置、または方法の工程の存在を、その他のこのような成分、物質、粒子、および方法の工程がその特定のものと同じ機能を有するとしても、排除するものではないことを意味する。
【００２７】
現行技術の構成の欠陥に対処しながら、個々の成分および全体の熱ポンプアセンブリの両者における高流量熱伝達および物質移動を達成するために応用できる小型のモジュール設計の開発は近年進歩している。これらの設計は、設計条件の多様性および二流体熱伝達および物質移動に関わる複数の工業分野でのいくつかのシステムにも高度に適合できる小型化技術を示している。
【００２８】
小型の温度作動熱ポンプ技術に必要なこのような構成要素の１つは、冷媒に富んだ吸収剤溶液を沸騰させることで冷媒蒸気が生成される脱着器である。利用可能な熱交換器表面積（土地面積）に現実的な不足のない大規模な工業用途の場合、脱着器の性能は、重要である一方、脱着器の大きさを増大させることだけでより容易に達成される。家庭用、車両用、またはその他の大きさが重要な小型用途においては、脱着器の高い熱伝達および物質移動率性能が、大きさに関する制約を満たすのに重要である。液体溶液流と蒸気流との間で向流方向になっていることが、より冷たい高純度の冷媒蒸気を脱着器流出口にもたらすことがわかっている。このような構成は、蒸気流と液体流との間の優れた物質移動を促進し、高濃度の冷媒蒸気流を生成するのに必要な熱入力の低減を潜在的に可能、ひいては熱ポンプの全体的な性能を向上させることを可能にする。
【００２９】
本発明の実施形態が、多様な熱伝達および／または物質移動装置に用いることが可能であることに留意すべきである。以下の記載は、脱着プロセスと併せて使用できる例示的な実施形態を説明することを目的としている。以下の記載は本発明が脱着器に限定されるという明示または暗示的な記述ではない。
【００３０】
図１は本発明で使用するための例示的な向流設計を示す。加熱流体１００は、熱伝達障壁１０２の一方の側に存在する。以下の記載に使用されるように、加熱流体をカップリング流体と称することもできる。加熱流体１００がシステム中にポンプ送出される様式のため、加熱流体１００はほぼ上方向に進む。加熱流体１００は、これらには限らないが、車両排気ガス熱、外部プロセスから加熱された水または蒸気、燃焼熱、廃棄物熱源、太陽熱エネルギーなどの様々な源により加熱された多様な種類の加熱流体を含んでもよい。
【００３１】
障壁１０２の他方の側で、加熱流体１００に関して反対方向に進むのが冷媒に富んだ吸収剤溶液１０４である。以下の記載で使用するように、吸収剤溶液１０４を、作動流体溶液とも称することもできる。溶液１０４は、使用する冷媒の種類と共に使用する流体の種類によって用途ごとで異なっていてもよい。一般例としてアンモニア-水があるが、本発明はこのようには限定されず、臭化リチウム-水、イオン液体-冷媒溶液、およびその他のものなどの同様の機能性を有するその他の流体の組合わせが本発明で使用可能である。
【００３２】
溶液１０４が障壁１０２に沿って下方向に動くにつれ、溶液１０４は加熱流体１００から熱伝達を介して加熱される。熱は、加熱流体１００から障壁１０２を通って溶液１０４中に伝達される。溶液１０４の温度が上昇するにつれ、加熱流体１００からの熱の入力のため、アンモニア-水の例においては、アンモニア１０６は溶液１０４から脱着し、蒸気流１０８に入る。加熱流体１００と溶液１０４との間の反対方向の流動パターンのため、２つの流体が隔てて向流方向に流れる障壁１０２全体を通して熱交換が起こり、これら２つの流体間の好ましい温度差は脱着カラム全体にわたって維持される。そして、溶液１０４と蒸気１０６とが向流方向にあることがさらに長所を与え、つまり、蒸気が構成成分を頂部で、流入口条件での溶液１０４との平衡条件に近いままにする。（並行流方向の場合のような底部近くのより熱い流出口溶液との平衡でなく）頂部でのより冷たい条件での蒸気出口は、脱着器熱入力必要条件を減らし、蒸気純度を増大し、精留器の負荷を減らす。したがって、所与の熱および／または物質交換表面積に対して、本発明の向流は蒸気流１０８、すなわち本例では、蒸気流１０８は、水をごく少量として主にアンモニアの増大した純度を提供する。
【００３３】
反対方向の流れの使用を通して、吸収または脱着ユニットの大きさを、所与の純度のレベル（すなわち、熱および／または物質交換）に必要な表面積を減らすことで低減することができる。図２は、脱着アセンブリ２００の流体チャンネルを形成する複数の適合するシムを用いて設計された脱着アセンブリ２００を示す図である。各シムは、別のシムと対にして１つのユニットを形成するように設計されている。例示的な基本構成においては、本発明の脱着アセンブリ２００は、流動チャンネルを形成する２つのシムを含む１つのユニットであってもよい。このユニットは、ある量または設計された量の熱および／または物質交換能を通常可能とする。ユニットの数は、必要な熱および／または物質交換能の量に基づいて増やしたり減らすことができる。
【００３４】
使用するためのユニットを形成するのに、これらのシムを様々な構築手法により接合することができる。例えば、これらのシムを、これらには限らないが例えば、熱、圧縮、接着剤、封止剤、拡散接合、および真空または雰囲気制御ろう付けにより、接合または封止することができる。これらのシムを、様々な製造プロセスを利用して様々な材料から形成することもできる。例えば、非限定的に、これらのシムは、鋳造または鍛造金属、プラスチック、ポリマーまたは複合材であってもよく、あるいはエッチング、成形、またはＣＮＣ機械加工または成形加工プロセスを利用して形成してもよい。一塊の材料を１つの部品内ですべての必要な特徴を含んで形成できる、ラピッドプロトタイピング、射出成形、または鋳物プロセスを利用することができる。このことは、コスト、製造時間要件、および本発明の多様な実施形態に記載される複数のシムを接合または封止する際の問題の低減に役立てることができる。
【００３５】
図２には、脱着アセンブリ２００を形成することができる例となる板を示す。上端板２０２は分配板２０４と接合されている。上端板２０２はアセンブリ２００とその周囲との間で主要な流体障壁を形成する。構成に応じて、上端板２０２は、脱着に使用する多様な流体のための多様な流入口および流出口を含んでもよい。分配板２０４は、上端板２０２を通して受け取られた、アセンブリ２００中で使用される多様な流体に対する経路指定機能を促進する。上端板２０２は分配板２０４と協働するために流動チャンネル流入口および流出口を有するように構成してもいいが、ほとんどの用途では、周囲環境に露出されるアセンブリ２００中への貫通数を減らすことが好ましい。このことは漏れの可能性を減らすのに役立つ。下端板２１０は上端板２０２への代替の流体障壁を形成する。
【００３６】
上記で述べたように、例示的な本発明の実施形態による脱着ユニットは、１つまたはそれ以上の適合したシムの対を用いて構成される。各シムは一般的な脱着ユニットにおいて見出すことができる流動チャンネルの半分になるように設計されている。すなわち、１つのユニットは、一緒に配置した場合にユニットを形成する半分ずつに「分割する」ことができる。シム２０６は、別のシムと併せて使用できる１つのシムを示す。シム２０６は脱着ユニットにおける脱着機能の基礎を形成する微小規模の流動チャンネルを組込んでいる。これらの流動チャンネルは、エッチング、摩砕、粉砕、またはスタンピング等の多様なプロセスを利用して形成できる。微小規模チャンネルを形成するその他の種類のプロセスは、本発明の範囲内であると考えられる。交互斜め流動チャンネルが示されているが、本発明による脱着器の様々な部分の流動チャンネルは異なりうることを留意すべきである。例示的な別の実施形態を以下により詳細に示す。
【００３７】
シム２０６のようなシムをその適合するシムと接合すると、１つのユニットが形成される。このことは、シムアセンブリ２０８により図２に示されている。シムアセンブリ２０８は、１つまたはそれ以上の対（またはユニット）のシムを含む。ある構成では、シムアセンブリ２０８の流動チャンネルは、シムアセンブリ２０８中のこれらのユニットが並行して作用するように設計されている。すなわち、並行構成において、シムアセンブリ２０８中に進む該流体は、実質的に各シム対に同時に入り、シムアセンブリ２０８を出て行く該流体は、実質的に各シム対から同時に出る。別の構成において、シムアセンブリ２０８のこれらの流動チャンネルは、連続的な流動パターンを与えるように設計されている。このような構成において、１つのシムユニットの出力は、シムアセンブリ２０８における別のシムユニットへの入力である。本発明は、設計熱伝達および物質移動必要条件および流体温度プロファイルを満足させるために、シムアセンブリ２０８における並行および向流構成の様々な組み合わせも含むこともできる。
【００３８】
図３は、本発明の例示的な実施形態で使用できる脱着器-精留器３００を形成するシム３０２を示す図である。本発明は精留器の使用を必要とする脱着器に限らないので、この脱着器および精留器の組合せはほんの一例であることを留意すべきである。上記で述べたように、シム３０２は、本発明の例示的な実施形態において、１つのユニットを形成するために交互のシム（図示せず）で形成されている。脱着器-精留器３００の脱着器部３０４において、図１の溶液１０４のような濃縮溶液は、流入ポートＣで脱着器-精留器３００カラムＤに入り、重力のため側壁を流れ落ちる。本発明のいくつかの例示的な実施形態において、該濃縮溶液を予熱してもよい。
【００３９】
図１の加熱流体１００のような脱着器-精留器３００加熱流体は、ヘッダーＬでシムに入り、チャンネルＪを通って上方向に流れ、ヘッダーＫを通ってシムの外に出る。濃縮溶液は側壁を流れ落ちるので、熱は加熱流体から濃縮溶液に伝達される。脱着器部３０４で起こる熱伝達は、濃縮溶液の蒸発を引き起こし、冷媒蒸気を生成する。この冷媒蒸気は、浮力により上方向に流れ、溶液と冷媒蒸気との間の向流配置を作る。残りの希薄溶液はチャンネルＭの下部で回収され、溶液熱交換器を通して吸収器に戻される。
【００４０】
脱着器-精留器３００の効率は分析器部の使用により増加させることができる。本発明のある実施形態において、分析器部３０６は脱着器部３０４と精留器部３０８との間に配置されている。分析器部３０６は、流入する濃縮溶液と上昇する冷媒蒸気との間でのさらなる復熱式熱および物質交換を可能にすることでシステム効率を改善することができる。この直接接触熱および物質交換は、外部熱伝達なしに、脱着器部３０４に入る前に濃縮溶液を予熱し、精留器部３０８に入る前に上昇する蒸気流を一部精製するのに役立つ。脱着器部３０４と同じように、本発明のいくつかの例示的な実施形態において、該蒸気流および該流入濃縮溶液は向流配置されている。
【００４１】
したがって、分析器の組込みは、脱着器部３００における必要な加熱および精留器部３０８における必要な冷却を減らすのに役立ち、結果としてシステムの全体的な効率をあげることになる。ここで達成した蒸気精製は、精留器における還流凝縮を減らし、蒸発器でのより高い冷却負荷を可能にする。本発明は分析器部３０６から得られる利点はあるが、その使用を要するものではないことを理解すべきである。
【００４２】
分析器部３０６において、濃縮溶液はヘッダーＡでシム３０２にはいり、分析器チャンネルＢを通って下方向に流れ、ポートＣを通って脱着器-精留器３００カラムＤに入る。溶液がチャンネルＢを流れるにつれ、カラムＤを上方向に流れる、脱着器部３０４で生成した冷媒蒸気により加熱される。その一方で、冷媒蒸気は冷却され、一部凝縮される。蒸気が精留器部３０８のカラムを上昇し続けるのに対し、凝縮した還流溶液は、重力のためカラムＤの側壁を流れる。ポートＣでカラムＤに入る、生成したての濃縮溶液は、これらの側壁を流れ脱着器部３０４中にはいる。
【００４３】
本発明は精留器の使用を必要としないが、本発明のいくつかの実施形態において精留器は、さらに純度を高めることが望ましい場合に使用できる。精留器は、好ましくは吸収材を凝縮することで、脱着器部３０４のような脱着器で生成した冷媒蒸気の濃度を高めるのに通常用いられる。しかしながら、揮発性流体対については、若干量の冷媒もこのプロセス中で凝縮される。最適化された精留器設計は、このプロセス中で起こる熱伝達および物質移動を高めることができ、したがってより大きな冷却能率を与える高純度冷媒を生じる。
【００４４】
脱着器-精留器３００において、脱着器部３０４の精留器部３０８下流は、脱着器部３０４を出て行く蒸気流からの過剰な水蒸気を凝縮させることでさらに冷媒蒸気流濃度を増加させる。精留に必要な冷却を与えるために、冷媒流はこの部分を通過し、上昇する蒸気から熱を除去し、水-アンモニア溶液を凝縮し、例えば、蒸気流の外に出る。脱着器部３０４におけるように、上記精留器は、冷媒流および上昇蒸気が反対方向に流れる、向流である。さらにまた、還流液体も冷媒蒸気と向流である。この方向および対応する濃度および温度プロファイルは、蒸気相と液相との間での熱および物質交換を最大にし、その結果として高い精留効率をもたらす。
【００４５】
脱着器部３０４で生成される冷媒蒸気は、浮力のためカラムＤを通って上昇し、精留部３０８に入る前に分析器部３０６を通過し、ここで一部精留される。冷媒（溶液ポンプから出ていく流体循環式カップリング流体または濃縮アンモニア-水溶液のいずれか）はヘッダーＦでシム３０２に入り、冷媒チャンネルＥを流れ落ち、ヘッダーＧを通って該シムを出る。カラムＤを上昇する冷媒蒸気は、この冷媒と熱交換し、部分的に凝縮を受け、その結果所望の濃度まで精留されることになる。
【００４６】
精製された冷媒蒸気はチャンネルＨを通って、熱および／または物質交換システムに使用される凝縮器（図示せず）に続くヘッダーＩに入る。精留プロセス中に形成された還流はカラムＤの壁を流れ落ち、Ｍで回収され熱および／または物質交換システムに使用される吸収器（図示せず）に戻されるまで残りの希薄溶液と混合される。図４は、図３の脱着器-精留器３００のような脱着器へおよび同脱着器から多様な流体を出入りさせるのに使用できる分配板４００を示す図である。
【００４７】
その他の構成は１つまたはそれ以上の本発明の例示的な実施形態と併せて用いることができる。本発明の別の実施形態は、シムの平面を通じてよりもむしろ、隣接するシム間で起こる熱伝達で、カップリング流体および作動流体の両者に対して別個のシムを利用する。この設計は、いくつかのシステム設計および製造プロセスのいくつかの選択について、製造するのに比較的難しくなく、また比較的高価ではないことが実証できる。さらにまた、異なる厚さおよび異なる微小規模特性を有するシムを作動流体およびカップリング流体に使用してもよく、優れた物質利用を達成できる可能性もある。
【００４８】
本発明のその他の実施形態は、蒸気が液体ポートを通じて構成部品から出るのを防ぐ、統合された蒸気トラップ特性を活用し、これらの小型筐体における蒸気および液体流の向流作用を促進する。これらの特性は、脱着器部３０４の下部に通常統合され（これらはどこにでも配置できる）、蒸気流からの液体流出ポートを封止するのに比較的短い液体カラムを用いる。ポートは、内部作用を監視するために必要に応じてセンサーの設置を可能にするため、該部品につけることもできる。このようなセンサーとして、これらには限らないが、ｐＨメータ、温度プローブ、または熱電対、流量計、圧力変換器、およびその他のものが挙げられる。
【００４９】
いくつかの実施形態において、活性な熱伝達および／または物質移動領域を増やして部品内での流体流の混合を促進し、好ましい流体流パターンを与えることが可能である。例えば、シムの様々な部品の表面を熱伝達および／または物質移動の効率または有効性を増加させるのに変えることができる。図５ａ〜５ｃは、使用可能ないくつかの例示的な表面処理を示す。
【００５０】
図５ａは凹み付き表面の例である。凹み付き表面は、該表面を形成する頂部５００および谷部５０２を有する。凹み付き表面では、これらの頂部５００は、表面にエッチングされた谷部５０２を有する表面の基部である。図５ｂに示すように、表面５０４は複数の隆起点または丘部５０６で形成できる。図５ｃに示す別の例示的な表面処理において、該表面処理は陰影付きパターン５０８を組み合わせている。この陰影付きパターン５０８を、網目状陰影付きパターンにさらに変えてもよい。多様な種類の処理を、その他の表面に使用できるので、図５ａ〜５ｃに示す表面を形成するのに使用できる。例えば、該表面を、実質的に粗面化または処理できる。これらおよびその他の種類の表面処理は、これらには限らないが、部品壁の湿潤の促進、流体流の方向を変更して、好ましい流動様式および流量分布の促進、あるいは壁領域を露出または部品からの流体除去を早めるために、しっかりと形成された細流に過剰な液体流を導くなど、必要に応じた液体または蒸気流の回収等の様々な利点をもたらす。
【００５１】
本発明を傾斜流動チャンネルを用いて説明したが、本発明は特定の流動チャンネルの設計に限定されない。多様な種類の流動チャンネル形状を脱着器アセンブリ内の流体チャンネルに用いることができる。例えば、垂直または斜めに配向したカラムを、落下の形成を促進するのに用いることができ、あるいは薄膜、トレイまたはプールをプール沸騰プロセスが起こりうる領域形成に用いることができ、蛇行型チャンネルを表面積および流体流の滞留時間を増加させるのに用いることができる。その他の設計として、ここでもまた流体混合および熱伝達および物質移動領域の増加を促進する、流体チャンネル内でのフィンアレイまたはパッキング（ラシヒリングなど）の使用が挙げられる。
【００５２】
図６は、この同じ向流設計を用いる、別の熱および／または物質交換器を示す正面図である。本実施形態では、液体トレイ付き蛇行流路６００または加熱された部品の場合にプール沸騰プロセスを促進、または冷却された部品の場合に凝縮物を含有するプールを用いる。いずれの場合においても、これらのプールまたはトレイは、互いに向流方向に流れる、蒸気と液体流との間の熱伝達および／または物質移動のための接触領域を与える。この概念のバリエーションとして、蒸気流速度に適合させるために蛇行チャンネル領域に適合させたトレイ寸法およびトレイピッチの変化、または所望の流動条件または現象を可能にする寸法のその他のバリエーションが挙げられる。さらにまた、トレイおよび／または蛇行路の数は、流体の容量および流動特性を変えるのに改変できる。本設計は、分析器または精留器部を組み入れることもできる。このようなものとして、熱/物質伝達プロセスで補助するための多様な小規模または微小規模特性を含んでもよい。例えば、上述の多様なフィンアレイまたはその他の表面処理を用いることができる。蒸気および液体流入口および流出口位置は、統合された脱着器、精留器および分析器部の使用を可能にするか、さもなければ流路の改変を可能にするために、これらの図示されているものと異なっていてもよい。
【００５３】
図７は、カップリング流体が隣接シムでマイクロチャンネルを流れる一方、蒸気および溶液流を含むように垂直カラムを用いる本発明の別の設計の斜視図である。多様な実施形態において、溶液が蒸気に対して向流方向で下方向に流れるのに対し、蒸気流は垂直カラム通って上方向に流れる。本実施形態において、カラムの壁を、熱／物質伝達および有益な流体流現象を促進するために多様な面を組込むように処理してもよい。
【００５４】
図８ａおよび８ｂは、垂直カラム実施形態またはその他の同様の実施形態に用いることのできる２つの表面処理を示す。図８ａは、垂直カラムまたはその他の同様の設計に用いることのできる、斜め状、波状チャンネルからなる、エッチングした表面処理を示す。図に示す形状は、熱/物質交換装置の冷却された部分からの凝縮物の除去で補助する、液体細流の形成を促進するように設計されている。本プロセスはまた、蒸気流をカラム壁での湿潤していない熱伝達領域に露出することで蒸気熱伝達を補助することもできる。多様な形状設計は、流体流を変えたり熱および物質交換を促進するのに用いることができる。
【００５５】
図８ｂは、エッチングしたチャンネルの陰影付きアレイからなる別の表面処理を示す。この形状は、溶液の壁表面積との接触の増加が性能改良および小型化に重要な場合の、熱/物質交換器の部分におけるカラム壁の十分な湿潤を促進するように設計されている。多様なその他の同様の形状は、同等の結果を達成するのに用いることができる。
【００５６】
本開示は複数の例示的な実施形態との関連で記載したが、様々な図面で示したり述べたように、その他の同様の実施形態を用いたり、あるいは本発明から逸脱することなく上述の本発明の同様な機能を実施するために上記の実施形態を改変および追加できることが理解される。したがって、本発明はいずれの単一の実施形態に限定されるべきでなく、むしろその解釈幅および範囲は以下の請求項にしたがって解釈するべきである。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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