(57)【要約】  気化液体(２２)に対して低い浸透性を持ち、製品流体(１)がその表面の熱伝達領域の全域に亙って流れることができるように形成された乾燥側(９)と、その表面が気化液体(２２)によってその湿り面を有するように作られ、作動ガス(２)がその表面全体に亙って流れ、気化液体の気化を可能にするように形成された湿り側(１０)とを有するタイプの間接気化冷却器用の熱交換器プレート(６)は、余剰の気化液体の除去を促進するため、熱交換器プレートの熱交換領域を越えて形成された端縁延在部(２０)をさらに含む。液体の除去を支援するため、端縁延在部は熱交換器プレートの湿り側から離れるように傾斜または屈曲可能である。この熱交換器プレートを種々の形状で用いることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接気化冷却システムで用いる熱交換器プレート(６)であって、
気化液体(２２)に対して低い浸透性を有し、かつ表面の熱伝達領域の全域に亙って製品流体(１)が流れることを可能にするように形成された乾燥側(９)と、
気化液体によって湿り面を有するように企図され、かつ気化液体を気化するために表面全体に作動ガス(２)が流れることを可能にするように形成された湿り側(１０)と、
前記熱伝達領域を越えた前記熱交換器プレートの端部に形成され、余剰の気化液体を前記熱交換器プレートから滴下させるための端縁延在部(２０)と
を具えたことを特徴とする熱交換器プレート。
【請求項２】
前記端縁延在部が前記湿り側から離れて傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器プレート。
【請求項３】
単一材料の一体部品として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器プレート。
【請求項４】
前記単一材料がアルミニウムであることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器プレート。
【請求項５】
前記湿り側は毛細管作用面(８)を形成するような表面性状を有することを特徴とする請求項４に記載の熱交換器プレート。
【請求項６】
前記熱交換器プレートの湿り側に装着された毛細管材料(８)をさらに具えたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器プレート。
【請求項７】
前記湿り側は毛細管作用面(８)を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器プレート。
【請求項８】
前記湿り側は作動ガスを方向付けるための流路ガイド(７)を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器プレート。
【請求項９】
前記作動ガスは前記端縁延在部の方ではない別な方向に流れ、前記気化液体は前記流路ガイドの内側を流れて前記端縁延在部に達することを特徴とする請求項８に記載の熱交換器プレート。
【請求項１０】
ほぼ平行に間隔をあけた複数のプレート(６)を具え、これら各プレートは、
気化液体(２２)に対して低い浸透性を有し、かつ表面の熱伝達領域の全域に亙って製品流体(１)が流れることを可能にするように形成された乾燥側(９)と、
気化液体(２２)によって湿り面を有するように企図され、かつ気化液体を気化するために表面全体に作動ガス(２)が流れることを可能にするように形成された湿り側(１０)と、
前記熱伝達領域を越えた前記プレートの端部に形成され、余剰の気化液体を前記プレートから滴下させるための端縁延在部(２０)とを有し、
前記端縁延在部は前記プレートの前記熱伝達領域の端部を越えて少なくとも前記プレート間の間隔と同じ距離に亙り延在していることを特徴とする間接気化冷却器。
【請求項１１】
前記プレートがほぼ垂直に配され、前記端縁延在部が前記プレートの下端部に位置していることを特徴とする請求項１０に記載の間接気化冷却器。
【請求項１２】
前記プレートがほぼ水平に配されていることを特徴とする請求項１０に記載の間接気化冷却器。
【請求項１３】
前記プレートは中心軸線から各方向に下向きに傾斜していることを特徴とする請求項１０に記載の間接気化冷却器。
【請求項１４】
前記中央軸線の所に配された樋(２３)をさらに具え、この樋は気化流体を収容することを特徴とする請求項１３に記載の間接気化冷却器。
【請求項１５】
前記プレートはその湿り側に毛細管材料(２５)を含むことを特徴とする請求項１４に記載の間接気化冷却器。
【請求項１６】
前記作動ガスは前記端縁延在部の方ではない別な方向に流れ、前記気化液体は前記流路ガイドの内側を流れて前記端縁延在部に達することを特徴とする請求項１０に記載の間接気化冷却器。
【請求項１７】
前記プレートはその湿り側に毛細管材料を含むことを特徴とする請求項１０に記載の間接気化冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
２００３年６月２４日に付与された米国特許第６５８１４０２号および２００４年３月１６日に付与された米国特許第６７０５０９６号は、この出願のための有用な背景をもたらす。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、間接気化冷却器用のプレート熱および質量交換器に関する。特に、本発明は流体除去を高めるこのような端縁延在部を持ったプレートに関する。
【０００３】
（背景技術の検討）
間接気化冷却は、通常は空気である流体の流れを通常は水である冷却液体を気化することにより、熱を第１の空気流から第２の空気流へと伝達して冷却する１つの方法である。この方法は、従来の空調設備と比較して特定な固有の利点、つまり低電力要求と、比較的高い信頼性と、Ｒ-１３４の如き冷媒に対する必要性およびこれらが引き起こすあらゆる欠点を排除する能力とを有する。
【０００４】
米国特許第６５８１４０２号は、プレート型装置を使用した間接気化冷却のための多数の実施形態を示している。図１（従来技術）は、相互に対向する第１および第２のプレートの湿り側によって形成された湿り側流路を同じ概略領域に配置されたこれらの通路と共に示し、作動ガスが乾燥側に入り、通路を介して湿り側流路へと通る状態を示した２枚のプレートの概略立体投影図を示している。製品流体は作動ガスから分離され、これらは第１および第２のプレートの乾燥側に沿って通過するようになっている。追加のプレートがスタックを形成し、隣接するプレートは相互に対向するそれらの乾燥側を有する。従って、プレートのスタックは、同じ方向で全て平らなプレートの反対側を向くその乾燥側に対して方向付けられたプレートを奇数毎に有しよう。
【０００５】
特許第６５８１４０２号の発明は間接気化冷却器を提供し、これはプレートを通して熱伝達を可能にする複数の熱交換器プレートの反対側にクロスフロー型の湿りおよび乾燥流路を有する。熱交換器プレートは、これらのプレートから水（または同様な気化流体）および溶け込んでいる無機化合物の除去を容易にする端縁延在部を有する。
【０００６】
特許第６５８１４０２号および本件出願の両方の目的のため、我々は特定の用語を規定することを望む。
１．熱伝達面、すなわち熱交換面は多くの形状を有する。すべてが工業的によく知られているように、濡らすことおよび流れに対する適切な調整と共に開示された本発明の範囲内に包含される。例示のため、我々はプレート型のものを利用している。
２．熱交換面の湿り側すなわち濡れた部分は、その面内または面上に気化液体を有する部分を意味し、従ってこの面の気化冷却およびこの面から潜熱の吸収を可能にする。
３．熱交換器の乾燥側、すなわち乾燥した部分は、隣接するガスまたは流体への気化がわずかであるか、または全くない熱交換面の部分を意味する。従って、隣接ガスへの気化および潜熱の移動がない。実際、この面は湿っていても良いが、気化流体を伴っていたり凝縮により濡れておらず、気化作用は存在しない。
４．作動流、すなわち作動ガスの流れは、乾燥側の熱交換面に沿って流れるガス流であり、この表面の通路を介して湿り側へと通過し、蒸気を捕らえ、気化によって熱交換面から潜熱を奪い、これを運んで排気ガス中に排出する。いくつかの実施形態において、作動流を廃棄物として処分することができ、その他、これは加湿または熱の捕集の如き特別な目的のために用いることができる。
５．生成流、すなわち製品流体の流れは、乾燥側の熱交換面に沿って通り、湿り領域での気化によって潜熱を吸収する湿り側の作動ガス流による熱の吸収によって冷却される流体（ガス，液体または混合物）の流れである。
【０００７】
このプレートはまた、乾燥した作動流路から、気化冷却が直接起こる湿った作動流路への流れを与える規定された領域において、プレートの乾燥側と湿り側との間に通路や打ち抜き孔や同様な移動手段を有する。
【０００８】
本発明の方法は、熱交換器プレートの同じ側にある乾燥製品流路および乾燥した作動流路をそれぞれ通って流れる製品流体の流れから（湿り流路の気化液体に対して用いられ、従って熱交換器プレートの湿り面を冷却する）作動ガス流の分離を利用している。作動湿り流路での気化によって冷却されるその表面の熱交換器プレートに対し、両方とも熱を放出する。
【０００９】
作動ガス流は、まず乾燥作動流路に入り、次にプレートの障壁を横切る打ち抜き孔，小孔または他の適当な移送手段を通って湿り側へ、そしてそこから湿り作動流路の液体の蒸気がこのプレートを冷却する湿り流路へと移動する。
【００１０】
乾燥製品流路はこのプレートの乾燥側にある。プレートは薄い材料からなり、プレートを通り抜ける容易な熱移動を可能にし、従って熱が乾燥製品流路から湿り作動流路へと容易に移動するのを可能にする。これは、気化冷却による分離した製品流体を間接的に冷却するための作動ガス流を分離する方法を示した本発明の１つの基本的ユニット、すなわち要素である。
【００１１】
乾燥製品流路はこのプレートの乾燥側にある。プレートは薄い材料からなり、プレートを通り抜ける容易な熱移動を可能にし、従って熱が乾燥製品流路から湿り作動流路へと容易に移動するのを可能にする。これは、気化冷却による分離した製品流体を間接的に冷却するための作動ガス流を分離する方法を示した本発明の１つの基本的ユニットまたは要素である。
【００１２】
多くの気化冷却実施形態は、プレートの湿り側の全面に亙って水または他の気化液体を行き渡らせるための毛細管材料を含む。例えば、毛細管材料７が気化液体を湿り側流路５に沿って行き渡らせる特許第６５８１４０２号の図７を参照のこと。プレート６は、図７の実施形態において「Ｖ字形状」を形成する。毛細管材料は水面から水の表面張力を低下させるので、水もまた、毛細管作用面からさらに良好に気化する。
【００１３】
垂直面の上方に毛細管作用をさせることは、プレートに対する余分な水を確実になくするが、使用できるプレートの高さも制限しよう。重力による影響がある表面の下方に水を毛細管作用で運ぶことは、毛細管作用が移送できる水量を超えない場合、湿りの観点から良好な可能性がある。より水平な方向に毛細管作用で運ぶことは、米国特許第６７０５０９６号に示したような垂直貯溜式湿りシステムを可能とすることができる。米国特許第６５８１４０２号の如き、より水平な用途もまた必要とする、より複雑な熱力学的設計に対応したより革新的な構造を必要とするいくつかのプレート熱および質量交換器の用途もまたある。あらゆる場合において、水による毛細管作用が限度を越えないことを保証する手段を作り出すことが望まれている。
【００１４】
特許第６５８１４０２号の間接気化冷却器は、良好に機能する。けれども、設計に関する固有の欠点が使用中に見いだされている。重力が毛細管作用を介して水を引き込むのに役立つことを可能にするため、熱交換器プレートを傾斜させることは、余剰の液体を取り除いて無機化合物を熱交換器プレートから洗い流すのに役立つ。しかしながら、相互に対向する毛細管作用面を持ち、近接状態で間隔をあけた熱交換器プレートは、水が流路内に増大する可能性がある。この増大は、水の表面張力によって熱交換器プレートの端縁に付着することをもたらす。例えば、２つの平行な水平熱交換器プレートの場合、一番上の熱交換器プレートからの滴が垂れ下がり、熱交換器プレートの端部にある滴に付着しよう。そして、水が熱交換器プレートの端部から毛細管作用面を逆流して２つの好ましくない影響を与える。まず、表面の水が熱伝達率を著しく低下させ、従って熱交換器プレートの反対側における流体の冷却を著しく低減させる。２番目に、熱交換器プレート間の余剰の湿りは、湿った熱交換器プレートを横切る不均一な空気流の分布、つまり熱交換器プレートの反対側で冷却される流体の不均一な冷却をもたらす。
【００１５】
湿り流路の水が気化するので、水に含まれる任意の溶融無機化合物が後に残留する。すべての水が気化してしまわないとしても、水中の無機化合物が濃縮し過ぎた場合、これらはこれらが接触状態となる任意の表面に堆積する。このように堆積した無機化合物は、これらが成長して特に毛細管材料での水の流れを結局は妨げるので、長期の問題を引き起こす。プレートの一部がもはや完全に湿らされず、熱交換効率が低下する。
【００１６】
従って、余剰の液体および無機化合物をプレートの熱交換部分から引き離し、これらをプレートから取り除く装置および方法のための技術的な必要性が残っている。
【００１７】
（発明の要約）
伝熱プレートの熱交換部分から余剰の液体および無機物を引き離し、伝熱プレートからこれらを取り除く装置および方法を提供することが本発明の目的である。
【００１８】
間接気化冷却器の伝熱プレートに端縁延在部が追加され、余剰の気化液体が伝熱プレートの端部に移動して滴下し、溶解した無機物をこれと一緒に取り除くことを可能にする。より良好な気化および熱移動もまた達成可能である。
【００１９】
図２ａ〜図７は、間接気化冷却器の伝熱プレートに端縁延在部を加えた種々の実施形態を示している。種々の実施形態を示しているけれども、端縁延在部を他の多くの間接気化冷却プレートに追加できることは当業者らにとって容易に認識されよう。参照することによってこの明細書に組み入れられる米国特許第６５８１４０２号および第６７０５０９６号は、いろいろな形状の伝熱プレートを示しており、他のものも同様に知られている。それぞれの場合において、端縁延在部は伝熱プレートの熱交換部分を越えた伝熱プレートの端部に追加され、伝熱プレートの湿り側からの余剰の気化液体の除去を容易にする。「伝熱プレートの熱交換領域を越えて」という用語は、端縁延在部が伝熱プレートの側端部すなわち端縁部に設けられることを示すために使われているけれども、これは熱交換がここで生ずることができないことを意味していない。以下の表はこの特許で用いた参照符号を列挙している。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図２ａは、本発明の第１実施形態の概略立体投影図であり、傾斜した端縁延在部２０を有する。図２ｂは、図２ａの実施形態の側面図である。図１ａおよび図１ｂにおけるプレート６は水平に示されているが、これらを傾斜させることも可能である（例えば米国特許第６５８１４０２号の図７を参照のこと）。
【００２２】
図１ａおよび図１ｂの実施形態は横断流の設計であり、図１（従来技術）のそれと多少類似している。各プレートは乾燥側９を有し、これら乾燥側は相互に対向している。乾燥側９は製品流体１が流れる乾燥側流路４を含む。湿り側１０は作動ガス２が流れる湿り側流路５を有する。湿り側流路５は乾燥側流路４をほぼ横切っている。
【００２３】
湿り側流路５は、気化液体２２により毛細管作用，噴霧または同様な方法を介して濡れた状態となっている。図２ａおよび図２ｂに示した特定の実施形態は、図１（従来技術）に示すような乾燥側から湿り側までプレートを貫通する作動流体のための作動流路を示していないけれども、これらを図２の実施形態に含ませることができる。図２ｂは、湿り側流路５から流れ出てプレート６の端縁延在部２０から離れて滴下する余剰の気化流体２２を示している。プレート６の端部から離れた距離２１で延在する傾斜端縁延在部は、湿り側１０の熱伝達部を越えた空間に開口することによって、この流体除去を容易にする。
【００２４】
間接気化冷却システム（例示によってここで記述される）の特に好ましい実施形態において、８０枚のプレートが１０インチの高さのスタックに積層されている。プレートの寸法は、縦１８インチ，横２０インチである。プレートの材料は、セルロース繊維の紙（この紙は毛細管材料として機能する）にポリエチレンを被覆したものである。プレート間の間隔は０.１２５インチである。
【００２５】
実際、１/２インチおよび１インチの端縁延在部長さ２１は、余剰の気化液体２２を排出するのに非常に具合よく機能する。およそ０.１２５インチのプレートの間隔を持つほぼ１/４インチ以下の端縁延在部は、同じように機能しない（このプレートの間隔が同じで１/１６インチの場合は全く機能しない）。しかしながら、より狭いプレートの間隔で、１/８インチのような小さな端縁延在部は、余剰の気化液体を効率的に除去するという目標を達成すると思われる。プレートの間隔よりも実質的に長い端縁延在部が最も良く機能する。
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施形態の側面図であり、図２ａおよび図２ｂのものと極めて類似しているが、直線状端縁延在部を有している。図２ａおよび図２ｂに関する記述の多くがこの実施形態にも同様に関連する。
【００２７】
図３の実施形態における端縁延在部２０は、湿り側１０から離れて折れ曲がっていると言うよりはむしろ外方にまっすぐ延在している。この設計は、図２ａおよび図２ｂの設計よりも製造するのがさらに容易であり、端縁延在部を持たない従来の熱交換器プレートよりも余剰な気化流体を良好に取り除く。
【００２８】
図４は、逆流設計を用い、傾斜した端縁延在部２０を有する本発明の第３の実施形態の概略立体投影図である。湿り側流路５および相互に横切る乾燥側流路４を有すると言うよりもむしろ、これらは概ね平行であるが、反対方向に流れる。端縁延在部は、作動ガスが端縁延在部の方とは異なる方向（図４の実施形態において直交）に流れるように案内する湿り側流路に対して概ね横切っている。気化液体２２は、毛細管材料８を介して湿り側流路５をさらに覆っており、余剰の液体が端縁延在部２０に移動して滴下するように、流路ガイド７の内側の毛細管作用を介して移動する。
【００２９】
流路ガイド８の内側への気化液体の２２の移動は、次のように達成される。プレート６は、気化液体の２２を通さない材料２４により裏打ちされた毛細管材料２５から形成されている。例えば、プレート６はセルロース繊維の紙２５にポリエチレン被覆２４を形成することができる。紙２５は毛細管材料として機能し、流路ガイド７の内側の液体２２をこの液体２２がプレートから滴下する端縁延在部２２の外へと毛細管作用で運ぶ。
【００３０】
図５は、縦向きのプレート６を持ち、直線状端縁延在部２０を有する本発明の第４の実施形態の概略立体投影図である。作動ガス流２は、湿り側流路５内で上向きであり、製品流体の流れ１は乾燥側方流路４に沿って横向きである。気化液体の流れは、上端から流路５を落下し、下端で端縁延在部２０から離れて滴下する。
【００３１】
図６は、一体設計を持ち、一体形成の傾斜端縁延在部２０を有する本発明の第５の実施形態の概略立体投影図である。図６の実施形態は、押出しアルミニウムの如き単一材料のむくのブロックから好ましくは形成される。この設計は、間接気化冷却器が加圧される場合の如き、熱交換器プレートが何らかの応力下にある場合に有利である。
【００３２】
本発明のいくつかの適用においてプレート６およびスペーサ７をアルミニウムの如き硬質材料から形成することができる。このような場合、プレート６およびプレートスペーサ７を、図６に示す如き１部品に押し出すことができる。熱交換器プレート６の端縁延在部２０は、余剰の液体の２２の滴下を促進するため、より大きな開口を端部に有するように、好ましくは先細りにされている。プレート１０の気化（湿り）側は、その表面全体に亙って分布する蒸気２２を有するような構造を必要とする。蒸気の分散は、植毛材料を用いるか、あるいはアルミニウムの如き材料の表面をエッチングして毛細管作用面を作り出すことにより達成可能である。
【００３３】
Meissner らに対する米国特許第６５６８４６５号に記述された如き親水性の表面は、毛細管作用面として機能することができる。
【００３４】
図７は、プレート６が中心軸線から下向きに傾斜した本発明の第６の実施形態の切断端面図である。樋２３は、プレートを湿らせるための気化液体２２を含む。一般的に、毛細管材料２５（一例として図４を参照のこと）は、液体２２を樋２３から湿り側流路５に沿って引き寄せる。液体２２がプレート６の外端部に達するので、これは、ここで図２ａおよび図２ｂに示したものと類似した傾斜端縁延在部として示した端縁延在部２０により、プレートから引き離される。
【００３５】
間接気化冷却システムに関する当業者らは、図示および上述した代表的な実施形態にすることができ、しかも本発明の精神および範囲内にあるさまざまな変更および修正を認識しよう。すべての場合において、熱交換器プレートの端縁延在部は熱交換器プレートの熱伝達領域を越えて延在し、気化流体が熱交換器プレートから流出するのを助ける。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術において、作動ガスが乾燥側に入り、通路を介して湿り側流路へと通る状態を示した２枚のプレートの概略立体投影図である。
【図２ａ】傾斜した端縁延在部を有する本発明の第１の実施形態の概略立体投影図である。
【図２ｂ】図２ａの実施形態の側面図である。
【図３】直線状の端縁延在部を有する本発明の第２の実施形態の側面図である。
【図４】逆流設計を用いると共に傾斜した端縁延在部を有する本発明の第３の実施形態の概略立体投影図である。
【図５】伝熱プレートを縦向きにすると共に直線状の端縁延在部を有する本発明の第４の実施形態の概略立体投影図である。
【図６】一体設計であると共に傾斜した端縁延在部を有する本発明の第５の実施形態の概略立体投影図である。
【図７】伝熱プレートが中心軸線から下向きに傾斜すると共に伝熱プレートを濡らすための樋システムを有する本発明の第６の実施形態の切断端面図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007523316.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月16日(2007.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２ａ】
2007523316.tif 000013
【図２ｂ】
2007523316.tif 000014
【図３】
2007523316.tif 000015
【図４】
2007523316.tif 000016
【図５】
2007523316.tif 000017
【図６】
2007523316.tif 000018
【図７】
2007523316.tif 000019
【国際調査報告】
2007523316.tif 000020
2007523316.tif 000021