(57)【要約】熱交換器は、その中を通る冷媒の循環を可能とするように少なくとも１つの入口と出口を有する。熱交換器の各々は、一対の薄いフラットな外側プレートの間に配列された材料の複数の薄いセクションを含む。材料の薄いセクションの各々は、平行な流路で構成され、冷媒が入口を通り、１つのセクションから次へ、そして最後に出口を出て流れることを可能とする。平行な流路のセクションの配列は、外側プレートの内壁の大部分と接触することを可能とし、最大の熱交換を可能とする。液体を冷却するための使用においては、熱交換器は、フレーム内に配置され、冷却されるべき液体と接触させられる。熱交換器が、氷の結晶を製造するために十分に液体を冷却するように使用される場合には、回転するスクレーパーが、熱交換器の表面を横切って掃き、生成されたるらゆる氷の結晶を取り除く。
2008503706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換のための装置であって、該装置は、
ａ）少なくとも１つの流体の入口と、
ｂ）少なくとも１つの流体の出口と、
ｃ）各々は内側表面および外側表面を有する、第１の外側プレートおよび第２の外側プレートと、
ｄ）内部層と
を備え、該内部層は、該第１の外側プレートと第２の外側プレートとの間に密閉して挟まれ、該内部層は、少なくとも１つの連続した流体用の溝を少なくとも一部分は規定し、流体用の溝の各々は、該外側プレートのうちの１つの該内側表面および該内部層によって一部分は規定され、該少なくとも１つの連続する流体用の溝は、該少なくとも１つの流体の入口と該少なくとも１つの流体の出口との間に、少なくとも１つの流路を作る、装置。
【請求項２】
前記流体は、冷媒である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記内部層は、４５０ｐｓｉの圧力に耐えるように密閉し挟まれる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記外側プレートと結合された前記内部層は、前記少なくとも１つの流路の少なくとも部分を構成する連続する溝を既定し、該溝は、隣合う溝のペアの間に仕切りを提供する内部層の壁、および、該内部層を該外側プレートに結合するために一体的な脚部によって規定される、請求項１、２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記内部層は、流れの部分を備え、該流れの部分は、波形にされたシート材料を含む、請求項１、２、３、４、または５に記載の装置。
【請求項６】
前記内部層は、外側境界部分および波形にされたシートメタル部分、ならびに、必要に応じて内側境界部分を備え、該内部層の該シートメタル部分は、内部層の面積の約５０％から約９５％を覆い、例えば、該内部層の該面積の約７５％から約９０％、必要な場合には内部層の該面積の少なくとも約８５％、必要な場合には内部層の該面積の少なくとも約８８％を覆う、請求項１、２、３、４、または５に記載の装置。
【請求項７】
溝の各々は溝の幅を有し、壁部の各々は壁部の厚さを有し、該壁部の厚さの該溝の幅に対する比は１：８よりも小さい、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記壁部の厚さの前記溝の幅に対する前記比は１：２０よりも小さい、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記壁部の厚さの前記溝の幅に対する前記比の概数は１：２５と１：２０との間である、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記壁部の厚さの前記溝の幅に対する前記比の概数は１：１８と１：２５との間である、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記壁部の厚さの前記溝の幅に対する前記比の概数は約１：２２．５である、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
外側プレートの各々の前記厚さは、該プレートの全範囲にわたり均一である、請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
前記波形にされたシート材料と表面が連絡している前記第１および第２の外側プレートの部分に対して、厚さが同じである、請求項３、６または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記波形にされたシート材料と表面が連絡している前記外側プレートの前記厚さは、約０．１２インチ（３ｍｍ）以下である、請求項３、６、１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記内部層は、外側境界部分を備え、前記波形にされたシート材料は、該外側境界部分内に配置される、請求項６または９に記載の装置。
【請求項１６】
前記内部層は、内側境界部分を備え、前記波形にされたシート材料は、前記外側境界部分および該内側境界部分の内に配置される、請求項７に記載の装置。
【請求項１７】
前記外側境界部分および波形にされたシート材料の高さは、実質的に同じであり、該波形にされたシート材料は、該外側境界部分内で同じ高さで据えられる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記内部層の少なくとも一部は、パズルタイプの配列で結合される複数の内部層のセクションによって構成され、該配列は、少なくとも２つの隣合うセクションの各々において形成される少なくとも１つの連続した隣合う溝を実質的に整列し、該整列された溝は、前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間の連続的な流路を、少なくとも一部分に規定する、請求項１、２または３に記載の装置。
【請求項１９】
複数の入口および出口を備え、流体の入口の各々は、少なくとも１つの流体の出口と流体で連絡している、請求項１、２または６に記載の装置。
【請求項２０】
流体の入口の各々は、単独の流体の出口と実質的に流体で連絡し、前記内部層の壁部によって規定される連続する溝は、それぞれの流体の入口と出口のペアの各々に対して異なる流路を規定する、請求項１、２または６に記載の装置。
【請求項２１】
前記流路は、複数の異なる流路セグメントによって構成される、請求項１または６に記載の装置。
【請求項２２】
前記溝が、少なくとも２つの隣合う内部層のセクションで実質的に整列している少なくとも１つの内部層のセクションをさらに備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも１つの内部層のセクションを構成する前記溝は、少なくとも２つの異なる流路セグメントで、少なくとも１つの隣合う内部層のセクションの前記溝と整列される、請求項１８または２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの内部層のセクションを構成する前記溝によって規定される前記流路セグメントは、前記流体を、少なくとも１つの流路セグメントの中である方向に向け、かつ、少なくとも１つの他の流路セグメントの中で反対の方向に向ける、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
複数の隣合う内部層のセクションを通る少なくとも１つの流路セグメントを構成する前記溝は、前記少なくとも１つの流体の入口と前記少なくとも１つの流体の出口との間に実質的に環状の流路を規定する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２６】
複数の隣合う内部層のセクションを通る少なくとも１つの流路セグメントを構成する前記溝は、少なくとも１つの曲がりくねった流路セグメントを規定する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも２つの隣合う内部層のセクションを通る少なくとも１つの流路セグメントを構成する前記溝は、セクションの間の界面で９０度以下の角度で整列される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
複数の隣合う内部層のセクションを通る少なくとも１つの流路セグメントを構成する前記溝は、前記セクションの間の界面で鈍角で整列される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記内部層のセクションのすべてを通る少なくとも１つの流路セグメントを構成する前記溝は、前記セクションの間の界面で鈍角で整列される、請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記内部層のセクションを通る前記流路セグメントを構成する前記溝は、図１、図１１、図１３、図１４、および、図１５のどれかに示されるように整列される、請求項１８に記載の装置。
【請求項３１】
熱交換のための装置であって、該装置は、
ａ）少なくとも１つの流体の入口と、
ｂ）少なくとも１つの流体の出口と、
ｃ）第１の外側プレートおよび第２の外側プレートと、
ｄ）内部層と
を備え、該内部層は、該少なくとも１つの流体の入口と該少なくとも１つの流体の出口との間に、少なくとも１つの流路を、少なくとも一部分は規定し、該内部層は、該第１の外側プレートと第２の外側プレートとの間に密閉し挟まれる、装置。
【請求項３２】
前記セクションは、トップとボトムのプレートの内側表面の大部分が、該セクションを通り流れる流体と接触するように構成される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記セクションのパズルタイプの配列は、対称である、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
平行な流路は、波形にされた材料である、請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
前記波形は、実質的に直角な曲げから成る、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
２つの入口および２つの出口がある、請求項３１から請求項３５までに記載の記載の装置。
【請求項３７】
前記入口および出口は、前記プレートのエッジに沿って等しく間隔を空けられる、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記入口および出口は、多数の流路に前記流体が流れるように寸法決定される、請求項３１〜請求項３７に記載の記載の装置。
【請求項３９】
前記トップおよびボトムのプレートはそれぞれ、外側リングおよび内側リングを含む、請求項３１〜請求項３８に記載の記載の装置。
【請求項４０】
前記外側リングおよび内側リングは、流路の前記セクションを越えて広がる、請求項３９に記載の記載の装置。
【請求項４１】
流路の前記セクションの前記パズルタイプの構成は、前記流体を、前記入口を通りそして前記内側リングへ向かって流れ、その後、該内側リングを廻り前記出口に向けて流れるように方向づけ、その後、該内側リングの周りの経路にそって１回以上後方および前方に、まず該入口に向かい、次に該出口に向かう方向に方向づけるが、そのような経路の各々は、次第に該外側リングに近づき、そして該出口を通るように方向づけられる、請求項３１〜請求項４０に記載の記載の装置。
【請求項４２】
流路の前記セクションの前記パズルタイプの構成は、図１に見られる様である、請求項３３〜請求項４１に記載の記載の装置。
【請求項４３】
流路の前記セクションの前記パズルタイプの構成は、図１３に見られる様である、請求項３１〜請求項４０に記載の記載の装置。
【請求項４４】
前記入口および出口は、前記プレートのエッジ近辺に位置する、請求項３１に記載の装置。
【請求項４５】
プレートから材料をすり剥がす装置であって、該装置は、
ａ）該プレートの中心を垂直に貫通するシャフトと、
ｂ）該プレートに平行に伸びる、該シャフトに連結されたキャリアと、
ｃ）該キャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパーと、
ｄ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と
を備える、装置。
【請求項４６】
前記キャリアは、前記プレートの上に液体をスプレーする複数のノズルをさらに備える、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記スクレーパーが前記プレートとの接触を保つ前記手段は、ゴムのバンパーを備える、請求項４５に記載の装置。
【請求項４８】
前記装置は、前記キャリアを回転する手段をさらに備える、請求項４５に記載の装置。
【請求項４９】
前記回転する手段は、モーターである、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記スクレーパーは、プラスチックである、請求項４５から請求項４９までのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項５１】
前記スクレーパーは、金属である、請求項４５から請求項４９までのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項５２】
前記スクレーパーは、第１および第２のエッジを含み、前記スクレーパーは、リバーシブルでありどちらか一方のエッジの使用を可能とする、請求項４５から請求項５１までのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項５３】
２つの平行なプレートから材料をすり剥がす装置であって、該装置は、
ｅ）該プレートの間に置かれるキャリアと、
ｆ）該キャリアの全長に沿って置かれる少なくとも１つのスクレーパーと、
ｇ）該スクレーパーが両方のプレートとの接触を保つ手段と、
ｈ）該プレートに平行な面内で該キャリアを回転する手段と
を備える、装置。
【請求項５４】
前記キャリアは、前記プレートを垂直に貫通するシャフトに連結される、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記キャリアは、すくなくとも２つのスクレーパーを含み、該スクレーパーの各々は、前記プレートのうちの１つと接触している、請求項５３に記載の装置。
【請求項５６】
２つの平行なプレートから材料をすり剥がす装置であって、該装置は、
ｉ）該プレートを垂直に貫通するシャフトと、
ｊ）該シャフトに固定し、シャフトに垂直かつ該プレートに平行に置くための手段を有する内側キャリアと、
ｋ）内側キャリアが中空のキャリア内でスライド係合するように該プレートの間に置かれる、中空の外側キャリアと、
ｌ）該中空の外側キャリアの全長に沿って置かれる少なくとも１つのスクレーパーと、
ｍ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と、
ｎ）該内側キャリアを該中空の外側キャリアに連結する取り外し可能な手段と
を備える、装置。
【請求項５７】
前記装置は、前記プレートに液体をスプレーする複数のノズルをさらに備える、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記装置は、前記キャリアを回転する手段をさらに備える、請求項５６に記載の装置。
【請求項５９】
前記回転する手段は、モーターである、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
前記装置は、前記キャリアが、前記プレートに液体をスプレーする複数のノズルを有する場合には、その反対側で前記シャフトに固定されるチューブをさらに備える、請求項５３または５６に記載の装置。
【請求項６１】
前記固定する手段は、前記内側キャリアに溶接され、かつ、前記シャフトにボルトどめされるプレートである、請求項５６に記載の装置。
【請求項６２】
前記取り外し可能な連結手段は、ボルトである、請求項５６に記載の装置。
【請求項６３】
前記スクレーパーは、プラスチックである、請求項５６から請求項６２のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項６４】
前記スクレーパーは、金属である、請求項５６から請求項６２までのうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項６５】
前記スクレーパーは、第１および第２のエッジを含み、該スクレーパーは、リバーシブルでありどちらか一方のエッジの使用を可能とする、請求項５３から請求項６４までのうちのいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項６６】
液体を冷却する装置であって、該装置は、
ｏ）フレームと、
ｐ）該フレーム内に平行に配列された複数のフラットプレート熱交換器と、
ｑ）液体を該熱交換器と継続的に接触させる手段と
を備える、装置。
【請求項６７】
製氷する装置であって、該装置は、
ｒ）フレームと、
ｓ）該フレーム内に平行に配列された複数のフラットプレート熱交換器と、
ｔ）液体を該熱交換器と継続的に接触させる手段と
ｕ）該熱交換器の表面に生成する任意の氷の結晶を取り除くスクレーピイング手段と
を備える、装置。
【請求項６８】
請求項６６または請求項６７に記載の装置であって、熱交換器の各々は、
ｖ）概略同じ形状のトッププレートおよびボトムプレートと、
ｗ）該プレートのエッジに位置される少なくとも１つの流体の入口と、
ｘ）該プレートのエッジに位置される少なくとも１つの流体の出口と、
ｙ）該トッププレートとボトムプレートとの間の複数のセクションと
を備え、セクションの各々は、平行な流路を有する幅の狭い材料を含み、該セクションは、ピースの各々からの流路が、該入口から該セクションを通り該出口まで、該流体の連続的な流れを可能とするような、互いにパズルタイプの配列である、装置。
【請求項６９】
前記液体を前記熱交換器と継続的に接触させる手段は、スプレーである、請求項６６または請求項６７に記載の装置。
【請求項７０】
複数の断熱パネルが、密閉された区画を生成するように前記フレームに固定される、請求項６６または請求項６７に記載の装置。
【請求項７１】
前記密閉された区画は、長方形である、請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記密閉された区画は、円筒形である、請求項７０に記載の装置
【請求項７３】
請求項６７から請求項７０のうちのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記スクレーピングデバイスは、少なくとも１つの外側スクレーパー、および、１つよりも多いプレート熱交換器が存在する場合には、少なくとも１つの内側スクレーパーから成り、
該外側スクレーパーは、
ｚ）該プレートに平行で前記シャフトに垂直に連結されるキャリアと、
ａａ）該キャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパーと、
ｂｂ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と
を備え、
該内側スクレーパーは、
ｃｃ）それを該シャフトに固定する手段を有し、かつ、該プレートに平行で該シャフトに垂直に置かれる内側キャリアと、
ｄｄ）該内側キャリアが中空のキャリア内でスライド係合するように該プレートの間に置かれる該中空の外側キャリアと、
ｅｅ）該中空のキャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパーと、
ｆｆ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と、
ｇｇ）該内側キャリアを該中空の外側キャリアに解放可能に連結する手段と
を備える、装置。
【請求項７４】
前記熱交換プレートは、垂直に置かれる、請求項６６〜請求項７３のうちのいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項７５】
請求項６６から請求項７３のうちのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記熱交換プレートは、水平に置かれ、該装置は、前記スクレーパーによって取り除かれた氷を収集するために、該フラットプレート熱交換器の下にパンをさらに備える、装置。
【請求項７６】
請求項７５に記載の装置であって、前記パンは、
ｈｈ）フラットな領域と、
ｉｉ）収集された氷がさらに落下し得る該フラットな領域内の穴のあいた領域と、
ｊｊ）穴のあいた領域を横切ってフラットな領域で収集された氷を掃く手段と
を備える、装置。
【請求項７７】
前記パンは、落下した氷を前記掃く手段のほうに寄せるために高くしたコーナーを有する、請求項７６に記載の装置。
【請求項７８】
請求項７５から請求項７８のうちのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記パンの下に氷が落下し得る受け皿をさらに備える、装置。
【請求項７９】
熱交換のための装置を通り、入口から出口までの全体的な連続する流路を確立する方法であって、該流路は、該入口と該出口との間の表面積の実質的に全てを占め、該方法は、
ａ）セクションの各々が平行な流体用の溝のセットで作られる複数のセクションを提供するステップと、
ｂ）セクションの各々を１つ以上の角度で平行な流体用の溝の選択されたグループに切断するステップと、
ｃ）該流路が方向を変えるようにするために、１つ以上の他のセクションにセクションの各々のエッジを隣接させるステップと、
ｄ）パズルのような構成で該セクションを組み立てるステップと
を包含する、方法。
【請求項８０】
セクションの各々は、任意の点ですべてが隣接しかつ平行な溝を含み得、それによって、セクションは、互いに反対の方向で平行な流路を含み得る、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
熱交換のための装置であって、該装置は、
ａ）概略同じ形状のトッププレートおよびボトムプレートと、
ｂ）該プレートのエッジに位置される少なくとも１つの流体の入口と、
ｃ）該プレートのエッジに位置される少なくとも１つの流体の出口と、
ｄ）該トッププレートとボトムプレートとの間の複数のセクションと
を備え、セクションの各々は、平行な流路を有する材料を含み、該セクションはピースの各々からの流路が、該入口を入り該セクションを通り該出口を出るまで、該流体の連続的な流れを可能とするような、互いにパズルタイプの配列である、装置。
【請求項８２】
前記セクションは、前記トッププレートおよびボトムプレートの内側表面の大部分が、該セクションを通り流れる流体と接触するように構成される、請求項８１に記載の装置。
【請求項８３】
前記セクションのパズルタイプの配列は、対称に構成される、請求項８１に記載の装置。
【請求項８４】
前記平行な流路は、波形にされた材料である、請求項８１に記載の装置。
【請求項８５】
２つの入口および２つの出口がある、請求項８１に記載の装置。
【請求項８６】
前記入口および出口は、前記プレートのエッジに沿って等しく間隔を空けられる、請求項８５に記載の装置。
【請求項８７】
前記入口および出口は、多数の流路に前記流体が流れるように寸法決定される、請求項８１に記載の装置。
【請求項８８】
前記トップおよびボトムのプレートの各々は、外側リングおよび内側リングを含む、請求項８１に記載の装置。
【請求項８９】
前記外側リングおよび内側リングは、流路の前記セクションを越えて広がる、請求項８８に記載の装置。
【請求項９０】
流路の前記セクションの前記パズルタイプの構成は、前記流体を、前記入口を通りそして前記内側リングへ向かって流れ、その後、該内側リングを廻り前記出口に向けて流れるように方向づけ、その後、該内側リングの周りの経路に沿って１回以上後方および前方に、まず該入口に向かい、次に該出口に向かう方向に方向づけるが、そのような経路の各々は、次第に該外側リングに近づき、そして該出口を通るように方向づけられる、請求項８８に記載の装置。
【請求項９１】
プレートから材料をすり剥がす装置であって、該装置は、
ａ）該プレートの中心を垂直に貫通するシャフトと、
ｂ）該プレートに平行な該シャフトに垂直に連結されたキャリアと、
ｃ）該キャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパーと、
ｄ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と
を備える、装置。
【請求項９２】
前記キャリアは、前記プレートの上に液体をスプレーする複数のノズルをさらに備える、請求項９１に記載の装置。
【請求項９３】
前記スクレーパーが前記プレートとの接触を保つ前記手段は、ゴムのバンパーを備える、請求項９１に記載の装置。
【請求項９４】
前記装置は、前記シャフトを回転する手段をさらに備える、請求項９１に記載の装置。
【請求項９５】
前記回転する手段は、モーターである、請求項９４に記載の装置。
【請求項９６】
前記スクレーパーは、プラスチックである、請求項９１から請求項９５までのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項９７】
前記スクレーパーは、金属である、請求項９１から請求項９５までのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項９８】
前記スクレーパーは、第１および第２のエッジを含み、前記スクレーパーは、リバーシブルでありどちらか一方のエッジの使用を可能とする、請求項９１から請求項９７までのうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項９９】
２つの平行なプレートから材料をすり剥がす装置であって、該装置は、
ａ）該プレートの間に置かれるキャリアと、
ｂ）該キャリアの全長に沿って置かれる少なくとも１つのスクレーパーと、
ｃ）該スクレーパーが両方のプレートとの接触を保つ手段と、
ｄ）該プレートに平行な面内で該キャリアを回転する手段と
を備える、装置。
【請求項１００】
前記キャリアは、前記プレートを垂直に貫通するシャフトに連結される、請求項９９に記載の装置。
【請求項１０１】
前記キャリアは、すくなくとも２つのスクレーパーを含み、該スクレーパーの各々は、前記プレートのうちの１つと接触している、請求項９９に記載の装置。
【請求項１０２】
２つの平行なプレートから材料をすり剥がす装置であって、該装置は、
ａ）該プレートの中心を垂直に貫通するシャフトと、
ｂ）該シャフトに固定し、該プレートに平行でシャフトに垂直に置くための手段を有する内側キャリアと、
ｃ）内側キャリアが中空のキャリア内でスライド係合するように該プレートの間に置かれる、中空の外側キャリアと、
ｄ）該中空の外側キャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパーと、
ｅ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と、
ｆ）該内側キャリアを該中空の外側キャリアに連結する取り外し可能な手段と
を備える、装置。
【請求項１０３】
前記装置は、前記プレートに液体をスプレーする複数のノズルをさらに備える、請求項１０２に記載の装置。
【請求項１０４】
前記装置は、前記シャフトを回転する手段をさらに備える、請求項１０２に記載の装置。
【請求項１０５】
前記回転する手段は、モーターである、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０６】
前記装置は、前記キャリアが、前記プレートに液体をスプレーする複数のノズルを有する場合には、その反対側に前記シャフトに固定されるチューブをさらに備える、請求項１０２に記載の装置。
【請求項１０７】
前記固定する手段は、前記内側キャリアに溶接され、かつ、前記シャフトにボルトどめされるプレートである、請求項１０２に記載の装置。
【請求項１０８】
前記取り外し可能な連結手段は、ボルトである、請求項１０２に記載の装置。
【請求項１０９】
前記スクレーパーは、プラスチックである、請求項１０２から請求項１０８のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項１１０】
前記スクレーパーは、金属である、請求項１０２から請求項１０８のうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項１１１】
前記スクレーパーは、第１および第２のエッジを含み、該スクレーパーは、リバーシブルでありどちらか一方のエッジの使用を可能とする、請求項１０２から請求項１１０までのうちのいずれか１つの請求項に記載の装置。
【請求項１１２】
製氷する装置であって、該装置は、
ａ）フレームと、
ｂ）該フレーム内に平行に配列された複数のフラットプレート熱交換器と、
ｃ）該熱交換器に溶液を継続的に供給するスプレー手段と、
ｄ）該熱交換器の表面に生成する任意の氷の結晶を取り除くスクレーピイング手段と
を備える、装置。
【請求項１１３】
複数の断熱パネルが、密閉された区画を生成するように前記フレームに固定される、請求項１１２に記載の装置。
【請求項１１４】
製氷する装置であって、該装置は、
ａ）フレームと、
ｂ）該フレーム内に垂直かつ平行に配列される複数のフラットプレート熱交換器であって、熱交換器の各々は、
ｉ）概略同じ形状のトッププレートおよびボトムプレートと、
ｉｉ）該プレートのエッジに位置される少なくとも１つの流体の入口と、
ｉｉｉ）該プレートのエッジに位置される少なくとも１つの流体の出口と、
ｉｖ）該トッププレートとボトムプレートとの間の複数のセクションであって、セクションの各々は、平行な流路を有する幅の狭い材料を備え、該セクションは、ピースの各々からの流路が、該入口から該セクションを通り該出口まで、該流体の連続的な流れを可能とするような、互いにパズルタイプの配列である、複数のセクションと、
を備え、
ｖ）該セクションが、該トップおよびボトムのプレートの内側表面の大部分が、該セクションを通り流れる流体と接触するように構成される
熱交換器と、
ｃ）該プレートの中心を垂直に貫通するシャフトと、
ｄ）該熱交換器に溶液を継続的に供給するスプレー手段と、
ｅ）該熱交換器の表面に生成する任意の氷の結晶を取り除くシャフトに連結されるスクレーピイングデバイスと、
ｆ）該シャフトを回転する手段と、
ｇ）密閉された区画を生成するように該フレームに固定される複数の断熱パネルと
を備える、装置。
【請求項１１５】
請求項１１４に記載の装置であって、前記スクレーピングデバイスは、少なくとも１つの外側スクレーパー、および、１つよりも多いプレート熱交換器が存在する場合には、少なくとも１つの内側スクレーパーから成り、
該外側スクレーパーは、
ａ）該プレートに平行で前記シャフトに垂直に連結されるキャリアと、
ｂ）該キャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパーと、
ｃ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と
を備え、
該内側スクレーパーは、
ｄ）該シャフトに固定し、かつ、該プレートに平行で該シャフトに垂直に置くための手段を有する内側キャリアと、
ｅ）該内側キャリアが中空のキャリア内でスライド係合するように該プレートの間に置かれる、中空の外側キャリアと、
ｆ）該中空のキャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパーと、
ｇ）該スクレーパーが該プレートとの接触を保つ手段と、
ｈ）該内側キャリアを該中空の外側キャリアに解放可能に連結する手段と
を備える、装置。
【請求項１１６】
製氷する装置であって、該装置は、
ａ）フレームと、
ｂ）該フレーム内に水平かつ平行に配列された複数のフラットプレート熱交換器と、
ｃ）該プレートの中心を垂直に貫通するシャフトと、
ｄ）該熱交換器に溶液を継続的に供給するスプレー手段と、
ｅ）該熱交換器の表面に生成するあらゆる氷の結晶を取り除くシャフトに連結されるスクレーピイングデバイスと、
ｆ）該シャフトを回転する手段と、
ｇ）該スクレーピングデバイスによって取り除かれた氷を収集するための、該フラットプレート熱交換器の下のパンと
を備える、装置。
【請求項１１７】
請求項１１６に記載の装置であって、前記パンは、
ａ）フラットな領域と、
ｂ）収集された氷がさらに落下し得る該フラットな領域内の穴のあいた領域と、
ｃ）穴のあいた領域を横切ってフラットな領域に収集された氷を掃く手段と
を備える、装置。
【請求項１１８】
前記パンは、落下した氷を前記掃く手段のほうに寄せるために高くしたコーナーを有する、請求項１１７に記載の装置。
【請求項１１９】
請求項１１１、請求項１１７、または請求項１１８のうちのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記パンの下に氷が落下し得る受け皿をさらに備える、装置。
【請求項１２０】
熱交換のための装置を通り、入口から出口までの全体的な連続する流路を確立する方法であって、該流路は、該入口と該出口との間の表面積の実質的に全てを占め、該方法は、
ｅ）プレートの各々が平行な流体用の溝のセットで作られる複数のプレートを提供するステップと、
ｆ）プレートの各々を１つ以上の角度で平行な流体用の溝の選択されたグループに切断するステップと、
ｇ）該流路が方向を変えるようにするために、１つ以上の他のプレートにプレートの各々のエッジを隣接させるステップと、
ｈ）パズルのような構成で該プレートを組み立てるステップと
を包含する、方法。
【請求項１２１】
プレートの各々は、任意の点ですべてが隣接しかつ平行な溝を含み得、それによって、プレートは、互いに反対の方向で平行な流路を含み得る、請求項１２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を冷却する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
製氷機および冷却機は周知である。これらのタイプの機械は、食品加工、漁業、および一般的な冷却アプリケーションを含む多くの産業で使用されている。冷却機は、一般的には、液体を氷点より上のポイントに冷却するが、製氷機は、一般的には、水または溶液をその氷点より下まで冷却する。製氷機および冷却機は、一般的には、内部通路を貫流する冷媒によって冷却される熱交換器を使用する。冷却されるべき水または任意の他の液体は、熱交換器の表面上に導かれる。液体が凍った場合には、氷を熱交換器の表面から取り除く様々な方法が使用され、その方法は、氷を取り除くために、スクレーピングデバイスを使用すること、または、表面を一時的に加熱することを含む。スラリーアイスは、フレークアイスとは異なり、氷点を変えるために、凍らされる水は、通常、塩または何か他の物質と混合している。結果として生じるスラリー製品は、スラッシュなコンシステンシーを有しかつポンプされ得るが、これは、最終製品が、搬送される場合の多くのアプリケーションにとって、それを好ましいものとする。さらに、そのエネルギーの格納および伝達特性は、他のタイプの氷より優れている。
【０００３】
Ｌｙｏｎによる特許文献１および特許文献２と共にＧａｌｌによる特許文献３および特許文献４は、冷媒がディスクの内部を移動するための内部通路を持つディスク形状の熱交換器を開示する。ディスクは、その表面に形成される氷を取り除く、固定されたスクレーピング機構に接触して回転する。Ｌｙｏｎの開示においては、ディスクは、対となる半分のディスク２つで形成され、半分のディスクの各々は、複数の溝をその内側表面に含む。２つの半分における溝のパターンは、半分のディスクが対にされ一緒にろう付けされた場合に、対応する溝が一致して通路を形成するように、ミラーイメージである。この熱交換器の製造は、ディスクの分離した半分の各々を化学的にエッチングすることを含むが、それは高価である。
【０００４】
Ｇａｌｌによる２つのデバイスは、フライス盤（ｍｉｌｌｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）を使用して厚い金属プレートに流体通路をカットすることによって形成される熱交換デバイスを開示する。一旦、通路がカットされると、薄いプレートが、ディスクを完成するためにミリングされたプレートに結合される。プレートをミリングすることは、それを化学的にエッチングするほど高価ではなく、かつ、このプロセスでは、両方ではなく一方のプレートだけが機械加工されるが、なおこれは、時間のかかる高価なプロセスである。先行技術のフラットディスク熱交換器においては、冷媒は、熱交換器の表面の有意な部分に触れることはない。その理由は、圧力に耐えるために、ろう付けのための十分に大きい表面積を提供するように溝と溝の間に十分な材料が必要だからである。
【０００５】
先行技術の中で開示される熱交換器における冷媒は、１つだけの入口を通って導かれ、１つだけの出口を通って排出される。冷媒は、内部通路を通り、コンプレッサによって駆動される。冷媒にとって最適な速度の範囲があり、速度が小さ過ぎると、熱交換の効率が減少し、コンプレッサから取り出されるオイルをコンプレッサのタンク（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）に運び返すための十分な速度がなくなる。速度が大き過ぎると、コンプレッサは、エネルギーを浪費する。
【０００６】
１つだけの入口と１つだけの出口を有することは、冷媒の全量が、小さな断面を通過することを強いる。冷媒の一定のマスフローに対し、より小さなフロー断面は、より大きな速度に相当する。故に、１つだけの入口と１つだけの出口を有する場合には、溝の長さおよび速度が大きくなり、従って、製氷機システム内の冷媒を動かすコンプレッサーのワークは、甚だしく大きくなる。先行技術の熱交換器においては、冷媒の速度を減らす唯一の方法は、断面積を増やすことであるが、それは、製造コストを増大させる。
【特許文献１】米国特許第５，１５７，９３９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３６３，６５９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６３２，１５９号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９１８，４７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、その全体に渡って圧力低下がより少なく、冷媒の速度が、最適な範囲に低減され得る熱交換器を用いる製氷機を有することに利点がある。
【０００８】
冷却機および製氷機における使用のために、安価な方法で作られ得る熱交換器を有することにさらなる利点がある。
【０００９】
熱交換を改善するために、冷媒とディスク表面の大部分との熱的接触の程度がより大きくなることを冷媒通路が可能とする、熱交換器を有することにさらなる利点がある。
【００１０】
外壁は高い熱交換を提供するように薄いが、冷媒の高圧になお耐え得るフラットプレートの熱交換器を有することにさらなる利点がある。
【００１１】
別のニーズは、１つだけの駆動モータで、追加的表面の各々のための追加的な電力がほとんどなく、数個の熱交換面を同時にすり剥がすことを可能とする、フラットプレートの熱交換器を用いる製氷機を提供することにさらなる利点がある。
【００１２】
働かせるのが簡単、ロバスト、および容易であり、働かせるためのスペースをほとんど要求しない、製氷機のためのスクレーピングメカニズムを提供することに、なおさらなるニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
別の局面においては、本発明は、熱交換のための装置に向けられ、その装置は、少なくとも１つの流体の入口、第１の外側プレートおよび第２の外側プレート、ならびに、内部層を備える。内部層は、第１の外側プレートと第２の外側プレートとの間に密閉して挟まれる。内部層は、少なくとも１つの連続する流体用の溝を、少なくとも一部分は規定する。流体用の溝の各々は、外側プレートのうちの１つの内側表面、および、内部層によって一部分は規定される。少なくとも１つの連続する流体用の溝は、少なくとも１つの流体の入口と少なくとも１つの流体の出口との間に、少なくとも１つの流路を作り上げる。
【００１４】
別の局面においては、本発明は、熱交換のための装置に向けられ、その装置は、少なくとも１つの流体の入口、少なくとも１つの流体の出口、第１の外側プレートおよび第２の外側プレート、内部層を備える。内部層は、少なくとも１つの流体の入口と少なくとも１つの流体の出口との間に、少なくとも１つの流路を、少なくとも一部分は規定する。内部層は、各々が流路の１つ以上のセグメントを規定する複数のセクションを、必要に応じて含み得る。セクションは、内部層の流れの部分を作り上げるように、パズルのような構成で一緒になる。
【００１５】
１つの局面においては、本発明の実施形態は、熱交換のための装置を有する冷却機または製氷機を含む。熱交換装置は、通常は同じ形状のフラットなトップおよびボトムのプレート、該プレートのエッジに近いポイントまたはエッジ上のポイントに各々が位置される少なくとも１つの流体の入口および少なくとも１つの流体の出口、および、該トップおよびボトムのプレートの間のパズルタイプ配列の複数のセクションを含む。該セクションの各々は、流体用の溝に平行な薄い材料のピースを備える。該セクションのパズルタイプ配列は、流体が、入口から、違ったセクションを通って、出口に連続的に流れるのを可能とする。この実施形態のさらなる特徴は、トップおよびボトムのプレートの内側表面の大部分が、セクションを通って流れる流体と触れることになるように構成されていることである。本発明の１つの実施形態においては、平行な流体用の溝のセクションは、波形の材料であり、パズルタイプの配列はプレート内で対称である。さらに、入口および出口の各々は、流体が、かなりの数の流体用の溝を通って流れるように大きさを決められる。有利な実施形態においては、２つの入口および２つの出口があり、各々は、トップまたはボトムのプレートのエッジに沿って等しく間隔を空けられる。前述の実施形態においては、トップおよびボトムのプレート各々は、内側リングおよび外側リングの部分を含み、内側および外側リングは、流体用の溝のセクションを越えて広がる。セクションを通る流体の流路は、好ましくは、入口を通りそして内側リングへ向かう流れ、その後、出口に向けて内側リングを廻り、その後、前方および後方に、まず入口に向かい、その後出口に向かい、外側リングに次第により近づく経路に沿い、そして最後に出口を通る流れを含む。
【００１６】
本発明の別の特徴は、２つのプレートの間から材料をすり剥がす装置であり、それは、プレートの中心を垂直に通り抜けるシャフト、プレートのエッジに到達するのに十分な長さを有するプレートの間に置かれる中空のキャリア、キャリアの全長に沿って置かれる複数のスクレーパー、シャフトに固定する手段を有し、中空のキャリア内でスライド係合であるように置かれる内側キャリア、シャフトを回転する手段、内側キャリアを中空のキャリアに連結する取り外し可能な手段を備える。１つの実施形態においては、固定する手段は、内側キャリアに溶接されかつシャフトにボルトどめされたプレートである。また、取り外し可能な連結手段は、中空のキャリアがスライドアウトし得るように取り外しが可能なボルトであり得る。スクレーピング装置の形状は、好ましくは、熱交換器表面に接触するエッジがすり減ったときに、もう一方のエッジが使用され得、それによってスクレーピング機構の寿命が延びるように、装置がリバーシブルである。
【００１７】
別の局面においては、本発明は、製氷装置であって、それは、フレーム、フレーム内に平行に配列される複数のフラットなプレートの熱交換器、熱交換器に連続的に溶液を供給する手段、熱交換器の表面から氷の結晶を取り除くスクレーピング手段を備える。
【００１８】
別の局面においては、本発明は、入口から熱交換のための装置を通り出口に至り、入り口と出口との間の表面全体を実質的に占める、全体的な連続的流路を確立する方法に関し、該方法は、セクションの各々が、平行な流体用の溝のセットでできている複数のセクションを提供するステップと、セクションの各々を１つ以上の角度で交わり選択された平行な溝のグループに切り取るステップと、それによって流路の向きを変更するように、セクションの各々のエッジを１つ以上の他のセクションに隣接させるステップと、セクションをパズルのような構成で組み立てるステップとを包含する。セクションの各々は、任意の時点で隣接しかつ平行な流路を含み、それによって、セクションは、互いに反対方向の平行な流路を含む。
【００１９】
他の局面およびデバイスの利点は、以下の「発明を実施するための最良の形態」および添付する図面から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図３を参照すると、同図は、本発明の最初の実施形態に従う製氷機１０を示す。製氷機１０は、支持フレーム１４内の複数のフラットプレート熱交換器１２、スクレーピングシステム１５および液体供給システム１７を備える。図１２ａを参照すると、熱交換器の各々は、第１の外側プレート４２、第２の外側プレート４４および第１および第２の外側プレート４２と４４との間に置かれる内部層４５で構成される。内部層４５は、複数の壁部４７を含み、該壁の各々は、２つの長手方向のエッジ４９を有する。１つまたは両方の長手方向のエッジ４９に沿って、脚部５１が、壁部４７に一体化して結合され得る。１つまたは２つの脚部５１は、外側プレート４２および４４の１つまたは両方に壁部４７を結合する。外側プレート４２および４４に結合された場合には、壁部４７は、熱交換器１２を通る冷媒の運送のために使用される流体用の溝５３を、分離し規定する。溝５３は、１つ以上の冷媒の入口３２と１つ以上の冷媒の出口３４との間に冷媒の流路を提供するように配列される。図１に示される例示的な実施形態においては、熱交換器１２は、２つの入口３２と２つの出口３４とを有して示されるが、代替的に、熱交換器１２がより少なくまたはより多くの入口３２と出口３４とを有することが可能である。
【００２１】
流路は、流体の入口から協同する流体の出口までリードする外側プレートと内部層との間のサンドイッチによって形成される全ての溝を含むと理解される。対照的に、用語流路の「セグメント」は、入口と出口との間の流路の一部を規定するために使用され、それは、流路の全長を通して（流路セグメントに関係する全ての内部層のセクションを通して）、平行な配列で整列される一連の隣合う溝だけが、同一のセグメントに属するものと理解される。
【００２２】
図１ａを参照する。壁部４７を、外側プレート４２および４４に脚部５１を使用して結合することによって、いくつかの利点が得られる。１つの利点は、壁部４７が、比較的薄く作られ得、比較的多数の壁部４７および結合された脚部５１が、外側プレート４２と４４との間に置かれ得るということである。これは、外側プレート４２と４４との間に比較的多くの構造部材を提供する。これはまた、冷媒が圧力下で溝５３を循環するときに、熱交換器の変形に抵抗するように熱交換器１２を構成する。
【００２３】
熱交換器１２は、約３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）と約３００ｐｓｉｇ（２０７０ｋＰａ）との間まで加圧されることを期待され得、つまり、少なくとも約３００ｐｓｉｇ（２０７０ｐｓｉ）までは耐えるように構成され得る。しかしながら、一部の管轄区域においては、熱交換器１２は、使用中に予想される最大の内圧よりさらに高い圧力に耐えることを要求され得る。例えば、熱交換器１２は、一部の管轄区域における地方条例を満たすように約４５０ｐｓｉｇ（３１００ｋＰａ）もの圧力に耐えるように構成され得る。
【００２４】
比較的薄い壁部４７を有することによって、壁部４７に接触するプレート４２および４４の表面積全体が、比較的小さい。これは、プレート４２および４４と溝５３との間の接触する表面積が比較的より大きいことを許容し、それは、プレート４２および４４を選択された温度に維持することを容易とする。壁部４７の厚さは、Ｔｗで示されている。厚さＴｗは、例えば、約０．００８インチ（０．２ｍｍ）であり得る。隣合う溝を規定する壁部４７のペアの間の溝の幅は、Ｗｃで示されるが、約３／１６インチ（４．８ｍｍ）であり得る。溝の幅Ｗｃは、均一である必要がないということ、および、用語「溝の幅」は、外側プレート４２および４４との流体の接触界面がある溝５３の部分に関するということが理解される。
【００２５】
壁部厚さＴｗの溝の幅Ｗｃに対する比は、約１：８より小さくあり得、より好ましくは、約１：１８と約１：２５との間であり、さらに好ましくは、約１：２０より小さく、例えば、１：２２．５のような、約１：２０と約１：２５との間である。
【００２６】
第１と第２のプレート４２と４４との間により多くの構造部材（すなわち、壁部４７）を有することによって、第１および第２のプレート４２および４４の厚さは比較的低く維持され得る。第１および第２のプレート４２および４４の厚さは、それぞれＴｐ１およびＴｐ２で示される。厚さＴｐ１およびＴｐ２は、各々約０．１２０インチ（３ｍｍ）以下であり得る。
【００２７】
壁部４７に連結される脚部５１は、厚さＴｆを有し、それは、壁部４７の厚さＴｗと同じであり得る。脚部５１は、外側プレート４２および４４の外側表面に置かれる材料の冷却において、それらが、ほとんど影響しないように、比較的薄いことが好ましい。脚部５１は、第１および第２のプレート４２および４４に対して、比較的大きな表面積を介して壁部４７と結合することを可能とし、従って、比較的安全かつ密閉された結合を提供し、一方で、壁部４７が比較的薄いことを同時に可能とする。
【００２８】
壁部４７および脚部５１は、一体化し一緒になって、波形にされたシート材料のセクション４０に形成される。溝５３が、入口３２と出口３４との間の一式の選択された平行な流路に沿って冷媒を導くように、複数のそのようなセクション４０は一緒に合わされる。熱交換器１２を通って流れる冷媒の単位量あたりの熱伝達量を大きくするように、一般的には、流路は曲がりくねって作られ得る。用語「曲がりくねる」は、流路セグメントに関して使用され、方向は、徐々に（セクションの境界で、９０度から１８０度の角度の複数の界面を用いて）または即座に（少なくとも１つの鋭角なセクション界面を用いて）部分的に、少なくとも１度はＶ状のパターンで、および、通常はつづら折りのパターンで複数回反転される。例えば、図１３で示されるように、セクション界面での溝のＶ状のパターンが、単独の流路セグメントにおいて複数回繰り返され得る。
【００２９】
波形にされたシート材料のセクション４０を複数合わせて内部層４５を作ることは、流路に対して選択されたルートを提供し、壁部４７と外側プレート４２および４４との両方に関して、比較的薄い壁構造を提供し、そしてまた、これらの有利な特徴を熱交換器１２に、比較的安価に組み込む方法を提供する。それらの平面形状はどうであれ、従来のパズルピースの形状に制限されないが、セクション４０は、パズルのような構成で一緒に合わされる。
【００３０】
用語「波形にされた」は、流体が熱交換器を通り流れる溝の深さおよび幅を規定するように役目を果たすつづら折の折り曲げパターンを規定するために、広く使用される。折り曲げにより形成される形状は、外側プレート４２および４４と少なくとも部分的に平面を共有する表面を含む溝の寸法を規定するという点において重要である。溝の壁の脚部５１に関係するこの共有の表面は、幅Ｗｆを有するが、幅Ｗｆは、波形にされたシート材料の層が、例えば、ろう付けによって、外側プレートに密閉して結合される場合には、外側プレート４２および４４との結合を形成するのに十分な可能な接触面積に関係する。この接触面積は、折り曲げが９０度で形成される場合に最大となるが、部分的に曲線形を有する折り曲げが、やや粗雑な接触面を用いる場合にさえも有利に使用され得るということが理解される。脚部５１が小さいほど、冷媒と外側プレート４２および４４との間に直接的に存在する表面積が大きくなるということが理解される（図１２ｂを参照）。従って、波形の構成は、所望の、密閉表面積の量と直接に流体と外側プレートの接触量との間での選択されたトレードオフを提供するように選択され得る。
【００３１】
セクション４０の選択された構成は、図１で提供される。１つ以上の入口３２および１つ以上の出口３４の間で異なる流路を提供するセクション４０のさらなる構成が、図１１、図１３、図１４、図１５に示される。より詳細には、図１、図１１、図１３は、２つの入口３２および２つの出口３４の間に一式の流路を有する熱交換器１２を示す。図１４および図１５は、１つの入口３２および１つの出口３４の間に一式の流路を有する熱交換器１２を示す。
【００３２】
セクション４０の各々は、１つ以上の隣合うセクション４０に対してゼロでない角度でカットされ得、その結果として、セクションが、それらの外側エッジに沿って一緒に合わされた場合には、波形によって形成された溝５３は、１つのセクション４０から別のセクション４０へ方向を変える。第２のセクション４０は、別のセクションに隣接され、流れの方向が再び変わる、そのようにして、入口３２から出口３４への全体の流路が確立する。セクション４０の各々は、任意の時点で隣接しかつ平行な流路を含み得、すなわち、セクション４０は、互いに反対方向の平行な流路を含み得る。
【００３３】
内部層４５は、それらの外周について、第１および第２のプレート４２および４４を一緒に密閉し結合するための外周リング４８を含み、熱交換器１２の外周から冷媒が漏れ出すことを防ぎ得る。穴付きの取り付けつまみ５０が、支持フレーム１４に熱交換器１２を取り付けるために、外側リング４８に対して提供され得る。つまみ５０は、フレーム１４に取り付くタイロッド１００（図３）をその穴に通して受け取り得る。スペーサー２２は、熱交換器１２の隣合うペアの間および熱交換器とフレーム１４との間で、タイロッド５０に提供され、選択された位置に１つ以上の熱交換器１２を固定する。外側リング４８は、内部層４５（すなわちセクション４０）の溝のあたりに達し、かつ、入口３２および出口３４のあたりに達する。
【００３４】
用語「密閉し」は、３つの層のサンドイッチ（すなわち、２つの外側プレート４２および４４並びに内部層４５）の特性に関して使用され、それは、約５０ｐｓｉｇ（３４０ｋＰａ）から約３００ｐｓｉｇ（２０７０ｋＰａ）までの間の範囲の圧力のような高圧の場合に、３層のサンドイッチから熱交換媒体（例えば冷媒）が抜け出すのを防止する。特に、媒体が冷媒である場合には、熱交換器１２からの冷媒の抜け出しに対する環境面での不安を防止するような、そのような密閉方法で層を結合することが重要である。
【００３５】
熱交換器１２は、シャフトを通す穴５５を有し得、それは、熱交換器１２の両側のスクレーパー２６に連結するために、スクレーピングシステム１５の一部であるドライブシャフト１６が、通り抜けることを可能にする。一部の実施形態に対して熟考されるが、例えば、熱交換器が冷却機として使用される場合には、熱交換器１２は、シャフトが通り抜ける穴５５は必要ない。
【００３６】
内部層４５は、通し穴５５周りのそれらの内周に沿って、第１および第２のプレート４２および４４を一緒に密閉し結合するための内側リング４６を含み、熱交換器１２の内周から冷媒が漏れ出すことを防ぐ。
【００３７】
熱交換器のコンポーネントの各々は、第１および第２のプレート４２および４４、内周および外周のリング４６および４８、ならびに、セクション４０を含むが、金属材料のような適切な材料で作られ得る。
【００３８】
外周リング４８、内周リング４６および脚部５１を外側プレート４２および４４に結合することは、ろう付けのような任意の適切な手段によって実行され得る。
【００３９】
セクション４０のパズルタイプの配列を通る例示的な流路は、図１および図１ａを参照して、次のように記述される。冷媒は、３２ａで示される入口を通り熱交換器１２に入り、内側リング４６に向かいセクション４０ａに沿って進む。セクション４０ａを通り進んだ後に、冷媒の一部は、セクション４０ａの溝５３の終端からセクション４０ｂに向かい、方向を変え、内側リング４６に沿って進む。セクション４０ｂから、冷媒は、セクション４０ｃの中へ、つづいてセクション４０ｄへと進むが、そこで、流体は方向を変え、しばらくの間内側リング４６から遠ざかって流れる。冷媒は、セクション４０ｄから、前にセクション４０ｃを通り４０ｄに向かったのとは異なる一式の流路に沿って、セクション４０ｃの中へ流れ戻る。セクション４０ｃから、冷媒は、セクション４０ｂの中に流れ戻り、その後、セクション４０ａに流れ戻る。流れの矢印５２によって分かるように、冷媒は、３４ａで示される出口に至るまで、セクション４０を通過し続ける。入口３２ａと出口３４ａとの間に見られる流路は、図１に示される熱交換器１２の４分の１を流れ抜ける。熱交換器１２に入る冷媒の一部はまた、熱交換器１２の別の４分の１の中の３４ｂで示される出口に流れることに注意する。冷媒はまた、３２ｂで示される入口を通り同様のパターンで、出口３４ａおよび３４ｂの各々に流れる。
【００４０】
少なくとも一部のセクション４０においては、セクション４０ｂのように、冷媒は、一部の溝５３に沿って一方向に流れかつ別の溝に沿って反対方向に流れるということに注意する。
【００４１】
さらに、セクション４０ｄの部分とセクション４０ｃの部分との間の結合部のような、隣合うセクションの少なくとも一部のペアの結合部においては、冷媒が、ある程度はそれ自身に流れ戻るように、溝５３が鋭角で出合うということに注意する。少なくとも一部の溝５３が鋭角で出合う隣合うセクションとの間の結合部を提供することによって、曲がりくねった流路が提供され得る。
【００４２】
さらに、セクション４０ｂとセクション４０ｃとの間の結合部のような、隣合うセクションの少なくとも一部のペアの間での一部の他の結合部においては、溝５３が鈍角で出合うということに注意する。そのような結合部は、隣合うセクション４０の連続的なペアの間に提供され、１つの方向から別の方向への、冷媒の流路における方向の比較的緩やかな変化を可能とし得る。例えば、図１４および１４ａにおける熱交換器１２によって提供される流路は、セクション４０の隣合うペアの間で、鈍角な結合部だけを含む。図１４および１４ａに示される熱交換器１２においては、流路全体は、熱交換器１２の一般的な環状の形状に従い、それ自身に重なり戻ることのない形状を有する。少なくとも一部の溝５３が鈍角で出合う隣合うセクション４０との間の結合部を提供することによって、流れの方向における変化全体によって被る圧力低下が減らされる。
【００４３】
２つの入口３２および２つの出口３４を提供することによって、冷媒の４分の１の各々によって移動される総距離は、熱交換器の１つの４分の１区だけに限定される。圧力低下は、冷媒によって移動される経路長さに比例して変化するので、これは、熱交換器全体の冷媒の流れの合計によって経験される圧力低下全体を減らす。
【００４４】
冷媒の経路を増やす場合には、当分野において周知のトレードオフがある。一方では、経路長さが長いほど、冷媒がそれと接触する材料から熱を取り除かねばならない時間が増大し、それは熱伝達をより効果的にする。経路が短いほど、冷媒を動かすために要求される圧力は減少し、従って、冷媒の流れを駆動するコンプレッサーなどが、より楽に働くようにする。セクション４０の多数のパズルタイプの配列が、熱交換器１２において使用され得る。図１および図１３において示される配列は、様々なサイズのユニットに対して、より長い経路長とより短い経路長との間のトレードオフを最適化することが知られており、一方で、プレート表面の全てをカバーすることを提供する。
【００４５】
内部層４５は、外側リング４８で作られる外側境界部、波形にされたシート材料のセクション４０で作られる流れの部分、および、必要な場合に提供される内側リング４６で作られる随意的な内側境界部を備える。流れの部分は、内部層４５の面積の約５０％から約９５％の間の面積をカバーし得るが、それは、熱交換器１２がシャフトを通す穴５５を有すか否か、および熱交換器１２の全体のサイズのような、一定の要因に依存する。一部の実施形態においては、流れの部分は、内部層４５の面積の約７５％から約９０％の間をカバーし、好ましくは、内部層４５の面積の少なくとも約８５％、さらに好ましくは、内部層４５の面積の少なくとも約８８％をカバーし得る。
【００４６】
スクレーピングシステム１５が記述される。中心シャフト１６は、ほぼ平行な位置で垂直方向に並べられる熱交換器１２を通り抜けるが、それは、１対の軸受け１８によって、フレーム１４の外側に支持され得る。シャフト１６は、ギアボックス１０３を介してモーター１０２によって駆動される。複数のネジロッド１００は、支持ブラケット２０に取り付けられる穴の開いたつまみ５０の穴１０１を通り抜ける。ロッド１００、ブラケット２０、スペーサ２２は、図３に示されるように、垂直状態で熱交換器１２を保持し得、それらはナット２４によって定位置に固定される。
【００４７】
図４に示されるように、最も外側の熱交換器とフレーム１４との間に、外側スクレーピングデバイス２６が置かれるが、一方で、図８に示される内側スクレーピングデバイス２８は、２つの熱交換器１２の間に置かれる。
【００４８】
冷媒は、複数のコネクション３０（図３）を通りマシン１０に入り、そして、入口３２（図２）を通って熱交換器１２の各々の中にポンプされる。いったん、冷媒が熱交換器１２を通り抜けると、それは、出口３４（図２）を通り外に出、そしてコネクション３０（図３）を通って出てゆく。冷却されるべき真水、塩水またはあらゆるほかの液体は、シャフト１６を通りマシン１０の中にポンプされ、その後、ノズル３６から熱交換器１２の表面にスプレーされる。最も外側の熱交換器をすり剥がすスクレーピングデバイス２６のために、ノズル３６は、スクレーパー２６の後方のセクションに配置される。２つのプレートを同時にすり剥がすスクレーピング機構２８にノズル３６を設けることは可能ではあるが、それらを別個のスプレーチューブ９２に設けることが好ましい。スクレーピングデバイス２６、２８は、シャフト１６によって回転され、熱交換器１２の表面から氷と水の混合したものを取り除き、それらをフード３８に落下させる。いったんフード３８に入ると、氷と水の混合したものは、格納タンク（図示されていない）にポンプされ、そこで氷が分離され、水が再び製氷機１０にポンプされ戻される。複数の断熱パネル６０が、フレームにボルトどめされ、断熱された区画を作る。
【００４９】
図４〜図１０に関連して、スクレーピングデバイスの実施形態が示される。図４は、ベースプレート５６（図５に示される）の使用によってシャフト１６にボルトどめされるキャリアチューブ５４を備える外側スクレーピングデバイス２６を示す。図６Ｂに示されるトップウェッブ６２は、キャリアチューブ５４の端部に溶接されるが、一方で、ミドルウェッブ６４（図６Ｃに示される）は、チューブ５４に沿って等しく間隔を空けられ、ボトムウェッブ６６（図６Ｄに示される）は、シャフト１６の近くで、チューブ５４のベースに溶接される。複数のスクレーパー５８は、キャリアチューブ５４の全長に沿い、ピボットシャフト６８によってウェッブに固定されるが、ピボットシャフトは、図７に示されるが、その肩７０がそれを定位置に固定する。スクレーパー５８は、好ましくは、スラリーアイスを製造するためにはプラスチック、フレークアイスのためには金属である。
【００５０】
図６Ａおよび６Ｂを参照すると、第１のバー７４が各ウェッブのスロット７２に置かれていて、ウェッブは、第１のバー７４およびウェッブの両方に溶接された第２のバー７６を有する。ゴムのバンパー７８が、第１のバー７４と第２のバー７６との間に置かれる。ゴムのバンパー７８は、スクレーパー５８を押してバー７４から遠ざけ、フラットプレート熱交換器１２にスクレーパーの角８０を押し付ける。スクレーパー５８の形状は、角８０が擦り減り、第２の角を使用する場合には、単に裏返されることを可能とし、それによって、スクレーパーの寿命を延ばす。複数のノズル３６が、スクレーパー５８から見てキャリアチューブ５４の反対側に沿ってある。水がシャフト１６の中にポンプされると、それは、キャリアチューブ５４の内部を通って上昇し、チューブ５４がシャフトと一緒に回転するとき、水がノズル３６からスプレーされる。
【００５１】
図８は、内側スクレーピングデバイス２８を示し、それは、２つのフラットプレート熱交換器１２の間で使用される。内側キャリア８２があり、それは、ベースプレート５６（図５）に溶接されシャフト１６にボルトどめされる。追加的な中空のキャリア８４が、内側キャリア８２に被さってスライドし、それをすっぽりと包む。取り外し可能なボルト８６が、中空のキャリア８４を内側キャリア８２に固定し、そうすることにより、シャフト１６に固定する。複数のウェッブ８８が、中空のキャリア８４に溶接される。２つのスクレーパーのグループ５８があり、２つの別個のピボットされるシャフト６８（図７に示される）によってウェッブ８８に固定される。キャリア８４の全長に沿ってスクレーパー５８の各ペアは、バンパー７８によって離される。バー９０がウェッブ８８に溶接され、バンパー７８を定位置に固定する。バンパー７８は、スクレーパー５８を押して互いを遠ざけ、かつ、それぞれの熱交換器１２に向かって押す。この設計は、内側スクレーピングデバイスのメンテナンスを容易とする。フラットプレート熱交換器１２を取り除くのではなく、必要なことは、ボルト８６を取り除くことであり、中空のキャリア８４は、熱交換器の間からスライドアウトし得る。さらに、キャリア８４は、熱交換器１２の直径の半分よりも小さいので、製氷機まわりに必要なサービスエリアは小さい。
【００５２】
図１０に示されるように、内側キャリア８２から見てシャフト１６の反対側にスプレーチューブ９２があり、それは、ベースプレート５６に溶接されシャフト１６にボルトどめされる。スプレーチューブ９２の全長に沿って複数のノズル３６がある。水がシャフト１６の中に流れ込むと、スプレーチューブ９２を通って流れ、ノズル３６から出、熱交換器１２の表面にスプレーされる。
【００５３】
図１６は、プレートが水平に置かれる製氷機の代替的な実施形態を示す。これは、例えば、漁船の船上で、高さが限られる場合の状況下で有利である。図１６を参照すると、そこでは、類似する部分は似た番号づけがされているが、製氷機２１０は、ボトムフレーム２０８によって支持されるトップフレーム２０９の中に複数のフラットプレート熱交換器１２を備える。中心のシャフト１６は、ほぼ平行な位置で水平に並べられる熱交換器１２を通り抜けるが、それは、トップフレーム２０９の外側の上および収集パン２０６の下で、一対の軸受けケーシング１８によって支持される。
【００５４】
最も外側の熱交換プレートとトップフレーム２０９との間に、外側スクレーピングデバイス２０１が置かれるが、一方で、内側スクレーピングデバイス２０２は、２つの熱交換器１２の間に置かれるれる。冷媒は、複数のコネクションを通りマシン２１０に入り、その後、熱交換器１２の各々の中にポンプされる。真水、塩水またはあらゆる他の液体は、シャフト１６を通りマシン２１０の中にポンプされ、その後、スクレーピングデバイス２０１、２０２のノズルから熱交換器１２の表面にスプレーされる。スクレーピングデバイス２０１、２０２は、シャフト１６によって回転され、熱交換器１２の表面から氷と水の混合したものを取り除く。氷は、スクレーピングデバイス２０１、２０２を外側の方に向けることによって、外側方向に方向づけられて押される。氷がプレート１２の最も外のエッジを通過すると、それはパン２０６の中に落下する。図１７は、パン２０６の平面図を示す。パン２０６には、シャフト１６に付属されるスイーピングデバイス２０３があり、シャフト１６と一緒に回転し、氷を掃いてパン２０６の中に落とす。パンは、穴のあいたセクション２１２を有する。スイーパー２０３が穴の開いたセクション２１２を通過するとき、氷は、穴の開いたセクション２１２を通って落下し、受け皿２０５に着地する。その後、氷は出口２０４を通って製氷機から格納タンク（示されていない）の中へポンプされ、そこで氷は分離され、水はポンプされ製氷機２１０へ戻る。傾斜したコーナー２０７は、氷がパン２０６の中に落ちたときに、それが、スイーパー２０３によって手の届く位置のパン２０６のセクションに滑って落ちる。
【００５５】
スクレーピングデバイス２０１、２０２は、図１８に示されるが、複数のスクレーパー２２０を有するキャリアを備える。スクレーパー２２０の各々は、トップセクション２２６を有するホルダ２２３、リアセクション２２４、およびフロントセクション２２５、ならびに、スクレーピングエレメント２２１を保持するための２つのサイドセクション２２２を有する。圧縮性のバンパー２３０は、熱交換プレート１２との接触を保つスクレーピングエレメント２２１に外向きの圧力を維持する。
【００５６】
スクレーパー２２０は、連続するスクレーパー２２０が、単独のスクレーパー２２０の幅程度離れるように、キャリアに沿って間隔をあけられる。シャフトの反対側のスクレーパー２２０は、すべてのスクレーパー２２０によって辿られる環状経路が反対側のスクレーパーを通過するように、キャリアに沿って並べられる。スクレーピングエレメント２２１は、氷をプレート１２のエッジに向け、最後には越えるように押すように外向きに傾けられたスクレーピングエッジ２２９を有する。連続するスクレーピングエレメントは、シャフトに近いものはキャリアの全長方向に並行により近く角度づけられ、プレート１２のエッジに近いものはキャリアの全長方向に垂直により近く並べられるように、次第に外向きに角度づけられ得る。別々に角度づけられたスクレーピングエレメントは、設計にとって必須条件ではない。ピン２２７は、スクレーピングエレメントをホルダ２２３に連結するように使用され、穴２２８に固定されるスクリューネジは、ピン２２７を定位置に保つ。
【００５７】
最も外側の外側プレート１２をすり剥がす外側スクレーピングデバイス２０１の場合には、スクレーパー２２０は、シャフトにボルトどめされるキャリアに溶接される。プレートの間に置かれ、それらのプレートの側面を同時にすり剥がす内側スクレーピングデバイス２０２は、中空のキャリアに溶接されたスクレーパー２２０を有し、シャフトにボルトどめされた内側キャリア８２の上を滑らされる。ノズル（示されていない）は、凍らされるべき液体をスプレーするために、キャリアからプレート１２に向けられる。
【００５８】
図においては、内部層は、複数のセクションからできているとして示されており、パズルのようなやり方で一緒にはめ合う。各セクションは、複数の壁部および脚部を含むとして記述され、全てがそのセクションの部分として一体に結合される複数の流体用の溝を規定する。壁部４７の各々が、長手方向のエッジ４９の一方または両方に沿って、それに一体的に連結される脚部５１を有する独立したピースであることも代替的に可能である。言い換えると、関連する１つまたは２つの脚部５１を有する壁部の各々が、外側プレートに独立して連結される独立したピースであることが必要に応じて可能である。
【００５９】
図においては、製氷機は、各熱交換器の両側をすり剥がすためにスクレーパーを含む。１つ以上の熱交換器のために、片面をすり剥がすための単独のスクレーパーだけを有することが代替的に可能である。
【００６０】
図においては、製氷機は、複数の熱交換器１２を含むとして示されている。任意の製氷機に対して、単独の熱交換器１２を含むことが、代替的に可能である。そのような代替案においては、マシンは、一方または両方の外側表面に外側スクレーパー２６を含み得るが、内側スクレーパー２８は含まれないということが理解される。
【００６１】
製氷機１０は、液体源を経て液体供給システム１７を通りノズル３６から排出される、凍らされるべき液体を提供するとして記述された。凍らされるべき液体を、別の方法で提供することが代替的に可能である。例えば、図２２を参照すると、密閉されたハウジング９７が提供され得、それは、内部チャンバー９９を規定し、その中に熱交換器１２ならびにスクレーパー２６および２８が置かれる。凍らされるべき液体は、ハウジング９７の一方の側壁など、適切な任意の場所に置かれ得るチャンバーの注入口１０１を経てチャンバー９９の中に導かれ得る。チャンバー９９は、凍らされるべき液体によって実質的に満たされ得る。従って、熱交換器１２は、凍らされるべき液体の中に沈められる。氷が熱交換器１２の上にできたとき、スクレーパー２６および２８は、その氷をすり剥がす。チャンバー９９のトップで連結される適切なコンジットの中にそれを収集することによるなど、任意の適切な手段によって、氷は収集され得る。
【００６２】
図２２ａを参照すると、密閉されたハウジング９７は、ほぼ円筒形であり得、１枚または２枚のフラットなシート３０１から構成され得、そのシートは、円筒形に曲げられた断熱材料であって、そのエッジで密閉されるのが好ましい。チャンバー９９は、好ましく断熱されたエンドパネル３０２（図２２）によって、その端部で密閉される。代替的に、密閉されたハウジングは、ほぼ長方形であり得る。
【００６３】
ハウジング９７は、凍らされるべき液体の漏れを防ぐために、そこを貫通し回転するシャフト１６の周りを密閉する。この密閉は、複数のパッキングリングによるように、任意の適切な手段によって達成され得る。
【００６４】
マシン１０の代替的な構成が可能である。液体を冷却するが凍らせない冷却機として構成される場合には、スクレーパーシステム１５は要求されない。液体は、液体をチャンバー９９の中へおよび外へポンプすることによって、熱交換器１２と接触させられ得る。ポンピングの速さは、熱交換器１２によって、液体がどの程度まで冷却されるかを決定する。
【００６５】
上記は、本発明の実施形態を構成するが、本発明が、伴う特許請求の範囲の公正な意義から逸脱することなく変更を可能とすることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従う熱交換器の透けて見える平面図である。
【図１ａ】図１ａは、図１に示される熱交換器の透けて見える平面図であり、熱交換器を通る冷媒によってとられる流路を明快に説明するために取り出された個々の流体用の溝を伴う。
【図２】図２は、図１に示される熱交換器を組み込んだ本発明の別の実施形態に従う製氷機の正面図であり、一部は架空である。
【図３】図３は、図２のライン３−３に沿って切られた断面図である。
【図４】図４は、プレートの片側をすり剥がすためのスクレーピングデバイスの側面図である。
【図５】図５は、スクレーピングデバイスをシャフトに連結するベースプレートの端面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図４におけるスクレーピングデバイスのトップウェッブの平面図であり、それに連結されたスクレーパーを伴う。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａのトップウェッブの平面図であり、スクレーパーを除く。
【図６Ｃ】図６Ｃは、スクレーパーのミドルウェッブの平面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、スクレーパーのボトムウェッブの平面図である。
【図７】図７は、スクレーパーをウェッブに連結するピボットシャフトの側面図である。
【図８】図８は、２つのプレートの間で使用されるスクレーピングデバイスの側面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図７におけるスクレーピングデバイスのトップウェッブの平面図であり、それに連結された一対のスクレーパーを伴う。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａにおけるウェッブの平面図であり、スクレーパーを除く。
【図１０】図１０は、図８のスクレーピングデバイスで使用されるスプレーチューブの側面図である。
【図１１】図１１は、プレートの間の代替的のパズルタイプにおけるセクションの平面図である。
【図１１ａ】図１１ａは、図１１に示される熱交換器の透けて見える平面図であり、熱交換器を通る冷媒によってとられる流路を明快に説明するために取り出された個々の流体用の溝を伴う。
【図１２ａ】図１２ａは、図１に示される熱交換器の部分の拡大断面側面図である。
【図１２ｂ】図１２ｂは、図１２ａに示される熱交換器の部分の代替構成の拡大断面側面図である。
【図１３】図１３は、プレートの間の別の代替的のパズルタイイプ配列のセクションの平面図である。
【図１４】図１４は、デバイスが１つだけの入口と１つだけの出口を有する場合の、パズルタイプ配列のセクションの平面図である。
【図１４ａ】図１４ａは、図１４に示される熱交換器の透けて見える図であり、熱交換器を通る冷媒によってとられる流路を明快に説明するために取り出された個々の流体用の溝を伴う。
【図１５】図１５は、１つだけの入口と１つだけの出口がある場合の、別のパズルタイプ配列の平面図である。
【図１６】図１６は、製氷機の代替の実施形態の正面図であり、熱交換器は、水平に置かれる。
【図１７】図１７は、水平の実施形態の収集パンおよびスイーパー配列の平面図である。
【図１８】図１８は、水平なプレートでの使用のためのスクレーピングデバイスの平面図である。
【図１９】図１９は、２つの水平なプレートを同時にすり剥がすための１対のスクレーパーの側面図である。
【図２０】図２０は、水平なプレートをすり剥がすための単独のスクレーピングエレメントの側面図である。
【図２１】図２１は、水平なプレートと接触するスクレーピングエレメントの平面図である。
【図２２】図２２は、本発明の別の実施形態に従う製氷機の部分的に透けて見える透視図である。
【図２２ａ】図２２ａは、図２２に示されるハウジングの側面図である。
【図１】
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【図１ａ】
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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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【図６ａ】
2008503706.tif 000009
【図６ｂ】
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【図６ｃ】
2008503706.tif 000011
【図６ｄ】
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【図７】
2008503706.tif 000013
【図８】
2008503706.tif 000014
【図９ａ】
2008503706.tif 000015
【図９ｂ】
2008503706.tif 000016
【図１０】
2008503706.tif 000017
【図１１】
2008503706.tif 000018
【図１１ａ】
2008503706.tif 000019
【図１２ａ】
2008503706.tif 000020
【図１２ｂ】
2008503706.tif 000021
【図１３】
2008503706.tif 000022
【図１４】
2008503706.tif 000023
【図１４ａ】
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【図１５】
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【図１６】
2008503706.tif 000026
【図１７】
2008503706.tif 000027
【図１８】
2008503706.tif 000028
【図１９】
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【図２０】
2008503706.tif 000030
【図２１】
2008503706.tif 000031
【図２２】
2008503706.tif 000032
【図２２ａ】
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【国際調査報告】
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