(57)【要約】毛細管レジスタを含む熱交換器であって、毛細管を通して冷却する液及び／又は加熱液を流通させ、毛細管において液体と逆流するように空気を流通させる。毛細管レジスタは少なくとも１つの毛細管マットを含み、毛細管マットが、液体を流通させる網状に接続した縦方向毛細管（１）及び横方向毛細管（２）から形成される。少なくとも前記縦方向毛細管がそれぞれ、液体供給用の共用分岐（３）と、液体排出用の共用分岐（４）に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
毛細管レジスタを有する熱交換器であって、前記毛細管レジスタを通して冷却する液及び／又は加熱する液を流通させ、前記毛細管レジスタにおいて液体と逆流するように空気を流通させる、前記熱交換器が、
前記毛細管レジスタが少なくとも１つの毛細管マット（１０）を含み、前記毛細管マット（１０）が、液体の流路網となるよう互いに接続した縦方向毛細管（１）及び横方向毛細管（２）から形成され、少なくとも前記縦方向毛細管（１）がそれぞれ、前記液体の供給用又は排出用の１つの分岐（３、４）に接続すること、
を特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記液体が流れる経路を調整するために、個々の前記縦方向毛細管（１）及び／又は前記横方向毛細管（２）において前記液体の流路を遮断すること、を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記毛細管マット（１０）の少なくとも１つの分岐（４）が、これに平行な前記毛細管マット（１０）の辺の長さより短いこと、を特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記毛細管マット（１０）の内部又は端部に切抜き部（６、８）を設けること、を特徴とする請求項２又は３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記毛細管マット（１０）における前記液体経路を蛇行させること、を特徴とする請求項２から４のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記毛細管マット（１０）内で前記液体経路を蛇行させる程度を変えること、を特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記縦方向毛細管（１）が、前記分岐（３、４）に対して９０°の角度で延在し、前記横方向毛細管（２）が分岐（３、４）に対して５°から２０°の角度で延在すること、を特徴とする請求項１から６のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記縦方向毛細管（１）及び前記横方向毛細管（２）がそれぞれ、前記分岐（３、４）に対して斜めに延在すること、を特徴とする請求項１から６のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記縦方向毛細管（１）及び前記横方向毛細管（２）がそれぞれ、前記液体の供給用及び排出用の分岐（３、４）に対して４５°の角度で延在し、前記分岐（３、４）に直接接続すること、を特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記毛細管レジスタが互いに並列に配置した複数の毛細管マット（１０）を含み、前記毛細管マットが、その一方の側に前記液体の共用供給ライン（１２）を有し、これと対向する側に前記液体の共用排出ライン（１３）を有すること、
を特徴とする請求項１から９のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記毛細管が親水性又は拡水性の表面を有すること、を特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記毛細管をフリースで覆うこと、を特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記毛細管を拡水性の材料からなる層で覆うこと、を特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記親水性又は拡水性の表面を湿潤させる液体を供給する装置を備えること、を特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記縦方向毛細管（１）及び前記横方向毛細管（２）に液体を供給する／から液体を排出するために、前記毛細管マットが少なくとも１つの切抜き部（２３）を有し、前記切抜き部（２３）に密閉状態のチャンバ（２０、２１）を形成し、少なくとも１つの縦方向毛細管及び／又は横方向毛細管（２）が前記チャンバ内へと開口し、前記密閉状態のチャンバが、液体供給源から前記液体を供給する接続ライン又は前記液体を排出する液体排出口へと前記マット面外に接続すること、
を特徴とする請求項１から１４のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記毛細管マットが２つのプラスチック材料フィルム（２２、２５）を含み、前記２つのプラスチック材料フィルム（２２、２５）の面同士を接続させると、前記２つのプラスチック材料フィルム（２２、２５）のうちの一方が凸状の隆起部（１．１、２．１）を、そしてもう一方が前記隆起部と相補的な凹部（１．２、２．２）を有することで、前記縦方向毛細管（１）と前記横方向毛細管（２）が形成されること、
を特徴とする請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記切抜き部（２３）が前記プラスチック材料フィルムのうちの一方（２２）にのみ存在し、前記プラスチック材料フィルムの他方（２５）は、前記切抜き部（２３）に対向する領域において連続していること、を特徴とする請求項１６に記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記切抜き部（２３）をカバー（２４）で囲み、前記切抜き部（２３）を有する前記プラスチック材料フィルム（２２）に対してこれと連続するように前記カバー（２４）を接続すると、前記プラスチック材料フィルム（２２）に面する前記カバー（２４）の表面が、前記フィルム（２２）の輪郭に適応すること、
を特徴とする請求項１７に記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記カバー（２４）に取り付けたタイロッド（２６）をチャンバ（２０）内に提供し、前記チャンバ（２０）内で、切抜きのない前記プラスチック材料フィルム（２５）の前記マット面に延在する平坦な領域に前記タイロッド（２６）を接続させること、
を特徴とする請求項１８に記載の熱交換器。
【請求項２０】
前記タイロッド（２６）の断面がそれぞれ、隆起部又は凹部（１．２、２．２）が囲む前記切抜きのないプラスチック材料フィルム（２５）の平坦な領域に対応すること、
を特徴とする請求項１９に記載の熱交換器。
【請求項２１】
前記２つのプラスチック材料フィルム（２２、２５）同士の接合、前記カバー（２４）と前記切抜きのあるプラスチック材料フィルム（２２）の接合、そして前記タイロッド（２６）と前記切抜きのないプラスチック材料フィルム（２５）の接合が、溶接接合であること、
を特徴とする請求項１９又は２０に記載の熱交換器。
【請求項２２】
少なくとも１つの毛細管マットを含む毛細管レジスタを有する熱交換器であって、前記毛細管マットが縦方向毛細管（１）と横方向毛細管（２）を含み、前記縦方向毛細管（１）と前記横方向毛細管（２）が、冷却する液及び／又は加熱液を受け付けると共に液体の流路網となるよう相互に接続する、前記熱交換器が、
前記縦方向毛細管（１）と前記横方向毛細管（２）がそれぞれ、前記毛細管マットの端部辺に対する一定の角度で延在し、
前記端部辺の少なくとも１つにおいて、互いに交差する縦方向毛細管（１）と横方向毛細管（２）を含む一対の毛細管が、前記毛細管マット外に延在する前記液体供給用又は前記液体排出用の共用接続管（２８）に接続し、
前記接続管（２８）が、前記接続管（２８）の数より少ない横断管（２９）を介して互いに接続し、前記横断管（２９）の自由端がそれぞれ、前記液体を供給又は排出する分岐管（３０）の外壁における開口部において開口していること、
を特徴とする熱交換器。
【請求項２３】
前記毛細管マット、前記接続管（２８）、及び前記横断管（２９）が２つのプラスチック材料フィルムを含み、前記フィルムの一方が凸状の隆起部を、そして前記フィルムの他方が前記隆起部と相補的な凹部を有することで、前記フィルムの面同士を接合させると、前記縦方向毛細管（１）及び前記横方向毛細管（２）、前記接続管（２８）、並びに前記横断ライン（２９）が形成されること、
を特徴とする請求項２２に記載の熱交換器。
【請求項２４】
前記縦方向毛細管（１）及び前記横方向毛細管（２）、前記接続管（２８）、並びに前記横断管（２９）のそれぞれの内断面が互いに等しいこと、を特徴とする請求項２３に記載の熱交換器。
【請求項２５】
前記分岐管（３０）内へと開口する前記横断管（２９）の端部において、前記プラスチック材料フィルムをそれらの間で切り抜くこと、を特徴とする請求項２３又は２４に記載の熱交換器。
【請求項２６】
請求項１１から１４のうちの一項に記載の熱交換器を、除湿を行うよう動作させる方法であって、
前記親水性又は拡水性の表面を吸着溶液で均一に湿潤させ、前記毛細管レジスタを流れる前記液体が、前記空気から回収した水分の濃縮熱を放出すること、
を特徴とする方法。
【請求項２７】
前記吸着溶液が塩化リチウム水溶液であること、を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１１から１４のうちの一項に記載の熱交換器を、加湿を行うように動作させる方法であって、
前記親水性又は拡水性の表面を水で均一に湿潤させ、前記毛細管レジスタを流れる前記液体が、加湿を行うのに必要な水の気化熱を供給すること、
を特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１から２５のうちの一項に記載の少なくとも２つの熱交換器（１７、１８）を空調機器で使用することであって、
前記空調機器において、前記液体を密閉状態で連続的に循環するように流通させ、前記第１の熱交換器（１７）を進入空気（１６）の冷却及び除湿に使用し、前記第２の熱交換器（１８）を、排出空気（１９）による前記液体の冷却に使用すること、
を特徴とする使用。
【請求項３０】
前記排出空気（１９）が前記第２熱交換器（１８）を流れる前に、前記空気（１９）をその露点温度まで断熱的に冷却すること、を特徴とする請求項２９に記載の使用。
【請求項３１】
前記第１の熱交換器（１７）の前記毛細管の前記親水性又は拡水性の表面を吸着溶液で湿潤させ、前記第２の熱交換器（１８）の前記毛細管の前記親水性又は拡水性の表面を水で湿潤させること、を特徴とする請求項２９又は３０に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の序文に記載した熱交換器、該熱交換器の操作方法、及び空調機器における少なくとも２つの該熱交換器の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
毛細管は、例えば空気／水の熱交換器での使用に良く適している。毛細管はその製造材料が比較的少なくて済むと共に安価でもあり、熱交換を行うための外表面が比較的大きく、例えば平板熱交換器に比べてその熱交換値が数倍高い。さらに、それらは水及び吸着溶液に対して耐食性がある。０．５から５ｍｍの外径を有する軟質プラスチック材料の管を毛細管と称する。
【０００３】
一般的には複数の毛細管を組み合わせてマット状とするが、その際、管同士を互いに約１０から２０ｍｍ離間させて並列配置し、片方の端は水又は別の加熱する液又は冷却する液流入用の共用分岐に接続させ、他方の端は水又はその他の加熱する液又は冷却する液返流用の共用分岐に接続させる。毛細管はスペーサによってそれぞれの位置に保持される。かかるマットは、例えば特許文献１に示されている。しかし、それらの毛細管マットの熱交換器に対する性能はまだ満足できるものではない。またスペーサを使用するため、毛細管マットを製造する材料費が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許第１９６４０５１４Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は熱交換器を提供することであり、本発明の熱交換器は冷却する液又は加熱する液を流通させる毛細管レジスタを有し、該毛細管レジスタでは液体と逆流するように空気が流れ、少なくとも従来の毛細管マットを使用した熱交換器よりも高い効率を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本目的は、請求項１の特徴を有する熱交換器により本発明で達成される。この熱交換器の有利な展開、かかる熱交換器を動作させる好適な方法、そして１つの空調機器における少なくとも２つの熱交換器の適切な使用を、従属請求項で明らかにする。
【０００７】
毛細管マットが、液体の流路網となるよう互いに接続した縦方向毛細管と横方向毛細管から形成した少なくとも１つの毛細管マットを含み、液体を供給又は排出するための１つの分岐に少なくとも縦方向毛細管のそれぞれを接続させることで、縦方向毛細管のみからなるマットを使用する場合に比べて熱交換器の表面が各段に拡大して、可能性としては二倍にすることもできるため、それによって熱交換器の効率も向上する。横方向毛細管により縦方向毛細管同士が相互に確実に離間されるため、スペーサを省略できるが、横方向毛細管の材料費はスペーサの材料費にほぼ相当すると考えられる。
【０００８】
縦方向毛細管と横方向毛細管を有するマットの構成では、個々の縦方向毛細管及び／又は横方向毛細管における流路を必要に応じて遮断することで、マット内の液体が流れる進路を調整できる。その結果、マットの内部と端部の両方に凹所を備えることができる、又はマット内で液体が蛇行して流れる経路を調整することができる。毛細管のそれぞれの端部における液体の供給及び／又は排出ラインを、マットの対応する辺より短くして、これらを流れる冷却又は加熱すべき空気の流れを妨げないようにすることもできる。
【０００９】
縦方向毛細管と横方向毛細管が互いに直角に延在するように、マットの毛細管を配置してもよい。ただし、縦方向毛細管と横方向毛細管を直角から５°から２０°ずらした角度で交差させれば、流れる経路に対してより有利となる。縦方向毛細管と横方向毛細管を直角に交差させながら、それぞれをマットの端部に対して、そして分岐に対して４５°傾斜させれば、特に有利である。この場合には、縦方向毛細管と横方向毛細管は分岐に直接接続する。
【００１０】
加湿又は除湿を行うように熱交換器を動作させる場合、毛細管の外表面の構成を親水性又は拡水性とし、加湿の場合には水で、そして除湿の場合には吸着溶液で、可能な限り均一に表面を湿らせる。均一に湿らせるために、毛細管の表面にフリース又は拡水性材料の層を使用することを推奨する。加湿に必要な気化熱は毛細管を流れる液体が提供するものとし、除湿中は付随する濃縮熱を液体に吸収させなければならない。
【００１１】
吸着溶液の必要量を可能な限り少なくするために、均一に湿らせることが必要である。液体と空気との間で所望の熱交換が行われるようにしたいため、吸着溶液による熱の吸収は熱損失にあたり、悪影響を与える。しかし、使用する吸着溶液の量が多ければ、この熱損失も大きくなる。そのため、毛細管を流れる液体の量に対する吸着溶液の量の比率は５％未満、好適には１％未満とすべきである。ただしこれは、毛細管を可能な限り均一に湿潤させることによってのみ達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内部切抜き有する毛細管マットを示す図である。
【図２】端部切抜きを有する毛細管マットを示す図である。
【図３】長さを短くした液体排出用分岐を有する毛細管マットを示す図である。
【図４】液体経路を蛇行させた毛細管マットを示す図である。
【図５】縦方向毛細管と横方向毛細管を、分岐に対してそれぞれ４５°の角度で延在させた毛細管マットを示す図である。
【図６】複数の並列な毛細管マットを有する熱交換器を示す図である。
【図７】空調機器の概略図である。
【図８】毛細管マットの表面に液体流通チャンバを有する熱交換器の平面図である。
【図９．１】図８に示す毛細管マットの上フィルムと上部チャンバのカバーの断面図である。
【図９．２】毛細管マットの２つのフィルムを接合する前の図８の上部チャンバの断面図である。
【図９．３】毛細管マットの２つのフィルムを接合した後の図８の上部チャンバの断面図である。
【図９．４】図９．３に示すチャンバの水平方向断面図である。
【図１０】構成を変更したチャンバの垂直方向断面図である。
【図１１】毛細管マットの領域外に収集管を有する熱交換器の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に示す実施形態に関して本発明をより詳細に説明する。
【００１４】
図１は、互いに直角に交差した縦方向毛細管１と横方向毛細管２を有する毛細管マットを示す図であり、それらの毛細管１及び２の内部はそれぞれ、交差点において互いに接続されているため、一方の毛細管を流れる液体が他方の毛細管に入り込むことができる。縦方向毛細管１の上端は全て、好適には水である液体を供給するための分岐３に接続し、縦方向毛細管１の下端は全て、液体を排出するための分岐４に接続する。液体は矢印５の示す方向にマットを通って移動するが、液体は縦方向毛細管を流れるだけでなく、横方向毛細管２にも流れている。横方向毛細管２は縦方向毛細管１と同じ相互離間を有するため、その全長は縦方向毛細管１の全長と等しく、そのため熱交換に利用できる表面は、縦方向毛細管のみからなるマットの場合の２倍になる。そのため効率も高い。横方向毛細管２により、縦方向毛細管１の相互離間は確実に不変である。そのため、スペーサを省略できる。
【００１５】
図１における毛細管マットは毛細管のない内部切抜き部６を含む。切抜き部６で開口する毛細管は、その直前にクランプ７を備える構成であるため、そこから液体が出ることはなく、あらかじめ交差する毛細管内に導かれ得る。
【００１６】
格子状の毛細管マットの製造は比較的単純である。まず、それぞれが毛細管の半分の輪郭を有する半部を２つ作成し、その後、これら２つの半部同士を接合する。マットが完成すると毛細管の圧着を行うことができるが、この際関連する毛細管を押圧して、圧縮した内壁を熱供給によって接合する。
【００１７】
図２に示す毛細管マットは図１に示す毛細管マットに対応するものであるが、図２には内部切抜き部が存在せず、端部切抜き８が存在する。
【００１８】
図３に示す毛細管マットの場合には、液体を排出する下部分岐４が非常に短いが、この分岐に接続しない縦方向毛細管１の下端にクランプ７が備わっているため、液体はここから横方向毛細管２を通って分岐４に接続した縦方向毛細管１へと導かれる。液体の流路を広範囲に渡って均一にするために、分岐に接続する又は直接当接する縦方向毛細管１に、圧着によって形成した障壁９をさらに備えることで、それらの流路を流れる液体は、分岐４へと迂回することによってのみ流れることになる。
【００１９】
図４に示す毛細管マットは２つの障壁９を備えており、それらの障壁は縦方向毛細管１を圧着することによって得られると共に、それぞれ横方向毛細管２の方向においてマットの対向する端部から毛細管２の幅の半分を越えて延在する。その結果、液体の流路は迂回した形で延在することとなる。液体の流量を最小値未満にしてはならないため、液体／空気量比が小さい場合に、この構成は実用的なものとなる。なぜなら、そうでなければ液体と空気との間の熱交換が低下し液体の流れが不均一になるためである。
【００２０】
縦方向毛細管のみへの液体供給を有し、互いに直交する縦方向毛細管と横方向毛細管を有する図１から図４に示す毛細管マットの場合には、接続点において液体が９０°偏向することになる。これにより、横方向毛細管にも十分な流れが生じることになるが、直角ではなく、直角から約５°から２０°それた角度で延在する横方向毛細管によって流れを改良することができる。その結果、横方向毛細管を流れる液体の一部の流れが増し、液体と空気との間の熱交換が向上する。
【００２１】
図５は毛細管マットの特に有利な形状を示す図である。縦方向毛細管１と横方向毛細管２は実際には同様に直角に交わっているが、分岐３及び４に対してそれぞれ４５°の角度で延在すると共に、それぞれが分岐３及び４に直接接続している。液体は分岐３を出て縦方向毛細管１と横方向毛細管２の両方に直接流入するため、それらの毛細管には同程度の供給が行われ、それらの間でわずかに液体の交換が行われる。しかし、縦方向毛細管１及び横方向毛細管２の熱交換容量が互いに等しいことが保証されるため、最適な効率が達成される。
【００２２】
図６は、例えば図１から図５に示す格子状毛細管マットの空気／水熱交換器での使用を示す図である。側面図に示す毛細管マット１０は、１つのハウジング１１において互いに並列に、そして垂直に配置する。個々のマットのそれぞれの分岐３は水（液体）に対する共通の流線１２に接続し、マット１０のそれぞれの分岐４は共通の返流線１３に接続する。加熱又は冷却する空気、又は加湿又は除湿する空気は水に対して逆方向に毛細管マット１０に並列に流れる、即ち、矢印１４及び１５で示すようにハウジング１１の下から上へと流れる。
【００２３】
空気を加湿又は除湿するために、マット１０の毛細管の表面には親水性又は拡水性のコーティングを施してある。加湿の場合には水を、そして除湿の場合には例えば塩化リチウム水溶液を含む吸着溶液を、それぞれのマット１０の可能な限り高い位置でコーティングに供給する。親水性又は拡水性のコーティングは、マット１０の全長に渡る毛細管を水又は吸着溶液でできる限り均一に湿らせるように作用する。このためには、フリースのようなコーティングが特に有利であることが分かっている。
【００２４】
重力によって、さらには毛細管効果によって、水又は吸着溶液が毛細管の全長に渡って均一に行き渡る。このために、図５に示す毛細管マットの構成は図１から図４の構成よりも一層適しているが、これは全ての毛細管が水平方向に対して同じ角度で傾斜しているためである。
【００２５】
マット１０の毛細管を下に流れる際には、吸着溶液は逆流する空気から水分を吸収し、吸収した水分をマット１０下端の採集容器に送る。これを再生して再びマットに供給することができる。空気に含まれる水分を濃縮することによって生じる熱を、熱交換によって毛細管内の水に転移させ、毛細管を介して排出する。
【００２６】
一般に、いわゆる水値（ｗａｔｅｒ  ｎｕｍｂｅｒ）、すなわち空気の温度変化と水の温度変化の比率が全表面上で同じ場合に最も高い効率が達成されることを、空気／水熱交換器に適用する。空気の比熱は水の比熱と同様に一定であるため、この要件は空気の乾式冷却の場合には問題を生じない。空気を同時に除湿する場合には、濃縮熱を解放することで空気の比熱容量は乾燥した空気の値の数倍になり、実際にはより空気の温度が高くなると空気の温度が低い場合より大きくなる。
【００２７】
液体が蛇行して流れる図４に示す毛細管マットを使用する場合には、蛇行の程度を変化させる構成とすることによって、より多く除湿を行う領域において液体（水）の停滞時間を拡大させることができるため、両媒体の水値をほぼ一定に保つことができる。
【００２８】
動作中に除湿の程度を大きく変更できるため、特に高い効率が重要となる動作ポイントに対して蛇行の構成を設計する。
【００２９】
図７は、図６による２つの熱交換器を使用する空調機器を概略的に示す図である。この空調機器の場合には極めて高い熱回収が行われるため、熱交換器を進入空気と排出空気に対するエンタルピー交換器としてそれぞれ接続することで、進入空気を付加的に加熱又は冷却することが無用になる。
【００３０】
夏期の動作では、進入空気１６は第１のエンタルピー交換器１７で冷却及び除湿される。冷却水は両熱交換器を循環する。第１のエンタルピー交換器１７のレジスタでは、冷却水は進入空気１６の冷却と除湿中に加熱される。第２のエンタルピー交換器１８のレジスタでは、冷却水は前の加湿手段において断熱的に冷却されてその露点温度になった後、排出空気１９によって再び冷却される。排出空気１９は加熱及び加湿され、その後で建造物から排出される。
【００３１】
第１のエンタルピー交換器１７のレジスタの上部において、コーティングした毛細管に吸着溶液を供給すると、吸着溶液はコーティング内部で下方に拡散し、空気中の水分の濃縮によって生じた水を多く含むことになる。
【００３２】
同様に、第２のエンタルピー交換器１８のレジスタの上部においてコーティングした毛細管に水を供給すると、この水の少なくとも一部が蒸発して排出空気１９と共に排出される。
【００３３】
図８は、直交する縦方向毛細管１と横方向毛細管２を有する毛細管マットを示す図である。それらの内部は、それぞれ交差点において相互に接続して接続スペースを形成する。毛細管マットの端部では、毛細管の内部は外部とは接続しない。
【００３４】
毛細管マットの占める領域には２つのチャンバ２０及び２１が位置し、一つは毛細管内部への液体供給用、そしてもう一つは毛細管からの液体排出用である。チャンバ２０及び２１では、それぞれチャンバに接続され、又はチャンバから出る縦方向毛細管及び横方向毛細管が中断される、即ち、上部チャンバ２０では２つの縦方向毛細管１と２つの横方向毛細管２が中断され、下部チャンバ２１では３つの縦方向毛細管１と２つの横方向毛細管２が中断される。中断された毛細管の内部とそれぞれのチャンバの内部とが接続していることで、毛細管内の液体がチャンバ内に入ることができると共に、チャンバ内の液体が毛細管に進入することができる。チャンバ２０と２１には、液体を外部から供給する又は外部へと排出するための接続（図示せず）がそれぞれに１つさらに備わっており、例えばチャンバ２０はこの接続を介して供給ラインに接続し、チャンバ２１は接続を介して排出ラインに接続する。
【００３５】
毛細管マットを流れる液体がマットに可能な限り均一に行き渡るように、チャンバの位置と大きさを選択する。必要に応じて、毛細管マットの種々の位置に、液体供給用及び／又は排出用のより小さいチャンバを複数設けてもよい。チャンバの大きさと分布は実質的に、毛細管マットに導入する液体の量と許容圧力損失によって決定する。
【００３６】
チャンバ２０の一例の構成を図９．１から図９．４に示す。毛細管マットは個別の管を含むのではなく、２つの連続したプラスチック材料フィルムを含み、それら２つのプラスチック材料フィルムのうちの一方が毛細管の方向に対応した隆起部を有し、他方が隆起部と相補関係にある凹部を有するものとする。毛細管マットを製造するには、フィルムの全面同士を接合し、隆起部と凹部それぞれで１つの毛細管を形成する。マットの端部において、関連する毛細管を共に押圧して圧縮した内壁を熱供給によって接合すると、外部への接続が遮断される。
【００３７】
図９．１は、隆起部を有する上フィルム２２の一部のみを示す図であり、隆起部はそれぞれ縦方向毛細管１の上半分１．１と横方向毛細管２の上半分２．１を形成する。チャンバ２０の領域ではフィルム２２が切り抜かれ、２つの縦方向毛細管１とこれに直交した２つの横方向毛細管２に正方形の切抜き部２３が延在する。
【００３８】
正方形を形成する側壁を有し、切抜き部２３を囲むカバー２４をフィルム２２上に配置する。側壁の底面はフィルム２２の輪郭に適合している、即ち、毛細管同士の間の領域では平らであり、毛細管領域では隆起部に対応した凹部を有している。カバー２４はプラスチック材料からなり、液体を浸透させないようにフィルム２２に接合させるのが好ましい。
【００３９】
図９．２は、フィルム２２の隆起部に対応した凹部を有する下フィルム２５の対応する部分を示す図であり、凹部はそれぞれ縦方向毛細管１の下半分１．２と横方向毛細管２の下半分２．２を形成する。下フィルム２５は連続している、即ち、下フィルム２５には上フィルム２２の切抜き部２３に対応する切抜き部がない。そのため、図９．２に示す下フィルム２５を上フィルム２２に対して配置して接合させると、縦方向毛細管１と横方向毛細管２が形成されるばかりでなく、チャンバ２０及び２１が底面から密閉される。
【００４０】
図９．３は、フィルム２２と２５を接合した後の密閉されたチャンバ２０を示す図である。上フィルム２２はチャンバ２０内部で切り抜かれているため、チャンバ２０の内部と縦方向毛細管の内部及び横方向毛細管の内部は接続し、チャンバ内へと開口した状態である。分岐管を介して液体供給源又は液体排出口へと接続する接続（図示せず）がカバー２４にさらに備わっているため、チャンバ２０を介して液体を毛細管マットに供給したり、毛細管マットから液体を排出したりすることができる。接続の構成は多種多様とすることができる；接続を側壁に又はチャンバ２０のカバーに配置してもよい。
【００４１】
図９．３では、マットの交差する縦方向毛細管１と横方向毛細管２の間に位置するフィルム２２及びフィルム２５の平坦領域を、管の流路網のみを残すようにしてカバー２４の領域外で切り抜く。その結果、毛細管マットの重量を減らすことができ、材料が節減される。
【００４２】
フィルム２２及び２５の厚さは、わずか０．２から０．３ｍｍである。半円形の隆起部及び凹部から形成される毛細管の内径は、例えば１．０ｍｍである。フィルム内に生じる引張応力は、フィルムの厚さ、内径、及び内圧に比例する。例えばフィルムの厚さは、１０バールの内圧で、通常はポリプロピレンであるフィルム材料の許容最大圧力を超えないように設計する。これを毛細管のそれぞれの内径に適用する。しかし、内径が二倍になれば、引張応力が同一のままとなるようにフィルムの厚さも二倍にしなければならない。
【００４３】
チャンバの領域にはフィルム２２に切抜き部が存在することにより、カバー２４の２つの対向する側壁の内部空間におけるフィルム２５の内径が実際に拡大することになる。これにより、フィルム２５における引張応力がその拡大に応じて増大する。従って、チャンバの領域におけるフィルム２５をそれに対応するように厚くする必要がある。このことで製造がかなり困難となるため、フィルム２５をその全長に渡って厚くするように形成することができるが、それでは材料費がかなり増えることになる。
【００４４】
このため、そのサイズに応じてカバー２４内部にタイロッド２６を設け、その上端をカバー２４に固定し、フィルム２２の厚さ分カバー２４の側壁を越えて突出した下端をフィルム２５に接合する。従ってタイロッド２６はカバー２４と一体構造とし、前記カバーと同じ材料からなるようにすることが好ましい。
【００４５】
図９．４に示すチャンバの水平方向断面における平面図は、タイロッド２６がフィルム２５の平坦領域に対応する断面を有し、これを縦方向毛細管１の２つの隣接する下半分１．２と横方向毛細管２の２つの隣接する下半分２．２が囲むことを示している。この平坦領域をタイロッド２６に完全に接合させる。タイロッド２６の数はそれぞれのチャンバのサイズ、即ち、カバー２４によって囲まれるフィルム２５の平坦領域の数に基づく。従って、図８におけるチャンバ２１は２本のタイロッド２６を有する。
【００４６】
タイロッド２６により、フィルム２５内の引張応力がチャンバの領域では増大せず、チャンバ内部の液圧によるフィルム２５の膨張が防止されるという効果がある。
【００４７】
まずカバー２４とタイロッド２６を上フィルム２２に接合し、その後切抜き部２３を生成するが、この際には対応する縦方向毛細管１と横方向毛細管２のみを切り抜く。切り抜いた毛細管同士の間に位置するフィルム２２の平坦部はタイロッド２６下にある状態であり、その後下フィルム２５に接合される。タイロッド２６の下面は、カバー２４の側壁の下端面と同一面に位置することとなる。
【００４８】
タイロッド２６の上端は、図９．１から図９．３に示すようにカバー２４の上面に取り付けることもでき、又は図１０に示すように、対向して位置する側壁によって支持される横方向ウェブ２７に取り付けることもできる。ただし、横方向ウェブ２７は毛細管と接続ラインとの間の液体の流れを妨げてはならない。
【００４９】
マット面から、そしてマット領域内に延在するが液体に対してマット面外にも延在する接続ラインから突出するカバーを使用することがスペースの理由から実用的でない場合には、図１１の実施形態は有利である。例えばこれは、複数のマットを密に連続させて配置する空気熱交換器で使用する場合である。
【００５０】
ここではマットを使用するが、この場合には交差する毛細管は非平行又は非直角に延在し、マット側部に対してそれぞれが４５°傾斜した状態で延在する。これらを区別するために、左下から右上に延在する管を縦方向毛細管１とし、右下から左上に延在する管を横方向毛細管２とする。ただし、縦方向毛細管と横方向毛細管は、マットの側部に対して４５°以外の角度で延在するようにしてもよい。
【００５１】
交差する毛細管はマットの縦方向側部で密閉される。端部側では、それぞれ交差する２つの毛細管は密閉しておらず、共通の接続管２８としてマット面外に導かれる。各端部側における接続管２８の数はマットを形成する毛細管、即ち、縦方向毛細管１と横方向毛細管２の数の半分になる。
【００５２】
管の数をさらに減らすために、それぞれの用途に対して最も適した方法で、横断管２９を介して接続管２８を互いに接続させる。図１１に示す例は、４０個のマット管１及び２と、１２個の接続管２８と、５個の横断管２９を示す。
【００５３】
横断管２９の自由端は、それらが互いに平行に延在して、可能な限り相互離間を狭くした状態で分岐管３０の壁における貫通穴で開口するように導かれる。管端部を貫通穴に挿入し、管端部を貫通穴内部でその壁に接合させると、離間を非常に狭く維持することができる。毛細管マットに対する貫通穴は分岐管３０の円周方向に隣接するように配置し、連続して位置させた複数の毛細管マットに対する貫通穴は、分岐管３０の縦方向に連続して配置する。毛細管マットの一方の端側部における分岐管３０は毛細管マットに液体を供給するように作用し、毛細管マットの他方の端側部における分岐管３０は、毛細管マットから液体を排出するように作用する。
【００５４】
図１に示す毛細管マットを図９．１から図９．４で示したものと同様に、縦方向毛細管１、横方向毛細管２、接続管２８、及び横断管２９を含む全体の構成は、接合した２つのプラスチック材料フィルムを含むことができる。縦方向毛細管１、横方向毛細管２、接続管２８、及び横断管２９の内径を同じにすれば、製造上の理由から特に有利である。これらの管の中の液体の流速は、その数の比に対応して異なる。
【００５５】
分岐管３０の貫通穴に横断管２９の自由端を挿入できるようにするために、これらの端同士の間の平坦フィルム領域は、貫通穴に挿入するのであれば切り抜く必要がある。
【符号の説明】
【００５６】
１  縦方向毛細管
２  横方向毛細管
３、４  分岐
６、８  切抜き部
７  クランプ
１０  毛細管マット
２２  上フィルム
２４  カバー
２５  下フィルム
２６  タイロッド
２８  接続管
２９  横断管
【図１】
2011528425.tif 000003
【図２】
2011528425.tif 000004
【図３】
2011528425.tif 000005
【図４】
2011528425.tif 000006
【図５】
2011528425.tif 000007
【図６】
2011528425.tif 000008
【図７】
2011528425.tif 000009
【図８】
2011528425.tif 000010
【図９．１】
2011528425.tif 000011
【図９．２】
2011528425.tif 000012
【図９．３】
2011528425.tif 000013
【図９．４】
2011528425.tif 000014
【図１０】
2011528425.tif 000015
【図１１】
2011528425.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月12日(2011.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
毛細管レジスタを有する熱交換器であって、前記毛細管レジスタを通して冷却する液及び／又は加熱する液を流通させ、前記毛細管レジスタにおいて液体と逆流するように空気を流通させる、前記熱交換器が、
前記毛細管レジスタが少なくとも１つの毛細管マットを含み、前記毛細管マットが、液体の流路網となるよう互いに接続した縦方向毛細管及び横方向毛細管から形成され、少なくとも前記縦方向毛細管がそれぞれ、前記液体の供給用又は排出用の１つの分岐に接続すること、
を特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記液体が流れる経路を調整するために、個々の前記縦方向毛細管及び／又は前記横方向毛細管において前記液体の流路を遮断すること、を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記毛細管マットの少なくとも１つの分岐が、これに平行な前記毛細管マットの辺の長さより短いこと、を特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記毛細管マットの内部又は端部に切抜き部を設けること、を特徴とする請求項２又は３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記毛細管マットにおける前記液体経路を蛇行させること、を特徴とする請求項２から４のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記毛細管マット内で前記液体経路を蛇行させる程度を変えること、を特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記縦方向毛細管が、前記分岐に対して９０°の角度で延在し、前記横方向毛細管が分岐に対して５°から２０°の角度で延在すること、を特徴とする請求項１から６のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記縦方向毛細管及び前記横方向毛細管がそれぞれ、前記分岐に対して斜めに延在すること、を特徴とする請求項１から６のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記縦方向毛細管及び前記横方向毛細管がそれぞれ、前記液体の供給用及び排出用の分岐に対して４５°の角度で延在し、前記分岐に直接接続すること、を特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記毛細管レジスタが互いに並列に配置した複数の毛細管マットを含み、前記毛細管マットが、その一方の側に前記液体の共用供給ラインを有し、これと対向する側に前記液体の共用排出ラインを有すること、
を特徴とする請求項１から９のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記毛細管が親水性又は拡水性の表面を有すること、を特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記毛細管をフリースで覆うこと、を特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記毛細管を拡水性の材料からなる層で覆うこと、を特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記親水性又は拡水性の表面を湿潤させる液体を供給する装置を備えること、を特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記縦方向毛細管及び前記横方向毛細管に液体を供給する／から液体を排出するために、前記毛細管マットが少なくとも１つの切抜き部を有し、前記切抜き部に密閉状態のチャンバを形成し、少なくとも１つの縦方向毛細管及び／又は横方向毛細管が前記チャンバ内へと開口し、前記密閉状態のチャンバが、液体供給源から前記液体を供給する接続ライン又は前記液体を排出する液体排出口へと前記マット面外に接続すること、
を特徴とする請求項１から１４のうちの一項に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記毛細管マットが２つのプラスチック材料フィルムを含み、前記２つのプラスチック材料フィルムの面同士を接続させると、前記２つのプラスチック材料フィルムのうちの一方が凸状の隆起部を、そしてもう一方が前記隆起部と相補的な凹部を有することで、前記縦方向毛細管と前記横方向毛細管が形成されること、
を特徴とする請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記切抜き部が前記プラスチック材料フィルムのうちの一方にのみ存在し、前記プラスチック材料フィルムの他方は、前記切抜き部に対向する領域において連続していること、を特徴とする請求項１６に記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記切抜き部をカバーで囲み、前記切抜き部を有する前記プラスチック材料フィルムに対してこれと連続するように前記カバーを接続すると、前記プラスチック材料フィルムに面する前記カバーの表面が、前記フィルムの輪郭に適応すること、
を特徴とする請求項１７に記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記カバーに取り付けたタイロッドをチャンバ内に提供し、前記チャンバ内で、切抜きのない前記プラスチック材料フィルムの前記マット面に延在する平坦な領域に前記タイロッドを接続させること、
を特徴とする請求項１８に記載の熱交換器。
【請求項２０】
前記タイロッドの断面がそれぞれ、隆起部又は凹部が囲む前記切抜きのないプラスチック材料フィルムの平坦な領域に対応すること、
を特徴とする請求項１９に記載の熱交換器。
【請求項２１】
前記２つのプラスチック材料フィルム同士の接合、前記カバーと前記切抜きのあるプラスチック材料フィルムの接合、そして前記タイロッドと前記切抜きのないプラスチック材料フィルムの接合が、溶接接合であること、
を特徴とする請求項１９又は２０に記載の熱交換器。
【請求項２２】
少なくとも１つの毛細管マットを含む毛細管レジスタを有する熱交換器であって、前記毛細管マットが縦方向毛細管と横方向毛細管を含み、前記縦方向毛細管と前記横方向毛細管が、冷却する液及び／又は加熱液を受け付けると共に液体の流路網となるよう相互に接続する、前記熱交換器が、
前記縦方向毛細管と前記横方向毛細管がそれぞれ、前記毛細管マットの端部辺に対する一定の角度で延在し、
前記端部辺の少なくとも１つにおいて、互いに交差する縦方向毛細管と横方向毛細管を含む一対の毛細管が、前記毛細管マット外に延在する前記液体供給用又は前記液体排出用の共用接続管に接続し、
前記接続管が、前記接続管の数より少ない横断管を介して互いに接続し、前記横断管の自由端がそれぞれ、前記液体を供給又は排出する分岐管の外壁における開口部において開口していること、
を特徴とする熱交換器。
【請求項２３】
前記毛細管マット、前記接続管、及び前記横断管が２つのプラスチック材料フィルムを含み、前記フィルムの一方が凸状の隆起部を、そして前記フィルムの他方が前記隆起部と相補的な凹部を有することで、前記フィルムの面同士を接合させると、前記縦方向毛細管及び前記横方向毛細管、前記接続管、並びに前記横断ラインが形成されること、
を特徴とする請求項２２に記載の熱交換器。
【請求項２４】
前記縦方向毛細管及び前記横方向毛細管、前記接続管、並びに前記横断管のそれぞれの内断面が互いに等しいこと、を特徴とする請求項２３に記載の熱交換器。
【請求項２５】
前記分岐管内へと開口する前記横断管の端部において、前記プラスチック材料フィルムをそれらの間で切り抜くこと、を特徴とする請求項２３又は２４に記載の熱交換器。
【請求項２６】
請求項１１から１４のうちの一項に記載の熱交換器を、除湿を行うよう動作させる方法であって、
前記親水性又は拡水性の表面を吸着溶液で均一に湿潤させ、前記毛細管レジスタを流れる前記液体が、前記空気から回収した水分の濃縮熱を放出すること、
を特徴とする方法。
【請求項２７】
前記吸着溶液が塩化リチウム水溶液であること、を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１１から１４のうちの一項に記載の熱交換器を、加湿を行うように動作させる方法であって、
前記親水性又は拡水性の表面を水で均一に湿潤させ、前記毛細管レジスタを流れる前記液体が、加湿を行うのに必要な水の気化熱を供給すること、
を特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１から２５のうちの一項に記載の少なくとも２つの熱交換器を空調機器で使用することであって、
前記空調機器において、前記液体を密閉状態で連続的に循環するように流通させ、前記第１の熱交換器を進入空気の冷却及び除湿に使用し、前記第２の熱交換器を、排出空気による前記液体の冷却に使用すること、
を特徴とする使用。
【請求項３０】
前記排出空気が前記第２熱交換器を流れる前に、前記空気をその露点温度まで断熱的に冷却すること、を特徴とする請求項２９に記載の使用。
【請求項３１】
前記第１の熱交換器の前記毛細管の前記親水性又は拡水性の表面を吸着溶液で湿潤させ、前記第２の熱交換器の前記毛細管の前記親水性又は拡水性の表面を水で湿潤させること、を特徴とする請求項２９又は３０に記載の使用。
【国際調査報告】
2011528425.tif 000017
2011528425.tif 000018
2011528425.tif 000019
2011528425.tif 000020
2011528425.tif 000021
2011528425.tif 000022