(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥剤空調システムで使用する３方向式熱交換器を製造する方法であって、
（ａ）複数のプレートを形成するステップであって、各前記プレートが、少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポート、少なくとも１つの液体乾燥剤排出ポート、少なくとも１つの熱伝達流体供給ポート、及び少なくとも１つの熱伝達流体排出ポートを含み、各前記プレートが、前記少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポート及び前記少なくとも１つの液体乾燥剤排出ポートと流体連通している前記プレートの一方の側面上に、液体乾燥剤領域を画定する１つ以上の特徴をさらに含み、各前記プレートが、前記少なくとも１つの熱伝達流体供給ポート及び前記少なくとも１つの熱伝達流体排出ポートと流体連通している前記プレートの反対側の側面上に、熱伝達流体領域を画定する１つ以上の特徴をさらに含み、各前記プレートがまた、その上端に、前記液体乾燥剤領域の全体に液体乾燥剤を分配するように前記少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポートと流体連通している複数の孔を含み、各前記プレートがまた、前記液体乾燥剤領域の全体に分配される液体乾燥剤の均一性を向上させるように前記孔のそれぞれにおいて液体乾燥剤流量制限部を画定する特徴を含む、形成するステップと、
（ｂ）前記液体乾燥剤領域を覆うように、前記液体乾燥剤領域を画定する前記プレートのそれぞれの前記１つ以上の特徴に膜を取り付けるステップと、
（ｃ）各前記プレート上の前記膜が隣接する前記プレート上の前記膜と対面し、前記膜間の気流間隙を画定するように、各前記プレート上の前記熱伝達流体領域が隣接する前記プレート上の前記熱伝達流体領域に接続するように、かつ、前記プレートの前記液体乾燥剤供給ポートが密閉して流体連通し、前記プレートの前記液体乾燥剤排出ポートが密閉して流体連通し、前記プレートの前記熱伝達流体供給ポートが密閉して流体連通し、前記プレートの前記熱伝達流体排出ポートが密閉して流体連通するように、１つおきの前記プレートを反転させて積み重ねた様態で前記プレートを一緒に取り付けるステップと、を含む、方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）が、前記複数のプレートを熱成形すること、または前記複数のプレートを射出成形することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記液体乾燥剤領域を画定する前記１つ以上の特徴、及び前記熱伝達流体領域を画定する前記１つ以上の特徴が、隆起線を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）が、接着剤溶接、超音波溶接、高周波（ＲＦ）接合、マイクロ波接合、熱活性化接着剤、または感圧接着剤を使用して前記１つ以上の特徴に前記膜を取り付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）が、各前記プレートの前記液体乾燥剤領域上に複数の離間した特徴を形成することをさらに含み、ステップ（ｂ）が、前記離間した特徴上にキャップ層を適用すること、及び前記キャップ層に前記膜を接合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記キャップ層が、ポリエチレン、アクリル、またはアクリロニトリルスチレンアクリル酸エステル材料を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記膜が、前記プレートの前記液体乾燥剤領域の表面から０．１〜０．２ｍｍ離間している、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記プレートが、前記気流間隙を通る水平な空気流を許容するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記プレートが、前記気流間隙を通る垂直な空気流を許容するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記プレートのうちの少なくともいくつかが、前記気流間隙を通って流れる前記の空気流の一部分を吸い上げるための特徴を含み、それにより前記の空気流の前記の吸い上げられた部分が濡れ面の全体に流れ得る、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記濡れ面が膜によって覆われている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
熱伝達流体の均一な流れを促進するように前記熱伝達流体領域上に接着剤特徴のパターンを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
隣接する前記プレートの各対の間の前記気流間隙に乱流発生器を提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記乱流発生器が、気流中に逆回転渦を作り出すように複数の乱流発生三角体（ｔｕｒｂｕｌａｔｉｎｇ  ｔｒｉａｎｇｌｅ）を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
隣接する乱流発生三角体間の距離が、関連する三角体の高さの２倍である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記乱流発生器が、網構造を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記孔を通して液体乾燥剤を誘導するように前記プレートのそれぞれの上に接着剤ラインによって密封を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
熱伝達流体の流れを誘導するように前記プレートのそれぞれの上に接着剤ラインによって密封を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
熱伝達流体の流れを水平または垂直方向に誘導するように前記熱伝達流体領域上に特徴を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
乾燥剤空調システムで使用するための３方向式熱交換器であって、
複数のプレートであって、各前記プレートが、少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポート、少なくとも１つの液体乾燥剤排出ポート、少なくとも１つの熱伝達流体供給ポート、及び少なくとも１つの熱伝達流体排出ポートを含み、各前記プレートが、前記少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポート及び前記少なくとも１つの液体乾燥剤排出ポートと流体連通している前記プレートの一方の側面上に、液体乾燥剤領域を画定する１つ以上の特徴をさらに含み、各前記プレートが、前記少なくとも１つの熱伝達流体供給ポート及び前記少なくとも１つの熱伝達流体排出ポートと流体連通している前記プレートの反対側の側面上に、熱伝達流体領域を画定する１つ以上の特徴をさらに含み、各前記プレートがまた、その上端に、前記液体乾燥剤領域の全体に液体乾燥剤を分配するために前記少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポートと流体連通している複数の孔を含み、各前記プレートがまた、前記液体乾燥剤領域の全体に分配される液体乾燥剤の均一性を向上させるように前記孔のそれぞれにおいて液体乾燥剤流量制限部を画定する特徴を含む、複数のプレートと、
前記液体乾燥剤領域を覆うように、前記液体乾燥剤領域を画定する前記プレートのそれぞれの前記１つ以上の特徴に取り付けられた膜と、を備え、
各前記プレート上の前記膜が隣接する前記プレート上の前記膜と対面し、前記膜間の気流間隙を画定するように、各前記プレート上の前記熱伝達流体領域が隣接する前記プレート上の前記熱伝達流体領域に接続するように、かつ、前記プレートの前記液体乾燥剤供給ポートが密閉して流体連通し、前記プレートの前記液体乾燥剤排出ポートが密閉して流体連通し、前記プレートの前記熱伝達流体供給ポートが密閉して流体連通し、前記プレートの前記熱伝達流体排出ポートが密閉して流体連通するように、前記プレートが、１つおきの前記プレートを反転させて積み重ねた様態で一緒に取り付けられる、熱交換器。
【請求項２１】
前記プレートが、熱成形または射出成形される、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項２２】
前記液体乾燥剤領域を画定する前記１つ以上の特徴、及び前記熱伝達流体領域を画定する前記１つ以上の特徴が、隆起線を含む、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項２３】
前記膜が、接着剤溶接、超音波溶接、高周波（ＲＦ）接合、マイクロ波接合、熱活性化接着剤、または感圧接着剤を使用して前記１つ以上の特徴に取り付けられる、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項２４】
各前記プレートの前記液体乾燥剤領域が、複数の離間した特徴を、前記離間した特徴上のキャップ層とともにその上にさらに備え、前記膜が、前記キャップ層に接合されている、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項２５】
前記キャップ層が、ポリエチレン、アクリル、またはアクリロニトリルスチレンアクリル酸エステル材料を含む、請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項２６】
前記膜が、前記プレートの前記液体乾燥剤領域の表面から０．１〜０．２ｍｍ離間している、請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項２７】
前記プレートが、前記気流間隙を通る水平な空気流を許容するように構成される、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項２８】
前記プレートが、前記気流間隙を通る垂直な空気流を許容するように構成される、請求項２０に記載の前記熱交換器。
【請求項２９】
前記プレートのうちの少なくともいくつかが、前記気流間隙を通って流れる前記の空気流の一部分を吸い上げるための特徴を含み、それにより前記の空気流の前記の吸い上げられた部分が濡れ面の全体に流れ得る、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項３０】
前記濡れ面が膜によって覆われている、請求項２９に記載の熱交換器。
【請求項３１】
熱伝達流体の均一な流れを促進するように前記熱伝達流体領域上に形成された接着剤特徴のパターンをさらに備える、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項３２】
隣接する前記プレートの各対の間の前記気流間隙に乱流発生器をさらに備える、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項３３】
前記乱流発生器が、気流中に逆回転渦を作り出すように複数の乱流発生三角体を備える、請求項３２に記載の熱交換器。
【請求項３４】
隣接する乱流発生三角体間の距離が、関連する三角体の高さの２倍である、請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３５】
前記乱流発生器が、網構造を含む、請求項３２に記載の熱交換器。
【請求項３６】
前記孔を通して液体乾燥剤を誘導するように前記プレートのそれぞれの上に形成された接着剤ラインによる密封をさらに備える、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項３７】
熱伝達流体の流れを誘導するように前記プレートのそれぞれの上に形成された接着剤ラインによる密封をさらに備える、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項３８】
熱伝達流体の流れを水平または垂直方向に誘導するように前記熱伝達流体領域上に形成された特徴をさらに備える、請求項２０に記載の熱交換器。
【請求項３９】
熱交換器であって、
複数のプレートを備え、各前記プレートが、少なくとも１つの水供給ポート及び少なくとも１つの水排出ポートを含み、各前記プレートが、前記少なくとも１つの水供給ポート及び前記少なくとも１つの水排出ポートと流体連通している前記プレートの一方の側面上に、水領域を画定する１つ以上の特徴をさらに含み、各前記プレートがまた、反対側のチャネル面を含み、各前記プレートがまた、その上端に、前記水領域の全体に水を分配するために前記少なくとも１つの水供給ポートと流体連通している複数の孔を含み、
各前記プレート上の前記水領域が隣接する前記プレート上の前記水領域と対面し、その間の第１の気流間隙を画定するように、各前記プレートの前記チャネル面が隣接する前記プレートの前記チャネル面と対面してその間の第２の気流間隙を画定するように、かつ、前記プレートの前記水供給ポートが密閉して流体連通し、前記プレートの前記水排出ポートが密閉して流体連通するように、前記プレートが、１つおきの前記プレートを反転させて積み重ねた様態で一緒に取り付けられ、
各前記プレートは、少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポート、少なくとも１つの液体乾燥剤排出ポートをさらに備え、各前記プレートが、前記少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポート及び前記少なくとも１つの液体乾燥剤排出ポートと流体連通している前記プレートの前記チャネル面上に、液体乾燥剤領域を画定する１つ以上の特徴をさらに含み、各前記プレートがまた、その上端に、前記液体乾燥剤領域の全体に液体乾燥剤を分配するために前記少なくとも１つの液体乾燥剤供給ポートと流体連通している複数の乾燥剤孔を含み、
前記プレートのそれぞれは、複数の別個の液体乾燥剤領域を含むように構成され、
前記複数の別個の液体乾燥剤領域のうちの少なくともいくつかが、膜によって覆われ、
前記液体乾燥剤領域の全体に分配される液体乾燥剤の均一性を向上させるように前記プレート内の前記乾燥剤孔のそれぞれにおいて液体乾燥剤流量制限部を画定する、各プレート上の特徴をさらに備える、熱交換器。
【請求項４０】
前記水領域を覆うように、前記水領域を画定する各前記プレート上の前記１つ以上の特徴に取り付けられた膜をさらに備える、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４１】
前記膜が、接着剤溶接、超音波溶接、高周波（ＲＦ）接合、マイクロ波接合、熱活性化接着剤、または感圧接着剤を使用して前記１つ以上の特徴に取り付けられる、請求項４０に記載の熱交換器。
【請求項４２】
前記プレートが、熱成形または射出成形される、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４３】
各前記プレート上の前記水領域を画定する前記１つ以上の特徴が、隆起線を含む、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４４】
前記プレートが、前記第１及び第２の気流間隙を通る反対方向の空気流を許容するように構成される、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４５】
前記プレートが、前記第１の気流間隙を通る直交空気流（ｃｒｏｓｓ  ａｉｒｆｌｏｗ）を許容するように構成される、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４６】
前記プレートのうちの少なくともいくつかが、前記第１の気流間隙を通って流れる前記の空気流の一部分を吸い上げるための特徴を含み、それにより前記の空気流の前記の吸い上げられた部分が前記第２の気流間隙を通って流れ得る、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４７】
各前記プレートの前記水領域が、膜によって覆われた濡れ面を含む、請求項３９に記載の前記熱交換器。
【請求項４８】
各前記プレートの前記水領域上にフロック面をさらに備える、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４９】
隣接する前記プレート間の前記第１の気流間隙に乱流発生器をさらに備える、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項５０】
隣接する前記プレート間の前記第２の気流間隙に乱流発生器をさらに備える、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項５１】
前記乱流発生器が、気流中に逆回転渦を作り出すように複数の乱流発生三角体を備える、請求項５０に記載の熱交換器。
【請求項５２】
隣接する乱流発生三角体間の距離が、関連する三角体の高さの２倍である、請求項５１に記載の熱交換器。
【請求項５３】
前記乱流発生器が、網構造を含む、請求項５０に記載の熱交換器。
【請求項５４】
前記水が、廃水または海水を含む、請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項５５】
前記水領域の全体に分配される水の均一性を向上させるように前記孔のそれぞれにおいて水流量制限部を画定する、各前記プレート上の特徴をさらに備える、請求項３９に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
本出願は、「乱流式耐腐食性熱交換器のための方法及びシステム（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＴＵＲＢＵＬＥＮＴ，  ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ  ＲＥＳＩＳＴＡＮＴ  ＨＥＡＴ  ＥＸＣＨＡＮＧＥＲＳ）」と題する２０１３年１１月１９日出願の米国仮特許出願第６１／９０６，２１９号、及び同様に「乱流式耐腐食性熱交換器のための方法及びシステム（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＴＵＲＢＵＬＥＮＴ，  ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ  ＲＥＳＩＳＴＡＮＴ  ＨＥＡＴ  ＥＸＣＨＡＮＧＥＲＳ）」と題する２０１４年３月１２日出願の米国仮特許出願第６１／９５１，８８７号の優先権を主張するものであり、これらは両方とも参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、広義には、空間に進入する気流（ａｉｒ  ｓｔｒｅａｍ）を除湿及び冷却するための液体乾燥剤の使用に関する。より具体的には、本出願は、気流から液体乾燥剤を分離するための微多孔膜（ｍｉｃｒｏ-ｐｏｒｏｕｓ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）の使用に関し、この微多孔膜において流体流（空気、冷却流体、及び液体乾燥剤）は、流体間での高い熱及び水分伝達速度が発生し得るように、乱流させられる。本出願は、２つまたは３つの流体間の耐腐食性熱交換器にさらに関する。そのような熱交換器は、重力により誘導される圧力（吸い上げ）を使用して、微多孔膜が熱交換器構造に適切に取り付けられた状態を保持することができる。
【背景技術】
【０００３】
空間内、特に、大量の外気を必要とするか、または建物の空間内自体に大きな湿度負荷を有するかのいずれかの空間内での湿度の低減を助けるために、従来の蒸気圧縮ＨＶＡＣ機器と並行して、液体乾燥剤が使用されてきた。例えば、フロリダ州マイアミなどの湿潤気候には、空間の居住者の快適さのために必要な新鮮な空気を適切に処理（除湿及び冷却）するために、大量のエネルギーが必要になる。従来の蒸気圧縮システムは限定された除湿機能しか有さず、空気を過剰冷却する傾向があり、多くの場合、エネルギー集約型の再加熱システムを必要とし、これにより、再加熱が冷却コイルにさらなる熱負荷を加えるため、全体的なエネルギー費用が著しく増加する。液体乾燥剤システムは長年にわたり使用されており、一般的には気流から水分を除去するのに非常に効率的である。しかしながら、液体乾燥剤システムは一般的に、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、またはＣａＣｌ２と水との溶液などの濃縮された塩類溶液を使用する。そのようなブラインは少量でも強力に腐食性であるため、処理対象の気流への乾燥剤のキャリーオーバーを防止するための数多くの試みが長年にわたってなされてきた。閉鎖型乾燥剤システムとして一般的に分類される１つの手法は、吸収冷凍器と呼ばれる機器で一般的に使用されており、これはブラインを真空槽に置き、このブラインが次いで乾燥剤を含む。空気が乾燥剤に直接晒されないため、このようなシステムには、供給気流への乾燥剤粒子のキャリーオーバーの危険性はない。しかしながら吸収冷凍器は、原価及び維持費用の両方の点で高価になる傾向がある。開放型乾燥剤システムにより、一般的には冷却塔内で使用されるものと同様の充填ベッド上に乾燥剤を流すことによって、気流と乾燥剤との間の直接接触が可能になる。このような充填ベッドシステムには、依然としてキャリーオーバーの危険を有することに加えて他の不利点があり、すなわち、気流に対する充填ベッドの高抵抗により、ファン出力及び充填ベッド全体の圧力低下が大きくなるため、より多くのエネルギーが必要となる。さらに、水蒸気が乾燥剤へと吸収される間に放出される凝縮熱には行き場がないため、除湿過程は断熱性となる。結果として、乾燥剤及び気流の両方が、凝縮熱の放出によって加熱される。これにより、冷たく乾燥した気流が所望されるときに温かく乾燥した気流がもたらされ、除湿後冷却コイルの必要性が生じる。より温かい乾燥剤はまた、水蒸気の吸収において指数関数的に効果が低く、このことは、このシステムが大幅に大量の乾燥剤を充填ベッドに供給することを強要し、今度は、乾燥剤が乾燥剤ならびに熱伝達流体としての二重の機能を果たすために、より大きな乾燥剤ポンプ力が必要となる。より高い乾燥剤湛水速度により、乾燥剤のキャリーオーバーの危険性が増加することにもなる。一般的に空気流の速度は、キャリーオーバーを防止するために乱流領域をはるかに下回って（約２，４００未満のレイノルズ数に）保たれる必要がある。液体乾燥剤の表面に微多孔膜を適用することはいくつかの利点を有する。第１に、あらゆる乾燥剤が気流に逃げて（キャリーオーバーして）建物の腐食の源になることを防止される。第２に、膜により熱及び水分伝達を向上させる乱流空気流の使用が可能になり、これにより、システムがより小型に構築されることができるため、小型システムがもたらされる。微多孔膜は、典型的には疎水性であることによって乾燥剤を保持し、乾燥剤の破過は、動作圧よりも著しく高い圧力でしか起こり得ない。膜上の気流中の水蒸気は、膜を通って下層の乾燥剤に拡散し、より乾燥した気流をもたらす。乾燥剤が同時に気流よりも冷たい場合、冷却機能が同様に生じ、同時の冷却及び除湿作用をもたらす。
【０００４】
Ｖａｎｄｅｒｍｅｕｌｅｎらによる米国特許出願第１３／１１５，８００号、米国特許出願公開第２０１２／０１３２５１３Ａ１号、及び国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ１１／０３７９３６号は、気流の膜除湿のためのプレート構造に関するいくつかの実施形態を開示する。Ｖａｎｄｅｒｍｅｕｌｅｎらによる米国特許出願第１３／９１５，１９９号、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ１３／０４５１６１号、ならびに米国仮特許出願第６１／６５８，２０５号、同第６１／７２９，１３９号、同第６１／７３１，２２７号、同第６１／７３６，２１３号、同第６１／７５８，０３５号、及び同第６１／７８９，３５７号は、膜乾燥剤プレートを製造するためのいくつかの製造方法及び詳細を開示する。これらの特許出願のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００５】
Ｋｏｚｕｂａｌ（米国特許出願公開第２０１３／０３４０４４９号）は、気流を除湿及び冷却するための２段階システム（図１７及び図１８）を開示する。本システムの第１の段階は、外気であり得る気流が上に誘導される膜プレートを備える。膜プレートの背面は、これもまた外気であり得る二次気流を有する。液体乾燥剤が膜の前面及び後ろに流され、これが一次気流からの水分吸収をもたらす。水分吸収により放出される熱は、プレート壁部を通り、水で加湿されている二次気流に伝導される。水の蒸発が、二次気流の湿球温度に近い冷却作用を引き起こす。したがって、第１の段階から出る気流は乾燥しており、二次気流の湿球温度に近い。第１の段階から出る空気は次に、露出面を有する一式のプレートを備える間接蒸発冷却段階に誘導され、これらのプレートの裏面上に第１の空気チャネル及び蒸発チャネルを作る。第２の段階における一次空気の一部分は、吸い上げられ、背面蒸発チャネルに誘導され、ここで著しい量の冷却が作り出される。背面上で実現され得る冷却の理論上の最大量は、第２の段階に入る一次気流の露点に近い。したがって、２つの段階を組み合わせると、第２の段階においてその段階の蒸発チャネルに到る一次気流が約２５〜３０％損失しても、気流を除湿及び冷却することができる。
【０００６】
膜モジュールは、様々な構成要素全体の温度差によって糊または接着層にストレスがかかるという問題にしばしば悩まされる。これは、液体乾燥剤再生器などの高温下で動作する構成要素において特に困難である。プラスチックの亀裂または接合剤もしくは接着剤の破損を阻止するため、より硬質のプラスチック（例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）など）から作製される第１の部分と、柔軟性材料（例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）ゴムまたはポリウレタンなど）から作製される第２の部分とを有する、２部プレート構造が開示される。この構造の１つの利点は、柔軟性材料が、空気通路のための縁密封及びそれら同じ空気通路のための乱流発生特徴（ｔｕｒｂｕｌａｔｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅ）などの流体通路ならびに他の特徴を依然として提供しながら、膨張係数の差を容易に吸収することである。
【０００７】
膜モジュールは、様々な構成要素全体の温度差によって糊または接着層にストレスがかかるという問題にしばしば悩まされる。これは、多くの一般的なプラスチックが高い熱膨張係数を有するため、乾燥剤の再生に使用される構成要素において特に困難である。多くの場合、製造に使用するには高価な特製の高温プラスチックが用いられる。大きな表面積を一緒に接合すると、接着の問題が生じ、経時的にストレス破砕を引き起こす場合もある。ポッティング技術（典型的には、注液エポキシ熱硬化性プラスチック）は、硬化後でもポッティング材料がいくらか柔軟性のままである場合、いくらかの弾性を有する。しかしながら、本明細書に記載されるシステム及び方法は、高温により引き起こされる膨張への耐性が著しくより高く、これは製造プロセスを簡素かつ堅牢に保つ。
【０００８】
さらに、２方向式液体乾燥剤のための調節器及び再生器システムを構築する際の問題は、プラスチック支持材料の薄いシートの両面に均一な乾燥剤の分配をもたらすシステムを設計するのが難しいことである。本明細書に記載されるシステム及び方法は、乾燥剤を覆う一連の膜に気流を晒すための簡素な方法を示す。
【０００９】
したがって、気流を同時に冷却しながら、そしてまた液体乾燥剤粒子でそのような気流を汚染する危険性を排除しながら、そのような気流から水分を捕らえるための、費用効率が高く、製造可能かつ熱効率が高い方法を提供するシステムの必要性が依然として残る。
【００１０】
熱交換器（主に２つの流体の場合）は、熱伝達及びエネルギー回収のために多くの用途で非常に一般的に使用される。ほとんどの熱交換器は、銅、ステンレス鋼、及びアルミニウムなどの金属から構成される。一般的に言って、そのような熱交換器は、流体と金属表面との間の熱伝達を向上させるために流体の流れの撹乱を試みる特徴を組み込む。金属の表面上の境界層は、熱伝達に対するより大きな抵抗を作り出す。かなり多くの用途において、流体の一方または両方が、一般的に使用される金属に対して腐食性であり得る。表面コーティングは腐食防止に役立ち得るが、減少した熱伝達も有する傾向がある。チタンなどの腐食に感受性がない金属は、一般的に、使用するには高価で扱いが困難であると見なされる。プラスチックを使用してもよいが、それらは多くの場合、流体に典型的に使用される動作圧及び温度に耐えることができない。したがって、費用効果がよく、耐腐食性の液−液熱交換器の必要性が依然として残る。
【発明の概要】
【００１１】
液体乾燥剤を使用する気流の効率的な除湿に使用される方法及びシステムが、本明細書に提供される。１つ以上の実施形態によると、液体乾燥剤は、流下薄膜として支持プレートの表面を流下する。１つ以上の実施形態によると、液体乾燥剤は、液体乾燥剤が気流に進入することができないが、気流中の水蒸気が液体乾燥剤中に吸収されることができるように、微多孔膜によって覆われる。いくつかの実施形態では、気流は、乱流発生器（空気が乾燥剤の表面上で層状にならないように空気流（ａｉｒ  ｆｌｏｗ）中の乱流を誘導する材料）を含む。いくつかの実施形態では、乱流発生器は、プラスチック網材料である。いくつかの実施形態では、乱流発生器は、空気流全体にまたがる一連のプラスチックワイヤである。いくつかの実施形態では、膜は、二軸延伸ポリプロピレン膜である。いくつかの実施形態では、液体乾燥剤は、ナイロンまたはレーヨンフロッキング繊維を使用したフロック材料などのウィッキング材料を通って流れる。いくつかの実施形態では、膜は、スクリーンまたはウィッキング材料を通して支持プレート上に接合される。いくつかの実施形態では、支持プレートは、（再生）ポリエチレンテレフタレート（（Ｒ）ＰＥＴ）、ポリ−プロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、（耐衝撃性）ポリスチレン（（ＨＩ）ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、または他の好適なプラスチックのような一般的なプラスチック材料から製造された成形プレートなどの、熱成形された剛性プラスチックである。いくつかの実施形態では、支持プレートは、防火性添加剤または熱伝導性添加剤をドープされる。いくつかの実施形態では、プレートの表面に沿って、そしていくつかの同様のプレートの間で、乾燥剤が一様に分配されることを確実にするように、乾燥剤出口及び分配特徴が支持プレート内に形成される。いくつかの実施形態では、分配特徴は、支持プレート内の複数の出口孔間で一様な流速を確保するようにある特定の量の背圧を誘導するよう意図される、出口抵抗チャネルを含む。いくつかの実施形態では、出口抵抗チャネルにより、乾燥剤が、乾燥剤を一様に分配するように、かつ乾燥剤の流速を減速させるように設計される、水平な線及びドットの分配構造内に流れることが可能になる。いくつかの実施形態では、支持プレートは、空気チャネルの一部分を形成するように設計された成形隆起線を含む。いくつかの実施形態では、支持プレートは、２枚のプレートが一緒に接合される際にこれら２枚の支持プレート間に液体密封を形成するように設計された他の隆起線を含む。いくつかの実施形態では、複数の液体が、そのように支持プレートの前面及び背面上のいくつかの領域に誘導され得る。いくつかの実施形態では、１枚の支持プレートが垂直な空気流を支持し、型挿入体の交換後に別の支持プレートが水平な空気流を支持することを可能にする挿入体を使用することによって、熱成形型を交換することができる。いくつかの実施形態では、支持プレートは、冷却流体によって反対側の側面上で冷却される。いくつかの実施形態では、支持プレートは、二次気流中の水の蒸発によって反対側の側面上で冷却される。いくつかの実施形態では、冷���流体は、水または水／グリコール混合物である。いくつかの実施形態では、冷却流体は、プラスチックメッシュを通って流れ、このプラスチックメッシュは、支持プレートと第２の支持プレートとの間の距離を定め、冷却流体は、メッシュによって乱流状態にされる。いくつかの実施形態では、メッシュは、二重面ダイヤモンドプラスチックメッシュである。いくつかの実施形態では、第２の支持プレートは、冷却流体圧力が原因でプレートが膨れ出ないように、一連の接着剤ドットによって第１の支持プレートに接合される。いくつかの実施形態では、支持プレートは、ダイヤモンドメッシュの同様の特徴が支持プレートへと直接形成されるように形成される。いくつかの実施形態では、支持プレートは第２の支持プレートに連結され、両方のプレートが、ダイヤモンドメッシュの機能（２枚の支持プレート間の固定距離を定めること、及び冷却流体の流れを混合する乱流を作り出すこと）を実現する特徴を含む。いくつかの実施形態では、乾燥剤面上のウィッキング材料またはスクリーン材料の特徴も、支持プレートへと組み込まれる。いくつかの実施形態では、乾燥剤もしくは冷却流体面のいずれかまたは両方の上の糊ドットは、熱接合、超音波接合、あるいは膜または第２の支持プレートに接続するための何らかの他の接合方法によって置き換えられる。いくつかの実施形態では、支持プレート自体が、熱、または超音波もしくはマイクロ波、あるいは何らかの他の好適な方法のいずれかによる何らかの処理によって活性化されるプラスチック上の接着剤を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、ダイヤモンドメッシュは、共押出しされた（ｃｏ−ｅｘｔｒｕｄｅｄ）プラスチック及び接着剤を含む。いくつかの実施形態では、プラスチックは、別個の処理ステップにおいて接着剤でコーティングされる。いくつかの実施形態では、第２の支持プレートは、第２のスクリーン及びメッシュを提供し、第２の乱流発生器を含む第２の空気間隙と対面する。いくつかの実施形態では、そのように構成された膜プレートアセンブリは、膜及び支持プレートの表面全体で均一な液体の分配が実現されるように、複数の液体供給ポート及び排出ポートを備える。いくつかの実施形態では、ポートは、空気が膜全体に水平または垂直のいずれかの様式で誘導され得るように、再構成可能である。いくつかの実施形態では、乱流発生器は、水平または垂直な空気流のいずれに対しても効果的となるように構成される。いくつかの実施形態では、液体ポートは、逆流熱交換機能が得られるように、冷却流体が常に空気流の方向に逆らって流れるように構成され得る。いくつかの実施形態では、プレートに対する排出ポートは、流出する液体の吸い上げをもたらし、それによって大気圧に対する支持プレート間の陰圧、及び支持プレートと膜との間の陰圧を作り出し、確実に膜がスクリーン材料またはウィッキング生地に対して平坦な状態を保つような方法で、構成される。いくつかの実施形態では、支持プレート間の主要密封は、自己排出機能を提供するように構成され、そのため液体が膜プレートシステム内に残らない。いくつかの実施形態では、自己排出特徴は、支持プレートへと直接熱成形される。いくつかの実施形態では、このような自己排出密封は、密封のうちの１つにおける漏出が他の流体に影響しないように、液体乾燥剤及び冷却流体のための別個の領域を作り出す。いくつかの実施形態では、糊ドットは、プレートのチャネルから出る液体の吸い上げを利用するように最小化され、それによって利用可能な膜面積が最大化される。
【００１３】
前項に記載された支持プレートアセンブリが、２枚のプレートを一緒に熱接合することによって接続され、それによって空気チャネルを形成する、システム及び方法が提供される。いくつかの実施形態では、支持プレートはそれぞれ、それらの前面に取り付けられた（空気間隙と対面する）膜を有する。いくつかの実施形態では、支持プレートは、背面上に（空気間隙から離れて）ウィッキング材料を有する。いくつかの実施形態では、支持プレートは、両面上にウィッキング材料または両面上に膜を有する。いくつかの実施形態では、乱流発生器が空気チャネルに追加され、一方で２枚の支持プレートが一緒に接合される。いくつかの実施形態では、乱流発生器は、支持プレートと同様のプラスチックを使用して熱成形または射出成形された別のプレートである。いくつかの実施形態では、乱流発生器は、プラスチック押出網を使用して作製される。
【００１４】
いくつかの実施形態では、上で説明したように一連のそのように構成されたプレート及びスペーサーが膜モジュール内に配置される。いくつかの実施形態では、膜モジュールは、より大きな一連のプレートを含む。いくつかの実施形態では、膜モジュール内のポートは、冷却流体が常に気流の流れに逆らって誘導されるように再構成され得る。いくつかの実施形態では、冷却流体は、加熱流体で置き換えられる。いくつかの実施形態では、加熱流体は、流体が冷たい場合、乾燥剤中に水蒸気を吸収するのではなく、膜を通して乾燥剤から気流中に水蒸気を蒸発させるように使用される。
【００１５】
１つ以上の実施形態によると、交互になった剛性材料及び可撓性材料を含む、空気処理モジュールが開示される。いくつかの実施形態では、可撓性要素は、もう２枚の剛性膜支持プレートによって接続された、モジュールの頂部における液体分配チャネルと、モジュールの底部における同様の液体分配チャネルとを形成する。いくつかの実施形態では、支持プレートは、それらの中に組み込まれた流体供給及び流体排出のための孔を有する。いくつかの実施形態では、支持プレートは、それらの上に取り付けられた一連の膜を有する。いくつかの実施形態では、膜は、接着剤を使用して支持プレートに接続される。いくつかの実施形態では、接着剤は、同様に縁密封を印刷するステンシルまたはスクリーン材料、膜を保持し分配するための支持ドット、及びその接着剤を使用して乾燥剤の流速を減速するための出口チャネルを使用して適用される。いくつかの実施形態では、縁密封、膜を保持し分配するための支持ドット、及び乾燥剤の流速を減速するための出口チャネル、ならびに他の特徴が、熱成形プロセス中に支持プレートへと統合される。いくつかの実施形態では、熱成形された支持プレートはまた、ダイヤモンド水メッシュが排除され得るように、かつ支持ドット上の凝縮が回避されるように、膜から離れる方に向けられる支持ドット内の一連の特徴を含む。いくつかの実施形態では、支持プレートは、射出成形プロセスを使用して製造される。いくつかの実施形態では、射出成形された支持プレートはまた、ダイヤモンド水メッシュが排除され得るように、かつ支持ドット上の凝縮が回避されるように、膜から離れる方に向けられる支持ドット内の一連の特徴を含む。いくつかの実施形態では、支持プレートは、二重壁熱成形プロセスまたは他の好適な製造プロセスを使用して製造される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、熱成形された乱流発生器は、気流に対してある角度で傾斜する壁部を有する。いくつかの実施形態では、気流に対して反対の角度に交互に傾斜する乱流発生器壁部。いくつかの実施形態では、乱流発生器壁部は、下流方向に小さくなる。いくつかの実施形態では、乱流発生器は、気流中の回転が向上するような方法で、一次壁部構造から反対の方向に気流を戻す壁部を含む二次構造を有する。いくつかの実施形態では、一次壁部と二次壁部との組み合わせは、空気チャネルを下る逆回転気流をもたらす。
【００１７】
熱成形されたプレートの背面が、例えば糊付けロボットから接着剤ラインを受けた、方法及びシステムも提供される。いくつかの実施形態では、接着剤ラインは、液体供給または排出チャネルを形成する。いくつかの実施形態では、液体供給または排出チャネルは、液体ポンプのスイッチが切られたときに流体が容易に排出され得るような方法で成形される。いくつかの実施形態では、接着剤ラインは、略垂直方向の液体流のための領域を作り出すように形成される。いくつかの実施形態では、接着剤ラインは、熱成形されたプレートのうちの２枚を一緒に接合するように、かつ熱成形されたプレートの背面全体にわたる液体の均一な分配を確実にするように、一連のより小さなドットまたはラインによって賞賛される（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔｅｄ）。いくつかの実施形態では、接着剤ラインは、略水平方向の液体流のための領域を作り出すように形成される。いくつかの実施形態では、接着剤ラインは、交互に垂直方向に上向き及び下向きの流動パターンにある液体流のための領域を作り出すように形成される。いくつかの実施形態では、チャネル構造から水を排出させ、空気を逃がすために、上向き及び下向きチャネルを作り出すラインは、縁までは伸びない。いくつかの実施形態では、水チャネルには２つの供給ポート及び２つの排出ポートがあり、チャネル構造から水を排出させ、空気を逃がす能力を維持しながら糊付けチャネルによって作り出される、上及び下の水チャネルの２つの部分がある。
【００１８】
前項に記載された支持プレートアセンブリが、２枚のプレートを一緒に熱接合することによって接続され、それによって一次空気チャネルを形成する、システム及び方法が提供される。いくつかの実施形態では、二次空気チャネルが、支持プレートの背面に接着剤ラインを使用することによって形成される。いくつかの実施形態では、一次空気チャネルは垂直配向にあり、二次空気チャネルは水平配向にある。いくつかの実施形態では、一次空気チャネルの気流は、任意の膜の後ろで水または液体乾燥剤に晒される。いくつかの実施形態では、二次空気チャネルは、表面上に液体がない乾燥チャネルであり、それによって、一次空気チャネルが水を使用する場合、間接蒸発冷却システムを作り出す。いくつかの実施形態では、二次空気チャネルは湿潤チャネルであり、ナイロンまたはレーヨン材料で作製されたフロッキングなどのウィッキング材料内の二次チャネルの表面上に、水または海水が二次液体として提供される。いくつかの実施形態では、このようなチャネルは一次チャネルを冷却し、一次チャネルは、一次気流を冷却及び除湿するために乾燥剤を含む。いくつかの実施形態では、二次空気チャネルは、接着剤ラインを使用して、二次液体を含み、それを誘導する。いくつかの実施形態では、空気を導く特徴も、二次チャネル内の接着剤ラインを使用することによって実現される。
【００１９】
前項に記載された支持プレートアセンブリが、２枚のプレートを一緒に熱接合することによって接続され、それによって一次空気チャネルを形成する、システム及び方法が提供される。いくつかの実施形態では、乾燥し比較的温かい空気が、一次空気チャネルを通って誘導される。いくつかの実施形態では、一次空気チャネルは、プレートの背面上にあり、その壁部上に液体を有しない乾燥チャネルである。いくつかの実施形態では、二次チャネルは、プレートの前面上にあり、一次気流に逆流して誘導される一次空気の一部分を受ける。いくつかの実施形態では、二次気流は、後ろを水または海水が流れている膜領域の上に誘導される。いくつかの実施形態では、二次空気流は、一次空気チャネルに対する強力な冷却作用を作り出し、冷たく乾燥した一次気流の流出をもたらす。いくつかの実施形態では、流出する二次気流は、比較的温かく非常に湿っている。いくつかの実施形態では、一次空気チャネルのための接着剤ラインは、空気チャネルのための縁密封を作り出すような方法で伸びる。
【００２０】
前述の支持プレートアセンブリが、２枚のプレートを一緒に熱接合することによって接続され、それによって一次空気チャネルを形成する、システム及び方法が提供される。いくつかの実施形態では、プレートは、２つの液体及び２つの気流のための設備を有する。いくつかの実施形態では、乾燥し比較的温かい空気が、一次空気チャネルを通って誘導される。いくつかの実施形態では、一次空気チャネルは、プレートの前面上にあり、その壁部上に第１の液体を有する湿潤チャネルである。いくつかの実施形態では、第１の液体は、液体乾燥剤である。いくつかの実施形態では、二次チャネルは、プレートの背面上に形成され、二次気流を受ける。いくつかの実施形態では、二次気流は濡れ領域上に誘導され、これはその上を流れる第２の液体となる水または海水を有する。いくつかの実施形態では、第２の液体全体にわたる二次空気流は、一次空気チャネルに対する冷却作用を作り出し、冷たく乾燥した一次気流の流出をもたらす。いくつかの実施形態では、流出する二次気流は、比較的温かく湿っている。いくつかの実施形態では、二次空気チャネルのための接着剤ラインは、空気チャネルのための縁密封を作り出すような方法で伸びる。いくつかの実施形態では、二次チャネル内の気流は、まず、一次空気チャネル内の流れと逆の水平流に対して概垂直な配向から誘導される。その後、この流れは方向転換され、再び垂直となり、排気流となる。いくつかの実施形態では、第１の液体は、接着剤チャネルによって支持プレートの前面に誘導される。いくつかの実施形態では、第２の液体は、接着剤チャネルによって誘導されて、支持プレートの背面上に濡れ面を形成する。いくつかの実施形態では、乱流発生プレートが、一次及び／または二次空気チャネル内に追加され得る。いくつかの実施形態では、一次及び二次空気チャネルに沿った一様かつ均一な空気流分配を確実にするように、支持プレートの接着剤ラインまたは熱成形された部分を使用することによって、特徴が追加される。
【００２１】
前述の支持プレートアセンブリが、２つの明確に異なる段階で形成され、２枚のプレートを一緒に熱接合することによって接続され、それによって一次空気チャネルを形成する、システム及び方法が提供される。いくつかの実施形態では、プレートは、それぞれが２つの液体及び２つの気流を収容する、２つの段階のための設備を有する。いくつかの実施形態では、第１の段階は、一次チャネルで比較的温かく湿った気流を受ける。いくつかの実施形態では、第１の段階は、一次空気チャネルに晒される微多孔膜の後ろに乾燥剤を含む。いくつかの実施形態では、第１の段階の背面は、二次空気流を含む蒸発チャネルを含む。いくつかの実施形態では、第１の段階の背面は、熱伝達流体を含む液体チャネルを含む。いくつかの実施形態では、二次空気流は、一次チャネル内の気流に対して逆流する。いくつかの実施形態では、熱伝達流体は、一次チャネル内の気流に対して逆流する。いくつかの実施形態では、一次チャネル内の第１の段階からの処理された空気は、後ろを液体乾燥剤が流れる非微多孔膜を含む第２の段階に誘導される。いくつかの実施形態では、第２の段階は、一次チャネル内の空気と非微多孔膜の後ろの乾燥剤との両方に間接蒸発冷却をもたらす。いくつかの実施形態では、第２の段階の背面は、二次空気流を含む蒸発チャネルを含む。いくつかの実施形態では、第２の段階の背面は、熱伝達流体を含む液体チャネルを含む。いくつかの実施形態では、二次空気流は、一次チャネル内の気流に対して逆流する。いくつかの実施形態では、第２の段階の背面内の熱伝達流体は、第２の段階の一次チャネル内の気流に対して逆流する。いくつかの実施形態では、第２の段階を出る空気の一部は、第２の段階の背面上の二次空気チャネルに向けて誘導される。いくつかの実施形態では、第２の段階は、２つの液体及び２つの気流のための設備を含む。いくつかの実施形態では、第２の段階における第１の液体は液体乾燥剤であり、一次空気チャネルに晒される非微多孔膜の後ろに誘導される。非微多孔膜は、液体乾燥剤の感知可能な冷却をもたらすが、質量交換は起こり得ない。いくつかの実施形態では、第２の液体は水または海水であり、プレートの背面に誘導され、ここで二次気流に対する湿潤チャネルを作り出す。いくつかの実施形態では、第２の段階における二次チャネルは、著しい冷却作用を作り出し、したがって第２の段階において液体乾燥剤と一次空気チャネルとの両方を冷却する。いくつかの実施形態では、第２の段階の二次チャネル内の気流は、均一に流れるように接着剤ラインによって方向転換される。いくつかの実施形態では、二次チャネル第２の段階内の気流は、排気流となるように接着剤ラインによって方向転換される。いくつかの実施形態では、第２の段階の液体乾燥剤及び過剰水は、第２の段階の底部で収集され、第１の段階への入力として誘導される。液体乾燥剤と過剰水との両方が比較的冷たいため、第１の段階はより効果的に機能し、液体乾燥剤は、より低い濃度で操作され得る。いくつかの実施形態では、液体乾燥剤は、まず、乾燥剤が感知可能に冷却されるように第２の段階に非多孔膜または薄層の後ろで提供され、次いで、冷却された乾燥剤は第１の段階に誘導され、ここでそれは多孔膜の後ろに誘導され、ここでそれは気流を除湿及び冷却する。いくつかの実施形態では、水がまず第１の段階の裏面に誘導され、蒸発していない過剰水が第１の段階の底部で収集され、次いで第２の段階の裏面に誘導され、ここで第２の蒸発ステップが起こる。
【００２２】
２つの液体が、一連の平行な熱成形されたプラスチックプレートを通してそれらの間の熱を交換する、方法及びシステムが提供される。いくつかの実施形態では、流体は、腐食性流体である。いくつかの実施形態では、流体は、乾燥剤として機能する。いくつかの実施形態では、乾燥剤は、ＬｉＣｌ、ＣａＣｌ２、Ｃａ（ＮＯ３）２、ＬｉＢｒ、及び水、または他のハロゲン化物塩類溶液を含む。いくつかの実施形態では、一方の液体は熱く、他方の液体は冷たい。いくつかの実施形態では、平行プレート構造は、接着剤縁密封を有するプレートを備える。いくつかの実施形態では、プラスチック材料は、（再生）ポリエチレンテレフタレート（（Ｒ）ＰＥＴ）、ポリ−プロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、（耐衝撃性）ポリスチレン（（ＨＩ）ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、または他の好適なプラスチックである。いくつかの実施形態では、プレートは、液体供給密封及び縁密封ならびに第１のチャネル内の乱流発生特徴を備える第１の液体チャネルを提供するような方法で熱成形される。いくつかの実施形態では、第２の液体チャネルは、第２のチャネル内の液体流を一様に分配するための網材料を含む。いくつかの実施形態では、第２のチャネルは、縁密封を形成する接着剤ラインならびに液体供給密封及び／または液体分配特徴を形成する接着剤ラインを含む。
【００２３】
２つの液体が、一連の平行な熱成形されたプラスチックプレートを通してそれらの間の熱を交換する、方法及びシステムが提供される。いくつかの実施形態では、２つの液体チャネルは、単一の熱成形プレート内に形成される。いくつかの実施形態では、熱成形プレートは、プレートが中央で折り畳まれると対向する特徴が接触し、対向する特徴のうちのいくつかが一緒に熱接合または接着されて液体チャネルを形成し得るような方法で、互いの鏡像である形態を含む。いくつかの実施形態では、そのように形成された液体チャネルは、縁密封と、第２のチャネル内の液体のための密封と、熱伝達を向上させ、液体の均一性を促進するよう意図される乱流発生または分配特徴と、を含む。いくつかの実施形態では、第２のチャネルは、接着剤ラインの集合によって第１のチャネルの折り畳まれたプレートの頂部に形成される。いくつかの実施形態では、そのように形成された接着剤液体チャネルは、縁密封と、第１のチャネル内の液体のための密封と、熱伝達を向上させ、液体の均一性を促進するよう意図される乱流発生または分配特徴と、を含む。いくつかの実施形態では、そのように形成されたプレート対のうちのいくつかは、完全な熱交換器のために一緒に積み重ねられる。
【００２４】
一次熱成形プレート材料が、ポリエチレンなどの低融点プラスチックのキャップ層を備える、方法及びシステムが提供される。いくつかの実施形態では、キャップ層は、熱の適用によって膜に接着される。いくつかの実施形態では、キャップ層は熱成形基材に適用され、その後、キャップ層上の液体の分配を向上させるように、コロナ、プラズマ、機械または化学処理がキャップ層に適用される。いくつかの実施形態では、熱成形基材の背面も、接着剤密封などの他の材料の接着を向上させるように、コロナプラズマ、機械的または化学的に処理される。いくつかの実施形態では、熱成形材料の背面は、液体の分配及び蒸発を向上させるようにフロッキングまたはウィッキング材料を備える。
【００２５】
適用例の説明は、決してこれらの適用例に本開示を限定するよう意図するものではない。それぞれが独自の利点及び不利点を有する上述の様々な要素を組み合わせる多くの構成の変形が想定され得る。本開示は、決してそのような要素の特定の集合または組み合わせに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】３方向式膜プレート構成を示す。
【図１Ｂ】３方向式膜プレート構成を示す。
【図２Ａ】水または熱伝達流体チャネルが熱成形された構成要素で形成されている、熱成形された３方向式膜プレート構成を示す。
【図２Ｂ】水または熱伝達流体チャネルが熱成形された構成要素で形成されている、熱成形された３方向式膜プレート構成を示す。
【図３】空気及び乾燥剤チャネルがプレート内に形成され、空気流が垂直になるよう誘導されている、３流体式熱成形プレート構造を示す。
【図４】空気及び乾燥剤チャネルがプレート内に形成され、空気流が水平になるよう誘導されている、３流体式熱成形プレート構造を示す。
【図５】プレート上の均一な乾燥剤の流れを確保するように設計された特徴を示す図３及び図４の右上隅の詳細を例示する。
【図６】図３及び図４の熱成形プレートの背面上の特徴及び構成要素を示す。
【図７】各２プレート対が図３のプレートのうちの２枚を含み、その２枚のプレートが一緒に接合されて空気チャネルを形成する、３流体式膜モジュール内の第１の２プレート対を示す。
【図８Ａ】熱伝達流体の流動方向が概垂直であり、プレートの底部から頂部に向かう、図６のプレートの背面上の熱伝達流体を誘導する代替的な方法を示す。
【図８Ｂ】熱伝達流体の流動方向が概水平であり、プレートの右側から左側に向かう、図６のプレートの背面上の熱伝達流体を誘導する代替的な方法を示す。
【図９Ａ】流体がプレートの背面に沿って上及び下に交互に、かつプレートの反対側の側面上に存在する気流に概して逆流して誘導される、図６のプレートの背面上の熱伝達流体を誘導する代替的な方法を例示する。
【図９Ｂ】流体が、プレート内に取り込まれた空気を除去する能力、及び水流が停止したときに自己排出する能力を維持しながら、２つの供給ポートから提供され、２つの排出ポートに誘導され、概してプレートの反対側の側面上に存在する気流に対して逆の方向に流れる、図６のプレートの背面上の熱伝達流体を誘導する代替的な方法を例示する。
【図１０Ａ】空気チャネル内の熱及び質量伝達を向上させるように、２流体式または３流体式膜モジュールの空気チャネル内で使用されるよう意図される、熱成形された乱流発生器構造を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａの乱流発生器構造の詳細を示す。
【図１１】押出しされたプラスチックまたは金属網を含む、代替的な乱流発生器構造を示す。
【図１２】１つの流体が空気であり、別の流体が薄い膜の後ろの液体乾燥剤または水であり、第３の流体が熱伝達流体であり、空気及び熱伝達流体が垂直な逆流方向にある、図７の３流体路式膜モジュールの２プレート対構造の全体の分解図を例示する。
【図１３Ａ】１つの流体が空気であり、別の流体が薄い膜の後ろの液体乾燥剤または水であり、第３の流体が、他の気流に対して直交流方向にある加湿された捕捉（ｓｃａｖｅｎｇｅｒ）気流である、代替的な３流体路式膜モジュールの２プレート対構造の分解図を例示する。
【図１３Ｂ】図１３Ａのプレート３０１の底部部分の断面図を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｂのプレート３０１のプレート／膜領域の近接部分を示す。
【図１３Ｄ】図１３Ａのプレート３０１のうちの２枚のアセンブリの断面を例示する。
【図１３Ｅ】図１３Ｄのプレートアセンブリの近接断面を示し、凝縮が起こり得る場所を例示している。
【図１３Ｆ】熱成形された部分を使用して凝縮を防止するように設計された図１３Ｅの代替的な実施形態を示す。
【図１３Ｇ】射出成形された核を使用して同様に凝縮を防止するように設計された図１３Ｅの噴射別の実施形態（ｊｅｔ  ａｎｏｔｈｅｒ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）を例示する。
【図１４】１つの流体が二次気流であり、別の流体が薄い膜の後ろの液体乾燥剤または（海）水であり、第３の流体が、他の気流に対して直交流方向にある一次乾燥気流である、代替的な３流体路式膜モジュールの２プレート対構造の分解図を例示する。
【図１５】１つの流体が一次気流であり、別の流体が薄い膜の後ろの液体乾燥剤または（海）水であり、第３の流体が、一次気流に対して逆流方向にある液体乾燥剤または（海）水に晒される二次気流である、代替的な３流体路式膜モジュールの前面形状を例示する。
【図１６】一次空気チャネル及び乾燥剤または（海）水の分配及び収集システムを示す、図１５のプレート構造の背面形状を例示する。
【図１７Ａ】一次気流が、薄い膜の後ろの液体乾燥剤または（海）水に晒され、第２の液体（乾燥剤または（海）水）が、プレートの背面上にあり一次気流に対して逆流する二次気流に晒される、４流体路式膜モジュールのプレート構造の前面形状を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ａと同じだが乱流発生構造が取り除かれているプレート構造の前面形状を示す。
【図１７Ｃ】図１７Ａと同じだが乱流発生構造及び膜が取り除かれているプレート構造の前面形状を示す。
【図１７Ｄ】図１７Ａのプレート構造の背面形状を示し、どのように二次気流が一次気流に対して逆流になるよう誘導されるかを例示している。
【図１８Ａ】一次気流を除湿または冷却するために２つの部分を用いるプレート構造の前面形状を示す。第１の部分では、冷却及び除湿が起こり、活動的な部分が微多孔膜を使用し、第２の部分では、主に冷却が起こり、薄い非多孔膜を使用して気流ならびに乾燥剤材料を冷却する。
【図１８Ｂ】前面形状の冷却のために２つの部分を用いる図１８Ａのプレート構造の背面形状を示す。一方の部分では、前面形状からいくらかの一次空気を吸い上げることによって冷却が実現され、他方の部分では、二次気流を用いることによって冷却が実現される。両方の気流が、一次気流に対してほとんど逆流する。
【図１８Ｃ】両方とも第２の部分で始まり、プレートの第１の部分に戻される、乾燥剤流路及び蒸発水路を備えた、図１８Ａのプレート構造の前面形状を示す。
【図１９】流体、主に液体に対する間の熱交換器として機能する、熱成形されたプレート構造を例示する。
【図２０Ａ】２つの半割部が単一のプレート内で形成される、熱成形プレート熱交換器の代替的な実施形態を例示する。
【図２０Ｂ】プレート対構造になるよう折り畳まれているプレート構造または図２０Ａを示す。
【図２１】接着剤を使用することによる図２０Ｂのプレート構造内の第２の液体チャネルの形成を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、第１の流体が膜表面６０３に沿って網１５７２を通して垂直に誘導される、３流体式プレート構造を例示する。液体乾燥剤は、膜６０３の後ろを誘導されて薄い網６０６に入り、これは、距離を定め、かつ支持プレート６０９の表面上に液体乾燥剤を分配させるように機能する。支持プレート６０９が、通水網６０８を有する水チャネルを形成するように載置される。通水網６０８はまた、２枚のプレート６０９間に水を一様に分配し、かつ２枚のプレート６０９を均一な距離に保つように機能する。水チャネルは、典型的に、大気に対して陰圧下に保たれ、通水網は、その陰圧下でプレート６０９を平坦に保つ役割を果たす。同様に、乾燥剤は通常、網６０６を通して吸い上げられるよう意図され、したがって網６０６はまた、乾燥剤チャネルを支持プレートから固定された均一な距離に保つように機能する。乾燥剤チャネルと水チャネルとの両方において大気に対して陰圧を有することの追加の利益は、膜６０３または密封１３０２で生じるいかなる漏出も、プレート構造から乾燥剤または水を漏出させるのではなく、乾燥剤または水に空気を進入させるようになることである。これにより、このシステムは液体の損失に対して本質的に安全になる。
【００２８】
図２は、支持プレート１５８１、水チャネル網１５８２、及び乾燥剤網１５８３が（熱）成形されて支持プレート構造そのものとなっている、代替的な実施形態を例示する。２枚のプレート１５８１を一緒に熱接合して膜プレート構造を形成することができ、複数の膜プレート構造を密封構造と連結して膜モジュールとすることができる。この構造を機能させることもできるが、代替的な実施形態は、水チャネル構造の代わりに空気チャネル構造を熱成形することであろう。この手法には３つの主な利点がある。第１に、空気チャネル構造を熱成形することにより、後に例示されるように水密封の数を劇的に低減させることができ、これは、そのからの各水密封が支持プレートへと形成され得ることによる。第２に、膜の取り付けがより容易であり、膜は、図２に示されるより深い溝に適合する必要はなく、むしろ平坦に保たれてよい。第３に、通水網などの水チャネルの残りの部分は、所望の場合、依然として熱成形において形成されてよく、プレートは、示されるように多くの異なる流動構造で組み立てられてよい。
【００２９】
図３は、進入気流３０９が概垂直な配向にある、熱成形された３流体式プレート構造の前面形状を例示する。成形プレート３０１は、空気及び水の分配のための特徴を含み、これらのうちいくつかは後の図で例示される。成形プレートは、通常、（再生）ポリエチレンテレフタレート（（Ｒ）ＰＥＴ）、ポリ−プロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、（耐衝撃性）ポリスチレン（（ＨＩ）ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、または他の好適なプラスチックのような一般的なプラスチック材料から製造される。他の構成要素の接着を助けるためにプラスチック材料を接着剤層で覆うこと、または表面上の液体の分配を助けるためにフロック状コーティングまたは他の親水性コーティングを使用することが可能である。フロック状コーティングは通常ナイロンまたはレーヨンのチョップドストランドなどの親水性材料で作製され、プレート材料に容易に適用される。
【００３０】
液体乾燥剤供給ポート３０２（図６に示される接着剤チャネルを使用する）は、ヘッダ領域に向けて液体乾燥剤（または水もしくは海水などの他の液体）を誘導するよう機能する。次いで、液体乾燥剤は、確実に乾燥剤がプレート３０１全体に一様に分配されるようにする分配領域に誘導される。アクティブ領域は、接着剤を使用するか、あるいは、プレートに直に形成され、任意の膜に熱接合または超音波溶接されるかのいずれかで作製される、小ドット３０８を備える。ドット３０８は、膜を平坦に保持するよう機能し、また乾燥剤の一様で緩徐な垂直落下を確実にするよう乾燥剤を分配し続ける。ドットは通常、直径約２〜３ｍｍであり、アクティブ領域の１０〜１５％未満が糊ドットによって使用されるような方法で７〜８ｍｍ離間する。当然ながら、最大のアクティブ領域を確保するためにドットを最小に保つことが望ましい。流下する乾燥剤薄膜は、最終的にはいくつかの出口スロット３０７を含む収集領域に達し、これは一式の排出ポート３０６に液体乾燥剤を流す。表面上に膜を使用せず、分配のためにフロッキング材料に依存することが可能であろう。膜は、ガス分子に透過性の微多孔膜、例えば１３８００  Ｓｏｕｔｈ  Ｌａｋｅｓ  Ｄｒｉｖｅ，  Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，  ＳＣ  ２８２７３のＣｅｌｇａｒｄ  ＬＬＣ製のＣｅｌｇａｒｄ  ＥＺ９０２０膜などであり得る。しかしながら、膜は、図１８Ａ及び図１８Ｂに示されるものなどの感知可能な唯一の接点が所望される場合、薄いプラスチックのシートなどの非多孔膜であってもよい。
【００３１】
進入空気３０９は、ドット３０８間を流れる乾燥剤の層に晒され、乾燥剤の温度及び濃度によって決定されるように、加湿され温められるか、または除湿され冷却される。流出空気３１０は、通常は、乾燥剤の温度に近い温度、及び乾燥剤の濃度と整合する相対湿度を仮定する、いくらかのレベルの液体乾燥剤との平衡に達している。
【００３２】
気流３０９は、チャネルを形成する役割を果たす成形隆起線３０４による側面上で制約される。図７に示されるようにプレート３０１のうちの２枚が一緒に載置されるとき、隆起線３０４は、チャネルの縁を定め、隆起線の高さ（典型的には１〜３ｍｍ）は、空気チャネルの高さの半分を定める。熱伝達流体などの二次流体のための一式の供給ポート３０５及び排出ポート３０３がプレート３０１に追加されて、乾燥剤の熱シンクまたは熱源を提供する。図６に示されるように、入口気流が熱く多湿である場合、プレート３０１の表面上の乾燥剤薄膜は、著しい量の顕熱及び潜熱を吸収し、これは次いでプレート構造の背面上の熱伝達流体中のプレートを通って熱伝導される。当然ながら、最初から入口気流を流すことも可能であり、その場合、供給ポート３０５及び排出ポート３０３の機能もまた、気流３０９とプレートの背面上の熱伝達流体との間の逆流を維持するように逆転する。膜が非常に薄いため、垂直方向の重力以外によって乾燥剤を流すことは一般的には不可能である。しかし、乾燥剤質量流の量が、空気流３０９またはプレートの背面上の熱伝達流体質量流の量よりも著しく低いため、完全な逆流にない熱及び質量交換への影響は比較的小さい。
【００３３】
そこで図４は、図３の側壁３０４の一部分を取り除くことによって進入気流４０３が概水平となるように熱成形型が改変されている、図３の３流体式熱成形プレートの改変版を示す。水平な空気チャネルを画定するように、壁部４０２の２つの小さな部分が追加される必要がある。型内の一組の挿入体を使用することによって、図３のプレート３０１と同じ熱成形型でプレート４０１を作製することができる。水平な空気流は空調システム内でより容易にまとまるため、空気処理システムではそれが多くの場合は望ましい。
【００３４】
図５は、図３の熱成形プレートの右上隅の近接図を示す。乾燥剤供給ポート３０２は、乾燥剤供給チャネルの一部分を形成する突起５０８によって包囲されている。同様に、熱伝達流体排出孔３０３は、熱伝達流体供給チャネルの一部分を形成する突起５０９によって包囲されている。突起５０８及び５０９ならびに空気チャネル３０４の縁は、プレート３０１の表面の上に約１．５〜２．０ｍｍ高い。パネルの背面上（図６に示される）で、チャネルにより乾燥剤が供給ポート３０２から小出口孔５０４へと流れることができる。これらの出口孔は小さく、直径約１〜２ｍｍであり、パネル全体にわたる均一な乾燥剤の分配を確実にするように約２０〜３０ｍｍ離間する。しかしながら、所望の低い流速において、乾燥剤は、供給ポート３０２に最も近い孔５０４から出て、プレートの中央付近の孔５０４に分配されない傾向を有する。そのために、乾燥剤がまず孔５０４から流出するところに乾燥剤出口チャネル５０５が形成される。これらのチャネルは、幅約１〜２ｍｍ及び高さ約０．２５ｍｍであり（熱成形された特徴５０１、５０２、５０３、５０４、及び５０６の高さはすべて約０．２５ｍｍで同じである）、孔５０４から出る乾燥剤に対するわずかな流れ抵抗として機能する。この流れ抵抗の増加は、図６のチャネル６１０内の乾燥剤をわずかに加圧状態（理想的には約５００〜２，０００Ｐａ）にさせ、これが次にすべての孔５０４が同じ量の乾燥剤の流れを得ることを確実にする。さらに、チャネル６１０内のより高い圧力はまた、膜モジュール内の他のプレートが適切な量の乾燥剤の流れを得て、均一な乾燥剤の分配が達成されることを確実にする。
【００３５】
乾燥剤がチャネル５０５を出る際、乾燥剤は、乾燥剤流を２つに分割する障害物５０６に衝突する。線及びドットパターン５０３の一部分は、乾燥剤がさらに分割され、最終的にはアクティブ領域及びドット３０８を通って均一に流れることを確実にする。しかしながら、分配領域特徴によって作り出される流れ抵抗により、乾燥剤が非アクティブ領域５０７に戻ろうとすることになる。非アクティブ領域は典型的に冷却されず、そのために乾燥剤が急速に温まり得るため、これは望ましくない。遮断線５０２は、乾燥剤が非アクティブ領域５０７に進入することを防止する。いくつかの追加のドット５０８は、いかなる膜も確実に非アクティブ領域上で平坦なままであるようにする。
【００３６】
主要乾燥剤密封５０１は、熱接合、接着剤接合、またはマイクロ波、超音波、または他の接合方法によって膜が取り付けられ得るところである。平均密封５０１は、連続的であり、乾燥剤領域全体を囲み、確実に乾燥剤が気流３０９へと逃げることができないようにする。
【００３７】
図６は、図３の背面プレート３０１を示す。乾燥剤供給ポート３０２は、液体乾燥剤が供給チャネル６１０に進入するところである。供給チャネル６０１の縁はいくつかの方法によって形成され得るが、１つの簡便な方法は、糊付けロボットシステムを使用し、３Ｍ  ５５０または５２００ポリ−ウレタンなどの接着剤を用いて、それらを形成することである。乾燥剤は、図３及び図４に示されたように、孔５０４を通ってプレートの反対（前）側へと出る。接着剤ロボットの使用により、乾燥剤の供給が停止するとそれがパネルから自動的に排出するような方法で、供給チャネルの底部６０８を形成することができる。プレートの底部において、乾燥剤は、孔３０７を通って前面から排出チャネル６１１へと排出する。排出チャネル６１１もまた、供給チャネルのように接着剤を使用して形成されることができ、供給チャネルのように、密封縁６０６は、流れが止まると乾燥剤を自動的に排出させるように底部６０９において傾斜し得る。乾燥剤は最終的にはポート３０６から排出する。
【００３８】
熱伝達流体チャネル６１２がまた図６に見られる。熱伝達流体チャネル６１２の縁６０２は、乾燥剤チャネル６１０及び６１１と同じ接着剤によって形成され、熱伝達流体の排出のために同様に底部６０７において傾斜していてもよい。流体はポート３０５を通って進入し、少量の圧力低下を作り出すように短い接着剤ラインまたはドットによって形成され得るいくつかの入口障害物６０５により、均一性が確保される。様々なプレート３０１を離間させるため、かつ均一な流体の分配を確実にするために、図１にあるような通水網６０３が使用される。接着剤ドット６０４は、正の流体圧力が適用される場合にプレート構造の構造統合性がいくらかあることを確実にする（通常の操作では流体圧力が大気に対して負に保たれるのが最良であるが、起動または待機中は、圧力が正であってもよい）。熱伝達流体はチャネル６１２内を流れ、最終的には排出孔３０３を通って出る。
【００３９】
図７は、プレート３０１のうちの２枚を組み合わせる２プレート構造を示す。空気チャネル縁３０４は互いに熱接合または接着剤接合され、それによって空気チャネル７０１を形成し、２枚のプレート３０１間の空間に空気７０２が進入することができる。膜がプレート３０１上に使用される場合、それらは、２枚のプレート３０１を一緒に接合する前に適用されることになる。突起５０８及び５０９もまた、空気チャネル縁３０４と同じときに一緒に接合され（図には示されない）、それによって熱伝達及び乾燥剤チャネルの短い部分を形成する。その後、接着剤ライン６０１及び６０２が適用される。糊ドット６０４が配置される（次いで通水網６０３が配置されるが、図には示されない）。接着剤が依然として未硬化である間に、次の２プレート構造を接着剤ライン上に配置し、それによって膜プレート３０１の連続的スタックを作り出すことができる。
【００４０】
図７の構造を複数回繰り返すことによって、多くの空気チャネル、乾燥剤チャネル、及び熱伝達流体チャネルを備える膜モジュールを製造することができる。
【００４１】
図８Ａは、熱伝達流体が、均一な流体の分配を確実にするように、いくつかの入口障害物６０５、通水網（図示せず）、及び接着剤ドット６０４の配置によってどのように誘導され得るかを示す。８０１において進入する流体は、上向きに均一に流れ、出口位置８０２を通って排出するように誘導される。
【００４２】
図８Ｂは、図４のパネル４０１の背面上に使用されることになる接着剤のパターンである。ここで、熱伝達流体が概水平方向に流れるようになる。熱伝達流体は位置８０３で進入し、接着剤障害物８０５にぶつかる。ここでも、通水網（図示せず）及び接着剤ドット６０４は、均一な流体の分配を確実にするように位置付けられる。流体は位置８０４で流出する。
【００４３】
図９Ａは、プレート４０１の背面上の流体チャネルを製造する代替的な方法を示す。流体は９０４で進入し、障害物９０２によってまず概上向き９０３に誘導される。この流れは次のチャネル内で概下向きに流れ、出口９０８に達するまで上及び下に交替し続ける。主要密封９０１は、確実に熱伝達流体が収容されたままであるようにする。下部障害物９０２の底部における狭い開口部９０５は、傾斜した下部部分９０７と組み合わさって、熱伝達流体がチャネルから容易に排出され得ることを確実にする。同様に、上部チャネルの頂部における狭い開口部９０６は、プレート構造が熱伝達流体で充填されているときにチャネル内に空気が取り込まれないことを確実にする。
【００４４】
図９Ｂは、プレート４０１の背面上の水流を、反対側の側面上の空気流に対して概して逆の方向に導く代替的な方法を示す。熱伝達流体は、ポート９５１及び９５２で同時に進入する。これは、多くの場合、図９Ａに示されたような単一のより大きな供給ラインよりも好ましい。次いで熱伝達流体がプレートの中央に向けて誘導され、ここで、より大きなポートにより、熱伝達流体が頂部及び底部に向けて再び流れることができる。この交互する上及び下の流動パターンは、各流路の低減されたチャネル長さを有するため、より少ないポンプ力を必要とする。さらに、図９Ａに示されたように、この設計は、空気逃し開口部９０６及び小さな排出開口部９０５を用いて実装され得る。これらは、空気逃しチャネル９５６及び排出チャネル９５５を用いてプレートの中心で反復され得る。さらに、頂部チャネルの最後の部分における流体ポケットを防止するため、排出口９５７が容易に追加され得る。熱伝達流体は、最終的には排出口９５８及び９５９で出る。この構成により、図８Ａにおいて垂直流体流路について示されたものと同じ流体接続が可能になる。
【００４５】
図１０Ａは、熱成形プロセスまたは射出成形プロセスで形成される乱流発生器プレートを例示する。主要縁構造１００１は、図７の空気チャネル７０１の高さ及び幅と同じ寸法を有するような大きさである。小さな乱流発生器１００２は、得られる圧力低下を最小限に抑えながら気流と乾燥剤流との間の熱及び質量伝達が最大化されるように整列される。
【００４６】
図１０Ｂは、図１０Ａの乱流発生器の一部分の近接図を例示する。プラスチック材料の小切片１００３及び１００４が、乱流発生器１００２を一緒に接続する。各乱流発生器は、確実に乱流発生器が定位置に留まり、膜に対して振動すること（これは膜を潜在的に損傷させ得る）ができないように、小さな平坦部分１００５を有する。さらに、各乱流発生器の高さＨは、図７の空気間隙７０１と等しくなるよう設定される。乱流発生器間の距離Ｗは、典型的には、高さＨの２倍となるように選択される。
【００４７】
図１１は、押出ダイを使用して製造され、かつ、様々な製造業者から、例えば７６８１  Ｓｅｔｚｌｅｒ  Ｐｋｗｙ  Ｎ．Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，  ＭＮ  ５５４４５，  ＵＳＡのＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｎｅｔｔｉｎｇ製の黒色ポリ−プロピレンＯＢ１２００網から一般的に入手可能な、代替的な乱流発生器１１０１を例示する。水平プラスチックストランド１１０２及び垂直ストランド１１０３は、チャネル内の熱及び質量伝達を向上させる乱流作用を作り出すよう機能し、それを非常に費用効果よく行う。
【００４８】
図１２は、これまで説明してきたように、完全な２プレート構造の「分解」図を示す。第１の熱成形プレート３０１は、取り付けられた膜１２０１を有し、その一隅は、プレート３０１の左上隅を示すために取り除かれている。垂直な空気流１２０２は、膜１２０１の表面上を下向きに誘導される。次いで、乱流発生器１００１が、空気チャネル縁３０４に接着剤接合または好ましくは熱接合される。次いで、第２のプレート３０１が、乱流発生器１００１に同時に接合される。次いで、糊付けロボットが、乾燥剤ライン６０１及び６０６ならびに水チャネルライン６０２、接着剤ドット６０４、ならびに障害物６０５を適用する。通水網６０３が追加されてもよいし、または前に説明したように通水網特徴がプレート３０１の背面に統合されてもよい。
【００４９】
図１３Ａは、乱流発生器１００１が乱流発生器１１０１によって置き換えられ、熱伝達流体チャネル６１２が二次気流１３０６によって置き換えられる、２プレート構造の代替的な構成物を例示する。二次気流は、プレート３０１を通して一次気流の間接蒸発冷却を提供するために使用され得る。図１３Ａの実施形態では、二次気流は、一次気流に対して概して直交流にある。二次気流は、表面１３０３全体にわたる均一な空気流を確実にするよう意図される障害物１３０４を通ってプレート３０１の背面に進入する。ここで（蒸発）水入口チャネル１３０１は、ウィッキング材料１３０２の湿潤をもたらすように設計され、これにより、プレート３０１の背面に対する濡れ面１３０３に水が提供される。ウィッキング材料は、綿またはレーヨン材料などの、水を一様に分配する任意の簡便な材料であってよい。濡れ面１３０３は、好ましくは、一様な水の分配を確実にするフロック面または同様の一様に延展する材料である。表面１３０３上で蒸発していないいかなる水も、収集器１３０５によって収集され、可能性のある再使用または廃棄のために排出される。空気１３０６中で実現される蒸発冷却は、気流１３０６の湿球温度に達することしかできず、これは気流１２０２がその同じ温度にしか冷却され得ないことを意味する。以下で述べるように、これは二次冷却段階を追加する必要性を生じ得る。
【００５０】
図１３Ｂは、図１３Ａのプレート３０１の断面図を示す。前に説明したように、膜１２０１は、ドット３０８に取り付けられている。それぞれ水または乾燥剤のための排出ポート３０５及び３０６、ならびにプレートの背面上の接着剤密封６０６が、ここでも示されている。
【００５１】
図１３Ｃは、膜１２０１及びドット３０８領域の近接断面を示す。膜１２０１は、ホットメルトのポリウレタンまたはシリコーン接着剤などの簡便な接着剤で、ドット３０８の頂部に接着剤接合され得る。しかしながら、いくつかの接着剤は膜への粘着が困難であり得るか、または接着剤中の溶剤の存在が原因で膜を損傷させ得るため、接着剤を有しないことも望ましい。代替的な製造方法は次のように機能する。基板支持プレート１３０８は従来の方法を使用して熱成形され得るが、通常はポリ−エチレン、アクリル、またはＡＳＡ（アクリロニルトリルスチレンアクリルエステル）で作製される非常に薄い接着された「キャップ」層１３０７を既に含む。ここでキャップ層は、膜に熱接合されることができ、すなわち、低量の熱が適用され、これがキャップ層を溶融させ、膜とキャップ層／基材構造との間の強力な接合をもたらす。しかしながら、キャップ層材料は通常、表面エネルギーが低く、これは材料をかなり疎水性にし、ドット３０８間の不十分な乾燥剤の分配をもたらす。表面１３１１のコロナ処理は表面エネルギーを増加させ、大幅に良好な乾燥剤均一性をもたらす。反対に、プレート３０１の背面１３０３は、表面１３１０上で同様にコロナ処理され得る。これは、接着剤密封６０６が基材１３０８に容易に接合されない場合に有用であり、液体の分配を向上させもする。代替的に、背面１３０３が水を蒸発させるよう意図される場合、ナイロンまたはレーヨンフロッキングなどのウィッキング表面１３０９が用いられ得る。
【００５２】
図１３Ｄは、前述のように、液体乾燥剤排出チャネルのための接着剤密封縁６０６、及び２枚のプレート３０１を接続するように形成された接着剤ドット６０４とともに、図１３Ａのプレート３０１のうち２枚のアセンブリの部分を例示する。前に示されたように、プレート３０１は、ドット３０８によって保持される膜１２０１を許容するように形成されている。
【００５３】
図１３Ｅは、図１３Ｄの構造の拡大部分を示す。基材１３０８は、膜１２０１に接続されている。液体乾燥剤が基材１３０８と膜１２０１との間を流れる領域１３１２は、前に説明したようにドット３０８の周囲に形成されている。しかしながら、接着剤ドット６０４の位置に応じて、凝縮１３１４が膜表面上に形成し得る。図中に符号１３１３で示される熱成形ドットの後ろを熱伝達流体が流れている場合、熱伝達流体の冷却は、気流中の湿度が高く乾燥剤濃度が低い場合、膜表面上の凝縮をもたらし得る。接着剤ドット６０４がドット３０８と整列される位置では、凝縮の発生は大幅に低い温度においてである。凝縮防止を助けるため、接着剤ドット６０４を各熱成形ドット３０８の後ろに配置してもよいが、実際にはそれは、ドットの莫大な数（プレート１枚当たり数千）のために接着剤ロボットを用いて達成するのが困難である。典型的に凝縮は、乾燥剤が非常に希釈されていない限り、膜自体の上では起こらない。図１３Ｆ及び図１３Ｇで示されるように、いくつかの他の解決策が可能である。
【００５４】
図１３Ｆは、図１３Ｅのドット３０８を熱成形する代替的な方法を示す。ドットの中心１３１５は、反対側の側面１３１６と接触する支持構造を作り出すように逆さに形成される。この手法の利点は、接着剤ドット６０４がほとんど排除され得ることである。図６の網６１２もまた、構造１３１５及び１３１６によって取って代わられ、したがって同様に排除される。さらに、ドットの後ろの液体熱伝達流体の欠如が、より温かい表面、ひいてはより低い凝縮の危険性をもたらす。
【００５５】
図１３Ｇは、成形支持体１３１８を有し、それによって熱伝達流体のためのチャネル１３１９を形成する射出成形構造１３１７を使用する別の解決策を例示する。プラスチックのより低い熱伝導性は、膜との接触点の下のより温かい膜領域、ひいてはより少ない凝縮の可能性をもたらす。
【００５６】
ここで図１４は、熱伝達チャネル６１２または間接蒸発チャネル１３０３が全体的に排除されている、図１２及び図１３Ａのプレート構造の異なる構成物を例示する。これは、プレート１４０１が、第２の液体に関連するポート及び突起がすべて取り除かれているプレート３０１の改変版であることを意味する。乾燥剤供給ポート１４０３及び排出ポート１４０３は、依然として必要とされる唯一のポートである。空気チャネル縁突起１４０２は、図３の成形隆起線３０４から本質的に変更されていない。ここでプレート１４０５の背面は非常に簡素になり、必要とされる唯一の接着剤ラインは、乾燥剤の分配のためのライン６０１及び排出のためのライン６０６である。気流１４０６はここで一次気流と見なされ得、気流１２０２はここで二次気流と見なされ得る。ここで、ポート１４０３を通って分配された液体は海水または廃水であり得、ここで任意の膜１２０１は、海水から塩が出ることを防止するために使用され、これは当然ながらその海水からの腐食の危険性及び塩粒子のキャリーオーバーを低減させる。図１４のシステムは、事実上、蒸発液体（海水）を保護する膜を備えた間接直交流蒸発器となる。
【００５７】
図１５は、逆流の気流配向よりも効果的でない、直交流の気流配向を転換する方法を示す。Ｋｏｚｕｂａｌの図１８及び図１９（米国特許出願公開第２０１３／０３４０４４９号）に記載されるように、第１の段階におけるその温和な上昇を最小限に抑えながら気流を除湿し、次いで、間接蒸発器を使用し、乾燥空気の一部を吸い上げて間接蒸発器に大幅に低い最終的な空気温度を実現させることで、第２の段階においてそのような気流をさらに冷却することが有益な場合がある。一次気流２００２は、図１４のものと同様の熱成形プレートの背面に沿って誘導される。空気２００３が背面チャネルを出るにつれて、少量の空気２００４（通常２５〜３０％以下）が吸い上げられ、プレートの前面に沿って誘導され、ここで最終的に排気流２００５として流出する。プレート２００１は、気流を横向きに方向転換させる熱成形障害物２００７を有し、出口障害物２００６は、アクティブ領域全体にわたる空気流が均一になるような方法で形成される。ここで、液体供給ポート３０２を前述のように使用して、膜によって任意に覆われてよいアクティブ領域の上に水または海水の流れを向けることができる。排出ポート３０６は、図１４で前述のように機能する。図１５の構造は、直交流間接蒸発冷却器を作り出す。
【００５８】
図１６は、入口気流２００２がいくつかの任意の入口ポート２１０３を通って背面２１０１に沿って誘導され得る、図１５の背面チャネルを示す。任意の出口ポート２１０４は、均一な気流パターンを確保するために使用され、出口気流２００３は、前に説明したようにパネルの前面に部分的に吸い上げられ得る。供給ポート３０２の周囲の接着剤液入口チャネル６０１は、前述のように、ポート５０４を通してプレートの前面に液体を誘導している。しかしながら、気流２００２を収容する役割を果たすように、接着剤の追加のライン２１０５を追加してもよい。同様に、排出ポート３０６及び３０７の周囲の排出チャネル６０６は、気流２００２を収容するために伸長した接着剤ライン２１０２を有する。
【００５９】
図１７Ａは、どのように追加の液体が図１６の構造に追加され得るか、そして、背面からの空気の一部を吸い上げるのではなく、完全に別個の二次気流を使用するように、プレート構造２２０１がどのように改変され得るかを例示する。気流２２０２は、乱流発生器網２２０５の下のアクティブ領域２２０７に達する前に、短い非アクティブ領域の上に誘導される。二重供給ポート２２０３が、図３のポート３０２及び３０３で前述のように、プレートへと形成される。しかしながら、流速が異なるため、ポートは図３と異なる大きさであってよい。同様に、排出ポート２２０６は、図３のポート３０５及び３０６のように形成され得る。ここで、流出空気２２０４は、アクティブ領域内で処理されている。
【００６０】
図１７Ｂは、図１７Ａと同じだが空気網（ａｉｒ  ｎｅｔｔｉｎｇ）２２０５が取り除かれているプレートを示す。アクティブ領域２２０７は、膜２２０８によって覆われてよい。
【００６１】
図１７Ｃは、熱成形プロセスから出る際のいかなる追加の構成要素も有しないプレート構造２２０１を示す。図３で前述のように、プレート構造２２０１は、図３及び図５で説明した乾燥剤ヘッダ、分配、アクティブ領域、及び収集領域に関連するすべての特徴２２０９を含む。
【００６２】
図１７Ｄは、糊付けロボットによってプレート２２０１の背面チャネルがどのように形成され得るかを示す。入口気流２２１０は、障害物２２１１によって方向転換され、任意の乱流発生器２２１７を通って水平流２２１８となり、次いで出口障害物２２１３によって導かれて排気流２２１９となる。前述の図と同様、乾燥剤供給チャネル２２１２及び乾燥剤排出チャネル２２１３は、パネルの前面に液体を誘導するように形成される。水供給チャネル２２１５及びウィッキング材料２２２０は、濡れ面２２２１を作り出すために使用される。いかなる過剰水も、収集チャネル２２１６へと排出することになる。ここで二次気流は濡れ面から水分を取り上げ、水平部分内を横切りながら冷却する。これは、プレート材料２２０１上の冷却作用を作り出し、次いでこれがプレートの前面に伝導され、ここで一次気流も図から分かるように逆流配置において冷却される。
【００６３】
図１８Ａは、２つのアクティブ領域を組み合わせるプレート構造２３０１を示す。Ｋｏｚｕｂａｌ（米国特許出願公開第２０１３／０３４０４４９号）は、段階が明確に異なる２段階プロセスを記載する。第１の段階は、一次空気流が水平であり、乾燥剤が垂直であり、二次気流も垂直である、直交流段階である。第２の段階は、一次空気流が乾燥チャネル内で水平であり、二次気流が、同様に水平かつ一次気流に対して逆流となるような方法で一次気流から吸い上げられる、逆流段階である。この二次気流が濡れであり、間接蒸発器として機能する。しかしながら、Ｋｏｚｕｂａｌにより記載されたシステムには依然として次の２つの問題がある：第１の段階は依然として直交流段階であり、そのため逆流段階が効果的であるほど効果的ではなく、第１の段階における乾燥剤は、第１の段階の二次気流の湿球温度にしか冷却されない。この温度は通常比較的高いため、乾燥剤濃度もまた、適切な除湿を得るために高い必要がある。高い乾燥剤濃度は、過剰水を除去するために高い再生温度も必要とすることから望ましくない。図１８Ａ及び図１８Ｂの構造は両方の問題を解決し、すなわち、二次空気チャネルは、第１及び第２の段階が両方とも逆流し、液体乾燥剤が第１の段階で使用される前に第２の段階でまず冷却されるような方法で構成される。これにより、システムは大幅に低い乾燥剤濃度で動作することができ、より低い再生温度をもたらす。
【００６４】
次いで一次気流２３０２が空気処理の第１の段階に進入し、ここで微多孔膜２３０４及び乱流発生器２３０３が膜２３０４の下の冷却された乾燥剤にこの気流を晒すように使用される。得られる冷たく乾燥した気流２３１９は次いで第２の段階に導かれ、第２の乱流発生器２３０９及び第２の膜（好ましくは微多孔性ではない）が気流を感知可能に冷却する役割を果たし、冷たく乾燥した気流２３２０をもたらす。冷たく乾燥した気流２３２０の一部分２３２１はプレートの背面に吸い上げられ、図１８Ｂで説明される。
【００６５】
液体乾燥剤導管２３１５はまず液体乾燥剤を供給ポート２３１１に誘導し、ここでそれは非微多孔膜２３１０の下を流れる。次いで、冷たい液体乾燥剤がポート２３１４を通して収集され、導管２３１６及び小さな乾燥剤ポンプ（図示せず）によって、第１の段階における頂部供給管２３１７及び供給ポート２３０５に誘導される。ここで冷たい乾燥剤は微多孔膜２３０４の下の表面を流下し、ポート２３０８を通して排出管２３１８へと収集される。同時に、プレートの背面上の蒸発のための水（または海水）が、ポート２３０６及び２３１２を通して誘導される。過剰水がポート２３０７及び２３１３を通して収集され、システムから除去され得る。
【００６６】
図１８Ｂは、図１８Ａのプレート２３０１上の背面チャネルを示す。二次気流２３２９は、プレート２３０１の底部から進入し、第１の段階を通る気流を方向転換する障害物２３３８にぶつかる。方向転換された気流２３３５は、前述のようにフロッキングを用いるウィッキング表面を備え得るアクティブ領域２３３６にぶつかる。蒸発のための水または海水が、ポート２３０６及びウィッキング材料２３３２を通して供給されて、フロック面２３３６上を流れる。いかなる過剰水も、水排出口２３３３によって収集され、排出ポート２３０７に誘導される。流出する空気は、均一な空気流を作り出すために使用される障害物２３４０及び障害物２３３２によって誘導されて、排気流２３３７となる。液体乾燥剤は、ポート２３０５を通ってチャネル２３３０へと、そして前述のようにプレート２３０１の前面に誘導される。使用された液体乾燥剤は、排出ポート２３０８を通って排出チャネル２３３４へと収集される。
【００６７】
図１８Ｂの第２の段階は、一次気流２３２０のいくらかの空気２３２１を、前述のようにフロッキングを用いるウィッキング表面を備え得るアクティブ領域２３２６へと吸い上げる。アクティブ領域２３２６は、気流２３２７がアクティブ表面上を流れる際に、それを冷却及び加湿する。蒸発のための水または海水が、ポート２３１２及びウィッキング材料２３２４を通して供給されて、フロック面２３２６上を流れる。いかなる過剰水も、水排出口２３２５によって収集され、排出ポート２３１３に誘導される。流出する空気は、均一な気流を作り出すために使用される障害物２３３８及び障害物２３２３によって誘導されて、排気流２３３９となる。液体乾燥剤は、ポート２３１１を通ってチャネル２３２２へと、そして第１の段階と同様にプレート２３０１の前面に誘導される。冷却された液体乾燥剤は、排出ポート２３１４を通って排出チャネル２３２６へと収集される。
【００６８】
したがって、上記のシステムは、冷たい液体乾燥剤が一次気流を冷却及び除湿するために使用される逆流の第１の段階、ならびに冷たく乾燥した空気及び冷たい乾燥剤が生成される第２の段階として機能する。冷たく乾燥した空気は、建物の空間のために使用され、冷たい乾燥剤は、一次気流の冷却及び乾燥をもたらすために第１の段階で使用される。図６に示されたように、プレート２３０１の裏面上の第１及びまたは第２の蒸発チャネルも、液体水チャネルによって置き換えられ得ることは明らかであろう。乾燥剤のますます微細な分配を実現するために、第３もしくは第４、またはさらなる段階が追加され得ることも明らかであろう。最大の開放性／多孔性の領域が流入気流と対面しており、最小の多孔性／閉鎖性の領域が流出気流と対面している、段階的な多孔性（気流が空気チャネルをさらに下っていくにつれて低減する多孔性）を有する膜を想像することすらできるであろう。
【００６９】
図１８Ｃは、図１８Ａのプレート全体にわたる流体路をより鮮明に示す。蒸発のための水もしくは海水または廃水が、右上で進入導管２３２２において導入される。水は、図１８Ｂに示されたようにプレートの第２の部分の裏面に流れ、蒸発し始める。蒸発していない過剰水は排出導管２３２３を通して収集され、供給導管２３２４において第１の部分の頂部に誘導される。第２の蒸発が第１の部分の背面上で起こり、いかなる最終的な過剰水も導管２３２５を通して収集され、排出される。代替的に、代替的な供給導管２３２６において水を導入することが可能であり、その後、水は、第１の段階の背面を流れ、排出口２３２５で収集され、その後、水は、導管２３２７を通って第２の段階の頂部に誘導される。次いで水は第２の段階の背面を通って流れ、導管２３２８を通して収集され、排出される。乾燥剤の流れは図１８Ａで既に説明した。示されるように、２段階または複数段階の配置に液体乾燥剤及び蒸発水を配置することによって、直交流配置よりも良好な熱及び質量交換の性能を有する空気及び水／乾燥剤の半逆流を実現することができ、最も冷たい乾燥剤を流入気流に適用して、それによって必要とされる乾燥剤濃度を低下させることができる。
【００７０】
図１９は、液−液熱交換器を提供するために、どのように熱成形プレートをまた使用することができるかを例示する。第１の熱成形プレート３００１は、第１の液体を収容するために使用される主要密封特徴３００２を含む。第１の液体は、ポート３００３を通って進入し、乱流発生特徴３０１１の上に誘導される。次いで第１の液体は排出ポート３００６に達する。第２の流体は、ポート３００４を通って、かつ熱成形プレート３００１の鏡像であるプレート３００７の表面上に誘導される。プレート３００１及び３００７は、一緒に熱接合されて、第１の液体のための単一のチャネルを形成する。プレート３００１及び３００７の背面も、乱流発生特徴（図示せず）を有し得る。代替的に、乱流発生網３０１０は、第２の液体の分配及び撹拌のために使用されてもよい。前述のように、３Ｍ  ５５０または５２００ポリウレタン接着剤などの接着剤を分注する接着剤ロボットを用いて作製される接着剤密封は、第２の流体のための密封３００８を形成するために使用される。接着剤密封３００９及び３０１２は、第１の流体が第２の流体との混合を伴わずに次のプレート対に流れることを可能にするために使用される。完全な熱交換器は、図に記載されるように複数のプレート対を備えることになる。
【００７１】
図２０Ａは、液−液熱交換器プレートを熱成形するための代替的な方法を例示する。図１９の２枚の鏡像プレート３００１及び３００７は、単一のシート３１０１内に熱成形され得る。供給ポート３１０２Ａ及び３１０２Ｂならびに３１０６Ａ及び３１０６Ｂは、図２０Ｂに示されるように、プレートが折り重ねられると一列に並ぶことになる。同様に、供給ポート３１０３Ａ及び３１０３Ｂならびに３１０６Ａ及び３１０６Ｂの周囲の隆起線は、図２０Ｂに示されるようにプレートが半分に折り畳まれると接触することになる。さらに、縁密封３１０５Ａ及び３１０５Ｂは、折り重ねられると接触することになる。乱流発生器特徴３１０４Ａ及び３１０４Ｂは、完全に接触しないが小さな領域でのみ接触するように設計され、これは液体を乱流運動で横向きかつ上方に押し出す。
【００７２】
図２０Ｂは、部分的に折り重ねられた図２０Ａの熱成形プレート３１０１を示す。縁密封３１０５Ａ及び３１０５Ｂの上に完全に折り重ねられた後、隆起線３１０３Ａ、３１０７Ａ、３１０３Ｂ、及び３１０７Ｂは接触し、密閉して一緒に熱接合されることになる。乱流発生隆起線３１０４Ａ及び３１０４Ｂは、構造強度のために接触が所望の場合の領域においてスポット熱接合され得る。
【００７３】
ここで図２１は、図２０Ａ及び図２０Ｂの折り畳まれたプレート３１０１が、第２のチャネルの周囲の接着剤密封３２０１によってどのように封着されるかを示す。接着剤密封３２０２は出口ポート３１０６Ｂの周囲に使用され、追加の密封３２０４はポート３１０２Ｂの周囲に使用される。追加の分配障害物３２０３及び３２０５が、プレート全体にわたる一様な液体流を確保するために使用されてもよい。熱接合プロセスがポート３１０３Ｂ及び３１０７Ｂの周囲の密封を既に達成したため、この密封は必要とされない。ここで、図２１の構造を複数回積み重ねて、低圧液体のための安価なプレート熱交換器を形成することができる。
【００７４】
このように、いくつかの例示的な実施形態を記載してきたが、当業者であれば様々な変更例、改変例、及び改良例を容易に発想するであろうことを理解されたい。そのような変更例、改変例、及び改良例は、本開示の一部を形成するよう意図され、本開示の主旨及び範囲内であるよう意図される。本明細書に提示されたいくつかの例は、機能または構造的要素の特定の組み合わせを含むが、これらの機能及び要素は、同じまたは異なる目的を達成するために、本開示に従う他の方法で組み合わされ得ることを理解されたい。特に、一実施形態に関連して説明される行為、要素、及び特徴は、他の実施形態における同様または他の役割から除外されるよう意図されるものではない。さらに、本明細書に記載される要素及び構成要素は、同じ機能を実行するためにさらなる構成要素にさらに分割されるか、または一緒に連結されてより少ない構成要素を形成してもよい。したがって、前述の説明及び添付の図面は例に過ぎず、限定的であるよう意図されるものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ−１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ−１３Ｃ】
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【図１３Ｄ−１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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