(57)【要約】【課題】多板式熱交換器を構成する板状体の凹溝の寸法及び隣接する板状体間の間隔の適値を見出す。【解決手段】素子９を複数個重ね合わせた多板式熱交換器１６において、凹凸は凹溝２ｂと突条３ｂとにより形成され、凹溝の断面形状は、等二次元曲率を含む溝形状に形成され、素子９は板状体１，１の各々の凹凸のピッチを１／２ピッチだけずらして互いに重ね合わせて形成され、凹溝の深さＷｈｔ、ピッチＷｐｔ、各素子９間の通路１５を画成する２枚の板状体１，１間の間隔をＰｐｔとしたとき、これらの各寸法が、０．８ｍｍ＜Ｗｈｔ＜１．６ｍｍ、４．８ｍｍ＜Ｗｐｔ＜６．８ｍｍ、２．９ｍｍ＜Ｐｐｔ＜４．９ｍｍの範囲内にあるようになされている。【選択図】図７
2004245461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に凹凸加工を施した２枚の板状体を互いに重ね合わせて形成した素子を複数個重ね合わせ、各素子の内側の空間を熱伝達媒体の一方を通過させるための通路とし、各素子間の空間を他方の媒体を通過させるための通路としたダブルウエーブ型多板式熱交換器において、
前記通路は、凹溝からなり、該凹溝はその断面形状が等二次元曲率形成面を含む凹溝であり、各凹溝は板状体の巾方向に連続した波型の平面形状をなしており、このような凹溝が板状体の長手方向等間隔に配列され、隣接する凹溝間は波型をなす突条とされており、前記その断面形状が等二次元曲率形成面を含む凹溝は、その深さＷｈｔ、ピッチＷｐｔ、前記各素子の内側の通路もしくは前記各素子間の通路を画成する２枚の隣接板状体間の間隔をＰｐｔとしたとき、これらの各寸法が、
０．８ｍｍ＜Ｗｈｔ＜１．６ｍｍ
４．８ｍｍ＜Ｗｐｔ＜６．８ｍｍ
２．９ｍｍ＜Ｐｐｔ＜４．９ｍｍ
の範囲内にあるようにされたことを特徴とするダブルウエーブ型多板式熱交換器。
【請求項２】
好ましくは、Ｗｈｔ＝１．２ｍｍ前後、Ｗｐｔ＝５．８ｍｍ、Ｐｐｔ＝４．０〜４．５ｍｍの範囲内にあるようにされたことを特徴とする請求項１記載のダブルウエーブ型多板式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷凍機における蒸発器、吸収器および凝縮器等の多板式熱交換器に関し、特に、ダブルウエーブ型多板式熱交換器における熱伝達性能の改善に視点をおいた発明であり、該熱交換器の媒体通路の断面形状設定における設計上の寸法適値の設定技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記形式の熱交換器として、次のようなものが知られている。すなわち、該熱交換器の素子を形成する板状体の両面には、両端部を除いた中央部の全面に波型の凹凸模様が形成され、この凹凸模様は、例えば前記板状体の一方の面側から凹溝をプレス加工により形成することで形成され、各凹溝は板状体の巾方向に連続した波型の平面形状をなしており、このような凹溝が板状体の長手方向に等間隔に配列されている。
そして、該構造の板状体を２枚、互いにその上下を逆にした状態として重ね合わせて熱交換器の素子を形成し、該素子を複数個重ね合わせ、各素子の内側の空間を熱伝達媒体の一方を通過させるための通路とし、各素子間の空間を熱伝達媒体の他方を通過させるための通路とした多板式熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１５３３９６号公報（第３頁第３欄４２行−第４頁第６欄１１行、第７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載された従来技術における多板式熱交換器は、本出願人が先に特願平８−３１２３７７号として出願した熱交換器の発明であり、該熱交換器は、図１ないし図８を参照することにより理解できるように、端的には、両面に凹凸加工を施した２枚の板状体１，１を互いに重ね合わせて素子９を形成し（図４参照）、この素子９を複数個重ね合わせて（図６参照）、各素子９の内側の空間を一方の熱伝達媒体の媒体通路１２とし、各素子間の空間を他方の媒体の媒体通路１５として多板式熱交換器１６として形成されるものである。
【０００５】
そして、前記多板式熱交換器１６の大略は上述のようなものであるが、該熱交換器はさらに詳述すれば以下のような構造を備えるものである。
すなわち、該熱交換器１６における前記媒体通路１２もしくは１５は、板状体１に施された凹凸加工により形成されるものであり、該板状体における凹凸加工は、各板状体１の両端部を除いた中央部の全面に波型の凹凸模様として形成され、この凹凸模様は、例えばＡ面側から凹溝２，２，・・・をプレス加工することにより形成されており、各凹溝２は板状体１の巾方向に連続した波型の平面形状をなし、このような凹溝２が板状体１の長手方向に等間隔に配列され、隣接する凹溝２と２の間は同様に波型をなす突条３とされている。
【０００６】
前記板状体１のＡ面において、凹溝２が形成されている部分は、Ｂ面においては外側へ突出して凹溝２と同じ形状の突状３ｂとなっており、また、Ａ面における突状３に相当する部分がＢ面においては凹溝２ｂとなっており、前記凹溝２の断面形状は等二次元曲率の溝形状として形成され、凹溝２ｂはその断面形状が等二次元曲率の形成面を含むその溝底が平らな溝形状に形成されている。
【０００７】
板状体１の長手方向両端部には、それぞれ開口４ａ，４ｂが打抜かれていて、これら開口４ａ，４ｂの周囲部分は、前記凹溝２と同時のプレス加工により、Ａ面側においては凹入した平坦面５、Ｂ面側においては突出した平坦面６として形成されている。
【０００８】
板状体１の一方端部の開口４ａ部分においては、該開口４ａの周縁に沿い、前記平坦面６からさらに突出した突出縁が形成されているが、この点を除けば、板状体１の両端部の形状は全く同一である。
【０００９】
そして、図４に図示されるように、２枚の板状体１が前記Ａ面どうしを互いに向かい合うようになされて重ね合わされ熱交換器の素子９が形成される。
そして該重ね合わせは、前記２枚の板状体１，１が互いにその上下が逆向き（図１および図３参照）にされて重ね合わされ、つまり、一方の板状体１の開口４ａが他方の板状体１の開口４ｂに整合し、かつ両板状体１，１のＡ面どうしが互いに向かい合わせになるようにして両板状体１，１が重ね合わされている。
【００１０】
すなわち、図１および図３に図示の状態において、前記凹溝２は、図１においてはＭ字状をなし、図３においては上下逆向きとされてＷ字状をなしている。したがって、２枚の板状体１，１を上記のように重ね合わせた場合、両者の合わせ面において一方の板状体１の凹溝２と他方の板状体１の凹溝２とは図５に図示されるように互いに交叉し、また突条３どうしも互いに交叉している。図５において、実線２１は一方の板状体１の凹溝、鎖線２２は他方の板状体１の凹溝を示している。
【００１１】
そして、図５に図示されるように、媒体は一方の空所１１から図示していない他方の空所１１へ向かって、全体的には点線矢印ａで示すように板状体１（素子９）の長手方向に並進するが、局部的には互いに交叉する凹溝２に影響され、例えば実線矢印ａ１に示すように１つの凹溝２１に沿って進行方向ａに対し右方へ片寄りながら流れ、次いで他方の板状体１の凹溝２２との交叉部１３において、一部は分岐して矢印ａ２で示すように逆に左方へ片寄りながら流れる等、板状体１の面全体に良好に行き渡りながらかつ充分に攪拌されながら流れるので、該面を通ずる熱伝達が高い効率で行われる。
【００１２】
上述したような素子９が多数重ね合わされて組付けられ、図６に図示されるような多板式熱交換器１６が形成される。
同図において、左右の素子９，９は全く同じ形状のものであり、かつ同じ向きに配置され、前記突出した外側の平坦面どうしを互いに当接させて重ね合わされている。
【００１３】
このようにして組み付けられた素子９，９間には、周辺部に開口部が形成され、両素子９，９間において互いに当接する両端部の平坦面間に形成される媒体通路１５がこの開口部に連通している。組み付けられた各素子９は、その空所１１が開口を通じて液密に連通され、素子９の内側の前記媒体通路１２を流れる第１の媒体の導入通路および導出通路を形成している。
【００１４】
前記素子９，９間の媒体通路１５には前記開口部１４から第２の媒体が導入され、媒体通路１５内を板状体１の巾方向すなわち、前記素子９の内側における第１の媒体の流れ方向に対して直角方向に流れ、両媒体間で熱伝達が行われる。
媒体通路１５においても、各素子９の互いに対向する外側にそれぞれ形成された前記凹溝２ｂどうしおよび前記突条３ｂどうしが互いに交叉しており、媒体通路１２の互いに交叉する凹溝２ｂおよび突条３ｂについて前述したのと同じ媒体撹乱効果および熱伝達向上効果が得られる。
【００１５】
本出願人が先に出願した前記発明は、上述のように、隣接する板状体１，１の前記凹凸の波型どうしが交叉するようになされ、素子９内側の媒体通路１２および各素子９，９間の媒体通路１５を流れる各媒体は、交叉する波型の凹凸パターンに影響されて、進行方向に対して左右に振れながら、熱交換面全面に行き渡って流れるので、良好な媒体かきまで効果ならびに熱伝達効率が得られる。
【００１６】
また、各素子９を形成する２枚の板状体１，１を周縁に沿って互いに密封することにより、各素子９内の一方の媒体用の通路１２を各素子９，９間の他方の媒体用の通路１５から確実に区画して、一方の媒体が他方の媒体側へ漏洩するのを防止することができる。さらに、板状体１は形状が単純で製作が容易であり、前記平面形状波型の凹凸により充分な補強効果が得られるので、肉厚を薄くして、軽量化ならびに熱伝達の向上を図ることができるものである。
【００１７】
さらに、各板状体１の一方の面に（熱交換器素子の外側をなす面）Ｂに施された凹凸の凹部に対応する凹溝２ｂの断面形状が、等二次元曲率の形成面を含む溝形状に形成されるので、該凹溝２ｂを横切って流下する熱伝達媒体は、均一な膜厚を形成しながら流下することになり、その熱伝達壁面の全面で良好な熱伝達が行われるので、熱伝達効率がさらに向上する。特に、熱伝達媒体が沸点の異なる複数成分を含む流体である場合に、その効果が顕著である。
【００１８】
また、各熱交換器素子９を形成するに際して、同じ２枚の板状体１，１の内一方の板状体１を他方の板状体１に対し、その一方の面Ｂが外側になるようにして裏返しかつその上下端を他方の板状体１の上下端と逆にして重ね合わせるだけで、各板状体１の凹凸のピッチが１／２ピッチだけずらされて形成された熱交換器素子９を容易に得ることができる。
【００１９】
なお、図８には、縦置多板式熱交換器１６（波型が２列配設された構造であるが実質的な構造の差異はない。）を使用した吸収冷凍機の吸収器１７が示されており、該図において、１８は配管、１９はノズル、２０は凹溝、２１は突条であり、また、矢印イは冷媒蒸気、ロは吸収液、ハは冷却水を示している。
【００２０】
本出願人が先に出願した前記発明は、上述の構成を具備して、上述の種々の効果を奏するものであるが、本発明は、前記発明すなわち、本出願人が先に出願した前記ダブルウエーブ型の多板式熱交換器の発明において、その媒体通路形成のための設計上の寸法適値を該通路における熱伝達性能向上の視点から求めるものであり、とりわけ、通路断面形状において、前記二次元曲率の形成面を含む凹溝を有する通路において、その熱伝達性能向上の視点から、すなわち、撹乱効果や熱伝達効率等の性能向上の視点から、該通路断面形状における前記凹溝の深さ、ピッチ、および、いずれかの熱伝達媒体の通路に面する凹溝をそれぞれ有する２枚の板状体間の間隔についてその寸法の最適値を見出すことをその課題とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、前記課題を解決するための前記多板式熱交換器の媒体通路を形成するその断面形状において、等二次元曲率の形成面を含む該通路のための凹溝における形状形成のための最適な寸法設定値の設定に関し、請求項１に係る発明は、両面に凹凸加工を施した２枚の板状体を互いに重ね合わせて形成された素子を複数個重ね合わせ、各素子の内側の空間を熱伝達媒体の一方を通過させるための通路とし、各素子間の空間を他方の媒体を通過させるための通路としたダブルウエーブ型多板式熱交換器において、前記通路は、凹溝からなり、該凹溝はその断面形状が等二次元曲率の形成面を含む凹溝であり、各凹溝は板状体の巾方向に連続した波型の平面形状をなしており、このような凹溝が板状体の長手方向に等間隔に配列され、隣接する凹溝間は波型をなす突条とされており、前記その断面形状が等二次元曲率の形成面を含む凹溝は、その深さＷｈｔ、ピッチＷｐｔ、前記各素子の内側の通路もしくは前記各素子間の通路を画成する２枚の隣接板状体間の間隔をＰｐｔとしたとき、これらの各寸法が、
０．８ｍｍ＜Ｗｈｔ＜１．６ｍｍ
４．８ｍｍ＜Ｗｐｔ＜６．８ｍｍ
２．９ｍｍ＜Ｐｐｔ＜４．９ｍｍ
の範囲内にあるようにされたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、好ましくはＷｈｔ＝１．２ｍｍ前後、Ｗｐｔ＝５．８ｍｍ、Ｐｐｔ＝４．０〜４．５ｍｍの範囲内にあるようにされたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１に記載された発明のものは、前記ダブルウエーブ型多板式熱交換器において、前記通路は、凹溝からなり、該凹溝はその断面形状が等二次元曲率の形成面を含む凹溝であり、各凹溝は板状体の巾方向に連続した波型の平面形状をなしており、このような凹溝が板状体の長手方向に等間隔に配列され、隣接する凹溝間は波型をなす突条とされており、前記その断面形状が等二次元曲率の形成面を含む凹溝は、その深さＷｈｔ、ピッチＷｐｔ、前記各素子の内側の通路もしくは前記各素子間の通路を画成する２枚の隣接板状体間の間隔をＰｐｔとしたとき、これらの各寸法が、
０．８ｍｍ＜Ｗｈｔ＜１．６ｍｍ
４．８ｍｍ＜Ｗｐｔ＜６．８ｍｍ
２．９ｍｍ＜Ｐｐｔ＜４．９ｍｍ
の範囲内にあるとされているから、各素子の内側の通路に面する凹溝もしくは各素子間の通路に面する側の凹溝の断面形状が、等二次元曲率溝形状もしくは等二次元曲率形成面を含む溝形状に形成されているので、該凹溝を横切って流下する熱伝達媒体は、均一な膜厚を形成しながら流下することになり、その熱伝達壁面の全面で良好な熱伝達が行われるので、熱伝達効率がさらに向上する。特に、熱伝達媒体が沸点の異なる複数成分を含む流体である場合に、その効果が顕著である。
【００２４】
また、熱交換素子は、該素子を形成する２枚の板状体の各々の凹凸のピッチが１／２ピッチだけずらして互いに重ね合わせて形成されているので、各熱交換器素子の内側の空間に形成される熱伝達媒体の通路と、各素子間に形成される熱伝達媒体の通路とは、いずれも一方の板状体の凹溝に他方の板状体の突条が進入する形態で通路が形成されることとなり、それらの通路を流下する熱伝達媒体は、蛇行して流れ、その撹乱効果が発生し、死水域も大幅に減少するので、熱伝達効率がさらに向上する。
【００２５】
さらに、一方の板状体の凹溝に他方の板状体の突条が進入する分だけ、両板状体間の距離および両素子間の距離が接近するので、その分だけ熱交換器の巾方向寸法を減少させ、熱交換器を小型化することができる。
【００２６】
また、各板状体の等二次元曲率形成面を含む溝形状に形成された凹溝の深さＷｈｔ、ピッチＷｐｔ、前記各素子の内側の通路もしくは前記各素子間の通路を画成する隣接する２枚の板状体間の間隔をＰｐｔとしたとき、これらの各寸法が、０．８ｍｍ＜Ｗｈｔ＜１．６ｍｍ、４．８ｍｍ＜Ｗｐｔ＜６．８ｍｍ、２．９ｍｍ＜Ｐｐｔ＜４．９ｍｍの範囲内にあるようにされるので、熱伝達効率がさらに一層向上する。
【００２７】
請求項２に記載された発明のものは、請求項１に記載の多板式熱交換器において、好ましくは、Ｗｈｔ＝１．２ｍｍ前後、Ｗｐｔ＝５．８ｍｍ、Ｐｐｔ＝４．０〜４．５ｍｍの範囲内にあるとされているから、最大の熱伝達効率を達成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図２１に図示される本願請求項に係る発明の実施形態について説明する。
【００２９】
本実施形態における、多板式熱交換器は、吸収式冷凍機における吸収器、蒸発器および凝縮器等において使用されて好適なダブルウエーブ型多板式熱交換器として構成されている。
【００３０】
図１ないし図８は、既に説明したとおり、本実施形態の特徴点であるその媒体通路を形成する二次元曲率形成面を含む凹溝の寸法の適値が適用されるダブルウエーブ型多板式熱交換器の基本構造を示す図であって、図１ないし図３は、板状体単体に関連する図であり、図４ないし図６は、完成された多板式熱交換器に関連する図であり、さらに、図７は、図４の部分拡大図であり、図８は、多板式熱交換器の使用例である。
【００３１】
そして、図９は、本実施形態におけるダブルウエーブ型多板式熱交換器の寸法の適値を見出すために使用される実験装置の概略図であり、図１０は、本実験において使用される供試品の諸元を示す図表、図１１ないし図２１は、本実験結果を示すグラフである。
【００３２】
図９において、実験装置は、供試品を使用した吸収器、蒸発器、濃・希吸収液タンク、濃吸収液ポンプ、冷却水タンク（恒温槽）より構成されている。実験は、バッチ運転方式により行われ、吸収器内圧力が所定の圧力となるように蒸発器の負荷を調整し、濃吸収液の膜レイノルズ数２０〜１２０、濃度（重量％）６０％、温度５０℃、冷却水の流量３ｌ／ｍｉｎ、温度３５℃、蒸発器内圧力４．６７ｋＰａ、温度１２℃の実験条件が満たされ、かつ、定常状態となった時点で溶液の採取、各部の温度測定を行った。
【００３３】
冷媒としてはＴＦＥ（２．２．２．−トリフルオロエタノール）、吸収剤としてはＤＭＩ（１．３−ジメチル−２−イミダゾリジノン）の有機系吸収ペアが使用された。なお、界面活性剤の添加は行っていない。
【００３４】
供試品は、アルミ材からなるプレート（板状体）の表面にその断面形状が等二次元曲率形状の形成面を含む凹溝に加工された凹溝が形成され、該凹溝は前記プレートの前記表面を波型（ＭもしくはＷ型）を呈して延びており、この凹溝が形成された２枚の前記プレートが、互いにその上下が逆向きとされかつ相向かい合わせとされて、吸収側の流路が形成される。
【００３５】
したがって、前記流路は、２枚のプレートにそれぞれ形成された前記等二次元曲率の形成面を含む形状の２つの凹溝がその水平方向においてＭ型とＷ型を呈する波型が互いに重なり交叉する配設関係におかれることで形成されている。そして、濃吸収液は、両プレート上部に配されたスプレー管より一様に供給され、プレート表面を流下し、冷媒蒸気は、上側と左右側面より流入する。そして、冷却水は、各々のプレートの背面を下側から上側に流れるようになっている。
【００３６】
この供試品の２枚のプレートの相向かい合う凹溝の形状は、図７に図示される実機多板式熱交換器（吸収器）１６における熱交換素子９，９間の通路１５を画成する２枚の隣接板状体１，１の相向かい合う凹溝の形状に合わせて形成されており、図１０に示されるこの供試品の諸元形状パラメータＷｈｔ、Ｗｐｔ、Ｐｐｔは、図７に図示される実機多板式熱交換器１６における形状パラメータＷｈｔ、Ｗｐｔ、Ｐｐｔと一致している。
【００３７】
この供試品の形状パラメータのうち、２枚のプレート間の間隔Ｐｐｔは、両プレートに形成された等二次元曲率形成面を含む凹溝の溝底間の水平方向距離として定義される。したがって、この定義を実機多板式熱交換器１６に当て嵌めると、同熱交換器１６における各素子間の通路１５を画成する２枚の隣接板状体１，１間の間隔Ｐｐｔは、各素子９間の通路１５を画成する２枚の隣接板状体１，１にそれぞれ形成される凹溝であって、それらの位相を１／２ピッチだけずらして相向かい合うようにされた凹溝間の水平方向距離として定義される。
【００３８】
この供試品の他の形状パラメータであるＷｈｔは凹溝２ｂの深さ（突条３ｂの高さ）、Ｗｐｔは凹溝２ｂのピッチを指している。実験には、これら３つの形状パラメータＷｈｔ、Ｗｐｔ、Ｐｐｔが選択され、その適値が検討された。そのために、これらの形状パラメータのうち、２つを同じくし、残りを３通りの寸法に変化させた全部で７種類の供試品♯１〜♯７が用意された。さらに、プレート表面が平滑にされた供試品♯８が用意された。
【００３９】
解析方法として、交換熱量は冷却水側受熱量を基準とし、吸収側の熱伝達率の算出には、対数平均温度差が成立していると仮定した。冷却水側熱伝達率は、予め行った実験式を使用し、吸収側の伝熱面積は、プレート投影面積を基準とした。物質伝達率は、実溶液温度と吸収器内圧力に対する溶液の冷媒平衡濃度と、溶液の実冷媒濃度との差を吸収駆動力とし、対数平均濃度差が成立していると仮定した。
【００４０】
図１１ないし図２１に実験結果が図示されている。先ず、凹溝の溝深さ（突条の高さ）Ｗｈｔの影響について見てみると、図１１には、Ｗｈｔの異なる♯１、♯４、♯５と平滑品♯８とについて、膜レイノルズ数Ｒｅｆに対する吸収冷媒量Ｍの変化の状況が図示されている。
【００４１】
図１１において、♯１と♯５とを比較すると、Ｒｅｆの略全域で♯１の吸収冷媒量が若干多い。これは、溝頂部（突条頂部）での流下溶液の撹乱効果が、♯５と比較してより大きいＷｈｔを有する♯１において、より顕著に現れたためと考えられる。
【００４２】
♯４は、Ｒｅｆ＝５０〜６０付近において、吸収冷媒量Ｍが頭打ちとなっており、また略全域において、♯１と♯５とに対して低い値となっている。これは、Ｗｈｔが逆に大き過ぎるので、表面張力の影響により、溝底部での液膜が厚くなり、温度・濃度境界層が発達したことに加え、対面するプレート間の溝頂部付近に溶液ブリッジ（溶液閉塞）が発生し易くなり、その影響により、冷媒蒸気の流入が阻害されたためと考えられる。
【００４３】
一方、♯８の平滑品については、Ｒｅｆに対する吸収冷媒量Ｍの傾向が不安定であり、また、Ｒｅｆ＝５０付近以上では、♯１と♯５とに比して低い値となっている。これは、逆に、濡れ性の向上と液膜厚さの均一化および溝頂部における流下溶液の撹乱効果を目的とした、等二次元曲率溝形状の水平凹溝の優位性を示唆しているものと考えることができる。
【００４４】
図１２および図１３には、♯１、♯４、♯５と平滑品♯８について、膜レイノルズ数Ｒｅｆに対する熱伝達率αおよび物質伝達率βの変化の状況が図示されている。♯４については、熱伝達率αは、Ｒｅｆに比例して増加しているのに対して、物質伝達率βは、Ｒｅｆ＝５０〜６０付近で頭打ちとなっている。よって、このことからも、溶液ブリッジによる冷媒吸収の阻害がより支配的になっていることが予想される。
【００４５】
以上により、凹溝の溝深さ（突条の高さ）Ｗｈｔとしては、Ｗｈｔ＝０．８〜１．６ｍｍ間に適値が存在し、Ｗｈｔ＝１．２ｍｍ前後にピークが存在するものと予測される。
【００４６】
次に、凹溝の溝ピッチＷｐｔの影響について見てみると、図１４にはＷｐｔの異なる♯１、♯６、♯７について、膜レイノルズ数Ｒｅｆに対する吸収冷媒量Ｍの変化の状況が図示されている。
【００４７】
図１４において、♯１と♯７とを比較すると、Ｒｅｆの略全域で♯１の吸収冷媒量が多く、Ｒｅｆ＝５０付近以上において、その差がより顕著になる。これは、♯１は、♯７に比べて溝数が多いため、溝頂部での流下溶液の撹乱頻度が向上したためと考えられる。
【００４８】
♯６は、最も低い吸収冷媒量となっているが、これは、Ｗｐｔが逆に小さ過ぎると、前記した溝深さ（突条の高さ）Ｗｈｔの影響に付いての♯４と同様、表面張力の影響により、溝底部での液膜が厚くなり、温度・濃度境界層が発達したためと考えられる。また、Ｒｅｆ＝５０付近で吸収冷媒量Ｍが頭打ちとなっているのは、前記の原因に加え、Ｗｐｔの細密化の結果、対面するプレート間の溝頂部付近に溶液ブリッジが発生したためと考えられる。
【００４９】
図１５および図１６には、♯１、♯６、♯７について、膜レイノルズ数Ｒｅｆに対する熱伝達率αおよび物質伝達率βの変化の状況が図示されている。♯６については、両伝達率とも、Ｒｅｆ＝８０付近をピークに頭打ちとなっている。よって、このことからも、溶液ブリッジに加え、溝底部での温度・濃度境界層の発達が冷媒吸収量の低下に影響しているものと予想される。
【００５０】
以上により、凹溝の溝ピッチＷｐｔとしては、Ｗｐｔ４．８〜６．８ｍｍ間に適値が存在し、Ｗｐｔ＝５．８ｍｍ前後にピークが存在するものと予測される。
【００５１】
最後に、プレート間隔Ｐｐｔの影響について見てみると、図１７には、Ｐｐｔの異なる♯１、♯２、♯３について、膜レイノルズ数Ｒｅｆに対する吸収冷媒量Ｍの変化状況が図示されている。
【００５２】
図１７において、♯１と♯２とを比較すると、Ｒｅｆ＝３０〜４０付近以上において、♯２の吸収冷媒量が増加している。これは、♯１に比べて♯２はプレート間隔Ｐｐｔが大きいことにより、冷媒蒸気の流入がより容易になり、溶液ブリッジの発生も抑制されたためと考えられる。
【００５３】
♯３は、Ｒｅｆの全域において、♯１と♯２とに比べて吸収冷媒量が低く、Ｒｅｆ＝４０〜５０付近において、吸収冷媒量Ｍが頭打ちとなっている。これは、Ｐｐｔが逆に小さ過ぎることにより、溶液ブリッジが発生しているためと考えられる。
【００５４】
図１８および図１９には、♯１、♯２、♯３について、膜レイノルズ数Ｒｅｆに対する熱伝達率αおよび物質伝達率βの変化の状況が図示されている。♯３については、熱伝達率αはＲｅｆに比例して増加しているのに対して、物質伝達率βは、Ｒｅｆ＝４０〜５０付近で頭打ちとなっている。よって、このことからも、溶液ブリッジによる冷媒吸収の阻害が支配的となっていることが予想される。
【００５５】
図１７ないし図１９に図示されるとおり、プレート間隔Ｐｐｔについては、比較供試品中その値が最も大きい♯２が良好な冷媒吸収性能を示した。しかしながら、実機においては、スペース効率の観点から、吸収器エレメント容積一定の条件下における高吸収性能化が前提とされるケースが多い。
【００５６】
その場合、Ｐｐｔが大きくなると、プレート枚数の減少、すなわち、伝熱面積の減少により、熱および物質コンダクタンスの低下を招く可能性もあり、単純に高吸収性能化に結びつかないことが予想される。
【００５７】
そこで、吸収器エレメント容積一定を前提とした場合のＰｐｔの適値化検討を行った。図２０および図２１は、その結果を示している。これらの図において、縦軸のζＡ・α、ζＡ・β中のα、βは、ＲｅｆおよびＰｐｔを独立変数とする実験式により求められた相当熱伝達率および相当物質伝達率を示す。
【００５８】
また、ζＡは、Ｐｐｔ差による伝達面積の違いを、♯１のＰｐｔ＝３．９ｍｍのときの伝熱面積を基準として示した面積比であって、次式により定義される。
ζＡ＝（３．９＋ａ）／（Ｐｐｔ＋ａ）
ここで、ａは冷却水の流路高さであって、本検討においては、実機を想定して、ａ＝１．０ｍｍとした。
【００５９】
このようにして得られたα、β、ζＡを用いて定義されるζＡ・α、ζＡ・βは、それぞれ吸収溶液側の相当熱伝達率および相当物質伝達率として捉えることができ、これらを高吸収性能の指標として用いることができる。
【００６０】
そこで、図２０および図２１を参照すると、相当熱伝達率ζＡ・αについては、いずれのＲｅｆにおいても、Ｐｐｔ＝３．５〜４．５の区間で略同値を示し、Ｐｐｔ＝４．５付近以上では、低下することが分かる。また、相当物質伝達率ζ・βについては、Ｐｐｔ＝４．０〜４．５付近において、Ｒｅｆが小さい程、その値が飽和する傾向にあることが分かる。
【００６１】
以上により、プレート間隔Ｐｐｔとしては、Ｐｐｔ＝２．９〜４．９ｍｍ間に適値が存在し、Ｐｐｔ＝４．０〜４．５付近にピークが存在するものと予測される。
【００６２】
そして、本実施形態において、以上のようにして得られた形状パラメータＷｈｔ、Ｗｐｔ、Ｐｐｔの適値が適用されるダブルウエーブ型多板式熱交換器の基本構造は、本出願人が先に出願した前記特願平８−３１２３７７号の発明と異なるものではないから、前記形状パラメータの適値は、該発明における前記形状パラメータの適値を実質的に意味するものと解することができる。
【００６３】
上記図示の実施形態においては各板状体の一方の面に施されて凹凸の凹部に対応する凹溝の断面形状が、等二次元曲率形成面を含む凹溝形状に形成されているので、該凹溝を横切って流下する熱伝達媒体は、均一な膜厚を形成しながら流下することになり、その熱伝達壁面の全面で良好な熱伝達が行われるので、熱伝達効率がさらに向上する。特に、熱伝達媒体が沸点の異なる複数成分を含む流体である場合に、その効果が顕著である。
【００６４】
また、熱交換器素子を形成する２枚の板状体は、各板状体が互いに上下逆向きにされて重ね合わされているので、各熱交換器素子の内側の空間に形成される熱伝達媒体の通路は互いに交叉し、さらに、各素子間の空間に形成される熱伝達媒体の通路は一方の板状体の凹溝に他方の板状体の突条が浸入する形態で通路が形成されることになり、それらの通路を流下する熱伝達媒体は、蛇行して流れ、撹乱状態が発生し、死水域が大幅に減少して熱伝達効率がさらに向上する。
【００６５】
各板状体の等二次元曲率形成面を含む溝形状に形成された凹溝の深さＷｈｔ、ピッチＷｐｔ、各素子間の通路を画成する２枚の板状体間の間隔（両板状体にそれぞれ形成された凹溝の各溝底間の水平方向距離）をＰｐｔとしたとき、これらの寸法が、０．８ｍｍ＜Ｗｈｔ＜１．６ｍｍ、好ましくは、Ｗｈｔ＝１．２ｍｍ前後、４．８ｍｍ＜Ｗｐｔ＜６．８ｍｍ、好ましくは、Ｗｐｔ＝５．８ｍｍ前後、２．９ｍｍ＜Ｐｐｔ＜４．９ｍｍ、好ましくは、Ｐｐｔ＝４．０〜４．５ｍｍの範囲内にあるようになされるので、最大の熱伝達効率を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１および請求項２に記載された発明の一実施形態における多板式熱交換器の基本的構成部材である板状体の一面を一部切断して示した平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】図１の板状体を上下逆にして同じ面を示した平面図である。
【図４】２枚の板状体を重ね合わせて形成した素子の図２と同様な断面図である。
【図５】前記２枚の板状体の素子内側の面にそれぞれ形成された凹溝および突条の配置関係を示す図である。
【図６】互いに重ね合わされて隣接する素子を図２と同様な断面に沿って切断して示した断面図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】前記素子を互いに重ね合わせて形成した多板式熱交換器の斜視図であり、吸収式冷凍機の吸収器への適用例である。
【図９】図１の実施形態における縦置多板式熱交換器の寸法の最適値を見出すために使用される実験装置の概略図である。
【図１０】本実験において使用される供試品の諸元を示す図表である。
【図１１】本実験結果の一例を示すグラフである。
【図１２】本実験結果の他の例を示すグラフである。
【図１３】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図１４】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図１５】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図１６】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図１７】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図１８】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図１９】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図２０】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図２１】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・板状体、２，２ａ，２ｂ・・・凹溝、２１・・・実線（一方の板状体の凹溝）、２２・・・鎖線（他方の板状体の凹溝）、３，３ｂ・・・突条、４，４ａ，４ｂ・・・開口、５・・・平坦面、６・・・平坦面、７・・・突起、８・・・突出縁、９・・・素子、１０・・・平坦部、１１・・・空所、１２・・・媒体通路、１３・・・交叉部、１４・・・開口部、１５・・・媒体通路、１６・・・熱交換器、１７・・・吸収器、１８・・・配管、１９・・・ノズル、２０・・・凹溝、２１・・・突条、イ・・・冷媒蒸気、ロ・・・吸収液、ハ・・・冷却水。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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