(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に凹凸加工が施された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一方の熱伝達媒体が通過するための通路とし、各素子間の空間を他方の熱伝達媒体が通過するための通路とした多板式熱交換器において、
前記凹凸は、前記各板状体の上下方向に交互に等間隔に配列されかつ水平方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝と突条とにより形成され、
前記凹溝は、前記各素子の内側の通路に面する側の凹溝もしくは前記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に形成され、
前記素子は、前記２枚の板状体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、
前記各板状体の上下方向に交互に配列された前記凹凸は、その上下方向全長の中心線が、該板状体の上下方向の中心線に対し、該凹凸のピッチの１／４ピッチだけずらされて配列され、
前記等二次元曲率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たことを特徴とする多板式熱交換器。
【請求項２】
好ましくは、Ｗht＝１．２mm前後、Ｗpt＝５．８mm前後、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記載の多板式熱交換器。
【請求項３】
両面に凹凸加工が施された２枚の細長い板状体を互いに重ね合わせて形成された素子を、その長手方向を上下にして縦置に複数個重ね合わせ、各素子の内側の空間を一方の熱伝達媒体が通過するための通路とし、各素子間の空間を他方の熱伝達媒体が通過するための通路とした縦置多板式熱交換器において、
前記各板状体は、その長手方向の両端部にそれぞれ開口が形成され、該開口の周囲に、該板状体の一方の面においては少なくとも該面に施された前記凹凸の凸部と同じ高さまで突出した平坦面が、他方の面においては少なくとも該面に施された前記凹凸の凹部と同じ深さまで凹入した平坦面が、それぞれ形成され、
前記凹凸は、前記各板状体の長手方向に交互に等間隔に配列されかつ幅方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝と突条とにより形成され、
前記凹溝は、前記各板状体の一方の面に施された前記凹凸の凹部に対応する凹溝の断面形状が、等二次元曲率溝形状に形成され、
前記素子は、前記２枚の板状体の各々の一方の面を外側に、他方の面を内側にし、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、
前記各板状体の上下方向に交互に配列された前記凹凸は、その上下方向全長の中心線が、該板状体の上下方向の中心線に対し、該凹凸のピッチの１／４ピッチだけずらされて配列され、
前記素子の複数個が、前記突出した平坦面同志を互いに当接させて重ね合わせられて結合され、
前記等二次元曲率溝形状に形成された凹溝の深さＷht、ピッチＷpt、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たことを特徴とする縦置多板式熱交換器。
【請求項４】
好ましくは、Ｗht＝１．２mm前後、Ｗpt＝５．８mm前後、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３記載の縦置多板式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、両面に凹凸加工が施された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一方の熱伝達媒体が通過するための通路とし、各素子間の空間を他方の熱伝達媒体が通過するための通路とした多板式熱交換器に関し、特に吸収冷凍機における吸収器や蒸発器として使用されて好適の多板式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来技術】
前記型式の熱交換器として、本出願人は、先に特願平９−１２８７３１号の発明を提案した。
このものにおいては、図１および図２に図示されるような、両面に凹凸加工が施された細長い板状体１の２枚を互いに重ね合わせて形成された素子10（図３参照）を、その長手方向を上下にして縦置に複数個重ね合わせて、図４および図５に図示されるような縦置多板式熱交換器20が構成されている。
【０００３】
この縦置多板式熱交換器20においては、各素子10の内側の空間11を一方の熱伝達媒体（冷却水）が通過するための通路とし、各素子間の空間21を他方の熱伝達媒体（濃吸収液および冷媒）が通過するための通路としている。
【０００４】
各板状体１は、その長手方向の両端部にそれぞれ開口６、７が形成され、該開口６、７の周囲に、該板状体１の一方の面Ａにおいては少なくとも該面Ａに施された凹凸の凸部と同じ高さまで突出した平坦面６a 、７a が、他方の面Ｂにおいては少なくとも該面Ｂに施された凹凸の凹部と同じ深さまで凹入した平坦面６b 、７b が、それぞれ形成されている。
【０００５】
前記凹凸は、各板状体１の長手方向に交互に等間隔に配列されかつ幅方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝３a 、３b と突条２a 、２b とにより形成され、凹溝３a 、３b のうち、板状体１の一方の面Ａに施された凹凸の凹部に対応する凹溝３a の断面形状は、等二次元曲率溝形状に形成されている。
【０００６】
さらに、素子10は、２枚の板状体１、１の各々の一方の面Ａを外側に、他方の面Ｂを内側にし、それらの上下を逆にして、互いに重ね合わせて形成されており、該素子10の複数個が、それらの突出した平坦面６a 、７a 同志を互いに当接させて重ね合わせられて結合されて、縦置多板式熱交換器20が形成されている。
【０００７】
また、素子10を構成する２枚の板状体１、１は、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互いに重ね合わせられており（図３参照）、各板状体１の長手方向に配列された凹凸は、その配列の全高の中心線ＷＣＬが、該板状体１の長手方向の中心線ＣＬに対し、該凹凸のピッチの１／４ピッチだけずらされて配列されている（図３参照）。
【０００８】
各板状体１の一方の面Ａ上には、間隔保持用突起が設けられ、この間隔保持用突起は、該板状体１の長手方向の中心線ＣＬより該長手方向の一方側における大突起４と、他方側における小突起５との２種類の突起からなり、これらの大突起４と小突起５とが、該板状体１の長手方向の中心線ＣＬに対して対称の位置に設けられている。
【０００９】
これらの大突起４と小突起５とは、複数の熱交換器素子10を重ね合わせて、ろう付けにより縦置多板式熱交換器20を形成するに際して、隣接する熱交換器素子10、10間の間隔保持部およびろう付け接着部として機能する
【００１０】
各板状体１に形成される凹溝３a 、３b 、突状２a 、２b 、開口６、７、突出した平坦面６a 、７a 、凹入した平坦面６b 、７b および間隔保持用突起４、５は、いずれもプレス加工により同時に形成される。
【００１１】
本出願人が先に出願した前記発明は、前記のように構成されているので、熱交換器素子10を形成する各板状体１の両面Ａ、Ｂに形成された凹凸は、幅方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝３a 、３b と突条２a 、２b とにより形成されており、その平面形状が波形にされていないので、各素子10内および各素子10間の通路を流下する熱伝達媒体が特定の個所に集合する傾向がなくなり、その熱伝達壁面に濡れない部分が生じることがなくなるので、熱伝達効率が向上する。
【００１２】
また、各板状体１の一方の面（熱交換器素子の外側をなす面）Ａに施された凹凸の凹部に対応する凹溝３a の断面形状が、等二次元曲率溝形状に形成されているので、該凹溝３a 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となり、その熱伝達壁面の全面で良好な熱伝達が行なわれるので、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。
【００１３】
また、各熱交換器素子10を形成するに際して、同じ２枚の板状体１、１のうちの一方の板状体１を他方の板状体１に対し、その一方の面Ａ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10を容易に得ることができる。
【００１４】
さらに、その他、種々の効果を奏することができる。
なお、等二次元曲率溝形状に形成された凹溝を有する多板式熱交換器の性能については、特開昭６３−１２３９９６号公報に詳しく説明されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本願の発明は、前記のような種々の効果を奏する多板式熱交換器、特に吸収冷凍機における吸収器や蒸発器として使用されて好適の縦置多板式熱交換器において、凹溝３a の深さＷht、ピッチＷpt、および、いずれかの熱伝達媒体の通路に面する凹溝３a 、３a をそれぞれ有する２枚の板状体１、１間の間隔Ｐptの適値を見出すことを課題とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明は、前記のような課題を解決した多板式熱交換器に関し、その請求項１に記載された発明は、両面に凹凸加工が施された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一方の熱伝達媒体が通過するための通路とし、各素子間の空間を他方の熱伝達媒体が通過するための通路とした多板式熱交換器において、前記凹凸は、前記各板状体の上下方向に交互に等間隔に配列されかつ水平方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝と突条とにより形成され、前記凹溝は、前記各素子の内側の通路に面する側の凹溝もしくは前記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に形成され、前記素子は、前記２枚の板状体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、前記各板状体の上下方向に交互に配列された前記凹凸は、その上下方向全長の中心線が、該板状体の上下方向の中心線に対し、該凹凸のピッチの１／４ピッチだけずらされて配列され、前記等二次元曲率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たことを特徴とする多板式熱交換器である。
【００１７】
請求項１に記載された発明は、前記のように構成されているので、熱交換器素子を形成する各板状体の両面に形成された凹凸は、水平方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝と突条とにより形成されており、その平面形状が波形にされていないので、各素子内および各素子間の通路をこれら凹凸を横切って流下する熱伝達媒体が特定の個所に集合する傾向がなくなり、その熱伝達壁面に濡れない部分が生じることがなくなるので、熱伝達効率が向上する。
【００１８】
また、各素子の内側の通路に面する側の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となり、その熱伝達壁面の全面で良好な熱伝達が行なわれるので、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。
【００１９】
また、熱交換器素子は、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、各素子間の空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、その攪乱効果が発生し、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。
【００２０】
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幅方向の寸法を減少させ、熱交換器を小型化することができる。
【００２１】
また、各板状体の等二次元曲率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。
【００２２】
また、請求項２記載のように請求項１記載の発明を構成することにより、好ましくは、Ｗht＝１．２mm前後、Ｗpt＝５．８mm前後、Ｐpt＝４．０〜４．５mmの範囲内にあるようにされるので、最大の熱伝達効率を達成することができる。
【００２３】
さらに、その請求項３に記載された発明は、両面に凹凸加工が施された２枚の細長い板状体を互いに重ね合わせて形成された素子を、その長手方向を上下にして縦置に複数個重ね合わせ、各素子の内側の空間を一方の熱伝達媒体が通過するための通路とし、各素子間の空間を他方の熱伝達媒体が通過するための通路とした縦置多板式熱交換器において、前記各板状体は、その長手方向の両端部にそれぞれ開口が形成され、該開口の周囲に、該板状体の一方の面においては少なくとも該面に施された前記凹凸の凸部と同じ高さまで突出した平坦面が、他方の面においては少なくとも該面に施された前記凹凸の凹部と同じ深さまで凹入した平坦面が、それぞれ形成され、前記凹凸は、前記各板状体の長手方向に交互に等間隔に配列されかつ幅方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝と突条とにより形成され、前記凹溝は、前記各板状体の一方の面に施された前記凹凸の凹部に対応する凹溝の断面形状が、等二次元曲率溝形状に形成され、前記素子は、前記２枚の板状体の各々の一方の面を外側に、他方の面を内側にし、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、前記素子の複数個が、前記突出した平坦面同志を互いに当接させて重ね合わせられて結合され、前記等二次元曲率溝形状に形成された凹溝の深さＷht、ピッチＷpt、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たことを特徴とする縦置多板式熱交換器である。
【００２４】
請求項３に記載された発明は、前記のように構成されているので、熱交換器素子を形成する各板状体の両面に形成された凹凸は、幅方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた凹溝と突条とにより形成されており、その平面形状が波形にされていないので、各素子内および各素子間の通路をこれら凹凸を横切って流下する熱伝達媒体が特定の個所に集合する傾向がなくなり、その熱伝達壁面に濡れない部分が生じることがなくなるので、熱伝達効率が向上する。
【００２５】
また、各板状体の一方の面（熱交換器素子の外側をなす面）に施された凹凸の凹部に対応する凹溝の断面形状が、等二次元曲率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となり、その熱伝達壁面の全面で良好な熱伝達が行なわれるので、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。
【００２６】
また、熱交換器素子を形成する２枚の板状体は、各板状体の凹凸のピッチが１／２ピッチだけずらされて互いに重ね合わせられるので、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、各素子間の空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、その攪乱効果が発生し、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。
【００２７】
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幅方向の寸法を減少させ、熱交換器を小型化することができる。
【００２８】
また、各板状体の等二次元曲率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。
【００２９】
また、請求項４記載のように請求項３記載の発明を構成することにより、好ましくは、Ｗht＝１．２mm前後、Ｗpt＝５．８mm前後、Ｐpt＝４．０〜４．５mmの範囲内にあるようにされるので、最大の熱伝達効率を達成することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図１９に図示される、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ついて説明する。
本実施形態において、多板式熱交換器は、吸収冷凍機における吸収器や蒸発器として使用されて好適な縦置多板式熱交換器として構成されている。
【００３１】
図１ないし図５は、すでに説明したとおり、本実施形態の特徴点である寸法の適値が適用される縦置多板式熱交換器の基本構造を示す図であって、図１および図２は、板状体単体に関連する図、図３は、熱交換器素子に関連する図、図４および図５は、完成された縦置多板式熱交換器に関連する図、図６は、図５の部分拡大図、図７は、本実施形態における縦置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、図８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９ないし図１９は、本実験結果を示すグラフである。
【００３２】
図７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なわれ、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、各部の温度の測定を行なった。
【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−イミダゾリヂノン）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なっていない。
【００３４】
供試品は、アルミ材からなり、表面が等二次元曲率溝形状に加工された２枚のプレートを相向かい合わせることにより、吸収側の流路が形成されている。該等二次元曲率溝形状の凹溝は、水平に形成されており、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。
【００３５】
この供試品の２枚のプレートの相向かい合う溝形状は、図４および図５に図示される実機縦置多板式熱交換器（吸収器）20における熱交換器素子10、10間の通路21を画成する隣接する２枚の板状体１、１の相向かい合う溝形状に合わせて形成されており、図８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６に図示される実機縦置多板式熱交換器20における形状パラメータＷht、Ｗpt、Ｐptと一致している。
【００３６】
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溝形状の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、この定義を実機縦置多板式熱交換器20に当て嵌めると、同熱交換器20における各素子10間の通路21を画成する隣接する２枚の板状体１、１間の間隔Ｐptとは、各素子10間の通路21を画成する隣接する２枚の板状体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３a 、３a 間の水平方向距離として定義される（図６参照）。
【００３７】
この供試品の他の形状パラメータであるＷhtは凹溝３a の深さ、Ｗptは凹溝３a 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。
【００３８】
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、予め行な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。
【００３９】
図９ないし図１９に実験結果が図示されている。
先ず、凹溝の溝深さＷhtの影響について見てみると、図９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。
【００４０】
図９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（突状頂部）での流下溶液の攪乱効果が、♯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。
【００４１】
♯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。
【００４２】
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攪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。
【００４３】
図１０および図１１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。
【００４４】
以上より、凹溝の溝深さ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。
【００４５】
次に、凹溝の溝ピッチＷptの影響について見てみると、図１２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。
【００４６】
図１２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攪乱頻度が向上したためと考えられる。
【００４７】
♯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Ｗhtの影響についての♯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。
【００４８】
図１３および図１４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。
【００４９】
以上より、凹溝の溝ピッチＷptとしては、Ｗpt＝４．８〜６．８mm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。
【００５０】
最後に、プレート間隔Ｐptの影響について見てみると、図１５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の変化の状況が図示されている。
【００５１】
図１５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。
【００５２】
♯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。
【００５３】
図１６および図１７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。
【００５４】
図１５〜１７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。
【００５５】
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。
【００５６】
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の適値化検討を行なった。図１８および図１９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。
【００５７】
また、ζA は、Ｐpt差による伝熱面積の違いを、♯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。
【００５８】
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。
【００５９】
そこで、図１８および図１９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ζA ・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。
【００６０】
以上より、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＝４．０〜４．５mm付近にピークが存在するものと予測される。
【００６１】
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縦置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９−１２８７３１号の発明と異なるものではなく、そのあらましについては既に説明した。
【００６２】
本実施形態は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
縦置多板式熱交換器20の素子10を形成する各板状体１の両面に形成された凹凸は、該板状体１の幅方向に連続もしくは断続して平行に真っ直ぐに延びた突条２a 、凹溝３a 、突条２b 、凹溝３b により形成されており、その平面形状が波形にされていないので、各素子10内の通路11および各素子10間の通路21をこれら凹凸を横切って流下する熱伝達媒体が特定の個所に集合する傾向がなくなり、その熱伝達壁面に濡れない部分が生じることがなくなるので、熱伝達効率が向上する。
【００６３】
また、各板状体１の一方の面（熱交換器素子10の外側をなす面）Ａに施された凹凸の凹部に対応する凹溝３a の断面形状が、等二次元曲率溝形状に形成されているので、該凹溝３a 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となり、その熱伝達壁面の全面で良好な熱伝達が行なわれるので、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10を形成する２枚の板状体１、１は、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互いに重ね合わせられているので、各熱交換器素子10の内側の空間に形成される熱伝達媒体の通路11と、各素子10間の空間に形成される熱伝達媒体の通路21とは、いずれも一方の板状体１の凹溝３a 、３b に他方の板状体１の突条２a 、２b 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、攪乱効果が発生し、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。
【００６５】
また、一方の板状体１の凹溝３a 、３b に他方の板状体１の突条２a 、２b が進入する分だけ、両板状体１、１間の距離および両素子10、10間の距離が接近するので、その分だけ熱交換器20の幅方向の寸法を減少させ、熱交換器20を小型化することができる。
【００６６】
さらに、各板状体１の等二次元曲率溝形状に形成された凹溝３a の深さＷht、ピッチＷpt、各素子10間の通路21を画成する２枚の板状体１、１間の間隔（両板状体１、１にそれぞれ形成された凹溝３a 、３a の各溝底間の水平方向距離）をＰptとしたとき、これらの各寸法が、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されるので、最大の熱伝達効率を達成することができる。
【００６７】
また、板状体１の長手方向の中心線ＣＬの両側に、大突起４と小突起５との２種類の突起が設けられているので、各板状体１の上下の判別が容易になる。この結果、熱交換器素子10を形成するに際して、２枚の板状体１、１のうちの一方の板状体１の上下端を他方の板状体１の上下端と逆にする作業が容易になる。
【００６８】
さらにまた、各熱交換器素子10を重ね合わせて、ろう付けにより、縦置多板式熱交換器20を形成するに際して、大突起４と小突起５とのろう付け部においては、小突起５の回りによくろうが回り込ので、それらの接着がより強固になされる。
【００６９】
本実施形態においては、等二次元曲率溝形状に形成された凹溝３a は、各素子10間の通路21を画成する２枚の板状体１、１の互いに対面する側の面に形成されたが、請求項１に記載された発明に係わる限りでは、これに限定されず、各素子10内の通路11を画成する２枚の板状体１、１、換言すれば、各素子10を構成する２枚の板状体１、１の互いに対面する側の面に形成されてもよい。
【００７０】
この場合には、各熱交換器素子10は、２枚の板状体１、１の各々の他方の面Ｂを外側に、一方の面Ａを内側にし、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縦置多板式熱交換器の基本的構成部材である板状体の正面図である。
【図２】図１のII−II線で截断した部分縦断拡大側面図である。
【図３】図１の実施形態における縦置多板式熱交換器の素子の部分縦断側面図である。
【図４】図１の実施形態における縦置多板式熱交換器の部分正面図であって、手前から２枚目の板状体の正面を透視した図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線で截断した縦断側面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】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８】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９】本実験結果の一例を示すグラフである。
【図１０】本実験結果の他の例を示すグラフである。
【図１１】本実験結果のさらに他の例を示すグラフである。
【図１２】本実験結果のさらに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。
【符号の説明】
１…板状体、２a 、２b …突条、３a 、３b …凹溝、４…大突起、５…小突起、６…開口、６a 、６b …平坦面、７…開口、７a 、７b …平坦面、８…平坦面、10…熱交換器素子、11…通路、12…空間、20…縦置多板式熱交換器、21…空間（通路）、22…冷却水入口通路、23…冷却水出口通路、Ａ、Ｂ…面。
【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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