(57)【要約】  周回シーリング（１）に沿って互いに整合隣接し、それぞれの間に一つの間隙（Ｚ０、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）を形成する、流体用の上部流通穴（２、３）と下部流通穴（４、５）とを有する多数のプレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を有してなる熱交換及び／又は物質交換に適したプレート装置であって、上部流通穴及び下部流通穴の一方のグループ（２、５）が少なくとも二種の流体に対応し、かつ適切に配設されたシーリングによってそれぞれ上方から下方に向かって貫流される一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）と連結され、プレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の互いに整合した上部流通穴（２）内に、流出穴（６ａ）を有する、流体の少なくとも一方の流体用の分配ランス（６）が該流通穴を貫通して延びるように配置構成されたプレート装置。その際、重要な点は、分配ランス（６）の流出穴（６ａ）が、混合されるべき流体用の一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）の間に配置されたプレート間間隙（Ｚ０、Ｚ２）に向けられていることである。
2017505419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回シーリング（１）に沿って互いに整合隣接し、それぞれの間に一つの間隙（Ｚ０、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）を形成する、流体用の上部流通穴（２、３）と下部流通穴（４、５）とを有する多数のプレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を備えた熱交換及び／又は物質交換に適したプレート装置であって、
前記上部流通穴及び前記下部流通穴の一方のグループ（２、５）が少なくとも二種の流体に対応し、かつ適切に配設されたシーリングによってそれぞれ上方から下方に向かって貫流される一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）と連結され、前記プレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の互いに整合した上部流通穴（２）内に、流出穴（６ａ）を有する、前記流体の少なくとも一方の流体用の分配ランス（６）が該流通穴を貫通して延びるように配置構成されたプレート装置において、
前記分配ランス（６）の流出穴（６ａ）は、混合されるべき流体用の前記一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）の間に配置されたプレート間間隙（Ｚ０、Ｚ２）に向けられていることを特徴とするプレート装置。
【請求項２】
前記流出穴（６ａ）は大略半径方向下方に向けられて、前記一つおきのプレート間間隙（Ｚ０、Ｚ２）内に位置していることを特徴とする、請求項１に記載のプレート装置。
【請求項３】
前記分配ランス（６）用の前記流通穴（２）は大略水平に延びる下部縁（２ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載のプレート装置。
【請求項４】
前記水平に延びる下部縁（２ｂ）は、前記流通穴（２）の直径の少なくとも６０％の長さ、好ましくは７５％の長さを有することを特徴とする、請求項３に記載のプレート装置。
【請求項５】
前記プレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は、前記分配ランス（６）を包囲する前記流通穴（２）の下部に少なくとも一個の小さなドレン穴（１０）を有することを特徴とする、請求項１に記載のプレート装置。
【請求項６】
前記ドレン穴（１０）は、前記流通穴（２）を包囲するシーリング（２ａ）上の最深領域に位置していることを特徴とする、請求項５に記載のプレート装置。
【請求項７】
前記分配ランス（６）は、液相の流体に対応していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項８】
前記分配ランス（６）を包囲する前記流通穴（２）の領域は、気相の流体に対応していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項９】
互いに混合されるべき二種の流体にあっては、前記分配ランス（６）は半流動性の高い方の液体に対応させられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１０】
前記分配ランス（６）に対応させられる液体は、他方の流体の吸収に適した液体であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１１】
前記分配ランス（６）に対応させられる液体はイオン性液体であることを特徴とする、請求項１０に記載のプレート装置。
【請求項１２】
前記一つおきのプレート間間隙（Ｚ０、Ｚ２）に隣接して配置された前記プレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）は、熱媒又は冷媒に接続可能であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１３】
少なくとも、混合されるべき流体に対応させられる前記プレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）は、スペーサ（７）を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１４】
前記スペーサ（７）は波形材として形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のプレート装置。
【請求項１５】
前記スペーサ（７）は多数の穴（７ａ）を有することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のプレート装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項又は複数項に記載のプレート装置の吸収装置としての使用。
【請求項１７】
吸収プロセスを実施する二種の流体が前記一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）に対応させられ、二種の流体のいずれか一方が分配ランス（６）を通って流れることを特徴とする、請求項１６に記載の使用。
【請求項１８】
液状の流体又は粘稠性の高い方の流体が前記分配ランス（６）を通って流れることを特徴とする、請求項１７に記載の使用。
【請求項１９】
ガス状又は蒸気状の流体が、前記分配ランス（６）を包囲する空間に流入することを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の使用。
【請求項２０】
液状の流体はイオン性液体であることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周回シーリングに沿って互いに整合隣接し、それぞれの間に一つの間隙を形成する、流体用の上部流通穴と下部流通穴を備えた多数のプレートを有する熱交換及び／又は物質交換に適したプレート装置であって、前記上部流通穴及び前記下部流通穴の一方のグループが混合されるべき少なくとも二種の流体に対応し、かつ適切に配設されたシーリングによってそれぞれ上方から下方に向かって貫流される一つおきのプレート間間隙と連結され、前記グループの互いに整合した上部流通穴内に、流出穴を有する、前記流体の少なくとも一方の流体用の分配ランスが該流通穴を貫通して延びるように配置構成されたプレート装置に関する。ここ及び以下の記述において、“シーリング”又は“封止された”等の用語が使用される場合には、それは隣接したプレート間の別々の独立したシーリングに関するのみでなく、溶接又ははんだ付けによる（したがって、付加的なシーリングなしの）プレート同士の物質接合による結合も含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、流通穴がプレート間間隙に対して封止されて、一つおきのプレート間間隙が一方の流体によって貫流され、それらの間に配置されたプレート間間隙が他方の流体によって貫流される構成のそれ自体公知のプレート式熱交換器を基礎としている。これについては一例として、その開示内容が引用され、したがって、それが本出願の開示内容に含まれる、同一出願人の独国特許出願公開第１０３２２４０６号明細書を参照されたい。この出願中において、すでに、流入する媒体によるできる限り均等なプレートすき間の負荷が論じられている。そのため、プレートの流入側に、プレートの幅全体にわたり、したがって、幅全体にわたって、従来よりも均等なプレートすき間の負荷が達成されるようにする多数の流入穴を設けることが提案されている。
【０００３】
加えてさらに、時として、一つおきのプレート間間隙を一つの流体の異なった二つの相で負荷する必要性、つまり、液相ならびに気相の双方で負荷する必要がある。この場合、特に液相にあっては、対応するプレート間間隙への均等な分配が保証されるように配慮しなければならない。そのため、本出願が請求項１のプリアンブルにおいてそれを基点としている独国特許出願公開第１２６９１４４明細書は、上部流通穴内にスプレーチューブの形の分配ランスを配置することを提案している。このスプレーチューブは半径方向に向いたスプレー穴を有しており、これらのスプレー穴によって液体は、包囲するガス空間の横断下で、対応したプレート間間隙に供給される。こうして、プレート間間隙の前及び内部で、液体相と気相との混合が引き起こされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３２２４０６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１２６９１４４明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、二つの相の混合をさらに改善すること、特に、プレート幅全体にわたって液相によるプレート表面の濡れを保証することである。その際、二つの流体間の接触面積を増大させて、物理反応特に吸収プロセスのみならず、二つの流体間の化学反応も促進することが企図されている。結果として、本発明は、同一媒体の液相と気相の混合及び反応に適しているのみならず、異なった媒体のそれにも適したものである。言うまでもなく本発明はコンパクトかつ低コストの構造を特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、分配ランスの流出穴が、上記の一つおきのプレート間間隙の間に配置されたプレート間間隙の内部に向けられていることによって解決される。
【０００７】
したがって、混合されるべき流体用の流出穴は、対応するプレート間間隙にではなく、隣接した“擬似”プレート間間隙に向けられている。これらの隣接したプレート間間隙は、熱伝達に資するそれらの領域につき、したがって、該プレート間間隙の重要な部分につき、混合されるべき流体に対して通例のようにシーリングによって遮断されている。そのため、上記の流体は、“擬似”プレート間間隙の上端領域にのみ、すなわち、一般に上部流通穴の下部数ミリメートルから数センチメートルの位置にある上記のシーリングまで流入するにすぎない。これにより、流体混合物特にその液相は、液体レベルが上昇して上部流通穴の下部領域のシーリング縁に達するまで上記シーリングによってせき止められる。その後、液体は、これらの流通穴を通って、“正規”の開放プレート間間隙に流れ込むことができる。したがって、流通穴は、一定程度、液体を“擬似”プレート間間隙内部にせき止める堰を形成するために、液体は十分な量に達して初めて、それに対応する“正規”のプレート間間隙へと溢れ出すことができる。これによって、“正規”のプレート間間隙への液体の無圧分配と液体が流れ落ちる際に薄膜を最適に濡らすことが達成される。
【０００８】
流通穴が堰として使用されることにより、プレート間間隙への液体の最適な分配が達成され、しかも、プレート幅全体の濡れによるだけでなく、ランス方向に順次に連続するプレート間間隙の均等な負荷の点からしても最適な分配が達成される。
【０００９】
同時に、二つの流体間の接触面積の増大が達成され、これによって、二つの流体間の反応が著しく促進される。この種の反応は、特に、一方の流体が液相をなし、他方の流体が気相をなしている場合には、吸収プロセスであってよい。同じく、該反応は化学反応であってもよい。いずれの場合にも、吸熱プロセスか又は発熱プロセスであるかに応じ、隣接したプレート間間隙を通って流れる熱媒又は冷媒により、熱供給又は排熱が可能である。
【００１０】
これによって、本発明によるプレート装置は、物理的及び化学的プロセス技術における全く新たな応用可能性を切り拓くこととなる。
【００１１】
ただし、特に断熱プロセスにおいて、通例熱媒又は冷媒によって貫流されるプレート間間隙を不作動とし、それらを単に所望の堰を形成するためにのみ利用することも本発明の範囲に属する。
【００１２】
分配ランスの流出穴が上記の一つおきのプレート間間隙に配置されていれば、特に好適である。その場合、流出穴は傾斜して設けられる必要はなく、半径方向に向けられていてよく、これにより、的確さが著しく高められると共に、特に液体の流出速度に影響されることがないようにすることが可能である。
【００１３】
堰堤機能をよりよく活用するには、分配ランスが貫通する流通穴の少なくとも下部領域が通例の円形輪郭ではなく、当該シーリング内のかなり上位に位置する、少なくとも流通穴の最大幅の少なくとも約６０％以上、好ましくは少なくとも約７５％以上の長さに及ぶ大略水平の縁を有しているのが好適である。
【００１４】
さらに、プレートは、分配ランスを包囲する流通穴の下部に少なくとも一個の著しく小さなドレン穴を有しているのが好ましい。該ドレン穴の役割は、プレート装置がもはや稼動されない場合に、せき止められた液体がなお“正規”のプレート間間隙に流出し得るようにすることである。したがって、これらのドレン穴は、流通穴を包囲するシーリングのすぐ上の最深領域に位置させられる必要があろう。
【００１５】
分配ランスはそれを包囲する流通穴の直径よりも大幅に小さな直径を有しているため、分配ランスは液相によってのみ貫流され、他方、気相は分配ランスを包囲する環状空間内を流れるのが好ましい。ただし、双方の流体が液体である場合には、半流動性の高い方の液体及び／又は比重の高い方の液体を分配ランスに供給するのが好ましい。
【００１６】
吸収式冷凍機又は吸収ヒートポンプの一環として、冷媒の吸収のために本プレート装置が好適に使用される場合にあっては、冷媒蒸気を液体によって吸収するのが好適である。その際、隣接したプレート間間隙は、吸収時に発生する熱を吸収して排出する冷媒によって貫流される。
【００１７】
発熱反応も吸熱反応もプレート装置内で行われない使用ケースにあっては、熱媒又は冷媒に接続可能な、この場合、不作動のプレート間間隙は、隣接した、流体によって貫流されるプレート間間隙の座屈を防止するスペーサを含んでいるのが好ましい。
【００１８】
上記のスペーサは、支保されるべきプレート間間隙を貫いて帯状に延びる波形材によって形成されているのが好適である。
【００１９】
本発明のさらに別の好適な発展態様の主眼は、いわゆる一つおきのプレート間間隙、したがって、複数の流体間の物理的又は化学的なプロセスないし反応が行なわれることとなるプレート間間隙が、隣接するプレート間間隙よりも大きなすき間幅を有している点にある。すき間幅の比率は、体積流量の相異に応じ、１：１〜１：２の範囲にあるのが好適である。
【００２０】
互いに混合されるべき二つの流体間の接触面積をさらに拡大するには、本発明の発展態様において、対応するプレート間間隙内に波形をなして延びる中間層を設け、該中間層がその波形の山で少なくとも一枚のプレート、好ましくは両側の二枚のプレートに密接すると共に、多数の貫通穴を有しているのが好ましい。これにより、流体は、プレート間間隙を通って流下する際に、絶えざる乱れと混合を受けることになる。同時に、この中間層は、隣接するプレート間間隙の間に生ずる圧力差に応じて、スペーサとして機能することが可能である。
【００２１】
本発明によるプレート装置の好ましい適用は請求項１６から２０に記載したとおりである。その際、本発明の主たる利点、つまり、粘性の大幅に相異する媒体が、それらに対応したプレート間間隙において、越流堰により、大略点状の液体流れが、すでに流入領域において、プレート幅全体に及ぶ幅広の液体分配に転換されることにより、最適に混合されるという利点が達成される。
【００２２】
その際、エネルギー的に見て特に好適なのは、粘性の高い方の流体を個々のプレート間すき間に分配することが、もはや従来のように、高い圧力と分配ランスの相応した圧力損失によって行われる必要がない点である。
【００２３】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下に記載の実施例の説明ならびに図面から判明するとおりである。各図は以下を表している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】プレート装置のプレートの平面図である。
【図２】隣接配置された複数枚のプレートの拡大垂直断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】隣接した若干のプレートの水平断面図である。
【図５】プレート装置の斜視図である。
【図６】吸収循環系の一環としてのプレート装置の適用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、従来のプレート式熱交換器のプレートＰ１の平面図を示したものである。該プレートはその外側周縁に周回周縁シーリング１と、四隅のコーナー領域に四個の通例の流通穴２、３、４及び５を有している。その際、対向する上／下の二個の流通穴（ここでは流通穴２及び５）は、環状シーリング２ａ及び５ａにより、プレートの可視熱交換面から遮断されており、他方、他の二個の流通穴３及び４は可視熱交換面に対して開放されているため、これらの流通穴を流れる流体は、図中に記入した矢印によって示唆されているように、可視プレート面を濡らすことができる。したがって、この可視プレート面は、図２に示した、通例、熱媒又は冷媒によって貫流されるプレート間間隙Ｚ０又はＺ２に属している。
【００２６】
これに対して、図示したプレートＰ１の背後には、混合されるべき流体に対応した間隙Ｚ１又はＺ３（図２、参照）が位置している。したがって、図示したプレートの背面にあっては、流通穴３及び４はシーリングによって包囲されているが、他方、シーリング２ａ及び５ａは欠落している。
【００２７】
さらに、図１及び２から、上部流通穴２には、直径の遥かに小さい分配ランス６が配置されていることが認められる。この分配ランス６は、図２に示したように、隣接したプレートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の流通穴２を軸方向に貫いて延びている。混合されるべき流体に対応していないプレート間間隙、したがって、“擬似”プレート間間隙Ｚ０及びＺ２にあって、分配ランス６はそれぞれ下方に突き出た流出穴６ａを有している。
【００２８】
プレート式熱交換器の稼動に際し、流通穴２は第一の流体（ほとんどの場合にガス）によって貫流され、分配ランス６は第二の流体（一般に液体）によって貫流される。正規のプレート間間隙への第一のガス状流体の分配は問題なく行なわれるが、他方、液状流体は分配ランス６によってまず、流通穴２が上記のシーリング２ａによって包囲されている“擬似”プレート間間隙Ｚ０、Ｚ２に供給される。こうして、これらの“擬似”プレート間間隙は、流体が流通穴２の下部縁に達するまで、流体で満たされる。図２及び３はこの状態を表している。
【００２９】
流体がさらに流入すると、シーリング２ａの内部のプレート領域は堰として機能し、液体はこれらの堰を経て両側の“正規”プレート間すき間に薄膜となって下方に流下する。その際、流通穴２の下部縁は、溢れ出しが一定の幅で開始されるように、まっすぐ水平に延びる縁区域２ｂによって形成されている。ここで、縁区域２ｂは、シーリング２ａの下端を一方とし、分配ランス６を他方とした両者の間隔の好ましくは二分の一を上回る高さ位置にある。
【００３０】
長い分配ランス６を有する非常に大型のプレートパッケージにあっては、液体流入口からの距離が長くなるにつれて流出穴６ａの断面を拡大するのが好適である。これにより、順次に続くプレート間間隙への液体の均等な分配が達成される。
【００３１】
図４は、複数枚のプレートの水平断面図を示したものである。同図において、プレート間間隙内には、波形インサートの形のスペーサ７ないし８が配置されている。これらのスペーサは、隣接する二枚のプレートに密接し、こうしてプレートをプレート面に対して垂直に支保するように寸法設計されている。これにより、隣接するプレート間間隙の間に高い圧力差が生じてもプレートの座屈が回避される。
【００３２】
その際、混合されるべき流体によって貫流されるプレート間間隙に配置されたスペーサ（本実施例にあってはスペーサ７）は多数の穴７ａを備えている。これによって、流体はスペーサ７を貫いて流通することが可能であり、こうして、混合が促進される。
【００３３】
さらに図４は、プレート間間隙が（図３に示した場合とは異なり）異なったすき間幅を有していてよいことを示している。特に、混合されるべき流体によって貫流されるプレート間すき間は、熱媒又は冷媒によって貫流されるか又は不作動のプレート間すき間よりも大きなすき間幅を有していてよい。
【００３４】
図５は、吸収プロセスに使用するプレート装置全体の斜視図を示したものである。その際、図１に示した場合と同様に、左上部領域に、ガス状又は蒸気状の作動媒体及びそれと混合されるべき溶剤の供給系が設けられている。溶剤は分配ランス６に供給され、他方、作動媒体の供給はベンド１６を経て行われる。プレート穴２の内部を延びる分配ランス６は、ベンド１６に対して封止されており、適切な箇所でベンドを貫通する。これによって、作動媒体と溶剤を別々に加えることができると共に、双方の流体の混合が即プレート上部で開始される。
【００３５】
作動媒体で富化された溶液は、左下端の口１７によりプレート装置から流出する。
【００３６】
接続口１８及び１９は、図１に示した流通穴３及び４に対応しており、吸収プロセスに際して発生する熱を吸収する冷却水の流入ないし流出に使用される。
【００３７】
図６は、吸収プロセス（図示実施例にあっては吸収式冷凍機）へのプレート装置の好適な適用を示したものであるが、ただし、吸収ヒートポンプへの適用も同じく好適である。
【００３８】
吸収式冷凍機又はヒートポンプの機能は従来公知の技術に属しており、したがって、詳細な説明は行なわない。この点で重要なのは、図６に符号“Ａ”で示した吸収装置の形成である。該装置には、ガス状又は蒸気状の適切な稠度の作動媒体が供給される。この作動媒体は溶剤と混合されて、双方の流体間に吸収現象が生じなければならない。そのため、多くの場合相対的に半流動性稠度を有する溶剤が分配ランス６に供給され、他方、ガス状又は蒸気状の作動媒体は分配ランスを包囲する空間に供される。かくて、双方の流体の混合はいわゆる一つおきのプレート間間隙にて行われ、その際、液体分配により、プレート間間隙の幅全体にわたって、作動媒体と溶剤との間に広い反応面が生じる。これにより、プレート間間隙の貫流時に溶剤による作動媒体の大幅な吸収が生じ、プレート間間隙の貫流後、溶剤は、それが下端でプレート間間隙を出るときに、作動媒体を大幅に吸収して富化されている。
【００３９】
吸収プロセスに際して発生するプロセス熱ＱＡは、上記の第一のプレート間間隙に流入する流体によって吸収されて排出される。
【００４０】
上記にあっては、吸収プロセスと関連した使用を説明した。ただし、異なった媒体がプレート間すき間内で混合されることとなる化学反応に本プレート装置を使用することも同じく本発明の範囲に属する。
【図１】
2017505419.tif 000003
【図２】
2017505419.tif 000004
【図３】
2017505419.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017505419.tif 000007
【図６】
2017505419.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月6日(2016.10.6)
【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】
周回シーリング（１）に沿って互いに整合隣接し、それぞれの間に一つの間隙（Ｚ０、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）を形成する、流体用の上部流通穴（２、３）と下部流通穴（４、５）とを有する多数のプレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を備えた熱交換及び／又は物質交換に適したプレート装置であって、
前記上部流通穴及び前記下部流通穴の一方のグループ（２、５）が少なくとも二種の流体に対応し、かつ適切に配設されたシーリングによってそれぞれ上方から下方に向かって貫流される一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）と連結され、前記プレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の互いに整合した上部流通穴（２）内に、流出穴（６ａ）を有する、前記流体の少なくとも一方の流体用の分配ランス（６）が該流通穴を貫通して延びるように配置構成されたプレート装置において、
前記分配ランス（６）の流出穴（６ａ）は、混合されるべき流体用の前記一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）の間に配置されたプレート間間隙（Ｚ０、Ｚ２）に向けられていることを特徴とするプレート装置。
【請求項２】
前記流出穴（６ａ）は大略半径方向下方に向けられて、前記プレート間間隙（Ｚ０、Ｚ２）内に位置していることを特徴とする、請求項１に記載のプレート装置。
【請求項３】
前記分配ランス（６）用の前記流通穴（２）は大略水平に延びる下部縁（２ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載のプレート装置。
【請求項４】
前記水平に延びる下部縁（２ｂ）は、前記流通穴（２）の直径の少なくとも６０％の長さ、好ましくは７５％の長さを有することを特徴とする、請求項３に記載のプレート装置。
【請求項５】
前記プレート（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は、前記分配ランス（６）を包囲する前記流通穴（２）の下部に少なくとも一個の小さなドレン穴（１０）を有することを特徴とする、請求項１に記載のプレート装置。
【請求項６】
前記ドレン穴（１０）は、前記流通穴（２）を包囲するシーリング（２ａ）上の最深領域に位置していることを特徴とする、請求項５に記載のプレート装置。
【請求項７】
前記分配ランス（６）は、液相の流体に対応していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項８】
前記分配ランス（６）を包囲する前記流通穴（２）の領域は、気相の流体に対応していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項９】
互いに混合されるべき二種の流体にあっては、前記分配ランス（６）は半流動性の高い方の液体に対応させられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１０】
前記分配ランス（６）に対応させられる液体は、他方の流体の吸収に適した液体であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１１】
前記分配ランス（６）に対応させられる液体はイオン性液体であることを特徴とする、請求項１０に記載のプレート装置。
【請求項１２】
前記プレート間間隙（Ｚ０、Ｚ２）に隣接して配置された前記プレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）は、熱媒又は冷媒に接続可能であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１３】
少なくとも、混合されるべき流体に対応させられる前記プレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）は、スペーサ（７）を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプレート装置。
【請求項１４】
前記スペーサ（７）は波形材として形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のプレート装置。
【請求項１５】
前記スペーサ（７）は多数の穴（７ａ）を有することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のプレート装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項又は複数項に記載のプレート装置の吸収装置としての使用。
【請求項１７】
吸収プロセスを実施する二種の流体が前記一つおきのプレート間間隙（Ｚ１、Ｚ３）に対応させられ、二種の流体のいずれか一方が分配ランス（６）を通って流れることを特徴とする、請求項１６に記載の使用。
【請求項１８】
液状の流体又は粘稠性の高い方の流体が前記分配ランス（６）を通って流れることを特徴とする、請求項１７に記載の使用。
【請求項１９】
ガス状又は蒸気状の流体が、前記分配ランス（６）を包囲する空間に流入することを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の使用。
【請求項２０】
液状の流体はイオン性液体であることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周回シーリングに沿って互いに整合隣接し、それぞれの間に一つの間隙を形成する、流体用の上部流通穴と下部流通穴を備えた多数のプレートを有する熱交換及び／又は物質交換に適したプレート装置であって、前記上部流通穴及び前記下部流通穴の一方のグループが混合されるべき少なくとも二種の流体に対応し、かつ適切に配設されたシーリングによってそれぞれ上方から下方に向かって貫流される一つおきのプレート間間隙と連結され、前記グループの互いに整合した上部流通穴内に、流出穴を有する、前記流体の少なくとも一方の流体用の分配ランスが該流通穴を貫通して延びるように配置構成されたプレート装置に関する。ここ及び以下の記述において、“シーリング”又は“封止された”等の用語が使用される場合には、それは隣接したプレート間の別々の独立したシーリングに関するのみでなく、溶接又ははんだ付けによる（したがって、付加的なシーリングなしの）プレート同士の物質接合による結合も含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、流通穴がプレート間間隙に対して封止されて、一つおきのプレート間間隙が一方の流体によって貫流され、それらの間に配置されたプレート間間隙が他方の流体によって貫流される構成のそれ自体公知のプレート式熱交換器を基礎としている。これについては一例として、その開示内容が引用され、したがって、それが本出願の開示内容に含まれる、同一出願人の独国特許出願公開第１０３２２４０６号明細書を参照されたい。この出願中において、すでに、流入する媒体によるできる限り均等なプレートすき間の負荷が論じられている。そのため、プレートの流入側に、プレートの幅全体にわたり、したがって、幅全体にわたって、従来よりも均等なプレートすき間の負荷が達成されるようにする多数の流入穴を設けることが提案されている。
【０００３】
加えてさらに、時として、一つおきのプレート間間隙を一つの流体の異なった二つの相で負荷する必要性、つまり、液相ならびに気相の双方で負荷する必要がある。この場合、特に液相にあっては、対応するプレート間間隙への均等な分配が保証されるように配慮しなければならない。そのため、本出願が請求項１のプリアンブルにおいてそれを基点としている独国特許出願公開第１２６９１４４明細書は、上部流通穴内にスプレーチューブの形の分配ランスを配置することを提案している。このスプレーチューブは半径方向に向いたスプレー穴を有しており、これらのスプレー穴によって液体は、包囲するガス空間の横断下で、対応したプレート間間隙に供給される。こうして、プレート間間隙の前及び内部で、液体相と気相との混合が引き起こされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３２２４０６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１２６９１４４明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、二つの相の混合をさらに改善すること、特に、プレート幅全体にわたって液相によるプレート表面の濡れを保証することである。その際、二つの流体間の接触面積を増大させて、物理反応特に吸収プロセスのみならず、二つの流体間の化学反応も促進することが企図されている。結果として、本発明は、同一媒体の液相と気相の混合及び反応に適しているのみならず、異なった媒体のそれにも適したものである。言うまでもなく本発明はコンパクトかつ低コストの構造を特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、分配ランスの流出穴が、上記の一つおきのプレート間間隙の間に配置されたプレート間間隙の内部に向けられていることによって解決される。
【０００７】
したがって、混合されるべき流体用の流出穴は、対応するプレート間間隙にではなく、隣接した“擬似”プレート間間隙に向けられている。これらの隣接したプレート間間隙は、熱伝達に資するそれらの領域につき、したがって、該プレート間間隙の重要な部分につき、混合されるべき流体に対して通例のようにシーリングによって遮断されている。そのため、上記の流体は、“擬似”プレート間間隙の上端領域にのみ、すなわち、一般に上部流通穴の下部数ミリメートルから数センチメートルの位置にある上記のシーリングまで流入するにすぎない。これにより、流体混合物特にその液相は、液体レベルが上昇して上部流通穴の下部領域のシーリング縁に達するまで上記シーリングによってせき止められる。その後、液体は、これらの流通穴を通って、“正規”の開放プレート間間隙に流れ込むことができる。したがって、流通穴は、一定程度、液体を“擬似”プレート間間隙内部にせき止める堰を形成するために、液体は十分な量に達して初めて、それに対応する“正規”のプレート間間隙へと溢れ出すことができる。これによって、“正規”のプレート間間隙への液体の無圧分配と液体が流れ落ちる際に薄膜を最適に濡らすことが達成される。
【０００８】
流通穴が堰として使用されることにより、プレート間間隙への液体の最適な分配が達成され、しかも、プレート幅全体の濡れによるだけでなく、ランス方向に順次に連続するプレート間間隙の均等な負荷の点からしても最適な分配が達成される。
【０００９】
同時に、二つの流体間の接触面積の増大が達成され、これによって、二つの流体間の反応が著しく促進される。この種の反応は、特に、一方の流体が液相をなし、他方の流体が気相をなしている場合には、吸収プロセスであってよい。同じく、該反応は化学反応であってもよい。いずれの場合にも、吸熱プロセスか又は発熱プロセスであるかに応じ、隣接したプレート間間隙を通って流れる熱媒又は冷媒により、熱供給又は排熱が可能である。
【００１０】
これによって、本発明によるプレート装置は、物理的及び化学的プロセス技術における全く新たな応用可能性を切り拓くこととなる。
【００１１】
ただし、特に断熱プロセスにおいて、通例熱媒又は冷媒によって貫流されるプレート間間隙を不作動とし、それらを単に所望の堰を形成するためにのみ利用することも本発明の範囲に属する。
【００１２】
分配ランスの流出穴が上記の一つおきのプレート間間隙の間に配置されたプレート間間隙に配置されていれば、特に好適である。その場合、流出穴は傾斜して設けられる必要はなく、半径方向に向けられていてよく、これにより、的確さが著しく高められると共に、特に液体の流出速度に影響されることがないようにすることが可能である。
【００１３】
堰堤機能をよりよく活用するには、分配ランスが貫通する流通穴の少なくとも下部領域が通例の円形輪郭ではなく、当該シーリング内のかなり上位に位置する、少なくとも流通穴の最大幅の少なくとも約６０％以上、好ましくは少なくとも約７５％以上の長さに及ぶ大略水平の縁を有しているのが好適である。
【００１４】
さらに、プレートは、分配ランスを包囲する流通穴の下部に少なくとも一個の著しく小さなドレン穴を有しているのが好ましい。該ドレン穴の役割は、プレート装置がもはや稼動されない場合に、せき止められた液体がなお“正規”のプレート間間隙に流出し得るようにすることである。したがって、これらのドレン穴は、流通穴を包囲するシーリングのすぐ上の最深領域に位置させられる必要があろう。
【００１５】
分配ランスはそれを包囲する流通穴の直径よりも大幅に小さな直径を有しているため、分配ランスは液相によってのみ貫流され、他方、気相は分配ランスを包囲する環状空間内を流れるのが好ましい。ただし、双方の流体が液体である場合には、半流動性の高い方の液体及び／又は比重の高い方の液体を分配ランスに供給するのが好ましい。
【００１６】
吸収式冷凍機又は吸収ヒートポンプの一環として、冷媒の吸収のために本プレート装置が好適に使用される場合にあっては、冷媒蒸気を液体によって吸収するのが好適である。その際、隣接したプレート間間隙は、吸収時に発生する熱を吸収して排出する冷媒によって貫流される。
【００１７】
発熱反応も吸熱反応もプレート装置内で行われない使用ケースにあっては、熱媒又は冷媒に接続可能な、この場合、不作動のプレート間間隙は、隣接した、流体によって貫流されるプレート間間隙の座屈を防止するスペーサを含んでいるのが好ましい。
【００１８】
上記のスペーサは、支保されるべきプレート間間隙を貫いて帯状に延びる波形材によって形成されているのが好適である。
【００１９】
本発明のさらに別の好適な発展態様の主眼は、いわゆる一つおきのプレート間間隙、したがって、複数の流体間の物理的又は化学的なプロセスないし反応が行なわれることとなるプレート間間隙が、隣接するプレート間間隙よりも大きなすき間幅を有している点にある。すき間幅の比率は、体積流量の相異に応じ、１：１〜１：２の範囲にあるのが好適である。
【００２０】
互いに混合されるべき二つの流体間の接触面積をさらに拡大するには、本発明の発展態様において、対応するプレート間間隙内に波形をなして延びる中間層を設け、該中間層がその波形の山で少なくとも一枚のプレート、好ましくは両側の二枚のプレートに密接すると共に、多数の貫通穴を有しているのが好ましい。これにより、流体は、プレート間間隙を通って流下する際に、絶えざる乱れと混合を受けることになる。同時に、この中間層は、隣接するプレート間間隙の間に生ずる圧力差に応じて、スペーサとして機能することが可能である。
【００２１】
本発明によるプレート装置の好ましい適用は請求項１６から２０に記載したとおりである。その際、本発明の主たる利点、つまり、粘性の大幅に相異する媒体が、それらに対応したプレート間間隙において、越流堰により、大略点状の液体流れが、すでに流入領域において、プレート幅全体に及ぶ幅広の液体分配に転換されることにより、最適に混合されるという利点が達成される。
【００２２】
その際、エネルギー的に見て特に好適なのは、粘性の高い方の流体を個々のプレート間すき間に分配することが、もはや従来のように、高い圧力と分配ランスの相応した圧力損失によって行われる必要がない点である。
【００２３】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下に記載の実施例の説明ならびに図面から判明するとおりである。各図は以下を表している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】プレート装置のプレートの平面図である。
【図２】隣接配置された複数枚のプレートの拡大垂直断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】隣接した若干のプレートの水平断面図である。
【図５】プレート装置の斜視図である。
【図６】吸収循環系の一環としてのプレート装置の適用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、従来のプレート式熱交換器のプレートＰ１の平面図を示したものである。該プレートはその外側周縁に周回周縁シーリング１と、四隅のコーナー領域に四個の通例の流通穴２、３、４及び５を有している。その際、対向する上／下の二個の流通穴（ここでは流通穴２及び５）は、環状シーリング２ａ及び５ａにより、プレートの可視熱交換面から遮断されており、他方、他の二個の流通穴３及び４は可視熱交換面に対して開放されているため、これらの流通穴を流れる流体は、図中に記入した矢印によって示唆されているように、可視プレート面を濡らすことができる。したがって、この可視プレート面は、図２に示した、通例、熱媒又は冷媒によって貫流されるプレート間間隙Ｚ０又はＺ２に属している。
【００２６】
これに対して、図示したプレートＰ１の背後には、混合されるべき流体に対応した間隙Ｚ１又はＺ３（図２、参照）が位置している。したがって、図示したプレートの背面にあっては、流通穴３及び４はシーリングによって包囲されているが、他方、シーリング２ａ及び５ａは欠落している。
【００２７】
さらに、図１及び２から、上部流通穴２には、直径の遥かに小さい分配ランス６が配置されていることが認められる。この分配ランス６は、図２に示したように、隣接したプレートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の流通穴２を軸方向に貫いて延びている。混合されるべき流体に対応していないプレート間間隙、したがって、“擬似”プレート間間隙Ｚ０及びＺ２にあって、分配ランス６はそれぞれ下方に突き出た流出穴６ａを有している。
【００２８】
プレート式熱交換器の稼動に際し、流通穴２は第一の流体（ほとんどの場合にガス）によって貫流され、分配ランス６は第二の流体（一般に液体）によって貫流される。正規のプレート間間隙への第一のガス状流体の分配は問題なく行なわれるが、他方、液状流体は分配ランス６によってまず、流通穴２が上記のシーリング２ａによって包囲されている“擬似”プレート間間隙Ｚ０、Ｚ２に供給される。こうして、これらの“擬似”プレート間間隙は、流体が流通穴２の下部縁に達するまで、流体で満たされる。図２及び３はこの状態を表している。
【００２９】
流体がさらに流入すると、シーリング２ａの内部のプレート領域は堰として機能し、液体はこれらの堰を経て両側の“正規”プレート間すき間に薄膜となって下方に流下する。その際、流通穴２の下部縁は、溢れ出しが一定の幅で開始されるように、まっすぐ水平に延びる縁区域２ｂによって形成されている。ここで、縁区域２ｂは、シーリング２ａの下端を一方とし、分配ランス６を他方とした両者の間隔の好ましくは二分の一を上回る高さ位置にある。
【００３０】
長い分配ランス６を有する非常に大型のプレートパッケージにあっては、液体流入口からの距離が長くなるにつれて流出穴６ａの断面を拡大するのが好適である。これにより、順次に続くプレート間間隙への液体の均等な分配が達成される。
【００３１】
図４は、複数枚のプレートの水平断面図を示したものである。同図において、プレート間間隙内には、波形インサートの形のスペーサ７ないし８が配置されている。これらのスペーサは、隣接する二枚のプレートに密接し、こうしてプレートをプレート面に対して垂直に支保するように寸法設計されている。これにより、隣接するプレート間間隙の間に高い圧力差が生じてもプレートの座屈が回避される。
【００３２】
その際、混合されるべき流体によって貫流されるプレート間間隙に配置されたスペーサ（本実施例にあってはスペーサ７）は多数の穴７ａを備えている。これによって、流体はスペーサ７を貫いて流通することが可能であり、こうして、混合が促進される。
【００３３】
さらに図４は、プレート間間隙が（図３に示した場合とは異なり）異なったすき間幅を有していてよいことを示している。特に、混合されるべき流体によって貫流されるプレート間すき間は、熱媒又は冷媒によって貫流されるか又は不作動のプレート間すき間よりも大きなすき間幅を有していてよい。
【００３４】
図５は、吸収プロセスに使用するプレート装置全体の斜視図を示したものである。その際、図１に示した場合と同様に、左上部領域に、ガス状又は蒸気状の作動媒体及びそれと混合されるべき溶剤の供給系が設けられている。溶剤は分配ランス６に供給され、他方、作動媒体の供給はベンド１６を経て行われる。プレート穴２の内部を延びる分配ランス６は、ベンド１６に対して封止されており、適切な箇所でベンドを貫通する。これによって、作動媒体と溶剤を別々に加えることができると共に、双方の流体の混合が即プレート上部で開始される。
【００３５】
作動媒体で富化された溶液は、左下端の口１７によりプレート装置から流出する。
【００３６】
接続口１８及び１９は、図１に示した流通穴３及び４に対応しており、吸収プロセスに際して発生する熱を吸収する冷却水の流入ないし流出に使用される。
【００３７】
図６は、吸収プロセス（図示実施例にあっては吸収式冷凍機）へのプレート装置の好適な適用を示したものであるが、ただし、吸収ヒートポンプへの適用も同じく好適である。
【００３８】
吸収式冷凍機又はヒートポンプの機能は従来公知の技術に属しており、したがって、詳細な説明は行なわない。この点で重要なのは、図６に符号“Ａ”で示した吸収装置の形成である。該装置には、ガス状又は蒸気状の適切な稠度の作動媒体が供給される。この作動媒体は溶剤と混合されて、双方の流体間に吸収現象が生じなければならない。そのため、多くの場合相対的に半流動性稠度を有する溶剤が分配ランス６に供給され、他方、ガス状又は蒸気状の作動媒体は分配ランスを包囲する空間に供される。かくて、双方の流体の混合はいわゆる一つおきのプレート間間隙にて行われ、その際、液体分配により、プレート間間隙の幅全体にわたって、作動媒体と溶剤との間に広い反応面が生じる。これにより、プレート間間隙の貫流時に溶剤による作動媒体の大幅な吸収が生じ、プレート間間隙の貫流後、溶剤は、それが下端でプレート間間隙を出るときに、作動媒体を大幅に吸収して富化されている。
【００３９】
吸収プロセスに際して発生するプロセス熱ＱＡは、上記の第一のプレート間間隙に流入する流体によって吸収されて排出される。
【００４０】
上記にあっては、吸収プロセスと関連した使用を説明した。ただし、異なった媒体がプレート間すき間内で混合されることとなる化学反応に本プレート装置を使用することも同じく本発明の範囲に属する。
【国際調査報告】
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