(57)【要約】相変化熱交換器22は流体を熱的に調整するために設けられている。相変化熱交換器は限定はされないが相変化熱交換器22と、少なくとも１つの導管60と熱的に接触している発泡構造66とを通して流体を伝導するように構成されている導管60を含んでいる。発泡構造66はオープンセル86の３次元網目状構造を形成するために相互接続されている紐状体84を有している。相変化材料88はオープンセル86内に含まれており、相変化材料88は発泡構造66の紐状体84から流体の熱エネルギを受けるように構成されている。【選択図】図２
2007515612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を伝導するように構成されている複数の導管と、
前記複数の導管の少なくとも１つと熱的に接触し、複数のオープンセルの３次元網目状構造を形成するように相互接続されている複数の紐状体を有する発泡構造と、
前記複数のオープンセルの少なくとも一部内に含まれており、前記複数の紐状体から前記流体の熱エネルギを受取るように構成されている相変化材料とを具備している相変化熱交換器。
【請求項２】
さらに、流体を前記複数の導管に分配するように構成されている取入れマニホルドを具備している請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項３】
さらに、前記複数の導管から流体を集めるように構成されている出口マニホルドを具備している請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項４】
前記複数の導管はそれぞれ１Ｂｔｕ−ｆｔ／ｈｒ−ｆｔ−ｆｔ−Ｆよりも大きい熱導電性を有する材料から製造されている請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項５】
前記複数の導管はそれぞれニッケル２０１から製造されている請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項６】
さらに、前記複数の導管の少なくとも１つの導管内に突出物を含んでいる請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項７】
さらに、前記複数の導管のそれぞれの流体の流動を調節するように構成されている複数の突出物を含んでいる請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項８】
オープンセルは多角形形状を有している請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項９】
発泡構造は固体の金属紐状体により接続されている開放された１２面体形状のセルの網目状構造を有している請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項１０】
発泡構造はアルミニウムから形成される請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項１１】
発泡構造の少なくとも一部は炭素材料から形成される請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項１２】
前記発泡構造の少なくとも一部は中間相のピッチベースの炭素で形成されている請求項１１記載の相変化熱交換器。
【請求項１３】
相変化材料は約２５Ｂｔｕ／ｌｂよりも大きい溶融の潜熱を有している請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項１４】
相変化材料は約１５０Ｂｔｕ／ｌｂよりも小さい溶融の潜熱を有している請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項１５】
相変化材料はパラフィン系炭化水素である請求項１記載の相変化熱交換器。
【請求項１６】
塩素ガスを受取り、塩基性過酸化水素（ＢＨＰ）を受取り、準安定状態で励起された酸素ガスを発生するように構成されている一重項酸素発生器と、
前記励起された酸素ガスとヨウ素の蒸気とを混合して、前記励起された酸素ガスから前記ヨウ素の蒸気へのエネルギの伝達を促進するように構成され、前記ヨウ素の蒸気中における励起されたヨウ素原子の反転分布を発生させるレーザノズルと、
前記ヨウ素原子から励起されたヨウ素原子の前記反転分布を抽出して、コヒーレントなレーザ光を発生するように構成されているレーザ空洞と、
前記一重項酸素発生器を励起する前記ＢＨＰを熱的に調整するように構成された相変化熱交換器とを具備し、前記相変化熱交換器は、
前記ＢＨＰを伝送するように構成される複数の導管と、
前記複数の導管のうちの少なくとも１つと熱的に接触し、複数のオープンセルの３次元の網目状構造を形成するように相互接続されている複数の紐状体を有する発泡構造と、
前記複数のオープンセルの少なくとも一部内に含まれ、前記複数の紐状体から前記ＢＨＰの熱エネルギを受取るように構成されている相変化材料とを具備している化学的酸素ヨウ素レーザ（ＣＯＩＬ）。
【請求項１７】
相変化材料はパラフィン系炭化炭素である請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項１８】
相変化材料はノーマルデカン（ｎ−デカン）である請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項１９】
相変化材料は約−３１℃よりも大きく、約−３５℃よりも小さい溶融点を有する請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項２０】
相変化材料は約１００Ｂｔｕ／ｌｂよりも大きい溶融の潜熱を有する請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項２１】
相変化材料は水と塩水溶液との共晶組成物である請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項２２】
発泡構造は固体金属の紐状体により接続されている開放された１２面体型のセルの網目状構造を有している請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項２３】
発泡構造はアルミニウムから形成されている請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項２４】
発泡構造の少なくとも一部は炭素材料から形成されている請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【請求項２５】
発泡構造の少なくとも一部は中間相のピッチベースの炭素から形成されている請求項１６記載のＣＯＩＬ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に熱交換器に関し、特に相変化熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この出願は2003年１月７日提出の米国特許出願第10/338,539号明細書の部分継続出願である。
【０００３】
熱交換器は固体、液体および／または気体の熱調整でよく知られている。長い期間にわたってシステムまたは装置の固体、液体および／または気体の温度を加熱および／または冷却するように調節するか、または加熱或いは冷却の比較的短いバーストに対して最適にする多数の熱交換器の構造が存在する。例えば化学的酸素ヨウ素レーザ（ＣＯＩＬ）は典型的に短いバースト（即ち数分または数秒）の加熱及び冷却を使用して流体および／または気体を比較的一定の温度に維持する。
【０００４】
短いバーストの冷却及び加熱は現在、極低温流体の気化と、ヒータの点火、または電気的に加熱された充填層によりそれぞれ行われる。しかしながら、これらの冷却および加熱機構は複雑である。さらに、これらの冷却及び加熱機構は長い期間（即ち数時間、数日にちまたは数週間）にわたる動作に対してさらに良好に適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
相変化材料は熱調整に有望であることが示されている。パラフィンワックスのような相変化材料は狭い温度範囲にわたって大きな熱容量を与える。それ故、相変化材料は高パワーレベルでの加熱または冷却に使用されることのできる望ましい特性を有する。しかしながら、相変化材料は低い熱伝導性を有する傾向があり、熱を相変化材料中にまたは相変化材料から外に伝導することを困難にし、短いバースト冷却に対する適性が低下される。
【０００６】
したがって、材料が高パワー及び短いバーストの熱調整で使用されることができるように相変化材料の低い熱伝導性を補償することが望ましい。さらに、本発明のその他の望ましい特徴及び特性は添付図面とこの発明の背景技術を参照にした本発明の以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明白になるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
相変化熱交換器は、流体の熱的な調整のために設けられている。相変化熱交換器は相変化熱交換器と、少なくとも１つの導管と熱的に接触している発泡構造とを通して流体を伝導するように構成されている導管を含んでいるが、これに限定されない。発泡構造はオープンセルの３次元網目状構造を形成するために相互接続されている紐状体を有している。相変化材料はオープンセルの３次元網目状構造内に含まれており、相変化材料は発泡構造の紐状体から流体の熱エネルギを受けるように構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を、以後図面により説明する。同一の参照符号は類似の素子を示している。  
以下の詳細な本発明の説明は単なる例示であり、本発明および本発明の応用と使用を限定することを意図しているものではない。さらに、前述した本発明の背景または以下の本発明の詳細な説明で示されている表現されたまたは示唆された理論によって本発明を限定する意図はない。
【０００９】
図１を参照すると、１以上の気体、液体または１以上の気体と液体の組合せであるＣＯＩＬ20の流体を熱的に調整するための本発明の相変化熱交換器22を有するＣＯＩＬ20が示されている。以下の本発明の詳細な説明は、ＣＯＩＬ20の流体の熱的な調整を説明しているが、相変化熱交換器22は他のレーザの１以上の流体の熱的調整に使用されることができ、あるいはレーザ以外の応用における流体の熱的調整に使用されることができる。
【００１０】
ＣＯＩＬ20は塩素ガス（Ｃｌ２）26と、過酸化水素と混合された水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）のような塩基性過酸化水素（ＢＨＰ）24との反応を使用する。塩素ガス26とＢＨＰ24は以下の反応式にしたがって、準安定（メタステーブル）状態の励起された酸素ガスを発生するため一重項酸素発生器28に与えられ、この酸素ガスは一重項デルタ酸素（Ｏ２（１Δ））または一重項分子酸素として知られている。  
２Ｋ＋＋２Ｏ２Ｈ−＋Ｃｌ２→Ｏ２（１Δ）＋Ｈ２Ｏ２＋２ＫＣＬ        （１）  
ＢＨＰ24と塩素ガス26に加えて、窒素ガス（Ｎ２）30が希釈剤として一重項酸素発生器28に与えられることができる。
【００１１】
一重項デルタ酸素と、窒素ガス30と非反応塩素ガス26の混合物は一重項酸素発生器28からレーザノズル34に誘導され、ここで一重項デルタ酸素と、窒素ガス30と非反応塩素ガス26はヨウ素蒸気（Ｉ２）36と混合される。このプロセスはヨウ素分子を原子に分離し、ヨウ素原子を電子的に励起された状態（例えば２Ｐ１／２）にすることによって、一重項デルタ酸素からヨウ素蒸気36へのエネルギ伝達を促進する。レーザノズル34の拡大部分の流れは典型的に超音速まで加速され、このレーザノズル34からの流れはレーザ空洞38に入る。しかしながら超音速に加えて、他の流動速度が使用されることができる（1981年５月12日にMcDermott等に与えられた米国特許第4,267,526号明細書を参照のこと。ここには亜音速の流動が記載され、その文献全体がここで参考文献とされている）。
【００１２】
レーザノズル34からの流動を受取るレーザ空洞38は真空容器44にミラー（40、42）を含んでいる光学共振器を有する。ミラー（40、42）により与えられる光学的フィードバックを使用して、コヒーレントなレーザ光46は超音速または亜音速の流動で励起されたヨウ素原子の反転された分布から抽出されることができる。コヒーレントなレーザ光46の出結合ビームはウィンドウ48を通って真空容器の外部へ通過する。このプロセス期間中に、励起されたヨウ素原子は高エネルギ状態（例えば２Ｐ１／２）から低エネルギ状態（例えば２Ｐ３／２）へ減衰し、約１３１５マイクロメータ（１．３１５μｍ）の波長で光子を放出する。
【００１３】
ＣＯＩＬ20の副産物は、流動の減速および静圧の回復のような事後処理のためにレーザ空洞38から１以上の装置（例えば拡散器50）へ流れる消耗されたレーザガスを含んでいる（2000年11月28日にVetrovecに与えられた米国特許第6,154,478号明細書を参照のこと。これは事後処理行為の１例を記載しており、その全体がここで参考文献とされている）。レーザ空洞38から外へ流れる消耗されたレーザガスに加えて、ＣＯＩＬ20の副産物は一重項酸素発生器28から種々の塩、例えば塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）または、塩化カリウム（ＫＣｌ）、ＢＨＰ52を含んでおり、これは一重項酸素発生器28へ最初に導入されるＢＨＰ24の温度よりも高い温度を有する。塩は当業者に知られている技術及び装置（例えばスクラバ（図示せず））によって除去されることができ、ＢＨＰ52の温度は本発明の相変化熱交換器22により減少されることができる。それ故、この例示的な実施形態では、相変化熱交換器22が熱調整のために構成されている流体はＢＨＰ52である。しかしながらＣＯＩＬ20の他の流体、他のレーザの流体、非レーザ応用の流体は本発明の相変化熱交換器22により熱的に調整されることができる。
【００１４】
相変化熱交換器22によるＢＨＰ52の熱的調整の前に、ＢＨＰ52はＢＨＰ24と塩素ガス26との反応中に誘起するガスを減少するように処理されることが好ましい。ＢＨＰ24のこの脱ガスは２つのステップを有することが好ましい。第１のステップは同伴ガスの量の減少を含み、第２のステップは第２の脱ガスを含んでいる。この例示的な実施形態では、コアレッサ54が同伴ガスの量を減少するために設けられ、遠心分離器56が第２の脱ガスのために設けられる。しかしながら、当業者に知られているようにＢＨＰ24と塩素ガス26との反応中に誘起するガスを減少するための他の装置および技術が使用されることができる。ＢＨＰ52のガスが減少された後、ＢＨＰ52は熱調整のために相変化熱交換器22に与えられる。
【００１５】
この例示的な実施形態の熱調整は、ＢＨＰ52の温度を一重項酸素発生器28に導入されるときの所望の温度まで下げる処理を含んでいる。好ましくは、一重項酸素発生器28に誘導されるとき、ＢＨＰ24の温度は摂氏約マイナス４０度（−４０℃）乃至摂氏約マイナス１０度（−１０℃）である。一重項酸素発生器28を出るＢＨＰ52の温度が一重項酸素発生器28に入るＢＨＰ24よりも摂氏約２度（２℃）乃至摂氏約１０度（１０℃）高いので、一重項酸素発生器28を出るＢＨＰ52の温度は相変化熱交換器22によって減少されることが好ましい。
【００１６】
図２を参照すると、図１に示されているように一重項酸素発生器28を出るＢＨＰ52の温度を減少させるように構成されている本発明の相変化熱交換器22の第１の断面図が示されている。相変化熱交換器22は通常、入口マニホルド58を含んでおり、これは流体、この例ではＢＨＰ52である流体を受取り、そのＢＨＰ52を導管60へ分配するように構成されており、導管60はＢＨＰ52を出口マニホルド62へ伝送するように構成され、出口マニホルド62はこの例では図１に示されているように一重項酸素発生器28の入口ポート64に結合されている。さらに、相変化熱交換器22は導管60の少なくとも１つと熱接触する発泡構造66を含んでおり、この発泡構造66は導管60の大部分、すなわち、実質上全て、または全ての導管60と熱接触することがさらに好ましく、この場合、巨視的な作業が発泡構造66の導管60により行われることなく、または巨視的な作業が導管の発泡構造66により行われることなく熱交換が生じるのであれば、熱接触が存在する。それ故、ここで使用されるように、次々と巨視的な作業が行われずに熱交換が生じるならば熱接触は存在する。発泡構造66は次に図７を参照して、より詳細に説明するように、オープンセルの３次元の網目状構造を形成するように相互接続された紐状体を有している。さらに、相変化熱交換器22は通常、発泡構造66により設けられるオープンセルの少なくとも一部分内、好ましくはその実質的な部分内に含まれる相変化材料を含んでおり、これは以下、さらに詳細に説明するように、発泡構造66の紐状体からＢＨＰ52の熱エネルギを受けるように構成されている。
【００１７】
入口マニホルド58、出口マニホルド62、入口マニホルド58および出口マニホルド62のマニホルドヘッダ（68、70）は流体と反応を起こさない材料から製造されることが好ましい。この例示的な実施形態では、入口マニホルド58、出口マニホルド62、マニホルドヘッダ（68、70）は３２１  Ｃｒｅｓ、３０４  Ｃｒｅｓ、３１６  Ｃｒｅｓ、ＨａｓｔｅｒｌｏｙまたはＩｎｃｏ  ６２５のような耐蝕性スチールから製造される。図３でさらに詳細に示すように、導管60はマニホルド（68、70）の孔に挿入され、当業者に知られている技術を使用して固定される。例えば導管60は入口マニホルド58と出口マニホルド62のマニホルドヘッダ（68、70）にシームレスに溶接されることができる。
【００１８】
図３を継続して参照すると、マニホルドヘッダ（68、70）に挿入され固定されることのできる導管60は流体と適合して反応を起こさず、またＢＨＰ52から発泡構造66までの熱エネルギを効率的に伝達するために１Ｂｔｕ−ｆｔ／ｈｒ−ｆｔ−ｆｔ−Ｆより大きい熱伝導性を有する相変化材料から製造されることが好ましい。例示的な実施形態によれば、導管60はニッケル２００またはニッケル２０１のような耐蝕性材料から製造され、これは約４５Ｂｔｕ−ｆｔ／ｈｒ−ｆｔ−ｆｔ−Ｆの熱伝導性を有する。しかしながら他の材料も適切であり、それには約１２．５Ｂｔｕ−ｆｔ／ｈｒ−ｆｔ−ｆｔ−Ｆの熱伝導性を有するＭｏｎｅｌ  400、または約１０Ｂｔｕ−ｆｔ／ｈｒ−ｆｔ−ｆｔ−Ｆの熱伝導性を有するＭｏｎｅｌ  Ｋ−５００が含まれるがそれに限定されない。
【００１９】
図４を参照すると、導管60は、流動を調節するために選択された領域に長方形のオリフィスを形成するように結合されている４つのプレート（72、74、76、78）を有して形成されることが好ましく、それによって相変化熱交換器の各導管が実質的に同一の流動を有する。しかしながら、導管60は５個以上のプレートまたは３個以下のプレートを有して形成されることができ、オリフィスの形状は三角形、円形、五角形等の長方形以外の幾何学的形状であってもよい。プレートの結合はヒップ結合、ニッケルメッキによるヒップ結合、または拡散結合技術等の当業者に知られた任意の多くの技術によって実現されることができる。
【００２０】
導管60を形成するプレート（72、74、76、78）は所望の応用に対して構造的に十分な厚さ79を与えるように切削その他の方法で形成され、またＢＨＰ52と導管60との間に付加的な接触領域を設けるために切削または他の方法で形成され、したがって以下に本発明の詳細な説明で説明するように、導管60内のＢＨＰ52と発泡構造との間に効率的な熱結合を与える。例えばニッケル200から製造された４つのプレート（72、74、76、78）は約１ミリメートルの１０分の４（０．４ｍｍ）乃至約５ミリメートル（５ｍｍ）の厚さ79を有することができる。さらに、１以上のプレートが切削され、導管60内の流速を調節するために１以上の導管60内に突出部（例えば１以上のリブまたはフィン）を設けるように化学的に切削されることが好ましい。
【００２１】
図５を参照すると、突出部であるリブまたはフィン80が本発明の例示的な実施形態にしたがって示されている。突出部80は好ましくは図４に示されているプレート78のような１以上のプレートから距離82だけ突出し、所望の応用において導管内の流速を変更する。例えば、本発明の例示的な実施形態では、距離82は約２ミリメートル（２ｍｍ）である。認識されるように、任意の数のリブまたはフィン構造及び距離が図６に示されているようなリブまたはフィン構造等が１以上の導管内の流体の流動を変更するために使用されることができる。
【００２２】
図２を参照すると、本発明の詳細な説明で前述したように、相変化熱交換器22は通常、発泡構造66を含み、この発泡構造66は導管60の少なくとも１つと接触し、導管60の大部分と熱接触することが好ましく、実質上全て、または全ての導管60と熱接触することがさらに好ましい。図７を特に参照すると、本発明の例示的な実施形態にしたがった発泡構造66の一部の拡大図が示されている。発泡構造66はオープンセル86を有する３次元の網目状構造を形成するために相互接続されている紐状体84を有しており、これは３次元の紐状体構造のために３次元で相互接続されている。発泡構造66のオープンセル86は通常、形状が多角形であるが、角度をもたない（例えば楕円または円形）か、任意の数の非対称および／または対称形状であってもよい。
【００２３】
好ましくは、発泡構造66は連続的な固体金属の紐状体により接続されている開放されている１２面体形状のセルの網目状構造である。このような金属の発泡体は米国カリフォルニア州のオークランドにあるEnergy Research and Generation, Ink.の製品のDuocelとして知られている。発泡構造66は、アルミニウム、ベリリウム、マグネシウム、ウラニウム、鉄、銅、錫、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム等の多数の金属；アルミニウム−シリコン、アルミニウム−マグネシウム、アルミニウム−亜鉛のような合金；炭化物および窒化物のような耐熱材料を含む酸化アルミニウム、二酸化シリコン、酸化鉄をベースとするセラミック；またはポリイミド、ポリアロマチックエーテル、チオエーテル、フッ化炭化水素、黒鉛等のような有機ポリマーから処理されることができ、発泡構造66は当業者に知られている任意の数の技術を使用して製造されることができる（1962年９月11日にG. W. Fischerへ与えられた米国特許第3,052,967号明細書と、1963年５月21日にK. Schwartzwalder等へ与えられた米国特許第3,090,094号明細書と、1963年11月19日にB. B. Ballへ与えられた米国特許第3,111,396号明細書と、1968年１月９日にP. Schwarzkopfへ与えられた米国特許第3,362,818号明細書と、1968年10月29日にJ. Winklerへ与えられた米国特許第3,408,180号明細書と、1969年９月30日にM.L. Pearceへ与えられた米国特許第3,470,117号明細書と、1976年３月23日にD. Walzへ与えられた米国特許第3,946,039号明細書と、1971年11月２日にD. Walzへ与えられた米国特許第3,616,841号明細書とを参照のこと。これらはそれぞれ金属の発泡体の準備を記載しており、その全体がここで参考文献とされている。さらに網目状のポリウレタン発泡体の処理が記載され、その全体がここで参考文献とされている1965年３月２日にR. A. Volzへ与えられた米国特許第3,171,820号明細書と、セラミック発泡体の処理を記載し、その全体がここで参考文献とされている1989年２月28日にPark等へ与えられた米国特許第4,808,558号明細書とを参照されたい）。この段落で先に記載した多数の金属または前述していないその他の金属または非金属に加えて、発泡体は炭素から処理され、発泡体の少なくとも一部は炭素をベースとする材料から処理されることができる。例えば、発泡体は中間相のピッチベースの炭素の発泡体であり、これはテネシー州オークブリッジ、37381-6087のOak Ridge National LaboratoryのCarbon and Insulation Materials Technology Group, Metal and Ceramics Divisionにより開発されている（全体がここで参考により組込まれている2000年３月14日にKlettに与えられた米国特許第6,037,032号明細書を参照されたい）。
【００２４】
図７を続けて参照すると、相変化材料88は発泡構造66のオープンセルの少なくとも一部中へ導入され、発泡構造66のオープンセルの実質部分に導入されることが好ましい。発泡構造66の紐状体と熱的に接触する相変化材料88は発泡構造66の紐状体からＢＨＰ52の熱エネルギを受けるように構成され、これらは図２に示されているように導管60と熱接触している。ＢＨＰから発泡構造66の紐状体へ、さらに最終的には相変化材料への熱エネルギ（例えば熱）の流れは最初に相変化材料88の物理的特性を変更し、それは通常相変化と呼ばれており、相変化材料88の内部エネルギの変化を含んでいる。
【００２５】
この例では、相変化は発泡構造66の紐状体66を介してＢＨＰから相変化材料88へのエネルギの転送による固体から液体への変化（即ち溶融）である。相変化材料88はその溶融点が相変化熱交換器により冷却されるＢＨＰまたは他の液体の凝固点よりも大きいように選択される。この方法で、液体はＢＨＰの流動が停止するとき凝固しない。ＢＨＰ52の冷却の特定の例では、ＢＨＰの凝固点は図１に示されている一重項酸素発生器28に入るＢＨＰ24の動作温度よりも低い摂氏約１０度（１０℃）乃至摂氏約２０度（２０℃）である。それ故、相変化材料88はその溶融点がＢＨＰ凝固点と、一重項酸素発生器に入るＢＨＰの動作温度との間の狭い温度範囲内であるように選択される。相変化材料88の選択におけるその他の考察では、過度に低い温度で溶解する材料は通常、その本来の凝固状態まで材料を回復するために使用される冷凍プロセスおよび装置をさらに複雑にするので、過度に低い温度では溶解しない材料が好ましいが、それに限定されない。
【００２６】
相変化材料88はその材料の比較的高い溶融の潜熱（即ち固体から液体へ相変化材料の相を変化するのに必要な熱）を有することが好ましく、望ましい相変化材料は約２５Ｂｔｕ／ｌｂ乃至約１５０Ｂｔｕ／ｌｂの範囲の溶融の潜熱を有している。相変化材料は通常低い熱伝導性を有するが、相変化材料への熱の伝達速度は発泡構造の紐状体を有する相変化材料による熱の分散により増加される。
【００２７】
図２を参照すると、通常、相変化熱交換器22はＢＨＰ52から導管60へ熱エネルギの伝導することにより動作する。導管60により受取られた熱エネルギは発泡構造66へ転送され、この発泡構造66はその熱エネルギを相変化材料に伝達する。図６に示されているように１以上の突出部の寸法および配置は、所望の速度および温度差でＢＨＰ52と導体60間で熱転送を行うように選択されており、その温度差はＢＨＰ52の動作温度と、相変化材料の溶融点との温度差全体のほんの一部、典型的には温度差全体の約１０分の１（０．１）乃至約１０分の３（０．３）の範囲であることが好ましい。図７に示されているようにオープンセル86の材料及び機械的寸法もまた所望の速度および温度差で相変化材料へ熱転送を行うように選択されることが好ましく、その導管60と相変化材料の温度差は、ＢＨＰ52の動作温度と、相変化材料の溶融点との間の温度差全体のほんの一部、典型的には温度差全体の約１０分の２（０．２）乃至約１０分の６（０．６）の範囲である。ＢＨＰと、相変化材料の溶融点との温度差のバランスは実質的に発泡構造と相変化材料との間で生じる。
【００２８】
任意の数の相変化材料が本発明にしたがって使用され、パラフィンワックスのような特定の応用にしたがって選択される。例えばパラフィン系炭素水素であるノーマルデカン（ｎ−デカン）はＢＨＰを冷却するための相変化材料として使用されることができる。ｎ−デカンは摂氏約−３１度（−３１℃）乃至摂氏約−３５度（−３５℃）の溶融点と、約１００Ｂｔｕ／ｌｂの溶融の潜熱を有する。しかしながら、好ましくは共晶組成物で水と塩水溶液のような他の相変化材料が本発明にしたがって使用されることができる。
【００２９】
流体の熱調整期間中に、相変化材料が相変化した後、その初期状態に戻ることが好ましい。これは任意の多数の技術の使用によって実現されることができる。例えば冷蔵庫またはヒーターは相変化熱交換器に熱的に結合されることができ、または別の流体が相変化材料をその初期状態に戻す温度で導管を流れることができる。相変化材料が初期状態に戻った後、熱調整を別のインターバルに利用することができる。
【００３０】
１以上の例示的な実施形態により本発明の前述の詳細な説明が行われたが、多数の変形が存在することを認識すべきである。例示的な実施形態は単なる例であり、いかなる方法によっても本発明の技術的範囲、応用性または構造を限定することを意図していないことを認識すべきである。むしろ、前述の詳細な説明は当業者に本発明の例示的な実施形態を行うための便利なロードマップを提供するであろう。種々の変形が特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲から逸脱せずに例示的な実施形態に記載されているエレメントの機能および構成に対して種々の変形を行うことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の例示的な実施形態によるＣＯＩＬの流体を熱的に調整するための相変化熱交換器を有するＣＯＩＬの概略図。
【図２】図１の相変化熱交換器の断面図。
【図３】入口マニホルドと出口マニホルドに固定されている図１の相変化熱交換器の導管のうちの１つを示す断面図。
【図４】図１の相変化熱交換器の導管の１つの断面図。
【図５】本発明の例示的な実施形態による１以上の導管内に形成されることのできる突出物、リブまたはフィンの断面図。
【図６】本発明の例示的な実施形態による１以上の導管内に形成されることのできる多数の突出物、リブまたはフィンを示す斜視図。
【図７】本発明の例示的な実施形態によるオープンセルの３次元網目状構造内に含まれる相変化材料を示す発泡構造の断面図。
【図１】
2007515612.tif 000003
【図２】
2007515612.tif 000004
【図３】
2007515612.tif 000005
【図４】
2007515612.tif 000006
【図５】
2007515612.tif 000007
【図６】
2007515612.tif 000008
【図７】
2007515612.tif 000009
【国際調査報告】
2007515612.tif 000010
2007515612.tif 000011
2007515612.tif 000012