(57)【要約】  伝熱装置及びその作製方法が提供される。本発明の伝熱装置は、熱輸送媒体が使用時に接触し、かつ、熱輸送媒体と作動媒体との間の移動を介する熱交換表面を特定する伝熱部材と、熱輸送媒体を包含するための装置本体とを有する。装置の本体は、流体移動できる関係にある第１チャンバ（１１）、第２チャンバ（１２）及び第３チャンバ（１３）を特定する。本体は、熱輸送媒体が第２チャンバ（１２）から第１チャンバ（１１）を通過後、第３チャンバ（１３）を通るか、又は、第３チャンバ（１３）から第１チャンバ（１１）を通過後、第２チャンバ（１２）を通ることができるように構成され、かつ、第２チャンバ（１２）は本体で第１チャンバ（１１）と第３チャンバ（１３）の間に挟まれるか又はその間に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱装置であって、以下の：
（ａ）熱輸送媒体が使用時に接触して熱が熱交換表面を介して前記熱輸送媒体と作動媒体との間で移動しうる当該熱交換表面を特定する第１伝熱部；及び
（ｂ）前記熱輸送媒体を格納するための装置本体；を含み、ここで、
（ｉ）前記本体により、少なくとも、流体移動できる関係の第１チャンバ、第２チャンバ及び第３チャンバが特定され；
（ｉｉ）前記本体は、前記熱輸送媒体が、前記第２チャンバから前記第１チャンバを通過後に前記第３チャンバを通るか又は前記第３チャンバから前記第１チャンバを通過後に前記第２チャンバを通りうるよう構成され、；及び
（ｉｉｉ）前記第２チャンバが、前記本体で前記第１チャンバと、前記第３チャンバの間に挟まれるか又はそうでない場合、それらの間に配置される；
前記伝熱装置。
【請求項２】
前記本体が、前記熱輸送媒体を前記第２チャンバに入れるか又は出したりする第１通路及び前記熱輸送媒体を前記第３チャンバに入れるか又は出したりする第２通路を備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１通路は前記熱輸送媒体を前記本体から出す出口であるが前記第２通路は前記熱輸送媒体を前記本体に入れる入口であるか又はその逆である、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記伝熱部は、前記伝熱部と前記第１チャンバの間で熱移動が起こりうるように前記第１チャンバと直接接触するか又は前記第１チャンバの一部であるが、前記第２チャンバとは直接接触しない、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記本体は、前記熱輸送媒体を前記第１チャンバから前記第２チャンバに通すか又はその逆にする流路を備える、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記本体は、前記熱輸送媒体を前記第１チャンバから前記第３チャンバに通すか又はその逆にする流路を備える、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記チャンバの少なくとも１つは、一般に互いに平行して配置される少なくとも１対の対向するプレートから作製される、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記第１チャンバと前記第２チャンバは、複数の開口部を備える、一般に均等に分布するプレートで隔てられ、前記熱輸送媒体を前記第１チャンバから前記第２チャンバに通すか又はその逆にする、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記第１チャンバと前記第３チャンバは、複数の流路を備える、一般に均等に分布する前記第２チャンバで隔てられ、前記熱輸送媒体を、前記第２チャンバを迂回して前記第１チャンバから前記第３チャンバに通すか又はその逆にする、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記本体が、前記熱輸送媒体の流動方向を前期第１チャンバ、前記第２チャンバ又は前記第３チャンバに入るか又は出るかに調節する手段を含む、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
（ａ）前記本体によりさらに、流体移動できる関係の第４チャンバ、第５チャンバ及び第６チャンバが特定され、
（ｂ）前記本体は、前記熱輸送媒体が前記第５チャンバから前記第４チャンバを通過後に前記第６チャンバを通るか又は前記第６チャンバから前記第４チャンバを通過後に前記第５チャンバを通りうるよう構成され、及び
（ｃ）前記第５チャンバが、前記第４チャンバと、前記第６チャンバの間に挟まれるか又はそうでない場合、それらの間に配置される、
前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
熱輸送媒体が使用時に接触して熱が前記熱交換表面を介して前記熱輸送媒体と作動媒体の間で移動できる熱交換表面を特定する第２伝熱部をさらに含み、
（ａ）前記本体がさらに、前記第３チャンバと共に流体移動できる関係にある第４チャンバ及び第５チャンバを特定し、
（ｂ）前記本体は、前記熱輸送媒体を前記第４チャンバから前記第５チャンバへ通過後に前記第３チャンバを通すか又は前記第３チャンバから前記第５チャンバを通過後に前記第４チャンバを通しうるよう構成され、及び
（ｃ）前記第４チャンバが、前記第３チャンバと前記第５チャンバの間に挟まれるか又はそうでない場合、それらの間に配置される、
請求項１〜１０いずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
ベース流体及び固体ナノフィラーを含む熱輸送媒体をさらに含み、（前記固体ナノフィラーの表面積（Ａｆｌ））／（熱交換表面の面積（Ａｅｘ））が１００をこえる、前記請求項いずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
昇温域及び降温域の間の熱エネルギーを交換するための伝熱装置であって、
（ａ）熱輸送媒体；
（ｂ）前記熱輸送媒体を格納するための装置本体；及び
（ｃ）伝熱部
を含み、
（ｉ）前記本体は、前記熱輸送媒体が昇温域及び降温域の間を移動できるように構成され；
（ｉｉ）前記伝熱部により、前記熱輸送媒体が使用時に接触して熱が前記熱交換表面を介して前記伝熱部の一方の側での前記熱輸送媒体と前記伝熱部の反対側の作動媒体の間で移動できる熱交換表面が特定され；
（ｉｉｉ）前記熱輸送媒体がベース流体及び固体ナノフィラーを含み；及び
（ｉｖ）（前記固体ナノフィラーの表面積（Ａｆｌ））／（熱交換表面の面積（Ａｅｘ））が１００を越える；
伝熱装置。
【請求項１５】
前記熱輸送媒体の粘度が１〜５，０００ｍＰａ・ｓである、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記固体ナノフィラーの少なくとも１のディメンションの熱伝導性が１５０Ｗ／ｍＫをこえる、請求項１４又は１５記載の装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６いずれか１項記載の少なくとも２つの前記伝熱装置を含む、伝熱装置組立品。
【請求項１８】
請求項１〜１６いずれか１項記載の伝熱装置又は請求項１７記載の伝熱装置組立品を含む熱交換器。
【請求項１９】
伝熱装置を作製する方法であって、
（ａ）層状に配置される少なくとも第１壁、第２壁、第３壁及び第４壁を含む装置本体を提供する工程であって、当該装置本体は、前記第１壁と前記第２壁の間に第１空洞が特定され、前記第２壁と前記第３壁の間に第２空洞が特定され、前記第３壁と前記第４壁の間に第３空洞が特定されるように配置され、前記第２空洞が前記第１空洞又は前記第３空洞の間に挟まれるか又はそうでない場合、その間に配置される装置本体であり；
（ｂ）前記壁に、前記第１空洞、前記第２空洞及び前記第３空洞が流体移動できる関係であるように流路を設ける工程；及び
（ｃ）前記装置本体に、流体を前記装置本体に流入して最初に前記第２空洞に入れて次に前記第１空洞に入れて３番目に前記第３空洞に入れた後前記装置本体から出しうるか又は最初に前記第３空洞に入れて次に前記第１空洞に入れて３番目に前記第２空洞に入れた後に前記装置本体から出しうるように、流体を前記第２空洞及び第２通路に入れるか又は出す第１通路と流体を前記第３空洞に入れるか又は出す第２通路とを設ける工程；
を含む、前記方法。
【請求項２０】
前記壁の少なくとも１つを予め作製する工程を含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱装置又は熱交換器、当該装置、交換器又はシステムを作製する方法、当該装置、交換器又はシステムを運転する方法、及び、当該装置、交換器又はシステムで用いられる熱輸送媒体又は熱媒に関し、例えば吸収冷凍システムで用いられるが、それらに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置及びヒートポンプでは熱及び物質は熱交換器の表面で移動する。その結果、例えば、流体から流体へ、流体から蒸気へ又は蒸気から流体へ熱を移動させることができる。気相と液相との間の主な圧力差又は化学的侵出媒体に晒された場合の腐食安定性は、当該使用分野における信頼性のある熱交換器に対する試みの一部にすぎない。
【０００３】
従来の吸収冷凍システムで、例えば、熱交換器は、十分な長さのパイプの束から作製される。当該交換器では、パイプの束は、冷間成形又は溶接継目を用いたシールを介して金属プレートに両方向に一体化される。長いパイプ束を用いる欠点は、パイプ束で温度差により起こる圧力差を費用高の手段で填補しなければならないが、それはまたシステムの伝熱及びエネルギー効率に対して負に影響する場合が多い。パイプ束を用いるシステムはまた製造が困難であるか又は費用がかかる。
【０００４】
熱が効率的に移動するにはまた、パイプ束全体で熱輸送媒体が均等に分布することが必要である。水平設計の場合、熱輸送媒体は、パイプ上方に置かれたトリックリング（trickling）タンク又は適当な数の噴霧ノズルを用いて分布させうる。分布を均等にするために、トリックリングタンクは多数の比較的小さい穿孔を含む場合がある。しかしながら、少なくとも、トリックリングタンクの穿孔又はノズルの穿孔の一部が、循環に存在する汚れ粒子又は金属粒子のために詰まる危険がある。穿孔が詰まると伝熱効率の低下が生じるであろう。
【０００５】
理解されるように、熱交換装置の効率は、壁表面の表面積及び熱特性、熱輸送媒体（例えば伝熱液体）の流速、並びに、他の動的パラメーターを含む、多くの要因に依存する。熱交換器パネルをこえた伝熱液体の乱流速度は、ある程度は伝熱プロセスを促進させうる。しかしながら、特定の幾何学的形状の最適流速を超えると、熱交換装置の入口及び出口の両端での圧力低下が指数関数的に増大する。圧力低下が大きいのは装置に有害である。さらに、伝熱液体が最適速度よりも速く流れる場合、伝熱表面が熱エネルギーを熱輸送媒体と交換する十分な時間がないため、脱着／吸収プロセスの全体性能係数もまた低下する。熱輸送媒体は液体であってよいが、熱輸送媒体の流速をより速くするためには、直径がより長い管路又はチューブを用いなければならないであろう。しかしながら、それは、管路／チューブ／チャンバの伝熱表面の限定された面積が広がるにすぎない。従って、技術者は、一方では流速、他方では熱交換器の入口及び出口の両端での圧力低下を妥協することを強いられる。
【０００６】
熱交換器の入口及び出口の間の温度勾配もまた性能を決定する重要な要因であり、それは特に、熱レベルがより低いと当該温度勾配が起こり、廃熱又は太陽熱で典型的である。第１に、冷媒の気化では、高い熱エネルギーが気相に投入された後、凝縮器で液相に凝縮される場合、高圧で迅速に伝熱されることが要求される。第２に、気化した冷媒が吸収段階に移行すると、当該蒸気冷媒が吸収輸送溶液へ溶解されて、非常に高い熱エネルギーが放散されるが、迅速な伝熱が低圧でも再度要求される。
【０００７】
技術者は、伝熱を迅速にするため、熱輸送媒体が直接熱交換器を介して流れる受動的冷却を用いてきた。受動的冷却では、パイプの直径を大きくして圧力を入口及び出口の両端で維持しうる。しかしながら、利用できる表面積対体積アスペクト比が損なわれるため、効率的な熱交換器を実現できない。ミクロ流路冷却器は、表面積が増大するため、伝熱に優れるが、システム全体で著しい圧力低下がおこる。このように圧力低下が著しいと、装置の信頼性が損なわれるだけでなく、ヒートポンプの全体性能係数をも低下する。
【０００８】
本発明は、伝熱効率、圧力低下、伝熱装置製造、装置耐久性及び／又は伝熱システムの拡張性の課題を解決するため、あるいは、少なくとも、代替装置を社会に提供することを目的とする。
【０００９】
特許文献１は、水を精製するためのフィルム蒸発器のための熱交換器の設計を開示する。当該熱交換器では、高温の水蒸気が流れる水平に設置されたパイプの束の噴霧ノズルで水が噴霧される。熱水で水をパイプの外側を流れる表面フィルムから蒸発させる。当該熱交換器又は蒸発器は多重システムの一部でありうる。熱交換器のパイプは内側及び外側を波形にしうる。パイプの両端間での圧力差が大きいと生じる機械的損傷を最小限にするため、パイプとそれに接続する金属板との間のシールを好適に強化することが提案される。
【００１０】
特許文献２は、熱が加圧蒸気から流体に移動する設計を開示する。例えば、海水用の脱塩プラントを運転するため、流体を蒸発させる。本設計で、対向して配置されるプラスチックフィルムから袋様の流路が形成され、それにより、外側表面で流体が蒸発し、内側表面で凝縮が起こる。流路が柔軟性であるため、加圧中のバルジング（bulging）が起こる可能性がある。特許文献２はまた、多数の熱交換器ホイルを並べて用いる設計を開示する。このタイプの設計はまた、吸収冷凍システムの排出装置に用いられるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第２２３８０４５号明細書
【特許文献２】欧州特許第０９５２９１３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面としては、伝熱装置が供され、それは、熱輸送媒体が使用時に接触して熱が熱交換表面を介して前記熱輸送媒体と作動媒体との間で移動しうる当該熱交換表面を特定する第１伝熱部及び前記熱輸送媒体を格納するための装置本体を含み、ここで、前記本体により、少なくとも、流体移動できる関係の第１チャンバ、第２チャンバ及び第３チャンバが特定され、前記本体は、前記熱輸送媒体が、前記第２チャンバから前記第１チャンバを通過後に前記第３チャンバを通るか又は前記第３チャンバから前記第１チャンバを通過後に前記第２チャンバを通りうるよう構成され、及び前記第２チャンバが、前記本体で前記第１チャンバと、前記第３チャンバの間に挟まれるか又はそうでない場合、それらの間に配置される。伝熱装置の本形態は、従来装置と比較すると、熱輸送媒体を本体に導入する際に高圧にせず、伝熱効率を比較的高くできる。伝熱部で発生する伝熱流束（Ｗ／ｍ２Ｋ）は１０Ｌ／分の流速で２５０００Ｗ／ｍ２Ｋに達しうる。当該伝熱流束は従来装置で達成されうるものよりも実質的に高い。従来装置の伝熱流束は典型的には、最大で１４０００Ｗ／ｍ２Ｋに到しうる。
【００１３】
好ましくは、前記本体は、前記熱輸送媒体を前記第２チャンバに入れるか又は出したりする第１通路及び前記熱輸送媒体を前記第３チャンバに入れるか又は出したりする第２通路であってよい。前記第１通路は前記熱輸送媒体を前記本体から出す出口であるが前記第２通路は前記熱輸送媒体を前記本体に入れる入口であるか又はその逆であってよい。状況に応じて、当該通路は入口か又は出口であってよい。
【００１４】
１の態様では、前記伝熱部は、前記伝熱部と前記第１チャンバの間で熱移動が起こりうるように前記第１チャンバと直接接触するか又は前記第１チャンバの一部であってよいが、前記第２チャンバとは直接接触しない。本態様では、熱交換は伝熱部と熱輸送媒体の間で直接行われる。
【００１５】
ある態様では、前記本体は、前記熱輸送媒体を前記第１チャンバから前記第２チャンバに通すか又はその逆にする流路を備えてよい。前記本体は、前記熱輸送媒体を前記第１チャンバから前記第３チャンバに通すか又はその逆にする流路を備えてよい。
【００１６】
有利には、前記チャンバの少なくとも１つは、一般に互いに平行して配置される少なくとも１対の対向するプレートから作製されてよい。前記第１チャンバと前記第２チャンバは、複数の開口部を備える、一般に均等に分布するプレートで隔てられてよく、前記熱輸送媒体を前記第１チャンバから前記第２チャンバに通すか又はその逆にする。均等に分布する開口部及び／又は流路を備えることで、チャンバ内の熱輸送媒体の温度が一般に均一に高まり、かつ、プレートの温度勾配を最小限に抑える。
【００１７】
前記第１チャンバと前記第３チャンバは、複数の流路を備える、一般に均等に分布する前記第２チャンバで隔てられてよく、前記熱輸送媒体を、前記第２チャンバを迂回して前記第１チャンバから前記第３チャンバに通すか又はその逆にする。
【００１８】
１の態様では、前記本体は、前記熱輸送媒体の流動方向を前期第１チャンバ、前記第２チャンバ又は前記第３チャンバに入るか又は出るかに調節する手段を含んでよい。
【００１９】
１の態様では、前記本体はさらに、流体移動できる関係の第４チャンバ、第５チャンバ及び第６チャンバを特定してよく、前記本体は、前記熱輸送媒体が前記第５チャンバから前記第４チャンバを通過後に前記第６チャンバを通るか又は前記第６チャンバから前記第４チャンバを通過後に前記第５チャンバを通りうるよう構成されてよく及び前記第５チャンバは、前記第４チャンバと、前記第６チャンバの間に挟まれるか又はそうでない場合、それらの間に配置されてよい。
【００２０】
別の態様では、当該装置は、熱輸送媒体が使用時に接触して熱が前記熱交換表面を介して前記熱輸送媒体と作動媒体の間で移動できる熱交換表面を特定する第２伝熱部をさらに含んでよく、ここで、前記本体がさらに、前記第３チャンバと共に流体移動できる関係にある第４チャンバ及び第５チャンバを特定してよく、前記本体は、前記熱輸送媒体を前記第４チャンバから前記第５チャンバへ通過後に前記第３チャンバを通すか又は前記第３チャンバから前記第５チャンバを通過後に前記第４チャンバを通しうるよう構成されてよく及び前記第４チャンバが、前記第３チャンバと前記第５チャンバの間に挟まれるか又はそうでない場合、それらの間に配置されてよい。
【００２１】
さらに別の態様では、当該装置はベース流体及び固体ナノフィラーを含む熱輸送媒体をさらに含んでよく、ここで、前記固体ナノフィラーの表面積（Ａｆｌ））／（熱交換表面の面積（Ａｅｘ）が１００をこえる。当該輸送媒体を用いると熱輸送媒体と作動媒体の間の熱交換がさらに改善される。
【００２２】
本発明の第２の側面としては、昇温域及び降温域の間の熱エネルギーを交換するための伝熱装置が供され、それは、熱輸送媒体、前記熱輸送媒体を格納するための装置本体及び伝熱部を含み、ここで、前記本体は、前記熱輸送媒体が昇温域及び降温域の間を移動できるように構成され、前記伝熱部により、前記熱輸送媒体が使用時に接触して熱が前記熱交換表面を介して前記伝熱部の一方の側での前記熱輸送媒体と前記伝熱部の反対側の作動媒体の間で移動できる熱交換表面が特定され、前記熱輸送媒体がベース流体及び固体ナノフィラーを含み、かつ、前記固体ナノフィラーの表面積（Ａｆｌ））／（熱交換表面の面積（Ａｅｘ）が１００を越える。
【００２３】
好ましくは、前記熱輸送媒体の粘度が１〜５，０００ｍＰａ・ｓであってよい。前記固体ナノフィラーの少なくとも１のディメンションの熱伝導性が１５０Ｗ／ｍＫをこえてよい。
【００２４】
本発明の第３の側面としては、上記少なくとも２つの前記伝熱装置を含む、伝熱装置組立品が供される。
【００２５】
本発明の第４の側面としては、上記伝熱装置又は上記伝熱装置組立品を含む熱交換器が供される。
【００２６】
本発明の第５の側面としては、伝熱装置を作製する方法が供され、それは、層状に配置される少なくとも第１壁、第２壁、第３壁及び第４壁を含む装置本体を提供する工程であって、当該装置本体は、前記第１壁と前記第２壁の間に第１空洞が特定され、前記第２壁と前記第３壁の間に第２空洞が特定され、前記第３壁と前記第４壁の間に第３空洞が特定されるように配置され、前記第２空洞が前記第１空洞又は前記第３空洞の間に挟まれるか又はそうでない場合、その間に配置される装置本体であり、前記壁に、前記第１空洞、前記第２空洞及び前記第３空洞が流体移動できる関係であるように流路を設ける工程、及び、前記装置本体に、流体を前記装置本体に流入して最初に前記第２空洞に入れて次に前記第１空洞に入れて３番目に前記第３空洞に入れた後前記装置本体から出しうるか又は最初に前記第３空洞に入れて次に前記第１空洞に入れて３番目に前記第２空洞に入れた後に前記装置本体から出しうるように、流体を前記第２空洞及び第２通路に入れるか又は出す第１通路と流体を前記第３空洞に入れるか又は出す第２通路とを設ける工程；を含む方法である。好ましくは、本方法は、前記壁の少なくとも１つを予め作製する工程及び／又は予め作製された壁を組立てる工程を含んでよい。予め作製された壁を用いると、伝熱装置をモジュール式で費用効率的に組立てることができる。また、特定の熱交換のニーズに適する設計の自由度が高まる。
【００２７】
本発明の第６の側面としては、吸収冷凍システムで用いられる伝熱装置が供され、当該装置は、伝熱のための第１プレートと第１プレートと対向して配置される第２プレートの間に配置される第１流体チャンバ、第２プレートの第１流体チャンバと反対の面と第２プレートと対向して配置される第３プレートの間に配置される第２流体チャンバ及び第３プレートの第２流体チャンバと反対の面と、第３プレートと対向して配置される第４プレートの間に配置される第３流体チャンバを備えるように構成される。当該装置はさらに、第２プレートが第１流体チャンバと第２流体チャンバの間の流体交換のために第２プレート全体に均等に実質的に分布する第１開口部を含み、かつ、第２プレートが、第１流体チャンバと第３流体チャンバの間の流体交換のための第１の接続流路により第３プレートの第３開口部と接続される第２プレート全体に均等に実質的に分布する第２開口部を含むように構成される。第３開口部は同様に第３プレート全体に均等に実質的に分布する。つまり、熱輸送媒体が、プレートの温度勾配が最小限になるように伝熱のための開口部を介して全てのプレートの表面全体に分布する。
【００２８】
１の態様では、当該装置は、第４プレートの第３流体チャンバと反対の面と第４プレートと対向して配置される第５プレートの間に配置される第４流体チャンバ及び第５プレートの第４流体チャンバと反対の面と第５プレートと対向して配置される伝熱のための第６プレートの間に配置される第５流体チャンバを含んでよい。当該装置は、第５プレートが、第５流体チャンバと第４流体チャンバの間の流体交換のために第５プレート全体に均等に実質的に分布する第４開口部を含むように構成されてよい。第５プレートにはさらに、第５プレート全体に均等に実質的に分布して第４プレートの第６開口部と接続される第５開口部が備えられる。第５開口部及び第６開口部は、第５流体チャンバと第３流体チャンバの間の流体交換のための第２の接続流路で接続される。第６開口部は同様に第４プレート全体に均等に実質的に分布する。
【００２９】
別の態様では、当該装置は、第１プレートの伝熱のための第１流体チャンバと対向する面に配置される第７プレートを含んでよい。本態様では、当該装置は、第７プレートと第７プレートと対向して配置される第８プレートの間に配置される第６流体チャンバを含む。第７流体チャンバは第８プレートの第６流体チャンバと反対の面と第８プレートと対向して配置される第９プレートの間に配置され、第８流体チャンバは第９プレートの第７流体チャンバと反対の面と第９プレートと対向して配置される第１０プレートの間に配置される。第８プレートは第６流体チャンバと第７流体チャンバの間の流体交換のために第８プレート全体に均等に実質的に分布する第７開口部、及び、第８プレート全体に均等に実質的に分布して、第６流体チャンバと第８流体チャンバの間の流体交換のための第３の接続流路により第９プレート全体に均等に実質的に分布する第９開口部と接続する第８開口部を含む。
【００３０】
好ましくは、当該装置は、第２流体チャンバに流れる供給ライン及び第３流体チャンバと接続する排出ライン又は第３流体チャンバに流れる供給ライン及び第２流体チャンバと接続する排出ラインを含んでよい。
【００３１】
好都合には、当該装置は、第１プレートの表面が構造化設計されるように構成されてよい。
【００３２】
好ましい態様では、当該装置は、作動媒体のための導管と接続される第１プレートの第１流体チャンバと反対の面が単一又は一体の部品であるように構成されてよい。当該装置は、第１プレート、第２プレート、第３プレート及び第４プレートが実質的に並列に配置されるように構成されてよい。当該装置は、少なくとも１の流体チャンバの流動を制御する取付器具を含んでよい。
【００３３】
本発明の第７の側面としては、本発明の第６の側面に記載される少なくとも１つの伝熱装置を含む熱交換器が提供される。
【００３４】
本発明の第８の側面としては、本発明の第７の側面で記載される少なくとも１つの熱交換器を含む吸収冷凍システムが提供される。
【００３５】
本発明の第９の側面としては、昇温域及び降温域の間の熱エネルギーを移動させるための装置が提供され、当該装置は、熱輸送媒体が昇温域及び降温域の間を移動できる、熱交換表面を備える通路を少なくとも含み、ここで、熱輸送媒体はベース流体及び固体ナノフィラーを含み、（固体ナノフィラーの表面積（Ａｆｌ））／（通路の熱交換表面の面積（Ａｅｘ））が１００をこえる。
【００３６】
好ましくは、熱輸送媒体の粘度が１〜５，０００ｍＰａ・ｓであってよい。固体ナノフィラーの少なくとも１のディメンションの直径が１００ｎｍ未満であってよい。固体ナノフィラーの少なくとも１のディメンションの熱伝導性は１５０Ｗ／ｍＫをこえる。
【００３７】
１の態様では、当該装置は熱交換器であってよい。
【００３８】
別の態様では、当該装置は二重相の吸収／脱着プロセスで用いるのに適合させてよい。本態様では、熱輸送媒体はガスを溶解形態又は化学的結合形態で格納するか又は収納する。ガスは水素でありうる。ナノフィラーには少なくとも１の金属触媒を被覆してよい。当該装置は、熱エネルギー、太陽熱、燃焼エネルギー又は廃エネルギーを導入してガスを放出するように適合させてよい。当該装置は、発熱エネルギーを放出してガスが液体に吸収されるように適合させてよい。
【００３９】
本発明の利点は、当該装置は、プラスチック材料、金属材料及び複合材料で予め作製されたプレートを用いて容易に作製しうる層形状の構造であり、機械的に堅牢であり、熱効率が高く、従って、具体的な経済的解決策を示すことである。従って、伝熱のためのプレート（流路プレート）の流路の有無を問わず、それに対して加熱媒体及び冷凍媒体を分布させるための非常に多数の開口部を備えることができ、加熱媒体及び冷凍媒体は薄膜のように溢れるか又は作動媒体により並流する流路でクロスフローとなる。
【００４０】
第１プレートと接触する作動媒体を、第１流体チャンバと対向して配置される第１プレートの面に提供しうる。多数の均等に分布する第１及び第２開口部により、第１プレートの表面全体で熱が均一に移動できることが確実になるが、これは、この熱移動が第１プレートに沿った作動媒体の伝導性にほとんど依存しないからである。
【００４１】
当該装置はモジュール構築法で容易に作製でき、種々の流動状態が容易に確実になるように種々のプレート及び取付器具を備える。それにより、溶液混合物を一様に冷凍／加熱しうる。当該装置は、費用効果的で効率的に作製できる単純かつコンパクトな構造でありうる。具体的には、多数のプレートから作製される、流体チャンバを制限するサンドイッチ様の態様を備えうる。取付器具は、伝導をプレートの一面又は両面で流すための流体チャンバを備えうる。
【００４２】
その結果、上記で具体的に記載した利点を熱交換器及び／又は吸収冷凍システムで提供しうる。好ましくは、多数の装置を互いに緊密に接続した結果、特にコンパクトな設計を達成しうる。
【００４３】
熱交換器を介した熱駆動される吸収・脱着プロセスの適用は多種多様である。ヒートポンプ、冷凍庫、空調装置、吸収冷却機及び液体キャリア流体への水素の脱着／吸収があげられる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、吸収冷却サイクルの概略図である。
【図２】図２は、本発明の伝熱装置の第１態様の断面図である。
【図３】図３は、本発明の伝熱装置の第２態様の断面図である。
【図４】図４は、本発明の伝熱装置の第３態様の断面図である。
【図５】図５は、本発明の伝熱装置の第４態様の断面図である。
【図６】図６は、本発明の伝熱装置の第５態様の断面図である。
【図７】図７は、本発明の伝熱装置の第６態様の断面図である。
【図８】図８は、伝熱のためのプレートに接続された作動媒体のための伝導の横断面図である。
【図９】図９は、図８の伝熱態様のモデルの上面図である。
【図１０】図１０は、図８の伝熱態様の別のモデルの上面図である。
【図１１】図１１は、本発明の伝熱装置の態様の第２プレートの上面図である。
【図１２】図１２は、本発明の流下薄膜を伴う伝熱装置の態様の透視図である。
【図１３】図１３は、本発明の多数の伝熱装置を含む熱交換のための熱交換器を示す透視図である。
【図１４】図１４は、吸収深冷器の作動原理を示す回路図である。
【図１５】図１５は、本発明の態様の伝熱システムの回路図である。
【図１６】図１６は、本発明の使用に適するナノ材料の機能性の式である。
【図１７】図１７は、ナノ流体の例示と透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によるナノフィラーの存在を示す写真である。
【図１８】図１８は、ナノ流体中のナノフィラーの小粒子の大きさに関する実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の実施の形態を以下に記載するが、本記載は非限定の例示にすぎず、本明細書に添付の図面が参照される。
【００４６】
図１は、ソーラー電源がある吸収冷凍システム９の概略図を示す。アンモニア水溶液は、例えば、エジェクターとして設計された吸収冷凍システムの溶媒蒸発器９１に格納されうる。この場合、当該溶液は、例えば、太陽熱システムからの蒸気又は熱水で間接的に加熱される。太陽熱システムの代わりに、必要な気化温度をもたらしうる他のいかなる適当な熱源をも用いうる。アンモニア蒸気が後に溶媒蒸発器９１から排出する。蒸気が分離カラム又は精留カラム（図１では示さず）により水残渣から分離された後、液化機９２に供給される場合が多い。そして、液化アンモニアが高圧コレクタ（図１では示さず）に貯蔵される。コンディショニングのため、接続された冷凍使用装置からの空気流が熱交換器９３に送達され、熱交換器９３で冷媒のアンモニアが減圧で蒸発して空気流を冷凍する。
【００４７】
熱交換後、アンモニア蒸気が吸収装置９４で吸引流路を介して吸引される。溶媒蒸発器９１の残留物である低アンモニア冷溶液が吸収剤として用いられる。この低アンモニア溶液が吸収装置９４に導入され、吸収装置９４は外部冷却により循環冷却されて溶液の熱を取り除く。低アンモニア溶液は、飽和するまでアンモニアを吸収する傾向がある。そして、吸収装置９４で富化した飽和溶液が溶媒蒸発器９１に戻される。
【００４８】
外部冷却の冷却水が、空気冷却装置９５により閉鎖サイクルで運転温度に再調整される。
【００４９】
アンモニアの代わりに吸湿性の塩もまた用いうる。
【００５０】
このタイプの吸収冷凍システム９では、下記の伝熱装置及び下記の熱交換器を特に効率よく用いうる。その結果、吸収冷凍システム９を容易に、費用効果的に及び高い効率で提供することができる。
【００５１】
図２〜図７は、吸収冷凍システムで用いられる本発明の伝熱装置の様々な態様を示す。
【００５２】
図２は伝熱装置の第１の態様を示す。当該装置は、伝熱のための第１プレート（又は壁）２１と第１プレート２１と対向して配置される第２プレート２２の間に配置される第１流体チャンバ１１、第２プレート２２の第１流体チャンバ１１と反対の面と第２プレート２２と対向して配置される第３プレート２３の間に配置される第２流体チャンバ１２及び第３プレート２３の第２流体チャンバ１２と反対の面と第３プレート２３と対向して配置される第４プレート２４の間に配置される第３流体チャンバ１３を含む。第２プレート２２は、第１流体チャンバ１１と第２流体チャンバ１２の間の流体交換のために第２プレート２２全体に均等に実質的に分布する第１開口部３１を含む。第２プレートはさらに、第２プレート２２全体に均等に実質的に分布する第２プレート２２の第２開口部３２を含み、第２開口部３２が第１流体チャンバ１１と第３流体チャンバ１３の間の流体交換のための第１の接続流路４１により第３プレート２３の第３開口部３３と接続される。第３開口部はまた第３プレート２３全体に均等に実質的に分布する。１の作動で、入口の供給ライン５１が第３流体チャンバ１３に接続されて、流体を第３流体チャンバ１３で特定される空洞に最初に流す。出口の排出ライン５２が第２流体チャンバ１２に接続されて、流体を第２流体チャンバ１２の空洞から出す。この態様の液体の流動経路を図２では矢印で示す。
【００５３】
しかしながら、他の作動又は適用で、流体の流動方向は、流体がライン５２を介して流入し、ライン５１から流出する流れと逆にもなりうることを理解すべきである。本態様では、当該装置では、熱輸送できる流体又は熱輸送流体を最初に第２流体チャンバ１２に導入し、２番目に第１開口部３１を通り第１流体チャンバ１１に導入する。第１流体チャンバ１１に達すると、流体はプレート２１の熱交換表面と接触して流体とプレートの間で熱交換が行われ、その結果、第１流体チャンバで流体の温度が変化する。流体と第１プレートの温度差に応じて、熱が流体から第１プレートに移動するか又はその逆で第１プレートから流体に移動する。流体は３番目に、第１流体チャンバを流出して接続流路４１に面した末端により接続され及び接続流路４１で特定される第２開口部３２及び第３開口部３３を通って第３流体チャンバ１３に入る。
【００５４】
熱のわずかな交換が第２流体チャンバ１２及び第３流体チャンバ１３で各々おこり、また、流体の温度は第１（又は第２）開口部を通って第１流体チャンバ１１に流れる前後で流体は第２流体チャンバ及び第３流体チャンバでほぼ均一であることを理解すべきである。第２プレート２２全体に均一に実質的に分布する第１開口部３１（及び第２開口部３２）のために、第１プレート２１に向かって流れる流体が実質的には領域全体で同温になりうる。第１開口部３１及び第２開口部３２が均等に交互に分布するため、流体セルが形成され、それにより、流体が実質的には、１の第１開口部３１から第１プレート１１に流れた後、隣接する１の第２開口部３２を通って（又はその逆で）流動しうる。
【００５５】
第１プレート２１と接触する作動媒体を第１流体チャンバ１１と対向して配置される第１プレート２１の面に備えうる。多数の均等に分布する第１及び第２開口部により、熱を一様かつ均一に第１プレート２１の表面全体に確実に移動しうるが、これは、第１プレート２１に沿う作動媒体の導管６１にはほとんど依存しない。
【００５６】
伝熱を高めるため、第１プレート２１の表面は構造化設計できる。熱移動を改善しうるそのような構造にすることにより、流体と第１プレート２１の間の接触表面を容易に拡大できる。
【００５７】
作動媒体と第１プレート２１の間の接触表面を、第１プレート２１の表面を構造化して拡大を達成することもまた特定されうる。第１プレート２１の第１流体チャンバと反対の面が単一部品として作動媒体の導管６１と接続することが特に特定されうる。具体的には、導管６１を開放流路又は閉鎖流路として設計できる。このように、作動媒体と第１プレート２１の間に熱を確実かつ効率的に移動できる。
【００５８】
供給ライン５１及び／又は排出ライン５２を、第２流体チャンバ１２及び／又は第３流体チャンバ１３の領域で少なくとも、装置に接着して接続することができる。
【００５９】
ノズル５３を第１流体チャンバ１１への流体の進入領域に備えることができ、それにより、流体チャンバ１１の流体の流動方向が影響を受ける。その結果、装置の効率を改善しうる。ノズル５３は円錐形ノズルとして設計できる。本発明の一連の研究では、第１流体チャンバ１１で流体に乱れが生じると、流体の温度差がより均一となり、伝熱効率がより高く強化されうることが示される。
【００６０】
図３は、図２の伝熱装置に類似の伝熱装置の第２の態様を示す。当該装置では、流動調節のための取付器具５４を用いて第１流体チャンバ１１での流動にもまた影響を及ぼしうる。取付器具５４は、ねじくぎ形状である格子形状の挿入体として設計できる。その結果、第１の接続流路４１と第１流体チャンバ１１の間の圧力損失を著しく低減できる。圧力損失の低減は進入流体圧力がより低くなければならないことを意味し、圧力がより低いことは装置のエネルギー効率がより高く、耐久性がより高いことを意味する。
【００６１】
取付器具５４はまた、プレート２１、プレート２２、プレート２３、プレート２４の１又は複数と緊密に接続でき、特に単一部品又は一体部品として同様に接続できる。
【００６２】
実験では、流体の流動がねじくぎ形状パターンであると伝熱効率が強化されうることが見出されている。従って、ノズル及び／又は取付器具は当該パターンを示すような流体流動を作動するように構成されてよい。
【００６３】
図２及び３に示される伝熱装置共に、第１プレート２１、第２プレート２２、第３プレート２３及び第４プレート２４が実質的に並列に配置される。当該構成により一方では、装置を比較的単純に作製しうる。他方で、一般に並列した構成により、多数の装置がブロック組立でより大きい熱交換器に組み立てられる。
【００６４】
当該装置はモジュール設計を備えうる。それにより外被５５の１の開口部を第１プレート２１で塞ぎうる。その後、第２プレート２２及び第３プレート２３が外被５５に挿入される。第４プレート２４を用いて外被５５を第１プレート２１との対向面で塞ぎうる。当該設計を用いて装置を作製及び費用の両観点から効率よく作製できる。
【００６５】
さらに、プレートのたわみを防止するため、取付器具５４（及びスペーサー）を装置のプレート２１、プレート２２、プレート２３、プレート２４の間に挿入できる。取付器具５４及び／又はスペーサーはまた、特に単一部品又は一体部品としてプレート２１、プレート２２、プレート２３、プレート２４と接続できる。
【００６６】
様々に形成されるプレート（２１、２２、２３、２４）及び／又は挿入体５４により、装置が様々な要求に容易に適合しうることを理解できる。その結果、種々の温度範囲及び／又は流体について装置の効率を確実に特に高くできる。必要ならば当該装置はまた容易に改変でき、プレート（２１、２２、２３、２４）の１つ及び／又は挿入体５４の１つを変えると効率が改善されることが明らかになる。
【００６７】
本発明の一連の研究では、第１プレート２１が金属又は金属性材料から作製され、第２プレート２２、第３プレート２３及び第４プレート２４が、例えば、断熱性の熱可塑性ポリマーから作製されると、熱が第１プレート２１に効率的に移動し、それにより、第２プレート２２、第３プレート２３及び第４プレート２４が断熱材として有用であることは特に好都合であることが示される。外被５５、供給ライン５１及び排出ライン５２もまた、断熱性の熱可塑性ポリマーから設計できる。熱可塑性ポリマーから作製される部品を簡単な方法、例えば、射出成形により作製できる。当該部品を用いると必要な空間、重量及び作製コストを減らすことができる。
【００６８】
図５は伝熱装置の第４の態様を示す。この態様は図２の態様と類似するが異なる点もある。第４プレート２４の第３流体チャンバ１３と反対の面と第４プレート２４と対向して配置される第５プレート２５の間に配置される第４流体チャンバ１４及び第５プレート２５の第４流体チャンバ１４と反対の面と第５プレート２５と対向して配置される伝熱のための第６プレート２６の間に配置される第５流体チャンバを備える。第５プレート２５は、第５流体チャンバ１５と第４流体チャンバ１４の間の流体交換のために第５プレート２５全体に均等に実質的に分布する第４開口部３４を含み及び第５プレート２５全体に均等に実質的に分布する第５プレート２５の第５開口部３５が、第５流体チャンバ１５と第３流体チャンバ１３の間の流体交換のための第２の接続流路４２により第４プレート２４全体に均等に実質的に分布する第４プレート２４の第６開口部３６と接続する。当該構成により、装置の２面、すなわち、第１プレート２１及び第６プレート２６で伝熱を起こしうる。本態様では、図２の装置は実質的に二重化されることから、第３流体チャンバ１３が２回用いられるが、必ずしもすべての部分を二重化しなくてよいことが理解されうる。その結果、伝熱のため表面を広げる簡便な設計を提供しうる。
【００６９】
第５流体チャンバ１５が第１流体チャンバ１１と同様に設計されうることは当業者には明らかであろう。第４流体チャンバ１４を第２流体チャンバ１２と同様に設計できる。
【００７０】
第４プレート２４を第３プレート２３と同様に設計でき、及び／又は、第５プレート２５を第２プレート２２と同様に設計することができ、及び／又は、第６プレート２６を第１プレート２１と同様に設計できる。
【００７１】
装置を作製する場合、外被が第１プレート２１及び第６プレート２６で閉じられ、合間に配置されるプレートである第２プレート２２、第３プレート２３、第４プレート２４及び第５プレート２５が外被５５に挿入される。
【００７２】
図４は本発明の装置の第３の態様を示す。第３の態様は図２の装置と類似する。本態様では、第１流体チャンバ１１に対向して配置される伝熱のための第１プレート２１の面に配置される伝熱のための第７プレート２７を備える。さらに、第７プレート２７の第１流体チャンバ１１と反対の面と第７プレート２７と対向して配置される第８プレート２８の間に配置される第６流体チャンバ１６を備える。第８プレート２８の第６流体チャンバ１６と反対の面と第８プレート２８と対向して配置される第９プレート２９の間に配置される第７流体チャンバ１７を備える。第９プレート２９の第７流体チャンバ１７と反対の面と第９プレート２９と対向して配置される第１０プレート３０の間に配置される第８流体チャンバ１８を備える。
【００７３】
第８プレート２８は、第６流体チャンバ１６と第７流体チャンバ１７の間の流体交換のために第８プレート２８全体に均等に実質的に分布する第７開口部３７を含み及び第８プレート２８全体に均等に実質的に分布する第８プレート２８の第８開口部３８が、第６流体チャンバ１６と第８流体チャンバ１８の間の流体交換のための第３の接続流路４３により第９プレート２９全体に均等に実質的に分布する第９プレート２９の第９開口部３９と接続する。
【００７４】
本構成で、熱交換が第１プレート２１及び第７プレート２７を共に介して熱交換が起こる時点で、第１流体チャンバ１１及び第６流体チャンバに各々位置する２の作動媒体の間で熱交換が起こりうる。図２の装置は実質的に二重化される。
【００７５】
第６流体チャンバ１６が第１流体チャンバ１１と同様に設計できることは当業者に明らかである。第７流体チャンバ１７を第２流体チャンバ１２と同様に設計でき、及び／又は、第８流体チャンバ１８を第３流体チャンバ１３と同様に設計できる。
【００７６】
第７プレート２７を第１プレート２１と同様に設計でき、及び／又は、第８プレート２８を第２プレート２２と同様に設計でき、及び／又は、第９プレート２９を第３プレート２３と同様に設計でき、及び／又は、第１０プレート３０を第４プレート２４と同様に設計できる。
【００７７】
第１プレート２１、作動媒体の導管６１及び第７プレート２７を単一部品又は一体部品として、例えば、作動媒体のための穿孔があるブロックとして設計でき、それにより、本発明の第１流体チャンバ１１に面するブロック領域が第１プレート２１を表し、第６流体チャンバ１６に面するブロック領域が第７プレート２７を表し、穿孔があるブロック領域が作動媒体の導管６１を表す。
【００７８】
当該プレート（２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０）は、好ましくは、装置を容易に作製するために実質的に並列に配置される。
【００７９】
別の金属被覆を、流体及び／又は作動媒体に触れるすべての表面に施しうる。その結果、装置が確実に特に耐用年数が長くなる。
【００８０】
流体が接触する表面の少なくとも一部がナノ被覆を含むと、熱交換器が確実に流動抵抗を低く及び効率を高くできることが特定されうる。
【００８１】
図６の第５の態様は図５の第４の態様に対応し、取付器具５４が第１流体チャンバ１１及び第５流体チャンバ１５に備えられる。
【００８２】
図７は本発明の伝熱装置の第６の態様を例示する。本態様は概ね図６の装置と類似するが、外被５５が強化設計されている。その結果、特に耐圧性の設計を達成しうる。外被５５は金属又は金属性材料から作製される。好ましくは、伝熱のためのプレート（２１、２６、２７）に同様に用いられる材料を用いうる。伝熱のためのプレート（２１、２６、２７）が、例えば、冷間成形で外被５５との単一部品として設計されることが特定されうる。第６の態様では、例えば、外被５５の２の二等分の間の接合部を、はんだづけ、冷間溶接又は接着で塞ぎうる。
【００８３】
実験では、本発明の熱装置の態様の伝熱部で発生する伝熱流束（Ｗ／ｍ２Ｋ）が１０Ｌ／分の流速で２５，０００Ｗ／ｍ２Ｋに達しうることが示さる。当該伝熱流束は、従来装置よりも実質的に速くなる。従来装置の伝熱流束は典型的には、最大で１４，０００Ｗ／ｍ２Ｋである。実験ではまた、本発明の新規な装置を通常装置と比較すると、圧力低下が同様である場合、当該新規な装置の熱交換効率は典型的に２倍高まりうることが示される。
【００８４】
図８は、伝熱のための１のプレート（２１、２６、２７）と接続する作動媒体用の導管６１のモデルの断面を示す。導管６１は、作動媒体が流体状態又はガス状状態で流れるための流路を含む。作動媒体と熱輸送可能な流体の間の熱交換のため、複数のリブ６２がプレート（２１、２６、２７）の伝熱表面の間に備えられて配置される。導管６１は好ましくは、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫを超える材料で作製される。当該導管は、伝熱のための１のプレート（２１、２６、２７）と単一部品として接続でき、また、例えば、化学的処理（例えば、構造化エッチング等）、機械的変形（例えば、深絞り成形、圧延又は穴あけ等）、多数の部品を接合すること又は好適な成形方法で作製できる。導管６１は、作動媒体の流通式の冷却用構造又は加熱用構造のための流体チャンバを表す。しかしながら、当該配置は好ましくはまた閉鎖型ヒートパイプとして設計できる。これは、固体物の低温リザーバーへのアクセスが、例えば、宇宙船の外面が常に非常に低温である宇宙飛行用に利用されうる状況では特に好都合である。
【００８５】
図９及び図１０は各々図８の導管６１に類似する導管の異なる態様の上面図を示す。
【００８６】
図８（並びに図９及び１０）に示すように、導管６１は、一方から反対側へのリブ６２の間の作動媒体のための多数の流路を提供する。流路の断面はランダムに特定できる（例えば、円形又は矩形）。分配器６３を流路の両端に設けることができ、これにより、個々の流路への作動媒体が分配又収集される。分配器６３は接続要素で作動媒体の供給ライン及び排出ラインと接続できる。
【００８７】
本発明の一連の研究では、金属又は金属で密封されたグラファイトが、作動媒体の気密伝導のための特に好適な熱伝導性材料であることが示される。好ましくはアルミニウム群及び銅群の金属性材料が用いられる。とりわけ高圧条件下では、金属被覆された金属マトリックス複合材（例えば、ＡｌＳｉＣ等）が特に好適である。
【００８８】
図１０に示す流路は蛇行形状に設計される。当該設計により、伝熱のためのプレート（２１、２６、２７）と作動媒体との間で熱を特に効率的に移動することができる。
【００８９】
図１１は伝熱装置の１態様の第２プレート２２の上面図を示し、それにより、第１開口部３１及び第２開口部３２の可能な分布が理解できる。
【００９０】
図１２は、流下薄膜を伴う伝熱装置の１態様の斜視図を示す。薄膜を流下することは作動媒体が伝熱のためのプレート（２１、２６、２７）に沿って流下薄膜を形成することを意味する。当該構成では第１プレート２１及び第６プレート２６が装置の外側面を形成し、それにより、伝熱が両面で意図される。
【００９１】
第１プレート２１及び第６プレート２６は各々作動媒体のための連続するオーバーフロー表面を形成する。
【００９２】
多数のウエル開口部６５があるフィーダーパイプ６４はスロット形状に設計でき、懸垂位置に配置される第１プレート２１及び第６プレート２６の外側面に作動媒体を供給する。作動媒体は作動媒体を２相型にでき、例えば、吸収冷凍システム９の溶媒蒸発器９１はアンモニアが多いアンモニア水混合物又は吸収装置９４はアンモニアが少ないアンモニア水混合物にできる。（他の適用では、作動媒体は水素含有媒体又は水素含有可能な媒体であってよい）。ウエル開口部６５から第１プレート２１及び／又は第６プレート２６に噴出して、これらのプレート（２１、２６）を確実に薄膜様に湿潤できる。生じたガスは、（図１２で点線で示すような）隙間を通り、同じ設計の隣接装置に移動できる。
【００９３】
当該設計の具体的利点はその懸垂タイプ又は性質である。本設計により、継時的に生じる、化学的性質、機械的性質又は生物学的性質の土壌への効果はいかなる機能不全も生じないであろう。汚れ粒子が重力により装置の最も低位置に集積するが、そこには操作容易な回収槽を設けることができる。
【００９４】
伝熱のためのプレート（２１、２６、２７）には、少なくともある領域に熱放射を吸収する被覆を施しうる。当該被覆は、熱が稼働時に吸収されることを目的とする点で特に好都合であるようだ。
【００９５】
図１３は、多数の図１２の伝熱装置を含む熱交換器７を示す。本設計では、熱交換器７は、標準的な構成要素で要求されるいかなる性能にも組立てうるため、伝熱のための装置の特にスペース節約型のモジュール構成にすることができる。
【００９６】
図１に示すようにアンモニア水溶液と共に吸収冷凍システム９で用いられる場合、２つの隣接する伝熱装置の間の隙間を、アンモニア蒸気を供給又は除去するために利用できる。本設計を用いると、内部及び外部の圧力差を非常に低く保つことができる。しかしながら、当該機械的にコンパクトな構築物を用いて機能的損傷を何ら伴うことなく内外間を大きい圧力差にすることもできる。
【００９７】
本設計により、多数の伝熱装置を熱交換器７のために並列に接続できる。代わりに、多数の伝熱装置を直列に接続できる。伝熱装置が並列に接続される場合、熱交換器７は熱交換器ブロック又は熱交換器組立品に統合され、また、必要ならば、熱交換器７は直列に接続される多数の熱交換器ブロックを含んでよい。
【００９８】
例えば、凍結防止された脱イオン水又は緩衝化水を流体として用いうる。
【００９９】
流体は容量が大きければ特に好都合であるようである。ナノ粒子がある流体がそれによりもたらされうる。
【０１００】
少なくとも１の方向で１００ｎｍ未満の直径及び／又は１５０Ｗ／ｍＫを超える熱伝導性がある粒子又は繊維が添加された流体が特に好都合であることが明らかである。
【０１０１】
ナノ技術の開発以降、著しい特性をナノスケールで示す材料が開発されている。具体的には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、優れた熱伝導性及び電気伝導性があることが示されている。単離されたカーボンナノチューブのいくつかの熱伝導性は長さ方向で最大で６，６００Ｗ／ｍＫという高い値が報告されている。
【０１０２】
本発明は、伝熱装置に関する側面に関係するほか、伝熱装置で用いられる場合に熱交換速度をより速く及び／又は圧力低下をより低くできるか、あるいは少なくとも促進しうる熱輸送媒体又は熱輸送媒体に関する。当該記載については、当該媒体はまたナノ流体といえ、熱電気容量(heat capacitance)及び熱伝導性が高く、その結果、流速をより低くできることにより、当該装置の圧力低下の課題が軽減される。本発明の当該側面は吸収深冷器空気調節システムに適用できるが、二重相の吸収／脱着装置（例えば、水素吸収／脱着プロセス）を含む他にも明らかに適用できることに留意すべきである。
【０１０３】
図１４は、液体及び流動性蒸気を溶解形態又は化学的結合形態で含む二重相の作動媒体又は作動溶液を格納する脱着装置１０１を示す。作動溶液は、ベース流体を固体ナノフィラーをさらに含む流体マトリックスにすることでナノ流体にしうる。脱着装置１０１は、二重相の作動溶液に、燃料燃焼熱、廃熱又は太陽熱からの十分な熱エネルギーを与え、作動溶液から脱着用の流動性相を気化させて、蒸気を脱着装置１０１から凝縮器１０２に移動させる。
【０１０４】
図１５に示すように、本発明の熱交換器１０５のヒートパネル表面１５３では、太陽エネルギー焼灼、廃エネルギー焼灼又は燃料燃焼熱エネルギーから十分な熱エネルギーを収集後、管路１５４を介して脱着装置１０１に入り管路１５５に至る場合（又は、逆に、管路１５５を介して脱着装置１０１に入り管路１５４に至る場合）にナノフィラーベースの伝熱流体が運ぶ熱エネルギーは高い。この熱エネルギーが高いナノ流体は、管路１５１を介して供給される作動溶液から分離するために第２相をブーストすることになるが、これはまた、脱着装置１０１でナノ流体がない場合よりもはるかに速くナノ流体に合成されうる。高い熱エネルギーの蒸気相が１５０を介して熱交換器１０５から凝縮器１０２に流れる一方、ナノフィラーマトリックス流体のベース流体である不良な作動流体溶液が、管路１５２を介して吸収装置１０４に戻る。
【０１０５】
凝縮器１０２では、脱着装置１０１からの脱着蒸気がガス状態から液体状態に冷却される。凝縮器１０２では、他のナノ流体で冷却される熱交換器が、熱交換の効率を高めるために採用される。ナノ流体は冷媒からの熱を昇温域から降温域へ移す。
【０１０６】
図１５に示すように、脱着装置１０１で生じた熱エネルギーが高い蒸気を、その熱エネルギーがより低温の域と交換されるように管路１５１を介して移動させ、その結果、脱着蒸気が液体に凝縮する。このため、ナノ流体がヒートパネル１５３を通過して管路１５４から管路１５５に（又は、逆に、管路１５５から管路１５４に）ポンプで送られる。熱電気容量が極めて高いナノ流体が熱エネルギーを外部のリクーラー１５３に移動させて、作動流体の蒸気を冷媒への凝縮のために管路１５１から管路１５２に（又は、逆に、管路１５２から管路１５１に）移動させる。熱エネルギーがより低い凝縮された冷媒が管路１５１を介して管路１５２に流れる（又は、逆に、管路１５２を介して管路１５１に流れる）。
【０１０７】
液体の冷媒が膨張バルブを介して蒸発器１０３に入ると蒸発器１０３内の圧力が低下する。圧力がこのように低下すると、冷媒は周囲温度で気化し、利用可能な熱エネルギーを吸収でき、閉じた冷却回路に冷却効果をもたらす。類似するヒートポンプ装置が凝縮器１０２にある場合、本発明の熱交換器１０５はまた蒸発器１０３で適用できる。この場合、冷媒蒸気が管路１５１又は管路１５２を介して熱交換器１０５に入る。クーラント循環のナノ流体が、蒸発ループと並行し又は蒸発ループに関して向流で熱交換器１０５に入る。蒸発ループで、（減圧下の）冷媒が、クーラント循環でナノ粒子強化クーラントで示される周囲からの相当量の熱エネルギーを吸収すると気化する。冷凍液でナノフィラーの熱電気容量が高まると、吸収されるエネルギー量はナノ粒子がない場合に吸収されるエネルギー量よりも大きい。蒸発後、冷媒蒸気は吸収装置１０４に入り冷却されるが、ナノ流体は他のループで再回収されて最終的にはループを逆流して、冷却エネルギーを使い果たす。
【０１０８】
固有エネルギーが高い冷媒蒸気が吸収装置１０４に入ると、当該冷媒蒸気は、吸収装置１０４でナノフィラー流体マトリックスのベース流体として機能する吸収剤（不良な作動）溶液に吸収される。冷媒蒸気が吸収剤溶液へ溶解すると、直ちに放散されるために必要な熱エネルギーが放出される。これは、ナノフィラー合成液を用いて促進できる。熱エネルギーは、作動溶液の当該ナノフィラーより熱伝導性が高いため、より効率的かつ効果的に移され、その外部再冷却ループが熱交換器１０５と同じ構成でありうる熱交換器に送られ、その熱が、外部のヒートシンク又は冷却搭に接続される熱交換器１０５の外部再冷却ループの別のナノ流体を介して除去されうる。熱交換器１０５はまた同時に、吸収装置１０４の重要な部分の１つである。
【０１０９】
図１５に示すように、熱エネルギーが高い作動流体が管路１５１を介して吸収装置１０４に流れ、熱電気容量が高いナノ流体が、熱エネルギーを外部のヒートシンク又は冷却搭に消散しやすくする。その作動流体が、熱消散が未だに不完全な場合、作動流体は、二次的な熱消散のために管路１５２でリループ（ｒｅ−ｌｏｏｐ）する。この作動流体の熱消散が完全な場合、作動流体は管路１５０を介して吸収装置１０４から出て、最後に再循環の連続により再び脱着装置１０１に入る。
【０１１０】
これより、熱交換器１０５が上記の脱着装置１０１、凝縮器１０２、蒸発器１０３及び吸収装置１０４各々で用いうることが理解されうる。
【０１１１】
本発明の装置で、流体形態、例えば、液体形態の（「ナノ流体」という）熱輸送媒体が、熱エネルギーを昇温域と降温域の間に移動させるための動作のための装置の管路に格納される。ナノ流体は、ベース流体（例えば、液体）で熱伝導性の固体ナノフィラーから構成される流体マトリックスである。ベース流体は、水、有機、無機、有機金属、ポリマーであってよく、また、単一の化学種又はそれらの組合せであってよい。
【０１１２】
流体マトリックスは以下の物理的特性及び化学的特性があるべきである：すなわち、低蒸気圧、高沸点、大比熱容量、低熱膨張及び熱伝導性ナノフィラーとの良好な湿潤である。熱伝導性ナノフィラーとマトリックスの間の湿潤は極めて重要で、ナノ流体の熱特性を決定する。当該熱伝導性ナノフィラー材料は、熱伝導性に優れなければならず（少なくとも１のディメンションの熱伝導性は１５０Ｗ／ｍＫを超える；例えば、ＡｌＮ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、ナノグラファイト及びダイヤモンド等の材料に対応する）及び機械的混合、剪断混合又は遊星混合(planetary mixing)により流体に十分に分散される。当該熱伝導性ナノフィラーは、有機、無機、有機金属、ポリマーでありえ、また、単一の化学種又はそれら組合せであってよい。ナノフィラーの含有量は、０．１〜２０ｖｏｌ．％、粘度が１〜５０００ｍＰａ・ｓで、その場合、濃度がナノ流体の熱抵抗／熱伝導性に影響を及ぼす。熱伝導性ナノフィラーはナノスケール化されて表面積が増える。熱伝導に優れても、ベース液体のナノフィラーが良好に分散されうるのみである。ナノ材料に物理的又は化学的な処理を施して分散を良好することができる。
【０１１３】
これまで、アスペクト比が高く管状構造であるナノ材料が熱伝導性フィラーとして選択されてきた。はじめにナノ材料をその後の操作のためにその表面を調製するために機能化及び活性化する。適当な反応が完了した後、得られた作製物を水性媒体又は液体媒体に容易に溶解又は分散できる。例示のため、本発明者らは、２以上のヒドロキシル基がある有機炭化水素等のヒドロキシル含有有機分子と反応する化学反応を選択する。当該ヒドロキシル基は分子内の１の特定の炭素原子又は異なる炭素原子に結合できる。２５℃で液体であり、低蒸気圧、高沸点の、部分的に枝分かれする分岐鎖及び直鎖であれば、当該有機炭化水素の分子構造は特に制約されない。当該炭化水素は２〜５０個、好ましくは４〜２０個の炭素原子を含有してよい。ヒドロキシル基の存在に加えて、アルケニル、アルキル、カルボニル、アミノ、カルボン酸、シロキサン等の他の官能基もまた好ましい。上記炭化水素に加えて、架橋剤、溶解剤、他の安定剤、界面活性剤、触媒又はナノ材料の分散に貢献しうるか又はナノ流体の熱伝導性を高めうるか又は有機炭化水素と他の反応を誘導しうる化学物質でありうる他の化学物質もまた加えてよい。適当なナノフィラーは固体のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）でありうる。好ましくは、カーボンナノチューブの少なくとも１のディメンションの直径が１００ｎｍ未満であり、カーボンナノチューブの少なくとも１のディメンションの熱伝導性は１５０Ｗ／ｍｋを超え、例えば、最大で３，５００Ｗ／ｍｋである。
【０１１４】
材料
本明細書に記載の化学物質はすべて、別途指定のない限り、Aldrichオンラインから購入した。それらは、別途指定のない限り受領時のまますぐに用いる。ジクロロメタン（ＤＣＭ）をモレキュラーシーブで乾燥し、水素化カルシウム上で蒸留した。新品のナノ材料を受領時のまま用いた。比較の方法を本明細書中に例示するために、各々一般に入手できるポリエチレングリコールＰＥＧ１００、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００が各ベース流体として用いられる。
【０１１５】
特定
熱重量分析を、窒素下、１０°Ｃ／分の加熱速度で、Perkin Elmer TAG7で行った。ＦＴ−ＩＲスペクトルを、Perkin Elmer16 PC FT-IR分光光度計を用いて記録した。ＴＥＭ像を、２００ｋＶで稼動するJEOL 2010F装置を用いて得た。粒子サイズ分布をCoulter LS230を用いて測定した。従来の実験設定を用いて熱抵抗を測定した。
【０１１６】
セプタム及びマグネチックスターラーを備えた丸底フラスコに、０．３ｇの固体カーボンナノチューブ（ナノ材料である）を加えた。その後、系を、室温で１日間、濃硫酸及び硝酸の混合物の１００ｍｌで撹拌した。得られた混合物を脱イオン水で希釈して濾過した。生成物を脱イオン水で徹底的に洗浄し、真空オーブンで４０℃で乾燥した。黒色粉末を９９％の収率（０．２９８ｇ）で単離した。ＩＲ（薄いフィルム）、ν（ｃｍ−１）：１７１６（Ｃ＝Ｏ伸縮）。
【０１１７】
セプタムおよびマグネチックスターラーを備えた５００ｍｌの二口フラスコに、上記０．３ｇの黒色粉末と、新たに蒸留したＤＣＭ３００ｍｌとを加えた。蒸留したＤＣＭ２５ｍＬに溶解した１ｇのＰＥＧ１００を、滴下ロートで加えた。混合物を、１２０℃で４８時間、窒素下で還流した。室温に冷却後、混合物を４５００ｒｐｍで遠心分離し、透明なＤＣＭ層を分離した。そのように形成されたハイブリッドは、粗生成物をＤＣＭで繰り返し洗浄した後、混合物を遠心分離して、上清を除いて精製を行った。ＰＥＧ１００ハイブリッドの黒色粉末を２４．６％の収率（０．３１９ｇ）で単離した。ＩＲ（薄いフィルム）、ν（ｃｍ−１）：１０９３（Ｃ−Ｏ−伸縮）、１４５１．９（ＣＨ２エンディング）、１５８４．１（＝Ｃ伸縮）、１７３１．９（Ｃ＝Ｏ伸縮）、２８７３（Ｃ−Ｈ伸縮）。ナノフィラーはまた少なくとも１の金属触媒で被覆して性能を高めることができる。
【０１１８】
同じ反応媒体に供する以外は、カーボンナノチューブを種々の化学物質（ＰＥＧ１００、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ３００、ＰＥＧ４００）と反応させて種々の機能化ハイブリッドを合成した。実際、表面修飾又は機能化は、レーザーアブレーション又は他の何らかの物理的手段で施すことができる。従って、化学的修飾は例としてのみ用いられる。
【０１１９】
ハイブリッドの熱安定性及び柔軟性鎖を明らかにするために熱重量分析（ＴＧＡ）を採用した。新品反応物（すなわち、前処理されない反応物）は極めて安定であり、８００°Ｃに加熱されると、その重量の非常にわずかが失われるにすぎない。他方、反応後のハイブリッドは２００°Ｃ前後で分解が始まる。当該ハイブリッドは一般に熱分解に対する抵抗性が低いため、このことは理解できない。下記の表１は、非合成の反応物と比較した場合の合成ハイブリッドの重量の減少割合を示す。
【０１２０】
【表１】
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ハイブリッドへの新品反応物のナノ材料の修飾が、その分散の改善に貢献していることを調べるために、０．１ｗｔ％のＰＥＧ３００ハイブリッド及びＰＥＧ４００ハイブリッドを脱イオン水に加え、混合物を１時間超音波処理した。沈降及び精製の後、均一な溶液を抽出した。ナノ流体、すなわち、ハイブリッドＰＥＧ３００及びハイブリッドＰＥＧ４００は６ヶ月を超えて安定であった。顕著には、黒色溶液は均一で変化がなかった。ＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００の水溶液の写真を図１７に示す。際立って対照的に、何らの処理を行っていない新品試料は分散が不良であり、３０分後にバイアルの底に沈降を始めた。ＰＥＧ１００、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００の得られたハブリッドナノ流体を測定した粘度は５００ｍＰａ・ｓ未満であった。
【０１２１】
ＰＥＧ１００、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００の各ハイブリッドの上清の粒子サイズを１ヶ月毎に調べた。サイズ分布は６ヶ月以内ではほとんど変化しなかったことが見出された。これは、超音波処理後に何ら再凝集が起こらなかったことを意味する。図１８に示すように、室温で６ヶ月貯蔵した後の安定性は有望な結果となった。ハイブリッドＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００の粒子サイズは０．４〜２．５μｍであり、これに対して、未反応の新品反応物の粒子サイズは１０〜８００μｍであり、すべて脱イオン水に分散された。この結果から、前処理されたＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００は、大きさが極めて小さいにもかかわらず、６ヶ月を超えて均一に分散されたままでありうるかが説明される。ＴＥＭ分析により、複合材料の形態に関するより明瞭な写真が得られる。図１７に示すように、未処理の新品反応物（「１」と標識される）のＴＥＭ像で多くのクラスターが認められた。これは不良な分布を示唆する。対照的に、図１８に示すように、処理後のハイブリッドＰＥＧ３００（Ｘ３と標識される）及び処理後のハイブリッドＰＥＧ４００（Ｘ４と標識される）からは、ナノフィラーが十分に分散され、互いに分離している離散構造が得られる。
【０１２２】
熱特性
未処理の新品反応物と、ＰＥＧ１００、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００の各ハイブリッドとの熱抵抗を、約１５ｗｔ．％のナノフィラーをアルコールに混合して試験した。熱抵抗の測定は、ナノ流体を十分に研磨した２つの熱電対の間に挟む従来の方法を用いて行った。約１６０．８Ｗの電力で熱電対の温度差を測定した。その後、測定値を電力で除して熱抵抗を得た。得られた粘度は、３０００ｍＰａ・ｓ未満であることが見出された。
【０１２３】
下記の表２に示すように、ＰＥＧ１００、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００の各ハイブリッドの熱抵抗は驚くべきことに、抵抗がより低く、１４％と大きく差があった。このことは、マトリックスでのナノフィラーがより良好な分散により生じていると説明でき、従って、熱が軸方向に沿って効率よく伝わる。さらに、分散により顕著に改善されたため、ナノ材料間の接触が大きく改善される。図１７に示すように、未反応の新品反応物は、非常に凝集塊化したナノ材料クラスターを示し、サイズが１０〜８００μｍである。ナノチューブの網状構造は限定され、熱を効果的に移動させることができない。対照的に、当該誘導体、すなわち、ＰＥＧ１００、ＰＥＧ２００、ＰＥＧ３００及びＰＥＧ４００の各ハイブリッドの粒子サイズは極めて小さい（０．４〜２．５μｍ程度）。離散したナノ材料が、マトリックスで十分に分散するように形成されて、熱伝導のための幅広いプロセス範囲が可能になる。
【０１２４】
【表２】
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上記実施例は、本発明の重要性である、熱消散で熱輸送媒体として作用するナノ流体の極めて優れた広汎な性能を明らかにして、本発明のメカニズムのより良好な理解の一助となる。もちろん、上記で用いられる分子構造、化学物質、化学的処理方法は例示のためだけであり、従って、本発明の範囲が不当に限定されるべきではない。
【０１２５】
昇温域と降温域の間の熱交換の速度を幾何学的手段で高めるために伝熱表面の表面積を広くしなければならないことが熱交換装置の設計に伴う問題としてよくある。しかしながら、帯域分離表面の面積に対する熱輸送媒体における固体内容物の表面積の比率を上げる取組みはほとんどなされていない。当該取組みはまた、流体の添加物の大きさ及び腐食効果で阻まれる。
【０１２６】
本発明では、流速が高まっても著しい化学的又は物理的な腐食効果がないナノ材料、例えば、上記カーボンナノチューブ、を選択できる。当該ナノ材料は、管路又は熱交換チャンバの囲い表面の面積（Ａｅｘ）に対する有効（固体）流体表面の面積（Ａｆｌ）の比率、すなわち、Ａｆｌ／Ａｅｘを著しく高めうる。
【０１２７】
最新の技術の熱交換器では、Ａｆｌの値は、熱交換器の流体で湿潤した表面に等しい。円筒状タイプを一例として例示するため、Ａｆｌの値を２pＲＬとするが、ここで、Ｌは管路長で、Ａｅｘと同じ値であると考えられるであろう。つまり、従来型円筒タイプの熱交換器のＡｆｌ／Ａｅｘの値は、管路が液体で満たされると仮定すると１に近いと考えられる。熱交換器の幾何学的形状を設計するためにでさえ、Ａｅｘのみが変化し、従って、実際には、Ａｆｌ／Ａｅｘの比率は１未満であろう。
【０１２８】
しかしながら、ナノフィラーを加えると、Ａｆｌの値はπＲ２Ｌ・ＢＥＴ・ρ・ｖｏｌ．％となるが、これは１００ｖｏｌ．％について窒素吸収で測定される（式中、ρはナノ流体の密度であり、ＢＥＴはナノ流体での固体ナノフィラーの測定された表面積である）。従って：
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【０１２９】
本発明で用られうる第１の種類のナノ流体は、ＢＥＴ値が１００ｍ２／ｇで密度が１．３ｇ／ｃｍ３の１ｖｏｌ．％のＣＮＴを半径１０ｃｍの円筒で用いる場合、Ａｆｌ／Ａｅｘの値が６，５００，０００（すなわち、６．５×１０６）となる。Ａｆｌ／Ａｅｘの値の他の例を以下の表３に示す。
【０１３０】
【表３】
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管路という用語が用いられるが、管路は実際には、熱交換表面を提供する通路であることに留意すべきである。管路は円形でなくてもよく、また、管路の断面は矩形でもよい。従って、Ａｅｘは熱交換表面の面積を示すことを理解すべきである。
【０１３１】
【表４】
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上記表で示されるように、Ａｆｌ／Ａｅｘ値が約１００の場合は、熱交換の効率を、３％を超えて改善することができるが、これは実用的に重要である。Ａｆｌ／Ａｅｘ値が約３２５以上では効率を１０％以上、劇的に改善することができる。
【０１３２】
本発明をさらに良好に機能させるためには、装置がより良好な性能を達成するように、ナノ流体の粘度、密度及び流速並びにナノフィラーの熱伝導性を注意深く選定する。
【０１３３】
本発明者らの研究によれば、本発明の適用に好適な当該ナノ流体の粘度は以下の通りであることが見出される：
【０１３４】
【表５】
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当該ナノ流体の粘度は５００〜５，０００であってよいことがわかる。
【０１３５】
流体力学で、レイノルズ数（Ｒｅ）は、粘性力に対する慣性力の比率の尺度となり、従って、所与の流動状態に対応して定量化する無次元数である。
【０１３６】
下記は一般知識である：
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【０１３７】
式中、ρは流体の密度であり、
Ｖは流体の体積であり、
Ｌはパイプの直径であり、
μは流体の動的粘度である。
【０１３８】
レイノルズ数は流体力学上の問題の次元解析のために重要であり、レイノルズ数はまた、種々の流動形態（例えば、層流又は乱流等）を特定するために用いられる。層流は粘性力が支配的である低レイノルズ数で生じ、滑らかで一定した流体動で特定され、一方、乱流は高レイノルズ数で生じ、ランダムなエディ、渦及び他の流動を不安定性にする傾向がある慣性力で支配される。
【０１３９】
最良の熱交換能の達成には装置寸法及び材料工学を十分に理解することが必要であり、最適化が反復され、かつ、実験により最適化されなければならない。例えば、管路（５１及び５２）の直径、管路内部の圧力及び流動速度は作動溶液のエンタルピーに関係し、それらは熱交換性能に影響を及ぼすので十分に理解されるべきである。
【０１４０】
本発明が良好に機能するためには、装置の管路でのナノ流体の流動が層流でなければならないことが見出される。種々の体積百分率のＣＮＴで分散される流体キャリアとしてＰＥＧ２００を選択した場合、パイプ半径が０．１ｍである熱交換器での流動状態の様々なシナリオが下記の表６にまとめられる。
【０１４１】
【表６】
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シナリオ１は、ナノフィラー（すなわち、ＣＮＴ）がパイプ内の熱輸送流体に存在しなかった場合であり、流体の流動速度を高めて類似する熱交換性能を達成した。
【０１４２】
当該ナノ流体を用いた本発明により構築される装置では、入口及び出口で同じ圧力低下を考慮すると伝熱能が２倍改善されうることが見出される。カーボンナノ繊維の熱電気容量が高いため、粘度を比較的妨げずに伝熱能を高めることができ、また、流体の対応する流速をさらに遅くできる。
【０１４３】
本発明は主に熱交換器に関して記載してきたが、本発明はまた、二重相の吸収／脱着プロセスで用いられる装置でも適用できる。具体的には、この適用では、熱を輸送する作動媒体は例えば、水素等のガスを溶解形態又は化学的結合形態で格納するか収納する。当該配置により、当該装置は、太陽熱エネルギー、燃焼エネルギー又は廃エネルギーからの熱エネルギーを導入して当該ガス、すなわち、水素、を放出することができる。
【０１４４】
上記は、本発明が実施されうる一例を例示するにすぎないこと、並びに、様々な改変及び／又は変化が、本発明の精神から逸脱することなく、当該例に対して行われうることを理解すべきである。簡略化のために１のみの態様に関連して記載される本発明の様々な特徴はまた、別個に、又は、任意の適当な部分の組合せで提供されうることもまた理解すべきである。本明細書で言及される先行技術はその全体が本明細書に組み込まれる。
【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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【国際調査報告】
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