CN107660265A - 包括微结构元件的热交换器以及包括这种热交换器的分离单元 - Google Patents

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伯纳德·索尼耶
埃文·斯普鲁特
马克·瓦格纳
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Abstract

本发明涉及一种热交换器，该热交换器包括平行板和间隔件，这些间隔件被平行地安排并且限定：i)粗糙主通道(21)；以及ii)二次通道，这些二次通道被安排成交换热量。所述热交换器包括主液入口，该主液入口被流体地连接至主液分配器。每个粗糙主通道(21)具有棱柱形状，该棱柱形状具有多边形横截面并且由多个基本上平坦的面组成。这些主通道包括粗糙主通道。每个粗糙主通道(21)具有微结构元件(30)，这些微结构元件沿着该通道的整个长度分布，并且具有在1μm与300μm之间的尺寸。

Description

包括微结构元件的热交换器以及包括这种热交换器的分离 单元
本发明涉及主液(例如含有氧气)与二次流体(例如含有氮气)之间的热量交换。此外，本发明涉及包括这种热量交换的低温气体分离单元。
本发明涉及热交换器领域，这些热交换器被配置成用于在主液与二次流体之间产生热量交换。具体地，本发明可以应用于低温气体分离领域，尤其是空气气体、酸性气体和天然气的分离。
EP 0130122 A1描述了一种热交换器，该热交换器总体上包括平行板、平行间隔件、以及经由分配器连接至主液池的入口，这些平行间隔件限定了：i)主通道；和ii)二次通道。通常，每个主通道具有总体上的棱柱形状，该总体上的棱柱形状具有矩形基部，主液沿着棱柱循环并且与该矩形基部成直角。
当EP 0130122 A1的热交换器在使用中时，在主通道中循环的主液与在二次通道中流动的二次流体交换热量。在低温空气分离单元的情况下，主液含有大比例的氧气，并且二次流体含有大比例的气态氮气。在主通道中主液流量相对较低。
然而，如在本发明中的图1所示，EP 0130122 A1的主通道具有小的横向尺寸(在此情况下以毫米为单位)，从而使得主液并不是在每个光滑的主通道50的所有矩形周界51上都均匀地分布。因此，主液形成弯月形液面52并且聚集在每个光滑的主通道50的矩形周界51的拐角53中，这导致在每个光滑的主通道50的矩形周界51的长侧54上出现干燥区域。
干燥区域的数量和表面面积随着朝向光滑的主通道的出口流动的主液的蒸发而增加。因此，在热量交换中未用到这些干燥区域，这降低了热交换器的效率。此外，这些干燥区域的风险导致杂质沉积物，这些杂质沉积物可能最终造成人员和设备的安全性下降。
本发明的目的具体是通过提供热交换器来完全地或部分地解决上述问题，该热交换器可以在增加热传递和热交换器安全性的同时使得主通道和二次通道保留常规几何形状而不产生额外水头(head)损失。
为此，本发明的主题是一种热交换器，该热交换器用于在主液与二次流体之间产生热量交换，该热交换器至少包括：
-若干板，这些板被布置成彼此平行，
-间隔件，这些间隔件在这些板之间延伸并且彼此平行地被布置成限定：i)主通道，这些主通道被针对该主液的流动适形；以及ii)二次通道，这些二次通道被针对该二次流体的流动适形，每个主通道被安排成能够与至少一个对应的二次通道交换热量，
-主液入口，该主液入口旨在被流体地连接至主液分配器，
该热交换器的特征在于，每个主通道具有总体上的棱柱形状，该棱柱形状具有多边形截面，该棱柱由若干总体上平坦的面构成，并且
这些主通道包括粗糙主通道，每个粗糙主通道具有微结构元件，这些微结构元件具有的尺寸在1μm与300μm之间、优选地在1μm与100μm之间，并且
这些微结构元件被配置为使得针对每个粗糙主通道有：
r＞1+1.3·103·Ra·ε
其中：
-r是作为分子的对应的粗糙主通道的实际表面与作为分母的对应的粗糙主通道的几何表面的比值，
-Ra(以m为单位)是相对于正中线的算术平均偏差，并且
-ε是对应的粗糙主通道的实际表面的空隙率。
比值r有时被称为“粗糙度系数”或“粗糙度”。算术平均偏差Ra(以m为单位)表示粗糙主通道的粗糙度。在本申请中，术语“正中线”指代位于实际表面的平均高度处的线。实际上，可以通过应用最小二乘法来由根据表面的横截面剖面的地形记录计算正中线。
在本发明中，术语“表面的空隙率”对应于如下计算的分数：切片被认为是其厚度等于这个表面的最高峰(相对于最低点)的高度。在此切片上，空隙率ε对应于未被微结构元件占用的体积与该切片的总体积之间的比值。这个比值的表示如下：
其中：
Vtot(以m3为单位)是在实际表面的最高点与最低点之间包含的体积，并且
Vsurf(以m3为单位)是在实际表面与实际表面的最低点之间包含的体积。
结果是：
其中：Rz是相对于表面的最低点的最高峰的高度，
z(以m为单位)是实际表面的对应点相对于最低点的高度，高度z是逐点测量的，(以m为单位)是逐点测量的高度z的算术平均值。
因此，当热交换器在使用中时，这种热交换器使得有可能在增加热传递和安全性的同时使得主通道和二次通道保留常规几何形状而不产生额外水头损失，因此易于制造和实施。实际上，因为交换表面面积和润湿的表面较大，所以这些微结构元件使得有可能增加热传递。同样地，因为主通道的高润湿性使得有可能避免氧气的任何干蒸发，所以热交换器的安全性被提高。此外，测量已经示出，具有多边形基部的棱柱形几何形状展示了与例如具有圆形基部的管状几何形状相比更高的热传递系数。
对微结构元件的表面处理有可能使主通道的所有周界变湿，并且因此增大交换表面。
在大多数应用中，主液和二次流体是低温流体。引入到热交换器中的主液和二次流体可以是单相的(也就是说，全部液态的或全部气态的)或两相的(也就是说，由液体和气体构成)。在它们在热交换器中流动的过程中，主液和二次流体的比例和物相可以变化。
根据本发明的一个实施例，每个多边形截面具有的尺寸在1mm与10mm之间、优选地在3mm与7mm之间，矩形多边形截面具有例如等于5mm的大致长度和等于1.5mm的大致宽度。
因此，这种横向尺寸使得有可能将热交换器与有待被处理的主液和二次流体的流量相适配。
根据本发明的一个实施例，微结构元件基本上分布在每个粗糙主通道的所有内周界上。
因此，这种分布保证了每个粗糙主通道的所有多边形截面的润湿。
根据本发明的一个实施例，对于每个对应的粗糙主通道而言，这些微结构元件分布在该粗糙主通道的表面的至少80％上。
因此，每个粗糙主通道都基本上覆盖有微结构元件，这增大了交换表面面积。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件具有互相类似的尺寸和互相类似的形状，并且其中，这些微结构元件被配置成使得针对每个粗糙主通道有：
r＞1+1.3·103·h·ε
其中：h(以m为单位)是这些微结构元件的平均高度。
因此，这种类似的微结构元件使得有可能获得每个粗糙主通道的较高润湿能力并且控制主要液膜的最小厚度。
例如，微结构元件的类似尺寸可以展现一个微结构元件与另一个微结构元件20％的偏差。具有类似形状的两个微结构元件使得它们的所有尺寸都类似。
在本申请中，术语“实际表面”具体地指代在制造后获得的表面，并且术语“几何表面”具体地指代除呈现的任何微结构元件之外的完美表面、因此是光滑的表面；可以通过标称尺寸在几何学上完全地限定几何表面。当几何表面被认为处于平面中时，其有时被称为“投影表面”。
在本申请中，术语“表面”可以指代拓扑实体或这个拓扑实体的表面面积。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件被均匀地分布。具体地，这些微结构元件可以是类似的并且均匀地分布。
因此，这种均匀分布使得有可能保证每个粗糙主通道的较高润湿能力并且控制主要液膜的最小厚度。
替代前一实施例，这些微结构元件可以是相似的并且被不均匀地，例如，随机地分布。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件被配置为使得针对每个粗糙主通道有：
其中：
-d(以m为单位)是这些相邻的微结构元件的中心之间的平均距离，这些中心位于该粗糙主通道的几何表面上，
-P(以m为单位)是这些微结构元件的截面的平均周长。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件被配置为使得针对每个粗糙主通道有：
并且其中，这些微结构元件(30)还被配置为使得针对每个粗糙主通道(21)有：
其中：S(以m2为单位)是这些微结构的截面的平均表面。
如此配置的这些微结构元件使得有可能具有与热交换方法相匹配的液体的传播速率。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件具有不规则的形状(例如，具有不规则的尺寸)，这些微结构元件还能够被不均匀地，例如，随机地分布。
换言之，在所考虑的粗糙主通道的所有实际表面上，两个相邻的微结构元件之间的间距是可变的、因此不是恒定的。
因此，这种不均匀分布使得有可能通过对不具有微结构元件的每个区域的表面面积进行限制来获得沿着每个粗糙主通道的恒定润湿能力。
替代这个变体，每个微结构元件可以具有规则的形状或几何形状(例如，呈总体上圆柱状、棱柱状、圆锥形或类似形状)。在这个变体中，这些规则形状的微结构元件被配置为使得针对每个粗糙主通道有：
r＞1+1.3·103·h·ε。
但是，在变体中，这些微结构元件具有不规则的形状，这些微结构元件被配置成使得：
r＞1+1.3·103·Raε。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件被配置为使得针对每个粗糙主通道有：
这种微结构元件形成粗糙度，该粗糙度尤其增加了每个粗糙主通道的表面的润湿能力，这允许液体甚至在存在凹陷的情况下也使粗糙主通道的所有表面润湿。
根据本发明的一个实施例，这些粗糙主通道的至少一部分中的每个粗糙主通道具有总体上的棱柱形状，该总体上的棱柱形状具有矩形基部。
如形容词“总体上的”所指示，棱柱可以具有近似矩形的基部。例如，限定棱柱的基部的矩形的边缘可以是圆形的(例如，通过铜焊)。
因此，具有矩形基部的粗糙主通道的这种形状使得有可能使得粗糙主通道和二次通道保留常规几何形状，因此易于制造并且易于在热交换器的组装中实现。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件仅分布在该矩形基部的长侧上。
换言之，矩形周界的短侧不具有任何微结构元件。实际上，因为在矩形周界的拐角中自然形成弯月形液面，所以短侧可以被润湿。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件被分布成在它们之间限定用于该主液的流动的通道。
换言之，这些微结构元件总体上延伸在几何表面的水平面之上。
因此，微结构元件被分布成限定具有开放粗糙度的表面状况，也就是说，由峰或塞(lock)限定的但不具有窄孔腔的粗糙度。当孔腔周围的峰太过靠近在一起时，孔腔被认为对于允许液体循环而言是狭窄的。
根据本发明的一个实施例，每个粗糙主通道具有在1μm与60μm之间的算术粗糙度Ra。
因此，这种算术粗糙度使得有可能获得粗糙主通道的高润湿能力。
根据本发明的一个实施例，每个粗糙主通道具有分布在其长度的至少80％上的纳米结构元件，每个纳米结构元件具有在1nm与500nm之间的尺寸。
因此，这种纳米结构元件使得有可能使每个粗糙主通道的润湿能力最大化。
根据本发明的变体，这些纳米结构元件被分布在每个粗糙主通道的表面上。可替代地或除本发明的这个变体之外，这些纳米结构元件可以被分布在微结构元件的表面上。
根据本发明的变体，涂层由金属材料和/或无机材料(例如陶瓷材料)构成。可以通过将微粒和/或纤维喷洒沉积(有时被称为“喷洒”)在每个粗糙主通道的表面上来获得涂层。
根据本发明的一个实施例，这些微结构元件是通过对每个主元件的表面以以下方式进行处理而形成，例如，通过阳极处理、通过喷砂、通过喷丸处理或通过化学蚀刻或甚至通过粉末烧结、通过熔融金属喷洒、通过激光、通过光刻法或通过滚轧、刷涂或印制类型的机械蚀刻。
此外，可以由通过浸渍、喷洒沉积等离子体沉积、增材制造过程(例如通过三维打印)获得的涂层形成微结构元件。
根据本发明的变体，板和/或间隔件由选自下组的材料构成，该组由以下各项组成：铝，铜，镍，铬，铁，以及铝、铜合金、镍合金、铬合金、铁合金的合金(例如，镍铬合金或镍铬铁合金)。
因此，这种板和/或间隔件使得有可能在低温学领域处理标准的主液和二次流体(例如，用于分离空气气体、酸性气体和天然气的含氧液体或含氮气体)。
根据本发明的一个实施例，该热交换器被配置成用于形成蒸发器冷凝器，这些粗糙主通道的长度和这些二次通道的长度被确定成热量交换使之有可能使该主液完全地或部分地蒸发并且使以二次气体的形式引入的该二次流体完全地或部分地冷凝。
因此，这种蒸发器冷凝器使得有可能在低温学领域处理标准的主液和二次流体(例如，用于分离空气的组分的含氧液体或含氮气体)。
根据本发明的一个实施例，当该热交换器在使用中时，所述主液入口被放置在高于这些粗糙主通道的高度处，从而使得该主液分配器将该主液以藉由重力而流动的膜的形式穿过所述至少一个主液入口引入到这些粗糙主通道中。
根据本发明的变体，二次通道包括粗糙二次通道，每个粗糙二次通道以类似于粗糙主通道的方式形成。具体地，粗糙二次通道可以具有微结构元件，这些微结构元件具有的尺寸在1μm与300μm之间、优选地在1μm与100μm之间，并且这满足适用于粗糙主通道的等式。更一般地，以上提及的针对粗糙主通道的特征中的每个特征都可以适用于粗糙二次通道。然而，不在此重复这些特征以简化本专利申请的阅读。
此外，本发明的主题是一种分离单元，该分离单元用于通过低温学来分离气体，该分离单元包括根据本发明所述的至少一个由蒸发器冷凝器形成的热交换器，该蒸发器冷凝器被配置成允许含氧液体与含氮气体之间的热量交换。
因此，这种低温气体分离单元使得有可能在低温学领域处理标准的主液和二次流体(例如，用于分离空气的组分的含氧液体或含氮气体)。
以上提及的实施例和变体可以孤立地或者根据任何技术上可接受的组合采用。
根据纯粹作为非限制性实例并且参照附图给出的以下说明将很好地理解本发明并且其优点也将显现出来，在这些附图中：
-图1是现有技术的光滑主通道的横向截面；
-图2是根据本发明且包括根据本发明的热交换器的分离单元的示意性透视图；
-图3是根据本发明的第一实施例的粗糙主通道的横向截面；
-图4是透视图，展示了布置在图1的粗糙主通道上的微结构元件；
-图5是透视图，展示了布置在根据本发明的第二实施例的粗糙主通道上的微结构元件；
-图6是形成图4的粗糙主通道的微结构元件的图案的横截面示意图；并且
-图7是形成根据本发明的第三实施例的粗糙主通道的微结构元件的图案的横截面示意图。
图2、图3和图4展示了用于在主液与二次流体之间产生热量交换的热交换器1。热交换器1属于用于通过低温来分离空气组分的分离单元2。
在图2至图4的实例中，热交换器1被配置成用于形成蒸发器-冷凝器，该蒸发器-冷凝器被配置成用于允许含氧液体与含氮气体之间的热量交换。因此，可以用板式热交换器1通过与富含氮气的气体的热量交换来使富含氧气的液体蒸发，富含氮气的气体与此同时被冷凝。
热交换器1包括：若干板11，这些板被布置成彼此平行；以及间隔件12，这些间隔件在这些板11之间延伸并且也被布置成彼此平行。在图2至图4的实例中，这些板11和这些间隔件12是由铝合金制成的。板11以本身已知的方式被铜焊在一起。
间隔件12被布置成限定：
i)主通道，这些主通道被针对该主液的流动适形，在此情况下，该主液含有液体分子氧(1iquid dioxygen O2L)，这些主通道包括粗糙主通道21；以及
ii)二次通道22，这些二次通道被针对该二次流体的流动适形，在此情况下，该二次流体包括气态分子氮(N2G)。
每个粗糙主通道21被安排成能够与两个对应的二次通道22交换热量。为此，粗糙主通道21和二次通道22沿板11的堆叠方向D交替地彼此跟随。粗糙主通道21和二次通道22在此被安装成逆流构型。可替代地，粗糙主通道21和二次通道22可以被安装成并流构型。
热交换器1还包括主液入口14，该主液入口被流体连接至属于分离单元2的主液分配器6。主液O2L在主液分配器6之上形成池。
当热交换器1在使用中时，入口14被放置在高于粗糙主通道21的高度处。高度是以通常的方式参考向上竖直的方向测量的。因此，主液分配器6将主液以藉由重力而流动的膜的形式穿过入口14引入到粗糙主通道中。
此外，每个粗糙主通道21具有总体上的棱柱形状，该总体上的棱柱形状具有多边形截面并且沿着纵向方向X延伸。这个棱柱由若干总体上平坦的面构成。限定棱柱的基部的矩形的边缘在此是通过铜焊而成的小圆形。棱柱的每个多边形截面或多边形周界在此具有在1mm与5mm之间的尺寸。
如图3所示，每个粗糙主通道21在此具有总体上的棱柱形状，该总体上的棱柱形状具有矩形基部并且沿着纵向方向X延伸。在此情况下，矩形截面具有等于4.5mm的大致高度H21和等于1.5mm的大致宽度W21。当热交换器1在使用中时，主液沿着棱柱流动并且与矩形基部成直角。
此外，如图3所示，每个粗糙主通道21具有微结构元件30。微结构元件30被分布或分配在所考虑的粗糙主通道21的长度L21的至少80％上。为了确定分离单元2的尺寸，这些粗糙主通道21的长度L21和这些二次通道22的长度被确定成热量交换使得有可能使该主液的全部或部分蒸发并且使以二次气体的形式引入的二次流体全部或部分冷凝。
每个微结构元件30具有在1μm与300μm之间的尺寸。每个微结构元件30在此具有总体上的细圆柱的形状。如图4所示，微结构元件30具有互相类似的尺寸和形状。这些微结构元件30被配置成使得针对每个粗糙主通道21有：
r＞1+1.3·103·Ra·ε。
其中：
-r是作为分子的对应的粗糙主通道21的实际表面与作为分母的对应的粗糙主通道21的几何表面的比值，
-Ra(以m为单位)是相对于正中线的算术平均偏差，并且
-ε是对应的粗糙主通道21的实际表面的空隙率。
在图1至图4的实例中，微结构元件30是规则的并且被均匀地分布，并且它们被配置成使得针对每个粗糙主通道21有：
r＞1+1.3·103·h·ε
其中：h(以m为单位)是这些微结构元件30的平均高度，该平均高度是根据每个微结构元件30的高度H30计算的。
在图4的实例中，微结构元件30并非分布在每个粗糙主通道21的所有矩形截面上。相反，微结构元件30仅分布在每个粗糙主通道21的矩形截面的长侧44上，而没有分布在短侧45上。换言之，短侧45不具有任何微结构元件30。实际上，因为在矩形截面的拐角中自然形成弯月形液面，所以短侧45被润湿。
这些微结构元件30被分布成在它们之间限定用于主液O2L的流动的通道，这限定了具有开放粗糙度的表面状况。此外，微结构元件30被均匀地分布。换言之，两个相继的微结构元件30之间的间距在任何方向上都是基本上恒定的。因此，根据均匀的且有序的矩阵来安排微结构元件30。
这些微结构元件30在此被配置成使得针对每个粗糙主通道21有：
r＞1+1.3·103·h·ε
其中：
这些微结构元件30在此被配置成使得针对每个粗糙主通道21有：
其中：
-d(以m为单位)是这些相邻的微结构元件30的中心之间的平均距离，这些中心位于该粗糙主通道21的几何表面上，平均距离是根据将相邻微结构元件30的中心两两分离的每个距离d30来计算的，
-P(以m为单位)是这些微结构元件30的截面的平均周长，并且
此外，这些微结构元件30在此被配置成使得针对每个粗糙主通道21有：
此外，这些微结构元件30被配置成使得针对每个粗糙主通道21有：
其中：S(以m2为单位)是这些微结构的截面的平均表面。
由于存在微结构元件30，所以每个粗糙主通道21具有在1μm与60μm之间的算术粗糙度Ra。算术粗糙度Ra是统计参数、表示相对于所考虑的粗糙主通道21的表面的正中线的算术平均偏差。
此外，每个粗糙主通道21可以具有分布在其长度L21的至少80％上的纳米结构元件(未示出)。每个纳米结构元件具有在1nm与100nm之间的尺寸。纳米结构元件可以被分布在每个粗糙主通道21的表面上和微结构元件30的表面上。
此外，微结构元件30形成涂层，该涂层在此通过将微粒喷洒沉积(有时被称为术语“喷洒”)在每个粗糙主通道21的表面上来获得。形成这个涂层的微粒在此由金属材料构成。
图5和图6示出了属于根据本发明的第二实施例的热交换器的粗糙主通道121的一部分。因为粗糙主通道121类似于粗糙主通道21，所以除了下文中所描述的显著差异以外上文中关于图1至图4给出的热交换器和粗糙主通道21的描述可以被转移到粗糙主通道121及其热交换器上。
粗糙主通道121不同于粗糙主通道21实质上在于，微结构元件130具有相对粗的且相对高的圆柱形状，并且两个微结构元件130之间的间距大于两个微结构元件30之间的间距。
图7以平面x-z中的截面展示了属于根据本发明的第三实施例的热交换器的粗糙主通道221的一部分。因为粗糙主通道221类似于粗糙主通道21，所以除了下文中所描述的显著差异以外上文中关于图1至图4给出的热交换器和粗糙主通道21的描述可以被转移到粗糙主通道221及其热交换器上。
粗糙主通道221不同于粗糙主通道21尤其在于，微结构元件230具有不规则的、因此互相不相似的形状和尺寸。此外，粗糙主通道221不同于粗糙主通道21尤其在于，微结构元件230被不均匀地(在此情况下，随机地)分布。换言之，在粗糙主通道221的所有实际表面上，两个相邻的微结构元件230之间的间距是可变的、因此不是恒定的。
这些微结构元件230被配置成使得针对每个粗糙主通道21有：
r＞1+1.3·103·Ra·ε。
在图7中，正中线表示逐点测量的高度z的算术平均值，包括例如高度z1、z2、z3、z4和z5。Rz是表面的最高峰相对于最低点的高度。
显然，本发明不限于在本专利申请中描述的具体实施例，也不限于在本领域技术人员力所能及的实施例。可以根据等效于在本专利申请中指明的要素的任何要素设想其他实施例而不脱离本发明的范围。

Claims (19)

1.一种热交换器(1)，该热交换器用于在主液(O2L)与二次流体(N2G)之间产生热量交换，该热交换器(1)至少包括：
-若干板(11)，这些板被布置成彼此平行，
-间隔件(12)，这些间隔件在这些板(11)之间延伸并且彼此平行地被布置成限定：i)主通道(21；121；221；321)，这些主通道被针对该主液(O2L)的流动适形；以及ii)二次通道(22)，这些二次通道被针对该二次流体(N2G)的流动适形，每个主通道(21)被安排成能够与至少一个对应的二次通道(22)交换热量，以及
-主液入口(14)，该主液入口旨在被流体地连接至主液分配器(O2L)，
该热交换器(1)的特征在于，每个主通道(21)具有总体上的棱柱形状，该棱柱形状具有多边形截面，该棱柱由若干总体上平坦的面构成，并且
这些主通道包括粗糙主通道，每个粗糙主通道(21)具有微结构元件(30；130；230；330)，这些微结构元件具有的尺寸在1μm与300μm之间、优选地在1μm与100μm之间，并且
这些微结构元件(30)被配置为使得针对每个粗糙主通道(21)有：
r＞1+1.3·103·Ra·ε
其中：
-r是作为分子的对应的粗糙主通道(21)的实际表面与作为分母的对应的粗糙主通道(21)的几何表面的比值，
-Ra(以m为单位)是相对于正中线的算术平均偏差，并且
-ε是对应的粗糙主通道(21)的实际表面的空隙率。
2.如权利要求1所述的热交换器(1)，其中，每个多边形截面具有的尺寸(H21，W21)在1mm与10mm之间、优选地在3mm与7mm之间，矩形多边形截面具有例如等于5mm的大致长度和等于1.5mm的大致宽度。
3.如以上权利要求中任一项所述的热交换器，其中，微结构元件基本上分布在每个粗糙主通道的所有内周界上。
4.如以上权利要求中任一项所述的热交换器，其中，对于每个对应的粗糙主通道(21)而言，这些微结构元件(30)分布在该粗糙主通道(21)的表面的至少80％上。
5.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，这些微结构元件(30)具有互相类似的尺寸和互相类似的形状，并且其中，这些微结构元件(30)被配置成使得针对每个粗糙主通道(21)有：
r＞1+1.3·103·h·ε
其中：h(以m为单位)是这些微结构元件(30)的平均高度。
6.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，这些微结构元件(30)被均匀地分布。
7.如权利要求6所述的热交换器，其中，这些微结构元件(30)被配置为使得针对每个粗糙主通道(21)有：
<mrow> <mi>d</mi> <mo>&lt;</mo> <msqrt> <mfrac> <mrow> <mn>7.5</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>4</mn> </mrow> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>P</mi> </mrow> <mi>&amp;epsiv;</mi> </mfrac> </msqrt> </mrow>
其中：
-d(以m为单位)是这些相邻的微结构元件(30)的中心之间的平均距离，这些中心位于该粗糙主通道(21)的几何表面上，
-P(以m为单位)是这些微结构元件(30)的截面的平均周长。
8.如权利要求7所述的热交换器，其中，这些微结构元件(30)被配置为使得针对每个粗糙主通道(21)有：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>r</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>1.3</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mn>3</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>h</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;epsiv;</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mo>/</mo> <mi>h</mi> <mo>+</mo> <mn>6.7</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msup> <mo>/</mo> <msup> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>&gt;</mo> <msup> <mn>4.2.10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>8</mn> </mrow> </msup> </mrow>
并且其中，这些微结构元件(30)还被配置为使得针对每个粗糙主通道(21)有：
<mrow> <mi>d</mi> <mo>&gt;</mo> <msqrt> <mfrac> <mi>S</mi> <mn>0.4</mn> </mfrac> </msqrt> </mrow>
其中：S(以m2为单位)是这些微结构的截面的平均表面。
9.如权利要求1至5中任一项所述的热交换器，其中，这些微结构元件具有不规则的形状，这些微结构元件(30)还能够被不均匀地，例如，随机地分布。
10.如权利要求9所述的热交换器，其中，这些微结构元件(30)被配置为使得针对每个粗糙主通道(21)有：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>r</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>1.3</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mn>3</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;epsiv;</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>1.2</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mn>5</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>&gt;</mo> <msup> <mn>4.2.10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>8</mn> </mrow> </msup> <mo>.</mo> </mrow>
11.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，这些粗糙主通道(21)的至少一部分中的每个粗糙主通道(21)具有总体上的棱柱形状，该总体上的棱柱形状具有矩形基部。
12.如权利要求6所述的热交换器(1)，其中，这些微结构元件(30)仅分布在该矩形基部的长侧(44)上。
13.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，这些微结构元件(30)被分布成在它们之间限定用于该主液的流动的通道。
14.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，每个粗糙主通道(21)具有在1μm与60μm之间的算术粗糙度Ra。
15.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，每个粗糙主通道(21)具有分布在其长度的至少80％上的纳米结构元件，每个纳米结构元件具有在1nm与500nm之间的尺寸。
16.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，这些微结构元件(30)是通过对每个主元件的表面以以下方式进行处理而形成，例如，通过阳极处理、通过喷砂、通过喷丸处理或通过化学蚀刻或甚至通过粉末烧结、通过熔融金属喷射、通过激光、通过光刻法或通过滚轧、刷涂或印制类型的机械蚀刻。
17.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，该热交换器(1)被配置成用于形成蒸发器-冷凝器，这些粗糙主通道(21)的长度(L21)和这些二次通道(22)的长度被确定成热量交换使之有可能使该主液(O2L)完全地或部分地蒸发并且使以二次气体的形式引入的该二次流体(N2G)完全地或部分地冷凝。
18.如以上权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，当该热交换器(1)在使用中时，所述主液入口(14)被放置在高于这些粗糙主通道(21)的高度处，从而使得该主液分配器(O2L)将该主液以藉由重力而流动的膜的形式穿过所述至少一个主液入口(14)引入到这些粗糙主通道(21)中。
19.一种分离单元(2)，该分离单元用于通过低温学来分离气体，该分离单元包括如权利要求13所述的至少一个由蒸发器-冷凝器形成的热交换器，该蒸发器冷凝器被配置成允许含氧液体与含氮气体之间的热量交换。
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