DE102014225322A1

DE102014225322A1 - Fluidwärmeaustauschvorrichtung

Info

Publication number: DE102014225322A1
Application number: DE102014225322.5A
Authority: DE
Inventors: Yuji Furumura; c/o Philtech Inc. Mura Naomi; Shinji Nishihara; Noriyoshi Shimizu
Original assignee: Philtech Inc
Current assignee: Philtech Inc
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2015-06-11
Also published as: KR20150068296A; JP6115959B2; US20150159967A1; US9915483B2; KR101669097B1; JP2015114033A

Abstract

Eine klein bauende Vorrichtung zum Erhitzen oder Abkühlen von Fluid, die Gas oder Flüssigkeit in einer großen Menge kostengünstig erhitzt oder abkühlt, ist nicht vorhanden. Strukturen, in denen an einem erhitzten oder abgekühlten Platten- oder Säulengrundkörper ein Fluidströmungsweg gebildet ist und in denen ein Fluid, das durch den verengten Strömungsweg fließt, senkrecht auf eine Wand einer Seitenfläche des Grundkörpers aufprallt, um einen Wärmeaustausch vorzunehmen, sind in Reihe miteinander verbunden. Der Wärmeaustausch erfolgt augenblicklich in kleinem Raum, und die Herstellung eines Mechanismus, der einen solchen Vorgang ausführt, ist einfach. Als Material für den Strömungsweg kann sowohl Metall als auch Keramik verwendet werden, und eine klein bauende Fluidwärmeaustauschvorrichtung kann kostengünstig hergestellt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum augenblicklichen Erhitzen oder Abkühlen von Fluiden, insbesondere Gasen.
Stand der Technik
Als Wärmeaustauschvorrichtung gibt es beispielsweise Vorrichtungen zum Erhitzen von Gasen. Der allgemein meistverwendete Mechanismus ist ein Mechanismus, bei dem man ein Gas eine Röhre durchlaufen lässt, um das Gas zu erhitzen. Alternativ wird ein Gas erhitzt, indem man ein erhitztes Fluid durch ein Rohr mit Rippen strömen lässt und das Gas zwischen den Rippen hindurchgeführt wird. Dies wird öfter nicht nur für das Erhitzen von Gas, sondern auch für das Erhitzen von Flüssigkeit oder für das Erzeugen von Wasserdampf verwendet.
Im Gegensatz zum Erhitzen von Gas hat eine Vorrichtung zum Abkühlen von Gas auch einen ähnlichen Mechanismus. Dieser Mechanismus ist derzeit der am weitesten verbreitete Mechanismus.
Konventionelle Erfindungsbeispiele zum Verbessern dieses allgemeinen Mechanismus sind in 1 und 2 dargestellt.
1 zeigt eine Ansicht, in der die Zeichnung gemäß dem als Beispiel angegebenen Patent (wiederveröffentlichtes Patent WO 2006/030526 ) schematisch reproduziert ist, in der ein Erhitzungsmechanismus verwirklicht wurde, der als aufprallender Strahl („impinging jet“) bezeichnet wird. Gas, das durch ein Rohr geströmt ist, prallt auf eine erhitzte Hohlscheibe, um einen Wärmeaustausch mit der Scheibe auszuführen. Ein Lampenerhitzer für die Erhitzung ist nicht dargestellt.
2 zeigt die Abschrift einer Zeichnung gemäß einem Patent betreffend eine plattenförmige Vorrichtung zum augenblicklichen Erzeugen eines erhitzten Gases, (5 gemäß Japanischer Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-001541 , die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden eines Films zeigt.).
Eine Vorrichtung, bei der ein Gas augenblicklich erhitzt wird, um ein Hochtemperaturgas auszustoßen, wird nicht nur für Heizung oder Trocknung angewendet, sondern auch für verschiedene Schritte beim Erhitzen von verschiedenen Materialen (Metall, Dielektrikum, u.a.), die auf einem Substrat aufgetragen sind, um diese zu brennen. Die obigen Erfindungen sind auch für das Erhitzen von Flüssigkeiten wie Wasser u.a. effektiv.
Zwar wird nachstehend das Erhitzen als Beispiel beschrieben; da eine ähnliche Technik allerdings auch zum Kühlen anwendbar ist, ist ein Titel der vorliegenden Erfindung umfassend als „Fluidwärmeaustauschvorrichtung“ angegeben. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum augenblicklichen Erhitzen oder Abkühlen von Gas.
Vorveröffentlichte Patentliteratur

[Patentliteratur 1] wiederveröffentlichtes Patent WO 2006/030526
[Patentliteratur 2] Jap. Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-001541
[Patentliteratur 3] Jap. Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-001591

Es ist erwünscht, eine Vorrichtung zum Erhitzen oder Abkühlen von Gas, während der Wärmeaustauschwirkungsgrad der Vorrichtung hoch ist, so weit wie möglich zu verkleinern. Es ist ferner erwünscht, dass ein Herstellungsverfahren einfach ist und dass ein kostengünstiges Herstellen durch Auswahl eines Konstruktionsmaterials erreicht wird.
Zudem ist es bspw. erwünscht, dass bei einer Aufheizzeit ein Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zu 1000°C oder mehr verwirklicht ist. Wenn die Verarbeitung vereinfacht wird, können auch die Herstellungskosten verringert werden. Wenn sich die Herstellungskosten verringern, werden die Anwendungsindustrien einer Vorrichtung zum Erhitzen von Gas erweitert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein grundsätzlicher Mechanismus der vorliegenden Erfindung zum Lösen der Aufgabe ist in 3 dargestellt. 3 zeigt ein grundsätzliches Prinzip, um Wärmeaustausch effizient auszuführen.
3 ist eine schematische Darstellung eines Mechanismus, in dem ein Wärmeaustausch mittels einer Platte und Dichtplatten vorgenommen wird. Die Platte erzeugt ein Hochgeschwindigkeitsgas, und dieses wird kontinuierlich gegen die Dichtplatten prallen gelassen.
An einer Oberseite einer Platte 300 sind Wannen G11 und G21 gebildet, und an einer Unterseite der Platte 300 sind die Wannen G12 und G22 gebildet. Diese Wannen sind mittels der Dichtplatten 303 und 305 auf und unter der Platte als Teile eines Strömungswegs dicht verschlossen. Die Wanne G12 ist mit den Wannen G11 und G21 durch die Verbindungsbohrungen H12 und H21 in einer ebenen, die Wannen G11 und G21 überbrückenden Anordnung gekoppelt.
Die Wanne G21 ist mit den Wannen G12 und G22 durch die Verbindungsbohrungen H21 und H22 in einer ebenen, die Wannen G12 und G22 überbrückenden Anordnung gekoppelt. Ein Fluideinführungsanschluss 301 ist mit der Wanne G11 an einem rechten Ende der Wannenanordnung gekoppelt. Ein Fluidauslassanschluss 307 ist mit der Wanne G22 an einem linken Ende der Wannenanordnung gekoppelt.
Ein vom Fluideinführungsanschluss 301 eingeführtes Einführungsfluid 302 tritt über die dicht verschlossenen Wannen und die Verbindungsbohrungen G11, H12, G12, H21, G21, H22 und G22 aus dem Fluidauslassanschluss 307 als Austrittsfluid 308 aus. Die Dichtplatten 303 und 305 sind jeweils mit Erhitzern 304 und 306 versehen, so dass die Dichtplatten 303 und 305 in einem erhitzten Zustand sind. Erhitzer können entsprechend der Wärmemenge, die zwischen dem Fluid und den Dichtplatten 303 und 305 ausgetauscht werden soll, in beliebiger Anzahl installiert werden.
Ein Fluid, das die schmale Verbindungsbohrung H12 passiert hat, wird beschleunigt und prallt mit hoher Geschwindigkeit senkrecht auf die Dichtplatte 305 auf. Um diesen senkrechten Hochgeschwindigkeitsaufprall hervorzurufen, ist ein Abstand zwischen einer eine Wanne umgebenden Dichtplatte und einem Auslass einer Verbindungsbohrung kürzer als die Länge der Verbindungsbohrung. Wenn eine solche Konstruktion hergestellt wird, wird die Hitze der Dichtplatte in einer wärmeaustauschenden Weise augenblicklich auf das Fluid übertragen, da eine stehende Schicht, die zwischen einem vertikalen Hochgeschwindigkeitsfluid und einer Wand der Dichtplatte produziert wird, dünn wird.
Das Gleiche tritt in den Verbindungsbohrungen H21 und H22 auf. Wird auf diese Weise der senkrechte Hochgeschwindigkeitsaufprall wiederholt, so wird die Wärme der durch den Erhitzer erhitzten Dichtplatte mit hohem Wirkungsgrad auf das Fluid übertragen. Als Ergebnis erreicht die Temperatur des austretenden Fluids eine Temperatur nahe an der Temperatur der Dichtplatte. Es ist nicht erforderlich, dass der Hochgeschwindigkeitsaufprall auf die Dichtplatten 303 und 305 genau senkrecht erfolgt, weil es bereits ausreichend ist, wenn die stillstehende Schicht dünn wird.
Auf diese Weise führt die in 3 dargestellte Fluidwärmeaustauschvorrichtung augenblicklichen Wärmeaustausch aus, um ein erhitztes Fluid zu erzeugen.
Werden die Dichtplatten abgekühlt, dient diese Vorrichtung als eine Vorrichtung zum augenblicklichen Erzeugen von Kühlfluid. Als Konstruktionsmaterial für den Mechanismus dieser Vorrichtung (Mechanismusmaterial) kann entsprechend den Eigenschaften des Fluids bzw. der gewünschten Temperatur des Fluids ein Metall oder Keramik verwendet werden.
Es ist möglich, einen Verbundwerkstoff als Mechanismusmaterial der Vorrichtung auszuwählen. Als Verbundwerkstoff gibt es einen Kunststoff gemischt mit Fasern aus Metall oder Kohlenstoff. Als Kohlenstoff eignen sich Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphene, die exzellente Wärmeleitung haben.
Der Mechanismus kann durch Spanen eines Mechanismusmaterials hergestellt werden. Entsprechend den Eigenschaften des Materials für die Vorrichtung können verschiedene gasförmige oder flüssige Fluide erhitzt oder abgekühlt werden. Die Anzahl bzw. die Form der Fluidauslassanschlüsse bzw. der Fluideinlassanschlüsse kann beliebig ausgestaltet werden.
Demgemäß kann auch ein Strahl eines erhitzten oder abgekühlten Gases in verschiedenen Formen erzeugt werden.
Die Funktion und das Material der grundsätzlichen Struktur der Vorrichtung sind oben erläutert worden. In der obigen Struktur ist der Strömungsweg so gebildet, dass er durch die Platte hindurchgeht, um sie zu durchqueren. Es ist auch möglich, den Strömungsweg auf einer Oberfläche der Platte zu bilden, anstatt den Strömungsweg in der Platte zu bilden.
Eine Struktur, bei der die auf der oberen Seitenfläche und der unteren Seitenfläche der in 3 gezeigten Platte gebildeten Wannen abwechselnd auf einer Seitenfläche der Platte angeordnet sind und bei der benachbarte Wannen durch eine Verbindungsbohrung miteinander verbunden sind, ist eine einseitige Struktur, bei der sich die Verbindungsbohrung nicht durch die Platte erstreckt.
Die Struktur mit diesem einseitigen Strömungsweg weist als charakteristisches Merkmal auf, dass die Anzahl der Bauelemente vermindert werden kann, da der Strömungsweg auf einer einzigen Seitenfläche der Platte gebildet ist.
Es ist des Weiteren möglich, eine Seitenfläche der Platte zylindrisch auszubilden und einen Strömungsweg auf dieser Seitenfläche zu bilden. 8 zeigt eine grundsätzliche Struktur dieser Möglichkeit.
Die in 3 dargestellten Wannen weisen eine einfache Rechteckform auf. Im Querschnitt ist die Tiefe der Wanne geringer als die Länge der Öffnung der Wanne und geringer als die Länge der Verbindungsbohrung.
Im Gegensatz dazu, sind die Wannen G81, G82, G83 und G84 in 8 relativ tief. Im Querschnitt sind also die Tiefen der Wannen größer als die Längen der Öffnungen der Wannen. Auch sind die Verbindungsbohrungen H812, H823 und H834 relativ lang.
Eine spanende Bearbeitung der Wanne, deren Boden nicht von oben gesehen werden kann, da er dahinter versteckt ist, ist erforderlich, damit das Fluid, das aus der Verbindungsbohrung ausgetreten ist, einen vertikalen Hochgeschwindigkeitsaufprall auf eine die Wanne umgebende Wand bewirkt.
Um die Bearbeitung der Wanne zu vereinfachen, gibt es eine Struktur, in der die Verbindungsbohrungen schräg gerichtet sind.
In Beispielen wurde eine Struktur verwendet, bei der die spanende Bearbeitung einer Wanne durch Annehmen einer schrägen Verbindungsbohrungsstruktur erleichtert wurde. Um einen geschlossenen Strömungsweg zu bilden, ist eine Platte mittels einer Dichtplatte 804 dicht verschlossen.
Die Erklärung verwendete eine plattenförmige Platte, aber eine Strömungswegstruktur kann nicht nur auf einer Fläche der Platte, sondern auch auf einer Oberfläche eines Zylinders, einer viereckigen Säule oder einer polygonalen Säule hergestellt werden. Hierbei können die Dichtplatten auch voneinander getrennt sein. Wenn die Dichtplatten miteinander verbunden sind, werden diese zu einer zylindrischen Form.
Ein Fluid, das mittels der oben erwähnten Wärmeaustauschvorrichtung erhitzt oder abgekühlt wird, kann sowohl ein Gas als auch eine Flüssigkeit sein. Dieses Fluid kann z.B. Stickstoff, Argon, Helium, Kohlenwasserstoff oder Fluorkohlenstoff als ein Gas oder als eine Flüssigkeit sein. Wasserstoff oder ein Reduktionsgas, das Wasserstoff entlässt, als auch ein Oxidationsgas, das ein Element der sechsten Hauptgruppe (Gruppe VIB), wie bspw. Sauerstoff oder Schwefel, Selen oder Tellur, enthält, kann auch als Fluid verwendet werden.
Ein Gas, das Halogenelemente der siebten Hauptgruppe (Gruppe VIIB), wie bspw. Fluor, enthält, kann auch verwendet werden.
Das Gas kann Wasser, Dampf oder ein Dampf über 100°C enthaltendes Gas oder Luft sein. Da Wasser als ein Material zur Herstellung eines Dampfgases verwendet werden kann, ohne ein Gas speziell zu präparieren, kann Wasser als ein Gas, das kein Sauerstoffgas enthält, verwendet werden.
Hochtemperaturdampf, besonders in einem Temperaturbereich zwischen 500°C und 1000°C oder höher, hat eine große Fähigkeit zum Zersetzen von organischen Substanzen. Wenn organischer Abfall, wie bspw. Fleisch, Gemüse, Holzsplitter oder Kunststoffe, mit dem Hochtemperaturdampf in Kontakt gebracht wird, werden Moleküle zerschnitten oder zersetzt, wodurch ein wasserstoff-, kohlenstoff- oder sauerstoffhaltiges Gas erzeugt wird. Selbst wenn Dampf mit einer niedrigeren als der obigen Temperatur verwendet wird, werden Sehnen des Fleisches verändert, indem der Dampf mit dem Fleisch in Kontakt gebracht wird, wodurch das Fleisch zu weichem, leicht kaubarem Fleisch verändert werden kann.
Das obige Gas mit einem hohen chemischen Potential, das genutzt wird, indem der Hochtemperaturdampf und der Abfall miteinander in Kontakt gebracht werden, kann als Energiequelle wiederverwendet werden. Eine Vorrichtung zum Ausführen dieser Maßnahme ist daher eine Vorrichtung zur Behandlung von organischem Abfall.
Wird Luft komprimiert, um verwendet zu werden, so kann ein Heizgas kostengünstig erzeugt werden. Wird die Wärmeaustauschvorrichtung zum Abkühlen verwendet, so kann sie für die Verflüssigung des Wassergehaltes der Luft verwendet werden.
Das Gas kann ein radioaktiv strahlendes Element enthalten. Wenn in einem Kernkraftwerk ein Gegenstand mit einem Gas abgekühlt wird, entsteht Hochtemperaturgas, das Radioaktivität in großen Mengen enthält, und dies muss schnell abgekühlt werden. In diesem Fall können die Vorrichtungen verwendet werden, indem die Vorrichtungen in Reihe oder parallel zu einem Strömungsweg, durch den das Hochtemperaturgas strömt, verbunden werden.
Das Fluid kann Wasser oder eine wässerige Lösung sein. Die obigen Wärmeaustauschvorrichtungen können verwendet werden, indem eingestellte Temperaturen für das Erhitzen oder das Abkühlen verändert werden und indem die Wärmeaustauschvorrichtungen in dem Strömungsweg, in dem das Fluid strömt, in Reihen verbunden werden. Wenn beispielsweise Seewasser durch die Wärmeaustauschvorrichtungen erhitzt wird und erhitztes Seewasser gegen eine Hochtemperaturluft gesprüht wird, welche erhalten wurde, indem man das Seewasser durch die Wärmeaustauschvorrichtungen hat strömen lassen, kann Salz als Festkörper vom Seewasser abgetrennt werden.
Besonders wenn die Wärmeaustauschvorrichtung zum Erhitzen verwendet wird, so wird, unter Berücksichtigung einer Reaktion mit einem Fluid, Metall oder Keramik oder ein Verbundwerkstoff, der Kohlenstoff oder Metall enthält, als geeignetes Material für das Konstruktionsmaterial gewählt.
Wenn Metall als das Konstruktionsmaterial verwendet wird, kann abhängig vom verwendeten Fluid ein mit einem anderen Metall beschichtetes Metall verwendet werden.
Außer Metall kann in geeigneter Weise Metalloxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Nickeloxid und Keramiken enthaltend Siliziumkarbid ausgewählt und als das Konstruktionsmaterial werden.
Kohlenstoff beschichtet mit Siliziumkarbid kann auch als Material gewählt werden. Wenn ein Verbundwerkstoff, der Kohlenstoff enthält, als Konstruktionsmaterial verwendet wird, können Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphene gewählt werden, die hervorragenden Wärmeaustausch zeigen. Da Kunststoffe, die Kohlenstoff enthalten, in einer Form verarbeitet werden können und eine spanende Bearbeitung einfach ist, kann eine Struktur kostengünstig hergestellt werden.
Wenn die Struktur der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des obigen Kohlenstoffverbundwerkstoffs hergestellt wird, kann eine Wärmeaustauschvorrichtung hergestellt und verwendet werden, die Hochtemperaturdampf, der eine Säure oder eine Base enthält, als eine Wärmequelle verwendet. Die Anzahl und die Größe der Wannen und der Bohrungen der obigen Wärmeaustauschvorrichtung können beliebig ausgestaltet werden.
Erste Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Fluidwärmeaustauschvorrichtungen, umfassend eine Platte mit Wannen, Verbindungsbohrungen, einer Einführungsöffnung und einer Ausstoßöffnung, und zwei an beiden Seiten der Platte, also an Vorder- und Rückseite, bereitgestellten Dichtplatten, wobei die Wannen an einer vorderen Oberfläche und an einer hinteren Oberfläche der Platte in einer Richtung in einer Vielzahl von Stufen angeordnet sind, wobei Wannen der auf einer Seite der Platte bereitgestellten Wannen und Wannen der auf der anderen Seite der Platte bereitgestellten Wannen mittels der zwei Dichtplatten in einer luftdichten Weise verschlossen sind, wobei eine der auf der einen Seite der Platte bereitgestellten Wannen einen Abschnitt aufweist, der mit zwei benachbarten, auf der anderen Seite der Platte bereitgestellten Wannen überlappt, wobei Verbindungsbohrungen so gebildet sind, dass sie länger sind als die Tiefe der Wannen und die auf der einen Seite der Platte bereitgestellten Wannen und die auf der anderen Seite der Platte bereitgestellten Wannen in dem überlappenden Abschnitt miteinander verbinden, wobei die Einführungsöffnung ein Fluid in eine Wanne der an einem Ende der Platte bereitgestellten Wannen einführt, wobei die Ausstoßöffnung das Fluid aus einer Wanne der an dem anderen Ende der Patte bereitgestellten Wannen auslässt, und wobei Wärmeaustausch zwischen den Dichtplatten und dem Fluid erfolgt.
Zweite Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in dem obigen ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei das Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.
Dritte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in dem obigen zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei das Gas ein Gas ist, das durch Kombinieren wenigstens eines der folgenden Gase erhalten wurde: ein Stickstoff, Argon, Helium, Kohlenwasserstoff bzw. Fluorkohlenstoff enthaltendes Inertgas; Wasserstoff oder ein Wasserstoff entlassendes Reduktionsgas; ein Gas, das ein Element der Gruppe VIB enthält, wie bspw. Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur; und/oder ein Gas, das ein Element der Gruppe VIIB enthält, wie bspw. Fluor.
Vierte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in dem obigen zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei das Gas ein Gas ist, das Wasser oder Luft enthält.
Fünfte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in dem obigen zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei die Flüssigkeit Wasser ist.
Sechste Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen ersten bis fünften Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei die Dichtplatten und die Platte aus Metall oder aus einem mit einem anderen Metall beschichteten Metall hergestellt sind.
Siebte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen ersten bis fünften Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei die Dichtplatten und die Platte aus einem Keramikmaterial, das Graphit, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid oder dergleichen enthält, oder aus einem Verbundwerkstoff hergestellt sind, der Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphene oder dergleichen enthält.
Achte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen ersten bis siebten Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei die Dichtplatten erhitzt werden, indem Erhitzer in die Dichtplatten eingesetzt werden oder in engen Kontakt mit den Dichtplatten gebracht werden, oder wobei die Platte erhitzt wird.
Neunte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen ersten bis achten Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei die Dichtplatten oder die Platte abgekühlt werden.
Zehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen ersten bis neunten Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei die Fluidwärmeaustauschvorrichtung in rechtwinkliger Richtung zu einer Strömung des Fluids erweitert ist, oder wobei die Fluidwärmeaustauschvorrichtungen parallel miteinander verbunden sind und mehrere Ein- und Auslassöffnungen für das Fluid vorgesehen sind, oder wobei die Form des Fluidauslasses schlitzförmig verlängert ist.
Elfte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen ersten bis zehnten Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei die zwei Platten unter Verwendung der drei Dichtplatten sandwichartig eingeschlossen sind, und wobei die Wärme der in der Mitte positionierten Dichtplatte über die zwei Platten, die die in der Mitte positionierte Dichtplatte sandwichartig einschließen, zu dem Fluid geleitet wird.
Zwölfte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Fluidwärmeaustauschvorrichtungen, die eine Struktur zum Erhitzen oder Abkühlen sowie Wannen, Verbindungsbohrungen und einen mit einem Strömungsweg versehenen Grundkörper aufweisen, wobei eine Vielzahl von Wannen voneinander beanstandet angeordnet sind, wobei jede der Verbindungsbohrungen die benachbarten Wannen miteinander verbindet, und ein Fluid, das die Verbindungsbohrungen durchläuft, auf Wände der Wanne aufprallt und somit ein Wärmeaustausch zwischen den Wänden und dem Fluid erfolgt, wobei der Strömungsweg ein Fluid, das von einer Wanne der an einem Ende der Anordnung bereitgestellten Wannen eingeführt worden ist, aus einer Wanne der an dem anderen Ende der Anordnung bereitgestellten Wannen auslässt, und wobei Achsen der in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des oben beschriebenen Fluids einander nächstliegenden Verbindungsbohrungen einander nicht überlappen.
Dreizehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in dem obigen zwölften Ausführungsbeispiel beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei der Strömungsweg an einer Oberfläche des in Form einer Säule oder eines Prismas ausgebildeten Grundkörpers gebildet ist.
Vierzehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in dem obigen zwölften oder dreizehnten Ausführungsbeispiel beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei ein Material für den Grundkörper eines der nachfolgenden Materialen enhält: ein Metall oder Mehrfachmetall; ein mit einem anderen Metall beschichtetes Schichtmetall; ein Metalloxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Nickeloxid oder Siliziumkarbid enthaltendes Keramikmaterial; ein mit Siliziumkarbid beschichteter Kohlenstoff; und/oder ein Verbundwerkstoff, der Kohlenstoff enthält, wie bspw. Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphene.
Fünfzehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen zwölften bis vierzehnten Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei das Fluid eines der nachfolgenden Gase enthält: ein Stickstoff, Argon, Helium, Kohlenwasserstoff bzw. Fluorkohlenstoff enthaltendes Inertgas; Wasserstoff oder ein Wasserstoff entlassendes Reduktionsgas; ein Oxidationsgas, das ein Element der Gruppe VIB enthält, wie bspw. Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur; und/oder ein Gas, das ein Halogenelement der Gruppe VIIB enthält, wie bspw. Fluor.
Sechzehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen zwölften bis fünfzehnten Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei das Fluid ein Gas ist, das Wasser oder Luft enthält.
Siebzehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die in einem der obigen zwölften bis fünfzehnten Ausführungsbeispiele beschriebene Fluidwärmeaustauschvorrichtung, wobei das Fluid Wasser oder eine wässerige Lösung ist.
Achtzehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Fluidwärmeaustauschvorrichtung, bei der eine Vielzahl von Fluidwärmeaustauschvorrichtungen, die in einem der obigen zwölften bis siebzehnten Ausführungsbeispiele beschrieben sind, in Reihe miteinander verbunden sind, und bei der die Temperatur des Grundkörpers für jede der Wärmeaustauschvorrichtungen eingestellt ist.
Neunzehnte Ausführungsform: Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Vorrichtungen, um einen Hochtemperaturdampf, der mittels der Fluidwärmeaustauschvorrichtung, die in einem der obigen ersten bis achten Ausführungsbeispiele beschrieben ist, erzeugt worden ist, und eine organische Substanz miteinander in Kontakt zu bringen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung prallt ein Fluid, das in einem Strömungsweg strömt, welcher mittels eines einfachen Plattenmechanismus und Dichtplatten gebildet ist, mit hoher Geschwindigkeit gegen die Dichtplatten, wodurch ein effektiver Wärmeaustausch mit den Dichtplatten erfolgen kann. Notwendige Arbeiten an dem Plattenmechanismus sind nur, für die Wannen, eine Spanbearbeitung der Platte, sowie eine Bohrbearbeitung, um ein Loch zum Verbinden der Wannen miteinander (im nachstehenden als „Verbindungsbohrung“ bezeichnet) zu bilden.
Es ist möglich, die Dichtplatten und die Platte zu verschweißen, um eine vollständige Dichtung zu erhalten, und sie mit Schrauben zu befestigen. Wenn ein Fluid durch eine schmale Verbindungsbohrung strömt, die mittels eines Bohrers mit geeignetem Durchmesser gebohrt worden ist, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu.
Wenn dieses Fluid mit hoher Geschwindigkeit auf eine Wand der Dichtplatte oder der Wanne kraftvoll aufprallt, so tritt ein augenblicklicher Wärmeaustausch mit der erhitzten Wand auf. Ein Mechanismus, der diesen Aufprall kontinuierlich hervorruft, ist ein Wärmeaustauschmechanismus der Platte.
Da mehrere Verbindungsbohrungen vorhanden sind, wirken sie nicht als Wärmewiderstand auf das Fluid. Die Wanne ist als flache Wanne von etwa 1 mm bis 2 mm Tiefe ausgebildet, weshalb das Fluid eine relativ hohe Geschwindigkeit zur Dichtplatte hat. Demgemäß wird eine stillstehende Schicht, die sich zwischen dem Fluid und der Dichtplatte ausbildet, dünn. Diese Dünnheit erhöht den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs.
Arbeiten zur Ausbildung eines Strömungswegs in der Platte umfassen eine Arbeit zur Herstellung der Wannen mit einer Tiefe von 1 bis 2 mm mit einem Schaftfräser und das Bohren der Verbindungsbohrungen zum Verbinden der Wannen mit einem Bohrer. Auch der Einlass und der Auslass für das Fluid werden nur mit einem Bohrer bearbeitet.
Die Herstellung dieses Mechanismus reduziert die Anzahl der Arbeitsschritte und ist einfach. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Gas und eine Flüssigkeit als ein Fluid gehandhabt. Wird Sauerstoff als das Fluid gewählt, so kann erhitzter Sauerstoff augenblicklich erzeugt werden.
Wird Wasserstoff als das Fluid gewählt, so kann ein starkes Hochtemperaturreduktionsgas augenblicklich erzeugt werden. Durch Blasen dieser Hochtemperaturgase auf ein Basismaterial, kann eine Oberfläche des Basismaterials mit erhitztem Gas behandelt werden, ohne das Basismaterial selbst zu erhitzen.
Wird als Fluid Wasser verwendet, so kann Hochtemperaturdampf augenblicklich erzeugt werden. Da die vorliegende Fluidwärmeaustauschvorrichtung als eine klein bauende Vorrichtung hergestellt werden kann, kann ein zu bestrahlender Grundwerkstoff aus der Nähe mit dem Dampf bestrahlt werden.
Ein erhitzter Hochtemperaturdampf ist effektiv für das Reinigen des Grundwerkstoffes ohne Verwendung von Chemikalien, so dass die vorliegende Fluidwärmeaustauschvorrichtung als ein Bauteil einer Reinigungsvorrichtung verwendet werden kann.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, kann die vorliegende Fluidwärmeaustauschvorrichtung aus Metall oder Keramik hergestellt werden. Wenn die Dichtplatte und die Platte aus Metall hergestellt werden und Verbindungsabschnitte geschweißt werden, ist ein dicht verschlossener Mechanismus möglich, so dass eine von der äußeren Umwelt abgeschirmte Fluidwärmeaustauschvorrichtung hergestellt werden kann.
Wird ein nicht oxidiertes Material wie bspw. Keramik verwendet, so kann sogar ein oxidierendes Gas oder ein korrosives Fluid augenblicklich erhitzt werden. Eine Verwendung für eine Anwendung, die keine Metallkontamination verträgt, ist auch möglich.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, die Dichtplatte zu erhitzen, indem man einfach in die Dichtplatte in einer Strömungsrichtung eines Fluids ein Loch bohrt und einen Erhitzer in das Loch einsetzt. Da dieser Mechanismus einfach ist und die Anzahl der Erhitzer beliebig festgesetzt werden kann, kann eine Leistung des Wärmeaustauschs einfach eingestellt werden. Durch Umhüllung des Erhitzers und der Dichtplatte mit einem Wärmeisolierstoff kann die nach außerhalb des Wärmeisolierstoffs entlassene Wärme niedrig gehalten werden, so dass ein Wärmeausnutzungswirkungsgrad erhöht werden kann.
Es ist auch möglich, ein Einführungsfluid durch Abkühlen der Dichtplatte zu kühlen. Für die Abkühlung kann ein Kältemittel eingesetzt werden, das für einen üblichen Kühlschrank verwendet wird, oder, sofern verfügbar, kann eine Kühlplatte verwendet werden, die den Peltier-Effekt nutzt.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, die Vorrichtung in rechtwinkliger Richtung zu einer Strömung des Fluids zu erweitern, um einen breiten Fluidstrahl zu erzeugen. Ein erhitzter Gasstrahl mit einer großen Breite kann für das Erhitzen von Oberflächen eines großflächigen Metallblechs in der Größe von 1 m oder mehr bzw. eines entsprechend großen Glases bzw. einer Harzplatte verwendet werden.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine zylinderförmige Fluidwärmeaustauschvorrichtung herzustellen. Sogar eine groß dimensionierte plattenförmige Fluidwärmeaustauschvorrichtung kann einfach hergestellt werden. Bei der zylindrischen Fluidwärmeaustauschvorrichtung wird die Arbeit zur Ausbildung eines Strömungswegs einfach durch spanendes Herstellen von Wannen mittels einer Drehbank und durch Bohren von Verbindungsbohrungen, die die Wannen verbinden, mittels eines Bohrers ausgeführt. Durch Neigen der Achsen der Verbindungsbohrungen überlappen sich die Achsen der in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite einander nächstliegenden Verbindungsbohrungen nicht. Diese durch Neigen erzeugten, sich nicht überlappenden Achsen verhindern die Entstehung einer laminaren Strömung und erzeugen kontinuierlich turbulente Strömungen, die senkrecht aufprallen. Dies steigert den Wärmeaustauschwirkungsgrad.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Material, das den Strömungsweg bildet, abhängig von den chemischen Eigenschaften eines zu handhabenden Fluids gewählt werden. Wenn das zu handhabende Fluid eine hohe Temperatur hat, sind Keramiken effektiv. Wenn jedoch ein Dichtigkeitsgrad erforderlich ist, der mittels Schweißen erreicht werden kann, so ist ein Metall geeignet. Metall, das auch bei einer hohen Temperatur Festigkeit hat, ist für Verwendung bei einer hohen Temperatur effektiv. Verwendung von Kunststoff, der Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphene enthält, ermöglicht die Verwendung von Fluid, das eine chemische Korrosionswirkung hat, und das chemischkorrosive Fluid kann als eine Wärmequelle verwendet werden. Wenn dies möglich gemacht ist, so wird die Verwendung der Fluidwärmeaustauschvorrichtung als Wärmeaustauscher bei einer geothermischen Energiegewinnung möglich.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Gasart entsprechend dem Anwendungszweck gewählt werden. Ein Inertgas ist für augenblickliches Erhitzen der Oberfläche eines Gegenstands effektiv. Ein Reduktionsgas ist zum Brennen eines auf einer Oberfläche eines Substrats aufgetragenen Materials in einer Reduktionsatmosphäre effektiv. Glühen mit einem Gas, das Selen oder dergleichen enthält, ist zum Sintern von Kristallen aus CIGS (Cu, In, Ga, Se) effektiv.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Transport von Hochtemperaturabgas in einem Schornstein, einer Einrichtung oder Anlagen unter Beibehaltung seiner Bestandteile und seiner Temperatur vorzunehmen. Dies ist für die Verschmutzungsüberwachung effektiv.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ist die vorliegende Erfindung für das augenblickliche Erzeugen von Hochtemperaturdampf effektiv, und sie ist auch geeignet zum augenblicklichen Erhitzen von Chemikalien an deren Verwendungsstellen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können kontinuierliche Prozesse in einem kleinen Raum als ein Prozess ausgeführt werden, bei dem eine Flüssigkeit mit gemischten Bestandteilen in einer ersten Fluidwärmeaustauschvorrichtung erhitzt wird, um durch schnelles Verdampfen eine Kondensation der Flüssigkeit zu erreichen, und als ein Prozess, bei dem in einer zweiten Fluidwärmeaustauschvorrichtung die kondensierte Flüssigkeit mit gemischten Bestandteilen abgekühlt wird, um eine feste Komponente zu kondensieren und eine Abtrennung der festen Komponente durchzuführen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, wiederverwendbares Gas mit hohem chemischem Potenzial aus Fleisch, Gemüse oder Holzsplittern zu entnehmen und dieses als Brennstoffressource wiederzuverwenden.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer konventionellen Gasheizvorrichtung (wiederveröffentlichtes Patent WO 2006/030526 ).
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer konventionellen Gasheizvorrichtung (eine Gasheizvorrichtung wie in 5 der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-001541 gezeigt).
3 zeigt eine schematische Darstellung eines grundsätzlichen Mechanismus zur Bewerkstelligung von Wärmeaustausch zwischen einer Platte und Dichtplatten.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fluidwärmeaustauschmechanismus, bei dem ein Strömungsweg durch sandwichartiges Einschließen eines Plattenbauelements zischen Dichtplatten gebildet ist.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Fluidwärmeaustauschvorrichtung, die ein gesamtes Gehäuse zeigt, das ein Teilstück eines Fluidwärmeaustausch-Mechanismus beherbergt.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Wärmeaustauschvorrichtung, die modifizierte Varianten einer Fluideinlass- und einer Fluidauslassöffnung zeigt.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Fluidwärmeaustauschvorrichtung, die mit zwei Wärmeaustauschplatten versehen ist.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Struktur, in der ein Strömungsweg auf einer Seite einer Platte gebildet ist.
9 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren Struktur, in der ein Strömungsweg auf einer Seite einer Platte gebildet ist.
10 zeigt einen schematischen Querschnitt noch einer weiteren Struktur, in der ein Strömungsweg auf einer Seite einer Platte gebildet ist.
11(A) zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung, in der nächstliegende Verbindungsbohrungen, die in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite stehen, nicht auf der gleichen Verbindungsbohrungsachse angeordnet sind.
11(B) zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der gerade Linien, die die Position von Wannen bezeichnen, und Achsen der Verbindungsbohrungen nicht parallel zueinander sind.
12(A) zeigt einen schematischen Querschnitt eines Zylinders, auf dessen Oberfläche ein Strömungsweg gebildet ist, in einer Umfangsphase P11.
12(B) zeigt einen schematischen Querschnitt eines Zylinders, auf dessen Oberfläche ein Strömungsweg gebildet ist, in einer Umfangsphase P22.
12(C) zeigt eine Phase einer Position in Umfangsrichtung, wo eine Verbindungsbohrung liegt.
13 zeigt eine schematisch dargestellte Perspektivansicht einer Wärmeaustauschvorrichtung, bei der Strömungswege auf beiden Seitenflächen einer Platte gebildet sind, die zu einer schlitzförmigen Fluidauslassöffnung vereinigt werden, durch die das Fluid austritt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fluidwärmeaustauschmechanismus 400, bei dem ein Strömungsweg durch sandwichartiges Einschließen eines Plattenbauelements zischen Dichtplatten gebildet ist. Die Dichtplatten 403 und 404 sind mit Erhitzern 405, 406, 407 und 408 versehen.
Die Platte 410 und die Dichtplatten 403 und 404 bestehen aus rostfreiem Stahl entsprechend der Norm SUS316L. Durch Bearbeiten der beiden Seitenflächen der Platte werden Wannen G11, G12, G21, G22, G31, G32, G41, G42, G51, G52 und G61 mit einem jeweiligen Abstand voneinander von 2 mm hergestellt. Die Wannen haben eine Tiefe von 1 mm und eine Fläche von 4 mm × 30 mm. Verbindungsbohrungen H12, H21, H22, H31, H32, H41, H42, H51, H52 und H61 verbinden Wannen miteinander. Die Anzahl der Verbindungsbohrungen, die mit einem Bohrer gebohrt wurden, liegt in einem Bereich zwischen fünf und zehn Verbindungsbohrungen. Die Verbindungsbohrungen haben einen Durchmesser von 2 mm und eine Länge von 3 mm.
Ein Abstand von einem Auslass der Verbindungsbohrung zu einer die Wanne umgebenden Wand, auf die ein Fluid aufprallt, ist kürzer als die Länge der Verbindungsbohrung, so dass das Fluid aus einem Auslass der Verbindungsbohrung mit hoher Geschwindigkeit austritt und auf die die Wanne umgebende Wand aufprallt. Diese Beziehung zwischen dem Abstand vom Auslass der Verbindungsbohrung zu der Wand, auf die das Fluid aufprallt, und der Länge der Verbindungsbohrung ist eine wirksame Beziehung für das Hervorrufen eines effektiven Wärmeaustausches.
Die Verbindungsbohrungen H11 und H62, über die ein Fluideinführanschluss 401 und ein Fluidauslassanschluss 402 mit den Wannen H11 und G61 verbunden sind, wurden mit einem Bohrer gebohrt. Nachdem der Fluideinführanschluss angeschweißt war, wurde eine Reinigung durchgeführt und die Dichtplatten 403 und 404 und die Platte 410 wurden an ihren umfangsseitigen Rändern miteinander verschweißt. Somit war der Strömungsweg für ein Fluid gebildet.
In die Dichtplatten 403 und 404 sind die Erhitzer 405, 406, 407 und 408 eingesetzt. Die Erhitzer sind der leichteren Verständlichkeit halber als aus den Dichtplatten herausragend dargestellt. Die Erhitzer können tatsächlich auch im Inneren der Dichtplatten vorgesehen werden.
Die Erhitzer können auch in der Mitte der Dichtplatte liegen. Im Beispiel sind vier Erhitzer dargestellt, es kann jedoch auch nur ein Erhitzer vorgesehen sein. Insoweit ist die Auslegung frei wählbar.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Fluidwärmeaustauschvorrichtung 500, die ein gesamtes Gehäuse darstellt, in dem ein Fluidwärmeaustauschmechanismus 400 aufgenommen ist.
Der Fluidwärmeaustauschmechanismus 400 wird mittels eines Erhitzers 503 erhitzt, der von einer Erhitzer-Speiseleitung 505 mit Energie gespeist wird. Der Erhitzer 503 besteht aus Siliziumkarbid und kann ein Erhitzen bis auf eine Temperatur von 1000°C ausführen.
Die Fluidwärmeaustauschvorrichtung 500 ist derart ausgebildet, dass der Fluidwärmeaustauschmechanismus 400 in ein wärmeisolierendes Gehäuse 501 und ein Außengehäuse 502 eingesetzt ist.
Der Fluidwärmeaustauschmechanismus 400 ist mittels des wärmeisolierenden Gehäuses 501, das ein wärmeisolierendes Material 504 enthält, wärmeisoliert. Das Außengehäuse 502 aus rostfreiem Stahl ist außerhalb des wärmeisolierenden Gehäuses 501 angeordnet. Ein Ende des Außengehäuses 502 ist mit einem Flansch 506 verbunden. Eine Temperatur des Fluidauslasses des Fluidwärmeaustauschmechanismus 400 wird mittels eines nicht dargestellten Thermoelements gemessen, und die Leistung wird so gesteuert, dass eine benötigte Temperatur aufrechterhalten wird. Eine festgesetzte Temperatur des Fluidauslasses war auf 500°C festgelegt, um auf 500°C erhitzten Stickstoff zu erzeugen.
Ein Stickstoffgas wird über den Fluideinlassanschluss 401 mit einer Rate von 100 SLM zugeführt. Das Stickstoffgas wird im Fluidwärmeaustauschmechanismus 400 augenblicklich erhitzt. Der auf 500°C erhitzte Stickstoff tritt über den Fluidauslassanschluss 402 aus. Ist die Heiztemperatur auf 300°C eingestellt, so erhält man Stickstoff, der fast dieselbe Temperatur von 300°C hat.
Oben wurde ein Ausführungsbeispiel zum Erhitzen von Stickstoffgas gezeigt. Der vorliegende Heizmechanismus kann auch für anderes Gas als Stickstoffgas verwendet werden.
Verwendet werden können beispielsweise auch ein Inertgas, das Argon, Helium, Kohlenwasserstoff oder Fluorkohlenstoff enthält, Wasserstoff oder ein Wasserstoff freisetzendes Reduktionsgas, ein Gas, das ein Element der sechsten Hauptgruppe (Gruppe VIB), wie z.B. Sauerstoff oder Schwefel, Selen, Tellur enthält, oder ein Gas, das ein Element der siebten Hauptgruppe (Gruppe VIIB), wie z.B. Fluor, enthält. Ein aus mehreren dieser Gase zusammengesetztes Gas kann auch verwendet werden.
Das Gas kann auch ein Gas sein, das Wasser oder Luft enthält.
Ein beliebiges anderes Fluid als Gas kann auch verwendet werden. Wenn das Fluid beispielsweise Wasser ist, kann ein Hochtemperaturdampf erzeugt werden.
Im obigen Ausführungsbeispiel wurden Bauteile aus SUS316L hergestellt. Geeignetes Material wird entsprechend einem zu verwendenden Temperaturbereich oder den Eigenschaften eines Fluids beliebig gewählt. Ein Material, aus dem Bauteile hergestellt sind, ist nicht nur ein Metall, wie z.B. rostfreier Stahl oder Aluminium, sondern auch ein mit einem anderen Metall beschichtetes Metall.
Wenn zudem Metallkontamination besonders abzulehnen ist, können die Bauteile auch aus Keramiken hergestellt sein, welche Graphit, Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid enthalten.
6 zeigt eine Platte 610 als ein modifiziertes Beispiel der Platte 410. Die Platte 610 ist mit Fluideinführanschlüssen 601 und 602 versehen. Von den jeweiligen Fluideinführanschlüssen 601 und 602 werden Einlassfluide F11 bzw. F12 eingeführt, wobei die Durchflussmengen mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung zum Steuern der Durchflussmenge gesteuert werden. Die Fluide F11 und F12 können das gleiche Fluid oder auch verschiedene Fluide sein. An der Wanne G11 der Wannen G11, G21, G31, G41, G51 und G61 befinden sich Verbindungsbohrungen H611 und H612. Die Verbindungsbohrungen H611 und H612 können sich auch an einer anderen Wanne befinden.
Mit der Wanne G61 verbundene Verbindungsbohrungen H621 sind mit einer Fluidauslassöffnung 603 verbunden, die ein Auslass für ein nach dem Wärmeaustausch ausgelassenes Fluid F2 ist. Die Fluidauslassöffnung 603 hat eine Schlitzform mit der Länge L und der Breite W.
Wenn zwischen der Dichtplatte 403 und der Platte eine als eine Fluidauslassöffnung 603 zu verwendende Lücke mit einer Länge L und einem Spalt W gebildet wird (nicht dargestellt), dient die betreffende Lücke als der Fluidauslass 603, ohne dass die Verbindungsbohrungen H621 hergestellt werden.
Mit zunehmender Ausdehnung der Platte 610 wird die Länge L des Fluidauslasses vergrößert. Die Länge L des austretenden Fluids kann erweitert werden, indem Platten 610 parallel miteinander verbunden werden, um einen einzigen Fluidauslass zu bilden.
7 zeigt eine Fluidwärmeaustauschvorrichtung 700 als ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der Fluidwärmeaustauschvorrichtung. Die Fluidwärmeaustauschvorrichtung 700 weist eine mittlere Heiz-Dichtplatte 701 in der Mitte der betreffenden Vorrichtung auf, wobei die Dichtplatte mit einem Erhitzer 702 versehen ist. Zwei Platten 703 und 705, welche Gaserhitzungsströmungswege bilden, sind an beiden Seiten der Dichtplatte 701 vorgesehen. Dichtplatten 704 und 706 sind außerhalb dieser Platten vorgesehen, und Gasströmungswege, die mittels dieser Dichtplatten und der Platten dicht verschlossen sind, sind in einer Art eines Zweistrangsystems gebildet.
Ein Einführungsstrom F1 wird über die Verbindungsbohrungen H711 und 712 in zwei Ströme geteilt, um zu den beiden Platten 703 und 705 geleitet zu werden. Die erhitzten Fluide werden über die Verbindungsbohrungen H721 und H722 zu der mittleren Heiz-Dichtplatte 701 gesammelt, so dass ein Auslassfluid F2 aus dem Fluidauslass 603 abgelassen wird.
Diese Dichtplatten und Platten bilden einen Fluidwärmeaustauschmechanismus 710, den ein wärmeisolierendes Gehäuse 501 umgibt. Ein Außengehäuse 602 ist bereitgestellt, welches das wärmeisolierende Gehäuse 501 umgibt. Das wärmeisolierende Gehäuse 501 und das Außengehäuse 602 sind an einem Flansch 506 befestigt.
Die Fluidwärmeaustauschvorrichtung 700, die so konstruiert ist, dass die mittlere Heiz-Dichtplatte 701, die mittels des Erhitzers erhitzt wird, in der Mitte der Vorrichtung 700 vorgesehen ist, dass die mittlere Heiz-Dichtplatte 701 mit der Fluideinlassöffnung 401 versehen ist, und dass die mittlere Heiz-Dichtplatte 701 zwischen den Platten 703 und 705, die eine Wärmeaustauschstruktur haben, sandwichartig eingeschlossen ist, wird wie oben beschrieben hergestellt. Die Fluidwärmeaustauschvorrichtung 700 stellt eine Struktur bereit, durch die eine große Durchflussmenge erzielt werden kann und die eine Temperatur in einer Richtung nach außen verringern kann.
Das obige Ausführungsbeispiel hat die Struktur, in der Wannen zum Wärmeaustausch auf den beiden Seiten der Platte, also auf der Vorder- und der Rückseite, gebildet sind, und der Strömungsweg die Platte kreuzt. Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Struktur hat, in der auf einer Seitenfläche einer Platte, die als ein Grundkörper dient, Wannen gebildet sind und ein Strömungsweg die Platte, die als ein Grundkörper dient, nicht kreuzt.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Struktur, in der ein Strömungsweg auf einer Seite einer Platte 800, die als Grundkörper dient, gebildet ist.
Wenn die in 3 gezeigte Wanne G11 der in 8 gezeigten Wanne G81 entspricht, entspricht eine Wanne G82 der in 3 gezeigten Wanne G12. In ähnlicher Weise entsprechen die Wannen G83 und G84 jeweils den in 3 gezeigten Wannen G21 und G22. Die Verbindungsbohrungen H812, H823 und H834 entsprechen jeweils den in 3 gezeigten Verbindungsbohrungen H12, H21 und H22. Ein Fluid-Strömungsweg ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Dieser Strömungsweg kreuzt nicht die Platte 800.
Ein Fluid, dessen Strömungsgeschwindigkeit an der Verbindungsbohrung zunimmt, prallt im Wesentlichen senkrecht auf eine Wand der Platte 800, wodurch ein augenblicklicher Wärmeaustausch mit der Wand erfolgt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Fluid erhitzt, da die Platte 800 mittels einer Wärmequelle 803 erhitzt, die einen Erhitzer als Heizmechanismus verwendet. Wenn anstelle des Heizmechanismus eine ein Kühlmittel verwendende Kühlquelle 803 in der Platte vorgesehen ist, wird ein Fluid abgekühlt.
Da die auf einer Seite der Platte angeordneten Wannen klein werden, nähern sich auch die benachbarten Verbindungsbohrungen gegenseitig an. Es ist die Eigenschaft eines Fluids, dass, wenn benachbarte Verbindungsbohrungen einen spezifischen Strömungsweg bilden, keine gleichförmige Durchflussmengenverteilung erfolgt. Um ein solches Phänomen zu vermeiden, ist es wünschenswert, entsprechende Verbindungsbohrungen so anzuordnen, dass Verbindungsbohrungsachsen nicht miteinander überlappen.
9 zeigt eine Struktur, in der Verbindungsbohrungen schräg angeordnet sind und die Größen der Wannen weiter verkleinert sind. Dies hat den Vorteil, dass ein Anordnungsabstand von Wannen und ein Anordnungsabstand von Bohrungen entlang einer Strömungsrichtung eines Fluids gegenüber dem Fall in 8 verkleinert werden kann. Um hierbei stromaufseitig und stromabseitig positionierte Verbindungsbohrungen voneinander zu beabstanden, sind die nächstliegenden Verbindungsbohrungen, die in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite stehen, so angeordnet, dass ihre jeweiligen Achsen nicht miteinander überlappen. Um dies zu zeigen, ist in 9 eine Verbindungsbohrung H923 mit gestrichelter Linie dargestellt.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die spanende Bearbeitung zur Bildung der Wannen gegenüber derjenigen in 9 weiter vereinfacht ist. Die Wannen G101, G102, G103 und G104 haben einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt, so dass die spanende Bearbeitung einfacher ist. Auch in diesem Fall sind die nächstliegenden Verbindungsbohrungen H1012, H1023 und H1034, die in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite stehen, so angeordnet, dass ihre jeweiligen Achsen nicht miteinander überlappen. Um dies zu zeigen, ist eine Verbindungsbohrung H1023 mit gestrichelter Linie dargestellt.
11(A) zeigt eine Schnittansicht entlang eines XX-Schnitt in 10. 11(A) zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, in der die nächstliegenden Verbindungsbohrungen, die in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite stehen, so angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Achsen nicht miteinander überlappen. Die Geraden P1 und P2, die jeweils die Positionen von Wannen darstellen, und die Achsen 1101 der Verbindungsbohrungen liegen parallel zueinander.
11(B) zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, in der die Geraden P1, die die Positionen von Wannen darstellen, und die Achsen 1101 der Verbindungsbohrungen nicht parallel zueinander liegen. Auch dieser Fall zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Anordnung, bei der die nächstliegenden Verbindungsbohrungen, die in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite stehen, so angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Achsen nicht miteinander überlappen.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem Strömungswege nicht auf einer Seite einer Platte, die als ein Grundkörper dient, sondern auf einer Oberfläche eines Zylinders 1200, der als ein Grundkörper dient, vorgesehen sind. Ein Erhitzer 1201 zum Erhitzen eines Fluids ist im Inneren des Zylinders 1200 positioniert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Erhitzer 1201 in der Mitte des Zylinders 1200 angeordnet.
Wannen sind an der Oberfläche des Zylinders angeordnet, und benachbarte Wannen sind durch eine Verbindungsbohrung verbunden. Die Struktur der Wanne kann frei aus den in 8, 9 und 10 dargestellten Strukturen gewählt werden. Die nächstliegenden Verbindungsbohrungen, die in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite stehen, sind entlang einer Umfangsrichtung an unterschiedlichen Positionen angeordnet, so dass ihre jeweiligen Achsen nicht miteinander überlappen.
12(C) zeigt eine Phase einer Verbindungsbohrung an einer Position in einer Umfangsrichtung. Diese Phase wird in der vorliegenden Beschreibung als „Umfangsphase“ bezeichnet. Was die nächstliegenden Verbindungsbohrungen, die in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite stehen, anbelangt, so sind beispielsweise die Verbindungsbohrungen auf der stromaufwärtigen Seite, entlang den Umfangsphasen P11, P12, P13 und P14 angeordnet, und die benachbarten Verbindungsbohrungen auf der stromabwärtigen Seite sind entlang den Umfangsphasen P21, P22, P23 und P24 angeordnet.
12(A) und 12(B) zeigen Querschnitte durch einen Zylinder, an dessen Oberfläche Strömungswege gebildet sind, an den Umfangsphasen P11 und P12. An den Zylinder 1200, an dessen Oberfläche Strömungswege gebildet sind, ist ein Dichtzylinder 1202 angeschweißt, so dass geschlossene Strömungswege gebildet sind. Ein an einer Verbindungsbohrung beschleunigtes Fluid prallt mit hoher Geschwindigkeit auf eine Wand des Zylinders, wodurch ein effektiver Wärmeaustausch erfolgt.
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines plattenförmigen Wärmeaustauschmechanismus. An beiden Seiten einer Platte 1300, die als Grundkörper dient, sind Strömungswege gebildet. Dichtplatten 1302 sind an die Platte 1300 angeschweißt, so dass geschlossene Strömungswege auf beiden Seiten der Platte 1300 gebildet sind. Das Material ist SUS316L. Die an beiden Seiten erzeugten erhitzten Fluide werden gesammelt, um aus einem schlitzförmigen Fluidauslass 1301 ausgelassen zu werden. Das erhitzte Fluid ist für das Erhitzen einer plattenförmigen Probe geeignet.
Oben ist ein Verfahren zum leichten Bilden der Struktur einer Wärmeaustauschvorrichtung zum augenblicklichen Erhitzen oder Abkühlen von Fluid gezeigt. Die betreffende Wärmeaustauschvorrichtung kann durch Bearbeiten von verschiedenen Metallen, die rostfreien Stahl, Aluminium, Nickel, Eisen, Chrom und Wolfram einschließen, hergestellt werden.
Es ist auch möglich, ein Metalllaminat oder ein mit Metall beschichtetes Material zu verwenden.
Es ist auch möglich, Keramikmaterialien oder mit SiC beschichteten Kohlenstoff zu verwenden. Es ist auch möglich, einen Kunststoffverbundwerkstoff zu verwenden, der Kohlenstoff wie Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphene u.a. enthält.
Obschon in den gezeigten Beispielen nur eine Vorrichtung als die vorliegende Vorrichtung verwendet worden ist, kann eine solche Konfiguration so angepasst werden, dass eine Vielzahl der vorliegenden Vorrichtungen in Reihe oder parallel angeordnet sind. Die Temperaturen der jeweiligen Vorrichtungen können beliebig eingestellt werden. Es ist möglich, dass beispielsweise zwei Fluidwärmeaustauschmechanismen in Reihe miteinander verbunden sind und dabei mittels einer ersten Fluidwärmeaustauschvorrichtung ein Fluid bei einer eingestellten Temperatur in ein Gas umgewandelt wird und mittels einer zweiten Fluidwärmeaustauschvorrichtung dieses Gas zu einem Gas mit einer beliebig eingestellten Temperatur verändert wird. Es ist auch möglich, durch Verwendung der vorliegenden Vorrichtung, die größenreduziert worden ist, aus Wasser augenblicklich einen Hochtemperatur-Wasserdampf zu erzeugen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung stellt ein klein bauendes Bauelement zur Erzeugung einer großen Menge von Gas oder Flüssigkeit, die auf eine hohe Temperatur erhitzt worden sind, zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung stellt auch einen klein bauenden Wärmeaustauscher für eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Kältemittels, das für die Supraleitung verwendet wird, zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung kann auf Anwendungsgebiete, wie Trocknung von Drucksachen, klein bauende Erhitzer, Heizung eines Treibhauses, Erzeugung von Hochtemperatur-Chemikalien zur Reinigung, Erhitzung von Lebensmitteln, Sterilisierung, Erzeugung von überhitztem Dampf zum Zersetzen organischer Substanzen für Verwendung von Biomasse- Stromerzeugung, oder als Kühlgerät einer Kühlvorrichtung in einer supraleitenden Anlage verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist geeignet für eine Technik zur kostengünstigen Herstellung einer Solarzelle oder eines Flachbildschirms (FPD, Flat Panel Display) als Schicht auf einem großflächigem Substrat, wie bspw. einem Glassubstrat.
Bei Handhabung von Temperaturen unter 300°C kann ein Verbundwerkstoff, der Kohlenstoff enthält, verwendet werden. Da ein Kunststoffverbundwerkstoff kostengünstig bearbeitet werden kann und chemische Beständigkeit hat, stellt die vorliegende Erfindung einen Wärmeaustauscher mit hohem Wirkungsgrad zur Verfügung, wenn eine toxische Wärmequelle, wie z.B. geothermische Energiegewinnung, verwendet wird. Wenn im Gegenteil zum Erhitzen das betreffende Bauelement zum Abkühlen verwendet wird, dient dieses als ein Wärmeaustauschbauelement zum Erzeugen eines abgekühlten Gases oder einer abgekühlten Flüssigkeit.
Bezugszeichenliste

101: Gaseinlass
102: Hohlscheibe
103: Röhre
104: Gasauslass
300: Platte
301: Fluideinlassöffnung
302: Einlassfluid
303, 305: Dichtplatte
304, 306: Erhitzer
307: Fluidauslassöffnung
308: Auslassfluid
G11, G12, G21, G22: Wanne
H12, H21, H22: Verbindungsbohrung
400: Fluidwärmeaustauschmechanismus
401: Fluideinführöffnung
402: Fluidauslassöffnung
403, 404: Dichtplatte
405, 406, 407, 408: Erhitzer
410: Platte
G11, G12, G21, G22, G31, G32, G41, G42, G51, G52, G61: Wanne
H12, H21, H22, H31, H32, H41, H42, H51, H52, H61: Verbindungsbohrung
F1: Einlassfluid
F2: Auslassfluid
500, 700: Fluidwärmeaustauschvorrichtung
501: wärmeisolierendes Gehäuse
502: Außengehäuse
503: Erhitzer
504: wärmeisolierendes Material
505: Speiseleitung
506: Flansch
601: Fluideinlassöffnung
602: Fluideinlassöffnung
603: Fluidauslass
610: Platte
611, 612, 621: Verbindungsbohrung
F11, F12: Einlassfluid
L: Länge des Fluidausgangs
W: Breite des Fluidauslasses
701: mittlere Heiz-Dichtplatte
702: Erhitzer
703, 705: Platte
704, 706: Dichtplatte
710: Fluidwärmeaustauschmechanimus
H711, H712, H721, H722: Verbindungsbohrung
800: Platte
801: Fluideinlassöffnung
802, 806: Fluid
803: Wärmequelle oder Kühlquelle
804: Dichtplatte
805: Fluidauslass
G81, G82, G83, G84, G91, G92, G93, G94, G101, G102, G103, G104: Wanne
H812, H823, H834, H912, H923, H934, H1012, H1023, H1034: Verbindungsbohrung
1101: Achse der Verbindungsbohrung
P1, P2: Position der Wannen anzeigende Gerade
1200: Zylinder
1201: Erhitzer
1202: Dichtzylinder
P11, P12, P13, P14, P21, P22, P23, P24: Umfangsphase
1300: Platte mit Strömungsweg an ihren beiden Seiten
1301: schlitzförmiger Fluidauslass
1302: Dichtplatte
1303: Erhitzer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006030526 [0005]
JP 2010-001541 [0006, 0088]
WO 2006/030526 [0087]

Claims

Fluidwärmeaustauschvorrichtung, umfassend eine Platte mit Wannen, Verbindungsbohrungen, einer Einführungsöffnung und einer Ausstoßöffnung, und zwei an beiden Seiten der Platte, also an Vorder- und Rückseite, bereitgestellten Dichtplatten, wobei die Wannen an einer vorderen Oberfläche und an einer hinteren Oberfläche der Platte in einer Richtung in einer Vielzahl von Stufen angeordnet sind, wobei Wannen der auf einer Seite der Platte bereitgestellten Wannen und Wannen der auf der anderen Seite der Platte bereitgestellten Wannen mittels der zwei Dichtplatten in einer luftdichten Weise verschlossen sind, wobei eine der auf der einen Seite der Platte bereitgestellten Wannen einen Abschnitt aufweist, der mit zwei benachbarten, auf der anderen Seite der Platte bereitgestellten Wannen überlappt, wobei Verbindungsbohrungen so gebildet sind, dass sie länger sind als die Tiefe der Wannen und die auf der einen Seite der Platte bereitgestellten Wannen und die auf der anderen Seite der Platte bereitgestellten Wannen in dem überlappenden Abschnitt miteinander verbinden, wobei die Einführungsöffnung ein Fluid in eine Wanne der an einem Ende der Platte bereitgestellten Wannen einführt, wobei die Ausstoßöffnung das Fluid aus einer Wanne der an dem anderen Ende der Patte bereitgestellten Wannen auslässt, und wobei Wärmeaustausch zwischen den Dichtplatten und dem Fluid erfolgt.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Gas ist, das durch Kombinieren wenigstens eines der folgenden Gase erhalten wurde: ein Stickstoff, Argon, Helium, Kohlenwasserstoff bzw. Fluorkohlenstoff enthaltendes Inertgas, Wasserstoff oder ein Wasserstoff entlassendes Reduktionsgas, ein ein Element der Gruppe VIB enthaltendes Gas, und/oder ein ein Element der Gruppe VIIB enthaltendes Gas
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Gas ist, das Wasser oder Luft enthält.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatten und die Platte aus Metall oder aus einem mit einem anderen Metall beschichteten Metall hergestellt sind.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatten und die Platte aus einem Keramikmaterial oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Verbundwerkstoff hergestellt sind.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatten erhitzt werden, indem Erhitzer in die Dichtplatten eingesetzt werden oder in engen Kontakt mit den Dichtplatten gebracht werden, oder dass die Platte erhitzt wird.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatten oder die Platte abgekühlt werden.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidwärmeaustauschvorrichtung in rechtwinkliger Richtung zu einer Strömung des Fluids erweitert ist, oder dass die Fluidwärmeaustauschvorrichtungen parallel miteinander verbunden sind und mehrere Ein- und Auslassöffnungen für das Fluid vorgesehen sind, oder dass die Form des Fluidauslasses schlitzförmig verlängert ist.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Platten unter Verwendung der drei Dichtplatten sandwichartig eingeschlossen sind, und dass die Wärme der in der Mitte positionierten Dichtplatte über die zwei Platten, die die in der Mitte positionierte Dichtplatte sandwichartig einschließen, zu dem Fluid geleitet wird.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung, die eine Struktur zum Erhitzen oder Abkühlen sowie Wannen, Verbindungsbohrungen und einen mit einem Strömungsweg versehenen Grundkörper aufweist, wobei eine Vielzahl von Wannen voneinander beanstandet angeordnet sind, wobei jede der Verbindungsbohrungen die benachbarten Wannen miteinander verbindet, und ein Fluid, das die Verbindungsbohrungen durchläuft, auf Wände der Wanne aufprallt und somit ein Wärmeaustausch zwischen den Wänden und dem Fluid erfolgt, wobei der Strömungsweg ein Fluid, das von einer Wanne der an einem Ende der Anordnung bereitgestellten Wannen eingeführt worden ist, aus einer Wanne der an dem anderen Ende der Anordnung bereitgestellten Wannen auslässt, und wobei Achsen der in einer Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des oben beschriebenen Fluids einander nächstliegenden Verbindungsbohrungen einander nicht überlappen.
Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg an einer Oberfläche des in Form einer Säule oder eines Prismas ausgebildeten Grundkörpers gebildet ist.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material für den Grundkörper ein Metall oder Mehrfachmetall, ein mit einem anderen Metall beschichtetes Schichtmetall, ein Metalloxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Nickeloxid, Siliziumkarbid enthaltendes Keramikmaterial, ein mit Siliziumkarbid beschichteter Kohlenstoff, und/oder ein Kohlenstoff, wie Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphene, enthaltender Verbundwerkstoff ist.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Stickstoff, Argon, Helium, Kohlenwasserstoff bzw. Fluorkohlenstoff enthaltendes Inertgas, Wasserstoff oder ein Wasserstoff entlassendes Reduktionsgas, ein ein Element der Gruppe VIB enthaltendes Oxidationsgas, und/oder ein ein Halogenelement der Gruppe VIIB enthaltendes Gas ist.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas ist, das Wasser oder Luft enthält.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser oder eine wässerige Lösung ist.
Fluidwärmeaustauschvorrichtung, bei der eine Vielzahl von Fluidwärmeaustauschvorrichtungen nach einem der Ansprüche 12 bis 17 in Reihe miteinander verbunden, und bei der die Temperatur des Grundkörpers für jede der Wärmeaustauschvorrichtungen eingestellt ist.
Vorrichtung, die einen Hochtemperaturdampf, der mittels der Fluidwärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erzeugt worden ist, und eine organische Substanz miteinander in Kontakt bringt.