JP2017503141A - 熱伝達面の大きさを設定する方法 - Google Patents

Abstract

循環過程中に凝縮、膨張、蒸発、圧縮される流体を使用する熱力学的過程に使用可能である、少なくとも１つの熱伝達面を有する熱交換器（１）を製造する方法である。熱伝達面の面積設定を、熱伝達面の最小面積値に関して行い、最小面積値は、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止するために、少なくとも、製造すべきまたは製造される熱交換器（１）により熱力学的過程の枠内で使用可能な流体に最小熱量を伝達するのに必要な値であり、流体のモル質量（Ｍ）と熱伝達面の最小面積値との間の相関関係に基づいて、熱伝達面の面積設定を行う。

Description

本発明は、循環過程中に凝縮、膨張、蒸発、圧縮される流体を使用する熱力学的過程に使用可能な、少なくとも１つの熱伝達面を有する熱交換器を製造する方法に関する。

熱交換器を熱力学的過程に使用することが知られている。熱力学的過程に際して、熱交換器は、特に、気体状の作動流体、略して流体を、特定の温度レベルに加熱するために用いられる。これにより、気体状の流体が、圧縮前、圧縮中および圧縮後に、つまり圧縮装置内へ進入する前に、または、圧縮装置から退出した後で、気体状の状態で保持されることが保証される。こうして、いわゆる液撃に起因する、相応の圧縮装置の破損を阻止することができる。

相応の熱力学的過程に使用可能な流体に関して、現在のかつ将来の法律的な規制に基づいて、特に良好な環境親和性および安全性に優れた、化学的に複雑な流体の発展がみられる。

このような流体を使用する熱力学的過程の枠内での熱交換器の使用は、特に困難である。というのも、今日まで、熱的に確実かつ満足させる形で、圧縮前、圧縮中および圧縮後にこのような流体の凝縮を阻止する流体への熱伝達が保証されるように熱交換器側の熱伝達面の面積設定を可能にする、相応の熱交換器の製造方法が知られていないからである。

したがって、本発明の根底を成す課題は、改善された、相応の熱交換器を製造する方法を提供することである。

この課題は、本発明によれば、冒頭で記述された方法において、
熱伝達面の面積設定を、熱伝達面の最小面積値に関して行い、
この最小面積値は、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止するために、少なくとも、製造すべきまたは製造される熱交換器によって、熱力学的過程の枠内で使用可能な流体に最小熱量を伝達するのに必要な値であり、
流体のモル質量（Ｍ）と熱伝達面の最小面積値との間の相関関係に基づいて、熱伝達面の面積設定を行う、
ことを特徴とする方法によって解決される。

本発明の原理は、少なくとも１つの熱伝達面を有する熱交換器を製造する技術的な製造方法に関する。製造すべきまたは製造される熱交換器は、作動流体、略して流体が循環過程中に凝縮、膨張、蒸発、圧縮される熱力学的過程の枠内で使用可能である。熱交換器は、熱力学的過程の枠内で、通常は、流体を蒸発させ蒸発装置と、流体を圧縮する圧縮装置、すなわちたとえばコンプレッサとの間に接続される。熱交換器は、伝熱式熱交換器と称するまたはみなすこともできる。

本発明に係る方法の要点は、要するに、特定の流体を使用する具体的な熱力学的過程に関して、十分に面積設定されたまたは寸法設定された熱伝達面を有する熱交換器を製造する可能性にある。熱伝達面は、熱交換器の動作中に、熱力学的過程の枠内で、流体への十分な熱伝達が実現されるように、面積設定または寸法設定されるべきであるし、または面積設定または寸法設定されているべきである。本発明によれば、とりわけ、熱交換器が使用可能である熱力学的過程の所定のプロセス条件またはプロセスパラメータの下で、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止する熱量を流体に伝達するかまたは伝達可能であるとき、流体への十分な熱伝達が得られる。

したがって、本発明に係る方法の枠内で、特定の最小面積値に関して、相応の熱交換器の熱伝達面の面積設定または寸法設定が可能である。最小面積値は、少なくとも、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止する最小熱量を流体に伝達するのに必要な値である。

したがって、熱伝達面の面積設定ひいては熱交換器の製造は、通常は、製造すべき熱交換器が使用可能な熱力学的過程の特定のプロセス条件またはプロセスパラメータを考慮して行われる。相応のプロセス条件またはプロセスパラメータは、たとえばデータバンクから、かつ／またはシミュレーションに基づいて用意することができる。

この場合、熱伝達面の面積設定に関して、とりわけ、製造すべき熱交換器が使用可能な熱力学的過程の枠内で使用可能であるまたは使用される流体のモル質量が極めて重要である。これは、本発明による原理が、流体のモル質量と熱伝達面の最小面積値との間の相関関係を形成可能であるという認識に基づいていることから明らかである。この相関関係を介して、熱伝達面の最適化された面積設定が比較的簡単に可能である。

したがって、本発明によれば、熱交換器側の熱伝達面の面積設定は、流体のモル質量と熱伝達面の最小面積値との間の相関関係に基づいて行われる。最小面積値は、少なくとも、圧縮前、圧縮後および圧縮中に製造すべきまたは製造される熱交換器により熱力学的過程の枠内で使用可能な流体の凝縮を阻止する最小熱量を流体に伝達するのに必要な値である。

したがって、記述のように、製造すべき熱交換器が使用可能な熱力学的過程の、有利に設定されるプロセス条件またはプロセスパラメータの他に、本発明に係る方法を実現するために、とりわけ、熱力学的過程に使用可能なまたは使用される流体のモル質量に関する情報が必要である。流体のモル質量が知られていない場合には、たとえばデータバンクから取り出すか、または流体のモル質量の算定のための既知の測定方法に基づいて算定することができる。

さらに続いて、つまり熱交換器側の熱伝達面の面積設定または寸法設定後に行われる実際の熱交換器の製造は、熱伝達面の最小面積値に基づいて行われる。熱交換器または熱伝達面の具体性に応じて、そのために知られた、特に鋳造プロセス、打抜きプロセス／曲げプロセスなどのような、形状を与える製造技術的な製造プロセスを設定してよい。

本発明に係る方法によって製造可能な熱交換器の具体的な実施の形態は、たとえば二重管式熱交換器、同軸式熱交換器、プレート式熱交換器、管束式熱交換器またはスパイラル形熱交換器である。

熱力学的過程に関連する全ての以下の形態は、それぞれ製造すべき熱交換器または流体が使用可能である熱力学的過程に関係する。

流体のモル質量と熱伝達面の最小面積値との間の相関関係の枠内で、通常は、まず、流体のモル質量と、流体の気相線の逆の傾き（der inversen Steigung der Taulinie）との関連付けが行われる。原則的に、流体固有の気相線の逆の傾きは、特に流体の温度に依存するので、流体のモル質量と気相線の逆の傾きとの間の関連付けは、好適には、流体の所定の温度に対して行われる。この温度は、通常は、流体の蒸発温度、つまり流体が蒸発の後で過熱が生じる前に有する温度である。

相応の流体のモル質量と気相線の逆の傾きとの間の相関関係は、調査において示して説明することができた。この場合、調査により、特に、相応の流体のモル質量と気相線の逆の傾きとの間に（ほぼ）線形の関係があること判明した。

流体の気相線の逆の傾きを使用する利点は、相応の熱力学的過程に使用可能であるかまたは使用されるいくつかの流体が、たとえば相応の温度−エントロピー線図、略してＴ−Ｓ線図において、ほぼ等エントロピーの、ひいては垂直の気相線となり、したがって傾きが極めて大きいことにより得られる。したがって、流体の気相線の逆の傾きを使用することで、特に、考察される複数の流体のより良好な比較が可能になる。

流体の気相線の逆の傾きは、さらに続いて、通常は、所定の温度を起点として、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止する、流体の最小限必要な温度上昇と関連付けされる。所定の温度は、同様に好適には、流体の蒸発温度、つまり流体が蒸発後に有する温度である。調査において、流体の最小限必要な温度上昇と気相線の逆の傾きとの間に（ほぼ）線形の関係が生じることを示して説明することができた。

最小限必要な温度上昇は、さらに続いて、通常は、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止するために流体に伝達しなければならない熱量を表す、最小限必要なエンタルピー差と関連付けされる。したがって、最小限必要なエンタルピー差は、圧縮前、圧縮後および圧縮中に凝縮を阻止するために熱交換器の熱伝達面を介して流体に伝達しなければならない熱量に関する。調査において、最小限必要なエンタルピー差と流体の気相線の逆の傾きとの間に、ひいては流体のモル質量との間にも、（ほぼ）線形の関係が生じることを示して説明することができた。

以下、最小限必要なエンタルピー差は、通常は、最小面積値と関連付けされる。したがって、このようにして最終的に、熱交換器が使用可能である各々の熱力学的過程に関する熱交換器の熱伝達面の最小面積値に相当する面積を算定することができる。

最小限必要なエンタルピー差と最小面積値との間の関連付けは、特に以下の関係式を介して行われる。

ここで、

は流体の質量流量であり、ｍｉｎΔｈは最小限必要なエンタルピー差であり、ｋは熱伝達係数であり、Ａは最小面積値であり、ΔＴは熱交換器の熱伝達面の高温側と低温側との間の温度差である。

この場合、好適には、特に、流体もしくは流体の化学組成、熱交換器を形成する材料、および場合により生じる熱力学的過程の別のプロセス条件もしくはプロセスパラメータに依存して、特定の熱伝達係数ｋおよび特定の温度差ΔＴが仮定される。

そうして、流体のモル質量と熱伝達面の最小面積値との間の相関関係の枠内で、周辺条件として、好適には少なくとも１つの特定の温度、つまり特に蒸発後の流体の温度、および／または特定の熱伝達係数ｋ、および／または熱伝達面の高温側と低温側との間の特定の温度差ΔＴが使用される。

ここで再度言及しておくと、本発明に係る方法の枠内で、熱力学的過程の特定のプロセス条件またはプロセスパラメータを、周辺条件として規定することができる。

これには、流体を凝縮、膨張、蒸発または圧縮するように構成されたまたは設置された、熱力学的過程において接続された単一のまたは複数の装置の、特に設定可能なまたは所定の動作パラメータ、つまり特に出力または消費電力も含まれる。したがって、たとえばこれに、熱力学的過程において接続された、（気体状の）流体を凝縮する凝縮装置の出力が含まれる。

本発明に係る方法の枠内で行われる、流体のモル質量と熱伝達面の最小面積値との間の関連付けは、通常は、１５０ｇ／ｍｏｌを上回るモル質量を有する、特に有機の流体に対して行われる。この流体は、流体の温度−エントロピー線図、略してＴ−Ｓ線図において、特に大きく張り出している２相領域を有する。通常は、張り出している２相領域は、そのようなＴ−Ｓ線図において流体の気相線が少なくとも部分的に、特に大部分、上昇するエントロピーの方向に傾いているときに存在する。

このような流体の具体例は、限定的な列挙ではないが、パーフルオロメチルブタノン、パーフルオロメチルペンタノン（商品名Ｎｏｖｅｃ^TM６４９）またはパーフルオロメチルヘキサノンである。これらは、それぞれ複雑な有機フルオロケトン化合物である。さらに、これらの流体は、たとえば不燃性および極めて小さな地球温暖化係数など、良好な環境親和性および安全性を有する点で優れている。

さらに、本発明は、流体が循環過程中に凝縮され、膨張され、蒸発され、圧縮される熱力学的過程に使用される熱交換器に関する。熱交換器は、少なくとも１つの熱伝達面を有している。熱交換器は、前述の方法に従って製造されることを特徴とする。したがって、本発明に係る方法に関連する全ての記述内容は、本発明に係る熱交換器についても同様に当てはまる。

本発明に係る熱交換器は、たとえば二重管式熱交換器、同軸式熱交換器、プレート式熱交換器、管束式熱交換器またはスパイラル形熱交換器である。

さらに、本発明は、流体が循環過程中に凝縮され、膨張され、蒸発され、圧縮される熱力学的過程におけるそのような熱交換器の使用に関する。このような熱力学的過程における熱交換器の使用についても、本発明に係る方法に関連する全ての記述内容が同様に当てはまる。

本発明の別の利点、特徴および詳細は、以下に記述される実施の形態および図面に基づいて明らかである。

本発明の１つの実施の形態による、熱力学的過程において接続された熱交換器の原理図である。 流体のモル質量と流体の気相線の逆の傾きとの間の相関関係を具体的に示す線図である。 熱力学的過程に使用される流体の温度−エントロピー線図である。 流体の気相線の逆の傾きと最小限必要な温度上昇との間の相関関係を判りやすく示す線図である。 流体の気相線の逆の傾きと最小限必要なエンタルピー差との間の相関関係を判りやすく示す線図である。

図１は、本発明の１つの実施の形態による、熱力学的過程において接続された熱交換器１の原理図を示している。

たとえば冷凍機またはヒートポンプにおいて逆ランキンプロセスで実行することができる熱力学的過程は、循環過程中に順次連続して進行するステップ、すなわち、液状の流体を蒸発させるステップ、蒸発後の気体状の流体を圧縮するステップ、気体状の圧縮された流体を凝縮させるステップ、および凝縮後の液状の凝縮された流体を膨張させるステップを有する。膨張された、液体の状態で存在する流体は、再び蒸発され、循環過程が新たに始まる。

各々のステップは、相応の、熱力学的過程で接続された複数の装置を介して実現される。これらの装置には、流体を蒸発させる蒸発装置２、流体流れに関して蒸発装置２に下流側に接続された、流体を圧縮する圧縮装置３、流体流れに関して圧縮装置３に下流側に接続された、通常はコンプレッサの形態の、流体を凝縮する凝縮装置４、および流体流れに関して凝縮装置４に下流側に接続された、通常は膨張弁の形態の、流体を膨張する膨張装置５が含まれる。

熱交換器１は、蒸発装置２と圧縮装置３との間に接続されることが明らかである。したがって、熱交換器１に付属する熱伝達面の高温側は、蒸発装置２と圧縮装置３との間の流体流れに割り当てられる。熱交換器１に付属する熱伝達面の低温側は、凝縮装置４と膨張装置５との間の流体流れに割り当てられる。

流体は、たとえば、商品名Ｎｏｖｅｃ^TM６４９で知られたフルオロケトンである。

熱交換器１は、特別な製造方法を介して製造されている。ゆえにその方法は、循環過程中に凝縮、膨張、蒸発、圧縮される流体が使用される熱力学的過程に使用可能である、少なくとも１つの熱伝達面を有する熱交換器１の製造に総じて合わせられている。

この方法によれば、熱交換器１を形成するための、他の製造技術的な製造ステップの他に、特に熱交換器側の熱伝達面の面積設定または寸法設定が行われる。熱伝達面の面積設定または寸法設定は、熱伝達面が所定の最小面積値を有するように行われる。この最小面積値は、少なくとも、製造すべき熱交換器１により熱力学的過程の枠内で使用される流体に最小熱量を伝達するのに必要となる値である。最小熱量は、流体の圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止する熱量である。

したがって、熱交換器側の熱伝達面は、熱力学的過程の特定のプロセス条件またはプロセスパラメータに関して、熱伝達面を介して、圧縮前、圧縮中および圧縮後の流体の凝縮を阻止する十分な熱量を流体に伝達できるように設定される。こうして、たとえばいわゆる液撃に起因する圧縮装置３の破損を阻止することができる。

本方法の枠内で、熱交換器側の熱伝達面の面積設定は、流体のモル質量Ｍと最小面積値との間の相関関係に基づいて行われる。

したがって、本発明に係る方法を実現するためには、製造すべき熱交換器１を使用可能な熱力学的過程の、有利に設定されるプロセス条件またはプロセスパラメータの他に、特に、熱力学的過程に使用可能なまたは使用される流体のモル質量Ｍに関する情報が必要である。

流体のモル質量Ｍと熱伝達面の最小面積値との間の相関関係の枠内で、まず関連付けが、すなわち流体のモル質量Ｍと流体の気相線の逆の傾きとの関係の形成が行われる。気相線の逆の傾きは、図２、図４および図５に示された線図においてそれぞれ「ＩＳ」と略して記載されている。

原則的に流体固有である、流体の気相線の逆の傾きは、特に流体の温度に依存するので、流体のモル質量Ｍと流体の気相線の逆の傾きとの間の関連付けは、好適には、流体の所定の温度に対して行われる。この温度は、流体の蒸発温度、つまり流体が蒸発後に、つまり蒸発装置２から離間した後で有する温度であってよい。

図２は、流体のモル質量Ｍ（ｘ軸線）と流体の気相線の逆の傾き（ｙ軸）との間の相関関係を判りやすく示す線図である。

様々な流体、特にフルオロケトンが３４８Ｋの温度で記入されている。この温度は、通常は、熱力学的過程の枠内の流体の蒸発温度に相当する。流体の蒸発温度は、記述のように、流体が蒸発装置２から離間した後で有する温度である。

図２において、（ほぼ）線形の関係が、相応の流体のモル質量Ｍと気相線の逆の傾きとの間に生じることが看取される。

相応の流体の気相線の逆の傾きを使用する利点は、相応の熱力学的過程に使用可能なまたは使用される複数の流体がほぼ垂直の気相線となり、したがって傾きが極めて大きいことにある。したがって、気相線の逆の傾きの使用は、考察される複数の流体のより良好な比較を可能にする。

方法の経過は、さらに続いて、点Ｐ１で示された、約３１６ｇ／ｍｏｌのモル質量Ｍを有するパーフルオロメチルペンタノン（商品名Ｎｏｖｅｃ^TM６４９）に基づいて説明される。図２に基づいて、この流体の気相線の逆の傾きが０．５２６Ｊｍｏｌ^-1Ｋ^-2であることが看取される。したがって、この流体の気相線の逆の傾きは、特にグラフから特定または算定することもできる。

流体の気相線の逆の傾きは、さらに続いて、仮定の温度、つまりここでは３４８Ｋを起点として、流体の最小限必要な温度上昇と関連付けされる。流体の最小限必要な温度上昇は、少なくとも、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止するのに必要な温度上昇である。

最小限必要な温度上昇の算定をより詳しく説明するために、熱力学的過程に使用される流体に対する、温度−エントロピー線図、略してＴ−Ｓ線図を示す図３が参照される。流体の温度Ｔはｙ軸に、流体のエントロピーＳは、ｘ軸に記入されている。

原則的に、図３に示されたＴ−Ｓ線図に基づいて、特に流体の気相線６（グラフの右側の弧参照）、流体の液相線７（グラフの左側の弧参照）および流体の２相領域８が認められる。２相領域８では、流体は２つの相、つまり気相および液相で存在する。気相線６の右側に位置する領域９では、流体は気体であり、液相線７の左側に位置する領域１０では、流体は液体である。

看取されるように、流体は、強く張り出している２相領域８を有する。これは、流体の気相線６が増大するエントロピーの方向に大きく傾いていることで判る。

図１に関して記述された、熱力学的過程において接続された装置は、図３にも記入されている。符号２の右側で、流体は、蒸発装置２から離間し（蒸発装置２における、場合により生じる過熱は考慮しない）、符号３の左側で、流体は、圧縮装置３から離間する、などである。よって、流体の圧縮は、符号３と４との間で行われる。

図３において両矢印Ｐ２により認められる最小限必要な温度上昇は、「ｍｉｎΔＴ」と略され、以下の数式（１）−（５）から求められる：
ｍｉｎΔＴ＝Ｔ₃−Ｔ₂ （１）
ここで、Ｔ₃は圧縮装置３への進入時の流体の温度であり、Ｔ₂は蒸発装置２からの離間時の流体の温度である。
この場合、
Ｔ₃＝ｆ（ｐ₂，ｈ₃） （２）
である。
ここで、ｐ₂は蒸発装置２からの離間時の流体の圧力であり、ｈ₃は圧縮装置３への進入時の流体のエンタルピーである。
この場合、
ｈ₃＝ｈ₄−（ｈ₄−ｈ_3S）／η_S （３）
である。
ここで、ｈ₄は凝縮装置４への進入時の流体のエンタルピーであり、ｈ_3Sは１である熱力学的過程の理想的な効率における圧縮装置３への進入時の流体のエンタルピーであり、η_Sは熱力学的過程の実際の効率であり、約０．８の効率が仮定される。
この場合、
ｈ₄＝ｆ（Ｔ₄＋５Ｋ；ｐ₄） （４）
である。
ここで、Ｔ₄は、気体の状態での流体の保持を保証するために温度５Ｋが加算される、凝縮装置４からの離間時の流体の温度であり、ｐ₄は、凝縮装置４からの離間時の流体の圧力である。
さらに、
ｈ_3S＝ｆ（ｐ₂；Ｓ₄）（５）
である。
ここで、ｐ₂は蒸発装置２からの離間時の流体の圧力であり、Ｓ₄は凝縮装置４への進入時の流体のエントロピーである。

図４は、流体の気相線の逆の傾き（ｘ軸）と、圧縮前、圧縮後および圧縮中に熱力学的過程における流体の凝縮を阻止する最小限必要な温度上昇ｍｉｎΔＴ（ｙ軸）との間の相関関係を具体的に示す線図である。

図４に基づいて、相応の流体の気相線の逆の傾きと最小限必要な温度上昇ｍｉｎΔＴとの間に（ほぼ）線形の関係が生じることも看取される。

したがって、算定可能なまたは算定される最小限必要な温度上昇ｍｉｎΔＴが、さらに続いて、最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈと関連付けされる。最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈは、圧縮前、圧縮後および圧縮中に凝縮を阻止するために流体に伝達しなければならない熱量を表している。したがって、最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈは、圧縮前、圧縮後および圧縮中に凝縮を阻止するために熱交換器の熱伝達面を介して流体に伝達しなければならない熱量と解される。

図５は、流体の気相線の逆の傾き（ｘ軸）と、記述したように、圧縮前、圧縮後および圧縮中に熱力学的過程における流体の凝縮を阻止するために、流体に伝達しなければならない熱量を表す、最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈ（ｙ軸）との間の相関関係を判りやすく示す線図である。

図５に基づいて、最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈと、流体の気相線の逆の傾き、ひいては流体のモル質量Ｍとの間にも、（ほぼ）線形の関係が生じることが看取される。

以下、最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈと熱伝達面の最小面積値とが関連付けされる。つまり、最終的に、熱交換器１の熱伝達面の最小面積値に相当する面積Ａが算定される。

最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈと最小面積値との間の関連付けは、以下の関係式によって求められる：

ここで、

は流体質量流量であり、ｍｉｎΔｈはエンタルピー差であり、ｋは熱伝達係数であり、Ａは最小面積値であり、ΔＴは熱伝達面の高温側と低温側との間の温度差である。

この場合、特に、流体もしくは流体の化学組成、熱交換器１を形成する材料、および場合により生じる熱力学的過程の別のプロセス条件もしくはプロセスパラメータに依存して、特定の熱伝達係数ｋおよび特定の温度差ΔＴが仮定される。

流体のモル質量Ｍと熱伝達面の最小面積値との間の相関関係の枠内で、周辺条件として、少なくとも１つの特定の温度、特に蒸発後の流体の温度、および／または特定の熱伝達係数ｋ、および／または熱交換器側の熱伝達面の高温側と低温側との間の特定の温度差ΔＴが使用される。

したがって、本方法の枠内で、熱力学的過程の特定のプロセス条件またはプロセスパラメータが、周辺条件として規定される。これには、流体を凝縮、膨張、蒸発または圧縮するように構成されたまたは設置された、熱力学的過程において接続された単一のまたは複数の装置の、特に設定可能なまたは所定の動作パラメータ、つまり、特に出力または消費電力も含まれる。たとえばこれには、熱力学的過程に接続された、流体を凝縮する凝縮装置４が含まれる。

熱伝達面の算定すべき最小面積値に関して、質的に、これが、熱交換器側の熱伝達面を介して流体に伝達すべき熱量に対して比例的であるといえる。したがって、最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈが小さいほど、熱交換器側の熱伝達面の最小面積値もより小さくなる。

本方法の枠内で行われる、流体のモル質量Ｍと熱交換器側の熱伝達面の最小面積値との間の関連付けは、通常は、１５０ｇ／ｍｏｌを上回るモル質量Ｍを有する、特に有機の流体に対して行われる。このような流体は、その温度−エントロピー線図、略してＴ−Ｓ線図において、典型的に、特に大きく張り出している２相領域を有する。

以下、本方法の枠内で算定される最小面積値に関するデータが例示される。データの根底を成す流体は、３１６ｇ／ｍｏｌのモル質量Ｍを有する前述のパーフルオロメチルペンタノンである。

凝縮装置４における１０００ｋＷの出力Ｑ、１０Ｋの平均温度差ΔＴ、および２００Ｗｍ^-2Ｋ^-1の熱伝達係数ｋを仮定した。原則的に、５Ｋ〜３０Ｋの平均温度差ΔＴおよび５０Ｗｍ^-2Ｋ^-1〜１０００Ｗｍ^-2Ｋ^-1の熱伝達係数ｋが仮定されるべきである。

したがって、本発明による方法は、特定の熱力学的過程に適した熱交換器側の熱伝達面の簡単な算定を可能にする。熱力学的過程に使用可能なまたは使用される流体のモル質量Ｍを起点として、流体の気相線の逆の傾き、最小限必要な温度上昇ｍｉｎΔＴ、最小限必要なエンタルピー差ｍｉｎΔｈ、さらに相応の熱交換器側の熱伝達面の最小面積値を推測することができる。

本発明を細部にわたって好適な実施の形態によって詳しく例示し記述したが、本発明は、開示された例により制限されるものではなく、当業者は、開示された例から、本発明の権利保護範囲から逸脱することなく、別の変形形態を導き出すことができる。

Claims (10)

1. 循環過程中に凝縮、膨張、蒸発、圧縮される流体を使用する熱力学的過程に使用可能な、少なくとも１つの熱伝達面を有する熱交換器（１）を製造する方法であって、
   熱伝達面の面積設定を、熱伝達面の最小面積値に関して行い、
   該最小面積値は、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止するために、少なくとも、製造すべきまたは製造される前記熱交換器（１）により熱力学的過程の枠内で使用可能な流体に最小熱量を伝達するのに必要な最小面積値であり、
   流体のモル質量（Ｍ）と熱伝達面の最小面積値との間の相関関係に基づいて、熱伝達面の面積設定を行う、
   ことを特徴とする、方法。
2. 流体のモル質量を、まず、流体の気相線の逆の傾きと関連付けする、請求項１記載の方法。
3. 気相線の逆の傾きを、さらに続いて、所定の温度を起点として、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止する、流体の最小限必要な温度上昇（ｍｉｎΔＴ）と関連付けする、請求項２記載の方法。
4. 最小限必要な温度上昇（ｍｉｎΔＴ）を、さらに続いて、圧縮前、圧縮後および圧縮中に流体の凝縮を阻止するために流体に伝達しなければならない熱量を表す、最小限必要なエンタルピー差（ｍｉｎΔｈ）と関連付けする、請求項３記載の方法。
5. 最小限必要なエンタルピー差（ｍｉｎΔｈ）を、最小面積値と関連付けする、請求項４記載の方法。
6. 最小限必要なエンタルピー差（ｍｉｎΔｈ）と最小面積値との間の関連付けを、関係式
   

   

   を介して行い、
   

   

   は流体質量流量であり、ｍｉｎΔｈは最小限必要なエンタルピー差であり、ｋは熱伝達係数であり、Ａは最小面積値であり、ΔＴは熱伝達面の高温側と低温側との間の温度差である、請求項５記載の方法。
7. 流体のモル質量（Ｍ）と最小面積値との間の関連付けの枠内で、周辺条件として、少なくとも１つの特定の温度、特に蒸発後の流体の温度、および／または特定の熱伝達係数（ｋ）、および／または熱伝達面の高温側と低温側との間の特定の温度差（ΔＴ）を少なくとも用いる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. １５０ｇ／ｍｏｌを上回るモル質量（Ｍ）を有する流体に対して関連付けを行う、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 流体が循環過程中に凝縮、膨張、蒸発、圧縮される熱力学的過程に使用される、少なくとも１つの熱伝達面を有する熱交換器（１）であって、
   前記熱交換器（１）は、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法に従って製造されることを特徴とする、熱交換器（１）。
10. 流体が循環過程中に凝縮、膨張、蒸発、圧縮される熱力学的過程に、請求項９に記載の熱交換器を使用することを特徴とする、熱交換器（１）の使用。

Images