JP5749726B2 - モジュラー型熱交換機 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー変換に関し、特に熱交換機に関する。

海は、地球の表面のほぼ７０％を覆っており、太陽により連続的に暖められている。深い所にある水（深海水）と浅い所にある水（浅海水）との温度差は、大量のエネルギーを蓄積し、これは利用可能である。実際に温かい海水と冷たい海水の間の温度差は、赤道付近で、±１０℃ぐらいあり、これは３テラワット（３×１０^１２Ｗ）の潜在的な熱源である。

利用できる全エネルギーは、他のエネルギー例えば波力よりも一桁あるいは二桁大きいが、温度差が小さいために、そのエネルギーを取り出すのは熱効率が悪いために比較的実現困難で高価なものとなる。
海洋温度差エネルギー変換（Ocean thermal energy conversion（ＯＴＥＣ））は、深海水と浅海水の間に存在する温度差を利用して、ヒートエンジンを動かして、発電する方法である。ヒートエンジンは、高温源と低温源との間で配置される熱力学装置である。熱は一方から他方に流れ、エンジンが熱の一部を作業に変換する。この原理は、蒸気タービンや内燃機関でも用いられている。燃料を燃やすことから得られる熱エネルギーを利用せずに、ＯＴＥＣパワーは、太陽が海の表面を温めることによる温度差を利用する。

米国特許第４２７６９２７号明細書 米国特許第４４８７２７７号明細書

ＯＴＥＣに適したヒートサイクルは、ランキンサイクルであり、これは低圧のタービンを用いる。システムは閉鎖サイクルか開放サイクルである。閉鎖サイクルのシステムにおいては、低沸点の流体（例、アンモニア）を用いてタービンを回して発電する。温海水の表面の水は第１の熱交換機を通してくみ上げられ、そこで低沸点の流体を蒸発させる。容積の大きくなった蒸気は、ターボ発電機を回転させる。その後冷たい深い所にある海水をポンプで汲み上げて、第２の熱交換機を介して、この蒸気を流体に戻す。その後このシステムを介してリサイクルする。開放システムのエンジンは、水の熱源を作動流体として用いる。

あらゆるヒートエンジンと同様に、最大の熱効率とパワーは、最大の温度差の時に得られる。この温度差は緯度が小さくなるに連れて即ち赤道に近くなるに連れて大きくなる。蒸発により海水の表面温度は２７℃以上にはならない。表面近くの水は時に５℃以下になることがある。歴史的にみて、ＯＴＥＣにおける最大の技術的課題は、この非常に小さな温度差から大量のパワーを効率よく取り出すことである。現在の熱交換機の設計において効率を上げることにより、理論的に最大効率に達することができる。

ＯＴＥＣシステムは、技術的に可能であるが、この様なシステムに必要とされる高い資本投資が商業化に歯止めをかけてしまう。熱交換機は、ＯＴＥＣプラントの資本投下に対するに２番目に大きなコスト要因である。最大の投下資本は、海岸に建設するプラントのコストである。ＯＴＥＣプラントの必要とされる巨大な熱交換機は特に重要であり、ＯＴＥＣ技術の経済性に対し大きな影響を与える。

ＯＴＥＣに使用されると考えられるような熱交換機が現在でも存在する。しかし以下に議論するように、実際問題としては良い選択ではない。

従来の「シェルアンドチューブ」の熱交換機は、海洋で広く使用されている。しかし、全体的な熱変換効率Ｕは、ＯＴＥＣに対し通常の大きな圧力低下により、通常２０００Ｗ／ｍ^２Ｋ以下である。これによりこの種の熱交換機のサイズとコストは高すぎる。

コンパクトな熱交換機又はプレートフレーム（キッチリと詰めたプレートの対から構成される）が、化学産業、医薬産業で幅広く用いられている。プレートフレームのデザインにおける熱変換効率Ｕの値は、２３００−２５００Ｗ／ｍ^２Ｋに達する。しかしＯＴＥＣシステムでこの熱交換のレベルを達成するは、海水を熱交換機を通して引き上げる為に、大きなポンプパワーが必要である。これは５ｐｓｉ（３．５ｍの水頭損失に相当）を超えるような圧力低下の問題を解決しなければならない。更に熱伝導係数の上限値は、合金スチールあるいはチタン等の材料（これらの材料は、熱伝導率は悪いが腐食材料例えば塩素に露出されたときによる悪影響を回避できる）の使用と、打ち抜きプレートの設計で必要とされる最小のプレート厚さと、圧力低下を許容値に維持するために必要とされる低温水の流速により制限されてしまう。

ＯＴＥＣに最適なチューブ式の熱交換機も、コンパクトな熱交換機のカテゴリに入ってくる。このカテゴリは、垂直方向のフルート形状のチューブからなる熱交換機と、折り曲げたチューブからなる熱交換機を含む。両方の熱交換機の設計は、フレームプレートの設計よりも幾分高い熱変換効率Ｕ通常２７００−３４００Ｗ／ｍ^２Ｋの範囲の値を有する。しかし大きな圧力低下と、流れが淀んだ場所の裂け目から発生する腐食は、チューブ式の熱交換機の設計を最適化する際に重大な関心事となる。

ロウ付けしたアルミニウム製のフィンを有する熱交換機は、低温産業で広く用いられている。これらの熱交換機は、Liquid Natural Gas（ＬＮＧ）の再ガス化設備で大規模な海洋での使用を目論んでいる。ロウ付けしたアルミ製のフィンを具備する熱交換機は、Argonne National Labs（ＡＮＬ）で、１９８０年代でＯＴＥＣ用に開発されテストされてきた。これに関しては特許文献１，２を参照されたい。

ロウ付けしたフィンを具備する熱交換機の使用には、幾つかの技術的難点がある。第１に、フィン同士を接続するロウ付けしたジョイントは、海水に晒されたときには腐食の影響を大きく受ける。それ故に、これらのジョイントは、海水の通路から切り離し、腐食の可能性を低くしなければならない。ある場合には、アルミ製の引き抜き部材を追加して、ロウ付けしたジョイント部を海水に晒さないようにしている。しかしこの様な耐腐食性の部材を使用するコストは、実用に耐えない。

第２に、通常のロウ付けしたフィンの熱交換機内の小径の通路は、生物が堆積することになる。

第３に、熱交換機の交換や修繕のようなメンテナンスも、小径の通路が内部にあるためにアクセスしづらく、難しくなる。

８０年代から９０年代初頭にかけて、アルミ製あるいはその合金製の熱交換機の様々なモジュールが実際のＯＴＥＣ環境でテストされてきた。これらの設備を遠隔地で監視するテストは、熱交換の性能と、海水の化学的／物理的特性とを、熱交換機における腐食と関連付けた。このテストの結果、比較的安価なアルミ合金製の製品が、ＯＴＥＣのアプリケーションで十分使用できると、結論付けられた。

テストされた熱交換機の形状は、シェル型とチューブ型である。アルミから十分な表面領域を有するシェル型とチューブ型の熱交換機を製造することは、価格的に不可能であると結論付けられた。「ロールボンド（roll bond）」型の熱交換機パネルが、それに代わるものとして提案され、ＯＴＥＣのアプリケーションで必要とされるより大きな表面を、それと同等なシェルとチューブのユニットのコストのほぼ２０％で提供できると、結論付けられた。

１９８９年に、ロールボンドのパネルが、ＯＴＥＣ環境でテストされた熱交換機の一部に挿入された。このテストにより、ロールボンド型の熱交換機のパネルの開発が促進され、その結果１９９６年に５０ｋＷのプラントに搭載された。このテスト期間の最初の年に、重大なアンモニアのリークが腐食により発生した。この腐食は、電解が原因であり、これは、アルミ製のパネルの間にあるスペーサー材料の腐食により引き起こされたものである。

熱交換機は、再度製造され、入口／出口に関連するロウ系の不具合点を修理した後プラントは再度組立られ、更なる性能データと腐食データが集められた。これらの結果に基づいて、更なるロールボンド型のモジュールが製造され、英国の発電プラントでシミュレートされ、ＯＴＥＣ環境でテストされた。

１９９０年の半ばまでに、ＯＴＥＣに政府が資金援助すると結論付けられた。その時点におけるコンパクトなアルミ製の熱交換機に対し残るハードルは、熱交換機コア内のロウ付けされた部分の取付である。

今日エネルギー需要が高まるに連れて、再生可能なエネルギが所望の解決策である。その結果、ＯＴＥＣパワープラントに新たな興味が注がれている。しかしポンプの損失を最小にし、海洋における使用の超寿命を提供しながら、高い流速を達成するようなＯＴＥＣ熱交換機の開発は、上手くはいっていない。

本発明は、腐食に耐え、特に従来の熱交換機よりも腐食に耐え、容易にかつ安価に提供できるモジュラー型の熱交換機に関する。本発明の熱交換機は、熱交換機を通して第１流体を搬送するモジュールを含む。このモジュールは個別に取り外し可能である。その結果、各モジュールは、容易に修理、置換、再生が可能となる。本発明の一実施例では、海水に対し腐食性のある材料を使用する。本発明の一実施例は、海水に対し腐食性のある材料を使用するが、これらの材料は使用中に海水には接触しない。

本発明の実施例は、ＯＴＥＣシステムでの使用に適したものであるが、他の熱交換機のアプリケーションにも適用できる。

本発明の一実施例は、複数のプレート組立体を有する。各プレート組立体は、第１流体（例、作業流体）を搬送するチャネルを有する。このプレート組立体は、フレームに配置され、その結果それらは第２流体（例、海水）を搬送する複数の導管を形成する。各プレート組立体は、クランプでフレームに取り外し可能に搭載される。

入口マニフォールドが第１流体をチャネルに入れて、出口マニフォールドがこの第１流体をチャネルから受け取る。入口マニフォールドと出口マニフォールドは、チャネルと流体が導通可能にカップリングを介して結合される。そしてこのカップリングは、着脱自在である。これらの着脱自在に連結されたカップリングにより、熱交換機からの個々のプレート組立体を容易に取り外すことができる。

一実施例においては、熱交換機の全ての要素は海水（又は他の第２流体）に晒されるが、これらは海水に対し耐腐食性のある材料で形成される。一実施例においては、海水（又は他の第２流体）に晒される熱交換機の全てのコンポーネントは同一材料で形成され、これらのコンポーネントは電解腐食（galvanic corrosion）のない結合技術（例えば、摩擦撹拌接合）を用いて結合される。

一実施例においては、ロウ付けされたジョイントを用いて、コンポーネントを連結する。一実施例においては、シールを施してロウ付けされたジョイントを、腐食性流体（例えば海水）から切り離す。

一実施例においては、プレート組立体は、伝熱性の多孔質グラファイト・コアを有し、これは第１流体を搬送するチャネルを有する。

本発明のモジュラー型の熱交換機は、（Ａ）フレーム３０２と、（Ｂ）前記フレームに取り外し可能に取り付けられた第１プレート組立体３０４−１と、（Ｃ）前記フレームに取り外し可能に取り付けられた第２プレート組立体３０４−２とを有する。
前記第１プレート組立体は、第１チャネル群５０４を有し、前記第１チャネル群は、第１流体用の入口ポートに取り外し可能に接続される入口と、第１流体用の出口ポートに取り外し可能に接続される出口とを有する。
前記第２プレート組立体は、第２チャネル群５０４を有し、前記第２チャネル群は、前記入口ポートに取り外し可能に接続される入口と、前記出口ポートに取り外し可能に接続される出口とを有する。
前記第１プレート組立体と第２プレート組立体は、前記第１プレート組立体と第２プレート組立体が前記フレームに取り付けられた時に、第２流体を搬送する第１の導管３０８−２を規定し、前記第１の導管は、第１チャネル群と第２チャネル群から分離されている。

本発明の一実施例によるＯＴＥＣ発電システムのブロック図。 本発明の一実施例による熱交換機のブロック図。 本発明の一実施例による熱交換機コアのブロック図。 熱交換機を構成する方法の動作を表すフローチャート図。 本発明の一実施例による個別に取り外し可能なプレート組立体の正面図。 本発明の一実施例による個別に取り外し可能なプレート組立体の側面図。 本発明の一実施例による着脱可能なカップリングの斜視図。 熱交換機コアに接続された入口マニフォールドの斜視図。 熱交換機コアに接続された出口マニフォールドの斜視図。 本発明の第１実施例によるプレート組立体の正面図。 本発明の第２実施例によるプレート組立体の正面図。 本発明の第３実施例によるプレート組立体の正面図。 本発明の第４実施例によるプレート組立体の正面図。

図１において、ＯＴＥＣシステム１００は、ターボ発電機１０４と、閉鎖ループ導管１０６と、第１熱交換機１１０−１と、第２熱交換機１１０−２と、ポンプ１１４，１１６，１２４と、導管１２０，１２２，１２８，１３０とを有する。

ターボ発電機１０４は、従来方式のタービン駆動の発電機である。ターボ発電機１０４はプラットフォーム１０２に搭載される。このプラットフォーム１０２は、従来と同様の浮遊方式のエネルギー・プラントのプラットフォームである。プラットフォーム１０２は海底に固定用鎖１３２と錨１３４で繋がれている。このアンカー１３４は海底に沈み込んで（固定されて）いる。一実施例においては、プラットフォーム１０２は、海底には固定されず浮遊していてもよい。この様なシステムは、グレージング・プラント（grazing plant：勝手に動き回る発電所）とも称する。

通常の動作においては、ポンプ１１４は、第１流体（作動流体１０８）を閉鎖ループ導管１０６を介して第１熱交換機１１０−１に入れる。アンモニアが、作動流体１０８としてＯＴＥＣシステムで用いられる。例えば海面領域１１８の水温で蒸発し深海領域１２６の水温で凝縮する流体は、作動流体１０８として使用できる。作動流体１０８は、使用される材料の適用条件に左右される。

第１熱交換機１１０−１は蒸発機として、第２熱交換機１１０−２は凝縮機として動作する。熱交換機の蒸発機又は凝縮器としての動作は、ＯＴＥＣシステム１００内に組み込まれた構成に依存する。熱交換機１１０の詳細を図２に示す。

まず、第１熱交換機１１０−１の蒸発機として動作を説明する。ポンプ１１６は、温かい第２流体（即ち海面領域１１８付近からの海水）を第１熱交換機１１０−１に導管１２０を介して導入する。第１熱交換機１１０−１内で、温水からの熱が作動流体１０８に吸収される。この熱は作動流体１０８を蒸発させる。第１熱交換機１１０−１を通過した後、温水は、導管１２２を介して海洋に戻される。通常のＯＴＥＣにおいては、海面領域１１８の水は、約２５℃で一定である（これは天候に左右される）。

膨張した作動流体１０８の蒸気がターボ発電機１０４に送り込まれ、これによりターボ発電機１０４に発電させる。かくして発電された電気エネルギーが、出力ケーブル１１２に与えられる。蒸発した作動流体は、ターボ発電機１０４内を通ると、第２熱交換機１１０−２に入る。

次に、第２熱交換機１１０−２の凝縮機として動作を説明する。ポンプ１２４は冷たい第２流体（深海領域１２６からの海水）を第２熱交換機１１０−２に導管１２８を介して送り込む。この冷水は、第２熱交換機１１０−２内を移動して、作動流体１０８の蒸気から熱を吸収する。その結果、作動流体１０８は、凝縮して液体状態に戻る。第２熱交換機１１０−２を通過した後、冷水は、海洋に導管１３０を介して放出される。通常、深海領域１２６は海面から１０００メートル以上の深い場所であり、この深さにおいては、海水は数℃で一定温度である。

ポンプ１１４は、凝縮した作動流体１０８を第１熱交換機１１０−１に戻す。ここで、作動流体１０８は、再び蒸発し、これによりターボ発電機１０４を駆動するランキンサイクルが完成する。

図２において熱交換機１１０は、入口マニフォールド２０２と、着脱可能なカップリング２０４と、熱交換機コア２０６と、出口マニフォールド２０８とを有する。

図３において、熱交換機コア２０６は、フレーム３０２と、プレート組立体３０４−１〜３０４−４と、クランプ３１４とを含むモジュラー型の熱交換機コアである。

図４において、本発明の方法４００はステップ４０１で開始する。ステップ４０１において、プレート組立体３０４−１〜３０４−４が、シート３０６−１〜３０６−４内にそれぞれ挿入される。図では４枚のプレート組立体３０４が示されているが、それ以上の数あるいはそれ以下の数のプレートを使用して、本発明を実施できる。

フレーム３０２は、シート３０６−１〜シート３０６−４（以下、シート３０６と総称する）を含む剛性フレームで、プレート組立体３０４−１〜３０４−４（以下、総称してプレート組立体３０４と称する）を受け入れ配置する。シート３０６は、隣接するプレート組立体の各対が第２流体を搬送する導管を形成するよう、プレート組立体３０４を配置する。例えばシート３０６−１と３０６−２は、プレート組立体３０４−１と３０４−２を、これらのプレート組立体が導管３０８−２を構成するよう配置する。同様に、シート３０６−３とシート３０６−４は、プレート組立体３０４−３とプレート組立体３０４−４を、これらのプレート組立体が導管３０８−４を構成するよう、配置する。更に、シート３０６−１とシート３０６−４は、プレート組立体３０４−１とプレート組立体３０４−４をフレーム３０２の側面から離して配置する。その結果、フレーム３０２とプレート組立体が一体となって、導管３０８−１と導管３０８−５を構成する。
図を分かり易くする為に、第２流体の入口マニホールドと出口マニホールドは図示していない。しかし本明細書を参照することにより、第２流体用の入口マニホールドと出口マニホールドを形成し使用することは容易に想到できる。

図５Ａ，５Ｂにおいて、プレート組立体３０４は、プレート５０２と、分配機５０６と、分配機５１０と、ニップル５０８−１と、ニップル５０８−２とを有する。

プレート５０２は、アルミ合金の押し出し成形工法で形成され、チャネル５０４を複数個有する。各チャネル５０４は第１流体である作動流体１０８を搬送する。この実施例において、プレート５０２はアルミ合金製であるが、それ以外の他の材料例えば作動流体１０８に対し耐腐食性のある材料で形成することも可能である。プレート組立体３０４の各要素を形成するのに用いられる材料は、必ずしもこれに限定はされないが、アルミ合金、アルミ、合成材料、セラミックス等がある。

本明細書を参照することにより、ＯＴＥＣシステム１００は、チャネル５０４が第２流体（海水）を、導管３０８が第１流体を、流すような逆の構成にすることもできる。

分配機５０６と５１０は、アルミ合金製の同一のハウジングで、プレート５０２にジョイント５１２で結合される。ジョイント５１２は、摩擦撹拌接合（friction-stir welding）であり、電気分解に対し抗腐食のあるジョイントである。分配機５０６は、作動流体１０８をニップル５０８−１から受け取り、それをチャネル５０４に流す、分配機５１０は、作動流体１０８をチャネル５０４から受け取り、それをニップル５０８−２に流す。ニップル５０８−１と５０８−２は、ネジ付のコネクタであり、着脱可能なカップリング２０４と適合する。ニップル５０８−１と５０８−２は、アルミ合金製で、それぞれ分配機５０６と分配機５１０に、ジョイント５１２で連結される。この実施例において、プレート５０２と、分配機５０６と、分配機５１０と、ニップル５０８−１と５０８−２は、摩擦撹拌接合を用いて連結されるが、当業者は、異なる接合技術例えば電気分解による腐食のない接合技術を用いて、これらの要素を結合（連結）することもできる。

ステップ４０２において、プレート組立体３０４はシート３０６にクランプ３１０で結合される。クランプ３１０は個別に取り外し可能である。その結果、プレート組立体３０４はフレーム３０２に着脱自在に搭載できる。本明細書において「着脱自在に搭載」とは、例えばファスナー（ネジ、クランプ、ボルト等）を用いて、永久的ではない方法で取り付けることをいう。その為個々のプレート組立体３０４は、独立して取り外すことができ、各プレート組立体３０４は個別に交換サービスあるいは点検ができる。一実施例において、各プレート組立体３０４は、熱交換機１１０がその動作深さに沈められた状態で動作可能である。

クランプ３１０は、耐腐食性のあるプレート３１２を含む。このプレート３１２はフレーム３０２に、同じく耐腐食性のあるネジで連結される。クランプ３１０は、プレート組立体３０４をシート３０６に固定する機構の１つであり、本明細書を参照することにより、当業者はこれに相当する他の実施例も想到できるであろう。

ステップ４０３において、入口マニフォールド２０２は、熱交換機コア２０６のチャネル５０４に連通状態で連結される。

図６、７において、着脱可能なカップリング２０４は、接続可能なフレキシブルな導管で、熱交換機のコアを入口マニフォールド２０２又は出口マニフォールド２０８に、連通状態で連結するコネクタ付きのフレキシブルな導管である。カップリング２０４により、各入口マニフォールド２０２と出口マニフォールド２０８は、それぞれチャネル５０４の入口と出口に取り外し可能に連結される。本明細書において、「取り外し可能に連結される」とは、簡単に連結したり破壊することにより、非永続的な方法で連結されることをいう。カップリング２０４は、導管６０２とコネクタ６０４とを有する。

導管６０２は、耐腐食性材料製のフレキシブルな導管である。一実施例においては導管６０２は剛性である、

コネクタ６０４は、ネジの付いたコネクタであり、ニップル５０８に連結されて気密シールを形成する。一実施例において、ガスケット６０６が、コネクタ６０４に具備され、リークのないシールを完成させる。一実施例においては、コネクタ６０４とニップル５０８は、従来のネジ付コネクタ以外の構成要素でもよい。本発明による連通可能な結合システムは、これに限らないが、クリック−ツ−コネクトのコネクタ（即ちスナップリングによるコネクタ）、簡単に取り外し可能な流体コネクタ、アップチャーチ・コネクタ、ブラインドメート・コネクタ、ネジ付コネクタ、ヘパリン−ロック・コネクタ等である。本明細書を参照することにより、コネクタ６０４とニップル５０８の使用方法、製造方法については当業者は容易に想到できる。

一実施例において、カップリング２０４と出口マニフォールド２０８は、プレート、分配機、ニップルと同一材料で形成され、電解腐食の影響を緩和する。

一実施例においては、カップリング２０４は、隔壁の要素であり、入口マニフォールド２０２又は出口マニフォールド２０８と、プレート組立体３０４との間に剛性のある流体連結を形成する。本発明の一実施例によるカップリングは、これに必ずしも限定されないが、圧力フィッティング、流体フィッティング、アップチャーチ・コネクタ、ブラインドメート・コネクタ、ネジ付コネクタ等を含む。本明細書を参照することにより、フレキシブルな導管とネジ付の導管以外の他の取り外し可能な連結も当業者は容易に想到できる。

図７において、入口マニフォールド２０２はアルミ合金製のハウジングであり、摩擦撹拌接合でフレーム３０２に取り付けられる。入口マニフォールド２０２は、分配機５０６にカップリング２０４により流体連通可能に結合される。カップリング２０４は、入口マニフォールド２０２のニップル５０８とプレート組立体３０４のニップル５０８に連結される。

図８において、出口マニフォールド２０８はアルミ合金製のハウジングであり、摩擦撹拌接合でフレーム３０２に取り付けられる。出口マニフォールド２０８は、分配機５０６にカップリング２０４により流体連結可能に結合される。カップリング２０４は、出口マニフォールド２０８のニップル５０８とプレート組立体３０４のニップル５０８に連結される。本明細書を参照することにより、入口マニフォールド２０２と出口マニフォールド２０８で使用される材料は、熱交換機コア２０６で使用される材料から選択される。

図９Ａにおいて、プレート組立体９００は、パネル９０２とパネル９０４と有する。パネル９０２とパネル９０４は、アルミ合金製で引き抜き工法で形成されたパネルである。各パネル９０２とパネル９０４は、複数のフィン９０６を有する。パネル９０２とパネル９０４は、摩擦撹拌接合により連結され、フィン９０６は、一体となって複数のチャネル５０４を形成する。一実施例においてフィン９０６は、パネル９０２とパネル９０４の分離距離の全部に渡って伸びてはいない。その為一実施例においては、パネル９０２とパネル９０４は、一体となって１本の導管を形成し、そこにフィン９０６が部分的に伸びる形となる。一実施例において、パネル９０２とパネル９０４は、作動流体１０８と海水に対しそれぞれ腐食耐性のある異なる材料を含む。

図９Ｂにおいて、プレート組立体９０８は、パネル９１０と、パネル９１２と、フィン９１４と、支持部材９１６と、シール９１８とを有する。フィン９０６と支持部材９１６は、パネル９１０とパネル９１２にロウ付けされ、全体としてチャネル５０４を形成する。ロウ付けされた接続は、海水で電解腐食を受けやすいので、シール９１８はパネル９１０とパネル９１２との間に形成され、これにより、全てのロウ付け接続部分を海水に曝さないようにしている。

図９Ｃにおいて、プレート組立体９２０は、パネル９１０と、パネル９１２と、インターポーザ９２２と、支持部材９１６と、シール９１８とを含む。インターポーザ９２２と支持部材９１６は、パネル９１０とパネル９１２にロウ付けされて、全体としてチャネル５０４を形成する。シール９１８は、パネル９１０とパネル９１２との間に形成され、ロウ付けされた接続部分の全てを海水に曝さないようにしている。第３の実施例は、部分的にチャネル５０４を規定するＵ字型の領域を有するインターポーザを有する。本明細書を参照することにより、この様な形状のインターポーザを含む本発明の他の実施例を容易に想到できる。

図９Ｄにおいて、プレート組立体９２４は、パネル９１０と、パネル９１２と、インターポーザ９２６と、支持部材９２８を有する。支持部材９２８はアルミ合金製のスタンドオフ（離れて支持する部材）である。インターポーザ９２２は、パネル９１０とパネル９１２に接着される。支持部材９２８と、パネル９１０と、パネル９１２は、全て同一材料で形成されているので、摩擦撹拌接合がこれらの要素を連結するのに好ましい。

インターポーザ９２６は、伝熱性の多孔質グラファイト（graphite foam）製の引き抜きシートであり、そこに複数のチャネル５０４を有する。多孔質グラファイトは、プレート組立体９２４に対し適宜の構造的な一体性を与える。更に一般的な多孔質グラファイトの組成物は、０．５−０．７の範囲内の比重を有する。その結果、多孔質グラファイト製のインターポーザ９２６により、熱交換機は従来の熱交換機よりも軽くできる。

更に多孔質グラファイトは、１８０Ｗ／Ｍ℃の範囲のバルク熱伝導率を有する。この熱伝導率は、純粋なバルクアルミと同程度であり、例えば大部分がアルミ製のフィンの構成物の有効熱伝導率よりも遙かに高い。

更にインターポーザ９２６は、解放孔を特徴とするグラファイトの壁表面を有する。この為、従来の熱交換機よりも遙かに広い表面で蒸発と凝縮が可能となる。その結果、本発明の熱交換機は、従来のシェル熱交換機、チューブ熱交換機、プレートフレームの熱交換機に比較して容積が少なくてすむ利点がある。

本発明の他の実施例は、四角形のチャネル５０４を有するインターポーザを有するが、本明細書を参照することにより、これ以外の適宜の形状を有するインターポーザを有する実施例を想到できる。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

１００ ＯＴＥＣシステム
１０２ プラットフォーム
１０４ ターボ発電機
１０６ 閉鎖ループ導管
１０８ 作動流体
１１０−１ 第１熱交換機（蒸発機）
１１０−２ 第２熱交換機（凝縮機）
１１８ 海面領域
１２６ 深海領域
１１４，１１６，１２４ ポンプ
１２０，１２２，１２８，１３０ 導管
１３２ 鎖
１３４ アンカー
２０２ 入口マニフォールド
２０４ 着脱可能カップリング
２０６ 熱交換機コア
２０８ 出口マニフォールド
３０２ フレーム
３０４ プレート組立体
３０６ シート
３０８ 導管
３１２ 腐食しないプレート
３１４ クランプ
図４の翻訳
ステップ４０１：プレート組立体３０４−１〜３０４−４をシート３０６−１〜３０６−４に搭載する。
ステップ４０２：プレート組立体３０４−１〜３０４−４をシート３０６−１〜３０６−４にクランプ３１４で固定する。
ステップ４０３：チャネル５０４と入口マニフォールド２０２を連結する。
ステップ４０４：チャネル５０４と出口マニフォールド２０８を連結する。
５０２ プレート
５０４ 内部チャネル
５０６ 分配機
５０８ ニップル
５１０ 分配機
５１２ ジョイント
６０２ 導管
６０４ コネクタ
６０６ ガスケット
９００ プレート組立体
９０２，９０４ パネル
９０６ フィン
９１０ パネル
９１２ パネル
９１４ フィン
９１６ 支持部材
９１８ シール
９２０ プレート組立体
９２２ インターポーザ
９２６ インターポーザ
９２８ 支持部材

Claims (10)

1. 海洋温度差エネルギ変換システム用のモジュラー型の熱交換機において、
   （Ａ）フレーム（３０２）と、
   （Ｂ）第１プレート組立体（３０４−１）と、
   （Ｃ）第２プレート組立体（３０４−２）と、
   を有し、
   前記第１プレート組立体（Ｂ）は、
   （Ｂ１）第１チャネル群（５０４）を有する第１材料製の第１プレートと、
   （Ｂ２）第１流体を受領しそれを前記第１チャネル群（５０４）に分配する第１材料製の第１分配機と、
   前記第１プレートと第１分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第１ジョイントで結合され、
   （Ｂ３）前記第１チャネル群（５０４）から前記第１流体を受領する第１材料製の第２分配機と を有し、
   前記第１プレートと第２分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第２ジョイントで結合され、
   前記第２プレート組立体（Ｃ）は、
   （Ｃ１）第２チャネル群（５０４）を有する第１材料製の第２プレートと、
   （Ｃ２）第１流体を受領しそれを前記第２チャネル群（５０４）に分配する第１材料製の第３分配機と、
   前記第２プレートと第３分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第３ジョイントで結合され、
   （Ｃ３）前記第２チャネル群（５０４）から前記第１流体を受領する第１材料製の第４分配機と を有し、
   前記第２プレートと第４分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第４ジョイントで結合され、
   前記第１プレート組立体と第２プレート組立体は、前記フレームに個別に取り外し可能に取り付けられ、
   前記第１プレート組立体と第２プレート組立体は、前記第１プレート組立体と第２プレート組立体が前記フレームに取り付けられた時に、一体となって海水である第２流体を搬送する第１導管（３０８−２）を形成し、前記第１の導管は、前記第１チャネル群と第２チャネル群とは連通状態にない
   ことを特徴とする海洋温度差エネルギ変換システム用のモジュラー型熱交換機。
2. （Ｄ）第１の着脱可能なカップリング（２０４）と、
   ここで、前記第１の着脱可能なカップリングは、前記第１流体の入口ポートと前記第１分配機を連通状態で連結し、
   （Ｅ）第２の着脱可能なカップリングと、
   ここで、前記第２の着脱可能なカップリングは、前記第１流体の出口ポートと前記第２分配機を連通状態で連結し、
   （Ｆ）第３の着脱可能なカップリングと、
   ここで、前記第３の着脱可能なカップリングは、前記入口ポートと前記第３分配機を連通状態で連結し、
   （Ｇ）第４の着脱可能なカップリングと、
   ここで、前記第４の着脱可能なカップリングは、前記出口ポートと前記第４分配機を連通状態で連結し、
   を更に有する
   ことを特徴とする請求項１記載のモジュラー型熱交換機。
3. 前記第１プレートは、
   第１フィン群を有する第１パネル（９０２）と、
   第２フィン群を有する第２パネル（９０４）と、
   を有し、
   前記第１フィン群と第２フィン群が一体となって、前記第１チャネル群（５０４）を構成する
   ことを特徴とする請求項１記載のモジュラー型熱交換機。
4. 前記第１プレートは、
   第１パネル（９１０）と、
   第２パネルと（９１２）と、
   インターポーザ（９２２）とを有し、
   前記インターポーザは、前記第１パネルと第２パネルの間に配置され、
   前記インターポーザは、前記第１チャネル群（５０４）を構成する所定形状の複数の領域を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のモジュラー型熱交換機。
5. 前記第１プレートは、
   第１パネル（９１０）と、
   第２パネルと（９１２）と、
   インターポーザ（９２２）とを有し、
   前記インターポーザは、前記第１パネルと第２パネルの間に配置され、
   前記インターポーザは、前記第１チャネル群を有する多孔質グラファイトを有する
   ことを特徴とする請求項１記載のモジュラー型熱交換機。
6. 前記第１プレートは、
   第１材料製の第１パネル（９１０）と、
   第１材料製の第２パネルと（９１２）と、
   複数のフィン（９０６）と
   第１材料製のシールと を有し、
   前記複数のフィンの内の１つと第１パネルとは、ろう付け結合され、
   前記シールは、前記第１パネルと前記第２パネルに、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントであるジョイントで、連結され、
   前記複数のフィンと前記第１パネルと第２パネルとは、一体となって前記第１チャネル群（５０４）を構成し、
   前記シールと前記第１パネルと第２パネルとは、前記複数のフィンを前記第２流体から切離す
   ことを特徴とする請求項１記載のモジュラー型熱交換機。
7. 海洋温度差エネルギ変換システム用のモジュラー型の熱交換機の製造方法において、
   （Ａ）第１プレート組立体を用意するステップと、
   （Ｂ）第２プレート組立体を用意するステップと、
   （Ｃ）前記第１プレート組立体をフレームに取外し可能に取り付けるステップと、
   （Ｄ）前記第１プレート組立体を前記フレームに取外し可能に取り付けるステップと、
   を有し、
   前記第１プレート組立体は、
   第１チャネル群（５０４）を有する第１材料製の第１プレートと、
   第１流体を受領しそれを前記第１チャネル群（５０４）に分配する第１材料製の第１分配機と、
   前記第１プレートと第１分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第１ジョイントで結合され、
   前記第１チャネル群（５０４）から前記第１流体を受領する第１材料製の第２分配機と を有し、
   前記第１プレートと第２分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第２ジョイントで結合され、
   前記第２プレート組立体は、
   第２チャネル群（５０４）を有する第１材料製の第２プレートと、
   第１流体を受領しそれを前記第２チャネル群（５０４）に分配する第１材料製の第３分配機と、
   前記第２プレートと第３分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第３ジョイントで結合され、
   前記第２チャネル群（５０４）から前記第１流体を受領する第１材料製の第４分配機とを有し、
   前記第２プレートと第４分配機は、第１材料製の電気分解に対し抗腐食性の摩擦撹拌接合ジョイントである第４ジョイントで結合され、
   前記第１プレート組立体と第２プレート組立体は、前記フレームに個別に取り外し可能に取り付けられ、
   前記第１プレート組立体と第２プレート組立体は、前記フレームに取り付けられた時に、一体となって海水である第２流体を搬送する導管を構成する
   ことを特徴とする海洋温度差エネルギ変換システム用のモジュラー型熱交換機の製造方法。
8. 前記（Ａ）ステップは、
   前記第１プレートが、第１パネルと第２パネルと複数のフィンとを有し、前記第１パネルと第２パネルと前記複数のフィンは、一体となって前記第１チャネル群を構成するように、
   行われる
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記（Ａ）ステップは、
   前記第１プレートが、第１パネルと第２パネルとインターポーザとを有し、前記インターポーザは、前記第１チャネル群を有する多孔質グラファイトを有し、前記インターポーザは、前記第１パネルと第２パネルの間に配置されるように、
   行われる
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。
10. 前記（Ａ）ステップは、前記第１プレートが、
    第１材料製の第１パネルと、
    第１材料製の第２パネルと、
    複数のフィンを有するインターポーザと、
    第１材料製の複数のシールと
    を有し、
    前記インターポーザは、前記第１パネルと第２パネルの間に配置され、
    前記インターポーザは、前記第１パネルに、ろう付け結合され、
    前記第１パネルと第２パネルと前記インターポーザは、一体となって前記第１チャネル群を構成し、
    前記第１パネルと第２パネルと前記複数のシールは、摩擦撹拌接合ジョイントであるジョイントで、連結され、
    前記第１パネルと第２パネルと前記複数のシールは、前記インターポーザを前記第２流体から切離すように、行われる
    ことを特徴とする請求項７記載の方法。

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