CN102803886A - 用于热交换的装置、方法和*** - Google Patents

Abstract

提供了热传递装置及其制造方法。该热传递装置具有：热传递构件，该热传递构件限定热交换面，热传输介质在使用时与该热交换面接触并且热可通过该热交换面在所述热传输介质与工作介质之间传递；以及装置主体，该装置主体用于容纳所述热传输介质。所述装置的主体限定第一室（11）、第二室（12）和第三室（13），该第一室（11）、第二室（12）和第三室（13）为流体可连通关系。所述主体构造成允许所述热传输介质从第二室（12）传到第一室（11）然后传到第三室（13），或者从第三室（13）传到第一室（11）然后传到第二室（12），并且在所述主体中第二室（12）被夹在或位于第一室（11）和第二室（12）之间。

Description

用于热交换的装置、方法和***

技术领域

本发明涉及但不限于用于在例如吸收式制冷***中使用的热传递装置或热交换器、用于制造这样的装置、交换器或***的方法、用于操作这样的装置、交换器或***的方法以及用于在这样的装置、交换器或***中使用的热传输或传递介质。

背景技术

在制冷装置和热泵中，在热交换器的表面发生热和质量的传递。结果，例如能够进行从流体到流体的热传递、从流体到蒸气的热传递或者从蒸气到流体的热传递。蒸气相和流体相之间的较大压力差以及由于化学腐蚀性介质导致的腐蚀稳定性仅代表用于这些应用领域中的可靠的热交换器的一部分挑战。

在传统的吸收式制冷***中，例如，由具有相当长度的管子束制成的热交换器。在这样的交换器中，管子束通过冷成型或利用焊缝以密封的方式在两侧集成到金属板上。采用超长管子束的缺点在于，由于温差而引起的管子束内的压力差必须用成本高昂的措施补偿，这种措施通常在同时会对***的热传递和能量效率具有负面影响。还有，使用管子束的***难以制造，或者制造成本高。

高效的热传递还要求热传输介质在整个管子束中的均匀分布。在水平设计的情况中，可以利用位于管子上方的涓流罐（trickling tank）或适当数量的喷洒喷嘴来散布热传输介质。为了获得均匀分布，涓流罐通常包括大量较小的钻孔。然而，这至少牵扯到涓流罐的一些钻孔或喷嘴的钻孔由于循环中存在的污物或金属颗粒而被堵塞的风险。钻孔的堵塞会降低热传递的效率。

如可以理解的那样，热交换装置的效率取决于几个因素，包括：壁面的表面面积和热特性、热传输介质（例如，传热液体）的流量、以及其他动态参数。穿过热交换器板的传热液体的紊流流量从某种程度上说促进了热传递过程。然而，当超过具体几何形状的最佳流速时，从热交换装置的入口到出口的压降将呈指数地增加。这样的高压降对装置是不利的。另外，如果传热液体以高于最佳速度的速度流动，则解吸/吸收过程的总体性能的系数也会较低，这是因为对于热传递面没有足够的时间与热传输介质交换热能。为了使热传输介质（可以是液体）获得较高流量，不得不使用直径较大的管道或软管。然而，这样仅能在管道/软管/腔室的热传递面的面积上提供有限的增加。因此，设计师被迫对一方面的流量和另一方面的从热交换器的入口到出口的压降进行折中。

在确定热交换器的性能时，特别是热交换器是由废热或太阳热中典型的较低的热水平来驱动时，热交换器的入口和出口之间的温度梯度也是重要因素。首先，制冷剂的汽化将高热能充入到气相中，并且随后在冷凝器中冷凝成液相需要在高压下的迅速热传递。其次，当气化的制冷剂进入吸收阶段时，这样气化的制冷剂在吸收性输送溶液中的溶解消耗大量热能，因此再次需要低压下的迅速热传递。

为了获得迅速热传递，设计师使用了热传输介质直接流过热交换器的被动冷却。在被动冷却中，通过增大管子的直径能够维持从入口到出口的压力。然而，由于使可用表面与体积的纵横比（aspect ratio）恶化，所以不能实现高效热交换。虽然微通道冷却器由于增加了表面面积而能够具有优异的热传递，但是贯穿整个***具有显著的压降。这样的显著压降不仅不利于装置的可靠性；而且还降低了热泵的总体性能系数。

本发明试图解决热传递效率、压降、热传递装置的制造、装置的耐久性和/或热传递***的扩展性问题，或者至少为公众提供一种可供选择的方案。

现有技术

DE-OS 2238045公开了净化水用膜型蒸发器的热交换器的设计。在该热交换器中，借助喷洒喷嘴将水喷洒在有热水蒸气流过的水平安装的管子束上。热水在流过管子的外部时从表面膜蒸发水。热交换器或者蒸发器可以是复式***的一部分。热交换器中的管子可以在内部或外部形成褶皱。为了使由于管子的端部之间较大的压力差而引起的机械损坏最小化，建议在管子和该管子连接于的金属板之间的密封上设置合适的加强件。

EP 0952913B1公开了一种用于使热从加压蒸气传递到流体上的设计。例如为了操作用于海水的脱盐设备而使流体蒸发。在该设计中，由相对放置的塑料膜形成袋状通道，从而在外表面上发生流体的蒸发，并且在内表面上发生冷凝。通道的柔韧性为加压过程中的膨胀提供了余地。EP 0952913B1还公开了利用成排的多个热交换器翼片的设计。这种类型的设计也可用于吸收式制冷***的喷射器（ejector）。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种热传递装置，该热传递装置包括：第一热传递构件，该第一热传递构件限定有热交换面，热传输介质或输送介质在使用时与该热交换面接触，并且热可经由该热交换面在热传输介质与工作介质之间传递；和装置主体，该装置主体用于容纳所述热传输介质，其中，所述主体至少限定有第一室、第二室和第三室，该第一室、第二室和第三室为流体可连通关系，所述主体构造成使得所述热传输介质能够从所述第二室传到所述第一室然后传到所述第三室，或者从所述第三室传到所述第一室然后传到所述第二室，并且在所述主体中，所述第二室被夹在或者被定位在所述第一室和所述第三室之间。与传统的装置相比，所述热传递装置的这种构造能够获得相对较高的热传递效率，而不会在将热传输介质导入主体中时产生高的压力。流量为10L/min时，穿过热传递构件的热传递通量（W/m2K）能够达到25,000W/m2K。这样的热传递通量大大地高于传统装置所能够实现的热传递通量。传统装置的热传递通量通常不高于14,000W/m2K。

优选地，所述主体可以设置有第一通路和第二通路，所述第一通路允许热传输介质进入或离开第二室，所述第二通路允许热传输介质进入或离开第三室。所述第一通路可以是允许所述热传输介质离开所述主体的出口，而所述第二通路可以是允许所述热传输介质进入所述主体的入口，或者所述第一通路可以是允许所述热传输介质进入所述主体的入口，而所述第二通路可以是允许所述热传输介质离开所述主体的出口。根据情况，所述通路可以适当地成为入口或出口。

在一个实施方式中，所述热传递构件可以与所述第一室或者与所述第一室的一部分直接接触使得能够在所述热传递构件和所述第一室之间发生热传递，但是不与所述第二室直接接触。在该实施方式中，热交换直接发生在所述热传递构件与热传输介质之间。

在一些实施方式中，所述主体可以设置有允许所述热传输介质从所述第一室传到所述第二室或者从所述第二室传到所述第一室的通道。所述主体可以设置有允许所述热传输介质从所述第一室传到所述第三室或者从所述第三室传到所述第一室的通道。

有利地，至少一个所述室可以由至少一对基本上彼此平行设置的相对面对的板制成。所述第一室和所述第二室可以通过设置有多个开口并且该多个开口基本上均匀分布的板隔开，以允许所述热传输介质从所述第一室传到所述第二室或者从所述第二室传到所述第一室。均匀布置的开口和/或通道的设置提高了在所述室内的热传输介质的基本平均温度，并且使整个板的温度梯度最小化。

所述第一室和所述第三室可以通过设置有多个通道并且该多个通道基本上均匀地分布的第二室隔开，以允许所述热传输介质绕过所述第二室并且从所述第一室传到所述第三室，或者绕过所述第二室并且从所述第三室传到所述第一室。

在一个实施方式中，所述主体可以包括用于调节所述热传输介质进入或离开所述第一室、所述第二室或所述第三室时的流动方向的部件。

在实施方式中，所述主体可以进一步限定有第四室、第五室和第六室，该第四室、第五室和第六室为流体可连通关系，所述主体可以构造成允许所述热传输介质从所述第五室传到所述第四室然后传到所述第六室，或者从所述第六室传到所述第四室然后传到所述第五室，并且所述第五室可以被夹在或者被定位在所述第四室和第六室之间。

在另一实施方式中，所述装置可以进一步包括第二热传递构件，该第二热传递构件限定有热交换面，热传输介质在使用时与该热交换面接触，并且热量能够经由该热交换面在所述热传输介质与工作介质之间传递，其中，所述主体可以进一步限定有第四室和第五室，该第四室和第五室与第三室一起为流体可连通关系，所述主体可以构造成允许所述热传输介质从所述第四室传到所述第五室然后传到所述第三室，或者从所述第三室传到所述第四室然后传到所述第四室，并且所述第四室可以被夹在或者被定位在所述第三室和所述第五室之间。

在又一实施方式中，装置可以进一步包括热传输介质，该热传输介质包括基液和固体纳米填料，其中为100以上。使用这样的热传输介质进一步提高了热传输介质与工作介质之间的热交换。

根据本发明的第二方面，提供一种热传递装置，该热传递装置用于高温区与低温区之间的热能的交换，该热传递装置包括：热传输介质；装置主体，该装置主体用于容纳所述热传输介质；和热传递构件，其中，所述主体构造成允许所述热传输介质在所述高温度和所述低温区之间移动，所述热传递构件限定有热交换面，所述热传输介质在使用时与该热交换面接触，并且热量能够经由该热交换面在位于所述热传递构件的一侧的所述热传输介质与位于所述热传递构件的相对侧的所述工作介质之间传递，所述热传输介质包括基液和固体纳米填料，并且为100以上。

优选地，所述热传输介质的粘度可以是1mPa﹒s至5,000mPa﹒s。固体纳米填料的至少一个维度可以具有150W/mK以上的热导率。

根据本发明的第三方面，提供一种热传递装置总成，该热传递装置总成包括至少两个如上所述的热传递装置。

根据本发明的第四方面，提供一种热交换器，该热交换器包括如上所述的热传递装置或热传递装置总成。

根据本发明的第五方面，提供一种热传递装置的制造方法，该方法包括：提供至少具有以层状方式配置的第一壁、第二壁、第三壁和第四壁的装置主体，使得在所述第一壁和所述第二壁之间限定出第一腔，在所述第二壁和所述第三壁之间限定出第二腔，并且在所述第三壁和所述第四壁之间限定出第三腔，并且使得所述第二腔被夹或者被定位在第一腔和第三腔之间，为所述壁设置通道，使得所述第一腔、所述第二腔和所述第三腔为流体可连通关系，并且为所述装置主体设置允许流体进入或离开所述第二腔的第一通路和允许流体进入或离开所述第三腔的第二通路，使得流体能够进入所述装置主体首先进入所述第二腔、其次进入所述第一腔、然后进入所述第三腔并且接着离开所述装置主体，或者首先进入所述第三腔、其次进入所述第一腔、然后进入所述第二腔并且接着离开所述装置主体。优选地，该方法可以包括预加工至少一个壁进行和/或组装预加工过的壁。预加工过的壁的使用允许所述热传递装置模块化建造并且经济高效。还能为满足特定的热交换的需要提供更多的设计自由度。

根据本发明的第六方面，提供一种热传递装置，该热传递装置用于在吸收式制冷***中使用，该装置构造成设置有：第一流体室，该第一流体室配置在热传递用的第一板与位于第一板对面的第二板之间；第二流体室，该第二流体室配置在第二板的面向远离第一流体室的一侧与位于第二板对面的第三板之间；和第三流体室，该第三流体室配置在第三板的面向远离第二流体室的一侧与位于第三板对面的第四板之间。所述装置进一步构造成使得第二板包括第一开口，该第一开口跨越整个第二板大体均匀分布，以用于第一流体室和第二流体室之间的流体交换，并且第二板包括第二开口，该第二开口跨越整个第二板大体均匀分布，且借助于第一连接通道与第三板的第三开口相连，以用于第一流体室与第三流体室之间的流体交换。第三开口同样跨越整个第三板大体均匀分布。其中，热传输介质通过用于热传递目的开口跨越所有板的整个表面分布，使得跨越板的温度梯度能够最小化。

在一个实施方式中，所述装置可以包括：第四流体室，该第四流体室配置在第四板的面向远离第三流体室的一侧与位于第四板对面的第五板之间；和第五流体室，该第五流体室配置在第五板的面向远离第四流体室的一侧与位于第五板对面的热传递用的第六板之间。所述装置可以构造成使得第五板包括第四开口，该第四开口跨越整个第五板大体均匀分布，以用于第五流体室与第四流体室之间的流体交换。第五板进一步设置有第五开口，该第五开口跨越整个第五板大体均匀分布并且与第四板的第六开口相连。第五开口和第六开口借助于用于第五流体室与第三流体室之间的流体交换的第二连接通道连接。第六开口同样跨越整个第四板大体均匀地分布。

在另一实施方式中，装置可以包括第七板，该第七板配置在第一板的与热传递用第一流体室的相反的一侧。在该实施方式中，装置包括第六流体室，该第六流体室被定位在第七板与位于第七板对面的第八板之间。第七流体室配置在第八板的面向远离第六流体室的一侧与位于第八板对面的第九板之间，并且第八流体室配置在第九板的面向远离第七流体室的一侧与位于第九板对面的第十板之间。第八板包括第七开口，该第七开口跨越整个第八板大体均匀地分布，以用于第六流体室与第七流体室之间的流体交换，并且第八板包括第八开口，该第八开口跨越整个第八板大体均匀分布并且借助于用于第六流体室与第八流体室之间的流体交换用的第三连接通道与跨越整个第九板大体均匀分布的第九开口相连。

优选地，所述装置可以包括流入第二流体室的供给线和与第三流体室连接的排出线，或者可以包括流入第三流体室的供给线和与第二流体室连接的排出线。

有利地，所述装置可以构造成使得第一板的表面为设计的结构。

在优选的实施方式中，所述装置可以构造成使得第一板的面向远离第一流体室的一侧与作为单个或整体部件的用于工作介质的传导件连接。所述装置可以构造成使得第一板、第二板、第三板和第四板大体平行地设置。装置可以在至少一个流体室中包括用于流体调节的固定件。

根据本发明的第七方面，提供一种包括至少一个如本发明的第六方面中描述的热传递装置的热交换器。

根据本发明的第八方面，提供一种包括至少一个如本发明的第七方面中描述的热交换器的吸收式制冷***。

根据本发明的第九方面，提供一种用于高温区与低温区之间的热能传递的装置，该装置包括至少一个设置有热交换面的通路，热传输介质可在该通路内在所述高温区和低温区之间移动，其中，所述热传输介质包括基液和固体纳米填料；并且其中

为100以上。

优选地，热传输介质的粘度可以是1mPa﹒s至5,000mPa﹒s。固体纳米填料的至少一个维度可以是直径为100nm以下。固体纳米填料的至少一个维度可以具有150W/mK以上的热导率。

在一个实施方式中，所述装置可以是热交换器。

在另一实施方式中，所述装置可以适于用在双相吸收/解吸过程中。在这样的实施方式中，热传输介质包含有或容纳有呈溶解形式或化学键形式的气体。所述气体可以是氢气。所述纳米填料可以用至少一种金属催化剂涂敷。所述装置可以适于通过引入热能、太阳热、燃烧热或废热能来释放出气体。所述装置可以适于通过放热能量释放而将气体吸收到流体内。

本发明的优点在于，实施装置具有能够用塑料、金属和复合材料制成的预制板容易地制造的层状结构，该结构在机械上坚固、具有高的热效率，因此代表一种特别经济的技术方案。从而，能够设置大量的以相对于具有或不具有通道的热传递用板分布加热或制冷介质的开口，工作介质像膜一样溢出这些开口，或者工作介质在平行走向的通道内横着流过这些开口。

接触第一板的工作介质可以设置在第一板的位于第一流体室对面的一侧上。通过大量的均匀分布的第一开口和第二开口，可以确保在第一板的整个表面上的均匀的热传递，这很大程度上独立于沿第一板的工作介质的传导。

所述装置能够以模块化结构的方式容易地制造，其中能够设置不同的板和固定件使得能够确保不同的流动状态。因此，能够为溶液混合物提供均匀的制冷/加热。所述装置可以包括简单且紧凑的结构，该结构能够经济有效且高效地制造。特别地，能够提供由多个板制成的限定流体室的夹层状的实施方式。可以在流体室内设置固定件以用于流体的传导，可以在板的一侧或两侧设置固定件。

结果是能够在热交换器和/或吸收式制冷***中提供上面指出的优点。优选地，多个装置紧密地彼此连接，结果是能够获得特别紧凑的设计。

存在着通过热交换器进行的热驱动吸收和解吸过程的多种应用。这些应用包括热泵、冰箱、空调、吸收式制冷机以及氢解吸/吸收至液体载体液。

附图说明

现在将参照附图仅借助于非限制性示例说明本发明的实施方式，其中：

图1示出了吸收式制冷循环的简化的图示示意图；

图2是根据本发明的热传递装置的第一实施方式的剖视图；

图3是根据本发明的热传递装置的第二实施方式的剖视图；

图4是根据本发明的热传递装置的第三实施方式的剖视图；

图5是根据本发明的热传递装置的第四实施方式的剖视图；

图6是根据本发明的热传递装置的第五实施方式的剖视图；

图7是根据本发明的热传递装置的第六实施方式的剖视图；

图8示出了与热传递用板连接的用于工作介质的传导件的剖视图；

图9示出了根据图8的传导件的模型的俯视图；

图10示出了根据图8的传导件的另一模型的俯视图；

图11示出了根据本发明的热传递装置的实施方式的第二板的俯视图；

图12是根据本发明的具有降膜的热传递装置的实施方式的立体图；

图13是显示包括多个根据本发明的热传递装置的热传递用的热交换器的立体图；

图14是显示吸收式冷却机的工作原理的示意图；

图15是根据本发明的实施方式的热交换***的示意图；

图16图示了本发明中适用的纳米材料的功能化处理；

图17通过透射电子显微镜（TEM）示出了纳米流体的示例和纳米填料的存在；和

图18示出了纳米流体中的小粒径的纳米填料的实验结果。

具体实施方式

图1示出了具有太阳能电源的吸收式制冷***9的图示示意图。可以在吸收式制冷***的被指定为喷射器的溶剂蒸发器91中容纳例如氨水溶液。在该情况下，溶液由例如来自热太阳能***的蒸气或热水间接加热。作为热太阳能***的替代方案，可以使用能够提供必要的蒸发温度的其他适用热源。氨蒸气随后从溶剂蒸发器91排出。在多数情况下，蒸气接着通过分离塔或精馏塔（图1中未示出）与水残留物分开，接着流入液化器92中。接着液态的氨被存储在高压收集器（图1中未示出）中。用于调节，来自相连的制冷用户的空气流被送到热交换器93中，在这里冷却的氨通过减压而蒸发并且空气流冷却。

在热交换之后，氨蒸气通过吸收器94被抽吸通过抽吸通道。从溶剂蒸发器91出来的残留物、低氨的冷却的溶液被用作吸收剂。低氨溶液被导入吸收器94，并且吸收器94借助于外部冷却循环地冷却，从而移除溶液的热量。低氨溶液具有吸收氨直到饱和的趋势。然后将在吸收器94中富集的饱和溶液泵送返回到溶剂蒸发器91中。

外部冷却的冷却水通过空气冷却装置95被重新调整成闭合循环中的操作温度。

也可以用吸湿盐代替氨。

在该类型的吸收式制冷***9中，可以特别高效地使用下面将描述的热传递装置和下面将描述的热交换器。结果，能够容易地、经济地且以高效率提供吸收式制冷***9。

图2至图7示出了用于在吸收式制冷***中使用的根据本发明的热传递装置的多个实施方式。

图2示出了传递装置的第一实施方式。该装置包括：第一流体室11，其配置在热传递用的第一板（或壁）21和位于第一板21对面的第二板22之间；第二流体室12，其配置在第二板22的面向远离第一流体室11的一侧与位于第二板22对面的第三板23之间；和第三流体室13，其配置在第三板23的面向远离第二流体室12的一侧与位于第三板23对面的第四板24之间。第二板22包括第一开口31，该第一开口31跨越整个第二板22大体均匀地分布，以用于第一流体室11和第二流体室12之间的流体交换。第二板还包括第二板22的第二开口32，该第二开口32跨越整个第二板22大体均匀地分布，并且第二开口32借助第一连接通道41与第三板23的第三开口33连接，以用于第一流体室11和第三流体室13之间的流体交换。第三开口同样跨越整个第三板23大体均匀地分布。在一种运行操作中，呈入口形式的供给线51连接至第三流体室13，使得流体能够首先流入由第三流体室13限定的腔。呈出口形式的排出线52连接至第二流体室12，使得流体能够从第二流体室12的腔出去。该实施方式中流体的流路用图2中的箭头示出。

然而可以理解的是，在其他操作或应用中，流体的流动方向可以相反，使得流体能够经由线52进入并从线51出去。在这样的实施方式中，装置使得热量输送或传输流体首先被导入第二流体室12中，然后经由第一开口31被导入第一流体室11中。当到达第一流体室11时，流体与板21的热交换面接触，并且发生流体与板之间的热交换，结果使得第一流体室中流体的温度改变。根据流体与第一板之间的温差，热从流体传至第一板，或者从第一板传至流体。然后流体离开第一流体室并且经由第二开口32和第三开口33进入第三流体室13，其中第二开口32和第三开口33通过连接通道41的两个相反端连接并且由连接通道41限定。

可以理解的是，在第二流体室12和第三流体室13中分别仅发生了少量热交换，并且流体在经由第一（或第二）开口流入第一流体室11之前或之后在第二流体室和第三流体室中具有近似相等的温度。由于第一开口31（和第二开口32）跨越整个第二板22大体均匀地分布，所以能够实现流到第一板21上的流体在整个区域内大体上具有相同的温度。由于第一开口31和第二开口32的均匀的交替分布，所以能够形成流体单元，从而流体大体上从一个第一开口31流至第一板11，并且接着流过一个相邻的第二开口32（反之亦然）。

接触第一板21的工作介质可以设置在第一板21的位于第一流体室11的对面的一侧。借助于大量的均匀分布的第一和第二开口，能够确保在第一板21的整个表面上具有相等并且均匀的热传递，这在很大程度上独立于沿着第一板21的工作介质的传导件61。

为了提高热传递，第一板21的表面可以被设计地构造。通过这样的构造能够容易地实现流体与第一板21之间的接触面积的增大，借此能够实现提高的热传递。

也可以设置成通过构造第一板21的表面来实现工作介质与第一板21之间的接触面积的增大。特别地可以设置成第一板21的面向远离第一流体室的一侧与作为单个部件的工作介质的传导件61相连。传导件61可以特别地设计成打开或闭合的通道。这样，能够确保工作介质与第一板21之间的高效的热传递。

供给线51和/或排出线52可以至少在第二流体室12和/或第三流体室13的区域以不可拆卸的方式与装置相连。

可以在流体进入第一流体室11的入口区域设置喷嘴53，通过该喷嘴53能够影响流体在第一流体室11中的流动方向。结果，能够提高装置的效率。喷嘴53可以设计成锥形喷嘴。发明过程中的研究表明，在第一流体室11中产生流体的紊流能够增进更均匀的流体的温差，因此增进更高的热传递的效率。

图3示出了与图2的热传递装置类似的热传递装置的第二实施方式。在该装置中，还可以利用流动调节用的固定件54影响第一流体室11中的流动。固定件54可以设计成具有螺旋状形式的网格状插件。结果，能够大大地降低第一连接通道41与第一流体室11之间的压力损失。压力损失的降低意味着需要较低的进入流体压力，并且较低的压力意味着较高的能量效率和较高的装置耐久性。

固定件54也可以与一个或更多的板21、22、23、24牢固地连接，特别地也可以作为单个或整体部件连接。

研究发现，当流体的流动展现出螺旋状的形式时，热传递效率能够提高。因此，喷嘴和/或固定件可以构造成将流体流动操纵为展现出这样的形式。

在图2和图3示出的热传递装置中，第一板21、第二板22、第三板23和第四板24大体平行地配置。该构造一方面使得能够以相对简单的方式制造装置。另一方面，基本上平行的构造使得能够通过分段组装将多个该装置一起组装到更大的热交换器中。

该装置可以设置成具有模块化设计。因此，壳体55的一个开口可以通过第一板21封闭。然后第二板22和第三板23***到壳体55中。可以在第一板21的相反的一侧利用第四板24封闭壳体55。采用这样的设计，能够从制造和成本角度两个方面高效地生产装置。

另外，固定件54（和隔离件）可以插在装置中的板21、22、23、24之间，以便防止板的偏离。固定件54和/或隔离件也可以与板21、22、23、24连接，特别地，作为单个或整体部件与板21、22、23、24连接。

可以理解的是，通过不同地形成板21、22、23、24和/或插件54，能够使装置容易地适应于各种需求。结果，尤其能够确保用于不同的温度范围和/或流体的装置的高效率。如果清楚知道通过改变板21、22、23、24中的一个和/或一个插件54能够实现提高的效率，那么根据需要，也能够容易地对装置进行改进。

发明过程中的研究表明，当第一板21由金属或金属材料制成并且第二板22、第三板23和第四板24由例如隔热用热塑性聚合物制成时是特别有利的，能够为第一板21提供高效的热传递，因此第二板22、第三板23和第四板24用作隔热体。壳体55、供给线51和排出线52也可以设计成用隔热用热塑性聚合物制成。可以采用简单的方式（例如通过注射成型法）来制作由热塑性聚合物制成的部件。利用这些部件降低了需要的空间、重量和制作成本。

图5示出了热传递装置的第四实施方式。虽然存在不同，但是该实施方式与图2的实施方式类似。该热传递装置设置有：第四流体室14，其配置在第四板24的面向远离第三流体室13的一侧与位于第四板24对面的第五板25之间；和第五流体室15，其配置在第五板25的面向远离第四流体室14的一侧与位于第五板25对面的用于热传递的第六板26。第五板25包括第四开口34，该第四开口34跨越整个第五板25大体均匀地布置，以用于第五流体室15与第四流体室14之间的流体交换；第五板25的第五开口35跨越整个第五板25大体均匀地分布，并且该第五开口35借助于第五流体室15和第三流体室13之间的流体交换用的第二连接通道42与第四板24的跨越整个第四板24大体均匀分布的第六开口36相连。采用该构造，能够在装置的两侧、即在第一板21和第六板26处发生热传递。可以理解的是，在该实施方式中，大体是两个根据图2的装置，其中第三流体室13被使用两次，因此不是所有的部件都必须加倍。结果是能够提供具有大的热传递用表面的紧凑设计。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以用类推的方法将第五流体室15设计成第一流体室11。可以用类推的方法将第四流体室14设计成第二流体室12。

可以用类推的方法将第四板24设计成第三板23，并且/或者用类推的方法将第五板25设计成第二板22，并且/或者用类推的方法将第六板25设计成第一板21。

当制作该装置时，用第一板21和第六板26封闭壳体，并且将位于中间的板（即第二板22、第三板23、第四板24和第五板25）插在壳体55中。

图4示出了根据本发明的装置的第三实施方式。第三实施方式与图2的装置类似。在该实施方式中，设置有热传递用的第七板27，该第七板27配置在热传递用第一板21的位于与第一流体室11相反的一侧。此外，设置了第六流体室16，该第六流体室16配置在第七板27的面向远离第一流体室11的一侧和位于第七板27对面的第八板28之间。设置有第七流体室17，该第七流体室17配置在第八板28的面向远离第六流体室16的一侧和位于第八板28对面的第九板29之间。设置有第八流体室18，该第八流体室18配置在第九板29的面对远离第七流体室17的一侧和位于第九板29对面的第十板30之间。

第八板28包括第七开口37，该第七开口37跨越整个第八板28大体均匀地分布，以用于第六流体室16和第七流体室17之间的流体交换；第八板28的第八开口38跨越整个第八板28大体均匀分布，该第八开口38借助于第六流体室16和第八流体室18之间的流体交换用的第三连接通道43与第九板29的第九开口39连接，该第九开口39跨越整个第九板29大体均匀地分布。

采用该构造，能够在分别位于第一流体室11和第六流体室16中的两个工作介质之间发生热交换，这是因为热交换是通过第一板21以及第七板27两者产生的。实质上是两个根据图2的装置。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以用类推的方法将第六流体室16设计成第一流体室11。可以用类推的方法将第七流体室17设计成第二流体室12，并且/或者用类推的方法将第八流体室18设计成第三流体室13。

可以用类推的方法将第七板27设计成第一板21，并且/或者用类推的方法将第八板28设计成第二板22，并且/或者用类推的方法将第九板29设计成第三板23，并且/或者用类推的方法将第十板30设计成第四板24。

第一板21、工作介质的传导件61和第七板27可以设计成单个或整体部件，例如设计成具有工作介质用的钻孔的块，因此，根据发明，所述块的面向第一流体室11的区域代表第一板21，所述块的面向第六流体室16的区域代表第七板27，并且所述块的具有钻孔的区域代表工作介质的传导件61。

为了装置制造的方便，板21、22、23、24、25、26、27、28、29、30优选地大体平行地配置。

可以在暴露于流体和/或工作介质的所有表面上设置另外的金属涂层。结果是能够确保装置的特别长的使用寿命。

可以设置成被流体接触的表面的至少一部分包括纳米涂层，借此能够确保特别低的流动阻力和特别高的热交换效率。

根据图6的第五实施方式与根据图5的第四实施方式相对应，其中在第一流体室11和第五流体室15中设置有固定件54。

图7图示了根据本发明的热传递装置的第六实施方式。该实施方式基本上与图6的装置类似，只是壳体55设计成加强型。结果是能够获得特别抗压的设计。壳体55由金属或金属材料制成。优选地，可以使用也用于热交换用的板21、26、27的材料。可以设置成热交换用的板21、26、27与壳体55例如通过冷成型设计为单个部件。在第六实施方式中，例如壳体55的两个半部之间的接合处可以通过焊料焊接、冷焊接或胶接闭合。

研究表明，流量为10L/min时，跨越根据本发明的热装置的实施方式的热传递构件的热传递通量（W/m2K）能够达到25,000W/m2K。这样的热传递通量大大地高于传统装置所能够实现的热传递通量。传统装置的热传递通量通常不会高于14,000W/m2K。研究还表明，比较本发明的新型装置与传统装置，当跨越相同的压降时，新型装置通常能够实现两倍高的热交换效率。

图8示出了与热交换用的板21、26、27中的一个板连接的用于工作介质的传导件61的模型的剖视图。传导件61包括用于处于流体或气体状态的工作介质的流动的通道。设置有多个肋62并且该多个肋62位于用于工作介质与热传输流体之间的热交换的板21、26、27的热传递面之间。传导件61优选地由具有大于150W/mK的导热系数的材料制成。传导件可以与热传递用的板21、26、27中的一个板连接成为单个部件，并且传导件可以例如通过化学处理（诸如结构蚀刻）、机械变形（诸如深拉、铣削或钻孔）、通过将多个部件连接或者通过适合的模塑方法来制造。传导件61表现为用于工作介质的流动通过型冷却或加热结构的流体腔。然而，该配置也可以优选地设计成闭合的热管。这在能够利用通向的固体物质的冷库的入口的情况下，例如对于航天应用，飞船的外侧总是处于非常低的温度的情况中，特别地有利。

图9和图10分别示出了与图8的传导件61类似的传导件的不同实施方式的俯视图。

如图8（以及图9和图10）所示，传导件61在肋62之间提供了用于工作介质的多个通道，这些通道从一侧延伸至相对侧。因此通道的横截面可以任意设定，例如为圆形或矩形。可以在通道的端部设置分布器63，该分布器分布或收集各个通道上的工作介质。分布器63可以借助于连接件与工作介质的供给线和排出线相连。

发明过程中的研究表明，金属或金属性密封石墨是用于工作介质的气密性传导的特别地适合的导热材料。优选地使用来自铝组和铜组的金属材料。尤其是在高压条件下，金属性包敷金属基质复合材料，例如AlSiC是特别适合的。

图10中示出的通道具有蛇形设计。采用该设计，能够在工作介质与热传递用的板21、26、27之间获得特别高效的热传递。

图11示出了热传递装置的实施方式的第二板22的俯视图，其中可以看到第一开口31和第二开口32的可能的分布。

图12示出了具有降膜的热传递装置的实施方式的斜视图。对于降膜，意味着工作介质沿着热传递用的板21、26、27形成降膜。在该构造中，第一板21和第六板26形成了装置的外侧面，由此设计在两侧进行热传递。

第一板21和第六板26均形成用于工作介质的连续的溢出面。

具有多个开口65的给料管64用工作介质为第一板21和第六板26的外侧面给料，其中开口65可以设计成槽状，第一板21和第六板26设置为悬挂的状态。工作介质可以是两相工作介质，例如是用于吸收式制冷***9的溶剂蒸发器91的富含氨的氨水混合物，或者是用于吸收式制冷***9的吸收器94的低氨氨水混合物。（在其他的应用中，工作介质可以是包含氢或者可含有氢的介质）。通过从开口65涌到第一板21和/或第六板26上，这样能够确保这些板21、26的膜状润湿。最终气体可以经由与相邻的相同设计的装置之间的间隙（如图12中虚线所示）排出。

该设计的特别的优点是其悬挂类型或性质。采用该设计，随时间发生的化学、机械或者生物性质的污染影响将不会造成任何故障。污物颗粒由于重力而聚集在装置的最下部，在这里可以设置便于维修的收集容器。

热传递用的板21、26、27可以至少设置在具有吸收热辐射的涂层的区域。所述涂层出现在当运行时吸收热的侧面上尤其地有利。

图13示出了包括多个图12的热传递装置的热交换器7。在该设计中，热交换器7允许特别节省空间的模块化的成排的热传递装置，从而由标准元件组装以用于任何性能要求。

当用在如图1中所示利用氨水的吸收式制冷***9中时，两个相邻的热传递装置之间的间隙可以用于给料或者移走氨蒸气。利用该设计，能够同时使内部以及外部的压差保持非常低。然而，利用该机械上紧凑的构造，也能够使得内侧和外侧之间的主要的压差能够没有任何功能性的损失。

利用该设计，对于热交换器7可以并联连接多个热传递装置。作为选择，多个热传递装置可以串联连接。当热传递装置并联连接时，热交换器7被组合成热交换器块或热交换器组，并且如果需要的话，热交换器7可以包括串联地连接到一起的多个热交换器块。

例如防冻水、去离子水或缓冲水可用作流体。

如果流体是大容量的液体，则似乎特别地有利。此处也可以提供具有纳米粒子的流体。

已证明添加有至少一个维度上的粒径小于100nm和/或热导率大于150W/mK的粒子或纤维的流体是特别有利的。

由于纳米技术的发展，材料已经被设计得显示了处于纳米等级的突出的特性。特别是碳纳米管（CNTs）已经显示出具有优异的导热性和导电性。对于一些单独的碳纳米管，已报道高达6,600W/mK的纵向热导率值。

尽管本发明涉及关于热传递装置的方面，但是本发明也涉及当用在热传递装置中时能够允许或至少提高较高的热交换率和/或较低的压降跨度的热传输或传递介质。在本说明书的内容中，介质也可以称作纳米流体并且具有高的热容和热导率，从而能够实现较低的流量，因此减少了在这种装置中压降的问题。应当注意的是虽然发明的这个方面适用于吸收式冷却机空调***，但是显然具有其他应用，包括双相吸收/解吸设备，例如氢吸收/解吸过程。

图14示出了包含双相工作介质或溶液的解吸器101，其中双相工作介质或溶液包括呈溶解形式或化学结合形式的液体或液态蒸气。可以通过使流体基质的基液变得进一步包括固体纳米填料，从而将工作溶液制成纳米流体。解吸器101利用来自燃料燃烧、废热或太阳热的足够热能提供给双相工作溶液，以将解吸的液态相从工作溶液中蒸发出来，因此将水汽从解吸器101传递至冷凝器102。

如图15中所示，在根据本发明的热交换器105的加热板表面153中，在从太阳能、废热能、灼烧热能或燃料燃烧热能中收集足够的热能之后，基于传热流体的纳米填料在通过管道154至管道155（反之亦然）进入解吸器101时将携带高热能。这样的高热能纳米流体将促进第二相从经由管道151供入的工作溶液中分离出来，这样的高能纳米流体也能够比不包含纳米流体的情况在解吸器101中更快地合成纳米流体。高热能蒸气相将经由150从热交换器105流出至冷凝器102，而残留有用于纳米填料基质流体的基液的变差的工作流体溶液经由管道152流回至吸收器104。

在冷凝器102中，从解吸器101出来的解吸了的蒸气从气态冷却成液态。在冷凝器102中，通过其它的纳米流体而冷却的热交换器被用于获得热交换方面的高效率。纳米流体将来自制冷剂的热从高温区传导至低温区。

如图15中所示，在解吸器101中产生的具有高热能的蒸气将经由管道151传递，从而与较低温度区进行热能交换，使得解吸了的蒸气将冷凝成液体。为此目的，将纳米流体从管道154跨越加热板153抽吸至管道155（反之亦然）。具有极高热容的纳米流体将热能传递至外侧重复冷却器153，所以工作流体从管道151到管道152（反之亦然）时蒸发，以用于冷凝为制冷剂。具有较低热能的冷凝的制冷剂经由管道151流至管道152（反之亦然）。

当液体制冷剂经由膨胀阀进入蒸发器103时，蒸发器103内的压力将下降。在这样的减小的压力状态下，制冷剂可以在环境温度下蒸发以吸收可用的热能，因此提供了成为密闭冷却循环的冷却效果。利用与冷凝器102中的热泵装置类似的热泵装置，根据本发明的热交换器105也能够应用在蒸发器103中。在该情况中，制冷剂蒸气经由管道151或管道152进入热交换器105。冷却剂循环的纳米流体进入与蒸发回路平行或与蒸发回路逆流的热交换器105内。在蒸发回路中，制冷剂（处于减小的压力状态下）在从由冷却剂循环中的纳米填料增强的冷却剂所代表的周围环境中吸收大量热能时蒸发。由于制冷剂溶液中的纳米填料的增加的热容，所以与不存在纳米流体的情况相比，吸收的能量的量更大。蒸发之后，制冷剂蒸气进入吸收器104以用于吸收，而纳米流体则在其他回路被重复收集并且最终流回至该回路，消耗了制冷能量。

当具有高固有能量的制冷剂蒸气进入吸收器104时，该制冷剂蒸气将被吸收到在吸收器104中用作纳米填料流体基质的基液的吸收性（工作性差）溶液中。制冷剂蒸气在吸收性溶液中的溶解将释放需要立即消散的热能。这可通过利用纳米填料合成溶液而促进。凭借工作溶液中的这样的纳米填料的较高的热导性，热能将更加高效且有效地被接收并传给热交换器，该热交换器的外部重复冷却回路可能具有与热交换器105的构造相同的构造，并且热可以经由与外部吸热装置或冷却塔相连的热交换器105的外侧重复冷却回路中的另一纳米流体而传走。类似地，热交换器105也是吸收器104中的关键部件之一。

如图15中所示，高热能工作流体经由管道151流到吸收器104，具有高热容的纳米流体将帮助驱散热能至外部吸热装置或冷却塔。对于那些仍未完全散热的工作流体，将利用管道152再循环以进行第二次散热。当这些工作流体完全散热时，将经由管道150从吸收器104流出，并且最终再次进入解吸器101以用于连续的循环利用。

因此可以看出，热交换器105可以用在上述解吸器101、冷凝器102、蒸发器103和吸收器104中的每一个中。

在根据本发明的装置中，在装置的管道中包含流体形式（例如液体形式）的热传输介质（也称作“纳米流体”），以移动从而在高温区与低温区之间的传递热能。纳米流体是由在基液（例如液体）中的导热性固体纳米填料组成的流体基质。基液可以是水、有机的、无机的、有机金属的、聚合的并且可以是单一品种或者各种组合。

流体基质应该具有下面的物理和化学特性，即，低蒸气压、高沸点、高比热容、低热膨胀以及良好的与导热的纳米填料润湿的润湿性。导热的纳米填料和基质之间的润湿性非常关键并且确定了纳米流体的热特性。这些导热的纳米填料材料必须具有优异的热导率（至少一个维度具有150W/mK以上的热导率；例如，对应于像AlN、Al、Ag、Cu、纳米石墨和金刚石一样的材料），并且这些导热的纳米填料材料能够通过机械混合、剪切或行星混合搅拌很好地分散在流体中。这样的导热的纳米填料可以是有机的、无机的、有机金属的、聚合的并且他们可以是单个品种或者是各种组合。纳米填料的含量是可变化的，从0.1vol.%至20vol.%，并且纳米填料具有从1mPa﹒s至5000mPa﹒s的粘度范围，其中浓度影响纳米流体的热阻和/或热导率。因为导热的填料是纳米等级的，所以其表面面积增大了。优异的导热性也可以仅通过纳米填料在基液中的良好的分散来实现。为了良好的分散，可以在纳米材料上施加物理或化学处理。

选择具有高纵横比和管状结构的纳米材料作为导热的填料。先对纳米材料进行功能化处理并且将其激活，以使其表面准备用于进一步的操纵。在适当的反应完成之后，完成的产品能够容易地溶解或分散在水介质或液体介质中。为了演示图示的示例，我们选择了通过与含羟基的有机分子（如具有两个或更多羟基的有机烃）发生反应的化学反应。这些羟基可以键结合到分子中的一个特定的碳原子上或不同的碳原子上。在这样的有机烃的分子结构方面没有特别的限制，只要该有机烃在25℃为液态，具有低蒸气压、高沸点的支链并且部分支链为直链。烃可以包含2至50个，并且优选地4至20个碳原子。除了具有羟基之外，诸如烯基、烷基、羰基、氨基、羧基、硅氧烷等其他官能团也是优选的。除了前述的烃之外，还可以添加其他化学品，这些化学品可以是交联剂、溶解剂、附加的稳定剂、表面活性剂、催化剂或者是能够帮助纳米材料的分散的化学品、改善纳米流体的热导率的化学品或者引起与有机烃的其他反应的化学品。适合的纳米填料可以是固体碳纳米管（CNTs）。优选地，碳纳米管的至少一个维度的粒径小于100nm，并且碳纳米管在至少一个维度具有超过150W/mK（例如高达3,500W/mK）的热导率。

材料

除非另外说明，本文中提到的所有的化学品是从Aldrich网上购买的，并且除非另外说明，这些化学品按收货状态方便地使用。将二氯甲烷（DCM）在分子筛上方干燥，并且将其在氢化钙上方蒸馏。使用收货时的原始的纳米材料。在这里为了说明比较方法，使用均为普遍可得到的聚乙二醇的PEG100、PEG 200、PEG 300和PEG 400作为各个基液。

鉴定

以10℃/min的加热速度在氮环境下在Perkin Elmer TGA 7上进行热重量分析。利用Perkin Elmer 16PC FT-IR分光光度计记录下红外光谱（FT-IRspectra）。利用JEOL 2010F仪器在200kV下操作获得TEM图像。利用CoulterLS230测得颗粒尺寸分布。通过利用传统的实验步骤测得热阻。

合成

在配有隔片和磁性搅拌棒的圆底烧瓶中加入0.3g的固体碳纳米管（作为纳米材料）。然后在室温下在100ml的浓硫酸和浓硝酸的混合物中搅拌***1天。用去离子水对所得的混合物进行稀释并进行过滤。用去离子水对产物彻底进行清洗，并且以40℃在真空下将其干燥一个晚上。以99%的产率（0.298g）离析出黑色粉末。IR（薄膜），v（cm^-1）：1716（C=O伸展（stretching））。

在配有隔片和磁性搅拌棒的500ml的双颈烧瓶中加入0.3g的如上所述的黑色粉末和300ml的刚蒸馏的DCM。通过滴液漏斗加入1g的溶解在25ml蒸馏的DCM中的PEG 100。以120℃在氮环境下使混合物回流48小时。在冷却至室温后，以4500rpm的转速对混合物进行离心处理，隔开清澈的DCM层。如此形成的合成物（hybrid）的提纯处理通过反复地清洗具有DCM的粗制品并且随后对混合物进行离心处理以去掉上层清液来完成。以24.6%的产率（0.319g）来离析出PEG 100合成物的黑色粉末。IR（薄膜），v（cm^-1）：1093.（C-O-伸展）、1451.9（CH₂端（ending））、1581.1（=C伸展）、1731.9（C=O伸展）、2873（C-H伸展）。为了改善其性能，也可以用至少一种金属催化剂涂敷纳米填料。

除相同的反应介质之外，通过使不同的化学品（PEG 100、PEG 200、PEG 300和PEG 400）与碳纳米管发生反应，对不同功能化处理的合成物进行人工合成。实际中，可以通过激光消融（laser ablation）或其他物理方式来促进表面改性或功能化。因此化学改性仅用作示例。

为了确定合成物的热稳定性和柔性链，采用热重量分析（TGA）。原始的反应物（reactant）（即，未经预处理的反应物）非常稳定，加热到800℃时仅失去其重量的极小一部分。另一方面，反应过的合成物在大约200℃时开始降解。这是可以理解的，因为合成物一般显示出低的抗热解性。下面的表1示出与未经过合成的反应物相比，合成的合成物的重量的损失百分比。

表1：反应物的重量损失量

^a在400℃下由TGA数据计算所得

为了检查由原始反应物变为合成物时的纳米材料的改变是否有助于改善其分散性，在去离子水中加入0.1wt.%的合成物PEG 300和PEG 400，对混合物进行超声波处理（ultrasonicated）1小时。在沉淀和提纯之后，提取出均质化的溶液。该纳米流体，即合成物PEG 300和PEG 400的稳定时间超过六个月。明显的，黑色溶液保持均匀并且未改变。图17中示出了PEG 300和PEG 400的水溶液的照片。在鲜明的对比中，没有任何处理的原始样品分散得差，并且在30分钟之后开始沉淀在瓶的底部。测得的PEG 100、PEG 200、PEG 300和PEG 400的最后得到的合成物纳米流体的粘度小于500mPa﹒s。

按月对PEG 100、PEG 200、PEG 300和PEG 400合成物中的上层清液的颗粒尺寸进行检查。发现在六个月内粒度分布变化很少，这意味着在超声波处理后未观察到再凝聚。在室温下存放六个月之后溶液的稳定性的结果是令人振奋的，如图18所示。PEG 300和PEG 400的合成物的颗粒尺寸的范围为0.4μm至2.5μm，而未处理的原始反应物的颗粒尺寸的范围为10μm至800μm。该结果解释了为什么经过预处理的PEG 300和PEG 400虽然尺寸非常小但也能够保持均匀分散超过六个月。TEM分析给出了关于复合物的形态的更清晰的图片。如图17所示，在未经处理的原始反应物（标为“1”）的TEM图像中观察到许多团簇，这表明分散性差。相反，如图18中所示，经过处理的PEG 300合成物（标为X₃）和经过处理的PEG 400合成物（标为X₄）给出了纳米填料分散良好并且彼此分离的离散结构。

热特性

通过在酒精中混合大约15wt.%的纳米填料来测试未经处理的原始反应物和合成物PEG 100、PEG 200、PEG 300和PEG 400的热阻。通过利用将纳米流体夹在两个平滑的热电偶之间的传统方法来完成热阻的测量。在功率大约为160.8W的状态下测量热电偶的温度差。然后将测得的值除以功率，以得出热阻。发现得出的粘度低于3000mPa﹒s。

如下面的表2中所示，合成物PEG 100、PEG 200、PEG 300、PEG 400的热阻有趣地显示出较低的阻抗，且阻抗相差大到14%。这也可以解释成是由于纳米填料更好地分散在基质中所产生的结果，并且因此热量高效地沿轴向方向传导。另外，由于在分散方面的明显的改善，所以大大地改善了纳米材料之间的接触。如图17所示，未经处理的原始反应物显示出大量结块的纳米材料团簇，且团簇的尺寸范围为10μm至800μm。纳米管的网格是有限的，并且不能有效地传递热。与之相反，其衍生物（即合成物PEG 100、PEG 200、PEG 300和PEG 400）的颗粒尺寸则小得多（大约为0.4μm至2.5μm）。发现离散的纳米材料很好地分散在基质中，因此为热传导提供了较宽的操作范围。

表2：未经处理的原始反应物（标为“X”）、经过处理的合成物PEG 100（标为“X₁”）、经过处理的合成物PEG 200（标为“X₂”）、经过处理的合成物PEG 300（标为“X₃”）以及经过处理的合成物PEG 400（标为“X₄”）的热阻。

^a使15wt.%的样品分散。

^b观察15分钟之后用160.8W的功率进行测量。

以上示例明显地说明了本发明的价值，即在散热时用作为热传输介质的纳米流体的杰出性能，并且有助于更好地理解本发明的原理。当然，以上使用的分子结构、化学品、化学处理方法仅为了说明的目的，因此不应过度限制本发明的范围。

与热交换器装置的设计相关联的常见问题是需要增加热传递面的表面面积，以通过几何方法增加高温区与低温区之间的热交换率。但是，在增加热传输介质的固体容纳物的表面面积与分隔区表面的面积之比方面花费非常小的努力。该努力也被流体中的添加物的尺寸和腐蚀作用所妨碍。

根据本发明，能够选择即使增加的流量也没有显著的化学或物理腐蚀作用的纳米材料，例如上面讨论的碳纳米管。这样的纳米材料能够显著地提高有效的（固体）流体表面的面积（A_fl）与管道或热交换腔室的包围表面的面积（A_ex）之比，即，

对于根据现有技术的热交换器，A_fl的值的等于热交换器被液体润湿的表面。为了说明具有圆柱类型的例子，A_fl的值为2πRL，其中L是管道的长度，该值与A_ex的值相同。因此，对于传统的圆柱类型的热交换器而言，假设管道充满液体，A_fl/A_ex的值接近1。即使为了设计热交换器的几何形状，也仅改变A_ex，因此实际上A_fl/A_ex比会小于1。

然而，由于加入了纳米填料，所以A_fl的值=πR²L·BET·ρ·vol.%，该值是通过100vol.%的氮气吸附而测得，其中，ρ是纳米流体的密度，BET是纳米流体中的固体纳米填料的测量得表面面积。因此：

$\frac{A_{\mathrm{fl}}}{A_{\mathrm{ex}}}=(\mathrm{\π}{R}^{2}L\·\mathrm{BET}\·\mathrm{\ρ}\·\mathrm{vol}\%)/2\mathrm{\πRL}$

$=\frac{\mathrm{BET}\·\mathrm{\ρ}\·R}{2}\·\mathrm{vol}.\%$

对于用在本发明中的第一种纳米流体，使用1vol.%的CNT，该CET的BET值为100m²/g、密度为1.3g/cm³、圆柱半径为10cm，

的值为6,500,000（即，6.5×10⁶）。下面的表3中示出了

的值的其他示例。

表3：根据本发明的热交换器的

的示例

需要注意的是，虽然使用了术语管道，但是管道实际上是提供热交换面的通道。管道不仅可以是圆形的也可以具有矩形的横截面。因此，应该理解为，A_ex是指热交换面的面积。

表4：

与热传递的提高率（%）的关系

从以上表格可以看出，大约100的

值能够提高超过3%的热交换效率，该数字实际上很显著。大约325以上的

值能够显著提高10%或更多的效率。

为了使本发明更好地起作用，仔细地选择纳米流体的粘度、密度和流量以及纳米填料的热导率，以便更好地实现装置的性能。

根据我们的研究发现，适合用于本发明中的纳米流体的粘度如下：

表5：适合用于本发明中的纳米流体的粘度的示例

可以看出，这样的纳米流体的粘度可以在500至5,000的范围内。

在流体力学中，雷诺数（R_e）是测量惯性力与粘力之比的无量纲数并因此对应地量化给出的流动状态。

以下为常见知识：

R_e=ρVL/μ

其中，ρ是流体的密度，

V是流体的体积，

L是管子的直径，并且

μ是流体的动力粘度。

雷诺数对于流体动力学问题的纲量分析很重要，并且也用于描述诸如层流或紊流等不同的流动形态。当雷诺数低时发生层流，其中粘力占支配地位，并且层流具有平滑、恒定的流体运动的特点，而当雷诺数高时发生紊流，紊流中惯力占支配地位，并且趋向于产生随机的涡流、漩涡和其他的流动不稳定性。

在实现最好的热交换能力时，需要很好地理解装置尺寸和材料设计，并且应该通过反复的优化和实验使装置尺寸和材料设计最优化，例如，应该很好地理解与工作溶液的热焓有关的管道51和管道52的直径、管道内部的压力以及流速，这是因为它们影响热交换的性能。

发现为了使本发明更好地作用，在装置的管道中的纳米流体的流动应该是层流。将PEG 200作为分散有不同体积百分比的CNT的流体载体，并且在下面的表6中总结了在管子半径为0.1m的热交换器中流动状态的各种情况。

表6：不同流动状态的雷诺数

对于情况1，其中在管子中的热传输流体中没有纳米填料（即，CNT），流体的流动速度提高以获得类似的热交换性能。

发现在利用这样的纳米流体的根据本发明构造的装置中，通过因素2、通过考虑跨越入口和出口的相同的压降能够提高热传递能力。由于碳纳米管的高的热容，所以能够提高热传递能力而不会严重地妨碍粘度，并且相应的流体流量可以更慢。

虽然到目前为止主要在热交换器的内容上描述了发明，但是发明也适用于用在双相吸收/解吸过程的装置中。特别是，在这样的应用中，热传输工作介质包含有或容纳有呈溶解的或化学键结合形式的气体，例如氢。通过这样的配置方式，可以通过引入来自太阳热、燃烧热或废热能的热能使装置释放出气体，即氢气。

应该理解为，以上仅说明了可以实施本发明的示例，因此在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本发明进行各种变型和/或更改。还应该理解的是，简洁起见本发明的各种特征仅在单个实施方式的内容中描述，这些特征也可以分别地设置或者以任何适当的子组合的方式设置。本说明书中涉及的现有技术全部包含在内。

Claims (20)

1.一种热传递装置，该热传递装置包括：

（a）第一热传递件，该第一热传递件限定有热交换面，热传输介质在使用时与该热交换面接触，并且热量能够经由该热交换面在所述热传输介质与工作介质之间传递；和

（b）装置主体，该装置主体用于容纳所述热传输介质；

其中，

（i）所述主体至少限定有第一室、第二室和第三室，所述第一室、第二室和第三室为流体可连通关系；

（ii）所述主体构造成允许所述热传输介质从所述第二室传到所述第一室然后传到所述第三室，或者从所述第三室传到所述第一室然后传到所述第二室；并且

（iii）在所述主体中，所述第二室被夹在或者被定位在所述第一室和所述第三室之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主体设置有第一通路和第二通路，所述第一通路允许所述热传输介质进入或离开所述第二室，所述第二通路允许所述热传输介质进入或离开所述第三室。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一通路是允许所述热传输介质离开所述主体的出口，而所述第二通路是允许所述热传输介质进入所述主体的入口；或者所述第一通路是允许所述热传输介质进入所述主体的入口，而所述第二通路是允许所述热传输介质离开所述主体的出口。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述热传递构件与所述第一室或者所述第一室的一部分直接接触以使得能够在所述热传递构件和所述第一室之间发生热传递，但是不与所述第二室直接接触。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述主体设置有允许热传输介质从所述第一室穿到所述第二室或者从所述第二室穿到所述第一室的通道。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述主体设置有允许所述热传输介质从所述第一室传到所述第三室或者从所述第三室传到所述第一室的通道。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述室中的至少一个室由至少一对基本上彼此平行设置的相对面对的板制成。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一室和所述第二室通过设置有多个开口并且该多个开口基本上均匀分布的板隔开，以允许所述热传输介质从所述第一室传到所述第二室或者从所述第二室传到所述第一室。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一室和所述第三室通过设置有多个通道并且该多个通道基本上均匀地分布的所述第二室隔开，以允许所述热传输介质绕过所述第二室并且从所述第一室传到所述第三室，或者绕过所述第二室并且从所述第三室传到所述第一室。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述主体包括用于调节所述热传输介质进入或离开所述第一室、所述第二室或所述第三室时的流动方向的部件。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，

（a）所述主体进一步限定有第四室、第五室和第六室，所述第四室、第五室和第六室为流体可连通关系；

（b）所述主体构造成允许所述热传输介质从所述第五室传到所述第四室然后传到所述第六室，或者从所述第六室传到所述第四室然后传到所述第五室；并且

（c）所述第五室被夹在或者被定位在所述第四室和所述第六室之间。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的装置，该装置进一步包括第二热传递构件，该第二热传递构件限定有热交换面，热传输介质在使用时与该热交换面接触，并且热量能够经由该热交换面在所述热传输介质与工作介质之间传递，其中：

（a）所述主体进一步限定有第四室和第五室，该第四室和第五室与所述第三室一起为流体可连通关系；

（b）所述主体构造成允许所述热传输介质从所述第四室传到所述第五室然后传到所述第三室，或者从所述第三室传到所述第四室然后传到所述第四室；并且

（c）所述第四室被夹在或者被定位在所述第三室和所述第五室之间。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，该装置进一步包括热传输介质，该热传输介质包括基液和固体纳米填料，其中，

为100以上。

14.一种热传递装置，该热传递装置用于高温区与低温区之间的热能的交换，该热传递装置包括：

（a）热传输介质；

（b）装置主体，该装置主体用于容纳所述热传输介质；和

（c）热传递构件；

其中：

（i）所述主体构造成允许所述热传输介质在所述高温区和所述低温区之间移动；

（ii）所述热传递构件限定有热交换面，所述热传输介质在使用时与该热交换面接触，并且热量能够经由该热交换面在位于所述热传递构件的一侧的热传输介质与位于所述热传递构件的相对侧的工作介质之间传递；

（iii）所述热传输介质包括基液和固体纳米填料；并且

（iv）

为100以上。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述热传输介质的粘度为1mPa﹒s至5,000mPa﹒s。

16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述固体纳米填料的至少一个维度具有150W/mK以上的热导率。

17.一种热传递装置总成，该热传递装置总成包括至少两个如权利要求1至16中的任一项所述的热传递装置。

18.一种热交换器，该热交换器包括如权利要求1至16中的任一项所述的热传递装置或者如权利要求17所述的热传递装置总成。

19.一种热传递装置的制造方法，该方法包括：

（a）提供至少具有以层状方式设置的第一壁、第二壁、第三壁和第四壁的装置主体，使得在所述第一壁和所述第二壁之间限定出第一腔，在所述第二壁之间限定出第二腔，在所述第三壁和所述第四壁之间限定出第三腔，并且使得所述第二腔被夹在或者被定位在所述第一腔和所述第三腔之间；

（b）为所述壁设置通道，使得所述第一腔、所述第二腔和所述第三腔为流体可连通关系；并且

（c）为所述装置主体设置允许流体进入或离开所述第二腔的第一通路和允许流体进入或离开所述第三腔的第二通路，使得流体能够进入所述装置主体首先进入所述第二腔、其次进入所述第一腔、然后进入所述第三腔并且接着离开所述装置主体，或者首先进入所述第三腔、其次进入所述第一腔、然后进入所述第二腔并且接着离开所述装置主体。

20.根据权利要求16所述的方法，该方法包括预加工所述壁中的至少一个壁。

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