WO2015104233A1 - Device for transferring heat between at least two material flows present at different temperatures - Google Patents

Device for transferring heat between at least two material flows present at different temperatures Download PDF

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WO2015104233A1
WO2015104233A1 PCT/EP2015/050026 EP2015050026W WO2015104233A1 WO 2015104233 A1 WO2015104233 A1 WO 2015104233A1 EP 2015050026 W EP2015050026 W EP 2015050026W WO 2015104233 A1 WO2015104233 A1 WO 2015104233A1
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separating element
nanoscale carbon
partially
carbon
nanoscale
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PCT/EP2015/050026
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Tabea Arndt
Manfred Baldauf
Jörn GRUNDMANN
Markus Ziegmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/20—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes with nanostructures

Definitions

  • the invention relates to a device for transferring heat between at least two streams present at different temperatures, comprising at least one housing part with at least one separating element, which spatially separates at least two channel structures through which at least one stream flows or flows.
  • Such devices are also referred to as (indirect) heat exchangers or (indirect) heat exchangers.
  • An efficient heat exchange or an efficient heat transfer between corresponding material streams in short the efficiency of corresponding devices, depends in particular on the area which can be used for heat exchange or heat transfer and the flow parameters of the material streams flowing through corresponding channel structures. Further, for the efficiency of such devices, the thermal conductivity of the material forming them, i. in particular the thermal conductivity of the material forming a corresponding separating element, as well as structural specifications, in particular wall thicknesses, are decisive.
  • the devices known from the prior art are typically formed of metals or plastic materials. Metals have a comparatively high thermal conductivity, but can be problematic in view of their comparatively low corrosion resistance. Conversely, it behaves with plastic materials which have a relatively high corrosion resistance, but may be problematic due to their relatively low thermal conductivity.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an improved device for transferring heat between at least two streams present at different temperatures.
  • this object is achieved by a device for transferring heat between at least two streams of the type mentioned at different temperatures, which according to the invention is characterized in that at least the separating element is formed at least partially from nanoscale carbon or at least one nanoscale carbon-containing material and / or at least partially comprises nanoscale carbon or at least one nanoscale carbon-containing material.
  • the principle according to the invention is based on a special design of a corresponding device for transferring heat between at least two material streams present at different temperatures or having different temperatures and thus typically containing different amounts of heat.
  • the device which can also be referred to as the (indirect) heat exchanger or (indirect) heat exchanger, has at least one housing part as a component which is essential in terms of its function or design.
  • the housing part at least two channel structures each through which at least one stream of material can flow or flow are formed.
  • the least two Channel structures are spatially separated from one another by at least one separating element, so that heat exchange or heat transfer between corresponding streams flowing in the channel structures is possible, but mass transfer between corresponding streams flowing in the channel structures is not possible.
  • the separating element can accordingly be designated or considered as a dividing wall extending between the material flows.
  • a stream of material is to be understood as a fluid stream, for example.
  • a fluid stream may, for. Example, as at least one gas-containing gas stream or liquid containing at least one liquid stream or at least a mixture of at least one gas and / or at least one liquid containing mixture stream present.
  • the essence of the principle according to the invention is to form at least the separating element, optionally also other parts of the housing part or the device, at least partially, in particular completely, of nanoscale carbon or at least partially, in particular completely, of at least one nanoscale carbon-containing material.
  • the principle according to the invention therefore makes the particular chemical / physical properties of nanoscale carbon, in particular carbon tube structures, ie. H. So-called carbon nanotubes, in short CNT, or graphite structures are to be understood, for a device for the transfer of heat between at least two different amounts of heat containing material flows to use.
  • nanoscale carbon that are particularly important for the principle according to the invention include, for example its high thermal conductivity.
  • the high thermal conductivity of nanoscale carbon is advantageous with regard to an efficient heat exchange or an efficient heat transfer between corresponding material streams present at different temperatures and thus the efficiency of the device.
  • the properties of nanoscale carbon which are particularly important for the principle according to the invention, also include its good corrosion resistance.
  • the good corrosion resistance of nanoscale carbon is in view of the use of the device according to the invention in (highly) corrosive environments, ie the use in connection with (highly) corrosive material flows, such. B. N0 X and / or S0 X containing streams, advantage.
  • the device according to the invention is protected by corresponding (highly) corrosive environments or
  • Nanoscale carbon is so resistant to corrosion that the device according to the invention can even be regarded as universally applicable in terms of the corrosion behavior.
  • the properties of nanoscale carbon which are particularly important for the principle according to the invention, also include its high mechanical stability.
  • the good mechanical stability of components formed from nano-scale carbon or of components formed from nanoscale carbon-containing materials allows the damage-free use of the device according to the invention under comparatively high mechanical stresses. In particular, in connection with the mechanical properties and the comparatively low weight of corresponding components must be considered.
  • the properties of nanoscale carbon that are particularly important for the principle according to the invention also include its hydrophobic properties.
  • the hydrophobic properties of nanoscale carbon are particularly in view of the Use of the device according to the invention in certain application or application areas, ie, in particular with regard to an application of the device according to the invention as a condensation device or as part of a Kondensa tion device, advantageous.
  • the hydrophobic properties of nanoscale carbon allow a condensation of a hydrophilic substance, such. As water vapor, in drop form.
  • the drop-shaped condensation of a hydrophilic substance is advantageous because it prevents the formation of planar hydrophilic film layers on a device-side condensation surface, which flat hydrophilic film layers impair a heat exchange or a heat transfer between respective streams.
  • the advantages of nanoscale carbon also include manufacturing and thus economic aspects, since components made of nanoscale carbon and in particular components made of nano-scale carbon materials by means of well manageable production engineering production methods in high quality, high volumes and in different, especially complex, geometries let produce.
  • An exemplary embodiment provides that at least the separating element is formed at least partially from nanoscale carbon, wherein at least one separator element forming the separating element, in particular foil, mat or plate-like, is formed from the nanoscale carbon.
  • the separating element can therefore be formed at least partially, in particular completely, from nanoscale carbon, wherein it is formed from at least one separating element segment formed from nanoscale carbon.
  • Such a separator segment may have a foil, mat or plate-like shape or geometry.
  • Several rather separator element segments can in principle be arranged in any arrangement and thus with regard to concrete structural requirements as needed or connected to each other. In concrete terms, such a separating element segment can be, for example, a film formed from nanoscale carbon.
  • a further exemplary embodiment provides that at least the separating element is formed at least partially from at least one nanoscale carbon-containing material, wherein from the nanoscale carbon-containing material at least one forming the separating element, in particular foil, mat or plate-like, separating element segment is formed.
  • the separating element can therefore be formed at least partially, in particular completely, from a material containing nanoscale carbon, wherein it is formed from at least one separating element segment formed from a material containing nanoscale carbon.
  • Such a separator segment may also have a foil, mat or plate-like shape or geometry.
  • a plurality of such separating element segments can in principle be arranged in any desired arrangement and thus connected with one another with regard to specific structural requirements.
  • the nanoscale carbon-containing material is typically a matrix material having nanoscale carbon dispersed therein.
  • a corresponding matrix material may, for. Example, a particular thermoset or thermoplastic, plastic material or a ceramic material. Consequently, corresponding separating element segments can be produced, for example, by means of extrusion or injection molding processes.
  • a separating element segment can accordingly be, for example, an extruded or injection-molded part formed from a material containing nanoscale carbon, in particular plastic material.
  • a further exemplary embodiment provides that at least the separating element at least partially comprises nanoscale carbon, wherein the nanoscale carbon is present as at least partially on at least one exposed surface of the or a base body of the separating element applied coating.
  • the material forming a main body of the separating element does not necessarily have to be formed of nanoscale carbon or a material containing nanoscale carbon.
  • a basic body of the separating element can therefore be made of any other material, ie, for example, a metal or a ceramic or plastic material, and coated at least in sections on at least one exposed surface with nano-scale carbon.
  • all chemical and / or physical coating processes are suitable for applying the coating of nano-scale carbon; reference should be made, by way of example only, to plasma deposition.
  • the coating of a corresponding basic body with nanoscale carbon likewise requires the formation of a separating element with the special properties of nanoscale carbons mentioned above.
  • the chemical / physical properties of the separating element can therefore be specifically modified by the application of a coating formed from nanoscale carbon, that is to say in particular also with regard to properties which are useful for a specific field of application of the device according to the invention.
  • separating elements based on a metallic base body can be provided with a highly corrosion-resistant, hydrophobic carbon coating.
  • the layer thickness of corresponding coatings is, for example, in a range between 1 and 50 ⁇ m. Of course, coatings with lower or higher layer thicknesses can in principle also be provided.
  • the layer- Thickness is typically determined with regard to a specific field of application of the device according to the invention.
  • At least the separating element at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein the nanoscale carbon-containing material is present as at least partially applied to at least one exposed surface of or a base body of the separating element coating ,
  • the coating here is not formed exclusively from nanoscale carbon but from a material containing nanoscale carbon.
  • a corresponding coating can, for example, consist of a nanoscale
  • Carbon-containing plastic material may be formed.
  • all embodiments in connection with the previously described embodiment apply analogously.
  • a further exemplary embodiment provides that at least the separating element at least partially comprises nanoscale carbon, wherein at least one prefabricated material layer of nanoscale carbon at least partially positive and / or force and / or cohesively to at least one exposed surface of the or a body of the Dividing element is connected.
  • the material forming a base body of the separating element it is not absolutely necessary for the material forming a base body of the separating element to be formed from nanoscale carbon or a material containing nanoscale carbon.
  • a main body of the separating element can also be formed in this embodiment of any other material, ie, for example, a metal or a ceramic or plastic material.
  • the base body there is no coating of the base body with nano-scale carbon, but at least one prefabricated material layer made of nano-scale carbon, which, for example, a foil-, mat- or plate-like shape or Geometry, stable and captive at least in sections on an exposed surface of the main body of the separating element positively and / or positively and / or cohesively connected.
  • a prefabricated material layer made of nano-scale carbon, which, for example, a foil-, mat- or plate-like shape or Geometry, stable and captive at least in sections on an exposed surface of the main body of the separating element positively and / or positively and / or cohesively connected.
  • connection of the prefabricated material layer to the main body of the separating element for example latching, screw or adhesive connections come into question.
  • At least the separating element at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one prefabricated material layer of the material at least partially positively and / or non-positively and / or cohesively on at least one exposed surface of or a basic body of the separating element is connected.
  • the prefabricated material layer is not formed exclusively from nanoscale carbon but from a material containing nanoscale carbon.
  • a corresponding prefabricated material layer can be formed, for example, from a nanoscale carbon-containing plastic material.
  • the nanoscale carbon can be formed, for example, as a (nanoscale) carbon tube structure and / or (nanoscale) graphite structure. If the nanoscale carbon is present as a carbon tube structure, it is conceivable that at least a part of the carbon tube structures is arranged with its longitudinal axis parallel to a surface normal of the separating element or angled inclined with respect to a surface normal of the separating element. The or a part of the carbon tube structures can thus be oriented at an angle or at an angle with respect to the direction of flow of corresponding material flows flowing through the channel structures or orien- be done. Such an improved heat transfer through the separator and thus an improvement in the efficiency of the device is possible. As mentioned above, in addition, the housing part may additionally be formed at least partially from nanoscale carbon or at least one nanoscale carbon-containing material and / or comprise at least partially nanoscale carbon or at least partially at least one nanoscale carbon-containing material.
  • the housing part is formed at least partially from nanoscale carbon, with at least one housing part segment forming the housing part, in particular foil, mat or plate-like, being formed from the nanoscale carbon.
  • the housing part may be formed at least partially from at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one housing segment forming the housing part, in particular foil, mat or plate-like, is formed from the nanoscale carbon-containing material.
  • the carbon-containing material may be, for.
  • the housing part at least partially comprises nanoscale carbon, wherein the nanoscale carbon is present as at least partially applied to at least one exposed surface of the or a body of the housing part coating. Furthermore, it is likewise possible that the housing part at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein the nanoscale carbon-containing material is present as at least partially applied to at least one exposed surface of the or a body of the housing part coating.
  • the housing part comprises at least partially nanoscale carbon, wherein at least one prefabricated material layer of nanoscale carbon is at least partially positively and / or positively and / or materially bonded to at least one exposed surface of or a main body of the housing part. Accordingly, it is also conceivable that the housing part at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one prefabricated material layer of the material at least partially positive and / or non-positively and / or cohesively on at least one exposed surface of or a main body of the housing part is connected.
  • condensation device may be formed as a condensation device or as part of a condensation device, wherein an exposed surface of the separation element is formed for condensing a condensable component of a material flow and thus serves as a condensation surface.
  • a condensable component of a material stream may, for. B. containing in a water vapor
  • 1 - 3 each a schematic diagram of a device for transferring heat between little at least two present at different temperatures streams according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 4 - 6 respective sectional views through the in the
  • Fig. 1-3 show devices.
  • the streams S 1, S 2, which are shown in all FIGS. 1 for transferring heat between at least two streams of material S 1, S 2 present at different temperatures and thus typically having different amounts of heat, may each be referred to as heat exchangers or heat exchangers.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 1 for transferring heat between at least two streams of material S1, S2 containing different amounts of heat present at different temperatures and thus typically different amounts of heat, in accordance with an exemplary embodiment of the invention in a perspective illustration.
  • Fig. 4 shows a corresponding sectional view through the device 1 shown in Fig. 1 along the section lines IV - IV.
  • the device 1 comprises a housing part 2. Two channel structures 3, 4 are formed in the housing part 2. Each channel structure 3, 4 is traversed by a stream S1, S2. The flow direction of the streams 3, 4 can be opposed, the streams S1, S2 can therefore be in opposite directions.
  • the channel structures 3, 4 are spatially separated from one another by a separating element 5.
  • the separating element 5 can therefore be called or considered to be a partition wall running between the streams S1, S2.
  • the separating element 5 allows a heat exchange or a heat transfer between the streams flowing in the channel structures 3, 4 streams S2, S2. However, a mass transfer between the streams flowing in the channel structures 3, 4 streams S2, S2 is not possible due to the separating element 5.
  • the following remarks on the special design of the separating element 5 apply analogously to the remaining parts of the housing part 2 of the device 1.
  • the separating element 5 shown in FIGS. 1, 4 is made entirely of nano-scale carbon, d. H. from nanoscale carbon tubes (structures), so-called carbon nanotubes, short CNT, formed. From the carbon tubes, a plate-like partition element segment was formed, which dividing element segment is arranged as a separating element 5 in the housing part 2 of the device 1 and connected correspondingly to the housing part 2 of the device 1.
  • Substantial advantages of the design of the separating element 5 and, of course, the equally possible formation of further components of the housing part 2 of the device 1 of nanoscale carbon are in the high thermal conductivity, high corrosion resistance, good mechanical see stability, especially with regard to the relatively low Weight to see of nanoscale carbon formed components. Due to the good mechanical stability, dividing elements 5 made of nanoscale carbon can also be dimensioned with comparatively small wall thicknesses, which has an equally positive effect on the heat transfer occurring via the separating element 5.
  • corresponding devices 1 can be made more compact in comparison.
  • the separating element 5 made of pure nanoscale carbon or of a separating element segment formed from pure nanoscale carbon
  • Such a material may be, for example, a nano-scale carbon filled matrix material, e.g. B. in the form of a thermoplastic synthetic material, such.
  • PA, PC, PE, PP, etc. act.
  • Typical filling levels range from 1 to 70% by volume, in particular from 10 to 50% by volume.
  • the thermal conductivity of plastic materials filled with nanoscale carbon is significantly higher than the thermal conductivity of an unfilled comparative plastic material.
  • plastic materials filled with nanoscale carbon could be mixed with thermal
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a device 1 for transferring heat between at least two streams of material present at different temperatures and thus typically containing different amounts of heat Sl, S2 according to a further embodiment of the invention in a perspective view.
  • 5 shows a corresponding sectional view through the device 1 shown in FIG. 2 along the section lines V - V.
  • the separating element 5 here is formed from a basic body 6, which itself is not formed from nanoscale carbon or a material containing nano-scale carbon whose exposed, in particular the channel structures 3, 4 (with) delimiting surfaces are coated with nanoscale carbon.
  • a coating 7 formed of nanoscale carbon is therefore applied.
  • the coating 7 may, for. B. be applied by means of plasma deposition on the exposed surfaces of the base body 6 of the separating element 5.
  • the base body 6 of the separating element 5 may be made, for example, of a metal, i. e.g. a steel or copper sheet, or a Kunststoffma- material be formed.
  • the properties of the separating element 5 can be selectively modified by a corresponding coating 7 of the main body 6, in particular with regard to hydrophobicity and corrosion resistance.
  • the heat transfer through the base body 6 of the separating element 5 is not affected by a corresponding coating 7 with nanoscale carbon in the rule, in contrast, as is known from the prior art z. B. in case of metallic base body 6 applied for the purpose of corrosion protection pure plastic coatings.
  • a coating 7 formed from pure nanoscale carbon a coating 7 made of a nanoscale carbon-containing material, ie, for example, a nanoscale carbon-containing plastic material, may be applied to the base body 6 of the separating element 5.
  • the layer thickness of the coating 7 may be in both cases, for example, at about 20 ⁇ .
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a device 1 for transferring heat between at least two streams of material S1, S2 containing different amounts of heat present at different temperatures and thus typically different amounts of heat, in accordance with a further exemplary embodiment of the invention in a perspective illustration.
  • FIG. 6 shows a corresponding sectional view through the device 1 shown in FIG. 5 along the sectional lines VI-VI.
  • the separating element 5 is likewise formed here from a basic body 6, which itself is not formed from nanoscale carbon or a material containing nanoscale carbon.
  • the base body 6 of the separating element 5 is not provided with a corresponding coating 7 in the region of its exposed surfaces.
  • a prefabricated material layer 8 is applied from nanoscale carbon.
  • the prefabricated material layer 8 may be e.g. be glued to the base body 6 respectively whose exposed surfaces.
  • the prefabricated material layer 8 is connected to the base body 6 of the separating element 5 in a stable and captive manner in a positive and / or non-positive and / or cohesive manner.
  • the prefabricated material layer 8 could alternatively also from a nanoscale carbon-containing material such.
  • B. a nano-scale carbon-containing plastic material may be formed.
  • the prefabricated material layer 8 can sonach z. Example, as an extrusion or injection molded part, which is stable and captive connected to the base body 6 of the separating element 5.
  • the nanoscale carbon if present as a carbon tube (structure), can be arranged particularly oriented or oriented particularly.
  • the carbon tubes (structures) with their longitudinal axis parallel to an exemplary only shown in FIG. 4 surface normal N of the separating element 5 and an angle inclined with respect to Surface normal N of the separating element 5 to be aligned or oriented.
  • the carbon tubes (structures) can thus be aligned or oriented at an angle or at an angle with respect to the flow direction of the material flows S1, S2 flowing through the channel structures 3, 4.
  • nanoscale carbon is advantageous due to its hydrophobic properties, in particular with regard to the use of the device 1 as a condensation device or as part of a condensation device.
  • the hydrophobic properties of nanoscale carbon permit condensation of a hydrophilic substance, such as a hydrophilic substance.

Abstract

Device (1) for transferring heat between at least two material flows (S1, S2) present at different temperatures, comprising at least one housing part (2) with at least one separating element (5) which spatially separates from each other at least two channel structures (3, 4), through which at least one material flow (S1, S2) respectively can flow or has flown, at least the separating element (5) being formed at least partially from nanoscale carbon or at least one material containing nanoscale carbon, and/or comprising at least partially nanoscale carbon or at least partially at least one material containing nanoscale carbon.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden Stoff- strömen Device for transferring heat between at least two streams of material present at different temperatures
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden Stoffströmen, umfassend wenigstens ein Ge- häuseteil mit wenigstens einem Trennelement, welches wenigstens zwei jeweils von wenigstens einem Stoffström durchströmbare oder durchströmte Kanalstrukturen räumlich voneinander trennt . Derartige Vorrichtungen werden auch als (indirekte) Wärmetauscher oder (indirekte) Wärmeübertrager bezeichnet. The invention relates to a device for transferring heat between at least two streams present at different temperatures, comprising at least one housing part with at least one separating element, which spatially separates at least two channel structures through which at least one stream flows or flows. Such devices are also referred to as (indirect) heat exchangers or (indirect) heat exchangers.
Im Rahmen der Konzipierung entsprechender Vorrichtungen ist darauf zu achten, dass diese eine effiziente Wärmeübertragung zwischen entsprechenden Stoffströmen ermöglichen. Ein effizienter Wärmeaustausch bzw. eine effiziente Wärmeübertragung zwischen entsprechenden Stoffströmen, kurz die Effizienz entsprechender Vorrichtungen, hängt insbesondere von der zu einem Wärmeaustausch bzw. zu einer Wärmeübertragung nutzbaren Fläche sowie den Strömungsparametern der durch entsprechende Kanalstrukturen strömenden Stoffströme ab. Für die Effizienz entsprechender Vorrichtungen sind ferner die thermische Leitfähigkeit des diese bildenden Materials, d.h. insbesondere die thermische Leitfähigkeit des ein entsprechendes Trennele- ment bildenden Materials, sowie konstruktive Vorgaben, wie insbesondere Wandstärken, maßgeblich. As part of the design of such devices is to ensure that they allow efficient heat transfer between the respective streams. An efficient heat exchange or an efficient heat transfer between corresponding material streams, in short the efficiency of corresponding devices, depends in particular on the area which can be used for heat exchange or heat transfer and the flow parameters of the material streams flowing through corresponding channel structures. Further, for the efficiency of such devices, the thermal conductivity of the material forming them, i. in particular the thermal conductivity of the material forming a corresponding separating element, as well as structural specifications, in particular wall thicknesses, are decisive.
Daneben ist im Rahmen der Konzipierung entsprechender Vorrichtungen regelmäßig darauf zu achten, diese gegenüber einer Vielzahl an korrosiv wirkenden Stoffen korrosionsbeständig auszubilden . Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen sind typischerweise aus Metallen oder Kunststoffmaterialien gebildet. Metalle weisen eine vergleichsweise hohe thermische Leitfähigkeit auf, können jedoch im Hinblick auf ihre ver- gleichsweise geringe Korrosionsbeständigkeit problematisch sein. Umgekehrt verhält es sich mit Kunststoffmaterialien, die eine vergleichsweise hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, jedoch aufgrund ihrer vergleichsweise geringen thermischen Leitfähigkeit problematisch sein können. In addition, as part of the design of appropriate devices should regularly pay attention to form these corrosion resistant to a variety of corrosive substances. The devices known from the prior art are typically formed of metals or plastic materials. Metals have a comparatively high thermal conductivity, but can be problematic in view of their comparatively low corrosion resistance. Conversely, it behaves with plastic materials which have a relatively high corrosion resistance, but may be problematic due to their relatively low thermal conductivity.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden Stoffströmen anzugeben. The invention is therefore based on the object of specifying an improved device for transferring heat between at least two streams present at different temperatures.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden Stoffströmen der eingangs genannten Art gelöst, welche sich erfindungsgemäß da- durch auszeichnet, dass zumindest das Trennelement zumindest teilweise aus nanoskaligem Kohlenstoff oder wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet ist und/oder zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff oder wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst. According to the invention, this object is achieved by a device for transferring heat between at least two streams of the type mentioned at different temperatures, which according to the invention is characterized in that at least the separating element is formed at least partially from nanoscale carbon or at least one nanoscale carbon-containing material and / or at least partially comprises nanoscale carbon or at least one nanoscale carbon-containing material.
Das erfindungsgemäße Prinzip basiert auf einer besonderen Ausbildung einer entsprechenden Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Tem- peraturen vorliegenden bzw. unterschiedliche Temperaturen aufweisenden und somit typ unterschiedliche Wärmemengen enthaltenden Stoffströmen . Die auch als (indirekter) Wärmetauscher bzw. (indirekter) Wärmeübertrager zu bezeichnende bzw. zu erachtende Vorrichtung weist als in funktioneller bzw. konstruktiver Hinsicht wesentliche Komponente wenigstens ein Gehäuseteil auf. In dem Gehäuseteil sind wenigstens zwei jeweils von wenigstens einem Stoffstrom durchströmbare oder durchströmte Kanalstrukturen ausgebildet. Die wenigstens zwei Kanalstrukturen werden durch wenigstens ein Trennelement räumlich voneinander getrennt, so dass ein Wärmeaustausch bzw. eine Wärmeübertragung zwischen entsprechenden in den Kanalstrukturen strömenden Stoffströmen möglich ist, jedoch ein Stoffaustausch zwischen entsprechenden in den Kanalstrukturen strömenden Stoffströmen nicht möglich ist. Das Trennelement kann sonach als zwischen den Stoffströmen verlaufende Trennwand bezeichnet bzw. erachtet werden. Unter einem Stoffstrom ist beispielsweise ein Fluidstrom zu verstehen. Ein Fluidstrom kann z. B. als wenigstens ein Gas enthaltender Gasstrom oder wenigstens eine Flüssigkeit enthaltender Flüssigkeitsstrom oder wenigstens ein Gemisch aus wenigstens einem Gas und/oder wenigstens einer Flüssigkeit enthaltender Gemischstrom vorliegen. The principle according to the invention is based on a special design of a corresponding device for transferring heat between at least two material streams present at different temperatures or having different temperatures and thus typically containing different amounts of heat. The device, which can also be referred to as the (indirect) heat exchanger or (indirect) heat exchanger, has at least one housing part as a component which is essential in terms of its function or design. In the housing part, at least two channel structures each through which at least one stream of material can flow or flow are formed. The least two Channel structures are spatially separated from one another by at least one separating element, so that heat exchange or heat transfer between corresponding streams flowing in the channel structures is possible, but mass transfer between corresponding streams flowing in the channel structures is not possible. The separating element can accordingly be designated or considered as a dividing wall extending between the material flows. A stream of material is to be understood as a fluid stream, for example. A fluid stream may, for. Example, as at least one gas-containing gas stream or liquid containing at least one liquid stream or at least a mixture of at least one gas and / or at least one liquid containing mixture stream present.
Der Kern des erfindungsgemäßen Prinzips besteht darin, zumindest das Trennelement, gegebenenfalls auch weitere Teile des Gehäuseteils bzw. der Vorrichtung, zumindest teilweise, ins- besondere vollständig, aus nanoskaligem Kohlenstoff oder zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material auszubilden. Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, dass zumindest das Trennelement, gegebenenfalls auch weitere Teile des Gehäuseteils bzw. der Vorrichtung, zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff oder zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst. The essence of the principle according to the invention is to form at least the separating element, optionally also other parts of the housing part or the device, at least partially, in particular completely, of nanoscale carbon or at least partially, in particular completely, of at least one nanoscale carbon-containing material. Alternatively or additionally, it is conceivable that at least the separating element, if appropriate also further parts of the housing part or the device, at least partially nanoscale carbon or at least partially comprises at least one nano-scale carbon-containing material.
Das erfindungsgemäße Prinzip macht sich demnach die besonde- ren chemisch/physikalischen Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs, worunter insbesondere Kohlenstoffröhrchenstruk- turen, d. h. so genannte carbon nanotubes, kurz CNT, oder Graphitstrukturen zu verstehen sind, für eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei unterschiedli - che Wärmemengen enthaltenden Stoffströmen zu Nutze. The principle according to the invention therefore makes the particular chemical / physical properties of nanoscale carbon, in particular carbon tube structures, ie. H. So-called carbon nanotubes, in short CNT, or graphite structures are to be understood, for a device for the transfer of heat between at least two different amounts of heat containing material flows to use.
Zu den für das erfindungsgemäße Prinzip besonders bedeutenden Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs zählt beispielsweise dessen hohe thermische Leitfähigkeit. Die hohe thermische Leitfähigkeit nanoskaligen Kohlenstoffs ist im Hinblick auf einen effizienten Wärmeaustausch bzw. eine effiziente Wärmeübertragung zwischen entsprechenden bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden Stoffströmen und somit die Effizienz der Vorrichtung vorteilhaft. The properties of nanoscale carbon that are particularly important for the principle according to the invention include, for example its high thermal conductivity. The high thermal conductivity of nanoscale carbon is advantageous with regard to an efficient heat exchange or an efficient heat transfer between corresponding material streams present at different temperatures and thus the efficiency of the device.
Zu den für das erfindungsgemäße Prinzip besonders bedeutenden Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs zählt ferner dessen gute Korrosionsbeständigkeit. Die gute Korrosionsbeständigkeit nanoskaligen Kohlenstoffs ist im Hinblick auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in (hoch) korrosiven Umgebungen, d. h. den Einsatz im Zusammenhang mit (hoch) korrosiven Stoffströmen, wie z. B. N0X und/oder S0X enthaltenden Stoffströmen, von Vorteil. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch entsprechende (hoch) korrosive Umgebungen bzw. The properties of nanoscale carbon, which are particularly important for the principle according to the invention, also include its good corrosion resistance. The good corrosion resistance of nanoscale carbon is in view of the use of the device according to the invention in (highly) corrosive environments, ie the use in connection with (highly) corrosive material flows, such. B. N0 X and / or S0 X containing streams, advantage. The device according to the invention is protected by corresponding (highly) corrosive environments or
Stoffströme nicht oder nur gering korrosiv beschädigt und ist somit für die Wärmeübertragung zwischen einer Vielzahl an (hoch) korrosiven Stoffströmen geeignet. Nanoskaliger Kohlen- Stoff ist derart korrosionsbeständig, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung unter dem Aspekt des Korrosionsverhaltens sogar als universell einsetzbar erachtet werden kann. Material flows are not or only slightly corrosive damaged and is thus suitable for heat transfer between a variety of (highly) corrosive streams. Nanoscale carbon is so resistant to corrosion that the device according to the invention can even be regarded as universally applicable in terms of the corrosion behavior.
Zu den für das erfindungsgemäße Prinzip besonders bedeutenden Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs zählt ferner dessen hohe mechanische Stabilität. Die gute mechanische Stabilität von aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildeten Bauteilen bzw. von aus nanoskaligem Kohlenstoff enthaltenden Materialien gebildeten Bauteilen ermöglicht den schadenfreien Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter vergleichsweise hohen mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere im Zusammenhang mit den mechanischen Eigenschaften ist auch das vergleichsweise geringe Gewicht entsprechender Bauteile zu beachten. Zu den für das erfindungsgemäße Prinzip besonders bedeutenden Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs zählen ferner dessen hydrophobe Eigenschaften. Die hydrophoben Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs sind insbesondere im Hinblick auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in bestimmten Anwendungs- bzw. Einsatzgebieten, d. h. insbesondere im Hinblick auf eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Kondensationseinrichtung oder als Teil einer Kondensa- tionseinrichtung, vorteilhaft. Die hydrophoben Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs ermöglichen eine Kondensation eines hydrophilen Stoffs, wie z. B. Wasserdampf, in Tropfenform. Die tropfenförmige Kondensation eines hydrophilen Stoffs ist deshalb vorteilhaft, da sie die Ausbildung flächiger hydro- philer Filmschichten auf einer vorrichtungsseitigen Kondensationsfläche verhindert, welche flächigen hydrophilen Filmschichten einen Wärmeaustausch bzw. einen Wärmeübertrag zwischen entsprechenden Stoffströmen beeinträchtigen. Zu den Vorteilen von nanoskaligem Kohlenstoff zählen ferner fertigungstechnische und somit wirtschaftliche Aspekte, da sich Bauteile aus nanoskaligem Kohlenstoff und insbesondere Bauteile aus nanoskaligen Kohlenstoff umfassenden Materialien mittels gut beherrschbarerer fertigungstechnischer Herstel- lungsverfahren in hoher Güte, hoher Stückzahl sowie in unterschiedlichen, insbesondere auch komplexen, Geometrien herstellen lassen. The properties of nanoscale carbon, which are particularly important for the principle according to the invention, also include its high mechanical stability. The good mechanical stability of components formed from nano-scale carbon or of components formed from nanoscale carbon-containing materials allows the damage-free use of the device according to the invention under comparatively high mechanical stresses. In particular, in connection with the mechanical properties and the comparatively low weight of corresponding components must be considered. The properties of nanoscale carbon that are particularly important for the principle according to the invention also include its hydrophobic properties. The hydrophobic properties of nanoscale carbon are particularly in view of the Use of the device according to the invention in certain application or application areas, ie, in particular with regard to an application of the device according to the invention as a condensation device or as part of a Kondensa tion device, advantageous. The hydrophobic properties of nanoscale carbon allow a condensation of a hydrophilic substance, such. As water vapor, in drop form. The drop-shaped condensation of a hydrophilic substance is advantageous because it prevents the formation of planar hydrophilic film layers on a device-side condensation surface, which flat hydrophilic film layers impair a heat exchange or a heat transfer between respective streams. The advantages of nanoscale carbon also include manufacturing and thus economic aspects, since components made of nanoscale carbon and in particular components made of nano-scale carbon materials by means of well manageable production engineering production methods in high quality, high volumes and in different, especially complex, geometries let produce.
Im Weiteren werden Beispiele unterschiedlicher Ausführungs- formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Einzelnen dargestellt . In the following examples of different embodiments of the device according to the invention are shown in detail.
Eine beispielhafte Ausführungsform sieht dabei vor, dass zumindest das Trennelement zumindest teilweise aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildet ist, wobei aus dem nanoskaligen Kohlenstoff wenigstens ein das Trennelement bildendes, insbesondere folien-, matten- oder plattenartiges, Trennelementsegment gebildet ist. Das Trennelement kann sonach zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus nanoskaligem Kohlenstoff gebil- det sein, wobei es aus wenigstens einem aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildeten Trennelementsegment gebildet ist. Ein solches Trennelementsegment kann eine folien-, matten- oder plattenartige Gestalt bzw. Geometrie aufweisen. Mehrere sol- eher Trennelementsegmente können prinzipiell in beliebiger Anordnung und somit im Hinblick auf konkrete konstruktive Vorgaben bedarfsgerecht angeordnet bzw. miteinander verbunden sein. Konkret kann es sich bei einem solchen Trennelementseg- ment beispielsweise um eine aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildete Folie handeln. An exemplary embodiment provides that at least the separating element is formed at least partially from nanoscale carbon, wherein at least one separator element forming the separating element, in particular foil, mat or plate-like, is formed from the nanoscale carbon. The separating element can therefore be formed at least partially, in particular completely, from nanoscale carbon, wherein it is formed from at least one separating element segment formed from nanoscale carbon. Such a separator segment may have a foil, mat or plate-like shape or geometry. Several rather separator element segments can in principle be arranged in any arrangement and thus with regard to concrete structural requirements as needed or connected to each other. In concrete terms, such a separating element segment can be, for example, a film formed from nanoscale carbon.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest das Trennelement zumindest teilweise aus wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet ist, wobei aus dem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material wenigstens ein das Trennelement bildendes, insbesondere folien-, matten- oder plattenartiges, Trennelementsegment gebildet ist. Das Trennelement kann sonach zumindest teilwei- se, insbesondere vollständig, aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet sein, wobei es aus wenigstens einem aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildeten Trennelementsegment gebildet ist. Ein solches Trennelementsegment kann ebenso eine folien-, matten- oder plattenartige Gestalt bzw. Geometrie aufweisen. Mehrere solcher Trennelementsegmente können auch hier prinzipiell in beliebiger Anordnung und somit im Hinblick auf konkrete konstruktive Vorgaben bedarfsgerecht angeordnet bzw. miteinander verbunden sein. A further exemplary embodiment provides that at least the separating element is formed at least partially from at least one nanoscale carbon-containing material, wherein from the nanoscale carbon-containing material at least one forming the separating element, in particular foil, mat or plate-like, separating element segment is formed. The separating element can therefore be formed at least partially, in particular completely, from a material containing nanoscale carbon, wherein it is formed from at least one separating element segment formed from a material containing nanoscale carbon. Such a separator segment may also have a foil, mat or plate-like shape or geometry. In principle, a plurality of such separating element segments can in principle be arranged in any desired arrangement and thus connected with one another with regard to specific structural requirements.
Bei dem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material handelt es sich typischerweise um ein Matrixmaterial mit darin verteiltem nanoskaligen Kohlenstoff. Ein entsprechendes Matrixmaterial kann z. B. ein, insbesondere duroplastisches oder thermoplastisches, Kunststoffmaterial oder ein Keramikmaterial sein. Mithin lassen sich entsprechende Trennelementsegmente beispielsweise über Extrusions- oder Spritzgussvorgänge herstellen. Konkret kann es sich bei einem Trennelementsegment demnach beispielsweise um ein aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material, insbesondere Kunststoffmaterial, gebildetes Extrusions- oder Spritzgussteil handeln. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest das Trennelement zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff umfasst, wobei der nanoskalige Kohlenstoff als zumindest abschnittsweise auf wenigstens einer freiliegenden Oberfläche eines des oder eines Grundkörpers des Trennelements aufgebrachte Beschichtung vorliegt. Dass einen Grundkörper des Trennelements bildende Material muss sonach nicht zwingend aus nanoskaligem Kohlenstoff oder einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet sein. Ein Grund- körper des Trennelements kann sonach aus einem beliebigen anderen Material, d. h. z. B. einem Metall oder einem Keramikoder Kunststoffmaterial , ausgebildet und zumindest abschnittsweise auf wenigstens einer freiliegenden Oberfläche mit nanoskaligem Kohlenstoff beschichtet sein. Zur Aufbrin- gung der Beschichtung aus nanoskaligem Kohlenstoff kommen prinzipiell sämtliche chemische und/oder physikalische Be- schichtungsverfahren in Frage, lediglich beispielhaft sei hier auf Plasmadeposition verwiesen. Die Beschichtung eines entsprechenden Grundkörpers mit nanoskaligem Kohlenstoff bedingt gleichermaßen die Ausbildung eines Trennelements mit den weiter oben erwähnten besonderen Eigenschaften nanoskaliger Kohlenstoffe. Die chemisch/physikalischen Eigenschaften des Trennelements können sonach durch die Aufbringung einer aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildeten Beschichtung gezielt, d. h. insbesondere auch im Hinblick auf für ein konkretes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung nützlichen Eigenschaften, modifiziert werden. Es können sonach beispielsweise Trennelemente, die auf einem metallischen Grundkörper basieren, mit einer hochkorrosionsbeständigen, hydrophoben Kohlenstoffbeschichtung versehen werden. The nanoscale carbon-containing material is typically a matrix material having nanoscale carbon dispersed therein. A corresponding matrix material may, for. Example, a particular thermoset or thermoplastic, plastic material or a ceramic material. Consequently, corresponding separating element segments can be produced, for example, by means of extrusion or injection molding processes. In concrete terms, a separating element segment can accordingly be, for example, an extruded or injection-molded part formed from a material containing nanoscale carbon, in particular plastic material. A further exemplary embodiment provides that at least the separating element at least partially comprises nanoscale carbon, wherein the nanoscale carbon is present as at least partially on at least one exposed surface of the or a base body of the separating element applied coating. The material forming a main body of the separating element does not necessarily have to be formed of nanoscale carbon or a material containing nanoscale carbon. A basic body of the separating element can therefore be made of any other material, ie, for example, a metal or a ceramic or plastic material, and coated at least in sections on at least one exposed surface with nano-scale carbon. In principle, all chemical and / or physical coating processes are suitable for applying the coating of nano-scale carbon; reference should be made, by way of example only, to plasma deposition. The coating of a corresponding basic body with nanoscale carbon likewise requires the formation of a separating element with the special properties of nanoscale carbons mentioned above. The chemical / physical properties of the separating element can therefore be specifically modified by the application of a coating formed from nanoscale carbon, that is to say in particular also with regard to properties which are useful for a specific field of application of the device according to the invention. Thus, for example, separating elements based on a metallic base body can be provided with a highly corrosion-resistant, hydrophobic carbon coating.
Die Schichtdicke entsprechender Beschichtungen liegt bei- spielsweise in einem Bereich zwischen 1 und 50 μπι. Selbstverständlich können prinzipiell auch Beschichtungen mit geringeren oder höheren Schichtdicken vorgesehen sein. Die Schicht- dicke ist typischerweise im Hinblick auf ein konkretes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung festzulegen. The layer thickness of corresponding coatings is, for example, in a range between 1 and 50 μm. Of course, coatings with lower or higher layer thicknesses can in principle also be provided. The layer- Thickness is typically determined with regard to a specific field of application of the device according to the invention.
In einer hierzu abgewandelten weiteren beispielhaften Ausfüh- rungsform ist es vorgesehen, dass zumindest das Trennelement zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst, wobei das nanoskaligen Kohlenstoff enthaltende Material als zumindest abschnittsweise auf wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers des Trennelements aufgebrachte Beschichtung vorliegt. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist die Beschichtung hier nicht ausschließlich aus nano- skaligem Kohlenstoff, sondern aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet. Eine entsprechende Be- Schichtung kann dabei beispielsweise aus einem nanoskaligenIn a further exemplary embodiment modified therefor, it is provided that at least the separating element at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein the nanoscale carbon-containing material is present as at least partially applied to at least one exposed surface of or a base body of the separating element coating , In contrast to the embodiment described above, the coating here is not formed exclusively from nanoscale carbon but from a material containing nanoscale carbon. A corresponding coating can, for example, consist of a nanoscale
Kohlenstoff enthaltenden Kunststoffmaterial gebildet sein. Im Übrigen gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform analog. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest das Trennelement zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff umfasst, wobei wenigstens eine vorgefertigte Materiallage aus nanoskaligem Kohlenstoff zumindest abschnittsweise form- und/oder kraft- und/oder Stoffschlüssig an we- nigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers des Trennelements angebunden ist. Auch in dieser Ausführungsform ist es nicht zwingend erforderlich, dass das einen Grundkörper des Trennelements bildende Material aus nanoskaligem Kohlenstoff oder einem nanoskaligen Kohlenstoff ent- haltenden Material gebildet ist. Ein Grundkörper des Trennelements kann auch in dieser Ausführungsform aus einem beliebigen anderen Material, d.h. z.B. einem Metall oder einem Keramik- oder Kunststoffmaterial , ausgebildet sein. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen erfolgt hier jedoch keine Beschichtung des Grundkörpers mit nanoskaligem Kohlenstoff, sondern es wird wenigstens eine vorgefertigte Materiallage aus nanoskaligem Kohlenstoff, welche z.B. eine folien-, matten- oder plattenartige Gestalt bzw. Geometrie aufweist, stabil und unverlierbar zumindest abschnittsweise auf einer freiliegenden Oberfläche des Grundkörpers des Trennelements form- und/oder kraft- und/oder Stoffschlüssig angebunden. Zur Anbindung der vorgefertigten Materiallage an den Grundkörper des Trennelements kommen also beispielsweise Rast-, Schraub- oder Klebeverbindungen in Frage. Carbon-containing plastic material may be formed. Incidentally, all embodiments in connection with the previously described embodiment apply analogously. A further exemplary embodiment provides that at least the separating element at least partially comprises nanoscale carbon, wherein at least one prefabricated material layer of nanoscale carbon at least partially positive and / or force and / or cohesively to at least one exposed surface of the or a body of the Dividing element is connected. In this embodiment too, it is not absolutely necessary for the material forming a base body of the separating element to be formed from nanoscale carbon or a material containing nanoscale carbon. A main body of the separating element can also be formed in this embodiment of any other material, ie, for example, a metal or a ceramic or plastic material. In contrast to the embodiments described above, however, there is no coating of the base body with nano-scale carbon, but at least one prefabricated material layer made of nano-scale carbon, which, for example, a foil-, mat- or plate-like shape or Geometry, stable and captive at least in sections on an exposed surface of the main body of the separating element positively and / or positively and / or cohesively connected. For connection of the prefabricated material layer to the main body of the separating element, for example latching, screw or adhesive connections come into question.
Eine hierzu abgewandelte Ausführungsform sieht vor, dass zu- mindest das Trennelement zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst, wobei wenigstens eine vorgefertigte Materiallage des Materials zumindest abschnittsweise form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig an wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers des Trennelements angebunden ist. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist die vorgefertigte Materiallage hier nicht ausschließlich aus nanoskaligem Kohlenstoff, sondern aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet. Eine entsprechende vorgefertigte Materiallage kann beispielsweise aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Kunststoffmaterial gebildet sein. Im Übrigen gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform analog . An embodiment modified for this purpose provides that at least the separating element at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one prefabricated material layer of the material at least partially positively and / or non-positively and / or cohesively on at least one exposed surface of or a basic body of the separating element is connected. In contrast to the previously described embodiment, the prefabricated material layer is not formed exclusively from nanoscale carbon but from a material containing nanoscale carbon. A corresponding prefabricated material layer can be formed, for example, from a nanoscale carbon-containing plastic material. Incidentally, all embodiments in connection with the previously described embodiment apply analogously.
Wie erwähnt, kann der nanoskalige Kohlenstoff beispielsweise als (nanoskalige) Kohlenstoffröhrchenstruktur und/oder (nanoskalige) Graphitstruktur ausgebildet sein bzw. vorliegen. Sofern der nanoskalige Kohlenstoff als Kohlenstoffröhrchenstruktur vorliegt, ist es denkbar, dass zumindest ein Teil der Kohlenstoffröhrchenstrukturen mit deren Längsachse parallel zu einer Flächennormale des Trennelements bzw. winklig geneigt bezüglich einer Flächennormale des Trennelements aus- gerichtet angeordnet ist. Die oder ein Teil der Kohlenstoff- röhrchenstrukturen können also quer bzw. winklig geneigt bezüglich der Strömungsrichtung entsprechender durch die Kanal - strukturen strömender Stoffströme ausgerichtet bzw. orien- tiert werden. Derart ist eine verbesserte Wärmeübertragung durch das Trennelement und somit eine Verbesserung der Effizienz der Vorrichtung möglich. Wie weiter oben erwähnt, kann zusätzlich auch das Gehäuseteil zumindest teilweise aus nanoskaligem Kohlenstoff oder wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet sein und/oder zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff oder zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfassen. As mentioned, the nanoscale carbon can be formed, for example, as a (nanoscale) carbon tube structure and / or (nanoscale) graphite structure. If the nanoscale carbon is present as a carbon tube structure, it is conceivable that at least a part of the carbon tube structures is arranged with its longitudinal axis parallel to a surface normal of the separating element or angled inclined with respect to a surface normal of the separating element. The or a part of the carbon tube structures can thus be oriented at an angle or at an angle with respect to the direction of flow of corresponding material flows flowing through the channel structures or orien- be done. Such an improved heat transfer through the separator and thus an improvement in the efficiency of the device is possible. As mentioned above, in addition, the housing part may additionally be formed at least partially from nanoscale carbon or at least one nanoscale carbon-containing material and / or comprise at least partially nanoscale carbon or at least partially at least one nanoscale carbon-containing material.
Mithin gelten sämtliche vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem Trennelement analog für das vorrichtungssei- tige Gehäuseteil respektive die übrigen Bestandteile des vor- richtungsseitigen Gehäuseteils. Consequently, all the above statements in connection with the separating element apply analogously to the device-side housing part or the remaining components of the device-side housing part.
Es ist also möglich, dass das Gehäuseteil zumindest teilweise aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildet ist, wobei aus dem nanoskaligen Kohlenstoff wenigstens ein das Gehäuseteil bil- dendes, insbesondere folien-, matten- oder plattenartiges, Gehäuseteilsegment gebildet ist. It is therefore possible for the housing part to be formed at least partially from nanoscale carbon, with at least one housing part segment forming the housing part, in particular foil, mat or plate-like, being formed from the nanoscale carbon.
Es ist ferner möglich, dass das Gehäuseteil zumindest teilweise aus wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthal- tenden Material gebildet ist, wobei aus dem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material wenigstens ein das Gehäuseteil bildendes, insbesondere folien-, matten- oder plattenartiges, Gehäuseteilsegment gebildet ist. Bei dem Kohlenstoff enthaltenden Material kann es sich z. B. um ein, insbesondere duro- plastisches oder thermoplastisches, Kunststoffmaterial oder ein Keramikmaterial handeln. It is also possible for the housing part to be formed at least partially from at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one housing segment forming the housing part, in particular foil, mat or plate-like, is formed from the nanoscale carbon-containing material. The carbon-containing material may be, for. For example, be a, in particular duroplastic or thermoplastic, plastic material or a ceramic material.
Es ist ferner möglich, dass das Gehäuseteil zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff umfasst, wobei der nanoskalige Kohlenstoff als zumindest abschnittsweise auf wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers des Gehäuseteils aufgebrachte Beschichtung vorliegt. Ferner ist es ebenso möglich, dass das Gehäuseteil zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst, wobei das nanoskaligen Kohlenstoff enthaltende Material als zumindest abschnittsweise auf wenig- stens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers des Gehäuseteils aufgebrachte Beschichtung vorliegt. It is also possible that the housing part at least partially comprises nanoscale carbon, wherein the nanoscale carbon is present as at least partially applied to at least one exposed surface of the or a body of the housing part coating. Furthermore, it is likewise possible that the housing part at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein the nanoscale carbon-containing material is present as at least partially applied to at least one exposed surface of the or a body of the housing part coating.
Es ist ferner denkbar, dass das Gehäuseteil zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff umfasst, wobei wenigstens eine vorgefertigte Materiallage aus nanoskaligem Kohlenstoff zumindest abschnittsweise form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig an wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers des Gehäuseteils angebunden ist. Entsprechend ist es auch denkbar, dass das Gehäuseteil zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst, wobei wenigstens eine vorgefertigte Materiallage des Materials zumindest abschnittsweise form- und/oder kraft- und/oder Stoffschlüssig an wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers des Gehäuseteils angebunden ist. It is also conceivable that the housing part comprises at least partially nanoscale carbon, wherein at least one prefabricated material layer of nanoscale carbon is at least partially positively and / or positively and / or materially bonded to at least one exposed surface of or a main body of the housing part. Accordingly, it is also conceivable that the housing part at least partially comprises at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one prefabricated material layer of the material at least partially positive and / or non-positively and / or cohesively on at least one exposed surface of or a main body of the housing part is connected.
Für alle vorstehenden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gilt, dass diese als Kondensationseinrichtung oder als Teil einer Kondensationseinrichtung ausgebildet sein können, wobei eine freiliegende Oberfläche des Trennelements zur Kondensation eines kondensierbaren Bestandteils eines Stoffstroms ausgebildet ist und somit als Kondensationsoberfläche dient. Ein kondensierbarer Bestandteil eines Stoff- Stroms kann z. B. der in einem Wasserdampf enthaltenden For all of the above embodiments of the device according to the invention, these may be formed as a condensation device or as part of a condensation device, wherein an exposed surface of the separation element is formed for condensing a condensable component of a material flow and thus serves as a condensation surface. A condensable component of a material stream may, for. B. containing in a water vapor
Stoffström enthaltene Wasserdampf sein. Stoffström be contained water vapor.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the Ausführungsbei- described below and play with reference to the drawings. Showing:
Fig. 1 - 3 jeweils eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen wenig- stens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden Stoffströmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 1 - 3 each a schematic diagram of a device for transferring heat between little at least two present at different temperatures streams according to an embodiment of the invention; and
Fig. 4 - 6 jeweilige Schnittansichten durch die in den Fig. 4 - 6 respective sectional views through the in the
Fig. 1 - 3 gezeigten Vorrichtungen.  Fig. 1-3 show devices.
Die in sämtlichen Fig. gezeigten Vorrichtungen 1 zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden und somit typischerweise unter- schiedliche Wärmemengen enthaltenden Stoffströmen Sl, S2 können jeweils als Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager bezeichnet bzw. erachtet werden. The streams S 1, S 2, which are shown in all FIGS. 1 for transferring heat between at least two streams of material S 1, S 2 present at different temperatures and thus typically having different amounts of heat, may each be referred to as heat exchangers or heat exchangers.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden und somit typischerweise unterschiedliche Wärmemengen enthaltenden Stoffströmen Sl, S2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung. Fig. 4 zeigt eine entsprechende Schnittansicht durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 entlang der Schnittlinien IV - IV. 1 shows a schematic illustration of a device 1 for transferring heat between at least two streams of material S1, S2 containing different amounts of heat present at different temperatures and thus typically different amounts of heat, in accordance with an exemplary embodiment of the invention in a perspective illustration. Fig. 4 shows a corresponding sectional view through the device 1 shown in Fig. 1 along the section lines IV - IV.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuseteil 2. In dem Gehäuseteil 2 sind zwei Kanalstrukturen 3, 4 ausgebildet. Jede Ka- nalstruktur 3, 4 wird von einem Stoffström Sl, S2 durchströmt. Die Strömungsrichtung der Stoffströme 3, 4 kann entgegen gesetzt sein, die Stoffströme Sl, S2 können deshalb gegenläufig sein. Die Kanalstrukturen 3, 4 sind durch ein Trennelement 5 räumlich voneinander getrennt. Das Trennelement 5 kann sonach als zwischen den Stoffströmen Sl, S2 verlaufende Trennwand bezeichnet bzw. erachtet werden. Das Trennelement 5 ermöglicht einen Wärmeaustausch bzw. eine Wärmeübertragung zwischen den in den Kanalstrukturen 3, 4 strömenden Stoffströmen Sl, S2. Ein Stoffaustausch zwischen den in den Kanalstrukturen 3, 4 strömenden Stoffströmen Sl, S2 ist aufgrund des Trennelements 5 jedoch nicht möglich. Die folgenden Ausführungen zu der besonderen Ausbildung des Trennelements 5 gelten analog für die übrigen Teile des Gehäuseteils 2 der Vorrichtung 1. The device 1 comprises a housing part 2. Two channel structures 3, 4 are formed in the housing part 2. Each channel structure 3, 4 is traversed by a stream S1, S2. The flow direction of the streams 3, 4 can be opposed, the streams S1, S2 can therefore be in opposite directions. The channel structures 3, 4 are spatially separated from one another by a separating element 5. The separating element 5 can therefore be called or considered to be a partition wall running between the streams S1, S2. The separating element 5 allows a heat exchange or a heat transfer between the streams flowing in the channel structures 3, 4 streams S2, S2. However, a mass transfer between the streams flowing in the channel structures 3, 4 streams S2, S2 is not possible due to the separating element 5. The following remarks on the special design of the separating element 5 apply analogously to the remaining parts of the housing part 2 of the device 1.
Das in den Fig. 1, 4 gezeigte Trennelement 5 ist vollständig aus nanoskaligem Kohlenstoff, d. h. aus nanoskaligen Kohlenstoffröhrchen (strukturen) , so genannten carbon nanotubes, kurz CNT, gebildet. Aus den Kohlenstoffröhrchen wurde ein plattenartiges Trennelementsegment gebildet, welches Trennelementsegment als Trennelement 5 in dem Gehäuseteil 2 der Vorrichtung 1 angeordnet und entsprechend mit dem Gehäuseteil 2 der Vorrichtung 1 verbunden ist. Wesentliche Vorteile der Ausbildung des Trennelements 5 sowie selbstverständlich der ebenso möglichen Ausbildung weiterer Bestandteile des Gehäuseteils 2 der Vorrichtung 1 aus nanoskaligem Kohlenstoff sind in der hohen thermischen Leitfähigkeit, der hohen Korrosionsbeständigkeit, der guten mechani- sehen Stabilität, insbesondere auch im Hinblick auf das vergleichsweise geringe Gewicht, von aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildeten Bauteilen zu sehen. Bedingt durch die gute mechanische Stabilität können Trennelemente 5 aus nanoskaligem Kohlenstoff zudem mit vergleichsweise geringen Wandstär- ken dimensioniert werden, was sich gleichermaßen positiv auf den über das Trennelement 5 erfolgenden Wärmeübergang auswirkt . The separating element 5 shown in FIGS. 1, 4 is made entirely of nano-scale carbon, d. H. from nanoscale carbon tubes (structures), so-called carbon nanotubes, short CNT, formed. From the carbon tubes, a plate-like partition element segment was formed, which dividing element segment is arranged as a separating element 5 in the housing part 2 of the device 1 and connected correspondingly to the housing part 2 of the device 1. Substantial advantages of the design of the separating element 5 and, of course, the equally possible formation of further components of the housing part 2 of the device 1 of nanoscale carbon are in the high thermal conductivity, high corrosion resistance, good mechanical see stability, especially with regard to the relatively low Weight to see of nanoscale carbon formed components. Due to the good mechanical stability, dividing elements 5 made of nanoscale carbon can also be dimensioned with comparatively small wall thicknesses, which has an equally positive effect on the heat transfer occurring via the separating element 5.
Insgesamt können entsprechende Vorrichtungen 1 im Vergleich kompakter ausgeführt werden. Zudem ergeben sich fertigungstechnische und somit wirtschaftliche Vorteile, da sich aus nanoskaligem Kohlenstoff und insbesondere aus nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Materialien gebildete Bauteile mittels gut beherrschbarerer fertigungstechnischer Herstellungs- verfahren, z. B. mittels Extrusions- oder Spritzgussverfahren, in hoher Güte, hoher Stückzahl sowie in unterschiedlichen, insbesondere auch komplexen, Geometrien herstellen lassen . Alternativ zu der Ausbildung des Trennelements 5 aus reinem nanoskaligen Kohlenstoff bzw. aus einem aus reinem nanoskaligem Kohlenstoff gebildeten Trennelementsegment ist es denkbar, ein entsprechendes Trennelement 5 bzw. Trennelement- segment aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material zu bilden. Es kann sich bei einem solchen Material beispielsweise um ein mit nanoskaligem Kohlenstoff gefülltes Matrixmaterial, z. B. in Form eines thermoplastischen Kunst- Stoffmaterials, wie z. B. PA, PC, PE, PP, etc., handeln. Overall, corresponding devices 1 can be made more compact in comparison. In addition, there are production-related and thus economic advantages, as formed from nanoscale carbon and in particular nanoscale carbon-containing materials formed components by means of well manageable manufacturing manufacturing process, for. B. by extrusion or injection molding, in high quality, high volume and in different, especially complex, geometries produce. As an alternative to the embodiment of the separating element 5 made of pure nanoscale carbon or of a separating element segment formed from pure nanoscale carbon, it is conceivable to form a corresponding separating element 5 or separating element segment from a material containing nanoscale carbon. Such a material may be, for example, a nano-scale carbon filled matrix material, e.g. B. in the form of a thermoplastic synthetic material, such. As PA, PC, PE, PP, etc., act.
Hierdurch können sich, wie erwähnt, fertigungstechnische Vorteile ergeben, da die Ausbildung des Trennelements 5 respektive eines Trennelementsegments über Extrusions- oder Spritzgussverfahren erfolgen kann.  As a result, manufacturing advantages may result, as mentioned, since the formation of the separating element 5 or a separating element segment can be effected by extrusion or injection molding.
Über die Füllung eines Kunststoffmaterials mit nanoskaligem Kohlenstoff lassen sich diverse Eigenschaften des gefüllten Kunststoffmaterials einstellen. Typische Füllgrade rangieren in einem Bereich von 1 - 70 Vol.-%, insbesondere 10 - 50 Vol.-%. So liegt beispielsweise die thermische Leitfähigkeit von mit nanoskaligem Kohlenstoff gefüllten Kunststoffma- terialien deutlich höher als die thermische Leitfähigkeit eines ungefüllten Vergleichskunststoffmaterials . In Abhängigkeit des Füllgrads konnten in Untersuchungen mit nanoskaligen Kohlenstoff gefüllte Kunststoffmaterialien mit thermischenBy filling a plastic material with nano-scale carbon, various properties of the filled plastic material can be adjusted. Typical filling levels range from 1 to 70% by volume, in particular from 10 to 50% by volume. For example, the thermal conductivity of plastic materials filled with nanoscale carbon is significantly higher than the thermal conductivity of an unfilled comparative plastic material. Depending on the degree of filling, plastic materials filled with nanoscale carbon could be mixed with thermal
Leitfähigkeiten von bis zu 20 W/m2K realisiert werden. Gleichermaßen konnte die mechanische Stabilität, insbesondere die Festigkeit, des mit nanoskaligem Kohlenstoff gefüllten Kunststoffmaterials im Vergleich zu einem ungefüllten Vergleichs- kunststoffmaterial verbessert werden. Auch die Korrosionsbeständigkeit des mit nanoskaligem Kohlenstoff gefüllten Kunststoffmaterials ist gegenüber einem ungefüllten Vergleichskunststoffmaterial verbessert. Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden und somit typischerweise unterschiedliche Wärmemengen enthaltenden Stoffströmen Sl, S2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung. Fig. 5 zeigt eine entsprechende Schnittansicht durch die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 1 entlang der Schnittlinien V - V. Conductivities of up to 20 W / m 2 K can be realized. Similarly, the mechanical stability, in particular the strength, of the nanoscale carbon filled plastic material could be improved compared to unfilled comparative plastic material. The corrosion resistance of the nano-scale carbon-filled plastic material is also improved compared to an unfilled comparative plastic material. 2 shows a schematic diagram of a device 1 for transferring heat between at least two streams of material present at different temperatures and thus typically containing different amounts of heat Sl, S2 according to a further embodiment of the invention in a perspective view. 5 shows a corresponding sectional view through the device 1 shown in FIG. 2 along the section lines V - V.
Im Unterschied zu dem in den Fig. 1, 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 5 hier aus einem Grundkörper 6 gebildet, welcher selbst nicht aus nanoskaligem Kohlenstoff respektive einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Mate- rial gebildet ist, dessen freiliegende, insbesondere die Kanalstrukturen 3, 4 (mit) begrenzende Oberflächen mit nanoskaligem Kohlenstoff beschichtet sind. Auf den freiliegenden Oberflächen des Grundkörpers 6 des Trennelements 5 ist sonach eine aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildete Beschichtung 7 aufgebracht. Die Beschichtung 7 kann z. B. mittels Plasmadeposition auf die freiliegenden Oberflächen des Grundkörpers 6 des Trennelements 5 aufgebracht sein. Der Grundkörper 6 des Trennelements 5 kann beispielsweise aus einem Metall, d.h. z.B. einem Stahl- oder Kupferblech, oder einem Kunststoffma- terial gebildet sein. Die Eigenschaften des Trennelements 5 können durch eine entsprechende Beschichtung 7 des Grundkörpers 6, insbesondere im Hinblick auf Hydrophobie und Korrosionsbeständigkeit, gezielt modifiziert werden. Der Wärmedurchgang durch den Grundkörper 6 des Trennelements 5 wird durch eine entsprechende Beschichtung 7 mit nanoskaligem Kohlenstoff in der Regel nicht beeinträchtigt, im Gegensatz dazu, wie es aus dem Stand der Technik z. B. bei auf metallische Grundkörper 6 zum Zwecke des Korrosionsschutzes aufgebrachten reinen Kunststoffbeschichtungen bekannt ist. In contrast to the exemplary embodiment shown in FIGS. 1, 4, the separating element 5 here is formed from a basic body 6, which itself is not formed from nanoscale carbon or a material containing nano-scale carbon whose exposed, in particular the channel structures 3, 4 (with) delimiting surfaces are coated with nanoscale carbon. On the exposed surfaces of the base body 6 of the separating element 5 a coating 7 formed of nanoscale carbon is therefore applied. The coating 7 may, for. B. be applied by means of plasma deposition on the exposed surfaces of the base body 6 of the separating element 5. The base body 6 of the separating element 5 may be made, for example, of a metal, i. e.g. a steel or copper sheet, or a Kunststoffma- material be formed. The properties of the separating element 5 can be selectively modified by a corresponding coating 7 of the main body 6, in particular with regard to hydrophobicity and corrosion resistance. The heat transfer through the base body 6 of the separating element 5 is not affected by a corresponding coating 7 with nanoscale carbon in the rule, in contrast, as is known from the prior art z. B. in case of metallic base body 6 applied for the purpose of corrosion protection pure plastic coatings.
Selbstverständlich kann anstelle einer aus reinem nanoskaligen Kohlenstoff gebildeten Beschichtung 7 auch eine Beschichtung 7 aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material, d.h. z.B. einem nanoskaligen Kohlenstoff enthalten- den Kunststoffmaterial , auf den Grundkörper 6 des Trennelements 5 aufgebracht sein. Die Schichtdicke der Beschichtung 7 kann in beiden Fällen z.B. bei ca. 20 μπι liegen. Of course, instead of a coating 7 formed from pure nanoscale carbon, a coating 7 made of a nanoscale carbon-containing material, ie, for example, a nanoscale carbon-containing plastic material, may be applied to the base body 6 of the separating element 5. The layer thickness of the coating 7 may be in both cases, for example, at about 20 μπι.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegenden und somit typischerweise unterschiedliche Wärmemengen enthaltenden Stoffströmen Sl, S2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung. Fig. 6 zeigt eine ent- sprechende Schnittansicht durch die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung 1 entlang der Schnittlinien VI - VI. 3 shows a schematic illustration of a device 1 for transferring heat between at least two streams of material S1, S2 containing different amounts of heat present at different temperatures and thus typically different amounts of heat, in accordance with a further exemplary embodiment of the invention in a perspective illustration. FIG. 6 shows a corresponding sectional view through the device 1 shown in FIG. 5 along the sectional lines VI-VI.
Ähnlich dem in den Fig. 2, 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 5 hier ebenso aus einem Grundkörper 6 gebildet, welcher selbst nicht aus nanoskaligem Kohlenstoff respektive einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet ist. Im Unterschied zu dem in den Fig. 2, 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 6 des Trennelements 5 im Bereich seiner freiliegenden Oberflächen jedoch nicht mit einer entsprechenden Beschichtung 7 versehen. Auf den Grundkörper 6 ist eine vorgefertigte Materiallage 8 aus nanoskaligem Kohlenstoff aufgebracht. Die vorgefertigte Materiallage 8 kann dabei z.B. auf den Grundkörper 6 respektive dessen freiliegende Oberflächen aufgeklebt sein. Allgemein ist die vorgefertigte Materiallage 8 form- und/oder kraft- und/oder Stoffschlüssig an dem Grundkörper 6 des Trennelements 5 stabil und unverlierbar angebunden. Similar to the embodiment shown in FIGS. 2, 5, the separating element 5 is likewise formed here from a basic body 6, which itself is not formed from nanoscale carbon or a material containing nanoscale carbon. In contrast to the embodiment shown in FIGS. 2, 5, however, the base body 6 of the separating element 5 is not provided with a corresponding coating 7 in the region of its exposed surfaces. On the base body 6, a prefabricated material layer 8 is applied from nanoscale carbon. The prefabricated material layer 8 may be e.g. be glued to the base body 6 respectively whose exposed surfaces. In general, the prefabricated material layer 8 is connected to the base body 6 of the separating element 5 in a stable and captive manner in a positive and / or non-positive and / or cohesive manner.
Selbstverständlich könnte die vorgefertigte Materiallage 8 alternativ auch aus einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material, wie z. B. einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Kunststoffmaterial , gebildet sein. Die vorgefertigte Materiallage 8 kann sonach z. B. als Extrusions- oder Spritzgussteil vorliegen, welches stabil und unverlierbar mit dem Grundkörper 6 des Trennelements 5 verbunden ist. Of course, the prefabricated material layer 8 could alternatively also from a nanoscale carbon-containing material such. B. a nano-scale carbon-containing plastic material may be formed. The prefabricated material layer 8 can sonach z. Example, as an extrusion or injection molded part, which is stable and captive connected to the base body 6 of the separating element 5.
Für alle Ausführungsformen gilt, dass der nanoskalige Kohlenstoff, sofern als Kohlenstoffröhrchen ( struktur) vorliegend, besonders ausgerichtet bzw. besonders orientiert angeordnet sein kann. Um die Effizienz des Wärmeaustauschs bzw. der Wärmeübertragung zwischen den Stoffströmen Sl, S2 zu erreichen, können die Kohlenstoffröhrchen ( strukturen) mit ihrer Längs- achse parallel zu einer lediglich in Fig. 4 beispielhaft gezeigten Flächennormale N des Trennelements 5 bzw. winklig geneigt bezüglich der Flächennormale N des Trennelements 5 ausgerichtet bzw. orientiert angeordnet sein. Die Kohlenstoff- röhrchen ( strukturen) können also quer bzw. winklig geneigt bezüglich der Strömungsrichtung der durch die Kanalstrukturen 3, 4 strömenden Stoffströme Sl, S2 ausgerichtet bzw. orientiert werden. For all embodiments, the nanoscale carbon, if present as a carbon tube (structure), can be arranged particularly oriented or oriented particularly. In order to achieve the efficiency of the heat exchange or the heat transfer between the streams S1, S2, the carbon tubes (structures) with their longitudinal axis parallel to an exemplary only shown in FIG. 4 surface normal N of the separating element 5 and an angle inclined with respect to Surface normal N of the separating element 5 to be aligned or oriented. The carbon tubes (structures) can thus be aligned or oriented at an angle or at an angle with respect to the flow direction of the material flows S1, S2 flowing through the channel structures 3, 4.
Für alle Ausführungsform gilt ferner, dass der Einsatz von nanoskaligem Kohlenstoff bedingt durch seine hydrophoben Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf die Verwendung der Vorrichtung 1 als Kondensationseinrichtung oder als Teil einer Kondensationseinrichtung vorteilhaft ist. Die hydrophoben Eigenschaften nanoskaligen Kohlenstoffs ermöglichen näm- lieh eine Kondensation eines hydrophilen Stoffs, wie z.B.For all embodiments, it is furthermore advantageous that the use of nanoscale carbon is advantageous due to its hydrophobic properties, in particular with regard to the use of the device 1 as a condensation device or as part of a condensation device. Namely, the hydrophobic properties of nanoscale carbon permit condensation of a hydrophilic substance, such as a hydrophilic substance.
Wasserdampf, auf einer vorrichtungsseitigen Kondensationsfläche in Tropfenform. Die tröpfchenförmige Kondensation eines hydrophilen Stoffs ist deshalb zweckmäßig, da sie die Ausbildung flächiger hydrophiler Filmschichten, welche flächigen hydrophilen Filmschichten einen Wärmeaustausch bzw. einen Wärmeübertrag zwischen entsprechenden Stoffströmen beeinträchtigen, auf einer vorrichtungsseitigen Kondensationsfläche verhindert . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Water vapor, on a device-side condensation surface in drop form. The droplet-shaped condensation of a hydrophilic substance is therefore expedient since it prevents the formation of planar hydrophilic film layers, which surface hydrophilic film layers impair heat exchange or a heat transfer between corresponding streams, on a device-side condensation surface. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zur Übertragung von Wärme zwischen wenigstens zwei bei unterschiedlichen Temperaturen vorlie genden Stoffströmen (Sl, S2), umfassend wenigstens ein Gehäuseteil (2) mit wenigstens einem Trennelement (5), welches wenigstens zwei jeweils von wenigstens einem Stoffström (Sl, S2) durchströmbare oder durchströmte Ka nalstrukturen (3, 4) räumlich voneinander trennt, dadurch gekennzeichnet, dass 1. Device (1) for the transfer of heat between at least two vorlie at different temperatures ing streams (Sl, S2) comprising at least one housing part (2) with at least one separating element (5), which at least two each of at least one Stoffström (Sl , S2) through-flow or flow-through Ka nalstrukturen (3, 4) spatially separated from each other, characterized in that
zumindest das Trennelement (5) zumindest teilweise aus nanoskaligem Kohlenstoff oder wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet ist und/oder  at least the separating element (5) is formed at least partially from nanoscale carbon or at least one nanoscale carbon-containing material and / or
zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff oder zumin dest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst.  at least partially nanoscale carbon or at least partially at least one nanoscale carbon containing material.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Trennelement (5) zumindest teilweise aus nanoskaligem Kohlenstoff gebildet ist, wobei aus dem nanoskaligen Kohlenstoff wenigstens ein das Trennelement (5) bildendes, insbesondere folien-, matten- oder plattenartiges, Trennelementsegment gebildet ist. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least the separating element (5) is at least partially formed of nanoscale carbon, wherein from the nanoscale carbon at least one separating element (5) forming, in particular foil, mat or plate-like, separator element segment is formed.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Trennelement (5) zumindest teilweise aus wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet ist, wobei aus dem nanoska- ligen Kohlenstoff enthaltenden Material wenigstens ein das Trennelement (5) bildendes, insbesondere folien-, matten- oder plattenartiges, Trennelementsegment gebildet ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein, insbesondere duroplastisches oder thermoplastisches, Kunststoffmaterial oder ein Keramikmaterial ist. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Trennelement (5) zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff um- fasst, wobei der nanoskalige Kohlenstoff als zumindest abschnittsweise auf wenigstens einer freiliegenden Oberfläche eines Grundkörpers (6) des Trennelements (5) aufgebrachte Beschichtung (7) vorliegt. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least the separating element (5) is at least partially formed from at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one of the nanoscale carbon-containing material forming the separating element (5), in particular foil, mat or plate-like, separating element segment is formed. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the material is a, in particular thermosetting or thermoplastic, plastic material or a ceramic material. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least the separating element (5) at least partially comprises nanoscale carbon, wherein the nanoscale carbon as at least partially on at least one exposed surface of a base body (6) of the separating element (5) applied coating ( 7) is present.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das TrennelementDevice according to one of the preceding claims, characterized in that at least the separating element
(5) zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst, wobei das nanoskaligen Kohlenstoff enthaltende Material als zumindest abschnittsweise auf wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers (6) des Trennelements(5) at least partially comprising at least one nano-scale carbon-containing material, wherein the nano-scale carbon-containing material as at least partially on at least one exposed surface of or a base body (6) of the separating element
(5) aufgebrachte Beschichtung (7) vorliegt. (5) applied coating (7) is present.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das TrennelementDevice according to one of the preceding claims, characterized in that at least the separating element
(5) zumindest teilweise nanoskaligen Kohlenstoff umfasst, wobei wenigstens eine vorgefertigte Materiallage(5) at least partially nanoscale carbon, wherein at least one prefabricated material layer
(8) aus nanoskaligem Kohlenstoff zumindest abschnittsweise form- und/oder kraft- und/oder Stoffschlüssig an wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers (6) des Trennelements (5) angebunden ist. (8) of nanoscale carbon at least in sections, positively and / or positively and / or cohesively on at least one exposed surface of the or a base body (6) of the separating element (5) is connected.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das TrennelementDevice according to one of the preceding claims, characterized in that at least the separating element
(5) zumindest teilweise wenigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Material umfasst, wobei wenigstens eine vorgefertigte Materiallage (8) des Materials zumindest abschnittsweise form- und/oder kraft- und/oder Stoffschlüssig an wenigstens einer freiliegenden Oberfläche des oder eines Grundkörpers (6) des Trennelements(5) at least partially comprising at least one nanoscale carbon-containing material, wherein at least one prefabricated material layer (8) of the material at least partially positively and / or non-positively and / or cohesively on at least one exposed surface of or a base body (6) of the separating element
(5) angebunden ist. (5) is connected.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nanoskalige Kohlenstoff als Kohlenstoffröhrchenstruktur und/oder Graphitstruktur ausgebildet ist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the nanoscale carbon is formed as a carbon tube structure and / or graphite structure.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kohlenstoffröhrchenstruk- turen mit deren Längsachse parallel zu einer Flächennormale (N) des Trennelements (5) ausgerichtet angeordnet 10. The device according to claim 9, characterized in that arranged at least a part of the Kohlenstoffröhrchenstruk- structures with their longitudinal axis parallel to a surface normal (N) of the separating element (5) aligned
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich das Gehäuseteil (2) zumindest teilweise aus nanoskaligem Kohlenstoff oder wenigstens einem nanoskaligen Kohlenstoff enthaltenden Material gebildet ist und/oder zumindest teilwei se nanoskaligen Kohlenstoff oder zumindest teilweise we nigstens ein nanoskaligen Kohlenstoff enthaltendes Mate rial umfasst. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in addition the housing part (2) is at least partially made of nanoscale carbon or at least one nano-scale carbon-containing material and / or at least teilwei se nanoscale carbon or at least partially we least one nano-scale carbon-containing mate rial includes.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Kondensationseinrich tung oder als Teil einer Kondensationseinrichtung ausge bildet ist, wobei wenigstens eine freiliegende Oberfläche des Trennelements (5) zur Kondensation eines Device according to one of the preceding claims, characterized in that it forms out as Kondensationseinrich device or as part of a condensation device, wherein at least one exposed surface of the separating element (5) for the condensation of a
kondensierbaren Bestandteils eines Stoffstroms ausgebil det ist.  condensable component of a material flow is ausgebil det.
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