DE10306786A1

DE10306786A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE10306786A1
Application number: DE10306786A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kawakubo; Norihide Kawachi; Ken Muto; Ken Yamamoto; Etsuo Hasegawa; Yoshiki Katoh
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: DE10306786B4; JP2003314987A; US20060151159A1; JP4107051B2; US20030155109A1; US7604044B2; US7044208B2

Abstract

Ein Wärmetauscher umfasst: eine Vielzahl von Röhrchen (110), die aneinander gestapelt sind; und ein Paar von Sammelbehältern (140), wobei jeder Sammelbehälter (140) einen Strömungsabschnitt (151), in dem ein Fluid strömt und der sich in der Richtung des Stapels der Röhrchen (110) erstreckt, aufweist, wobei die beiden Endabschnitte (111) der Röhrchen (110) in der Breitenrichtung mit dem Paar der Sammelbehälter (140) verbunden sind, der Strömungsabschnitt (151) jedes Sammelbehälters (140) und das Innere jedes Röhrchens (110) miteinander verbunden sind, eine End- bzw. Spitzenposition (a) des Röhrchenendabschnitts (111) in einem äußeren Bereich des Strömungsabschnitts (151) angeordnet ist und die Größe (b) der Breite der inneren Wand des Strömungsabschnitts (151) kleiner als die Größe (c) in der Breitenrichtung des Sammelbehälters (140) an dem Röhrchenendabschnitt (111) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher, der vorzugsweise für beispielsweise einen Gaskühler oder Verdampfer verwendet wird, der in einer Vorrichtung eines überkritischen Kühlzyklus vorgesehen ist.
Ein herkömmlicher Wärmetauscher ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-109 185 offenbart. Diese ungeprüfte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-109 185 betrifft einen Wärmetauscher, bei dem eine Vielzahl von Röhrchen 110 zwischen zwei Sammelbehälter 140 angeschlossen sind. Gemäß Darstellung in Fig. 16 ist dieser Wärmetauscher wie folgt aufgebaut. Der Sammelbehälter 140 besteht aus einem Behälterabschnitt 150 und aus einem Plattenabschnitt 160. In dem Plattenabschnitt 160 ist ein Röhrcheneinsetzloch 161 vorgesehen. In dem Behälterabschnitt 150 ist einegeneigte Fläche 155 vorgesehen, mit der ein Röhrchenendabschnitt 111a in Berührung kommt. Bei dieser Struktur bzw. Bauweise ist die Größe L_t, mit der das Röhrchen 110 in dem Behälterabschnitt 150 eingesetzt ist, kleiner als die Größe L_s, die die Größe von dem Röhrchenendabschnitt 111a aus zu dem Behälterdeckenabschnitt 153 ist.
Infolge der angegebenen Bauweise kommt, wenn das Röhrchen 110 an dem Sammelbehälter 140 angebracht wird, der Röhrchenendabschnitt 111a mit der geneigten Fläche 155 des Behälterabschnitts 150 in Berührung. Daher ist es nicht notwendig, eine ausschließliche bzw. besondere Positionierungs-Spanneinrichtung zu verwenden. Weiter wird es unnötig, eine maschinelle Bearbeitung an dem Röhrchen 110 zur Ausbildung eines für die Positionierung verwendeten Profils durchzuführen. Weiter kann, wenn die Größen L_t und L_s so bestimmt sind, dass eine Ungleichheit L_t < L_s erfüllt sein kann, der Widerstand der Strömung im Sammelbehälter 140 herabgesetzt sein, und kann die Querschnittsfläche des Sammelbehälters 150 verkleinert sein.
Wenn jedoch die oben angegebene Bauweise übernommen wird, steht der Röhrchenendabschnitt 111a noch in den Sammelbehälter 140 um die Größe L_tdes Einsetzens vor. Dieser vorstehende Röhrchenendabschnitt 111a bewirkt einen Widerstand der Strömung, wenn ein inneres Fluid in dem Sammelbehälter 140 strömt. Entsprechend ist die Verkleinerung der Querschnittsfläche des Behälterabschnitts 150 von Haus aus begrenzt.
In Hinblick auf die oben angegebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zu schaffen, der in der Lage ist, den Widerstand der Strömung im Sammelbehälter herabzusetzen und weiter die Größe des Sammelbehälters zu verkleinern.
Zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscher geschaffen, der umfasst: eine Vielzahl von Röhrchen (110), die aneinander gestapelt sind; und ein Paar Sammelbehälter (140), wobei jeder Sammelbehälter (140) einen Strömungsabschnitt (151) aufweist, in dem ein Fluid strömt und der sich in der Richtung des Stapels der Röhrchen (110) erstreckt, wobei die beiden Endabschnitte (111) der Röhrchen (110) in der Längsrichtung mit dem Paar der Sammelbehälter (140) verbunden sind, der Strömungsabschnitt (151) jedes Sammelbehälters (140) und das Innere jedes Röhrchen (110) miteinander in Verbindung stehen, eine End- bzw. Spitzenposition (a) des Röhrchenendabschnitts (111) in einem äußeren Bereich des Strömungsabschnitts (151) angeordnet ist und die Größe (b) der Breite der inneren Wand des Strömungsabschnitts (151) kleiner als die Größe (c) in der Breitenrichtung des Sammelbehälters (140) an dem Röhrchenendabschnitt (111) ist.
Infolge der oben angegebenen Bauweise ist keine Turbulenz der Strömung des Fluids, das in dem Strömungsabschnitt (151) des Sammelbehälters (140) strömt, durch den Röhrchenendabschnitt (111) verursacht, und kann der Widerstand der Strömung herabgesetzt sein. Daher kann die Größe des Strömungsabschnitts (151) entsprechend verkleinert sein, und kann der Widerstand der Strömung herabgesetzt sein. Entsprechend ist es möglich, die Größe des Sammelbehälters (140) im Vergleich zu der Größe des Sammelbehälters (140) des in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-109 185 offenbarten Standes der Technik zu verkleinern.
Entsprechend der Verkleinerung der Größe des Strömungsabschnitts (151) ist der Flächenbereich im Inneren des Strömungsabschnitts (151) verkleinert, und kann die Intensität einer Reißkraft (Zugkraft), die auf den Querschnitt des Wandabschnitts (154) des Strömungsabschnitts (151) durch den inneren Druck des Fluids einwirkt, herabgesetzt sein. Als Folge kann die Druckfestigkeit verbessert sein.
Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht der Sammelbehälter (140) aus einem Behälterabschnitt (150), in dem der Strömungsabschnitt (151) ausgebildet ist, und aus einem Plattenabschnitt (160), mit dem der Röhrchenendabschnitt (111) verbunden ist, und ist ein Verbindungsabschnitt (152) zwischen dem Strömungsabschnitt (151) und dem Röhrchenendabschnitt (111) vorgesehen, sodass beide über den Verbindungsabschnitt (152) miteinander verbunden sein können.
In dem Fall, bei dem der Sammelbehälter (140) einstückig zu einem einzigen Körper ausgebildet ist, ist es notwendig, eine komplizierte spanabhebende Profilbearbeitung durchzuführen, sodass der Sammelbehälter (140) sowohl den Anschlussabschnitt des Röhrchens (110) als auch den Verbindungsabschnitt (152) aufweisen kann. Andererseits kann gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn der Behälterabschnitt (150) und der Plattenabschnitt (160) voneinander getrennt gebildet sind, eine einfache spanabhebende Profilbearbeitung an dem Behälterabschnitt (150) und dem Plattenabschnitt (160) durchgeführt werden. Daher kann die gesamte Bearbeitung ohne weiteres durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger zu verstehen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht der Gesamtausbildung eines Gaskühlers der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Sammelbehälters und eines Röhrchens einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3;
Fig. 5 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Behälterabschnitts, eines Plattenabschnitts und eines Röhrchens einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur C einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 für die zweite Ausführungsform;
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 6;
Fig. 8 einen Schnitt durch einen Sammelbehälter und ein Röhrchen einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform;
Fig. 9 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Sammelbehälters, eines Plattenabschnitts und eines Röhrchens einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 für die dritte Ausführungsform;
Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie D-D in Fig. 10;
Fig. 12 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Sammelbehälters, eines Zwischenplattenabschnitts, eines Plattenabschnitts und eines Röhrchens einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 für die vierte Ausführungsform;
Fig. 14 einen Schnitt entlang der Linie E-E in Fig. 13;
Fig. 15 einen Schnitt durch einen Sammelbehälter und ein Röhrchen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 16 einen Schnitt durch einen Sammelbehälter und ein Röhrchen des Standes der Technik.

Erste Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 bis 4 dargestellt. In diesem Fall findet der Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung bei einem Gaskühler 100 Anwendung, der in einem überkritischen Kühlzyklus vorgesehen ist, in dem CO₂ als Kühlmittel (Fluid) verwendet wird. Zuallererst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 die Gesamtgestaltung des Gaskühlers nachfolgend beschrieben.
In diesem Zusammenhang wird der überkritische Kühlzyklus als ein Kühlzyklus definiert, bei dem Ethylen, Ethan, oder Stickstoffoxid neben CO₂ als Kühlmittel verwendet wird.
Der Gaskühler 100 besteht aus einem Kernabschnitt 101 und Sammelbehältern 140, die an der rechten und der linken Seite angeordnet sind. Elemente, die die obigen Teile bilden, die weiter unten noch erläutert werden, sind aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt und im Wege eines Eingriffs, Verstemmens oder einer Befestigung mittels einer Spanneinrichtung zusammengebaut und weiter zu einem einzigen Körper mit Lötmittel verlötet, das zuvor an notwendigen Bereichen an den Oberflächen der Elemente vorgesehen worden ist.
In dem Kernbereich 101 sind eine Vielzahl von Röhrchen 110, in denen ein Kühlmittel strömt, und eine Vielzahl von Rippen 120, die zu einer wellenförmigen Gestalt ausgebildet sind, abwechselnd aneinander nach Art eines Laminats angeordnet, und die Seitenplatten 130, die Verstärkungselemente sind und deren Querschnitte zu einer U-Gestalt ausgebildet und nach außen offen sind, sind außenseitig der äußersten Rippen 120 angeordnet, die in einem oberen und einem unteren Bereich angeordnet sind. Diese Elemente sind zu einem einzigen Körper verlötet.
In dem in der Zeichnung rechten und linken Teil dieses Kernabschnitts 101, das heißt in den Röhrchenendabschnitten 111 der Vielzahl der Röhrchen 110 in Längsrichtung, ist ein Paar Sammelbehälter 140 vorgesehen, die sich in der Laminierungsrichtung der Röhrchen 110 erstrecken.
Die Endabschnitte 111 jedes Röhrchens sind mit den Sammelbehältern 140 verbunden und verlötet, so dass der in jedem Sammelbehälter 140 vorgesehene Strömungsabschnitt 151 und das Innere jedes Röhrchens 110 miteinander verbunden sein können. Die Verbindungsstruktur des Sammelbehälters 140 mit dem Röhrchen 110 ist ein Charakteristikum der vorliegenden Erfindung, dessen Details weiter unten erläutert werden.
Endkappen 180 sind mit den Endabschnitten der beiden Sammelbehälter 140 in der Längsrichtung verlötet, so dass die Öffnungsabschnitte, die durch den Strömungsabschnitt 151 gebildet sind, verschlossen sein können.
In dem in der Zeichnung linken Sammelbehälter 140 ist ein Trennelement 141 angelötet, das den Strömungsabschnitt 151 im Sammelbehälter 140 aufteilt. Ein Einlassanschlussstück 191 ist mit der oberen Seite des in Hinblick auf das Trennelement 141 linken Sammelbehälters 140 verlötet, und ein Auslassanschlussstück 192 ist mit der unteren Seite des in Hinblick auf das Trennelement 141 linken Sammelbehälters 140 verlötet. Diese Anschlussstücke stehen mit dem Strömungsabschnitt 151 in dem linken Sammelbehälter 140 in Verbindung.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 ein primärer Bereich der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert. In diesem Fall ist der Querschnitt des Sammelbehälters 140 dreieckig. In dem Sammelbehälter 140 ist ein Strömungsabschnitt 151, in dem ein Kühlmittel strömt, in der Längsrichtung angeordnet. Der Sammelbehälter 140, der diesen Strömungsabschnitt 151 aufweist, kann ohne weiteres im Wege einer Extrusion hergestellt werden, und der Querschnitt des Strömungsabschnitts 151 ist kreisförmig ausgebildet.
An einer Fläche des Sammelbehälters 140 auf der Seite des Röhrchens 110 sind Röhrcheneinsetzlöcher 156, in die die Röhrchenendabschnitte 111 eingesetzt sind, den Positionen der Röhrchenendabschnitte 111 entsprechend vorgesehen. Des Weiteren sind Verbindungsabschnitte 152 zur glatten Verbindung der Röhrcheneinsetzlöcher 156 mit dem Strömungsabschnitt 151 vorgesehen, sodass die Röhrcheneinsetzlöcher 156 mit dem Strömungsabschnitt 151 in Verbindung stehen können.
Der Querschnitt jedes Röhrchens 110 ist flach. In der gleichen Weise wie der Sammelbehälter 140 ist das Röhrchen 110 im Wege einer Extrusion hergestellt. Innseitig des Röhrchens 110 ist eine Vielzahl von flachen Durchgängen (nicht dargestellt) vorgesehen, die in Längsrichtung angeordnet sind. Am Endabschnitt jedes Röhrchenendabschnitts 111 in Längsrichtung ist ein Ausschnittbereich 112 vorgesehen.
Der Röhrchenendabschnitt 111 ist in das Röhrcheneinsetzloch 156 des Sammelbehälters 140 eingesetzt und mit diesem verlötet. Zu diesem Zeitpunkt ist die End- bzw. Spitzenposition "a" des Röhrchenendabschnitts 111 in einem Bereich außenseitig des Strömungsabschnitts 151 angeordnet. Das heißt, wenn der Ausschnittbereich 112, der in dem Röhrchen 110 vorgesehen ist, mit einer Fläche des Sammelbehälters 140 an der Seite des Röhrchens in Berührung kommt, wird in die End- bzw. Spitzenposition "a" des Röhrchenendabschnitts eingeschränkt, sodass er nicht in den Strömungsabschnitt 151 gelangen kann. Weil der Röhrchenendabschnitt 111 nicht in den Bereich des Strömungsabschnitts 151 gelangt, ist die innere Wandbreite "b" des Strömungsabschnitts 151 des Sammelbehälters 140 kleiner als die Breite "c" des Sammelbehälters 140 des anzuschließenden Röhrchenendabschnitts 111.
Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten Gaskühler 100 ist das in Fig. 1 dargestellte Einlassanschlussstück 191 mit der Abgabeseite eines in der Zeichnung nicht dargestellten Kompressors verbunden, und ist das Auslassanschlussstück 192 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Expansionsventil verbunden. Kühlmittel hoher Temperatur und hohen Drucks, das von dem Kompressor abgegeben wird, strömt in den linken Sammelbehälter 140 von dem Einlassanschlussstück 191 aus ein und strömt in einer Gruppe von Röhrchen 110, die an der oberen Seite des Trennelements 141 angeordnet sind. Dann strömt das Kühlmittel in den rechten Sammelbehälter 140 ein und führt eine U- förmige Wende aus und strömt in der Gruppe der Röhrchen 110, die an der unteren Seite des Trennelements 141 angeordnet sind. Dann strömt das Kühlmittel von dem Auslassanschlussstück 192 aus aus. Während dieser Zeit wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft in dem Kernabschnitt 101 durchgeführt.
Bei der Bauweise der vorliegenden Erfindung gelangen die Röhrchenendabschnitte 111 nicht in den Bereich der Strömungsabschnitts 151 des Sammelbehälters 140. Daher wird die Strömung des Kühlmittels, das in dem Strömungsabschnitt 151 strömt, nicht durch die Röhrchenendabschnitte 111 gestört, sodass der Strömungswiderstand herabgesetzt sein kann. Entsprechend kann die Größe des Strömungsabschnitts 151 entsprechend der Herabsetzung des Strömungswiderstands verkleinert sein. Als Folge kann die Größe des Sammelbehälters 140 im Vergleich zu dem Sammelbehälter des in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-109 185 offenbarten Standes der Technik weiter verkleinert sein.
Entsprechend der Verkleinerung der Größe des Strömungsabschnitts 151 ist der Flächenbereich im Inneren des Strömungsabschnitts 151 verkleinert. Daher kann die Reißkraft (Zugkraft), die auf den Querschnitt des Wandabschnitts 154 (in Fig. 3 nicht dargestellt) des Strömungsabschnitts 151 durch den inneren Druck des Fluids einwirkt, herabgesetzt werden. Daher kann die Druckfestigkeit verbessert sein.
Weil der Querschnitt des Strömungsabschnitts 151 kreisförmig ist, kann der von dem Kühlmittel in dem Strömungsabschnitt 151 ausgeübte innere Druck verteilt werden, und kann das Auftreten einer Beanspruchungskonzentration verhindert werden. Daher kann die Druckfestigkeit des Sammelbehälters 140 verbessert sein.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 bis 7 dargestellt. Die wesentlichen Punkte der zweiten Ausführungsform im Unterschied zu der ersten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Der Sammelbehälter 140 besteht aus einem Behälterabschnitt 150 und aus einem Plattenabschnitt 160, sodass die Röhrcheneinsetzlöcher und der Strömungsabschnitt ohne weiteres ausgebildet werden können.
Der Behälterabschnitt 150 ist an der Basis des Sammelbehälters 140, wie bei der ersten Ausführungsform erläutert, ausgebildet. Der Behälterabschnitt 150 weist einen ausgesparten Verstemmungsabschnitt 157 auf, der an dem Ende in der Breitenrichtung ausgebildet und mit dem der Plattenabschnitt 160 verstemmt ist. Des Weiteren ist in der Position, die dem Röhrchenendabschnitt 111 entspricht, ein Aussparungsabschnitt 152a, der ein Verbindungsabschnitt ist, angeordnet.
Dieser Aussparungsabschnitt 152a ist im Wege des Schneidens gebildet, das derart ausgeführt ist, dass ein Bereich des Behälterabschnitts 150 von der Seite des Plattenabschnitts aus in Richtung zu der gegenüberliegenden Seite des Plattenabschnitts hin ausgeschnitten ist, sodass ein Bereich des Strömungsabschnitts 151 ausgeschnitten sein kann, und dieser Aussparungsbereich 152a durchdringt den Behälterabschnitt 150 in der Breitenrichtung. Der Bodenbereich 152b des Aussparungsabschnitts 152a ist zu einem Profil (R) ausgebildet.
In diesem Zusammenhang ist die Breite des Aussparungsbereichs 152a größer als die Dicke der kurzen Seite des flachen Abschnitts des Röhrchens 110.
Andererseits ist der Plattenabschnitt 160 im Wege des Pressformens zu einer C- Gestalt ausgebildet, die an beiden seitlichen Endabschnitten Erfassungsabschnitte 172 aufweist. In der Position an dem Plattenabschnitt 160, die dem Röhrchenendabschnitt 111 entspricht, ist das Röhrcheneinsetzloch 161 ausgebildet.
In diesem Zusammenhang ist die Spezifikation des Röhrchens 110 die gleiche wie diejenige bei der ersten Ausführungsform.
Nachdem der Plattenabschnitt 160 so hergestellt ist, dass er mit dem Behälterabschnitt 150 in Berührung kommt, wird der Behälterabschnitt 150 mit den Erfassungsabschnitten 162 des Plattenabschnitts 160 zur Bildung des Sammelbehälters 140 verstemmt. Dann wird der Röhrchenendabschnitt 111 in das Röhrcheneinsetzloch 161 eingesetzt, und werden diese Teile zu einem einzigen Körper miteinander verlötet.
Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die Einsetzung des Röhrchenendabschnitts 111 durch einen Ausschnittabschnitt 113, der in dem Röhrchen 110 vorgesehen ist, ebenfalls eingeschränkt. Daher tritt die End- bzw. Spitzenposition "a" des Röhrchens 110 nicht in einen Bereich des Strömungsabschnitts 151 des Behälterabschnitts 140 ein.
In dem Fall der ersten Ausführungsform, bei dem der Sammelbehälter 140 zu einem einzigen Körper einstückig ausgebildet ist, ist es notwendig, eine spanabhebende Bearbeitung durchzuführen, um ein kompliziertes Profil (das Röhrcheneinsetzloch 156 und den Verbindungsabschnitt 152 der ersten Ausführungsform) auszubilden, in dem der Anschlussabschnitt und der Verbindungsabschnitt des Röhrchens 110 miteinander zusammengefasst sind. Andererseits sind bei dieser zweiten Ausführungsform der Behälterabschnitt 150 und der Plattenabschnitt 160 getrennt voneinander ausgebildet. Daher können der Behälterabschnitt 150 und der Plattenabschnitt 160, die jeweils ein einfaches Profil aufweisen, ohne weiteres durch spanabhebende Bearbeitung ausgebildet werden. Entsprechend kann die gesamte spanabhebende Bearbeitung ohne weiteres bzw. leicht durchgeführt werden.
In dem Plattenabschnitt 160 kann das Röhrcheneinsetzloch 161, das ein Anschlussabschnitt des Röhrchens 110 ist, im Wege des Pressformens ausgebildet sein. In dem Behälterabschnitt 150 kann der Aussparungsabschnitt 152a, der ein Verbindungsabschnitt ist, derart ausgebildet sein, dass ein Bereich des Behälterabschnitts 150 von der Seite des Plattenabschnitts aus in Richtung zu der gegenüberliegenden Seite des Plattenabschnitts hin ausgeschnitten ist, sodass ein Bereich des Strömungsabschnitts 151 ausgeschnitten sein kann. Auf diese Weise kann die spanabhebende Bearbeitung ohne weiteres im Wege des Bohrens durchgeführt werden.
Der Aussparungsabschnitt (Verbindungsabschnitt) 152a ist so vorgesehen, dass er den Behälterabschnitt 150 in der Breitenrichtung durchdringt, und die Breite des Aussparungsbereichs 152a größer als die Dicke des Röhrchens 110 gemacht. Daher ist die gesamte Öffnung des Röhrchenendabschnitts 111 mit dem Aussparungsabschnitt 152a verbunden, wobei ein Spalt belassen ist. Daher kann der Widerstand der Strömung des Kühlmittels an dem Röhrchenendabschnitt 111 herabgesetzt sein.
Der Bodenbereich 152b des Verbindungsabschnitts des Aussparungsabschnitts 152a ist zu einem gebogenen Profil (R) ausgebildet. Daher kann das Auftreten einer Beanspruchungskonzentration, die durch den inneren Druck des Kühimittels verursacht ist, verhindert sein, und kann die Druckfestigkeit verbessert sein.
In dieser Verbindung kann, wenn die Dicke des Wandabschnitts 154 des Behälterabschnitts 150 auf das notwendige Minimum entlang des Strömungsabschnitts 151 gemäß Darstellung in Fig. 8 beschränkt ist, in der eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform dargestellt ist, das Gewicht des Wärmetauschers weiter herabgesetzt sein.

Dritte Ausführungsform

Eine dritte Ausführungsform ist in Fig. 9 bis 11 dargestellt. Die wesentlichen Punkte der dritten Ausführungsform im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform ist ein Öffnungsabschnitt 152c vorgesehen, von dem aus der Strömungsabschnitt 151 des Behälterabschnitts 150 zu der Seite des Plattenabschnitts 160 hin offen ist, und ist auch ein Erweiterungsabschnitt 163, der sich auf der entgegengesetzten Seite zu dem Behälterabschnitt hin erweitert, in einem Bereich des Plattenabschnitts 160 vorgesehen, an dem der Röhrchenendabschnitt 111 angeschlossen ist.
In dieser Verbindung ist der Öffnungsabschnitt 152c in der Längsrichtung des Behälterabschnitts 150 ausgebildet. Der Erweiterungsabschnitt 163 des Plattenabschnitts 160 ist im Wege des Pressformens zusammen mit dem Röhrcheneinsetzloch 161 ausgebildet.
Infolge der obigen Bauweise kann durch den Erweiterungsabschnitt 163, der in dem Öffnungsabschnitt 152c des Behälterabschnitts 150 und des Plattenabschnitts 160 ausgebildet ist, ein Bereich, der dem Verbindungsabschnitt entspricht, der bei der zweiten Ausführungsform erläutert worden ist, nämlich ein Bereich ausgebildet sein, der dem Aussparungsabschnitt 153a entspricht. Daher wird es unnötig, den Behälterabschnitt 150 spanabhebend zu bearbeiten, um den Verbindungsabschnitt des Aussparungsabschnitts 152a auszubilden, was die Herstellungskosten für den Wärmetauscher herabsetzt.
Gemäß der obigen Bauweise wird es möglich, den Röhrchenendabschnitt 111 im Inneren des Erweiterungsabschnitts 163 anzuordnen. Daher kann der Strömungswiderstand des Kühlmittels an dem Röhrchenendabschnitt 111 herabgesetzt sein.
Des Weiteren können, wenn der Röhrchenendabschnitt 111 verlötet ist, der Plattenabschnitt 160 und das Röhrchen 110 stabil miteinander verbunden sein. Entsprechend besteht keine Möglichkeit, dass Lötmittel in das Röhrchen 110 eintritt und das Röhrchen 110 verstopft.

Vierte Ausführungsform

Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 12 bis 14 dargestellt. Die wesentlichen Punkte der vierten Ausführungsform im Unterschied zu der dritten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Zwischen dem Behälterabschnitt 150 und dem Plattenabschnitt 160 ist ein Zwischenplattenabschnitt 170 vorgesehen, und ein Verbindungsabschnitt ist durch das Plattenloch 171, das in dem Zwischenplattenabschnitts 170 vorgesehen ist, und den Öffnungsabschnitt 152c des Behälterabschnitts 150 gebildet. Weiter ist diese Bauweise durch einen Bereich gekennzeichnet, wo notwendigerweise zum Verlöten ein Lötmittel vorgesehen ist.
Bei dieser Bauweise ist der Behälterabschnitt 150 aus einer flachen Platte, an deren Oberfläche zuvor Lötmittel aufgebracht worden ist, im Wege des Pressformens gebildet, sodass der Querschnitt des Strömungsabschnitts 151 zu einer U-Gestalt gebildet sein kann. In diesem Zusammenhang ist der Deckenabschnitt 153 an der dem Plattenabschnitt gegenüberliegenden Seite zu einem Bogen ausgebildet. Daher kann der durch das in dem Strömungsabschnitt 151 strömende Fluid bewirkte innere Druck gleichmäßig verteilt werden, und kann das Auftreten einer Beanspruchungskonzentration verhindert sein. Entsprechend kann die Druckfestigkeit des Sammelbehälters 140 weiter verbessert sein. In diesem Zusammenhang ist ein Lötmittel an dem Behälterabschnitt 150 an der Seite der Platte 160 vorgesehen.
Der Plattenabschnitt 160 weist keinen Erweiterungsabschnitt 163 auf, der bei der dritten Ausführungsform vorgesehen ist, dass heißt, der Plattenabschnitt 160 ist flach und mit dem Röhrcheneinsetzloch 161 ausgestattet. In diesem Zusammenhang ist an den beiden Seiten des Plattenabschnitts 160, der bei der zweiten Ausführungsform erläutert worden ist und der im Wege des Pressformens eines Plattenelements gebildet ist, zuvor Lötmittel aufgebracht worden.
Der Zwischenplattenabschnitt 170 ist ein rechteckiges, flaches Plattenelement, das entlang einer Fläche des Behälterabschnitts 150 angeordnet ist, an der der Öffnungsabschnitt 152c vorgesehen ist. In der Position, die dem Röhrchenendabschnitt 111 entspricht, ist ein Plattenloch 171 vorgesehen. An dem Endabschnitt des Plattenlochs 171 in der Längsrichtung ist ein Stufenbereich 172 vorgesehen, der ein die Position einschränkender Abschnitt zum Einschränken der Position des Röhrchenendabschnitts 111 in der Mitte der Wanddicke ist. Das Plattenloch 171 ist größer als der Querschnitt des Röhrchenendabschnitts 111 ausgebildet. Insbesondere ist die Breite "e" des Plattenlochs 171 größer als die Dicke (die Größe der kurzen Seite des flachen Abschnitts) "d" des Röhrchens 110. In diesem Fall ist die Breite "e" des Plattenlochs 171 ist zweimal so groß wie die Dicke "d" des Röhrchens 110. Der Zwischenplattenabschnitt 170 unterscheidet sich von dem Behälterabschnitt 150 und dem Plattenabschnitt 160, dass heißt, dieser Zwischenplattenabschnitt 170 ist aus blanken Plattenelement hergestellt, an dessen Oberfläche kein Lötmittel vorgesehen ist.
In diesem Zusammenhang ist bei dieser Ausführungsform die Position des Röhrchenendabschnitts 111 durch den die Stufenposition steuernden Abschnitt 172 des Zwischenplattenabschnitts 170 eingeschränkt. Daher besitzt das Röhrchen 110 keinen Ausschnittbereich 112, der bei der ersten bis dritten Ausführungsform erläutert worden ist. Lötmittel ist an der Oberfläche des Röhrchens 110 nicht vorgesehen, die bei der ersten Ausführungsform erläutert und im Wege einer Extrusion hergestellt ist.
Der Behälterabschnitt 150, der Zwischenplattenabschnitt 170, der Plattenabschnitt 160 und das Röhrchen 110 sind wie in Fig. 13 und 14 dargestellt gegenseitig zusammengefügt. Die End- oder Spitzenposition "a" des Röhrchenendabschnitts 111 ist durch den Stufenbereich 172 des Plattenlochs 171 des Zwischenplattenabschnitts 170 derart beschränkt dass sie sich in einem Bereich außerhalb des Strömungsabschnitts 151 befindet, und der Röhrchenendabschnitt 111 ist in einem Raum in dem Plattenloch 171 angeordnet. Ein Verbindungsabschnitt ist durch den Öffnungsabschnitt 152 des Behälterabschnitts 150 und das Plattenloch 171 des Zwischenplattenabschnitts 170 gebildet. Die Elemente 150, 170, 160, 110 sind einstückig zu einem einzigen Körper mittels eines Lötmittels verlötet, das in dem Behälterabschnitt 150 und in dem Plattenabschnitt 160 vorgesehen ist.
Infolge des vorstehend beschriebenen Sachverhalts kann der bei der dritten Ausführungsform beschriebene Erweiterungsabschnitt 163 aus dem Plattenloch 171 des Zwischenplattenabschnitts 170 bestehen. Daher kann die spanabhebende Bearbeitung ohne weiteres durchgeführt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist der die Stufenbereichsposition einschränkende Abschnitt 172 in dem Zwischenplattenabschnitt 170 vorgesehen. Daher werden ein besonderes Röhrchenprofil (Ausschnittabschnitt) und eine besondere Spanneinrichtung, die für die Positionierung des Röhrchenendabschnitts 111 verwendet werden, unnötig. Des Weiteren ist der gesamte Bereich des Öffnungsabschnitts des Röhrchenendabschnitts 111 mit dem Strömungsabschnitt 151 verbunden. Daher kann der Widerstand der Strömung des Kühlmittels an dem Röhrchenendabschnitt 111 herabgesetzt sein.
Weil das Plattenloch 171 des Zwischenplattenabschnitts 170 größer als der Querschnitt des Röhrchenendabschnitts 111 ist, ist es möglich, einen Spalt zwischen dem Öffnungsabschnitt des Röhrchenendabschnitts 111 und dem Verbindungsabschnitt 152c, 171 zu gewährleisten, und ferner kann der Widerstand der Strömung des Kühlmittels herabgesetzt sein.
Weil der Öffnungsabschnitt 152c in dem Behälterabschnitt 150 ausgebildet ist, wird es möglich, das Mittel des Pressformens zu übernehmen. Daher können die Herstellungskosten herabgesetzt sein.
Des weiteren ist es, weil der Zwischenplattenabschnitt 170 aus einem blanken Plattenelement besteht, an dessen Oberfläche kein Lötmittel vorgesehen ist, wenn die Elemente 150, 170, 160, 110 einstückig zu einem einzigen Körper verlötet werden, möglich zu verhindern, dass Lötmittel direkt in das Röhrchen 110 über den Röhrchenendabschnitt 111 eintritt. Entsprechend besteht keine Möglichkeit, dass das Röhrchen 110 mit Lötmittel verstopft wird.

Weitere Ausführungsform

Bei der oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsform ist eine Reihe des Strömungsabschnitts 151 des Sammelbehälters 140 in der Breitenrichtung des Sammelbehälters 140 vorgesehen. Jedoch kann gemäß Darstellung in Fig. 15 eine Vielzahl von Reihen von Strömungsabschnitten 151 zusammen mit den Röhrchen 110 vorgesehen sein.
Vorstehend sind Erläuterungen zu einem Wärmetauscher gemacht worden, der bei dem Gaskühler 100 Anwendung findet, der in einer Vorrichtung eines überkritischen Kühlzyklus angeordnet ist. Jedoch ist es möglich, den Wärmetauscher bei einem Verdampfer anzuwenden, bei dem ein Kühlmittel verdampft wird.
Des Weiteren kann der Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung nicht nur bei einem System Anwendung finden, bei dem ein Kühlmittel mit einem hohen Druck im Umlauf geführt wird, beispielsweise bei einer Vorrichtung eines überkritischen Kühlzyklus, der von CO₂ als Kühlmittel Gebrauch macht, sondern auch bei einer Vorrichtung eines üblichen Kühlzyklus oder einem Fahrzeugmotor.
Zwar ist die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf zum Zwecke der Darstellung ausgewählte besondere Ausführungsformen beschrieben worden, jedoch ist ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen durch den Fachmann durchgeführt werden können, ohne das Grundkonzept und den Umfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Wärmetauscher, umfassend:
eine Vielzahl von Röhrchen (110), die aneinander gestapelt sind; und
ein Paar Sammelbehälter (140),
wobei jeder Sammelbehälter (140) einen Strömungsabschnitt (151) aufweist, in dem ein Fluid strömt und der sich in der Richtung des Stapels der Röhrchen (110) erstreckt, wobei die beiden Endabschnitte (111) der Röhrchen (110) in der Längsrichtung mit dem Paar der Sammelbehälter (140) verbunden sind, der Strömungsabschnitt (151) jedes Sammelbehälters (140) und das Innere jedes Röhrchen (110) miteinander in Verbindung stehen, eine End- bzw. Spitzenposition (a) des Röhrchenendabschnitts (111) in einem äußeren Bereich des Strömungsabschnitts (151) angeordnet ist und die Größe (b) der Breite der inneren Wand des Strömungsabschnitts (151) kleiner als die Größe (c) in der Breitenrichtung des Sammelbehälters (140) an dem Röhrchenendabschnitt (111) ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Sammelbehälter (140) aus einem Behälterabschnitt (150), in dem der Strömungsabschnitt (151) ausgebildet ist, und aus einem Plattenabschnitt (160) besteht, mit dem der Röhrchenendabschnitt (111) verbunden ist, und ein Verbindungsabschnitt (152) zwischen dem Strömungsabschnitt (151) und dem Röhrchenendabschnitt (111) vorgesehen ist, sodass beide über den Verbindungsabschnitt (152) miteinander verbunden sein können.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei der Verbindungsabschnitt (152) als ein Aussparungsabschnitt (152a) ausgebildet ist, der einen Bereich der Strömungsabschnitts (151) von der seitlichen Endfläche des Plattenabschnitts (160) aus in Richtung zu der dem Plattenabschnitt (160) gegenüberliegenden Seite hin erreicht.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei der Aussparungsabschnitt (152a) so ausgebildet ist, dass er den Behälterabschnitt (140) in der Breitenrichtung durchdringt.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei der Bodenabschnitt des Aussparungsabschnitts (152a) zu einer Bogengestalt ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei der Verbindungsabschnitt (152) als ein Öffnungsabschnitt (152c) ausgebildet ist, in dem der Strömungsabschnitt (151) an der Seite des Plattenabschnitts (160) mündet, und der Plattenabschnitt (160) mit einem Erweiterungsabschnitt (163) ausgestattet ist, bei dem ein Bereich des Plattenabschnitts (160), mit dem der Röhrchenendabschnitt (111) verbunden ist, zu der der Seite des Behälterabschnitts (150) gegenüberliegenden Seite hin erweitert ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei ein Zwischenplattenabschnitt (170) zwischen dem Behälterabschnitt (150) und dem Plattenabschnitt (160) angeordnet ist und der Verbindungsabschnitt (152) aus einem Öffnungsabschnitt, in dem der Strömungsabschnitt (151) an der Seite des Plattenabschnitts (160) mündet, und aus einem Plattenloch (171) besteht, das in einer Position angeordnet ist, die dem Röhrchenendabschnitt (111) in dem Zwischenplattenabschnitt (170) entspricht.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei das Plattenloch (171) mit einem Positionseinschränkungsabschnitt (172) zur Einschränkung der Position des Röhrchenendabschnitts (111) in der Mitte der Wanddicke des Zwischenplattenabschnitts (170) ausgestaltet ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, wobei der Zwischenplattenabschnitt (170) aus einer blanken Platte besteht, an deren Oberfläche kein Lötmittel vorgesehen ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Plattenloch (156) größer als der Querschnitt des Röhrchenendabschnitts (111) ist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei der Behälterabschnitt (150) im Wege der Extrusion ausgebildet ist.

12. Wärmetauscher Anspruch 6, wobei der Behälterabschnitt (150) im Wege des Pressformens ausgebildet ist.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Querschnitt des Strömungsabschnitts (151) in der Breitenrichtung des Sammelbehälters (140) zu einer Bogengestalt entlang des gesamten Umfangs oder mindestens entlang der Seite des Deckenabschnitts an der dem Röhrchen (111) gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist.

14. Wärmetauscher Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Strömungsabschnitten (151) und Röhrchen (110) in der Breitenrichtung des Sammelbehälters (140) vorgesehen ist.

15. Wärmetauscher 1, wobei das Fluid ein aus CO₂ hergestelltes Kühlmittel ist.