DE112005000505T5

DE112005000505T5 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE112005000505T5
Application number: DE112005000505T
Authority: DE
Inventors: Shigeharu Oyama Ichiyanagi
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2007-05-03
Also published as: WO2005114083A1

Abstract

Ein Wärmetauscher mit einem äußeren Rohr, einem inneren Rohr, das innerhalb des äußeren Rohrs mit einem Abstand zwischen den beiden Rohren angeordnet ist, Rippen, die zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr vorgesehen sind, und zwei Anschlussgliedern, die an den beiden Rohren an deren jeweils gegenüberliegenden Enden fixiert sind, wobei
– der Raum zwischen den beiden Rohren als ein erster Fluidkanal dient und der Innenraum des Rohrs einen zweiten Fluidkanal bildet
– das innere Rohr gegenüberliegende Endbereiche hat, die nach außen über das äußere Rohr vorstehen, wobei jeder der nach außen vorstehenden Vorsprünge wenigstens einen äußeren Endbereich besitzt, welcher einen rippenlosen Bereich bildet und
– jedes der Anschlußglieder mit einer Durchgangsbohrung und einem Kanal versehen ist, wobei die Durchgangsbohrung eine Endöffnung, welche in einer Außenfläche des Anschlußgliedes gebildet ist, und eine andere Endöffnung, durch welche der rippenlose Bereich des inneren Rohrs in die Bohrung eingesetzt werden...

Description

BEZUG AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung ist eine Anmeldung, die unter 35 U.S.C. §111 (a) angemeldet und gemäß 35 U.S.C. §119 (e) (1) den Anmeldetag der provisorischen Anmeldungsnummer 60/574,566, welche am 27. Mai 2004, gemäß 35 U.S.C. §111 (b) angemeldet wurde, beansprucht.
TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere solche, welche für die Verwendung als Zwischenwärmetauscher in überkritischen Kältekreisläufen, in welchen ein überkritisches Kältemittel wie CO₂ (Kohlendioxid) verwendet wird, geeignet sind. Die Erfindung betrifft auch Wärmetauscher, die zum Erwärmen von Motorkühlmitteln für Kraftfahrzeuge mit einem überkritischen Heizmittel wie CO₂ geeignet sind.
Der Begriff „Aluminium", wie er hierin und in den beiliegenden Ansprüchen verwendet wird, umfasst Aluminiumlegierungen neben reinem Aluminium.
STAND DER TECHNIK
Überkritische Kältekreisläufe sind bekannt, welche einen Kompressor, einen Gaskühler, einen Verdampfer, eine Dampf-Flüssigkeit-Trennvorrichtung, einen Druckreduzierer und einen Zwischenwärmetauscher, um das Kältemittel, welches aus dem Gaskühler strömt, und das Kältemittel, welches aus dem Verdampfer strömt, einem Wärmetausch zu unterwerfen, aufweisen. Für die Verwendung in solchen überkritischen Kältekreisläufen ist ein Zwischenwärmetauscher bekannt, welcher ein Wärmetauschrohr mit einer inneren Fluidbohrung und einer Mehrzahl von äußeren Fluidbohrungen, welche um die innere Fluidbohrung herum ausgebildet und von dieser beabstandet sind zwei Innenbohrung-Anschlußglieder, die an den gegenüberliegenden Enden des Wärmetauschrohrs fixiert sind und jeweils einen Kanal besitzen, welcher mit der inneren Fluidbohrung kommuniziert, und zwei Außenbohrung-Anschlußglieder, die an dem Wärmetauschrohr fixiert sind und hinsichtlich der Längsrichtung des Rohrs innerhalb der Innenbohrung-Anschlußglieder angeordnet sind und jeweils einen Kanal besitzen, der mit den äußeren Fluidbohrungen in Verbindung steht (siehe Publikation JP-A Nummer 2000/2492), aufweist.
Der in der Publikation offenbarte Zwischenwärmetauscher erfordert jedoch vier Anschlußglieder zusätzlich zu einem Wärmetauschrohr und hat daher das Problem, dass er eine größere Anzahl von Komponenten besitzt. Der Wärmetauscher hat ein weiteres Problem dahingehend, dass die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Fluid, welches durch die innere Bohrung strömt, und dem Fluid, welches durch die äußeren Bohrungen strömt, relativ klein ist, was zu einer unzureichenden Wärmetauscheffizienz führt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obigen Probleme zu überwinden und einen Wärmetauscher zu schaffen, der eine geringere Anzahl von Bauteilen aufweist und eine verbesserte Wärmetauscheffizienz besitzt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Um die obige Aufgabe zu lösen, besitzt die vorliegende Erfindung die folgenden Ausgestaltungen.

1) Ein Wärmetauscher mit einem äußeren Rohr, einem inneren Rohr, das innerhalb des äußeren Rohr mit einem Abstand zwischen den beiden Rohren angeordnet ist, Rippen, die zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr vorgesehen sind, und zwei Anschlussgliedern, die an den beiden Rohren an deren jeweils gegenüberliegenden Enden fixiert sind, wobei – der Raum zwischen den beiden Rohren als ein erster Fluidkanal dient und der Innenraum des Rohrs einen zweiten Fluidkanal bildet – das innere Rohr gegenüberliegende Endbereiche hat, die nach außen über das äußere Rohr vorstehen, wobei jeder der nach außen vorstehenden Vorsprünge wenigstens einen äußeren Endbereich besitzt, welcher einen rippenlosen Bereich bildet und – jedes der Anschlußglieder mit einer Durchgangsbohrung und einem Kanal versehen ist, wobei die Durchgangsbohrung eine Endöffnung, welche in einer Außenfläche des Anschlußgliedes gebildet ist, und eine andere Endöffnung, durch welche der rippenlose Bereich des inneren Rohrs in die Bohrung eingesetzt werden kann, besitzt und wobei der Kanal eine Endöffnung, welche in einer Außenfläche des Anschlusses ausgebildet ist, und eine andere Endöffnung, welche mit dem ersten Fluidkanal in Verbindung steht, aufweist.
2) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr durch das äußere Rohr geführt ist und die Rippen an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind.
3) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohrs integral mit diesem ausgebildet und in der Umfangsrichtung des inneren Rohrs in einem Abstand angeordnet sind, so dass sie sich in der Längsrichtung des inneren Rohrs erstrecken.
4) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Anschlußglieder eine Ausnehmung zum Einsetzen des äußeren Rohrs, welche in einer Außenfläche von ihm ausgebildet ist, aufweist, und das äußere Rohr ein Ende besitzt, welches in die Ausnehmung eingesetzt ist und eine Außenfläche besitzt, die an einer inneren Umfangskante des Anschlußgliedes, welche eine Öffnung der Ausnehmung definiert, verbunden ist.
5) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass der rippenlose Bereich zusätzlich zu dem Bereich des inneren Rohrs, welcher in die Durchgangsbohrung eingesetzt ist, einen Bereich des inneren Rohrs umfaßt, welcher innerhalb des Kanals des Anschlussgliedes positioniert ist.
6) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte nach außen ragende Vorsprung des inneren Rohrs der rippenlose Bereich ist.
7) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Umfangsfläche des inneren Rohrs mit einem inneren Umfangskantenbereich des Anschlussgliedes, welcher die eine Endöffnung der Durchgangsbohrung definiert, verbunden ist.
8) Wärmetauscher nach Abschnitt 7), dadurch gekennzeichnet, dass der rippenlose Bereich des inneren Rohrs einen äußeren Endbereich hat, der von der Öffnung der Durchgangsbohrung in der Außenfläche des Anschlusses nach außen vorsteht, und die Außenfläche des inneren Rohrs mit einem inneren Umfangsbereich des Anschlusses, welcher die Durchgangsbohrungöffnung in der Außenfläche des Anschlusses definiert, verbunden ist.
9) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 8), dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsschraube über den Bereich des inneren Rohrs, der von der Öffnung der Durchgangsbohrung in der Außenfläche des Anschlusses nach außen vorsteht, gesetzt ist und mit dem Anschluß verbunden ist.
10) Ein Wärmetauscher nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass der rippenlose Bereich des inneren Rohrs ein äußeres Ende besitzt, das an einem Zwischenbereich der Durchgangsbohrung des Anschlusses positioniert ist, und ein Bereich der Durchgangsbohrung, welcher näher zu der Außenfläche des Anschlusses liegt als das äußere Ende des rippenlosen Bereiches, einen Kanal bildet, welcher mit dem zweiten Fluidkanal in Verbindung steht.
11) Ein Kältekreislauf mit einem Kompressor, einem Gaskühler, einem Verdampfer, einer Dampf-Flüssigkeit-Trennvorrichtung, einem Druckreduzierer und einem Zwischenwärmetauscher, um ein Kältemittel, welches aus dem Gaskühler strömt, und ein Kältemittel, welches aus dem Verdampfer strömt, einem Wärmetausch zu unterwerfen, und worin ein überkritisches Kältemittel verwendet wird, wo bei der Zwischenwärmetauscher einen Wärmetauscher nach einem der Abschnitt 1) bis 10), umfaßt.
12) Ein Kältekreislauf nach Abschnitt 11), dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel, welches aus dem Verdampfer strömt und einen niedrigen Druck besitzt, durch den ersten Fluidkanal des Zwischenwärmetauschers geführt wird, und das Kältemittel, welches aus dem Gaskühler strömt und einen hohen Druck besitzt, durch den zweiten Fluidkanal des Zwischenwärmetauscher geführt wird.
13) Ein Fahrzeug, in welchem der Kältekreislauf nach Abschnitt 11), als eine Klimaanlage installiert ist.
14) Ein Heizkreislauf mit einem Kompressor, mit einem im Freien aufgestellten Wärmetauscher, einer Dampf-Flüssigkeits-Trennvorrichtung, einem Druckreduzierer und einem ein Kühlmittel erwärmenden Wärmetauscher, um ein überkritisches Heizmittel, welches von dem Kompressor komprimiert worden ist und eine hohe Temperatur und einen hohen Druck besitzt, und ein Motorkühlmittel, welches von einem Motor zu einem Heizvorrichtungskern geschickt wird, einem Wärmetausch zu unterwerfen, wobei der das Kühlmittel erwärmende Wärmetauscher einen Wärmetauscher nach einem der Abschnitte 1) bis 10), umfaßt.
15) Ein Heizkreislauf nach Abschnitt 14), dadurch gekennzeichnet, dass das Motorkühlmittel durch den ersten Fluidkanal des das Kühlmittel erwärmenden Wärmetauschers geführt wird, und das überkritische Heizmittel, welches vom Kompressor komprimiert worden ist, durch den zweiten Fluidkanal des das Kühlmittel erwärmenden Wärmetauschers geführt wird.
16) Ein Fahrzeug, in dem ein Heizkreislauf nach Abschnitt 14 als eine Klimaanlage installiert ist.

Der Wärmetauscher nach den Abschnitten 1) und 2) besitzt ein äußeres Rohr, ein inneres Rohr und zwei Anschlussglieder und besitzt daher eine geringere Anzahl von Bauteilen als der in der Publikation offenbarte Wärmetauscher. Die zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr vorgesehenen Rippen ergeben eine vergrößerte Wärmeübergangsfläche zwischen den Fluiden, welche durch die ersten und zweiten Fluidkanäle strömen, um eine verbesserte Wärmetauscheffizienz zu erreichen.
Der Wärmetauscher nach Abschnitt 3) hat eine vergrößerte Wärmeübergangsfläche zwischen den Fluiden, welche durch die ersten und zweiten Kanäle strömen und erreicht daher eine verbesserte Wärmetauscheffizienz. Da die Rippen integral an dem inneren Rohr ausgebildet sind, resultiert diese Konstruktion in einer weiteren Verringerung der Anzahl von Bauteilen. Wenn der Bereich des inneren Rohrs, welcher innerhalb des Anschlußgliedkanals positioniert ist, die Form eines rippenlosen Bereiches hat, wie es in Abschnitt 5) beschrieben ist, strömt das Fluid, welches durch den Kanal geführt wird, gleichmäßig in die Bereiche zwischen jeweils benachbarten Rippenpaaren, um eine verbesserte Wärmetauscheffizienz zu erreichen.
Mit dem Wärmetauscher nach Abschnitt 4) kann verhindert werden, dass das Fluid, welches durch den ersten Fluidkanal strömt, leckt.
Der Wärmetauscher nach den Abschnitten 5) und 6) bietet dem Strömfluid, welches durch den Kanal einströmt oder ausströmt, einen verringerten Strömungswiderstand. Das innere Rohr hat Rippen an einem Bereich, der innerhalb des Anschlußgliedkanals positioniert ist, aufweist, setzt dem Fluid, welches durch den Kanal ein- oder ausströmt, einen erhöhten Strömungswiderstand entgegen, was zu einer niedrigeren Wärmetauscheffizienz führt.
Mit dem Wärmetauscher nach Abschnitt 7) kann verhindert werden, dass das Fluid, welches durch den zweiten Fluidkanal strömt, leckt.
Bei dem Wärmetauscher gemäß Abschnitt 8) kann die Außenfläche des inneren Rohrs mit dem Anschlußglied leicht und verlässlich verbunden werden und kann verlässlich verhindert werden, dass das Fluid leckt, wenn es durch den zweiten Fluidkanal strömt. Es ist relativ schwierig die Außenfläche des inneren Rohrs an dem Anschlußglied an einer Stelle innerhalb des Anschlußgliedes zu fixieren.
Bei dem Wärmetauscher nach Abschnitt 9) ist die Verbindungsschraube verwendbar, um ein Rohr oder dergleichen des Rohrsystems an dem zweiten Kanal anzuschließen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise geschnittene Teilvorderansicht des Gesamtaufbaus des Ausführungsform 1 eines Wärmetauschers.
2 ist eine vergrößerte Teilansicht von 1.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie A-A in der 2.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie B-B in der 2.
5 ist eine schematische Ansicht, die einen überkritischen Kältekreislauf zeigt, der einen Zwischenwärmetauscher besitzt, welcher der Wärmetauscher der Ausführungsform 1 ist.
6 ist eine der 2 entsprechende Ansicht und zeigt eine Ausführungsform 2 eines Wärmetauschers der Erfindung.
7 ist eine der 2 entsprechende Ansicht und zeigt die Ausführungsform 3 eines Wärmetauschers der Erfindung.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben werden. In der nachfolgenden Beschreibung werden die oberen und unteren Seiten und die linken und rechten Seiten der 1, 2, 6 und 7 als „oben", „unten", „links" und „rechts" jeweils bezeichnet.
In den Zeichnungen werden gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und nicht wiederholt beschrieben werden.
Ausführungsform 1
Diese Ausführungsform ist in den 1 bis 5 gezeigt. Die 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Wärmetauschers der Erfindung, und die 2 bis 4 zeigen den Aufbau von Hauptteilen des Wärmetauschers. Die 5 zeigt einen überkritischen Kältekreislauf, in welchem der Wärmetauscher der 1 als ein Zwischenwärmetauscher verwendet wird.
Die 1 bis 4 zeigen einen Wärmetauscher 1, der ein äußeres Rohr 2, ein inneres Rohr 3, welches in das äußere Rohr 2 konzentrisch zu diesem und beabstandet von diesem eingesetzt ist, Rippen 4, welche an der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohrs 3 vorgesehen sind, und zwei Anschlußglieder 5, welche an den beiden Rohren 2, 3 an deren gegenüberliegenden Enden fixiert sind, aufweist. Der Innenraum des äußeren Rohrs 2, welcher das innere Rohr 3 umgibt, bildet einen ersten Fluidkanal 6, und der Innenraum des inneren Rohrs 3 einen zweiten Fluidkanal 7.
Das äußere Rohr 2 besteht aus einem Metall, d.h. einem stranggepreßten Aluminium bei dieser Ausführungsform. Das innere Rohr 3, welches aus einem Metall besteht, d.h. in dieser Ausführungsform ein Strangpreßbauteil aus Aluminium, hat eine Mehrzahl von Rippen 4, die in seiner Umfangsrichtung mit einem Abstand angeordnet sind und an der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohrs 3 integral mit diesem ausgebildet sind und sich in seiner Längsrichtung erstrecken. Zwischen dem äußeren Ende von jeder Rippe 4 und der inneren Umfangsfläche des äußeren Rohrs 2 besteht ein kleiner Spalt (siehe die 3). Das innere Rohr 3 hat gegenüberliegende Endbereiche, die nach außen über das äußere Rohr 2 vorstehen. Die Rippen 4 sind von diesen gesamten äußeren Vorsprüngen 3A beseitigt, um rippenlose Bereiche 8 zu schaffen. Das innere Rohr 3 hat eine Mehrzahl von inneren Rippen 4, die an einer inneren Umfangsfläche des Rohrs 3 integral mit diesem ausgebildet sind und in einer Umfangsrichtung von diesem mit einem Abstand angeordnet sind und sich über die gesamte Länge von diesem erstrecken (siehe die 3 und 4).
Jedes der Anschlußglieder 5 ist in der Form eines Blocks aus Metall, d.h. aus Aluminium, ausgebildet und besitzt einen seitlichen festen zylindrischen Bereich 5a und einen rechteckigen, parallelepipedalen Bereich 5b, der integral mit dem oberen Ende des zylindrischen Bereichs 5a ausgebildet ist. Das linke Anschlußglied 5 wird nachfolgend beschrieben werden. Der feste zylindrische Bereich 5a des Anschlußgliedes 5 hat eine ringförmige Wandung 11, der integral mit seiner rechten Endwandung ausgebildet ist und nach rechts vorsteht, wodurch eine Außenrohr-Einsetzausnehmung 12 gebildet wird, in welche ein Ende des äußeren Rohrs 2 eingesetzt werden kann. Das Ende des äußeren Rohrs 2 ist in die Ausnehmung 12 des Anschlusses 5 eingesetzt. Das äußere Ende der ringförmigen Wandung 11, d.h. die Umfangskante der Wandung 11, welche die Öffnung der Ausnehmung 12 definiert, ist mit dem Außenumfang des äußeren Rohrs 12 durch Löten, d.h. in diesem Fall durch Löten mit einem Schweißbrenner, verbunden.
Das Anschlußglied 5 ist mit einem Kanal 13 versehen, der ein offenes Ende besitzt, welches in dem Bereich der rechten Endwandung des zylindrischen Bereichs 5a, welcher von der ringförmigen Wandung 11 umgeben ist, ausgebildet ist, und ein anderes offenes Ende, welches in der Deckwandung des rechteckigen, parallelepipedalen Bereichs 5b ausgebildet ist. Der Kanal 13 steht mit dem ersten Fluidkanal 6 in Verbindung. Eine Durchgangsbohrung 14 er streckt sich von der Innenwandung des zylindrischen Bereiches 5a, welche das linke Ende des seitlichen Bereiches des Anschlußkanals 5 definiert, zu der linken Endfläche (Außenfläche) des zylindrischen Bereichs 5a. Der linke Teil des rippenlosen Bereichs 8 des inneren Rohrs 3 durchsetzt die Bohrung 14. Der rippenlose Bereich 8 hat ein linkes Ende, das aus der Öffnung der Durchgangsbohrung 14 in der linken Endfläche des zylindrischen Bereiches 5a nach außen steht. Der Außenumfang des rippenlosen Bereiches 8 des inneren Rohrs 3 ist mit der Kante der linken Endfläche des zylindrischen Bereiches 5a, welche die Durchgangsbohrung 14 definiert, durch Löten, hier durch Löten mit einem Schweißbrenner, verbunden.
Eine ringförmige Wandung 15, welche nach links vorsteht, ist integral mit der linken Endfläche des zylindrischen Bereichs 5a des Anschlußgliedes, welches die Durchgangsbohrung 14 umgibt, verbunden. Das linke Ende des rippenlosen Bereiches 8 des inneren Rohrs 3 steht nach links über die ringförmige Wandung 15 vor. Eine Verbindungsschraube 16 ist um die ringförmige Wandung 15 und den am linken Ende vorgesehenen Vorsprung des rippenlosen Bereiches 8, welche nach außen über die ringförmige Wandung 15 vorsteht, vorgesehen und deckt sie ab. Die Verbindungsschraube 16 hat eine Bohrung 17, welche sich durch sie erstreckt und einen Bereich großen Durchmessers 17a an ihrem rechten Ende und einen Bereich kleinen Durchmessers 17b, welcher mit dem Bereich 17a in Verbindung steht, aufweist. Die ringförmige Wandung 15 ist in den Bereich großen Durchmessers 17a eingesetzt, und das linke Ende des rippenlosen Bereiches 8 in den Bereich kleinen Durchmessers 17b. Die Verbindungsschraube 16 hat ein rechtes Ende, welches in eine ringförmige Ausnehmung 18, welche in der linken Endfläche des zylindrischen Bereiches 5a, der die ringförmige Wandung 15 umgibt, ausgebildet ist, eingesetzt. Das rechte Ende der äußeren Umfangsfläche der Verbindungsschraube 16 ist mit dem Innenumfang der Ausnehmung 18 des zylindrischen Bereiches 5a durch Löten, hier durch Löten mittels Schweißbrenner, fixiert. Die Verbindungsschraube 16 von einem der Anschlußglieder 5 wird, zum Anschließen eines Rohrs eines Rohrsystems, um ein Fluid dem zweiten Fluidkanal 7 zuzuführen und die Verbindungsschraube 16 des anderen Anschlusses 5 zum Anschließen eines anderen Rohrs des Rohrsystems, um das Fluid aus dem zweiten Fluidkanal 7 abzuführen, verwendet.
Jedes Anschlußglied 5 hat eine Gewindebohrung 19, die sich von der Oberseite des rechteckigen parallelepipedalen Bereiches 5b nach unten erstreckt. Die Gewindebohrung 19 von einem der Anschlußglieder 5 wird zum Anschließen eines Rohrs des Rohrsystems, um dem ersten Fluidkanal 6 ein Fluid zuzuführen, und die Gewindebohrung 19 des anderen Anschlusses zum Anschließen eines anderen Rohr des Rohrsystems, um das Fluid aus dem ersten Fluidkanal 6 abzuführen, verwendet.
Das rechte Anschlußlied 5 besitzt hinsichtlich der Richtung von links nach rechts einen umgekehrten Aufbau wie das linke Anschlußglied 5 und ist an dem äußeren Rohr 2 und dem inneren Rohr 3 in derselben Weise wie das linke Anschlußglied 5 fixiert.
Die 5 zeigt einen überkritischen Kältekreislauf, in welchem der beschriebene Wärmetauscher 1 als ein Zwischenwärmetauscher verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf die 5 umfaßt der überkritische Kältekreislauf, in welchem CO₂ als ein überkritisches Kältemittel verwendet wird, einen Kompressor 21, einen Gaskühler 22, einen Verdampfer 23, einen Speicher, der als eine Dampf-Gas-Trennvorrichtung dient, ein Expansionsventil 25, das als ein Druckreduzierer dient, und einen Zwischenwärmetauscher 1, um das Kältemittel, welches aus dem Gaskühler 22 strömt, und das Kältemittel, welches aus dem Verdampfer 23 strömt, einem Wärmetausch zu unterwerfen. Der Kreislauf ist in Fahrzeugen wie beispielsweise Kraftfahrzeugen als Klimaanlage installiert.
Der Zwischenwärmetauscher 1 ist geeignet, das Kältemittel, welches einen niedrigen Druck besitzt und aus dem Verdampfer 23 strömt, durch den ersten Fluidkanal 6 zu führen, und das Kältemittel mit hohem Druck, welches aus dem Gaskühler 22 strömt, durch den zweiten Fluidkanal 7 zu führen.
Das zu verwendende überkritische Kältemittel ist in diesem Fall Kohlendioxid aber nicht hierauf beschränkt; auch verwendbar sind Ethylen, Ethan, Stickstoffoxid, etc.
Ausführungsform 2
Diese Ausführungsform ist in der 6 gezeigt.
Die Ausführungsform, d.h. ein Wärmetauscher 30, hat eine Durchgangsbohrung 31, welche sich durch das linke Anschlußglied 5 erstreckt und eine Endöffnung in der inneren Wandung des zylindrischen Bereichs 5a, welche das linke Ende des seitlichen Bereiches des Kanals 13, welcher in dem Bereich 5a ausgebildet ist, definiert, und eine andere Endöffnung in der linken Endfläche des zylindrischen Bereiches 5a afweist. Der rippenlose Bereich 8 des inneren Rohrs hat ein linkes Ende, das an einem Zwischenbereich der Länge der Anschlußglied-Durchgangsbohrung 31 positioniert ist. Die Bohrung 13 hat einen Bereich großen Durchmessers 31b auf der linken Seite des Bohrungsbereiches, in welchen der rippenlose Bereich 8 eingesetzt ist, wobei ein Bereich kleinen Durchmessers 31a zwischen diesem Bohrungsbereich und dem Bereich 31b ausgebildet ist. Der Bereich kleinen Durchmessers 31a und der Bereich großen Durchmessers 31b bilden einen Kanal, der mit zweiten Fluidkanal 7 in Verbindung steht. Der Außenumfang des inneren Rohrs 3 ist mit der Umfangskante der Innenwandung des zylindrischen Bereiches 5a, welcher die rechtseitige Öffnung der Anschlußglied- Durchgangsbohrung 31 definiert, durch Löten, d.h. durch Hochtemperaturlöten, befestigt. Das Anschlußglied 5 hat eine Gewindebohrung 32, welche an dem Übergang zwischen dem festen zylindrischen Bereich 5a und dem rechteckigen parallelepipedalen Bereich 5b ausgebildet ist und sich von der linken Endfläche des Verbindungsbereiches nach rechts erstreckt. Der Bereich großen Durchmessers 31b und die Gewindebohrung 32 von einem der Anschlussglieder 5 werden zum Anschließen eines Rohrs eines Rohrsystems, um ein Fluid dem ersten Fluidkanal 6 zuzuführen, und der Bereich großen Durchmessers 31b und die Gewindebohrung 32 des anderen Anschlussgliedes 5 zum Anschließen eines anderen Rohrs des Rohrsystems, um das Fluid aus dem ersten Fluidkanal 6 abzuführen, verwendet.
Im übrigen sind weder die ringförmige Wandung, noch die Ausnehmung, welche jeweils in der Ausführungsform 1 mit 15 und 18 bezeichnet sind, in den Anschlussgliedern 5 ausgebildet.
Das rechte Anschlußglied 5 hat in Bezug auf die Richtung von links nach rechts einen umgekehrten Aufbau wie das linke Anschlußglied 5 und ist an dem äußeren Rohr 2 und dem inneren Rohrs 3 in derselben Weise wie das linke Anschlußglied 5 befestigt.
Mit der Ausnahme der obigen Merkmale hat der Wärmetauscher 30 denselben Aufbau wie der Wärmetauscher 1 der Ausführungsform 1 und wird als ein Zwischenwärmetauscher in überkritischen Kältekreisläufen wie die Ausführungsform 1 verwendet.
Ausführungsform 3
Diese Ausführungsform ist in der 7 gezeigt.
Die Ausführungsform, d.h ein Wärmetauscher 40, hat eine Durchgangsbohrung 41, welche in dem linken Anschluß 5 vorgesehen ist und eine Endöffnung in der Innenwandung des zylindrischen Bereichs 5a, welche das linke Ende des in dem Bereich 5a ausgebildeten seitlichen Bereiches des Kanals 13 definiert, und eine andere Endöffnung, die in der Oberseite des rechteckigen parallelepipedalen Bereiches 5b ausgebildet und an der linken Seite der Gewindebohrung 19 positioniert ist, aufweist. Der rippenlose Bereich 8 des inneren Rohrs 3 hat ein linkes Ende, das an einem Zwischenbereich der Länge eines seitlichen Bereiches 41a der Durchgangsbohrung 41 positioniert ist, wobei sich der Bereich 41a in der Richtung von links nach rechts erstreckt. Der Teil des seitlichen Bereiches 41a der Bohrung auf der linken Seite des linken Endes des rippenlosen Bereiches 8 und ein vertikaler Bereich 48b der Durchgangsbohrung 41 bilden einen Kanal, welcher mit dem zweiten Fluidkanal 7 in Verbindung steht. Der vertikale Bereich 41b der Bohrung hat einen oberen Endbereich, welcher einen Bereich großen Durchmessers 41c bildet. Der Bereich großen Durchmessers 41c von einem der Anschlussglieder 5 wird zum Anschließen eines Rohrs eines Rohrsy stems, um dem ersten Fluidkanal 6 ein Fluid zuzuführen, und der Bereich großen Durchmessers 41c des anderen Anschlusses 5 zum Anschließen eines anderen Rohrs des Rohrsystems, um das Fluid aus dem ersten Fluidkanal 6 abzuführen, verwendet.
Übrigens sind in den Anschlüssen 5 weder die ringförmige Wandung, noch die Ausnehmung, welche in der Ausführungsform 1 mit 15 und 18 bezeichnet sind, ausgebildet.
Das rechte Anschlußglied 5 ist hinsichtlich der Richtung von links nach rechts im Aufbau umgekehrt zu dem linken Anschlußglied 5 und an dem äußeren Rohr 2 an dem inneren Rohr 3 in derselben Weise wie das linke Anschlußglied 5 befestigt.
Mit der Ausnahme der obigen Merkmale hat der Wärmetauscher 40 denselben Aufbau wie der Wärmetauscher 1 der Ausführungsform 1 und ist für die Verwendung als ein Zwischenwärmetauscher in überkritischen Kältekreisläufen wie in dem Fall der Ausführungsform 1 geeignet.
Die Wärmetauscher der Ausführungsformen 1 bis 3, welche wie oben beschrieben für überkritische Kältekreisläufe verwendet werden können, sind auch in Heizkreisläufen verwendbar, wie nachfolgend beschrieben werden wird. Heizkreisläufe umfassen einen Kompressor, einen im Freien stehenden Wärmetauscher, eine Dampf-Flüssigkeit-Trennvorrichtung, einen Druckreduzierer und einen Kühl mittel erwärmenden Wärmetauscher, um ein überkritisches Heizmittel, welches eine hohe Temperatur besitzt und durch den Kompressor komprimiert worden ist, und ein Motorkühlmittel, welches von einem Motor zu einem Heizeinrichtungskern geführt wird, einem Wärmetausch zu unterwerfen. Die Wärmetauscher der Ausführungsformen 1 bis 3 werden als Wärmetauscher zum Erwärmen des Kühlmittels verwendet. In dem Heizkreislauf wird das Motorkühlmittel durch den ersten Fluidkanal 6 des das Kühlmittel erwärmenden Wärmetauschers geführt, wird das überkritische Kältemittel, welches durch den Kompressor komprimiert worden ist, durch den zweiten Fluidkanal 7 des Wärmetauscher geführt.
Der Kompressor, der Speicher 24, welcher als eine Dampf-Flüssigkeits-Trennvorrichtung dient, und das Expansionsventil 25, welches als ein Druckreduzierer des in 5 gezeigten überkritschen Kältekreislaufes dient, können gemeinsam für den Heizkreislauf als der Kompressor, die Dampf-Flüssigkeits-Trennvorrichtung und der Druckreduzierer von diesem zusammen mit dem Gaskühler 22 für die Verwendung als der Freiluftwärmetauscher verwendet werden. Das Rohrsystem und die Umschaltventile etc. können für diesen Zweck vorgesehen sein.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Der Wärmetauscher der Erfindung ist zur Verwendung in überkritischen Kältekreisläufen verwendbar, in welchen ein überkritisches Kältemittel wie beispielsweise CO₂ (Kohlendioxid) verwendet wird, und als ein Zwischenwärmetauscher dienen.
Zusammenfassung:
SHOWA DENKO K.K., 13-9, Shiba Daimon 1-chome, Minato-ku, JP-Tokyo 105-8518
Wärmetauscher
Ein Wärmetauscher (1) besitzt ein äußeres Rohr (2), ein inneres Rohr (3), das innerhalb des äußeren Rohrs (2) mit einem Abstand zwischen den beiden Rohren angeordnet ist, Rippen (4), die an der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohrs (3) vorgesehen sind, und zwei Anschlußglieder (5), die an den beiden Rohren (2, 3) an deren gegenüberliegenden Enden jeweils fixiert sind. Der Raum zwischen den beiden Rohren (2, 3) dient als ein erster Fluidkanal (6), und der Innenraum des inneren Rohrs (3) bildet einen zweiten Fluidkanal (7). Das innere Rohr (3) hat gegenüberliegende Endbereiche, die nach außen über das äußere Rohr (2) vorstehen, und die Rippen (4) sind über den gesamten Bereich von jedem der äußeren Vorsprünge (3a) beseitigt, um einen rippenlosen Bereich (8) zu bilden. Jedes der Anschlußglieder (5) ist mit einer Durchgangsbohrung (14) und einem Kanal (13) versehen. Die Durchgangsbohrung (14) hat eine Endöffnung, die an einer Außenfläche des Anschlußgliedes (5) ausgebildet ist, und eine andere Endöffnung, durch welche der rippenlose Bereich (8) des inneren Rohrs (3) in die Bohrung (14) eingesetzt ist.
Der Kanal (13) hat eine Endöffnung, welche in eine Außenfläche des Anschlußgliedes (5) ausgebildet ist, und eine andere Endöffnung, welche mit dem ersten Fluidkanal (6) in Verbindung steht. Der Wärmetauscher besitzt eine reduzierte Anzahl von Bauteilen und erreicht eine verbesserte Wärmetauscheffizienz.

Claims

Ein Wärmetauscher mit einem äußeren Rohr, einem inneren Rohr, das innerhalb des äußeren Rohrs mit einem Abstand zwischen den beiden Rohren angeordnet ist, Rippen, die zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr vorgesehen sind, und zwei Anschlussgliedern, die an den beiden Rohren an deren jeweils gegenüberliegenden Enden fixiert sind, wobei – der Raum zwischen den beiden Rohren als ein erster Fluidkanal dient und der Innenraum des Rohrs einen zweiten Fluidkanal bildet – das innere Rohr gegenüberliegende Endbereiche hat, die nach außen über das äußere Rohr vorstehen, wobei jeder der nach außen vorstehenden Vorsprünge wenigstens einen äußeren Endbereich besitzt, welcher einen rippenlosen Bereich bildet und – jedes der Anschlußglieder mit einer Durchgangsbohrung und einem Kanal versehen ist, wobei die Durchgangsbohrung eine Endöffnung, welche in einer Außenfläche des Anschlußgliedes gebildet ist, und eine andere Endöffnung, durch welche der rippenlose Bereich des inneren Rohrs in die Bohrung eingesetzt werden kann, besitzt und wobei der Kanal eine Endöffnung, welche in einer Außenfläche des Anschlusses ausgebildet ist, und eine andere Endöffnung, welche mit dem ersten Fluidkanal in Verbindung steht, aufweist.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr durch das äußere Rohr geführt ist und die Rippen an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohrs integral mit diesem ausgebildet und in der Umfangsrichtung des inneren Rohrs in einem Abstand angeordnet sind, so dass sie sich in der Längsrichtung des inneren Rohrs erstrecken.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Anschlußglieder eine Ausnehmung zum Einsetzen des äußeren Rohrs, welche in einer Außenfläche von ihm ausgebildet ist, aufweist, und das äußere Rohr ein Ende besitzt, welches in die Ausnehmung eingesetzt ist und eine Außenfläche besitzt, die an einer inneren Umfangskante des Anschlußgliedes, welche eine Öffnung der Ausnehmung definiert, verbunden ist.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rippenlose Bereich zusätzlich zu dem Bereich des inneren Rohrs, welcher in die Durchgangsbohrung eingesetzt ist, einen Bereich des inneren Rohrs umfaßt, welcher innerhalb des Kanals des Anschlussgliedes positioniert ist.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte nach außen ragende Vorsprung des inneren Rohrs der rippenlose Bereich ist.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Umfangsfläche des inneren Rohrs mit einem inneren Umfangskantenbereich des Anschlussgliedes, welcher die eine Endöffnung der Durchgangsbohrung definiert, verbunden ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rippenlose Bereich des inneren Rohrs einen äußeren Endbereich hat, der von der Öffnung der Durchgangsbohrung in der Außenfläche des Anschlusses nach außen vorsteht, und die Außenfläche des inneren Rohrs mit einem inneren Umfangsbereich des Anschlusses, welcher die Durchgangsbohrungöffnung in der Außenfläche des Anschlusses definiert, verbunden ist.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsschraube über den Bereich des inneren Rohrs, der von der Öffnung der Durchgangsboh rung in der Außenfläche des Anschlusses nach außen vorsteht, gesetzt ist und mit dem Anschluß verbunden ist.
Ein Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rippenlose Bereich des inneren Rohrs ein äußeres Ende besitzt, das an einem Zwischenbereich der Durchgangsbohrung des Anschlusses positioniert ist, und ein Bereich der Durchgangsbohrung, welcher näher zu der Außenfläche des Anschlusses liegt als das äußere Ende des rippenlosen Bereiches, einen Kanal bildet, welcher mit dem zweiten Fluidkanal in Verbindung steht.
Ein Kältekreislauf mit einem Kompressor, einem Gaskühler, einem Verdampfer, einer Dampf-Flüssigkeit-Trennvorrichtung, einem Druckreduzierer und einem Zwischenwärmetauscher, um ein Kältemittel, welches aus dem Gaskühler strömt, und ein Kältemittel, welches aus dem Verdampfer strömt, einem Wärmetausch zu unterwerfen, und worin ein überkritisches Kältemittel verwendet wird, wobei der Zwischenwärmetauscher einen Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.
Ein Kältekreislauf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel, welches aus dem Verdampfer strömt und einen niedrigen Druck besitzt, durch den ersten Fluidkanal des Zwischenwärmetauschers geführt wird, und das Kältemittel, welches aus dem Gaskühler strömt und einen hohen Druck besitzt, durch den zweiten Fluidkanal des Zwischenwärmetauscher geführt wird.
Ein Fahrzeug, in welchem der Kältekreislauf nach Anspruch 11 als eine Klimaanlage installiert ist.
Ein Heizkreislauf mit einem Kompressor, mit einem im Freien aufgestellten Wärmetauscher, einer Dampf-Flüssigkeits-Trennvorrichtung, einem Druckreduzierer und einem ein Kühlmittel erwärmenden Wärmetauscher, um ein überkritisches Heizmittel, welches von dem Kompressor komprimiert worden ist und eine hohe Temperatur und einen hohen Druck besitzt, und ein Motorkühlmittel, welches von einem Motor zu einem Heizvorrichtungskern geschickt wird, einem Wärmetausch zu unterwerfen, wobei der das Kühlmittel erwärmende Wärmetauscher einen Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.
Ein Heizkreislauf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorkühlmittel durch den ersten Fluidkanal des das Kühlmittel erwärmenden Wärmetauschers geführt wird, und das überkritische Heizmittel, welches vom Kompressor komprimiert worden ist, durch den zweiten Fluidkanal des das Kühlmittel erwärmenden Wärmetauschers geführt wird.
Ein Fahrzeug, in dem ein Heizkreislauf nach Anspruch 14 als eine Klimaanlage installiert ist.