JP2005513404A

JP2005513404A - 熱伝達のための装置

Info

Publication number: JP2005513404A
Application number: JP2003555137A
Authority: JP
Inventors: シュテファン　ロイトナー; ペーター　ザッツガー; カンタースペトラ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-08-31
Publication date: 2005-05-12
Also published as: EP1456591A1; DE10160380A1; EP1456591B1; DE50210002D1; WO2003054468A1

Abstract

本発明は、熱伝達のための装置であって、高圧側の流体によって通流される第１の少なくとも１つの通路と、低圧側の流体によって通流される、第１の通路とは別個の第２の少なくとも１つの通路と、高圧流体のための少なくとも１つの熱伝達プレートおよび低圧流体のための少なくとも１つの熱伝達プレートから成る積層された構造体とが設けられている形式のものに関する。
本発明によれば、高圧流体が冷媒であり、低圧流体が液状の熱媒流体であることが提案される。
さらに、本発明は、前述した形式の装置を備えた、特に車両に用いられるＣＯ_２空調装置に関する。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、熱伝達のための装置であって、高圧側の流体によって通流される第１の通路と、低圧側の流体によって通流される、第１の通路から分離された第２の通路とが設けられており、当該装置が、高圧流体もしくは低圧流体のための交互の熱伝達プレートのスタック状の構造体を有している形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の熱伝達器は、ＣＯ_２車両空調装置の内部の熱伝達器としての使用事例において、タイトル「Ｋｏｈｌｅｎｄｉｏｘｉｄ−ＢｅｓｏｎｄｅｒｈｅｉｔｅｎｕｎｄＥｉｎｓａｔｚｃｈａｎｃｅｎａｌｓＫａｅｌｔｅｍｉｔｔｅｌ」を有する、ドイツ冷凍・空調技術協会の状況報告書Ｎｏ．２０に基づき知られている。
【０００３】
ＦＣＫＷ（Ｆｌｕｏｒｃｈｌｏｒｋｏｈｌｅｎｗａｓｓｅｒｓｔｏｆｆ）含有の冷媒の使用からの脱出に対する法規および規則に関して、ＦＣＫＷに対して択一的な自然冷媒に対する関心が高まっている。
【０００４】
ヨーロッパ特許第０８０５３２８号明細書に基づき、複数のプレートエレメントを備えた流れモジュールが公知である。この公知の流れモジュールでは、隣接したプレートエレメントの間に、直線状の平行な複数の流れ通路から成る流れ室が形成される。この流れ室には、供給・導出通路を介して交互に第１の流体と第２の流体とを供給することができる。この場合、供給・導出通路は、プレートエレメントに設けられた互いに整合した貫通孔によって形成されている。ヨーロッパ特許第０８０５３２８号明細書のプレートエレメントに設けられた貫通孔は、機械的な安定化のための複数のウェブを有している。この場合、異形成形されたプレートエレメントでは、異形成形部の入口領域または出口領域に配置されたウェブがプレートエレメント表面の下方で終わっている。
【０００５】
発明の利点
本発明による熱交換器は、冷媒が高い圧力で案内される第１の流体通路を有しているので、高圧冷媒は、低い圧力を有しかつ熱交換器の第２の流体通路によって案内される熱媒流体と熱的に相互作用することができる。
【０００６】
こうして、熱を、有利には空調装置の冷媒回路から液状の媒体、有利には熱媒体に放出することが可能となる。しかも、本発明による装置の、安定していて軽いコンパクトな構造において、多くの熱を同時に低い圧力損失で流体に伝達することができる。
【０００７】
このような形式で冷媒回路が、たとえば冷却水回路に熱的に結合されると、空調装置のヒートポンプ運転に基づき獲得された熱を冷却水に供給する有利な回路構成が可能となる。冷却水回路が、たとえばエンジン冷却回路である場合には、冷却水が冷房回路によってアクティブに暖められ得る。その後、こうして暖められた冷却水によって、今日の車両では一般的であるように、車両キャビンを暖房することができる。いわゆる「熱ガスモード」を介した冷媒回路の暖房機能も、有利には、本発明による熱交換器によって実現することができる。
【０００８】
したがって、有利には、熱伝達のための本発明による装置によって、たとえば冷却水、エンジン、エンジンオイルおよびトランスミッションオイルを車両の運転開始前に運転温度に近い温度にもたらすことができる。これによって、結果的に車両のエミッションと消費率とが低減される。
【０００９】
特に今日、車両では、内燃機関の少ない熱放出に基づき必要となるように、機械的なまたは化学的な補助ヒータを省略することができる。したがって、ヒートポンプモードで作業する冷房装置を、有利には、本発明による装置を介して自動車のための補助ヒータとして使用することもできる。
【００１０】
さらに、たとえば太陽光入射によって昇温された車両キャビンが走行開始前に数分間空調されるように、車両の前空調（プレコンディショニング）のために働く回路装置も可能である。この回路装置のためには、冷媒の熱を冷却水もしくは別の燃料に放出する目的で熱伝達器が必要となる。この結合部材は、有利には、結合熱交換器としての本発明による装置を成している。
【００１１】
熱伝達のための本発明による装置に設けられた高圧側の第１の通路と低圧側の第２の通路とが、それぞれ個々の熱伝達プレート内にまたは熱伝達プレート上に形成された多数の小さな通路から形成されることによって、このような熱伝達器を極めてコンパクトに、すなわち、小さな構造体積と同時に大きな熱伝達面を備えて製作することができる。高圧熱伝達プレートのためだけでなく低圧熱伝達プレートのための多数の小さな通路によって、装置の熱伝達面を著しく増加させることができる。
【００１２】
特にこの構造によって、高圧側および低圧側における種々異なる圧力レベルに耐えることができる結合熱伝達器が可能となる。
【００１３】
有利には、熱伝達のための本発明による装置では、高圧熱伝達プレートの枚数を低圧熱伝達プレートの枚数に対して相対的にその都度の要求および本発明による熱伝達器の使用事例に適合させることができる。特に高圧熱伝達プレートと低圧熱伝達プレートとの交互のスタック状の配置形式と異なり、本発明による装置では、必要となる熱伝達面に応じて、高圧熱伝達プレートと低圧熱伝達プレートとの最適な比率を実現することができる。
【００１４】
特に本発明による装置の低圧側における圧力損失を可能な限り少なく保つためには、低圧熱伝達プレートに設けられた小さな通路が互いに平行に延びていると有利である。これによって、低圧通路をより狭幅に形成することができる。これによって、１つの低圧熱伝達プレートにつき、より高い熱伝達面を提供することができる。さらに、これによって、全体的により小さな熱伝達器が得られる。この場合、この熱伝達器は同じ熱出力を少ないプレートで伝達することができる。しかし、この場合、他方では、熱伝達プレートの小さな通路の不変の通路幅および同じ枚数の低圧熱伝達プレートのまま、より小さなポンプを回路全体に使用することができる。このポンプによって、システム全体の質量および費用も削減される。
【００１５】
本発明による装置の良好な熱伝達は、有利には、低圧側の小さな通路が、高圧側の小さな通路に対してほぼ平行に配置されている場合に実現することができる。さらに、これによって、高圧媒体と低圧媒体との間の極めて良好な熱伝達のほかに、高圧側の冷媒流と低圧側の流体流とが、選択的に並流原理または向流原理で本発明による装置を通流することができることも可能となる。
【００１６】
本発明による装置の有利な構成では、熱伝達器の低圧側の小さな通路の流入もしくは流出が、ほぼ該通路の方向で行われるようになっている。熱伝達器に設けられたこのように小さな通路は一般的に高い圧力損失を生ぜしめるので、多数のこのような通路が個々の熱伝達プレートに並列接続によって使用され、付加的には、このような複数の熱伝達プレートの並列接続が本発明による装置に使用される。さらに、熱伝達プレートに設けられた個々の小さな通路の真っ直ぐな経過は、本発明による装置の低圧側における所望の少ない圧力損失に貢献している。特に低圧流体に対しては、熱伝達のための本発明による装置の通過時に極めて少ない圧力損失しか被らないことが重要となる。なぜならば、過度に大きな圧力損失は、低圧流体を循環させるために、付加的ではあるものの、少なくとも１つのより大きなポンプを必要とする恐れがあるからである。
【００１７】
熱伝達のための本発明による装置の有利な構成では、本発明による熱伝達装置が接続フランジを有している。この接続フランジは特に低圧流体の流入もしくは流出を最適化している。低圧側に設けられたこのようなフランジは、有利には、たとえばハウジングまたは被覆体に統合されていてもよい。この被覆体は本来の熱伝達器を取り囲んでいて、過圧に対してシールしている。
【００１８】
特に本発明による装置の低圧側における圧力損失を最小限に抑えるためには、流体案内エレメントが、本発明による装置の１つまたはそれ以上のフランジに使用されていてよい。フランジに統合された流体案内エレメントは、簡単なかつ極めて有利な形式では、流体流れに与えられる影響もしくは装置の個々の小さな通路への流体流れの分配を許容している。案内エレメントは、本発明による装置の有利な構成では、たとえば案内薄板として形成されていてよい。この案内薄板はフランジ内室を分割していて、したがって、流体の流れを均一に分配するために、フランジに流入した低圧流体をある程度変向する。この場合、同時に流れの開き角が減少させられる。これによって、流れ圧力損失が減少させられる。
【００１９】
有利には、低圧側の接続フランジを、たとえばリサイクル可能なプラスチックから特に射出成形法で製作することができる。これによって、費用が低くなると同時に付加重量が少なくなる。択一的には、フランジが、ハウジングに直接統合されていてもよい。このハウジングは、シールする形式で本発明による装置を取り囲んでいて、これによって、たとえば冷却システムもしくは空調装置への本発明による熱伝達器の所要の接続可能性を提供している。
【００２０】
本発明による装置の特に有利な構成では、熱伝達器に設けられた低圧側の小さな通路の流入もしくは流出が、高圧側の流入もしくは流出の平面に対して垂直に所定の平面で行われるようになっている。この構成によって、冷却システムもしくは暖房システムへの本発明による装置の簡単なかつ空間を節約した組込みが可能となる。特にこの構成では、低圧側の小さな通路をその経過に関して流れ技術的に最適化することができる。なぜならば、熱伝達プレートの個々の小さな通路に通じる高圧集合通路もしくは低圧集合通路が種々異なる平面に延びているからである。
【００２１】
本発明による装置の極めて有利な別の構成では、高圧側の冷媒としてＣＯ_２が使用され、低圧側の熱媒流体として冷媒、たとえば自動車のエンジン冷却液が使用される。この構成では、本発明による熱伝達器によって、将来、法律的な規則に基づきＣＯ_２冷媒を有するようになる車両空調装置と車両の冷却回路との結合が可能となる。したがって、有利には、車両のＣＯ_２空調装置がヒートポンプとして作業することによって、たとえば車両のエンジン冷却液をコールドスタート時に著しく迅速に暖めることができる。他方では、本発明による結合熱伝達器によってＣＯ_２冷媒の熱を冷却水もしくは別の燃料に放出するために、たとえば冷媒を使用することができる。上級クラスのたいていの車両および徐々に中級クラスのたいていの車両にも標準的に所定の空調装置が装備される。この構成要素は、温度が低い場合に冷房回路の逆転によってヒートポンプとして使用することができる。このヒートポンプは、暖房出力が高い場合の少ないエネルギ消費および自然応答特性の点で優れている。このことは、消費率に関して最適化されたエンジン、たとえば直接噴射式のディーゼルエンジンに相俟ってますます話題となる補助ヒータコンセプトに対して、安全性および快適性に関して将来的なコンセプトを成している。したがって、本発明による装置は、空調装置のヒートポンプ運転に基づき獲得された熱を自動車の冷却水に供給するために使用することができる。
【００２２】
したがって、本発明による装置は、コンパクトに形成された軽い結合熱伝達器を成している。この結合熱伝達器は特に冷媒流体の既存の高い圧力に耐え、この場合、特に液状の低圧熱媒流体に対する圧力損失を可能な限り少なく生ぜしめる。特に本発明による熱交換器は、ＣＯ_２暖房回路もしくはＣＯ_２冷房回路と内燃機関の冷却回路とを結合するために使用することができる。
【００２３】
図面には、以下の記載に基づき詳しく説明する、熱伝達のための本発明による装置の実施例が示してある。図面の簡単な説明、明細書ならびに特許請求の範囲には、数多くの特徴が組み合わせて記載してある。当業者は、これらの特徴を個々に考慮することもできるし、別の有利な組合せにまとめることもできる。
【００２４】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２５】
図１に示した、熱伝達のための本発明による装置１０の第１実施例は複数の熱伝達プレート１２，１４を有している。これらの熱伝達プレート１２，１４のうち、図１には、熱伝達器の構造を明確に示すために、幾つかの熱伝達プレートしか概略的に示されていない。実際の熱伝達器は多数のこのような熱伝達プレート１２，１４を有している。このことは、点１６によって図１に示してある。マイクロ通路プレートとも呼ばれる個々の熱伝達プレート１２，１４は層状に重ね合わされていて、２つの終端プレート２２；２４の間に配置されていて、互いにろう付けされているかまたは溶接されている。熱伝達プレート１２，１４の層状のまたはスタック状の配置形式は、図１に示したように、平らなプレートに限定されるものではない。それどころか、本発明による装置の別の実施例では、湾曲させられたプレートが使用されてもよいし、相応の熱伝達プレートのシェル状のもしくは同心的な配置形式が使用されてもよい。この意味では、スタック状に配置された熱伝達プレートという概念は、以下、ただ１つの可能な実施例を成しているにすぎず、本発明による装置を限定するものではない。
【００２６】
図１の実施例に示した熱伝達器の熱伝達プレート１２；１４のスタック状の配置形式は本発明による装置１０の基体１８を形成している。本発明による装置は、たとえば図示していない高圧側の熱（暖房）回路または冷凍（冷房）回路と、低圧側の冷却回路との間の熱交換を可能にすることができる。このシステムの高圧側における圧力は０〜約２５０ｂａｒの範囲内にあり、約１３０ｂａｒの一般的な高圧側の作業圧にある。低圧側における圧力は一般的に０〜約１０ｂａｒにあり、有利には、約３ｂａｒの圧力を備えている。
【００２７】
本発明による装置１０では、高圧側の熱伝達プレート１２と低圧側の熱伝達プレート１４とがスタックで交互に位置している。必要となる熱伝達面に応じて、高圧通路プレート１２と低圧通路プレート１４との適切な比率を選択することができる。図１の実施例では、１つの高圧側の通路プレート１２に２つの低圧側の通路プレート１４が続いている。両通路プレート１４には同じく１つの高圧側の通路プレート１２が続いている。たとえば低圧側の通路プレート１４の枚数のための値として２０〜３０枚の枚数が一般的である。
【００２８】
図１に示した熱伝達器の高圧側の通路プレートは２つの接続通路２６；２８によって互いに接続されている。両接続通路２６；２８は本発明による装置１０の高圧側の入口通路３０と出口通路３２とに開口している。本発明による装置の入口通路３０もしくは出口通路３２は、本実施例では、空調装置の、たとえば冷房回路の接続管路（図示せず）のための接続管片３１；３３の形で加工成形されている。
【００２９】
本発明による装置１０の熱伝達プレート１２；１４には、互いにほぼ平行に配置された多数の小さな通路３４；４２が位置している。これらの通路３４；４２のうち、図１には、熱伝達プレート１４の低圧側の通路４２しか見ることができない。小さな通路３４；４２は、それぞれ高圧側および低圧側に対して別個に熱交換器の入口領域と熱交換器の出口領域との間の接続部を形成している。この接続部によって、高圧側のもしくは低圧側の流体が案内される。
【００３０】
高圧側の流体は入口管片３１を介して熱伝達器に流入し、接続通路２６を介して個々の高圧側の熱伝達プレート１２に分配される。高圧側の流体は多数の高圧側の熱伝達プレート１２を通流し、この場合、その熱容量を装置１０の基体１８に放出する。この基体１８を形成する熱伝達プレート１２，１４は、腐食を回避しかつ個々の伝達プレート１２；１４の間の良好な熱伝導性を保証するために、一般的に銅から成っている。
【００３１】
別の材料、たとえば銅合金、特殊鋼またはアルミニウムも同じく有利な形式で本発明による装置の熱伝達プレートひいては基体１８のために使用されてよい。
【００３２】
熱伝達器の基体１８への熱放出後、高圧側の流体は接続通路２８に再び集められ、この通路２８を通って本発明による装置１０の高圧側の出口通路３２に案内される。
【００３３】
図４に示した高圧側の熱伝達プレートの平面図に見ることができるように、接続通路２６は、熱伝達プレート１２に加工成形された個々の小さな通路３４に開放した状態で接続されている。これらの小さな通路３４はウェブ３５によって互いに分離されて形成されている。熱伝達のための装置１０の熱伝達プレート１２は多数のこのような通路３４を有しているので、図４に示した図面は、この観点では、原理的な構造を表すシンボリックな図面としてしか見ることができない。小さな通路３４は、接続通路２６から到来した高圧流体を入口領域３６と、平行な小さな通路の領域３８とを介して、さらに接続通路２８に開口した出口領域４０に案内する。入口領域３６もしくは出口領域４０を除いて小さな通路の経過は図４の実施例では平行であるので、高圧側の接続通路３４の全経過はほぼ平行と見なすことにする。
【００３４】
接続通路２６，２８を介して、個々の高圧側の熱伝達プレート１２は互いに接続されているので、本発明による装置１０に入口通路３０を通って流入した冷媒は個々の高圧側の通路プレート１２（熱伝達プレート）に分配される。しかし、高圧側の接続通路２６；２８は、たとえば低圧側の熱伝達プレート１４の例示の図５にも見ることができるように、低圧側の熱伝達プレート１４に開放した状態で接続されていない。
【００３５】
入口通路３０と、接続通路２６と、高圧側の小さな通路３４と、接続通路２８と、出口通路３２とは、一緒に熱伝達器の高圧側の通路を形成している。
【００３６】
低圧熱伝達プレート１４に課せられる要求は、装置の少ない圧力損失と同時に高い熱伝達能を可能にすることである。この場合、本発明による装置１０の低圧側の熱伝達プレート１４の構造は高圧側の熱伝達プレート１２の構造に調和されている。低圧側の各熱伝達プレート１４も同じく多数の小さな通路４２を有している。これらの通路４２は、たとえば低圧側の熱伝達プレート１４の例示の図５から知ることができるように、互いにほぼ平行に延びている。低圧熱伝達プレート１４の小さな通路４２は、一貫して熱伝達プレート１４の第１の端面４４から熱伝達プレート１４の第２の端面４６に延びている。小さな通路４２は特にウェブ４３によって熱伝達プレート１４に形成される。図１の実施例に示した本発明による装置１０の低圧側の通路は、流れ技術的に互いに平行に配置された多数の小さな通路４２によって形成される。
【００３７】
図４および図５の実施例では、高圧側のもしくは低圧側の熱伝達プレートの小さな通路３４；４２が互いにほぼ平行に配置されているので、並流型熱伝達器または向流型熱伝達器も実現することができる。別の実施例では、当然ながら、高圧側の小さな通路３４を低圧側の小さな通路４２に対して垂直に配置することも可能であるので、いわゆる「十字流型熱伝達器」が得られる。
【００３８】
低圧側の熱媒流体としての水の使用時には、高圧側の流体としてのＣＯ_２冷媒との最適な熱結合を、一般的に約１ｍｍ^２の低圧側の熱伝達プレート１４の小さな通路４２の通路横断面で達成することができる。この場合、通路直径は、水、たとえば冷却水において循環する汚物よりも大きく寸法設定されていることが望ましい。自動車での使用のためには、このことは、低圧側の熱伝達プレート１４の小さな通路４２の最小の直径が０．４ｍｍよりも大きく寸法設定されていることが望ましいことを意味している。通路プレートの簡単な製作可能性のためには、０．６よりも小さい高さと幅との比率を備えた通路が有利である。本発明による装置の低圧側における小さな通路の一般的な幅は、ほんの数ミリメートルの範囲内にある。この場合、相応して、通路の高さは１ミリメートルよりも小さく寸法設定されている。
【００３９】
低圧側の小さな通路４２だけでなく、高圧側における相応の通路３４も、たとえば熱伝達プレート１２；１４のプレート材料からエッチングすることができるかもしくは１つのプレートの個々の通路を分離するウェブ３５；４３がプレート材料に被着させられてもよい。このようなマイクロ通路プレートに対する、当業者に周知の別の製造法も当然ながら同じく可能である。
【００４０】
図２には、図１に示した本発明による装置１０の端面４４の側面図が示してある。終端プレート２４上では、交互にそれぞれ１つの高圧側の熱伝達プレート１２が２つの低圧側の熱伝達プレート１４に組み合わされている。高圧側の熱伝達プレート１２は、入口通路３０と、出口通路３２と、図２には示していない接続通路２６；２８とを介して互いに接続されている。図１もしくは図２では、低圧側の熱伝達プレート１４が互いに流れ技術的な接続を有していない。低圧側の熱伝達プレート１４のこのような接続は、異なる実施例における別の記載に説明したように、たとえば本発明による装置の基体１８に対するフランジ接続によって行うことができる。
【００４１】
図３には、本発明による装置の別の実施例が示してある。図３に示した本発明による装置１１０も同じく多数のそれぞれ２つの低圧側の通路プレート１１４のスタック状の配置形式から成っている。２つの低圧側の通路プレート１１４は１つの高圧側の通路プレート１１２に交互に機械的に結合されているので、同じく熱伝達器の相応の基体１１８が形成される。図３の実施例に示した熱伝達器の基体１１８は、すでに説明した形式で一方では高圧流体によって通流され、他方では低圧流体によって通流されるので、ここでは、これに関して詳しく説明しないことにする。
【００４２】
図３の実施例では、本発明による装置の基体１１８がハウジング１５２によって取り囲まれている。このハウジング１５２は低圧側に入口通路１５４と出口通路１５６とを有している。さらに、ハウジングは２つの開口１７８；１８０を有している。両開口１７８；１８０によって、本発明による装置の高圧側の入口通路１３０もしくは出口通路１３２が案内される。ハウジング１５２の、基体１１８と本来の熱伝達器とを収容した内室は適宜なシール手段、たとえばシールリング１８４によって入口通路１３０もしくは出口通路１３２に対してシールされている。
【００４３】
低圧流体の低圧側の入口通路１５４もしくは出口通路１５６はそれぞれフランジ１５３；１５５の形で形成されている。このフランジ１５３；１５５は、シールする形式でハウジング１５２の中央の部分１５８に結合されている。この場合、ハウジング１５２のこの中央の部分１５８は熱伝達器の基体１１８を取り囲んでいる。フランジ接続部１５３；１５５をシールするためには、図３の実施例に示したように、それぞれ１つのシールリング１６０；１６２を接続フランジ１５３とハウジング１５２の中央の部分１５８との間にもしくはハウジング１５２の中央の部分１５８と接続フランジ１５５との間に挿入することができる。接続フランジ１５３；１５５は、たとえば自動車のエンジン冷却回路の相応の管路１６４；１６６に密に嵌め込むことができるように形成されている。
【００４４】
このような接続フランジ１５３；１５５の可能な構成は図７に示してある。フランジ２５３は、管路システムに接続するための接続管片２６８を有している。熱伝達器に面した側には、このような接続フランジが、面状シール部材（図示せず）、たとえばペーパシール部材を収容するための凹設部２７２を有していてよい。熱伝達器の低圧側の流入を最適化するためには、図７に示した接続フランジ２５３が一連の案内薄板２７４を有している。これらの案内薄板２７４は溝２７６内に差し込まれているかまたは接着されている。この溝２７６はフランジ２５３に、たとえばフライス加工されている。熱伝達器のより効率のよい使用を結果的に招く均一な流体分配のほかに、案内薄板２７４によって、低圧側の流れの開き角が減少させられる。これによって、同じく流れ圧力損失が減少させられる。フランジ２５３は固定手段２７３を介してハウジング１５２の中央の部分１５８に密に結合することができる。
【００４５】
低圧側の接続フランジ１５３，１５５；２５３は、たとえば銅のような金属から製作されてもよいし、有利にはプラスチックから製作されてもよい。低圧側のフランジに設けられた案内薄板は必ずしも金属からなっている必要はない。別の材料、たとえばプラスチックから成る案内薄板も同じく可能であるので、薄板の概念は限定されるものではない。
【００４６】
有利には、図３に示した本発明による装置１１０のハウジング１５２を全てプラスチックで形成することができるので、たとえば装置１１０の接続フランジ１５３，１５５；２５３をハウジング１５２の中央の部分１５８と一体に形成することもできる。したがって、フランジ１５３；１５５および特に流れを均一に分配するための手段もしくは流れの開き角に影響を与えるための手段を本発明による装置のハウジング１５２に直接統合することができる。
【００４７】
低圧側の接続フランジ１５３；１５５がハウジング１５２と一体に形成されている場合には、本来の熱伝達器、つまり、本発明による装置１１０の基体１１８をハウジング１５２内に挿入することができるようにするために、ハウジング１５２がさらにカバーを有していることが望ましい。この場合、ハウジングのこのカバーには、高圧接続部１３２；１３０のための両貫通孔が位置していてもよい。この両貫通孔は同じくそれぞれシール部材、たとえばＯリングまたは接着剤を介して低圧流体を周囲に対してシールしている。この事例では、カバーは解離不能な結合、たとえば溶接、接着、ろう付けを介してハウジングに結合されていてもよいし、ねじ締結もしくは適切な別の結合法を介してハウジングに結合されていてもよい。しかし、ねじ締結の事例では、別のシール部材がハウジングのために必要となる。特に本来の熱伝達器、すなわち、基体１１８を低圧側もしくは高圧側のための接続開口を除いて完全にプラスチック内に収容する、たとえば注型によってプラスチック内に埋め込むかまたは射出成形によってプラスチックで取り囲むことが可能となる。
【００４８】
図６には、本発明による装置の別の実施例が示してある。図６に示した実施例の基体２１８の原理的なスタック状のもしくは層状の構造は、図１、図２または図３に示した熱伝達器の構成と同じであるので、これに関して、ここでは詳しく説明しないことにする。図１、図２および図３の実施例と異なり、図６に示した本発明による装置２１０の熱伝達プレート２１２；２１４は突起状の加工成形部２８６、本実施例では方形の加工成形部２８６を有している。この加工成形部２８６は、個々の熱伝達プレート２１２；２１４が、前述した形式で不動に重なり合って配置される場合に装置２１０の基体２１８の角隅に中実の直方体状の突出部２８８を形成している。この場合、この突出部２８８には、個々の熱伝達プレート２１２；２１４に設けられた高圧側の小さな通路の経過だけでなく低圧側の小さな通路の経過にも低圧フランジのための固定手段に基づき影響が与えられることなしに、低圧側のシステムのための接続フランジを固定、たとえばねじ締結することができるので、特に小さな通路２１４の流れ技術的に最適化された経過が可能となる。
【００４９】
特に低圧側における小さな通路の経過は綿密に選択されていなければならない。なぜならば、特に熱伝達器のこの箇所での過剰の圧力損失を阻止することが重要となるからである。特に低圧側の小さな通路の経過における屈曲ならびに急激な流れ変化を回避することが重要となる。なぜならば、屈曲ならびに流れ変化は流れ剥離を生ぜしめる恐れがあるからである。この流れ剥離は熱伝達器の低圧側にわたる圧力損失を伴う恐れがある。このような圧力損失は、流体の速度、予め形成されたその都度の温度における流体の流体特性および小さな通路のジオメトリに関連している。したがって、図５に例示したように、低圧側の熱伝達プレートで行うことができる流れ拡張時には、本発明による装置では、前述した手段によって、流れ拡張は可能な限り一般的に７゜未満に保たれる。なぜならば、より大きな値の場合には圧力損失が急激により大きくなるからである。
【００５０】
図６の実施例に示した本発明による装置の構成によって、装置の基体２１８に直接フランジを設けることが可能となる。本実施例では、フランジが基体２１８にねじ締結されるかもしくは別の形式で基体２１８に固定される。これによって、装置２１０の基体２１８を収容するための付加的なハウジングが省略されるので、本発明による装置を極めてコンパクトにかつ少ない重量で実現することができる。
【００５１】
この場合、低圧側のフランジを基体２１８に固定するための突出部２８８は、図６において、基体２１８の、高圧側の出口通路２３２寄りの後方の端部２９０に示したように、たとえば装置の基体２１８の高さ２１９全体にわたって延びていてもよいし、択一的には、本発明による装置の基体２１８の、高圧側の入口通路２３０寄りの前方の端部２９２に、側方に配置されたそれぞれ２つの突出部２９４，２９６；２９５，２９７の形で図示したように、それぞれ高さの一部領域にわたってしか延びていなくてもよい。固定突出部のこの構成によって、低圧フランジをそれぞれ個々に熱伝達器の基体２１８に直接固定することが可能となるので、たとえば互いにフランジの相互の緊締、ねじ山付きロッドまたは匹敵し得る手段はもはや不要となる。
【００５２】
しかし、図６に示した本発明による装置のこのような基体２１８を製造するためには、種々異なる熱伝達プレート（突起状の張出し部２８６を備えた熱伝達プレートおよび突起状の張出し部２８６を備えていない熱伝達プレート）が製造されなければならないかまたは基体２１８の全ての熱伝達プレートが相応の突起状の張出し部２８６を備えている場合には、基体の高さ全体にわたって延びる突出部２８８による熱伝達器の総重量の相応の増加が甘受されなければならない。熱伝達器の総重量のこの増加は、個別事例において、装置のための改善されたシール性の利点、組付け可能性およびより簡単な組込み状況に対して十分に考慮されなければならない。
【００５３】
図８には、熱伝達のための本発明による装置の第４実施例が示してある。この第４実施例は図６の実施例に対する別の僅かな変更を示している。図８に示した熱伝達器の原理的な構造は、すでに図６、図３および図１に示した実施例に相俟って詳しく説明したように、種々異なる熱伝達プレート３１２；３１４のスタック状の構造に相当している。
【００５４】
装置の基体３１８は、高圧側のかつ低圧側の交互の多数の熱伝達プレート３１２，３１４を有している。これらの熱伝達プレート３１２，３１４は、熱伝達器に課せられる要求に応じて、所望の相対的な枚数で互いに組み合わされている。高圧側の熱伝達プレート３１２は接続通路３２６；３２８（図示せず）を介して互いに接続されている。装置の基体３１８に設けられた接続通路３２６；３２８は入口通路３３０に開口していて、他方の端部で出口通路３３２に開口している。入口通路３３０もしくは出口通路３３２は、図８の実施例では、同じく接続管片として上側の終端プレート３２２に固く結合されている。熱伝達のための本発明による装置３１０の基体３１８の内部には、高圧側の熱伝達プレート３１２に設けられた、流れ技術的に並列に接続された多数の小さな通路による入口通路３３０と出口通路３３２との接続が実現される。個々の高圧側の熱伝達プレート３１２自体も同じく接続通路３２６と接続通路３２８との間で流れ技術的に互いに並列に接続されている。
【００５５】
図１０には、図８の実施例に示した本発明による装置の高圧側の熱伝達プレート３１２の一例が示してある。プレートは切欠き３９０；３９２を有している。この切欠き３９０；３９２は基体３１８に孔３９４；３９６を形成している。この孔３９４；３９６によって、たとえば類似して図６に相俟って説明したように、低圧側のフランジを本発明による装置３１０の基体３１８に直接固定することができる。孔３９４；３９６は最初に追補的に基体３１８に加工成形されてもよい。これによって、熱伝達プレートの形成が簡単となる。
【００５６】
図８の実施例では、接続通路３２６；３２８が基体３１８の固定突出部３８８に配置されている。この理由に基づき、接続通路３２６，３２８を収容する少なくとも両突出部３８８は基体３１８の高さ２１９全体にわたって延びていなければならない。残りの両固定突出部３９４；３９５は、図６に相応して、選択的には、基体３１８の高さ２１９全体にわたって延びていてもよいし、重量理由に基づき、図８に示したように、低圧側のフランジのための固定手段を収容するために必要となる大きさと同じ大きさでしか形成されていなくてもよい。こうして、図８〜図１０に示したように、低圧側の通路プレート３１４の小さな通路３４２の経過を完全に互いに平行に方向付けることが可能となるので、熱伝達器内の低圧流体の、最小の圧力損失を伴う真っ直ぐな流れ経過が得られる。
【００５７】
図９には、このような低圧側の熱伝達プレート３１４が示してある。この熱伝達プレート３１４は、両端面３４４；３４６の間で平行に延びる真っ直ぐな複数の小さな通路３４２を備えている。これらの通路３４２は相応のウェブ３４３によって互いに分離されている。図８〜図１０に示した本発明による装置の構成では、熱伝達器にわたる低圧側の流体の圧力損失が一層低減される。
【００５８】
本発明による装置は、図面に示した実施例に限定されるものではない。
【００５９】
本発明による装置は、特に自動車の空調装置の冷媒回路と、たとえば自動車の内燃機関の冷媒回路との間の結合熱交換器としての使用に限定されるものではない。
【００６０】
このような形式の本発明による装置は、高い圧力下にある冷媒と、低い圧力下にある液状の熱媒流体との間で熱を交換したい至るところで使用することができる。
【００６１】
たとえば本発明による装置は定置の熱システムもしくは空調システムに使用されてもよい。
【００６２】
さらに、発明による熱伝達器は、同じく極めて高い圧力（５０〜１５０ｂａｒ）で作業しかつ液体によって冷却されるかもしくは加熱されるスターリング機械に使用されてもよい。
【００６３】
本発明による装置の可能な別の使用分野は、別の冷媒回路、たとえば家庭エネルギ分野または自動車分野での燃料電池使用時の排ガス熱使用のための熱伝達器である。
【００６４】
本発明による装置は、純然たる熱伝達器として使用可能であるものの、反応器としても使用可能である。
【００６５】
さらに、熱伝達器は、たとえば冷却水を冷却するかもしくは冷却水に含まれた熱を使用するために、エバポレータとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
熱伝達のための本発明による装置の簡単な概略的な斜視図である。
【図２】
図１の実施例に示した本発明による装置の端面を示す図である。
【図３】
本発明による装置の第２実施例の横断面図である。
【図４】
高圧側の熱伝達プレートの平面図である。
【図５】
低圧側の熱伝達プレートの平面図である。
【図６】
本発明による装置の第３実施例の簡単な斜視図である。
【図７】
低圧側の接続フランジの斜視図である。
【図８】
本発明による装置の第４実施例の簡単な概略的な斜視図である。
【図９】
本発明による装置の第４実施例に示した低圧側の熱伝達プレートの平面図である。
【図１０】
第４実施例に示した高圧側の熱伝達プレートの平面図である。
【符号の説明】
１０装置、１２熱伝達プレート、１４熱伝達プレート、１６点、１８基体、２２終端プレート、２４終端プレート、２６接続通路、２８接続通路、３０入口通路、３１接続管片、３２出口通路、３３接続管片、３４通路、３５ウェブ、３６入口領域、３８領域、４０出口領域、４２通路、４３ウェブ、４４端面、４６端面、１１０装置、１１２通路プレート、１１４通路プレート、１１８基体、１３０入口通路、１３２出口通路、１５２ハウジング、１５３接続フランジ、１５４入口通路、１５５接続フランジ、１５６出口通路、１５８部分、１６０シールリング、１６２シールリング、１６４管路、１６６管路、１７８開口、１８０開口、１８４シールリング、２１０装置、２１２熱伝達プレート、２１４熱伝達プレート、２１８基体、２１９高さ、２３０入口通路、２３２出口通路、２５３接続フランジ、２６８接続管片、２７２凹設部、２７３固定手段、２７４案内薄板、２７６溝、２８６加工成形部、２８８突出部、２９０端部、２９２端部、２９４突出部、２９５突出部、２９６突出部、２９７突出部、３１０装置、３１２熱伝達プレート、３１４熱伝達プレート、３１８基体、３２２終端プレート、３２６接続通路、３２８接続通路、３３０入口通路、３３２出口通路、３４２通路、３４３ウェブ、３４４端面、３４６端面、３８８突出部、３９０切欠き、３９２切欠き、３９４孔もしくは固定突出部、３９５固定突出部、３９６孔

Claims

熱伝達のための装置であって、高圧側の流体によって通流される第１の少なくとも１つの通路と、低圧側の流体によって通流される、第１の通路とは別個の第２の少なくとも１つの通路と、高圧流体のための少なくとも１つの熱伝達プレート（１２）および低圧流体のための少なくとも１つの熱伝達プレート（１４）から成る積層された構造体とが設けられている形式のものにおいて、
高圧流体が冷媒であり、低圧流体が液状の熱媒流体であることを特徴とする、熱伝達のための装置。
高圧側の第１の通路と、低圧側の第２の通路とが、それぞれ個々の熱伝達プレート（１２，１４）内にまたは熱伝達プレート（１２，１４）上に形成された、互いに並列に接続された多数の小さな通路（３４，４２）を有している、請求項１記載の装置。
当該装置（１０，１１０，２１０，３１０）に設けられた高圧側の熱伝達プレート（１２）と低圧側の熱伝達プレート（１４）との各枚数の比率がｍ：ｎであり、ｍ、ｎが整数である、請求項１または２記載の装置。
低圧側の小さな通路（４２）が互いにほぼ平行に延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
低圧側の小さな通路（４２）が、高圧側の小さな通路（３４）に対してほぼ平行に配置されており、高圧側の冷媒流と低圧側の流体流とが、選択的に並流原理または向流原理で当該装置（１０，１１０，２１０，３１０）を通流することができるように、小さな通路（３４，４２）の流れ案内が選択されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
低圧側の小さな通路（４２）が、高圧側の小さな通路（３４）に対してほぼ垂直に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
低圧側の小さな通路（４２）の流入および／または流出が、ほぼ該通路（４２）の方向で行われるようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
低圧側の小さな通路（４２）の流入および／または流出のために、当該装置（１０，１１０，２１０，３１０）に接続可能な少なくとも１つのフランジ（１５３，１５５，２５３）が設けられている、請求項６記載の装置。
低圧側の通路（４２）の流入および／または流出のために、少なくとも１つのフランジ（１５３，１５５，２５３）が設けられており、該フランジ（１５３，１５５，２５３）が、ハウジング（１５２）に統合されており、該ハウジング（１５２）が、当該装置（１０，１１０，２１０，３１０）を、特にシールする形式で取り囲んでいる、請求項６記載の装置。
少なくとも１つのフランジ（１５３，１５５，２５３）に、流れに影響を与えるための手段、特に低圧流体の流れを分配するための手段が設けられている、請求項７または８記載の装置。
低圧流体の流れに影響を与えるための手段が、案内エレメント、特に案内薄板（２７４）を有している、請求項９記載の装置。
高圧側の小さな通路（３４）の流入および／または流出が、低圧側の流入および／または流出の平面に対して垂直に所定の平面で行われるようになっている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
熱伝達プレート（１２，１４）の材料が、銅および銅合金、特殊鋼、アルミニウムおよび別の材料を有するグループから選択されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
高圧側の冷媒がＣＯ_２である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の装置。
低圧側の熱媒流体が冷媒、特にエンジン冷却液である、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置。
特に車両、特に自動車に設けられたＣＯ_２空調装置と、駆動ユニットの冷媒、特に車両のエンジン冷却水との間での熱伝達のための、請求項１から１５までのいずれか１項記載の装置の使用。
請求項１から１５までのいずれか１項記載の装置を備えた、車両に用いられるＣＯ_２空調装置。
当該ＣＯ_２空調装置が、ヒートポンプモードまたは暖房ガスモードで作業するようになっている、請求項１７記載のＣＯ_２空調装置。