JP2007285693A - 冷却機械用内部熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却機械（10）の効率を向上させる、冷却機械用内部熱交換器（11）を提供する。
【解決手段】熱交換機（11）は、内側に配置される低圧用経路を構成するパイプ（10）を有し、この断面領域をこのパイプの外側の高圧用経路の全ての断面流域よりも実質的に大きくする。さらに、低圧用経路の内側の幅を接続ライン（17、21）の内側の幅と少なくとも同じ大きさにする。好ましくは、低圧用経路の壁部を滑らかにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却機械用の熱交換器に関し、特に、冷却機械の圧縮機によって供給される冷却液を予め加熱するために用いられる熱交換器に関する。

例えば、自動車に用いられる、空調制御装置（エアーコンディショニングシステム）用の冷却機械には、通常、所謂、内部熱交換器が備えられている。これに関して、特許文献１には、冷却液として二酸化炭素を用いて操作される冷却機械が開示されている。特に、この冷却機械は、高い操作圧力と、７００barの破裂（バースト）圧に関して構成されている。冷却液は、熱交換器パイプとして構成されている内部熱交換器を介して、圧縮機に供給されている。冷却機械によって圧縮されて、コンデンサーによって冷却された冷却液は、圧縮機に流れる二酸化炭素を加熱するため、再度、反対方向に、熱交換器パイプを通って案内されている。液化された二酸化炭素用に、高圧用の経路を設けるため、熱交換器パイプとして構成される熱交換器には、熱交換を向上させるためにリブ状のパネルを備えた中央経路が備えられている。この中央経路の周りには、複数の外側の経路が備えられており、これら外側の経路は、径方向に延びる中間パネルによって、互いに隔てられている。この外側の経路の各断面領域は、中央の高圧用の経路の断面領域よりも小さくされている。また、外側の低圧用の経路の断面領域の和は、内側の高圧用の経路の断面領域よりも大きくされている。そして、熱交換器パイプは、アルミニウムのさやを押出し成形して形成されている。

この熱交換器パイプは、高圧で操作されるＣＯ₂冷却機械に適している。しかしながら、この熱交換器パイプは、他の冷却液を用いて操作される冷却機械には適していないか、全く不適であった。特に、この熱交換器パイプは、冷却機械の吸い上げ側で圧力損失を引き起こしているが、適当な高圧下でＣＯ₂を用いる場合には、この圧力損失は問題とはされない。しかしながら、より低い操作圧力下では、この損失が問題となり、冷却機械の効率に相当な損失をもたらすことがあった。

また、高圧用の経路と低圧用の経路の間で十分な熱伝達を達成するためには、熱交換器は、特定のパイプ長さを有していなければならない。冷却機械内で、このパイプ長さを備えるため、しばしば、熱交換器をＵ字状パイプ又は他の形態に構成することが不可避となる場合があるが、特に、自動車内でスペースの状況が限定される場合が想定される。このため、熱交換器の経路をつぶすことなく変形可能なように、熱交換器パイプを十分に曲げられるように構成することが求められてもいる。
ドイツ国特許第１００ ５３ ０００号公報

本発明は、以上のことを考慮して、ＣＯ₂を用いて冷却機械が操作されない場合でも、高い効率を示すように、冷却機械の熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的は、添付した請求の範囲の請求項１に記載の冷却機械用内部熱交換器によって達成することができる。

本発明に関する冷却機械の熱交換器は、蒸発器によって供給される冷却液を冷却し、蒸発器から来る冷たい蒸気を再度加熱するために、冷却機械の内部で熱交換を行うために備えられる。この特定の目的に適するように、冷却機械用内部熱交換器として参照される。本発明では、この熱交換器は、内側の低圧用の経路を備えて冷却液圧縮機の吸い上げ側と接続するとともに、高圧用の経路を備えて、蒸発器に導かせる。低圧用の経路は、基本的に円筒形状の、非分割の断面を有する。この経路は、精密に円筒形状でもよいが、又は、この形態からわずかに外れていてもよく、例えば、多角形状でもよく、特に角をまるめていてもよい。いずれにおいても、この経路の直径に沿って、５％から１０％の無視できるパーセンテージを超える直径の変化は生じないものとする。理想的には、直径の変化は、１０％以下か、５％以下で、好ましくは、５％よりもかなり下である。

高圧用の経路は、低圧用の経路の外側の周りに置かれて、好ましくは、各断面を一致させる。外側に配置された高圧用の経路の断面領域の和は、外側の断面領域を構成するが、これは、内側の断面領域よりもかなり小さい。本発明の測定によると、冷却剤の圧縮機の吸い上げ側に接続される内側の低圧用の経路は、圧力損失をほとんど生じさせない。好ましくは、低圧用の経路の断面は、供給及び排出用パイプの断面と少なくとも同じ大きさであり、そして、好ましくは、低圧用の経路の断面の形態は、隣接するパイプの断面の形態と一致する。好ましくは、これら供給及び排出用パイプの直径は、通常、連続して形成される吸い上げラインの直径（最小で１４ｍｍ）と対応する。このようにすることで、隣接するパイプと低圧用の経路の間の移送における加速と拡散の損失を防いだり、又は最小にすることができる。

好ましくは、内側の断面領域は、外側の断面領域よりも少なくとも６０％大きい。換言すると、内側の断面領域が与えられると、外側の断面領域は最小にされると見ることができる。この結果、高圧用の経路内で生じる圧力損失は、冷却機械の効率に大きな損傷を及ぼさない。しかし、このように熱交換器パイプの外径を最小にまで減らす。この上限は、本発明の構成を考慮して、２５ｍｍに設定でき、また、常に保つことができる。この結果、利用可能に限定されたスペースに起因する要求を満足させることができ、そして熱交換器パイプを十分に小さな曲げの径で曲げることを保証することができる。

好ましくは、流れの形態が略方形状の時、低圧用の経路上での圧力損失を最小にさせるため、低圧用の経路の壁を滑らかで、リブがないようにする。

好ましくは、パイプは、例えば、アルミニウムを含む、軽量金属の押出し成形によって構成される。この場合、スポット接合や、スポット溶接をすることなく、一部品からパイプを形成できる。このパイプは連続して製造されて、所望の長さで切断される。このように、様々な長さの熱交換器を容易に製造できる。但し、２つまたは複数の部品から熱交換器パイプを構成することは可能である。例えば、低圧用の経路を内側と外側で滑らかなパイプとして構成して、このパイプを、内側にリブを突出させた外側のパイプ内に装着させてもよい。あるいは、低圧用の経路を内側が滑らかで、外側にリブを備えたパイプとして構成して、このパイプを、内側が滑らかな外側のパイプ内に装着させてもよい。

また、内側のパイプは、外側のパイプとともに、この内部及び／又は外部に（例えば、互いに向かい合う表面に）、長手方向に延びるリブを備えてもよい。結合される熱交換器パイプの部品（外部のパイプと内部のパイプ）は、互いに接合、溶着、プレス、又は他の結合手段によって固定されてもよく、あるいは、これらは固定されないままにされてもよい。これら部品は、同一又は異なる材料から形成されてもよい。例えば、内側のパイプをアルミニウムや他の金属から構成し、外側のパイプをアルミニウムや他の金属、あるいはプラスチック材料から構成してもよく、選択的にライナー、例えば、織り込まれた材料のライナー、補強されたエラストマー、又は他の材料のホース構成を備えてもよい。

各高圧用の経路は、一つの径方向の内側の壁区間、互いに円周方向に離間された二つの径方向に向う壁区間、同様に円周方向に延びる一つの径方向の外側の壁区間によって制限されており、径方向の内側の壁区間は、径方向の壁区間よりも円周方向に長く延びる。これによって、外側に設けられた高圧用の経路は、径方向に測定された時の高さよりも、円周方向で測定された時の幅の方が大きい。これによって熱伝達が良好になる。他方、押出し成形プロセスによって簡単に製造できるように、高圧用の径路の断面領域は十分に大きいままにされる。

好ましくは、径方向内側の壁区間の長さは、径方向壁区間のものよりも２倍長く、より好ましくは、径方向壁区間のものよりも３倍長い。これによって、外側に配置される高圧用の経路の数は、最大で１０であり、最も好ましくは、最大で６となる。よって、熱交換器パイプを効率的に製造することができ、また、高圧用の経路の内部のフローレジスタンスを比較的に低くし、また、かなり小さな曲げの径で曲げることを可能とし、この際、外側の経路や、さらには内側の経路を実質的に変形させたり、つぶさないようにする。

吸い上げ経路の直径を最大にして、圧縮機のインテークレジスタンスを最小にすることで、十分に長い熱交換器パイプの熱伝達の高い割合と組み合わせることで、効率（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）を向上できる。冷却パワーが同じであると仮定すると、駆動力を低下させることができ、従って関連する燃料消費も低下させることができる。

上記熱交換器には、カップリング装置（接続装置）を備えてもよく、これは、別部品、例えば、射出成形部品や同様部品として製造可能な取付け部を有する。この部品は、例えば、接合によって、熱交換器パイプの端部に接続できる。熱交換器から離れるように延びるパイプの形状を有する内部の経路は、円錐形状に広げられた領域を有していてもよく、これを取付け部の円錐形状面に対してきつく当接させてもよい。この広げられた部位は、カップリングプラグの挿入用の区間を形成し、このプラグの内部経路の直径は、好ましくは、熱交換器パイプの内部経路の経路直径と一致する。

カップリングプラグは、別部品として構成されてもよく、又は、パイプ端部に成形されてもよい。このプラグは、基本的に円筒形状のパイプ区間を構成し、この自由端部から所定距離で径方向に突出部を有する。この突出部は、上方のカラーの、リング上にはんだ付けされていてもよく、又は、パイプ端部上で任意のビードとして形成されていてもよい。
取付け部と、カップリングプラグの形態を簡略化することで、双方の部品を簡単な方法で製造することが可能になる。

取付け部内で軸方向にカップリングプラグを固定するため、通路用開口部を備えたカップリングハウジングを用いて、この通路用開口部を介してカップリングプラグをプラグ可能にする。カップリングハウジングは、取付け部上で、軸方向に確実に固定される。このため、固定手段を用いて、カップリングの組付け時に、カップリングハウジングを取付け部に対して接続させるが、好ましくは解除可能に行う。カップリングプラグ自身は、固定手段、例えば、ロッキング係合により、カップリングハウジングに対して接続される。これによって、特に簡単な仕方で、カップリング装置を装着できる。必要なことは、まずカップリングハウジングを取付け部と係合するように移動させてから、カップリングハウジングを介して、カップリングプラグを取付け部の取付け用開口部内に装着して、カップリングハウジング内で固定させることである。これにより、所望の漏れのない流体接続を得ることができる。しかもこの装着に要する時間は、非常に短時間である。

本発明に係る好適な実施形態では、固定手段は、最小で一つであり、好ましくは複数であって、カップリングハウジングの一方の表面から離れるように延びる係合用指状部材（フィンガー）からなる。これら係合用指状部材は、取付け部上に形成された肩部の後方に達して、この肩部の当接面によって係止される。同時に、カップリング装置の組付け状態では、係合用指状部材の最小でも一つがカップリングプラグの円周面と当接して、カップリングプラグが取付け部の肩部とともに隙間を定めるようにする。径方向に測定して、係合用指状部材の最小でも一つの端部は、上記形成される隙間よりも厚い。カップリングプラグが取付け部の取付け用開口部内に着座する限り、カップリングハウジングは熱交換器に対して分離されないように接続される。この結果、カップリングプラグは、カップリングハウジングを取付け部に対して接続する固定手段用の固定装置を形成する。

カップリングハウジングは、好ましくは、プラスチック材料から構成される。好ましくは、これは、一部品として射出成形され、簡単で経済的な方法によって製造できる。係合用指状部材は、好ましくは、カップリングハウジングに対して、一部品を形成するように接続される。これらは、プラスチック材料の特性によって、最小でも一定の可撓性を示し、取付け部の肩部と係合固定するために、内側に撓むことができる。

カップリングプラグをカップリングハウジング内に取付ける固定手段は、好ましくはスナップリングであって、通路用開口部内に備えられたスナップリング用溝内に配置される。スナップリングは、カップリングプラグ上に備えられるカラーと相互作用可能にされるか、又は、軸方向にスナップリングと当接可能な外側に延びるリブと相互作用可能にされる。

このため、スナップリングは、この外側に面取り加工（チャンファ）された装着面と、この内側にまっすぐな当接用肩部を有する。この結果、外力を及ぼしてカップリングハウジングからカップリングプラグを引出すことができなくする。しかしながら、スナップリングは拡径可能であって、例えばリリース用工具によって拡径されて、カップリングハウジングからカップリングプラグを引出せるようにして、これによってカップリング装置を開口可能にする。

好ましくは、取付け部とカップリングプラグの間で作用するように、取付け部内にシール部を配置する。この結果、カップリングハウジングは保持機能のみを示す。これによって、カップリングハウジングの製造時に寛大な公差の特定を可能にする。

本発明に係る熱交換器を本明細書で示した短いカップリング装置と組み合わせることの特段の利点として、構成の全体的な長さを短くするとともに、簡単な装着を可能にし、また、必要に応じて、分離や再装着も行えるようにする。

本発明に係る有利な実施形態のさらなる詳細については、添付した図、以下の説明、さらに添付した請求の範囲に記載されている。以下、添付した図を参照して、本発明に関する例示的な実施形態について説明する。

図１を参照すると、具体例として、自動車の空調制御装置に用いることができる冷却機械１が示されている。但し、この冷却機械１を他の場所で用いることは可能である。冷却機械１は圧縮機２を含み、これは、自動車に関する場合、例えば、自動車のエンジンによって駆動されたり、又は別体の電気モーターや同様物によって駆動されていてもよい。圧縮機２は、加圧された冷却液が生じる出口３と、圧縮機が低圧で冷却液を受取る入口４を含む。そして、圧力ライン５を介して、圧縮され、そして加熱された冷却液を冷却して、凝縮する冷却装置６に導いている。この冷却装置６は、コンデンサーとしても参照できる。冷却液として、例えば、Ｒ−１３４ａや、他の所謂安全な冷却液であって、低圧で作用する冷却液を用いることができる。

冷却装置の出口７では、冷却液が他の圧力ライン８に排出されるが、このラインは、冷却機械用内部熱交換器１１の高圧用の入口９に導く。熱交換器１１は高圧用の出口１２を含み、これは、圧力ライン１４を介して膨張弁（エキスパンションバルブ）１５に接続されている。この膨張弁１５は、蒸発器１６によって導入される冷却液を緩和させる。蒸発器内で冷却液が蒸発する結果、周囲から熱エネルギーを吸収するが、例えば、空調制御装置内の空気を冷却させたり、他の目的のために用いられる。この結果の冷却蒸気は、蒸発器から、低圧用のライン１７を介して、冷却機械の熱交換器１１の低圧用の入口１８に送られる。この冷却蒸気は、高圧用の入口９を通って送られる冷却液とは反対方向で、冷却機械の熱交換器内を流れる。このため、冷却蒸気は、加圧された冷却液を冷却して、自身を加熱する。冷却蒸気は、低圧用の出口１９で加熱された時に排出されて、低圧用のライン２１を介して、圧縮機２の入口４に送られる。この冷却機械用内部熱交換器１１は、冷却機械の効率を向上するために用いられる。これは、圧縮機２に流れる冷却液の温度を上昇させるため、圧縮機の出口３で温度を上昇させる。従って、コンデンサー又は冷却装置６は、かなりの量の熱エネルギーを解放する。さらに、冷却機械用内部熱交換器１１は、蒸発器１６に供給される冷却液の温度を低下させるので、蒸発器１６から大気への熱の移行を良好にする。

冷却機械の熱交換器１１は、例えば、Ｒ−１３４ａや他の所謂安全な冷却液のような、低圧用に構成された冷却液を用いて機械が操作される場合、特に冷却機械１の要求を満たすように構成される。図２を参照すると、冷却機械の熱交換器１１を単体で示している。例えば、これを２つの脚部２３、２４を有するＵ字形状に曲げられたパイプ２２として構成して、これら脚部を上方端部で互いに離れるように曲げているが、これら脚部をこの点で共通の表面上に配置していてもよい。図３を参照すると、パイプ２２の断面が示されている。好ましくは、パイプ２２は、円形の断面で、内側に中空のスペースを有し、これによって低圧用の経路２５を提供する。このパイプの壁は、凸凹部、リブ又は突出部を有せず、好ましくは、円周方向と長手方向（図３では、紙面に対して垂直方向）で滑らかにされる。低圧用の経路２５は単一の経路であって、分けられておらず、分離用パネルや同様物を含まない。

低圧用の経路２５の周りには、幾つかの高圧用の経路２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ）が配置されている。高圧用の経路２７は、低圧用の経路から、径方向で内側に配置された壁区間２８によって隔てられており、これは円を描く。円周方向で眺めると、高圧用の経路２７は、径方向の壁区間２９、３０によって限定されており、これらは、円周方向でこれらの間で測定される距離よりも実質的に短い径方向の長さを有する。壁区間２８と並行に他の壁区間３１があり、これは、円を描き、高圧用の経路２７を外部方向から径方向に閉ざす。

低圧用の経路２５は、パイプ２２の断面のうち、最も大きな部分を占める。例えば、パイプ２２の外径が２５ｍｍとする時、低圧用の経路の直径は、例えば、１５ｍｍである。また、例えば、径方向に測定される高圧用の経路２７の高さは、３ｍｍから４ｍｍである。互いの間の壁区間２９、３０の分離角度は、好ましくは６０°である。従って、壁区間２９、３０の互いからの距離は、大凡１８ｍｍの範囲内にある。従って、高圧用の経路の２７ａから２７ｆの全ての断面の和の大きさは、明らかに、低圧用の経路２５の断面領域よりも小さい。特に広い低圧用の経路２５にもかかわらず、かなり小さな外径を得ることができる。

この熱交換器パイプは、冷却システム１の効率に関して最適化されている。圧縮機２のインテーク側の圧力損失は、かなりの効率の低下をもたらすことがあるが、これは避けられている。他方、良好な熱の伝達を信頼性があるように維持しており、パイプ形態（プロファイル）は、信頼性があるように製造可能なことを示唆しているが、図２に示した形態を参照されたい。

図２に示しているように、冷却機械の熱交換器２２の双方の端部には、コネクタ３２、３３が備えられており、ここには、高圧用の入口９、高圧用の出口１２、低圧用の入口１８及び低圧用の出口１９が配置されている。コネクタ３３の構成は、図４に別に示されている。この構成は、コネクタ３２の構成に相当し、基本的に一致する。

コネクタ３３は、パイプ２２に対して、接合、溶着、又は他の接続により、洩れのないように流体接続される。このため、内部の壁区間２８の一部は露出され、この壁区間はさらに、外部の壁区間３１と壁区間２８、２９によって形成された部分よりもコネクタ２５内に延びる。アルミニウム製の本体、又はプラスチック材料からなる本体、あるいは同様物のコネクタ３３内には、２つのチャンバ３４、３５が形成される。チャンバ３４は、高圧用の経路２７と連通する環状のチャンバであるが、チャンバ３５は、低圧用の経路２５と連通する略円筒形状のチャンバである。２つのチャンバ３４、３５には夫々、コネクタが備えられており、これは、高圧用の出口１２と低圧用の入口１８に相当する。高圧用の出口１２と低圧用の入口１８は、パイプコネクタとして構成されていてもよく、又は、図示するように、ホースコネクタとして構成されていてもよい。チャンバ３５の断面が低圧用の経路２５の断面とほぼ一致することは重要であり、ほかに、低圧用の入口１８の断面とほぼ一致する。このように、低圧用の経路２５を通って流れる流体は、熱交換器から隣接するラインに流れる際、加速されたり、減速されないようにする。さらに、フローレジスタンスを最小にするため、低圧用の経路内では、鋭角な縁部や流体反らし部を設けることを大きく避けるようにする。

図５を参照すると、この点から最適化されたコネクタ３６の実施形態が示されている。このコネクタは、上述したコネクタのように、金属、例えばアルミニウムから構成されるが、あるいは、プラスチック材料から構成されていてもよい。このコネクタは、パイプ２２に対して、接合、はんだ付け、又は溶着されていてもよく、いずれの場合でも、洩れのない流体接続を続けられるように選ばれた材料に適当な接続が選択される。

重複するが、コネクタ３６は、高圧用の経路２７と連通する高圧用の入口９用にチャンバ３７を有する。高圧用の入口９は、径方向にわき道に入る。反対に、低圧用の経路２５は、好ましくは円筒形状のチャンバ３８内で終端し、このチャンバの直径は、低圧用の経路２５の直径と大凡一致する。チャンバ３８は低圧用の出口１９に変化するが、これは、めねじを備えたボアとして構成することができ、溶着や接合されるライン用の取付け用の座として構成することができるが、又は他の構成を採用していてもよい。好ましくは、上記低圧用の出口は、上記出口内に、パイプやニップルを装着したり、固定するように大きさを定めることができ、また、この内部の幅を低圧用の経路２５の外側の幅と一致させて、好ましくは、段差のない流体移送を可能にしてもよい。パイプ２２の反対側の端部には、同一のコネクタを備えていてもよい。これは、低圧下で、圧縮機に向って流れる冷却液には有利となり、低めの密度だけを示して、高いフローレートを形成可能にし、このため、圧力損失を大幅に最小にすることができる。これは、低圧用の経路２５の幅が、接続ライン、即ち、低圧用のライン１７と低圧用のライン２１の内側の幅と少なくとも同じか、より大きい時に可能となる。

次に図６を参照すると、低圧用の経路２５を流体搬送ライン１０３に対して接続するのに用いられるカップリング装置１０１を備えた熱交換器１１全体が示されている。このライン１０３は、例えば、アルミニウム、スチール、銅又は同様物のような適当な金属、またはプラスチック材料から形成されたパイプラインでもよい。低圧用の経路２５の端部は、熱交換器１１を越えて、パイプ端部として突出するように構成される。このパイプ端部には取付け部１０４が備えられており、ここでライン１０３のパイプ端部はカップリングプラグ１０５を示している。また、取付け部１０４とカップリングプラグ１０５を互いに固定するために、カップリングハウジング１０６を備えている。例えば、このカップリングハウジングは、プラスチック材料を用いて射出成形された部品であることが好ましい。

例えば、取付け部１０４は、低圧用の経路２５の端部に対して接合される。低圧用の経路２５の端部は、取付け部１０４が取付けられた後、適当に広げられて、円筒形状区間１０７を形成してもよいが、この円筒形状区間１０７の内径は、カップリングプラグ１０５の円筒形状区間１０８の外径よりも大きいものとする。

低圧用の経路２５のパイプ端部の拡張された区間１０７と取付け部１０４は、カップリングプラグ１０５用の取付け用開口部を定める。
このオリフィスでは、取付け部１０４は、内側に面する縁部１１１を有する。この取付け部の内面は、流体経路１１０に向って面し、肩部１１２を形成している。この肩部１１２は、環状の当接面を形成するが、この実施形態では平らにされている。このため、この肩部は、取付け部１０９の中心軸１１３に対して同軸上に配置されて、直角をなしている。肩部１１２と隣接して、環状の円筒形状面１１４があるが、この直径は、カップリングプラグ１０５の区間１０８の外径よりもわずかに大きく、他の区間１０７の内径よりもかなり小さい。後者には、シーリングエレメント１１５、例えば、Ｏ−リングの形態や他の適当なシール形態を有するものが適用される。

カップリングハウジング１０６は、最小で一つ、好適には複数の係合用指状部材１１６、１１７、１１８によって、カップリングブッシング１０４上で保持される。このため、これら係合用指状部材は、カップリングハウジング１０６の環状の端面から軸方向に離れるように延びて、通路用開口部１１９を囲むが、この開口部の内径は、少なくとも指状部材１１６、１１７、１１８の領域では、区間１０８の外径よりも必要最小限だけ大きい。通路用開口部１１９は、指状部材１１６、１１７、１１８の領域では、円筒形状壁部によって制限されている。

指状部材１１６、１１７、１１８は、互いに同じ形態を有する。これらは、軸方向に設けられたスロット１２１、１２２によって互いに区別されている。指状部材１１６、１１７、１１８は、カップリングハウジング１０６と同じプラスチック材料から構成されて、このカップリングハウジングと一体の部品をなす。これらは、必要最小限可撓性を有し、内側に撓むことができる。各指状部材１１６、１１７、１１８は、この自由端部に頭部１２３、１２４を有し、肩部１１２と面する側に当接面を備える。この当接面は、肩部１１２の対応する当接面と合うように整列する。この反対側では、頭部１２３、１２４には面取り加工された表面が備えられる。頭部１２３、１２４の径方向の厚さは、表面１１４と区間１０８の外壁領域の間に形成される隙間の径方向の幅よりも大きい。この結果、肩部１１２と係止されると、指状部材１１６、１１７、１１８は、取付け部１０４上にカップリングハウジング１０６を固定する係合手段を形成する。

さらに、カップリングハウジング１０６は、この外側では基本的に円筒形状を有する。通路用開口部１０９には、段差状の直径を有する、スナップリング用の溝１２９が備えられる。第一の溝区間１３１は、比較的に小さな直径を有する。隣接する第二の溝区間１３２は、より大きな直径を有し、第三の溝区間１３３は、第一の溝区間１３１と第二の溝区間１３２の間の直径を有する。さらに、通路用開口部は、カップリングハウジングの表面側１３４まで連続するが、この場所の直径は、区間１０８のものよりもわずかに大きい。

スナップリング用の溝１２９には、スナップリングとして構成されたロッキングリング１３５が適用される。このスナップリングは、基本的に円形状を有するが、切り込みを備える。表面側１３４と面する側では、このリングには面取り加工された挿入面が備えられる。しかし、この反対側は、基本的に平らにされる。解放状態では、このリングの内径は、好ましくは、区間１０８の外径と同じか、最小に大きい。解放状態では、ロッキングリング１３５の有する直径は最小となる。このため、これは、溝区間１３１、１３２の間に形成された肩部に対して置かれて、溝区間１３１内に進入できない。但し、これを溝区間１３３内に移動させることは可能である。

カップリングプラグ１０５は、流体経路１３７を囲み、例えば、環状ビードが備えられたパイプラインの端部を形成するが、これは図６には示されていない。しかしながら、これは別部品として構成されて、後でラインに接続されることは可能であり、例えば、金属パイプラインやプラスチック材料からなるラインに対して、はんだ付け、接合、又は他の適当な固定技術によって固定されてもよい。この自由端部上では、カップリングプラグ１０５には、円錐形状にテーパ付けられた端部面区間１３８が備えられる。これは、カップリングプラグ１０５を取付け部１０４内に挿入することを助ける。さらに、カップリングプラグ１０５には、外側の円錐状の表面端部１３８から所定の距離で、径方向のフランジとして構成された環状のリブが備えられて、ロッキングリング１３５と相互作用させる。好ましくは、このリブ１３９はリフォーミングプロセス（コールドリフォーメーション）によって形成されて、この際、カップリングプラグ１０５の区間１０８の壁部には、環状で、径方向外側に延びるプリーツ（ひだ）が形成される。このプリーツは、区間１０８の外径を越えて延び、解放状態のロッキングリング１３５の内径よりも明らかに大きい。

以上説明したカップリング装置１０１の機能は、次のようになる。
まず、カップリングプラグ１０５の区間１０８をカップリングハウジング１０６の通路用開口部１１９内に挿入して、この通路用開口部１１９を通って、取付け部１０４の取付け用開口部１０９内に進ませて、さらに熱交換器１１の低圧用の経路２５の拡径端部内に進ませる。このため、区間１０８は、係合用指状部材１１６、１１７、１１８を、区間１０８の外側の円周面と内側の円周面１１４の間で形成された隙間内に固定させる。頭部１２３、１２４が肩部１１２の後方で捕まえられるので、カップリングハウジング１０６を取付け部１０４から外されることを防ぐ。
さらに、区間１０８は、シール部１１５を径方向に圧縮して、漏れのない流体接続を達成する。

カップリングプラグ１０５をさらにカップリングハウジング１０６内に挿入させると、カップリングブッシング１０４が、ロッキングリング１３５の面取り加工された挿入面１３６上の当接部として環状のリブ１３９を見つける。この結果、カップリングプラグ１０５はさらにカップリングハウジング１０６内に挿入されて、このリング１３５はまず広げられてから、再度元の直径の大きさまで弾性復帰する。これにより、リブ１３９は、ロッキングリング１３５を予め広げることができる溝区間１３２よりも狭い溝区間１３３までロッキングリング１３５を移動させる。この結果、ロッキングリング１３５によってカップリングプラグ１０５をカップリングハウジング１０６内に固定する。一度、後者が、係合用指状部材１１６、１１７、１１８によってカップリングブッシング１０４上で固定されると、カップリングプラグ１０５はカップリングプラグ１０６とカップリングブッシング１０４から引出すことがもはやできなくなる。さらに、ロッキングリング１３５は、カップリングプラグ１０５を中心に位置決めする。従って、安全で、長続きするように、漏れのない流体接続が達成される。

カップリング装置１０１の組付けを解除する場合、例えば、リリーススリーブやリリースピンの形態のリリース工具を用いて、ロッキングリング１３５を溝区間１３２まで押し戻して、ここで保持させる。カップリングプラグ１０５上で強く引くことで、ロッキングリング１３５を拡径することができ、このため、カップリングプラグ１０５をカップリングブッシング１０４とカップリングハウジングから引出すことが可能になる。

取付け部は、熱交換器１１の外側の外壁面上に固定して置かれる。高圧用の経路２７は環状スペース３４に向かって開口するが、これは、経路２０２を介して、挿入用開口部２０９と接続される。この開口部は、カップリング装置１０１に対応して構成されたカップリング装置２０１の一部である。この開口部は、高圧用の経路２７と連通するライン２０３の接続に用いられる。

上記冷却機械の熱交換器１１は、冷却機械１の効率を向上させ、内側の低圧用の経路２５を有するパイプ２２を含むが、これは、パイプ２２の外側に置かれた外側の高圧用の経路２７の全ての直径よりも実質的に大きい直径を有する。さらに、低圧用の経路の内径は、少なくとも接続ライン１７、２１の内径と同じ大きさである。低圧用の経路２５の壁は、好ましくは、滑らかにされる。

内部熱交換器を含む冷却機械を例示する図である。 図１に示した冷却機械の内部熱交換器の側方の概略図である。 図２に示した熱交換器の断面図であって、異なる寸法で示した図である。 図２に示した熱交換器の端部を示す図であって、コネクタとパイプ端部から形成されたものを示した図である。 図２に示した熱交換器のコネクタの異なる実施形態を示した図である。 図２に示した熱交換器の端部を示す図であって、異なる実施形態で、コネクタとパイプ端部から形成されたものを示した図である。

符号の説明

１ 冷却機械
２ 圧縮機
６ 冷却装置コンデンサー
１１ 熱交換器
１５ 膨張弁
１６ 蒸発器
３２、３４ コネクタ
１０１ カップリング装置
１０４ 取付け部
１０５ カップリングプラグ
１０６ カップリングハウジング

Claims (18)

1. 冷却機械用内部熱交換器（11）であって、冷却液圧縮機（2）の吸い上げ側と接続するように構成されたパイプ（22）を含み、さらに、前記冷却液圧縮機（2）の圧力側と接続するように構成された高圧用の経路（27）を含み、さらに、
   ａ．実質的に円筒形状の断面を有する低圧用の経路（25）を含み、これによって内側の断面領域を定め、
   ｂ．前記低圧用の経路（25）の周囲に前記高圧用の経路（27）を配置して、径方向に配置された中間の壁部（29、30）によって互いに区別させて、前記高圧用の経路（27）の対応する断面領域の和によって外側の断面領域を定め、
   ｃ．前記内側の断面領域を前記外側の断面領域よりも大きくしたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記内側の断面領域（25）は、前記外側の断面領域よりも１．６倍大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記低圧用の経路（25）は、滑らかで、リブのない壁部（26）によって覆われることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記パイプ（22）は、押出し成形された軽量金属によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記高圧用の経路（27）の各々は、一つの径方向内側の壁区間（28）、二つの径方向に向う壁区間（29、30）、及び一つの径方向外側の壁区間（31）によって制限されており、前記径路（27）と近接する前記径方向内側の壁区間（28）の一部は、前記径方向の壁区間（29、30）よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記経路（27）と近接する前記径方向内側の壁区間（28）の一部は、前記径方向の壁区間（29、30）よりも２倍長いことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記経路（27）と近接する前記径方向内側の壁区間（28）の一部は、前記径方向の壁区間（29、30）よりも３倍長いことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
8. 前記高圧用の経路（27）の数は、最大で１０であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
9. 前記高圧用の経路（27）の数は、最大で８であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
10. 前記高圧用の経路（27）の数は、最大で６であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
11. 前記パイプ（22）は、円形の外部形状を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
12. 前記パイプ（22）の外径は、２５ｍｍよりも小さいか、これと等しいことを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
13. 前記パイプ（22）の低圧用の経路（25）にはコネクタ（37）が備えられ、ここから軸方向に、低圧用の経路のコネクタ（19）が延びることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
14. 前記低圧用の経路（25）の幅は、前記コネクタ（19）の幅と少なくとも同じ大きさであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
15. 前記低圧用の経路（25）の幅は、接続されたライン（17、21）の幅と少なくとも同じ大きさであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
16. さらに、カップリング装置（101）を有し、
    流体経路（110）に変化する取付け用開口部（109）を有する取付け部（104）を有し、前記取付け用開口部に内側に向う肩部（112）を備え、
    流体経路（137）を構成する管状の延長部（108）を備えるカップリングプラグ（105）を有し、前記プラグを前記取付け用開口部（109）内に挿入可能にして、前記プラグの外周面が前記肩部（112）と隙間を定めるようにし、
    前記カップリングプラグ（105）の挿入用に通路用開口部（119）を有するカップリングハウジング（106）を有し、前記カップリングハウジングは、前記取付け部内に前記カップリングプラグ（105）を軸方向に固定する固定手段（135）を備えて、前記取付け部（104）に面する側の表面に、前記取付け部（104）と相互作用する、少なくとも一つの固定手段（112、116、117、118）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
17. さらに、カップリング装置（101）を有し、
    流体経路（110）に変化する取付け用開口部（109）を有する取付け部（104）を有し、前記取付け用開口部に内側に向う肩部（112）を備え、
    流体経路（137）を構成する管状の延長部（108）を備えるカップリングプラグ（105）を有し、前記プラグを前記取付け用開口部（109）内に挿入可能にして、前記プラグの外周面が前記肩部（112）と隙間を定めるようにし、前記流体経路の内径が前記低圧用の経路（25）の内径と一致するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
18. 冷却機械であって、
    入口（4）と出口（3）を有する圧縮機（2）を有し、
    前記圧縮機（2）の前記出口（3）と接続されるコンデンサ（6）を有し、
    膨張弁（15）を介して圧縮された冷却液が供給される蒸発器（16）を有し、
    請求項１〜１７のいずれかに記載の内部熱交換器（11）を有し、前記熱交換器を前記蒸発器（16）、前記圧縮機（2）及び前記コンデンサ（6）の間に配置して、前記圧縮機（2）に送られる冷却液を加熱させて、前記蒸発器（16）に送られる冷却液を冷却させるようにしたことを特徴とする冷却機械。
    

Images