JP2008524550A5

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Publication number: JP2008524550A5
Application number: JP2007547382A
Authority: JP
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2025-12-22

Claims

冷媒用の管路システムと、流体用の管路システムと、複数の区間を有するヒートエクスチェンジャであって、
前記両管路システムは相互に熱的に結合されており、
前記複数の区間はハイドロリックにそれぞれ相互に並列および／または直列に接続されている形式のヒートエクスチェンジャにおいて、
１つの区間（１７）においてそれぞれ１つの流体チャネル（１３）は、ほぼＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の横断面形状を備える薄板（９）を有し、
該薄板は、Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の端部において別の薄板（１２）により閉鎖されており、
パイプ（１５）内の冷媒は流体チャネル（１３）の長手軸に対して平行に当該流体チャネル（１３）内に配置されている、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
流体チャネル（１３）の断面積（Ｆ１）とパイプ（１５）の断面積（Ｆ２）の比は、冷媒と流体のそれぞれのｋファクタの比に相当する、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１または２記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
流体チャネル（１３）の断面積（Ｆ１）とパイプ（１５）の断面積（Ｆ２）の比は、２：１から５：１の領域にある、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から３までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
ほぼＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）の脚部は相互に約５５から１４０°の角度（α）である、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から４までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
前記パイプ（１５）は、ほぼＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板の脚部に固定されている、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から５までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
前記パイプ（１５）はＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板に、圧着、ハンダないしロウ付け、溶接および／またはレーザ溶接によって固定されている、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から４までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
前記パイプ（１５）は、ほぼＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）の脚部（複数）によって（はさまれて）張架（形成）される面のほぼ重心に配置されている、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から７までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
前記パイプ（１５）は、ほぼＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）内に位置しており、
前記ほぼＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）は１つの支持体薄板（１２）上に配置されており、
該支持体薄板は、Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）と実質的に同じ面膨張を有する、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から８までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）はその長手軸に対して直角に、（一つの）脚部の領域で別のＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）に隣接し、
これにより、全体として波形薄板の形態が得られ、
当該波形薄板には流体がジグザグ（メアンダ）状に貫流する、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から９までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
前記パイプ（１５）は少なくとも一方の端部で同形式のパイプ（１５）と接続されており、
これにより冷媒がジグザグ（メアンダ）状に貫流する構成体が冷媒蛇行管（１８）の形態で得られる、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から１０までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
ヒートエクスチェンジャ（１）では、パイプ（１５）、Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）、および支持体薄板（１２）からなる構成体が層（５，６，７，８）として組立てられて、同じ構成部材を有する別の層の上に配置されており、
これにより第１の層の支持体薄板（１２）は、第２の層の覆い薄板を形成する、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項８から１１までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）は、これが前記パイプ（１５）と表面接触する領域に、また支持体薄板（１２）は、これがＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）と表面接触する領域に、共通のハンダないしロウ付けを可能にするための切欠部（２０）を有する、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から１２までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
前記切欠部（２０）はスリット（２１）および／または孔部（２２）として構成されており、共通のハンダないしロウ付けのシームで実質的に閉鎖される寸法を有する、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から１３までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
ヒートエクスチェンジャ（１）は向流ヒートエクスチェンジャとして構成されている、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から１４までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
冷媒は超臨界領域で駆動される二酸化炭素である、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から１５までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
液体は水である、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
請求項１から１６までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャにおいて、
前記パイプ（１５）、Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）、支持体薄板（１２）、および流体密な外側ケーシング（２）は、銅または特殊鋼からなる、ことを特徴とするヒートエクスチェンジャ。
冷媒用の管路システムが流体用の管路システムと熱的に結合されたヒートエクスチェンジャの製造方法において、
パイプ（１５）を、Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）の谷（１０）にはめ込み、
該Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）を１つの支持体薄板（１２）の上に配置し、
Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）に複数の切欠部（２０）をパイプ（１５）とのコンタクト領域に設け、支持体薄板（１２）に切欠部（２０）をＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）とのコンタクト領域に設け、
ハンダないしロウ（２３）をそれぞれＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）の谷にはめ込み、前記複数のエレメントを相互にハンダないしロウ付け（以下「ハンダ付け」で代表する）する、ことを特徴とする製造方法。
請求項１８記載の方法において、
前記エレメントをただ１回のハンダ付けプロセスで相互にハンダ付けする、ことを特徴とする方法。
請求項１９または２０記載の方法において、
ハンダ付けプロセスは真空炉で実行される、ことを特徴とする方法。
請求項１８から２０までのいずれか一項記載の方法において、
Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）および支持体薄板（１２）における切欠部（２０）は、穿孔、孔部（２２）、および／または部分なスリット（２１）として作製される、ことを特徴とする方法。
請求項１８から２１までのいずれか一項記載の方法において、
Ｕ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）および支持体薄板（１２）における切欠部（２０）は、打ち抜き、ボーリング、および／またはレーザ加工により作製される、ことを特徴とする方法。
請求項１８から２２までのいずれか一項記載の方法において、
後（下流）での通流方向に対して直交する方向に周期的に連続するＵ字形、Ｖ字形、またはＷ字形の薄板（９）が、薄板を部分的にプレスおよび／または深絞り加工することにより作製される、ことを特徴とする方法。
高圧領域で超臨界の冷媒を備える換気（空調）装置のヒートポンプ回路であって、
該ヒートポンプ回路はヒートエクスチェンジャを有し、
該ヒートエクスチェンジャは、外気流または送出空気流（Fortluft）から熱を吸収し、冷媒に伝達する形式のヒートポンプ回路において、
気化した冷媒を少なくとも部分的に過熱するために、ヒートポンプ回路（ＷＰＫ）に１つのヒートエクスチェンジャ（３５）が設けられているか、または第１のヒートエクスチェンジャ（３５）と第２のヒートエクスチェンジャ（３６）が設けられており、
少なくとも送出空気流（ＦＯ）または外気流（ＡＵ）が通流する第１ヒートエクスチェンジャ（３５）は、暖房モードでは冷媒の流れ方向で第２のヒートエクスチェンジャ（３６）の上流に配置されており、該第２のヒートエクスチェンジャでは換気ないし空調装置（Ａ）の送出空気（ＦＯ）から熱が冷媒に伝達され、および／または
１つのヒートエクスチェンジャ（３２）に加えて、別のヒートエクスチェンジャ（３３）がガスクーラとして、外気流（ＡＵ）中に前記換気（空調）装置（Ａ）の上流に配置されており、該別のヒートエクスチェンジャでは高圧領域（ＷＰＫＨ）で超臨界の冷媒の熱が外気流（ＡＵ）に伝達される、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２４記載のヒートポンプ回路において、
前記換気ないし空調装置（Ａ）は、外気流（ＡＵ）が供給されるヒートエクスチェンジャ（ＷＴ）を有し、
このヒートエクスチェンジャ（ＷＴ）はエア−エア−ヒートエクスチェンジャであり、
該エア−エア−ヒートエクスチェンジャでは、暖房すべき空間からの排気流（ＡＢ）が熱エネルギーを外気流（ＡＵ）に、予加熱された供給空気流（ＺＵ）の形成のために伝達する、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２５記載のヒートポンプ回路において、
前記別のヒートエクスチェンジャ（３３）は、エア−エア−ヒートエクスチェンジャとして構成されたヒートエクスチェンジャ（ＷＴ）の外気入口に前置接続されており、
ヒートポンプ回路（ＷＰＫ）の高圧領域（ＷＰＫＨ）で超臨界の冷媒に対するガスクーラ（３２）により、冷媒の熱の大部分（Ｑ）が第１ヒートシンクに伝達され、
前記別のヒートエクスチェンジャ（３３）は、超臨界の冷媒の比較的小さな部分（ｑ）を低温レベルで外気流（ＡＵ）に伝達し、
これにより引き続き外気（ＡＵ）が通流するエア−エア−ヒートエクスチェンジャ（ＷＴ）の凍結が阻止される、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２４から２６までのいずれか一項記載のヒートポンプ回路において、
冷媒を過熱する場合、加熱のために設けられるヒートエクスチェンジャ（３５）が冷媒の気化および／または部分的過熱のために配設される、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２４から２７までのいずれか一項記載のヒートポンプ回路において、
冷媒を過熱する場合、第２ヒートエクスチェンジャ（３６）が冷媒の気化および過熱のために構成されており、後気化または過熱の確実な動作が、一次気化器（３５）の熱源よりも常に高い温度レベルを有する熱源により保証される、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２４から２８までのいずれか一項記載のヒートポンプ回路において、
機械的換気装置が、第１ヒートエクスチェンジャ（ＷＴ）の排気入口に結合されている、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２４から２９までのいずれか一項記載のヒートポンプ回路において、
冷媒は、Ｒ１３４ａ、Ｒ２９０、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ６６０ａのグループの１つである、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２４から３０までのいずれか一項記載のヒートポンプ回路において、
ＣＯ_２ないしはＲ７４４が冷媒である、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項２４から３１までのいずれか一項記載のヒートポンプ回路において、
ヒートポンプ回路（ＷＰＫ）は暖房および／または雑用水装置（Ｃ）に結合されている、ことを特徴とするヒートポンプ回路。
請求項１から１７までのいずれか一項記載のヒートエクスチェンジャを備える、請求項２４から３５までのいずれか一項記載のヒートポンプ回路。
ヒートポンプ回路の高圧領域で超臨界状態で駆動される冷媒を備える換気ないし空調装置のヒートポンプ回路の駆動方法であって、
以下の方法ステップを含む：
冷媒を、ガス冷却と熱吸収との間で約４０から約９０ｂａｒの圧力差に曝すこと、
７０ｂａｒを越える超臨界状態の高圧で、別個に連続して、まず第１ガス冷却（３２ａ−３２ｂ）で冷媒のエンタルピを約１５０から約３００ｋＪ／ｋｇだけ降下させ、
第１ガス冷却に続く第２ガス冷却（３３ａ−３３ｂ）でエンタルピを約１００ｋＪ／ｋｇより小さい値だけ降下させ、および／または約２０から約６０ｂａｒの間の圧力で、第１熱吸収（３５ａ−３５ｂ）の際にエンタルピを約１５０から約２５０ｋＪ／ｋｇだけ上昇させ、
後続の冷媒の第２熱吸収（３６ａ−３６ｂ）で約１００ｋＪ／ｋｇより小さい値だけ上昇させる、ことを特徴とする駆動方法。
請求項３４記載の方法において、
第１エンタルピ上昇を外気流（ＡＵ）からの熱吸収（３５ａ−３５ｂ）により行い、
第２エンタルピ上昇を、外気流（ＡＵ）よりも高い温度を有する空間の送出空気（ＦＯ）の熱吸収（３６ａ−３６ｂ）によって行う、ことを特徴とする方法。
請求項３４または３５記載の方法において、
エンタルピの第１降下を、暖房システム、温水システム、または換気ないし空調システムでの熱放出（３２ａ−３２ｂ）により行い、
エンタルピの第２降下を、外気流（ＡＵ）への熱放出（３３ａ−３３ｂ）により行う、ことを特徴とする方法。