JP2009530581A

JP2009530581A - 熱交換器管の使用方法

Info

Publication number: JP2009530581A
Application number: JP2009500752A
Authority: JP
Inventors: ベウトラーアンドリュース; グシャイダージュハン; クロックラーロバート; アチンクーンハンス; レピンエバーハード; ワルサークリストファ; ワムスラーロルフ; ストラウブマーチン; ザイラーウォルフガング
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2007-03-17
Publication date: 2009-08-27
Also published as: DE102006013384A1; CN101395289A; ES2370352T3; DK1996739T3; DE102006013384B4; WO2007110165A1; CN101395289B; EP1996739A1; US20090301701A1; EP1996739B1; ATE518013T1

Abstract

本発明は、０．０５〜３％Ｆｅ，０．０１〜０．１５％Ｐ，および選択的に、０．０５〜０．２％Ｚｎ，０．０２〜０．０５％Ｓｎの合金要素（単位重量％）と、残りはＣｕおよび不可避の不純物とを含んでいる銅合金から成る熱交換器管を、ＣＯ₂で作動する冷凍機またはヒートポンプのガス冷却器管、凝縮器管、蒸発器管として使用する使用方法とする。

Description

本発明は、銅合金から成る熱交換器管の使用方法に関するものである。

塩素を含んだ安全冷媒（ＦＣＫＷ；クロロフルオロカーボン）はオゾン破壊作用があるために、その代用として塩素を含んでいない安全冷媒（ＨＦＫＷ；ハイドロフルオロカーボン）が使用されるようになったが、塩素を含んでいない安全冷媒の温室効果が高いことをめぐってすぐに議論が巻き起こった。このため、自然冷媒、とりわけＣＯ₂がますます注目されるようになった。

ＣＯ₂は、オゾン層の破壊に寄与せず、温室効果に対する直接的な寄与に関してはニュートラルに振舞う自然冷媒としてエコロジーの注目の的であり、適用例および限定的条件によっては、今日ヨーロッパで使用されているＨＦＫＷ冷媒に対する経済的な代替物である。

冷凍技術では、ＣＯ₂を臨界未満の作動で蒸発器と凝縮器とに使用するようにした、カスケード作動でＮＨ₃を用いる適用例が知られているが、蒸発器をＣＯ₂の臨界点以下で作動させ、凝縮器に対応するガス冷却器をＣＯ₂の臨界点以上で作動させるようにした、トランスクリティカルなＣＯ₂冷凍プロセスおよびヒートポンプも知られている。

特にガス冷却器に関わる後者のケースでは、冷媒であるＣＯ₂の作動範囲は１３０バール以下の圧力であり、したがって通常３５バール以下の圧力であるＦＣＫＷおよびＨＦＫＷ安全冷媒の作動範囲よりもはるかに上である。しかしながら、適用例によっては、蒸発器に対しても５０バール以下の許容圧力が要求され、特に高温ガス式除霜が採用されている場合に要求される。

圧力に関するこのような要求は、ＣＵ−ＤＨＰから成る銅管（通常、ＦＣＫＷおよびＨＦＫＷ安全冷媒で作動する熱交換器において使用される）をもってしては実現が困難である。というのは、非常に大きな管厚を使用せねばならず、このため処理能に悪影響を与え、特に拡幅、曲げ、熱交換器の重量、設備コストに悪影響を与える。したがって今日の技術水準では、前記圧力が比較的簡単に支配する、高温めっきを施した鋼または特殊鋼から成る管が使用される。

しかしながら、従来使用されている鋼または特殊鋼から成る管にも、銅に比べると処理能の点で明らかな欠点がある。

本発明の課題は、高圧層でも小さな壁厚で銅合金の使用を可能にする択一的解決手段を探すことである。

本発明は請求項１の構成を特徴としている。その他の従属項は本発明の有利な他の構成に関わる。

本発明の技術的教義は、
０．０５〜３％Ｆｅ，
０．０１〜０．１５％Ｐ，
および選択的に、
０．０５〜０．２％Ｚｎ，
０．０２〜０．０５％Ｓｎ
の合金要素（単位重量％）と、残りはＣｕおよび不可避の不純物とを含んでいる銅合金から成る熱交換器管を、ＣＯ₂で作動する冷凍機またはヒートポンプのガス冷却器管、凝縮器管、蒸発器管として使用するというものである。

本発明は、基本的に、内側が実質的に滑らかな表面または構造化された表面を備えた熱交換器管を、ＣＯ₂で作動する冷凍機またはヒートポンプのガス冷却器、凝縮器、蒸発器で使用するために適用することを考慮したものである。これに関連して、内側が実質的に滑らかという概念には、溶接継ぎ目によって生じる表面も含まれる。この場合、作業媒体であるＣＯ₂は、熱交換器管の内側に沿って流れ、特殊な適用例の温度条件によっては、ＦＣＫＷおよびＨＦＫＷ安全冷媒に対し知られているような圧力とは明らかに異なる圧力層であって、使用する管の耐圧性に対する高度な要求を満たすような前記圧力層を有する。

従来では、このような適用例においては、ほとんどの場合特殊鋼および鋼が優先的に使用されていた。これは、冷凍／空調技術で慣用されている、Ｃｕ−ＤＨＰから成る銅管には、その圧力層と必要な大きな壁厚とのためにこれまで高コストであるという欠点があったからである。

顕著な利点は、本発明による高硬度のＣｕ合金は高圧力層でも小さな壁厚でよいので、材料を著しく節約することができ、よって重量およびコストの点で利点が得られることにある。さらに、このＣｕ合金は加工時において、特に拡幅、曲げ、蝋付け時において優れた性質を有する。

本発明の有利な構成では、管外径は３〜１６ｍｍの範囲にある。これに関連して、壁厚と管外径との比率を好ましくは０．０２５ないし０．０８の範囲に選択することができる。これにより、今日ＨＦＫＷ安全冷媒に対し通常使用されているＣｕ−ＤＨＰから成る銅管と同様のオーダーにあり、したがって後加工能に関し優れた性質を持つ管壁厚が得られる。

有利な他の構成では、管材は１６０Ｎ／ｍｍ^２以上の降伏強度Ｒ_ｐｏ．２を有することができる。さらに、管材は３００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張り強度Ｒ_ｍを有しているのが有利である。これにより、たとえば外径が９．５２ｍｍで作動圧が１３０バールの管に対し必要なたかだか０．５５ｍｍの管壁厚が得られ、よってＣｕ−ＤＨＰから成る管に比べ４０％を超える材料が節約される。

好ましくは、熱交換器管は帯材から成形され、且つ溶接継ぎ目を有していてよい。この場合、軸線方向に延在している溶接継ぎ目、或いは、スパイラル状に周回している溶接継ぎ目も考えられる。管を形成させるための可能な結合方法としては、特に高周波溶接方法が適している。これにより、他の結合方法に比べて、高速の製造が実現可能であるとともに、通常は引き続き焼きなまし工程が行なわれるが、焼きなまし工程の後でも、結合工程の影響を受けない材料に比べて強度損失がない結合状態が得られるという顕著な利点が得られる。

これとは択一的に、熱交換器管は継ぎ目なしでもよい。しかし、本発明による使用方法においては、継ぎ目なし管と溶接管とは等価と見なすことができる。

他の利点は、管の内側の表面が構造化されていれば得られる。これにより熱伝達係数を増大させることができ、よって熱伝達効率を向上させることができる。

Claims

０．０５〜３％Ｆｅ，
０．０１〜０．１５％Ｐ，
および選択的に、
０．０５〜０．２％Ｚｎ，
０．０２〜０．０５％Ｓｎ
の合金要素（単位重量％）と、残りはＣｕおよび不可避の不純物とを含んでいる銅合金から成る熱交換器管を、ＣＯ２で作動する冷凍機またはヒートポンプのガス冷却器管、凝縮器管、蒸発器管として使用する使用方法。
管外径が３〜１６ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器管の使用方法。
壁厚と管外径との比率が０．０２５ないし０．０８の範囲にあることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器管の使用方法。
管材が１６０Ｎ／ｍｍ^２以上の降伏強度Ｒ_ｐｏ．２を有していることを特徴とする、請求項１、請求項２または請求項３に記載の熱交換器管の使用方法。
管材が３００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張り強度Ｒ_ｍを有していることを特徴とする、請求項１、請求項２または請求項３に記載の熱交換器管の使用方法。
熱交換器管が帯材から成形され、溶接継ぎ目を有していることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載の熱交換器管の使用方法。
熱交換器管が継ぎ目なしであることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載の熱交換器管の使用方法。
前記管の内側の表面が構造化されていることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６または請求項７に記載の熱交換器管の使用方法。