ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
Diese
Erfindung wurde in Anbetracht des oben beschriebenen Problems gemacht
und es ist ihre Aufgabe, einen Wärmetauscher
zu schaffen, der einfach zusammenzubauen und von hoher Produktivität ist.
Um
die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, werden die nachfolgend
beschriebenen technischen Maßnahmen
eingesetzt. Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, mit
einer ersten Fluidpfadeinheit (10) mit wenigstens zwei
Rücklaufpfaden
(26) in entgegengesetzter Beziehung zueinander mit einem
Strömungspfad,
der in der Richtung (X-Richtung) verläuft, in welcher das erste Fluid
zu umgeschlagenen Abschnitten (27, 28) strömt, und
einem Strömungspfad, in
welchem der Strom die Richtung an den umgeschlagenen Abschnitten
(27, 28) ändert,
wobei die Rücklaufpfade
(26) fortlaufend gestapelt sind; und einer zweiten Fluidpfadeinheit
(9) mit zweiten Fluidpfaden (22, 23),
in denen ein zweites Fluid quer zum ersten Fluid strömt, wobei
die zweiten Fluidpfade durch Verbindungseinheiten (14, 15, 16, 17, 18, 19)
in der Stapelrichtung (Z-Richtung) der Rücklaufpfade (26) gestapelt
sind und die so gestapelten zweiten Fluidpfade (22, 23)
jeweils zwischen den Rücklaufpfaden (26)
angeordnet sind; wobei die zweiten Fluidpfade (22, 23)
jeweils einen U-förmigen
Strömungspfad enthalten,
in dem das zweite Fluid in der Richtung (Y-Richtung) im Wesentlichen
senkrecht zum Strom (X-Richtung) des ersten Fluids in der Ebene
im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung (Z-Richtung) strömt und nach dem Umkehren an
einem Ende (13) der zweiten Fluidpfadeinheit (9)
in der entgegengesetzten Richtung zu der im Wesentlichen senkrechten
Richtung (Y-Richtung) strömt,
und wobei die Verbindungseinheiten (14 bis 19)
mit den U-förmigen Strömungspfaden
in Verbindung stehen und am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit
(9) angeordnet sind.
Im
ersten Aspekt der Erfindung stehen die Verbindungseinheiten zum
Einrichten einer Verbindung zwischen den gestapelten zweiten Fluidpfaden mit
den U-förmigen
Pfaden in Verbindung und sind am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit
angeordnet. Durch den Kerneinrichtevorgang, in dem die erste Fluidpfadeinheit
von einem zum anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit bewegt und
an der zweiten Fluidpfadeinheit montiert wird, können deshalb die zwei Fluidpfadeinheiten
integral zusammengebaut werden und man erhält einen Wärmetauscher mit einer hohen
Produktivität.
Auch ist jede der zwischen den entsprechenden Rücklaufpfaden angeordneten zweiten
Fluidpfadeinheiten aus einem U-förmigen
Pfad gebildet, der in der Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung
(Z-Richtung) eine U-Kehre macht. So kann man einen kompakten Wärmetauscher
einer geringen Höhe
in der Stapelrichtung und von sowohl hoher Wärmetauschleistung als auch
Produktivität
erhalten.
Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, mit
einer ersten Fluidpfadeinheit (10) mit wenigstens zwei
Rücklaufpfaden
(26) in zu einander entgegengesetzter Beziehung mit einem
Strömungspfad,
der in der Richtung (X-Richtung) verläuft, in der das erste Fluid
zu umgeschlagenen Abschnitten (27, 28) strömt, und
einem Strömungspfad,
in dem der Strom die Richtung an den umgeschlagenen Abschnitten
(27, 28) ändert, wobei
die Rücklaufpfade
(26) fortlaufend gestapelt sind; und einer zweiten Fluidpfadeinheit
(29) mit zweiten Fluidpfaden (32f, 32g),
in denen ein zweites Fluid quer zum ersten Fluid strömt, wobei
die zweiten Fluidpfade (32f, 32g) durch Verbindungseinheiten (31g)
in der Stapelrichtung (Z-Richtung) der Rücklaufpfade (26) gestapelt
sind und die so gestapelten zweiten Fluidpfade (32a, 32g)
zwischen den entsprechenden Rücklaufpfaden
(26) angeordnet sind; wobei die zweiten Fluidpfade (32a bis 33g)
jeweils einen U-förmigen
Strömungspfad
enthalten, in dem das zweite Fluid in der Richtung (Y-Richtung)
im Wesentlichen senkrecht zum Strom (X-Richtung) des ersten Fluids
strömt
und nach einem Ändern
der Richtung an einem Ende (32) der zweiten Fluidpfadeinheit
(29) und einem Zurückkehren
durch Bewegen in der Stapelrichtung (Z-Richtung) in der entgegengesetzten Richtung
zu der im Wesentlichen senkrechten Richtung (Y-Richtung) strömt, und
wobei die Verbindungseinheiten (31a bis 31g) mit
den U-förmigen Strömungspfaden
in Verbindung stehen und am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheiten
(29) angeordnet sind.
Im
zweiten Aspekt der Erfindung stehen die Verbindungseinheiten zum
Einrichten einer Verbindung zwischen den gestapelten zweiten Fluidpfaden mit
den U-förmigen
Pfaden in Verbindung und sind am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit
angeordnet. Durch Bewegen der ersten Fluidpfadeinheit von einem
Ende zum anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit und ihr Montieren
an der zweiten Fluidpfadeinheit können deshalb die zwei Fluidpfadeinheiten
integral zusammengebaut werden und man erhält einen Wärmetauscher mit einer hohen
Produktivität.
Auch wird ein Uförmiger
Pfad, in dem das zweite Fluid in der Richtung entgegengesetzt zur
Stapelrichtung (Z-Richtung) strömt,
in jedem der zweiten Fluidpfade gebildet, und deshalb kann man einen kompakten
Wärmetauscher
einer kleinen Höhe
in der Strömungsrichtung
des ersten Fluids und von hoher Wärmetauschleistung und Produktivität erhalten.
Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, mit
einer ersten Fluidpfadeinheit (10) mit wenigstens zwei
Rücklaufpfaden
(26) in zu einander entgegengesetzter Beziehung mit einem
Strömungspfad,
der sich in der Richtung (X-Richtung) erstreckt, in der das erste
Fluid zu umgeschlagenen Abschnitten (27, 28) strömt, und
einem Strömungspfad,
in dem der Strom die Richtung an den umgeschlagenen Abschnitten
(27, 28) ändert, wobei
die Rücklaufpfade
(26) fortlaufend gestapelt sind; zweiten Strömungspfaden
(34), die zwischen den Rücklaufpfaden (26)
angeordnete, U-förmige Strömungspfade
(34) in zueinander entgegengesetzter Beziehung bilden,
mit einem Strömungspfad,
in dem das das erste Fluid kreuzende zweite Fluid von Einlässen (34a, 34c, 34e, 34g)
einströmt
und in der Richtung (Y-Gegenrichtung) im Wesentlichen senkrecht
zum Strom (X-Richtung)
des ersten Fluids strömt,
und einem Strömungspfad,
der zurückgeführt ist,
um die Richtung zu ändern,
und Auslässe
(34b, 34d, 34f, 34h) erreicht;
und einem Umschlagelement (35) mit einem zweiten Fluideinlass
(36) und einem zweiten Fluidauslass (37), verbunden
mit den Einlässen
(34a, 34c, 34e, 34g) und den
Auslässen
(34b, 34d, 34f, 34h), wobei
der zweite Fluideinlass (36) und der zweite Fluidauslass
(37) miteinander durch alle mit dem Umschlagelement (35)
verbundenen zweiten Fluidpfade (34) in Verbindung stehen.
Im
dritten Aspekt der Erfindung ist das Umschlagelement mit dem Einlass
und dem Auslass jedes zweiten Fluidpfads verbunden, und der zweite Fluideinlass
und der zweite Fluidauslass des Umschlagelements stehen miteinander
durch alle mit dem Umschlagelement verbundenen zweiten Fluidpfade
in Verbindung. Deshalb kann man einen Wärmetauscher von hoher Produktivität, in dem
die zwei Fluidpfade integral montiert sein können, durch Bewegen der zweiten
Fluidpfadeinheit in einer Richtung relativ zur ersten Fluidpfadeinheit
und ihr Verbinden mit dem Umschlagelement erhalten.
Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgeschlagen,
bei welchem die die erste Fluidpfadeinheit 110) bildenden
Strömungspfade
flache Rohre mit einer in der Richtung (Y-Richtung), in der das
zweite Fluid zwischen den Rücklaufpfaden
(26) strömt,
verlaufenden Längsfläche sind.
Im
vierten Aspekt der Erfindung kann der Wärmeübergangsbereich der ersten
Fluidpfade relativ zu den zweiten Fluidpfaden vergrößert werden, und
deshalb wird die Wärmetauschleistung
verbessert. Auch kann die Querschnittsfläche der zweiten Fluidpfade
ohne Erhöhen
der Größe der Rücklaufpfade
in der Stapelrichtung vergrößert werden,
und deshalb wird der Druckverlust in den zweiten Fluidpfaden verringert.
Gemäß einem
fünften
Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher
vorgeschlagen, bei welchem die flachen Rohre flache Rohre mit vielen
Bohrungen sind, die durch Extrusionsformen gebildet sind.
Im
fünften
Aspekt der Erfindung sind die Druckfestigkeit und die Wärmeübergangsleistung des
Wärmetauschers
verbessert.
Gemäß einem
sechsten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgeschlagen,
bei welchem die Größe (h) des
Spalts zwischen den die erste Fluidpfadeinheit (10) bildenden
Rücklaufpfaden (26)
größer als
die Größe (t) der
Rücklaufpfade
(26) in der Stapelrichtung ist.
Im
sechsten Aspekt der Erfindung wird eine scharfe geometrische Änderung
an den Umschlagabschnitten der ersten Fluidpfade verhindert, um eine
verbesserte maschinelle Bearbeitbarkeit und Produktivität zu ermöglichen.
Gemäß einem
siebten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgeschlagen,
bei welchem die Rücklaufpfade
(26) und die zweiten Fluidpfade (22, 23, 32a bis 32g, 34)
durch Löten
miteinander verbunden sind.
Im
siebten Aspekt der Erfindung ist der Wärmewiderstand zwischen dem
ersten und dem zweiten Fluid für
eine verbesserte Wärmetauschleistung reduziert.
Gemäß einem
achten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei
welchem die zweiten Fluidpfade (22, 23, 32a bis 32g, 34)
und die ersten Fluidpfade (26) durch Ausbilden einer Teilverbindungsstelle
an der Außenfläche der
Strömungspfade
miteinander durch Löten
verbunden sind.
Im
achten Aspekt der Erfindung ist die Teilverbindung an der Außenfläche der
Strömungspfade zum
Verbinden durch Löten
ausgebildet, und deshalb sind die Ab weichungen der gelöteten Abschnitte,
wie beispielsweise Lücken
verringert. Auch kann ein Austrittsraum ausgebildet werden, um ein
Eindringen des Hochdruckfluids, das austreten kann, in das Niederdruckfluid
zu verhindern.
Gemäß einem
neunten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei
welchem eine Opferkorrosionsschicht (38), die ausgebildet
ist, um zuerst zu korrodieren, an einer Teilverbindungsstelle ausgebildet
ist und ein Raum (B) in Kontakt mit der Atmosphäre am Endabschnitt (B) in der
Richtung (Y-Richtung) im Wesentlichen senkrecht zur Richtung (X-Richtung),
in der das erste Fluid strömt,
ausgebildet ist.
Im
neunten Aspekt der Erfindung wird, sollte durch Korrosion eines
der Fluidpfade ein Loch gebildet werden, die Opferkorrosionsschicht
zuerst korrodiert und durch den Austrittsraum in die Atmosphäre abgegeben,
wodurch eine Korrosion der anderen Fluidpfade verhindert wird.
Gemäß einem
zehnten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei
welchem die zweite Fluidpfadeinheit (9, 29) durch
Stapeln von Plattenelementen gebildet ist.
Im
zehnten Aspekt der Erfindung können
die zweiten Fluidpfade aus Segmenten der gleichen Form gebildet
werden. Deshalb sind die Herstellungskosten geringer, und die Querschnittsfläche in den
Strömungspfaden
kann im Vergleich zur Größe der zweiten
Fluidpfadeinheit vergrößert werden. Ebenso
können
die Gesamtmaße
der Strömungspfade
reduziert werden, um eine kompakte zweite Fluidpfadeinheit zu realisieren.
Gemäß einem
elften Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei
welchem Rippen in den die zweite Fluidpfadeinheit (9, 29)
bildenden zweiten Fluidpfaden (22, 23, 32a bis 32g)
angeordnet sind.
Im
elften Aspekt der Erfindung kann die Wärmeübergangsfläche für eine verbesserte Wärmetauschleistung
vergrößert werden.
Gemäß einem
zwölften
Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher
vorgesehen, bei welchem die zweiten Fluidpfade (22, 23)
aus einem Rohr mit einem kreisförmigen
Schnitt gebildet sind.
Im
zwölften
Aspekt der Erfindung können
die Anzahl der die Strömungspfade
bildenden Teile reduziert und ein kostengünstiger Wärmetauscher vorgesehen werden.
Gemäß einem
dreizehnten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei
welchem die zweiten Fluidpfade (22, 23, 34)
aus flachen Rohren mit einer flachen Fläche gegenüber der Außenfläche der Rücklaufpfade (26) aufgebaut
sind.
Im
dreizehnten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher produziert, in
dem die erforderliche Querschnittsfläche der Strömungspfade gesichert ist, während gleichzeitig
die Länge
der Rücklaufpfade
in der Stapelrichtung (Z-Richtung) verringert ist.
Gemäß einem
vierzehnten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei
welchem ein Trennelement (39) in den zweiten Fluidpfaden
(32a bis 32g) angeordnet ist und U-förmige Strömungspfade
gebildet sind, in denen der Strom vor und nach dem Trennelement
(39) zurückgeführt wird.
Im
vierzehnten Aspekt der Erfindung kann die Dicke der U-förmigen Pfade
verringert werden, um einen kompakten Wärmetauscher mit einer verbesserten
Wärmetauschleistung
zu realisieren.
Gemäß einem
fünfzehnten
Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher
vorgesehen, bei welchem die zweiten Fluidpfade (34) als
U-förmige
flache Rohre gebildet sind, die in der Stapelrichtung (Z-Richtung)
der Rücklaufpfade
(26) in Verbindung stehen und offene Enden mehrerer, in
der gleichen Richtung (Z-Richtung) angeordneter, Uförmiger flacher
Rohre zwischen die Rücklaufpfade
(26) eingesetzt und weiter mit dem Umschlagelement (35)
verbunden sind.
Im
fünfzehnten
Aspekt der Erfindung ist die zweite Fluidpfadeinheit aus Komponententeilen
von vergleichsweise einfacher Form gebildet und deshalb ist ein Wärmetauscher
von hoher maschineller Bearbeitbarkeit und einfach zu montieren
vorgesehen.
Gemäß einem
sechzehnten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, bei
welchem die U-förmigen
flachen Rohre in zwei Reihen in der Richtung (X-Richtung) des Stroms des ersten Fluids
angeordnet sind und die Positionen, an denen die zwei Reihen der
U-förmigen
flachen Rohre mit dem Umschlagelement (351 verbunden sind,
in der Stapelrichtung (Z-Richtung) im Zickzack gesetzt sind.
Im
sechzehnten Aspekt der Erfindung können die Strömungspfade
der zweiten Fluidpfadeinheit verlängert werden und deshalb kann
die Wärmetauschleistung
verbessert werden.
Die
Bezugsziffern in den Klammern nach jeder oben beschriebenen Einrichtung
geben ein Beispiel einer Entsprechung zu einer speziellen Einrichtung
an, die in den später
beschriebenen Ausführungsbeispielen
enthalten ist.
Die
vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist
eine schematische Darstellung eines Aufbaus des Kühlkreises
mit einem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher
und einem Innenwärmetauscher
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Zustands, bevor der Wärmetauscher
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zusammengebaut ist.
3 ist
eine Perspektivansicht eines Aufbaus des Wärmetauschers gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Aufbaus eines Wärmetauschers
nach einem Zusammenbauen einer ersten Fluidpfadeinheit und einer
zweiten Fluidpfadeinheit, die in 2 dargestellt
sind.
5 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Aufbaus eines Wärmetauschers
mit in dem zweiten Fluidpfad angeordneten Rippen gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
6 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Zustands, bevor der Wärmetauscher
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
zusammengebaut ist.
7 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Aufbaus eines Wärmetauschers
nach einem Zusammenbau einer ersten Fluidpfadeinheit und einer zweiten
Fluidpfadeinheit, die in 6 dargestellt sind.
8 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Innenkonstruktion des
zweiten Fluidpfades des Wärmetauschers
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
9 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Zustands des Wärmetauschers
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
vor dem Zusammenbau.
10 ist
eine Perspektivansicht der Beziehung zwischen der Spaltgröße zwischen
den Rücklaufpfaden
der ersten Fluidpfadeinheit und der Höhe der speziellen Strömungspfade
des Wärmetauschers gemäß dem ersten,
dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel.
11 ist
eine Schnittansicht, die schematisch die Verbindung zwischen den
Strömungspfaden der
ersten und der zweiten Fluidpfadeinheit des Wärmetauschers gemäß dem ersten,
dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel
zeigt.
12 ist
eine schematische Schnittansicht entlang Linie A-A in 11.
13 ist
eine Perspektivansicht des Zustands vor einem Zusammenbau eines
Wärmetauschers
gemäß einer
Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels.
14 ist
eine Perspektivansicht einer ersten Modifikation der zweiten Fluidpfadeinheit
des Wärmetauschers
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
15 ist
eine Perspektivansicht einer zweiten Modifikation der zweiten Fluidpfadeinheit
des Wärmetauschers
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Der
Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird betrieben, um Wärme
zwischen zwei in einem ersten Fluidpfad bzw. einem zweiten Fluidpfad
strömenden
Fluiden auszutauschen, und wird zum Beispiel zum Wärmeaustausch
zwischen Wasser und einem Kältemittel
im Kühlkreis
benutzt. Mit dem Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird die durch eine Außeneinheit
freigegebene Wärme
in das Motorwasser abgegeben, sodass die Wassertemperatur erhöht wird,
um während
der Zeit, wenn die Wassertemperatur unmittelbar nach dem Starten
des Motors nicht ausreichend hoch ist, einerseits die Motoraufwärmgeschwindigkeit
und andererseits die Raumheizleistung zu verbessern. Weiter kann
der Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
als ein Innenwärmetauscher
zum Beispiel im Kühlkreis
verwendet werden. Bei der Anwendung als ein Innenwärmetauscher
wird Wärme
zwischen dem Kältemittel
stromab eines Außengaskühlers und
dem Kältemittel
stromab eines Verdampfapparats im Kühlkreis, der das CO2-Kältemittel
verwendet, ausgetauscht. So kann die Temperatur des Kältemittels
stromauf eines Expansionsventils reduziert werden, was in einer
erhöhten
Enthalpiedifferenz im Verdampfapparat resultiert.
Der
Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird nun erläutert. 1 ist
eine schematische Darstellung eines Aufbaus des Kühlkreises mit
einem Wasser/-Kältemittel-Wärmetauscher
und einem Innenwärmetauscher
gemäß diesem
Aus führungsbeispiel. 2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Aufbaus des Wärmetauschers
nach einem Zusammenbau einer ersten Fluidpfadeinheit 10 und
einer zweiten Fluidpfadeinheit 9. 3 ist eine
Perspektivansicht eines Aufbaus des Wärmetauschers gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. 4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Innenkonstruktion der
zweiten Fluidpfade des Wärmetauschers
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. 5 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Aufbaus mit in den in 4 dargestellten
zweiten Fluidpfaden angeordneten Rippen.
Als
nächstes
wird der Aufbau des in 1 dargestellten Kühlkreises
erläutert.
Dieser Kühlkreis benutzt
Kohlendioxid (CO2) als ein Kältemittel.
Ein durch einen Kompressor 1 auf etwa 15 MPa komprimiertes
Hochtemperatur-Hochdruck-Gaskältemittel wird
durch Freisetzen von Wärme
in das durch einen Warmwasserkreis W strömende Motorkühlwasser
in einem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 2 gekühlt. Das
Gaskältemittel
wird durch Strömen
durch einen Gaskühler 3 und
einen Innenwärmetauscher 4,
die einen Kühlkreis
R bilden, weiter gekühlt.
Der Gaskühler 3 funktioniert
als ein Kühler
des Kühlkreises
R.
Der
Innenwärmetauscher 4 dient
einem Wärmeaustausch
zwischen dem durch den Gaskühler 3 gekühlten Kältemittel
und dem Niedertemperaturkältemittel,
das Wärme
mit dem Verdampfapparat 6 ausgetauscht hat. Das CO2-Kältemittel
hat eine größere spezifische
Wärmekapazität bei konstantem
Druck als das herkömmliche
R134a-Kältemittel.
Daher wird die Trockenheit am Einlass des Verdampfapparats 6 größer, und
die Enthalpiedifferenz zwischen Einlass und Auslass des Verdampfapparats 6 wird
kleiner, wodurch die Luftkühlleistung
des Verdampfapparats 6 geringer wird.
In
Anbetracht dessen wird Wärme
durch den Innenwärmetauscher 4 zwischen
dem durch den Gaskühler 3 gekühlten Kältemittel
und dem Kältemittel,
das Wärme
im Verdampfapparat 6 ausgetauscht hat, ausgetauscht, um
dadurch die Enthalpiedifferenz zwischen Einlass und Auslass des
Verdampfapparats 6 für
eine verbesserte Kühlleistung
zu erhöhen.
Das Kältemittel,
das aus dem Innenwärmetauscher 4 geströmt ist,
wird im Dekompressor 5 im Druck auf etwa 5 MPa reduziert
und strömt
dann in den Verdampfapparat 6.
Der
Verdampfapparat 6 für
den Kühlkreis
R tauscht Wärme
mit der Luft aus, sodass das flüssige Kältemittel
verdampft, um zu einem Niedertemperatur-Gaskältemittel zu werden. Das Niedertemperatur-Gaskältemittel,
das aus dem Verdampfapparat 6 geströmt ist, strömt vorläufig in einen Speicher 7 und wird
in Gas und Flüssigkeit
getrennt. Nur das Gaskältemittel
empfängt
im Innenwärmetauscher 4 Wärme aus
dem aus dem Gaskühler 3 ausströmenden Hochtemperaturkältemittel
und wird zum Kompressor 1 geschickt.
Als
nächstes
enthält
der Warmwasserkreis W einen Heizkern 8, der einen Raumheiz-Wärmetauscher bildet, der Wärme zwischen
dem durch den nicht dargestellten Motor geheizten Motorkühlwasser und
der Luft in den Räumen
austauscht. Der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 2 ist
vor dem Heizkern 8 angeschlossen.
Der
Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 2 dient
dem Wärmeaustausch
zwischen dem vom Motor zugeführten
Motorkühlwasser
und dem im Kompressor 1 komprimierten Hochtemperatur-Hochdruck-Gaskältemittel.
Das Motorkühlwasser
kehrt nach dem Wärmeaustausch
im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 2 durch
den Heizkern 8 zum Motor zurück.
Als
nächstes
werden der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 2 und
der Innenwärmetauscher 4 erläutert. Die
Wärmetauscher 2, 4 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
sind jeweils aus einer ersten Fluidpfadeinheit 10, die
ein erstes Fluid darin strömen
lässt,
und einer zweiten Fluidpfadeinheit 9, die ein zweites Fluid
darin strömen
lässt,
aufgebaut. Diese Strömungspfade
sind in einer zueinander entgegengesetzten Beziehung zusammengebaut,
sodass die in diesen Einheiten strömenden Fluide Wärme miteinander
austauschen. Das erste und das zweite Fluid, die von verschiedenen
Arten sein können,
werden beispielhaft als ein Kältemittel
bzw. Wasser angenommen.
Die
erste Fluidpfadeinheit 10 enthält umgeschlagene Abschnitte 27, 28,
durch die das darin strömende
erste Fluid umkehrt und die Richtung ändert und die Rücklaufpfade 26 in
einander entgegengesetzter Beziehung bilden. Die umgeschlagenen Abschnitte 27, 28 sind
an zwei oder mehr Positionen ausgebildet. In der ersten Fluidpfadeinheit 10 sind
die Rücklaufpfade 26 durch
die Umschlagabschnitte 27, 28 fortlaufend gestapelt,
um dadurch einen Zickzack-Strömungspfad
zu bilden.
Die
erste Fluidpfadeinheit 10 enthält am oberen Teil in der Stapelrichtung
der Rücklaufpfade 26, d.h.
in der Z-Richtung in 2, einen Einströmkältemittelbehälter 24,
in den das erste Fluid strömt.
Die erste Fluidpfadeinheit 10 enthält einen Ausströmkältemittelbehälter 25 auf
der gleichen Seite wie den Einströmkältemittelbehälter 24 nach
vier in der Richtung, in der das erste Fluid aus dem Einströmkältemittelbehälter 24 strömt, d.h.
in der X-Richtung in 2 angeordneten umgeschlagenen
Abschnitten 28 und drei auf der gleichen Seite wie der
Einströmkältemittelbehälter 24 angeordneten
umgeschlagenen Abschnitten 27. Ein vorbestimmter Spalt
ist zwischen den benachbarten Rücklaufpfaden 26 ausgebildet,
die im Wesentlichen parallel entlang der X-Richtung in 2 angeordnet
sind.
Die
die erste Fluidpfadeinheit 10 bildenden Strömungspfade
sind flache Rohre mit einer Längsseite,
die sich in der Strömungsrichtung
des zweiten Fluids beim Wärmeaustausch
mit dem ersten Fluid, d.h. beim Strömen zwischen den Rücklaufpfaden 26, d.h.
in der Y-Richtung in 2, erstreckt. Die erste Fluidpfadeinheit 10 ist
durch Biegen des flachen Rohrs aus einem Schlangenlinienrohr aufgebaut. Dieses
flache Rohr kann alternativ ein flaches Rohr mit vielen Bohrungen
sein, das durch Extrusionsformen gebildet ist.
Jeder
umgeschlagene Abschnitt 27, 28 ist mit einer bogenförmigen Biegung
von wenigstens 180° mit
einem vorbestimmten Radius ausgebildet, um zu verhindern, dass die
Biegung einen übermäßig scharfen
Winkel hat. Der Durchmesser des den umgeschlagenen Abschnitt bildenden
Bogens ist bevorzugt eine Größe, die
das Material, die Dicke und den Außendurchmesser des Rohrs berücksichtigt.
Die
zweite Fluidpfadeinheit 9 ist aus einem Stapel von Rohren
aufgebaut, was als Napfziehtyp bezeichnet wird. Die zweite Fluidpfadeinheit 9 hat
einen U-förmigen
Pfad, in dem das zweite Fluid in der Richtung (Y-Richtung in 2)
im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Fluids (X-Richtung)
strömt
und nach dem Umkehren an einem Ende 13 in der Richtung
entgegen der Y-Richtung strömt.
Der Einlass 19 und der Auslass 20 des U-förmigen Strömungspfades
sind am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 angeordnet.
Die zweite Fluidpfadeinheit 9 ist aus den zweiten Fluidpfaden mit
diesem Aufbau in mehreren Lagen in der Z-Richtung in 2 aufgebaut.
Der zweite Fluidpfad 23a und der zweite Fluidpfad 23b nebeneinander
in der gleichen Z-Richtung stehen miteinander durch eine Verbindungseinheit 14 auf
der Seite des Einlasses 19 und des Auslasses 20 in
Verbindung.
Der
Einlass 11 und der Auslass 21 der zweiten Fluidpfadeinheit 9 sind
am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 angeordnet.
Die zweiten Fluidpfade 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f und 23g sind in
einer solchen Weise gestapelt, dass ihr Inneres miteinander durch
die auf der Seite des Einlasses 11 und des Auslasses 21 angeordneten
Verbindungseinheiten 14, 15, 16, 17, 18, 19 in
Verbindung steht. Die Verbindungseinheiten 14 bis 19,
der Einlass 11 und der Auslass 21 sind am anderen
Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 angeordnet.
Die
zweiten Fluidpfade 23a bis 23g werden wie Cantilever
am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 getragen.
Das Innere aller zweiten Fluidpfade 23a bis 23g steht
durch die Verbindungseinheiten 14 bis 19 am anderen
Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 in Verbindung, und
die in der X-Richtung nebeneinander liegenden Verbindungseinheiten sind
integral miteinander verbunden. Auf der nicht unterstützten Seite
der zweiten Fluidpfade 23a bis 23g, d.h. am einen
Ende 13 der zweiten Fluidpfadeinheit 9, sind Spalte
zwischen den benachbarten zweiten Fluidpfaden 23a bis 23g in
einer ausreichenden Größe ausgebildet,
dass die Strömungspfade
der ersten Fluidpfadeinheit 10 beim Zusammenbauen der ersten
Fluidpfadeinheit 10 und der zweiten Fluidpfadeinheit 9 darin
eingesetzt werden können.
Diese Spalte sind bis zu den am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 angeordneten
Verbindungseinheiten 14 bis 19 im Wesentlichen
gleichmäßig ausgebildet.
Die
in mehreren Lagen gestapelten zweiten Fluidpfade 22, 23 bilden
jeweils einen Uförmigen Pfad
mit wenigstens einem U-Wendepunkt in der Ebene im Wesentlichen senkrecht
zur Z-Richtung. Mit anderen Worten sind, da der Einlass 19 und
der Auslass 20 des zweiten Fluids auf der gleichen Seite angeordnet
sind, die umgeschlagenen Abschnitte des U-förmigen Strömungspfades, die eine U-Kehre bilden,
an einer ungeraden Anzahl von Punkten, z.B. ein oder drei Punkten,
in jedem der zweiten Fluidpfade 22, 23 angeordnet.
In
der zweiten Fluidpfadeinheit 9 sind die zweiten Fluidpfade 23a bis 23g und
die Verbindungseinheiten 14 bis 19 durch Stapeln
von Plattenelementen einer vorbestimmten Form aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung geformt und gefertigt. Die zweiten Fluidpfade 23a bis 23g sind
durch Stapeln der Plattenelemente so gefertigt, dass sie einen vorbestimmten
U-förmigen
Pfad bilden.
Die
zweiten Fluidpfade sind, wie in 4 dargestellt,
so ausgebildet, dass ein stromaufwärtiges Pfadelement und ein
stromabwärtiges
Pfadelement, die aus Plattenelementen gebildet sind, aufeinandergelegt
und verlötet
sind, um einen vorbestimmten Strömungspfad
dazwischen zu bilden, und integral miteinander durch Löten verbunden.
Die Innenkonstruktion des Strömungspfades
wird anhand des zweiten Fluidpfades 23b als ein Beispiel
erläutert. Das
stromaufwärtige
Pfadelement 14b hat ein im Wesentlichen zentrales Trennelement 14d,
das sich in der Richtung (Y-Richtung) im Wesentlichen senkrecht
zur Strömungsrichtung
des ersten Fluids (X-Richtung)
erstreckt. In einem Bereich, der etwa eine Hälfte eines Endes des stromaufwärtigen Pfadelements 14b darstellt,
ist ein Verbindungsloch 14c ausgebildet, das die Verbindungseinheit 14 bildet,
in welche das zweite Fluid aus dem zweiten Fluidpfad 23a strömt. In dem
Bereich, der etwa eine Hälfte
eines Endes des stromabwärtigen
Pfadelements 15a darstellt, ist andererseits ein Verbindungsloch 15c ausgebildet,
das die Verbindungseinheit 15 bildet, in die das zweite
Fluid strömt,
und das einen U-förmigen
Strom aus dem Verbindungsloch 14c bildet.
Auch
ist wenigstens eine der Innen- und der Außenseite des stromaufwärtigen Pfadelements 14b und
des stromabwärtigen
Pfadelements 15a geriffelt, wodurch sie zu einem vergrößerten Wärmeübertragungsbereich
beiträgt.
Insbesondere in dem Fall, wenn die Außenseite geriffelt ist, entspricht
das obere Ende einer Welle einer Verbindung zwischen dem zweiten
Fluidpfad und dem zweiten Fluidpfad. Das stromaufwärtige Pfadelement 14b und
das stromabwärtige
Pfadelement 15a sind aufeinandergelegt und verbunden. Auf
diese Weise kommt eine Trenneinheit 14d mit der Rückseite
des stromabwärtigen
Pfadelements 15a in Kontakt, um dadurch einen U-förmigen Strömungspfad
im zweiten Fluidpfad 23b zu bilden.
Weiter
können,
wie in 5 dargestellt, zwei Rippen 55 zwischen
das stromaufwärtige
Pfadelement 14b und das stromabwärtige Pfadelement 15a mit
der Trenneinheit 14d dazwischen zwischengesetzt werden,
um dadurch einen zweiten Fluidpfad 23b zu bilden. Die zweite
Fluidpfadeinheit 9 ist durch Stapeln und Verbinden mehrerer
zweiter Fluidpfade in der Z-Richtung durch die Verbindungseinheiten 14, 15, 16, 17, 18, 19 gebildet.
Der
Abstand zwischen den Rücklaufpfaden 26 ist
größer als
die Höhe
der zweiten Fluidpfade 22, 23 in der Z-Richtung.
Dieser Größenunterschied
erleichtert die Arbeit des Einsetzens jedes der zweiten Fluidpfade
zwischen die entsprechenden Rücklaufpfade 26 beim
Zusammenbauen der ersten Fluidpfadeinheit 10 und der zweiten
Fluidpfadeinheit 9. Die erste Fluidpfadeinheit 10 und
die zweite Fluidpfadeinheit 9 mit dieser Konstruktion werden,
wie in 3 dargestellt, in einer solchen Weise zusammen gebaut,
dass die zweiten Fluidpfade 22, 23a bis 23g in
entgegengesetzter Beziehung zu den Rücklaufpfaden 26 in
jedem Spalt zwischen den Rücklaufpfaden 26 angeordnet
sind. Auf diese Weise sind die erste Fluidpfadeinheit 10 und
die zweite Fluidpfadeinheit 9 integral als ein kastenartiger
Gegenstand gebildet, der einen Wärmetauscher
bildet. Diese Rücklaufpfade 26 und
zweiten Fluidpfade 22, 23a bis 23g werden nach
dem Bilden der Verbindungsstelle zwischen ihnen miteinander durch
Löten verbunden,
indem eine externe Kraft mittels einer Lehre oder dergleichen von
beiden vertikalen Seiten des Wärmetauschers ausgeübt wird.
Als
nächstes
wird nun die Strömung
des zweiten Fluids in der zweiten Fluidpfadeinheit 9 erläutert. Das
Motorkühlwasser
als ein Beispiel des zweiten Fluids strömt mittels des Einlasses 11 und durch
den Einlass 12 des zweiten Fluidpfades 22 ein, strömt in der
Y-Richtung und erreicht nach einer U-Kehre am umgeschlagenen Abschnitt 13 in
einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung den Auslass
des benachbarten zweiten Fluidpfades 23a. Das Motorkühlwasser
bewegt sich vom Auslass durch die Verbindungseinheit 14 in
der Z-Richtung und strömt
in den zweiten Fluidpfad 23b. Ferner erreicht das in der
Y-Richtung durch den zweiten Fluidpfad 23b strömende Motorkühlwasser
nach einer U-Kehre in der Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung
den Auslass des benachbarten zweiten Fluidpfades 22. Bei
diesem Vorgang strömt
das eine U-Kehre machende Motorkühl wasser
in der entgegengesetzten Richtung zu dem eine U-Kehre machenden
Strom im zweiten Fluidpfad 23a aus dem zweiten Fluidpfad 22.
Danach bewegt sich das Motorkühlwasser
in der Z-Richtung aus dem Auslass durch die Verbindungseinheit 15 und
strömt
in den zweiten Fluidpfad 22. Weiter läuft das Motorkühlwasser
in der Y-Richtung und erreicht nach einer U-Kehre in der Ebene im
Wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung den Auslass des benachbarten
zweiten Fluidpfades 23c. Bei diesem Vorgang macht das Motorkühlwasser
eine U-Kehre in der gleichen Richtung des Stroms wie bei einer U-Kehre
im zweiten Strömungspfad 23a aus
dem zweiten Fluidpfad 22.
Danach
strömt
das Motorkühlwasser
nacheinander durch Verändern
der Richtung einer U-Kehre, bis es aus dem Auslass 21 ausströmt. Insbesondere bildet
das Motorkühlwasser
nacheinander einen durch die Verbindungseinheit 16, den
zweiten Fluidpfad 23d, den zweiten Fluidpfad 22,
die Verbindungseinheit 17, den zweiten Fluidpfad 22,
den zweiten Fluidpfad 23e, die Verbindungseinheit 18,
den zweiten Fluidpfad 23f, den zweiten Fluidpfad 22,
die Verbindungseinheit 19, den zweiten Fluidpfad 22,
den zweiten Fluidpfad 23g und den Auslass 20 in
dieser Reihenfolge strömenden
Strom. Während
dieses Strömungsverlaufs
tauscht das Motorkühlwasser Wärme mit
dem in den Rücklaufpfaden 26 der
ersten Fluidpfadeinheit 10 strömenden Kältemittel aus.
Wie
oben beschrieben, enthält
der Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
die erste Fluidpfadeinheit 10 mit wenigstens zwei Rücklaufpfaden 26 in
entgegengesetzter Beziehung zueinander, in denen das erste Fluid
in entgegengesetzten Richtungen durch die umgeschlagenen Abschnitte 27, 28 strömt, und
die durch fortlaufendes Stapeln der Rücklaufpfade 26 ausgebildet
ist, sowie die zweite Fluidpfadeinheit 9, in welcher die
zweiten Fluidpfade 22, 23 mit dem darin strömenden zweiten Fluid
durch die Verbindungseinheiten 14 bis 19 in der gleichen
Richtung wie die Stapelrichtung (Z-Richtung) der Rücklaufpfade 26 gestapelt
sind und die zweiten Fluidpfade 22, 23 jeweils
zwischen den Rücklaufpfaden 26 angeordnet
sind. Die zweiten Fluidpfade 22, 23 haben einen
U-förmigen
Strömungspfad,
der den Strom des an einem Ende 13 der zweiten Fluidpfadeinheit 9 in
der Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung umkehrenden zweiten
Fluids bildet. Weiter stehen die Verbindungseinheiten 14 bis 19 mit
den U-förmigen
Strömungspfaden 34 in Verbindung
und sind am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 angeordnet.
Bei
dieser Konstruktion stehen die Verbindungseinheiten 14 bis 19 zum
Einrichten einer Verbindung zwischen den gestapelten zweiten Fluidpfaden
mit den U-förmigen
Strömungspfaden 34 in
Verbindung, wobei sie am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 angeordnet
sind. So können
effizient herzustellende Wärmetauscher 2, 4 erhalten
werden, bei denen durch Bewegen der ersten Fluidpfadeinheit 10 vom
einen Ende 13 zum anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 9 und
ihre Montage an der zweiten Fluidpfadeinheit 9 die zwei
Fluidpfadeinheiten integral zusammengebaut werden können. Ebenso
kann man kompakte Wärmetauscher 2, 4 erhalten,
die effizient von geringerer Höhe
in Z-Richtung und von hoher Wärmetauschleistung
herzustellen sind, bei denen die zwischen den Rücklaufpfaden 26 angeordneten
zweiten Fluidpfade jeweils aus einem U-förmigem Strömungspfad gebildet sind, der
eine U-Kehre in der Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung
macht.
Auch
sind die die erste Fluidpfadeinheit 10 bildende Strömungspfade
aus einem flachen Rohr mit Längsseiten,
die sich in der Strömungsrichtung des
zweiten Fluids (Y-Richtung) zwischen den Rücklaufpfaden 26 erstrecken,
gebildet. Solange diese Konstruktion verwendet wird, kann der Wärmeübergangsbereich
der ersten und zweiten Fluidpfade für eine verbesserte Wärmetauschleistung
vergrößert werden.
Auch kann, da der Querschnitt der zweiten Fluidpfade 22, 23 ohne
Vergrößern der
Größe der Rücklaufpfade 26 in
der Stapelrichtung (Z-Richtung) vergrößert werden kann, der Druckverlust
in den zweiten Fluidpfaden verringert werden.
Das
flache Rohr kann auch ein flaches Rohr mit vielen Bohrungen sein,
das durch Extrusionsformen gebildet ist, in welchem Fall die Druckfestigkeit und
die Wärmeübertragungsleistung
des Wärmetauschers
verbessert sind.
Auch
im Fall dieser Konstruktion wird beim Verlöten der Rücklaufpfade 26 und
der zweiten Fluidpfade 22, 23 miteinander der
Wärmewiderstand
zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid für eine verbesserte Wärmetauschleistung
reduziert.
Die
zweite Fluidpfadeinheit 9 ist durch Stapeln von Plattenelementen
gebildet. Falls diese Konstruktion verwendet wird, können die
zweiten Fluidpfade 22, 23 aus Segmenten der gleichen
Form gebildet werden, und deshalb können die Kosten vermindert
werden, während
gleichzeitig der Querschnitt in den Strömungspfaden im Vergleich zur
Größe der zweiten
Fluidpfadeinheit 9 vergrößert wird. Auch können die
Außenmaße der Strömungspfade verringert
werden, und deshalb kann die Gesamtgröße der zweiten Fluidpfadeinheit 9 reduziert
werden.
Falls
Rippen 55 in den die zweite Fluidpfadeinheit 9 bildenden
zweiten Fluidpfaden 22, 23 angeordnet sind, wird
der Wärmeübergangsbereich
vergrößert und
die Wärmetauschleistung
verbessert.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als
ein zweites Ausführungsbeispiel
wird unter Bezug auf 6 bis 8 ein Wärmetauscher 30 mit
einer anderen Form der zweiten Fluidpfadeinheit im Aufbau des Wärmetauschers
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
erläutert. 6 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Aufbaus des Wärmetauschers 30 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. 7 ist
eine Perspektivansicht des Aufbaus des Wärmetauschers nach einem Zusammenbau
der ersten Fluidpfadeinheit 10 und der zweiten Fluidpfadeinheit 29. 8 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Innenkonstruktion der
zweiten Fluidpfade in dem Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel.
Dieser
Wärmetauscher 30 wird
wie der Wärmetauscher
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel als
der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 2 und
der Innenwärmetauscher 4,
die in 1 dargestellt sind, benutzt. Der Wärmetauscher 30 ist
aus der ersten Fluidpfadeinheit 10, in welcher das erste
Fluid strömt, und
der zweiten Fluidpfadeinheit 29, in welcher das zweite
Fluid strömt,
aufgebaut. Diese Einheiten werden mit ihren Strömungspfaden in einer entgegengesetzten
Beziehung zueinander zusammengebaut, um Wärme zwischen den in den zwei
Einheiten strömenden
Fluiden auszutauschen. Das erste und das zweite Fluid sind wie im
ersten Ausführungsbeispiel ein
Kältemittel
bzw. Wasser.
Die
erste Fluidpfadeinheit 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
ist identisch zur ersten Fluidpfadeinheit 10 des Wärmetauschers
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Die
zweite Fluidpfadeinheit 29 ist aus dem gestapelten Rohr
des Napfziehtyps aufgebaut. Die zweite Fluidpfadeinheit 29 enthält zweite
Fluidpfade 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f, 32g,
die in mehreren Lagen in der Z-Richtung in 6 gestapelt
sind. In den zweiten Fluidpfaden sind U-förmige Strömungspfade gebildet, in denen
die zweiten Fluide 32a bis 32g aus einer Richtung
im Wesentlichen senkrecht zur Richtung (Y-Richtung) des ersten Fluids
strömen und
nach einem Ändern
der Richtung an einem Ende 32 der zweiten Fluidpfadeinheit 29 und
einem Umkehren durch Bewegen in der Stapelrichtung (Z-Richtung)
in der Richtung entgegengesetzt zur Y-Richtung strömen. Mit
anderen Worten ist dieser U-förmige
Strömungspfad
so, dass das zweite Fluid eine U-Kehre am einen Ende 32 in
den zweiten Fluidpfaden 32a bis 32g macht und
in entgegengesetzter Richtung durch zwei im Wesentlichen vertikale
Räume strömt.
Die
zweite Fluidpfadeinheit 9 hat ihren Einlass 11 und
Auslass 20 am anderen Ende 31 der zweiten Fluidpfadeinheit 9 angeordnet.
Die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g sind in einer
solchen Weise angeordnet, dass sie durch die auf der Seite der zweiten
Fluidpfadeinheit 9 angeordneten Verbindungseinheiten 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g am Einlass 11 und
Auslass 21 eine Verbindung miteinander einrichten.
Auch
sind die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g auf der
Seite, wo der Einlass 11 und der Auslass 21 angeordnet
sind, d.h. am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 29,
wie ein Cantilever gehalten. Die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g stehen
durch die Verbindungseinheiten 31a bis 31g am
anderen Ende 31 der zweiten Fluidpfadeinheit 29 jeweils
innen miteinander in Verbindung, während gleichzeitig die in der X-Richtung
benachbarten Verbindungseinheiten integral miteinander verbunden
sind.
Auf
der Seite der zweiten Fluidpfadeinheit 29, wo die zweiten
Fluidpfade 32a bis 32g nicht gestützt sind,
d.h. am einen Ende 31 der zweiten Fluidpfadeinheit 29,
sind Spalte, in die die Strömungspfade
der ersten Fluidpfadeinheit 10 beim Zusammenbau der ersten
Fluidpfadeinheit 10 und der zweiten Fluidpfadeinheit 29 eingesetzt werden
können,
zwischen den entsprechenden zweiten Fluidpfaden 32a bis 32g ausgebildet.
Diese Spalte sind bis zu den am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 29 angeordneten
Verbindungseinheiten 31a bis 31g im Wesentlichen
gleichförmig
ausgebildet.
Die
zweite Fluidpfadeinheit 29 ist durch Stapeln von Plattenelementen
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung einer vorbestimmten
Form gebildet. Jeder der zweiten Fluidpfade ist durch Aufeinanderlegen
der Plattenelemente mit einem Uförmigen Strömungspfad,
wie oben beschrieben, ausgebildet.
Die
zweiten Fluidpfade sind, wie in 8 dargestellt,
durch Schichten und Verlöten
eines stromaufwärtigen
Pfadelements und eines stromabwärtigen
Pfadelements, die aus Plattenelementen gebildet sind, durch eine
Trennplatte zum Bilden eines vorbestimmten U-förmigen Strömungspfades zwischen dem stromaufwärtigen Pfadelement
und dem stromabwärtigen
Pfadelement integral konstruiert. Die Innenkonstruktion der Strömungspfade
wird anhand der zweiten Fluidpfade 33 als ein Beispiel
erläutert.
Ein Verbindungsloch 33c, in welches das zweite Fluid aus
dem Einlass 11 der zweiten Fluidpfadeinheit 29 strömt, ist
an einem Ende des stromaufwärtigen
Pfadelements 33a ausgebildet. Auch ist ein Verbindungsloch 33d,
in welches das zweite Fluid als ein U-förmiger Strom aus dem Verbindungsloch 33c strömt, an einem
Ende des stromabwärtigen
Pfadelements 33b ausgebildet.
Eine
einen U-förmigen
Strömungspfad
bildende Trennplatte 39 ist in den zweiten Fluidpfaden 32a bis 32g angeordnet.
Die Trennplatte 39 enthält ein
Verbindungsloch 39a, das einen Pfad für eine U-Kehre am anderen Ende
entfernt vom Verbindungsloch 33c im stromaufwärtigen Pfadelement 33a vorsieht.
Wenigstens eine der Innen- und
der Außenseite
des stromaufwärtigen
Pfadelements 33a und des stromabwärtigen Pfadelements 33b ist
geriffelt, wodurch sie zu einer vergrößerten Wärmeübertragungsfläche beiträgt. Insbesondere
wenn die Außenseite
geriffelt ist, entspricht das obere Ende einer Welle der Verbindungsstelle
zwischen den ersten Fluidpfaden und den zweiten Fluidpfaden. Das stromaufwärtige Pfadelement 33a und
das stromabwärtige
Pfadelement 33b sind aufeinandergelegt und verbunden, sodass
die Trennplatte 39 zwischen ihnen befestigt ist und U-förmige Strömungspfade
in den zweiten Fluidpfaden 33 gebildet sind. Weiter kann
eine Rippe 41 zwischen die Trennplatte 39 und das
stromaufwärtige
Pfadelement 33 und eine Rippe 40 zwischen die
Trennplatte 39 und das stromabwärtige Pfadelement 33b gesetzt
werden, um dadurch die zweiten Fluidpfade 33 zu bilden.
In der zweiten Fluidpfadeinheit 29 sind mehrere der auf
diese Weise gebildeten zweiten Fluidpfade miteinander durch die Verbindungseinheiten 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g verbunden
und in der Z-Richtung gestapelt.
Der
Abstand zwischen den Rücklaufpfaden 26 ist
größer als
die Höhe
der zweiten Fluidpfade 32a bis 32g in der Z-Richtung.
Dieser Unterschied macht es möglich,
die Arbeit des Einsetzens jedes zweiten Fluidpfades in den entsprechenden
Spalt zwischen den Rücklaufpfaden 26 beim
Zusammenbauen der ersten Fluidpfadeinheit 10 und der zweiten
Fluidpfadeinheit 29 einfach auszuführen.
Die
erste Fluidpfadeinheit 10 und die zweite Fluidpfadeinheit 29 mit
dieser Konstruktion werden, wie in 7 dargestellt,
in einer solchen Weise zusammengebaut, dass die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g in
entgegengesetzter Beziehung zu den Rücklaufpfaden 26 in
den Spalt zwischen den Rücklaufpfaden 26 angeordnet
sind. Auf diese Weise sind die erste Fluidpfadeinheit und die zweite
Fluidpfadeinheit 29 integral als ein einziger kastenartiger
Körper
ausgebildet, um einen Wärmetauscher
zu bilden. Die Rücklaufpfade 26 und
die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g sind miteinander
durch Löten
nach dem Ausbilden ihrer Verbindungsstellen verbunden, indem eine externe
Kraft von zwei vertikalen Seiten des Wärmetauschers mittels einer
Lehre oder dergleichen aufgebracht wird.
Als
nächstes
wird der Strom des zweiten Fluids in der zweiten Fluidpfadeinheit 29 erläutert. Das Motorkühlwasser
als ein Beispiel des zweiten Fluids strömt mittels des Einlasses 11 ein
und bewegt sich nach einem Fortschreiten in der Y-Richtung durch den
zweiten Fluidpfad 32a und einer Richtungsänderung
am umgeschlagenen Abschnitt 32 in der Z-Richtung und kehrt
zurück,
nachdem es in der Richtung entgegen der Y-Richtung strömt und die
Verbindungseinheit 31a für den benachbarten zweiten
Fluidpfad 32b in der Z-Richtung erreicht. Das Motorkühlwasser
bewegt sich in der Z-Richtung durch die Verbindungseinheit 31a und
strömt
in den zweiten Fluidpfad 32b. Weiter bewegt sich das Motorkühlwasser, das
in der Y-Richtung durch den zweiten Fluidpfad 32b fortschreitet,
und die Richtung am umgeschlagenen Abschnitt 32 ändert, in
der Z-Richtung und kehrt zurück,
nachdem es in der Richtung entgegen der Y-Richtung strömt und die
Verbindungseinheit 31b für den benachbarten zweiten
Fluidpfad 32c in der Z-Richtung erreicht. Danach strömt das Motorkühlwasser
eine U-Kehre wiederholend, bevor es aus dem Auslass 31 ausströmt, in der
Z-Richtung. Insbesondere strömt
das Motorkühlwasser
nacheinander durch die Verbindungseinheit 31b, den zweiten
Fluidpfad 32c, den umgeschlagenen Abschnitt 32,
die Verbindungseinheit 31c, den zweiten Fluidpfad 32d, den
umgeschlagenen Abschnitt 32, die Verbindungseinheit 31d,
den zweiten Fluidpfad 32e, den umgeschlagenen Abschnitt 32,
die Verbindungseinheit 31e, den zweiten Fluidpfad 32f,
den umgeschlagenen Abschnitt 32, die Verbindungseinheit 31f,
den zweiten Fluidpfad 32g, die Verbindungseinheit 31g und
den Auslass 21 in dieser Reihenfolge. Während dieses Stroms tauscht
das Motorkühlwasser
Wärme mit
dem durch die Rücklaufpfade 26 der
ersten Fluidpfadeinheit 10 strömenden Kältemittel aus.
Wie
oben beschrieben, enthält
der Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
eine erste Fluidpfadeinheit 10 mit wenigstens zwei Rücklaufpfaden 26 in
einer entgegengesetzten Beziehung zueinander, in welcher das erste
Fluid in entgegengesetzten Richtungen durch die umgeschlagenen Abschnitte 27, 28 strömt und in
welcher die Rücklaufpfade 26 durch
die umgeschlagenen Abschnitte 27, 28 fortlaufend
gestapelt sind, sowie eine zweite Fluidpfadeinheit 29,
in welcher die zweiten Strömungspfade 32a bis 32g mit
dem darin strömenden
zweiten Fluid durch die Verbindungseinheiten 31a bis 31g in der
Stapelrichtung (Z-Richtung) der Rücklaufpfade 26 gestapelt
sind und in welcher die gestapelten zweiten Fluidpfade 32a bis 32g jeweils
zwischen den entsprechenden Rücklaufpfaden 26 angeordnet
sind. Die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g haben
darin jeweils einen U-förmigen
Strömungspfad,
in dem das zweite Fluid aus der Richtung (Y-Richtung) im Wesentlichen
senkrecht zur Strömungsrichtung
des ersten Fluids (X-Richtung) strömt und nach einer Richtungsänderung
an einem Ende 32 der zweiten Fluidpfadeinheit 29,
einem Bewegen in der Stapelrichtung (Z-Richtung) und einem Rückkehren
in der Richtung entgegen der Richtung (Y-Richtung) im Wesentlichen senkrecht
dazu strömt.
Weiter sind die mit dem U-förmigen
Pfad verbundenen Verbindungseinheiten 31a bis 31g am
anderen Ende 31 der zweiten Fluidpfadeinheit 29 angeordnet.
Mit
dieser Konstruktion stehen die Verbindungseinheiten 14 bis 19 zum
Einrichten einer Verbindung zwischen den gestapelten Fluidpfaden 32a bis 32g mit
den Uförmigen
Strömungspfaden
in Verbindung und sind am anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 29 angeordnet.
Deshalb können
durch Bewegen der ersten Fluidpfadeinheit 10 von einem Ende
zum anderen Ende der zweiten Fluidpfadeinheit 29 und ihr
Montieren an der zweiten Fluidpfadeinheit 29 die zwei Fluidpfadeinheiten
integral zusammengebaut werden, wodurch es möglich gemacht wird, einen Wärmetauscher 30 einfach
herzustellen. Auch ist der U-förmige
Pfad ausgebildet, in dem das zweite Fluid den Strom entgegen der
Stapelrichtung (Z-Richtung) bildet, und deshalb kann ein kompakter
Wärmetauscher 30 von
niedriger Höhe entlang
der Strömungsrichtung
des ersten Fluids und von hohem Wärmetauschvermögen und
hoher Produktivität
hergestellt werden.
Auch
in dem Fall, wenn die Rücklaufpfade 26 und
die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g durch Löten miteinander
verbunden sind, kann der Wärmewiderstand
zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid für eine verbesserte Wärmetauschleistung
reduziert werden.
Die
zweite Fluidpfadeinheit 29 ist durch Stapeln von Plattenelementen
ausgebildet. Falls diese Konstruktion verwendet wird, können die
zweiten Fluidpfade 32a bis 32g unter Verwendung
der Segmente der gleichen Form gebildet werden. Deshalb werden die
Kosten reduziert und der Querschnitt des Strömungspfades kann im Vergleich
zur Größe der zweiten
Fluidpfadeinheit 29 reduziert werden. Auch kann, da die
Außenmaße des Strömungspfades
verringert werden können,
die zweite Fluidpfadeinheit 29 insgesamt in der Größe reduziert
werden.
Auch
haben die zweiten Fluidpfade 32a bis 32g eine
innere Trennplatte 39 darin, und ein U-förmiger Pfad
ist gebildet, um den Strom vor und nach der Trennplatte 39 umzukehren.
Falls diese Konstruktion eingesetzt wird, kann die Dicke des Uförmigen Strömungspfades
verringert werden, wodurch es möglich
gemacht wird, die Größe zu verringern
und die Wärmetauschleistung
des Wärmetauschers 30 zu
verbessern.
Falls
die Rippen 40, 41 in den die zweite Fluidpfadeinheit 29 bildenden
zweiten Fluidpfaden 32a bis 32g angeordnet sind,
ist der Wärmeübergangsbereich
vergrößert und
die Wärmetauschleistung verbessert.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein
Wärmetauscher
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
mit einer anderen Form der zweiten Fluidpfadeinheit in der Konstruktion
der Wärmetauscher
gemäß dem ersten
und dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend unter Bezug auf 9 erläutert. 9 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Wärmetauschers gemäß diesem Ausführungsbeispiel
im Zustand vor dem Zusammenbau.
Der
Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird wie die Wärmetauscher
gemäß dem ersten
und dem zweiten Ausführungsbeispiel als
Wasser/-Kältemittel-Wärmetauscher 2 und
als Innenwärmetauscher 4,
die in 1 dargestellt sind, verwendet. Dieser Wärmetauscher
ist aus einer ersten Fluidpfadeinheit 10, in welcher das
erste Fluid strömt,
und einer zweiten Fluidpfadeinheit, in welcher das zweite Fluid
strömt,
aufgebaut und mit den Strömungspfaden
der zwei Einheiten in entgegengesetzter Beziehung zueinander zusammengebaut,
um Wärme
zwischen den in den zwei Einheiten strömenden Fluiden auszutauschen.
Das erste und das zweite Fluid werden wie im ersten und zweiten
Ausführungsbeispiel
beispielhaft als ein Kältemittel
bzw. Wasser angenommen.
Die
erste Fluidpfadeinheit 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
ist identisch zur ersten Fluidpfadeinheit 10 der Wärmetauscher
gemäß dem ersten
und dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die
zweite Fluidpfadeinheit gemäß diesem Ausführungsbeispiel
ist aus mehreren Uförmigen Strömungspfaden 34,
die die zweiten Fluidpfade bilden, und einem umgeschlagenen Element 35,
das mit den U-förmigen
Strömungspfaden 34 verbunden ist,
aufgebaut. In den U-förmigen
Strömungspfaden 34 strömt das zweite
Fluid von den Einlässen 34a, 34c, 34e, 34g in
der Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Fluids (X-Richtung)
ein und kehrt durch Strömen
in der entgegengesetzten Richtung zurück, nachdem es eine U-Kehre
macht, und strömt
aus den Auslässen 34b, 34d, 34f, 34h aus.
Der zweite Fluidpfad ist aus wenigstens einem U-förmigen Pfad 34 aufgebaut,
der in der Stapelrichtung (Z-Richtung
in 9) der Rücklaufpfade 26 angeordnet
ist. Ein Spalt, in dem die Strömungspfade
der ersten Fluidpfadeinheit 10 eingesetzt werden können, ist
zwischen den entgegengesetzten U-förmigen Strömungspfaden 34 ausgebildet.
Das
umgeschlagene Element 35 enthält zweimal so viele Verbindungsöffnungen
wie die U-förmigen
Strömungspfade 34 an
seiner Seitenfläche
und bildet ein kastenartiges Element, das als ein Behälter mit
einem zweiten Fluideinlass 36 als ein Eintritt des zweiten
Fluids und einem zweiten Fluidauslass 37 als ein Ausgang
des zweiten Fluids funktioniert. Die an der Seitenfläche des
umgeschlagenen Elements 35 ausgebildeten Verbindungsöffnungen
enthalten von unten nach oben eine Verbindungsöffnung 35a, eine Verbindungsöffnung 35b, eine
Verbindungsöffnung 35c,
eine Verbindungsöffnung 35d,
eine Verbindungsöffnung 35e,
eine Verbindungsöffnung 35f,
eine Verbindungsöffnung 35g und eine
Verbindungsöffnung 35h in
dieser Reihenfolge. Eine Trennplatte ist zwischen der Verbindungsöffnung 35a und
der Verbindungsöffnung 35b,
zwischen der Verbindungsöffnung 35c und
der Verbindungsöffnung 35d,
zwischen der Verbindungsöffnung 35e und der
Verbindungsöffnung 35f,
und zwischen der Verbindungsöffnung 35g und
der Verbindungsöffnung 35h angeordnet.
Keine Trennplatte ist angeordnet und eine Verbindung ist eingerichtet
durch das Innere des kastenartigen Körpers des umgeschlagenen Elements 35 zwischen
der Verbindungsöffnung 35b und der
Verbindungsöffnung 35c,
zwischen der Verbindungsöffnung 35d und
der Verbindungsöffnung 35e, und
zwischen der Verbindungsöffnung 35f und
der Verbindungsöffnung 35g.
Das umgeschlagene Element 35 ist durch Kombinieren und
Verlöten
von Plattenelementen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
ausgebildet.
Die
Größe zwischen
den Rücklaufpfaden 26 ist
größer als
die Höhe
des U-förmigen
Strömungspfades 34 in
der Z-Richtung. Dieser Größenunterschied
macht es möglich,
die Arbeit des Einsetzens jedes U-förmigen Strömungspfades 34 zwischen
die entsprechenden Rücklaufpfade 26 beim
Zusammenbauen der ersten Fluidpfadeinheit 10, der U-förmigen Strömungspfade 34 und
des umgeschlagenen Elements 35 einfach auszuführen.
Ein
Beispiel eines Zusammenbaus der ersten Fluidpfadeinheit 10,
der U-förmigen
Strömungspfade 34 und
der umgeschlagenen Elemente wird nun beschrieben. Der Auslass 34h des
obersten U-förmigen
Strömungspfades 34 wird über den obersten
Rücklaufpfad 26 geführt, und
der Auslass 34g wird in der Y-Richtung zwischen den obersten Rücklaufpfaden 26 eingesetzt
und in Y-Richtung vorgeschoben, bis er die Verbindungsöffnung des
umgeschlagenen Elements 35 erreicht. Der Auslass 34h wird
mit der Verbindungsöffnung 35h verbunden,
und der Einlass 34g mit der Verbindungsöffnung 35g. Der Vorgang
ist ähnlich
für die
anderen U-förmigen
Strömungspfade 34.
Insbesondere wird der zweitoberste U-förmige Strömungspfad 34 zwischen
die Rücklaufpfade 26 eingesetzt,
und der Auslass 34f wird mit der Verbindungsöffnung 35f verbunden,
während
der Einlass 34e mit der Verbindungsöffnung 35e verbunden
wird. Ebenso wird der drittoberste U-förmige Strömungspfad 34 zwischen
die Rücklaufpfade 26 eingesetzt,
und der Auslass 34d wird mit der Verbindungsöffnung 35d verbunden,
während
der Einlass 34c mit der Verbindungsöffnung 35c verbunden
wird. Der unterste U-förmige
Strömungspfad 34 wird
zwischen die Rücklaufpfade 26 eingesetzt
und der Auslass 34b wird mit der Verbindungsöffnung 35b verbunden,
während
der Einlass 34a mit der Verbindungsöffnung 35a verbunden
wird. Die Rücklaufpfade 26 und
der U-förmige
Strömungspfad 34 werden nach
dem Anwenden einer externen Kraft darauf von den zwei Seiten des
Wärmetauschers
in der vertikalen Richtung durch eine Lehre oder dergleichen und so
Sichern der Verbindung zwischen den zwei Strömungspfaden durch Löten verbunden
und befestigt. In ähnlicher
Weise werden jeder Auslass und jeder Einlass der U-förmigen Strömungspfade 34 und
jede Verbindungsöffnung
des umgeschlagenen Elements 35 durch Löten verbunden.
Die
in dieser Weise ausgebildeten U-förmigen Strömungspfad 34 und die
erste Fluidpfadeinheit 10 und die aus dem umgeschlagenen
Element 35 gebildete zweite Fluidpfadeinheit werden integral
als ein kastenartiger Gegenstand gebildet und bilden einen Wärmetauscher
mit einer beträchtlichen
Gesamtfestigkeit.
Als
nächstes
wird der Strom des zweiten Fluids in der zweiten Fluidpfadeinheit
erläutert.
Das Motorkühlwasser
als ein Beispiel des zweiten Fluids strömt von dem zweiten Fluideinlass 36 in
das umgeschlagene Element 35 und gelangt von dem Einlass 34a durch
die Verbindungsöffnung 35a in
den untersten U-förmigen Strömungspfad.
Nach einer U-Kehre strömt
das zweite Fluid in der Y-Richtung und durch die Verbindungsöffnung 35b,
strömt
aus dem Auslass 34b und strömt in das umgeschlagene Element 35.
Weiter dringt das Motorkühlwasser
vom Einlass 34c durch die Verbindungsöffnung 35c in den
zweitniedrigsten U-förmigen
Strömungspfad
ein und strömt
durch eine U-Kehre in der Y-Richtung, nachdem es durch die Verbindungsöffnung 35d gelangt, strömt aus dem
Auslass 34d aus und strömt
in das umgeschlagene Element 35. Dann dringt das Motorkühlwasser
vom Einlass 34e durch die Verbindungsöffnung 35e in den
drittniedrigsten U-förmigen
Strömungspfad
ein und strömt
nach einer U-Kehre und einem Strom in der Y-Richtung durch die Verbindungsöffnung 35f aus
dem Auslass 34f aus und strömt in das umgeschlagene Element 35.
Das Motorkühlwasser
dringt durch die Verbindungsöffnung 35g aus
dem Einlass 34g in den obersten U-förmigen Strömungspfad ein und strömt nach
einer U-Kehre und einem Strom in der Y-Richtung durch die Verbindungsöffnung 35h aus
dem Auslass 34h aus, gefolgt von einem Ausströmen aus
dem zweiten Fluidauslass 37. Bei diesem Strom tauscht das
Motorkühlwasser
Wärme mit
dem in den Rücklaufpfaden 26 der
ersten Fluidpfadeinheit 10 strömenden Kältemittel aus.
Wie
oben beschrieben, enthält
der Wärmetauscher
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel:
eine erste Fluidpfadeinheit 10 mit einem Strömungspfad, der
sich in der Richtung (X-Richtung) des zu den umgeschlagenen Abschnitten 27, 28 strömenden ersten Fluid
erstreckt, und wenigstens zwei Rücklaufpfaden 26,
die fortlaufend gestapelt sind, wobei das zweite Fluid durch Ändern der
Richtung an den umgeschlagenen Abschnitten 27, 28 in
entgegengesetzten Richtungen strömt;
einen Uförmigen
Strömungspfad 34,
der zwischen den Rücklaufpfaden 26 angeordnet ist,
mit einem Strömungspfad,
in dem das zweite Fluid die ersten Fluidströme aus den Einlässen 34a, 34c, 34e, 34g in
der Richtung (Y-Gegenrichtung) im Wesentlichen senkrecht zur X-Richtung
kreuzt, wobei der U-förmige
Strömungspfad 34 in
entgegengesetzter Beziehung zu dem Strömungspfad ist, in dem das zweite
Fluid zurückkehrt
und seine Richtung ändernd
die Auslässe 34b, 34d, 34f, 34h erreicht;
und ein umgeschlagenes Element 35 mit dem zweiten Fluideinlass 36 und
dem zweiten Fluidauslass 37, das mit den Einlässen 34a, 34c, 34e, 34g und
den Auslässen 34b, 34d, 34f, 34h verbunden
ist, wobei der zweite Fluideinlass 36 und der zweite Fluidauslass 37 miteinander
durch alle mit dem umgeschlagenen Element 35 verbundenen
U-förmigen
Strömungspfade
in Verbindung stehen.
Mit
dieser Konstruktion kann man durch Ausführen des Vorgangs des Bewegens
der U-förmigen Strömungspfade 34 in
einer Richtung bezüglich
der ersten Fluidpfadeinheit 10 und des Verbindens der U-förmigen Strömungspfade 34 mit
dem umgeschlagenen Element 35 einen Wärmetauscher von hoher Produktivität erhalten,
in dem die zwei Fluidpfade integral zusammengebaut sind.
Auch
kann in dem Fall, wenn die Rücklaufpfade 26 und
die U-förmigen
Strömungspfade 34 miteinander
durch Löten
verbunden sind, der Wärmewiderstand
zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid für eine verbesserte Wärmetauschleistung
reduziert werden.
Die
U-förmigen
Strömungspfade 34 sind
aus flachen U-förmigen
Rohren gebildet, die miteinander in der Stapelrichtung (Z-Richtung)
der Rücklaufpfade 26 in
Verbindung stehen, und die offenen Einlässe und Auslässe mehrerer
der in der Z-Richtung angeordneten U-förmigen flachen Rohre sind zwischen die
Rücklaufpfade 26 eingesetzt
und weiter mit den Verbindungsöffnungen
des umgeschlagenen Elements 35 verbunden. Falls diese Konstruktion
eingesetzt wird, ist die zweite Fluidpfadeinheit aus Komponententeilen
von vergleichsweise einfacher Form aufgebaut, und deshalb ist ein
Wärmetauscher
von hoher maschineller Bearbeitbarkeit und einfach zusammenzubauen
vorgesehen.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
In
den oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen
kann der Spalt zwischen den Rücklaufpfaden 26,
d.h. die in 10 dargestellte Größe h, größer als
die Größe der Rücklaufpfade 26 in
der Stapelrichtung, d.h. die in 10 dargestellte
Größe t, sein.
Falls diese Konstruktion eingesetzt wird, werden die umgeschlagenen
Abschnitte 27, 28 der Strömungspfade der ersten Fluidpfadeinheit 10 an
einer scharfen Änderung
der Form gehindert. Daher sind die ersten Fluidpfade nicht extrem
gekrümmt,
und deshalb ist die maschinelle Bearbeitbarkeit für eine höhere Produktivität verbessert.
In
den oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen
können
die zweiten Fluidpfade 22, 23, 32a bis 32g, 34 durch
Löten mit
dem ersten Fluidpfad 26 verbunden werden, indem eine Teilverbindungsstelle
an den Außenseiten der
jeweiligen Strömungspfade
gebildet ist, wie in 11 dargestellt. In einer speziellen
Konstruktion zum Ausbilden einer Teilverbindungsstelle an den Außenseiten
der jeweiligen Strömungspfade
kann das Außenprofil
des zweiten Fluidpfades 26 aufgeraut oder geriffelt sein
und mit dem ersten Strömungspfad
in einen Punkt- oder
Linienkontakt gebracht sein. Im Gegensatz dazu kann das Außenprofil
des ersten Fluidpfades geriffelt oder in rauer Oberfläche ausgebildet
sein und an mehreren Punkten oder in Linienkontakt mit dem zweiten
Fluidpfad gebracht sein. Falls diese Konstruktion eingesetzt wird, werden
die Außenflächen der
jeweiligen Strömungspfade
durch Löten
in einer solchen Weise verbunden, dass Teilverbindungsstellen an
den Außenseiten
der jeweiligen Strömungspfade
gebildet werden. Auf diese Weise ist das Verbinden durch Löten mit
einer verringerten Abwandlung, wie beispielsweise einer Lücke der
gelöteten
Abschnitte, möglich.
Auch in dem Fall, wenn ein Hochdruckfluid austritt, kann ein Austrittsraum
ausgebildet sein, um das Hochdruckfluid an einem Vermischen mit
dem Niederdruckfluid zu hindern.
Weiter
kann ein Raum B in Kontakt mit der Atmosphäre an jedem Ende der in 11 dargestellten
Teilverbindungsstelle entlang der Richtung der Hauptseite (der Richtung
im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Fluids)
des flachen ersten Fluidpfades 26 ausgebildet sein, und eine
Opferkorrosionsschicht 38, ausgebildet, um zuerst zu korrodieren,
kann in der Teilverbindungsstelle ausgebildet sein. 12 ist
eine Schnittansicht entlang Linie A-A in 11, die
schematisch den Querschnitt der Verbindungsstelle zwischen dem ersten Fluidpfad 26 und
den zweiten Fluidpfaden 22f, 22g in der Richtung
der Hauptebene des ersten Fluidpfades 26 angibt. Falls
diese Konstruktion verwendet wird und durch Korrosion oder dergleichen
in einem der Fluidpfade ein Loch gebildet wird, wird die Opferkorrosionsschicht 38 zuerst
korrodiert, sodass das in den Austrittsraum austretende Fluid in
die Atmosphäre
freigegeben wird, wodurch die Korrosion des anderen Fluidpfades
verhindert wird. Dies verhindert effektiv ein Eindringen des Hochdruckfluids
in den Strömungspfad
des Niederdruckfluids.
Der
Wärmetauscher
gemäß dem oben
beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel
kann alternativ wie nachfolgend beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere
sind, wie in 13 dargestellt, die U-förmigen flachen
Rohre 42, 43, 44, 45, 46, 47 ähnlich den
in 9 dargestellten U-förmigen Strömungspfaden 34 in
zwei Reihen in der Strömungsrichtung
des ersten Fluids (X-Richtung) angeordnet. Die U-förmigen flachen
Rohre 42, 43, 44 in der ersten Reihe
und die U-förmigen
flachen Rohre 45, 46, 47 in der zweiten
Reihe sind mit ihren Verbindungspositionen bezüglich der umgeschlagenen Elemente 48, 49, 50, 51, 52 entlang
der Stapelrichtung (Z-Richtung) versetzt
angeordnet, und ein offenes Ende jedes U-förmigen flachen Rohrs läuft zwischen
den Rücklaufpfaden 26a bis 26f hindurch
und ist mit der entsprechenden Verbindungsöffnung des umgeschlagenen Elements 35 verbunden.
Als
nächstes
wird der Aufbau des in 13 dargestellten Wärmetauschers
im Detail erläutert. Die
umgeschlagenen Elemente 48 bis 52 funktionieren
jeweils als ein Behälter
und sehen einen zylindrischen Behälter mit zwei Verbindungsöffnungen
vor, der zur Verbindung mit dem entsprechenden U-förmigen flachen
Rohr in der X-Richtung
angeordnet ist. Die umgeschlagenen Elemente 48 bis 52 sind
aus Plattenelementen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
gebildet und sind durch Löten
kombiniert und verbunden. Das in der Z-Richtung ganz oben positionierte
umgeschlagene Element 48 hat eine Verbindungsöffnung 48a,
die zur Verbindung mit dem Auslass 42b des U-förmigen flachen
Rohrs 42 mit dem zweiten Fluideinlass 42a, nachdem
es in der Y-Richtung zwischen die Rücklaufpfade 26a eingesetzt
und zwischen die Strömungspfade
gelangt ist (nachfolgend ausgedrückt
als „nach
dem Einsetzen"),
ausgebildet, und besitzt auch eine Verbindungsöffnung 48b, die mit
der Verbindungsöffnung 48a in
Verbindung steht. Der Einlass 45a des zweitobersten Uförmigen flachen
Rohrs 45, das in der zweiten Reihe angeordnet ist und gegenüber dem
U-förmigen
flachen Rohr 42 nach unten verschoben ist, ist nach dem
Einsetzen in der Y-Richtung in dem Spalt 26a zwischen den
Rücklaufpfaden
mit der Verbindungsöffnung 48b verbunden.
Das angrenzend unter dem umgeschlagenen Element 48 angeordnete
umgeschlagene Element 49 hat unter der Verbindungsöffnung 48a eine
Verbindungsöffnung 49a,
die verbunden wird, nachdem der Einlass 43a des angrenzend
unter dem U-förmigen
flachen Rohr 42 positionierten Uförmigen flachen Rohrs 43 in
der Y-Richtung in den Spalt 26b zwischen die Rücklaufpfade
eingesetzt ist, und hat auch eine mit der Verbindungsöffnung 49a auf
der Seite davon in Verbindung stehende Verbindungsöffnung 49b.
Die Verbindungsöffnung 49b liegt
unter der Verbindungsöffnung 48b und
wird verbunden, nachdem der Auslass 45b des U-förmigen flachen
Rohrs 45 in Y-Richtung in den Spalt 26b zwischen
den Rücklaufpfaden
eingesetzt ist. Das angrenzend unter dem umgeschlagenen Element 49 angeordnete
umgeschlagene Element 50 weist unter der Verbindungsöffnung 49a eine
Verbindungsöffnung 50a auf,
die verbunden wird, nachdem der Auslass (nicht dargestellt) des
U-förmigen
flachen Rohrs 43 in Y-Richtung
in den Spalt 26c zwischen den Rücklaufpfaden eingesetzt ist,
auf und weist auch eine mit der Verbindungsöffnung 50a auf der
Seite davon in Verbindung stehende Verbindungsöffnung 50b auf. Die
Verbindungsöffnung 50b liegt
unter der Verbindungsöffnung 50b und
wird verbunden, nachdem der Einlass 46a des Uförmigen flachen
Rohrs 46 in Y-Richtung in den Spalt 26c zwischen
den Rücklaufpfaden
eingesetzt ist. Das angrenzend unter dem umgeschlagenen Element 50 angeordnete
umgeschlagene Element 51 besitzt unter der Verbindungsöffnung 50a eine
Verbindungsöffnung 51a,
die verbunden wird, nachdem der Einlass (nicht dargestellt) des
angrenzend unter dem U-förmigen
flachen Rohr 43 positionierten Uförmigen flachen Rohrs 44 in Y-Richtung
in den Spalt 26d zwischen den Rücklaufpfaden eingesetzt ist,
und hat auch eine Verbindungsöffnung 51b,
die mit der Verbindungsöffnung 51a auf
der Seite davon in Verbindung steht. Die Verbindungsöffnung 51b wird
unter der Verbindungsöffnung 50b positioniert
und verbunden, nachdem der Auslass 46b des U-förmigen flachen
Rohrs 46 in der Y-Richtung in den Spalt 26d zwischen
den Rücklaufpfaden 26 eingesetzt
ist. Das angrenzend unter dem umgeschlagenen Element 51 angeordnete
umgeschlagene Element 52 hat unter der Verbindungsöffnung 51a eine
Verbindungsöffnung 52a,
die verbunden wird, nachdem der Auslass (nicht dargestellt) des
U-förmigen
flachen Rohrs 44 in Y-Richtung
in den Spalt 26e zwischen den Rücklaufpfaden eingesetzt ist,
und weist auch eine mit der Verbindungsöffnung 52a auf der
Seite davon in Verbindung stehende Verbindungsöffnung 52b auf. Die
Verbindungsöffnung 52b liegt
unter der Verbindungsöffnung 51b und wird
verbunden, nachdem der Einlass 47a des Uförmigen flachen
Rohrs 47 in Y-Richtung in den Spalt 26e zwischen
den Rücklaufpfaden
eingesetzt ist. Weiter ist der Auslass 47b des U-förmigen flachen Rohrs 47,
nachdem er in Y-Richtung in den Spalt 26f zwischen den
Rücklaufpfaden
eingesetzt ist, unter dem umgeschlagenen Element 52 angeordnet
und funktioniert als ein Auslass der zweiten Fluidpfadeinheit, sodass
das durch die U-förmigen
Strömungspfade 42 bis 47 und
die umgeschlagenen Elemente 48 bis 52 ankommende
zweite Fluid zu weiteren Vorrichtungen geschickt wird. Der Rücklaufpfad 26 und die
U förmigen
Strömungspfade 42 bis 47 werden nach
einem Befestigen der Verbindungsstelle zwischen ihnen durch Anwenden
einer äußeren Kraft von
den vertikalen Seiten des Wärmetauschers
mittels einer Lehre oder dergleichen durch Löten fest verbunden. In ähnlicher
Weise werden auch die Auslässe
und die Einlässe
der U-förmigen
Strömungspfade 42 bis 47 und
die Verbindungsöffnungen
der umgeschlagenen Elemente 48 bis 52 durch Löten verbunden.
Auch sind die Größen der
Spalte 26a bis 26f zwischen den Rücklaufpfaden
größer als
die Höhe
des Strömungspfades
in der Z-Richtung der U-förmigen
Strömungspfade 42 bis 47.
Dieser Größenunterschied
macht es möglich,
die Arbeit des Einsetzens der Uförmigen
Strömungspfade 42 bis 47 in die
entsprechende Spalte 26e bis 26f zwischen den Rücklaufpfaden
beim Zusammenbauen der ersten Fluidpfadeinheit 10, der
U-förmigen
Strömungspfade 42 bis 47 und
der umgeschlagenen Elemente 48 bis 52 einfach
auszuführen.
Die
erste Fluidpfadeinheit 10 und die zweite Fluidpfadeinheit,
die aus den U-förmigen
Strömungspfaden 42 bis 47 und
den umgeschlagenen Elementen 48 bis 52 mit dieser
Konstruktion aufgebaut ist, sind integral als ein kastenartiger
Gegenstand ausgebildet und bilden einen Wärmetauscher mit einer beträchtlichen
Gesamtfestigkeit. Falls der Wärmetauscher
mit dieser Konstruktion eingesetzt wird, können die Strömungspfade
der zweiten Fluidpfadeinheit verlängert werden, und deshalb wird
die Wärmetauschleistung
verbessert.
Die
Strömungspfade
der zweiten Fluidpfadeinheit 53 des Wärmetauschers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
können,
wie in 14 dargestellt, aus Rohren mit
einem kreisförmigen
Querschnitt gebildet sein. Die Rohre mit einem kreisförmigen Querschnitt
sind aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Extrusionsformen
oder dergleichen gebildet. Die zweite Fluidpfadeinheit 53 enthält U-förmige Strömungspfade,
die in sieben Stufen mit sieben umgeschlagenen Abschnitten 53c, 53d, 53e, 53f, 53g, 53h, 53i so
gestapelt sind, dass der an einem Ende des Strömungspfades ausgebildete zweite
Fluideinlass 53a mit dem am anderen Ende des Strömungspfades
ausgebildeten zweiten Fluidauslass 53b in Verbindung steht.
Der erste Fluideinlass 53a und der zweite Fluidauslass 53b sind
auf der Seite entfernt von der Position angeordnet, wo die sieben
umgeschlagenen Abschnitte 53c bis 53i ausgebildet
sind. Die erste Fluidpfadeinheit 10 und die zweite Fluidpfad einheit 53 werden
in einer solchen Weise zusammengebaut, dass die zweiten Fluidpfade
mit den sieben umgeschlagenen Abschnitten 53c bis 53i voran
tief zwischen die Rücklaufpfade 26 der ersten
Fluidpfadeinheit 10 eingesetzt werden und die ersten und
die zweiten Fluidpfade einander entgegengesetzt sind, woraufhin
die Verbindungsstelle zwischen ihnen durch Anwenden einer externen Kraft
von den zwei vertikalen Seiten des Wärmetauschers mittels einer
Lehre oder dergleichen gebildet wird, gefolgt durch ein Verbinden
durch Löten.
Im zusammengebauten Zustand kreuzt die Richtung (Y-Richtung) des
zweiten Fluids die Richtung (X-Richtung)
des ersten Fluids. Die zweiten Fluidpfade werden zwischen den Rücklaufpfaden 26 insbesondere
durch solche Schritte eingesetzt, dass die umgeschlagenen Abschnitte 53c, 53d, 53e, 53f, 53g, 53h, 53i jeweils
an den Seitenenden der Spalte 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26f, 26g der
Rücklaufpfade 26 angeordnet
werden und dann die zweite Fluidpfadeinheit 53 in Y-Richtung
in 14 tief hineingedrückt wird. Falls der Wärmetauscher
mit dieser Konstruktion verwendet wird, können die Anzahl der die Strömungspfade
der zweiten Fluidpfadeinheit 53 bildenden Teile und damit
die Kosten des Wärmetauschers reduziert
werden.
In
dem Wärmetauscher
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
können,
wie in 15 dargestellt, die Strömungspfade
der zweiten Fluidpfadeinheit 54 aus flachen Rohren gebildet
sein. Die flachen Rohre sind aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
durch Extrusionsformen oder dergleichen gebildet. Die den zweiten
Fluidpfad bildenden flachen Rohre haben eine flache Seite gegenüber der Außenseite
der Rücklaufpfade 26 der
ersten Fluidpfadeinheit 10. Die zweite Fluidpfadeinheit 54 hat
die U-förmigen
Strömungspfade
in sieben Stufen mit sieben umgeschlagenen Abschnitten 54c, 54d, 54e, 54f, 54g, 54h, 54i in
einer solchen Weise gestapelt, dass der an einem Ende des Strömungspfades
ausgebildete zweite Fluideinlass 54a und der am anderen
Ende des Strömungspfades
ausgebildete zweite Fluidauslass 54b miteinander in Verbindung
stehen. Der erste Fluideinlass 54a und der zweite Fluidauslass 54b sind
auf der Seite entfernt von den sieben umgeschlagenen Abschnitten 54c bis 54i angeordnet.
Die erste Fluidpfadeinheit 10 und die zweite Fluidpfadeinheit 54 werden
in einer solchen Weise zusammengebaut, dass der zweite Fluidpfad
mit den sieben umgeschlagenen Abschnitten 54c bis 54i voran
tief zwischen die Rücklaufpfade 26 der
ersten Fluidpfadeinheit 10 eingesetzt wird und dann nach
einem Setzen der ersten und der zweiten Fluidpfade in entgegengesetzter Beziehung
zueinander die Verbindungsstelle zwischen ihnen durch Anwenden einer äußeren Kraft
von den vertikalen Enden des Wärmetauschers
mittels einer Lehre oder dergleichen gebildet wird, gefolgt durch
ein Verbinden durch Löten.
Im zusammengebauten Zustand kreuzt die Richtung (Y-Richtung) in
den zweiten Fluidströmen
die Richtung (X-Richtung), in welcher das erste Fluid strömt. Der
zweite Fluidpfad wird durch spezielle Schritte eingesetzt, in denen
die umgeschlagenen Abschnitte 54c, 54d, 54e, 54f, 54g, 54h, 54i jeweils gegen
die Seitenendabschnitte der Spalte 26a, 26b 26c, 26d, 26e, 26f, 26g zwischen
den Rücklaufpfaden 26 angelegt
werden und dann die zweite Fluidpfadeinheit 54 entlang
der Y-Richtung in 15 tief hineingedrückt wird.
Falls der Wärmetauscher
mit dieser Konstruktion eingesetzt wird, kann man einen kompakten
Wärmetauscher
erhalten, bei dem der erforderliche Querschnitt der Strömungspfade
der zweiten Fluidpfadeinheit gesichert werden kann, während gleichzeitig
die Länge
der Rücklaufpfade 26 in
der Stapelrichtung (Z-Richtung) verringert wird.
Während die
Erfindung unter Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele zu Veranschaulichungszwecken
beschrieben worden ist, sollte es für den Fachmann offensichtlich
sein, dass zahlreiche Modifikationen daran ausgeführt werden
können,
ohne das Grundkonzept und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.