-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Doppelwandrohrwärmetauscher
und insbesondere einen Doppelwandrohrwärmetauscher, welcher
ein äußeres Rohr und ein inneres Rohr aufweist,
das in dem äußeren Rohr vorgesehen und von diesem
beabstandet ist.
-
Nachfolgend
bezieht sich der Begriff „Kondensator” nicht nur
auf einen normalen Kondensator, sondern auch auf einen unterkühlenden
Kondensator, welcher einen Kondensationsbereich aufweist und einen
unterkühlten Bereich.
-
Ein
konventionell vorgeschlagener Kühlkreis für die
Benutzung in einer Autoklimaanlage umfasst einen Kompressor; einen
Kondensator, der einen Kondensationsbereich und einen Unterkühlbereich aufweist;
einen Verdampfer; ein Ausdehnungsventil, das als eine druckreduzierende
Einrichtung dient; einen Dampf-Flüssigkeits-Abscheider;
und einen dazwischen liegenden Wärmetauscher, der zwischen dem
Kondensator und dem Verdampfer angeordnet ist und so eingerichtet
ist, dass er einen Wärmetausch zwischen einem Hochtemperaturkühlmittel von
dem unterkühlten Bereich des Kondensators und einem Niedrigtemperaturkühlmittel
von dem Verdampfer durchführt (siehe offengelegte
japanische Patentanmeldung (Kokai)
Nr. 2006-162238 ). In dem in der Veröffentlichung
beschriebenen Kühlzyklus wird ferner das Kühlmittel,
welches in dem Unterkühlbereich des Kondensators unterkühlt
wurde, in dem dazwischen liegenden Wärmetauscher durch
das Niedrigtemperaturkühlmittel aus dem Verdampfer gekühlt.
Durch diesen Vorgang wird die Kühlleistung des Verdampfers
verbessert.
-
Der
zwischenliegende Wärmetauscher, der in dem Kühlzyklus
verwendet wird, der in der oben beschriebenen Veröffentlichung
beschrieben ist, ist ein Doppelwandrohrwärmetauscher, welcher
ein äußeres Rohr aufweist, und ein inneres Rohr,
das in dem äußeren Rohr angeordnet ist und von
diesem beabstandet ist. Ein Abstand zwischen dem äußeren Rohr
und dem inneren Rohr dient als ein Hochtemperaturkühlmittelflusspfad,
durch welchen das Hochtemperaturkühlmittel von dem Kondensator
fließt, und das Innere des inneren Rohrs dient als ein
Niedrigtemperaturkühlmittelflusspfad, durch den das Niedrigtemperaturkühlmittel
von dem Verdampfer fließt. Gegenüberliegende Endabschnitte
des inneren Rohrs stehen von den gegenüberliegenden Endabschnitten
des äußeren Rohrs hervor. Aufgeweitete Abschnitte
sind an dem äußeren Rohr nahe dessen gegenüberliegenden
Abschnitten ausgebildet. Ein Kühlmitteleinflussrohr, welches
mit dem Kühlmittelflusspfad zwischen dem äußeren
Rohr und dem inneren Rohr kommuniziert, ist mit einem aufgeweiteten
Abschnitt verbunden, und ein Kühlmittelausflussrohr, welches
mit dem Kühlmittelflusspfad zwischen dem äußeren
Rohr und dem inneren Rohr kommuniziert, ist mit dem anderen aufgeweiteten
Abschnitt verbunden. Verengte Abschnitte sind an dem äußeren
Rohr vorgesehen, so dass sie an den äußeren Seiten
der aufgeweiteten Abschnitte angeordnet sind, ohne Bezug auf deren
Längsrichtung, und sind an das innere Rohr gelötet.
-
In
dem Fall, in dem der Kühlmittelzyklus, der in der oben
genannten Veröffentlichung beschrieben ist, in einer Autoklimaanlage
verwendet wird, muss außerdem in manchen Fällen
ein zwischenliegender Abschnitt des zwischenliegenden Wärmetauschers in
Bezug auf dessen Längsrichtung an zumindest einem Ort gebogen
sein, so dass ein benötigter Installierungsraum des dazwischenliegenden
Wärmetauschers in dem Motorabteil eines Automobils reduziert wird.
Jedoch verformt sich an dem gebogenen Abschnitt das äußere
Rohr, und der Hochtemperaturkühlmittelflusspfad knickt
aus, so dass sich sein Querschnittsbereich verringert, was das Problem
eines erhöhten Druckverlustes vergrößert.
-
Im
Fall des in der Veröffentlichung beschriebenen Doppelwandrohrwärmetauschers
vergrößern die Nutabschnitte des inneren Rohrs
nicht den Hitzeübertragungsbereich zwischen den Kühlmitteln,
die durch die zwei Flusspfade fließen, sondern verhindern
auch das Ausknicken des Hochtemperaturkühlmittelflusspfads
an dem gebogenen Abschnitt, wobei der Ausknick den Querschnittsbereich
des Hochtemperaturkühlmittelflusspfads verringern würde.
-
Da
jedoch die Nutabschnitte des inneren Rohrs des Doppelwandrohrwärmetauschers,
der in der Veröffentlichung beschrieben ist, mittels des Durchführens
von einem zusätzlichen Arbeitsschritt an einem hergestellten
inneren Rohr über einen relativ großen Bereich
ausgebildet sind, so dass die Rohrwand verformt wird, gibt es im
konventionellen Doppelwandrohrwärmetauscher das Problem,
dass ein zusätzlicher Arbeitsschritt störend ist.
-
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Probleme
zu lösen und einen Doppelwandrohrwärmetauscher
bereitzustellen, welcher das Ausknicken eines Kühlmittelflusspfads
zwischen dem inneren und äußeren Rohr verhindert, selbst
wenn der Wärmetauscher einen gebogenen Abschnitt aufweist,
und welcher die Herstellungsarbeit vereinfachen kann.
-
Um
die oberen Aufgaben zu erreichen, umfasst die vorliegende Erfindung
die folgenden Modi.
- 1) Ein Doppelwandrohrwärmetauscher
umfasst ein äußeres Rohr, und ein inneres Rohr,
das in dem äußeren Rohr angeordnet ist und von
dem äußeren Rohr so beabstandet ist, dass ein
Abstand zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren
Rohr und das Innere des inneren Rohrs jeweils als Kühlmittelflusspfade
dienen, wobei zumindest ein Endabschnitt des inneren Rohrs von dem äußeren
Rohr hervorsteht, und das äußere Rohr einen aufgeweiteten
Abschnitt, welcher nahe an einem Endabschnitt des äußeren
Rohrs ausgebildet ist, aus welchem das innere Rohr hervorsteht,
und einen verengten Abschnitt umfasst, welcher an einer äußeren
Seite des aufgeweiteten Abschnitts in Bezug auf eine Längsrichtung ausgebildet
ist, der im Durchmesser geringer ist als der aufgeweitete Abschnitt,
und der an das innere Rohr gelötet ist, bei dem das äußere
Rohr eine Vielzahl von Graten aufweist, die integral an dessen innerer
Umfangsoberfläche in vorherbestimmten Abständen
in Umfangsrichtung vorgesehen sind, so dass die Grate radial nach
innen hervorstehen und sich entlang der Längsrichtung erstrecken;
Abschnitte der Grate, deren Abschnitte an einer inneren Umfangsoberfläche
des aufgeweiteten Abschnitts und des verengten Abschnitts des äußeren
Rohrs vorhanden sind, wird eingedrückt; und die Abstände
zwischen einer äußeren Umfangsoberfläche
des inneren Rohrs und der inneren Umfangsoberfläche von
Abschnitten des zusammengedrückten Abschnitts des äußeren
Rohrs, an dem die Grate nicht ausgebildet sind, werden mit einem
Lötfüllmaterial gefüllt.
- 2) Ein Doppelwandrohrwärmetauscher gemäß Absatz
1), bei dem ein Abschnitt des äußeren Rohrs, der
in Bezug auf die Längsrichtung innen von dem aufgeweiteten
Abschnitt angeordnet ist, einen Außendurchmesser von 19
mm oder mehr aufweist, und die Beziehung 0,25 ≤ h/t ≤ 0,625 und
0,72 ≤ n/D1 0,96 wird erfüllt, wobei t die Wanddicke
des äußeren Rohrs repräsentiert, D1 einen
Innendurchmesser des äußeren Rohrs repräsentiert,
h eine Höhe der Grate repräsentiert und n eine
Anzahl der Grate repräsentiert.
- 3) Doppelwandrohrwärmetauscher nach Paragraph 1), bei
dem die Beziehung 1,23 ≤ D2/D3 ≤ 1,45 erfüllt
ist, wobei D2 einen Außendurchmesser des aufgeweiteten
Abschnitts des äußeren Rohrs repräsentiert,
und D3 einen Außendurchmesser eines Abschnitts des äußeren
Rohrs repräsentiert, der in Bezug auf die Längsrichtung
innen von dem aufgeweiteten Abschnitt angeordnet ist.
- 4) Doppelwandrohrwärmetauscher nach Absatz 1), bei
dem ein Abstand zwischen den distalen Enden der Grate des äußeren
Rohrs und einer äußere Umfangsoberfläche
des inneren Rohrs 0 bis 0,5 mm ist.
- 5) Doppelwandrohrwärmetauscher nach Absatz 1), bei
dem ein Querschnittsbereich des Kühlmittelflusspfads zwischen
dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr gleich oder
größer als der Bereich eines Kreises ist, der
einen Radius von 4,0 mm aufweist.
- 6) Doppelwandrohrwärmetauscher nach Absatz 1), bei
dem das äußere Rohr eine Wandstärke von
0,8 bis 1,2 mm aufweist und die Grate haben eine Höhe von
0,3 bis 1,1 mm.
- 7) Doppelwandrohrwärmetauscher nach Absatz 1), bei
dem das äußere Rohr einen konischen Abschnitt
umfasst, der zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt und dem verengten
Abschnitt so ausgebildet ist, dass sich der konische Abschnitt im Durchmesser
von der aufgeweiteten Abschnittseite entgegen der verengten Abschnittseite
verjüngt, und das Lötfüllmaterial zwischen
der äußeren Umfangsoberfläche des inneren
Rohrs und einem Endabschnitt der inneren Umfangsoberfläche
des konischen Abschnitts verbleibt, wobei der Endabschnitt an der
Seite entgegen dem verengten Abschnitt angeordnet ist.
- 8) Doppelwandrohrwärmetauscher nach Absatz 1), bei
dem die gegenüberliegenden Endabschnitte des inneren Rohrs
aus dem äußeren Rohr hervorstehen; und der aufgeweitete
Abschnitt an jeder der Positionen nahe den gegenüberliegenden Enden
des äußeren Rohrs ausgebildet ist.
- 9) Verfahren zum Herstellen eines Doppelwandrohrwärmetauschers,
umfassend ein äußeres Rohr, und ein inneres Rohr,
das in dem äußeren Rohr angeordnet ist und von
dem äußeren Rohr so beabstandet ist, dass ein
Abstand zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren
Rohr und das Innere des inneren Rohrs als jeweilige Kühlmittelflusspfade
dienen, wobei zumindest ein Endabschnitt des inneren Rohrs von dem äußeren Rohr
hervorsteht, und das äußere Rohr einen aufgeweiteten
Abschnitt, welcher nahe einem Endabschnitt des äußeren
Rohrs ausgebildet ist, von welchem das innere Rohr hervorsteht,
und einen verengten Abschnitt umfasst, der in Bezug auf eine Längsrichtung
an der Außenseite des aufgeweiteten Abschnitts ausgebildet
ist, der geringer im Durchmesser als der aufgeweitete Abschnitt ist,
und der an das innere Rohr gelötet ist, wobei das Verfahren
umfasst:
Vorbereiten eines äußeren Rohrs,
welches eine Vielzahl von Graten umfasst, die integral an dessen
innerer Umfangsoberfläche in gleichen Abständen
in einer Umfangsrichtung so vorgesehen sind, dass die Grate radial
nach innen hervorstehen und sich entlang der Längsrichtung
erstrecken, und welches einen konstanten Außendurchmesser über
seine gesamte Länge aufweist;
Ausbilden eines zylindrisch
aufgeweiteten Abschnitts einer vorbestimmten Länge an zumindest einem
Endabschnitt des äußeren Rohrs durch Verwendung
einer Stanze;
Ausbilden eines konischen Abschnitts an einem zylindrisch
verengten Abschnitt an dem äußeren Rohr an Positionen,
die an der äußeren Seite des aufgeweiteten Abschnitts
in Bezug auf eine Längsrichtung angeordnet sind, durch
Verwendung einer Stanze, wobei der konische Abschnitt sich von einem äußeren
Endabschnitt des aufgeweiteten Abschnitts erstreckt und sich so
verjüngt, dass sich der konische Abschnitt schrittweise
im Durchmesser entgegen der äußeren Seite verringert,
und der verengte Abschnitt sich von einem äußeren
Endabschnitt des konischen Abschnitts erstreckt, der geringer im
Außendurchmesser ist, als der aufgeweitete Abschnitt, und
der eine vorbestimmte Länge aufweist;
Vorbereiten
eines inneren Rohrs, das über seine gesamte Länge
einen konstanten Außendurchmesser aufweist, und Einsetzen
des inneren Rohrs in das äußere Rohr, so dass
zumindest ein Endabschnitt des inneren Rohrs von einem Endabschnitt
des äußeren Rohrs hervorsteht, an welchem der
aufgeweitete Abschnitt ausgebildet ist;
äußeres
Krimpen eines konischen Seitenabschnittendabschnitts des verengten
Abschnitts des äußeren Rohrs durch Verwendung
eines Krimpelements, um dabei das äußere Rohr
an dem inneren Rohr zu befestigen; und
Löten des verengten
Abschnitts des äußeren Rohrs und des inneren Rohrs über
deren gesamten Umfang.
- 10) Verfahren zum Herstellen eines Doppelwandrohrwärmetauschers,
umfassend ein äußeres Rohr und ein inneres Rohr,
das in dem äußeren Rohr angeordnet ist und von
dem äußeren Rohr beabstandet ist, so dass ein
Abstand zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren
Rohr und das Innere des inneren Rohrs als jeweilige Kühlmittelflusspfade
dienen, wobei zumindest ein Endabschnitt des inneren Rohrs von dem äußeren Rohr
hervorsteht, und das äußere Rohr einen aufgeweiteten
Abschnitt, welcher nahe einem Endabschnitt des äußeren
Rohrs ausgebildet ist, von dem das innere Rohr hervorsteht, und
einen verengten Abschnitt umfasst, welcher an der äußeren
Seite des aufgeweiteten Abschnitts in Bezug auf eine Längsrichtung
ausgebildet ist, der geringer im Durchmesser ist, als der aufgeweitete
Abschnitt, und der an das innere Rohr geschweißt wird,
wobei das Verfahren umfasst:
Vorbereiten eines äußeren
Rohrs, welches eine Vielzahl von Graten umfasst, die integral an
der inneren Umfangsoberfläche in gleichen Abständen
in einer Umfangsrichtung so vorgesehen sind, dass die Grate radial
nach innen hervorstehen und sich entlang der Längsrichtung
erstrecken, und welches einen konstanten Außendurchmesser über
seine gesamte Länge aufweist;
Ausbilden eines zylindrisch
aufgeweiteten Abschnitts einer vorbestimmten Länge an zumindest einem
Endabschnitt des äußeren Rohrs durch Verwendung
einer Stanze, und von Zusammenpressabschnitten der Grate, welche
Abschnitte an der inneren Umfangsoberfläche des aufgeweiteten
Abschnitts vorhanden sind, durch die Verwendung einer Stanze;
Ausbilden
eines konischen Abschnitts und eines zylindrisch verengten Abschnitts
an dem äußeren Rohr an Positionen, die an der äußeren
Seite des aufgeweiteten Abschnitts in Bezug auf eine Längsrichtung
angeordnet sind, durch die Verwendung einer Stanze, wobei der konische
Abschnitt sich von einem äußeren Endabschnitt
des aufgeweiteten Abschnitts erstreckt und sich so verjüngt,
dass sich der konische Abschnitt im Durchmesser entgegen der äußeren
Seite schrittweise verringert, und der verengte Abschnitt sich von
einem äußeren Endabschnitt des konischen Abschnitts
erstreckt, wobei er im Außendurchmesser geringer ist, als
der aufgeweitete Abschnitt, und eine vorbestimmte Länge
aufweist;
Ausbilden eines Schürzenabschnitts an einem äußeren
Endabschnitt des verengten Abschnitts des äußeren
Rohrs durch Verwendung einer Stanze, wobei der Schürzenabschnitt
sich radial nach außen entgegen der äußeren
Seite schürzt;
Vorbereiten eines inneren Rohrs, das
einen konstanten Außendurchmesser über seine gesamte Länge
aufweist, und Einsetzen des inneren Rohrs so in das äußere
Rohr, dass zumindest ein Endabschnitt des inneren Rohrs von einem
Endabschnitt des äußeren Rohrs hervorsteht, an dem
der aufgeweitete Abschnitt ausgebildet ist;
äußeres
Krimpen des verengten Abschnitts des äußeren Rohrs,
ausgenommen den Schürzenabschnitt, durch Verwendung eines
Krimpelements, um dabei das äußere Rohr an dem
inneren Rohr zu befestigen; und
Verlöten des verengten
Abschnitts des äußeren Rohrs und des inneren Rohrs über
dessen gesamten Umfang.
- 11) Verfahren zum Herstellen eines Doppelwandrohrwärmetauschers
nach Absatz 9) oder 10), bei dem das Verlöten zwischen
dem verengten Abschnitt des äußeren Rohrs und
dem inneren Rohr durchgeführt wird durch Flammlöten,
während das Lötfüllmaterial an den Umfang
eines verengten Abschnittseitenendabschnitt des Abschnitts zugeführt
wird, von dem das innere Rohr von dem äußeren
Rohr hervorsteht.
- 12) Verfahren zum Herstellen eines Doppelwandrohrwärmetauschers
nach Absatz 9) oder 10), bei dem der Ausdehnungsabschnitt, der konische
Abschnitt und der verengte Abschnitt an jedem der gegenüberliegenden
Endabschnitte des äußeren Rohrs ausgebildet sind;
wobei das innere Rohr in das äußere Rohr so eingesetzt
ist, dass die gegenüberliegenden Endabschnitte des inneren Rohrs
von den gegenüberlegenden Endabschnitten des äußeren
Rohrs hervorstehen.
-
Gemäß dem
Doppelwandrohrwärmetauschers von Absatz 1) ist eine Vielzahl
von Graten an der inneren Umfangsoberfläche des äußeren
Rohrs in Abständen in Umfangsrichtung so vorgesehen, dass
die Grate radial nach innen hervorstehen und sich entlang der Längsrichtung
erstrecken. Daher, selbst in dem Fall, in dem der Doppelwandrohrwärmetauscher
einen gebogenen Abschnitt aufweist, kann aufgrund des Wirkens der
Grate des äußeren Rohrs das Ausknicken des Kühlmittelflusspfads
zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr während
der Biegearbeit verhindert werden. Zusätzlich, wenn das äußere
Rohr mittels beispielsweise Extrudern hergestellt wird, können
die Grate integral mit dem äußeren Rohr ausgebildet
werden. Daher kann das Herstellen des Doppelwandrohrwärmetauschers
erleichtert werden. Ferner werden die Abschnitte der Grate, welche
Abschnitte an den inneren Umfangsoberflächen des aufgeweiteten
Abschnitts und des verengten Abschnitts des äußeren
Rohrs vorhanden sind, zusammengepresst, und der Abstand zwischen
der äußeren Umfangsoberfläche des inneren
Rohrs und der inneren Umfangsoberfläche von Abschnitten
des verengten Abschnitts des äußeren Rohrs, an
denen die Grate nicht ausgebildet sind, werden mit einem Lötfüllmaterial
aufgefüllt. Daher kann die Leckage von Kühlmittel,
das durch den Kühlmittelflusspfad zwischen dem äußeren
Rohr und dem inneren Rohr fließt, verhindert werden.
-
Gemäß dem
Doppelwandrohrwärmetauscher aus Absatz 2) ist ein Abschnitt
des äußeren Rohrs innen von dem aufgeweiteten
Abschnitt in Bezug auf eine Längsrichtung angeordnet und
weist einen äußeren Durchmesser von 19 mm oder
mehr auf, und die Beziehungen 0,25 ≤ h/t ≤ 0,625
und 0,72 ≤ n/D1 ≤ 0,96 werden erfüllt,
wobei t die Wandstärke des äußeren Rohrs
repräsentiert, D1 den inneren Durchmesser des äußeren
Rohrs repräsentiert, h die Höhe der Grate repräsentiert
und n die Anzahl der Grate repräsentiert. Daher werden
die folgenden Effekte erreicht. Das heißt, der aufgeweitete
Abschnitt und der verengte Abschnitt des äußeren
Rohrs werden durch einen Prozess ausgebildet, in dem, nachdem ein
zylindrisch aufgeweiteter Abschnitt einer vorbestimmten Länge
an zumindest einem Endabschnitt des äußeren Rohrs
durch die Verwendung einer Stanze ausgebildet ist und Abschnitte
der Grate, welche Abschnitte an der inneren Umfangsoberfläche
des aufgeweiteten Abschnitts vorhanden sind, durch die Verwendung
einer Stanze zusammengepresst werden, ein konischer Abschnitt und
ein zylindrischer verengter Abschnitt an dem äußeren
Rohr an Positionen ausgebildet werden, die an der äußeren
Seite des aufgeweiteten Abschnitts in Bezug auf eine Längsrichtung
angeordnet sind, mittels Verwendung einer Stanze, wobei der konische
Abschnitt sich von einem äußeren Endabschnitt
des aufgeweiteten Abschnitts erstreckt und so sich verjüngt,
dass der konische Abschnitt sich schrittweise im Durchmesser entgegen
der äußeren Seite verringert, und der verengte
Abschnitt sich von einem äußeren Endabschnitt
des konischen Abschnitts erstreckt, und im Außendurchmesser
geringer ist als der aufgeweitete Abschnitt, und eine vorbestimmte
Länge aufweist. Im Fall, in dem die Beziehung 0,25 ≤ h/t ≤ 0,625
(t: Wandstärke des äußeren Rohrs; h:
Höhe der Grate) erfüllt wird, kann das Ausknicken
des Kühlmittelflusspfads zwischen dem äußeren
Rohr und dem inneren Rohr während der Biegearbeit effektiv
durch den Betrieb der Grate des äußeren Rohrs
verhindert werden. Zusätzlich, wenn das äußere
Rohr durch die Verwendung einer Stanze aufgeweitet wird, werden
die Grate ohne Fehler zusammengepresst. Daher kann die Größe
der Abstände zwischen der äußeren Umfangsoberfläche
des inneren Rohrs und der inneren Umfangsoberfläche von Abschnitten
des verengten Abschnitts des äußeren Rohrs, an
dem die Grate nicht ausgebildet sind, so auf eine Größe
festgelegt werden, dass der Abstand mit dem Lötfüllmaterial
gefüllt werden kann, wenn der verengte Abschnitt des äußeren
Rohrs und das innere Rohr miteinander verlötet werden.
Ferner, wenn die Beziehung 0,72 ≤ n/D1 ≤ 0,96
(D1: innerer Durchmesser des äußeren Rohrs; n:
Anzahl der Grate) erfüllt wird, kann das Ausknicken des
Kühlmittelflusspfads zwischen dem äußeren
Rohr und dem inneren Rohr während der Biegearbeit effektiv
durch das Wirken der Grate des äußeren Rohrs verhindert
werden.
-
Gemäß dem
Doppelwandrohrwärmetauscher nach Paragraph 3) ist die Beziehung
1,23 ≤ D2/D3 ≤ erfüllt, wobei D2 den äußeren
Durchmesser des aufgeweiteten Abschnitts des äußeren
Rohrs repräsentiert, und D3 den äußeren
Durchmesser eines Abschnitts des äußeren Rohrs
repräsentiert, der innen von dem aufgeweiteten Abschnitt
in Bezug auf eine Längsrichtung angeordnet ist. Daher kann
die Größe des Abstands zwischen der inneren Umfangsoberfläche
des aufgeweiteten Abschnitts des äußeren Rohrs
und der äußere Umfangsabschnitt des inneren Rohrs
so auf eine Größe festgesetzt werden, dass der
Fluss des Kühlmittels, das von einem Kühlmitteleinflussrohr
in das Innere des aufgeweiteten Abschnitts eingeflossen ist, effektiv über
den gesamten Umfang des Kühlmittelflusspfads zwischen den äußeren
und den inneren Rohren verteilt werden kann, und dass die Flüsse
des Kühlmittels, die durch den Kühlmittelflusspfad
zwischen den äußeren und den inneren Rohren fließen,
effektiv ineinander übergehen, bevor sie durch ein Kühlmittelausflussrohr ausfließen.
-
Gemäß dem
Doppelwandrohrwärmetauscher aus Absatz 4) kann das Erzeugen
einer Falte an dem äußeren Rohr, welche anderenfalls
erzeugt werden würde, wenn der Doppelwandrohrwärmetauscher
gebogen wird, ohne Fehler verhindert werden.
-
Gemäß dem
Doppelwandrohrwärmetauscher aus Absatz 5) kann eine Steigerung
im Flusswiderstand des Kühlmittelflusspfads zwischen dem äußeren
Rohr und dem inneren Rohr zusammengedrückt werden.
-
Gemäß dem
Doppelwandrohrwärmetauscher aus Absatz 6) ist die Wandstärke
des äußeren Rohrs 0,8 bis 1,2 mm. Daher ist es
möglich, einen Abfall der Bearbeitbarkeit zur Zeit des
Ausbildens des aufgeweiteten Abschnitts und des verengten Abschnitts
zu verhindern, während ein zufriedenstellender Druckwiderstand
des äußeren Rohrs abgesichert wird. Ferner, da
die Höhe der Grate 0,3 bis 1,1 mm ist, werden die Grate
ohne Fehler zusammengedrückt, wenn das äußere
Rohr durch die Verwendung einer Stanze aufgeweitet wird. Daher können
die Abstände zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des
inneren Rohrs und der inneren Umfangsoberfläche von Abschnitten
des verengten Abschnitts des äußeren Rohrs, an
denen die Grate nicht ausgebildet sind, auf eine solche Größe
festgesetzt werden, dass die Abstände mit dem Lötfüllmaterial
gefüllt werden, wenn die verengten Abschnitte des äußeren
Rohrs und des inneren Rohrs miteinander verlötet werden. Zusätzlich,
aufgrund des Wirkens der Grate des äußeren Rohrs,
kann ein Ausknicken des Kühlmittelflusspfads zwischen dem
inneren Rohr und dem äußeren Rohr während
der Biegearbeit effektiv verhindert werden.
-
Gemäß dem
Doppelwandrohrwärmetauscher aus Absatz 7), da die Menge
des Lötfüllmaterials, welches dem Löten
zwischen dem verengten Abschnitt des äußeren Rohrs
und dem inneren Rohr entspricht, sich vergrößert,
kann die Stärke des Lötens zwischen dem verengten
Abschnitt des äußeren Rohrs und dem inneren Rohr
erhöht werden.
-
Gemäß dem
Verfahren zum Herstellen eines Doppelwandrohrwärmetauschers
aus Absatz 9), da die Menge des Lötfüllmaterials,
welche dem Löten zwischen dem verengten Abschnitt des äußeren Rohrs
und dem inneren Rohr entspricht, sich vergrößert,
kann die Stärke des Lötens zwischen dem verengten
Abschnitt des äußeren Rohrs und dem inneren Rohr
erhöht werden.
-
Gemäß dem
Verfahren zum Herstellen eines Doppelwandrohrwärmetauschers
nach Absatz 10), da die Menge des Lötfüllmaterials
sich vergrößert, welche dem Löten zwischen
dem verengten Abschnitt des äußeren Rohrs und
dem inneren Rohr entspricht, kann die Stärke zwischen dem
verengten Abschnitt des äußeren Rohrs und dem
inneren Rohr erhöht werden.
-
KURZE BERSCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Vorderansicht, die die Gesamtstruktur eines Doppelwandrohrwärmetauschers
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ist
eine teilweise abgeschnittene Vorderansicht eines Doppelwandrohrwärmetauschers aus 1,
wobei ein Längszwischenabschnitt weggelassen ist;
-
3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht, die entlang der
Linie A-A aus 2 genommen ist;
-
4 ist
eine vergrößerte Schnittansicht, die entlang der
Linie B-B aus 2 genommen ist;
-
5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die entlang
der Linie C-C aus 2 genommen ist;
-
6 ist
eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die
einen Abschnitt der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen des
Doppelwandrohrwärmetauschers aus 1 zeigt;
-
7 ist
eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Abschnitt der Schritte des Verfahrens zum Herstellen des
Doppelwandrohrwärmetauschers aus 1 zeigt,
wobei der Abschnitt von dem verschieden ist, der in 6 gezeigt
ist;
-
8 ist
ein Diagramm, das einen Kühlmittelzyklus zeigt, welcher
den Doppelwandrohrwärmetauscher aus 1 als Zwischenwärmetauscher
verwendet;
-
9a bis 9c sind
teilweise vergrößerte Schnittansichten, die einen
Abschnitt der Schritte eines anderen Verfahrens zum Herstellen des
Doppelwandrohrwärmetauschers aus 1 zeigt;
-
10a und 10b sind
teilweise vergrößerte Schnittansichten, die einen
Abschnitt der Schritte von wieder einem anderen Verfahren zum Herstellen
des Doppelwandrohrwärmetauschers aus 1 zeigen;
-
11 ist
eine Ansicht, die 4 entspricht und die eine Modifikation
eines Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs zeigt; und
-
12 ist
eine Ansicht, die einem Abschnitt aus 2 entspricht,
und die eine andere Modifikation des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs
zeigt.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend
in Bezug auf die Zeichnung detailliert beschrieben.
-
In
der folgenden Beschreibung umfasst der Begriff „Aluminium” zusätzlich
zu normalem Aluminium auch Aluminiumlegierungen.
-
1 und 2 zeigen
die Gesamtstruktur eines Doppelwandrohrwärmetauschers gemäß der vorliegenden
Erfindung; 3 bis 5 zeigen
die Struktur seines Hauptabschnitts; und 6 und 7 zeigen
einen Abschnitt der Schritte des Herstellens des Doppelwandrohrwärmetauschers
aus 1. 8 zeigt einen Kühlmittelzyklus,
in dem der Doppelwandrohrwärmetauscher aus 1 als
ein zwischengeschalteter Wärmetauscher verwendet wird.
-
In
den 1 und 2 umfasst ein Doppelwandrohrwärmetauscher 1 ein äußeres
Rohr 2 und ein inneres Rohr 3. Das äußere
Rohr 2 ist aus einem Aluminiumextruder ausgebildet, und
hat einen kreisrunden Querschnitt. Das innere Rohr 3 ist
aus einem Aluminiumextrudat, und weist einen kreisrunden Querschnitt
auf und wird konzentrisch in das äußere Rohr 2 eingesetzt
und ist von diesem beabstandet. Der Doppelwandrohrwärmetauscher 1 ist
an einer Vielzahl von Orten gebogen. Ein Abstand zwischen dem äußeren
Rohr 2 und dem inneren Rohr 3 des Doppelwandrohrwärmetauschers 1 dient
als ein erster Kühlmittelflusspfad 4. Das Innere
des inneren Rohrs 3 dient als ein zweiter Kühlmittelflusspfad 5. Gegenüberliegende
Endabschnitt des inneren Rohrs 3 stehen von den gegenüberliegenden
Endabschnitten des äußeren Rohrs 2 hervor
und Rohrkoppelelemente 6 werden mit den vorstehenden Endabschnitten
des inneren Rohrs 3 verbunden.
-
Das äußere
Rohr 2 umfasst aufgeweitete Abschnitte 7 und 8,
die nahe deren gegenüberliegenden Enden ausgebildet sind;
d. h., an Orten, die von den gegenüberliegenden Enden in
Bezug auf eine Längsrichtung leicht nach innen versetzt
sind. Das äußere Rohr 2 umfasst konische
Abschnitte 16, die zwischen den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 und
einem Abschnitt 2a ausgebildet sind, der nach innen von dem
aufgeweiteten Abschnitt 7 und 8 in Bezug auf eine
Längsrichtung angeordnet ist; d. h., sie erstrecken sich
zwischen den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8.
Die konischen Abschnitte 16 verjüngen sich so,
dass sich ihre Durchmesser von den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 entgegen
der inneren Seite in Bezug auf eine Längsrichtung schrittweise
verringern. Ein Kühlmitteleinlass 9 ist an einer
Wand von einem aufgeweiteten Abschnitt 7 des äußeren
Rohrs 2 ausgebildet, und ein Kühlmittelauslass
(nicht gezeigt) ist in der Wand des anderen aufgeweiteten Abschnitts 8 ausgebildet.
-
Ein
Ende eines Hochdruckkühlmitteleinlassrohrs 11,
welches aus Aluminium ausgebildet ist und welches mit dem ersten
Kühlmittelflusspfad 4 in Verbindung steht, wird
in den Kühlmitteleinlass 9 eingesetzt und wird
an den aufgeweiteten Abschnitt 7 gelötet. Das
Hochdruckkühlmitteleinlassrohr 11 weist an einem
Ende einen Vorsprung 11a auf, welcher sich teilweise in
Umfangsrichtung des Rohrs erstreckt. Der Vorsprung 11a kommt
in Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche
des inneren Rohrs 3, so dass er die Einsatztiefe des Hochdruckkühlmitteleinlassrohrs 11 festlegt.
Ferner wird ein Ende eines Hochdruckkühlmittelausflussrohrs 12,
welches aus einem Aluminium ausgebildet ist und welches mit dem
ersten Kühlmittelflusspfad 4 kommuniziert, in den
Kühlmittelauslass eingesetzt und wird an den vergrößerten
Abschnitt 8 gelötet. Obwohl nicht dargestellt,
weist das Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 ebenfalls
an einem Ende einen Vorsprung auf, welcher sich teilweise in Umfangsrichtung
des Rohrs erstreckt. Der Vorsprung kommt in Kontakt mit der äußeren
Umfangsoberfläche des inneren Rohrs 3, so dass
es die Einsatztiefe des Hochdruckkühlmittelausflussrohrs 12 festlegt.
Rohrkupplungselemente 13 werden mit den anderen Enden (äußeren
Enden) des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs 11 und
dem Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 verbunden.
-
Das äußere
Rohr 2 umfasst ferner zylindrisch verengte Abschnitte 14,
welche im Durchmesser kleiner als die aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 sind,
und welche an den äußeren Seiten der aufgeweiteten
Abschnitte 7 und 8 in Bezug auf eine Längsrichtung
ausgebildet sind. Die verengten Abschnitte 14 werden an
das innere Rohr 3 gelötet. Das äußere Rohr 2 umfasst
konische Abschnitte 17, welche zwischen den verengten Abschnitten 14 und
den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 ausgebildet
sind. Die konischen Abschnitte 17 verjüngen sich
so, dass sich ihre Durchmesser von den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 entgegen
den verengten Abschnitten 14 schrittweise verringern. Ein
Lötfüllmaterial F verbleibt zwischen den äußeren
Umfangsoberflächen des inneren Rohrs 3 und einem
Endabschnitt der inneren Umfangsoberfläche von jedem konischen
Abschnitt 17, wobei der Endabschnitt an der Seite entgegen dem
verengten Abschnitt 14 angeordnet ist.
-
Wie
in den 3 bis 5 gezeigt, sind eine Vielzahl
von Graten 15 integral an der inneren Umfangsoberfläche
des äußeren Rohrs 2 in gleichen Abständen
in Umfangsrichtung vorgesehen. Die Grate 15, welche radial
nach innen hervorstehen, erstrecken sich entlang der Längsrichtung
des äußeren Rohrs 2. Die Grate 15 werden
an den inneren Umfangsoberflächen des aufgeweiteten Abschnitts 7 und 8,
der verengten Abschnitte 14 und den konischen Abschnitten 16 und 17 des äußeren
Rohrs 2 zusammengedrückt. Das Lötfüllmaterial
F füllt die Abstände zwischen den äußeren
Umfangsoberflächen des inneren Rohrs 3 und den
inneren Umfangsoberflächen von Abschnitten von jedem der
verengten Abschnitte 14 des äußeren Rohrs 2,
an denen die Grate 15 nicht ausgebildet sind.
-
In
dem Fall, in dem der Abschnitt 2a des äußeren
Rohrs 2, das sich zwischen den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 erstreckt,
vorzugsweise einen äußeren Durchmesser von 19
mm oder größer aufweist, wird die Relation 0,25 ≤ h/t ≤ 0,625
und 0,72 ≤ n/D1 ≤ 0,96 erfüllt, wobei
t die Wandstärke des äußeren Rohrs 2 repräsentiert,
D1 den inneren Durchmesser des äußeren Rohrs 2 repräsentiert,
wenn er an Abschnitten gemessen wird, an denen die Grate 15 nicht
ausgebildet sind, h die Höhe der Grate repräsentiert
und n die Anzahl der Grate repräsentiert. Wenn der Wert
von h/t exzessiv klein ist, kann in manchen Fällen das
Ausknicken des ersten Kühlmittelflusspfads 4 zwischen
dem äußeren Rohr 2 und dem inneren Rohr 3 nicht
zuverlässig verhindert werden, wenn der Doppelwandrohrwärmetauscher 1 gebogen
wird. Wenn der Wert h/t exzessiv groß ist, treten in manchen
Fällen die folgenden Probleme auf. Wenn die aufgeweiteten
Abschnitte 7 und 8 des äußeren
Rohrs 2 mechanisch durch die Verwendung einer Spannvorrichtung
ausgebildet werden, können die Grate 15 nicht
ausreichend zusammengepresst werden. Daher kann die Größe
der Abstände zwischen der äußeren Umfangsoberfläche
des inneren Rohrs 3 und der inneren Umfangsoberfläche
der Abschnitte von jedem verengten Abschnitt 14 des äußeren
Rohrs 2, an denen die Grate 15 nicht ausgebildet sind,
nicht auf solch eine Größe festgesetzt werden, dass
die Abstände mit dem Lötfüllmaterial
fehlerfrei gefüllt werden können. Beispielsweise
ist in dem Fall, in dem der äußere Durchmesser
des äußeren Rohrs 19 mm oder größer
ist, vorzugsweise die Wandstärkte t des äußeren
Rohrs 2 0,8 bis 1,2 mm, und die Höhe h der Grate 15 ist
0,3 bis 1,1 mm. Zusätzlich ist der Querschnittsbereich
des ersten Kühlmittelflusspfads 4 zwischen dem äußeren
Rohr 2 und dem inneren Rohr 3 bevorzugt gleich
oder größer als der Bereich eines Kreises, der
einen Radius von 4 mm aufweist.
-
Weiter
bevorzugt wird die Beziehung 1,23 ≤ D2/D3 ≤ 1,45
erfüllt, bei der D2 den Außendurchmesser des aufgeweiteten
Abschnitts 7 und 8 des äußeren
Rohrs 2 repräsentiert, und D3 den Außendurchmesser
des Abschnitts 2a des äußeren Rohrs 2 repräsentiert,
der sich zwischen den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 erstreckt.
Wenn der Wert von D2/D3 außerhalb des oben beschriebenen
Bereichs fällt, kann die Größe der Abstände
zwischen den äußeren Umfangsoberflächen
des inneren Rohrs 3 und der inneren Umfangsoberfläche
der aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 des äußeren
Rohrs 2 nicht auf solch eine Größe festgesetzt
werden, dass das Kühlmittel, das von dem Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 11 in
das Innere des aufgeweiteten Abschnitts 7 eingeflossen
ist, effektiv über den gesamten Umfang des Pfads verteilt
oder getrennt werden kann, und dass der Fluss des Kühlmittels,
das durch den Kanal zwischen den benachbarten Graten 15 innerhalb
des ersten Kühlmittelflusspfads 14 fließt,
effektiv abgemischt werden kann, bevor es durch das Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 herausfließt.
Ferner ist der Abstand zwischen den äußeren Umfangsoberflächen des.
inneren Rohrs 3 und den distalen Enden der jeweiligen Grate 15 der
Abschnitte des äußeren Rohrs 2, die sich
zwischen den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 erstreckt,
0 bis 0,5 mm. Wenn dieser Abstand exzessiv groß wird, wird
es wahrscheinlicher, dass als Ergebnis des Biegens des Doppelwandrohrwärmetauschers 1 eine
Falte an dem Außenrohr 2 erzeugt wird.
-
Wie
in den 6 und 7 gezeigt, wird ein Doppelwandrohrwärmetauscher 1 durch
folgendes Verfahren hergestellt.
-
Als
erstes wird das äußere Rohr 2 vorbereitet,
welches die Vielzahl von Graten 15 umfasst, die integral
an der inneren Umfangsoberfläche des äußeren
Rohrs 2 vorgesehen sind, in gleichen Abständen
in Umfangsrichtung, so dass die Grate 15 radial nach innen
hervorstehen und sich entlang der Längsrichtung erstrecken,
und welches einen konstanten Außendurchmesser über
seine gesamte Länge aufweist. Durch Verwendung einer Stanze
werden die gegenüberliegenden Endabschnitte des äußeren Rohrs 2 mechanisch über
eine vorbestimmte Länge aufgeweitet, wobei die konischen
Abschnitte 16 und die aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 ausgebildet werden
(siehe 6). Zu dieser Zeit werden die Abschnitte der Grate 15,
die an den konischen Abschnitten 16 und den aufgeweiteten
Abschnitten 7 und 8 des äußeren
Rohrs 2 zugeordnet sind, durch die Stanze zusammengepresst.
-
Nachfolgend
wird das innere Rohr 3 in das äußere
Rohr 2 so eingesetzt, dass die gegenüberliegenden
Endabschnitte des inneren Rohrs 3 von den gegenüberliegenden
Endabschnitten des äußeren Rohrs 2 hervorstehen.
Danach wird ein Walzarbeitsschritt durchgeführt, um das äußere
Rohr 2 von den radialen äußeren Seiten über
den gesamten Umfang des äußeren Rohrs 2 radial
nach innen zu pressen, wobei die konischen Abschnitte 17 und
die zylindrisch verengten Abschnitte 14 an dem äußeren
Rohr 2 ausgebildet werden, so dass sie an den äußeren Seiten
der aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 in Bezug auf
eine Längsrichtung ausgebildet sind (siehe 7).
Die konischen Abschnitte 17 sind so ausgebildet, dass sie
sich von den äußeren Enden der aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 erstrecken
und schrittweise im Durchmesser entgegen der äußeren
Seite verringern. Die zylindrischen Abschnitte 14 sind
so ausgebildet, dass sie sich von den äußeren
Enden der konischen Abschnitte 17 erstrecken, im Durchmesser
geringer sind als die aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8,
und eine vorbestimmte Länge aufweisen. Wenn die konischen
Abschnitte 17 an den verengten Abschnitten 14 ausgebildet
sind, werden Abschnitte der Grate 15, die an den verengten
Abschnitten 14 angeordnet sind, zusammengepresst.
-
Nachfolgend
werden die verengten Abschnitte 14 des äußeren
Rohrs 2 und des inneren Rohrs 3 miteinander verlötet.
Namentlich in dem Fall, in dem das Löten zwischen dem Rohrkupplungselement 6 und
dem inneren Rohr 3 durchgeführt wird und zwischen
den Rohrkupplungselementen 13 und dem Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 11 und
dem Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 durchgeführt wird,
wird das Löten gleichzeitig mit dem Löten zwischen
den verengten Abschnitten 14 des äußeren Rohrs 2 und
dem inneren Rohr 3 durchgeführt. Abschließend
wird das äußere Rohr 2 und das innere Rohr 3 an
vorbestimmten Orten gebogen. Dadurch wird der Doppelwandrohrwärmetauscher 1 fertiggestellt.
-
8 zeigt
einen Kühlmittelzyklus, in dem der oben beschriebene Doppelwandrohrwärmetauscher 1 als
ein zwischenliegender Wärmetauscher verwendet wird.
-
Der
Kühlmittelzyklus in 8 verwendet
beispielsweise ein Chlorfluorcarbon-basiertes Kühlmittel.
Der Kühlmittelzyklus umfasst einen Kompressor 20;
einen Kondensator 21, der einen Kondensationsbereich 22 aufweist,
einen Flüssigkeitsempfänger 23, der als
ein Dampf-Flüssigkeits-Separator dient, und einen Unterkühlbereich 24;
einen Verdampfer 25; ein Expansionsventil 26,
das als eine druckreduzierende Einrichtung dient; und den Doppelwandrohrwärmetauscher 1,
der als ein zwischengeschalteter Wärmetauscher zum Durchführen
des Wärmetauschens zwischen dem Kühlmittel von
dem Kondensator 20 und dem Kühlmittel von dem
Verdampfer 25dient. Die Rohrleitungen, die sich von dem
Unterkühlbereich 24 des Kondensators 20 erstrecken,
sind mit dem Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 11 verbunden, das
mit dem äußeren Rohr 2 des Doppelwandrohrwärmetauschers 1 verbunden
ist. Gleichzeitig sind die Rohrleitungen, die sich zu dem Ausdehnungsventil 26 erstrecken,
mit dem Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 verbunden,
das mit dem äußeren Rohr 2 verbunden
ist. Ebenfalls sind die Rohrleitungen, die sich von dem Verdampfer 25 erstrecken,
mit einem Endabschnitt des inneren Rohrs 3 des Doppelwandrohrwärmetauschers 1 verbunden,
der an einer Seite zu dem Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 angeordnet
ist. Gleichzeitig sind die Rohrleitungen, die sich zu dem Kompressor 20 erstrecken,
mit dem anderen Endabschnitt des inneren Rohrs 3 verbunden,
das an der Seite zu dem Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 11 angeordnet
ist. Der Kühlmittelzyklus wird in einem Fahrzeug montiert;
beispielsweise einem Automobil, als Fahrzeugklimaanlage.
-
Beim
Betrieb des Kühlmittelzyklus, wird ein Hochtemperatur-Hochdruck-Dampfflüssigmischphasenkühlmittel,
welches im Kompressor 20 einer Kompression unterzogen wurde,
gekühlt und im Kondensationsbereich 22 des Kondensators 21 kondensiert. Nachfolgend
fließt das Kühlmittel in den Flüssigkeitsempfänger 23 und
wird in zwei Phasen getrennt; genauer gesagt in die Dampfphase und
die Flüssigphase. Das resultierende Flüssigphasenkühlmittel
fließt in den unterkühlenden Bereich 24 und
wird unterkühlt. Das unterkühlte Flüssigphasenkühlmittel
fließt mittels des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs 11 in den
aufgeweiteten Abschnitt 7 des äußeren
Rohrs 2 des Doppelwandrohrwärmetauschers 1,
und dringt in den ersten Kühlmittelflusspfad 4 mittels
des aufgeweiteten Abschnitts 7 ein. Durch Wirken des aufgeweiteten
Abschnitts 7 wird das Flüssigphasenkühlmittel,
das in den aufgeweiteten Abschnitt 7 eingeflossen ist,
dazu gebracht, getrennt in all die Kanäle einzufließen,
die zwischen den benachbarten Graten 15 in dem ersten Kühlmittelflusspfad 4 ausgebildet sind.
Währenddessen fließt das Dampfphasenkühlmittel
von dem Verdampfer 25 in den zweiten Kühlmittelflusspfad 5 des
Doppelwandrohrwärmetauschers 1. Während
des Fließens durch den ersten Kühlmittelflusspfad 4 wird
das Flüssigphasenkühlmittel weiter gekühlt
durch das Dampfphasenkühlmittel, dessen Temperatur relativ
niedrig ist und welches durch den zweiten Kühlmittelflusspfad 5 fließt.
Während es all diese Kanäle durchläuft,
die zwischen den benachbarten Graten 15 ausgebildet sind,
in dem ersten Kühlmittelflusspfad 4 des Doppelwandrohrwärmetauschers 1,
vermischen sich die Flüsse des Flüssigphasenkühlmittels
zusammen in dem aufgeweiteten Abschnitt 8. Das Flüssigphasenkühlmittel fließt
dann in das Expansionsventil 26 durch das Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12.
In dem Expansionsventil 26 wird das Flüssigphasenkühlmittel
adiabatisch aufgeweitet und dabei druckreduziert. Nachfolgend fließt
das Flüssigphasenkühlmittel in den Verdampfer 25 und
wird in dem Verdampfer 25 verdampft. Währenddessen
wird das Dampfphasenkühlmittel, das durch den zweiten Kühlmittelflusspfad 5 des
Doppelwandrohrwärmetauschers 1 hindurchgelaufen
ist, an den Kompressor 20 zugeführt.
-
9a bis 9c zeigen
ein anderes Verfahren zum Herstellen des Doppelwandrohrwärmetauschers 1.
-
Als
erstes wird das äußere Rohr 2 vorbereitet,
welches die Vielzahl der Grate 15 umfasst, die integral
an der inneren Umfangsoberfläche des äußeren
Rohrs 2 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung
so vorgesehen sind, dass die Grate 15 radial nach innen
hervorstehen und sich entlang der Längsrichtung erstrecken,
und welches einen konstanten äußeren Durchmesser über
seine gesamte Länge aufweist. Durch die Verwendung einer
ersten Stanze 30 werden die gegenüberliegenden
Endabschnitte des äußeren Rohrs 2 mechanisch
aufgeweitet, wobei die konischen Abschnitte 16 und die
aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8, die eine vorbestimmte Länge
aufweisen, an den gegenüberliegenden Enden des äußeren
Rohrs 2 ausgebildet werden. Zu dieser Zeit werden Abschnitte
der Grate 15 an der inneren Umfangsoberfläche
der konischen Abschnitte 16 und der aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 durch
die erste Stanze 30 zusammengepresst (siehe 9a).
-
Nachfolgend
werden durch die Verwendung einer zweiten Stanze 31 die
konischen Abschnitte 17 und die zylindrisch verengten Abschnitte 14 an
dem äußeren Rohr 2 an Positionen ausgebildet,
die an den äußeren Seiten der aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 in
Bezug auf die Längsrichtung angeordnet sind (siehe 9b).
Die konischen Abschnitte 17 sind so ausgebildet, dass sie
sich von den äußeren Enden der aufgeweiteten Abschnitte 7 und 8 erstrecken
und sich schrittweise im Durchmesser entgegen der äußeren
Seite verringern. Die zylindrisch verengten Abschnitte 14 sind
so ausgebildet, dass sie sich von den äußeren
Enden der konischen Abschnitte 17 erstrecken, geringer
im äußeren Durchmesser sind als die aufgeweiteten
Abschnitte 7 und 8 und eine vorbestimmte Länge
aufweisen. Die inneren und äußeren Durchmesser
der zylindrisch verengten Abschnitte 14 sind in etwa gleich
denen der Abschnitte 2a des äußeren Rohrs 2,
das sich zwischen den aufgeweiteten Abschnitten 7 und 8 erstreckt.
-
Nachfolgend
wird das innere Rohr 3 vorbereitet, das einen konstanten
Außendurchmesser über seine gesamte Länge
aufweist, und wird in das äußere Rohr 2 so
eingesetzt, dass die gegenüberliegenden Endabschnitte des
inneren Rohrs 3 von den gegenüberliegenden Endabschnitten
des äußeren Rohrs hervorstehen.
-
Nachfolgend
werden die Abschnitte der verengten Abschnitte 14 des äußeren
Rohrs 2, die an der Seite angeordnet sind entgegen den
konischen Abschnitten 17, von der äußeren
Seite durch die Verwendung eines Krimpelements 32 gekrimpt,
wobei das äußere Rohr 2 an dem inneren
Rohr 3 befestigt wird (siehe 9c). Das
Krimpelement 32 ist aus einer Vielzahl von Segmenten zusammengestellt,
die so angeordnet sind, dass sie eine ringförmige Gestalt ausbilden,
und weist eine innere Umfangsoberfläche auf, die so sich
verjüngt, dass der Durchmesser sich schrittweise entgegen
den aufgeweiteten Abschnitten 7 (8) verringert.
-
Nachfolgend
werden die inneren Umfangsoberflächen des verengten Abschnitts 14 des äußeren Rohrs 2 und
die äußeren Umfangsoberflächen des inneren
Rohrs 3 über deren gesamten Umfang miteinander
verlötet. Vorzugsweise wird dieses Löten durchgeführt
mittels Flammlöten, während ein Lötfüllmaterial
auf die Umfänge der Endabschnitte der Abschnitte des inneren
Rohrs 3, die aus dem äußeren Rohr 2 hervorstehen,
versorgt wird, wobei die Endabschnitte an einer Seite entgegen den
verengten Abschnitten 14 angeordnet sind.
-
Während
dieses Lötens dringt das geschmolzene Lötfüllmaterial
in die Räume zwischen dem äußeren Rohr 2 und
dem inneren Rohr 3 mittels der Abstände zwischen
den äußeren Umfangsoberflächen des inneren
Rohrs 3 und den inneren Umfangsoberflächen der
Abschnitte von jedem verengten Abschnitt 14 des äußeren
Rohrs 2 ein, an denen die Grate 15 nicht ausgebildet
sind. Daher werden die Abstände mit dem Lötfüllmaterial
F gefüllt und das Lötfüllmaterial F verbleibt
zwischen den äußeren Umfangsoberflächen
des inneren Rohrs 3 und einem Endabschnitt der inneren
Umfangsoberfläche von jedem konischen Abschnitt 17,
wobei der Endabschnitt der Seite entgegen dem verengten Abschnitt 14 angeordnet
ist.
-
Abschließend
werden das äußere Rohr 2 und das innere
Rohr 3 an vorbestimmten Orten gebogen, und das Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 11 und das
Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 werden an das äußere
Rohr 2 gelötet. Dadurch wird der Doppelwandrohrwärmetauscher 1 fertiggestellt.
-
10a und 10b zeigen
wieder ein anderes Verfahren zum Herstellen des Doppelwandrohrwärmetauschers 1.
-
Das
Verfahren, das in den 10a und 10b gezeigt ist, ist identisch mit dem Verfahren, das
in den 9a bis 9c gezeigt
ist, bis zu einem Punkt, an dem die verengten Abschnitte 14 an dem äußeren
Rohr 2 ausgebildet werden.
-
Nach
dem Ausbilden der verengten Abschnitte 14 durch die Verwendung
einer dritten Stanze 33, wird ein Schürzenabschnitt 34 an
dem äußeren Ende von jedem verengten Abschnitt 14 des äußeren
Rohrs 2 so ausgebildet, dass der Schürzenabschnitt 34 sich
radial nach außen entgegen der äußeren
Seite schürzt (siehe 10a).
Die dritte Stanze 33 ist eine segmentierte Matrize.
-
Nachfolgend
wird das innere Rohr 3 vorbereitet, das einen konstanten
Außendurchmesser über seine gesamte Länge
aufweist, und wird in das äußere Rohr 2 so
eingesetzt, dass die gegenüberliegenden Endabschnitte des
inneren Rohrs 3 aus den gegenüberliegenden Endabschnitten
des äußeren Rohrs 2 hervorstehen.
-
Nachfolgend
werden die verengten Abschnitte 14 des äußeren
Rohrs 2, ausgenommen der Schürzenabschnitt 34,
von der äußeren Seite durch die Verwendung eines
Krimpelements 35 gekrimpt, wobei das äußere
Rohr 2 an dem inneren Rohr 3 befestigt wird (siehe 10b). Das Krimpelement 35 wird aus einer
Vielzahl von Segmenten zusammengestellt, die so angeordnet sind,
dass sie eine ringförmige Gestalt ausbilden, und weist
eine zylindrische innere Umfangsoberfläche auf.
-
Nachfolgend
werden die innere Umfangsoberfläche der verengten Abschnitte 14 des äußeren Rohrs 2 und
die äußere Umfangsoberfläche des inneren
Rohrs 3 über deren gesamten Umfang miteinander
verlötet. Vorzugsweise wird dieses Löten mittels
Flammlöten durchgeführt, während ein
Lötfüllmaterial auf die Umfänge der Endabschnitte
der Abschnitte des inneren Rohrs 3, die aus dem äußeren Rohr 2 hervorstehen,
zugeführt wird, wobei die Endabschnitte an der Seite entgegen
den verengten Abschnitten 14 angeordnet sind. Während
dieses Lötens dringt das geschmolzene Füllmaterial
in den Raum zwischen dem äußeren Rohr 2 und
dem inneren Rohr 3 mittels des Abstands zwischen der äußeren
Umfangsoberfläche des inneren Rohrs 3 und der inneren
Umfangsoberfläche der Abschnitte von jedem verengten Abschnitt 14 des äußeren
Rohrs 2 ein, an denen die Grate 15 nicht ausgebildet
sind. Daher werden die Abstände mit dem Lötfüllmaterial
F aufgefüllt und das Lötfüllmaterial
F verbleibt zwischen der äußeren Umfangsoberfläche
des inneren Rohrs 3 und einem Endabschnitt der inneren
Umfangsoberfläche von jedem konischen Abschnitt 17, wobei
der Endabschnitt an der Seite entgegen dem verengten Abschnitt 14 angeordnet
ist.
-
Schließlich
werden das äußere Rohr 2 und das innere
Rohr 3 an vorbestimmten Orten gebogen, und das Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 11 und
das Hochdruckkühlmittelausflussrohr 12 werden
an das äußere Rohr 2 gelötet.
Damit wird der Doppelwandrohrwärmetauscher 1 fertiggestellt.
-
11 und 12 zeigen
Modifikationen des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs.
-
Ein
Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 40, das in 11 gezeigt
ist, hat keinen Vorsprung zum Festlegen der Einsatztiefe des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs 40.
Das Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 40 umfasst
einen äußeren vorstehenden Flansch 41 an
einer Position nahe an seinem Ende; welcher mit dem äußeren
Rohr 2 verbunden ist. Der nach außen hervorstehende
Flansch 41 weist einen äußeren Durchmesser
auf, der größer als der Durchmesser des Kühlmitteleinlasses 9 und
des Kühlmittelauslasses ist. Der Flansch 41 ist
in der Gestalt eines Sattels ausgebildet, so dass er an die Gestalt
der äußeren Umfangsoberfläche der aufgeweiteten
Abschnitte 7 angepasst ist, und wird an der äußeren
Umfangsoberfläche des aufgeweiteten Abschnitts 7 gelötet. Der
Flansch 41 legt die Einsatztiefe des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs 40 fest.
-
Ein
Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 45, in 12 gezeigt,
weist nicht den Vorsprung zum Festlegen der Einsatztiefe des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs 45 auf.
Eine Vereinigungsmutter 46 wird drehbar an einem Endabschnitt
des Hochdruckkühlmitteleinflussrohrs 45 angebracht.
Währenddessen wird eine Einheitsschraube 47, welche
einen Flusspfad 47a aufweist und auf welche die Einheitsmutter 46 aufgeschraubt
wird, so an den aufgeweiteten Abschnitt 7 des äußeren
Rohrs 2 gelötet, dass der Flusspfad 47a mit
dem Kühlmitteleinlass 9 kommuniziert. Als Ergebnis,
dass die Einheitsmutter 46 auf die Einheitsschraube 47 geschraubt
wird, wird das Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 45 entfernbar
mit dem äußeren Rohr 2 so verbunden,
dass das Hochdruckkühlmitteleinflussrohr 45 mit
dem ersten Kühlmittelflusspfad 4 kommuniziert.
-
Obwohl
nicht dargestellt, kann das Hochdruckkühlmittelaunflussrohr
ebenfalls eine Struktur aufweisen, wie die, die in 11 oder 12 gezeigt ist.
-
In
der oben beschriebenen Ausführungsform stehen die gegenüberliegenden
Endabschnitte des inneren Rohrs von den gegenüberliegenden
Endabschnitten des äußeren Rohrs hervor. Jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Struktur begrenzt,
und die Struktur kann in einer solchen Weise modifiziert werden,
dass nur ein Endabschnitt des inneren Rohrs von dem äußeren
Rohr hervorsteht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
