(57)【要約】  多段ステージ型のコンプレッサー１０を含む冷却システムが提供される。冷却システムは、コンプレッサー１０に連結したガスクーラー２１と共に冷却材を連続的に圧縮するための少なくとも２つのステージ１２及び１４を有し、ガスクーラー２１は、コンプレッサーの最終ステージ１４を出る圧縮された冷却材を受ける。ガスクーラー２１には膨張装置を介して蒸発器１８が連結される。蒸発器は、膨張装置を出る冷却された冷却材を受け、蒸発器１８を通過する流体流れを冷却する。蒸発器１８は戻り通路を介してコンプレッサーの第１ステージ１２に連結される。第１ステージ１２と最終ステージ１４との間にはインタークーラー２６が連結される。インタークーラーは、第１ステージ１２で圧縮された冷却材を冷却し、冷却した冷却材を更に圧縮させるために最終ステージ１４に送る。インタークーラー２６とガスクーラー２１とは単一ユニット状に一体化されて単一の冷却用熱交換流体を受け、ガスクーラー２１はインタークーラー２６のそれよりも大きな熱交換表面を有する。
2008503705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却システムであって、
冷却材を連続的に圧縮するための少なくとも２つのステージを有する多段ステージ型のガスコンプレッサーと、
ガスコンプレッサーに連結され、該ガスコンプレッサーの最終ステージを出る圧縮された冷却材を受け、受けた冷却材を圧縮するためのガスクーラーと、
ガスコンプレッサーに連結され、該ガスコンプレッサーを出る冷却された冷却材を受ける蒸発器にして、該蒸発器を通過する流体流れを冷却するための蒸発器と、
蒸発器をガスコンプレッサーの第１ステージに結合して冷却材を該第１ステージに戻して圧縮させるための戻り通路と、
前記第１ステージと前記最終ステージとの間に連結され、第１ステージで圧縮された冷却材を冷却し、冷却した冷却材を最終ステージで更に圧縮させるために最終ステージに送るインタークーラーと、
を含み、
インタークーラーとガスクーラーとが、単一の冷却用熱交換器流体を受けるための単一ユニットとして一体化され、ガスクーラーが、インタークーラーのそれよりも大きな伝熱領域を有し、ガスクーラー及びインタークーラーの各伝熱領域が、冷却材と、単一の冷却用熱交換器流体との間における伝熱がそこを介して生じるところの領域である冷却システム。
【請求項２】
ガスクーラーが複数の管列又は通路列を有する交差流れ型の熱交換器であり、該ガスクーラー内の冷却材が、該ガスクーラーを通過する前記単一の冷却用熱交換器流体の流れ方向に関してガスクーラーの後方側から前方側へと連続的に通過する請求項１の冷却システム。
【請求項３】
ガスクーラーとインタークーラーとが、各側方部分を接触させた関係下に配置され、かくして、単一の冷却用熱交換器流体が通過する単一の分割面を画定し、ガスクーラー及びインタークーラーの各遠方側間を伸延する共通ヘッダーのアセンブリーを含み、共通ヘッダーのアセンブリーにおけるバッフルが、インタークーラーの冷却材流路をガスクーラーの冷却材流路から隔絶する請求項２の冷却システム。
【請求項４】
インタークーラーが、冷却材が連続的に通過する複数の管列又は通路列を有し、インタークーラーの管列又は通路列数がガスクーラーの管列または通路列数よりも少ない請求項３の冷却システム。
【請求項５】
ガスクーラーの管列又は通路列数がインタークーラーの管列又は通路列数の少なくとも２倍である請求項４の冷却システム。
【請求項６】
ガスクーラーの管列又は通路列が、整列した蛇行管によって画定され、インタークーラーの管列又は通路列が、Ｕ字管又は蛇行管によって画定される請求項５の冷却システム。
【請求項７】
ガスクーラーとインタークーラーとが、ガスクーラーの管又は通路がインタークーラーの隣り合う管又は通路間に位置付けられる状態で差し込み配列される請求項２の冷却システム。
【請求項８】
インタークーラーが複数の管列又は通路列を有し、ガスクーラーの管列又は通路列が、整列する蛇行管により画定され、インタークーラーの管列又は通路列がＵ字管又は蛇行管によって画定される請求項７の冷却システム。
【請求項９】
インタークーラーが複数の管列又は通路列を有し、ガスクーラーの各管列又は通路列における管又は通路数がインタークーラーの管列又は通路列のそれよりも多く、インタークーラーの管列又は通路列の各管又は通路が、ガスクーラーの各管又は通路間に実質的に一様に分配される請求項７の冷却システム。
【請求項１０】
ガスクーラーの管列又は通路列が、整列した蛇行管により画定され、インタークーラーの管列又は通路列が、Ｕ字管又は蛇行管によって画定される請求項９の冷却システム。
【請求項１１】
一体型の、差し込み形式の熱交換器であって、
折り曲げられることにより平行状態に整列した複数の管路を画定する複数の第１管と、
折り曲げられることにより平行状態に整列した複数の管路を画定する複数の第２管と、
複数の第１管の各端部に連結され且つ第１管の内部と流体連通する第１ヘッダーのアセンブリーと、
複数の第２管の各端部に連結され且つ第２管の内部と流体連通する第２ヘッダーのアセンブリーと、
を含み、
前記複数の第１管が、実質的に一様に且つ相互に間隔を置いた様式下に複数の第２管の各間部分に位置付けられ、
複数の第１管及び複数の第２管の各々における各平行な管が管列を画定し、
管列の隣り合う各管路間にフィンが伸延される熱交換器。
【請求項１２】
複数の第１管及び複数の第２管の各々が同数の管路を有する請求項１１の熱交換器。
【請求項１３】
複数の第１管の各管により画定される管路数が、複数の第２管の各管により画定される管路数よりも多い請求項１１の熱交換器。
【請求項１４】
複数の第１管及び複数の第２管の各管とフィンとが、熱交換器における全体に矩形のコアを画定し、第１ヘッダー及び第２ヘッダーの各アセンブリーの全てがコアの一方側に配置される請求項１３の熱交換器。
【請求項１５】
複数の第１管の各管が蛇行管であり、複数の第２管の各管がＵ字管又は蛇行管である請求項１１の熱交換器。
【請求項１６】
複数の第１管の各管により画定される管路数が、複数の第２管の各管により画定される管路数よりも大きい請求項１５の熱交換器。
【請求項１７】
複数の第１管及び複数の第２管の各々とフィンとが、熱交換器の全体に矩形のコアを画定し、第１ヘッダー及び第２ヘッダーの各アセンブリーの全てがコアの一方側に配置される請求項１４の熱交換器。
【請求項１８】
複数の第２管が、複数の第１管の各端部の内側に位置付けられた相当する各端部を有し、第２ヘッダーのアセンブリーが第１ヘッダーのアセンブリ間に位置付けられる請求項１３の熱交換器。
【請求項１９】
複数の第２管が、複数の第１管の各端部の外側に位置付けられた相当する各端部を有し、第１ヘッダーのアセンブリーが第２ヘッダーのアセンブリ間に位置付けられる請求項１３の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却システムに関し、詳しくはそうした冷却システムで使用するための一体型の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
大抵の冷却システム（ここでは空調システムを含むものとする）は蒸気圧縮サイクルに基づいて運転される。蒸気圧縮サイクルでは、冷却材が圧縮され、圧縮された冷却材が蒸発器で膨張される前に冷却され、かくして熱交換流体が冷却される。熱交換流体は、例えば、冷蔵庫の中身あるいは空間占有物のような様々な物体を冷却するために使用され得る。比較的最近まで、非燃焼性であり、またシステム内を比較的循環させやすいことから、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）またはハイドロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）が一般的な冷却材として用いられていたが、こうした冷却材を使用するシステムは、特に自動車用のものでは冷却材漏れを生じやすいことが分かった。逃出した冷却材はその種類に応じて、地球を取り巻くオゾン層に多様なレベルでの損害を与える恐れがあり、その結果、ＣＦＣ１２の如き特定の冷却材の製造は既に中止され、より環境低負荷な冷却材、例えばＨＦＣ１３４ａのような冷却材が用いられるようになっているが、環境低負荷性の冷却材への探求は尚、続けられている。
【０００３】
現在用いられている新規な冷却材は、使用される様々な冷却システムで最適効果を実現するために変化させる必要があるが、この点は、システムの凝縮器内で気相から液相となって物理的に実際に凝縮する新規な冷却材の幾つかを用いる場合でも、代表的なシステム運転中に実際に凝縮することはないが、所謂ガスクーラー内で圧縮した後に冷却する必要のある、ＣＯ2のような、所謂、トランスクリティカルな冷却材を用いる場合でも変わりはない。
効率を増大させる多段ステージ型の圧縮操作を用いるこうしたシステムの幾つかでは、蒸発器を出る膨張された冷却材を、通常は２ステージ型コンプレッサーを使用して高圧化した後、システムの凝縮器あるいはガスクーラーに送り込んでいる。簡略化のために、トランスクリティカルな冷却材の場合に使用する、冷却材を実際に凝縮させるための凝縮器及びガスクーラーは今後は共にガスクーラーと称するものとする。
【０００４】
何れにせよ、多段ステージ型のコンプレッサーを用いる場合は、各圧縮ステージ間で冷却材を冷却するための何らかの手段がしばしば必要となるが、これは、代表的には空冷式のインタークーラーを用いることで解決される。
一般的な冷却システムではガスクーラー及びインタークーラーはシステムループ上は典型的には別個の構成部品である。この構成はシステムに空間的制約が殆ど無い場合はそれ程問題ではないが、空間的制約が大きい場合には、ガスクーラー及びインタークーラーを別個の構成部品として使用するシステムのそれに見合う効率で機能する、一体化したガスクーラー／インタークーラーを用いることが望ましい。
【０００５】
例えば自動車用途では、空調ユニットのために利用できる空間は限られている上に、設計上、大型部品の空気力学的な流線型化には限度があり、そのことが燃費のみならず外観的な魅力にも悪影響を及ぼしていることは言うまでもないが、一体化したガスクーラー／インタークーラーを用いるシステムでは、別個の部品としてそれらを用いるシステムに勝る軽量化が実現され得、同様に燃費も向上され得るのである。かくして、別個の部品としてガスクーラー／インタークーラーを用いる場合に関連する問題を回避する、多段型のコンプレッサーを用いる冷却システムに対する需要があり、本発明はそうした需要を満たすことを意図するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする課題は、多段形のコンプレッサーを使用する新規且つ改善された冷却システムを提供することである。
解決しようとする他の課題は、一体型のガスクーラー／インタークーラーの如きシステムにおいて使用し得る、新規且つ改善された一体型の熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一様相によれば、冷却材を連続的に圧縮するための少なくとも２つのステージを備えた多段形のコンプレッサーを有する冷却システムが提供される。最終ステージのコンプレッサーからの圧縮された冷却材を受け、受けた冷却材を冷却するためのガスクーラーがコンプレッサーに連結される。膨張装置の後段においてガスクーラーに蒸発器が連結される。蒸発器に受けられる、圧縮され、冷却された冷却材が、蒸発器を通過する熱交換流体を冷却させる。蒸発器を第１ステージのコンプレッサーに連結する戻り通路が蒸発器に結合され、かくして膨張された冷却材は第１ステージのコンプレッサーに戻されてそこで圧縮される。第１ステージ及び最終ステージの各コンプレッサー間には、第１ステージのコンプレッサーによって圧縮された冷却材を冷却し、冷却された冷却材を最終ステージのコンプレッサーに送り、そこで冷却材を更に圧縮させるためのインタークーラーが連結される。インタークーラーとガスクーラーとは単一ユニット状に一体化され、単一の冷却用熱交換流体を受ける。ガスクーラーはインタークーラーのそれよりも大きな伝熱領域を有する。伝熱領域とは、各クーラーの、冷却材と冷却用の単一の熱交換流体との間の伝熱がそこを介して生じるところの部分を言うものとする。
好ましい実施例ではガスクーラーは交差流れ型の熱交換器であり、ガスクーラーを通過する冷却用の単一の熱交換流体の流れ方向に関して冷却材が後方から前方へと連続的に通過する複数の管列又は通路列を有している。
【０００８】
本発明の一実施例では、ガスクーラーとインタークーラーとは、その各側方部分を接触させた関係を有し、冷却用の単一の熱交換流体がそこを通してユニットを通過するところの単一の分割面を画定し、ガスクーラー及びインタークーラーの各遠方側間を伸延する共通ヘッダーのアセンブリを含んでいる。共通ヘッダーのアセンブリには、インタークーラーの冷却材流路をガスクーラーの冷却材流路から隔絶するバッフルが位置付けられる。
先に説明した実施例では、インタークーラーは冷却材が連続的に通過する複数の管列又は通路列を有し、インタークーラーのこれら管列又は通路列の数はガスクーラーのそれよりも少ない。
【０００９】
ガスクーラーの管列又は通路列の数はインタークーラーのそれの少なくとも２倍であることが好ましい。
更に好ましい実施例ではガスクーラーの管列又は通路列は整列した蛇行管により画定され、インタークーラーの各管列又は通路列はＵ字管あるいは蛇行管によって画定される。
本発明の別の実施例では、ガスクーラーとインタークーラーとは、ガスクーラーの管又は通路が、インタークーラーの隣り合う管又は通路間に位置付けられる状態下に差し込まれる（interleaved）。
この実施例でもガスクーラーの各管列又は通路列はＵ字管または蛇行管によって画定される。
【００１０】
好ましい実施例では、ガスクーラーの各管列又は通路列の管又は通路数の方が、インタークーラーの各管列又は通路列の管又は通路数よりも多く、インタークーラーの管又は通路はガスクーラーの管又は通路間に実質的に一様に配分される。
本発明の他の様相によれば、折り曲げられることにより平行な複数の管路を画定する複数の第１管を含む、一体型の、差し込み形式の熱交換器が提供される。折り曲げられることにより平行な複数の管路を画定する複数の第２管も設けられる。複数の第１管の各端部には第１ヘッダーのアセンブリが連結され、各第１管の内側が第１ヘッダーのアセンブリと流体連通される。複数の第２管の各端部には第２ヘッダーのアセンブリが連結され、各第２管の内側が第２ヘッダーのアセンブリと流体連通される。複数の第１管は、実質的に一様な様式下に且つ相互に間隔を置いた状態下に複数の第２管間に位置付けられる。各管の平行列が管路又は通路列を画定し、隣り合う各管又は通路間にはフィンが伸延される。
【００１１】
一実施例では、複数の前記第１管及び第２管が同数の管を有し、他の実施例では複数の第１管によって画定される管数の方が、複数の第２管によって画定される管数よりも大きい。
好ましい実施例では、複数の前記第１管及び第２管の各管とフィンとが全体に矩形の熱交換器コアを画定し、ヘッダーのアセンブリー全体がコアの一方側に位置付けられる。
好ましい実施例では、複数の第１管が蛇行管であり、複数の第２管がＵ字管又は蛇行管であることが意図される。
【００１２】
熱交換器の一実施例では、複数の第２管が、複数の第１管の各端部の内側に位置付けられた相当する端部を有し、第２ヘッダーのアセンブリーが各第１ヘッダーのアセンブリ間に位置付けられる。
別の実施例では、複数の第２管が、複数の第１管の各端部の外側に位置付けられた相当する端部を有し、第１ヘッダーのアセンブリーが各第２ヘッダーのアセンブリ間に位置付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで、“冷却システム”とは、その他の冷却目的用に使用する任意の蒸気圧縮ベースのシステムを含む広い意味で用いられるものとし、冷蔵庫、冷凍車などのような狭義のもののみならず、空間及び又はそうした空間の専有物を冷却するために用いるシステムをも含み、より狭くは、空調システムに対しても参照されるものとする。
【００１４】
本発明は、代表的には凝縮器と称する熱交換器において蒸気相から液相へと、実際に実質的に完全に変化する冷却材を使用するシステムのみならず、例えば二酸化炭素のような、本来凝縮は十分に生じないにも拘わらず圧縮後には冷却するためのガスクーラーを必要とする、所謂トランスクリティカルな冷却材を使用するシステムに対しても適用することが可能である。かくして、ここで“ガスクーラー”とは、先にも示唆されたように、トランスクリティカルなシステムのみならず亜臨界的なシステムにおけるガスクーラーの総称とする。
【００１５】
“一体型のガスクーラー及びインタークーラー”とは、一体型のガスクーラー及びインタークーラーに限定されるものではなく、プロセス処理上の２つの異なるステージにおいて単一の熱交換流体が単一の伝熱媒体流れによって加熱又は冷却されるシステム、あるいは、２つの異なる熱交換流体が単一の伝熱媒体流れによって有益に加熱又は冷却され得るシステムで使用され得るものとする。
【００１６】
結局、本発明の冷却システムは、請求の範囲に記載される場合を除き、特定形式のものに限定されるものではなく、同様に、冷却システムにおける熱交換器の実施例の使用は、請求の範囲に記載される場合を除き、特定の使用例に限定されるものではない。
以上を念頭に置いた上で、図１に示すシステムについての説明が以下になされる。
【００１７】
本発明のシステムは、代表的には２ステージ型コンプレッサーであるところの、全体を番号１０で示す多段型のコンプレッサーユニットを基本とするものである。第１ステージは番号１２で示され、第２ステージは番号１４で示される。コンプレッサーへの入口１６は蒸発器１８の出口に連結される。熱交換流体がファン１９によって蒸発器１８を通過し、その際に冷却される。熱交換流体は代表的には空気であるが、その他のガス又は液体であっても良い。
【００１８】
コンプレッサーユニット１０は第２ステージ１４からの出口２０を含み、この出口２０は、全体を番号２２で示す一体型ガスクーラー／インタークーラーユニット（以下、単にユニット２２とも称する）のガスクーラー部分２１に連結される。ユニット２２は、ガスクーラー部分２１及び同ユニットのインタークーラー部分２６を通してファン２４によって送られる、単一の熱交換流体流れを受けるようになっている。この熱交換流体も、やはり空気であるがガス又は液体であり得る。
コンプレッサーの第１ステージ１２の出口２８はインタークーラー部分２６に結合され、第１ステージで圧縮された冷却材をインタークーラー部分２６に提供する。インタークーラー部分２６を出た冷却材は入口３０からコンプレッサーユニット１０の第２ステージ１４に入る。
【００１９】
圧縮され、ガスクーラー部分２１で冷却された冷却材は、一体型ガスクーラー／インタークーラーユニット２２を出た後、膨張装置（ＥＸＰ  ＤＥＶＩＣＥ）を通して送られ、次いで蒸発器１８に入り、そこで、ファン１９により蒸発器１８を通過して送られる熱交換流体を冷却する。
図１のシステムにはその他の構成部品が随意的に含まれ得る。そうした構成部品の代表的なものには、大型の非トランスクリティカルシステム又はトランスクリティカルシステム、所謂吸入管熱交換器（ＳＬＨＸ）における、冷却材用のアキュムレーター等が含まれる。
【００２０】
図２を参照するに、一体型ガスクーラー／インタークーラーユニット２２として使用され得る一体型の熱交換器の一実施例が示される。この実施例では、インタークーラー部分２６とガスクーラー部分２１とが、共通の境界部分３１で接触する状態下に側方部分を連ねて位置付けられる。インタークーラー部分の遠方側は番号３２で示され、ガスクーラー部分の遠方側は番号３４で示される。図ではその一部のみを示す冷却材流路２７がガスクーラーを構成する。冷却材流路２７は図２に示されるように相互に離間した従来通りの管又は管路であり、代表的には蛇行フィン３８であるフィンが各冷却材流路２７間に位置付けられる。
【００２１】
インタークーラー部分２６は、通常は、蛇行フィン３８によって分離された、やはり代表的には管あるいは管路であるところの相互に離間された冷却材流路４０を含む。好ましい実施例に関して以下に詳しく説明されるように、冷却材流路２７、４０は平管から構成されるが、所謂、“絞りカップ”型のものを含むその他形式の流路とすることもできる。
【００２２】
その一方のみが図示される共通ヘッダー４２が、冷却材流路２７及び４０に連結され且つその内部と流体連通され、基本的にはインタークーラー部分の遠方側３２からガスクーラー部分の遠方側３４へと伸延される。通常、共通ヘッダー４２は管であるが、所望であればヘッダープレート及び付設タンクによる構成のものとすることができる。各共通ヘッダー４２のインターフェース部分３０に沿って、ガスクーラー部分内の冷却材流れをインタークーラー部分２６内の冷却材流れから隔離させるためのバッフル４６が配置される。一方の共通ヘッダー４２にはガスクーラー部分２１用の入口４８が含まれ、バッフル４６の反対側にはインタークーラー部分２６用の入口５０が含まれる。同様に、他方の共通ヘッダー４２は、特に図２に示されるもののように、バッフル４６の反対側の位置にガスクーラー部分２１用の出口５２を含み、インタークーラー部分２６が出口５４を含んでいる。
【００２３】
図２には一体型ガスクーラー／インタークーラーユニット２２を前側から見た正面図が示される。ファン２４（図１）からのガス流れは図２の前方側から入り、冷却材流路２７及び４０の間のフィン３８を通過した後、一体型ガスクーラー／インタークーラーユニット２２の反対側、即ち後方側から出る。かくして、本実施例では、入口４８及び５０は一体型ガスクーラー／インタークーラーユニット２２の、図で前方側に位置付けられ、出口５２と５４とは前方側に位置付けられる。結局、冷却材流路２７、４０の説明及びその構造から明らかな如く、冷却材は熱交換器の前方側から入り、冷却材流路２７を通過してユニット２２の共通の前面を横断し、出口５２、５４を通して出ることで、最大効率のための交差流れ熱交換器を画定する。しかしながら、所望であれば交差流れ以外の流れ形態を使用することができる。
図２に例示する実施例では、インタークーラー部分２６の前方側の領域はガスクーラー部分２１の前方側の領域よりも小さい。ガスクーラー部分及びインタークーラー部分において異なるフィン密度を用いても良い。
【００２４】
図３には本発明の他の実施例が示される。冷却材流路２７及び４０はユニット２２の前方側全体を横断して一様態様下に差し込み配置（interleaved）される。図３及び図５を参照するに、インタークーラー部分用の冷却材流路４０はガスクーラー部分２１用の冷却材流路２７と差し込み又は組み交ぜ（interlaced）配置される。
【００２５】
冷却材流路２７、４０の各端部は、管形態又はヘッダープレート及び別個のタンクからなる形態のものであり得る第１及び第２の各ヘッダーセットにおいて終端する。図３の実施例では、第１ヘッダー５６のセットは冷却材流路４０の端部に連結され、第２ヘッダー５８のセットは冷却材流路２７の端部に連結される。図３では第１ヘッダー５６及び第２ヘッダー５８の各セットはその一方のみが示される。
【００２６】
図３にはユニット２２を前方側から見た状態が示される。最前部に位置付けた第１ヘッダー５６はインタークーラー部分の冷却材流路４０のための出口として作用する出口６０を含む。最後部の第１ヘッダー５６（図３では示されない）への入口６４及び冷却材流路４０も配置される。最前部の第２ヘッダー５８は冷却材流路２７用の出口６６を含み、最後部の第２ヘッダー５８への入口６８が冷却材流路２７のための入口を提供する。
【００２７】
図３及び図５では冷却材流路２７は、ユニット２２の表面全体に渡り、一本の冷却材流路４０により分離された２つの群として位置付けられている。従って、ガスクーラー部分用の冷却材流路２７の方が、インタークーラー部分２６用の冷却材流路４０よりも数が多い。
【００２８】
図４には、図２に例示する実施例の構成部品の、中でも、共通ヘッダー４２、冷却材流路２７、４０、フィン３８を含む構成部品の配列状況が例示される。好ましい実施例では、先に言及したように、冷却材流路２７は平管から構成され、図４に示すように、ガスクーラー部分２１の冷却材流路２７を構成する各平管は、折り返されて直線的な４列の平行な管路７０、７２、７４、７６を画定する蛇行管である。各冷却材流路２７における対応する平行な管路７０、７２、７４、７６はアセンブリ状態で相互に整列することで４列の平行管路７０、７２、７４、７６を提供する。フィン３８はユニット２２の、図４では番号７８で示す前方側から番号８０で示す後方側へと伸延される。
他方、非常に好ましい実施例では冷却材流路４０は、一回折り返してＵ字形とした平管から構成され、直線的な、細長の、平行する２つの管路８２及び８４を有し、管路８２及び８４が（アセンブリ状態で）２列の管列を構成し、各管列のフィン３８は管路８２及び８４の主寸法よりも若干量のみ長く伸延される。
【００２９】
従って、図２の実施例では、ガスクーラー部分２１における平行管路７０、７２、７４、７６の管列数の方がインタークーラー部分２６における管路８２及び８４の管列数よりも多い。
所望であれば、図４に示すようなＵ字形以外の冷却材流路４０を冷却材流路２７と同じ形態の且つ蛇行形態のものとすることが可能である。
図６及び図７には、図３の実施例を構成するに際して使用するための、別態様の構造が例示される。
図６及び図７に示される各実施例では、図４に関して説明したそれと同じ形態の冷却材流路２７及び４０を用いることができる。所望であれば、冷却材流路４０を、図４に示すようなＵ字形以外の、詳しくは、蛇行形態を有し且つ冷却材流路２７と同じ数のものとすることができることは言うまでもない。
【００３０】
図６及び図７の実施例では、冷却材流路４０用の、図４に示すような各フィン３８は、冷却材流路２７及び４０とフィン３８とによって画定されるコア全体を前側から後側の方向に貫いて伸延するように配列される。
図６を参照するに、冷却材流路４０の各端部９０は第１ヘッダ５６に入る位置で幾分内側に曲げられ、そのため前記各端部は、冷却材流路２７用の第２ヘッダー５８を受ける端部９２よりも内側に配置される。
何れの実施例でも、第１ヘッダー５６と第２ヘッダー５８とは、冷却材流路２７及び４０とフィン３８とにより画定される矩形のコアの同じ側に配置され、図６の実施例では各ヘッダー位置でのコア幅はユニット２２の他の位置でのコア幅と実質的に同じである。何れにせよ、こうした構造上、第１ヘッダー５６は第２ヘッダー５８間に入れ子状態に配置されることになる。
【００３１】
図７に示す実施例には、前記構成とは逆の状況、つまり、第１ヘッダー５６間に第２ヘッダー５８が入れ子状態に配置される状況が示される。本実施例では第１ヘッダー５６は管端部９２が外側に張り出すように曲げられ、かくして第１ヘッダー５６は前方側７８及び後方側８０の各外側方向に若干量偏倚して配置される。
図６及び図７の各実施例における主要な相違点は、図６の実施例のコアは幅が狭いが図７の実施例のコアよりも高さが若干高い点である。
任意の特定システムの設置空間上の制約に応じて前記何れかのヘッダー配列を使用することができる。
【００３２】
フィン３８は、冷却材流路２７と冷却材流路４０との間部分を伸延する場合は所謂スプリットフィン又はスリットフィンと称されるものであり得る。各スリットフィンは、フィンを介しての冷却材流路２７と冷却材流路４０との間の伝熱を最小化する。フィンを介しての冷却材流路２７と冷却材流路４０との間の伝熱を最小化するための構造には良く知られた様々なものがあり、本発明の一部を構成するものではない。あるいは全体を通して、ルーバーフィンを含む従来からのフィンを使用することが可能である。
【００３３】
交差流れ構成のものとして先に説明した本発明の最も好ましい且つ最適な実施例において、所望に応じ、ガスクーラー部分２１用に任意数の管列を使用することができる。一般に、インタークーラー部分２６における管列数はガスクーラー部分における管列数よりも少ないが、この形式での配列構成は、ユニットを一体型のガスクーラー及びインタークーラーユニットとして使用する場合には好ましいものである。その場合、インタークーラー部分の伝熱領域に対するガスクーラー部分の伝熱領域の比は代表的には２：１よりも幾分大きい。“伝熱領域”とは、ユニットにおける、冷却材流れからの熱を伝達する各部分の領域、代表的には、ユニットを通過する流体流れ、例えば図１に示されるファン２４によって提供されるような流体流れに対する冷却材流路２７、４０及びフィン３８の各露出領域に対して参照されるものとする。言い換えると、一体型ユニット２２の合計伝熱領域を仮に１とすると、最適比は０．６５：０．３５〜約０．８５：０．１５の範囲である。
【００３４】
冷却システムでは、ガスクーラー部分２１とインタークーラー部分２６とを通過する質量流量は同じであるとみなされる。上述した伝熱領域比を維持したままで冷却材流路２７及び４０用の各管を同一寸法とすると、インタークーラー部分２６での冷却材の圧力低下量は極めて大きくなるが、これは、インタークーラー部分２６における管路数が比較的少ないので、流体速度が減少すると圧力低下量が過大になるためである。冷却材流路２７におけるそれよりも４あるいはそれ以上多い管路数を必要とするガスクーラー部分２１では状況は更に悪化し、インタークーラー部分２６での圧力低下量は格段に大きくなる。
【００３５】
従って、ガスクーラー部分及びインタークーラー部分の双方における圧力低下量を同レベルにすることが望ましいが、本発明の一実施例では、インタークーラー部分２６における冷却材流路４０の管列数をガスクーラー部分２１における冷却材流路２７の管列数よりも少なくすることでこれを実現する。説明した実施例では、インタークーラー部分２６用の冷却材流路４０の長さをガスクーラー部分２１用の冷却材流路２７のそれのおよそ半分としたことにより、インタークーラー部分２６用の冷却材流路４０の管路数がガスクーラー部分２６用の冷却材流路２７の管路数よりも少ないという事実にも拘わらず、インタークーラー部分２６における圧力低下量は小さくなる。つまり、インタークーラー部分２６での圧力低下レベルの減少は冷却材流路４０の長さの短縮と直接関係するのである。
【００３６】
他に考え得るのは、インタークーラー部分２６における冷却材流路４０の管路数を増大させることである。インタークーラー部分２６に使用するフィンの高さを低くすれば、インタークーラー部分２６の冷却材流路４０あるいは管列数を増やすことが可能であるが、この場合は冷却材のための前方側での自由空気流通量が減少する。
あるいは、内側の断面積が異なる管を用いて冷却材流路２７及び４０を構成することができる。冷却材流路４０を構成する管に内側断領域の大きなものを用いればインタークーラー部分２６内の圧力低下レベルを減少させ得る。
【００３７】
しかしながら製造上の観点からは、同じ管を使用し、管数あるいは管列数又はその両方を変化させることで、ユニット２２における両セクションの望ましい圧力低下レベルを達成するようにすることが最も望ましい。
以上説明した通り、本発明によれば、多段形コンプレッサーの各ステージ間のインタークーラーと、システムのガスクーラーとを一体化したことにより、空間上の著しい節減を実現する改良された冷却システムが提供される。同様に、本発明による熱交換器は、冷却システムで使用する上で理想的に適合するものであるが、空間的な制約が関心事項であるその他のシステムにおいても有効に使用し得るものである。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に従うシステムの概略図である。
【図２】本発明に従う一体型のガスクーラー及びインタークーラーの一実施例の正面図である。
【図３】本発明に従う一体型のガスクーラー及びインタークーラーの他の実施例の、図２と類似の正面図である。
【図４】図２の実施例に示す、本発明に従う一体型のガスクーラー及びインタークーラーで使用する、インタークーラー及びガスクーラーの各構成部品の側面図である。
【図５】図３の実施例で使用する管配列の部分概略拡大正面図である。
【図６】図３の実施例で使用するヘッダー及び管構造の一実施例を例示する側面図である。
【図７】改変されたヘッダー及び管配列を例示する、図６と類似の側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  多段型のコンプレッサーユニット
１２  第１ステージ
１４  第２ステージ
１６  入口
１８  蒸発器
１９  ファン
２０  出口
２１  ガスクーラー部分
２２  一体型ガスクーラー／インタークーラーユニット
２４  ファン
２６  インタークーラー部分
２７、４０  冷却材流路
３０  入口
３１  共通の境界部分
３４  遠方側
３８  蛇行フィン
４２  共通ヘッダー
４６  バッフル
５２、５４  出口
５６  第１ヘッダー
５８  第２ヘッダー
６４  入口
６６  出口
７０、７２、７４、７６  平行管路
７８  前方側
８０  後方側
８２、８４  管路
９０、９２  端部
【図１】
2008503705.tif 000003
【図２】
2008503705.tif 000004
【図３】
2008503705.tif 000005
【図４】
2008503705.tif 000006
【図５】
2008503705.tif 000007
【図６】
2008503705.tif 000008
【図７】
2008503705.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月25日(2006.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却システムであって、
冷却材を連続的に圧縮するための少なくとも２つのステージを有する多段ステージ型のガスコンプレッサーと、
ガスコンプレッサーに連結され、該ガスコンプレッサーの最終ステージを出る圧縮された冷却材を受け、受けた冷却材を圧縮するためのガスクーラーと、
ガスコンプレッサーに連結され、該ガスコンプレッサーを出る冷却された冷却材を受ける蒸発器にして、該蒸発器を通過する流体流れを冷却するための蒸発器と、
蒸発器をガスコンプレッサーの第１ステージに結合して冷却材を該第１ステージに戻して圧縮させるための戻り通路と、
前記第１ステージと前記最終ステージとの間に連結され、第１ステージで圧縮された冷却材を冷却し、冷却した冷却材を最終ステージで更に圧縮させるために最終ステージに送るインタークーラーと、
を含み、
インタークーラーとガスクーラーとが、単一の冷却用熱交換器流体を受けるための単一ユニットとして一体化され、ガスクーラーが、インタークーラーのそれよりも大きな伝熱領域を有し、ガスクーラー及びインタークーラーの各伝熱領域が、冷却材と、単一の冷却用熱交換器流体との間における伝熱がそこを介して生じるところの領域であり、
ガスクーラーが複数の管列又は通路列を有する交差流れ型の熱交換器であり、該ガスクーラー内の冷却材が、該ガスクーラーを通過する前記単一の冷却用熱交換器流体の流れ方向に関してガスクーラーの後方側から前方側へと連続的に通過する冷却システム。
【請求項２】
ガスクーラーとインタークーラーとが、各側方部分を接触させた関係下に配置され、かくして、単一の冷却用熱交換器流体が通過する単一の分割面を画定し、ガスクーラー及びインタークーラーの各遠方側間を伸延する共通ヘッダーのアセンブリーを含み、共通ヘッダーのアセンブリーにおけるバッフルが、インタークーラーの冷却材流路をガスクーラーの冷却材流路から隔絶する請求項１の冷却システム。
【請求項３】
インタークーラーが、冷却材が連続的に通過する複数の管列又は通路列を有し、インタークーラーの管列又は通路列数がガスクーラーの管列または通路列数よりも少ない請求項２の冷却システム。
【請求項４】
ガスクーラーの管列又は通路列数がインタークーラーの管列又は通路列数の少なくとも２倍である請求項３の冷却システム。
【請求項５】
ガスクーラーの管列又は通路列が、整列した蛇行管によって画定され、インタークーラーの管列又は通路列が、Ｕ字管又は蛇行管によって画定される請求項４の冷却システム。
【請求項６】
ガスクーラーとインタークーラーとが、ガスクーラーの管又は通路がインタークーラーの隣り合う管又は通路間に位置付けられる状態で差し込み配列される請求項１の冷却システム。
【請求項７】
インタークーラーが複数の管列又は通路列を有し、ガスクーラーの管列又は通路列が、整列する蛇行管により画定され、インタークーラーの管列又は通路列がＵ字管又は蛇行管によって画定される請求項６の冷却システム。
【請求項８】
インタークーラーが複数の管列又は通路列を有し、ガスクーラーの各管列又は通路列における管又は通路数がインタークーラーの管列又は通路列のそれよりも多く、インタークーラーの管列又は通路列の各管又は通路が、ガスクーラーの各管又は通路間に実質的に一様に分配される請求項６の冷却システム。
【請求項９】
ガスクーラーの管列又は通路列が、整列した蛇行管により画定され、インタークーラーの管列又は通路列が、Ｕ字管又は蛇行管によって画定される請求項８の冷却システム。
【請求項１０】
一体型の、差し込み形式の熱交換器であって、
折り曲げられることにより平行状態に整列した複数の管路を画定する複数の第１管と、
折り曲げられることにより平行状態に整列した複数の管路を画定する複数の第２管と、
複数の第１管の各端部に連結され且つ第１管の内部と流体連通する第１ヘッダーのアセンブリーと、
複数の第２管の各端部に連結され且つ第２管の内部と流体連通する第２ヘッダーのアセンブリーと、
を含み、
前記複数の第１管が、実質的に一様に且つ相互に間隔を置いた様式下に複数の第２管の各間部分に位置付けられ、複数の第１管の各管により画定される管路数が、複数の第２管の各管により画定される管路数よりも多く、
複数の第１管及び複数の第２管の各々における各平行な管が管列を画定し、
管列の隣り合う各管路間にフィンが伸延される熱交換器。
【請求項１１】
複数の第１管及び複数の第２管の各々が同数の管路を有する請求項１０の熱交換器。
【請求項１２】
複数の第１管及び複数の第２管の各管とフィンとが、熱交換器における全体に矩形のコアを画定し、第１ヘッダー及び第２ヘッダーの各アセンブリーの全てがコアの一方側に配置される請求項１０の熱交換器。
【請求項１３】
複数の第１管の各管が蛇行管であり、複数の第２管の各管がＵ字管又は蛇行管である請求項１０の熱交換器。
【請求項１４】
複数の第１管の各管により画定される管路数が、複数の第２管の各管により画定される管路数よりも大きい請求項１３の熱交換器。
【請求項１５】
複数の第１管及び複数の第２管の各々とフィンとが、熱交換器の全体に矩形のコアを画定し、第１ヘッダー及び第２ヘッダーの各アセンブリーの全てがコアの一方側に配置される請求項１２の熱交換器。
【請求項１６】
複数の第２管が、複数の第１管の各端部の内側に位置付けられた相当する各端部を有し、第２ヘッダーのアセンブリーが第１ヘッダーのアセンブリ間に位置付けられる請求項１０の熱交換器。
【請求項１７】
複数の第２管が、複数の第１管の各端部の外側に位置付けられた相当する各端部を有し、第１ヘッダーのアセンブリーが第２ヘッダーのアセンブリ間に位置付けられる請求項１０の熱交換器。
【国際調査報告】
2008503705.tif 000010
2008503705.tif 000011
2008503705.tif 000012
2008503705.tif 000013
2008503705.tif 000014