(57)【要約】【課題】機器の設置姿勢に関わらず、機器の熱発生部で発生した熱を良好に冷媒に伝達させることにより熱交換効率の向上を図ることができる熱交換器を提供すること。【解決手段】円筒状の低温部１１より熱を発生するスターリング冷凍機１０に適用され、低温部１１より発生した熱を重力により通過する冷却用冷媒に伝達させることにより熱交換を行う凝縮熱交換器２１において、低温部１１の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該低温部１１の軸方向に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で立設した複数の無端板状の冷却フィン部材２１１と、これら冷却フィン部材２１１を含む低温部１１の外周域を覆うことにより低温部１１の外周面上に冷却用冷媒が通過するための冷却冷媒流路を形成するカバー部材２１２とを備え、冷却フィン部材２１１は、それぞれ設置床面（Ｐ）に対して傾斜する態様で立設してある。【選択図】      図４
2008224165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の熱発生部より熱を発生する機器に適用され、前記熱発生部より発生した熱を重力により通過する冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器において、
前記熱発生部の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該熱発生部の軸方向に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で立設した複数の無端板状のフィン部材と、
これらフィン部材を含む熱発生部の外周域を覆うことにより前記熱発生部の外周面上に前記冷媒が通過するための流路を形成するカバー部材と
を備え、
前記フィン部材は、それぞれ水平面に対して傾斜する態様で立設してあることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
円筒状の熱発生部より熱を発生する機器に適用され、前記熱発生部より発生した熱を重力により通過する冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器において、
前記熱発生部の外径に適合する内径を有し、かつ該熱発生部の外周面に内周面が接合する態様で配設した円筒状のフィンベース部材と、
前記フィンベース部材の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該フィンベース部材の軸方向に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で立設した複数の無端板状のフィン部材と、
これらフィン部材を含むフィンベース部材の外周域を覆うことにより前記フィンベース部材の外周面上に前記冷媒が通過するための流路を形成するカバー部材と
を備え、
前記フィン部材は、それぞれ水平面に対して傾斜する態様で立設してあることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記フィン部材は、前記熱発生部と同一の材料で形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記フィンベース部材は、前記熱発生部と同一の材料で形成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記機器はスターリング冷凍機であり、前記熱発生部は冷熱を発生する低温部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記機器はスターリング冷凍機であり、前記熱発生部は高温排熱を発生する高温部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記流路の幅の大きさを規定するための規定部材を前記フィン部材のそれぞれに一体的に形成して成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項８】
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスターリング冷凍機等の機器に適用され、該スターリング冷凍機で発生した冷熱、あるいは高温排熱を重力により通過する冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱発生部より熱を発生する機器の一例として、スターリング冷凍機が知られている。スターリング冷凍機は、外部に圧縮機や凝縮器等を備えていない自己冷却型の冷凍機であり、内部のガスを往復圧縮機で圧縮、膨張させることで、冷熱を発生する熱発生部である低温部と、高温排熱を発生する熱発生部である高温部とを有している。ここで、内部のガスとしては、ヘリウムガス等の自然冷媒が用いられており、フロン系ガスを用いないので、スターリング冷凍機は地球環境にも優しいものである。また、スターリング冷凍機は小型であり、高エネルギー効率を有することも周知である。
【０００３】
このようなスターリング冷凍機は、ガスの圧縮および膨張による冷凍効果を利用するものであるため、圧縮・膨張空間の構造に制約があり、熱発生部である低温部および高温部のそれぞれの面積が僅かな部分に限られている。そのため、スターリング冷凍機の熱発生部で発生した熱（冷熱、あるいは高温排熱）を効率良く冷媒に伝達して熱交換を行う熱交換器が求められている。
【０００４】
スターリング冷凍機で発生した熱を冷媒に伝達して熱交換を行う熱交換器としては、該スターリング冷凍機の熱発生部と熱的に接続する環状の筐体の内部に冷媒の流路を備えたものがある。このような熱交換器は、横置きに設置したスターリング冷凍機、すなわち円筒状の熱発生部の軸方向が水平方向となる態様で設置したスターリング冷凍機に主に適用するもので、フィン部材を水平方向と直交する方向、すなわち鉛直方向に沿って立設してある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、熱交換器の他の例として、該スターリング冷凍機の熱発生部の外周面に冷媒配管を巻回することにより構成したものがある。このような熱交換器は、一般に縦置きに載置したスターリング冷凍機、すなわち円筒状の熱発生部の軸方向が水平方向と直交する方向（鉛直方向）となる態様で設置したスターリング冷凍機に主に適用するものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０２１１７号公報
【特許文献２】特開２００１−３３１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述したような特許文献１に提案されている熱交換器では、フィン部材を水平方向と直交する方向に沿って立設してあるために、設置スペースの問題からスターリング冷凍機を縦置きに設置した場合、冷媒がスムーズに流れず、結果的に熱交換効率が低下する虞れがある。また、上述したような特許文献２に提案されているような熱交換器では、熱発生部の外周面に冷媒配管を巻回することにより構成してあるために、設置スペースの問題からスターリング冷凍機を横置きに設置した場合でも冷媒配管内を冷媒が流れるものと考えられるが、元々冷媒の流路の断面積が小さいために圧力損失が大きく冷媒が良好に流れず、結果的に熱交換効率が低下する虞れがある。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みて、機器の設置姿勢に関わらず、機器の熱発生部で発生した熱を良好に冷媒に伝達させることにより熱交換効率の向上を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る熱交換器は、円筒状の熱発生部より熱を発生する機器に適用され、前記熱発生部より発生した熱を重力により通過する冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器において、前記熱発生部の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該熱発生部の軸方向に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で立設した複数の無端板状のフィン部材と、これらフィン部材を含む熱発生部の外周域を覆うことにより前記熱発生部の外周面上に前記冷媒が通過するための流路を形成するカバー部材とを備え、前記フィン部材は、それぞれ水平面に対して傾斜する態様で立設してあることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る熱交換器は、円筒状の熱発生部より熱を発生する機器に適用され、前記熱発生部より発生した熱を重力により通過する冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器において、前記熱発生部の外径に適合する内径を有し、かつ該熱発生部の外周面に内周面が接合する態様で配設した円筒状のフィンベース部材と、前記フィンベース部材の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該フィンベース部材の軸方向に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で立設した複数の無端板状のフィン部材と、これらフィン部材を含むフィンベース部材の外周域を覆うことにより前記フィンベース部材の外周面上に前記冷媒が通過するための流路を形成するカバー部材とを備え、前記フィン部材は、それぞれ水平面に対して傾斜する態様で立設してあることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る熱交換器は、上述した請求項１または請求項２において、前記フィン部材は、前記熱発生部と同一の材料で形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る熱交換器は、上述した請求項２または請求項３において、前記フィンベース部材は、前記熱発生部と同一の材料で形成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５に係る熱交換器は、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記機器はスターリング冷凍機であり、前記熱発生部は冷熱を発生する低温部であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項６に係る熱交換器は、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記機器はスターリング冷凍機であり、前記熱発生部は高温排熱を発生する高温部であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項７に係る熱交換器は、上述した請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記流路の幅の大きさを規定するための規定部材を前記フィン部材のそれぞれに一体的に形成して成ることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項８に係る熱交換器は、上述した請求項１〜７のいずれか一つにおいて、前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の熱交換器によれば、熱発生部の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該熱発生部の軸方向に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で複数の無端板状のフィン部材を立設し、これらフィン部材を含む熱発生部の外周域をカバー部材で覆うことにより熱発生部の外周面上に冷媒が通過するための流路を形成し、フィン部材はそれぞれ水平面に対して傾斜する態様で立設してあることにより、流路に冷媒を良好に通過させることが可能となり、これにより機器の設置姿勢が縦置きでも横置きであっても該機器の設置姿勢に関わらず、熱発生部で発生した熱を良好に冷媒に伝達させることにより熱交換効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明の熱交換器によれば、熱発生部の外径に適合する内径を有するフィンベース部材を該熱発生部の外周面に内周面が接合する態様で配設し、フィンベース部材の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該フィンベース部材の軸方向に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で複数の無端板状のフィン部材を立設し、これらフィン部材を含むフィンベース部材の外周域をカバー部材で覆うことによりフィンベース部材の外周面上に冷媒が通過するための流路を形成し、フィン部材はそれぞれ水平面に対して傾斜する態様で立設してあることにより、流路に冷媒を良好に通過させることが可能となり、これにより機器の設置姿勢が縦置きでも横置きであっても該機器の設置姿勢に関わらず、熱発生部で発生した熱を良好に冷媒に伝達させることにより熱交換効率の向上を図ることができるという効果を奏する。特に、フィンベース部材により伝熱面積を拡大させることができ、これによりフィン部材の立設枚数を増大させることができ、熱交換効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下においては、説明の便宜上、自動販売機の内部に収容された商品を冷却する冷却装置に適用される熱交換器について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態である熱交換器（凝縮熱交換器および放熱熱交換器）を適用した冷却装置を概念的に示したものである。この図１において、冷却装置１は、スターリング冷凍機１０と、冷却系配管２０と、放熱系配管３０とを備えて構成してある。スターリング冷凍機１０は、縦置きに設置してあり、稼働することにより冷熱を発生する円筒状の低温部１１と、高温排熱を発生する円筒状の高温部１２とを有している。ここで、「縦置きに設置」とは、図２に示すように、低温部１１の軸方向Ｊおよび高温部１２の軸方向Ｊのそれぞれが設置床面Ｐに対して直交する方向となる場合をいい、より具体的には、設置床面Ｐが水平面の場合の低温部１１および高温部１２の軸方向Ｊが鉛直方向となることをいう。本実施の形態では、設置床面Ｐが水平面であるとして説明する。
【００２１】
冷却系配管２０は、スターリング冷凍機１０から所定の距離だけ離隔した位置にある冷却室４１に冷熱を輸送するものである。そのような冷却系配管２０は、内部に冷却用冷媒が封入してあり、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２とを、液体ライン２３および気体ライン２４で別個に接続して構成してある。ここに、冷却用冷媒としては、例えば二酸化炭素等のように常温では気体であって、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱では凍らないもの（不凍冷媒）が用いられている。
【００２２】
凝縮熱交換器２１は、図３にも示すようにスターリング冷凍機１０の低温部１１の外周面に配設してあり、図４および図５に示すように、複数の冷却冷媒流路Ｒ１と、冷却冷媒導入路２１３と、冷却冷媒導出路２１４と、冷却冷媒供給パイプ２１５と、冷却冷媒移送パイプ２１６とを備えて構成してある。ここで、図３〜図５は、それぞれ凝縮熱交換器２１の構成を拡大して模式的に示したものであり、図３は、熱交換器を上方から見た平面図、図４は、図３における凝縮熱交換器のＡ−Ａ線断面図、図５は、図３における凝縮熱交換器のＣ−Ｃ線断面図である。これらの図を適宜用いて上記凝縮熱交換器２１について説明する。
【００２３】
複数の冷却冷媒流路Ｒ１は、低温部１１の外周面に、該低温部１１の外周方向に沿って延在し、かつ該低温部１１の軸方向Ｊに沿って並設してあり、それぞれが冷却用冷媒を通過させるものである。そのような冷却冷媒流路Ｒ１は、複数の冷却フィン部材２１１と冷却カバー部材２１２とを次のように配設することにより構成してある。すなわち、低温部１１の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該低温部１１の軸方向Ｊ（図２参照）に沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で複数の無端板状の冷却フィン部材２１１を立設し、これら冷却フィン部材２１１を含む低温部１１の外周域を覆う態様で冷却カバー部材２１２を配設することにより構成してある。
【００２４】
ここで、冷却フィン部材２１１の数および間隔は、冷却用冷媒への熱伝達と必要な交換熱量とを考慮して決められる。また、冷却フィン部材２１１の内端縁部分および外端縁部分には、隣接する冷却フィン部材２１１との互いの間隔、すなわち冷却冷媒流路Ｒ１の幅を決められた大きさに規定するスペーサ部（規定部材）２１１１が一体的に形成してある。従って、冷却フィン部材２１１の間隔は、スペーサ部２１１１により規定されている。そして、冷却フィン部材２１１は、それぞれ低温部１１の軸方向Ｊに対して直交とならない範囲内で傾斜する態様で立設してあり、つまり、設置床面Ｐ（図２参照）に対して傾斜する態様で立設してある。
【００２５】
また、冷却カバー部材２１２は、低温部１１の外周域を覆うものであればその形状等は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、円筒状の冷却カバー本体２１２１と、２つの円環状の冷却補助カバー２１２２とが溶接されて形成されるものである。冷却カバー本体２１２１は、軸方向Ｊの長さが低温部１１のものと略等しく、内周部分が冷却フィン部材２１１のそれぞれの外周部分に接した状態で配設してある。これにより、冷却フィン部材２１１間には、上記冷却冷媒流路Ｒ１が構成される。冷却補助カバー２１２２は、内周部分が低温部１１の外周面の各端部（上端部および下端部）に溶接され、かつ外周部分が冷却カバー本体２１２１の各端部（上端部および下端部）の内周部分に溶接されて設けてある。これにより、各冷却補助カバー２１２２と、図中最も上側に立設された冷却フィン部材２１１、あるいは最も下側に立設された冷却フィン部材２１１との間には、上記冷却冷媒流路Ｒ１が構成される。
【００２６】
また、上記冷却フィン部材２１１は、熱伝導材料から形成してあり、特に銅のような低温部１１と同一の材料、あるいは低温部１１の材料である銅と電蝕し難い材料により形成してある。一方、上記冷却カバー部材２１２（冷却カバー本体２１２１および冷却補助カバー２１２２）は、強度等の観点からステンレス等の材料により形成してある。そして、そのような冷却冷媒流路Ｒ１を通過する冷却用冷媒は、該冷却冷媒流路Ｒ１を通過する際に、低温部１１から発生した冷熱により冷却されて凝縮する。
【００２７】
冷却冷媒導入路２１３は、図４に示すように、凝縮熱交換器２１の一部、例えば図４中の左側において該低温部１１の軸方向Ｊに沿って延在し、供給された冷却用冷媒を各冷却冷媒流路Ｒ１に導くためのものである。そのような冷却冷媒導入路２１３は、冷却フィン部材２１１のそれぞれに該低温部１１の軸方向Ｊに沿って導入孔２１１ａを形成することにより構成したものである。
【００２８】
冷却冷媒導出路２１４は、図４に示すように、凝縮熱交換器２１の一部、例えば図４中の右側において該低温部１１の軸方向Ｊに沿って延在し、冷却冷媒流路Ｒ１を通過して凝縮液になった冷却用冷媒を外部に導くためのものである。そのような冷却冷媒導出路２１４は、冷却フィン部材２１１のそれぞれに該低温部１１の軸方向Ｊに沿って導出孔２１１ｂを形成することにより構成したものである。
【００２９】
冷却冷媒供給パイプ２１５は、図中上側の冷却補助カバー２１２２に形成した貫通孔（図示せず）を貫通し、かつその先端部が冷却冷媒導入路２１３に挿通した態様で配設してある。この冷却冷媒供給パイプ２１５は、冷却用冷媒を供給するための円筒状配管であり、低温部１１および冷却フィン部材２１１と同一の材料（例えば銅）から形成してある。冷却冷媒供給パイプ２１５の先端部は、低温部１１側が切除されて半円筒状の形態を成している。つまり、冷却冷媒供給パイプ２１５の先端部には、その全域に亘って切欠部２１５１が形成してある。また、図には明示していないが、冷却冷媒供給パイプ２１５の基端部には気体ライン２４が接続してある。
【００３０】
冷却冷媒移送パイプ２１６は、低温部１１の下方側において、図中下側の冷却補助カバー２１２２に形成した貫通孔（図示せず）を貫通し、かつその先端部が冷却冷媒導出路２１４に挿通した態様で配設してある。この冷却冷媒移送パイプ２１６は、冷却冷媒流路Ｒ１を通過して凝縮された（凝縮液となった）冷却用冷媒を蒸発熱交換器２２に向けて移送するための円筒状配管であり、低温部１１および冷却フィン部材２１１と同一の材料（例えば銅）から形成してある。冷却冷媒移送パイプ２１６の先端部は、低温部１１側が切除されて半円筒状の形態を成している。つまり、冷却冷媒移送パイプ２１６の先端部には、その全域に亘って切欠部２１６１が形成してある。また、図には明示していないが、冷却冷媒移送パイプ２１６の基端部には液体ライン２３が接続してある。
【００３１】
蒸発熱交換器２２は、冷却室４１に配設され、より詳細には蒸発熱交換器収容箱４２に収容されている。この蒸発熱交換器２２は、蛇行する蒸発路２２１を有している。蒸発路２２１は、冷却用冷媒が通過するためのものである。そのような蒸発熱交換器２２では、詳細は後述するが、外部から得た熱により蒸発路２２１を通過する冷却用冷媒が蒸発して蒸気になる。換言すると、蒸発熱交換器２２の周辺の空気は、冷却用冷媒が蒸発することによって熱が奪われることになり冷却される。また、蒸発熱交換器２２は、スターリング冷凍機１０の低温部１１の基準高さよりも下方側に配置してある。そして、蒸発熱交換器２２の周辺の所定個所には、冷却用送風ファン２５が設けてある。冷却用送風ファン２５は、蒸発熱交換器２２により冷却された空気を送出するためのものである。
【００３２】
液体ライン２３は、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２とを繋ぐ管路であり、より詳細には、凝縮熱交換器２１を構成する冷却冷媒移送パイプ２１６の基端部と、蒸発熱交換器２２の蒸発路２２１の入口とを繋ぐ管路である。この液体ライン２３は、凝縮熱交換器２１で凝縮した冷却用冷媒を、該凝縮熱交換器２１から蒸発熱交換器２２まで移動させるためのものである。
【００３３】
気体ライン２４は、上記液体ライン２３とは別個に、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２とを繋ぐ管路であり、より詳細には、凝縮熱交換器２１を構成する冷却冷媒供給パイプ２１５の基端部と、蒸発熱交換器２２の蒸発路２２１の出口とを繋ぐ管路である。この気体ライン２４は、蒸発熱交換器２２で蒸発した冷却用冷媒を、該蒸発熱交換器２２から凝縮熱交換器２１まで移動させるためのものである。ここに、気体ライン２４は、液体ライン２３の上方に配置している。これは、気体ライン２４を通る冷却用冷媒の密度の方が、液体ライン２３を通る冷媒の密度よりも小さいためである。
【００３４】
放熱系配管３０は、スターリング冷凍機１０の高温部１２で発生した高温排熱を外部に輸送するものである。そのような放熱系配管３０は、内部に放熱用冷媒が封入してあり、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２とを、第１ライン３３および第２ライン３４で別個に接続して構成してある。ここに、放熱用冷媒としては、例えば二酸化炭素、水、アンモニア水が用いられるが、本実施の形態では放熱用冷媒を二酸化炭素として説明する。
【００３５】
放熱熱交換器３１は、図３にも示すようにスターリング冷凍機１０の高温部１２の外周面に配設してあり、図６および図７に示すように、複数の放熱冷媒流路Ｒ２と、放熱冷媒導入路３１３と、放熱冷媒導出路３１４と、放熱冷媒供給パイプ３１５と、放熱冷媒移送パイプ３１６とを備えて構成してある。ここで、図６および図７は、それぞれ凝縮熱交換器の構成を拡大して模式的に示したものであり、図６は図３における放熱熱交換器のＢ−Ｂ線断面図、図７は図３における放熱熱交換器のＣ−Ｃ線断面図である。これらの図を適宜用いて上記放熱熱交換器３１について説明する。
【００３６】
複数の放熱冷媒流路Ｒ２は、高温部１２の外周面に、該高温部１２の外周方向に沿って延在し、かつ該高温部１２の軸方向Ｊ（図２参照）に沿って並設してあり、それぞれが放熱用冷媒を通過させるものである。そのような放熱冷媒流路Ｒ２は、複数の放熱フィン部材３１１と放熱カバー部材３１２とを次のように配設することにより構成してある。すなわち、高温部１２の外周面にそれぞれが外周方向に沿って延設し、かつ該高温部１２の軸方向Ｊに沿って所定間隔ごとに並ぶ態様で複数の無端板状の放熱フィン部材３１１を立設し、これら放熱フィン部材３１１を含む高温部１２の外周域を覆う態様で放熱カバー部材３１２を配設することにより構成してある。
【００３７】
ここで、放熱フィン部材３１１の数および間隔は、放熱用冷媒への熱伝達と必要な交換熱量とを考慮して決められる。また、放熱フィン部材３１１の内端縁部分および外端縁部分には、隣接する放熱フィン部材３１１との互いの間隔、すなわち放熱冷媒流路Ｒ２の幅を決められた大きさに規定するスペーサ部（規定部材）３１１１が一体的に形成してある。従って、放熱フィン部材３１１の間隔は、スペーサ部３１１１により規定されている。そして、放熱フィン部材３１１は、それぞれが高温部１２の軸方向Ｊに対して直交とならない範囲内で傾斜する態様で立設してあり、つまり、設置床面Ｐに対して傾斜する態様で立設してある。
【００３８】
また、放熱カバー部材３１２は、高温部１２の外周域を覆うものであればその形状等は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、円筒状の放熱カバー本体３１２１と、２つの円環状の放熱補助カバー３１２２とが溶接されて形成されるものである。放熱カバー本体３１２１は、軸方向Ｊの長さが高温部１２のものと略等しく、内周部分が放熱フィン部材３１１のそれぞれの外周部分に接した状態で配設してある。これにより、放熱フィン部材３１１間には、上記放熱冷媒流路Ｒ２が構成される。放熱補助カバー３１２２は、内周部分が高温部１２の外周面の各端部（上端部および下端部）に溶接され、かつ外周部分が放熱カバー本体３１２１の各端部（上端部および下端部）の内周部分に溶接されて設けてある。これにより、各放熱補助カバー３１２２と、図中最も上側に立設された放熱フィン部材３１１、あるいは最も下側に立設された放熱フィン部材３１１との間には、上記放熱冷媒流路Ｒ２が構成される。
【００３９】
また、上記放熱フィン部材３１１は、熱伝導材料から形成してあり、特に銅のような高温部１２と同一の材料、あるいは高温部１２の材料である銅と電蝕し難い材料により形成してある。一方、上記放熱カバー部材３１２（放熱カバー本体３１２１および放熱補助カバー３１２２）は、強度等の観点からステンレス等の材料により形成してある。そして、そのような放熱冷媒流路Ｒ２を通過する放熱用冷媒は、該放熱冷媒流路Ｒ２を通過する際に、高温部１２から発生した高温排熱を受熱することになる。
【００４０】
放熱冷媒導入路３１３は、図６に示すように、放熱熱交換器３１の一部、例えば図６中の右側において該高温部１２の軸方向Ｊに沿って延在し、供給された放熱用冷媒を各放熱冷媒流路Ｒ２に導くためのものである。そのような放熱冷媒導入路３１３は、放熱フィン部材３１１のそれぞれに該高温部１２の軸方向Ｊに沿って導入孔３１１ａを形成することにより構成したものである。
【００４１】
放熱冷媒導出路３１４は、図６に示すように、放熱熱交換器３１の一部、例えば図６中の左側において該高温部１２の軸方向Ｊに沿って延在し、放熱冷媒流路Ｒ２を通過して高温排熱を受熱した放熱用冷媒を外部に導くためのものである。そのような放熱冷媒導出路３１４は、放熱フィン部材３１１のそれぞれに該高温部１２の軸方向Ｊに沿って導出孔３１１ｂを形成することにより構成したものである。
【００４２】
放熱冷媒供給パイプ３１５は、図中上側の放熱補助カバー３１２２に形成した貫通孔（図示せず）を貫通し、かつその先端部が放熱冷媒導入路３１３に挿通した態様で配設してある。この放熱冷媒供給パイプ３１５は、放熱用冷媒を供給するための円筒状配管であり、高温部１２および放熱フィン部材３１１と同一の材料（例えば銅）から形成してある。また、放熱冷媒供給パイプ３１５の先端部は、高温部１２側が切除されて半円筒状の形態を成している。つまり、放熱冷媒供給パイプ３１５の先端部には、その全域に亘って切欠部３１５１が形成してある。また、図６には明示していないが、放熱冷媒供給パイプ３１５の基端部には第２ライン３４が接続してある。
【００４３】
放熱冷媒移送パイプ３１６は、高温部１２の上方側において、図中上側の放熱補助カバー３１２２に形成した貫通孔（図示せず）を貫通し、かつその先端部が放熱冷媒導出路３１４に挿通した態様で配設してある。この放熱冷媒移送パイプ３１６は、放熱冷媒流路Ｒ２を通過して高温排熱を受熱した放熱用冷媒を空気熱交換器３２に向けて移送するための円筒状配管であり、高温部１２および放熱フィン部材３１１と同一の材料（例えば銅）から形成してある。また、放熱冷媒移送パイプ３１６の先端部は、高温部１２側が切除されて半円筒状の形態を成している。つまり、放熱冷媒移送パイプ３１６の先端部には、その全域に亘って切欠部３１６１が形成してある。また、図６には明示していないが、放熱冷媒移送パイプ３１６の基端部には第１ライン３３が接続してある。
【００４４】
空気熱交換器３２は、スターリング冷凍機１０から所定の距離だけ離隔した位置に配設されている。この空気熱交換器３２は、蛇行する放熱路３２１を有している。放熱路３２１は、放熱用冷媒が通過するためのものである。そのような空気熱交換器３２では、放熱用冷媒が放熱路３２１を通過する際に放熱熱交換器３１で受熱した高温排熱を周囲空気へ放熱する。これにより、周囲空気は、高温排熱により加熱される。また、空気熱交換器３２は、スターリング冷凍機１０の高温部１２の基準高さよりも上方側に配置してある。そして、空気熱交換器３２の周辺の所定個所には、放出用送風ファン３５が設けてある。放出用送風ファン３５は、空気熱交換器３２により加熱された空気を外部に放出するためのものである。
【００４５】
第１ライン３３は、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２とを繋ぐ管路であり、より詳細には、放熱熱交換器３１を構成する放熱冷媒移送パイプ３１６の基端部と、空気熱交換器３２の放熱路３２１の入口とを繋ぐ管路である。この第１ライン３３は、放熱熱交換器３１で高温排熱を受熱した放熱用冷媒を空気熱交換器３２に移動させるためのものである。
【００４６】
第２ライン３４は、上記第１ライン３３とは別個に、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２とを繋ぐ管路であり、より詳細には、放熱熱交換器３１を構成する放熱冷媒供給パイプ３１５の基端部と、空気熱交換器３２の放熱路３２１の出口とを繋ぐ管路である。この第２ライン３４は、空気熱交換器３２で放熱した放熱用冷媒を放熱熱交換器３１に移動させるためのものである。ここに、第２ライン３４が第１ライン３３の下方に位置している。これは、第２ライン３４を通る放熱用冷媒の密度の方が、第１ライン３３を通る放熱用冷媒の密度よりも大きいためである。
【００４７】
上記冷却系配管２０では、スターリング冷凍機１０の低温部１１からの冷熱を次のようにして冷却室４１に伝達する。低温部１１から発生した冷熱により、凝縮熱交換器２１の各冷却冷媒流路Ｒ１を通過する冷却用冷媒が急激に冷却されて凝縮液になり、その重力により下方に向けて移動する。その後、凝縮液となった冷却用冷媒は、冷却冷媒導出路２１４に至り、該冷却冷媒導出路２１４で冷却冷媒移送パイプ２１６の内部に進入して移動し、液体ライン２３を通じて蒸発熱交換器２２まで移動する。この蒸発熱交換器２２において、冷却用冷媒は、蒸発路２２１を通過しながら、該蒸発熱交換器２２の周囲の空気、すなわち冷却室４１の内部の空気の熱により蒸発して蒸気になる。つまり、冷却室４１の内部の空気は熱が奪われることになって冷却される。冷却された空気は、冷却用送風ファン２５が駆動することにより送出され、冷却室４１の内部が冷却される。つまり、冷却室４１にスターリング冷凍機１０の低温部１１で発生した冷熱が伝達されたことになる。ところで、蒸発熱交換器２２で蒸発して蒸気になった冷却用冷媒は、気体ライン２４を通じて冷却冷媒供給パイプ２１５に至り、その後、冷却冷媒導入路２１３を通じて各冷却冷媒流路Ｒ１に移動し、該冷却冷媒流路Ｒ１で再び凝縮液になって上述したようなサイクルを繰り返す。
【００４８】
かかる冷却系配管２０は、冷却用冷媒が、別個に設けられた液体ライン２３および気体ライン２４を通じて、凝縮熱交換器２１と蒸発熱交換器２２との間で循環するものであり、ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプと称されるものである。
【００４９】
上記放熱系配管３０では、スターリング冷凍機１０の高温部１２からの高温排熱を次のようにして外部に放出する。放熱熱交換器３１の各放熱冷媒流路Ｒ２を通過する放熱用冷媒が、高温部１２で発生した高温排熱を受熱して上昇し、その後、放熱冷媒導出路３１４に至り、該放熱冷媒導出路３１４で放熱冷媒移送パイプ３１６の内部に進入して移動し、第１ライン３３を通じて空気熱交換器３２まで移動する。この空気熱交換器３２において、放熱用冷媒は、放熱路３２１を通過しながら、該空気熱交換器３２の周囲空気に高温排熱を放熱する。つまり、空気熱交換器３２の周囲空気は加熱される。加熱された空気は、放出用送風ファン３５が駆動することにより外部に送出される。ところで、空気熱交換器３２で放熱した放熱用冷媒は、第２ライン３４を通じて放熱冷媒供給パイプ３１５に至り、その後、放熱冷媒導入路３１３を通じて各冷却冷媒流路Ｒ１に移動し、該冷却冷媒流路Ｒ１で再び高温排熱を受熱して上述したようなサイクルを繰り返す。ここで、夏場等の外気温が３０℃を超える場合には、放熱用冷媒である二酸化炭素は、超臨界状態で循環することになる。
【００５０】
かかる放熱系配管３０は、放熱用冷媒が、別個に設けられた第１ライン３３および第２ライン３４を通じて、放熱熱交換器３１と空気熱交換器３２との間で循環するものであり、ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプと称されるものである。
【００５１】
以上説明したような冷却装置１を構成する凝縮熱交換器２１では、冷却フィン部材２１１が低温部１１の軸方向Ｊに対して直交とならない範囲内で傾斜する態様で立設してあるので、スターリング冷凍機１０を縦置きから横置きに設置した場合、すなわち低温部１１の軸方向Ｊが水平方向となる態様で設置床面Ｐに設置した場合、冷却フィン部材２１１は設置床面Ｐ（水平面）に対して傾斜する態様で立設している。そのため、冷却冷媒流路Ｒ１に冷媒を良好に通過させることが可能となり、これによりスターリング冷凍機１０の設置姿勢が縦置きでも横置きであっても該スターリング冷凍機１０の設置姿勢に関わらず、低温部１１で発生した冷熱を良好に冷媒に伝達させることにより熱交換効率の向上を図ることができる。特に、スターリング冷凍機１０の低温部１１の外周面に、該低温部１１の外周方向に沿って、かつ該低温部１１の軸方向Ｊに略等間隔となる態様で複数の冷却フィン部材２１１を立設し、これら冷却フィン部材２１１を含む低温部１１の外周域を覆う態様で冷却カバー部材２１２を配設することにより、該低温部１１の外周面に冷却冷媒流路Ｒ１を構成したので、冷却冷媒流路Ｒ１を通過する冷却用冷媒に低温部１１で発生した冷熱を直接伝達させることができる。これにより、熱伝達に伴う熱損失の発生を低減化させることができ、冷却用冷媒への冷熱の伝達効率を向上させることができる。
【００５２】
また、凝縮熱交換器２１によれば、冷却フィン部材２１１は、スターリング冷凍機１０の低温部１１と同一の材料で形成したので、両者の間に材質の違いによる経時的変化が生じる虞れがなく、また電蝕等によりいずれか一方の材質が劣化等してしまう虞れもない。
【００５３】
更に、凝縮熱交換器２１によれば、スペーサ部２１１１が冷却冷媒流路Ｒ１の幅を規定しているため、冷却冷媒流路Ｒ１を通過する冷却用冷媒の圧力、すなわち冷却系配管２０の内部への封入圧力により、冷却冷媒流路Ｒ１の幅が経時的に変化してしまう虞れがない。これにより、各冷却冷媒流路Ｒ１の幅を略均一に確保でき、その結果、安定した熱交換効率を確保することが可能になる。
【００５４】
一方、放熱熱交換器３１では、放熱フィン部材３１１が高温部１２の軸方向Ｊに対して直交とならない範囲内で傾斜する態様で立設してあるので、スターリング冷凍機１０を縦置きから横置きに設置した場合、すなわち高温部１２の軸方向Ｊが水平方向となる態様で設置床面Ｐに設置した場合、放熱フィン部材３１１は設置床面Ｐ（水平面）に対して傾斜する態様で立設している。そのため、放熱冷媒流路Ｒ２に冷媒を良好に通過させることが可能となり、これによりスターリング冷凍機１０の設置姿勢が縦置きでも横置きであっても該スターリング冷凍機１０の設置姿勢に関わらず、高温部１２で発生した冷熱を良好に冷媒に伝達させることにより熱交換効率の向上を図ることができる。
【００５５】
また、放熱熱交換器３１によれば、放熱フィン部材３１１は、スターリング冷凍機１０の高温部１２と同一の材料で形成したので、両者の間に材質の違いによる経時的変化が生じる虞れがなく、また電蝕等によりいずれか一方の材質が劣化等してしまう虞れもない。
【００５６】
更に、放熱熱交換器３１によれば、スペーサ部３１１１が放熱冷媒流路Ｒ２の幅を規定しているため、放熱冷媒流路Ｒ２を通過する放熱用冷媒の圧力、すなわち放熱系配管３０の内部への封入圧力により、放熱冷媒流路Ｒ２の幅が経時的に変化してしまう虞れがない。これにより、各放熱冷媒流路Ｒ２の幅を略均一に確保でき、その結果、安定した熱交換効率を確保することが可能になる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、図８に示すように、凝縮熱交換器２１は、低温部１１の外径に適合する内径を有し、かつ該低温部１１の外周面に内周面が接合する態様で配設した円筒状のフィンベース部材２１７を有し、該フィンベース部材２１７の外周面に冷却フィン部材２１１を立設させることにより冷却冷媒流路Ｒ１を構成するようにしても良い。ここで、フィンベース部材２１７は、冷却フィン部材２１１と同様に、低温部１１と同一の材料から形成されていることが好ましい。このような構成によれば、フィンベース部材２１７により伝熱面積を拡大させることができ、これにより冷却フィン部材２１１の立設枚数を増大させることができ、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００５８】
また、図９に示すように、放熱熱交換器３１は、高温部１２の外径に適合する内径を有し、かつ該高温部１２の外周面に内周面が接合する態様で配設した円筒状のフィンベース部材３１７を有し、該フィンベース部材３１７の外周面に放熱フィン部材３１１を立設させることにより放熱冷媒流路Ｒ２を構成するようにしても良い。ここで、フィンベース部材３１７は、放熱フィン部材３１１と同様に、高温部１２と同一の材料から形成されていることが好ましい。このような構成によれば、フィンベース部材３１７により伝熱面積を拡大させることができ、これにより放熱フィン部材３１１の立設枚数を増大させることができ、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００５９】
上述した実施の形態では、スターリング冷凍機１０を縦置き、あるいは横置きに設置する場合における冷媒供給パイプおよび冷媒移送パイプの設置個所については特に言及していないが、これらのパイプの設置個所は、スターリング冷凍機１０の設置姿勢に応じて適宜変更しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明に係る熱交換器は、例えばスターリング冷凍機等の機器に適用され、該スターリング冷凍機で発生した冷熱、あるいは高温排熱を冷媒に伝達させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態である熱交換器（凝縮熱交換器および放熱熱交換器）を適用した冷却装置を概念的に示した概念図である。
【図２】図１に示したスターリング冷凍機を拡大して示した側面図である。
【図３】熱交換器を上方から見た平面図である。
【図４】図３における凝縮熱交換器のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３における凝縮熱交換器のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図３における放熱熱交換器のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図３における放熱熱交換器のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】凝縮熱交換器の変形例を示した断面図である。
【図９】放熱熱交換器の変形例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０        スターリング冷凍機
１１        低温部
１２        高温部
２０        冷却系配管
２１        凝縮熱交換器
２１１      冷却フィン部材
２１１１    スペーサ部
２１２      冷却カバー部材
２１２１    冷却カバー本体
２１２２    冷却補助カバー
２１３      冷却冷媒導入路
２１４      冷却冷媒導出路
２１５      冷却冷媒供給パイプ
２１５２    切欠部
２１６      冷却冷媒移送パイプ
２１６２    切欠部
２２        蒸発熱交換器
２３        液体ライン
２４        気体ライン
３０        放熱系配管
３１        放熱熱交換器
３１１      放熱フィン部材
３１１１    スペーサ部
３１２      放熱カバー部材
３１２１    放熱カバー本体
３１２２    放熱補助カバー
３１３      放熱冷媒導入路
３１４      放熱冷媒導出路
３１５      放熱冷媒供給パイプ
３１６      放熱冷媒移送パイプ
Ｒ１        冷却冷媒流路
Ｒ２        放熱冷媒流路
【図１】
2008224165.tif 000003
【図２】
2008224165.tif 000004
【図３】
2008224165.tif 000005
【図４】
2008224165.tif 000006
【図５】
2008224165.tif 000007
【図６】
2008224165.tif 000008
【図７】
2008224165.tif 000009
【図８】
2008224165.tif 000010
【図９】
2008224165.tif 000011