(57)【要約】【課題】多板式の熱交換器において、第１流路に対する流体の導入又は導出方向に関わらず、第１流路の複数の第１室に流体を、その圧力損失を削減しつつ可及的均等に流す。【解決手段】熱交換器１０は、複数の第１室１２を含む第１流路１４と、複数の第２室１６を含む第２流路１８とを備える。それら第１室と第２室とは、伝熱壁２０を介して互いに隣接かつ分離した状態で、交互に並んで配置される。第１流路１４は、複数の第１室１２に流体ｆ１を導入する第１導入路２２と、それら第１室１２から流体ｆ１を導出する第１導出路２４とをさらに含む。第１導入路２２及び第２導出路２４の各々は、伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに交差する方向へ流体ｆ１を案内する構造を有する。第１導入路２２及び第１導出路２４の少なくとも一方が、流体ｆ１を複数の第１室１２に対し、所望の流量ずつ分配して円滑に案内する整流分配部材３０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１室を含む第１流路と、複数の第２室を含む第２流路とを備え、該第１流路の該複数の第１室と該第２流路の該複数の第２室とが、伝熱壁を介して互いに隣接かつ分離した状態で、交互に並んで配置される、熱交換器において、
前記第１流路は、前記複数の第１室に流体を導入する導入路と、該複数の第１室から該流体を導出する導出路とをさらに含み、該導入路及び該導出路の各々は、前記伝熱壁の熱交換表面に交差する方向へ該流体を案内する構造を有し、
前記導入路及び前記導出路の少なくとも一方が、前記流体を前記複数の第１室に対し、所望の流量ずつ分配して円滑に案内する整流分配部材を備えていること、
を特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記整流分配部材は、前記第１流路の前記導入路及び前記導出路の少なくとも一方の流路断面積を、前記複数の第１室に対して分配される前記流量の比に従って分割する案内壁を有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１流路の前記導出路が前記整流分配部材を備えている、請求項１又は２に記載の熱交換器において、該導出路の該整流分配部材は、複数の異なる方向から該導出路へ前記流体が流れ込むときに、該流体同士の衝突を回避する障壁を有する、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
媒質ガスを励起してレーザビームを生成する発振部と、該発振部に接続され、媒質ガスが圧力下で流動する媒質回路を形成する循環路と、該循環路に設置され、媒質ガスを該媒質回路内で強制的に高速循環させる送風機と、該送風機の上流側及び下流側で該循環路に設置される一対の熱交換器とを具備するガスレーザ装置において、
前記一対の熱交換器の各々が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器であり、該熱交換器の前記第１流路が前記循環路に接続されること、を特徴とするガスレーザ装置。
【請求項５】
前記一対の熱交換器の少なくとも一方は、前記送風機に接続される前記導入路及び前記導出路のいずれか一方に、該送風機の翼の回転方向に対応する方向へ螺旋状に媒質ガスを案内する案内部材を備えている、請求項４に記載のガスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。本発明はさらに、媒質ガスを適温に維持するための熱交換器を備えたガスレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ媒質を含有する混合ガス（本願で媒質ガスと称する）を用いるガスレーザ装置は、比較的単純な構造で高出力が得られることから、加工、医療、計測等の分野で広く用いられている。ガスレーザ装置のレーザ発振機構は、一般に、媒質ガスを励起（放電、光、熱、化学反応等による）してレーザビームを生成（光共振による）する発振部と、発振部に接続され、媒質ガスが圧力下で流動する媒質回路を形成する循環路と、循環路に設置され、媒質ガスを媒質回路内で強制的に高速循環させる送風機と、送風機の上流側及び下流側で循環路に設置され、媒質回路を流動する媒質ガスを適温に維持する一対の熱交換器とを備えて構成される。
【０００３】
ガスレーザ装置に装備される熱交換器の一例として、複数の第１室を含む第１流路と、複数の第２室を含む第２流路とを備え、第１流路の複数の第１室と第２流路の複数の第２室とが、伝熱壁を介して互いに隣接かつ分離した状態で交互に並んで配置される、いわゆる多板式（或いはプレート式）の構成を有する熱交換器が知られている。この熱交換器は、第１流路を循環路に接続することでガスレーザ装置に設置される。そして、ガスレーザ装置の媒質回路を流動する媒質ガスは、熱交換器の第１流路を流れる間に、第２流路を流れる冷却用流体との間で伝熱壁を介して熱交換することにより、適宜冷却されて適温に維持される。
【０００４】
ガスレーザ装置においては、レーザビームを安定して連続的に発振できるようにするために、媒質ガスの温度を一定に維持する必要が有り、また、ガスレーザ装置の出力が高まるに伴い、発振部における媒質ガスの温度上昇も大きくなるので、優れた冷却能力を有する熱交換器を装備することが要求される。特に、上記した多板式の熱交換器をガスレーザ装置に装備する場合には、熱交換器の第１流路の複数の第１室に、媒質ガスを、その圧力損失を削減しつつ可及的均等に流すことで、媒質ガスを効率良く冷却できることが判っている。
【０００５】
このような観点で、例えば特許文献１は、多板式の熱交換器において、第１流路の個々の第１室に設けられる流体の入口及び出口に、流体の流れを整流する整流板を設置した構成を開示する。この熱交換器では、第１流路に対する流体の導入方向及び導出方向が、各第１室内での流体の主たる流動方向に略直交する方向となっているので、流動方向が局所的に変化する領域に整流板を設置することで、第１流路における流体（例えば媒質ガス）の圧力損失を削減することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３１８０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１に記載される熱交換器は、第１流路に対する流体の導入方向及び導出方向が、第１流路の複数の第１室と第２流路の複数の第２室との間に介在する伝熱壁の熱交換表面に平行な方向となっているから、全ての第１室に対して均一な圧力で流体の導入及び導出を行なうことができる。しかし、例えば複数の第１室の入口及び出口に、流体を第１流路に対して伝熱壁の熱交換表面に交差（特に直交）する方向に導入又は導出する流体案内構造を設けた場合には、個々の第１室に対する流体の導入圧力又は導出圧力に差が生じるので、複数の第１室に流体を一様な流量で流すことが困難になる危惧がある。特に、そのような構造の熱交換器をガスレーザ装置に装備した場合には、媒質回路における媒質ガスの流動圧力が一般にさほど高くないので、媒質ガスに対する冷却能力が不足することが懸念される。
【０００８】
本発明の目的は、第１流路の複数の第１室と第２流路の複数の第２室とが伝熱壁を介して互いに隣接かつ分離した状態で交互に並んで配置される多板式の熱交換器において、第１流路を流れる流体の流動圧力が比較的低い場合にも、第１流路に対する流体の導入方向や導出方向に関わらず、複数の第１室に流体を、その圧力損失を削減しつつ可及的均等に流すことができ、以って流体を効率良く冷却できる熱交換器を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、媒質ガスを適温に維持するための熱交換器を媒質回路に装備したガスレーザ装置において、優れた冷却能力を有する熱交換器を装備して、高出力のレーザビームを安定して連続的に発振できるガスレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の第１室を含む第１流路と、複数の第２室を含む第２流路とを備え、第１流路の複数の第１室と第２流路の複数の第２室とが、伝熱壁を介して互いに隣接かつ分離した状態で、交互に並んで配置される、熱交換器において、第１流路は、複数の第１室に流体を導入する導入路と、複数の第１室から流体を導出する導出路とをさらに含み、導入路及び導出路の各々は、伝熱壁の熱交換表面に交差する方向へ流体を案内する構造を有し、導入路及び導出路の少なくとも一方が、流体を複数の第１室に対し、所望の流量ずつ分配して円滑に案内する整流分配部材を備えていること、を特徴とする熱交換器を提供する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、整流分配部材は、第１流路の導入路及び導出路の少なくとも一方の流路断面積を、複数の第１室に対して分配される流量の比に従って分割する案内壁を有する、熱交換器を提供する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、第１流路の導出路が整流分配部材を備えている、請求項１又は２に記載の熱交換器において、導出路の整流分配部材は、複数の異なる方向から導出路へ流体が流れ込むときに、流体同士の衝突を回避する障壁を有する、熱交換器を提供する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、媒質ガスを励起してレーザビームを生成する発振部と、発振部に接続され、媒質ガスが圧力下で流動する媒質回路を形成する循環路と、循環路に設置され、媒質ガスを媒質回路内で強制的に高速循環させる送風機と、送風機の上流側及び下流側で循環路に設置される一対の熱交換器とを具備するガスレーザ装置において、一対の熱交換器の各々が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器であり、熱交換器の第１流路が循環路に接続されること、を特徴とするガスレーザ装置を提供する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のガスレーザ装置において、一対の熱交換器の少なくとも一方は、送風機に接続される導入路及び導出路のいずれか一方に、送風機の翼の回転方向に対応する方向へ螺旋状に媒質ガスを案内する案内部材を備えている、ガスレーザ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、導入路及び導出路の少なくとも一方に整流分配部材を備えることにより、第１流路を流れる流体の流動圧力が比較的低い場合にも、第１流路に対する流体の導入方向や導出方向に関わらず、複数の第１室に流体を、その圧力損失を削減しつつ可及的均等に流すことができ、その結果、流体を効率良く冷却することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、整流分配部材の案内壁の形状及び相対位置関係を適当に設計することにより、個々の第１室における流体の流れ易さの度合いに応じて、流体の流量の分割比を容易かつ正確に調整することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、導出路に設置した整流分配部材の障壁が、複数の異なる方向から導出路へ流れ込む流体に対し、流体同士の衝突を回避するように作用するから、第１流路内での流体の圧力損失が、効果的に削減される。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器が奏する前述した格別の作用効果により、高出力のレーザビームを安定して連続的に発振できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、熱交換器から排出される媒質ガスが送風機に円滑に吸入されるようになり、或いは、送風機から吐出される媒質ガスが熱交換器に円滑に吸入されるようになるから、送風機の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明の第１の実施形態による熱交換器１０の全体構成を概略で示す縦断面図、図２は、熱交換器１０の全体構成を概略で示す斜視図、図３は、熱交換器１０の内部構造を概略で示す横断面図である。
【００２１】
熱交換器１０は、複数の第１室１２を含む第１流路１４と、複数の第２室１６を含む第２流路１８とを備え、第１流路１４の複数の第１室１２と第２流路１８の複数の第２室１６とが、伝熱壁２０を介して互いに隣接かつ分離した状態で交互に並んで配置される、いわゆる多板式（或いはプレート式）の構成を有する。第１流路１４は、複数の第１室１２に第１の流体ｆ１を導入する第１導入路２２と、複数の第１室１２から第１の流体ｆ１を導出する第１導出路２４とをさらに含む（図３（ａ））。また、第２流路１８は、複数の第２室１６に第２の流体ｆ２を導入する第２導入路２６と、複数の第２室１６から第２の流体ｆ２を導出する第２導出路２８とをさらに含む（図３（ｂ））。
【００２２】
図示のように、熱交換器１０では、第１流路１４の複数の第１室１２はいずれも同一の流路断面積を有し、第２流路１８の複数の第２室１６はいずれも同一の流路断面積を有する。また、第１導入路２２と第１導出路２４とは互いに同一の流路断面積を有し、第２導入路２６と第２導出路２８とは互いに同一の流路断面積を有する。さらに、第１流路１４の第１導入路２２の入口２２ａ及び第１導出路２４の出口２４ａ、並びに第２流路１８の第２導入路２６の入口２６ａ及び第２導出路２８の出口２８ａが、いずれも熱交換器１０の同一側で、最も外側の第２室１６に隣接して形成されており、それにより、第１及び第２の流体ｆ１、ｆ２の流れの方向は、導入側と導出側とで互いに反対方向（図示矢印）となっている。
【００２３】
熱交換器１０の第１流路１４には、例えば後述するガスレーザ装置の媒質ガスのような、冷却対象となる第１の流体ｆ１が送給される。また第２流路１８には、第１の流体ｆ１に対して冷媒となる第２の流体ｆ２が送給される。第１の流路１４と第２の流路１８とは、図示しない気密封止構造によって、互いに流体流通不能に分離される。外部の流体回路（図示せず）から第１流路１４の第１導入路２２を介して複数の第１室１２に導入された高温の第１の流体ｆ１は、それら第１室１２を流れる間に、外部の冷媒回路（図示せず）から第２流路１８の第２導入路２６を介して複数の第２室１６に導入された第２の流体ｆ２との間で、伝熱壁２０を介して熱交換することにより、適宜冷却されて適温に維持される。熱交換により冷却された第１の流体ｆ１は、第１導出路２４を介して複数の第１室１２から外部の流体回路へ導出される。また、熱交換により昇温した第２の流体ｆ２は、第２導出路２８を介して複数の第２室１６から外部の冷媒回路へ導出される。
【００２４】
伝熱壁２０は、ステンレス、アルミニウム等の、流体ｆ１及びｆ２に対して化学的に安定で、かつ優れた伝熱性を有する材料から作製される。伝熱壁２０は、複数段に渡って隣り合う第１室１２と第２室１６との間に個々に介在して、それら第１及び第２室１２、１６を画定する。第１室１２及び第２室１６の内部空間に露出する各伝熱壁２０の両表面２０ａは、熱交換表面２０ａとして機能し、凹凸面等の多様な面構造を有することができる。
【００２５】
第１流路１４の第１導入路２２及び第１導出路２４の各々は、伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに交差する方向（図では直交する方向）へ第１の流体ｆ１を案内する構造を有する。より具体的には、図４（ａ）に拡大して示すように、第１導入路２２は、複数段（図では６段）の第２室１６の各々を画定する一対の伝熱壁２０を、それぞれの熱交換表面２０ａに直交する方向へ、第２室１６に対し気密封止された状態で貫通して延びる円筒状の通路要素２２ｂを含む。そして、複数段の第２室１６を貫通する複数（図では６個）の通路要素２２ｂが、それぞれの軸線方向へ同軸に整列して配置されることで、複数段（図では５段）の第１室１２の全てに連通する実質的円筒状の第１導入路２２が形成される。同様に、図４（ｂ）に拡大して示すように、第１導出路２４は、複数段（図では６段）の第２室１６の各々を画定する一対の伝熱壁２０を、それぞれの熱交換表面２０ａに直交する方向へ、第２室１６に対し気密封止された状態で貫通して延びる円筒状の通路要素２４ｂを含む。そして、複数段の第２室１６を貫通する複数（図では６個）の通路要素２４ｂが、それぞれの軸線方向へ同軸に整列して配置されることで、複数段（図では５段）の第１室１２の全てに連通する実質的円筒状の第１導出路２４が形成される。
【００２６】
なお、図示しないが、第２流路１８の第２導入路２６及び第２導出路２８は、上記した第１流路１４の第１導入路２２及び第１導出路２４と同様の、伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに交差する方向（図では直交する方向）へ第２の流体ｆ２を案内する構造を有する。ただし、第２流路１８の第２導入路２６及び第２導出路２８は、複数段（図では６段）の第２室１６の全てに連通する一方で、複数段（図では５段）の第１室１２の全てに対し気密封止される。
【００２７】
本発明の特徴的構成として、第１流路１４の第１導入路２２及び第１導出路２４の各々は、第１の流体ｆ１を、複数の第１室１２に対し、所望の流量ずつ分配して円滑に案内する整流分配部材３０を備えている（図４）。それら第１導入路２２及び第１導出路２４のそれぞれに設置される整流分配部材３０は、互いに同一の構造を有し、熱交換器１０内で互いに鏡像的な位置及び姿勢関係に配置される。
【００２８】
さらに詳述すれば、図５に示すように、各整流分配部材３０は、略半円筒状に延びる外壁３２と、外壁３２の内側に固定的に設置され、径方向及び軸線方向へ互いにずれて配置される複数（図では３個）の案内壁３４、３６、３８とを有する。それら外壁３２及び案内壁３４、３６、３８は、第１導入路２２（又は第１導出路２４）の流路断面積を所望比で複数に分割（図では３分割）するような所定の相対位置関係の下に、互いに組み合わされる。
【００２９】
第１導入路２２の入口２２ａ（又は第１導出路２４の出口２４ａ）に最も近接して配置される第１の案内壁３４は、外壁３２の軸線方向へ延びる平板状の部分３４ａと、部分３４ａから３次元的に湾曲して延び、外壁の径方向外方へ突出する部分３４ｂとを、一体に有する。同様に、中間位置に配置される第２の案内壁３６は、外壁３２の軸線方向へ延びる平板状の部分３６ａと、部分３６ａから３次元的に湾曲して延び、外壁の径方向外方へ突出する部分３６ｂとを、一体に有する。第１及び第２の案内壁３４、３６はいずれも、全体として角の無い滑らかな表面（すなわち案内面）を有する。他方、第１導入路２２の入口２２ａ（又は第１導出路２４の出口２４ａ）から最も離れて配置される第３の案内壁３８は、外壁３２に対し３次元的に湾曲して延び、外壁の径方向外方へ突出する。第３の案内壁３８は、外壁３２の内面が実質的接平面となるような、全体として角の無い滑らかな表面（すなわち案内面）を有する。
【００３０】
上記構成を有する整流分配部材３０は、個々の案内壁３４、３６、３８が、第１導入路２２（又は第１導出路２４）の流路断面積を所望比で複数に分割する一方で、第１の流体ｆ１に関する第１導入路２２（又は第１導出路２４）の本来の案内方向（すなわち伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに直交する方向）を、個々の第１室１２の主たる延長方向（すなわち伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに平行な方向）へと、円滑に湾曲する案内面を経て略９０°転換するように作用する。したがって、第１の流体ｆ１は、第１導入路２２を通って複数の第１室１２に導入される間、及び複数の第１室１２から第１導出路２４を通って導出される間に、整流分配部材３０の各案内壁３４、３６、３８が発揮する分流及び整流作用を受けて、うずの発生による滞留が抑制され、かつ流路壁面による摩擦が低減された状態で流動する。その結果、第１流路１４内での第１の流体ｆ１の圧力損失が、効果的に削減される。
【００３１】
また、整流分配部材３０においては、外壁３２及び案内壁３４、３６、３８の形状や相対位置関係を適宜変更することにより、第１導入路２２（又は第１導出路２４）の流路断面積の分割比を所望比に調整できる。したがって、第１導入路２２や第１導出路２４の構造に起因して、第１流路１４の個々の第１室１２に対する第１の流体ｆ１の導入圧力や導出圧力に差が生じている場合には、そのような圧力差を予め考慮して外壁３２及び案内壁３４、３６、３８の形状や相対位置関係を設計することで、複数の第１室１２に第１の流体ｆ１を一様な流量で流すことが可能になる。
【００３２】
このように、熱交換器１０では、第１流路１４の第１導入路２２及び第１導出路２４の各々が、伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに交差（直交）する方向へ第１の流体ｆ１を案内する基本構造を有するにも関わらず、第１導入路２２及び第１導出路２４に整流分配部材３０を設置したことで、個々の第１室１２に対する第１の流体ｆ１の導入圧力の差及び導出圧力の差をいずれも相殺するように第１の流体ｆ１の流れを分割して、複数の第１室１２に第１の流体ｆ１を一様な流量で流すことができる。したがって、熱交換器１０によれば、第１流路１４を流れる第１の流体ｆ１の流動圧力が比較的低い場合にも、第１流路１４に対する流体ｆ１の導入方向や導出方向に関わらず、複数の第１室１２に流体ｆ１を、その圧力損失を削減しつつ可及的均等に流すことが可能になり、その結果、第１の流体ｆ１を効率良く冷却することが可能になる。そして、このような格別の作用効果を奏する熱交換器１０は、媒質回路における媒質ガスの流動圧力が一般にさほど高くないガスレーザ装置に装備した場合にも、媒質ガスに対する高い冷却能力を発揮することができる。
【００３３】
特に、図示実施形態では、整流分配部材３０が、第１流路１４の第１導入路２２（又は第１導出路２４）の流路断面積を、複数の第１室１２に分配される第１の流体ｆ１の流量の比に対応して分割する案内壁３４、３６、３８を有しているから、それら案内壁３４、３６、３８の形状及び相対位置関係を適当に設計することにより、個々の第１室１２における第１の流体ｆ１の流れ易さの度合いに応じて、第１の流体ｆ１の流量の分割比を容易かつ正確に調整することができる。
【００３４】
例えば、図示の熱交換器１０において、第１導入路２２に整流分配部材３０を設置しない状態では、個々の第１室１２への第１の流体ｆ１の流れ込み易さは、第１導入路２２内での流れの圧力の差により、入口２２ａに近いほど悪化する。したがって、第１導入路２２に設置される整流分配部材３０は、第１導入路２２の入口２２ａから最も近い第１の案内壁３４と、その次に近い第２の案内壁３６とが、それぞれ２段ずつの第１室１２に流体ｆ１を分配する一方、最も遠い第３の案内壁３８が、１段のみの第１室１２に流体ｆ１を分配するように構成されており、それら各段の第１室１２の流量を均等にするべく、第１導入路２２の流路断面積を概ね２：２：１の比で３分割する位置に、案内壁３４、３６、３８が配置されている。さらに、第１導出路２４に設置される整流分配部材３０においても同様に、第１の案内壁３４、第２の案内壁３６及び第３の案内壁３８が、第１導出路２４の流路断面積を概ね２：２：１の比で３分割する位置に配置されている。このような構成により、第１流路１４の複数の第１室１２における流体の流れ易さに差が有る場合にも、それら第１室１２のそれぞれに、第１の流体ｆ１を一様な流量で安定して流すことができる。
【００３５】
図示の熱交換器１０において、上記したように第１流路１４の個々の第１室１２における第１の流体ｆ１の流れ易さを考慮する場合には、流れ難い位置（すなわち第１導入路２２の入口２２ａに近い位置）にある第１室１２の流路断面積が、流れ易い位置（すなわち第１導入路２２の入口２２ａから遠い位置）にある第１室１２の流路断面積よりも大きくなるように、複数の第１室１２を設計することで、それら第１室１２を個々に流れる第１の流体ｆ１の流量を互いに実質的に等しくすることができる。同様に、第２流路１８の個々の第２室１６における第２の流体ｆ２の流れ易さを考慮する場合には、流れ難い位置（すなわち第２導入路２６の入口２６ａに近い位置）にある第２室１６の流路断面積が、流れ易い位置（すなわち第２導入路２６の入口２６ａから遠い位置）にある第２室１６の流路断面積よりも大きくなるように、複数の第２室１６を設計することで、それら第２室１６を個々に流れる第２の流体ｆ２の流量を互いに実質的に等しくすることができる。
【００３６】
さらに、図示のように熱交換器１０を、複数の第１室１２及び第２室１６が重力方向へ積み重なる姿勢（つまり伝熱壁２０が水平方向へ延びる姿勢）で、作業場の床面に設置した場合には、図示の構成に代えて、鉛直上方から第１導入路２２に供給された第１の流体ｆ１が、第１導出路２４から鉛直下方へ排出される構成とすることが、複数の第１室１２における流体ｆ１の流れ易さを一層向上させる観点で有利である。この場合、第１導入路２２の入口２２ａ（図１）と第１導出路２４の出口２４ａ（図１）とは、熱交換器１０の互いに反対側（図で上端及び下端）で、それぞれ最も外側の第２室１６に隣接して形成される。
【００３７】
図６〜図８は、上記した下方排出型の構造を有する熱交換器であって、冷却能力をさらに向上させた本発明の第２の実施形態による熱交換器４０を示す。熱交換器４０は、鉛直上方に開口する一対の第１導入路２２と鉛直下方に開口する１つの第１導出路２４とを備えた点以外は、前述した熱交換器１０と実質的同一の構成を有するので、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
熱交換器４０では、第１流路１４は、複数の第１室１２に第１の流体ｆ１を導入する一対の第１導入路２２と、複数の第１室１２から第１の流体ｆ１を導出する１つの第１導出路２４とを含む。両第１導入路２２の入口２２ａと第１導出路２４の出口２４ａとは、熱交換器１０の互いに反対側で、それぞれ最も外側の第２室１６に隣接して形成されており、それにより、第１及び第２の流体ｆ１、ｆ２の流れの方向は、導入側と導出側とで互いに同一方向（図示矢印）となっている（図６及び図７）。また、第１導出路２４は、熱交換器４０の略中央に配置され、一対の第１導入路２２は、第１導出路２４を中心として両側方の対称位置に配置される。その結果、一対の第１導入路２２を介して複数の第１室１２に導入された第１の流体ｆ１は、それら第１室１２を通って異なる方向（主として対向する方向）から第１導出路２４に流れ込み、第１導出路２４を介して外部に導出されることになる（図８（ａ））。なお、図６では、各第１導入路２２と第１導出路２４とが略同一寸法に描かれているが、通常は、第１導出路２４の流路断面積は第１導入路２２の流路断面積の１．５倍以上である。
【００３９】
第１流路１４の第１導出路２４は、第１の流体ｆ１を、複数の第１室１２に対し、所望の流量ずつ分配した状態で円滑に案内する整流分配部材４２を備えている（図９）。整流分配部材４２は、円環状の一対の外輪壁４４と、それら外輪壁４４の内側に固定的に設置され、両外輪壁４４の中心軸線上で直径に渡って延設される平板状の障壁４６と、障壁４６の両側で外輪壁４４の内側に固定的に設置され、径方向及び軸線方向へ互いにずれて配置される複数組（図では３組）の案内壁４８、５０、５２とを有する（図１０）。それら外輪壁４４、障壁４６及び案内壁４８、５０、５２は、第１導出路２４の流路断面積を所望比で複数に分割（図では６分割）するような所定の相対位置関係の下に、互いに組み合わされる。
【００４０】
第１導出路２４の出口２４ａに最も近接して配置される一対の第１の案内壁４８は、外輪壁４４の軸線方向へ延びる平板状の部分４８ａと、部分４８ａから３次元的に湾曲して径方向外方へ延びる部分４８ｂとを、それぞれ一体に有する。同様に、中間位置に配置される一対の第２の案内壁５０は、外輪壁４４の軸線方向へ延びる平板状の部分５０ａと、部分５０ａから３次元的に湾曲して径方向外方へ延びる部分５０ｂとを、それぞれ一体に有する。第１及び第２の案内壁４８、５０はいずれも、全体として角の無い滑らかな表面（すなわち案内面）を有する。他方、第１導出路２４の出口２４ａから最も離れて配置される第３の案内壁５２は、外輪壁４４及び障壁４６に対し３次元的に湾曲して径方向外方へ延びる。第３の案内壁５２は、障壁４６の表面が実質的接平面となるような、全体として角の無い滑らかな表面（すなわち案内面）を有する。
【００４１】
上記構成を有する整流分配部材４２は、障壁４６及び個々の案内壁４８、５０、５２が、第１導出路２４の流路断面積を所望比で複数に分割する一方で、第１の流体ｆ１に関する個々の第１室１２の主たる案内方向（すなわち伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに平行な方向）を、第１導出路２４の本来の案内方向（すなわち伝熱壁２０の熱交換表面２０ａに直交する方向）へと、円滑に湾曲する案内面を経て略９０°転換するように作用する。特に、障壁４６は、一対の第１導入路２２の位置関係に起因して異なる方向から第１導出路２４へ流れ込む第１の流体ｆ１に対し、圧力が平衡する中心位置で、流体ｆ１同士の衝突を回避するように作用する。
【００４２】
したがって、第１の流体ｆ１は、複数の第１室１２から第１導出路２４を通って導出される間に、整流分配部材４２の障壁４６及び各案内壁４８、５０、５２が発揮する分流及び整流作用を受けて、うずの発生による滞留が抑制され、かつ流路壁面による摩擦が低減された状態で流動する。その結果、第１流路１４内での第１の流体ｆ１の圧力損失が、効果的に削減される。なお、異なる方向から第１導出路２４へ流れ込む第１の流体ｆ１に対しては、複数の案内壁４８、５０、５２が無く、障壁４６だけを有する整流分配部材によっても、ある程度の整流作用を確保できることが判っている。
【００４３】
また、整流分配部材４２においても、障壁４６及び案内壁４８、５０、５２の形状や相対位置関係を適宜変更することにより、第１導出路２４の流路断面積の分割比を所望比に調整できる。例えば、熱交換器４０は、図示しないが、第１流路１４の一対の第１導入路２２の各々に、前述した熱交換器１０が有する整流分配部材３０を設置することを前提としている。したがって、第１導出路２４に設置される整流分配部材４２は、第１導出路２４の出口２４ａから最も遠い第３の案内壁５２と、その次に遠い第２の案内壁５０とが、第１導入路２２の整流分配部材３０によって２段ずつの第１室１２に分流された流体ｆ１をそれぞれに案内する一方、最も近い第１の案内壁４８が、１段のみの第１室１２に分流された流体ｆ１を案内するように構成されている。そして、各第１導入路２２に設置した整流分配部材３０と協働して、各段の第１室１２の流量を均等にするべく、整流分配部材４２の各一対の案内壁４８、５０、５２は、障壁４６によって２等分された第１導出路２４の流路断面積を、さらに概ね１：２：２の比で３分割する位置に配置されている。
【００４４】
上記構成により、第１流路１４の複数の第１室１２における流体の流れ易さに差が有る場合にも、それら第１室１２のそれぞれに、第１の流体ｆ１を一様な流量で安定して流すことができる。このように、熱交換器４０は、前述した熱交換器１０と同等の作用効果を奏するものであり、したがって、媒質回路における媒質ガスの流動圧力が一般にさほど高くないガスレーザ装置に装備した場合にも、媒質ガスに対する高い冷却能力を発揮することができる。
【００４５】
図１１は、上記した熱交換器１０、４０を装備可能な本発明の一実施形態によるガスレーザ装置６０の、特にレーザ発振機構の構成を模式図で示す。
ガスレーザ装置６０は、媒質ガスＭを励起してレーザビームを生成する発振部６２と、発振部６２に接続され、媒質ガスＭが圧力下で流動する媒質回路を形成する循環路６４と、循環路６４に設置され、媒質ガスＭを媒質回路内で強制的に高速循環させる送風機６６と、送風機６６の上流側及び下流側で循環路６４に設置される一対の熱交換器６８とを備える。発振部６２は、一対の励起電源７０に接続される電極対（図示せず）を有する放電管からなる励起部７２と、励起部７２の軸線方向両端にそれぞれ固定的に設置されるリアミラー（全反射鏡又は部分透過鏡）７４ａ及び出射ミラー（部分透過鏡）７４ｂを有する光共振部７４とから構成される。
【００４６】
励起部７２の一対の励起電源７０は、対応の電極にラジオ周波数領域の交流電圧を印加する。励起電源７０が起動されて放電が生じ、励起部７２内の媒質ガスＭが励起されて光共振部７４で増幅されると、出射ミラー７４ｂからレーザビームが出射される。励起部７２内の媒質ガスＭは、放電を受けて高温になるが、送風機６６の上流側に設置した熱交換器６８で冷却されて送風機６６に吸引される。送風機６６は、媒質ガスＭを圧力下で吐出側へ送り出す。この圧縮過程により昇温した媒質ガスＭは、送風機６６の下流側に設置した熱交換器６８で再度冷却される。送風機６６から送り出された媒質ガスＭは、冷却後、循環路６４を流動して発振部６２に供給される。
【００４７】
上記構成において、送風機６６の上流側及び下流側に設置される一対の熱交換器６８の各々は、前述した本発明の実施形態による熱交換器１０（又は熱交換器４０）によって構成される。この場合、熱交換器６８（１０、４０）の第１流路１４が、ガスレーザ装置６０の循環路６４に流体流通可能に接続され、第１の流体ｆ１としての媒質ガスＭが、第１流路１４を流動する間に、第２の流体ｆ２との熱交換により冷却されて適温に維持される。このような構成を有するガスレーザ装置６０は、熱交換器１０、４０が奏する前述した格別の作用効果により、高出力のレーザビームを安定して連続的に発振できる。
【００４８】
ガスレーザ装置６０において、送風機６６の上流側の熱交換器６８（１０、４０）は、送風機６６に接続される第１導出路２４に、送風機６６の翼（図示せず）の回転方向に対応する方向へ螺旋状に媒質ガスＭを案内する案内部材７６（図１２）を備えることができる。また、送風機６６の下流側の熱交換器６８（１０、４０）は、送風機６６に接続される第１導入路２２に、送風機６６の翼（図示せず）の回転方向に対応する方向へ螺旋状に媒質ガスＭを案内する同様の案内部材７６（図１２）を備えることができる。
【００４９】
例えば、送風機６６の上流側の熱交換器６８として熱交換器４０を用いる場合、案内部材７６は、その軸線７６ａ（図１２（ａ））が、第１導出路２４の整流分配部材４２を通って熱交換器４０から排出される媒質ガスＭの流れの軸線に合致する位置関係で、整流分配部材４２の下流側に設置される。このような構成によれば、熱交換器４０から排出される媒質ガスＭが送風機６６に極めて円滑に吸入されるようになるから、送風機６６の効率を向上させることができる。
【００５０】
以上、本発明の幾つかの好適な実施形態を説明したが、本発明は図示構成に限定されず、特許請求の範囲の開示内で様々な修正を施すことができる。例えば、図示の熱交換器１０では、第１流路１４の第１導入路２２及び第２導出路２４の双方に整流分配部材３０が設置されているが、この構成に限定されず、第１導入路２２及び第２導出路２４の少なくとも一方に整流分配部材３０を設置すれば、前述した本発明の目的を達成できるものである。また、図示の熱交換器４０の類似構成として、鉛直上方に開口する１つの第１導入路２２と鉛直下方に開口する一対の第１導出路２４とを備える構成では、第１導入路２２に、前述した整流分配部材４２と同様の障壁付きの整流分配部材を設置することにより、複数の第１室１２に対して、第１導入路２２から異なる方向（主として離反方向）へ第１の流体ｆ１を均等に分配することができる。さらに、熱交換器１０、４０における第１流路１４の第１室１２の個数や形状、第２流路１８の第２室１６の個数や形状、整流分配部材３０、４２の案内壁３４、３６、３８、４８、５０、５２の個数や形状は、要求される冷却能力に応じて適当に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態による熱交換器の全体構成を、概略で示す縦断面図である。
【図２】図１の熱交換器の全体構成を概略で示す斜視図である。
【図３】図１の熱交換器の内部構造を概略で示す図で、（ａ）線ＩＩＩａ−ＩＩＩａに沿った横断面図、及び（ｂ）線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂに沿った横断面図である。
【図４】図１の熱交換器の主要部の内部構造を示す図で、（ａ）第１導入路、及び（ｂ）第１導出路の拡大図である。
【図５】図１の熱交換器に設置される整流分配部材の図で、（ａ）正面図、及び（ｂ）矢印Ｖから見た平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による熱交換器の全体構成を、概略で示す縦断面図である。
【図７】図６の熱交換器の全体構成を概略で示す斜視図である。
【図８】図６の熱交換器の内部構造を概略で示す図で、（ａ）線ＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａに沿った横断面図、及び（ｂ）線ＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂに沿った横断面図である。
【図９】図６の熱交換器の主要部の内部構造を示す図で、第１導出路の拡大図である。
【図１０】図６の熱交換器に設置される整流分配部材の図で、（ａ）正面図、及び（ｂ）矢印Ｘから見た平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるガスレーザ装置の構成を模式図的に示す図である。
【図１２】図１１のガスレーザ装置の熱交換器に装備される案内部材の図で、（ａ）正面図、（ｂ）平面図及び（ｃ）斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０、４０、６８    熱交換器
１２    第１室
１４    第１流路
１６    第２室
１８    第２流路
２０    伝熱壁
２２    第１導入路
２４    第１導出路
２６    第２導入路
２８    第２導出路
３０、４２    整流分配部材
３４、３６、３８、４８、５０、５２    案内壁
４６    障壁
６０    ガスレーザ装置
６２    発振部
６４    循環路
６６    送風機
７６    案内部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008215681.tif 000008
【図７】
2008215681.tif 000009
【図８】
2008215681.tif 000010
【図９】
2008215681.tif 000011
【図１０】
2008215681.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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