(57)【要約】【課題】  熱交換器における冷媒の熱交換能力を改善する。【解決手段】  コンプレッサ１０、熱交換器１５４、絞り手段としての膨張弁１５６及び蒸発器１５７を順次接続して冷媒回路が構成され、熱交換器１５４に通風する送風機としてのファン１１１を備えて成る冷媒サイクル装置１００において、熱交換器１５４の風上側の系統の冷媒配管１０６をガスクーラ１５５として用いると共に、当該熱交換器１５４の風下側の系統の冷媒配管１０２を中間冷却回路としてのインタークーラ１５０として用いる。熱交換器１５４は管板１２１、１２１間に熱交換フィン１２２・・を所定間隔で配置し、これら管板１２１、１２１及び熱交換フィン２２・・を貫通すると共に、管板１２１、１２１にて冷媒配管１０２及び冷媒配管１０６を保持することにより形成される。そして、管板１２１、１２１及び熱交換フィン１１０・・に、通気孔１２５・・を貫通形成する。【選択図】      図４
2005106405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の管板間に熱交換フィンを所定間隔で配置し、これら管板及び熱交換フィンを貫通して冷媒配管を設け、前記管板に保持して成る熱交換器において、
前記管板及び熱交換フィンに、通気孔を貫通形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次環状に接続して冷媒回路が構成され、前記ガスクーラに通風する送風機を備えて成る冷媒サイクル装置において、請求項１の熱交換器を前記ガスクーラとして用いたことを特徴とする冷媒サイクル装置。
【請求項３】
風上側と風下側に配置される少なくとも二系統の前記冷媒配管を備えることを特徴とする請求項１の熱交換器。
【請求項４】
コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成され、前記ガスクーラに通風する送風機を備えて成る冷媒サイクル装置において、前記コンプレッサから吐出された冷媒を一旦放熱させた後、当該コンプレッサに戻すための中間冷却回路を備え、請求項３の熱交換器の風上側の系統の冷媒配管を前記ガスクーラとして用いると共に、当該熱交換器の風下側の系統の冷媒配管を前記中間冷却回路として用いることを特徴とする冷媒サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器とそれを用いた冷媒サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、例えば内部中間圧の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサと放熱器（熱交換器）、絞り手段（膨張弁等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒がシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮されて中間圧となりシリンダの高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て密閉容器内に吐出される。そして、この密閉容器内の中間圧の冷媒は第２の回転圧縮要素の吸込ポートからシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て放熱器に吐出される。この放熱器にて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、その時に周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−１８６０２号公報
【０００３】
しかしながら、このような冷媒サイクル装置では、密閉容器内に吐出された冷媒により密閉容器内に設けられた駆動要素が温められてコンプレッサの運転性能が低下してしまう。更に、密閉容器内に吐出された冷媒により第２の回転圧縮要素が温められ、圧縮効率が低下するという問題が生じていた。
【０００４】
そのため、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を一旦、コンプレッサ外部に設けられた中間冷却回路を通過させて冷却した後、第２の回転圧縮要素に吸い込ませて圧縮するという装置も開発されている。
【０００５】
ここで、中間冷却回路を備えた冷媒サイクル装置について、図１を用いて詳述する。図１において、９２は密閉容器１２内と第２の回転圧縮要素３４の吸込側とを接続する冷媒導入管であり、この冷媒導入管９２は、コンプレッサ１０の外部に設けられたインタークーラ１５０Ａ（中間冷却回路）を通過するように配設されている。このインタークーラ１５０Ａは熱交換器１５４Ａ内に設けられており、冷媒は当該インタークーラ１５０Ａを通過する過程で空冷方式により放熱する。
【０００６】
また、上記熱交換器１５４Ａは、図５及び図６に示すようにガスクーラ１５５Ａとインタークーラ１５０Ａにて構成されており、インタークーラ１５０Ａとガスクーラ１５５Ａに通風するためのファン１１１が設けられている。そして、図５に示す如くファン１１１による通風に対してガスクーラ１５５Ａが風上側、インタークーラ１５０Ａが風下側に配置されている。
【０００７】
そして、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２にて圧縮され、密閉容器１２内吐出された冷媒が冷媒導入管９２から熱交換器１５４Ａ内のインタークーラ１５０Ａに流入し、そこを通過する過程で、ファン１１１の通風を受けて放熱する。インタークーラ１５０Ａにて放熱した中間圧の冷媒は、冷媒導入管９２から第２の回転圧縮要素３４に吸入され、２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管９６より外部に吐出される。
【０００８】
冷媒吐出管９６から吐出された冷媒ガスは熱交換器１５４Ａ内のガスクーラ１５５Ａに流入し、そこでファン１１１により空冷方式で放熱する。そして、熱交換器１５４Ａから出て膨張弁１５６にて減圧され、蒸発器１５７内に流入する。蒸発器１５７にて冷媒は周囲の空気から吸熱して蒸発することにより冷却作用した後、冷媒導入管９４からコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【０００９】
このように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された冷媒を熱交換器１５４Ａのインタークーラ１５０Ａを通過させることで、中間圧の冷媒ガスを冷却することができ、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率の向上を図ることができるようになる。
【００１０】
また、ガスクーラ１５５Ａとインタークーラ１５０Ａを一つの熱交換器１５４Ａにて構成することで、冷媒サイクル装置のガスクーラ１５５Ａとインタークーラ１５０Ａとを別々に形成する必要がないので、設置スペースの縮小を図ることができるようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、係る熱交換器１５４Ａにおいて、ファン１１１による通風方向に対して、ガスクーラ１５５Ａを風上側に設置した場合には、風下側に設けられたインタークーラ１５０Ａには、ガスクーラ１５５Ａを通過して、温度上昇した空気が送風されるため、インタークーラ１５０Ａにおける熱交換が不利であった。
【００１２】
他方、ファン１１１による通風方向に対して、ガスクーラを風下側、インタークーラを風上側に設置した場合には、インタークーラを通過し温度上昇した空気が送風されるため、ガスクーラにおける放熱能力が低下するという問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明の熱交換器は、少なくとも一対の管板間に熱交換フィンを所定間隔で配置し、これら管板及び熱交換フィンを貫通して冷媒配管を設け、管板に保持して成るものであって、管板及び熱交換フィンに、通気孔を貫通形成したものである。
【００１４】
請求項２の発明の冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次環状に接続して冷媒回路が構成され、ガスクーラに通風する送風機を備えて成るものであって、請求項１の熱交換器を前記ガスクーラとして用いたものである。
【００１５】
請求項３の発明の熱交換器は、請求項１の発明において風上側と風下側に配設される少なくとも二系統の冷媒配管を備えるものである。
【００１６】
請求項４の発明の冷媒サイクル装置は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成され、ガスクーラに通風する送風機を備えて成るものであって、コンプレッサから吐出された冷媒を一旦放熱させた後、当該コンプレッサに戻すための中間冷却回路を備え、請求項３の熱交換器の風上側の系統の冷媒配管をガスクーラとして用いると共に、当該熱交換器の風下側の系統の冷媒配管を中間冷却回路として用いるものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、少なくとも一対の管板間に熱交換フィンを所定間隔で配置し、これら管板及び熱交換フィンを貫通して冷媒配管を設け、管板に保持して成る熱交換器において、管板及び熱交換フィンに、通気孔を貫通形成したので、フィンの指向する方向の他、通気孔からも外気を導入することができるようになり、熱交換器における熱交換能力の改善を図ることができるようになる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次環状に接続して冷媒回路が構成され、ガスクーラに通風する送風機を備えて成る冷媒サイクル装置において、請求項１の熱交換器をガスクーラとして用いたので、当該ガスクーラにおいて、冷媒を効果的に放熱させることができるようになる。
【００１９】
これにより、ガスクーラにおける冷媒の放熱能力を改善することができるようになる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明に加えて風上側と風下側に配置される少なくとも二系統の冷媒配管を備えるので、風下側に配置された冷媒配管には通気孔から外気を導入することができるようになる。
【００２１】
これにより、風下側の冷媒配管を効果的に冷却することができるようになるので、風下側の冷媒配管を流れる冷媒の熱交換能力を改善することができるようになる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成され、ガスクーラに通風する送風機を備えて成る冷媒サイクル装置において、コンプレッサから吐出された冷媒を一旦放熱させた後、当該コンプレッサに戻すための中間冷却回路を備え、請求項３の熱交換器の風上側の系統の冷媒配管をガスクーラとして用いると共に、当該熱交換器の風下側の系統の冷媒配管を中間冷却回路として用いるので、中間冷却回路によりコンプレッサが過熱される不都合を改善でき、圧縮効率の向上を図ることができるようになる。
【００２３】
また、ガスクーラと中間冷却回路とを一つの熱交換器にて形成することで、ガスクーラと中間冷却回路を別々に形成する必要がないので、設置スペースの縮小を図ることができるようになる。
【００２４】
更に、通気孔により風下側の中間冷却回路に外気を導入することができるようになり、中間冷却回路における冷媒の熱交換能力の改善を図ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、係る従来技術を解決するために、熱交換器における冷媒の熱交換能力の改善を図ることを目的とする。以下に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
【００２６】
図１は本発明を適用した冷媒サイクル装置１００の冷媒回路図である。この冷媒サイクル装置１００は、コンプレッサ１０、熱交換器１５４、絞り手段としての膨張弁１５６、蒸発器１５７等を順次環状に配管接続して所定の冷媒回路を構成する。
【００２７】
実施例のコンプレッサ１０は内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は密閉容器１２内に設けられた駆動要素としての電動要素１４と、この電動要素１４により駆動される第１の回転圧縮要素３２及び第２の回転圧縮要素３４にて構成されている。
【００２８】
図中９２はコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２で圧縮され、密閉容器１２内に吐出された冷媒を一旦、外部に吐出させて、第２の回転圧縮要素３４（２段目）に導入するための冷媒導入管であり、この冷媒導入管９２は、密閉容器１２内と熱交換器１５４の冷媒配管１０２の入口１０３とを接続する冷媒配管９２Ａと、冷媒配管１０２の出口１０４とコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４とを接続する冷媒配管９２Ｂにて構成されている。
【００２９】
図中９４はコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に冷媒を導入するための冷媒導入管であり、この冷媒導入管９４は、蒸発器１５７の出口に接続されている。
【００３０】
また、図中９６は第２の回転圧縮要素３４で圧縮された冷媒を熱交換器１５４の冷媒配管１０６に吐出させるための冷媒吐出管であり、この冷媒吐出管９６は熱交換器１５４の後述するガスクーラ１５５に接続されている。
【００３１】
ここで、図２及び図３を用いて熱交換器１５４について説明する。図２は熱交換器１５４の縦断面図、図３は熱交換器１５４の側面図をそれぞれ示している。熱交換器１５４は所謂フィンアンドチューブ型の熱交換器であり、一対の管板１２１、１２１間にアルミ薄板から成る熱交換用のフィン１２２・・を所定間隔で多数並設し、これら管板１２１、１２１及びフィン１２２・・を貫通すると共に、両管板１２１、１２１にて冷媒配管１０２及び冷媒配管１０６を保持することにより形成されている。冷媒配管１０６は送風機としてのファン１１１による通風に対して、熱交換器１５４の風上側に設置され、冷媒配管１０２は熱交換器１５４の風下側に設置されている。
【００３２】
そして、前記熱交換器１５４の風上側の系統の冷媒配管１０６の入口１０７は、前記冷媒吐出管９６と接続されている。即ち、熱交換器１５４の風上側の系統の冷媒配管１０６は、ガスクーラ１５５として用いられる。
【００３３】
一方、熱交換器１５４の風下側の系統の冷媒配管１０２の入口１０３は、前記冷媒導入管９２の冷媒配管９２Ａと接続されており、冷媒配管１０２の出口１０４は冷媒配管９２Ｂと接続されている。即ち、熱交換器１５４の風下側の系統の冷媒配管１０２は、中間冷却回路としてのインタークーラ１５０として用いられる。
【００３４】
前記管板１２１、１２１及びフィン１２２・・には、通気孔１２５・・が貫通形成されている（図３）。この通気孔１２５・・はファン１１１からの通風に対して直交するように形成されている。図４は、図３の熱交換器１５４の線Ａ−Ａを断面とする横断面図であり、矢印は熱交換器１５４への通風状態（空気の流れ）を示している。図４に示すようにファン１１１からの通気方向に対して直交する位置に通気孔１２５・・を形成することで、横方向から空気を導入することができるようになる。
【００３５】
他方、前述するガスクーラ１５５の冷媒配管１０６の入口１０７は、コンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素３４と連通する冷媒吐出管９６の他端と接続されている。また、冷媒配管１０６の出口１０８は、膨張弁１５６に至る配管と接続されている。
【００３６】
また、膨張弁１５６を出た配管は蒸発器１５７の入口に接続され、蒸発器１５７を出た配管は冷媒導入管９４に接続されている。
【００３７】
以上の構成で、次に本発明の冷媒サイクル装置１００の動作を説明する。図示しない制御手段からコンプレッサ１０の電動要素１４に通電されると、当該電動要素１４が起動する。これにより、コンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に吸い込まれて圧縮され、密閉容器１２内に吐出された冷媒ガスは冷媒導入管９２の冷媒配管９２Ａから熱交換器１５４のインタークーラ１５０の冷媒配管１０２に入り、そこを通過する過程で熱交換器１５４のファン１１１により空冷方式で放熱する。
【００３８】
ここで、前述の如く熱交換器１５４の管板１２１、１２１及びフィン１２２には通気孔１２５・・が形成されているため、各通気孔１２５・・から熱交換器１５４の風下側に設置されたインタークーラ１５０の冷媒配管１０２にも外気を導入することができる。
【００３９】
従来のように通気孔１２５・・が無い場合、図６に示すように熱交換器１５４Ａには一方向のみから空気が通風されていた。尚、図６は、図５の従来の熱交換器１５４Ａの線Ｂ−Ｂを断面とする横断面図であり、矢印は熱交換器１５４Ａへの通風状態（空気の流れ）を示している。
【００４０】
この場合、風下側に設置されたインタークーラ１５０Ａの冷媒配管１０２には、風上側に設置されたガスクーラ１５５Ａの冷媒配管１０６内を流れる冷媒と熱交換して、加熱された空気が供給されるため、インタークーラ１５０Ａにて冷媒を充分に冷却することが出来なかった。
【００４１】
即ち、例えば、ファン１１１にて＋３０℃の空気が熱交換器１５４Ａに送風された場合、ガスクーラ１５５Ａの冷媒配管１０６を通過する冷媒と熱交換して加熱された空気は＋４５℃となる。従来の熱交換器１５４Ａでは、この加熱された空気（温度＋４５℃）がそのままインタークーラ１５０Ａを通風する。また、インタークーラ１５０Ａを出た空気の温度は＋５０℃となる。
【００４２】
しかしながら、本発明では図４の如くファン１１１の通風方向に対して直交するように通気孔１２５・・を形成することで、フィン１２２の指向する方向の他に、当該方向と直交する方向に形成された各通気孔１２５・・からもガスクーラ１５５を通過して加熱されていない外気を導入することができるようになるので、インタークーラ１５０における空気温度は＋３５℃と低下するため、インタークーラ１５０に温度の低い空気を導入することができるようになる。この場合、インタークーラ１５０を出た空気温度は＋４５℃となる。
【００４３】
これにより、ガスクーラ１５５とインタークーラ１５０を一体形成した場合であっても、通気孔１２５・・により、インタークーラ１５０に通風される空気温度を低くすることができるので、インタークーラ１５０における冷媒の熱交換能力を改善することができるようになる。
【００４４】
従って、インタークーラ１５０を経て第２の回転圧縮要素３４に吸い込まれる冷媒を効果的に冷却できるので、コンプレッサ１０の温度上昇を効果的に抑制することができるようになる。
【００４５】
そして、空気と熱交換して冷却された中間圧の冷媒ガスは冷媒配管９２Ｂから第２の回転圧縮要素３４に吸入され、２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管９６よりコンプレッサ１０の外部に吐出される。コンプレッサ１０から吐出された冷媒ガスは冷媒配管１０６から熱交換器１５４のガスクーラ１５５内に流入し、そこでファン１１１により空冷方式で放熱した後、熱交換器１５４から出て膨張弁１５６にて減圧された後、蒸発器１５７内に流入する。
【００４６】
そこで冷媒は蒸発し、空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。以上のように、第１の回転圧縮要素３２で圧縮された中間圧の冷媒ガスを、一旦、コンプレッサ１０の外部に吐出させ、熱交換器１５４のインタークーラ１５０により放熱させ、密閉容器１２内の温度上昇を抑えるという効果によって、第２の回転圧縮要素３４における圧縮効率の向上を図ることができるようになる。
【００４７】
他方、蒸発器１５７で蒸発した冷媒は、冷媒導入管９４からコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００４８】
尚、本実施例では、熱交換器をガスクーラ１５５とインタークーラ１５０にて構成するものとしたが、請求項１又は請求項３の発明では、熱交換器を蒸発器として用いても本発明は有効である。また、請求項２の発明では、熱交換器をガスクーラのみとしても用いても構わない。これらの場合であっても、ファンによる通風に加えて、通気孔から外気を導入することができるので、熱交換能力を向上することができるようになる。
【００４９】
更に、本実施例では、熱交換器１５４の風上側の系統の冷媒配管１０６をガスクーラ１５５として用いると共に、風下側の系統の冷媒配管１０２をインタークーラ１５０として用いるものとしたが、請求項１又は請求項２の発明はこれに限定されるものでなく、他の構造であっても構わない。
【００５０】
更にまた、本実施例ではフィンアンドチューブ型の熱交換器を使用するものとしたが、他の熱交換器、例えばロールドオンチューブアンドシート型の熱交換器を用いるものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２】ガスクーラの縦断面図である。
【図３】図２のガスクーラの側面図である。
【図４】図３のガスクーラのＡ−Ａ断面図である。
【図５】従来のガスクーラの側面図である。
【図６】図５のガスクーラのＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  多段圧縮式ロータリコンプレッサ
１２  密閉容器
１４  電動要素
３２  第１の回転圧縮要素
３４  第２の回転圧縮要素
３８、４０  シリンダ
９２、９４  冷媒導入管
９６  冷媒吐出管
１００  冷媒サイクル装置
１０２、１０６  冷媒配管
１０３、１０７  入口
１０４、１０８  出口
１１１  ファン
１２１  管板
１２２  フィン
１２５  通気孔
１５０  インタークーラ
１５４  熱交換器
１５５  ガスクーラ
１５６  膨張弁
１５７  蒸発器
【図１】
2005106405.tif 000003
【図２】
2005106405.tif 000004
【図３】
2005106405.tif 000005
【図４】
2005106405.tif 000006
【図５】
2005106405.tif 000007
【図６】
2005106405.tif 000008