JP2004308968A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】格別なオイル分離器を設けることなく冷媒中のオイルを高効率で分離でき、且つ、冷媒サイクル装置の設置スペースを削減することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の冷媒通路１７４Ａと、各冷媒通路１７４Ａの入口側及び出口側に設けられ、各冷媒通路１７４Ａに冷媒を分配するためのヘッダー部１７０とを備えた熱交換器（ガスクーラ）１５４において、入口側のヘッダー部１７０はオイル分離機能を有する。
【選択図】 図４
【解決手段】複数の冷媒通路１７４Ａと、各冷媒通路１７４Ａの入口側及び出口側に設けられ、各冷媒通路１７４Ａに冷媒を分配するためのヘッダー部１７０とを備えた熱交換器（ガスクーラ）１５４において、入口側のヘッダー部１７０はオイル分離機能を有する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の冷媒通路と、各冷媒通路の入口側及び出口側に設けられたヘッダー部とを備えた熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年地球環境問題に対応するためにカーエアコンなどの空調機器の冷媒サイクル装置に冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられてきている（特許文献１参照）。そして、係る冷媒サイクル装置では例えば内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサが圧縮機として使用され、このロータリコンプレッサは、回転圧縮機構部を構成する第１の回転圧縮要素の吸込ポートからガス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ガスは第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ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒吐出管より外部に吐出されるものであった。
【０００３】
このロータリコンプレッサから吐出されたガス冷媒は冷媒回路のガスクーラとして使用される熱交換器に流入して放熱した後、膨張弁で絞られて蒸発器（エバポレータ）で蒸発し（このときに吸熱作用を発揮する）、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素に吸入される冷媒サイクルを繰り返す。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２９４５８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このようなロータリコンプレッサを備えた冷媒サイクル装置では第２の回転圧縮要素から吐出されたガス冷媒はそのまま外部の熱交換器に吐出されるため、冷媒回路へのオイルの流出が多くなる。係るオイル吐出量が多くなると、長配管の冷媒回路や極低温の装置では冷媒循環に支障を来すと共に、ロータリコンプレッサ内のオイルレベルも低下し、摺動性能やシール性が低下してしまう問題がある。
【０００６】
そこで、従来より第２の回転圧縮要素から出た冷媒吐出管にオイルセパレータを接続して吐出ガス冷媒からオイルを分離し、密閉容器内に戻す工夫が成されているが、冷媒吐出管にオイルセパレータを接続すると冷媒サイクル装置全体としての設置スペースが拡大してしまう問題があった。
【０００７】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、格別なオイル分離器を設けることなく冷媒中のオイルを高効率で分離でき、且つ、冷媒サイクル装置の設置スペースも削減することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の熱交換器は、複数の冷媒通路と、各冷媒通路の入口側及び出口側に設けられたヘッダー部とを備え、入口側のヘッダー部はオイル分離機能を有するので、格別なオイル分離器を設ける必要がなくなる。これにより、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置全体としての小型化を図ることが可能となり、特にカーエアコンなどに使用される場合には極めて有効となるものである。
【０００９】
請求項２の熱交換器は上記において、ヘッダー部は、流入する冷媒に旋回流を生じさせることによりオイルを分離するので、ガス冷媒に含まれるオイルを遠心力で分離することができるようになる。これにより、ガス冷媒に含まれたオイルを高効率で分離することが可能となる。
【００１０】
請求項３の熱交換器は請求項１において、ヘッダー部にオイル分離部材を設けたので、オイル分離機能を大幅に改善することが可能となる。また、請求項４の熱交換器は上記各発明において、ヘッダー部にて分離したオイルを冷却するオイル冷却通路を備えたので、分離したオイルをオイル冷却通路で冷却することが可能となる。これにより、冷却したオイルを熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置のコンプレッサに戻して、コンプレッサを冷却することができる。従って、コンプレッサの運転効率の大幅な改善を図ることができるようになるものである。
【００１１】
特に、請求項５のようなマイクロチューブを用いれば、請求項６のように二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒サイクル装置のガスクーラとして用いられる場合に本発明は極めて有効となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した熱交換器を備えた冷媒サイクル装置１の一実施例の冷媒回路に使用される内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサ１０の縦断面図、図２は本発明の熱交換器を具備した冷媒サイクル装置１の一実施例の冷媒回路図をそれぞれ示している。尚、実施例の冷媒サイクル装置１は高圧側が超臨界となる遷臨界冷媒サイクルである。
【００１３】
図中、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサで、このロータリコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１４】
密閉容器１２は、底部をオイル溜めＴとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されている。このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１５】
エンドキャップ１２Ｂのターミナル２０周囲には、座押成形によって所定曲率の段差部１２Ｃが環状に形成されている。また、ターミナル２０は端子１３９、１３９が貫通して取り付けられた円形のガラス部２０Ａと、このガラス部２０Ａの周囲に形成され、斜め外下方に鍔状に張り出した金属製の取付部２０Ｂとから構成されている。そして、ターミナル２０は、そのガラス部２０Ａを下側から取付孔１２Ｄに挿入して上側に臨ませ、取付部２０Ｂを取付孔１２Ｄの周縁に当接させた状態でエンドキャップ１２Ｂの取付孔１２Ｄ周縁に取付部２０Ｂを溶接することで、エンドキャップ１２Ｂに固定されている。
【００１６】
電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隙を設けて挿入配置されたロータ２４とから構成されている。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【００１７】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６に形成された図示しない歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して構成されている。
【００１８】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第２の回転圧縮要素３４と第１の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置されたシリンダ３８、シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画する後述する上下ベーン（図示せず）と、上シリンダ３８の上側（電動要素１４側）の開口面及び下シリンダ４０の下側（電動要素１４とは反対側）の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成される。
【００１９】
上部支持部材５４および下部支持部材５６には、吸込ポート１６１、１６２にて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路５８、６０と、凹陥した吐出消音室６２、６４が形成されると共に、これら両吐出消音室６２、６４の開口部はそれぞれカバーにより閉塞される。即ち、吐出消音室６２はカバーとしての上部カバー６６、吐出消音室６４はカバーとしての下部カバー６８にて閉塞される。
【００２０】
この場合、上部支持部材５４の中央には電動要素１４方向に突出する長軸受けとなる軸受け５４Ａが起立形成されており、この軸受け５４Ａ内面には筒状のブッシュ１２２が装着されている。このブッシュ１２２は、回転軸１６と軸受け５４Ａ間に介在し、当該ブッシュ１２２の内面が回転軸１６に摺動自在に接触している。ブッシュ１２２は給油が不十分な状況でも良好な摺動性を保持できる耐摩耗性の高いカーボン材料にて構成されている。
【００２１】
また、下部支持部材５６の中央には軸受け５４Ａと比較して短軸受けとなる軸受け５６Ａが貫通形成されており、この軸受け５６Ａ内面にもブッシュ１２２同様のブッシュ１２４が装着されている。このブッシュ１２４も、回転軸１６と軸受け５６Ａ間に介在し、当該ブッシュ１２４の内面が回転軸１６に摺動自在に接触している。これにより、回転軸１６は、回転圧縮機構部１８の電動要素１４側（上側）ではブッシュ１２２を介して上部支持部材５４の軸受け５４Ａに保持され、電動要素１４と反対側（下側）はブッシュ１２４を介して下部支持部材５６の軸受け５６Ａに保持される。
【００２２】
下部カバー６８は、ドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部の４カ所を主ボルト１２９・・・によって下から下部支持部材５６に固定され、第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０内部と連通する吐出消音室６４の下面開口部を閉塞する。この主ボルト１２９・・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。
【００２３】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内における上部カバー６６の電動要素１４側は、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する孔である図示しない連通路にて連通されている。この連通路の上端には中間吐出管１２１が立設されており、この中間吐出管１２１は上方の電動要素１４のステータ２２に巻装された相隣接するステータコイル２８、２８間の隙間に指向している。
【００２４】
また、上部カバー６６は第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞し、密閉容器１２内を吐出消音室６２と電動要素１４側とに仕切る。この上部カバー６６は周辺部が４本の主ボルト７８・・・により、上から上部支持部材５４に固定されている。この主ボルト７８・・・の先端は下部支持部材５６に螺合する。
【００２５】
次に、上シリンダ３８の下側の開口面及び下シリンダ４０の上側の開口面を閉塞する中間仕切板３６内には、上シリンダ３８内の吸込側に対応する位置に、外周面から内周面に至り、外周面と内周面とを連通して給油路を構成する貫通孔１３１が穿設されており、この貫通孔１３１の外周面側に封止材１３２を圧入して外周面側の開口を封止している。また、この貫通孔１３１の中途部には上側に延在する連通孔１３３が穿設されている。
【００２６】
一方、上シリンダ３８の吸込ポート１６１（吸込側）には中間仕切板３６の連通孔１３３に連通する連通孔１３４が穿設されている。また、回転軸１６内には軸中心に鉛直方向に設けられたオイル孔（図示せず）と、このオイル孔に連通する横方向の給油孔８２、８４が形成されており（図示しないが回転軸１６の上下偏心部４２、４４にも給油孔が形成されている）、中間仕切板３６の貫通孔１３１の内周面側の開口は、これらの給油孔８２、８４を介して前記オイル孔に連通している。
【００２７】
そして、密閉容器１２内は後述する如く中間圧となるため、２段目で高圧となる上シリンダ３８内にはオイルの供給が困難となるが、中間仕切板３６を係る構成としたことにより、密閉容器１２内底部のオイル溜めＴから汲み上げられたオイルは、前記オイル孔を上昇して給油孔８２、８４から出て中間仕切板３６の貫通孔１３１に入り、連通孔１３３、１３４から上シリンダ３８の吸込側（吸込ポート１６１）に供給される。
【００２８】
ところで、回転軸１６と一体に１８０度の位相差を持って形成される上下偏心部４２、４４の相互間を連結する連結部９０は、その断面形状を回転軸１６の円形断面より断面積を大きくして剛性を持たせるために非円形状の例えばラグビーボール状とされている。即ち、回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４を連結する連結部９０の断面形状は上下偏心部４２、４４の偏心方向に直交する方向でその肉厚を大きくしている。
【００２９】
これにより、回転軸１６に一体に設けられた上下偏心部４２、４４を連結する連結部９０の断面積を大きくし、断面２次モーメントを増加させて強度（剛性）を増し、耐久性と信頼性を向上させている。特に、使用圧力の高い冷媒を２段圧縮する場合、高低圧の圧力差が大きくなるために回転軸１６にかかる荷重も大きくなるが、連結部９０の断面積を大きくしてその強度（剛性）を増しているので、回転軸１６が弾性変形してしまうのを防止できる。
【００３０】
そして、このロータリコンプレッサ１０には冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性および毒性等を考慮して自然冷媒である前記二酸化炭素（ＣＯ２）を使用し、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。
【００３１】
密閉容器１２の側面（容器本体１２Ａの側面）には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路５８、６０、吐出消音室６２及び上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００３２】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８にガス冷媒を導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の吸込通路５８に連通される。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の外側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００３３】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０にガス冷媒を導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０に連通される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２に連通される。容器本体１２Ａの側面となる冷媒吐出管９６と電動要素１４との間には後述するオイル戻し管１９０の一端が溶接固定されて密閉容器１２内に開口し、他端は後述するオイル冷却通路１８４出口に溶接固定され、連通している。
【００３４】
また、スリーブ１４１、１４３、１４４の外面周囲には配管接続用のカプラが係合可能な鍔部１５１（スリーブ１４４の鍔部は図示せず）が形成されており、スリーブ１４２の外面には配管接続用のネジ溝１５２が形成されている。これにより、スリーブ１４１、１４３、１４４にはロータリコンプレッサ１０の製造工程における完成検査で気密試験を行う場合に試験用配管の図示しないカプラを鍔部１５１に容易に接続できるようになると共に、スリーブ１４２にはネジ溝１５２を使用して試験用配管を容易にネジ止めできるようになる。特に、上下で隣接するスリーブ１４１と１４２は、一方のスリーブ１４１に鍔部１５１が、他方のスリーブ１４２にネジ溝１５２が形成されていることで、狭い空間で試験用配管を各スリーブ１４１、１４２に接続可能となる。
【００３５】
そして、このように構成されたロータリコンプレッサ１０は、例えば図２に示すような冷蔵庫、ルームエアコン、カーエアコン、パッケージエアコンなどの冷媒サイクル装置１の冷媒回路に使用される。即ち、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６は本発明の熱交換器としてのガスクーラ１５４の入口に接続される。このガスクーラ１５４の出口側の配管１５３は減圧装置としての膨張弁１５６を経て蒸発器（エバポレータ）１５７の入口に至り、蒸発器１５７の出口は冷媒導入管９４に接続される。
【００３６】
前記ガスクーラ１５４は相対向して配置された上下に長い入口側のヘッダー部１７０及び出口側のヘッダー部１７２と、両ヘッダー部１７０、１７２間に渡って複数取り付けられたマイクロチューブ１７４・・・とから構成されている。両ヘッダー部１７０、１７２は、各マイクロチューブ１７４・・の両端に覆い被せてそれぞれ接続されている。
【００３７】
マイクロチューブ１７４は、例えば、アルミニウムなどの金属にて構成され、断面略楕円形（若しくは長円形。この場合、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅寸法約２ｍｍ）の扁平チューブである。このマイクロチューブ１７４の内部には、一端から他端まで延在し、内部を冷媒が流れる微小径の断面長孔（この場合、断面長手方向の寸法約０．５ｍｍ、断面幅寸法約０．０８ｍｍ）から成る冷媒通路１７４Ａが複数形成されている。該複数の冷媒通路１７４Ａは、マイクロチューブ１７４の長手方向に延在して形成されると共に、これらの冷媒通路１７４Ａは互いに平行に設けられている。尚、実施例では、ガスクーラ１５４にマイクロチューブ１７４を５列設けているが、マイクロチューブ１７４の数はこれに限られるものでない。
【００３８】
ガスクーラ１５４の両ヘッダー部１７０、１７２は、内部を中空に形成され、各マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａの両端はそれぞれヘッダー部１７０、１７２内に連通している。冷媒吐出管９６からガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０に流入したガス冷媒は、そこで各マイクロチューブ１７４・・の冷媒通路１７４Ａ・・に分流すると共に、各マイクロチューブ１７４・・の冷媒通路１７４Ａ・・を経てきた冷媒は、出口側のヘッダー部１７２内で合流し、ガスクーラ１５４の出口側の配管１５３に流出する。
【００３９】
ガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０には一体にオイル分離部１７６が形成されており、このオイル分離部１７６は上下方向に渡って延在している（図３）。このオイル分離部１７６は、上下端が閉塞された略円筒形の外管１７８と、この外管１７８内に設けられ、上下端が外管１７８内に開口した内管１８０とから構成されており、外管１７８内の上部には当該外管１７８内を上下に仕切る区画板１８２が設けられている（図４）。区画板１８２の上側には上区画室１８２Ａ、下側には下区画室１８２Ｂが形成されており、上区画室１８２Ａはヘッダー部１７０内に連通している。
【００４０】
外管１７８上部には前記冷媒吐出管９６の他端が溶接固定され、この冷媒吐出管９６は下区画室１８２Ｂの上部となる区画板１８２の下側に接続されている。この冷媒吐出管９６の他端は、当該冷媒吐出管９６からオイル分離部１７６内に流入するガス冷媒が、外管１７８の内面に沿って旋回する（この場合、内管１８０周囲を旋回）ように、外管１７８の接線方向に沿った角度で外管１７８に接続されている。
【００４１】
また、内管１８０は上端が区画板１８２の略中央に溶接固定され、上区画室１８２Ａ内に開口し、下端は下区画室１８２Ｂ内の下端より少許上方まで延在している。即ち、内管１８０は外管１７８の略中央に設けられ、外管１７８内を上下に仕切る区画板１８２上側の上区画室１８２Ａと、区画板１８２下側の下区画室１８２Ｂ下部とを連通する。
【００４２】
このような構成で、冷媒吐出管９６からオイル分離部１７６内にガス冷媒が流入すると、オイル分離部１７６の外管１７８内に流入したガス冷媒は、外管１７８内面に沿って渦を巻きながら下方に流下する（図４中螺旋矢印）。外管１７８内下方に流下したガス冷媒は内管１８０下端の開口から内管１８０内に流入し、上昇して（図４実線矢印）上区画室１８２Ａを通り、ヘッダー部１７０に流入することになる。このとき、冷媒は外管１７８内面に沿って渦を巻きながら下方に流下するのでガス冷媒中の比重の重いオイルは、遠心力の働きによって外管１７８内面に付着し、外管１７８内面を流下する（図４中白抜き矢印）。
【００４３】
一方、ガスクーラ１５４の下部には両ヘッダー部１７０、１７２間に位置してオイル冷却パイプ１８６が設けられている。このオイル冷却パイプ１８６の一側（入口側のヘッダー部１７０側）は開口して外管１８０下端部に連通しており、他側（出口側のヘッダー部１７２側）は閉塞されている。オイル冷却パイプ１８６内にはオイル冷却通路１８４が構成されており、このオイル冷却通路１８４は、オイル冷却パイプ１８６の一側から他側の少許手前まで延在すると共に、オイル冷却パイプ１８６内には内部を上下に仕切る仕切板１８６Ａが設けられている。
【００４４】
そして、オイル冷却パイプ１８６の一側において仕切板１８６Ａ上側のオイル冷却通路１８４はオイル分離部１７６の外管１７８内の下区画室１８２Ｂ下端に連通されている。仕切板１８６Ａの上下はその他側において連通しており、仕切板１８６Ａで仕切られた下側のオイル冷却通路１８４一側の出口には、前記オイル戻し管１９０の他端が連通固定される。これにより、仕切板１８６Ａで仕切られたオイル冷却パイプ１８６下側のオイル冷却通路１８４内は、オイル戻し管１９０を介して密閉容器１２内に連通する。
【００４５】
即ち、オイル分離部１７６内で遠心分離されたオイルは、下区画室１８２Ｂ内の下部に流下して仕切板１８６Ａで仕切られたオイル冷却パイプ１８６上側のオイル冷却通路１８４内に流入する。このとき、内管１８０の下端開口は、下区画室１８２Ｂ内の下部に流下したオイルで塞がれない十分な距離で下区画室１８２Ｂ内の下端より離間しているものとする。
【００４６】
そして、オイル冷却パイプ１８６の上側のオイル冷却通路１８４内に流入したオイルは、オイル冷却パイプ１８６の一側から他側に流れていき、仕切板１８６Ａが途切れた他側で下側のオイル冷却通路１８４内に流入し、オイル冷却パイプ１８６の他側から一側に戻ってオイル戻し管１９０から密閉容器１２内に帰還することになる。尚、このオイル戻し管１９０には所定の絞り手段（キャピラリチューブや膨張弁など）が設けられているものとする。
【００４７】
ガスクーラ１５４のヘッダー部１７０に形成されたオイル分離部１７６は、後述するようにガスクーラ１５４が図示しない送風機にて送風されるときに外気にて冷却されるので、外管１７８内で渦を巻き遠心力で外管１７８内面に沿って流下する冷媒は、外管１７８内面に触れながら効率よく冷却されることになる。これによって、ガス冷媒に含まれるオイル分離は一層促進される。
【００４８】
また、ガスクーラ１５４下部に取り付けられたオイル冷却パイプ１８６もガスクーラ１５４と同様に送風機にて送風されて空冷されるので、オイル冷却パイプ１８６内を通過するオイルも冷却されることになる。これにより、冷却したオイルを密閉容器１２内に戻せるので、ロータリコンプレッサ１０を冷却することができ、ロータリコンプレッサ１０の運転効率を大幅に改善することができるようになる。
【００４９】
以上の構成で、次に冷媒サイクル装置１の動作を説明する。ロータリコンプレッサ２の電動要素１４に通電され、それによって第１及び第２の回転圧縮要素５２、５３が駆動されると、ロータリコンプレッサ１０からは前述した如く二段圧縮され、超臨界圧力となったガス冷媒（ＣＯ２）が冷媒吐出管９６内に吐出され、吐出されたガス冷媒は冷媒吐出管９６からオイル分離部１７６の下区画室１８２Ｂ内上部に流入する。下区画室１８２Ｂ内上部に流入したガス冷媒は内管１８０周囲に渦を巻きながら下方に流下する。
【００５０】
このとき、オイル分離部１７６はガスクーラ１５４の送風機によって冷却されると共に、ガス冷媒に含まれるオイルは遠心力によって外管１７８内面に吸着して下区画室１８２Ｂ内の下方に流下する。これにより、前述した如くガス冷媒からオイルを効率よく分離することができる。
【００５１】
そして、下区画室１８２Ｂ内の下部に流下したオイルは、オイル冷却パイプ１８６の上側のオイル冷却通路１８４内に流入して、オイル冷却通路１８４内を一方側から他方側に流れていき、そこで仕切板１８６Ａ下側のオイル冷却通路１８４内に流入してオイル冷却通路１８４内を他方側から一方側に戻り、オイル戻し管１９０から密閉容器１２内に帰還する。
【００５２】
このとき、オイル冷却パイプ１８６はガスクーラ１５４の送風機によって冷却されるので、冷却されて密閉容器１２（ロータリコンプレッサ１０）に戻ったオイルによってロータリコンプレッサ１０を冷却することができる。これにより、ロータリコンプレッサ１０の過熱を防止し、ロータリコンプレッサ１０の運転効率の大幅な改善を図ることができるようになる。
【００５３】
一方、前記下区画室１８２Ｂ内に流入し、オイルが分離された高温のガス冷媒は、下端の開口から内管１８０内に流入してその中を上昇し、ガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０内に流入して分流し、各マイクロチューブ１７４内を通過する過程で冷却された後、出口側のヘッダー部１７２に流入し、合流して配管１５３に流出する。
【００５４】
係るガスクーラ１５４は、送風機から送風される風が各マイクロチューブ１７４・・間を通過し、マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａ内を流通する冷媒と熱交換することにより、冷媒は冷却され、逆に空気は暖められるがこの時点では冷媒は依然超臨界域にあり、凝縮しない。ガスクーラ１５４内で所定の温度に冷却された冷媒は、配管１５３から膨張弁１５６に入り、そこで減圧される過程で凝縮する。液化した冷媒はその後蒸発器１５７に入り、そこで蒸発して冷却作用を発揮する。蒸発器１５７を出た冷媒はその後、ロータリコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に吸入されるサイクルを繰り返す。
【００５５】
このように、ガスクーラ１５４（熱交換器）の入口側のヘッダー部１７０にオイル分離部１７６を一体に設けてオイル分離機能をもたせているので、ガスクーラ１５４を有する冷媒サイクル装置１に従来のような格別なオイル分離器を設ける必要が無くなる。これにより、冷媒サイクル装置１のコストの削減と設置スペースの縮小を図ることが可能となる。
【００５６】
また、ヘッダー部１７０のオイル分離部１７６は、流入する冷媒に旋回流を生じさせることにより、ガス冷媒に含まれるオイルを遠心力で分離することができる。これにより、ガス冷媒に含まれたオイルを高効率で分離することが可能となる。
【００５７】
特に、ヘッダー部１７０にオイル分離部１７６を設けたので、ガスクーラ１５４のヘッダー部１７０が外気で冷却されることにより、オイル分離部１７６のオイル分離機能も大幅に改善される。これにより、オイルがガスクーラ１５４内へ流入してしまうのを阻止することができるので、ガスクーラ１５４における冷媒の熱交換効率を向上させることができるようになる。
【００５８】
また、オイル分離部１７６で分離したオイルを冷却するためのオイル冷却通路１８４を設けているので、冷媒から分離したオイルをオイル冷却通路１８４で外気と熱交換させることが可能となる。これにより、冷却したオイルを冷媒サイクル装置１のロータリコンプレッサ１０に戻して、ロータリコンプレッサ１０を冷却することができるので、ロータリコンプレッサ１０のオイル枯渇と過熱を防止し、ロータリコンプレッサ１０の運転効率と信頼性を改善することができるようになる。
【００５９】
また、ガスクーラ１５４（熱交換器）を二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒サイクル装置１に用いているので、この冷媒サイクル装置１に設けられたロータリコンプレッサ１０へのオイル戻りを確実に行うことが可能となる。特に、ＣＯ２冷媒の場合は、オイルがガスクーラ１５４に与える影響が大きいため、効率よく分離されたオイルをロータリコンプレッサ１０へ戻すことで、圧損を低減させることが可能となり、ロータリコンプレッサ１０の高い信頼性を確保することができるようになる。
【００６０】
次に、図５には本発明の他の実施例の熱交換器（ガスクーラ１５４）を示している。この場合の熱交換器であるガスクーラ１５４は、マイクロチューブ１７４の入口側にヘッダー部１９２が、出口側には前述同様のヘッダー部１７２（図５では図示せず）が取り付けられている。即ち、前述したガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０の代わりにヘッダー部１９２を取り付けている。
【００６１】
そして、ヘッダー部１９２は前述のヘッダー部１７０同様各マイクロチューブ１７４・・に覆い被せた状態で接続される。このヘッダー部１９２内には、各マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａの入口を覆うかたちで網（メッシュ）状のオイル分離部材１９４が設けられている。尚、ヘッダー部１９２は、ヘッダー部１７０同様内部を中空に形成され、各マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａはそれぞれヘッダー部１９２内に連通している。
【００６２】
ヘッダー部１９２には前記冷媒吐出管９６の他端が溶接固定され、この冷媒吐出管９６はヘッダー部１９２の上下方向の略中央に接続されている。尚、１９６は冷媒吐出管９６から吐出されたガス冷媒がそのまま直進してオイル分離部材１９４を通過してしまうのを防止するための防止板で、冷媒吐出管９６と対向する位置に設けられている。一方、ガスクーラ１５４の下部には前述同様のオイル冷却通路１８４が構成されており、ヘッダー部１９２内下端に連通している。
【００６３】
そして、ロータリコンプレッサ１０から吐出され、冷媒吐出管９６からヘッダー部１９２内に流入したガス冷媒は、防止板１９６に衝突して跳ね返り、ヘッダー部１９２内全体に広がる（図５実線矢印）。ガス冷媒と共にヘッダー部１９２内に広がったオイルは、オイル分離部材１９４を通過する過程で当該オイル分離部材１９４に付着するので、冷媒から分離される。
【００６４】
分離したオイルは、オイル分離部材１９４を伝わってヘッダー部１９２内の下部に流下し（図５白抜き矢印）、オイル冷却パイプ１８６のオイル冷却通路１８４内に流入する。オイル冷却通路１８４内に流入したオイルは、オイル戻し管１９０から密閉容器１２内に帰還する。このようにヘッダー部１９２内にオイル分離部材１９４を設けているので、冷媒中のオイルは効率的に分離され、前述の実施例同様の効果を得ることができる。
【００６５】
尚、実施例では縦置き型のロータリコンプレッサ１０を用いた冷媒サイクル装置１を説明したが、ロータリコンプレッサ１０は縦置き型に限らず、横置き型のロータリコンプレッサを用いた冷媒サイクル装置に本発明の熱交換器を用いても本発明は有効である。特に、冷媒サイクル装置１を小型化できるので、本発明はカーエアコンなどに使用される場合には極めて有効となる。
【００６６】
また、オイル冷却パイプ１８６内を仕切板１８６Ａによって上下に仕切ったが、オイル冷却パイプ１８６の代わりに蛇行する配管を設けても差し支えない。この場合、オイル冷却パイプ１８６内を仕切板１８６Ａで仕切る必要が無くなるので、仕切板１８６Ａを設けるためのコストを低減させることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、入口側のヘッダー部はオイル分離機能を有するので、例えば熱交換器を有する冷媒サイクル装置に従来のような格別なオイル分離器が不要となり、冷媒サイクル装置のコストを低減させることが可能になる。また、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置の小型化を図ることが可能となる。従って、本発明は特にカーエアコンなどに使用される場合に極めて有効となるものである。
【００６８】
請求項２の発明によれば、上記に加えてヘッダー部は、流入する冷媒に旋回流を生じさせることによりオイルを分離するので、ガス冷媒に含まれたオイルを遠心力で分離することができるようになる。これにより、ガス冷媒に含まれたオイルを高効率で分離することが可能となり、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置の性能改善とコンプレッサのオイル枯渇を防止して信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６９】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えてヘッダー部に、オイル分離部材を設けたので、このオイル分離部材により冷媒中のオイルを効率的に分離することができるようになる。これにより、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置の性能改善とコンプレッサのオイル枯渇を防止して信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００７０】
請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて、ヘッダー部にて分離したオイルを冷却するオイル冷却通路を備えたので、冷媒から分離したオイルをオイル冷却通路で外気と熱交換させることが可能となる。これにより、冷却したオイルを熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置のコンプレッサに戻して、コンプレッサを冷却することができる。従って、コンプレッサの運転効率の大幅な改善を図ることができるようになるものである。
【００７１】
特に、請求項５のようなマイクロチューブを用いれば、請求項６のように二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒サイクル装置のガスクーラとして用いられる場合に本発明は極めて有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した熱交換器を備えた冷媒サイクル装置の一実施例の冷媒回路に使用される内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の熱交換器を具備した冷媒サイクル装置の一実施例の冷媒回路図である。
【図３】本発明の熱交換器の正面図である。
【図４】本発明の熱交換器の入口側のヘッダー部の拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の熱交換器の入口側のヘッダー部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 冷媒サイクル装置
１０ ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１８ 回転圧縮機構部
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３６ 中間仕切板
９６ 冷媒吐出管
１５３ 配管
１５４ ガスクーラ（熱交換器）
１５６ 膨張弁
１５７ 蒸発器
１７０、１７２、１９２ ヘッダー部
１７４ マイクロチューブ
１７４Ａ 冷媒通路
１７６ オイル分離部
１７８ 外管
１８０ 内管
１８２ 区画板
１８２Ａ 上区画室
１８２Ｂ 下区画室
１８４ オイル冷却通路
１８６ オイル冷却パイプ
１８６Ａ 仕切板
１９０ オイル戻し管
１９４ オイル分離部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の冷媒通路と、各冷媒通路の入口側及び出口側に設けられたヘッダー部とを備えた熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年地球環境問題に対応するためにカーエアコンなどの空調機器の冷媒サイクル装置に冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられてきている（特許文献１参照）。そして、係る冷媒サイクル装置では例えば内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサが圧縮機として使用され、このロータリコンプレッサは、回転圧縮機構部を構成する第１の回転圧縮要素の吸込ポートからガス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ガスは第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ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経て冷媒吐出管より外部に吐出されるものであった。
【０００３】
このロータリコンプレッサから吐出されたガス冷媒は冷媒回路のガスクーラとして使用される熱交換器に流入して放熱した後、膨張弁で絞られて蒸発器（エバポレータ）で蒸発し（このときに吸熱作用を発揮する）、ロータリコンプレッサの第１の回転圧縮要素に吸入される冷媒サイクルを繰り返す。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２９４５８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このようなロータリコンプレッサを備えた冷媒サイクル装置では第２の回転圧縮要素から吐出されたガス冷媒はそのまま外部の熱交換器に吐出されるため、冷媒回路へのオイルの流出が多くなる。係るオイル吐出量が多くなると、長配管の冷媒回路や極低温の装置では冷媒循環に支障を来すと共に、ロータリコンプレッサ内のオイルレベルも低下し、摺動性能やシール性が低下してしまう問題がある。
【０００６】
そこで、従来より第２の回転圧縮要素から出た冷媒吐出管にオイルセパレータを接続して吐出ガス冷媒からオイルを分離し、密閉容器内に戻す工夫が成されているが、冷媒吐出管にオイルセパレータを接続すると冷媒サイクル装置全体としての設置スペースが拡大してしまう問題があった。
【０００７】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、格別なオイル分離器を設けることなく冷媒中のオイルを高効率で分離でき、且つ、冷媒サイクル装置の設置スペースも削減することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の熱交換器は、複数の冷媒通路と、各冷媒通路の入口側及び出口側に設けられたヘッダー部とを備え、入口側のヘッダー部はオイル分離機能を有するので、格別なオイル分離器を設ける必要がなくなる。これにより、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置全体としての小型化を図ることが可能となり、特にカーエアコンなどに使用される場合には極めて有効となるものである。
【０００９】
請求項２の熱交換器は上記において、ヘッダー部は、流入する冷媒に旋回流を生じさせることによりオイルを分離するので、ガス冷媒に含まれるオイルを遠心力で分離することができるようになる。これにより、ガス冷媒に含まれたオイルを高効率で分離することが可能となる。
【００１０】
請求項３の熱交換器は請求項１において、ヘッダー部にオイル分離部材を設けたので、オイル分離機能を大幅に改善することが可能となる。また、請求項４の熱交換器は上記各発明において、ヘッダー部にて分離したオイルを冷却するオイル冷却通路を備えたので、分離したオイルをオイル冷却通路で冷却することが可能となる。これにより、冷却したオイルを熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置のコンプレッサに戻して、コンプレッサを冷却することができる。従って、コンプレッサの運転効率の大幅な改善を図ることができるようになるものである。
【００１１】
特に、請求項５のようなマイクロチューブを用いれば、請求項６のように二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒サイクル装置のガスクーラとして用いられる場合に本発明は極めて有効となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した熱交換器を備えた冷媒サイクル装置１の一実施例の冷媒回路に使用される内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサ１０の縦断面図、図２は本発明の熱交換器を具備した冷媒サイクル装置１の一実施例の冷媒回路図をそれぞれ示している。尚、実施例の冷媒サイクル装置１は高圧側が超臨界となる遷臨界冷媒サイクルである。
【００１３】
図中、１０は二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサで、このロータリコンプレッサ１０は鋼板からなる円筒状の密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部空間の上側に配置収納された電動要素１４及びこの電動要素１４の下側に配置され、電動要素１４の回転軸１６により駆動される第１の回転圧縮要素３２（１段目）及び第２の回転圧縮要素３４（２段目）からなる回転圧縮機構部１８にて構成されている。
【００１４】
密閉容器１２は、底部をオイル溜めＴとし、電動要素１４と回転圧縮機構部１８を収納する容器本体１２Ａと、この容器本体１２Ａの上部開口を閉塞する略椀状のエンドキャップ（蓋体）１２Ｂとで構成されている。このエンドキャップ１２Ｂの上面中心には円形の取付孔１２Ｄが形成されており、この取付孔１２Ｄには電動要素１４に電力を供給するためのターミナル（配線を省略）２０が取り付けられている。
【００１５】
エンドキャップ１２Ｂのターミナル２０周囲には、座押成形によって所定曲率の段差部１２Ｃが環状に形成されている。また、ターミナル２０は端子１３９、１３９が貫通して取り付けられた円形のガラス部２０Ａと、このガラス部２０Ａの周囲に形成され、斜め外下方に鍔状に張り出した金属製の取付部２０Ｂとから構成されている。そして、ターミナル２０は、そのガラス部２０Ａを下側から取付孔１２Ｄに挿入して上側に臨ませ、取付部２０Ｂを取付孔１２Ｄの周縁に当接させた状態でエンドキャップ１２Ｂの取付孔１２Ｄ周縁に取付部２０Ｂを溶接することで、エンドキャップ１２Ｂに固定されている。
【００１６】
電動要素１４は、密閉容器１２の上部空間の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２２と、このステータ２２の内側に若干の間隙を設けて挿入配置されたロータ２４とから構成されている。このロータ２４は中心を通り鉛直方向に延びる回転軸１６に固定されている。
【００１７】
ステータ２２は、ドーナッツ状の電磁鋼板を積層した積層体２６と、この積層体２６に形成された図示しない歯部に直巻き（集中巻き）方式により巻装されたステータコイル２８を有している。また、ロータ２４もステータ２２と同様に電磁鋼板の積層体３０で形成され、この積層体３０内に永久磁石ＭＧを挿入して構成されている。
【００１８】
前記第１の回転圧縮要素３２と第２の回転圧縮要素３４との間には中間仕切板３６が挟持されている。即ち、第２の回転圧縮要素３４と第１の回転圧縮要素３４は、中間仕切板３６と、この中間仕切板３６の上下に配置されたシリンダ３８、シリンダ４０と、この上下シリンダ３８、４０内を１８０度の位相差を有して回転軸１６に設けられた上下偏心部４２、４４に嵌合されて偏心回転する上下ローラ４６、４８と、この上下ローラ４６、４８に当接して上下シリンダ３８、４０内をそれぞれ低圧室側と高圧室側に区画する後述する上下ベーン（図示せず）と、上シリンダ３８の上側（電動要素１４側）の開口面及び下シリンダ４０の下側（電動要素１４とは反対側）の開口面を閉塞して回転軸１６の軸受けを兼用する支持部材としての上部支持部材５４及び下部支持部材５６にて構成される。
【００１９】
上部支持部材５４および下部支持部材５６には、吸込ポート１６１、１６２にて上下シリンダ３８、４０の内部とそれぞれ連通する吸込通路５８、６０と、凹陥した吐出消音室６２、６４が形成されると共に、これら両吐出消音室６２、６４の開口部はそれぞれカバーにより閉塞される。即ち、吐出消音室６２はカバーとしての上部カバー６６、吐出消音室６４はカバーとしての下部カバー６８にて閉塞される。
【００２０】
この場合、上部支持部材５４の中央には電動要素１４方向に突出する長軸受けとなる軸受け５４Ａが起立形成されており、この軸受け５４Ａ内面には筒状のブッシュ１２２が装着されている。このブッシュ１２２は、回転軸１６と軸受け５４Ａ間に介在し、当該ブッシュ１２２の内面が回転軸１６に摺動自在に接触している。ブッシュ１２２は給油が不十分な状況でも良好な摺動性を保持できる耐摩耗性の高いカーボン材料にて構成されている。
【００２１】
また、下部支持部材５６の中央には軸受け５４Ａと比較して短軸受けとなる軸受け５６Ａが貫通形成されており、この軸受け５６Ａ内面にもブッシュ１２２同様のブッシュ１２４が装着されている。このブッシュ１２４も、回転軸１６と軸受け５６Ａ間に介在し、当該ブッシュ１２４の内面が回転軸１６に摺動自在に接触している。これにより、回転軸１６は、回転圧縮機構部１８の電動要素１４側（上側）ではブッシュ１２２を介して上部支持部材５４の軸受け５４Ａに保持され、電動要素１４と反対側（下側）はブッシュ１２４を介して下部支持部材５６の軸受け５６Ａに保持される。
【００２２】
下部カバー６８は、ドーナッツ状の円形鋼板から構成されており、周辺部の４カ所を主ボルト１２９・・・によって下から下部支持部材５６に固定され、第１の回転圧縮要素３２の下シリンダ４０内部と連通する吐出消音室６４の下面開口部を閉塞する。この主ボルト１２９・・・の先端は上部支持部材５４に螺合する。
【００２３】
尚、吐出消音室６４と密閉容器１２内における上部カバー６６の電動要素１４側は、上下シリンダ３８、４０や中間仕切板３６を貫通する孔である図示しない連通路にて連通されている。この連通路の上端には中間吐出管１２１が立設されており、この中間吐出管１２１は上方の電動要素１４のステータ２２に巻装された相隣接するステータコイル２８、２８間の隙間に指向している。
【００２４】
また、上部カバー６６は第２の回転圧縮要素３４の上シリンダ３８内部と連通する吐出消音室６２の上面開口部を閉塞し、密閉容器１２内を吐出消音室６２と電動要素１４側とに仕切る。この上部カバー６６は周辺部が４本の主ボルト７８・・・により、上から上部支持部材５４に固定されている。この主ボルト７８・・・の先端は下部支持部材５６に螺合する。
【００２５】
次に、上シリンダ３８の下側の開口面及び下シリンダ４０の上側の開口面を閉塞する中間仕切板３６内には、上シリンダ３８内の吸込側に対応する位置に、外周面から内周面に至り、外周面と内周面とを連通して給油路を構成する貫通孔１３１が穿設されており、この貫通孔１３１の外周面側に封止材１３２を圧入して外周面側の開口を封止している。また、この貫通孔１３１の中途部には上側に延在する連通孔１３３が穿設されている。
【００２６】
一方、上シリンダ３８の吸込ポート１６１（吸込側）には中間仕切板３６の連通孔１３３に連通する連通孔１３４が穿設されている。また、回転軸１６内には軸中心に鉛直方向に設けられたオイル孔（図示せず）と、このオイル孔に連通する横方向の給油孔８２、８４が形成されており（図示しないが回転軸１６の上下偏心部４２、４４にも給油孔が形成されている）、中間仕切板３６の貫通孔１３１の内周面側の開口は、これらの給油孔８２、８４を介して前記オイル孔に連通している。
【００２７】
そして、密閉容器１２内は後述する如く中間圧となるため、２段目で高圧となる上シリンダ３８内にはオイルの供給が困難となるが、中間仕切板３６を係る構成としたことにより、密閉容器１２内底部のオイル溜めＴから汲み上げられたオイルは、前記オイル孔を上昇して給油孔８２、８４から出て中間仕切板３６の貫通孔１３１に入り、連通孔１３３、１３４から上シリンダ３８の吸込側（吸込ポート１６１）に供給される。
【００２８】
ところで、回転軸１６と一体に１８０度の位相差を持って形成される上下偏心部４２、４４の相互間を連結する連結部９０は、その断面形状を回転軸１６の円形断面より断面積を大きくして剛性を持たせるために非円形状の例えばラグビーボール状とされている。即ち、回転軸１６に設けた上下偏心部４２、４４を連結する連結部９０の断面形状は上下偏心部４２、４４の偏心方向に直交する方向でその肉厚を大きくしている。
【００２９】
これにより、回転軸１６に一体に設けられた上下偏心部４２、４４を連結する連結部９０の断面積を大きくし、断面２次モーメントを増加させて強度（剛性）を増し、耐久性と信頼性を向上させている。特に、使用圧力の高い冷媒を２段圧縮する場合、高低圧の圧力差が大きくなるために回転軸１６にかかる荷重も大きくなるが、連結部９０の断面積を大きくしてその強度（剛性）を増しているので、回転軸１６が弾性変形してしまうのを防止できる。
【００３０】
そして、このロータリコンプレッサ１０には冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性および毒性等を考慮して自然冷媒である前記二酸化炭素（ＣＯ２）を使用し、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。
【００３１】
密閉容器１２の側面（容器本体１２Ａの側面）には、上部支持部材５４と下部支持部材５６の吸込通路５８、６０、吐出消音室６２及び上部カバー６６の上側（電動要素１４の下端に略対応する位置）に対応する位置に、スリーブ１４１、１４２、１４３及び１４４がそれぞれ溶接固定されている。スリーブ１４１と１４２は上下に隣接すると共に、スリーブ１４３はスリーブ１４１の略対角線上にある。また、スリーブ１４４はスリーブ１４１と略９０度ずれた位置にある。
【００３２】
そして、スリーブ１４１内には上シリンダ３８にガス冷媒を導入するための冷媒導入管９２の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９２の一端は上シリンダ３８の吸込通路５８に連通される。この冷媒導入管９２は密閉容器１２の外側を通過してスリーブ１４４に至り、他端はスリーブ１４４内に挿入接続されて密閉容器１２内に連通する。
【００３３】
また、スリーブ１４２内には下シリンダ４０にガス冷媒を導入するための冷媒導入管９４の一端が挿入接続され、この冷媒導入管９４の一端は下シリンダ４０の吸込通路６０に連通される。また、スリーブ１４３内には冷媒吐出管９６が挿入接続され、この冷媒吐出管９６の一端は吐出消音室６２に連通される。容器本体１２Ａの側面となる冷媒吐出管９６と電動要素１４との間には後述するオイル戻し管１９０の一端が溶接固定されて密閉容器１２内に開口し、他端は後述するオイル冷却通路１８４出口に溶接固定され、連通している。
【００３４】
また、スリーブ１４１、１４３、１４４の外面周囲には配管接続用のカプラが係合可能な鍔部１５１（スリーブ１４４の鍔部は図示せず）が形成されており、スリーブ１４２の外面には配管接続用のネジ溝１５２が形成されている。これにより、スリーブ１４１、１４３、１４４にはロータリコンプレッサ１０の製造工程における完成検査で気密試験を行う場合に試験用配管の図示しないカプラを鍔部１５１に容易に接続できるようになると共に、スリーブ１４２にはネジ溝１５２を使用して試験用配管を容易にネジ止めできるようになる。特に、上下で隣接するスリーブ１４１と１４２は、一方のスリーブ１４１に鍔部１５１が、他方のスリーブ１４２にネジ溝１５２が形成されていることで、狭い空間で試験用配管を各スリーブ１４１、１４２に接続可能となる。
【００３５】
そして、このように構成されたロータリコンプレッサ１０は、例えば図２に示すような冷蔵庫、ルームエアコン、カーエアコン、パッケージエアコンなどの冷媒サイクル装置１の冷媒回路に使用される。即ち、ロータリコンプレッサ１０の冷媒吐出管９６は本発明の熱交換器としてのガスクーラ１５４の入口に接続される。このガスクーラ１５４の出口側の配管１５３は減圧装置としての膨張弁１５６を経て蒸発器（エバポレータ）１５７の入口に至り、蒸発器１５７の出口は冷媒導入管９４に接続される。
【００３６】
前記ガスクーラ１５４は相対向して配置された上下に長い入口側のヘッダー部１７０及び出口側のヘッダー部１７２と、両ヘッダー部１７０、１７２間に渡って複数取り付けられたマイクロチューブ１７４・・・とから構成されている。両ヘッダー部１７０、１７２は、各マイクロチューブ１７４・・の両端に覆い被せてそれぞれ接続されている。
【００３７】
マイクロチューブ１７４は、例えば、アルミニウムなどの金属にて構成され、断面略楕円形（若しくは長円形。この場合、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅寸法約２ｍｍ）の扁平チューブである。このマイクロチューブ１７４の内部には、一端から他端まで延在し、内部を冷媒が流れる微小径の断面長孔（この場合、断面長手方向の寸法約０．５ｍｍ、断面幅寸法約０．０８ｍｍ）から成る冷媒通路１７４Ａが複数形成されている。該複数の冷媒通路１７４Ａは、マイクロチューブ１７４の長手方向に延在して形成されると共に、これらの冷媒通路１７４Ａは互いに平行に設けられている。尚、実施例では、ガスクーラ１５４にマイクロチューブ１７４を５列設けているが、マイクロチューブ１７４の数はこれに限られるものでない。
【００３８】
ガスクーラ１５４の両ヘッダー部１７０、１７２は、内部を中空に形成され、各マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａの両端はそれぞれヘッダー部１７０、１７２内に連通している。冷媒吐出管９６からガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０に流入したガス冷媒は、そこで各マイクロチューブ１７４・・の冷媒通路１７４Ａ・・に分流すると共に、各マイクロチューブ１７４・・の冷媒通路１７４Ａ・・を経てきた冷媒は、出口側のヘッダー部１７２内で合流し、ガスクーラ１５４の出口側の配管１５３に流出する。
【００３９】
ガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０には一体にオイル分離部１７６が形成されており、このオイル分離部１７６は上下方向に渡って延在している（図３）。このオイル分離部１７６は、上下端が閉塞された略円筒形の外管１７８と、この外管１７８内に設けられ、上下端が外管１７８内に開口した内管１８０とから構成されており、外管１７８内の上部には当該外管１７８内を上下に仕切る区画板１８２が設けられている（図４）。区画板１８２の上側には上区画室１８２Ａ、下側には下区画室１８２Ｂが形成されており、上区画室１８２Ａはヘッダー部１７０内に連通している。
【００４０】
外管１７８上部には前記冷媒吐出管９６の他端が溶接固定され、この冷媒吐出管９６は下区画室１８２Ｂの上部となる区画板１８２の下側に接続されている。この冷媒吐出管９６の他端は、当該冷媒吐出管９６からオイル分離部１７６内に流入するガス冷媒が、外管１７８の内面に沿って旋回する（この場合、内管１８０周囲を旋回）ように、外管１７８の接線方向に沿った角度で外管１７８に接続されている。
【００４１】
また、内管１８０は上端が区画板１８２の略中央に溶接固定され、上区画室１８２Ａ内に開口し、下端は下区画室１８２Ｂ内の下端より少許上方まで延在している。即ち、内管１８０は外管１７８の略中央に設けられ、外管１７８内を上下に仕切る区画板１８２上側の上区画室１８２Ａと、区画板１８２下側の下区画室１８２Ｂ下部とを連通する。
【００４２】
このような構成で、冷媒吐出管９６からオイル分離部１７６内にガス冷媒が流入すると、オイル分離部１７６の外管１７８内に流入したガス冷媒は、外管１７８内面に沿って渦を巻きながら下方に流下する（図４中螺旋矢印）。外管１７８内下方に流下したガス冷媒は内管１８０下端の開口から内管１８０内に流入し、上昇して（図４実線矢印）上区画室１８２Ａを通り、ヘッダー部１７０に流入することになる。このとき、冷媒は外管１７８内面に沿って渦を巻きながら下方に流下するのでガス冷媒中の比重の重いオイルは、遠心力の働きによって外管１７８内面に付着し、外管１７８内面を流下する（図４中白抜き矢印）。
【００４３】
一方、ガスクーラ１５４の下部には両ヘッダー部１７０、１７２間に位置してオイル冷却パイプ１８６が設けられている。このオイル冷却パイプ１８６の一側（入口側のヘッダー部１７０側）は開口して外管１８０下端部に連通しており、他側（出口側のヘッダー部１７２側）は閉塞されている。オイル冷却パイプ１８６内にはオイル冷却通路１８４が構成されており、このオイル冷却通路１８４は、オイル冷却パイプ１８６の一側から他側の少許手前まで延在すると共に、オイル冷却パイプ１８６内には内部を上下に仕切る仕切板１８６Ａが設けられている。
【００４４】
そして、オイル冷却パイプ１８６の一側において仕切板１８６Ａ上側のオイル冷却通路１８４はオイル分離部１７６の外管１７８内の下区画室１８２Ｂ下端に連通されている。仕切板１８６Ａの上下はその他側において連通しており、仕切板１８６Ａで仕切られた下側のオイル冷却通路１８４一側の出口には、前記オイル戻し管１９０の他端が連通固定される。これにより、仕切板１８６Ａで仕切られたオイル冷却パイプ１８６下側のオイル冷却通路１８４内は、オイル戻し管１９０を介して密閉容器１２内に連通する。
【００４５】
即ち、オイル分離部１７６内で遠心分離されたオイルは、下区画室１８２Ｂ内の下部に流下して仕切板１８６Ａで仕切られたオイル冷却パイプ１８６上側のオイル冷却通路１８４内に流入する。このとき、内管１８０の下端開口は、下区画室１８２Ｂ内の下部に流下したオイルで塞がれない十分な距離で下区画室１８２Ｂ内の下端より離間しているものとする。
【００４６】
そして、オイル冷却パイプ１８６の上側のオイル冷却通路１８４内に流入したオイルは、オイル冷却パイプ１８６の一側から他側に流れていき、仕切板１８６Ａが途切れた他側で下側のオイル冷却通路１８４内に流入し、オイル冷却パイプ１８６の他側から一側に戻ってオイル戻し管１９０から密閉容器１２内に帰還することになる。尚、このオイル戻し管１９０には所定の絞り手段（キャピラリチューブや膨張弁など）が設けられているものとする。
【００４７】
ガスクーラ１５４のヘッダー部１７０に形成されたオイル分離部１７６は、後述するようにガスクーラ１５４が図示しない送風機にて送風されるときに外気にて冷却されるので、外管１７８内で渦を巻き遠心力で外管１７８内面に沿って流下する冷媒は、外管１７８内面に触れながら効率よく冷却されることになる。これによって、ガス冷媒に含まれるオイル分離は一層促進される。
【００４８】
また、ガスクーラ１５４下部に取り付けられたオイル冷却パイプ１８６もガスクーラ１５４と同様に送風機にて送風されて空冷されるので、オイル冷却パイプ１８６内を通過するオイルも冷却されることになる。これにより、冷却したオイルを密閉容器１２内に戻せるので、ロータリコンプレッサ１０を冷却することができ、ロータリコンプレッサ１０の運転効率を大幅に改善することができるようになる。
【００４９】
以上の構成で、次に冷媒サイクル装置１の動作を説明する。ロータリコンプレッサ２の電動要素１４に通電され、それによって第１及び第２の回転圧縮要素５２、５３が駆動されると、ロータリコンプレッサ１０からは前述した如く二段圧縮され、超臨界圧力となったガス冷媒（ＣＯ２）が冷媒吐出管９６内に吐出され、吐出されたガス冷媒は冷媒吐出管９６からオイル分離部１７６の下区画室１８２Ｂ内上部に流入する。下区画室１８２Ｂ内上部に流入したガス冷媒は内管１８０周囲に渦を巻きながら下方に流下する。
【００５０】
このとき、オイル分離部１７６はガスクーラ１５４の送風機によって冷却されると共に、ガス冷媒に含まれるオイルは遠心力によって外管１７８内面に吸着して下区画室１８２Ｂ内の下方に流下する。これにより、前述した如くガス冷媒からオイルを効率よく分離することができる。
【００５１】
そして、下区画室１８２Ｂ内の下部に流下したオイルは、オイル冷却パイプ１８６の上側のオイル冷却通路１８４内に流入して、オイル冷却通路１８４内を一方側から他方側に流れていき、そこで仕切板１８６Ａ下側のオイル冷却通路１８４内に流入してオイル冷却通路１８４内を他方側から一方側に戻り、オイル戻し管１９０から密閉容器１２内に帰還する。
【００５２】
このとき、オイル冷却パイプ１８６はガスクーラ１５４の送風機によって冷却されるので、冷却されて密閉容器１２（ロータリコンプレッサ１０）に戻ったオイルによってロータリコンプレッサ１０を冷却することができる。これにより、ロータリコンプレッサ１０の過熱を防止し、ロータリコンプレッサ１０の運転効率の大幅な改善を図ることができるようになる。
【００５３】
一方、前記下区画室１８２Ｂ内に流入し、オイルが分離された高温のガス冷媒は、下端の開口から内管１８０内に流入してその中を上昇し、ガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０内に流入して分流し、各マイクロチューブ１７４内を通過する過程で冷却された後、出口側のヘッダー部１７２に流入し、合流して配管１５３に流出する。
【００５４】
係るガスクーラ１５４は、送風機から送風される風が各マイクロチューブ１７４・・間を通過し、マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａ内を流通する冷媒と熱交換することにより、冷媒は冷却され、逆に空気は暖められるがこの時点では冷媒は依然超臨界域にあり、凝縮しない。ガスクーラ１５４内で所定の温度に冷却された冷媒は、配管１５３から膨張弁１５６に入り、そこで減圧される過程で凝縮する。液化した冷媒はその後蒸発器１５７に入り、そこで蒸発して冷却作用を発揮する。蒸発器１５７を出た冷媒はその後、ロータリコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２に吸入されるサイクルを繰り返す。
【００５５】
このように、ガスクーラ１５４（熱交換器）の入口側のヘッダー部１７０にオイル分離部１７６を一体に設けてオイル分離機能をもたせているので、ガスクーラ１５４を有する冷媒サイクル装置１に従来のような格別なオイル分離器を設ける必要が無くなる。これにより、冷媒サイクル装置１のコストの削減と設置スペースの縮小を図ることが可能となる。
【００５６】
また、ヘッダー部１７０のオイル分離部１７６は、流入する冷媒に旋回流を生じさせることにより、ガス冷媒に含まれるオイルを遠心力で分離することができる。これにより、ガス冷媒に含まれたオイルを高効率で分離することが可能となる。
【００５７】
特に、ヘッダー部１７０にオイル分離部１７６を設けたので、ガスクーラ１５４のヘッダー部１７０が外気で冷却されることにより、オイル分離部１７６のオイル分離機能も大幅に改善される。これにより、オイルがガスクーラ１５４内へ流入してしまうのを阻止することができるので、ガスクーラ１５４における冷媒の熱交換効率を向上させることができるようになる。
【００５８】
また、オイル分離部１７６で分離したオイルを冷却するためのオイル冷却通路１８４を設けているので、冷媒から分離したオイルをオイル冷却通路１８４で外気と熱交換させることが可能となる。これにより、冷却したオイルを冷媒サイクル装置１のロータリコンプレッサ１０に戻して、ロータリコンプレッサ１０を冷却することができるので、ロータリコンプレッサ１０のオイル枯渇と過熱を防止し、ロータリコンプレッサ１０の運転効率と信頼性を改善することができるようになる。
【００５９】
また、ガスクーラ１５４（熱交換器）を二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒サイクル装置１に用いているので、この冷媒サイクル装置１に設けられたロータリコンプレッサ１０へのオイル戻りを確実に行うことが可能となる。特に、ＣＯ２冷媒の場合は、オイルがガスクーラ１５４に与える影響が大きいため、効率よく分離されたオイルをロータリコンプレッサ１０へ戻すことで、圧損を低減させることが可能となり、ロータリコンプレッサ１０の高い信頼性を確保することができるようになる。
【００６０】
次に、図５には本発明の他の実施例の熱交換器（ガスクーラ１５４）を示している。この場合の熱交換器であるガスクーラ１５４は、マイクロチューブ１７４の入口側にヘッダー部１９２が、出口側には前述同様のヘッダー部１７２（図５では図示せず）が取り付けられている。即ち、前述したガスクーラ１５４の入口側のヘッダー部１７０の代わりにヘッダー部１９２を取り付けている。
【００６１】
そして、ヘッダー部１９２は前述のヘッダー部１７０同様各マイクロチューブ１７４・・に覆い被せた状態で接続される。このヘッダー部１９２内には、各マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａの入口を覆うかたちで網（メッシュ）状のオイル分離部材１９４が設けられている。尚、ヘッダー部１９２は、ヘッダー部１７０同様内部を中空に形成され、各マイクロチューブ１７４の冷媒通路１７４Ａはそれぞれヘッダー部１９２内に連通している。
【００６２】
ヘッダー部１９２には前記冷媒吐出管９６の他端が溶接固定され、この冷媒吐出管９６はヘッダー部１９２の上下方向の略中央に接続されている。尚、１９６は冷媒吐出管９６から吐出されたガス冷媒がそのまま直進してオイル分離部材１９４を通過してしまうのを防止するための防止板で、冷媒吐出管９６と対向する位置に設けられている。一方、ガスクーラ１５４の下部には前述同様のオイル冷却通路１８４が構成されており、ヘッダー部１９２内下端に連通している。
【００６３】
そして、ロータリコンプレッサ１０から吐出され、冷媒吐出管９６からヘッダー部１９２内に流入したガス冷媒は、防止板１９６に衝突して跳ね返り、ヘッダー部１９２内全体に広がる（図５実線矢印）。ガス冷媒と共にヘッダー部１９２内に広がったオイルは、オイル分離部材１９４を通過する過程で当該オイル分離部材１９４に付着するので、冷媒から分離される。
【００６４】
分離したオイルは、オイル分離部材１９４を伝わってヘッダー部１９２内の下部に流下し（図５白抜き矢印）、オイル冷却パイプ１８６のオイル冷却通路１８４内に流入する。オイル冷却通路１８４内に流入したオイルは、オイル戻し管１９０から密閉容器１２内に帰還する。このようにヘッダー部１９２内にオイル分離部材１９４を設けているので、冷媒中のオイルは効率的に分離され、前述の実施例同様の効果を得ることができる。
【００６５】
尚、実施例では縦置き型のロータリコンプレッサ１０を用いた冷媒サイクル装置１を説明したが、ロータリコンプレッサ１０は縦置き型に限らず、横置き型のロータリコンプレッサを用いた冷媒サイクル装置に本発明の熱交換器を用いても本発明は有効である。特に、冷媒サイクル装置１を小型化できるので、本発明はカーエアコンなどに使用される場合には極めて有効となる。
【００６６】
また、オイル冷却パイプ１８６内を仕切板１８６Ａによって上下に仕切ったが、オイル冷却パイプ１８６の代わりに蛇行する配管を設けても差し支えない。この場合、オイル冷却パイプ１８６内を仕切板１８６Ａで仕切る必要が無くなるので、仕切板１８６Ａを設けるためのコストを低減させることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、入口側のヘッダー部はオイル分離機能を有するので、例えば熱交換器を有する冷媒サイクル装置に従来のような格別なオイル分離器が不要となり、冷媒サイクル装置のコストを低減させることが可能になる。また、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置の小型化を図ることが可能となる。従って、本発明は特にカーエアコンなどに使用される場合に極めて有効となるものである。
【００６８】
請求項２の発明によれば、上記に加えてヘッダー部は、流入する冷媒に旋回流を生じさせることによりオイルを分離するので、ガス冷媒に含まれたオイルを遠心力で分離することができるようになる。これにより、ガス冷媒に含まれたオイルを高効率で分離することが可能となり、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置の性能改善とコンプレッサのオイル枯渇を防止して信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００６９】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えてヘッダー部に、オイル分離部材を設けたので、このオイル分離部材により冷媒中のオイルを効率的に分離することができるようになる。これにより、熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置の性能改善とコンプレッサのオイル枯渇を防止して信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００７０】
請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて、ヘッダー部にて分離したオイルを冷却するオイル冷却通路を備えたので、冷媒から分離したオイルをオイル冷却通路で外気と熱交換させることが可能となる。これにより、冷却したオイルを熱交換器が用いられる冷媒サイクル装置のコンプレッサに戻して、コンプレッサを冷却することができる。従って、コンプレッサの運転効率の大幅な改善を図ることができるようになるものである。
【００７１】
特に、請求項５のようなマイクロチューブを用いれば、請求項６のように二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒サイクル装置のガスクーラとして用いられる場合に本発明は極めて有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した熱交換器を備えた冷媒サイクル装置の一実施例の冷媒回路に使用される内部中間圧型多段（二段）圧縮式のロータリコンプレッサの縦断面図である。
【図２】本発明の熱交換器を具備した冷媒サイクル装置の一実施例の冷媒回路図である。
【図３】本発明の熱交換器の正面図である。
【図４】本発明の熱交換器の入口側のヘッダー部の拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の熱交換器の入口側のヘッダー部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 冷媒サイクル装置
１０ ロータリコンプレッサ
１２ 密閉容器
１４ 電動要素
１８ 回転圧縮機構部
３２ 第１の回転圧縮要素
３４ 第２の回転圧縮要素
３６ 中間仕切板
９６ 冷媒吐出管
１５３ 配管
１５４ ガスクーラ（熱交換器）
１５６ 膨張弁
１５７ 蒸発器
１７０、１７２、１９２ ヘッダー部
１７４ マイクロチューブ
１７４Ａ 冷媒通路
１７６ オイル分離部
１７８ 外管
１８０ 内管
１８２ 区画板
１８２Ａ 上区画室
１８２Ｂ 下区画室
１８４ オイル冷却通路
１８６ オイル冷却パイプ
１８６Ａ 仕切板
１９０ オイル戻し管
１９４ オイル分離部材
Claims (6)
- 複数の冷媒通路と、各冷媒通路の入口側及び出口側に設けられたヘッダー部とを備えた熱交換器において、
前記入口側のヘッダー部はオイル分離機能を有することを特徴とする熱交換器。 - 前記ヘッダー部は、流入する冷媒に旋回流を生じさせることによりオイルを分離することを特徴とする請求項１の熱交換器。
- 前記ヘッダー部に、オイル分離部材を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２の熱交換器。
- 前記ヘッダー部にて分離したオイルを冷却するオイル冷却通路を備えることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の熱交換器。
- 前記冷媒通路はマイクロチューブ内に構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の熱交換器。
- 二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒サイクル装置のガスクーラとして用いられることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の熱交換器。
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