JP2020046080A - 一体型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】用途の異なる複数の熱交換器を備える一体型熱交換器において、各熱交換器同士の熱影響を制限する。【解決手段】インナーバー及び該インナーバーの外周と接続する冷却フィンが交互に積層する複数の熱交換器と、前記インナーバーの両端部の夫々に配置接続し、前記複数の熱交換器毎で内部連通する領域が内部区画された複数のタンクとを備え、前記複数の熱交換器同士の間に前記インナーバーの延伸方向に沿った所定間隔の空隙を有する一体型熱交換器であって、前記空隙を挟んで対向配置する少なくとも一方のインナーバーから、他方のインナーバーに向かって非接触で延伸するフィンを備えるものである一体型熱交換器。【選択図】 図３

Description

本発明は一体型熱交換器に係り、用途の異なる複数の熱交換器を一体構成する一体型熱交換器に関する。

用途の異なる複数の熱交換器を一体に形成した熱交換器が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、「チューブとフィンを交互に積層し、チューブの端部をタンクに挿入接続した熱交換器において、前記チューブとフィンを積層して形成される熱交換器本体を第１熱交換器と第２熱交換器に区分し、前記区分される第１及び第２熱交換器間に、フィンの存在しない断熱用区域が設けられている構成の熱交換器である。」と記載されている。また、断熱用区画に、第１及び第２熱交換器と接続するフィンの構成を開示する。

特開平10-111086号公報

特許文献１が開示する断熱用区画のフィンは、第１及び第２熱交換器と接続することから、当該フィンを介した熱交換器間の熱伝達という課題がある。一体型熱交換器において、用途の異なる複数の熱交換器同士の熱の影響を更に低下する技術が望まれる。

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲の構成を適用する。即ちインナーバー及び該インナーバーの外周と接続する冷却フィンが交互に積層する複数の熱交換器と、前記インナーバーの両端部の夫々に配置接続し、前記複数の熱交換器毎で内部連通する領域が内部区画された複数のタンクとを備え、前記複数の熱交換器同士の間に前記インナーバーの延伸方向に沿った所定間隔の空隙を有する一体型熱交換器であって、前記空隙を挟んで対向配置する少なくとも一方のインナーバーから、他方のインナーバーに向かって非接触で延伸するフィンを備える構成である。

本発明によれば，一方の熱交換器から他方の熱交換器への熱伝達の影響が更に低下する。

本発明の実施例による給油式スクリュー圧縮機の構成を示す模式図である。 本実施例による一体型クーラの構成を示す模式図である。 本実施例による一体型クーラの第１と第２熱交換器の間の隙間空間及びフィンの構成を示す模式図である。 本実施例によるフィンの配置例を示す模式図である。 本実施例によるフィンの配置例を示す模式図である。 本実施例によるフィンの配置例を示す模式図である。 本実施例によるフィンの配置例を示す模式図である。

以下、図面を用いて、発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明を適用した実施例である給油式スクリュー圧縮機１の構成を模式的に示した図である。図１の給油式スクリュー圧縮機１は、モータ２と、圧縮機本体３と、オイルセパレータ４と、ターボファン５と、ファンモータ６と、一体型クーラ７とを備える。

モータ２は、圧縮機本体３の駆動源であり、例えば、電動機である。圧縮機本体３は少なくとも一つのスクリューロータ備え、空気といった気体を吸い込んで、圧縮気体を生成する。オイルセパレータ４は、遠心式や衝突型の気液分離器であり、圧縮機本体３で生成された圧縮空気に含まれる油分を遠心分離し、圧縮空気と油を分ける。ファンモータ６は、ターボファン５の駆動源として機能する。ターボファン５は一体型クーラ７に冷却風を送る。一体型クーラ７は、２つの熱交換器により構成されており、圧縮空気と油を冷却する。

図２は本発明の１実施形態に係る一体型クーラ７の要部を示す上面図である。一体型クーラ７は油を冷却する第１熱交換器Ａと圧縮空気を冷却する第２熱交換機Ｂの２つで構成されている。即ち冷却の用途が異なる複数の熱交換器が一体に構成されたクーラである。

第１熱交換器Ａは、内部に油が流通する少なくとも２つのインナーバー１０Ａと、各インナーバー１０Ａの外周から径方向外側向かって延伸し、各インナーバー１０Ａの延伸方向に所定間隔をもって積層配置する複数の冷却フィン９Ａとを有する。

第２熱交換器Ｂは、内部に圧縮空気が流通する少なくとも１つ（本例では複数）のインナーバー１０Ｂと、各インナーバー１０Ｂの外周から径方向外側に向かって延伸し、各インナーバー１０Ｂの延伸方向に所定間隔をもって積層配置する複数の冷却フィン９Ｂとを有する。

第１熱交換器Ａのインナーバー１０Ａと、第２熱交換機Ｂのインナーバー１０Ｂとは、遠心方向両端の開口がタンク８Ａと、８Ｂとに接続する。タンク８Ａ及び８Ｂは内部中空の立体構成物であり、本実施例では、直方体形状の物を適用するものとする。タンク８Ａと８Ｂは、内部が仕切り１４で空間的に分割され、一方が油、他方が圧縮空気が流通する各室を有する。

また、タンク８Ａは、更に内部が仕切り１２で空間的に分割され、インナーバー１０Ａに流通前の圧縮空気が流れる室と、インナーバー１０Ａを流通した後の圧縮空気が流れる室を有する。当該室の一方は圧縮空気の入口継手１１Ａを有し、他方は出口継手１１Ｂを有する。

タンク８Ｂは、すべてのインナーバー１０Ａと内部連通する。よって、タンク８Ａの入口継手１１Ａから流入し、インナーバー１０Ａを介してタンク８Ｂに流入した圧縮空気は、これとは異なるインナーバー１０Ａを介してタンク８Ａの出口継手から外部に流通するようになっている。

また、タンク８Ａの第２熱交換器Ｂ側は油の入口継手１３Ａを有し、タンク８Ｂの熱交換器Ｂ側は出口継手１３Ｂを有する。入口継手１３Ａから流入した油は、インナーバー１０Ｂを介して出口継手１３Ｂから外部に流通するようになっている。

次いで、本実施例の特徴の一つである、第１熱交換器Ａと第２熱交換器Ｂの隙間空間及び当該隙間空間に配置するフィン１５について詳細に説明する。第１熱交換器Ａと第２熱交換器Ｂの夫々の冷却用途が異なるために、夫々を流れる油又は圧縮空気の温度が異なる。更には、夫々に要求される冷却温度も異なる場合もある。一体型クーラ７において各熱交換器の温度が異なると、隣接部分において一方が他方の熱の影響を受けるという課題がある。例えば、第１熱交換器Ａの出口継手１１Ｂから流出する油の温度が８５℃、第２熱交換器Ｂの入口継手１３Ａから流入する圧縮空気温度が１００℃とすれば、隣接するインナー１０Ａと１０Ｂの温度差が影響する虞がある。そこで、本実施例ではタンク８Ａと８Ｂの仕切り板１４付近で、第１熱交換器Ａと第２熱交換器Ｂとの間に隙間空間を有し、隣接するインナーバー１０Ａ及び１０Ｂからこの隙間空間に向かって延伸し、互いに他方のインナーバーには非接触となるフィン１５Ａ・１５Ｂを備えることを特徴の一つとする。即ち隣接するインナーバー１０Ａ及び１０Ｂ夫々の放熱面積をフィン１５Ａ・１５Ｂによって拡大し且つフィン１５Ａ・１５Ｂが他方インナーバーには非接触とすることで、隙間空間を介した熱伝達性を制限するようになっている。

図３に、第１熱交換器Ａと第２熱交換器Ｂの隙間空間に関する部分拡大図を示す。先ず図３（ａ）は、フィン１５Ａと１５Ｂが、空隙空間の中央付近まで延伸し且つインナーバー１０Ａ・１０Ｂの延伸方向に所定間隔で配置し、対向方向では交互となる位置に配置する構成である。即ち隣接するインナーバー１０Ａ及び１０Ｂ夫々の放熱面積をフィン１５Ａ・１５Ｂによって拡大し且つフィン１５Ａ・１５Ｂが他方インナーバーには非接触とすることで、隙間空間を介した熱伝達性を制限することができる。

図３（ｂ）は、他の例に係るフィン１６Ａ・１６Ｂであり、これらがインナーバー１０Ａ・１０Ｂの延伸方向に向かって同じ方向に傾倒する構成である。傾倒することで更にフィン１６Ａ・１７Ｂの面積が大となり。隙間空間の放熱性向上する。

図３（ｃ）は、他の例に係るフィン１７Ａ・１７Ｂであり、夫々が空隙空間の中央を超えて、他方のインナーバーに近づく方向に延伸し且つ波形とすることで放熱面積の拡大を図る構成である。

図３（ｄ）は、他の例に係るフィン１８Ａ・１８Ｂであり、夫々が空隙空間の中央を超えて、他方のインナーバーに近づく方向に延伸することで放熱面積の拡大を図る構成である。

また、放熱フィン１５〜１８の更にインナーバー１０の延伸方向での配置位置を変更することでも上記種々の効果に加えた更なる効果を得ることができる。以下に図４〜図７を用いて種々の構成例を説明する。

図４は、第２熱交換器Ｂ側のフィン１５Ｂをタンク８Ａ側にのみ配置し、第1熱交換器Ａ側のフィン１５をタンク８Ｂ側にのみ配置する構成である。フィン１５Ｂが配置する隙間空間は、冷却によって温度低下（例えば８５℃）した油の出口側であり且つ圧縮機本体３から吐き出された高温（例えば１００℃）の圧縮空気の入口側であることから、温度差が特に大きい領域である。同様に、フィン１５Ａが配置する隙間空間は冷却途上の温度である油が流通する領域であり且つ冷却によって温度低下（例えば７０℃）した圧縮空気の出口側であり、温度差が大きい領域である。このように隙間空間において、温度差が大きい領域に温度が高温であるインナーバー１０から延伸するフィン１５Ａ又は１５Ｂを配置することで、隙間空間の熱伝達性を低下させることができる。

図５は、隙間空間で、インナーバー１０Ａ及び１０Ｂのタンク８Ａ側にのみフィン１５Ａ・図１５Ｂを配置する構成である。最も温度差の大きい領域において両インナーバーの放熱性を向上させ、熱伝達性を制限することができる。

図６は、図５のフィン１５Ａ・１５Ｂの構成を、インナーバー１０Ａ及び１０Ｂの中央部分に配置する構成であり、図７は、タンク８Ｂ側に配置する構成である。

上記各実施例によれば、一体型クーラ７において、用途の異なる熱交換器同士の温度差の影響を低下させることができる。
また、熱交換器同士の温度差に対して、部分的に互いの影響を低下させることができる。

また、フィン１５等によって、第1熱交換器Ａの出口側と、第２熱交換器Ｂの入口側とを同じタンク８Ａ側とすることができ、圧縮機１における一体型クーラの配管構成や配置位置の自由度が向上する。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記種々の例に限定されるものではなく、その趣旨に反しない範囲で種々の変更や変形が可能である。例えば、各例の全部又は一部を他の例に適用することもできるものである。

また、本発明では給油式スクリュー圧縮機を例としたが、無給油式の圧縮機であってもよい。この場合、例えば、第1熱交換器Ａを流れる被冷却液体はギヤや軸受の潤滑油や、圧縮機本体の冷却ジャケットを流通する油であろう。また、圧縮機はスクリュー型び限定されるものではなく、容積型やターボ型の種々の形式を適用することができる。更に、給油式のみならず給水式圧縮機を適用することもできる。

１…給油式スクリュー圧縮機，２…モータ，３…圧縮機本体，４…オイルセパレータ，５…ターボファン，６…ファンモータ，７…一体型クーラ，８…タンク，９…冷却フィン，１０…インナーバー，１１A…入口継手，１１B…出口継手，１２…仕切り板，１３A…入口継手，１３B…出口継手，１４…仕切り板，１５…フィン

Claims (2)

1. インナーバー及び該インナーバーの外周と接続する冷却フィンが交互に積層する複数の熱交換器と、前記インナーバーの両端部の夫々に配置接続し、前記複数の熱交換器毎で内部連通する領域が内部区画された複数のタンクとを備え、前記複数の熱交換器同士の間に前記インナーバーの延伸方向に沿った所定間隔の空隙を有する一体型熱交換器であって、
   前記空隙を挟んで対向配置する少なくとも一方のインナーバーから、他方のインナーバーに向かって非接触で延伸するフィンを備えるものである一体型熱交換器。
2. 請求項１に記載の一体型熱交換器であって、
   前記複数の熱交換器のうち一の熱交換器に流入する被冷却流体が、吸込気体を圧縮する気体圧縮機本体から吐き出された圧縮気体であり、
   前記複数の熱交換器のうち前記一の熱交換器と異なる他の熱交換器に流入する被冷却流体が、前記圧縮機本体で使用される液体である一体型熱交換器。

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