WO2007049355A1

WO2007049355A1 - 熱交換器及びその製造方法

Info

Publication number: WO2007049355A1
Application number: PCT/JP2005/019917
Authority: WO
Inventors: Yuji Fujimoto; Yukio Yasukawa; Koji Takiguchi; Hisao Yamazato; Kenji Takai; Jin Sakamoto
Original assignee: Fuji Electric Retail Systems Co., Ltd.; Sharp Corporation
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-03
Also published as: WO2007049614A1

Abstract

　熱発生端部（１１，１２）より熱を発生する冷凍機器（１０）に適用され、発生した熱を冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器（２１，３１）において、熱発生端部の表面に複数の伝熱フィン部材（２１１，３１１）を立設し、かつこれら伝熱フィン部材を含む熱発生端部の表面域をカバー部材（２１２，３１２）で覆うことにより冷媒が通過するための流路Ｒを構成し、該流路Ｒを通過する冷媒に熱を伝達させるようにしている。

Description

熱交換器及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、例えばスターリング冷凍機等の冷凍機器に適用され、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ことにより熱交換を行う熱交換器及びその製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、熱発生端部より熱を発生する冷凍機器の一例として、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、冷熱を発生する低温部と、高温排熱を発生す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] ところが、スターリング冷凍機は、ガスの圧縮及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、低温部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を用いて冷却対象となる被冷却部を冷却するためには、該スターリング冷凍機の低温部で発生した冷熱、並びに高温部で発生した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冷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低温部と嵌合する円筒状の嵌合部を有し、内部に冷媒が充填されたものが提案されている。そのような熱交^^では、嵌合部の嵌合面をグリス等で被覆した後に、該嵌合部を低温部に嵌合させ、低温部で発生した冷熱を嵌合部を介して内部の冷媒に伝達して熱交換を行っている（例えば、特許文献 1参照） [0005] 一方、スターリング冷凍機で発生した高温排熱を冷媒に伝達して熱交換を行う熱交としては、該スターリング冷凍機の高温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。そのような熱交換器では、高温部で発生した高温排熱を筐体を介して内部の流路を通過する冷媒に伝達して熱交換を行ってヽる（例えば、特許文献 2参照)。

[0006] 特許文献 1 :特開 2003— 75000号公報

特許文献 2：特開 2003 - 302117号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] ところが、上述した特許文献 1及び特許文献 2に提案されている熱交^^では、嵌合部や筐体を介して冷媒に熱伝達を行ってヽるために熱損失が発生してしま！ヽ、冷媒への熱の伝達効率が低下してしまう。そのような冷媒への熱の伝達効率の低下は

、熱交換効率の低下を招来することになる。

[0008] 本発明は、上記実情に鑑みて、冷凍機器の熱発生端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を向上させることができる熱交及びその製造方法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、熱発生端部より熱を発生する冷凍機器に適用され、発生した熱を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、前記熱発生端部の表面に複数の伝熱フィン部材を立設し、かつこれら伝熱フィン部材を含む前記熱発生端部の表面域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を構成し、該流路を通過する冷媒に前記熱を伝達させ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、上述した請求項 1において、前記熱発生端部は円筒状の形態を成し、熱発生端部の外周面に、該熱発生端部の外周方向に沿って、かつ該熱発生端部の軸方向に並ぶ態様で複数の伝熱フィン部材を立設し、これら伝熱フィン部材を含む熱発生端部の外周域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を並設したことを特徴とする。

[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又は請求項 2において、前記伝熱フィン部材は、前記熱発生端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に係る熱交翻は、上述した請求項 1にお、て、前記冷凍機器はスターリング冷凍機であり、冷熱を発生する円筒状の低温部の外周面に、該低温部の外周方向に沿って、かつ該低温部の軸方向に並ぶ態様で複数の伝熱フィン部材を立設し、これら伝熱フィン部材を含む低温部の外周域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を並設し、該流路を通過する冷媒に前記冷熱を伝達させることを特徴とする。

[0013] また、本発明の請求項 5に係る熱交翻は、上述した請求項 4にお、て、前記低温部の上方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該低温部の軸方向に沿って導入孔を形成することにより構成され、かつ各流路に冷媒を導くための冷媒導入路と、前記低温部の下方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該低温部の軸方向に沿つて導出孔を形成することにより構成され、かつ各流路を通過した冷媒を外部に導くための冷媒導出路と、前記カバー部材の一端面を貫通する態様で配設され、前記冷媒導入路を通じて冷媒を供給する冷媒供給パイプと、前記カバー部材の一端面を貫通する態様で配設され、前記冷媒導出路を通過した冷媒を他の部位に移送させる冷媒移送パイプとを備えたことを特徴とする。

[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 5において、前記冷媒供給パイプは、先端部が、前記冷媒導入路に揷通した態様で配設してあり、前記冷媒移送パイプは、先端部が前記冷媒導出路に揷通した態様で配設したことを特徴とする。

[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 6において、前記冷媒供給パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を供給するための供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする。

[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 6において、前記冷媒移送パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を進入させるための進入面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする。

[0017] また、本発明の請求項 9に係る熱交換器は、上述した請求項 5において、前記流路は、前記冷媒導入路の上流側から下流側に向かって流路幅が漸次大きくなる態様で形成されたことを特徴とする。

[0018] また、本発明の請求項 10に係る熱交換器は、上述した請求項 4において、前記伝熱フィン部材は、前記低温部と同一の材料で形成されたことを特徴とする。

[0019] また、本発明の請求項 11に係る熱交換器は、上述した請求項 1において、前記冷凍機器はスターリング冷凍機であり、高温排熱を発生する円筒状の高温部の外周面に、該高温部の外周方向に沿って、かつ該高温部の軸方向に並ぶ態様で複数の伝熱フィン部材を立設し、これら伝熱フィン部材を含む前記高温部の外周域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を並設し、該流路を通過する冷媒に前記高温排熱を伝達させることを特徴とする。

[0020] また、本発明の請求項 12に係る熱交換器は、上述した請求項 11において、前記高温部の下方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該高温部の軸方向に沿って導入孔を形成することにより構成され、かつ各流路に冷媒を導くための冷媒導入路と、前記高温部の上方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該高温部の軸方向に沿って導出孔を形成することにより構成され、かつ各流路を通過した冷媒を外部に導くための冷媒導出路と、前記カバー部材の一端面を貫通する態様で配設され、前記冷媒導入路を通じて冷媒を供給する冷媒供給パイプと、前記カバー部材の一端面を貫通する態様で配設され、前記冷媒導出路を通過した冷媒を他の部位に移送させる冷媒移送パイプとを備えたことを特徴とする。

[0021] また、本発明の請求項 13に係る熱交換器は、上述した請求項 12において、前記冷媒供給パイプは、先端部が、前記冷媒導入路に揷通した態様で配設してあり、前記冷媒移送パイプは、先端部が前記冷媒導出路に揷通した態様で配設したことを特徴とする。

[0022] また、本発明の請求項 14に係る熱交換器は、上述した請求項 13において、前記冷媒供給パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を供給するための供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする。

[0023] また、本発明の請求項 15に係る熱交換器は、上述した請求項 13において、前記冷媒移送パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を進入させるための進入面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする。

[0024] また、本発明の請求項 16に係る熱交換器は、上述した請求項 12において、前記流路は、前記冷媒導入路の上流側から下流側に向かって流路幅が漸次大きくなる態様で形成されたことを特徴とする。

[0025] また、本発明の請求項 17に係る熱交換器は、上述した請求項 11において、前記伝熱フィン部材は、前記高温部と同一の材料で形成されたことを特徴とする。

[0026] また、本発明の請求項 18に係る熱交翻は、上述した請求項 1〜17のいずれか一つにおいて、前記冷媒は、二酸ィ匕炭素であることを特徴とする。

[0027] また、本発明の請求項 19に係る熱交換器の製造方法は、円筒状の熱発生端部より熱を発生する冷凍機器に適用され、発生した熱を冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器の製造方法において、複数の円環板状の伝熱フィン形成部材を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持した状態で、熱発生端部が相対的に各伝熱フィン形成部材の内部に圧入又はロウ付けされるようにして該熱発生端部の外周面に配設し、前記伝熱フィン形成部材を含む熱発生端部の外周域をカバー部材で覆うことにより、前記熱発生端部の外周面に前記冷媒が通過するための流路を該熱発生端部の外周方向に沿って形成することを特徴とする。

[0028] また、本発明の請求項 20に係る熱交換器の製造方法は、円筒状の熱発生端部より熱を発生する冷凍機器に適用され、発生した熱を冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交換器の製造方法において、複数の円環板状の伝熱フィン部材を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持した状態で、円筒状のベース部材が相対的に各伝熱フィン形成部材の内部に圧入又はロウ付けされるようにして該ベース部材の外周面に配設し、前記伝熱フィン形成部材を含むベース部材の外周域をカバー部材で覆うことにより、前記ベース部材の外周面に前記冷媒が通過するための流路を該ベース部材の外周方向に沿って形成し、前記流路が形成されたベース部材を、前記熱発生端部が相対的にベース部材の内部に圧入されるようにして該熱発生端部の外周面に配設したことを特徴とする。

[0029] また、本発明の請求項 21に係る熱交換器の製造方法は、上述した請求項 19又は請求項 20において、前記冷凍機器は、スターリング冷凍機であり、前記熱発生端部は冷熱を発生する低温部であることを特徴とする。

[0030] また、本発明の請求項 22に係る熱交換器の製造方法は、上述した請求項 19又は請求項 21において、前記冷凍機器は、スターリング冷凍機であり、前記熱発生端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。

発明の効果

[0031] 本発明の熱交換器によれば、熱発生端部の表面に複数の伝熱フィン部材を立設し、かつこれら伝熱フィン部材を含む熱発生端部の表面域をカバー部材で覆うことにより流路を構成し、該流路を通過する冷媒に熱発生端部で発生した熱を伝達させるようにしたので、流路を通過する冷媒に熱発生端部で発生した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、冷媒への熱の伝達効率を向上させることができる。従って、熱発生端部で発生した熱を良好に冷媒に伝達させることにより、熱交換効率を向上させることができる。

[0032] 本発明の熱交換器の製造方法によれば、複数の円環板状の伝熱フィン形成部材を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持した状態で、熱発生端部が相対的に各伝熱フィン形成部材の内部に圧入又はロウ付けされるようにして該熱発生端部の外周面に配設し、伝熱フィン形成部材を含む熱発生端部の外周域をカバー部材で覆うことにより、熱発生端部の外周面に冷媒が通過するための流路を該熱発生端部の外周方向に沿って形成したので、熱発生端部の外周面に流路を容易に製造することができる。そして、熱発生端部の外周面に流路を構成したので、流路を通過する冷媒に熱発生端部で発生した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、冷媒への熱の伝達効率を向上させることができる。従って、熱発生端部で発生した熱を良好に冷媒に伝達させることにより、熱交換効率を向上させることができる。

[0033] また、本発明の熱交換器の製造方法によれば、複数の円環板状の伝熱フィン部材を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持した状態で、円筒状のベース部材が相対的に各伝熱フィン形成部材の内部に圧入又はロウ付けされるようにして該ベース部材の外周面に配設し、伝熱フィン形成部材を含むベース部材の外周域をカバー部材で覆うことにより、ベース部材の外周面に冷媒が通過するための流路を該ベース部材の外周方向に沿って形成し、流路が形成されたベース部材を、熱発生端部が相対的にベース部材の内部に圧入されるようにして該熱発生端部の外周面に配設したので、流路を通過する冷媒と、熱発生端部との間の面圧増大、均一接触が可能になり、熱抵抗の低減ィ匕を図ることができる。従って、熱交換効率を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]図 1は、本発明の実施例 1である熱交換器 (凝縮熱交換器及び放熱熱交換器）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 2は、図 1における凝縮熱交換器の構成を拡大して模式的に示した横断面図である。

[図 3]図 3は、図 1における凝縮熱交換器の構成を拡大して模式的に示した縦断面図である。

[図 4]図 4は、図 1における放熱熱交換器の構成を拡大して模式的に示した横断面図である。

[図 5]図 5は、図 1における放熱熱交換器の構成を拡大して模式的に示した縦断面図である。

[図 6]図 6は、本発明の実施例 2である凝縮熱交換器の縦断面図である。

[図 7]図 7は、本発明の実施例 2である放熱熱交換器の縦断面図である。

[図 8]図 8は、本発明の実施例 3である凝縮熱交換器の縦断面図である。

[図 9]図 9は、本発明の実施例 3である放熱熱交換器の縦断面図である。

[図 10]図 10は、本発明における凝縮熱交換器の変形例を示した縦断面図である。

[図 11]図 11は、本発明における放熱熱交^^の変形例を示した縦断面図である。

[図 12]図 12は、本発明の実施例 4となる熱交換器 (凝縮熱交換器)の製造方法の一例につ、て簡略的に示した説明図である。

[図 13]図 13は、本発明の実施例 5となる熱交換器 (凝縮熱交換器)の製造方法の一例につ、て簡略的に示した説明図である。

符号の説明

[0035] 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 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, 2153 切欠部 216 冷却冷媒移送パイプ

2162, 2163 切欠部 22 蒸発熱交換器

23 液体ライン

24 気体ライン

27, 28 冷却フィン形成部材 30 放熱系配管

31 放熱熱交換器

311 放熱フィン部材 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

3152, 3153 切欠部 316 放熱冷媒移送パイプ

3162, 3163 切欠部

R 冷却冷媒流路，放熱冷媒流路

発明を実施するための最良の形態

[0036] 以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器及びその製造方法の好適な実施例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^^について説明する。

実施例

[0037] <実施例 1 >

図 1は、本発明の実施例 1である熱交翻 (凝縮熱交翻及び放熱熱交翻)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、冷却装置は、スタ一リング冷凍機 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。スタ一リング冷凍機 10は、横置きに載置してあり、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。

[0038] 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 40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 21と蒸発熱交 22とを、液体ライン 23及び気体ライン 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、例えば二酸ィ匕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。

[0039] 凝縮熱交翻21は、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 2及び図 3に示すように、複数の冷却冷媒流路 R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〖こ、図 2及び図 3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 2は横断面図、図 3は縦断面図である。これら図 2及び図 3を適宜用いて上記凝縮熱交翻 21について説明する。

[0040] 複数の冷却冷媒流路 Rは、低温部 11の外周面に、該低温部 11の外周方向に沿つて延在し、かつ該低温部 11の軸方向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 R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、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 21 1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。ここに、冷却フィン部材 211の数及び間隔は、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、冷却カバー部材 212は、低温部 1 1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、本実施例では、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、軸方向の長さが低温部 11のものと略等しぐ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 R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（図中において左右の端部）に溶接され、かつ外周部分が冷却カバー本体 2121 の各端部（図中にお、て左右の端部）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、図中最も左側に立設された冷却フィン部材 211、あるいは最も右側に立設された冷却フィン部材 211との間には、上記冷却冷媒流路尺が構成される。

[0041] 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ヽ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及び冷却補助カバー 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 Rを通過する冷却用冷媒は、該冷却冷媒流路 R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。

[0042] 冷却冷媒導入路 213は、図 3に示すように、凝縮熱交換器 21の上部、すなわち低温部 11の上方側にお、て該低温部 11の軸方向に沿って延在し、供給された冷却用冷媒を各冷却冷媒流路 Rに導くためのものである。そのような冷却冷媒導入路 21 3は、低温部 11よりも上方側となる冷却フィン部材 211のそれぞれに該低温部 11の軸方向に沿って導入孔 21 laを形成することにより構成したものである。そして、冷却冷媒導入路 213は、図 3中の右側を上流側とし、図 3中の左側を下流側とする。

[0043] 冷却冷媒導出路 214は、図 3に示すように、凝縮熱交換器 21の下部、すなわち低温部 11の下方側にお、て該低温部 11の軸方向に沿って延在し、冷却冷媒流路 R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、低温部 11よりも下方側となる冷却フィン部材 211のそれぞれに該低温部 11の軸方向に沿って導出孔 21 lbを形成することにより構成したものである

[0044] 冷却冷媒供給パイプ 215は、低温部 11の上方側にぉ、て、図中右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 2151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及び冷却フィン部材 21 1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 21 51は、上半分が切除されて半円筒状の形態を成している。つまり、冷却冷媒供給パイブ 215の先端部 2151には、その全域に亘つて切欠部 2152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。

[0045] 冷却冷媒移送パイプ 216は、低温部 11の下方側にぉ、て、図中右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 2161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 R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及び冷却フィン部材 21 1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 21 61は、下半分が切除されて半円筒状の形態を成している。つまり、冷却冷媒移送パイブ 216の先端部 2161には、その全域に亘つて切欠部 2162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。 [0046] 蒸発熱交換器 22は、冷却室 40に配設され、より詳細には蒸発熱交換器収容箱 25 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 F1が設けてある。冷却用送風ファン F1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。

[0047] 液体ライン 23は、凝縮熱交と蒸発熱交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 21で凝縮した冷却用冷媒を、該凝縮熱交 21から蒸発熱交 22まで移動させるためのものである。

[0048] 気体ライン 24は、上記液体ライン 23とは別個に、凝縮熱交翻 21と蒸発熱交翻 22とを繋ぐ管路であり、より詳細には、凝縮熱交翻 21を構成する冷却冷媒供給パイブ 215の基端部と、蒸発熱交翻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 力も凝縮熱交^^ 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、ためである。

[0049] そのような冷却系配管 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 40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 R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 40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 40の内部の空気は熱が奪われることになつて冷却される。冷却された空気は、冷却用送風ファン F1が駆動することにより送出され、冷却室 40の内部が冷却される。つまり、冷却室 40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 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 Rに移動し、該冷却冷媒流路 R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。

[0050] 力かる冷却系配管 20は、冷却用冷媒が、別個に設けられた液体ライン 23及び気体ライン 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。

[0051] 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及び第 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、ァンモユア水が用いられるが、本実施例では放熱用冷媒をニ酸ィ匕炭素として説明する

[0052] 放熱熱交翻31は、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 4及び図 5に示すように、複数の放熱冷媒流路 R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〖こ、図 4及び図 5は、それぞれ放熱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 4は横断面図、図 5は縦断面図である。これら図 4及び図 5を適宜用いて上記放熱熱交換器 31について説明する。

[0053] 複数の放熱冷媒流路 Rは、高温部 12の外周面に、該高温部 12の外周方向に沿つて延在し、かつ該高温部 12の軸方向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 R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、該高温部 12の外周方向に沿って、かつ該高温部 12の軸方向に略等間隔となる態様で複数の放熱フィン部材 311を立設し、これら放熱フィン部材 31 1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。ここに、放熱フィン部材 311の数及び間隔は、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、放熱カバー部材 312は、高温部 1 2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、本実施例では、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、軸方向の長さが高温部 12のものと略等しぐ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 R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（図中において左右の端部）に溶接され、かつ外周部分が放熱カバー本体 3121 の各端部（図中にお、て左右の端部）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、図中最も左側に立設された放熱フィン部材 311、あるいは最も右側に立設された放熱フィン部材 311との間には、上記放熱冷媒流路尺が構成される。

[0054] 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ヽ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及び放熱補助カバー 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 Rを通過する放熱用冷媒は、該放熱冷媒流路 R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。

[0055] 放熱冷媒導入路 313は、図 5に示すように、放熱熱交換器 31の下部、すなわち高温部 12の下方側にお、て該高温部 12の軸方向に沿って延在し、供給された放熱用冷媒を各放熱冷媒流路 Rに導くためのものである。そのような放熱冷媒導入路 31 3は、高温部 12よりも下方側となる放熱フィン部材 311のそれぞれに該高温部 12の軸方向に沿って導入孔 31 laを形成することにより構成したものである。そして、放熱冷媒導入路 313は、図 5中の右側を上流側とし、図 5中の左側を下流側とする。 [0056] 放熱冷媒導出路 314は、図 5に示すように、放熱熱交換器 31の上部、すなわち高温部 12の上方側にお、て該高温部 12の軸方向に沿って延在し、放熱冷媒流路 R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、高温部 12よりも上方側となる放熱フィン部材 311のそれぞれに該高温部 12の軸方向に沿って導出孔 31 lbを形成することにより構成したものである。

[0057] 放熱冷媒供給パイプ 315は、高温部 12の下方側において、図中右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 3151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及び放熱フィン部材 31 1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 3151は、下半分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 3151には、その全域に亘つて切欠部 3152が形成してある。また、図 5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。

[0058] 放熱冷媒移送パイプ 316は、高温部 12の上方側において、図中右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 3161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 R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及び放熱フィン部材 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 3161 は、上半分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 3161には、その全域に亘つて切欠部 3162が形成してある。また、図 5 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。

[0059] 空気熱交翻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 32は、蛇行する放熱路 321を有している。放熱路 3 21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、空気熱交翻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、空気熱交の周辺の所定個所には、放出用送風ファン F2 が設けてある。放出用送風ファン F2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。

[0060] 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 32に移動させるためのものである。

[0061] 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 3 2とを繋ぐ管路であり、より詳細には、放熱熱交翻 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、ためである。

[0062] そのような放熱系配管 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 R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 3 2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 F2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 Rに移動し、該冷却冷媒流路 R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°C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。

[0063] 力かる放熱系配管 30は、放熱用冷媒が、別個に設けられた第 1ライン 33及び第 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。

[0064] 以上説明したように、凝縮熱交換器 21では、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 Rを構成したので、冷却冷媒流路 R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。従って、上記凝縮熱交によれば、スターリング冷凍機 10の低温部 11で発生した冷熱を良好に冷却用冷媒に伝達させることにより、熱交換効率を向上させることができる。

[0065] また、凝縮熱交換器 21によれば、先端部 2151が冷却冷媒導入路 213を挿通する態様で冷却冷媒供給パイプ 215を配設し、かつ先端部 2161が冷却冷媒導出路 21 4を挿通する態様で冷却冷媒移送パイプ 216を配設したので、冷却冷媒導入路 213 の上流側近傍（図 3中の右側）の冷却冷媒流路 Rに偏って冷却用冷媒が通過することを抑制しながら、冷却冷媒導入路 213の下流側（図 3中の左側）の冷却冷媒流路 R にも積極的に冷却用冷媒を供給して通過させることができ、これによつても熱交換効率を向上させることができる。

[0066] 更に、凝縮熱交^^ 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ぐ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。

[0067] 一方、放熱熱交翻 31では、スターリング冷凍機 10の高温部 12の外周面に、該高温部 12の外周方向に沿って、かつ該高温部 12の軸方向に略等間隔となる態様で複数の放熱フィン部材 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、該高温部 12の外周面に放熱冷媒流路 Rを構成したので、放熱冷媒流路 Rを通過する放熱用冷媒に高温部 12で発生した高温排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、放熱用冷媒への高温排熱の伝達効率を向上させることができる。従って、上記放熱熱交^^ 31によれば、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良好に放熱用冷媒に伝達させることにより、熱交換効率を向上させることができる。

[0068] また、放熱熱交 31によれば、先端部 3151が放熱冷媒導入路 313を挿通する態様で放熱冷媒供給パイプ 315を配設し、かつ先端部 3161が放熱冷媒導出路 31 4を挿通する態様で放熱冷媒移送パイプ 316を配設したので、放熱冷媒導入路 313 の上流側近傍 (図 5中の右側)の放熱冷媒流路 Rに偏って放熱用冷媒が通過することを抑制しながら、放熱冷媒導入路 313の下流側（図 5中の左側）の放熱冷媒流路 R にも積極的に放熱用冷媒を供給して通過させることができ、これによつても熱交換効率を向上させることができる。

[0069] 更に、放熱熱交^^ 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ぐ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。

[0070] <実施例 2>

図 6及び図 7は、それぞれ本発明の実施例 2である熱交換器 (凝縮熱交換器及び放熱熱交換器)の構成を拡大して示したものであり、図 6は、凝縮熱交換器の縦断面図であり、図 7は、放熱熱交換器の縦断面図である。尚、上述した実施例 1と同様の構成を有するものには、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図 6及び図 7に示した凝縮熱交換器及び放熱熱交換器は、上述した実施例 1と同様に冷却装置に適用されるものであるので、力かる冷却装置についての説明は割愛する。

[0071] 凝縮熱交換器は、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、複数の冷却冷媒流路 R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 21 とを備えて構成してある。つまり、実施例 2の凝縮熱交翻は、実施例 1の凝縮熱交翻 21に対して、冷却冷媒供給パイプ 215^ 及び冷却冷媒移送パイプ 2 W が異なるものである。

[0072] 冷却冷媒供給パイプ 215' は、低温部 11の上方側において、図中右側の冷却補助力バー 2122に形成した貫通孔（図示せず)を貫通し、かつその先端部 2151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及び冷却フィン部材 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 21 の先端部 2151は、基端側から先端縁に向けて上縁部が漸次低くなる態様で傾斜している。つまり、冷却冷媒供給パイプ 215' の先端部 2151には、先端縁に向けて冷却用冷媒の供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部 2153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 21 の基端部には気体ライン 24が接続してある。

[0073] 冷却冷媒移送パイプ 21 は、低温部 11の下方側において、図中右側の冷却補助力バー 2122に形成した貫通孔（図示せず)を貫通し、かつその先端部 2161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 21 は、冷却冷媒流路 R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及び冷却フィン部材 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 21 の先端部 2161は、基端側から先端縁に向けて下縁部が漸次高くなる態様で傾斜している。つまり、冷却冷媒移送パイプ 21 の先端部 2161には、先端縁に向けて冷却用冷媒の流入面積が漸次大きくなる態様で切欠部 2163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 2 W の基端部には液体ライン 23が接続してある。

[0074] 放熱熱交換器は、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、複数の放熱冷媒流路 R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 31 とを備えて構成してある。つまり、実施例 2の放熱熱交換器は、実施例 1の放熱熱交換器 31に対して、放熱冷媒供給パイプ 315' 及び放熱冷媒移送パイプ 316' が異なるものである。

[0075] 放熱冷媒供給パイプ 315' は、高温部 12の下方側において、図中右側の放熱補助力バー 3122に形成した貫通孔（図示せず)を貫通し、かつその先端部 3151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及び放熱フィン部材 311と同一の材料 (例えば銅)から形成してある。放熱冷媒供給パイプ 31 の先端部 3151は、基端側から先端縁に向けて下縁部が漸次高くなる態様で傾斜している。つまり、放熱冷媒供給パイプ 315' の先端部 3151には、先端縁に向けて放熱用冷媒の供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部 3153が形成してある。また、図には明示していないが、放熱冷媒供給パイプ 31 の基端部には第 2ライン 34が接続してある。

[0076] 放熱冷媒移送パイプ 31 は、高温部 12の上方側において、図中右側の放熱補助力バー 3122に形成した貫通孔（図示せず)を貫通し、かつその先端部 3161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 31 は、放熱冷媒流路 R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及び放熱フィン部材 311と同一の材料 (例えば銅)から形成してある。放熱冷媒移送パイプ 31 の先端部 3161 は、基端側力も先端縁に向けて上縁部が漸次低くなる態様で傾斜している。つまり、放熱冷媒移送パイプ 31 の先端部 3161には、先端縁に向けて放熱用冷媒の流入面積が漸次大きくなる態様で切欠部 3163が形成してある。また、図には明示していないが、放熱冷媒移送パイプ 31 の基端部には第 1ライン 33が接続してある。

[0077] 従って、上記凝縮熱交換器によれば、冷却冷媒供給パイプ 21 の先端部 2151 に、先端縁に向けて冷却用冷媒の供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部 2153が形成してあり、かつ冷却冷媒移送パイプ 21 の先端部 2161に、先端縁に向けて冷却用冷媒の流入面積が漸次大きくなる態様で切欠部 2163が形成してあるので、冷却冷媒導入路 213の下流側（図 6中の左側）の冷却冷媒流路 Rに対してより積極的に冷却用冷媒を供給することができ、これにより、各冷却冷媒流路 Rに略均一に冷却用冷媒を通過させることができる。その結果、熱交換効率を向上させることができる

[0078] 上記放熱熱交翻 31によれば、放熱冷媒供給パイプ 31 の先端部 3151に、先端縁に向けて放熱用冷媒の供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部 3153が形成してあり、かつ放熱冷媒移送パイプ 31 の先端部 3161に、先端縁に向けて放熱用冷媒の流入面積が漸次大きくなる態様で切欠部 3163が形成してあるので、放熱冷媒導入路 313の下流側（図 6中の左側)の放熱冷媒流路 Rに対してより積極的に放熱用冷媒を供給することができ、これにより、各放熱冷媒流路 Rに略均一に放熱用冷媒を通過させることができる。その結果、熱交換効率を向上させることができる。

[0079] <実施例 3 >

図 8及び図 9は、それぞれ本発明の実施例 3である熱交換器 (凝縮熱交換器及び放熱熱交換器)の構成を拡大して示したものであり、図 8は、凝縮熱交換器の縦断面図であり、図 9は、放熱熱交換器の縦断面図である。尚、上述した実施例 1及び実施例 2と同様の構成を有するものには、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図 8及び図 9に示した凝縮熱交換器及び放熱熱交換器は、上述した実施例 1及び実施例 2と同様に冷却装置に適用されるものであるので、かかる冷却装置についての説明は割愛する。

[0080] 本実施例の凝縮熱交換器は、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、複数の冷却冷媒流路 R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 21 とを備えて構成してあり、冷却冷媒流路 Rは、図中の左側に向力つて、すなわち冷却冷媒導入路 213の上流側から下流側に向かって、流路幅が漸次大きくなる態様で形成してある。つまり、実施例 3の凝縮熱交換器は、実施例 2の凝縮熱交換器に対して、低温部 11に立設する冷却フィン部材 211の間隔を変更することにより、冷却冷媒流路 Rの流路幅が冷却冷媒導入路 213の上流側から下流側に向けて漸次大きくしてある。

[0081] そのように冷却冷媒流路 Rの流路幅を、冷却冷媒導入路 213の上流側から下流側に向力つて漸次大きくなる態様で形成することにより、冷却冷媒導入路 213の下流側 (図 8中の左側）の冷却冷媒流路 Rに対してより積極的に冷却用冷媒を供給することができ、これにより、各冷却冷媒流路 Rに略均一に冷却用冷媒を通過させることができる。その結果、熱交換効率を向上させることができる。

[0082] 本実施例の放熱熱交換器は、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、複数の放熱冷媒流路 R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 31 とを備えて構成してあり、放熱冷媒流路 Rは、図中の左側に向カゝつて、すなわち放熱冷媒導入路 313の上流側から下流側に向かって、流路幅が漸次大きくなる態様で形成してある。つまり、実施例 3の放熱熱交換器は、実施例 2の放熱熱交換器に対して、高温部 12に立設する放熱フィン部材 311の間隔を変更することにより、放熱冷媒流路 Rの流路幅が放熱冷媒導入路 313の上流側から下流側に向けて漸次大きくしてある。

[0083] そのように放熱冷媒流路 Rの流路幅を、放熱冷媒導入路 313の上流側から下流側に向力つて漸次大きくなる態様で形成することにより、放熱冷媒導入路 313の下流側 (図 9中の左側)の放熱冷媒流路 Rに対してより積極的に放熱用冷媒を供給することができ、これにより、各放熱冷媒流路 Rに略均一に放熱用冷媒を通過させることができる。その結果、熱交換効率を向上させることができる。

[0084] 以上、本発明の実施例 1〜3では熱交換器について説明した力本発明の熱交換器はこれらに限定されるものではなぐ種々の変更を行うことができる。例えば、図 10 に示すように、本発明の凝縮熱交換器 (熱交換器)は、冷却冷媒供給パイプ 215"及び冷却冷媒移送パイプ 216"の先端部が冷却冷媒導入路 213及び冷却冷媒導出路 214に挿通していなくても良い。このような構成は、冷却用冷媒の流速が小さい場合等に有用である。また、図 11に示すように、本発明の放熱熱交換器 (熱交換器)は、放熱冷媒供給パイプ 315"及び放熱冷媒移送パイプ 316"の先端部が放熱冷媒導入路 313及び放熱冷媒導出路 314に挿通していなくても良い。このような構成は、放熱用冷媒の流速が小さい場合等に有用である。

[0085] <実施例 4>

図 12は、本発明の実施例 4となる熱交換器の製造方法の一例について簡略的に示したものであり、上述した実施例 1に係る凝縮熱交換器の製造方法を一例として示している。尚、ここでは、凝縮熱交^^についての製造方法について説明するが、放熱熱交の製造方法についても同様である。また、上述した実施例 1と同様の構成を有するものには、同一の符号を付してその説明を省略する。

[0086] 本実施例における熱交換器の製造方法、すなわち凝縮熱交換器の製造方法は、冷却フィン形成部材 27、冷却冷媒供給パイプ 215、冷却冷媒移送パイプ 216及び冷却カバー部材 212を用いて凝縮熱交換器を製造するものである。

[0087] 冷却フィン形成部材 27は、例えばバーリング加工を施して略円環板状の形態を成し、内周径の大きさが低温部 11の外周径と略同一、若しくは僅かに小さいものである。この冷却フィン形成部材 27は、冷却フィン部 271と、圧接部 272とを備えて構成してある。冷却フィン部 271は、周方向に沿って延在するものである。また、冷却フィン部 271には、その上部、すなわち低温部 11の上方側となる所定個所に導入孔 21 la が形成してある一方、その下部、すなわち低温部 11の下方側となる所定個所に導出孔 21 lbが形成してある。圧接部 272は、冷却フィン部 271の内端縁から該冷却フィン部 271の延在方向と直交する方向に向けて僅かに延在するものであり、冷却フィン形成部材 27が低温部 11に配設されることにより該低温部 11の外周面と圧接状態となる部位である。

[0088] そのような複数の冷却フィン形成部材 27を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持する一方、それぞれの導入孔 211a及び導出孔 211bが同一直線上に配置された状態で、低温部 11が相対的に各冷却フィン形成部材 27の内部に圧入又はロウ付けされるようにして低温部 11の外周面に配設する。これにより、各冷却フィン形成部材 27の冷却フィン部 271は、低温部 11の外周面に、該低温部 11の外周方向に沿つて、かつ該低温部 11の軸方向に決められた間隔で配設されて上述した冷却フィン部材 211となる。また、各冷却フィン形成部材 27の導入孔 21 laは、低温部 11の上方側にお、て該低温部 11の軸方向に沿って配置されることになり、上述した冷却冷媒導入路 213が形成される。更に、各冷却フィン形成部材 27の導出孔 21 lbは、低温部 11の下方側にお!/、て該低温部 11の軸方向に沿って配置されることになり、上述した冷却冷媒導出路 214が形成される。

[0089] そして、形成された冷却冷媒導入路 213に冷却冷媒供給パイプ 215の先端部 215 1を挿通させて、該冷却冷媒供給パイプ 215を固定させる。実施例 1で述べたように、冷却冷媒供給パイプ 215の先端部 2151は、上半分が切除されて半円筒状の形態を成している。一方、形成された冷却冷媒導出路 214に冷却冷媒移送パイプ 216の先端部 2161を挿通させて、該冷却冷媒移送パイプ 216を固定させる。実施例 1で述ベたように、冷却冷媒移送パイプ 216の先端部 2161は、下半分が切除されて半円筒状の形態を成している。

[0090] 次いで、冷却カバー部材 212を構成する冷却カバー本体 2121を、冷却フィン形成部材 27が配設された低温部 11が相対的に冷却カバー本体 2121の内部に進入されるようにして、内周部分が冷却フィン形成部材のそれぞれの外周部分に接した状態で配設する。これにより、冷却フィン部 271間には、冷却冷媒流路 Rが構成される。そして、図には明示しないが、冷却カバー部材 212を構成する冷却補助カバー（2122 )を、内周部分が低温部 11の外周面の各端部に溶接させ、かつ外周部分が冷却力バー本体 2121の各端部の内周部分に溶接させる。これにより、各冷却補助カバーと、これに隣接する冷却フィン部 271との間には、冷却冷媒流路 Rが構成され、複数の冷却冷媒流路 Rが外周面に並設された凝縮熱交換器を製造することができる。

[0091] 以上説明したような凝縮熱交換器の製造方法によれば、複数の冷却フィン形成部材 27を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持した状態で、低温部 11が相対的に各冷却フィン形成部材 27の内部に圧入又はロウ付けされるようにして該低温部 11の外周面に配設し、冷却フィン形成部材 27を含む低温部 11の外周域を冷却カバ一部材 212で覆うことにより冷却冷媒流路 Rを形成したので、低温部 11の外周面に冷却冷媒流路 Rを容易に製造することができる。そして、低温部 11の外周面に冷却冷媒流路 Rを構成したので、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。従って、上記凝縮熱交^^によれば、スターリング冷凍機 10の低温部 11で発生した冷熱を良好に冷却用冷媒に伝達させることにより、熱交換効率を向上させることができる。

[0092] <実施例 5 >

図 13は、本発明の実施例 5となる熱交換器 (凝縮熱交換器)の製造方法の一例について簡略的に示したものである。尚、ここでは、凝縮熱交^^についての製造方法について説明するが、放熱熱交^^の製造方法についても同様である。また、上述した実施例 1〜4と同様の構成を有するものには、同一の符号を付してその説明を省略する。

[0093] 本実施例における熱交換器の製造方法、すなわち凝縮熱交換器の製造方法は、フィンベースリング 50、冷却フィン形成部材 28、冷却冷媒供給パイプ 215、冷却冷媒移送パイプ 216および冷却カバー部材 212aを用いて凝縮熱交換器を製造するものである。

[0094] フィンベースリング 50は、低温部 11と同じ材料 (例えば銅)から形成された円筒状のものであり、内周径の大きさが低温部 11の外周径と略同一、若しくは僅かに小さいものである。

[0095] 冷却フィン形成部材 28は、例えばバーリング加工を施して略円環板状の形態を成し、内周径の大きさがフィンベースリング 50の外周径と略同一、若しくは僅かに小さいものである。この冷却フィン形成部材 28は、冷却フィン部 281と、圧接部 282とを備えて構成してある。冷却フィン部 281は、周方向に沿って延在するものである。また、冷却フィン部 281には、その上部、すなわちフィンベースリング 50 (低温部 11)の上方側となる所定個所に導入孔 21 laが形成してある一方、その下部、すなわちフィンベースリング 50 (低温部 11)の下方側となる所定個所に導出孔 21 lbが形成してある。圧接部 282は、冷却フィン部 281の内端縁から該冷却フィン部 281の延在方向と直交する方向に向けて僅かに延在するものであり、冷却フィン形成部材 28がフィンべースリング 50に配設されることにより該低温部 11の外周面と圧接状態となる部位である。

[0096] そのような複数の冷却フィン形成部材 28を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持する一方、それぞれの導入孔 211a及び導出孔 211bが同一直線上に配置された状態で、フィンベースリング 50が相対的に各冷却フィン形成部材 28の内部に圧入又はロウ付けされるようにしてフィンベースリング 50の外周面に配設する。これにより、各冷却フィン形成部材 28の冷却フィン部 281は、フィンベースリング 50の外周面に、該フィンベースリング 50の外周方向に沿って、かつ該フィンベースリング 50の軸方向に決められた間隔で配設される。また、各冷却フィン形成部材 28の導入孔 21 laは、フィンベースリング 50の上方側において該フィンベースリング 50の軸方向に沿って配置されることになり、上述した冷却冷媒導入路 213が形成される。更に、各冷却フィン形成部材 28の導出孔 21 lbは、フィンベースリング 50の下方側において該フィンベースリング 50の軸方向に沿って配置されることになり、上述した冷却冷媒導出路 2 14が形成される。

[0097] そして、形成された冷却冷媒導入路 213に冷却冷媒供給パイプ 215の先端部 215 1を挿通させて、該冷却冷媒供給パイプ 215を固定させる。冷却冷媒供給パイプ 21 5の先端部 2151は、上半分が切除されて半円筒状の形態を成している。一方、形成された冷却冷媒導出路 214に冷却冷媒移送パイプ 216の先端部 2161を挿通させて、該冷却冷媒移送パイプ 216を固定させる。冷却冷媒移送パイプ 216の先端部 216 1は、下半分が切除されて半円筒状の形態を成している。

[0098] 次いで、冷却カバー部材 212aを構成する冷却カバー本体 2121aを、冷却フィン形成部材 28が配設されたフィンベースリング 50が相対的に冷却カバー本体 2121aの内部に進入されるようにして、内周部分が冷却フィン形成部材 28のそれぞれの外周部分に接した状態で配設する。これにより、冷却フィン部 281間には、冷却冷媒流路が構成される。そして、図には明示しないが、冷却カバー部材 212aを構成する冷却補助カバーを、内周部分がフィンベースリング 50の外周面の各端部に溶接させ、かつ外周部分が冷却カバー本体 2121aの各端部の内周部分に溶接させる。これにより、各冷却補助カバーと、これに隣接する冷却フィン部 281との間には、冷却冷媒流路が構成される。

[0099] その後、フィンベースリング 50を加熱して内周径を拡径させ、低温部 11が相対的にフィンベースリング 50の内部に進入されるようにして低温部 11の外周面に配設し、その後フィンベースリング 50を冷却することにより、該フィンベースリング 50を低温部 11 に固定させ、凝縮熱交翻21を製造する。ここでは、フィンベースリング 50を低温部 11に固定させる手法として、低温部が相対的にフィンベースリングの内部に圧入されるようにしてフィンベースリングを低温部の外周面に固定させる、わゆる締まりばめの一種である、フィンベースリング 50をー且加熱した後に冷却するいわゆる焼ばめを用いて行った力本発明では、力かる焼ばめ以外の締まりばめ、例えば、冷やしばめ等を用いて行っても構わない。

[0100] 以上説明したような凝縮熱交換器の製造方法によれば、外周面に冷却冷媒流路が形成されたフィンベースリング 50を低温部 11に固定させたことにより、冷却冷媒流路を通過する冷却用冷媒と、低温部 11との間の面圧増大、均一接触が可能になり、熱抵抗の低減ィ匕を図ることができる。従って、熱交換効率を向上させることができる。産業上の利用可能性

[0101] 以上のように、本発明に係る熱交換器及びその製造方法は、例えばスターリング冷凍機等の冷凍機器に適用され、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。

Claims

請求の範囲

[1] 熱発生端部より熱を発生する冷凍機器に適用され、発生した熱を冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交^^において、

前記熱発生端部の表面に複数の伝熱フィン部材を立設し、かつこれら伝熱フィン部材を含む前記熱発生端部の表面域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を構成し、該流路を通過する冷媒に前記熱を伝達させることを特徴とする熱交換器。

[2] 前記熱発生端部は円筒状の形態を成し、熱発生端部の外周面に、該熱発生端部の外周方向に沿って、かつ該熱発生端部の軸方向に並ぶ態様で複数の伝熱フィン部材を立設し、これら伝熱フィン部材を含む熱発生端部の外周域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を並設したことを特徴とする請求項 1に記載の熱交換器。

[3] 前記伝熱フィン部材は、前記熱発生端部と同一の材料で形成したことを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の熱交換器。

[4] 前記冷凍機器はスターリング冷凍機であり、冷熱を発生する円筒状の低温部の外周面に、該低温部の外周方向に沿って、かつ該低温部の軸方向に並ぶ態様で複数の伝熱フィン部材を立設し、これら伝熱フィン部材を含む低温部の外周域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を並設し、該流路を通過する冷媒に前記冷熱を伝達させることを特徴とする請求項 1に記載の熱交換器。

[5] 前記低温部の上方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該低温部の軸方向に沿って導入孔を形成することにより構成され、かつ各流路に冷媒を導くための冷媒導入路と、

前記低温部の下方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該低温部の軸方向に沿って導出孔を形成することにより構成され、かつ各流路を通過した冷媒を外部に導くための冷媒導出路と、

前記カバー部材の一端面を貫通する態様で配設され、前記冷媒導入路を通じて冷媒を供給する冷媒供給パイプと、

前記カバー部材の一端面を貫通する態様で配設され、前記冷媒導出路を通過した冷媒を他の部位に移送させる冷媒移送パイプと

を備えたことを特徴とする請求項 4に記載の熱交^^。

[6] 前記冷媒供給パイプは、先端部が、前記冷媒導入路に揷通した態様で配設してあり、前記冷媒移送パイプは、先端部が前記冷媒導出路に揷通した態様で配設したことを特徴とする請求項 5に記載の熱交^^。

[7] 前記冷媒供給パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を供給するための供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする請求項 6に記載の熱交換器。

[8] 前記冷媒移送パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を進入させるための進入面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする請求項 6に記載の熱交換器。

[9] 前記流路は、前記冷媒導入路の上流側から下流側に向かって流路幅が漸次大きくなる態様で形成されたことを特徴とする請求項 5に記載の熱交換器。

[10] 前記伝熱フィン部材は、前記低温部と同一の材料で形成されたことを特徴とする請求項 4に記載の熱交換器。

[11] 前記冷凍機器はスターリング冷凍機であり、高温排熱を発生する円筒状の高温部の外周面に、該高温部の外周方向に沿って、かつ該高温部の軸方向に並ぶ態様で複数の伝熱フィン部材を立設し、これら伝熱フィン部材を含む前記高温部の外周域をカバー部材で覆うことにより前記冷媒が通過するための流路を並設し、該流路を通過する冷媒に前記高温排熱を伝達させることを特徴とする請求項 1に記載の熱交換

[12] 前記高温部の下方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該高温部の軸方向に沿って導入孔を形成することにより構成され、かつ各流路に冷媒を導くための冷媒導入路と、

前記高温部の上方側における伝熱フィン部材のそれぞれに該高温部の軸方向に沿って導出孔を形成することにより構成され、かつ各流路を通過した冷媒を外部に導くための冷媒導出路と、

を備えたことを特徴とする請求項 11に記載の熱交^^。

[13] 前記冷媒供給パイプは、先端部が、前記冷媒導入路に揷通した態様で配設してあり、前記冷媒移送パイプは、先端部が前記冷媒導出路に揷通した態様で配設したことを特徴とする請求項 12に記載の熱交^^。

[14] 前記冷媒供給パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を供給するための供給面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする請求項 13に記載の熱交換器。

[15] 前記冷媒移送パイプの先端部には、先端縁に向けて前記冷媒を進入させるための進入面積が漸次大きくなる態様で切欠部が形成されたことを特徴とする請求項 13に記載の熱交換器。

[16] 前記流路は、前記冷媒導入路の上流側から下流側に向かって流路幅が漸次大きくなる態様で形成されたことを特徴とする請求項 12に記載の熱交換器。

[17] 前記伝熱フィン部材は、前記高温部と同一の材料で形成されたことを特徴とする請求項 11に記載の熱交換器。

[18] 前記冷媒は、二酸ィ匕炭素であることを特徴とする請求項 1〜17のいずれか一つに記載の熱交換器。

[19] 円筒状の熱発生端部より熱を発生する冷凍機器に適用され、発生した熱を冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交^^の製造方法において、

複数の円環板状の伝熱フィン形成部材を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持した状態で、熱発生端部が相対的に各伝熱フィン形成部材の内部に圧入又はロウ付けされるようにして該熱発生端部の外周面に配設し、

前記伝熱フィン形成部材を含む熱発生端部の外周域をカバー部材で覆うことにより、前記熱発生端部の外周面に前記冷媒が通過するための流路を該熱発生端部の外周方向に沿って形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。

[20] 円筒状の熱発生端部より熱を発生する冷凍機器に適用され、発生した熱を冷媒に伝達させることにより熱交換を行う熱交^^の製造方法において、

複数の円環板状の伝熱フィン部材を、互いの間隔を予め決められた大きさに保持した状態で、円筒状のベース部材が相対的に各伝熱フィン形成部材の内部に圧入又はロウ付けされるようにして該ベース部材の外周面に配設し、

前記伝熱フィン形成部材を含むベース部材の外周域をカバー部材で覆うことにより

、前記ベース部材の外周面に前記冷媒が通過するための流路を該ベース部材の外周方向に沿って形成し、

前記流路が形成されたベース部材を、前記熱発生端部が相対的にベース部材の内部に圧入されるようにして該熱発生端部の外周面に配設したことを特徴とする熱交換器の製造方法。

[21] 前記冷凍機器は、スターリング冷凍機であり、前記熱発生端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 19又は請求項 20に記載の熱交^^の製造方法。

[22] 前記冷凍機器は、スターリング冷凍機であり、前記熱発生端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 19又は請求項 20に記載の熱交^^の製造方法。