JP2017015304A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器のフィンに、渦発生体などの流れに乱れを発生させるための特別な構造体の形成を必要とせずに、熱交換性能を向上できる熱交換装置を提供する。【解決手段】主流１１となる気体が流れる流路１２と、流路１２内に設置され、複数の板状のフィンで挟まれた熱交換路を有する熱交換器１０と、フィン１３が延在する方向端部に設けられ、主流１１の流れ方向と異なる方向に向けられたノズル部１４とを備え、ノズル部１４は、熱交換路を流れる主流１１に対して気体を吹き出し、または、当該主流から気体を吸引し、副流１５を生じさせる。【選択図】図１

Description

この発明は、特にダクト内設置型や床置型の空調の室内機に適した熱交換装置に関するものである。

空調の熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管とフィンからなる、フィンチューブ型、あるいは、クロスフィン型と呼ばれるものが一般的に使用されている。
このような熱交換器において、空気側の熱交換では、空気流速が低く、フィン間隔も狭いため、低レイノルズ数の領域になり、原理的に熱交換効率が非常に悪い。つまり、フィン間のような平行平板間や管路内における層流状態の流れでは、空気分子はフィンの壁面に平行方向のみに互いに流線が交わることなく流れるため、熱は、フィンの壁面と直交する方向の温度勾配に比例する熱伝導のみにより壁面から内部の空気へ伝わり、流れにより下流へ輸送される。よって、乱流の場合のように、流れの乱れによるフィンの壁面から内部への効率のよい熱輸送は発生しない。さらに、壁面で囲まれた狭い流路内を流れる流速の低い空気の流れ、つまり、低レイノルズ数の流れは、流路に流入すると空気の粘性で壁面との間に発生するせん断応力により、速度境界層、すなわち、流速の遅い領域が発達してすぐに飽和した層流境界層で流路内が覆われ、そのなだらかな流速勾配に対応して、なだらかな温度勾配を持つ温度境界層で流路内が覆われる。そのため、壁面から内部の空気への熱伝導による熱輸送の効率は低いものとなる。

そこで、フィンに多数のスリットやルーバを形成して前縁効果を利用したり、伝熱管を細径化してフィン間隔の縮小・枚数増加による伝熱部の表面積拡大を図ったりする方法で効率を上げてきた。
しかし、生産性やゴミ詰まり、蒸発器として機能するときの凝結水などの問題で、これ以上の大きな改善は困難になっている。

そこで、前縁効果や表面積拡大ではなく、空気の流れの乱れを利用した熱交換効率向上も検討されており、例えば、特許文献１には、フィンに渦発生体を形成し、この渦発生体から発生する渦で気流を乱すことにより伝熱促進を行う熱交換器が開示されている。

特開２００１−２２７８９０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような技術では、フィンに渦発生体を形成する必要があるため、専用の製造装置と製造工程が必要となるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱交換器のフィンに、渦発生体などの流れに乱れを発生させるための特別な構造体の形成を必要とせずに、熱交換性能を向上できる熱交換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る熱交換装置は、主流となる気体が流れる流路と、流路内に設置され、複数の板状のフィンで挟まれた熱交換路を有する熱交換器と、フィンが延在する方向端部に設けられ、主流の流れ方向と異なる方向に向けられたノズル部とを備え、ノズル部は、熱交換路を流れる主流に対して気体を吹き出し、または、当該主流から気体を吸引し、副流を生じさせることを特徴とするものである。

この発明に係る熱交換装置によれば、熱交換器のフィンに、渦発生体などの流れに乱れを発生させるための特別な構造体の形成を必要とせずに、熱交換性能を向上できる。

この発明の実施の形態１に係る熱交換装置の構成を説明する図であり、図１（ａ）は熱交換装置を正面から見た図であり、図１（ｂ）は熱交換装置を上面から見た上面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態２に係る熱交換装置の構成を説明する図であり、正面図（図１（ａ））のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態３において、ノズル部の断面形状を説明する図である。 この発明の実施の形態３において、ノズル部の形状と構成を説明する図であり、図４Ａ（ａ）は、円形の孔をフィン間の中央に配置した多孔状のノズル部を設けた熱交換装置を上面から見た上面図および要部拡大図であり、図４Ａ（ｂ）は、円形の孔をフィンと重なる位置に配置した多孔状のノズル部の要部拡大図である。 この発明の実施の形態３において、ノズル部の形状と構成を説明する図であり、図４Ａ（ａ）と同様の要部拡大図であって、図４Ｂ（ｃ）は矩形の孔をフィン間の中央に配置し、図４Ｂ（ｄ）は矩形の孔をフィン間でフィン側に寄せて配置し、図４Ｂ（ｅ）および図４Ｂ（ｆ）は、矩形の孔をフィンと重なる位置に配置した多孔状のノズル部の要部拡大図である。 この発明の実施の形態３において、ノズル部の配置・構成を説明する図である。 この発明の実施の形態３において、ノズル部の配置を説明する図である。 この発明の実施の形態４に係る熱交換装置の構成を説明する、熱交換装置の断面図である。 この発明の実施の形態５に係る熱交換装置の構成を説明する、熱交換装置の断面図である。 この発明の実施の形態６に係る熱交換装置の構成を説明する図であり、図９（ａ）は熱交換装置を正面から見た図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態７に係る熱交換装置の構成を説明する、熱交換装置の断面図である。 実施の形態７において、振動流の発生について説明する図である。 実施の形態７において、振動流の発生について説明する図である。 実施の形態７において、振動流の発生について説明する図である。 この発明の熱交換装置を、複数の多孔扁平伝熱管とそれらの両端に連通接続されるヘッダからなるマルチフロー型に適用した例を説明する図である。

まず、この発明の原理について説明する。
本出願の発明者は、従来技術であるフィンに渦発生体を形成した伝熱促進について、不必要な制約があることに着眼した。すなわち、空調機内をある一定の流量に制御されて熱交換器へ流入する気体（空気）の流れが、熱交換器内で増えたり減ったりしない、つまり、熱交換器へ入る流量と出る流量が一致するようにしていることであり、この制約下において、熱交換対象の気体の流れ自体の力で気流を乱そうとするため、フィンに渦発生体のような専用の製造装置・製造工程を必要とする構成が採用されている。しかし、通常の空調において、熱交換対象の気体の流量は、厳密に規定されたものである必要はなく、ある範囲内に入っていればよい。本発明の発明者はこの点に着眼し、熱交換器の所定の位置にノズル部を形成して副流を与えることにより、流れの撹拌や速度境界層・温度境界層を薄くする効果などによって熱交換性能を向上できることに想到した。このように構成することにより、フィンに渦発生体のような特別な構造体を形成することなく、従来の一般的な熱交換器においても、熱交換性能を向上できる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る熱交換装置１の構成を説明する図であり、図１（ａ）は熱交換装置１を正面から見た図であり、図１（ｂ）は熱交換装置１を上面から見た上面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
なお、この実施の形態１では、熱交換装置１は、例えば、空調のダクト内設置型の室内機を想定している。
熱交換装置１は、ダクトの上流から気体、すなわち、空気を吸い込んで、熱交換を行い、当該熱交換を行った空気を当該ダクトの下流へ排出する。

図１に示すように、熱交換装置１は、上流側から下流側、すなわち、正面から背面へ、主流１１となる気体、すなわち、空気が流れる流路１２を有する。
また、熱交換装置１は、流路１２内に、流路１２を流れる主流１１が通過する複数の板状のフィン１３で挟まれた熱交換路を有し、当該熱交換路を流れる主流１１との間で熱交換を行う熱交換器１０を備える。

熱交換器１０の、フィン１３が延在する方向端部には、流路１２を形成する壁部２３を貫通させて、主流１１の流れ方向と異なる方向に向けられたスリット状のノズル部１４が設けられる。
ここでは、図１に示すように、ノズル部１４は、熱交換器１０を流れる主流１１の流れ方向とは略直交する方向に設けられる。
ノズル部１４からは、熱交換路を流れる主流１１に対して、主流１１の流れ方向と異なる方向に、気体、すなわち、空気を吹出し、または、吸引することで、熱交換路内の主流１１に、副流１５となる空気の流れが加えられる（図１（ｃ）参照）。
なお、ノズル部１４は、フィン１３が延在する方向の両端部において、熱交換路における主流１１の流れ方向の中間部分に設けられる。

主流１１は、熱交換路の入り口から出口に向かうにつれて速度・温度境界層が厚くなり、伝熱効率が低下するため、熱交換路における主流１１の流れ方向の中間部分に副流１５を与えることにより、熱交換性能を回復することができる。なお、熱交換路の入り口部は、前縁効果により速度・温度境界層が薄く、元々熱交換性能がよいので、この部分に副流１５を与える効果は少ない。また、熱交換路の出口部付近に副流１５を与えても、すぐに熱交換路から流れ出てしまうので効果が少ない。したがって、ノズル部１４は、熱交換路における主流１１の流れ方向の入り口部から少し離れた中間部分に設けるようにすることが好ましい。ただし、副流１５で積極的に縦渦などの渦を与える場合は、渦の効果が比較的長い距離にわたって下流へ持続するため、熱交換路の入り口部に近いところから副流１５を与えた方が効率的である。縦渦とは、渦の回転軸線が主流１１の流れ方向と略平行である渦のことである。なお、ノズル部１４は、スリット形状などで副流１５の流路を絞って噴流にすることにより、少ない流量で副流１５の流速を速くすることができる。
また、フィン１３が延在する方向の両端部にノズル部１４を設けることで、熱交換器１０全体により効率よく副流１５を与えることができる。
なお、この実施の形態では、図１に示すように、ノズル部１４は、フィン１３が延在する方向の両端部に設けられるようにしたが、これに限らず、ノズル部１４は、フィン１３が延在する方向のいずれかの端部のみ、すなわち、片側に設けられるようにしてもよい。

平板状のフィン１３で挟まれた熱交換路内の空気の流れは、上述のとおり、熱交換路の入り口部では前縁効果により速度・温度境界層は非常に薄いため熱伝達性能はよいが、熱交換路を流れるにつれて急激に速度・温度境界層が発達し、熱伝達性能が激減する。また、熱交換路の入り口部では、気体とフィン１３の温度差が大きいが、熱交換路を流れる過程で熱交換が行われるため温度差も小さくなっていき、さらに熱交換効率が低下する。
したがって、図１で説明したように、熱交換路の途中に形成されたノズル部１４から、主流１１に対して主流１１の流れ方向と異なる方向に気体を吹き出し、または、吸引して、熱交換路内の主流１１に副流１５を与え、主流１１と副流１５のぶつかり合いによる混合時のせん断力により流れの乱れを発生させることで、流れの撹拌や速度・温度境界層を薄くする効果などによって、熱交換性能を向上できる。
つまり、フィン１３の壁面と直交する方向の流れ成分や渦などの乱流の要素が加わることで、流れの乱れによる壁面から内部への熱輸送による効果的な伝熱促進が可能になり、また、粘性力に対する慣性力の影響が大きくなり、フィン１３の壁面近傍の空気分子の壁面に直交する方向の運動量も増えるので、フィン１３の壁面の流速勾配が大きくなり、温度勾配も大きくなって、熱伝導量を増加させることができる。

なお、この実施の形態１において、主流１１よりも副流１５の流速の方が速いものとする。すなわち、上流側から下流側へ流れる空気の流れよりも、ノズル部１４から吹出し、または、吸引される空気の流れの方が速いものとする。
このように、副流１５の流速を主流１１の流速よりも高速にすることにより、熱交換路内に形成される副流１５自体の速度・温度境界層も薄くすることができる。また、副流１５の流速をさらに高くして、副流１５のレイノルズ数（Ｒｅ数）が、層流から乱流に遷移する臨界Ｒｅ数を超えるようにすることにより、ノズル部１４からある距離を助走した後、副流１５自体で乱流を発生することもできる。

なお、この実施の形態１においては、熱交換器１０は、図示していない何らかの熱源が接続された板状のフィン１３で構成された、伝熱管を備えないものとしたが、これに限らず、熱交換器１０が板状のフィン１３と伝熱管とを備えるフィンチューブ型の熱交換器１０としてもよい。
熱交換器１０をフィンチューブ型とした場合、伝熱管の主流の後流側の流れのよどむ部分の流れも改善され、熱交換性能が向上する。

以上のように、実施の形態１によると、フィン１３に、渦発生体などの流れに乱れを発生させるための特別な構造体の形成を必要とせずに、熱交換性能を向上できる。
また、ノズル部１４からの副流１５によって、主流１１の流れる方向に角度がつくことにより、熱交換路を流れる空気の経路が長くなり、熱交換時間、すなわち、フィン１３との接触時間が長くなるため、熱交換性能がより向上する。なお、主流１１の流速に応じて熱交換器１０の通風抵抗と熱交換のバランスが最適になるように副流１５の流速を可変制御するようにすることもできる。

実施の形態２．
フィン１３に、渦発生体などの流れに乱れを発生させるための特別な構造体の形成を必要とせずに、熱交換性能を向上させる実施の形態については、実施の形態１で説明したとおりであるが、ノズル部１４は、実施の形態１で説明したように、熱交換器１０の、熱交換路を流れる主流１１の流れ方向と略直交する方向に設けられるものに限らない。
熱交換器１０のフィン１３の間隔や主流１１の速度によっては、ノズル部１４から、主流１１に対して副流１５を吹き出し、または、吸引する角度を変更、つまり、最適角度に調整することで、熱交換性能をより向上させることができる。
この実施の形態２では、実施の形態１の熱交換装置１において、ノズル部１４から吹き出し、または、吸引する副流１５の角度を変更した実施の形態について説明する。

図２は、この発明の実施の形態２に係る熱交換装置１の構成を説明する図である。
なお、この実施の形態２の熱交換装置１の正面図と上面図は実施の形態１で図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明したものと同様であるため、重複した説明を省略し、この実施の形態２の熱交換装置１の正面図（図１（ａ））のＡ−Ａ断面図を、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。

図２に示すように、ノズル部１４は、主流１１の流れ方向に対して、副流１５の流れ方向が直交する方向＋４５°〜−４５°程度の方向の範囲となるように設けられてもよい。
副流１５の流れ方向が直交から上流側に対向させると、主流との衝突が激しくなり通風抵抗（圧損）が高くなるが、乱れを発生させる効果および速度・温度境界層の発達を抑制する効果も高くなる。逆に、副流１５の流れ方向が直交から下流側に向けると、乱れを発生させる効果および速度・温度境界層の発達を抑制する効果は低くなるが、通風抵抗（圧損）は低くなるので、熱交換性能の向上と通風抵抗（圧損）のバランスを考慮して選択する。なお、この角度をあまり大きくすると、副流１５が熱交換路内のフィン１３が延在する方向に侵入する距離、つまり、主流１１に作用する範囲が狭くなるので好ましくない。したがって、直交±４５°程度は、熱交換性能を向上させるための、副流１５のより好ましい角度範囲である。

以上のように、実施の形態２によると、副流１５が主流１１に対して直交±４５°の範囲となるようノズル部１４を設けたことで、熱交換性能をより向上させることができる。

実施の形態３．
また、ノズル部１４の形状については、実施の形態１においては、図１に示されたように、ノズル部１４のスリットの幅が、流路１２を形成する壁部２３の外側から内側まで等しくしていたが、ノズル部１４の形状は、これに限らない。

例えば、図３に示すように、ノズル部１４のスリットの断面形状を、流路１２を形成する壁部２３の外側から内側に向かうに従って、直線的（左図）あるいは曲線的（右図）に狭くなるようにしてもよい。
このようなスリット形状のノズル部１４で副流１５の流路を絞って噴流にすることにより、少ない圧損で効率よく副流１５を加速することができる。

また、例えば、図４Ａ（ａ），（ｂ）、図４Ｂ（ｃ）〜（ｆ）に示すように、ノズル部１４をスリット形状ではなく多孔状としてもよい。なお、図４Ａ（ａ）は、多孔状のノズル部１４を設けた熱交換装置１を上面から見た上面図および要部拡大図であり、図４Ａ（ｂ）、図４Ｂ（ｃ）〜（ｆ）は、他の構成例についての図４Ａ（ａ）と同様の要部拡大図のみを示す。熱交換装置１の正面図、および、断面図については、実施の形態１で図１（ａ），（ｃ）に示したものと同様であるため重複した説明を省略する。図４Ａ（ａ）は円形の孔をフィン１３間の中央に配置したものであり、図４Ａ（ｂ）は円形の孔をフィン１３と重なる位置に配置したものである。図４Ｂ（ｃ）は矩形の孔をフィン１３間の中央に配置したものであり、図４Ｂ（ｄ）は矩形の孔をフィン１３間でフィン１３側に寄せて配置したものである。図４Ｂ（ｅ）および図４Ｂ（ｆ）は、矩形の孔をフィン１３と重なる位置に配置したものである。上述した孔の配列は、図４Ｂ（ｅ）のように一直線上に並べたり、図４Ｂ（ｆ）のように互い違いに並べたりしてもよく、配列数や配列間隔も設計条件に合わせて選択できる。なお、多孔状のノズル部１４の断面形状も上述した図３と同様に、流路１２を形成する壁部２３の外側から内側に向かうに従って、直線的あるいは曲線的に狭くなるようにしてもよい。また、ノズル部１４の向きは、主流１１の流れる方向と略直交する方向やフィン１３と平行な方向に限られるものではなく、主流１１の流れと直交する方向やフィン１３の面に対して少し角度を持たせてもよい。このように、上述したようなノズル部１４の構成にすることにより、副流１５が熱交換路内の主流１１と混合しやすくなるとともに、熱交換路内の主流１１に縦渦などの乱れ成分がより発生しやすくなり、熱交換性能をさらに向上させることができる。

また、例えば、図５に示すように、ノズル部１４を、主流１１の流れ方向に間隔をあけて複数設けるようにしてもよい。なお、図５（ａ）は熱交換装置１を正面から見た図であり、図５（ｂ）は熱交換器装置を上面から見た上面図であり、図５（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

また、例えば、図６に示すように、板状のフィン１３と伝熱管１６とを備えるフィンチューブ型の熱交換器１０において、ノズル部１４を、伝熱管１６がある部分を避けて、伝熱管１６と伝熱管１６の間に、すなわち、フィン１３の鉛直方向に対して伝熱管１６と重ならない位置に、配置するようにしてもよい。このように配置することにより、副流１５が伝熱管１６に妨げられないため、熱交換路内の深い部分にまで侵入することができ、主流１１に作用する範囲が大きくなるので好ましい。
なお、図６（ａ）は熱交換装置１を正面から見た図であり、図６（ｂ）は熱交換装置１を上面から見た上面図であり、図６（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図６では、ノズル部１４を主流１１の流れ方向に対して直交方向に設ける例を示しているが、ノズル部１４が主流の流れ方向に対して直交方向ではない方向に設ける場合は、できるだけ伝熱管１６で副流１５が妨げられないように、ノズル部１４の角度と位置を考慮して配置するようにする。

以上のように、実施の形態３によると、熱交換器１０内の広範囲に、より効率よく副流１５を与えることができる。

次に、実施の形態１〜３で説明した熱交換装置１のノズル部１４に副流１５を発生させる具体的な構成例について説明する。
実施の形態４．
図７（ａ）および図７（ｂ）は、この発明の実施の形態４に係る熱交換装置１の構成を説明する、熱交換装置１の断面図である。なお、この実施の形態４の熱交換装置１の正面図、および、上面図は、説明の簡単のため省略している。
また、この実施の形態４の熱交換器１０は、板状のフィン１３と伝熱管１６とを備えるフィンチューブ型の熱交換器１０としている。

図７（ａ）に示す熱交換装置１は、熱交換路よりも上流の流路１２から分岐してノズル部１４と連通するバイパス路１７を備え、主流１１の流れの力により、上流側の主流１１の一部をノズル部１４から熱交換器１０に副流１５として吹き出す。一方、図７（ｂ）に示す熱交換装置１は、熱交換路よりも上流の流路１２とノズル部１４とを連通するバイパス路１７を備え、バイパス路１７に設けた送風手段であるファン１８により、上流側の主流１１の一部をノズル部１４から熱交換器１０に副流１５として吹き出す。
なお、バイパス路１７は、上流の流路１２とノズル部１４とを連通させて、必要な流量を流すことができれば、その形状は問わない。必要な流量をできるだけ低圧損で流すことが望ましいが、そのためのサイズ・形状等は、周知の一般的なダクトや配管の場合と同様である。

主流１１の温度は、熱交換路の入り口から出口に向かうにつれてフィン温度との差が小さくなり、伝熱効率が低下するため、熱交換路の中間部分に上流側の温度差の大きいフレッシュな空気を注入することにより、実施の形態１〜３で説明した副流１５の効果に加えて、さらに伝熱効率が向上する。なお、状況によっては、バイパス路１７は必ずしも流路１２と連通していなくてもよく、熱交換器１０の周囲の空気をそのままノズル部１４に導入してもよい。

以上のように、この実施の形態４によると、熱交換路の中間部分に上流側の温度差の大きいフレッシュな空気を注入することで、さらに伝熱効率が向上する。

実施の形態５．
実施の形態４では、熱交換路の中間部分に上流側のフレッシュな空気を注入するものとしたが、これに限らず、熱交換路の中間部分に下流側の空気を注入するようにしてもよい。

図８は、この発明の実施の形態５に係る熱交換装置１の構成を説明する、熱交換装置１の断面図である。なお、この実施の形態５の熱交換装置１の正面図、および、上面図は、説明の簡単のため省略している。
また、この実施の形態５の熱交換器１０は、板状のフィン１３と伝熱管１６とを備えるフィンチューブ型の熱交換器１０としている。

図８に示すように、熱交換装置１は、熱交換路よりも下流の流路１２とノズル部１４とを連通する循環路１９を備え、循環路１９に設けた送風手段であるファン１８により、下流側の主流１１の一部をノズル部１４から熱交換器１０に副流１５として吹き出す。
なお、循環路１９は、下流の流路１２とノズル部１４とを連通させて、必要な流量を流すことができれば、その形状は問わない。必要な流量をできるだけ低圧損で流すことが望ましいが、そのためのサイズ・形状等は、周知の一般的なダクトや配管の場合と同様である。

主流１１の速度が速いときなど、熱交換路から放出された空気温度とフィン温度の差が大きい場合は、下流側の空気を熱交換路に再注入することにより、熱交換路から放出される空気温度とフィン温度の差を小さくすることができ、実施の形態１〜３で説明した副流１５の効果に加えて、熱交換器１０からの排気温度を改善でき、空調の効率や快適性を向上できる。特に、暖房時に多くの熱量を急速に供給するため主流１１の流速を高くした場合は、主流１１が熱交換路を通過する時間が短くなり、すなわち、熱交換時間が短くなるため、十分な熱交換が行われず、排気温度とフィン温度の差が大きくなる。つまり、排気温度が低くなる。よって、一般的に体温よりも低い強い風を居住者に吹き付けることになり、寒さを感じて不快な状態をもたらすことになるが、実施の形態５に記載の熱交換装置においては、熱交換器１０からの排気温度を改善、すなわち高くでき、空調の快適性および効率を向上できる。

以上のように、この実施の形態５によると、熱交換路の中間部分に下流側の熱交換が不十分な空気を注入することで、熱交換器１０からの排気温度を改善でき、空調の効率や快適性を向上できる。

実施の形態６．
実施の形態１〜５では、流路１２を形成する壁部２３の上面および底面を貫通させて設けられた上下のノズル部１４を介して、熱交換器１０の外側から内側へ副流１５を加えるようにしていたが、副流１５の向きはこれに限らない。
この実施の形態６では、流路１２を形成する壁部２３の上面と底面に設けたノズル部１４、すなわち、フィン１３が延在する方向の両端部のノズル部１４のうち、一方で副流１５を吹き出し、他方で副流１５を吸い込む実施の形態について説明する。

図９は、この発明の実施の形態６に係る熱交換装置１の構成を説明する図であり、図９（ａ）は熱交換装置１を正面から見た図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、この実施の形態６の熱交換装置１の上面図は、説明の簡単のため省略している。
また、この実施の形態５の熱交換器１０は、板状のフィン１３と伝熱管１６とを備えるフィンチューブ型の熱交換器１０としている。

熱交換装置１は、フィン１３が延在する方向の両端部のノズル部１４を熱交換器１０の外側で連通する循環路２０を備え、循環路２０に設けた送風手段であるファン１８により、一方のノズル部１４によって副流１５を循環路２０から熱交換器１０内部に吹き出し、他方のノズル部１４によって副流１５を熱交換器１０内部から循環路２０へ吸い込んで、循環路２０を通して副流１５を循環させる。
なお、循環路２０は、一方のノズル部１４から吹き出され、他方のノズル部１４から吸い込まれた副流１５を必要な流量循環させることができれば、その形状は問わない。必要な流量をできるだけ低圧損で流すことが望ましいが、そのためのサイズ・形状等は、周知の一般的なダクトや配管の場合と同様である。
また、図９では、流路１２を形成する壁部２３の上面に設けられたノズル部１４が循環路２０から熱交換器１０内部に副流１５を吹き出し、流路１２を形成する壁部２３の底面に設けられたノズル部１４が熱交換器１０内部から循環路２０へ副流１５を吸い込むようにしたが、これに限らず、流路１２を形成する壁部２３の上面に設けられたノズル部１４が副流１５を吸い込み、流路１２を形成する壁部２３の底面に設けられたノズル部１４が副流１５を吹き出すようにしてもよい。また、ノズル部１４の幅や開口面積は、吹き出し側と吸い込み側で同じにする必要はなく、例えば、吸い込み側を少し大きくするなど、副流１５が効率よく発生するように調整するとよい。

このように、副流１５を循環させることで、熱交換路から放出される空気温度とフィン温度の差を小さくすることができ、実施の形態１〜３で説明した副流の効果に加え、実施の形態５で説明した熱交換装置の場合と同様に熱交換器１０からの排気温度を改善でき、空調の効率や快適性を向上できる。

なお、ここでは、図９（ａ）に示すように、循環路２０は、熱交換装置１を正面から見て右側から副流１５を循環させるように設けられるものとしたが、これに限らず、循環路２０は、熱交換装置１を正面から見て左側から副流１５を循環させるように設けられるものとしてもよく、循環路２０は、副流１５を循環させるようになっていればよい。

以上のように、この実施の形態６によると、熱交換器１０内部への副流１５を循環させることで、熱交換路から放出される空気温度とフィン温度の差を小さくすることができ、熱交換器１０からの排気温度を改善でき、空調の効率や快適性を向上できる。

実施の形態７．
この実施の形態７では、副流１５を振動させる手段を備えた実施の形態を説明する。
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、この発明の実施の形態７に係る熱交換装置１の構成を説明する、熱交換装置１の断面図である。なお、この実施の形態７の熱交換装置１の正面図、および、上面図は、説明の簡単のため省略している。
また、図１０（ａ）では、熱交換装置１は、実施の形態４において図７を用いて説明した熱交換装置１に、圧力室２１と容積変化部２２とをさらに備えた構成としている。

圧力室２１は、ノズル部１４と連通し、流路１２を形成する壁部２３の外側に接するように備えられ、容積変化部２２によって室内の容積を増減させることにより、副流１５に振動を加えて脈動流にする。
容積変化部２２は、圧力室２１の室内の容積を増減させる。容積変化部２２は、例えば、ピストンやダイアフラムと、それに接続したクランクと回転体、カムとカムフォロワ、電磁力で駆動されるアクチュエータ、磁気力すなわち磁石と回転体で駆動されるアクチュエータ、静電力で駆動されるアクチュエータ、圧電体、偏芯重り付モータ等の振動モータなどの振動発生手段とからなる。また、導電型、圧電型、静電型、電磁型などのスピーカと共鳴により低周波を増強するエンクロージャを備えたバスレフ型スピーカユニットや、単体で低音が出せるスピーカ、すなわち、ウーハなどでもよい。なお、スピーカは、コーン型でも平板型でもよい。

容積変化部２２によって圧力室２１内の容積を増減させることにより、副流１５に振動を加えて脈動流にすることで、主流１１が蛇行するため、熱交換路を流れる経路が長くなり、熱交換時間、すなわち、フィン１３との接触時間が長くなるため、熱交換性能が向上する。
また、フィン１３間隔と振動数の条件によっては、熱交換路の壁面、すなわち、フィン面の近傍の領域と壁面間中央の領域で、逆向きの流速となる時間がある振動流、すなわち“壁面近傍に流速の逆転領域を持つ振動流”が発生するため（図１１〜１３参照）、渦などの乱れ成分を作る効果が高くなる。特に、主流に縦渦ができやすくなるので好ましい。例えば、フィン間が１〜２ｍｍ程度の一般的な熱交換器においては、数１０Ｈｚ程度以上の振動流で上記の“壁面近傍に流速の逆転領域を持つ振動流”が得られる。なお、フィン１３間が狭いほど上記の振動流を作るのに高い周波数が必要である。

なお、図１０（ｂ）に示すようにバイパス路１７と送風手段を設けず、周囲の空気との間に逆止弁２４を配置し、容積変化部２２によって圧力室２１内の容積を増加させたときに圧力室２１内に周囲の空気を吸い込み、圧力室２１内の容積を減少させたときノズル部１４から副流１５を吹き出すようにしてもよい。また、図１０（ｃ）に示すように、圧力室２１を周囲と連通させず、容積変化部２２によって圧力室２１内の容積を増加させたときに圧力室２１内にノズル部１４から副流１５を吸い込み、圧力室２１内の容積を減少させたときノズル部１４から副流１５を吹き出すようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態７によると、副流１５を振動させることで主流１１が蛇行するため、熱交換路を流れる経路が長くなり、熱交換時間、すなわち、フィン１３との接触時間が長くなることによって、熱交換性能をさらに向上させることができる。また、渦などの乱れ成分を作る効果が高くなるため、熱交換性能をさらに向上させることができる。なお、副流発生用の送風手段が停止しているときや、送風手段やバイパス路１７がない場合でも、上述した副流１５を振動させる手段の動作のみで主流１１に対して脈動副流あるいは振動副流を発生できるため、熱交換性能を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態１〜７で説明した熱交換装置１は、特に空調のダクト内設置型や床置型の室内機に適しているが、天吊り型や壁掛け型、あるいは、室外機などにも使用可能である。フィン形状もフラットに限らず、コルゲート形や、スリットやルーバ付きにも使用することが可能である。また、板状のフィンと伝熱管からなるフィンチューブ型熱交換器に限らず、複数の多孔扁平伝熱管とそれらの両端に連通接続されるヘッダからなるマルチフロー型にも適用できる（図１４参照）。
さらに、伝熱管内に冷媒が流れるタイプに限らず、例えば、ペルチェ素子やセラミックヒータとフィンを組み合わせた熱交換器、あるいは、発熱体に接続されたフィンからなる熱交換器、すなわち、ヒートシンクなどにも適用可能である。
なお、本発明を空調以外の用途に使用する場合は、主流１１や副流１５は空気に限られるものではなく、他の気体でも同様に実施可能である。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 熱交換装置
１０ 熱交換器
１１ 主流
１２ 流路
１３ フィン
１４ ノズル部
１５ 副流
１６ 伝熱管
１７ バイパス路
１８ ファン
１９，２０ 循環路
２１ 圧力室
２２ 容積変化部
２３ 壁部
２４ 逆止弁

Claims (15)

1. 主流となる気体が流れる流路と、
   前記流路内に設置され、複数の板状のフィンで挟まれた熱交換路を有する熱交換器と、
   前記フィンが延在する方向端部に設けられ、前記主流の流れ方向と異なる方向に向けられたノズル部とを備え、
   前記ノズル部は、前記熱交換路を流れる前記主流に対して気体を吹き出し、または、当該主流から気体を吸引し、副流を生じさせる
   ことを特徴とする熱交換装置。
2. 前記副流は、前記主流よりも流速が速い
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
3. 前記副流は、前記主流の流れ方向に対して、直交±４５°の角度の範囲で吹き出し、または、吸引される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱交換装置。
4. 前記ノズル部は、
   前記熱交換路中の前記主流の流れ方向における中間部に設けられる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
5. 前記ノズル部は、スリット状である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
6. 前記ノズル部は、多孔状である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
7. 前記ノズル部は、前記熱交換路の前記主流の流れ方向に間隔をあけて複数設けられる
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
8. 前記熱交換器は、前記複数の板状のフィンと複数の伝熱管からなるフィンチューブ型熱交換器であり、
   前記ノズル部は、前記伝熱管がある部分を避ける位置または向きに設置される
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
9. 前記ノズル部は、前記フィンが延在する方向の両端部に設けられる
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
10. 前記熱交換路よりも上流の前記流路と前記ノズル部とを連通するバイパス路が
    設けられ、前記主流の一部を前記ノズル部から前記熱交換器に吹き出すことを特徴とする
    請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
11. 前記バイパス路に設けられ、前記主流の一部を前記ノズル部から前記熱交換器に吹き出すファン
    をさらに備えた請求項１０記載の熱交換装置。
12. 前記熱交換路よりも下流の前記流路と前記ノズル部とを連通する循環路と、
    前記循環路に設けられ、前記主流の一部を前記ノズル部から前記熱交換器に吹き出すファン
    とをさらに備えた請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
13. 前記ノズル部は前記フィンが延在する方向の両端部に設けられ、当該両端部のノズル部同士を前記熱交換器の外側で連通する循環路と、
    前記循環路に設けられ、一方の端部の前記ノズル部から気体を吹き出し、他方の端部の前記ノズル部から気体を吸い込むファン
    とをさらに備えた請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
14. 前記副流は、脈動流または振動流である
    ことを特徴とする請求項１から請求項１３のうちのいずれか１項記載の熱交換装置。
15. 前記ノズル部の、前記熱交換器と接する面と反対側の面に、圧力室と、当該圧力室の容積を変化させる容積変化部
    とをさらに備えた請求項１４記載の熱交換装置。

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