JP7370393B2 - 熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器ユニット及び当該熱交換器ユニットを備えた冷凍サイクル装置に関し、特に渦発生装置を備えるものに関する。

従来、熱交換器の伝熱面積不足を補うべく、熱交換器の上流に渦発生装置を配置し、熱交換器に流入する空気を渦流にする冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

特許文献１に冷凍サイクル装置は、渦発生装置により、熱交換器に流入する空気の流れを層流から渦流（乱流）に変化させる。渦流の空気流れは、熱輸送及び拡散効果が高いため、層流に比べて熱交換器における伝熱性能を向上できる。つまり、熱交換器における熱交換能力を、渦効果により促進できる。

国際公開第２０１８／０６６０６６号 国際公開第２０１８／０６６０６７号

しかしながら、特許文献１及び２の熱交換器において渦流が扁平管等の伝熱部材の間を通過する過程で渦流が減衰するため、熱交換能力を十分に高められないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためのものであり、熱交換器の伝熱部材の間を空気が通過する際の渦流の減衰を抑制できる熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器ユニットは、熱交換器と、前記熱交換器に空気を供給する送風機と、前記空気の流れ方向において前記熱交換器の上流側に配置され、前記空気を渦流とする渦発生装置と、を備え、前記熱交換器は、第１方向に沿って並べられた複数の伝熱部材を有する第１熱交換部及び第２熱交換部を備え、前記第１熱交換部は、前記第２熱交換部よりも前記渦発生装置側に位置し、前記第１熱交換部が備える前記複数の伝熱部材の前記第１方向の間隔は、前記第２熱交換部が備える前記複数の伝熱部材の前記第１方向の間隔よりも広く、前記複数の伝熱部材のそれぞれは、内部に前記第１方向に交差する第２方向に沿って冷媒を流通させる冷媒流通部と、前記冷媒流通部から前記渦発生装置に向かって突出して設けられているフィン部と、を備え、前記冷媒流通部の前記第１方向における幅の中心を通り、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に延びる仮想線を規定したときに、前記フィン部は、前記仮想線に重なる位置に設けられている。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係る熱交換器ユニットを備えたものである。

本発明によれば、熱交換器の複数の伝熱部材にフィン部が備えられることにより、熱交換器の伝熱面積を拡大しつつ、隣り合う伝熱部材の間の通風空間を均等な形状にすることができる。これにより、通風空間の長さが長くなっても、空気流が安定し、熱交換器に流れ込んだ渦流の減衰を抑制することができる。また、熱交換器は、フィン部を渦発生装置に向かって突出して設けられているため、熱交換器への空気の流入部が広く、空気流が熱交換器に衝突して渦流が減衰するのを抑制できる。

実施の形態１に係る熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の構成を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０を側面から見た概念図である。 図３に示す伝熱部材１０の断面図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００における熱交換器５０及び渦発生装置８０の位置関係を説明する側面図である。 図５の熱交換器５０及び渦発生装置８０のｙ方向に垂直な断面の模式図である。 実施の形態１に係る伝熱部材１０の変形例である伝熱部材１０ａの断面図である。 実施の形態１に係る伝熱部材１０の変形例である伝熱部材１０ｂの断面図である。 実施の形態１に係る伝熱部材１０の変形例である伝熱部材１０ｃの断面図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の熱交換器２５０及び渦発生装置８０の位置関係を説明する模式図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の熱交換器３５０及び渦発生装置８０の位置関係を説明する模式図である。 実施の形態１に係る熱交換器３５０を構成する第２熱交換部３５２の伝熱部材３１０の拡大図である。 図１２に示すフィン部３３０のＢ－Ｂ線断面を概略的に示した断面図である。 図１２に示すフィン部３３０のＣ－Ｃ線断面を概略的に示した断面図である。 図１２に示す伝熱部材３１０のフィン部３３０の拡大図である。 図１５に示すフィン部３３０のＤ－Ｄ線断面位置の構成を概略的に示した断面図である。 図１５及び図１６に示すフィン部３３０のＥ－Ｅ線断面の構成を概略的に示した断面図である。

以下、実施の形態１に係る熱交換器、熱交換器ユニット、冷凍サイクル装置、及び熱交換部材の製造方法について図面等を参照しながら説明する。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。明細書中において、各構成部材同士の位置関係、各構成部材の延伸方向、及び各構成部材の配列方向は、原則として、熱交換器が使用可能な状態に設置されたときのものである。

実施の形態１．
（冷凍サイクル装置１００）
図１は、実施の形態１に係る熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。なお、図１において、点線で示す矢印は、冷媒回路１１０において、冷房運転時における冷媒の流れる方向を示すものであり、実線で示す矢印は、暖房運転時における冷媒の流れる方向を示すものである。まず、図１を用いて熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００について説明する。実施の形態では、冷凍サイクル装置１００として空気調和装置を例示しているが、冷凍サイクル装置１００は、例えば、冷蔵庫又は冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの、冷凍用途または空調用途に使用される。なお、図示した冷媒回路１１０は一例であって、回路要素の構成等について実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、実施の形態に係る技術の範囲内で適宜変更が可能である。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１、流路切替装置１０２、室内熱交換器１０３、減圧装置１０４及び室外熱交換器１０５が冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路１１０を有している。室外熱交換器１０５及び室内熱交換器１０３の少なくとも一方には、後述する熱交換器５０が用いられている。冷凍サイクル装置１００は、室外機１０６及び室内機１０７を有している。室外機１０６及び室内機１０７のように内部に熱交換器を備えた機器を熱交換器ユニットと称する場合がある。室外機１０６には、圧縮機１０１、流路切替装置１０２、室外熱交換器１０５及び減圧装置１０４と、室外熱交換器１０５に室外空気を供給する室外送風機１０８と、が収容されている。室内機１０７には、室内熱交換器１０３と、室内熱交換器１０３に空気を供給する室内送風機１０９と、が収容されている。室外機１０６と室内機１０７との間は、冷媒配管の一部である２本の延長配管１１１及び延長配管１１２を介して接続されている。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する流体機械である。流路切替装置１０２は、例えば四方弁であり、制御装置（図示は省略）の制御により、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える装置である。

室内熱交換器１０３は、内部を流通する冷媒と、室内送風機１０９により供給される室内空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室内熱交換器１０３は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。

減圧装置１０４は、例えば膨張弁であり、冷媒を減圧させる装置である。減圧装置１０４としては、制御装置の制御により開度が調節される電子膨張弁を用いることができる。

室外熱交換器１０５は、内部を流通する冷媒と、室外送風機１０８により供給される空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室外熱交換器１０５は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。

（冷凍サイクル装置１００の動作）
次に、図１を用いて冷凍サイクル装置１００の動作の一例について説明する。冷凍サイクル装置１００の暖房運転時には、圧縮機１０１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置１０２を介して室内熱交換器５０３に流入し、室内送風機１０９によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器１０３から流出し、減圧装置１０４によって減圧され、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１０５に流入し、室外送風機１０８によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機１０１に吸入される。

冷凍サイクル装置１００の冷房運転時には、冷媒回路１１０を流れる冷媒は暖房運転時とは逆方向に流れる。すなわち、冷凍サイクル装置１００の冷房運転時には、圧縮機１０１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置１０２を介して室外熱交換器１０５に流入し、室外送風機１０８によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器１０５から流出し、減圧装置１０４によって減圧されて、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器１０３に流入し、室内送風機１０９によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機１０１に吸入される。

（熱交換器５０）
図２は、実施の形態１に係る熱交換器５０の構成を概略的に示す斜視図である。図３は、実施の形態１に係る熱交換器５０を側面から見た概念図である。図２～図３を用いて、実施の形態１に係る熱交換器５０について説明する。なお、図に示すｘ軸方向は、第１方向を示しており、複数の伝熱部材１０が配列される方向である。ｙ軸方向は、第２方向を示しており、実施の形態１においては複数の伝熱部材１０の中心軸Ｃ（図５参照）が延びる方向である。ｚ軸方向は、第１方向及び第２方向に直交する第３方向を示す。

図３に示すように、熱交換器５０は、複数のヘッダ７０と、複数のヘッダ７０の間に接続された複数の伝熱部材１０と、を有する。

（ヘッダ７０）
ヘッダ７０は、複数の伝熱部材１０の延伸方向の端部に接続されている。ヘッダ７０は、複数の伝熱部材１０の配列方向である第１方向に沿って延伸するように形成されている。ヘッダ７０は、熱交換器５０において、熱交換器５０に流入する冷媒を、複数の伝熱部材１０に分配する流体分配機構として機能する。また、ヘッダ７０は、熱交換器５０において、熱交換器５０から流出する冷媒が、複数の伝熱部材１０から流出して合流する流体合流機構としても機能する。

ヘッダ７０は、第１ヘッダ７１と、第２ヘッダ７２とを有する。第１ヘッダ７１及び第２ヘッダ７２は、一方が流体分配機構として機能し、他方が流体合流機構として機能する。第１ヘッダ７１は、複数の伝熱部材１０のそれぞれの延伸方向の一端に接続されており、第２ヘッダ７２は、複数の伝熱部材１０のそれぞれの延伸方向の他端に接続されている。すなわち、第１ヘッダ７１及び第２ヘッダ７２は、複数の伝熱部材１０の延伸方向であるｙ軸方向の両端に取り付けられている。すなわち、ヘッダ７０は、第１方向（ｘ軸方向）に交差する複数の伝熱部材１０の中心軸が延びる方向（ｙ軸方向）における複数の伝熱部材１０の端部で、複数の伝熱部材１０に接続されている。より詳細には、第１ヘッダ７１及び第２ヘッダ７２は、複数の伝熱部材１０を構成する冷媒流通部２０の延伸方向の両端に取り付けられている。第１ヘッダ７１と、第２ヘッダ７２とは、ヘッダ７０の内部と冷媒流通部２０の管路内とが連通するように、伝熱部材１０の冷媒流通部２０に接続されている。

図２及び図３に示すヘッダ７０は、複数の伝熱部材１０の配列方向に沿って長手方向を形成するような直方体状に形成されている。ただし、ヘッダ７０の形状は、直方体状に限定されるものではなく、例えば、円筒形状等、他の形状であってもよい。

第１ヘッダ７１には、第１ヘッダ７１に流入する冷媒の流入口（図示は省略）が形成されており、あるいは、第１ヘッダ７１から流出する冷媒の流出口（図示は省略）が形成されている。同様に、第２ヘッダ７２には、第２ヘッダ７２に流入する冷媒の流入口（図示は省略）が形成されており、あるいは、第２ヘッダ７２から流出する冷媒の流出口（図示は省略）が形成されている。

（伝熱部材１０）
図４は、図３に示す伝熱部材１０の断面図である。伝熱部材１０は、伝熱部材１０に沿って流れる空気と伝熱部材１０内を流れる冷媒とを熱交換させる。複数の伝熱部材１０は、互いに間隔をあけて第１方向（ｘ軸方向）に並列されている。複数の伝熱部材１０は、ヘッダ７０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って所定の間隔Ｐで配置されている。伝熱部材１０は、第２方向（ｙ軸方向）に延びる冷媒流通部２０を有する。また、伝熱部材１０は、第１方向（ｘ軸方向）及び第２方向（ｙ軸方向）に平行な面に交差する第３方向（ｚ軸方向）の冷媒流通部２０の第１側縁部２０ａ及び第２側縁部２０ｂから第３方向（ｚ軸方向）に延びるフィン部３０とを有する。

（冷媒流通部２０）
複数の冷媒流通部２０のそれぞれは、冷媒を内部に流通させる。複数の冷媒流通部２０のそれぞれは、第１ヘッダ７１と第２ヘッダ７２との間に延伸している。複数の冷媒流通部２０のそれぞれは、互いに間隔をあけて配列され、ヘッダ７０の延伸方向である軸方向に並列している。複数の冷媒流通部２０は、互いに対向するように配置されている。複数の冷媒流通部２０のうち隣り合う２つの冷媒流通部２０の間には、空気の流路となる隙間が形成されている。

熱交換器５０は、第１方向である複数の冷媒流通部２０の配列方向を水平方向としている。ただし、第１方向である複数の冷媒流通部２０の配列方向は、水平方向に限定されるものではなく、鉛直方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。同様に、熱交換器５０は、複数の冷媒流通部２０の延伸方向を鉛直方向としている。ただし、複数の冷媒流通部２０の延伸方向は、鉛直方向に限定されるものではなく、水平方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。

複数の冷媒流通部２０の中で隣り合う冷媒流通部２０は、互いの冷媒流通部２０同士が伝熱促進部材によって接続されていない。伝熱促進部材とは、例えば、プレートフィン部、あるいは、コルゲートフィン部等である。

熱交換器５０が冷凍サイクル装置１００の蒸発器として機能する場合、複数の冷媒流通部２０のそれぞれでは、冷媒流通部２０の内部を冷媒流通部２０の延伸方向、即ちｙ軸方向の一端から他端に向かって冷媒が流れる。また、熱交換器５０が冷凍サイクル装置１００の凝縮器として機能する場合、複数の冷媒流通部２０のそれぞれでは、冷媒流通部２０の内部を冷媒流通部２０の延伸方向の他端から一端に向かって冷媒が流れる。

図４に示されるように、冷媒流通部２０は、長円形の断面形状を有する扁平管である。つまり、冷媒流通部２０の中心軸に垂直な断面における外形は、扁平形状である。なお、冷媒流通部２０の形状は限定されるものではなく、例えば、矩形状等の一方向に扁平な断面形状を有する扁平管であってもよい。冷媒流通部２０は、一対の第１側縁部２０ａ及び第２側縁部２０ｂと、一対の平坦面１１ａ及び平坦面１１ｂとを有している。図４に示す断面において、第１側縁部２０ａ及び第２側縁部２０ｂは、平坦面１１ａの端部と平坦面１１ｂの端部との間において外側に凸となるように形成されているが、当該形状に限定されるものではない。例えば、第１側縁部２０ａは、平坦面１１ａの一方の端部と平坦面１１ｂの一方の端部との間において平面となるように形成されている。同断面において、第２側縁部２０ｂは、平坦面１１ａの他方の端部と平坦面１１ｂの他方の端部との間において平面となるように形成されている。

第１側縁部２０ａは、熱交換器５０を通過する空気の流れにおいて上流側、すなわち前縁側に配置される側縁部である。第２側縁部２０ｂは、熱交換器５０を通過する空気の流れにおいて下流側、すなわち後縁側に配置される側縁部である。以下の説明では、冷媒流通部２０の延伸方向と垂直であってかつ平坦面１１ａ及び平坦面１１ｂに沿う方向を、冷媒流通部２０の長軸方向という場合がある。図４では、冷媒流通部２０の長軸方向は左右方向であり、短軸方向は上下方向である。なお、冷媒流通部２０の長軸方向は、第２方向である。

冷媒流通部２０には、長軸方向に沿って第１側縁部２０ａと第２側縁部２０ｂとの間に配列した複数の冷媒通路２２が形成されている。冷媒流通部２０は、冷媒の流れる冷媒通路２２が空気の流れ方向に複数配列された扁平多孔管である。複数の冷媒通路２２のそれぞれは、冷媒流通部２０の延伸方向である第２方向と平行に延びるように形成されている。隣り合う冷媒通路２２の間の仕切壁２３のそれぞれは、冷媒流通部２０の延伸方向の両端まで連続している。なお、冷媒通路２２の断面形状及び形成数は図示した実施形態に限定されず、例えば円形、あるいは、三角形状等、様々な形状で形成されてもよく、１又は複数の形成数で構成されてもよいものとする。

（フィン部３０）
フィン部３０は、第２方向に垂直な断面において冷媒流通部２０の長軸方向の端部から突出している。フィン部３０は、第１側縁部２０ａ及び第２側縁部２０ｂから突出し複数の冷媒流通部２０のそれぞれの長軸方向に延びるように設けられた板状の部分である。なお、フィン部３０は、冷媒流通部２０の長軸方向に延びているが、この形態のみに限定されるものではない。例えば、フィン部３０は、長軸方向に対して複数の冷媒流通部２０の配列方向に所定の角度で傾いた状態に形成されてもよい。フィン部３０は、冷媒流通部２０と接合させて形成されてもよく、冷媒流通部２０と一体に成形したものでもよい。上述したように、複数の冷媒流通部２０の中で隣り合う冷媒流通部２０は、互いの冷媒流通部２０同士が伝熱促進部材によって接続されていない。そのため、複数の冷媒流通部２０はそれぞれ、隣に配置されている冷媒流通部２０とフィン部３０を介して接続されてはいない。

図５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００における熱交換器５０及び渦発生装置８０の位置関係を説明する側面図である。図６は、図５のｙ軸方向に垂直な断面の模式図である。図６においては、渦発生装置８０の下流側で渦流（乱流）が発生していることを模式的に示している。以下においては、熱交換器５０及び渦発生装置８０は、図１に示される冷凍サイクル装置１００の室外機１０６に搭載されているものとして説明する。ただし、熱交換器５０及び渦発生装置８０は、室外機１０６に搭載されるものに限定されず、室内機１０７に搭載されていても良い。

渦発生装置８０は、送風機１０８から供給される空気が通過するものである。渦発生装置８０を通過する前の層流の空気流れは、渦発生装置８０を通過した後に渦流（乱流）に変化する。つまり、図６に示すように、渦発生装置８０を通過した後の空気流れには、渦流（乱流）が発生した状態になっている。また、渦発生装置８０は、樹脂製または金属製である。

熱交換器５０における空気の流れについて説明する。送風機１０８が回転することにより空気が熱交換器５０に供給される。この空気は、熱交換器５０に流入する前に渦発生装置８０を通過することになる。渦発生装置８０では、層流の空気流れに乱れが発生し、層流の空気流れが渦流（乱流）に変化する。渦流（乱流）の空気流れは、熱輸送及び拡散効果が高いため、層流に比べて熱交換器５０における伝熱性能を向上できる。つまり、熱交換器５０における熱交換を、渦効果により促進できることになる。

熱交換器５０の上流側に渦発生装置８０を設置することにより、熱交換器５０の風上で空気流れを渦流（乱流）にでき、熱交換器５０の複数の伝熱部材１０と空気との間の熱交換が促進され、熱交換性能が向上することになる。なお、熱交換器５０と渦発生装置８０とは、ユニット化し、冷凍サイクル装置１００の例えば室外機１０６の内部に設置してもよいし、それぞれ別体として個別に設置してもよい。

熱交換器５０と渦発生装置８０とは、複数の伝熱部材１０のフィン部３０が渦発生装置８０に当接しない範囲でなるべく近い位置に配置されるのが望ましい。図５に示される様に、熱交換器５０のヘッダ７１は、当接部９１を介して渦発生装置８０に当接し、ヘッダ７２は、当接部９２を介して渦発生装置８０に当接することにより、フィン部３０の先端と渦発生装置８０との位置関係を決めている。なお当接部９１は、ヘッダ７１と、当接部９２は、ヘッダ７２と一体に形成されていても良いし、当接部９１及び９２は、渦発生装置８０と一体に形成されていても良い。

図６に示される様に、複数の伝熱部材１０のそれぞれは、内部に冷媒を流通させる冷媒流通部２０と、冷媒流通部２０から渦発生装置８０に向かって突出して設けられているフィン部３０ａと、を備える。図４に示される様に、実施の形態１において、複数の伝熱部材１０のそれぞれは、冷媒流通部２０から渦発生装置８０が位置する側とは反対方向にもフィン部３０ｂを備える。冷媒流通部２０の第１方向（ｘ軸）の幅の中心を通り、第１方向（ｘ軸）及び第２方向（ｙ軸）に直交する第３方向に延びる仮想線ＣＬを規定したときに、仮想線ＣＬは、フィン部３０ａの第１方向における板厚の範囲内を通過している。つまり、フィン部３０ａは、仮想線ＣＬと重なる。フィン部３０ａの第１方向における板厚とは、図７～９に示されるｘ軸方向におけるフィン部３０ａの幅を指す。特に、図４においては、仮想線ＣＬは、フィン部３０ａの板厚の中心と一致している。

このように構成されることにより、図６に示される複数の伝熱部材１０の間に形成される複数の通風空間５５は、それぞれ均等な形状になる。また、複数の通風空間５５のうち隣り合う２つの通風空間５５は、仮想線ＣＬについて対称な形状となる。これにより、通風空間５５を通過する空気流が安定するため、渦発生装置８０により付された渦流（乱流）が通風空間５５において減衰するのを抑えることができる。また、フィン部３０ａは、冷媒流通部２０に対し第１方向における板厚が薄く、先端３３ａが渦発生装置８０に向けられている。そのため、渦発生装置８０からの空気が熱交換器５０に流入する際に、熱交換器５０に衝突する面積が低減するため、渦流（乱流）の減衰を抑制できる。

（複数の伝熱部材１０の変形例）
図７は、実施の形態１に係る伝熱部材１０の変形例である伝熱部材１０ａの断面図である。変形例に係る伝熱部材１０ａは、フィン部３０と冷媒流通部２０との接続部１２がなめらかな曲面で接続されている。このように構成されることにより、冷媒流通部２０の第１側縁部２０ａを空気流が通過する際に、段差による渦の減衰が抑制される。第１側縁部２０ａは、前縁とも称する場合がある。

図８は、実施の形態１に係る伝熱部材１０の変形例である伝熱部材１０ｂの断面図である。伝熱部材１０ａは、冷媒流通部２０とフィン部３０とが一体に成形されたものである。一方、変形例に係る伝熱部材１０ｂは、冷媒流通部２０がフィン部３０を形成する板材３１ａ及び３１ｂにより平坦面２１ａ及び２１ｂの両側から挟まれている。そして板材３１ａ及び３１ｂの両端部は、対向する面同士を接合することにより、フィン部３０ａ及び３０ｂを形成している。このような構成であっても、伝熱部材１０ｂは、伝熱部材１０ａと同様の効果を得ることができる。また、伝熱部材１０ｂは、扁平管である冷媒流通部２０に対し、板材３１ａ及び３１ｂを接合して形成することができるため、押し出し成形などの手段により形成された伝熱部材１０と比較して、フィン部３０の形状の自由度を向上させることができる。なお、図８に示される伝熱部材１０ｂは、冷媒流通部２０を２つの板材３１ａ及び３１ｂで挟みこんでいるが、例えば一方の板材３１ａのみが冷媒流通部２０と接合されている形態であっても良い。この場合、フィン部３０ａ及び３０ｂは、板材３１ａのみで形成されるが、仮想線ＣＬが板材３１ａで形成されるフィン部３０ａと重なる様に形成されると良い。

図９は、実施の形態１に係る伝熱部材１０の変形例である伝熱部材１０ｃの断面図である。伝熱部材１０ｃは、フィン部３０ａにテーパ面３２を備える。テーパ面３２は、フィン部３０ａの先端３３ａから冷媒流通部２０へ向かってフィン部３０ａの第１方向の幅が広がるように形成されている。つまり、フィン部３０ａは、冷媒流通部２０へ向かうに従い板厚が大きくなる様に形成されている。このように形成されることにより、伝熱部材１０ｃにおいても冷媒流通部２０の第１側縁部２０ａを空気流が通過する際に、段差による渦の減衰が抑制される。

実施の形態２．
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１に係る熱交換器５０の構造を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の熱交換器２５０及び渦発生装置８０の位置関係を説明する模式図である。冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同じ回路構成となっている。冷凍サイクル装置２００の熱交換器２５０は、２つの熱交換部５１及び５２を備える。渦発生装置８０が位置する側に配置されている熱交換部５１を第１熱交換部５１と呼ぶ。そして、第１熱交換部５１を通過する空気流の下流側に位置する熱交換部５２を第２熱交換部５２と呼ぶ。

第１熱交換部５１と第２熱交換部５２とは、それぞれが実施の形態１に係る熱交換器５０と同じように複数のヘッダ７０と、複数のヘッダ７０の間に接続された複数の伝熱部材１０と、を有する。第１熱交換部５１と第２熱交換部５２とは、渦発生装置８０からの空気流に対し直列に並べられており、それぞれが内部を流通する冷媒と空気流との間で熱交換を行う。

空気流の上流側に位置する第１熱交換部５１は、複数の伝熱部材１０の隣り合う２つの伝熱部材１０の間隔が第２熱交換部５２における複数の伝熱部材１０の間隔よりも広い。このように構成されることにより、上流側の第１熱交換部５１に流入した空気流は、渦の減衰が抑制される。また、第１熱交換部５１で渦の減衰が抑制されるものの、第２熱交換部５２に到達するときには空気流は渦が減衰されている。第１熱交換部５１で渦が減衰されても、第２熱交換部５２は、複数の伝熱部材１０の間隔が狭いため、伝熱面積が大きい。従って、第２熱交換部５２においても十分な熱交換性能を確保することができる。さらに、上流側に位置する第１熱交換部５１よりも下流側の第２熱交換部５２の方が着霜しにくいため、熱交換器２５０は、着霜時の通風抵抗が抑制され、かつ伝熱面積も十分に確保できる。

実施の形態２に係る熱交換器２５０によれば、第３方向の視点において、即ち渦発生装置８０側から熱交換器２５０を見たときに、第２熱交換部５２は、第１熱交換部５１が備える複数の伝熱部材１０のうち第１方向において隣り合う２つの間に位置する複数の伝熱部材１０を備える。図１０に示される様に、第１熱交換部５１の複数の伝熱部材１０の下流側には第２熱交換部５２の複数の伝熱部材１０が配置されている。さらに、第１熱交換部５１の複数の伝熱部材１０の間の複数の通風空間２５５ａのそれぞれの下流側には、第２熱交換部５２の複数の伝熱部材１０が配置されている。このように構成されることにより、第１熱交換部５１の通風空間２５５ａを通過した空気流は、第２熱交換部５２に到達したときに、第２熱交換部５２の複数の伝熱部材１０のフィン部３０の先端３３ａに衝突する。その際に、空気流は、乱流になりやすく、第２熱交換部５２における熱交換が促進される。

なお、第２熱交換部５２は、第１熱交換部５１の通風空間２５５ａの下流側に必ずしも伝熱部材１０が配置されていなくても良い。また、第１熱交換部５１の伝熱部材１０の下流側に必ずしも第２熱交換部５２の伝熱部材１０が配置されていなくても良い。

実施の形態３．
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００について説明する。冷凍サイクル装置３００は、実施の形態１に係る熱交換器５０の構造を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の熱交換器３５０及び渦発生装置８０の位置関係を説明する模式図である。冷凍サイクル装置３００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同じ回路構成となっている。冷凍サイクル装置３００の熱交換器３５０は、２つの熱交換部５１及び３５２を備える。渦発生装置８０が位置する側に配置されている熱交換部５１を第１熱交換部５１と呼ぶ。そして、第１熱交換部５１を通過する空気流の下流側に位置する熱交換部３５２を第２熱交換部３５２と呼ぶ。

第２熱交換部３５２の複数の伝熱部材３１０は、第１熱交換部５１と同様に配置されている。ただし、第２熱交換部３５２の複数の伝熱部材３１０は、上流側のフィン部３０に渦生成部４０が形成されている。

渦生成部４０は、フィン部３３０の表面から第１方向に向かって突出している。つまり、フィン部３３０は、平坦な板状ではなく、表面に凹凸が形成されている。

図１２は、実施の形態１に係る熱交換器３５０を構成する第２熱交換部３５２の伝熱部材３１０の拡大図である。なお、図１２に示す矢印は、気流ＦＬを表している。また、図１２は、伝熱部材３１０の一部の斜視図であり、伝熱部材３１０の一部の図示を簡略化又は省略している。図１２を用いてフィン部３３０の構成について更に詳細に説明する。フィン部３３０には、表面に第１方向（ｘ軸方向）に突出した複数の渦生成部４０が形成されている。渦生成部４０は、四角錐形状に突出して形成されている。なお、渦生成部４０の形状は、四角錐形状に限定されるものではない。例えば、渦生成部４０は、半球状に形成されてもよい。１つの渦生成部４０に着目した場合、渦生成部４０は、第１方向（ｘ軸方向）の一方の面が突出しており、他方の面が凹むように形成されている。渦生成部４０は、第２方向（ｙ軸方向）に並列して形成されていると共に、第３方向（ｚ軸方向）に並列して形成されている。複数の渦生成部４０は、稜線４１が第２方向（ｙ軸方向）及び第３方向（ｚ軸方向）に連続するように形成されている。

複数の渦生成部４０は、第１方向（ｘ軸方向）において、一方の表面から突出する第１渦生成部４０ａと、他方の表面から突出する第２渦生成部４０ｂとを有する。第１渦生成部４０ａは、中心軸方向（ｙ軸方向）に並列して形成されていると共に、第３方向（ｚ軸方向）に並列して形成されている。同様に、第２渦生成部４０ｂは、第２方向（ｙ軸方向）に並列して形成されていると共に、第３方向（ｚ軸方向）に並列して形成されている。複数の第１渦生成部４０ａは、稜線４１が第３方向（ｚ軸方向）に連続するように形成されている。また、複数の第２渦生成部４０ｂは、稜線４１が第３方向（ｚ軸方向）に連続するように形成されている。複数の第１渦生成部４０ａと複数の第２渦生成部４０ｂは、第２方向（ｙ軸方向）及び第３方向（ｚ軸方向）に対する斜めの方向において交互に形成されている。

図１３は、図１２に示すフィン部３０のＢ－Ｂ線断面を概略的に示した断面図である。なお、Ｂ－Ｂ線断面は、フィン部３０を第３方向（ｚ軸方向）に沿って切断した場合に、第２方向（ｙ軸方向）から見た場合のフィン部３０の断面である。また、図１３は、伝熱部材１０の一部の断面図であり、伝熱部材１０の一部の図示を省略している。図１３に示すように、フィン部３０の複数の第１渦生成部４０ａはそれぞれ、第３方向（ｚ軸方向）に対して傾斜角度αを有する傾斜面４２を構成するように形成されている。傾斜面４２は、渦生成部４０の突出方向に位置する側の面であり、気流の流れ方向に対して、上流側に向いている斜面である。

図１４は、図１２に示すフィン部３０のＣ－Ｃ線断面を概略的に示した断面図である。なお、Ｃ－Ｃ線断面は、フィン部３０を第２方向（ｙ軸方向）に沿って切断した場合に、第３方向（ｚ軸方向）から見た場合のフィン部３０の断面である。また、図１４は、伝熱部材１０の一部の断面図であり、伝熱部材１０の一部の図示を省略している。図１４に示すように、フィン部３３０の複数の第１渦生成部４０ａはそれぞれ、第２方向（ｙ軸方向）に対して傾斜角度βを有する傾斜面４３を構成するように形成されている。

［熱交換器３５０の動作例］
実施の形態３に係る熱交換器３５０の動作について、熱交換器３５０が冷凍サイクル装置３００の蒸発器として機能する際の動作を例に挙げて説明する。蒸発器として機能する熱交換器３５０には、減圧装置１０４で減圧された気液二相冷媒が流入する。この際、冷媒は、熱交換器３５０の第１ヘッダ７１から流入し、複数の冷媒流通部３２０の本数と同一のパスに分離される。そして、冷媒は、複数の冷媒流通部２０の冷媒通路２２を流通して吸熱及び蒸発し、第２ヘッダ７２から流出して冷媒回路１１０を循環する。

［熱交換器３５０の効果］
図１５は、図１２に示す伝熱部材３１０のフィン部３３０の拡大図である。図１６は、図１５に示すフィン部３３０のＤ－Ｄ線断面位置の構成を概略的に示した断面図である。図１７は、図１５及び図１６に示すフィン部３３０のＥ－Ｅ線断面の構成を概略的に示した断面図である。なお、図１５～図１６に示す矢印は、気流ＦＬを表している。また、図１６及び図１７は、伝熱部材１０の一部の断面図であり、伝熱部材１０の一部の図示を省略している。熱交換器３５０は、複数の伝熱部材３１０の間を気流ＦＬが通過する。熱交換器３５０は、図１５に示すように、フィン部３３０に形成された第１渦生成部４０ａに気流ＦＬが衝突することで、気流ＦＬが直線的に流れず、渦を作って流れる。より詳細には、気流ＦＬは、図１３に示す第１渦生成部４０ａの傾斜面４２と衝突することで、図１６に示すように第３方向（ｚ軸方向）に回転する渦を形成する。この渦を形成した気流ＦＬは、第１渦生成部４０ａの間の窪み部ＨＡに向かって高速で流れ込む高速流ＨＬを生じさせる。また、気流ＦＬは、図１４に示す第１渦生成部４０ａの傾斜面４３と衝突することで、図１７に示すように、第２方向（ｙ軸方向）に回転する渦を形成する。したがって、フィン部３０の第１渦生成部４０ａは、気流ＦＬに対して、第２方向と第３方向とに回転する渦を形成させ空気の流れを撹拌させる。

上記に記載のように、複数の渦生成部４０はそれぞれ、第２方向（ｙ軸方向）及び第３方向（ｚ軸方向）に対して傾斜角度を有する面を構成するように形成されている。熱交換器５０は、第２方向（ｙ軸方向）と第３方向（ｚ軸方向）に対して傾斜する面に気流が衝突することで、空気の流れが撹拌される。そのため、熱交換器５０は、冷媒流通部２０の下流側のフィン部３０の表面にも空気が流れ込み、表面近傍の空気の流速が増大するため、熱伝達率が向上する。

また、複数の第１渦生成部４０ａはそれぞれ、四角錐状に形成されており、第１渦生成部４０ａの稜線４１が第３方向（ｚ軸方向）に連続するように形成されている。そのため、熱交換器５０は、渦が形成された気流ＦＬが全体として、稜線４１が形成する峰状部分に沿って第３方向（ｚ軸方向）に流れやすくなる。

また、フィン部３３０は、表面に複数の渦生成部４０を有する。そのため、フィン部３３０は、渦生成部４０を形成していない場合と比較して表面積を増やすことができる。そのため、第２熱交換部３５２は、伝熱性能が向上する。図１１に示される様に、熱交換器３５０の第２熱交換部３５２は、第１熱交換部５１の通風空間３５５ａを通過した空気流の渦が減衰されても、第２熱交換部３５２の渦発生装置８０が配置されている側のフィン部３３０に設けられた渦生成部４０により、空気流を乱れを増加させることができる。その結果、熱交換器３５０の第２熱交換部３５２に流入する空気流は、渦流（乱流）となり、第２熱交換部３５２における冷媒と空気との熱交換の効率を上げることができる。

なお、実施の形態３においては、渦生成部４０は、四角錐形状となっているが、この形態のみに限定されるものではない。例えば、渦生成部４０は、突出した部分の形状が五角錐形状をはじめとする多角錐形状、突出した部分の断面が半円柱形状のもの等、その他の形態をとることができる。

また、図１２において、複数の伝熱部材３１０は、空気流の上流側及び下流側の両方のフィン部３３０に渦生成部４０が形成されているが、少なくとも上流側のフィン部３３０だけに設けられていれば良い。また、実施の形態３においては、第２熱交換部３５２の上流側のフィン部３３０に渦生成部４０が形成されているが、第１熱交換部５１のフィン部３０に渦生成部４０が形成されていても良い。このとき、第１熱交換部５１は、第２熱交換部３５２に向かって突出しているフィン部３３０に渦生成部４０が形成されている。この構成であっても、熱交換器３５０は、第２熱交換部３５２に流入する空気流の渦化が促進されるため、熱交換の効率が向上する。すなわち、渦生成部４０は、少なくとも第１熱交換部５１の冷媒流通部２０と第２熱交換部３５２の冷媒流通部２０との間に設けられていれば良い。

上記の各実施の形態１～３は、互いに組み合わせて実施することが可能である。また、以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０ 伝熱部材、１０ａ 伝熱部材、１０ｂ 伝熱部材、１０ｃ 伝熱部材、１１ａ 平坦面、１１ｂ 平坦面、１２ 接続部、２０ 冷媒流通部、２０ａ 第１側縁部、２０ｂ 第２側縁部、２０ｃ 平坦面、２０ｄ 平坦面、２１ａ 平坦面、２２ 冷媒通路、２３ 仕切壁、３０ フィン部、３０ａ フィン部、３０ｂ フィン部、３１ａ 板材、３２ テーパ面、３３ａ 先端、４０ 渦生成部、４０ａ 第１渦生成部、４０ｂ 第２渦生成部、４１ 稜線、４２ 傾斜面、４３ 傾斜面、５０ 熱交換器、５１ （第１）熱交換部、５２ （第２）熱交換部、５５ 通風空間、７０ ヘッダ、７１ （第１）ヘッダ、７２ （第２）ヘッダ、８０ 渦発生装置、９１ 当接部材、１００ 冷凍サイクル装置、１０１ 圧縮機、１０２ 流路切替装置、１０３ 室内熱交換器、１０４ 減圧装置、１０５ 室外熱交換器、１０６ 室外機、１０７ 室内機、１０８ （室外）送風機、１０９ 室内送風機、１１０ 冷媒回路、１１１ 延長配管、１１２ 延長配管、２００ 冷凍サイクル装置、２５０ 熱交換器、２５５ａ 通風空間、３００ 冷凍サイクル装置、３１０ 伝熱部材、３２０ 冷媒流通部、３３０ フィン部、３５０ 熱交換器、３５２ （第２）熱交換部、３５５ａ 通風空間、ＣＬ 仮想線、ＦＬ 気流、ＨＡ 窪み部、ＨＬ 高速流、α 傾斜角度、β 傾斜角度。

Claims (9)

1. 熱交換器と、
   前記熱交換器に空気を供給する送風機と、
   前記空気の流れ方向において前記熱交換器の上流側に配置され、前記空気を渦流とする渦発生装置と、を備え、
   前記熱交換器は、
   第１方向に沿って並べられた複数の伝熱部材を有する第１熱交換部及び第２熱交換部を備え、
   前記第１熱交換部は、
   前記第２熱交換部よりも前記渦発生装置側に位置し、
   前記第１熱交換部が備える前記複数の伝熱部材の前記第１方向の間隔は、
   前記第２熱交換部が備える前記複数の伝熱部材の前記第１方向の間隔よりも広く、
   前記複数の伝熱部材のそれぞれは、
   内部に前記第１方向に交差する第２方向に沿って冷媒を流通させる冷媒流通部と、
   前記冷媒流通部から前記渦発生装置に向かって突出して設けられているフィン部と、を備え、
   前記冷媒流通部の前記第１方向における幅の中心を通り、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に延びる仮想線を規定したときに、
   前記フィン部は、前記仮想線に重なる位置に設けられている、熱交換器ユニット。
2. 前記仮想線は、
   前記第３方向の視点において、前記フィン部の板厚の中心と一致している、請求項１に記載の熱交換器ユニット。
3. 前記フィン部と前記冷媒流通部との接続部の表面は、
   前記第２方向に垂直な断面において、曲線となっている、請求項１又は２に記載の熱交換器ユニット。
4. 前記フィン部の前記第１方向の板厚は、
   前記渦発生装置側から前記冷媒流通部に向かう方向において、徐々に厚くなる、請求項１～３の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
5. 前記第２方向に垂直な断面における前記冷媒流通部の外形は、
   扁平形状である、請求項１～４の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
6. 前記第２熱交換部は、
   前記第３方向の視点において、前記第１熱交換部が備える前記複数の伝熱部材のうち前記第１方向において隣り合う２つの間に位置する前記複数の伝熱部材を備える、請求項１～５の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
7. 前記第１熱交換部の前記複数の伝熱部材の前記冷媒流通部と前記第２熱交換部の前記複数の伝熱部材の前記冷媒流通部との間に位置する前記フィン部は、通過した空気を渦流化する渦生成部を備える、請求項５又は６に記載の熱交換器ユニット。
8. 前記熱交換器は、
   前記複数の伝熱部材の延伸方向の端部を接続するヘッダを備え、
   前記ヘッダは、
   前記渦発生装置と当接する当接部を備え、
   前記フィン部の先端は、
   前記渦発生装置から離れて位置する、請求項１～７の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
9. 請求項１～８の何れか１項に記載の熱交換器ユニットを備える、冷凍サイクル装置。

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