JP7408779B2 - 熱交換システム - Google Patents

Description

この発明は、熱交換システムおよび熱交換器のフィン構造に関し、特に、自然対流による熱交換と、強制的に空気を流入させることによる熱交換とを行う熱交換システムおよび熱交換器のフィン構造に関する。

従来、自然対流による熱交換と、強制的に空気を流入させることによる熱交換とを行う熱交換システムおよび熱交換器のフィン構造が知られている。このような熱交換システムは、たとえば、実開昭６１－１９７４１６号公報に開示されている。

実開昭６１－１９７４１６号公報には、複数本の導管と、導管を連結するＵ状連結管と、複数のフィンと、電動機ファンとを備える熱交換器が開示されている。複数の導管は、並列して配置されており、端部同士がＵ状連結管で連結されている。複数のフィンは、ピッチ（配置間隔）を狭くした強制対流部と、自然対流部とを形成するように配置されている。強制対流部は、複数のフィンの中央部に設けられ、自然対流部は強制対流部の左右に設けられている。また、実開昭６１－１９７４１６号公報に開示されている構成は、強制対流部内に電動機ファンが設けられている。実開昭６１－１９７４１６号公報に開示された熱交換器は、必要に応じて自然対流と強制対流とを切り替えて冷却（熱交換）を行うように構成されている。

実開昭６１－１９７４１６号公報

ここで、実開昭６１－１９７４１６号公報に開示されている強制対流部は、自然対流部よりもフィンの配置間隔が狭い（小さい）ため、流路抵抗が大きくなる。このような構成では、実開昭６１－１９７４１６号公報には明記されていないが、強制対流部は、自然対流による熱交換では用いることができない。そのため、実開昭６１－１９７４１６号公報に開示されている構成では、自然対流による熱交換は自然対流部においてのみ行い、空気を強制的に流入させることによる熱交換は、強制対流部においてのみ行っている。

しかしながら、複数のフィンを用いて自然対流部と強制対流部とを形成した場合、複数のフィンは、自然対流による熱交換のみに用いられるフィンと、空気を強制的に流入させることによる熱交換のみに用いられるフィンとに分かれる。すなわち、複数のフィンのうちの一部が自然対流による熱交換にのみ用いられ、残りのフィンが空気を強制的に流入させることによる熱交換にのみ用いられるため、全てのフィンを用いて熱交換を行う構成と比較して、自然対流による熱交換に用いられるフィンの数および空気を強制的に流入させることによる熱交換に用いられるフィンの数が減少する。そのため、自然対流による熱交換と、空気を強制的に流入させることによる熱交換とを切り替えて行う場合に、各々の熱交換効率が低下するという問題点がある。

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あり、この発明の１つの目的は、自然対流による熱交換と、空気を強制的に流入させることによる熱交換とを切り替えて行う場合に、各々の熱交換効率が低下することを抑制することが可能な熱交換システム、および、熱交換器のフィン構造を提供することである。

上記目的を達成するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、熱交換器が備える第１流路内の複数のフィン部分をうねらせることにより、自然対流による熱交換と、第１流路内に空気を強制的に流入させることによる熱交換とにおいて兼用することが可能であることを見出した。この知見に基づき、この発明による熱交換システムは、熱交換器を備え、熱交換器は、熱交換対象と当接可能な平板状の基部と、平板状の基部から立ち上がるように設けられた複数のフィン部分とを有し、複数のフィン部分は、平板状の基部に沿って空気が流れる層状の第１流路を形成し、第１流路の幅方向の全幅に亘って、一定の間隔に配置され、第１流路の一端から他端に亘って、連続して設けられ、第１流路の幅方向に一定の幅で周期的にうねり、一定の幅は、一定の間隔の半分未満の大きさであり、第１流路は、第１流路に空気を強制的に流入させることにより熱交換対象の熱交換を行う第１モードと、自然対流により熱交換対象の熱交換を行う第２モードとにおいて兼用される。

この発明による熱交換器では、上記のように、複数のフィン部分は、平板状の基部に沿って空気が流れる層状の第１流路の幅方向の全幅に亘って、一定の間隔に配置される。また、複数のフィン部分は、第１流路の一端から他端に亘って、連続して設けられる。また、複数のフィン部分は、第１流路の幅方向に一定の幅で周期的にうねる。また、一定の幅は、一定の間隔の半分未満の大きさである。また、第１流路は、空気を強制的に流入させることにより熱交換を行う第１モードと、自然対流により熱交換を行う第２モードとにおいて兼用されるように構成されている。これにより、第１流路が、第１モードと第２モードとにおいて兼用されるので、第１流路内で第１モードのみに用いられるフィン部分と第２モードのみに用いられるフィン部分との両方のフィン部分を備える構成と比較して、各熱交換モードに用いられるフィン部分の数が減少することを抑制することができる。また、複数のフィン部分が、第１流路の幅方向においてうねり形状を有するので、複数のフィン部分がうねり形状を有していない構成と比較して、流入させた空気の乱流により、伝熱を促進させることができる。また、フィン部分の配置間隔を狭めることなく伝熱面積を増加させることができる。これらの結果、自然対流による熱交換と、空気を強制的に流入させることによる熱交換とを切り替えて行う場合に、各々の熱交換効率が低下することを抑制することができる。

上記発明による熱交換システムにおいて、好ましくは、第１流路がうねる波形は、第１流路の幅方向において、一定のうねり幅で同じ波形のうねりパターンが反復するようにうねっており、うねりパターンは、第１流路の幅方向において、一方側に突出する山部分と、他方側に突出する谷部分と、山部分と谷部分とを接続する接続部分とを含み、接続部分の第１流路の一端側から他端側に向かう方向に対する最大傾斜角度は、１０度以上３０度以下の角度範囲に含まれる。

ここで、第１流路のうねりの周期が一定の場合、接続部分の最大傾斜角度が大きいほど、第１流路における乱流の効果が大きくなり、さらに伝熱面積を大きくすることができる。第１流路の伝熱面積が大きくなると、空気を強制的に流入させる第１モードによる熱交換性能を向上させることができる。しかしながら、接続部分の最大傾斜角度が大きい場合、第１流路における圧力損失が増加するため、空気の自然対流によって熱交換を行う第２モードにおける熱交換効率が低下する。また、第１流路のうねりの周期が一定の場合、接続部分の最大傾斜角度が小さいほど、第１流路の乱流の効果が小さくなり、伝熱面積が小さくなるので、第１モードによる熱交換性能が低下する。しかしながら、接続部分の最大傾斜角度が小さい場合、第１流路の圧力損失が低下するので、第２モードにおける熱交換効率が向上する。そこで、本願発明者らが検討した結果、接続部分の最大傾斜角度が１０度以上３０度以下の角度範囲に含まれる場合に、第１モードにおける熱交換、および、第２モードにおける熱交換のいずれにおいても、高い性能を確保できることが確認できた。

上記発明による熱交換システムにおいて、好ましくは、複数のフィン部分の配置間隔は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲である。このように構成すれば、複数のフィン部分を、自然対流によって熱交換を行う第２モードに適した間隔で配置することができる。また、複数のフィン部分の配置間隔をこの範囲にすると、空気の自然対流によって熱交換を行う第２モードで高い性能が得られる一方、空気を強制的に流入させることにより熱交換を行う第１モードの用途としては、配置間隔が大きい。すなわち、複数のフィン部分を５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲の配置間隔で配置した場合、第１モードによる熱交換性能が低下する。そこで、本願発明者らが検討した結果、複数のフィン部分がうねり形状を有していることによって、複数のフィン部分を５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲の配置間隔で配置した場合でも、第１モードによる熱交換でも高い性能を確保できることが確認できた。

上記発明による熱交換システムにおいて、好ましくは、第１流路に対して空気を流入させるファンと、第１モードと第２モードとを切り替える制御部とをさらに備え、制御部は、熱交換対象の温度に基づいて、第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されている。このように構成すれば、熱交換対象の温度に基づいて、第１モードと第２モードとが切り替えられるので、たとえば、常に第１モードによって熱交換を行う構成と比較して、消費電力が増加することを抑制することができる。また、たとえば、常に第２モードによって熱交換を行う構成と比較して、効率的に熱交換対象の熱交換を行うことができる。その結果、消費電力の増加を抑制しつつ、効率的に熱交換対象の熱交換を行うことができる。

上記発明による熱交換システムにおいて、好ましくは、熱交換対象は、熱交換対象流体を含み、熱交換器は、複数のフィン部分が設けられた基部と当接した状態で熱交換対象流体が流れる第２流路をさらに備える。このように構成すれば、第２流路に熱交換対象流体を流入させることにより、複数のフィン部分が設けられた基部と熱交換対象流体とを容易に当接させることが可能となり、熱交換対象流体の熱交換を容易に行うことができる。

本発明によれば、上記のように、自然対流による熱交換と、空気を強制的に流入させることによる熱交換とを切り替えて行う場合に、各々の熱交換効率が低下することを抑制することができる。

第１実施形態による熱交換システムを示した斜視図である。 第１実施形態による熱交換器の基部および複数のフィン部分を示した斜視図である。 第１実施形態による第１流路をＸ１方向から見た模式図である。 第１実施形態による第１流路をＺ１方向から見た模式図である。 第１実施形態による熱交換器と、比較例による熱交換器とを用いて、前面風速を変化させた際の熱交換量の変化を示したシミュレーション結果である。 第１実施形態による熱交換器と、比較例による熱交換器とを用いて、前面風速を変化させた際の圧力損失の変化を示したシミュレーション結果である。 第１実施形態による熱交換システムが、第１モードと第２モードとを切り替える処理を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態による接続部分の最大傾斜角度を説明するための模式図である。 第２実施形態によるシミュレーションに用いた熱交換器および比較例の熱交換器を説明するための模式図（Ａ）～模式図（Ｆ）である。 第２実施形態による第１流路の接続部分の角度および周期を異ならせた熱交換器における、前面風速を変化させた際の熱交換量の変化を示したシミュレーション結果である。 第２実施形態による第１流路の接続部分の角度および周期を異ならせた熱交換器における、前面風速を変化させた際の圧力損失の変化を示したシミュレーション結果である。 変形例による熱交換器の基部および複数のフィン部分を示した斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（熱交換器の構成）
まず、図１～図４を参照して、本実施形態による熱交換システム１００の全体構成について説明する。

（全体構成）
図１に示すように、熱交換システム１００は、熱交換器１と、ファン２と、制御部３と、第１温度センサ４と、第２温度センサ５とを備える。なお、本明細書では、上下方向をＺ方向とし、上方向をＺ１方向、下方向をＺ２方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内において互いに直交する２方向をそれぞれＸ方向およびＹ方向とする。Ｘ方向のうち、一方側をＸ１方向とし、他方側をＸ２方向とする。また、Ｙ方向のうち、一方側をＹ１方向とし、他方側をＹ２方向とする。

熱交換器１は、流体の流入口または流出口となる開口を有し、流体を流通させて熱交換を行うように構成されている。図１では、熱交換器１がプレートフィン型の熱交換器である例を示している。プレートフィン型の熱交換器１は、開口が形成された表面（側面）を含む直方体形状を有する。熱交換器１は、内部に流体を流通させる流路を有し、流体を流通させる過程で熱交換するように構成されている。なお、熱交換器１が行う熱交換には、冷却および加熱が含まれる。本実施形態では、熱交換器１が熱交換対象の冷却を行う場合について説明する。

熱交換器１は、セパレートプレート１０と、第１コルゲートフィン１３と、第２コルゲートフィン１４とが積層された構造を有する。また、第１コルゲートフィン１３の外周部には、第１サイドバー１５が配置されている。また、第２コルゲートフィン１４の外周部分には、第２サイドバー１６が配置されている。これらの第１コルゲートフィン１３と、第２コルゲートフィン１４と、セパレートプレート１０と、第１サイドバー１５、第２サイドバー１６とがろう付けによってそれぞれ接合されることにより、熱交換器１が構成されている。セパレートプレート１０は、請求の範囲の「基部」の一例である。

第１流路１１は、セパレートプレート１０と、第１サイドバー１５と、セパレートプレート１０とにより区画され、内部に第１コルゲートフィン１３が配置された各層によって構成されている。第１流路１１内には、流体として、空気が流れる。本実施形態では、第１流路１１は、上下方向（Ｚ方向）に延びるように形成されている。図１に示す例では、Ｙ方向が、第１流路１１の幅方向である。また、Ｘ方向が、第１流路１１の高さ方向である。

また、第２流路１２は、セパレートプレート１０と、第２サイドバー１６とセパレートプレート１０とにより区画され、内部に第２コルゲートフィン１４が配置された各層によって構成されている。また、第２流路１２内にはセパレートプレート１０と当接した状態で熱交換対象流体が流れる。

本実施形態では、熱交換器１は、第１流路１１および第２流路１２のそれぞれを流通する空気と熱交換対象流体との間で熱交換を行う。なお、図１に示す例では、空気は、Ｚ２方向側から第１流路１１内に流入し、Ｚ１方向側から流出する。また、熱交換対象流体は、Ｙ１方向側から第２流路１２に流入し、Ｙ２方向側から流出する。

セパレートプレート１０は、矩形形状を有している。また、セパレートプレート１０は、熱交換対象と当接するように構成されている。熱交換対象は、熱交換対象流体を含む。熱交換対象流体は、たとえば、オイル、または、冷媒などを含む。

熱交換器１は、第１流路１１と第２流路１２とが直交するように、第１流路１１と第２流路１２とが交互に積層された構造を有する。また、第１流路１１および第２流路１２は、Ｘ方向において積層されている。

図１の例では、熱交換器１は、第１流路１１の開口１１ａが形成された表面１ａと、第２流路１２の開口１２ａが形成された表面１ｂとを含む。Ｚ方向の両表面１ａに第１流路１１の開口１１ａが形成され、表面１ａと直交するＹ方向側の両表面１ｂに、第２流路１２の開口１２ａが形成されている。開口１１ａは、表面１ａのうち、第２流路１２を除く部分に形成されている。また、開口１２ａは、表面１ｂのうち、第１流路１１を除く部分に形成されている。

ファン２は、制御部３の制御の下、第１流路１１に対して空気を流入させるように構成されている。ファン２は、Ｚ２方向側の開口１１ａから、第１流路１１に空気を流入させるように構成されている。ファン２は、Ｚ２方向側の開口１１ａを塞ぐように、Ｚ２方向側の表面１ａに接触した状態で設けられている。ファン２は、たとえば、第１流路１１に空気を送風する送風機を含む。

制御部３は、ファン２によって第１流路１１に空気を強制的に流入させることにより熱交換対象の熱交換を行う第１モードと、自然対流により熱交換対象の熱交換を行う第２モードとを切り替える制御を行うように構成されている。また、制御部３は、第１温度センサ４が取得した空気の温度および第２温度センサ５が取得した熱交換対象の温度に基づいて、空気と熱交換対象との温度差を取得するように構成されている。本実施形態では、第１流路１１は、第１モードと第２モードとにおいて兼用されるように構成されている。制御部３は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。

第１温度センサ４は、空気の温度を取得するように構成されている。第１温度センサ４は、Ｚ２方向側の開口１１ａの近傍に設けられており、第１流路１１に流入する空気の温度を取得する。また、第１温度センサ４は、取得した空気の温度を、制御部３に出力するように構成されている。

第２温度センサ５は、熱交換対象の温度を取得するように構成されている。第２温度センサ５は、Ｙ１方向側の開口１２ａの近傍に設けられており、第２流路１２に流入する熱交換対象の温度を取得する。また、第２温度センサ５は、取得した熱交換対象の温度を、制御部３に出力するように構成されている。

（第１流路の構成）
次に、図２を参照して、第１流路１１の構成について説明する。図２に示すように、第１流路１１は、セパレートプレート１０と、１つの第１コルゲートフィン１３とによって形成される。なお、図２に示す例では、便宜上、Ｘ１方向側のセパレートプレート１０の図示を省略している。

図２に示すように、セパレートプレート１０は、ＹＺ平面に沿って延びている。図２に示す例は、セパレートプレート１０は、長辺がＺ方向に沿う向きで配置されている。第１コルゲートフィン１３は、複数のフィン部分１３ａと、第１接続部分１３ｂと、第２接続部分１３ｃとを含む。複数のフィン部分１３ａは、セパレートプレート１０から立ち上がるように設けられている。複数のフィン部分１３ａは、Ｘ２方向側からＸ１方向側に向けて、セパレートプレート１０から立ち上がるように設けられている。また、複数のフィン部分１３ａは、Ｘ１方向側において、第１接続部分１３ｂによって接続される。また、複数のフィン部分１３ａは、Ｘ２方向側において、第２接続部分１３ｃによって接続される。なお、第１接続部分１３ｂと第２接続部分１３ｃとは、Ｙ方向において、交互に設けられている。第１流路１１は、セパレートプレート１０から立ち上がるように設けられた複数のフィン部分１３ａによって区画されている。

また、図２に示すように、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において所定の間隔ｐ１で並んで配置されている。また、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の一端１１ｂから他端１１ｃに向けて第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）においてうねり形状を有するように形成されている。具体的には、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）の全幅に亘って、間隔ｐ１で等間隔となるように配置されている。なお、複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１とは、フィン部分１３ａの板厚を除いた隙間部分の距離である。なお、うねり形状とは、第１流路１１の一端１１ｂから他端１１ｃに向かう方向（Ｚ方向）において、山部分１１ｄと、谷部分１１ｅとが、交互に繰り返される形状のことである。

また、本実施形態では、複数のフィン部分１３ａは、周期ｐ２によってうねっている。なお、周期ｐ２とは、Ｚ方向において、フィン部分１３ａのＹ１方向側の山部分１１ｄ同士の間の距離である。

図３に示すように、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において、一定のうねり幅Ｗで同じ波形のうねりパターンが反復するようにうねっている。なお、うねり幅Ｗとは、フィン部分１３ａのＹ１方向側の山部分１１ｄから、フィン部分１３ａのＹ１方向側の谷部分１１ｅまでの距離である。また、うねりパターンとは、Ｚ方向において、複数のフィン部分１３ａがうねる際の繰り返しの単位のことを意味する。

本実施形態では、うねり幅Ｗが一定であるため、フィン部分１３ａのＹ２方向側の谷部分１１ｇから、フィン部分１３ａのＹ２方向側の山部分１１ｆまでの距離も、フィン部分１３ａのＹ１方向側の山部分１１ｄから、フィン部分１３ａのＹ１方向側の谷部分１１ｅまでの距離と等しくなる。

図４は、第１流路１１をＺ１方向側から見た模式図である。図４では、フィン部分１３ａと、第１接続部分１３ｂと、第２接続部分１３ｃと、フィン部分１３ａの山部分１１ｄ（図３参照）のうち、Ｚ２方向側から見える面１１０ａと、フィン部分１３ａの谷部分１１ｅ（図３参照）のうち、Ｚ２方向側から見える面１１０ｂと、フィン部分１３ａの山部分１１ｆ（図３参照）のうち、Ｚ２方向側から見える面１１０ｃと、フィン部分１３ａの谷部分１１ｇ（図３参照）のうち、Ｚ２方向側から見える面１１０ｄとを図示している。なお、図４は、断面図ではなく、セパレートプレート１０と、フィン部分１３ａと、第１接続部分１３ｂと、第２接続部分１３ｃと、面１１０ａ～面１１０ｄとを識別し易くするために、互いに異なるハッチングを付して図示している。

図４に示すように、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の一端１１ｂから見た際に、第１流路１１の他端１１ｃが見えるように周期的にうねっている。具体的には、うねり幅Ｗは、少なくとも、複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１の半分未満の大きさである。言い換えると、複数のフィン部分１３ａは、面１１０ｂのＹ２方向側の端部１１１ａと、面１１０ｃのＹ１方向側の端部１１１ｂとの間の距離Ｄが０（ゼロ）とならないようにうねっている。すなわち、複数のフィン部分１３ａは、複数のフィン部分１３ａの面１１０ｂのＹ方向における幅Ｗ１と、面１１０ｃのＹ方向における幅Ｗ２とを足し合わせた大きさが、複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１よりも小さくなるようにうねっている。本実施形態では、複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲である。本実施形態では、複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１は、たとえば、約８ｍｍである。また、本実施形態では、第１フィン部分の厚みは、約０．２５ｍｍである。

本実施形態では、第１流路１１は、熱交換対象の熱交換を行う際に、第１流路１１に対して強制的に空気を流入させることにより熱交換対象の熱交換を行う強制熱交換と、自然対流により熱交換対象の熱交換を行う自然熱交換と、において兼用される。以下、本実施形態による熱交換器１と、比較例とを用いてシミュレーションを行うことにより、本実施形態による熱交換器１が強制熱交換と自然熱交換とにおいて兼用可能であることを確認した。なお、以下に示すシミュレーション結果は、実施形態による熱交換器１と、比較例とを用いて熱交換対象を冷却したものである。

（熱交換量のシミュレーション結果）
図５に示すグラフＧ１は、本実施形態における熱交換器１と、比較例による熱交換器とを用いて、前面風速を変化させた際の熱交換量の変化を示している。グラフＧ１は、熱交換量（ｋＷ：キロワット）を縦軸にとり、前面風速（ｍ／ｓ：メートル毎秒）を横軸にとっている。なお、前面風速とは、熱交換器１に流入する際の開口１１ａにおける空気の風速であり、複数のフィン部分１３ａの間を流れる空気の風速ではない。また、グラフＧ１に示すシミュレーション結果は、第１流路１１に流入する際の開口１１ａにおける空気の温度を３０度、第２流路１２を流れる熱交換対象流体の温度を８５度に固定した状態でシミュレーションを行ったことにより得られた結果である。

また、グラフＧ１では、実施例として、厚みが約０．２５ｍｍのフィンが、約８ｍｍの配置間隔となるように配置された熱交換器を用いた。また、比較例として、自然熱交換に適した配置のフィンを備えた自然熱交換用熱交換器と、強制熱交換に適したフィンを備えた強制熱交換用熱交換器とを用いた。自然熱交換用の熱交換器は、たとえば、厚みが約０．２５ｍｍのフィンが、約８ｍｍの配置間隔となるように配置されたものである。また、強制熱交換用熱交換器は、たとえば、厚みが約０．２５ｍｍのフィンが、約３．４ｍｍの配置間隔となるように配置されたものである。また、自然熱交換用熱交換器のフィンおよび強制熱交換用熱交換器のフィンは、どちらも、第１流路の一端から他端に向けてＹ方向にうねる形状を有していない。自然熱交換用熱交換器のフィンおよび強制熱交換用熱交換器のフィンは、プレーンタイプのコルゲートフィンによって構成されている。

グラフＧ１では、本実施形態による熱交換器１のシミュレーション結果を、実線２０で図示している。また、自然熱交換用熱交換器のシミュレーション結果を、破線２１で図示している。また、強制熱交換用熱交換器のシミュレーション結果を、一点鎖線２２で図示している。なお、グラフＧ１では、便宜的に、前面風速が０（ゼロ）の位置に、自然熱交換によるシミュレーション結果の値を示している。

グラフＧ１に示すように、前面風速が０（ゼロ）の場合、自然熱交換用熱交換器の熱交換量が１番大きく、次いで本実施形態による熱交換器１の熱交換量が大きく、強制熱交換用熱交換器の熱交換量が一番小さい結果となった。なお、前面風速が０（ゼロ）とは、自然対流による熱交換である。すなわち、第２モードによる熱交換である。また、前面風速が０（ゼロ）以上の場合が、第１モードによる熱交換である。

また、グラフＧ１に示すように、前面風速を０．５（ｍ／ｓ）まで大きくすると、強制風用熱交換器の熱交換量が最も大きくなり自然熱交換用熱交換器の熱交換量が最も小さくなった。前面風速が０．５（ｍ／ｓ）から２．０（ｍ／ｓ）までの範囲では、強制熱交換用熱交換器の熱交換量が最も大きくなり、自然熱交換用熱交換器の熱交換量が最も小さくなった。前面風速を２．０（ｍ／ｓ）よりも大きくすると、本実施形態による熱交換器１の熱交換量が最も大きくなり、自然熱交換用熱交換器の熱交換量が最も小さくなった。具体的には、前面風速が２．０（ｍ／ｓ）の場合、強制熱交換用熱交換器の熱交換量に対する本実施形態による熱交換器１の熱交換量の比率は、約９６％であった。また、強制熱交換用熱交換器の熱交換量に対する自然熱交換用熱交換器の熱交換量の比率は、約３９％であった。また、前面風速が３．０（ｍ／ｓ）の場合、強制熱交換用熱交換器の熱交換量に対する本実施形態による熱交換器１の熱交換量の比率は、約１１２％であった。また、強制熱交換用熱交換器の熱交換量に対する自然熱交換用熱交換器の熱交換量の比率は、約４０％であった。すなわち、本実施形態による熱交換器１は、第１モードによる熱交換では、強制熱交換用熱交換器と同等か、それ以上の熱交換効率であることが確認された。

また、本実施形態による熱交換器１は、第２モードによる熱交換では、自然熱交換用熱交換器の熱交換量に対する本実施形態による熱交換器１の熱交換量の比率は、約９３％であった。また、自然熱交換用熱交換器の熱交換量に対する強制熱交換用熱交換器の熱交換量の比率は、約３９％であった。すなわち、本実施形態による熱交換器１は、第２モードによる熱交換では、自然熱交換用熱交換器と同等の熱交換効率であることが確認された。これらにより、本実施形態による熱交換器１は、第１モードおよび第２モードにおいて兼用することが可能であることが確認された。

（圧力損失のシミュレーション結果）
また、図６に示すグラフＧ２は、本実施形態における熱交換器１と、比較例による熱交換器とを用いて、前面風速を変化させた際の圧力損失の変化を示している。グラフＧ２は、圧力損失（Ｐａ：パスカル）を縦軸にとり、前面風速（ｍ／ｓ：メートル毎秒）を横軸にとっている。なお、グラフＧ２においても、本実施形態による熱交換器１と、自然熱交換用熱交換器と、強制熱交換用熱交換器とを用いてシミュレーションを行った。

グラフＧ２では、本実施形態による熱交換器１のシミュレーション結果を、実線２３で図示している。また、自然熱交換用熱交換器のシミュレーション結果を、破線２４で図示している。また、強制熱交換用熱交換器のシミュレーション結果を、一点鎖線２５で図示している。なお、グラフＧ２においても、便宜的に、前面風速が０（ゼロ）の位置に、自然熱交換によるシミュレーション結果の値を示している。

グラフＧ２に示すように、前面風速が０（ゼロ）の場合、いずれの熱交換器においても、圧力損失は０（ゼロ）であった。また、前面風速が１．５（ｍ／ｓ）までの範囲では、強制熱交換用熱交換器の圧力損失が最も大きくなり、自然熱交換用熱交換器の圧力損失が最も小さくなる結果となった。また、前面風速が１．５（ｍ／ｓ）よりも大きくなる範囲では、本実施形態による熱交換器１の圧力損失が最も大きくなり、自然熱交換用熱交換器の熱交換量が最も小さくなる結果となった。この結果からも、本実施形態による熱交換器１は、前面風速が大きい場合には、圧力損失が大きくなる分、熱交換効率も大きくなるため、第１モードによる熱交換に用いることが可能であることを確認できた。本実施形態による熱交換器１は、強制熱交換用熱交換器よりも、フィンの配置間隔が大きいにもかかわらず、１．５（ｍ／ｓ）付近で強制熱交換用熱交換器のフィンよりも高い圧力損失が発生するのは、第１フィン部のうねり形状によって、風速の増大に伴い乱流形成が促進されるためと考えられる。また、本実施形態による熱交換器１は、前面風速が小さい場合は、自然熱交換用熱交換器と同様に圧力損失が小さいので、第２モードによる熱交換に用いることが可能であることが確認できた。これらにより、本実施形態による熱交換器１は、第１モードと第２モードとを兼用することが可能であることが確認できた。

（第１モードと第２モードとの切り替え）
本実施形態では、制御部３は、熱交換対象の温度に基づいて、第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されている。具体的には、制御部３は、第２温度センサ５によって取得された第２流路１２に流入する熱交換対象流体の温度が、所定の温度以下になるように、ファン２によって空気を強制的に第１流路１１に流入させる。本実施形態では、制御部３は、第１温度センサ４によって取得された第１流路１１に流入する空気の温度と、第２温度センサ５によって取得された第２流路１２に流入する熱交換対象流体の温度との差分を取得する。制御部３は、取得した第１流路１１に流入する空気と第２流路１２に流入する熱交換対象流体との温度差に基づいて、ファン２による空気の流入量を調整する。すなわち、空気と熱交換対象との温度差が小さい場合には、制御部３は、ファン２による空気の流入量を増加させる。また、空気と熱交換対象との温度差が大きい場合には、制御部３は、ファン２による空気の流入量を減少させる。

また、制御部３は、取得した第１流路１１に流入する空気と第２流路１２に流入する熱交換対象流体との温度差が大きく、必要となる熱交換量が減少した場合には、ファン２の動作を停止する。すなわち、制御部３は、第２モードによって熱交換を行う制御を行う。なお、第２モードによって熱交換を行う際には、ファン２は停止される。したがって、空気は、自然対流により、ファン２の隙間を通り、Ｚ２方向側の開口１１ａから第１流路１１に流入する。

次に、図７を参照して、本実施形態による制御部３が、第１モードと第２モードとを切り替える処理について説明する。

ステップＳ１において、制御部３は、自然熱交換と強制熱交換との自動切換えの開始の操作入力が行われたか否かを判定する。自動切換えの開始の操作入力が行われた場合、処理は、ステップＳ２へ進む。自動切換えの開始の操作入力が行われなかった場合、ステップＳ１の処理を繰り返す。

ステップＳ２において、制御部３は、第２流路１２に流入される熱交換対象流体の温度を取得する。具体的には、制御部３は、第２温度センサ５（図１参照）によって第２流路１２に流入される熱交換対象流体の温度を取得する。

ステップＳ３において、制御部３は、熱交換対象流体の温度が所定の温度以上であるか否かを判定する。熱交換対象流体の温度が所定の温度以上の場合、処理は、ステップＳ４へ進む。熱交換対象流体の温度が所定の温度未満の場合、処理は、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ４において、制御部３は、第２モードに切り替える。具体的には、制御部３は、ファン２を停止させることにより、第２モードに切り替える。なお、ファン２が停止している場合には、ステップＳ４の処理は省略される。すなわち、第２モードで動作している場合、ステップＳ４の処理は省略される。

また、ステップＳ３からステップＳ５へ進んだ場合、ステップＳ５において、制御部３は、第１モードに切り替える。具体的には、制御部３は、ファン２を作動させることにより、第１モードに切り替える。なお、制御部３は、第１温度センサ４によって取得された空気の温度に基づいて、ファン２によって第１流路１１内に流入させる空気の量を制御してもよい。また、ファン２が作動している場合、ステップＳ５の処理は省略される。

ステップＳ６において、制御部３は、自動切換えの終了の操作入力が行われたか否かを判定する。自動切換えの終了の操作入力が行われていない場合、処理は、ステップＳ２へ進む。自動切換えの終了の操作入力が行われた場合、処理は、終了する。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、複数のフィン部分１３ａは、空気が流れる第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において所定の間隔ｐ１で並んで配置されており、第１流路１１の一端１１ｂから他端１１ｃに向けて第１流路１１の幅方向においてうねり形状を有するように形成されており、第１流路１１は、空気を強制的に流入させることにより熱交換を行う第１モードと、自然対流により熱交換を行う第２モードとにおいて兼用されるように構成されているので、第１流路１１が、第１モードと第２モードとにおいて兼用されるので、第１モード用の流路と第２モード用の流路との両方の流路を備える構成と比較して、熱交換器１の構造が複雑化することを抑制することができる。また、複数のフィン部分１３ａが、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）においてうねり形状を有するので、複数のフィン部分１３ａがうねり形状を有していない構成と比較して、流入させた空気の乱流により、伝熱を促進させることができる。また、伝熱面積を増加させることができる。その結果、自然対流による熱交換と、空気を強制的に流入させることによる熱交換とを切り替えて行うことが可能であるとともに、熱交換器１の構造が複雑化することを抑制することができる。

また、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の一端１１ｂから他端１１ｃに亘って、連続して設けられており、第１流路１１の一端１１ｂから見た際に、第１流路１１の他端が見えるように周期的にうねっているので、第１流路１１内において、貫通した流路が形成される。したがって、複数のフィン部分１３ａによって第１流路１１内に貫通した流路が形成されない構成と比較して、第１流路１１内を流れる空気の圧力損失が増加することを抑制することができる。その結果、複数のフィン部分１３ａがうねり形状を有している場合でも、自然対流によって熱交換を行う第２モードにおける熱交換効率を確保することができる。

また、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において、一定のうねり幅Ｗで同じ波形のうねりパターンが反復するようにうねっており、うねり幅Ｗは、少なくとも、複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１の半分未満の大きさであるので、複数のフィン部分１３ａが第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において、一定のうねり幅Ｗで同じ波形のうねりパターンが反復するようにうねっている。そのため、複数のフィン部分１３ａのうねり幅Ｗおよび／またはうねりパターンが途中で異なる構成と比較して、複数のフィン部分１３ａの構造（形状）を簡素化することができる。また、複数のフィン部分１３ａのうねり幅Ｗは、少なくとも、複数のフィン部分１３ａの配置間隔ｐ１の半分未満の大きさであるので、第１流路１１の一端１１ｂから見た際に、第１流路１１の他端１１ｃが見える構成とすることが可能となり、第２モードにおける熱交換効率を確保することができる。その結果、複数のフィン部分１３ａの構造（形状）の簡素化と、第２モードでの熱交換効率の確保とを両立することができる。

また、複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であるので、複数のフィン部分１３ａを、自然対流によって熱交換を行う第２モードに適した間隔で配置することができる。また、複数のフィン部分１３ａの配置間隔をこの範囲にすると、空気の自然対流によって熱交換を行う第２モードで高い性能が得られる一方、空気を強制的に流入させることにより熱交換を行う第１モードの用途としては、配置間隔が大きい。すなわち、複数のフィン部分１３ａを５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲の配置間隔で配置した場合、第１モードによる熱交換性能が低下する。そこで、上記実施例に示したように、複数のフィン部分１３ａがうねり形状を有していることによって、複数のフィン部分１３ａを５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲の配置間隔で配置した場合でも、第１モードによる熱交換でも高い性能を確保できることが確認できた。

また、複数のフィン部分１３ａは、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）の全幅に亘って、等間隔となるように配置されているので、複数のフィン部分１３ａが、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）の全幅に亘って、等間隔となるように配置されているので、第１流路１１の途中で複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１を変更することにより、第１モードによって熱交換を行う部分と、第２モードによって熱交換を行う部分とを形成する構成と異なり、第１流路１１全体を用いて、第１モードによる熱交換および第２モードによる熱交換を行うことができる。その結果、各熱交換モードの熱交換効率が低下することを抑制することができる。

また、制御部３は、熱交換対象の温度に基づいて、第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されているので、熱交換対象の温度に基づいて、第１モードと第２モードとが切り替えられる。したがって、たとえば、常に第１モードによって熱交換を行う構成と比較して、消費電力が増加することを抑制することができる。また、たとえば、常に第２熱交換モードによって熱交換を行う構成と比較して、効率的に熱交換対象を熱交換することができる。その結果、消費電力の増加を抑制しつつ、効率的に熱交換対象を熱交換することができる。

また、熱交換対象は、熱交換対象流体を含み、熱交換器１は、複数のフィン部分１３ａが設けられたセパレートプレート１０と当接した状態で熱交換対象流体が流れる第２流路１２をさらに備えるので、第２流路１２に熱交換対象流体を流入させることにより、複数のフィン部分１３ａが設けられたセパレートプレート１０と熱交換対象流体とを容易に当接させることが可能となり、熱交換対象流体の熱交換を容易に行うことができる。

また、熱交換器１のフィン構造は、複数のフィン部分１３ａが、空気が流れる第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において所定の間隔ｐ１で並んで配置されており、第１流路１１の一端１１ｂから他端１１ｃに向けて第１流路１１の幅方向においてうねり形状を有するように形成されており、第１流路１１は、熱交換対象の熱交換を行う際に、第１流路１１に対して強制的に空気を流入させることにより熱交換対象の熱交換を行う強制熱交換と、自然対流により熱交換対象の熱交換を行う自然熱交換と、において兼用されるように構成されているので、上記熱交換システム１００と同様に、自然対流による熱交換と、空気を強制的に流入させることによる熱交換とを切り替えて行うことが可能であるとともに、熱交換器１の構造が複雑化することを抑制することが可能な熱交換器１のフィン構造を提供することができる。また、熱交換器１のフィン構造は、複数のフィン部分１３ａが、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）の全幅に亘って、等間隔となるように配置されているので、第１流路１１の途中で複数のフィン部分１３ａの配置間隔ｐ１を変更することにより、第１モードによって熱交換を行う部分と、第２モードによって熱交換を行う部分とを形成する構成と異なり、第１流路１１全体を用いて、第１モードによる熱交換および第２モードによる熱交換を行うことができる。その結果、各熱交換モードの熱交換効率が低下することを抑制することができる。

また、熱交換器１のフィン構造は、複数のフィン部分１３ａが、第１流路１１の一端１１ｂから他端１１ｃに亘って、連続して設けられており、第１流路１１の一端１１ｂから見た際に、第１流路１１の他端が見えるように周期的にうねっているので、第１流路１１内において、貫通した流路が形成される。したがって、複数のフィン部分１３ａによって第１流路１１内に貫通した流路が形成されない構成と比較して、第１流路１１内を流れる空気の圧力損失が増加することを抑制することができる。その結果、複数のフィン部分１３ａがうねり形状を有している場合でも、自然対流によって熱交換を行う第２モードにおける熱交換効率を確保することができる。

［第２実施形態］
次に、図８～図１１を参照して、第２実施形態による第１コルゲートフィン１３０（図８参照）の複数のフィン部分１３１（図８参照）が有する接続部分１１ｈ（図８参照）の最大傾斜角度θ（図８参照）の角度範囲について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２実施形態による複数のフィン部分１３１は、最大傾斜角度θが異なる場合を除いては、上記第１実施形態による複数のフィン部分１３ａと同様の構成である。図８に示すように、複数のフィン部分１３１は、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において、一定のうねり幅Ｗで同じ波形のうねりパターンが反復するようにうねっている。うねりパターンは、第１流路１１の幅方向において、一方側（Ｙ１方向側）に突出する山部分１１ｄと、他方側（Ｙ２方向側）に突出する谷部分１１ｅと、山部分１１ｄと谷部分１１ｅとを接続する接続部分１１ｈとを含む。本実施形態では、接続部分１１ｈの第１流路１１の一端１１ｂ側から他端１１ｃ側に向かう方向（Ｚ方向）に対する最大傾斜角度θは、１０度以上３０度以下の角度範囲に含まれる。図８に示す例は、最大傾斜角度θが、２０度の場合である。

なお、図８に示す例では、山部分１１ｄおよび谷部分１１ｅの各々が、第１流路１１が延びる方向（Ｚ方向）に沿って延びる形状を有しているが、山部分１１ｄおよび谷部分１１ｅは、第１流路１１が延びる方向（Ｚ方向）に沿って延びていなくてもよい。すなわち、接続部分１１ｈ同士が連続して接続することにより、うねりパターンを形成してもよい。この場合、接続部分１１ｈ同士の接点のうち、一方側（Ｙ１方向側）に突出する接点を山部分とし、他方側（Ｙ２方向側）に突出する接点を谷部分とすればよい。

また、うねりの周期ｐ２は、フィン部分１３１の配置間隔ｐ１と、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θとによって決まる。なお、第２実施形態においても、熱交換器１は、第１モードと第２モードとで併用される。したがって、うねりの周期ｐ２は、フィン部分１３１の配置間隔ｐ１の範囲と、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θの範囲と、第１モードおよび第２モードを兼用可能な放熱量とに基づいて範囲に設定される。具体的には、うねりの周期ｐ２の下限値は、フィン部分１３１の配置間隔ｐ１の０．５倍である。また、うねりの周期ｐ２の上限値は、フィン部分１３１の配置間隔ｐ１を、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定した場合で、かつ、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θを１０度以上３０度以下に設定した場合において、第１流路１１の一端１１ｂから見た際に、第１流路１１の他端１１ｃが見えるように第１流路１１を構成した際の値である。

次に、図９～図１１を参照して、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θおよびうねりの周期ｐ２を変更した場合の、熱交換量および圧力損失のシミュレーション結果について説明する。なお、以下に示すシミュレーション結果は、図９（Ａ）～図９（Ｆ）に示すように、熱交換器１における接続部分１１ｈの最大傾斜角度θを２０度、１０度、および、３０度に設定した第１コルゲートフィン１３０、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分の第１コルゲートフィン１３０、および、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍の第１コルゲートフィン１３０を用いた結果である。また、以下に示すシミュレーション結果には、比較例として接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが０度（いわゆる、プレーンフィン）の第１コルゲートフィン１４０を用いた結果も含む。なお、図９（Ｆ）に示すように、比較例による第１コルゲートフィン１４０は、フィン部分にうねりがない形状である。

図９（Ａ）に示すように、第１コルゲートフィン１３０ａは、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度となるように、接続部分１１ｈが配置されている。また、図９（Ｂ）に示すように、第１コルゲートフィン１３０ｂは、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度となるように、接続部分１１ｈが配置されている。また、図９（Ｃ）に示すように、第１コルゲートフィン１３０ｃは、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが３０度となるように、接続部分１１ｈが配置されている。なお、図９（Ａ）～図９（Ｃ）に示すように、第１コルゲートフィン１３０ａ～第１コルゲートフィン１３０ｃのうねりの周期は、いずれも周期ｐ２である。

また、図９（Ｄ）に示すように、第１コルゲートフィン１３０ｄは、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の半分となるように構成されている。また、図９（Ｅ）に示すように、第１コルゲートフィン１３０ｅは、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍となるように構成されている。

（接続部分の最大傾斜角度およびうねりの周期に対する熱交換量のシミュレーション結果）
図１０に示すグラフＧ３は、熱交換量を縦軸にとり、前面風速を横軸にとっている。グラフＧ３では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度のシミュレーション結果を、一点鎖線３０で図示している。また、グラフＧ３では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度のシミュレーション結果を、実線３１で図示している。また、グラフＧ３では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが３０度のシミュレーション結果を、破線３２で図示している。また、グラフＧ３では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果を、二点鎖線３３で図示している。また、グラフＧ３では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍のシミュレーション結果を、太線３４で図示している。また、グラフＧ３では、比較例によるシミュレーション結果を、太い点線３５で図示している。なお、グラフＧ３において、前面風速が０（ゼロ）の場合は、第２モードによる熱交換を意味している。また、グラフＧ３において、前面風速が０（ゼロ）以上の場合は、第１モードによる熱交換を意味している。

グラフＧ３に示すように、第２モードの場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度、２０度、および、３０度のいずれのシミュレーション結果も、比較例によるシミュレーション結果とほぼ同等の熱交換量となった。

また、グラフＧ３に示すように、第１モードによる熱交換の場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度のシミュレーション結果は、比較例によるシミュレーション結果よりも、熱交換量が大きくなった。具体的には、第１モードでは、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度のシミュレーション結果は、比較例によるシミュレーション結果に対して、熱交換量が平均して略１．４倍となった。

また、グラフＧ３に示すように、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果に対して、熱交換量が平均して略１．７倍となった。

また、グラフＧ３に示すように、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが３０度のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果に対して、熱交換量が平均して略２．０倍となった。

グラフＧ３に示すように、第１モードの場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが大きくなるにつれて、熱交換量が大きくなることが確認された。

また、グラフＧ３に示すように、第２モードの場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果、および、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果のいずれにおいても、比較例によるシミュレーション結果とほぼ同等の熱交換量となった。

また、グラフＧ３に示すように、第１モードの場合、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果は、比較例によるシミュレーション結果よりも、熱交換量が大きくなった。具体的には、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果と比較して、熱交換量が平均して略１．４倍となった。

また、グラフＧ３に示すように、第１モードの場合、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍のシミュレーション結果は、比較例によるシミュレーション結果よりも、熱交換量が大きくなった。具体的には、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果と比較して、熱交換量が平均して略１．７倍となった。

また、グラフＧ３に示すように、うねりの周期ｐ４のシミュレーション結果と、うねりの周期ｐ３のシミュレーション結果とを比較した場合、第１モードの場合における熱交換量は、うねりの周期ｐ４のシミュレーション結果が、うねりの周期ｐ３のシミュレーション結果と同等かそれ以上の熱交換量であった。

以上により、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度以上３０度以下の場合に、比較例よりも熱交換量が大きいことが確認された。また、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θは、１０度から３０度の範囲において、角度が大きくなるにつれ、熱交換量が大きくなることが確認された。また、うねりの周期ｐ２は、熱交換量に対する影響が、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θによる熱交換量に対する影響よりも少ないことが確認された。

（接続部分の最大傾斜角度およびうねりの周期に対する圧力損失のシミュレーション結果）
図１１に示すグラフＧ４は、圧力損失を縦軸にとり、前面風速を横軸にとっている。グラフＧ４では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度のシミュレーション結果を、一点鎖線３６で図示している。また、グラフＧ４では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度のシミュレーション結果を、実線３７で図示している。また、グラフＧ４では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが３０度のシミュレーション結果を、破線３８で図示している。また、グラフＧ４では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果を、二点鎖線３９で図示している。また、グラフＧ４では、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度であり、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍のシミュレーション結果を、太線４０で図示している。また、グラフＧ４では、比較例によるシミュレーション結果を、太い点線４１で図示している。なお、グラフＧ４において、前面風速が０（ゼロ）の場合は、第２モードによる熱交換を意味している。また、グラフＧ４において、前面風速が０（ゼロ）以上の場合は、第１モードによる熱交換を意味している。

グラフＧ４に示すように、第２モードの場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度、２０度、および、３０度のいずれのシミュレーション結果も、比較例によるシミュレーション結果とほぼ同等の圧力損失となった。

また、グラフＧ４に示すように、第１モードの場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度のシミュレーション結果は、比較例によるシミュレーション結果よりも、圧力損失が大きくなった。具体的には、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果に対して、圧力損失が平均して略１．６倍となった。

また、グラフＧ４に示すように、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果に対して、圧力損失が平均して略２．８倍となった。

また、グラフＧ４に示すように、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが３０度のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果に対して、圧力損失が平均して略６．３倍となった。

グラフＧ４に示すように、第１モードの場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが大きくなるにつれて、圧力損失が大きくなることが確認された。

また、グラフＧ４に示すように、第１モードの場合、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果は、比較例によるシミュレーション結果よりも、圧力損失が大きくなった。具体的には、うねりの周期ｐ３がうねりの周期ｐ２の半分のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果と比較して、圧力損失が略２．２倍となった。

また、グラフＧ４に示すように、第１モードの場合、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍のシミュレーション結果は、比較例によるシミュレーション結果よりも、圧力損失が大きくなった。具体的には、うねりの周期ｐ４がうねりの周期ｐ２の２倍のシミュレーション結果は、第１モードの場合、比較例によるシミュレーション結果と比較して、圧力損失が平均して略２．２倍となった。

また、グラフＧ４に示すように、うねりの周期ｐ４のシミュレーション結果と、うねりの周期ｐ３のシミュレーション結果とを比較した場合、第１モードの場合における圧力損失は、うねりの周期ｐ４のシミュレーション結果と、うねりの周期ｐ３のシミュレーション結果とで、略同等であった。

以上により、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度以上３０度以下の場合に、比較例よりも圧力損失が大きいことが確認された。また、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θは、１０度から３０度の範囲において、角度が大きくなるにつれ、圧力損失が大きくなることが確認された。また、うねりの周期ｐ２は、圧力損失に対する影響が、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θによる圧力損失に対する影響よりも少ないことが確認された。

グラフＧ３およびＧ４より、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度の場合には、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度および３０度の場合と比較して、熱交換量の増加率は大きくないが、熱交換の効率が高いことが確認された。また、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが３０度の場合には、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度および２０度の場合と比較して、熱交換の効率は高くないが、熱交換量の増加率が大きいことが確認された。すなわち、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが、１０度以上３０度以下の範囲に含まれることが好ましいことが確認された。なお、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度の場合、放熱量および熱交換効率を両立できる角度であることが確認された。なお、熱交換量の増加率の評価、および、熱交換の効率の評価は、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θを変更した場合のプレーンフィンに対する熱交換量の変化量および圧力損失の変化量によって評価したものである。また、熱交換の効率は、熱交換量を圧力損失で除算することにより算出される値である。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、複数のフィン部分１３１は、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において、一定のうねり幅Ｗで同じ波形のうねりパターンが反復するようにうねっている。このうねりパターンは、第１流路１１の幅方向において、一方側（Ｙ１方向側）に突出する山部分１１ｄと、他方側（Ｙ２方向側）に突出する谷部分１１ｅと、山部分１１ｄと谷部分１１ｅとを接続する接続部分１１ｈとを含んでいる。接続部分１１ｈの第１流路１１の一端１１ｂ側から他端１１ｃ側に向かう方向（Ｚ方向）に対する最大傾斜角度θは、１０度以上３０度以下の角度範囲に含まれる。

ここで、第１流路１１のうねりの周期ｐ２が一定の場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが大きいほど、第１流路１１における乱流の効果が大きくなり、伝熱面積を大きくすることができる。第１流路１１の伝熱面積が大きくなると、図１０に示すように、空気を強制的に流入させる第１モードによる熱交換性能を向上させることができる。しかしながら、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが大きい場合、図１１に示すように、第１流路１１における圧力損失が増加する。また、図１０に示すように、第１流路１１のうねりの周期ｐ２が一定の場合、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが小さいほど、第１流路１１の乱流の効果が小さくなり、伝熱面積が小さくなるので、第１モードによる熱交換性能が低下する。しかしながら、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが小さい場合、図１１に示すように、第１流路１１の圧力損失が低下する。そこで、本願発明者らがシミュレーションにより検討した結果、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが１０度以上３０度以下の角度範囲に含まれる場合に、第１モードにおける熱交換、および、第２モードにおける熱交換のいずれにおいても、高い性能を確保できることが確認できた。なお、接続部分１１ｈの最大傾斜角度θが２０度の場合、放熱量および熱交換効率を両立できる角度であることが確認された。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態による効果と同様の効果である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、第１流路１１が上下方向（Ｚ方向）に延びるように形成されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１流路１１は、斜め方向に延びるように形成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、熱交換器１がプレートフィン型の熱交換器である構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、熱交換器１は、プレートフィン以外のフィンアンドチューブ型の熱交換器などでもよい。また、図１２に示す変形例によるヒートシンク６のように、本発明をヒートシンクに適用してもよい。図１２に示すヒートシンク６は、基部６０から複数のフィン部分６１ａが立ち上がるように設けられている。基部６０は、たとえば、板状の金属部材を含む。ヒートシンク６では、複数のフィン部分６１ａの間が、第１流路６１となる。また、ヒートシンク６では、たとえば、半導体素子などが熱交換対象であり、基部６０に半導体素子などを当接させることにより、半導体素子などの熱交換を行う。変形例によるヒートシンク６でも、複数のフィン部分６１ａは、第１流路１１の一端１１ｂから他端１１ｃに向けて複数のフィン部分６１ａの第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）においてうねり形状を有するように形成されている。すなわち、第１流路１１は、コルゲートフィンでなく、個々の第１フィン部分が個別に設けられた複数のフィンによって区画されていてもよい。なお、図１２に示す例では、第１流路１１は、上下方向（Ｚ方向）に延びるように形成されているが、第１流路１１が斜め方向に延びるように形成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、第１流路１１と第２流路１２とが直交する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１流路１１と第２流路１２とが、対向するように構成されていてもよいし、第１流路１１と第２流路１２とが、並行するように構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、第１流路１１と第２流路１２とが、Ｘ方向において、交互に積層される構成の例を示したが本発明はこれに限られない。第１流路１１と第２流路１２とが交互に積層されていなくてもよい。たとえば、第１流路１１、第１流路１１、第２流路１２、第１流路１１、第１流路１１、第２流路１２などの順で積層されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）が、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）の全幅に亘って、等間隔となるように配置されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）は、Ｙ方向の全幅に亘って、等間隔に配置されていなくてもよい。しかしながら、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）がＹ方向の全幅に亘って、等間隔で配置されていない場合、熱交換器１の構造が複雑化するため、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）はＹ方向の全幅に亘って、等間隔で配置されていることが好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）が、第１流路１１の幅方向（Ｙ方向）において、一定のうねり幅Ｗでうねる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）のうねり幅Ｗは、一定でなくてもよい。しかしながら、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）のうねり幅Ｗが一定でない場合、熱交換器１の構造が複雑化するため、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）のうねり幅Ｗは一定であることが好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）が同じ波形のうねりパターンが反復するようにうねる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）は、異なる波形のうねりパターンを組み合わせたうねり形状を有していてもよい。しかしながら、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）が異なる波形のうねりパターンを組み合わせたうねり形状を有している場合、熱交換器１の構造が複雑化するため、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）は、同じ波形のパターンが反復するようにうねる構成であることが好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）の間隔ｐ１が、約８ｍｍである構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）の間隔ｐ１は、たとえば、約６ｍｍであってもよいし、約９ｍｍであってもよい。複数のフィン部分１３ａの間隔ｐ１が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であれば、複数のフィン部分１３ａ（複数のフィン部分１３１）の間隔ｐ１はどのような値であってもよい。

また、上記２実施形態では、フィン部分１３ａが、山部分１１ｄと谷部分１１ｅとが、一定の角度で傾斜した接続部分１１ｈによって接続される構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、山部分１１ｄと谷部分１１ｅとが、連続的に角度が変化する接続部分によって接続されていてもよい。一例としては、上面視において、第１流路１１が、いわゆるサインカーブ状の形状を有していてもよい。第１流路１１がサインカーブ状の形状を有する場合、連続的に角度が変化する接続部分の最大角度が、１０度以上３０度以下の角度範囲に含まれればよい。

また、上記第１および第２実施形態では、制御部３が、空気と熱交換対象との温度差に基づいて、第１モードと第２モードとを切り替える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ユーザの入力を受け付ける入力受付部を備え、制御部３は、ユーザの入力信号に基づいて第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ファン２が、Ｚ２方向側の開口１１ａに設けられる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ファン２は、Ｚ１方向側の開口１１ａに設けられていてもよい。すなわち、第１モードでは、Ｚ１方向側からファン２によって空気を強制的に流入させることにより熱交換を行い、第２モードでは、Ｚ２方向側から自然対流によって空気を流入させることにより熱交換行ってもよい。ファン２が設けられる位置は、Ｚ１方向側の開口１１ａ、および、Ｚ２方向側の開口１１ａのどちらに設けられていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ファン２が、第１流路１１に空気を送風する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ファン２は、空気を吸引することにより、第１流路１１に空気を流入させるように構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ファン２がＺ２方向側の開口１１ａを覆うように、Ｚ２方向側の表面１ａに接触した状態で設けられる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ファン２は、開口１１ａを覆う構成でなくてもよい。ファン２が開口１１ａを覆う構成でない場合、ダクト、ケーシング等で接続されて離れた位置にファン２が設けられていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、熱交換対象の冷却を行う構成の例を示したが、本願はこれに限られない。たとえば、熱交換器１は、熱交換対象の加熱を行うように構成されていてもよい。

１、６ 熱交換器
２ ファン
３ 制御部
１０ セパレートプレート（基部）
１１、４１ 第１流路
１１ｄ 山部分
１１ｅ 谷部分
１１ｈ 接続部分
１２ 第２流路
１３ａ、６１ａ、１３１ 複数のフィン部分
６０ 基部
１００ 熱交換システム
ｐ１ 配置間隔（複数のフィン部分の配置間隔）
Ｗ うねり幅
θ 最大傾斜角度

Claims (5)

1. 熱交換器を備え、
   前記熱交換器は、
   熱交換対象と当接可能な平板状の基部と、
   前記平板状の基部から立ち上がるように設けられた複数のフィン部分とを有し、
   前記複数のフィン部分は、
   前記平板状の基部に沿って空気が流れる層状の第１流路を形成し、
   前記第１流路の幅方向の全幅に亘って、一定の間隔に配置され、
   前記第１流路の一端から他端に亘って、連続して設けられ、
   前記第１流路の幅方向に一定の幅で周期的にうねり、
   前記一定の幅は、前記一定の間隔の半分未満の大きさであり、
   前記第１流路は、前記第１流路に空気を強制的に流入させることにより前記熱交換対象の熱交換を行う第１モードと、自然対流により前記熱交換対象の熱交換を行う第２モードとにおいて兼用される、
   熱交換システム。
2. 前記第１流路がうねる波形は、前記第１流路の幅方向において、一方側に突出する山部分と、他方側に突出する谷部分と、前記山部分と前記谷部分とを接続する接続部分とを含み、
   前記接続部分の前記第１流路の一端側から他端側に向かう方向に対する最大傾斜角度は、１０度以上３０度以下の角度範囲に含まれる、請求項１に記載の熱交換システム。
3. 前記複数のフィン部分の配置間隔は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲である、請求項１または２に記載の熱交換システム。
4. 前記第１流路に対して空気を流入させるファンと、
   前記第１モードと前記第２モードとを切り替える制御部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記熱交換対象の温度に基づいて、前記第１モードと前記第２モードとを切り替えるように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換システム。
5. 前記熱交換対象は、熱交換対象流体を含み、
   前記熱交換器は、前記平板状の基部と当接した状態で前記熱交換対象流体が流れる第２流路をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換システム。

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