WO2020225845A1 - 熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2020225845A1
WO2020225845A1 PCT/JP2019/018241 JP2019018241W WO2020225845A1 WO 2020225845 A1 WO2020225845 A1 WO 2020225845A1 JP 2019018241 W JP2019018241 W JP 2019018241W WO 2020225845 A1 WO2020225845 A1 WO 2020225845A1
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WO
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heat exchanger
convex portion
convex
concave
air
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/018241
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English (en)
French (fr)
Inventor
暁 八柳
前田　剛志
石橋　晃
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/30—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being attachable to the element

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger that maintains a heat transfer coefficient and reduces ventilation resistance, and a refrigeration cycle device provided with the heat exchanger.
  • a conventional heat exchanger is provided with a plurality of heat transfer tubes arranged in parallel at intervals from each other, and a plurality of fins connected to the plurality of heat transfer tubes and having surfaces parallel to the air flow direction.
  • the air supplied to the heat exchanger passes between the heat transfer tubes and between the fins, and comes into contact with the heat transfer tubes and the fins.
  • heat exchange is performed between the heat exchange fluid flowing in the heat transfer tube and the air which is the heat exchange fluid that exchanges heat with the heat exchange fluid.
  • a heat exchanger in which a plurality of cut-out portions called slits or louvers that open in the air flow direction are formed on the surface of fins is also known.
  • Such heat exchangers are called slit fin heat exchangers.
  • the temperature boundary layer is reconstructed at each cut-up portion, and the air flow velocity near the fin surface is increased.
  • the amount of heat transported is increased, so that the heat exchange performance of the heat exchanger under dry conditions is improved.
  • the discharge of condensed water is hindered by the cut-up portion, and a part of the air passage in the heat exchanger may be blocked.
  • frost may be concentrated on the cut-up portion, and a part of the air passage in the heat exchanger may be blocked. Therefore, the slit fin heat exchanger deteriorates the heat exchange performance under wet conditions due to the blockage of a part of the air passage in the heat exchanger.
  • the condensed water is water in which the moisture in the air is condensed and adheres to the surface of the heat exchanger.
  • a heat exchanger in which corrugated irregularities protruding perpendicularly to the air flow direction are formed on the surface of the fins (see, for example, Patent Document 1).
  • Such heat exchangers are called slitless fin heat exchangers.
  • a slitless fin heat exchanger an air vortex flow is generated due to an airflow collision with a convex portion on the fin surface. By making this vortex flow along the fin surface, the heat exchange performance of the heat exchanger is improved.
  • the slitless fin heat exchanger since the fin has no cut-up portion, the drainage property of the condensed water is good, and the concentrated frost formation on a part of the fin is suppressed. .. Therefore, the slitless fin heat exchanger can ensure the heat exchange performance under wet conditions.
  • the ventilation resistance increases due to the generation of the vortex flow and the overcoming of the convex portion of the vortex flow. Therefore, when the conventional slitless fin heat exchanger is applied to the refrigeration cycle device, the ventilation efficiency of the blower may decrease, and the efficiency of the entire refrigeration cycle device may decrease.
  • these parameters are reduced, the effect of improving the heat exchange performance due to the vortex flow is reduced, and the performance of the heat exchanger may be deteriorated. That is, the conventional heat exchanger has a problem that both maintenance of heat exchange performance and reduction of ventilation resistance cannot be achieved at the same time.
  • the present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and provides a heat exchanger capable of reducing ventilation resistance while maintaining heat exchange performance, and a refrigeration cycle device including the heat exchanger.
  • the purpose is.
  • the heat exchanger of the present invention is a heat exchanger to which air is supplied by a blower, and is connected to a heat transfer tube extending in a direction intersecting the flow direction of the air supplied from the blower and the heat transfer tube.
  • a fin is provided, and the fin projects in the thickness direction of the fin and has a convex portion formed with at least one convex receiving surface facing the supplied air, and is recessed in a direction opposite to the convex portion to supply the fin.
  • the concave portion having at least one concave receiving surface facing the air and the switching portion for switching between the convex portion and the concave portion are provided.
  • the convex leeward boundary line is formed by the convex welcoming surface
  • the concave leeward boundary line is formed by the concave lining surface among the boundary lines between the concave portion and the switching portion.
  • the first angle formed by the air flow direction and the convex leeward boundary line on the leeward side is smaller than the second angle formed by the air flow direction and the concave windward boundary line on the leeward side. It is a thing.
  • the refrigeration cycle apparatus of the present invention includes a heat exchanger according to the present invention and the blower that supplies the air to the heat exchanger in the air flow direction.
  • the vortex flow over the top of the convex portion flows into the top of the concave portion to increase the flow velocity and reduce the interference between the airflows generated at each of the convex portion and the concave portion. Therefore, the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange performance.
  • FIG. It is the schematic which shows an example of the structure of the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view which shows an example of the structure of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the main part of the example of the windward heat exchanger of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing along the ridge line R of the convex part in the region A of FIG.
  • It is the schematic which shows an example of the shape of the convex part of FIG.
  • It is the schematic which shows an example of the shape of the concave part of FIG.
  • It is the schematic for demonstrating the flow of the air on a convex part.
  • It is the schematic for demonstrating the flow of the air in a recess.
  • FIG. It is the schematic which shows another example of the shape of the convex part of FIG. It is the schematic which shows another example of the shape of the recess of FIG. It is sectional drawing which shows the main part of the 1st modification of the windward heat exchanger of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing along the ridge line R of the convex part in the region A of FIG. It is the schematic which shows an example of the shape of the convex part of FIG. It is the schematic which shows an example of the shape of the recess of FIG. It is the schematic which shows another example of the shape of the convex part of FIG. It is the schematic which shows another example of the shape of the recess of FIG.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the main part of the 2nd modification of the windward heat exchanger of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing along the ridge line R of the convex part in the region A of FIG. It is the schematic which shows an example of the shape of the convex part of FIG. It is the schematic which shows an example of the shape of the recess of FIG. It is the schematic which shows another example of the shape of the convex part of FIG. It is the schematic which shows another example of the shape of the recess of FIG. It is sectional drawing which shows the main part of the example of the windward heat exchanger of the heat exchanger which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the refrigeration cycle apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the refrigeration cycle device 1 is mounted on, for example, an air conditioner.
  • the heat exchange fluid flowing in the heat transfer tube of the heat exchanger of the refrigeration cycle device 1 is a refrigerant and the heat exchange fluid for heat exchange with the heat exchange fluid is air will be described as an example.
  • the refrigeration cycle device 1 includes a compressor 2, an indoor heat exchanger 3, an indoor blower 4, a throttle device 5, an outdoor heat exchanger 6, an outdoor blower 7, and a four-way valve 8.
  • a refrigerant circuit is formed by connecting the compressor 2, the indoor heat exchanger 3, the throttle device 5, the outdoor heat exchanger 6 and the four-way valve 8 by a refrigerant pipe.
  • the compressor 2 compresses the refrigerant.
  • the refrigerant compressed by the compressor 2 is discharged from the compressor 2 and sent to the four-way valve 8.
  • the compressor 2 can be composed of, for example, a rotary compressor, a scroll compressor, a screw compressor, a reciprocating compressor, or the like.
  • the indoor heat exchanger 3 functions as a condenser during the heating operation and as an evaporator during the cooling operation.
  • the indoor heat exchanger 3 is, for example, a fin-and-tube heat exchanger, a microchannel heat exchanger, a shell-and-tube heat exchanger, a heat pipe heat exchanger, a double-tube heat exchanger or a plate heat exchanger. Etc. can be configured.
  • An indoor blower 4 is provided in the vicinity of the indoor heat exchanger 3. The indoor blower 4 supplies air, which is a heat exchange fluid, to the indoor heat exchanger 3.
  • the throttle device 5 expands and decompresses the refrigerant flowing out from the indoor heat exchanger 3 or the outdoor heat exchanger 6.
  • the throttle device 5 is composed of, for example, an electric expansion valve that can adjust the flow rate of the refrigerant. Not limited to this, a mechanical expansion valve or a capillary tube or the like having a diaphragm adopted as a pressure receiving portion may be applied as the throttle device 5.
  • the outdoor heat exchanger 6 functions as an evaporator during the heating operation and as a condenser during the cooling operation.
  • An outdoor blower 7 is provided in the vicinity of the outdoor heat exchanger 6. The outdoor blower 7 supplies air, which is a heat exchange fluid, to the outdoor heat exchanger 6.
  • the four-way valve 8 switches the flow of the refrigerant between the heating operation and the cooling operation. That is, when the refrigeration cycle device 1 executes the heating operation, the four-way valve 8 connects the discharge port of the compressor 2 and the indoor heat exchanger 3, and connects the suction port of the compressor 2 and the outdoor heat exchanger 6. Connecting. Further, when the refrigeration cycle device 1 executes the cooling operation, the four-way valve 8 connects the discharge port of the compressor 2 and the outdoor heat exchanger 6, and connects the suction port of the compressor 2 and the indoor heat exchanger 3. Connecting.
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 6 expands in the drawing device 5 and becomes a two-phase state refrigerant in which a low-pressure gas refrigerant and a low-pressure liquid refrigerant are mixed.
  • the two-phase refrigerant flows into the indoor heat exchanger 3 that functions as an evaporator.
  • heat exchange is performed between the flowing two-phase refrigerant and the air supplied by the indoor blower 4.
  • the liquid refrigerant of the two-phase refrigerant evaporates to become a low-pressure gas refrigerant.
  • the low-pressure gas refrigerant flowing out of the indoor heat exchanger 3 flows into the compressor 2 via the four-way valve 8, is compressed, becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and is discharged from the compressor 2 again.
  • this cycle is repeated.
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out of the indoor heat exchanger 3 expands in the drawing device 5 and becomes a two-phase state refrigerant in which a low-pressure gas refrigerant and a low-pressure liquid refrigerant are mixed.
  • the two-phase refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 6 that functions as an evaporator.
  • heat exchange is performed between the flowing two-phase refrigerant and the air supplied by the outdoor blower 7.
  • the liquid refrigerant of the two-phase refrigerant evaporates to become a low-pressure gas refrigerant.
  • the low-pressure gas refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 6 flows into the compressor 2 via the four-way valve 8, is compressed, becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and is discharged from the compressor 2 again. Hereinafter, this cycle is repeated.
  • the refrigerant flowing out of the evaporator is a single-phase gas refrigerant.
  • the evaporator heat is exchanged between the air supplied from the blower and the refrigerant circulating inside the heat transfer tube that constitutes the evaporator. At this time, the moisture in the air condenses and water droplets are generated on the surface of the evaporator.
  • the water generated on the surface of the evaporator by condensing the moisture in the air is referred to as condensed water.
  • the condensed water on the surface of the evaporator falls downward along the surfaces of the fins and the heat transfer tube, and is discharged below the evaporator as drain water.
  • the condensed water adhering to the outdoor heat exchanger 6 that functions as an evaporator may freeze and become frost or ice. Therefore, some refrigeration cycle devices capable of heating operation perform a defrosting operation for removing frost adhering to the outdoor heat exchanger 6 when the outside air becomes a certain temperature or less.
  • the constant temperature is, for example, 0 ° C.
  • the defrosting operation is to supply a high-temperature and high-pressure gas refrigerant from the compressor 2 to the outdoor heat exchanger 6 in order to prevent frost from adhering to the outdoor heat exchanger 6 that functions as an evaporator.
  • the frost and ice adhering to the outdoor heat exchanger 6 are melted by the high temperature and high pressure gas refrigerant supplied to the outdoor heat exchanger 6.
  • the defrosting operation may be executed when the duration of the heating operation reaches the set time.
  • the set time is, for example, 30 minutes.
  • the defrosting operation may be executed before the heating operation.
  • the constant temperature is, for example, -6 ° C.
  • a bypass refrigerant pipe is provided between the discharge port of the compressor 2 and the outdoor heat exchanger 6 so that the high-temperature and high-pressure gas refrigerant can be directly supplied from the compressor 2 to the outdoor heat exchanger 6 during the defrosting operation. It may be configured to be connected.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of the heat exchanger 10 according to the first embodiment.
  • the heat exchanger 10 is applicable to the indoor heat exchanger 3 or the outdoor heat exchanger 6 provided in the refrigeration cycle device 1 shown in FIG.
  • the heat exchanger 10 is a fin-and-tube heat exchanger.
  • the heat exchanger 10 has, for example, a two-row structure, and includes a windward side heat exchanger 10a and a leeward side heat exchanger 10b.
  • the leeward heat exchanger 10a and the leeward heat exchanger 10b are arranged side by side along the X direction.
  • the X direction corresponds to the flow direction of the air supplied to the heat exchanger 10 by the indoor blower 4 or the outdoor blower 7.
  • the leeward heat exchanger 10a is arranged on the leeward side, that is, on the upstream side of the leeward heat exchanger 10b in the X direction.
  • the leeward heat exchanger 10b is arranged on the leeward side, that is, on the downstream side of the leeward heat exchanger 10a in the X direction.
  • the number of rows of the heat exchanger 10 is not limited to this example.
  • the heat exchanger 10 may have a single-row structure or a multi-row structure of three or more rows.
  • the heat exchanger 10 includes a windward side header collecting pipe 11, a leeward side header collecting pipe 12, and an inter-row connection member 13.
  • a refrigerant as a working fluid flows inside the leeward side header collecting pipe 11, the leeward side header collecting pipe 12, and the inter-row connecting member 13.
  • the leeward side header collecting pipe 11 and the leeward side header collecting pipe 12 are arranged side by side along the X direction.
  • the windward header collecting pipe 11 has a refrigerant inlet / outlet 11a.
  • the leeward side header collecting pipe 12 has a refrigerant inlet / outlet 12a.
  • One end of the heat transfer tube 14 provided in the windward heat exchanger 10a, which will be described later, is connected to the windward header collecting pipe 11, and the other end is connected to the inter-row connection member 13.
  • One end of the heat transfer tube provided in the leeward heat exchanger 10b is connected to the leeward header collecting pipe 12, and the other end is connected to the inter-row connection member 13.
  • the leeward heat exchanger 10a and the leeward heat exchanger 10b have the same configuration. Therefore, the windward heat exchanger 10a will be described below on behalf of both.
  • the heat exchanger 10 may be configured by only one of the windward heat exchanger 10a or the leeward heat exchanger 10b. ..
  • the windward heat exchanger 10a includes a plurality of heat transfer tubes 14 and a plurality of fins 15.
  • the plurality of heat transfer tubes 14 are arranged so as to extend along the Y direction orthogonal to the X direction.
  • the Y direction is the horizontal direction.
  • Refrigerant flows inside the heat transfer tube 14.
  • the plurality of heat transfer tubes 14 are arranged in parallel with each other at intervals in the Z direction orthogonal to the X direction and the Y direction.
  • the Z direction is the vertical direction.
  • the plurality of heat transfer tubes 14 are made of, for example, an aluminum alloy.
  • the plurality of fins 15 are elongated plate-like members having surfaces 15a parallel to the X direction.
  • the plurality of fins 15 are, for example, plate fins. That is, the windward heat exchanger 10a in this case is a plate fin and tube type heat exchanger.
  • the plurality of fins 15 are arranged so as to extend along the Z direction in which the heat transfer tubes 14 are arranged. Further, the plurality of fins 15 are arranged at intervals from each other in the Y direction in which the heat transfer tube 14 extends.
  • the plurality of fins 15 are made of, for example, an aluminum alloy.
  • a plurality of heat transfer tubes 14 penetrate through the surfaces 15a of the plurality of fins 15.
  • the air supplied to the windward heat exchanger 10a by the indoor blower 4 or the outdoor blower 7 comes into contact with the plurality of heat transfer tubes 14 and the plurality of fins 15 between the plurality of heat transfer tubes 14 and the plurality of fins 15. Pass while passing.
  • the refrigerant that has flowed into the windward header collecting pipe 11 from the refrigerant inlet / outlet 11a is distributed to the plurality of heat transfer pipes 14 of the windward heat exchanger 10a.
  • the refrigerant flowing through the inside of the plurality of heat transfer tubes 14 flows into the inter-row connection member 13.
  • the refrigerant flowing into the inter-row connection member 13 is distributed to a plurality of heat transfer tubes of the leeward heat exchanger 10b.
  • the refrigerant flowing inside the plurality of heat transfer tubes of the leeward heat exchanger 10b merges at the leeward header collecting pipe 12 and flows out from the refrigerant inlet / outlet 12a.
  • the flow direction of the refrigerant is not limited to this, and may be the opposite direction.
  • the windward heat exchanger 10a shown in FIG. 2 is a side flow type heat exchanger in which the Y direction is the horizontal direction and the Z direction is the vertical direction.
  • the windward heat exchanger 10a is not limited to the side flow type heat exchanger.
  • the windward heat exchanger 10a may be a downflow type heat exchanger in which the Y direction is the vertical direction and the Z direction is the horizontal direction.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction need not be parallel to each other, and are not limited to the above-mentioned directions. That is, the X direction, the Y direction, and the Z direction need not be arranged at right angles as long as they intersect each other.
  • the surfaces of the plurality of heat transfer tubes 14 and the plurality of fins 15 serve as heat transfer surfaces. Heat exchange is performed between these heat transfer surfaces and the air passing through the windward heat exchanger 10a.
  • the heat exchange in the leeward heat exchanger 10b is also the same as that in the leeward heat exchanger 10a.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of an example of the windward heat exchanger 10a of the heat exchanger 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the windward heat exchanger 10a observed in a direction parallel to the Y direction and opposite to the Y direction.
  • FIG. 3 shows two heat transfer tubes 14 as a representative.
  • the solid line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 3 indicates a portion protruding toward the front side of the paper surface.
  • the broken line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 3 indicates a portion recessed on the back side of the paper surface.
  • a direction parallel to the Y direction and opposite to the Y direction will be referred to as a minus Y direction.
  • the cross section of the heat transfer tube 14 is formed in, for example, a circular shape.
  • a flow path 14a through which the refrigerant flows is formed in a circular shape along the Y direction.
  • the heat transfer tube 14 and the fin 15 are brought into close contact with each other by mechanically expanding the heat transfer tube 14.
  • the heat transfer tube 14 and the fins 15 may be brought into close contact with each other by brazing.
  • the cross-sectional shape of the heat transfer tube 14 is not limited to a circular shape, and may be an elliptical shape or a flat shape.
  • the shape of the flow path 14a is not limited to a circular shape, and may be an elliptical shape or a square shape.
  • the number of flow paths 14a formed in one heat transfer tube 14 is not limited to one, and may be plural.
  • a plurality of convex portions 16 and a plurality of concave portions 17 are formed on the surface 15a of the fin 15.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are formed, for example, adjacent to each other and continuously.
  • Each of the plurality of convex portions 16 has a triangular pyramid shape protruding in the Y direction, that is, in the thickness direction.
  • Each of the plurality of convex portions 16 has a top portion 16a indicated by a black dot in FIG.
  • the apex 16a is formed on all the convex portions 16 formed on the surface 15a, in order to prevent the figure from becoming complicated, in FIG. 3, the apex 16a is shown only on the convex portion 16 in the region A. It has a black dot.
  • Each of the plurality of recesses 17 has a triangular pyramid shape that is recessed in the minus Y direction, that is, in the thickness direction, and protrudes from the opposite surface of the surface 15a.
  • the plurality of recesses 17 each have a top portion 17a shown by a white dot in FIG.
  • the top portion 17a shows the portion having the highest height when the fins 15 are observed from the minus Y direction
  • the top portion 17a shows the bottom portion having the lowest height when the fins 15 are observed from the Y direction.
  • the top 17a is formed in all the recesses 17 formed on the surface 15a, in order to prevent the drawing from becoming complicated, in FIG. 3, a white spot showing the top 17a only in the recess 17 in the region A Is attached.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are alternately formed along the Z direction. Further, the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are alternately formed along the X direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the ridgeline R of the convex portion 16 in the region A of FIG.
  • the ridge line R is shown by a thick solid line in FIG.
  • a switching portion 18 is formed at a position where the convex portion 16 is switched to the concave portion 17 or the concave portion 17 is switched to the convex portion 16.
  • the switching portion 18 is included in the reference plane M.
  • the distance from the reference plane M to the apex 16a of the protrusion 16 and the first distance h a, and the distance from the reference plane M to the top portion 17a of the recess 17 is a second distance h b
  • the first distance h relationship of a and the second distance h b is, has become a "h a> h b". This is to reduce the ventilation resistance of the windward heat exchanger 10a and improve the heat exchange performance.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an example of the shape of the convex portion 16 of FIG.
  • each of the plurality of convex portions 16 is formed by a plurality of surfaces including the convex portion welcoming surface 16b facing the supplied air.
  • the convex portion 16 has two convex portion receiving surfaces 16b.
  • a convex portion boundary line is formed at the boundary with the switching portion 18.
  • the convex windward boundary line 16c is formed as the boundary line formed by the convex receiving surface 16b.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an example of the shape of the recess 17 of FIG.
  • each of the plurality of recesses 17 is formed by a plurality of surfaces including the recessed receiving surface 17b facing the supplied air.
  • the recess 17 has one recess receiving surface 17b.
  • a recess boundary line is formed at the boundary with the switching portion 18. Then, among the concave boundary lines, the concave windward boundary line 17c is formed as the boundary line formed by the concave receiving surface 17b.
  • the angle formed by the air flow direction and the convex leeward boundary line 16c on the leeward side is defined as the first angle ⁇ a
  • the angle formed by the air flow direction and the concave windward boundary line 17c on the leeward side is the first angle.
  • the relationship between the first angle ⁇ a and the second angle ⁇ b is “ ⁇ a ⁇ b ”. This is because the air flow is intensively disturbed on the convex portion 16 side of the fin 15 to promote heat transfer by the fin 15.
  • the first angle ⁇ a in the convex portion 16 is set within the range of “10 ° ⁇ ⁇ a ⁇ 35 °”. This is because the first angle ⁇ a of the convex portion 16 is set to an acute angle, so that the aggregation and collision of the airflow on the convex portion receiving surface 16b are promoted, the ventilation resistance is reduced, and the windward heat exchanger 10a is reduced. This is because the heat exchange performance of the above can be improved.
  • FIG. 7 is a schematic view for explaining the flow of air on the convex portion 16.
  • FIG. 8 is a schematic view for explaining the flow of air on the recess 17. 7 and 8 respectively show an enlarged part of the surface 15a of the fin 15.
  • the air flowing into the convex portion 16 bends and flows along the convex portion receiving surface 16b, and then flows from the convex portion 16 adjacent in the Z direction. It gathers with the air and collides. As a result, a vortex flow of air flowing in the X direction is formed.
  • the air flowing into the recess 17 passes over the recess 17 and flows in the X direction.
  • the convex portion 16 and the concave portion 17 on the surface 15a of the fin 15 it is preferable that the convex portion 16 is formed on the upstream side in the air flow direction. This is because the frost resistance can be improved by reducing the uneven amplitude on the windward side.
  • the frost resistance refers to the difficulty in blocking the air passage in the heat exchanger when the heat exchanger is frosted.
  • the relationship between the convex portion 16 and the concave portion 17 is defined by an angle and a distance
  • the relationship between the distances is not always indispensable, and at least the relationship between the angles is defined. Good. This also applies to the modifications and the second embodiment described below.
  • the shape of the convex portion 16 is not limited to this example, and for example, among the plurality of surfaces forming the convex portion 16, the surface located on the downstream side in the air flow direction may have an angle of attack.
  • FIG. 9 is a schematic view showing another example of the shape of the convex portion 16 of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic view showing another example of the shape of the recess 17 of FIG.
  • the concave portion 17 has an angle of attack.
  • a concave receiving surface 17b having an angle corresponding to the angle of attack of the convex portion 16 is formed.
  • the shapes of the convex portions 16 and the concave portions 17 formed on the fins 15 are not limited to the above-mentioned triangular pyramid shape. If the relationship between the first distance h a and the second distance h b and the relationship between the first angle ⁇ a and the second angle ⁇ b are satisfied, the convex portion 16 and the concave portion 17 are formed into various shapes. Can be done.
  • a modified example of the shapes of the convex portion 16 and the concave portion 17 will be described. Further, in the following description, the parts common to the examples shown in FIGS. 3 to 6 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of a first modification of the windward heat exchanger 10a of the heat exchanger 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a view showing an example of the windward heat exchanger 10a according to the second embodiment in the same observation direction and observation range as in FIG.
  • the solid line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 11 indicates a portion protruding toward the front side of the paper surface. Further, the broken line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 11 indicates a portion recessed on the back side of the paper surface.
  • a plurality of convex portions 16 and a plurality of concave portions 17 are formed on the surface 15a of the fins 15 of the windward heat exchanger 10a shown in FIG.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are formed, for example, adjacent to each other and continuously.
  • Each of the plurality of convex portions 16 has a quadrangular pyramid shape protruding in the Y direction, that is, in the thickness direction.
  • Each of the plurality of convex portions 16 has a top portion 16a indicated by a black dot in FIG.
  • Each of the plurality of recesses 17 is recessed in the minus Y direction, that is, in the thickness direction, and has a quadrangular pyramid shape protruding from the opposite surface of the surface 15a.
  • the plurality of recesses 17 each have a top portion 17a shown by a white dot in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the ridgeline R of the convex portion 16 in the region A of FIG.
  • the ridge line R is shown by a thick solid line in FIG.
  • a switching portion 18 is formed at a portion where the convex portion 16 and the concave portion 17 are switched.
  • the switching portion 18 is included in the reference plane M.
  • the relationship between the first distance h a from the reference plane M to the top 16 a of the convex portion 16 and the second distance h b from the reference plane M to the top 17 a of the concave portion 17 is the same as in the example of FIG.
  • "ha a > h b ".
  • FIG. 13 is a schematic view showing an example of the shape of the convex portion 16 of FIG.
  • each of the plurality of convex portions 16 is upwind of the two convex portion welcoming surfaces 16b and the two convex ridged surfaces 16b formed by each of the two convex portion welcoming surfaces 16b, as shown in FIG. It has a boundary line 16c.
  • FIG. 14 is a schematic view showing an example of the shape of the recess 17 of FIG.
  • each of the plurality of recesses 17 has two recessed welcoming surfaces 17b and two recessed windward boundaries 17c formed by each of these recessed welcoming surfaces 17b, as shown in FIG. have.
  • the relationship with is “ ⁇ a ⁇ b ” as in the examples of FIGS. 5 and 6.
  • the first angle ⁇ a in the convex portion 16 is set within the range of “10 ° ⁇ ⁇ a ⁇ 35 °” as in the example of FIG.
  • the shape of the convex portion 16 is not limited to this example, and for example, among the plurality of surfaces forming the convex portion 16, the surface located on the downstream side in the air flow direction may have an angle of attack.
  • FIG. 15 is a schematic view showing another example of the shape of the convex portion 16 of FIG.
  • FIG. 16 is a schematic view showing another example of the shape of the recess 17 of FIG.
  • the concave portion 17 has an angle of attack.
  • a concave receiving surface 17b having an angle corresponding to the angle of attack of the convex portion 16 is formed.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a main part of a second modification of the windward heat exchanger 10a of the heat exchanger 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a view showing an example of the windward heat exchanger 10a according to the second embodiment in the same observation direction and observation range as in FIGS. 3 and 11.
  • the solid line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 17 indicates a portion protruding toward the front side of the paper surface. Further, the broken line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 17 indicates a portion recessed on the back side of the paper surface.
  • a plurality of convex portions 16 and a plurality of concave portions 17 are formed on the surface 15a of the fins 15 of the windward heat exchanger 10a shown in FIG.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are formed, for example, adjacent to each other and continuously.
  • Each of the plurality of convex portions 16 has a pentagonal pyramid shape protruding in the Y direction, that is, in the thickness direction.
  • Each of the plurality of convex portions 16 has a top portion 16a indicated by a black dot in FIG.
  • Each of the plurality of recesses 17 is recessed in the minus Y direction, that is, in the thickness direction, and has a pentagonal pyramid shape protruding from the opposite surface of the surface 15a.
  • Each of the plurality of recesses 17 has a top portion 17a shown by a white dot in FIG.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the ridgeline R of the convex portion 16 in the region A of FIG.
  • the ridge line R is shown by a thick solid line in FIG.
  • a switching portion 18 is formed at a portion where the convex portion 16 and the concave portion 17 are switched.
  • the switching portion 18 is included in the reference plane M.
  • the relationship between the first distance h a from the reference plane M to the top 16 a of the convex portion 16 and the second distance h b from the reference plane M to the top 17 a of the concave portion 17 is the same as in the example of FIG.
  • "ha a > h b ".
  • FIG. 19 is a schematic view showing an example of the shape of the convex portion 16 of FIG.
  • each of the plurality of convex portions 16 is upwind of the two convex portion picking surfaces 16b and the two convex portion picking surfaces 16b formed by each of the two convex portion picking surfaces 16b, as shown in FIG. It has a boundary line 16c.
  • FIG. 20 is a schematic view showing an example of the shape of the recess 17 of FIG.
  • each of the plurality of recesses 17 has one recessed welcoming surface 17b and one recessed windward boundary line 17c formed by the recessed welcoming surface 17b, as shown in FIG. doing.
  • the relationship with is “ ⁇ a ⁇ b ” as in the examples of FIGS. 5 and 6.
  • the first angle ⁇ a in the convex portion 16 is set within the range of “10 ° ⁇ ⁇ a ⁇ 35 °” as in the example of FIG.
  • the shape of the convex portion 16 is not limited to this example, and for example, among the plurality of surfaces forming the convex portion 16, the surface located on the downstream side in the air flow direction may have an angle of attack.
  • FIG. 21 is a schematic view showing another example of the shape of the convex portion 16 of FIG.
  • FIG. 22 is a schematic view showing another example of the shape of the recess 17 of FIG.
  • the concave portion 17 has an angle of attack.
  • a concave receiving surface 17b having an angle corresponding to the angle of attack of the convex portion 16 is formed.
  • the first angle ⁇ a on the convex portion receiving surface 16b of the convex portion 16 is the second angle ⁇ b on the concave portion receiving surface 17b of the concave portion 17.
  • the vortex flow over the top 16a of the convex portion 16 flows into the top 17a of the concave portion 17, and the flow velocity increases.
  • the interference between the airflows generated in each of the convex portion 16 and the concave portion 17 is reduced. Therefore, the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange performance.
  • the first distance h a from the reference plane M to the top 16 a of the convex portion 16 is made longer than the second distance h b from the reference plane M to the top 17 a of the recess 17. ing.
  • the ventilation resistance of the windward heat exchanger 10a can be reduced and the heat exchangeability can be improved.
  • the convex portion 16 has an angle of attack on the surface on the downstream side in the air flow direction, and the concave receiving surface 17b of the concave portion 17 is formed by a second angle ⁇ b having an angle corresponding to the angle of attack of the convex portion 16. There is. As a result, the vortex flow of the air flowing into the recess 17 is improved, so that the heat exchange performance can be improved while reducing the ventilation resistance.
  • the convex portion 16 is arranged on the windward side of the air with respect to the concave portion 17 in the fin 15. As a result, the amplitude of the unevenness on the windward side is reduced, so that the frost resistance can be improved.
  • the device on which the refrigeration cycle device 1 is mounted is not limited to the air conditioner.
  • the refrigeration cycle device 1 can be mounted on various devices having a refrigeration cycle circuit, such as a refrigerator. That is, the refrigeration cycle device 1 can be mounted on various devices having a refrigeration cycle circuit.
  • the number and arrangement of the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are not limited to this example.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 may be two or more.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 may be arranged so as not to be adjacent to each other.
  • the plurality of fins 15 may be corrugated fins in which flat surfaces and curved surfaces are alternately arranged by bending a plate-shaped member. That is, the windward heat exchanger 10a may be a corrugated fin and tube heat exchanger. Further, the windward heat exchanger 10a may be a microchannel heat exchanger.
  • Embodiment 2 Next, the second embodiment will be described.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the top of the recess 17 is formed in a flat shape.
  • the same reference numerals are given to the parts common to the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a main part of an example of the windward heat exchanger 10a of the heat exchanger 10 according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is a view showing an example of the windward heat exchanger 10a according to the second embodiment in the same observation direction and observation range as in FIG.
  • the solid line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 23 indicates a portion protruding toward the front side of the paper surface. Further, the broken line drawn on the surface of the fin 15 in FIG. 23 indicates a portion recessed on the back side of the paper surface.
  • a plurality of convex portions 16 and a plurality of concave portions 17 are formed on the surface 15a of the fins 15 of the windward heat exchanger 10a shown in FIG. 23.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are formed, for example, adjacent to each other and continuously.
  • Each of the plurality of convex portions 16 is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • Each of the plurality of recesses 17 has a triangular prism shape having a flat portion 17d which is recessed in the minus Y direction, that is, in the thickness direction, protrudes from the opposite surface of the surface 15a, and the protruding end is formed into a flat shape.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are alternately formed along the Z direction. Further, the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are alternately formed along the X direction.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the ridgeline R of the convex portion 16 in the region A of FIG. 23.
  • the ridge line R is shown by a thick solid line in FIG. 23.
  • a switching portion 18 is formed at a portion where the convex portion 16 and the concave portion 17 are switched.
  • the switching portion 18 is included in the reference plane M.
  • the relationship between the first distance h a from the reference plane M to the top 16 a of the convex portion 16 and the second distance h b from the reference plane M to the flat portion 17 d of the concave portion 17 is the same as that of the first embodiment.
  • the relationship between the first angle ⁇ a on the convex portion receiving surface 16b of the convex portion 16 and the second angle ⁇ b on the concave portion receiving surface 17b of the concave portion 17 is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 25 is a schematic view for explaining the flow of air on the convex portion 16.
  • FIG. 26 is a schematic view for explaining the flow of air on the recess 17.
  • the air flowing into the convex portion 16 bends along the convex portion receiving surface 16b and then flows in the Z direction as in the first embodiment. It gathers and collides with the air flowing from the adjacent convex portion 16. As a result, a vortex flow of air flowing in the X direction is formed.
  • FIG. 26 on the recess 17 of the fin 15, the air flowing into the recess 17 passes over the recess 17 and flows in the X direction.
  • the air flowing into the convex portion 16 passes through the surface of the concave portion 17 on the upstream side on the convex portion 16 side.
  • the volume of the recess 17 is increased as compared with the recess 17 of the first embodiment. ..
  • the volume of the concave portion 17 is made the same as that of the concave portion 17 of the first embodiment. Therefore, in this case, the recess 17 is formed so that the second distance h b is smaller than that of the first embodiment.
  • the recess 17 has a flat shape in which the top formed by recessing in the direction opposite to the convex portion 16 is parallel to the air flow direction. It has a flat portion 17d formed. As a result, the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange performance as in the first embodiment.
  • Embodiment 3 Next, the third embodiment will be described.
  • the case where the above-mentioned convex portion 16 and the concave portion 17 are applied to the fins of the heat exchanger having a configuration different from that of the heat exchanger 10 described in the first and second embodiments will be described.
  • the parts common to the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 27 is a perspective view showing an example of the configuration of the heat exchanger 30A according to the first example of the third embodiment.
  • the heat exchanger 30A includes a plurality of heat transfer tubes 34A, a plurality of fins 35A, and headers 31A and 32A.
  • the heat exchanger 30A is a vertical flow type heat exchanger.
  • the plurality of heat transfer tubes 34A are arranged so as to extend in the vertical direction along the Z direction. Further, the plurality of heat transfer tubes 34A are arranged side by side in parallel along the Y direction. Each of the plurality of heat transfer tubes 34A is, for example, a flat tube having a flat cross-sectional shape in one direction, and a plurality of fluid passages (not shown) for passing a refrigerant as an internal fluid are formed inside.
  • the plurality of heat transfer tubes 34A are not limited to flat tubes, and may be, for example, circular tubes.
  • a header 31A is connected and arranged at one end of the heat transfer tube 34A in the Z direction.
  • a header 32A is connected and arranged at the other end of the heat transfer tube 34A in the Z direction.
  • the plurality of fins 35A are arranged so as to extend from each of the plurality of heat transfer tubes 34A in the axial direction (Z direction) of the heat transfer tubes 34A, and to the windward side and the leeward side. Similar to the first and second embodiments, the plurality of fins 35A are elongated plate-like members having a surface 15a (see FIGS. 3 and 23) parallel to the X direction, which is the air flow direction.
  • the plurality of fins 35A are made of a metal material having high thermal conductivity such as an aluminum alloy.
  • a plurality of convex portions 16 and a plurality of concave portions 17 are formed on the surfaces 15a of the plurality of fins 35A.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are formed, for example, adjacent to each other and continuously.
  • FIG. 28 is a perspective view showing an example of the configuration of the heat exchanger 30B according to the second example of the third embodiment.
  • the heat exchanger 30B includes a plurality of heat transfer tubes 34B, a plurality of fins 35B, and headers 31B and 32B.
  • the heat exchanger 30B is a vertical flow type heat exchanger.
  • the plurality of heat transfer tubes 34B are arranged so as to extend in the vertical direction along the Z direction. Further, the plurality of heat transfer tubes 34B are arranged side by side in parallel along the Y direction. Each of the plurality of heat transfer tubes 34B is, for example, a flat tube having a flat cross-sectional shape in one direction, and a plurality of fluid passages (not shown) for passing a refrigerant as an internal fluid are formed inside.
  • a header 31B is connected and arranged at one end of the heat transfer tube 34B in the Z direction.
  • a header 32B is connected and arranged at the other end of the heat transfer tube 34B in the Z direction.
  • the plurality of fins 35B are corrugated fins and are arranged between adjacent heat transfer tubes 34B.
  • Each of the plurality of fins 35B is composed of a plate-like member made of a metal material having high thermal conductivity such as an aluminum alloy.
  • the fin 35B is formed in a shape in which flat surfaces and curved surfaces are alternately arranged by bending a plate-shaped member.
  • the plurality of flat surfaces are arranged substantially in parallel with a certain interval.
  • the curved surface portions of the plurality of fins 35B are connected to the outer wall of the heat transfer tube 34B by brazing or welding.
  • the flat surface portions of the plurality of fins 35B are formed with a plurality of convex portions 16 protruding in the thickness direction and a plurality of concave portions 17 recessed in the thickness direction.
  • the plurality of convex portions 16 and the plurality of concave portions 17 are formed, for example, adjacent to each other and continuously.
  • the convex portions 16 and the concave portions 17 described in the first and second embodiments are formed on the fins 35A and 35B of the vertical flow type heat exchangers 30A and 30B.
  • the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange performance in the heat exchangers 30A and 30B.
  • 1 refrigeration cycle device 2 compressor, 3 indoor heat exchanger, 4 indoor blower, 5 throttle device, 6 outdoor heat exchanger, 7 outdoor blower, 8 four-way valve, 10, 30A, 30B heat exchanger, 10a windward heat Exchanger, 10b leeward heat exchanger, 11 leeward header collecting pipe, 11a refrigerant inlet / outlet, 12 leeward header collecting pipe, 12a refrigerant inlet / outlet, 13 row-to-row connection member, 14, 34A, 34B heat transfer pipe, 14a flow path, 15, 35A, 35B fins, 15a surface, 16 convex part, 16a top, 16b convex receiving surface, 16c convex upwind boundary line, 17 concave, 17a top, 17b concave receiving surface, 17c concave upwind boundary line, 17d Flat part, 18 switching part, 31A, 31B, 32A, 32B header.

Landscapes

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Abstract

熱交換器は、送風機により空気が供給されるものであって、送風機から供給される空気の流通方向と交差する方向に延びる伝熱管と、伝熱管に接続されたフィンとを備え、フィンは、当該フィンの厚み方向に突出し、供給される空気に対向する少なくとも一つの凸部迎え面が形成された凸部と、凸部と反対方向に窪み、供給される空気に対向する少なくとも一つの凹部迎え面が形成された凹部と、凸部と凹部とが切り替わる切り替わり部とを有し、凸部と切り替わり部との境界線のうち、凸部迎え面によって形成されたものを凸部風上境界線とし、凹部と切り替わり部との境界線のうち、凹部迎え面によって形成されたものを凹部風上境界線とした場合に、空気の流通方向と凸部風上境界線とが風下側でなす第１角度が、空気の流通方向と凹部風上境界線とが風下側でなす第２角度よりも小さい。

Description

熱交換器および冷凍サイクル装置
　本発明は、熱伝達率の維持と通風抵抗の低減とを図った熱交換器およびこれを備えた冷凍サイクル装置に関する。
　従来の熱交換器は、互いに間隔を隔てて平行に配置された複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接続され、空気の流通方向に平行な面を有する複数のフィンとを備えている。熱交換器に供給された空気は、複数の伝熱管の間および複数のフィンの間を通過し、伝熱管およびフィンと接触する。これにより、伝熱管内を流通する熱交換流体と、熱交換流体と熱交換する被熱交換流体である空気との間で熱交換が行われる。
　また、従来の熱交換器としては、フィンの表面に、空気の流通方向に開口するスリットまたはルーバと呼称される切り起こし部が複数形成された熱交換器も知られている。このような熱交換器は、スリットフィン熱交換器と呼ばれている。スリットフィン熱交換器では、それぞれの切り起こし部において温度境界層が再構築され、フィン表面近傍の気流速度が増大する。これにより、熱の輸送量が増加するので、熱交換器における乾き条件での熱交換性能が向上する。しかし一方で、スリットフィン熱交換器では、切り起こし部により、凝縮水の排出が阻害され、熱交換器内の風路の一部が閉塞する場合がある。また、スリットフィン熱交換器では、切り起こし部へ集中的に着霜し、熱交換器内の風路の一部が閉塞する場合がある。このため、スリットフィン熱交換器は、熱交換器内の風路の一部の閉塞に起因して、濡れ条件での熱交換性能が低下する。なお、凝縮水とは、空気中の水分が凝縮して熱交換器の表面に付着した水のことである。
　また、従来の熱交換器としては、フィンの表面に、空気の流通方向に垂直に突出した波形凹凸が形成された熱交換器も知られている（例えば、特許文献１参照）。このような熱交換器は、スリットレスフィン熱交換器と呼ばれている。スリットレスフィン熱交換器では、フィン表面の凸部への気流衝突により、空気の渦流れが発生する。この渦流れをフィン表面に沿わせることで、熱交換器の熱交換性能が向上する。さらに、スリットレスフィン熱交換器は、フィンに切り起こし部が形成されていないので、凝縮水の排水性が良好であり、フィンの一部に集中的に着霜が発生することも抑制される。したがって、スリットレスフィン熱交換器は、濡れ条件での熱交換性能を確保することができる。
特許第４８１５６１２号公報
　ところで、従来のスリットレスフィン熱交換器では、渦流れの生成および渦流れの凸部の乗り越えにより、通風抵抗が増大する。そのため、従来のスリットレスフィン熱交換器を冷凍サイクル装置に適用した場合、送風機の送風効率が低下し、冷凍サイクル装置全体の効率が低下する可能性がある。通風抵抗を低減するためには、フィンに形成された波形凹凸の振幅、凹凸数または空気流れの主流に対する迎角を小さくすることが考えられる。しかし、これらのパラメータを小さくすると、渦流れによる熱交換性能の向上効果が小さくなり、熱交換器の性能が低下する可能性がある。すなわち、従来の熱交換器は、熱交換性能の維持と通風抵抗の低減とを両立できないという課題があった。
　本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、熱交換性能を維持しつつ、通風抵抗を低減することができる熱交換器およびそれを備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
　本発明の熱交換器は、送風機により空気が供給される熱交換器であって、前記送風機から供給される前記空気の流通方向と交差する方向に延びる伝熱管と、前記伝熱管に接続されたフィンとを備え、前記フィンは、当該フィンの厚み方向に突出し、供給される前記空気に対向する少なくとも一つの凸部迎え面が形成された凸部と、前記凸部と反対方向に窪み、供給される前記空気に対向する少なくとも一つの凹部迎え面が形成された凹部と、前記凸部と前記凹部とが切り替わる切り替わり部とを有し、前記凸部と前記切り替わり部との境界線のうち、前記凸部迎え面によって形成されたものを凸部風上境界線とし、前記凹部と前記切り替わり部との境界線のうち、前記凹部迎え面によって形成されたものを凹部風上境界線とした場合に、前記空気の流通方向と前記凸部風上境界線とが風下側でなす第１角度が、前記空気の流通方向と前記凹部風上境界線とが風下側でなす第２角度よりも小さいものである。
　また、本発明の冷凍サイクル装置は、本発明に係る熱交換器と、前記熱交換器に対して、前記空気の流通方向に前記空気を供給する前記送風機とを備えたものである。
　以上のように、本発明によれば、凸部の頂部を乗り越えた渦流れが凹部の頂部に流入することで流速が増大するとともに、凸部および凹部のそれぞれで生じる気流同士の干渉が減少するため、熱交換性能を維持しつつ、通風抵抗を低減することができる。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態１に係る熱交換器の構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る熱交換器の風上側熱交換器の一例の要部を示す断面図である。 図３の領域Ａにおける凸部の稜線Ｒに沿った断面図である。 図３の凸部の形状の一例を示す概略図である。 図３の凹部の形状の一例を示す概略図である。 凸部上の空気の流れについて説明するための概略図である。 凹部上の空気の流れについて説明するための概略図である。 図３の凸部の形状の他の例を示す概略図である。 図３の凹部の形状の他の例を示す概略図である。 実施の形態１に係る熱交換器の風上側熱交換器の第１の変形例の要部を示す断面図である。 図１１の領域Ａにおける凸部の稜線Ｒに沿った断面図である。 図１１の凸部の形状の一例を示す概略図である。 図１１の凹部の形状の一例を示す概略図である。 図１１の凸部の形状の他の例を示す概略図である。 図１１の凹部の形状の他の例を示す概略図である。 実施の形態１に係る熱交換器の風上側熱交換器の第２の変形例の要部を示す断面図である。 図１７の領域Ａにおける凸部の稜線Ｒに沿った断面図である。 図１７の凸部の形状の一例を示す概略図である。 図１７の凹部の形状の一例を示す概略図である。 図１７の凸部の形状の他の例を示す概略図である。 図１７の凹部の形状の他の例を示す概略図である。 実施の形態２に係る熱交換器の風上側熱交換器の一例の要部を示す断面図である。 図２３の領域Ａにおける凸部の稜線Ｒに沿った断面図である。 凸部上の空気の流れについて説明するための概略図である。 凹部上の空気の流れについて説明するための概略図である。 実施の形態３の第１の例に係る熱交換器の構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態３の第２の例に係る熱交換器の構成の一例を示す斜視図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。なお、図中の白抜きの矢印は、送風機から熱交換器へ供給される空気の流通方向を示している。また、図１を含め以下の図面では、各構成部材の大きさの関係が実機とは異なる場合がある。さらに、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまで例示であり、明細書中に記載されている構成要素に限定されるものではない。
実施の形態１．
　以下、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１は、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１の構成の一例を示す概略図である。冷凍サイクル装置１は、例えば空気調和装置に搭載されている。以下では、冷凍サイクル装置１の熱交換器の伝熱管内を流れる熱交換流体が冷媒であり、該熱交換流体と熱交換する被熱交換流体が空気である場合を例にとって説明する。
［冷凍サイクル装置１の構成］
　冷凍サイクル装置１は、圧縮機２、室内熱交換器３、室内送風機４、絞り装置５、室外熱交換器６、室外送風機７および四方弁８を備えている。圧縮機２、室内熱交換器３、絞り装置５、室外熱交換器６および四方弁８が冷媒配管によって接続されることにより、冷媒回路が形成されている。
　圧縮機２は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機２で圧縮された冷媒は、圧縮機２から吐出されて四方弁８へ送られる。圧縮機２は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機または往復圧縮器等で構成することができる。
　室内熱交換器３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。室内熱交換器３は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器またはプレート熱交換器等で構成することができる。室内熱交換器３の近傍には、室内送風機４が設けられている。室内送風機４は、被熱交換流体である空気を室内熱交換器３に対して供給する。
　絞り装置５は、室内熱交換器３または室外熱交換器６から流出した冷媒を膨張させて減圧するものである。絞り装置５は、例えば、冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成される。なお、これに限られず、絞り装置５として、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁またはキャピラリーチューブ等が適用されてもよい。
　室外熱交換器６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。室外熱交換器６の近傍には、室外送風機７が設けられている。室外送風機７は、室外熱交換器６に、被熱交換流体である空気を供給する。
　四方弁８は、暖房運転と冷房運転とにおいて冷媒の流れを切り替えるものである。すなわち、冷凍サイクル装置１が暖房運転を実行する場合、四方弁８は、圧縮機２の吐出口と室内熱交換器３とを接続し、圧縮機２の吸入口と室外熱交換器６とを接続する。また、冷凍サイクル装置１が冷房運転を実行する場合、四方弁８は、圧縮機２の吐出口と室外熱交換器６とを接続し、圧縮機２の吸入口と室内熱交換器３とを接続する。
［冷凍サイクル装置１の動作］
　次に、このように構成された冷凍サイクル装置１の動作について、図１を参照して冷媒の流れとともに説明する。なお、図１では、冷凍サイクル装置１が冷房運転を実行する場合の冷媒の流れを破線矢印で示している。また、図１では、冷凍サイクル装置１が暖房運転を実行する場合の冷媒の流れを実線矢印で示している。
（冷房運転時）
　まず、冷凍サイクル装置１が冷房運転を実行する場合について説明する。圧縮機２が駆動すると、圧縮機２から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁８を介して、凝縮器として機能する室外熱交換器６に流れ込む。室外熱交換器６では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、室外送風機７によって供給される空気との間で熱交換が行われる。これにより、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。
　室外熱交換器６から流出した高圧の液冷媒は、絞り装置５で膨張し、低圧のガス冷媒と低圧の液冷媒とが混合した二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室内熱交換器３に流れ込む。室内熱交換器３では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室内送風機４によって供給される空気との間で熱交換が行われる。これにより、二相状態の冷媒のうちの液冷媒が蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室内熱交換器３から流出した低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機２に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機２から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。
（暖房運転時）
　次に、冷凍サイクル装置１が暖房運転を実行する場合について説明する。圧縮機２が駆動すると、圧縮機２から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁８を介して、凝縮器として機能する室内熱交換器３に流れ込む。室内熱交換器３では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、室内送風機４によって供給される空気との間で熱交換が行われる。これにより、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。
　室内熱交換器３から流出した高圧の液冷媒は、絞り装置５で膨張し、低圧のガス冷媒と低圧の液冷媒とが混合した二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器６に流れ込む。室外熱交換器６では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室外送風機７によって供給される空気との間で熱交換が行われる。これにより、二相状態の冷媒のうちの液冷媒が蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器６から流出した低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機２に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機２から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。
　上記の冷房運転および暖房運転の際、圧縮機２に冷媒が液状態で流入すると、液圧縮を起こし、圧縮機２の故障の原因となってしまう。このため、蒸発器から流出する冷媒は単相のガス冷媒となっていることが望ましい。
　蒸発器では、送風機から供給される空気と、蒸発器を構成している伝熱管の内部を流通する冷媒との間で熱交換が行なわれる。このとき、空気中の水分が凝縮して、蒸発器の表面に水滴が生じる。以下、空気中の水分が凝縮して蒸発器の表面に生じた水を凝縮水と称する。蒸発器の表面の凝縮水は、フィンおよび伝熱管の表面を伝って下方に落下し、ドレン水として蒸発器の下方に排出される。
　また、低外気温状態となっている暖房運転時、蒸発器として機能する室外熱交換器６に付着した凝縮水は、凍結して霜または氷となることがある。このため、暖房運転が可能な冷凍サイクル装置には、外気が一定温度以下となったときに、室外熱交換器６に付着した霜を除去するための除霜運転を実行するものがある。一定温度とは、例えば、０℃である。
　除霜運転とは、蒸発器として機能する室外熱交換器６に霜が付着することを抑制するために、圧縮機２から室外熱交換器６に高温高圧のガス冷媒を供給するものである。室外熱交換器６に付着した霜および氷は、室外熱交換器６に供給される高温高圧のガス冷媒によって融解する。なお、除霜運転は、暖房運転の継続時間が設定時間に達した場合に実行されるようにしてもよい。設定時間とは、例えば、３０分である。また、室外熱交換器６が一定温度以下の場合に、暖房運転の前に除霜運転が実行されるようにしてもよい。一定温度とは、例えば、マイナス６℃である。
　さらに、除霜運転時に圧縮機２から室外熱交換器６に高温高圧のガス冷媒を直接的に供給できるように、圧縮機２の吐出口と室外熱交換器６との間にバイパス冷媒配管が接続される構成にしてもよい。
［熱交換器１０］
　次に、本実施の形態１に係る熱交換器について説明する。図２は、本実施の形態１に係る熱交換器１０の構成の一例を示す斜視図である。この熱交換器１０は、図１に示す冷凍サイクル装置１に設けられた室内熱交換器３または室外熱交換器６に適用可能なものである。
（熱交換器１０の構成）
　熱交換器１０は、フィンアンドチューブ型熱交換器である。熱交換器１０は、例えば二列構造を有しており、風上側熱交換器１０ａおよび風下側熱交換器１０ｂを備えている。風上側熱交換器１０ａおよび風下側熱交換器１０ｂは、Ｘ方向に沿って並設されている。Ｘ方向は、室内送風機４または室外送風機７によって熱交換器１０へ供給される空気の流通方向に相当する。風上側熱交換器１０ａは、Ｘ方向において、風下側熱交換器１０ｂの風上側つまり上流側に配置されている。風下側熱交換器１０ｂは、Ｘ方向において、風上側熱交換器１０ａの風下側つまり下流側に配置されている。なお、熱交換器１０の列数は、この例に限られない。例えば、熱交換器１０は、一列構造を有していてもよいし、三列以上の複数列構造を有していてもよい。
　熱交換器１０は、風上側ヘッダ集合管１１、風下側ヘッダ集合管１２および列間接続部材１３を備えている。風上側ヘッダ集合管１１、風下側ヘッダ集合管１２および列間接続部材１３の内部には、作動流体としての冷媒が流通する。風上側ヘッダ集合管１１および風下側ヘッダ集合管１２は、Ｘ方向に沿って並設されている。風上側ヘッダ集合管１１は、冷媒出入口１１ａを有している。風下側ヘッダ集合管１２は、冷媒出入口１２ａを有している。風上側熱交換器１０ａに備えられた後述する伝熱管１４は、一端が風上側ヘッダ集合管１１に接続され、他端が列間接続部材１３に接続されている。風下側熱交換器１０ｂに備えられた伝熱管は、一端が風下側ヘッダ集合管１２に接続され、他端が列間接続部材１３に接続されている。
　なお、風上側熱交換器１０ａおよび風下側熱交換器１０ｂは、同様の構成を有している。このため、以下では双方を代表して、風上側熱交換器１０ａについて説明する。風上側熱交換器１０ａまたは風下側熱交換器１０ｂの一方で熱交換負荷を賄える場合、風上側熱交換器１０ａまたは風下側熱交換器１０ｂの一方のみで熱交換器１０を構成してもよい。
　風上側熱交換器１０ａは、複数の伝熱管１４および複数のフィン１５を備えている。複数の伝熱管１４は、Ｘ方向に直交するＹ方向に沿って延びるように配置されている。Ｙ方向は、水平方向である。伝熱管１４の内部には、冷媒が流通する。また、複数の伝熱管１４は、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向に互いに間隔を隔てて、かつ平行に配列されている。Ｚ方向は、鉛直方向である。複数の伝熱管１４は、例えばアルミニウム合金で形成されている。
　複数のフィン１５は、Ｘ方向に平行な面１５ａを有する細長い板状部材である。複数のフィン１５は、例えばプレートフィンである。すなわち、この場合の風上側熱交換器１０ａは、プレートフィンアンドチューブ型熱交換器である。複数のフィン１５は、伝熱管１４が配列されるＺ方向に沿って延びるように配置されている。また、複数のフィン１５は、伝熱管１４が延びるＹ方向に互いに間隔を隔てて配置されている。複数のフィン１５は、例えばアルミニウム合金で形成されている。
　複数のフィン１５の面１５ａには、複数の伝熱管１４が貫通している。室内送風機４または室外送風機７により風上側熱交換器１０ａに供給された空気は、複数の伝熱管１４の間および複数のフィン１５の間を、複数の伝熱管１４および複数のフィン１５と接触しながら通過する。
（熱交換器１０における冷媒の流れ）
　次に、室外熱交換器６における冷媒の流れについて説明する。冷媒出入口１１ａから風上側ヘッダ集合管１１内に流入した冷媒は、風上側熱交換器１０ａの複数の伝熱管１４に分配される。複数の伝熱管１４の内部を流通した冷媒は、列間接続部材１３に流入する。列間接続部材１３に流入した冷媒は、風下側熱交換器１０ｂの複数の伝熱管に分配される。風下側熱交換器１０ｂの複数の伝熱管の内部を流通した冷媒は、風下側ヘッダ集合管１２で合流し、冷媒出入口１２ａから流出する。なお、冷媒の流通方向はこれに限定されず逆向きでもよい。
　なお、図２に示す風上側熱交換器１０ａは、Ｙ方向が水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向であるサイドフロータイプの熱交換器である。しかしながら、風上側熱交換器１０ａは、サイドフロータイプの熱交換器に限定されない。例えば、風上側熱交換器１０ａは、Ｙ方向が鉛直方向、Ｚ方向が水平方向であるダウンフロータイプの熱交換器でもよい。また、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、それぞれが平行でなければよく、上記した方向に限定されない。すなわち、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、それぞれが交差する方向であればよく、それぞれが直角に配置されている必要はない。
（熱交換器１０による熱交換）
　次に、室外熱交換器６が熱交換器１０である場合における熱交換について説明する。この場合、室外送風機７により室外熱交換器６に供給された空気は、風上側熱交換器１０ａと風下側熱交換器１０ｂとを、順次通過する。風上側熱交換器１０ａに供給された空気は、複数の伝熱管１４の間および複数のフィン１５の間を、複数の伝熱管１４および複数のフィン１５と接触しながら通過する。伝熱管１４とフィン１５とは接続されているので、伝熱管１４の内部を流通する冷媒の熱は、伝熱管１４およびフィン１５に伝達される。すなわち、複数の伝熱管１４および複数のフィン１５の表面が伝熱面となる。これらの伝熱面と、風上側熱交換器１０ａを通過する空気との間で熱交換が行われる。なお、風下側熱交換器１０ｂにおける熱交換もまた、風上側熱交換器１０ａと同様である。
［伝熱管１４およびフィン１５の構造］
　次に、図３～図６を参照して、熱交換器１０の風上側熱交換器１０ａにおける伝熱管１４およびフィン１５の構造について詳細に説明する。なお、上述したように、風下側熱交換器１０ｂについても、風上側熱交換器１０ａと同様の構成を有するため、ここでは説明を省略する。
　図３は、本実施の形態１に係る熱交換器１０の風上側熱交換器１０ａの一例の要部を示す断面図である。この図３は、Ｙ方向と平行で、且つＹ方向とは反対向きとなる方向に風上側熱交換器１０ａの要部を観察した断面図である。なお、図３には、代表して２本の伝熱管１４を図示している。また、図３においてフィン１５の表面に描かれている実線は、紙面手前側に突出している箇所を示している。また、図３においてフィン１５の表面に描かれている破線は、紙面奥側に窪んでいる箇所を示している。ここで、以下の説明では、Ｙ方向と平行で、且つＹ方向とは反対向きとなる方向を、マイナスＹ方向と称することとする。
　図３に示すように、伝熱管１４の断面は、例えば円形形状に形成されている。伝熱管１４の内部には、冷媒が流通する流路１４ａがＹ方向に沿って円形形状に形成されている。伝熱管１４とフィン１５とは、機械的に伝熱管１４を拡管することにより密着される。なお、伝熱管１４とフィン１５とは、ろう付けによって密着されてもよい。また、伝熱管１４の断面形状は円形に限定されず、楕円形状や扁平形状であってもよい。さらに、流路１４ａの形状は円形に限定されず、楕円形状や四角形状であってもよい。また、一つの伝熱管１４に形成される流路１４ａの数は、一つに限定されず、複数であってもよい。
　フィン１５の面１５ａには、複数の凸部１６と複数の凹部１７とが形成されている。この例において、複数の凸部１６と複数の凹部１７とは、例えば、互いに隣接して連続的に形成されている。
　複数の凸部１６のそれぞれは、Ｙ方向、すなわち厚み方向に突出する三角錐形状となっている。複数の凸部１６は、図３の黒点で示す頂部１６ａをそれぞれ有している。なお、面１５ａに形成されたすべての凸部１６に頂部１６ａが形成されているが、図が煩雑となるのを防ぐため、図３では、領域Ａ内の凸部１６にのみ頂部１６ａを示す黒点が付されている。
　複数の凹部１７のそれぞれは、マイナスＹ方向、すなわち厚み方向に窪み、面１５ａの反対の面から突出する三角錐形状となっている。複数の凹部１７は、図３の白点で示す頂部１７ａをそれぞれ有している。なお、頂部１７ａは、フィン１５をマイナスＹ方向から観察した場合に高さが最も高い部分を示しており、フィン１５をＹ方向から観察した場合には、高さが最も低い底部を示す。また、面１５ａに形成されたすべての凹部１７に頂部１７ａが形成されているが、図が煩雑となるのを防ぐため、図３では、領域Ａ内の凹部１７にのみ頂部１７ａを示す白点が付されている。
　また、図３に示す例において、複数の凸部１６および複数の凹部１７は、Ｚ方向に沿って交互に形成されている。さらに、複数の凸部１６および複数の凹部１７は、Ｘ方向に沿って交互に形成されている。
　図４は、図３の領域Ａにおける凸部１６の稜線Ｒに沿った断面図である。稜線Ｒは、図３において、太い実線で示されている。図４に示すように、凸部１６から凹部１７、あるいは凹部１７から凸部１６に切り替わる箇所には、切り替わり部１８が形成されている。この切り替わり部１８は、基準平面Ｍに含まれる。
　ここで、基準平面Ｍから凸部１６の頂部１６ａまでの距離を第１距離ｈａとし、基準平面Ｍから凹部１７の頂部１７ａまでの距離を第２距離ｈｂとした場合、第１距離ｈａおよび第２距離ｈｂの関係は、「ｈａ＞ｈｂ」となっている。これは、風上側熱交換器１０ａの通風抵抗を低減させるとともに、熱交換性能を向上させるためである。
　図５は、図３の凸部１６の形状の一例を示す概略図である。図５に示すように、複数の凸部１６のそれぞれは、供給される空気に対向する凸部迎え面１６ｂを含む複数の面で形成されている。この例では、凸部１６は、２つの凸部迎え面１６ｂを有している。また、凸部１６では、切り替わり部１８との境界に凸部境界線が形成されている。そして、凸部境界線のうち、凸部迎え面１６ｂによって形成された境界線として、凸部風上境界線１６ｃが形成されている。
　図６は、図３の凹部１７の形状の一例を示す概略図である。図６に示すように、複数の凹部１７のそれぞれは、供給される空気に対向する凹部迎え面１７ｂを含む複数の面で形成されている。この例では、凹部１７は、１つの凹部迎え面１７ｂを有している。また、凹部１７では、切り替わり部１８との境界に凹部境界線が形成されている。そして、凹部境界線のうち、凹部迎え面１７ｂによって形成された境界線として、凹部風上境界線１７ｃが形成されている。
　ここで、空気の流通方向と凸部風上境界線１６ｃとが風下側でなす角を第１角度θａとし、空気の流通方向と凹部風上境界線１７ｃとが風下側でなす角を第２角度θｂとした場合、第１角度θａおよび第２角度θｂの関係は、「θａ＜θｂ」となっている。これは、フィン１５の凸部１６側で空気の流れを集中的に乱して、フィン１５による伝熱を促進するためである。
　また、凸部１６における第１角度θａは、「１０°≦θａ≦３５°」の範囲内に設定されると好ましい。これは、凸部１６の第１角度θａが鋭角に設定されることにより、凸部迎え面１６ｂでの気流の集合および衝突が促進され、通風抵抗を低減しつつ、風上側熱交換器１０ａの熱交換性能を向上させることができるためである。
［フィン１５における空気の流れ］
　次に、フィン１５における空気の流れについて説明する。図７は、凸部１６上の空気の流れについて説明するための概略図である。図８は、凹部１７上の空気の流れについて説明するための概略図である。図７および図８は、それぞれ、フィン１５の面１５ａの一部を拡大して示している。
　図７に示すように、フィン１５の凸部１６上において、凸部１６に流れ込む空気は、凸部迎え面１６ｂに沿って屈曲して流れた後、Ｚ方向に隣接する凸部１６から流れてきた空気と集合して衝突する。これにより、Ｘ方向に流れる空気の渦流れが形成される。一方、図８に示すように、フィン１５の凹部１７上において、凹部１７に流れ込む空気は、凹部１７を乗り越えてＸ方向に流れる。
　なお、フィン１５の面１５ａに凸部１６および凹部１７を形成する際には、空気の流通方向の上流側に凸部１６が形成されると好ましい。これは、風上側の凹凸振幅が縮小されることによって耐着霜性を向上させることができるためである。ここで、耐着霜性とは、熱交換器に着霜した場合に、熱交換器内の風路の閉塞されづらさを示す。
　また、凸部１６と凹部１７との間には、角度および距離の関係が規定されるように説明したが、距離の関係は必ずしも必須のものではなく、少なくとも角度の関係について規定されていればよい。このことは、以下で説明する変形例および実施の形態２でも同様である。
　凸部１６の形状は、この例に限られず、例えば、凸部１６を形成する複数の面のうち、空気の流通方向の下流側に位置する面に迎角を持たせてもよい。図９は、図３の凸部１６の形状の他の例を示す概略図である。図１０は、図３の凹部１７の形状の他の例を示す概略図である。
　例えば、図９に示すように、凸部１６における空気の流通方向の下流側の面に迎角を持たせ、凸部１６と凹部１７とが隣接して形成されている場合、凹部１７には、図１０に示すように、凸部１６の迎角に応じた角度を有する凹部迎え面１７ｂが形成される。これにより、凸部１６の頂部１６ａを乗り越えて凹部１７に流入する空気の渦流れが良好となるため、通風抵抗を低減しつつ、熱交換性能を向上させることができる。
［変形例］
　フィン１５に形成された凸部１６および凹部１７の形状は、上述した三角錐形状に限定されない。第１距離ｈａおよび第２距離ｈｂの関係、ならびに、第１角度θａおよび第２角度θｂの関係が満たされていれば、凸部１６および凹部１７を種々の形状に形成することができる。以下では、凸部１６および凹部１７の形状の変形例について説明する。また、以下の説明において、図３～図６に示す例と共通する部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
（第１の変形例）
　図１１は、本実施の形態１に係る熱交換器１０の風上側熱交換器１０ａの第１の変形例の要部を示す断面図である。この図１１は、図３と同様の観察方向および観察範囲で、本実施の形態２に係る風上側熱交換器１０ａの一例を見た図である。なお、図１１においてフィン１５の表面に描かれている実線は、紙面手前側に突出している箇所を示している。また、図１１においてフィン１５の表面に描かれている破線は、紙面奥側に窪んでいる箇所を示している。
　図１１に示す風上側熱交換器１０ａのフィン１５の面１５ａには、複数の凸部１６と複数の凹部１７とが形成されている。この例において、複数の凸部１６と複数の凹部１７とは、例えば、互いに隣接して連続的に形成されている。
　複数の凸部１６のそれぞれは、Ｙ方向、すなわち厚み方向に突出する四角錐形状となっている。複数の凸部１６は、図１１の黒点で示す頂部１６ａをそれぞれ有している。複数の凹部１７のそれぞれは、マイナスＹ方向、すなわち厚み方向に窪み、面１５ａの反対の面から突出する四角錐形状となっている。複数の凹部１７は、図１１の白点で示す頂部１７ａをそれぞれ有している。
　図１２は、図１１の領域Ａにおける凸部１６の稜線Ｒに沿った断面図である。稜線Ｒは、図１１において、太い実線で示されている。図１２に示すように、凸部１６と凹部１７とが切り替わる箇所には、切り替わり部１８が形成されている。この切り替わり部１８は、基準平面Ｍに含まれる。この例において、基準平面Ｍから凸部１６の頂部１６ａまでの第１距離ｈａと、基準平面Ｍから凹部１７の頂部１７ａまでの第２距離ｈｂとの関係は、図４の例と同様に、「ｈａ＞ｈｂ」となっている。
　図１３は、図１１の凸部１６の形状の一例を示す概略図である。第１の変形例において、複数の凸部１６のそれぞれは、図１３に示すように、２つの凸部迎え面１６ｂと、これらの凸部迎え面１６ｂそれぞれによって形成された２つ凸部風上境界線１６ｃとを有している。
　図１４は、図１１の凹部１７の形状の一例を示す概略図である。第１の変形例において、複数の凹部１７のそれぞれは、図１４に示すように、２つの凹部迎え面１７ｂと、これらの凹部迎え面１７ｂそれぞれによって形成された２つの凹部風上境界線１７ｃとを有している。
　ここで、空気の流通方向と凸部風上境界線１６ｃとが風下側でなす第１角度θａと、空気の流通方向と凹部風上境界線１７ｃとが風下側でなす第２角度θｂとの関係は、図５および図６の例と同様に、「θａ＜θｂ」となっている。また、凸部１６における第１角度θａは、図５の例と同様に、「１０°≦θａ≦３５°」の範囲内に設定されると好ましい。
　なお、凸部１６の形状は、この例に限られず、例えば、凸部１６を形成する複数の面のうち、空気の流通方向の下流側に位置する面に迎角を持たせてもよい。図１５は、図１１の凸部１６の形状の他の例を示す概略図である。図１６は、図１１の凹部１７の形状の他の例を示す概略図である。
　例えば、図１５に示すように、凸部１６における空気の流通方向の下流側の面に迎角を持たせ、凸部１６と凹部１７とが隣接して形成されている場合、凹部１７には、図１６に示すように、凸部１６の迎角に応じた角度を有する凹部迎え面１７ｂが形成される。これにより、凸部１６の頂部１６ａを乗り越えて凹部１７に流入する空気の渦流れが良好となるため、通風抵抗を低減しつつ、熱交換性能を向上させることができる。
（第２の変形例）
　図１７は、本実施の形態１に係る熱交換器１０の風上側熱交換器１０ａの第２の変形例の要部を示す断面図である。この図１７は、図３および図１１と同様の観察方向および観察範囲で、本実施の形態２に係る風上側熱交換器１０ａの一例を見た図である。なお、図１７においてフィン１５の表面に描かれている実線は、紙面手前側に突出している箇所を示している。また、図１７においてフィン１５の表面に描かれている破線は、紙面奥側に窪んでいる箇所を示している。
　図１７に示す風上側熱交換器１０ａのフィン１５の面１５ａには、複数の凸部１６と複数の凹部１７とが形成されている。この例において、複数の凸部１６と複数の凹部１７とは、例えば、互いに隣接して連続的に形成されている。
　複数の凸部１６のそれぞれは、Ｙ方向、すなわち厚み方向に突出する五角錐形状となっている。複数の凸部１６は、図１７の黒点で示す頂部１６ａをそれぞれ有している。複数の凹部１７のそれぞれは、マイナスＹ方向、すなわち厚み方向に窪み、面１５ａの反対の面から突出する五角錐形状となっている。複数の凹部１７は、図１７の白点で示す頂部１７ａをそれぞれ有している。
　図１８は、図１７の領域Ａにおける凸部１６の稜線Ｒに沿った断面図である。稜線Ｒは、図１７において、太い実線で示されている。図１８に示すように、凸部１６と凹部１７とが切り替わる箇所には、切り替わり部１８が形成されている。この切り替わり部１８は、基準平面Ｍに含まれる。この例において、基準平面Ｍから凸部１６の頂部１６ａまでの第１距離ｈａと、基準平面Ｍから凹部１７の頂部１７ａまでの第２距離ｈｂとの関係は、図４の例と同様に、「ｈａ＞ｈｂ」となっている。
　図１９は、図１７の凸部１６の形状の一例を示す概略図である。第２の変形例において、複数の凸部１６のそれぞれは、図１９に示すように、２つの凸部迎え面１６ｂと、これらの凸部迎え面１６ｂそれぞれによって形成された２つ凸部風上境界線１６ｃとを有している。
　図２０は、図１７の凹部１７の形状の一例を示す概略図である。第２の変形例において、複数の凹部１７のそれぞれは、図２０に示すように、１つの凹部迎え面１７ｂと、この凹部迎え面１７ｂによって形成された１つの凹部風上境界線１７ｃとを有している。
　ここで、空気の流通方向と凸部風上境界線１６ｃとが風下側でなす第１角度θａと、空気の流通方向と凹部風上境界線１７ｃとが風下側でなす第２角度θｂとの関係は、図５および図６の例と同様に、「θａ＜θｂ」となっている。また、凸部１６における第１角度θａは、図５の例と同様に、「１０°≦θａ≦３５°」の範囲内に設定されると好ましい。
　なお、凸部１６の形状は、この例に限られず、例えば、凸部１６を形成する複数の面のうち、空気の流通方向の下流側に位置する面に迎角を持たせてもよい。図２１は、図１７の凸部１６の形状の他の例を示す概略図である。図２２は、図１７の凹部１７の形状の他の例を示す概略図である。
　例えば、図２１に示すように、凸部１６における空気の流通方向の下流側の面に迎角を持たせ、凸部１６と凹部１７とが隣接して形成されている場合、凹部１７には、図２２に示すように、凸部１６の迎角に応じた角度を有する凹部迎え面１７ｂが形成される。これにより、凸部１６の頂部１６ａを乗り越えて凹部１７に流入する空気の渦流れが良好となるため、通風抵抗を低減しつつ、熱交換性能を向上させることができる。
　以上のように、本実施の形態１に係る風上側熱交換器１０ａでは、凸部１６の凸部迎え面１６ｂにおける第１角度θａが、凹部１７の凹部迎え面１７ｂにおける第２角度θｂよりも小さい。これにより、凸部１６の頂部１６ａを乗り越えた渦流れが凹部１７の頂部１７ａに流入することで流速が増大する。また、凸部１６および凹部１７のそれぞれで生じる気流同士の干渉が減少する。そのため、熱交換性能を維持しつつ、通風抵抗を低減することができる。
　風上側熱交換器１０ａのフィン１５において、基準平面Ｍから凸部１６の頂部１６ａまでの第１距離ｈａが、基準平面Ｍから凹部１７の頂部１７ａまでの第２距離ｈｂよりも長くされている。これにより、風上側熱交換器１０ａの通風抵抗を低減させるとともに、熱交換性を向上させることができる。
　凸部１６は、空気の流通方向の下流側の面に迎角を有し、凹部１７の凹部迎え面１７ｂは、凸部１６の迎角に応じた角度の第２角度θｂで形成されている。これにより、凹部１７に流入する空気の渦流れが良好となるため、通風抵抗を低減しつつ、熱交換性能を向上させることができる。
　凸部１６は、フィン１５において、凹部１７よりも空気の風上側に配置されている。これにより、風上側の凹凸振幅が縮小されるため、耐着霜性を向上させることができる。
　また、本実施の形態１では、冷凍サイクル装置１を空気調和装置に搭載した例を説明したが、冷凍サイクル装置１を搭載する装置は、空気調和装置に限定されない。冷凍サイクル装置１は、例えば冷凍機等、冷凍サイクル回路を有する種々の装置に搭載することができる。すなわち、冷凍サイクル装置１は、冷凍サイクル回路を有する種々の装置に搭載することができる。
　なお、複数の凸部１６および複数の凹部１７のそれぞれの数および配置は、この例に限られない。例えば、複数の凸部１６および複数の凹部１７は、それぞれ二つ以上であればよい。また、例えば、複数の凸部１６および複数の凹部１７のそれぞれは、互いに隣接しないように配置してもよい。
　また、複数のフィン１５は、板状部材を折り曲げることにより平面部と曲面部とが交互に配置されたコルゲートフィンでもよい。すなわち、風上側熱交換器１０ａは、コルゲートフィンアンドチューブ型熱交換器でもよい。また、風上側熱交換器１０ａは、マイクロチャネル熱交換器であってもよい。
実施の形態２．
　次に、本実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、凹部１７の頂部が平坦形状に形成される点で、実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
［伝熱管１４およびフィン１５の構造］
　図２３は、本実施の形態２に係る熱交換器１０の風上側熱交換器１０ａの一例の要部を示す断面図である。この図２３は、図３と同様の観察方向および観察範囲で、本実施の形態２に係る風上側熱交換器１０ａの一例を見た図である。なお、図２３においてフィン１５の表面に描かれている実線は、紙面手前側に突出している箇所を示している。また、図２３においてフィン１５の表面に描かれている破線は、紙面奥側に窪んでいる箇所を示している。
　図２３に示す風上側熱交換器１０ａのフィン１５の面１５ａには、複数の凸部１６と複数の凹部１７とが形成されている。この例において、複数の凸部１６と複数の凹部１７とは、例えば、互いに隣接して連続的に形成されている。
　複数の凸部１６のそれぞれについては、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。複数の凹部１７のそれぞれは、マイナスＹ方向、すなわち厚み方向に窪み、面１５ａの反対の面から突出し、突出端が平坦形状に形成された平坦部１７ｄを有する三角柱形状となっている。
　また、図２３に示す例において、複数の凸部１６および複数の凹部１７は、Ｚ方向に沿って交互に形成されている。さらに、複数の凸部１６および複数の凹部１７は、Ｘ方向に沿って交互に形成されている。
　図２４は、図２３の領域Ａにおける凸部１６の稜線Ｒに沿った断面図である。稜線Ｒは、図２３において、太い実線で示されている。図２４に示すように、凸部１６と凹部１７とが切り替わる箇所には、切り替わり部１８が形成されている。この切り替わり部１８は、基準平面Ｍに含まれる。
　この例において、基準平面Ｍから凸部１６の頂部１６ａまでの第１距離ｈａと、基準平面Ｍから凹部１７の平坦部１７ｄまでの第２距離ｈｂとの関係は、実施の形態１と同様に、「ｈａ＞ｈｂ」となっている。また、図示は省略するが、凸部１６の凸部迎え面１６ｂにおける第１角度θａと、凹部１７の凹部迎え面１７ｂにおける第２角度θｂとの関係は、実施の形態１と同様に、「θａ＜θｂ」となっている。
［フィン１５における空気の流れ］
　次に、フィン１５における空気の流れについて説明する。図２５は、凸部１６上の空気の流れについて説明するための概略図である。図２６は、凹部１７上の空気の流れについて説明するための概略図である。図２５に示すように、フィン１５の凸部１６上において、凸部１６に流れ込む空気は、実施の形態１と同様に、凸部迎え面１６ｂに沿って屈曲して流れた後、Ｚ方向に隣接する凸部１６から流れてきた空気と集合して衝突する。これにより、Ｘ方向に流れる空気の渦流れが形成される。一方、図２６に示すように、フィン１５の凹部１７上において、凹部１７に流れ込む空気は、凹部１７を乗り越えてＸ方向に流れる。
　ここで、凸部１６に流れ込む空気は、上流側の凹部１７における凸部１６側の表面を通過する。このとき、凹部１７における基準面Ｍから平坦部１７ｄまでの第２距離ｈｂが実施の形態１と同様である場合、凹部１７の体積は、実施の形態１の凹部１７と比較して増大する。このように、凹部１７の体積が増大することにより、より多くの空気を下流側の凸部１６に導入することができ、熱交換性能を向上させることができる。
　また、本実施の形態２において、実施の形態１と同等の熱交換性能を得る場合には、凹部１７の体積を実施の形態１の凹部１７と同等にする。したがって、この場合、凹部１７は、第２距離ｈｂが実施の形態１と比較して小さくなるように形成される。
　以上のように、本実施の形態２に係る風上側熱交換器１０ａにおいて、凹部１７は、凸部１６と反対方向に窪むことによって形成される頂部が空気の流通方向と平行な平坦形状に形成された平坦部１７ｄを有している。これにより、実施の形態１と同様に、熱交換性能を維持しつつ、通風抵抗を低減することができる。
実施の形態３．
　次に、本実施の形態３について説明する。本実施の形態３では、実施の形態１および２で説明した熱交換器１０とは異なる構成の熱交換器のフィンに対して、上述した凸部１６および凹部１７を適用した場合について説明する。なお、本実施の形態３において、実施の形態１および２と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
［第１の例による熱交換器３０Ａの構成］
　図２７は、本実施の形態３の第１の例に係る熱交換器３０Ａの構成の一例を示す斜視図である。図２７に示すように、熱交換器３０Ａは、複数の伝熱管３４Ａ、複数のフィン３５Ａ、ならびに、ヘッダ３１Ａおよび３２Ａを備えている。図２７に示す例において、熱交換器３０Ａは、縦流れ式の熱交換器である。
　複数の伝熱管３４Ａは、Ｚ方向に沿って上下方向に延伸するように配置されている。また、複数の伝熱管３４Ａは、Ｙ方向に沿って平行に並設されている。複数の伝熱管３４Ａのそれぞれは、例えば、一方向に扁平な断面形状を有する扁平管であり、内部には、内部流体である冷媒を流通させる図示しない複数の流体通路が形成されている。なお、複数の伝熱管３４Ａは、扁平管である場合に限られず、例えば円管であってもよい。
　伝熱管３４ＡのＺ方向における一端には、ヘッダ３１Ａが接続されて配置されている。伝熱管３４ＡのＺ方向における他端には、ヘッダ３２Ａが接続されて配置されている。
　複数のフィン３５Ａは、複数の伝熱管３４Ａのそれぞれから、伝熱管３４Ａの軸方向（Ｚ方向）、ならびに、風上側および風下側に延びるように配置されている。複数のフィン３５Ａは、実施の形態１および２と同様に、空気の流通方向であるＸ方向に平行な面１５ａ（図３および図２３参照）を有する細長い板状部材である。複数のフィン３５Ａは、例えばアルミニウム合金等の高い熱伝導性を有する金属材料で形成されている。
　複数のフィン３５Ａの面１５ａには、実施の形態１または２と同様に、複数の凸部１６と複数の凹部１７とが形成されている。複数の凸部１６と複数の凹部１７とは、例えば、互いに隣接して連続的に形成されている。このように、複数のフィン３５Ａに凸部１６および凹部１７が形成されることにより、実施の形態１および２と同様に、熱交換器３０Ａにおける熱交換性能を維持しつつ、通風抵抗を低減することができる。
［第２の例による熱交換器３０Ｂの構成］
　図２８は、本実施の形態３の第２の例に係る熱交換器３０Ｂの構成の一例を示す斜視図である。図２８に示すように、熱交換器３０Ｂは、複数の伝熱管３４Ｂ、複数のフィン３５Ｂ、ならびに、ヘッダ３１Ｂおよび３２Ｂを備えている。図２８に示す例において、熱交換器３０Ｂは、縦流れ式の熱交換器である。
　複数の伝熱管３４Ｂは、Ｚ方向に沿って上下方向に延伸するように配置されている。また、複数の伝熱管３４Ｂは、Ｙ方向に沿って平行に並設されている。複数の伝熱管３４Ｂのそれぞれは、例えば、一方向に扁平な断面形状を有する扁平管であり、内部には、内部流体である冷媒を流通させる図示しない複数の流体通路が形成されている。
　伝熱管３４ＢのＺ方向における一端には、ヘッダ３１Ｂが接続されて配置されている。伝熱管３４ＢのＺ方向における他端には、ヘッダ３２Ｂが接続されて配置されている。
　複数のフィン３５Ｂは、コルゲートフィンであり、隣接する伝熱管３４Ｂの間に配置されている。複数のフィン３５Ｂのそれぞれは、例えばアルミニウム合金等の高い熱伝導性を有する金属材料の板状部材で構成されている。
　フィン３５Ｂは、板状部材が折り曲げられることにより、平面部と曲面部とが交互に配置された形状に形成されている。複数の平面部は、一定の間隔を隔てて略平行に配置されている。複数のフィン３５Ｂの曲面部は、ろう付けまたは溶接等により、伝熱管３４Ｂの外壁と接続されている。
　複数のフィン３５Ｂの平面部には、実施の形態１または２と同様に、厚み方向に突出する複数の凸部１６と、厚み方向に窪む複数の凹部１７とが形成されている。複数の凸部１６と複数の凹部１７とは、例えば、互いに隣接して連続的に形成されている。このように、複数のフィン３５Ｂに凸部１６および凹部１７が形成されることにより、実施の形態１および２と同様に、熱交換器３０Ｂにおける熱交換性能を維持しつつ、通風抵抗を低減することができる。
　以上のように、本実施の形態３では、縦流れ式の熱交換器３０Ａおよび３０Ｂのフィン３５Ａおよび３５Ｂに、実施の形態１および２で説明した凸部１６および凹部１７が形成される。これにより、実施の形態１および２と同様に、熱交換器３０Ａおよび３０Ｂにおける熱交換性能を維持しつつ、通風抵抗を低減することができる。
　１　冷凍サイクル装置、２　圧縮機、３　室内熱交換器、４　室内送風機、５　絞り装置、６　室外熱交換器、７　室外送風機、８　四方弁、１０、３０Ａ、３０Ｂ　熱交換器、１０ａ　風上側熱交換器、１０ｂ　風下側熱交換器、１１　風上側ヘッダ集合管、１１ａ　冷媒出入口、１２　風下側ヘッダ集合管、１２ａ　冷媒出入口、１３　列間接続部材、１４、３４Ａ、３４Ｂ　伝熱管、１４ａ　流路、１５、３５Ａ、３５Ｂ　フィン、１５ａ　面、１６　凸部、１６ａ　頂部、１６ｂ　凸部迎え面、１６ｃ　凸部風上境界線、１７　凹部、１７ａ　頂部、１７ｂ　凹部迎え面、１７ｃ　凹部風上境界線、１７ｄ　平坦部、１８　切り替わり部、３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ　ヘッダ。

Claims (6)

  1. 　送風機により空気が供給される熱交換器であって、
    　前記送風機から供給される前記空気の流通方向と交差する方向に延びる伝熱管と、
    　前記伝熱管に接続されたフィンと
    を備え、
    　前記フィンは、
    　当該フィンの厚み方向に突出し、供給される前記空気に対向する少なくとも一つの凸部迎え面が形成された凸部と、
    　前記凸部と反対方向に窪み、供給される前記空気に対向する少なくとも一つの凹部迎え面が形成された凹部と、
    　前記凸部と前記凹部とが切り替わる切り替わり部と
    を有し、
    　前記凸部と前記切り替わり部との境界線のうち、前記凸部迎え面によって形成されたものを凸部風上境界線とし、前記凹部と前記切り替わり部との境界線のうち、前記凹部迎え面によって形成されたものを凹部風上境界線とした場合に、
    　前記空気の流通方向と前記凸部風上境界線とが風下側でなす第１角度が、前記空気の流通方向と前記凹部風上境界線とが風下側でなす第２角度よりも小さい
    熱交換器。
  2. 　前記切り替わり部を含む基準平面から前記凸部の頂部までの第１距離が、前記基準平面から前記凹部の頂部までの第２距離よりも長い
    請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記凹部は、
    　前記凸部と反対方向に窪むことによって形成される前記頂部が前記空気の流通方向と平行な平坦形状に形成されている
    請求項１または２に記載の熱交換器。
  4. 　前記凸部および前記凹部が互いに隣接して前記フィンに設けられ、
    　前記凸部は、
    　前記空気の流通方向の下流側の面に迎角を有し、
    　前記凹部の前記凹部迎え面は、
    　前記凸部の前記迎角に応じた角度の前記第２角度で形成されている
    請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器。
  5. 　前記凸部は、
    　前記フィンにおいて、前記凹部よりも前記空気の風上側に配置されている
    請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の熱交換器と、
    　前記熱交換器に対して、前記空気の流通方向に前記空気を供給する前記送風機と
    を備えた冷凍サイクル装置。
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