(57)【要約】【課題】レイノルズ数が小さい場合であっても、熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】流速が増減する作動流体が流入する熱交換器において、作動流体が流通する熱交換流路１４１を形成する流路形成部材として複数の細管１４０を備えている。そして、複数の細管１４０は、熱交換流路１４１を流れる作動流体の主流の流れ方向を規定する主流壁部１４２、１４３を有している。そして、主流壁部１４２、１４３には、主流壁部１４２、１４３の壁面に対して交差する乱れ発生部１５が設けられている。【選択図】図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流速が増減する流体が流入する熱交換器であって、
前記流体が流通する熱交換流路（１４１）を形成する流路形成部材（１４０）を備え、
前記流路形成部材は、前記熱交換流路を流れる前記流体の主流の流れ方向を規定する主流壁部（１４２、１４３）を有しており、
前記主流壁部には、前記主流壁部の壁面に対して交差する乱れ発生部（１５）が設けられている熱交換器。
【請求項２】
前記乱れ発生部は、前記熱交換流路の内側に向けて突出する凸状突起部（１５２、１５２Ａ〜１５２Ｅ）を含んで構成されている請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記凸状突起部は、前記主流壁部の壁面の延在方向に直交する方向に交差する形状を有している請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記凸状突起部は、半球状の突起部で構成されている請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記乱れ発生部は、複数の前記凸状突起部を含んで構成されており、
前記複数の凸状突起部は、前記主流壁部の壁面に千鳥格子状に配置されている請求項３または４に記載の熱交換器。
【請求項６】
流速が周期的に増減する脈動流を発生させる駆動部（１０）を備えるシステムに適用され、
前記熱交換流路には、前記脈動流が流入する構成となっている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流速が増減する流体が流入する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脈動する流体が流入する熱交換器を備える装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、伝熱面を介して熱交換される二流体の少なくとも一方に脈動を与える装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−８６５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者らは、脈動する流体が流入する熱交換器における流体の乱れについて調査研究を重ねた。この結果、熱交換器を流れる流体のレイノルズ数Ｒｅが小さいと（例えば、Ｒｅ＜５００）、流体の乱れが促進され難く、熱交換器における熱伝達率の向上を図ることができないことが判った。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、レイノルズ数が小さい場合であっても、熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、流速が増減する流体が流入する熱交換器を対象としている。請求項１に記載の熱交換器は、流体が流通する熱交換流路（１４１）を形成する流路形成部材（１４０）を備える。流路形成部材は、熱交換流路を流れる流体の主流の流れ方向を規定する主流壁部（１４２、１４３）を有している。そして、主流壁部には、主流壁部の壁面に交差する乱れ発生部（１５）が設けられている。
【０００７】
このように、主流壁部に対して乱れ発生部を設ける構成とすれば、熱交換器を流れる流体のレイノルズ数が小さい場合であっても、乱れ発生部によって流速が増減する流体の乱れが促進されるので、熱交換器の熱交換性能の向上を図ることが可能となる。なお、主流は、流体の流れのうち最も流速が大きくなところを意味する。
【０００８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の熱交換器を備える熱輸送システムの全体構成図である。
【図２】ポンプに印加される電圧を説明するための説明図である。
【図３】第１実施形態の熱交換器の熱交換流路を示す模式的な斜視図である。
【図４】第１実施形態の熱交換器の熱交換流路を示す模式的な断面図である。
【図５】第２実施形態の熱交換器の熱交換流路を示す模式的な斜視図である。
【図６】第２実施形態の変形例に係る熱交換器の熱交換流路を示す模式的な斜視図である。
【図７】第３実施形態に係る熱交換器の熱交換流路を示す模式的な斜視図である。
【図８】第３実施形態に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な平面図である。
【図９】第３実施形態の第１変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図１０】第３実施形態の第２変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図１１】第３実施形態の第３変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図１２】第３実施形態の第４変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図１３】第３実施形態の第５変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図１４】第４実施形態に係る熱交換器の熱交換流路を示す模式的な斜視図である。
【図１５】第４実施形態の第１変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図１６】第４実施形態の第２変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図１７】第５実施形態に係る熱交換器の熱交換流路を示す模式的な斜視図である。
【図１８】脈動流の加速期間における熱交換流路を流れる流体の状態を説明するための説明図である。
【図１９】脈動流の減速期間における熱交換流路を流れる流体の状態を説明するための説明図である。
【図２０】脈動流の減速期間における熱交換流路を流れる流体の状態を説明するための説明図である。
【図２１】定常流の流体が熱交換流路を流れる際の状態を説明するための説明図である。
【図２２】レイノルズ数と熱伝達率比との関係を示す特性図である。
【図２３】第５実施形態の変形例に係る熱交換器の乱れ発生部を示す模式的な斜視図である。
【図２４】他の実施形態に係る熱交換器の熱交換流路を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明を実施する形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
【００１１】
（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。本実施形態では、本発明の熱交換器を図１に示す熱輸送システム１の冷却器１４に適用した例について説明する。
【００１２】
熱輸送システム１は、作動流体を媒体として熱を輸送するシステムである。熱輸送システム１は、車両に搭載されていてもよいし、家屋や工場等に設置されていてもよい。本実施形態では、作動流体として、エチレングリコール水溶液等の液体が採用されている。なお、作動流体は、液体に限らず、気体が採用されていてもよい。
【００１３】
図１に示すように、熱輸送システム１は、主たる構成要素として、ポンプ１０、第１配管１２、冷却器１４、発熱体１６、第２配管１８、放熱器２０、送風ファン２２、第３配管２４、制御装置５０を備えている。
【００１４】
ポンプ１０は、作動流体の流速を周期的に増減する脈動流を発生させる駆動部である。ポンプ１０は、後述する制御装置５０から印加される電圧に応じて、吐出する作動流体の流路を変更可能な可変速型のポンプで構成されている。ポンプ１０としては、例えば、遠心ポンプ、ギヤポンプ、ピストンポンプ、ＥＨＤ（Electro Hydro Dynamicsの略）ポンプ等の種々のポンプを採用することができる。
【００１５】
ポンプ１０の作動流体流れ下流側には、第１配管１２を介して冷却器１４が接続されている。第１配管１２は、ポンプ１０から吐出された作動流体を冷却器１４の流体入口側に導く配管である。
【００１６】
冷却器１４は、作動流体と発熱体１６とを熱交換させて、発熱体１６を冷却する熱交換器である。冷却器１４は、その内部の作動流体が流通する熱交換流路１４１を形成する複数の細管１４０を備える。冷却器１４は、発熱体１６の熱が作動流体に移動するように、複数の細管１４０が発熱体１６に対して当接している。本実施形態では、複数の細管１４０が、作動流体が流通する熱交換流路１４１を形成する流路形成部材を構成している。なお、冷却器１４の詳細な構造については後述する。
【００１７】
発熱体１６は、通電されることで発熱する物体である。発熱体１６としては、例えば、図示しないインバータを構成するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を有するパワーモジュールで構成されている。なお、発熱体１６としては、通電されることで発熱する物体に限らず、例えば、摩擦や燃焼によって発熱する発熱体で構成されていてもよい。
【００１８】
冷却器１４の作動流体流れ下流側には、第２配管１８を介して放熱器２０の流体入口側に接続されている。第２配管１８は、冷却器１４から流出した作動流体を放熱器２０の流体入口側に導く配管である。
【００１９】
放熱器２０は、作動流体と送風ファン２２からの送風空気とを熱交換させて、作動流体を放熱させる熱交換器である。
【００２０】
放熱器２０は、その内部の作動流体が流通する熱交換流路２０１を形成する複数の細管２００を備える。放熱器２０は、作動流体の熱が送風空気に移動するように、複数の細管２００の間に送風空気が流通するように構成されている。
【００２１】
放熱器２０の作動流体流れ下流側には、第３配管２４を介してポンプ１０の流体吸入側が接続されている。第３配管２４は、放熱器２０から流出した作動流体をポンプ１０の流体吸入側に導く配管である。
【００２２】
本実施形態の熱輸送システム１では、ポンプ１０から吐出された作動流体が、第１配管１２、冷却器１４、第２配管１８、放熱器２０、第３配管２４の順に流れた後、ポンプ１０に吸入される。
【００２３】
制御装置５０は、ポンプ１０の作動を制御するための装置である。制御装置５０は、例えば、ポンプ１０に印加する電圧を生成する電源部、ポンプ１０に印加する電圧を調整するインバータ等を備えている。
【００２４】
制御装置５０は、ポンプ１０から吐出する作動流体が脈動流となるように、ポンプ１０に印加する電圧を周期的に増減させる。具体的には、本実施形態の制御装置５０は、ポンプ１０から吐出される作動流体の流速を増加させる加速期間Ａ、作動流体の流速を維持する維持期間Ｂ、作動流体の流速を減少させる減速期間Ｃが周期的に繰り返されるように、ポンプ１０に印加する電圧を調整する。
【００２５】
制御装置５０は、例えば、図２に示すように、各周期Ｔの加速期間Ａにおいて、ポンプ１０に印加する電圧を最小電圧Ｖｍｉｎから最大電圧Ｖｍａｘまで直線的に上昇させる。ポンプ１０に印加する電圧が最大電圧Ｖｍａｘに達すると、制御装置５０は、各周期Ｔの維持期間Ｂにおいて、ポンプ１０に印加する電圧を最大電圧Ｖｍａｘに維持する。そして、ポンプ１０に印加する電圧が所定期間最大電圧Ｖｍａｘに維持されると、制御装置５０は、各周期Ｔの減速期間Ｃにおいて、ポンプ１０に印加する電圧を最大電圧Ｖｍａｘから最小電圧Ｖｍｉｎまで直線的に下降させる。なお、図２では、加速期間Ａ、維持期間Ｂ、および減速期間Ｃが同様の期間に設定される例を示したが、各期間は異なる期間に設定されていてもよい。
【００２６】
このように構成される熱輸送システム１では、制御装置５０がポンプ１０に印加する電圧を周期的に増減させることで、ポンプ１０から脈動流となった作動流体が吐出される。これにより、脈動流となった作動流体が、第１配管１２、冷却器１４、第２配管１８、放熱器２０、第３配管２４の順に流れた後、ポンプ１０に吸入される。この際、冷却器１４および放熱器２０では、脈動流となった作動流体が熱交換流路１４１、２０１を流通することで、作動流体の乱れが促進されることで、熱伝達率の向上が期待される。
【００２７】
ところで、本発明者らは、脈動する作動流体が流入する熱交換器における流体の乱れについて調査研究を重ねた。この結果、熱交換器を流れる流体のレイノルズ数Ｒｅが小さいと（例えば、Ｒｅ＜５００）、流体の乱れが促進され難く、熱交換器における熱伝達率の向上を図ることができないことが判った。
【００２８】
そして、本発明者らは、試行錯誤の上で、熱交換器における流路構造を変えることで、流体のレイノルズ数Ｒｅが小さい場合であっても、熱交換器における熱伝達率の向上を図ることができることを見出した。
【００２９】
本実施形態では、熱伝達率の向上を図ることが可能な熱交換器の流路構造を冷却器１４に適用している。以下、本実施形態の冷却器１４の流路構造について、図３および図４を参照して説明する。
【００３０】
ここで、図３および図４に示す矢印ＭＦＤは、冷却器１４の熱交換流路１４１における主流の流れ方向を規定する主流壁部１４２、１４３の壁面の延在方向（すなわち、主流の流れ方向）を示している。また、図３における矢印ＳＰＤは、冷却器１４の熱交換流路１４１における幅方向を示している。
【００３１】
図３および図４に示すように、熱交換流路１４１は、主流の流れ方向を規定する一対の主流壁部１４２、１４３の間に形成されている。なお、図３および図４では、熱交換流路１４１が直線状に構成されたものを例示しているが、熱交換流路１４１は、例えば、一部にＵ字状の曲がり部を有する構成となっていてもよい。
【００３２】
そして、主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３には、その壁面の延在方向ＭＦＤと交差する乱れ発生部１５が設けられている。具体的には、本実施形態の乱れ発生部１５は、一方の壁部１４３の壁面の延在方向ＭＦＤに交差する凹部１５１で構成されている。本実施形態の凹部１５１は、一方の壁部１４３の壁面に連なる側面が延在方向ＭＦＤに対して直交するように延びている。
【００３３】
本実施形態の熱交換流路１４１では、作動流体のレイノルズ数Ｒｅが小さい場合でも、作動流体が通過する際に凹部１５１にて渦流れが形成される。凹部１５１で形成された渦流れは、作動流体の流速が変化する際に、大きな渦流れに成長することで、作動流体の乱れが大きく促進される。
【００３４】
この結果、冷却器１４における熱伝達率が大きく向上することで、冷却器１４の熱交換性能を向上させることができる。なお、冷却器１４に流入する作動流体が、流速の変化が殆どない定常流となっている場合、作動流体が通過する際に凹部１５１にて渦流れが形成されたとしても、当該渦流れが大きな渦流れに成長しない。このため、冷却器１４に流入する作動流体が定常流となっている場合に、熱交換流路１４１に対して乱れ発生部１５を設けたとしても、冷却器１４における作動流体の乱れが殆ど促進されない。
【００３５】
以上説明した本実施形態の冷却器１４は、熱交換流路１４１に対して流速が増減する作動流体が流入するように構成されると共に、熱交換流路１４１の主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３に対して乱れ発生部１５が設けられている。
【００３６】
このような構成よれば、冷却器１４を流れる流体のレイノルズ数Ｒｅが小さい場合であっても、乱れ発生部１５によって流速が増減する流体の乱れが促進されるので、冷却器１４の熱交換性能の向上を図ることが可能となる。
【００３７】
ここで、本実施形態では、一対の主流壁部１４２、１４３のうち、一方の壁部１４３に乱れ発生部１５を設ける例について説明したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、一対の主流壁部１４２、１４３の双方に設けられていてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態の乱れ発生部１５は、熱交換流路１４１の内側に向けて突出する凸状突起部１５２を含んで構成されている。
【００３９】
凸状突起部１５２は、断面形状が四角形状に構成されると共に、熱交換流路１４１を横断するように幅方向ＳＰＤに延在している。本実施形態の凸状突起部１５２は、一方の壁部１４３の壁面に連なる側面が延在方向ＭＦＤに対して直交するように延びている。
【００４０】
このように構成される本実施形態の熱交換流路１４１では、作動流体の主流の一部が凸状突起部１５２に衝突する際に、熱交換流路１４１の内側に向く渦流れが生ずる。この渦流れが作動流体の流速が変化する際に、大きな渦流れに成長することで、作動流体の乱れが大きく促進される。
【００４１】
その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態では、第１実施形態と共通の構成から奏される作用効果を、第１実施形態と同様に得ることができる。
【００４２】
特に、本実施形態では、乱れ発生部１５を、熱交換流路１４１の内側に向けて突出する凸状突起部１５２を含んだ構成としている。
【００４３】
このように、乱れ発生部１５を凸状突起部１５２で構成すれば、作動流体の主流の一部が凸状突起部１５２に衝突する際に生ずる熱交換流路１４１の内側に向く渦流れによって、作動流体の乱れを促進させることが可能となる。
【００４４】
（変形例）
上述の第２実施形態では、乱れ発生部１５として、断面形状が四角形状に構成された凸状突起部１５２を例示したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、例えば、図６に示すように、断面形状が三角形状に構成された凸状突起部１５２Ａで構成されていてもよい。
【００４５】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図７および図８を参照して説明する。図７に示すように、本実施形態の乱れ発生部１５は、熱交換流路１４１の内側に向けて突出する凸状突起部１５２Ｂを含んで構成されている。
【００４６】
本実施形態の凸状突起部１５２Ｂは、主流壁部１４２、１４３の壁面における延在方向ＭＦＤに直交する方向（具体的には、幅方向ＳＰＤ）に交差する形状を有している。すなわち、本実施形態の凸状突起部１５２Ｂは、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤに交差する側面を有している。具体的には、本実施形態の凸状突起部１５２Ｂは、円柱状の突起部で構成されている。なお、本実施形態の凸状突起部１５２Ｂは、第２実施形態で説明した凸状突起部１５２、１５２Ａと異なり、熱交換流路１４１を横断するように幅方向ＳＰＤに延在していない。
【００４７】
このように構成される本実施形態の熱交換流路１４１では、作動流体の主流の一部が凸状突起部１５２Ｂに衝突する際に、熱交換流路１４１の内側に向く渦流れが生ずる。この渦流れが作動流体の流速が変化する際に、大きな渦流れに成長することで、作動流体の乱れが大きく促進される。
【００４８】
さらに、本実施形態の熱交換流路１４１では、その幅方向ＳＰＤにおいて、凸状突起部１５２Ｂに衝突する作動流体の流れ、および凸状突起部１５２Ｂに衝突しない作動流体の流れが形成される。
【００４９】
これにより、熱交換流路１４１には、図８に示すように、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤにおいて、延在方向ＭＦＤに延びる低速ストリークＳｔｌと高速ストリークＳｔｈとが形成される。低速ストリークＳｔｌは、作動流体の流速が増加する加速期間Ａに、凸状突起部１５２Ｂの先端部分に生ずる渦によって生成され易くなる。そして、低速ストリークＳｔｌは、作動流体の流速が減少する減速期間Ｃに搖動した後に崩壊する。これにより、熱交換流路１４１を流れる作動流体の乱流化が大きく促進される。
【００５０】
その他の構成は、前述した実施形態と同様である。本実施形態では、前述した実施形態と共通の構成から奏される作用効果を、前述した実施形態と同様に得ることができる。
【００５１】
特に、本実施形態では、乱れ発生部１５を構成する凸状突起部１５２Ｂが、主流壁部１４２、１４３の延在方向ＭＦＤおよび幅方向ＳＰＤそれぞれに交差する構成となっている。これによれば、作動流体の流速が増加する加速期間Ａに、凸状突起部１５２Ｂの先端部分に生ずる渦によって低速ストリークＳｔｌが生成され易くなる。この低速ストリークＳｔｌは、作動流体の流速が減少する減速期間に搖動した後に崩壊する。これにより、熱交換流路１４１を流れる作動流体の乱流化が大きく促進される。
【００５２】
（第１変形例）
上述の第３実施形態では、乱れ発生部１５として、円柱状の突起部で構成された凸状突起部１５２Ｂを例示したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、例えば、図９に示すように、先端に向かって断面積が小さくなる角錐状の突起部で構成された凸状突起部１５２Ｃで構成されていてもよい。なお、凸状突起部１５２Ｃは、角錐状の突起部に限らず、円錐状の突起部で構成されていてもよい。
【００５３】
（第２変形例）
また、乱れ発生部１５としては、円柱状の突起部や、角錐状の突起部に限らず、図１０に示すように、角柱状の突起部で構成された凸状突起部１５２Ｄで構成されていてもよい。なお、凸状突起部１５２Ｄは、角柱状の突起部、角錐状の突起部が組み合わされた形状となっていてもよい。
【００５４】
（第３変形例）
上述の第３実施形態では、乱れ発生部１５を一対の主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３に設けた凸状突起部１５２Ｂで構成したものを例示したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、例えば、図１１に示すように、一対の主流壁部１４２、１４３の双方に設けた凸状突起部１５２Ｂによって構成されていてもよい。
【００５５】
（第４変形例）
上述の第３実施形態では、乱れ発生部１５を単一の凸状突起部１５２Ｂで構成したものを例示したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、例えば、図１２に示すように、主流壁部１４２、１４３の延在方向ＭＦＤに並ぶ複数の凸状突起部１５２Ｂによって構成されていてもよい。
【００５６】
（第４変形例）
また、乱れ発生部１５は、例えば、図１３に示すように、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤに並ぶ複数の凸状突起部１５２Ｂによって構成されていてもよい。勿論、乱れ発生部１５は、主流壁部１４２、１４３の延在方向ＭＦＤおよび熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤに並ぶ複数の凸状突起部１５２Ｂによって構成されていてもよい。
【００５７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１４を参照して説明する。図１４に示すように、本実施形態の乱れ発生部１５は、熱交換流路１４１の内側に向けて突出する凸状突起部１５２Ｅを含んで構成されている。
【００５８】
具体的には、本実施形態の凸状突起部１５２Ｅは、半球状の突起部で構成されている。本実施形態の凸状突起部１５２Ｅは、主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３に対してプレス成形等によって形成される。このため、本実施形態の凸状突起部１５２Ｅは、熱交換流路１４１に露出する内面の反対側の面に窪みが形成される。
【００５９】
このように構成される本実施形態の熱交換流路１４１では、作動流体の主流の一部が凸状突起部１５２Ｅに衝突する際に、熱交換流路１４１の内側に向く渦流れが生ずる。この渦流れが作動流体の流速が変化する際に、大きな渦流れに成長することで、作動流体の乱れが大きく促進される。
【００６０】
さらに、本実施形態の熱交換流路１４１では、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤにおいて、凸状突起部１５２Ｅに衝突する作動流体の流れ、および凸状突起部１５２Ｅに衝突しない作動流体の流れが形成される。
【００６１】
これにより、熱交換流路１４１には、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤにおいて、延在方向ＭＦＤに延びる低速Ｓｔｌと高速ストリークＳｔｈとが形成され易くなるので、熱交換流路１４１を流れる作動流体の乱流化が大きく促進される。
【００６２】
その他の構成は、前述した実施形態と同様である。本実施形態では、前述した実施形態と共通の構成から奏される作用効果を、前述した実施形態と同様に得ることができる。
【００６３】
特に、本実施形態では、乱れ発生部１５を構成する凸状突起部１５２Ｂを半球状の突起部で構成している。このように、凸状突起部１５２Ｅを半球状の突起部で構成すれば、凸状突起部１５２Ｅを主流壁部１４２、１４３に対してプレス成形等によって容易に形成することができる。
【００６４】
（第１変形例）
上述の第４実施形態では、乱れ発生部１５を一対の主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３に設けた凸状突起部１５２Ｅで構成したものを例示したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、例えば、図１５に示すように、一対の主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３に設けた凸状突起部１５２Ｅ、および一対の主流壁部１４２、１４３の他方の壁部１４２に設けた半球状に窪んだ凹部１５３によって構成されていてもよい。
【００６５】
（第２変形例）
また、乱れ発生部１５は、例えば、図１６に示すように、一対の主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３に設けた凸状突起部１５２Ｅおよび凹部１５３によって構成されていてもよい。なお、図１６では、凸状突起部１５２Ｅと凹部１５３とが、主流壁部１４２、１４３の延在方向ＭＦＤに沿って並ぶ配置形態となっている構成を例示しているが、これに限らず、凸状突起部１５２Ｅと凹部１５３とが、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤに沿って並ぶ配置形態となっていてもよい。
【００６６】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１７〜図２２を参照して説明する。図１７に示すように、本実施形態の乱れ発生部１５は、主流壁部１４２、１４３の一方の壁部１４３に千鳥格子状に配置した半球状の突起部で構成される複数の凸状突起部１５２Ｅによって構成されている。
【００６７】
具体的には、乱れ発生部１５は、主流壁部１４２、１４３の延在方向ＭＦＤに沿って並ぶ複数の凸状突起部１５２Ｅが、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤに複数列並ぶように配置されている。そして、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤに並ぶ複数の凸状突起部１５２Ｅは、隣り合う凸状突起部１５２Ｅの頂点が、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤにおいて互いに重なり合わないように配置されている。
【００６８】
本発明者らは、レイノルズ数Ｒｅが小さい場合の脈動流の各期間における熱交換流路１４１を流れる作動流体の状態をＤＮＳ（Direct Numerical Simulationの略）、すなわち直接数値形成法で計算すると共に、脈動流の各期間における作動流体の状態を解析した。
【００６９】
図１８は、脈動流の加速期間Ａに作動流体の状態をＤＮＳによって解析した解析結果を示している。図１８に示すように、本実施形態の熱交換流路１４１では、脈動流の加速期間Ａにおいて、主流の流れに沿う方向に並ぶ凸状突起部１５２Ｅの頂点部分に、図中の破線で示す低速ストリークＳｔｌが発生することが確認された。
【００７０】
図１９および図２０は、脈動流の減速期間Ｃに作動流体の状態をＤＮＳによって解析した解析結果を示している。なお、図１９が、脈動流の減速期間Ｃの初期における作動流体の状態の解析結果を示し、図２０が、脈動流の減速期間Ｃの終期における作動流体の状態の解析結果を示している。
【００７１】
図１９に示すように、本実施形態の熱交換流路１４１では、脈動流の減速期間Ｃの初期において、加速期間Ａで発生した低速ストリークＳｔｌが、熱交換流路１４１の幅方向ＳＰＤに搖動することが確認された。
【００７２】
そして、図２０に示すように、本実施形態の熱交換流路１４１には、脈動流の減速期間Ｃの終期において、減速期間Ｃの初期に搖動した低速ストリークＳｔｌが崩壊して、熱交換流路１４１の全体に大きな渦流れが生成されることが確認された。
【００７３】
ところで、図２１は、流速の変化が殆どない定常流を熱交換流路１４１に流入させた場合の作動流体の状態をＤＮＳによって解析した解析結果を示している。図２１に示すように、定常流を熱交換流路１４１に流入させた場合には、熱交換流路１４１に対して乱れ発生部１５を設けたとしても、作動流体の乱れが殆ど生じないことが確認された。
【００７４】
このように、本実施形態の熱交換流路１４１では、脈動する作動流体のレイノルズ数Ｒｅが小さい場合でも、その幅方向ＳＰＤにおいて、延在方向ＭＦＤに延びる低速ストリークＳｔｌが形成される。そして、低速ストリークＳｔｌが作動流体の流速が減少する減速期間Ｃに搖動した後に崩壊することで、熱交換流路１４１を流れる作動流体の乱流化が大きく促進される。
【００７５】
その他の構成は、前述した実施形態と同様である。本実施形態では、前述した実施形態と共通の構成から奏される作用効果を、前述した実施形態と同様に得ることができる。
【００７６】
特に、本実施形態の乱れ発生部１５は、千鳥格子状に配置された複数の凸状突起部１５２Ｅで構成されている。これによれば、作動流体の流速が減少する減速期間Ｃにおける低速ストリークＳｔｌの搖動が促進されるので、熱交換流路１４１を流れる作動流体の乱流化を充分に促進させることができる。
【００７７】
ここで、本発明者らは、本開示の熱交換器の有効性を確認する実験を行った。この実験では、本開示の熱交換器、すなわち、脈動流となる作動流体が流入する熱交換流路１４１に乱れ発生部１５を設けた熱交換器において、作動流体のレイノルズ数Ｒｅの変化に伴う熱伝達率比の変化を計測した。
【００７８】
本実験では、本開示の熱交換器の有効性を示すために、脈動流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けていない熱交換器、定常流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けた熱交換器における熱伝達率比についても計測した。
【００７９】
図２２は、作動流体のレイノルズ数Ｒｅの変化に伴う熱伝達率比の変化を計測した計測結果を示している。図２２中の白丸は、本開示の熱交換器（脈動流＋乱れ発生部）における作動流体のレイノルズ数Ｒｅの変化に伴う熱伝達率比の変化を計測した計測結果を示している。図２２中の白四角は、脈動流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けていない熱交換器（すなわち、脈動流＋平滑面）における作動流体のレイノルズ数Ｒｅの変化に伴う熱伝達率比の変化を計測した計測結果を示している。図２２中の黒丸は、定常流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けた熱交換器（すなわち、定常流＋乱れ発生部）における作動流体のレイノルズ数Ｒｅの変化に伴う熱伝達率比の変化を計測した計測結果を示している。
【００８０】
本開示の熱交換器以外の熱交換器では、図２２の白四角、黒丸に示すように、レイノルズ数Ｒｅが大きくなると、熱伝達率が向上することが確認できるが、レイノルズ数Ｒｅが小さい場合（例えば、Ｒｅ＜５００）、熱伝達率の向上効果が殆ど得られないことが判る。
【００８１】
これに対して、本開示の熱交換器では、図２２の白丸に示すように、レイノルズ数Ｒｅが小さい場合（例えば、Ｒｅ＜５００）に２〜２．５倍程度の熱伝達率の向上効果が得られることが判った。この効果は、脈動流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けていない熱交換器や、定常流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けた熱交換器に対して、予測可能な範囲を超える格別顕著な効果である。このため、脈動流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けていない熱交換器や、定常流となる作動流体が流入する熱交換流路に乱れ発生部１５を設けた熱交換器から本開示の熱交換器を想到することは極めて困難である。
【００８２】
（変形例）
上述の第５実施形態では、乱れ発生部１５を千鳥格子状に配置した複数の凸状突起部１５２Ｅで構成したものを例示したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、例えば、図２３に示すように、碁盤目状に配置した複数の凸状突起部１５２Ｅで構成されていてもよい。
【００８３】
また、上述の第５実施形態では、半球状の突起部で構成された凸状突起部１５２Ｅを千鳥格子状に配置したものを例示したが、第３実施形態にて例示した凸状突起部１５２Ａ〜１５２Ｄを千鳥格子状に配置するようにしてもよい。
【００８４】
（他の実施形態）
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
【００８５】
上述の第２〜第５実施形態では、乱れ発生部１５を主流壁部１４２、１４３の延在方向ＭＦＤに交差する形状を有する凸状突起部１５２、１５２Ａ〜１５２Ｅを含む構成とする例を説明したが、これに限定されない。乱れ発生部１５は、例えば、図２４に示すように、主流壁部１４２、１４３の延在方向ＭＦＤに沿って延びる形状を有する凸状突起部１５４を含む構成となっていてもよい。
【００８６】
上述の各実施形態では、作動流体に脈動を発生させる駆動部としてポンプ１０を用いているが、ポンプ１０以外のものを駆動部として採用することができる。
【００８７】
上述の各実施形態では、流速が周期的に増減する脈動流となる作動流体が熱交換流路１４１に流入する構成について説明したが、これに限定されない。本開示の熱交換器は、流速が不規則に増減する流体が熱交換流路１４１に流入する構成となっていてもよい。
【００８８】
上述の各実施形態では、本開示の熱交換器を図１に示す熱輸送システム１の冷却器１４に適用する例について説明したが、本開示の熱交換器は、例えば、熱輸送システム１の放熱器２０に適用してもよい。また、本開示の熱交換器は、図１に示す熱輸送システム１と異なる様々なシステムに適用可能である。
【００８９】
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００９０】
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。
【００９１】
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
【００９２】
（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、熱交換器は、熱交換流路を流れる流体の主流の流れ方向を規定する主流壁部に、主流壁部の壁面の延在方向と交差する乱れ発生部が設けられている。
【００９３】
また、第２の観点によれば、熱交換器は、乱れ発生部が、熱交換流路の内側に向けて突出する凸状突起部を含んで構成されている。このように、乱れ発生部を凸状突起部で構成すれば、流体の主流が凸状突起部を通過する際に生ずる渦流れによって、流体の乱れを促進させることが可能となる。
【００９４】
また、第３の観点によれば、熱交換器は、凸状突起部が、主流壁部の壁面における延在方向に直交する方向に交差する形状を有している。このように、凸状突起部を主流壁部の延在方向および当該延在方向に直交する方向それぞれに交差する構成とすれば、流体の流速が増加する加速期間に、凸状突起部の先端部分に生ずる渦によって低速ストリークと高速ストリークが生成され易くなる。低速ストリークは、流体の流速が減少する減速期間に搖動した後に崩壊する。これにより、熱交換流路を流れる流体の乱流化が促進される。
【００９５】
また、第４の観点によれば、熱交換器は、凸状突起部が、半球状の突起部で構成されている。このように、凸状突起部を半球状の突起部で構成すれば、凸状突起部を流路形成部の主流壁部に対してプレス成形等によって容易に形成することができる。
【００９６】
また、第５の観点によれば、熱交換器は、乱れ発生部が、複数の凸状突起部を含んで構成されている。そして、複数の凸状突起部は、主流壁部の壁面に千鳥格子状に配置されている。このように、複数の凸状突起部が千鳥格子状に配置される構成とすれば、流体の流速が減少する減速期間における低速ストリークの搖動が促進されるので、熱交換流路を流れる流体の乱流化を充分に促進させることができる。
【００９７】
また、第６の観点によれば、熱交換器は、流速が周期的に増減する脈動流を発生させる駆動部（１０）を備えるシステムに適用される。そして、熱交換流路には、脈動流が流入する構成となっている。このように、熱交換流路に脈動流が流入する構成では、熱交換器を流れる流体のレイノルズ数が小さい場合であっても、脈動流による流体の乱れと、乱れ発生部による乱れの促進とが相乗的に作用することで、熱交換器の熱交換性能の向上を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９８】
１４            冷却器（熱交換器）
１４０          細管（流路形成部材）
１４１          熱交換流路
１４２、１４３  主流壁部
１５            乱れ発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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