(57)【要約】【課題】空気の流れに対する通風抵抗の増加を抑えつつ、空気と熱交換器との間の熱交換効率を向上させる。【解決手段】流路１内の熱交換器２の上流側の空間を第１の空間１−１、流路１内の熱交換器２の下流側の空間を第２の空間１−２とし、例えば第２の空間１−２の壁面１−２ａの開口部６に当該開口部を塞ぐように、第１の空間１−１と第２の空間１−２との間の圧力差に振動を与える圧力差振動発生手段７を設ける。圧力差振動発生手段７によって第１の空間１−１と第２の空間１−２との間の圧力差に振動を与え、熱交換路２２内の空気に振動流を発生させ、この振動流を主流（ファン３が作る熱交換路２２内の空気の流れ）に加えて、熱交換路２２内の空気の流れを脈動流とする。【選択図】  図１
2016035359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側から下流側に空気が流れる流路と、
前記流路内に設置され、前記流路を流れる空気が通過する熱交換路を有し、この熱交換路を流れる空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記流路内の前記熱交換器に入る前の空気が流れる上流側の空間を第１の空間、前記流路内の前記熱交換器から出た後の空気が流れる下流側の空間を第２の空間とし、前記第１の空間と第２の空間との間の圧力差に振動を与える圧力差振動発生手段と
を備えることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載された熱交換装置において、
前記圧力差振動発生手段は、
上流側から下流側への流路内の空気の流れによって前記熱交換路内に発生する流れを主流とし、前記第１の空間と第２の空間との間の圧力差に振動を与えることによって、前記熱交換路内の空気に振動流を発生させ、この振動流を前記主流に加えて前記熱交換路内の空気の流れを脈動流とする
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項３】
請求項２に記載された熱交換装置において、
前記振動流は、
前記熱交換路の壁面近傍の領域とその壁面間中央の領域とで、逆向きの流速となる時間がある
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記第１の空間および前記第２の空間の少なくとも何れか一方の壁面側から、
前記第１の空間と第２の空間との間に圧力差振動を導圧するように前記圧力差振動発生手段が設けられている
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記第１の空間の壁面および前記第２の空間の壁面の両方に開口部が設けられており、
前記開口部の少なくとも何れか一方に当該開口部を塞ぐように前記圧力差振動発生手段が設けられており、
前記第１の開口部と前記第２の開口部とが前記第１の空間および前記第２の空間の外側で導圧路により連通されている
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記第１の空間の壁面および前記第２の空間の壁面の両方に開口部が設けられており、
前記第１の開口部と前記第２の開口部とが前記第１の空間および前記第２の空間の外側で導圧路により連通されており、
前記導圧路内に前記圧力差振動発生手段が設けられている
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項７】
請求項１〜３の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記流路内に前記熱交換器とともに前記第１の空間と前記第２の空間とを隔てるように設置された隔壁を備え、
前記隔壁に開口部が形成されており、
この開口部を塞ぐように前記圧力差振動発生手段が設けられている
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記圧力差振動発生手段は、
前記第１の空間と第２の空間の少なくとも一方の空間の空気に圧縮と膨張を発生させる
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項９】
請求項１〜３の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記第１の空間および前記第２の空間の少なくとも何れか一方に、内部に空洞を持つ容器が配置されており、
前記容器の壁面には、前記空洞に連通する開口部が形成され、当該開口部を塞ぐように前記圧力差振動発生手段が設けられている
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１０】
請求項１〜３の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記第１の空間および前記第２の空間の少なくとも何れか一方に、内部に空洞を持つ容器が配置されており、
前記容器の壁面には、前記空洞に連通する複数の開口部が形成され、少なくとも一つの当該開口部を塞ぐように前記圧力差振動発生手段が設けられている
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された熱交換装置において、
前記圧力差振動発生手段が前記容器の空洞内に発生する圧力振動は、
前記圧力差振動発生手段が設けられた開口部以外の開口部から前記容器が配置された空間内に、
前記圧力差振動発生手段が前記容器が配置された空間内に直接発生する圧力振動と同位相で放出される
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記圧力差振動発生手段は、ダイアフラムとそれに接続した振動発生手段とを含む構成要素から成る
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載された熱交換装置において、
前記振動発生手段は、振動モータから構成される
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１４】
請求項１〜１１の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記圧力差振動発生手段は、ピストンとそれに接続した振動発生手段とを含む構成要素から成る
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１５】
請求項１〜１１の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記圧力差振動発生手段は、スピーカを含む構成要素から成る
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記熱交換器は、
複数の多孔扁平伝熱管と、この複数の多孔扁平伝熱管の両端に連通されるヘッダとから構成されるマルチフロー型の熱交換器である
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１７】
請求項１〜１５の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記熱交換器は、
複数の多孔扁平伝熱管と、この複数の多孔扁平伝熱管のそれぞれの間に配置されたコルゲートフィンと、前記複数の多孔扁平伝熱管の両端に連通されるヘッダとから構成される積層型の熱交換器である
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１８】
請求項１〜１５の何れか１項に記載された熱交換装置において、
前記熱交換器は、
伝熱管と、この伝熱管と直交して接続される複数のフィンとから構成されるクロスフィン型の熱交換器である
ことを特徴とする熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上流側から下流側に流れる空気との間で熱交換を行う熱交換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気調和システムでは、調和された空気を作るために熱交換器を使用している。熱交換器としては、種々のタイプのものがあるが、冷媒が流れる伝熱管とフィンからなるフィン＆チューブ型（クロスフィン型）が一般的である。
【０００３】
空気側の熱交換では、空気流速が低く、フィン間隔も狭いため、フィン間を流れる空気の流れは低レイノルズ数の領域（層流）になり、原理的に熱交換効率が非常に悪い。そこで、当初はフラット（平坦）であったフィンに多数のスリットやルーバーなどの切り起こしを形成して前縁効果を利用したり、伝熱管を細径化してフィン間隔の縮小・枚数増加による伝熱部の表面積拡大という方法で、通風抵抗よりも熱交換性能を優先して効率を上げてきた。しかし、生産性やゴミ詰まり、通風抵抗、蒸発器として機能するときの凝結水などの問題で、これ以上のドラスティックな改善は難しくなっている。また、省エネルギーや小型化あるいは風量を増加させるため、熱交換性能は維持したまま通風抵抗を低減したいというニーズや、洗浄などのメンテナンスを容易にするため、フラットなフィンを使用したいというニーズもある。
【０００４】
一方、過去には積極的に流れに乱れや攪拌作用を発生させることにより熱交換効率の向上を目指した、以下のような方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、振動装置により室外側の熱交換器（熱交換パイプ、フィン）を振動させることによって、熱交換器内で空気の乱流及び攪拌を生じさせて、熱交換効率を良くするという熱交換器が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、フィンに形成された突起物間のコロナ放電でコロナ風を発生するとともに、突起物で旋回流を発生し、さらには、それに加えて、熱交換ゾーンの風上側の空気流に超音波を付与してフィンを流れる空気を剥離し易くしたり、あるいは、熱交換ゾーンの風上側に送風機と自在に開閉可能な開閉手段からなる送風装置を備え、この送風装置または送風機自体の稼働に変動を生じさせて、フィンと接触する空気流の流速を周期的に変動させ脈動流とすることができる熱交換器が記載されている。また、効果として、騒音を低減させるため空気の風量を抑えても、フィンと接触する空気の境界層が発達しにくくなるため、空気とフィン間の熱伝達率が大きくなり、その結果、熱交換器は熱交換の効率が向上すると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４８−３８５５５号公報
【特許文献２】特開平９−２６４６９７号公報
【特許文献３】特開平１１−２６４６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示されている方法では、次のような問題があった。
熱交換器を振動させると、その上流下流の空間に大きな乱れを発生させ通風抵抗を大きくしてしまい、熱交換器を通過する風量を低下させてしまう。また、狭いフィン間で粘性の影響を強く受けている空気に乱流または攪拌を生じさせるには、振動方向にもよるが少なくとも数Ｇ程度の加速度で振動を与える必要があり、熱交換器の強度や質量を考えると、振動に必要な電力や耐久性の点で問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に示されている方法では、次のような問題があった。
コロナ放電は、安全性、ホコリの帯電による付着、消費電力、騒音、構成の複雑化など様々な問題があり、突起物による旋回流発生ついては、フィン間を流れる低レイノルズ数の流れでは、通風抵抗が増えるわりには熱交換効率の向上はあまり期待できない。
【００１０】
超音波を付与して、フィンを流れる空気が剥離し易くなるかどうかは不明であるが、超音波は周波数が非常に高く振幅も小さいため、入口部でフィン間の空気の粘性によりすぐに熱に変わり減衰したり反射したりするためフィン間に侵入することが難しく、さらに、超音波は指向性があるため付与できる範囲も部分的である。
【００１１】
熱交換ゾーンの風上側の送風機と自在に開閉可能な開閉手段からなる送風装置は、開閉手段の設置により通風抵抗が大きくなり、送風機（回転部）や開閉手段のサイズや質量および熱交換器との間の空間による緩衝作用を考えると、せいぜい数Ｈｚ程度以下の脈動しか作れず、フィン間を流れる空気の粘性力に打ち勝って層流状態の流れを崩して有効な乱れを与えることはできない。よって、通風抵抗の増加など、他の問題を増加させるのみで、熱交換効率を有効に向上させることはできない。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空気の流れに対する通風抵抗の増加を抑えつつ、空気と熱交換器との間の熱交換効率を向上させることが可能な熱交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために本発明は、上流側から下流側に空気が流れる流路と、流路内に設置され、流路を流れる空気が通過する熱交換路を有し、この熱交換路を流れる空気との間で熱交換を行う熱交換器と、流路内の熱交換器に入る前の空気が流れる上流側の空間を第１の空間、流路内の熱交換器から出た後の空気が流れる下流側の空間を第２の空間とし、第１の空間と第２の空間との間の圧力差に振動を与える圧力差振動発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
例えば、本発明では、流路内の上流側から下流側への空気の流れによって熱交換路内に発生する空気の流れを主流とし、第１の空間と第２の空間との間の圧力差に振動を与えることによって、熱交換路内の空気に振動流を発生させ、この振動流を主流に加えて熱交換路内の空気の流れを脈動流とするようにする。この場合、振動流は、熱交換路において、その壁面近傍の領域とその壁面間中央の領域とで、逆向きの流速となる時間があるようにすることが好ましい。
【００１５】
平行平板間や管路内における層流状態の流れでは、空気分子は壁面に平行方向のみに互いに流線が交わることなく流れるため、熱は、（壁面と直交する方向の）温度勾配に比例する熱伝導のみにより壁面から内部の空気へ伝わり、流れにより下流へ輸送される。つまり、乱流の場合のように、流れの乱れによる壁面から内部への効率の良い熱輸送は発生しない。
【００１６】
さらに、壁面で囲まれた（挟まれた）狭い流路内を流れる流速の低い空気の流れ、つまり、低レイノルズ数の流れは、流路に流入すると空気の粘性で壁面との間に発生するせん断応力により、速度境界層（流速の遅い領域）が発達してすぐに飽和した層流境界層で流路内が覆われ、そのなだらかな流速勾配に対応してなだらかな温度勾配を持つ温度境界層で流路内が覆われる。そのため、壁面から内部の空気への熱伝導による熱輸送の効率は低いものとなる。
【００１７】
よって、壁面と直交する方向の流れ成分や渦などの乱流の要素を加えることができれば、流れの乱れによる壁面から内部への熱輸送による効果的な伝熱促進が可能になり、また、粘性力に対する慣性力の影響が大きくなり、主流に直交する壁面近傍の空気分子の運動量も増えるので、速度境界層の発達も抑制され、壁面の流速勾配が大きくなり、それに応じて温度勾配も大きくなるため、フラットなフィンの場合でも、熱伝導量が大きく増加する。
【００１８】
本発明では、上流側から下流側に流れる空気との間で熱交換を行う熱交換器において、熱交換器の上流側の空間（第１の空間）と下流側の空間（第２の空間）との間の圧力差に（低周波数の）振動を与えることにより、フィンなどの伝熱壁面で囲まれた（挟まれた）熱交換路内を流れる層流状態（低速、低レイノルズ数）の伝熱効率が非常に悪い空気の流れに振動を加えて、その空気の流れを脈動流とするようにする。これにより、壁面近傍に集中的に壁面と直交する方向の流れ成分や渦などの乱流の要素が加えられるものとなり、伝熱効率を向上させ、空気と熱交換器との間の熱交換効率を向上させることが可能となる。
【００１９】
特に、熱交換器の熱交換路において、壁面（伝熱壁面）近傍の領域と壁面間中央の領域で、逆向きの流速になる時間がある振動流（壁面近傍に流速の逆転領域を持つ振動流）を発生させ、この振動流を主流に加えて脈動流とすると、大きな効果を得ることができる。なお、フィン間（伝熱壁面間）が１〜２ｍｍ程度の一般的な空調用熱交換器においては、数１０Ｈｚ程度以上の振動流で上記の「壁面近傍に流速の逆転領域を持つ振動流」が得られ、フィン間が狭いほど上記の流れを作るのに高い周波数が必要である。
【００２０】
また、熱交換器の上流側の空間と下流側の空間との間の圧力差に（低周波数の）振動を与える圧力差振動発生手段を、熱交換器が設置されている空気流路内の壁面側に配置すると、通風抵抗を増加させないというメリットがある。さらに、壁面近傍の流れに部分的に乱流要素を加えることにより、壁面摩擦係数が低減する場合があり、さらに通風抵抗を低下させる可能性もある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱交換器の上流側の空間（第１の空間）と下流側の空間（第２の空間）との間の圧力差に振動を与えるようにしたので、流路を流れる空気が通過する熱交換路内の空気に振動流を発生させ、この振動流を上流側から下流側に流れる主流に加えて熱交換路内の流れを脈動流にするようにして、空気の流れに対する通風抵抗の増加を抑えつつ、空気と熱交換器との間の熱交換効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱交換装置の一実施の形態（実施の形態１）が搭載された（室内）空調機の要部を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の側面図である。
【図３】この熱交換装置で用いる圧力差振動発生手段の要部の構成を示す図である。
【図４】圧力差振動発生手段を構成する振動発生手段の一例（偏芯重り付きモータ）を示す斜視図である。
【図５】熱交換路内の空気に振動流を発生させ、この振動流を主流に加えて脈動流とする様子を説明する図である。
【図６】実施の形態１の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の変形例を示す側面図である。
【図７】フィン間隔ｈを２ｍｍとし、周波数を変えた場合の振動流の流速分布の変化例を示す図である。
【図８】フィン間隔ｈを１ｍｍとし、周波数を変えた場合の振動流の流速分布の変化例を示す図である。
【図９】実施の形態２の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の要部を示す側面図である。
【図１０】実施の形態３の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の要部を示す側面図である。
【図１１】実施の形態４の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の要部を示す斜視図である。
【図１２】実施の形態４の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の変形例を示す側面図である。
【図１３】実施の形態５の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の要部を示す側面図である。
【図１４】実施の形態６の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の要部を示す側面図である。
【図１５】実施の形態７の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の要部を示す側面図である。
【図１６】実施の形態７の熱交換装置で用いる圧力差振動発生手段が設けられた容器の要部を示す側断面図である。
【図１７】実施の形態７の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の変形例を示す側面図である。
【図１８】実施の形態７の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の変形例を示す側面図である。
【図１９】実施の形態８の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の要部を示す側面図である。
【図２０】実施の形態８の熱交換装置で用いる圧力差振動発生手段が設けられた容器の要部を示す側断面図である。
【図２１】実施の形態８の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の変形例を示す側面図である。
【図２２】実施の形態８の熱交換装置が搭載された（室内）空調機の変形例を示す側面図である。
【図２３】実施の形態９の熱交換装置が搭載された空調ダクトから成る空調機の要部を示す側面図である。
【図２４】実施の形態１０の熱交換装置が搭載された（室外）空調機の要部を示す斜視図である。
【図２５】圧力差振動発生手段をピストンと振動発生手段とで構成した例を示す図である。
【図２６】圧力差振動発生手段をスピーカで構成した例を示す図である。
【図２７】マルチフロー型の熱交換器を示す斜視図である。
【図２８】マルチフロー型の熱交換器で用いる多孔扁平伝熱管の例を示す平面断面図である。
【図２９】マルチフロー積層型の熱交換器を示す斜視図である。
【図３０】マルチフロー積層型の熱交換器で用いるコルゲートフィンの例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
〔実施の形態１〕
図１は本発明に係る熱交換装置の一実施の形態が搭載された（室内）空調機の要部を示す斜視図である。同図において、１は上流側から下流側に空気が流れる流路、２は流路１内に設置された熱交換器、３は流路１内の上流側から下流側への空気の流れを作るファンである。
【００２５】
この実施の形態において、ファン３は筐体４内に設けられており、吸気口４−１から筐体４内に空気を取り入れ、この取り入れた空気を排気口４−２からダクト５を通して排出する。この吸気口４−１側（上流側）から排気口４−２側（下流側）に流れる筐体４内の空気の通路が流路１である。
【００２６】
熱交換器２は、筐体４内の流路１をなす空間のほぼ中央に、排気口４−２に向かう空気の流れに対して斜めにして設けられている。これにより、筐体４内の空間は、熱交換器２を境として、流路１内の熱交換器２に入る前の空気が流れる上流側の空間（第１の空間）１−１と、流路１内の熱交換器２から出た後の空気が流れる下流側の空間（第２の空間）１−２とに分けられている。
【００２７】
熱交換器２は、流路１を流れる空気が通過する板状の部材（伝熱フィン）で挟まれた多数の狭い流路２１−１〜２１−ｎからなる熱交換路２２を有し、この熱交換路２２を流れる空気との間で熱交換を行う。なお、図１においては、熱交換器２への冷媒配管などは省略している。
【００２８】
また、第２の空間１−２の壁面（筐体４の内壁面）１−２ａには開口部６が設けられており、この開口部６を塞ぐように圧力差振動発生手段７が設けられている。図２に図１に示した実施の形態１の熱交換装置１００（１００Ａ）が搭載された（室内）空調機の側面図（吸気口４−１側を正面とした場合の横方向から見た図）を示す。
【００２９】
本実施の形態において、圧力差振動発生手段７は、図３にその要部の構成を示すように、第２の空間１−２の壁面１−２ａに開口部６を塞ぐようにして設けられたダイアフラム８と、このダイアフラム８を内側と外側に繰り返し撓ませる振動発生手段９とから構成されている。
【００３０】
なお、振動発生手段９としては、振動モータ（偏芯重り付きモータ（図４参照））、圧電体、電磁力で駆動されるアクチュエータ、磁気力（磁石と回転体）で駆動されるアクチュエータ、静電力で駆動されるアクチュエータ、クランクと回転体、カムとフォロワなどが代表例として挙げられる。なお、図４において、９−１はモータ、９−２はモータ９−１の回転軸に取り付けられた分銅である。
【００３１】
この熱交換装置１００Ａが搭載された（室内）空調機では、振動発生手段９によってダイアフラム８を内側と外側に繰り返し撓ませることによって、つまり、第２の空間１−２の容積を高速に変動させることによって圧力波（音波あるいは疎密波）を発生して第２の空間１−２の圧力に振動を与える（第２の空間１−２の空気に圧縮と膨張を発生する）ことにより、熱交換器２の上流側の空間（第１の空間１−１）と下流側の空間（第２の空間１−２）との間の圧力差に振動を与える。これにより、ファン３が作る熱交換路２２内の空気の流れを主流とした場合、熱交換路２２内の空気に振動流が発生し、この振動流が主流に加えられて熱交換路２２内の空気の流れが脈動流となる。
【００３２】
図５（ａ）に、ファン３により流路１に発生し、熱交換器２の上流側の空間（第１の空間１−１）から熱交換路２２内に流入し、熱交換路２２を通って、熱交換路２の下流側の空間（第２の空間１−２）に流出する空気の流れの熱交換路２２内の流速分布の概念図を示す。なお、本発明では、空気の流れに対する通風抵抗の増加を抑えつつ、空気と熱交換器との間の熱交換効率を向上させることが目的であるため、壁面が流れ方向にほぼフラットな通風抵抗の小さいフィンを使用することが好ましい。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、熱交換路２２のフィンで挟まれた多数の狭い流路２１（２１−１〜２１−ｎ）には、すなわち熱交換路２２のフィンで挟まれた多数の狭い流路２１のそれぞれには、ファン３により作られる流路１内の上流側から下流側への空気の流れによって、放物線状の流速分布の空気の流れが主流として作られ、熱交換路２２の上流と下流との間には、つまり、熱交換器２の上流側の空間（第１の空間１−１）と下流側の空間（第２の空間１−２）との間には、熱交換路２２内を流れる空気の流速に応じた（ほぼ比例した）圧力差が発生する。逆に、ファン３が熱交換器２の上流側の空間（第１の空間１−１）と下流側の空間（第２の空間１−２）との間に作る圧力差に応じて（ほぼ比例して）、熱交換路２２内に流れる空気の流速が決まるという言い方もできる。
なお、図５（ａ）において、ｈは流路２１のフィン間隔である。
【００３４】
図５（ｂ）に、圧力差振動発生手段７によって作られた第１の空間１−１と第２の空間１−２との間の圧力差の振動により、熱交換路２２のフィンで挟まれた多数の狭い流路２１（２１−１〜２１−ｎ）内の空気に発生する振動流の流速分布の変化の例（計算値）を示す（ｈ＝２ｍｍ，５０Ｈｚ）。
【００３５】
図５（ｂ）に示すように、圧力差振動発生手段７によって作られた圧力差の振動によって熱交換路２２のフィンで挟まれた多数の狭い流路２１（２１−１〜２１−ｎ）内に発生する振動流は、フィン間隔ｈと振動周波数の条件により、「壁面近傍と流速中央の領域で、逆向きの流速になる時間を持つ振動流」、つまり、「壁面近傍に流速の逆転領域を持つ振動流」が得られる。なお、グラフの縦軸は２次元平行平板（フィン）間の位置（０が中央、１，−１が壁面）、横軸は流速分布の振幅である。
【００３６】
図５（ｃ）に、図５（ａ）の空気の流れを主流（定常流）として、この主流に図５（ｂ）の振動流を加えて、熱交換路２２のフィンで挟まれた多数の狭い流路２１（２１−１〜２１−ｎ）内に脈動流を作った場合の流速分布の変化の概念図を示す。
【００３７】
図５（ｃ）中に、点線、実線、１点鎖線としてその脈動流の流速分布の変化を示すように、壁面近傍と流路中央の領域で、流れの加速と減速の状態が逆になる時間がある。すなわち、図５（ｃ）に示す実線の流速分布が点線の流速分布になるとき、流路中央は加速で壁面近傍は減速になる。同様に、図５（ｃ）に示す点線の流速分布が１点鎖線の流速分布になるとき、流路中央は減速で壁面近傍が加速になる。
【００３８】
このようにして、本実施の形態では、熱交換器２の上流側の空間（第１の空間１−１）と下流側の空間（第２の空間１−２）との間の圧力差に（低周波数の）振動を与えることにより、フィンで挟まれた多数の狭い流路２１−１〜２１−ｎからなる熱交換路２２内を流れる層流状態（低速、低レイノルズ数）の伝熱効率が非常に悪い空気に振動流が加えられて、熱交換路２２内の空気の流れが脈動流となる。
【００３９】
これにより、壁面近傍に集中的に壁面と直交する方向の流れ成分や渦などの乱流の要素が加えられるものとなり、伝熱効率を向上させて、空気と熱交換器２との間の熱交換効率を向上させることができるようになる。また、壁面近傍の流れに部分的に乱流要素を加えることにより、壁面摩擦係数が低減する場合があり、さらなる通風抵抗の低下も期待できる。
【００４０】
なお、フィン間隔ｈが１〜２ｍｍ程度の一般的な空調用熱交換器においては、数１０Ｈｚ程度以上の振動流で上記の「壁面近傍と流速中央の領域で、逆向きの流速になる時間を持つ振動流」、つまり、「壁面近傍に流速の逆転領域を持つ振動流」が得られるが、フィン間隔ｈが狭いほど上記の流れを作るのに高い周波数が必要であり、例えば、フィン間隔ｈが２ｍｍのときはだいたい１０Ｈｚ以上、フィン間隔ｈが１ｍｍのときはだいたい５０Ｈｚ以上になる。また、フィン間隔ｈが狭いほど同じ圧力差振動を与えたときの振動流の振幅が小さくなる。なお、振動流の流速分布波形は、放物線形状からの歪が大きい方がよく周波数が高い方が良いが、周波数が高くなると振動流の振幅が小さくなり主流に与える影響が小さくなるというようなトレードオフの関係にある。よって、与えることができる圧力差振動の大きさによって、フィン間隔ｈと周波数の最適値があるが、振動流の最大振幅は主流の最大流速の２０％以上は必要であると思われる。
【００４１】
なお、小さな入力電力で大きな圧力差振動を発生させるためには、筐体４内の空気の共振（ヘルムホルツ共鳴）を利用するのが好ましい。例えば、図６に示すように、上述の実施の形態の圧力差振動発生手段７を、筐体４の吸気口４−１の上側（ファン３の前側）などの位置に、熱交換器２の下流側の空間（第２の空間１−２）に臨んで圧力振動を与えるように取付けると、空気が振動する経路が統一されるとともに長くなり効果が大きくなるが、最適な周波数で共振が起こるように筐体４やその内部の形状を設定する必要がある。
【００４２】
参考として、図７（ａ）〜（ｅ）にフィン間隔ｈを２ｍｍとし、周波数を変えた場合の振動流の流速分布の変化例（計算値）を示す。図８（ａ）〜（ｃ）にフィン間隔ｈを１ｍｍとし、周波数を変えた場合の振動流の流速分布の変化例（計算値）を示す。
【００４３】
〔実施の形態２〕
上述した実施の形態１では、第２の空間１−２の壁面（筐体４の壁面）１−２ａに開口部６を設け、この開口部６を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けるようにしたが、図９に実施の形態２の熱交換装置１００（１００Ｂ）が搭載された（室内）空調機の要部の側面図を示すように、第１の空間１−１の壁面（筐体４の内壁面）１−１ａに開口部６を設け、この開口部６を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けるようにしてもよい。
【００４４】
〔実施の形態３〕
また、図１０に実施の形態３の熱交換装置１００（１００Ｃ）が搭載された（室内）空調機の要部の側面図を示すように、第１の空間１−１の壁面（筐体４の内壁面）１−１ａに開口部６−１を設け、この開口部６−１を塞ぐように接続用の導圧管１０−１を介して筐体４の外部に圧力差振動発生手段７−１を設け、第２の空間１−２の壁面（筐体４の内壁面）１−２ａに開口部６−２を設け、この開口部６−２を塞ぐように接続用の導圧管１０−２を介して筐体４の内部に圧力差振動発生手段７−２を設けるようにしてもよい。なお、接続用の導圧管１０−１，１０−２は、筐体４の外部および内部のどちらに配置してもよいし、上述した実施の形態１および実施の形態２のように、導圧管１０−１，１０−２を介さずに直接取り付けてもよい。
【００４５】
〔実施の形態４〕
また、図１１に実施の形態４の熱交換装置１００（１００Ｄ）が搭載された（室内）空調機の要部の斜視図を示すように、第１の空間１−１の壁面（筐体４の内壁面）１−１ａに開口部６−１を設け、第２の空間１−２の壁面（筐体４の内壁面）１−２ａに開口部６−２を設け、開口部６−１および６−２の少なくとも何れか一方に当該開口部を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設け（この例では、開口部６−２を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けている）、開口部６−１と開口部６−２とを第１の空間１−１および第２の空間１−２の外側で導圧路１１により連通させるようにしてもよい。
【００４６】
このように、導圧路１１を通して第１の空間１−１側の圧力を圧力差振動発生手段７に導くと、すなわち圧力差振動発生手段７を構成するダイアフラム８の一方側の圧力を第２の空間１−２側の圧力とし、ダイアフラム８の他方側の圧力を第１の空間１−１側の圧力とすると、約２倍のより強力な（大きな）圧力差の変動（振動）を与えられるので有利であり、また、騒音や外乱を抑制する効果も大きい。
【００４７】
なお、開口部６−１と開口部６−２の両方を塞ぐように、開口部６−１側と開口部６−２側のそれぞれに圧力差振動発生手段７を設けてもよく、この場合は開口部６−１側の圧力差振動発生手段７と開口部６−２側の圧力差振動発生手段７とで、お互いに圧力差を打ち消さないように振動の位相を１８０度ずらすのが好ましい。
【００４８】
図１１では、筐体４の背面（吸気口４−１に対向する面）の外側に導圧路１１を設けて、開口部６−１と開口部６−２とを第１の空間１−１および第２の空間１−２の外側で連通させるようにしているが、図１２に示すように、筐体４の側面の外側に導圧路１１を設けて、開口部６−１と開口部６−２とを第１の空間１−１および第２の空間１−２の外側で連通させるようにしてもよい。
【００４９】
〔実施の形態５〕
また、図１３に実施の形態５の熱交換装置１００（１００Ｅ）が搭載された（室内）空調機の要部の側面図を示すように、第１の空間１−１の壁面（筐体４の内壁面）１−１ａに開口部６−１を設け、第２の空間１−２の壁面（筐体４の内壁面）１−２ａに開口部６−２を設け、開口部６−１と開口部６−２とを第１の空間１−１および第２の空間１−２の外側で導圧路１１により連通させるようにし、この開口部６−１と開口部６−２とを連通させる導圧路１１内に圧力差振動発生手段７を設けるようにしてもよい。
【００５０】
〔実施の形態６〕
また、図１４に実施の形態６の熱交換装置１００（１００Ｆ）が搭載された（室内）空調機の要部の側面図を示すように、流路１内に熱交換器２とともに第１の空間１−１と第２の空間１−２とを隔てるように隔壁１２を設置し、この隔壁１２に開口部６を形成し、この隔壁１２に形成された開口部６を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けるようにしてもよい。
【００５１】
〔実施の形態７〕
また、図１５に実施の形態７の熱交換装置１００（１００Ｇ）が搭載された（室内）空調機の要部の側面図を示すように、第１の空間１−１および第２の空間１−２の少なくとも何れか一方に、内部に空洞１３−１を持ち、かつ、その壁面に空洞１３−１に連通する開口部１３−２が形成され、この開口部１３−２を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けた容器１３（図１６参照）を配置するようにしてもよい。この例では、圧力差振動発生手段７を設けた容器１３を第２の空間１−２に配置している。簡易的に実施する例としては、密閉型のエンクロージャー付スピーカーを、第１の空間１−１および第２の空間１−２の少なくとも何れか一方に設置すればよい。
【００５２】
なお、図１５に示した例では、第２の空間１−２に圧力差振動発生手段７を設けた容器１３を配置させているが、図１７に示すように、圧力差振動発生手段７を設けた容器１３を第２の空間１−２の壁面１−２ａに、第２の空間１−２内に圧力差振動発生手段７を位置させるようにして、取り付けるようにしてもよい。
【００５３】
また、図１８に示すように、圧力差振動発生手段７を設けた容器１３を第２の空間１−２の壁面１−２ａに、接続用の導圧管１４を介して、第２の空間１−２に圧力差振動発生手段７を臨ませるようにして、取り付けるようにしてもよい。
【００５４】
〔実施の形態８〕
また、図１９に実施の形態８の熱交換装置１００（１００Ｈ）が搭載された（室内）空調機の要部の側面図を示すように、第１の空間１−１および第２の空間１−２の少なくとも何れか一方に、内部に空洞１５−１を持ち、かつ、その壁面に空洞１５−１に連通する複数の開口部１５−２が形成され、この複数の開口部の１５−２の少なくとも一つの開口部に当該開口部を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けた容器１５（図２０参照）を配置するようにしてもよい。
【００５５】
この例では、複数の開口部１５−２を開口部１５−２１，１５−２２の２つとし、開口部１５−２１，１５−２２のうち開口部１５−２１を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けた容器１５を第２の空間１−２に配置している。また、圧力差振動発生手段７を設けない開口部１５−２２には、その空洞１５−１側に臨む縁面に円筒状の管路１５−３を一体的に形成している。
【００５６】
この実施の形態８の熱交換装置１００Ｈでは、圧力差振動発生手段７が設けられていない開口部１５−２２（圧力差振動発生手段７が設けられた開口部以外の開口部）からも圧力振動が第２の空間１−２内に放出されるため、すなわち圧力差振動発生手段７が第２の空間１−２内に直接発生する圧力振動と同位相の圧力振動が同じ空間１−２内に放出され増幅されるため、大きな圧力差振動を発生することができる。
【００５７】
すなわち、圧力差振動発生手段７が容器１５の空洞１５−１内に発生する圧力振動は、その位相が空洞１５−１内で反転し、圧力差振動発生手段７が第２の空間１−２内に直接発生する圧力振動の位相と同位相となり、開口部１５−２２から第２の空間１−２内に放出される。このため、圧力差振動発生手段７が第２の空間１−２内に直接発生する圧力振動と、開口部１５−２２から第２の空間１−２内に放出される空洞１５−１内からの圧力振動とが合わさり、空間１−１と空間１−２との間に大きな圧力差振動が発生するものとなる。
【００５８】
なお、簡易的に実施する例としては、バスレフ型などの位相反転型のエンクロージャー付スピーカーを第１の空間１−１および第２の空間１−２の少なくとも何れか一方に設置すればよい。
【００５９】
また、この実施の形態８の熱交換装置１００Ｈにおいても、実施の形態７の熱交換装置１００Ｇと同様、図２１に示すように、圧力差振動発生手段７を設けた容器１５を第２の空間１−２の壁面１−２ａに、第２の空間１−２内に圧力差振動発生手段７を位置させるようにして、取り付けるようにしてもよい。また、図２２に示すように、圧力差振動発生手段７を設けた容器１５を第２の空間１−２の壁面１−２ａに、接続用の導圧管１４を介して、第２の空間１−２に圧力差振動発生手段７を臨ませるようにして、取り付けるようにしてもよい。
【００６０】
〔実施の形態９〕
図２３に実施の形態９の熱交換装置１００（１００Ｉ）が搭載された空調ダクトから成る空調機の要部の側面図を示す。この熱交換装置１００Ｉでは、空調ダクト１６内に、上述した実施の形態と同様な熱交換器２を設置している。
【００６１】
また、この熱交換装置１００Ｉでは、空調ダクト１６内の熱交換器２に入る前の空気が流れる上流側の空間を第１の空間１−１とし、空調ダクト１６内の熱交換器２から出た後の空気が流れる下流側の空間を第２の空間１−２とし、第１の空間１−１の壁面（空調ダクト１６の内壁面）１−１ａに開口部６を設け、この開口部６を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けるようにしている。
【００６２】
なお、圧力差振動発生手段７の設置場所や方法は、上述した実施の形態と同様に様々な形態がある。
【００６３】
〔実施の形態１０〕
図２４に実施の形態１０の熱交換装置１００（１００Ｊ）が搭載された（室外）空調機の要部の斜視図を示す。この熱交換装置１００Ｊでは、（室外）空調機１７内に、上述した実施の形態と同様な熱交換器２を設置している。
【００６４】
また、この熱交換装置１００Ｊでは、（室外）空調機１７の熱交換器２に入る前の空気が流れる上流側の空間（（室外）空調機１７の外側の空間）を第１の空間１−１とし、（室外）空調機１７の熱交換器２から出た後の空気が流れる下流側の空間（（室外）空調機１７の内部の空間）を第２の空間１−２とし、第２の空間１−２の壁面（筐体１７−１の内壁面）１−２ａに開口部６を設け、この開口部６を塞ぐように圧力差振動発生手段７を設けるようにしている。
【００６５】
なお、圧力差振動発生手段７の設置場所や方法は、上述した実施の形態と同様に様々な形態がある。
【００６６】
〔圧力差振動発生手段について〕
上述した実施の形態では、圧力差振動発生手段７をダイアフラム８とこのダイアフラム８に接続した振動発生手段９とを含む構成要素から成るものとしたが、ピストンとそれに接続した振動発生手段とを含む構成要素から成るものとしてもよい。
【００６７】
図２５に、圧力差振動発生手段７をピストン１８と振動発生手段１９とで構成した例を示す。この例において、振動発生手段１９は、固定具２０によって、例えば、第２の空間１−２の壁面１−２ａに固定されている。この振動発生手段１９によって、ピストン１８がガイド２１内を摺動移動（往復動）することによって、熱交換器２の上流側の空間と下流側の空間との間の圧力差に振動が与えられる。
【００６８】
なお、この場合、振動発生手段１９としては、振動モータ（偏芯重り付きモータ（図４参照））、電磁力で駆動されるアクチュエータ、磁気力（磁石と回転体）で駆動されるアクチュエータ、クランクと回転体、カムとフォロワなどが一例として挙げられる。
【００６９】
また、圧力差振動発生手段７は、導電型、圧電型、静電型、電磁型などのスピーカを含む構成要素から成るものとしてもよい。スピーカは、コーン型でも平板型でもよい。図２６に、圧力差振動発生手段７として、コーン型のスピーカ２２を用いた例を示す。
【００７０】
〔熱交換器について〕
上述した実施の形態において、熱交換器２は、流路１を流れる空気が通過する多数の狭い流路２１−１〜２１−ｎからなる熱交換路２２を有するものとしたが、そのタイプについては種々のものが挙げられる。
【００７１】
例えば、熱交換器２の一例として、図２７に示すような、複数の多孔扁平伝熱管２−１と、この複数の多孔扁平伝熱管２−１の両端に連通されるヘッダ２−２，２−３とから構成されるマルチフロー型（パラレルフロー）の熱交換器の使用が考えられる。多孔扁平伝熱管２−１には、図２８（ａ）や（ｂ）にその平面断面図を示すように、冷媒が通る孔（冷媒流路）２−１ａが形成されている。ヘッダ２−２，２−３は冷媒配管２−４に接続されている。なお、複数の多孔扁平伝熱管２−１に直交する複数の板状のフィンを、複数の多孔扁平伝熱管２−１に密着して設置するようにしてもよい。また、多孔扁平伝熱管２−１の代わりに、単一孔の平扁伝熱管を使用することも可能である。
【００７２】
熱交換器２の別の例として、図２９に示すような、複数の多孔扁平伝熱管２−１と、この複数の多孔扁平伝熱管２−１のそれぞれの間に配置されたコルゲートフィン２−５（複数の多孔扁平伝熱管２−１とコルゲートフィン２−５が交互に積層）と、複数の多孔扁平伝熱管２−１の両端に連通されるヘッダ２−２，２−３とから構成されるマルチフロー（パラレルフロー）積層型の熱交換器の使用が考えられる。コルゲートフィン２−５は、図３０（ａ）に示すようなスリットＳなどの伝熱性能を向上させる加工が施されているものであってもよいが、通風抵抗を低減するためには図３０（ｂ）に示すようにフィン表面が空気の流れる方向に平坦な形状が好ましい。
【００７３】
また、熱交換器２の別の例として、伝熱管と、この伝熱管と直交して接続される複数のフィンとから構成されるクロスフィン型の熱交換器の使用も考えられる。クロスフィン型の熱交換器は、一般的なものであり、例えば特許文献３にその構造が示されている。
【００７４】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、各実施の形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【００７５】
また、本発明は、特に空気調和システムの床置型やダクト内設置型の室内機、室外機に適しているが、天吊り型や壁掛け型などにも適用できる。また、伝熱管内に冷媒が流れるタイプに限らず、例えば、ペルチェ素子などを使った熱交換器などにも適用可能である。また、空気に限らず他の気体にも利用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…流路、１−１…上流側の空間（第１の空間）、１−２…下流側の空間（第２の空間）、２…熱交換器、２１（２１−１〜２１−ｎ）…熱交換路を構成する流路、２２…熱交換路、３…ファン、４…筐体、４−１…吸気口、４−２…排気口、６（６−１，６−２）…開口部、７（７−１，７−２）…圧力差振動発生手段、８…ダイアフラム、９…振動発生手段、１０−１，１０−２…導圧管、１１…導圧路、１２…隔壁、１３，１５…容器、１３−１，１５−１…空洞、１３−２，１５−２（１５−２１，１５−２２）…開口部、１００（１００Ａ〜１００Ｊ）…熱交換装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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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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【図２５】
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【図２６】
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【図２８】
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【図３０】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図２７】
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【図２９】
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