実施の形態1.
本実施の形態1では、冷凍サイクル装置の1つである空気調和機を例に、本発明に係る冷凍サイクル装置について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機100を示す冷媒回路図である。なお、図1に示す白抜き矢印は、空気の流れ方向を示している。
空気調和機100は、圧縮機1、室内熱交換器である熱交換器2、熱交換器2に室内空気を供給するファン2a、膨張装置3、室外熱交換器である熱交換器10、熱交換器10に室外空気を供給するファン30、及び、流路切替装置4等を備えている。圧縮機1、熱交換器2、膨張装置3、熱交換器10及び流路切替装置4が冷媒配管によって接続され、冷媒回路が形成されている。
圧縮機1は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機1で圧縮された冷媒は、吐出されて流路切替装置4へ送られる。圧縮機1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、又は往復圧縮機等で構成することができる。
室内熱交換器である熱交換器2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ものである。熱交換器2は、例えば、フィンアンドチューブ型の熱交換器である。
膨張装置3は、熱交換器2又は熱交換器10から流出した冷媒を膨張させて減圧するものである。膨張装置3は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、膨張装置3としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又はキャピラリーチューブ等を適用することも可能である。
室外熱交換器である熱交換器10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ものである。熱交換器10は、フィンアンドチューブ型の熱交換器であり、詳細構成は後述する。
流路切替装置4は、例えば四方弁であり、暖房運転と冷房運転とにおいて冷媒の流路を切り替えるものである。つまり、流路切替装置4は、暖房運転時、圧縮機1の吐出口と熱交換器2とを接続し、圧縮機1の吸入口と熱交換器10とを接続するように冷媒流路が切り替えられる。また、流路切替装置4は、冷房運転時、圧縮機1の吐出口と熱交換器10とを接続し、圧縮機1の吸入口と熱交換器2とを接続するように冷媒流路が切り替えられる。
ファン2aは、熱交換器2の近傍に設置されており、上述のように熱交換器2に室内空気を供給するものである。
ファン30は、熱交換器10の近傍に設置されており、上述のように熱交換器10に室外空気を供給するものである。
ファン2a及びファン30としては、例えば、プロペラファン、クロスフローファン、シロッコファン及びターボファン等、種々の種類のファンを用いることができる。
ここで、本実施の形態1に係る空気調和機100は、ファン30によって熱交換器10に供給される空気の流れ方向において、熱交換器10の上流側となる位置に、渦発生器20が設けられている。渦発生器20の詳細構成は、熱交換器10の詳細構成と共に後述する。
上述した空気調和機100の各構成は、室外機101又は室内機102に収納されている。詳しくは、圧縮機1、膨張装置3、流路切替装置4、熱交換器10、渦発生器20及びファン30は、室外機101に収納されている。熱交換器2及びファン2aは、室内機102に収納されている。
図2は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機100の熱交換器10及び渦発生器20を示す側面図である。図3は、図2のA矢視図である。また、図4は、図2のB矢視図である。なお、図2及び図4に示す白抜き矢印は、ファン30によって供給される空気(室外空気)の流れ方向を示している。
以下、図2及び図3を用いて、熱交換器10の詳細構成について説明する。また、図2及び図4を用いて、渦発生器20の詳細構成について説明する。
図2及び図3に示すように、熱交換器10は、フィンアンドチューブ型の熱交換器であり、冷媒が流れる複数の伝熱管12と、これら伝熱管12に接続された複数の伝熱フィン11とを備える。伝熱フィン11は、長方形状をした板状部材である。これら複数の伝熱フィン11は、例えば長手方向が上下方向に沿うように、配置される。そして、これら複数の伝熱フィン11は、規定の間隔を空けて、ファン30によって供給される空気の流れ方向と略垂直な横方向に並設されている。また、各伝熱フィン11には、伝熱管12が挿入される貫通孔が形成されている。なお、各伝熱フィン11の強度を増すために、各伝熱フィン11を波状に形成してもよい。
複数の伝熱管12は、円管である。これら伝熱管12は、各伝熱フィン11に形成された貫通孔に挿入されている。換言すると、これら伝熱管12は、伝熱フィン11の並設方向に沿って、複数の伝熱フィン11を貫通している。すなわち、伝熱管12と伝熱フィン11の貫通孔外縁部とが、両者の接続部となる。なお、伝熱管12は、円管に限定されるものではない。例えば、図5に示すように、伝熱管12として、断面が扁平形状となっている扁平管を用いてもよい。扁平形状とは、横幅が縦幅よりも大きくなる例えば断面長円形状等の形状である。ここで、図5は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機100の熱交換器10の別の一例を示す側面図である。
ところで、従来のフィンアンドチューブ型の熱交換器では、熱交換性能を向上させるため、スリット、ルーバー又はウイングレット等と称される切り起こし片が伝熱フィンに形成される場合がある。一方、本実施の形態1に係る熱交換器10の各伝熱フィン11には、切り起こし片が形成されていない。後述のように渦発生器20を設けることによって熱交換器10の熱交換性能が向上するため、伝熱フィン11に切り起こし片を形成する必要がないからである。
上述のように、渦発生器20は、ファン30から熱交換器10に供給される空気の流れ方向において、熱交換器10の上流側となる位置に配置されている。この渦発生器20は、熱交換器10とは別部品で構成されている。詳しくは、図2及び図4に示すように、渦発生器20は、複数の凸部22を備えている。本実施の形態1では、板状の基材21の一部を切り起こして、複数の凸部22を形成している。つまり、凸部22は、切り起こし片となっている。そして、凸部22が形成された基材21を規定の間隔を空けて並設することにより、渦発生器20を構成している。また、本実施の形態1では、渦発生器20と熱交換器10の伝熱フィン11とが接触するように、渦発生器20を配置している。このように構成された渦発生器20においては、ファン30によって供給される空気が基材21間に流入して凸部22に衝突すると、渦が発生することとなる。また、本実施の形態1では、ファン30によって供給される空気の流れ方向において、渦発生器20の厚みが、熱交換器10の厚みよりも小さくなっている。このように渦発生器20及び熱交換器10を構成することにより、空気調和機100をコンパクトに形成することができる。
なお、渦発生器20の構成は、上記の構成に限定されるものではない。例えば、切り起こされる凸部22の形状を三角形以外にしてもよい。また例えば、図2及び図4では、ファン30によって供給される空気の流れ方向上流側から下流側に向かって基材21を切り起こし、凸部22を形成したが、凸部22の切り起こし方向も限定されない。例えば、ファン30によって供給される空気の流れ方向下流側から上流側に向かって基材21を切り起こし、凸部22を形成してもよい。また、凸部22の形成方法は、切り起こしに限定されるものではない。例えば、基材21とは別部品を溶接等で該基材21に取り付け、凸部22としてもよい。また例えば、図2及び図4では、複数の基材21の並設方向を伝熱フィン11の並設方向と同方向にしたが、両者の並設方向を異ならせてもよい。また例えば、複数の基材21を格子状に配置してもよい。
また例えば、図6に示すように、凸部22を用いず、規定の間隔を空けて配置された複数の線材23を備えた渦発生器20としてもよい。これら複数の線材23は、例えば格子状に配置される。一方向に規定の間隔を空けて配置された線材23a又は線材23bのみで渦発生器20を構成することもできる。ファン30によって供給される空気が線材23に衝突した際、渦が発生するからである。すなわち、渦発生器20は、ファン30によって供給される空気が渦発生器20を通過する際に渦を発生させることができる構成であればよい。ここで、図6は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機100の渦発生器20の別の一例を示す側面図である。なお、図6は、ファン30から渦発生器20に供給される空気の流れ方向に観察した、渦発生器20の別の一例を示している。すなわち、図6の観察方向は、図2において紙面左側となる位置から渦発生器20の別の一例を観察したものとなっている。
続いて、空気調和機100の動作について説明する。まず、空気調和機100の暖房運転動作について説明する。空気調和機100が暖房運転する場合、流路切替装置4は、図1に実線で示す冷媒流路に切り替わる。この状態において、圧縮機1、ファン2a及びファン30が駆動することにより、暖房運転が開始される。
圧縮機1を駆動させることによって、圧縮機1から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置4を介して室内熱交換器である熱交換器2に流入する。暖房運転時、熱交換器2は、凝縮器として機能する。このため、熱交換器2では、該熱交換器2内を流れる高温高圧のガス冷媒が、ファン2aによって供給される室内空気を加熱し、室内等の空調対象空間を暖房する。また、熱交換器2内を流れる高温高圧のガス冷媒は、ファン2aによって供給される室内空気と熱交換する際、凝縮して高圧の液冷媒になる。
熱交換器2から流出した高圧の液冷媒は、膨張装置3によって、低温低圧の気液二相冷媒になる。この低温低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器である熱交換器10に流入する。暖房運転時、熱交換器10は、蒸発器として機能する。このため、熱交換器10では、該熱交換器10の伝熱管12を流れる冷媒が、ファン30によって供給される室外空気から吸熱する。換言すると、熱交換器10の伝熱管12を流れる冷媒は、ファン30によって供給される室外空気を冷却する。また、熱交換器10の伝熱管12を流れる冷媒は、ファン30によって供給される室外空気と熱交換する際、蒸発して低圧のガス冷媒になる。その後、熱交換器10から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置4を介して圧縮機1に吸入され、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機1から吐出される。
ここで、本実施の形態1に係る空気調和機100では、上述のように、ファン30から熱交換器10に供給される空気の流れ方向において、熱交換器10の上流側となる位置に渦発生器20が配置されている。このため、ファン30によって供給される空気が渦発生器20に流入して凸部22に衝突すると、渦が発生する。したがって、熱交換器10には、渦発生器20で渦を発生させた気流を供給することができる。このため、熱交換器10の伝熱フィン11及び伝熱管12の表面近傍の気流が乱れるため、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
ところで、従来、伝熱フィンに渦発生手段を例えば切り起こしによって一体形成し、熱交換性能の向上を図った熱交換器が知られている。この従来の熱交換器は、伝熱フィンにおける空気の流れ方向の上流側端部近傍に、渦発生手段が一体形成されている。このような従来の熱交換器においては、該熱交換器を蒸発器として用いた場合、渦発生手段による熱交換性能向上効果を得ることができなかった。
詳しくは、蒸発器においては、伝熱管を流れる冷媒により、伝熱管及び伝熱フィンは、蒸発器に流入する空気よりも低温に冷却される。このため、蒸発器に流入した空気は、該空気よりも低温となっている伝熱管及び伝熱フィンによって冷却される。この蒸発器に流入した空気が冷却される際、該空気が露点温度以下になると、伝熱管及び伝熱フィンの表面に結露が発生する。すなわち、伝熱フィンにおける空気の流れ方向の上流側端部近傍は、熱交換器に流入した空気を冷却し始める箇所であるため、当該箇所に結露しやすくなる。また、蒸発器に流入する空気の温度が低温の場合、伝熱フィンは当該空気よりもさらに低温となっているため、伝熱フィンにおける空気の流れ方向の上流側端部近傍に付着した露が凍結し、該端部近傍に着霜が発生してしまう。
すなわち、伝熱フィンに渦発生手段を一体形成した従来の熱交換器を蒸発器として用いた場合、渦発生手段は伝熱管を流れる冷媒によって伝熱フィンの他の部分と同温度まで冷却される。また、伝熱フィンにおける渦発生手段の形成箇所は、伝熱フィンにおける空気の流れ方向の上流側端部近傍、つまり、結露が生じやすい箇所となっている。このため、伝熱フィンに渦発生手段を一体形成した従来の熱交換器を蒸発器として用いた場合、該熱交換器に流入する空気の温度が低温となっている状況では、渦発生手段に着霜し、渦発生手段で渦を発生させることが困難となってしまう。したがって、伝熱フィンに渦発生手段を一体形成した従来の熱交換器を蒸発器として用いた場合、熱交換性能の向上効果が得られなくなってしまう。
一方、本実施の形態1に係る空気調和機100においては、渦発生器20が熱交換器10とは別部品で構成されている。このため、渦発生器20と熱交換器10の伝熱フィン11とが接触しているものの、伝熱フィン11と渦発生器20との間の熱伝導率は、従来の熱交換器における伝熱フィンと渦発生手段との間の熱伝導率と比べ、低くなる。つまり、熱交換器10を蒸発器として用いた際、渦発生器20が熱交換器10の伝熱管12を流れる冷媒によって冷却されることを、従来よりも抑制することができる。すなわち、本実施の形態1に係る空気調和機100は、渦発生器20への着霜を従来よりも抑制することができる。したがって、本実施の形態1に係る空気調和機100は、熱交換器10を蒸発器として用いた際、熱交換器10に流入する空気の温度が低温となっている状況においても、渦発生器20で渦を発生させた気流を熱交換器10に供給することができるので、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
さらに、本実施の形態1に係る熱交換器10の伝熱フィン11は、上述のように、切り起こし片が形成されていない構成となっている。伝熱フィン11に切り起こし片を形成すると、切り起こし片と、該切り起こし片が形成された伝熱フィン11と隣接する伝熱フィン11との間の隙間が小さくなる。このため、伝熱フィン11に切り起こし片を形成すると、伝熱フィン11間が着霜によって閉塞しやすくなる。換言すると、本実施の形態1に係る熱交換器10は、伝熱フィン11に切り起こし片が形成されていないため、伝熱フィン11間が着霜によって閉塞することを抑制できる。また、伝熱フィン11に切り起こし片を形成しないことにより、伝熱フィン11に付着した露は、切り起こし片に表面張力等で保持されることがなくなるため、下方へ滑っていき、熱交換器10から排出されやすくなる。この点においても、本実施の形態1に係る熱交換器10は、伝熱フィン11間が着霜によって閉塞することを抑制できる。したがって、本実施の形態1に係る熱交換器10は、伝熱フィン11に切り起こし片が形成されていない構成となっているため、熱交換器10の熱交換性能をさらに向上させることができる。
空気調和機100が冷房運転する場合、流路切替装置4は、図1に破線で示す冷媒流路に切り替わる。この状態において、圧縮機1、ファン2a及びファン30が駆動することにより、冷房運転が開始される。
圧縮機1を駆動させることによって、圧縮機1から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置4を介して室外熱交換器である熱交換器10に流入する。冷房運転時、熱交換器2は、凝縮器として機能する。このため、熱交換器10では、該熱交換器10の伝熱管12を流れる冷媒が、ファン30によって供給される室外空気に放熱する。また、熱交換器10の伝熱管12を流れる高温高圧のガス冷媒は、ファン30によって供給される室外空気と熱交換する際、凝縮して高圧の液冷媒になる。
熱交換器10から流出した高圧の液冷媒は、膨張装置3によって、低温低圧の気液二相冷媒になる。この低温低圧の気液二相冷媒は、室内熱交換器である熱交換器2に流入する。冷房運転時、熱交換器2は、蒸発器として機能する。このため、熱交換器2では、該熱交換器2内を流れる低温低圧の気液二相冷媒が、ファン2aによって供給される室内空気を冷却し、室内等の空調対象空間を冷房する。また、熱交換器2内を流れる低温低圧の気液二相冷媒は、ファン2aによって供給される室内空気と熱交換する際、蒸発して低圧のガス冷媒になる。その後、熱交換器2から流出した低圧のガス冷媒は、流路切替装置4を介して圧縮機1に吸入され、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機1から吐出される。
ここで、本実施の形態1に係る空気調和機100では、上述のように、ファン30から熱交換器10に供給される空気の流れ方向において、熱交換器10の上流側となる位置に渦発生器20が配置されている。このため、ファン30によって供給される空気が渦発生器20に流入して凸部22に衝突すると、渦が発生する。したがって、熱交換器10には、渦発生器20で渦を発生させた気流を供給することができる。このため、熱交換器10の伝熱フィン11及び伝熱管12の表面近傍の気流が乱れるため、冷房運転時においても、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
以上、本実施の形態1に係る空気調和機100は、冷媒が流れる伝熱管12及び該伝熱管12と接続された伝熱フィン11を有し、蒸発器として機能する熱交換器10と、熱交換器10に空気を供給するファン30と、熱交換器10とは別部品で構成され、ファン30によって供給される空気の流れ方向において熱交換器10の上流側に設けられた渦発生器20と、を備えている。このため、本実施の形態1に係る空気調和機100は、熱交換器10を蒸発器として用いた際、渦発生器20が熱交換器10の伝熱管12を流れる冷媒によって冷却されることを、従来よりも抑制することができる。すなわち、本実施の形態1に係る空気調和機100は、渦発生器20への着霜を従来よりも抑制することができる。
したがって、本実施の形態1に係る空気調和機100は、熱交換器10を蒸発器として用いた際、熱交換器10に流入する空気の温度が低温となっている状況においても、渦発生器20で渦を発生させた気流を連続的に安定して熱交換器10に供給することができるので、熱交換器10の熱交換性能を従来よりも向上させることができる。換言すると、本実施の形態1に係る空気調和機100は、蒸発器として機能する熱交換器10の熱交換性能を向上させることができるため、省エネルギー運転を実現することができる。
また、本実施の形態1に係る空気調和機100においては、熱交換器10の伝熱フィン11に切り起こし片が形成されていない構成となっている。このため、本実施の形態1に係る空気調和機100は、熱交換器10を蒸発器として用いた際、伝熱フィン11間が着霜によって閉塞することを抑制でき、熱交換器10の熱交換性能をさらに向上させることができる。
なお、本実施の形態1では、熱交換器10を室外熱交換器として用いたが、熱交換器10を室内熱交換器として用いてもよい。この場合、熱交換器2を室外熱交換器として用いればよい。つまり、熱交換器10、渦発生器20及びファン30を室内機102に収納し、替わりに熱交換器2及びファン2aを室外機101に収納すればよい。また、熱交換器2及び熱交換器10の双方において、空気流れ方向の上流側となる位置に渦発生器20を配置してもよい。
また、本実施の形態1に係る空気調和機100は、あくまでも本発明に係る冷凍サイクル装置の一例である。蒸発器としてフィンアンドチューブ型の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置全般に、本発明を採用することができる。すなわち、フィンアンドチューブ型の蒸発器の空気流れ上流側に渦発生器20を配置することにより、本発明を実施することができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、渦発生器20と熱交換器10の伝熱フィン11とが接触していた。しかしながら、渦発生器20及び熱交換器10の配置は当該構成に限定されるものではなく、渦発生器20と熱交換器10の伝熱フィン11との間に隙間を形成してもよい。なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図7は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機100の熱交換器10及び渦発生器20近傍を示す側面図である。また、図8は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機100の熱交換器10を蒸発器として用いる際の、熱交換器10の伝熱フィン11及び渦発生器20の温度を示す図である。なお、図7及び図8に示す白抜き矢印は、ファン30によって供給される空気の流れ方向を示している。
図7に示すように、本実施の形態2に係る空気調和機100においては、熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間に、距離Lの隙間41が形成されている。このように熱交換器10及び渦発生器20を配置することにより、熱交換器10を蒸発器として用いた際、熱交換器10の伝熱フィン11及び渦発生器20における各位置の温度は、図8のようになる。
詳しくは、熱交換器10の伝熱フィン11は、該伝熱フィン11と接続されている伝熱管12を流れる冷媒によって冷却される。また、ファン30によって伝熱フィン11間に流入した空気は、伝熱フィン11によって冷却されていくため、下流側に行くほど温度が低くなる。つまり、伝熱フィン11は、空気流れの下流側に行くほど、空気によって暖められず、温度が低い状態になる。このため、伝熱フィン11の表面温度は、図8に実線で示す直線Cのように、ファン30によって供給される空気の流れ方向において、上流側から下流側に向かって低下する状態となる。
ここで、伝熱フィンにおける空気の流れ方向の上流側端部近傍に渦発生手段が一体形成された従来の熱交換器においては、該熱交換器を蒸発器として用いる場合、渦発生手段は、伝熱フィンの他の部分と同様の温度状態となる。つまり、渦発生手段の温度は、伝熱管を流れる冷媒によって冷却され、図8に二点鎖線で示す直線Dのように、直線Cに連なるように空気の流れ方向の上流側から下流側に向かって低下する状態となる。
一方、本実施の形態2では、熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間に隙間41が形成されているため、渦発生器20は、伝熱管12を流れる冷媒によってほとんど冷却されない。このため、渦発生器20の温度は、図8に実線で示す直線Eのように、外気温度(ファン30によって熱交換器10に供給される空気であって、熱交換器10に流入する前の空気の温度)となる。
したがって、本実施の形態2に係る空気調和機100においては、熱交換器10を蒸発器として用いた際、熱交換器10に流入する空気の温度が低温となっている状況においても、渦発生器20に着霜はほとんど発生しない。このため、本実施の形態2に係る空気調和機100においても、実施の形態1と同様に、熱交換器10を蒸発器として用いた際、熱交換器10に流入する空気の温度が低温となっている状況においても、渦発生器20で渦を発生させた気流を連続的に安定して熱交換器10に供給することができるので、熱交換器10の熱交換性能を従来よりも向上させることができる。
ここで、隙間41の距離Lは、1mm〜5mmが好ましい。これは、距離Lが大きすぎると、渦発生器20で発生させた渦流が熱交換器10に到達せず、距離Lが小さすぎると、熱交換器10の伝熱フィン11に付着した露が渦発生器20に付着してしまう可能性が生じるからである。
なお、渦発生器20と熱交換器10の伝熱フィン11とが接触していた実施の形態1に係る渦発生器20の温度は、実施の形態2に係る渦発生器20の温度(図8の直線E)と、従来の熱交換器における渦発生手段の温度(図8の直線D)との間となる。すなわち、本実施の形態2に係る空気調和機100は、熱交換器10を蒸発器として用いた際、実施の形態1よりも渦発生器20に着霜が発生しづらい。したがって、本実施の形態2に係る空気調和機100は、実施の形態1と比べ、渦発生器20で渦を発生させた気流をより長期に渡って連続的に安定して熱交換器10に供給することができるので、熱交換器10の熱交換性能をさらに向上させることができる。
ここで、本実施の形態2に係る空気調和機100は、熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間に、これらとは別部品として構成されたスペーサー40を有している。つまり、熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間にスペーサー40を挟み込むことにより、熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間に隙間41を形成している。このスペーサー40は、熱交換器10の伝熱フィン11及び渦発生器20よりも熱伝導率が低い材料、例えば樹脂等で形成するのが好ましい。なお、スペーサー40の形状及び個数は、特に限定されるものではない。
熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間にスペーサー40を挟み込んで隙間41を形成することにより、隙間41の距離Lの管理が容易となる。すなわち、熱交換器10及び渦発生器20の設置誤差等によって隙間41の大きさが設定値からずれることを防止できる。そして、熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間の隙間41の距離Lを正確に設定することにより、渦発生器20によって所望の状態に乱れた気流を熱交換器10に供給でき、熱交換器10の熱交換性能をより向上させることができる。
また、スペーサー40を熱交換器10の伝熱フィン11及び渦発生器20よりも熱伝導率が低い材料で形成することにより、熱交換器10を蒸発器として用いた際に、スペーサー40を介して伝熱フィン11によって渦発生器20が冷却されることを抑制できる。このため、スペーサー40を介して伝熱フィン11と渦発生器20とが熱的に接続されているとしても、実施の形態1よりも渦発生器20に着霜が発生しづらい。したがって、本実施の形態2に係る空気調和機100は、実施の形態1と比べ、渦発生器20で渦を発生させた気流をより長期に渡って連続的に安定して熱交換器10に供給することができるので、熱交換器10の熱交換性能をさらに向上させることができる。
なお、図9に示すように、スペーサー40を渦発生器20との一体成形品にしてもよい。例えば、渦発生器20の基材21における熱交換器10側の端部の一部を熱交換器10側に突出させ、該突出部分をスペーサー40としてもよい。また例えば、図10に示すように、スペーサー40を熱交換器10の伝熱フィン11との一体成形品にしてもよい。つまり、伝熱フィン11における渦発生器20側の端部の一部を熱交換器10側に突出させ、該突出部分をスペーサー40としてもよい。
ここで、図9は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機100の渦発生器20の別の一例を示す側面図である。また、図10は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機100の熱交換器10の別の一例を示す側面図である。
図9及び図10に示すようにスペーサー40を構成しても、熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20との間の隙間41の距離Lを正確に設定することができる。したがって、渦発生器20によって所望の状態に乱れた気流を熱交換器10に供給でき、熱交換器10の熱交換性能をより向上させることができる。また、図9及び図10に示すようにスペーサー40を構成した場合、スペーサー40部分において熱交換器10の伝熱フィン11と渦発生器20とが接触することとなるが、両者の接触範囲は実施の形態1よりも狭い。このため、熱交換器10を蒸発器として用いた際、実施の形態1と比べ、渦発生器20は、熱交換器10の伝熱フィン11によって冷却されづらい。つまり、渦発生器20に着霜が発生しづらい。このため、図9及び図10に示すようにスペーサー40を構成しても、本実施の形態2に係る空気調和機100は、実施の形態1と比べ、渦発生器20で渦を発生させた気流をより長期に渡って連続的に安定して熱交換器10に供給することができるので、熱交換器10の熱交換性能をさらに向上させることができる。
実施の形態3.
上述のように、実施の形態1及び実施の形態2で示した熱交換器10及び渦発生器20に空気を供給するファン30として、例えば、プロペラファン、クロスフローファン、シロッコファン及びターボファン等、種々の種類のファンを用いることができる。この際、比較的整流された気流を渦発生器20に供給した方が、渦発生器20で安定した渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能が向上する。そこで、本実施の形態3では、ファン30の種類毎に、熱交換器10及び渦発生器20に対する好適な配置例について説明する。なお、本実施の形態3において、特に記述しない項目については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図11は、本発明の実施の形態3に係る空気調和機100の一例を示す側面図である。なお、図11に示す白抜き矢印は、ファン30によって供給される空気の流れ方向を示している。
図11に示す空気調和機100は、ファン30としてプロペラファン31を採用している。プロペラファン31の吹き出し側の気流は、プロペラファン31の回転軸を中心に旋回しながら進んでいく。一方、プロペラファン31の吸い込み側の気流は、吹き出し側の気流と比べ、整流されたものとなる。このため、ファン30としてプロペラファン31を採用する場合、プロペラファン31が供給する空気の流れ方向において、熱交換器10の下流側にプロペラファン31を配置することが好ましい。このようにプロペラファン31を配置することにより、比較的整流された気流を渦発生器20に供給できるため、渦発生器20で安定した渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
図12は、図11で示した空気調和機100において、渦発生器20に流入する気流の速度分布を追記した図である。プロペラファン31が供給する空気の流れ方向において、熱交換器10の下流側にプロペラファン31を配置することにより、比較的整流された気流を渦発生器20に供給することができる。しかしながら、渦発生器20に流入する気流は、渦発生器20の領域毎に速度が異なってくる。詳しくは、渦発生器20においてプロペラファン31の外周側に吸引される気流が通る領域は、プロペラファン31の中心部に吸引される気流が通る領域と比べ、気流の速度つまり風速が遅い領域となる。そして、風速が遅い領域は、該領域よりも風速が速い領域と比べ、渦が発生しづらい。つまり、渦発生器20における風速が遅い領域を通過した気流は渦の発生度合いが少なく、該気流が流れる熱交換器10の領域は、風速が速い気流が流れる熱交換器10の領域と比べ、熱交換性能が低下してしまう。
そこで、図12に示すように、渦発生器20における一部の領域に、該領域よりも風速の速い領域と比べて、凸部22を多く設けてもよい。このように構成することにより、渦発生器20における風速が遅い領域においても、風速が速い領域と同等の渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能をより向上させることができる。なお、図6で示したように、線材23で渦発生器20を構成する場合、渦発生器20における一部の領域に、該領域よりも風速の速い領域と比べて、線材23を多く設けるとよい。このように構成することにより、渦発生器20における風速が遅い領域においても、風速が速い領域と同等の渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能をより向上させることができる。
図13は、本発明の実施の形態3に係る空気調和機100の別の一例を示す側面図である。なお、図13に示す白抜き矢印は、ファン30によって供給される空気の流れ方向を示している。
図13に示す空気調和機100は、ファン30としてクロスフローファン32を採用している。詳しくは、図13に示す空気調和機100は、吹出口51が形成された筐体50を備えている。そして、クロスフローファン32は、吹出口51の上方を覆うように、筐体50内に収容されている。このように配置されたクロスフローファン32が回転することにより、クロスフローファン32の上方部分から空気が吸い込まれ、クロスフローファン32の下方部分から吹出口51に空気が吹き出される。この際、クロスフローファン32の吸い込み側の気流は、比較的整流されたものとなる。このため、ファン30としてクロスフローファン32を採用する場合、クロスフローファン32が供給する空気の流れ方向において、熱交換器10の下流側にクロスフローファン32を配置することが好ましい。このようにクロスフローファン32を配置することにより、比較的整流された気流を渦発生器20に供給できるため、渦発生器20で安定した渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
ここで、ファン30としてクロスフローファン32を採用する場合においても、渦発生器20に流入する気流は、渦発生器20の領域毎に速度が異なってくる。このため、図13に示す空気調和機100においても、渦発生器20における一部の領域に、該領域よりも風速の速い領域と比べて、凸部22又は線材23を多く設けることが好ましい。これにより、渦発生器20における風速が遅い領域においても、風速が速い領域と同等の渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能をより向上させることができる。
図14は、本発明の実施の形態3に係る空気調和機100の別の一例を示す平面図である。また、図15は、図14に示す空気調和機100の側面図である。なお、図14及び図15に示す白抜き矢印は、ファン30によって供給される空気の流れ方向を示している。また、図14及び図15では、シロッコファン33を収納しているケーシング52を断面で示している。
図14及び図15に示す空気調和機100は、ファン30としてシロッコファン33を採用している。詳しくは、図14及び図15に示す空気調和機100においては、シロッコファン33は、例えばケーシング52に収納されている。このケーシング52の下面には、シロッコファン33の回転軸と対向する位置に、吸込口53が形成されている。また、ケーシング52の側面には、シロッコファン33の外周面と対向して、吹出口54が形成されている。シロッコファン33が回転することにより、吸込口53からケーシング52内に空気が吸い込まれ、吹出口54からケーシング52外へ空気が吹き出される。この際、シロッコファン33の吹き出し側の気流は、比較的整流されたものとなる。このため、ファン30としてシロッコファン33を採用する場合、シロッコファン33が供給する空気の流れ方向において、渦発生器20の上流側にシロッコファン33を配置することが好ましい。このようにシロッコファン33を配置することにより、比較的整流された気流を渦発生器20に供給できるため、渦発生器20で安定した渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
ここで、ファン30としてシロッコファン33を採用する場合においても、渦発生器20に流入する気流は、渦発生器20の領域毎に速度が異なってくる。このため、図14及び図15に示す空気調和機100においても、渦発生器20における一部の領域に、該領域よりも風速の速い領域と比べて、凸部22又は線材23を多く設けることが好ましい。これにより、渦発生器20における風速が遅い領域においても、風速が速い領域と同等の渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能をより向上させることができる。
図16は、本発明の実施の形態3に係る空気調和機100の別の一例を示す平面図である。また、図17は、図16に示す空気調和機100の側面図である。なお、図16及び図17に示す白抜き矢印は、ファン30によって供給される空気の流れ方向を示している。
図16及び図17に示す空気調和機100は、ファン30としてターボファン34を採用している。ターボファン34は、該ターボファン34が回転することにより、該ターボファン34の回転軸方向に空気を吸い込む。また、ターボファン34は、該ターボファン34の外周側に空気を吹き出す。この際、ターボファン34の吹き出し側の気流は、比較的整流されたものとなる。このため、ファン30としてターボファン34を採用する場合、ターボファン34が供給する空気の流れ方向において、渦発生器20の上流側にターボファン34を配置することが好ましい。このため、図16及び図17に示す空気調和機100においては、ターボファン34の外周側を囲むように、渦発生器20が配置されている。また、この渦発生器20の外周側を囲むように、熱交換器10が配置されている。このようにターボファン34を配置することにより、比較的整流された気流を渦発生器20に供給できるため、渦発生器20で安定した渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
ここで、ファン30としてターボファン34を採用する場合においても、渦発生器20に流入する気流は、渦発生器20の領域毎に速度が異なってくる。このため、図16及び図17に示す空気調和機100においても、渦発生器20における一部の領域に、該領域よりも風速の速い領域と比べて、凸部22又は線材23を多く設けることが好ましい。これにより、渦発生器20における風速が遅い領域においても、風速が速い領域と同等の渦を発生させることができ、熱交換器10の熱交換性能をより向上させることができる。
実施の形態4.
実施の形態1〜実施の形態3に示した空気調和機100では、ファン30によって供給される空気の流れ方向に、熱交換器10及び渦発生器20を1つずつ配置していた。これに限らず、本実施の形態4で示すように、実施の形態1〜実施の形態3に示した空気調和機100において、ファン30によって供給される空気の流れ方向に熱交換器10及び渦発生器20を複数ずつ配置してもよい。なお、本実施の形態4において、特に記述しない項目については実施の形態1〜実施の形態3のいずれかと同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図18は、本発明の実施の形態4に係る空気調和機100の熱交換器10及び渦発生器20の配置例を示す側面図である。なお、図18では、ファン30によって供給される空気の流れ方向を実線矢印で示している。また、図18では、渦巻き模様により、渦発生器20の下流側で渦が発生していることを模式的に示している。
本実施の形態4では、1つの熱交換器10と1つの渦発生器20とを1つの組として、その組をファン30によって供給される空気の流れ方向に複数列並べて配置している。つまり、熱交換器10と渦発生器20が組み合わされた組のそれぞれにおいて、渦発生器20が熱交換器10の上流側に設置されるようになっている。
図18では、熱交換器10と渦発生器20とで構成される1つの組を熱交換部として、風上側から熱交換部80A、熱交換部80Bとして図示している。なお、以下の説明において、各熱交換部をまとめて熱交換ユニット80と称するものとする。
熱交換ユニット80における空気の流れについて説明する。
ファン30が回転することにより空気が熱交換ユニット80に供給される。この空気は、まず熱交換部80Aに供給される。熱交換部80Aでは、ファン30により供給された空気が、熱交換器10に流入する前に渦発生器20を通過することになる。渦発生器20では、凸部22の作用により、空気流れに渦を発生させる。すなわち、ファン30により供給された空気の流れを渦流にする。
渦流に変化した空気の流れは、熱交換部80Aの熱交換器10を通過した後、熱交換部80Bに供給される。熱交換部80Aを通過する空気は、熱交換器10を通過する際に、整流され、渦流が減少または消滅してしまう。このような場合、熱交換部80Bにおいては、渦発生器20による熱交換性能向上効果が得られない可能性が生じる。そこで、熱交換部80Bにおいても、熱交換器10の上流側に渦発生器20を設置し、熱交換部80Aから流れてきた空気を、渦発生器20により渦流とするようにしている。
これを熱交換ユニット80の全体で実行することにより、熱交換ユニット80の全体で渦発生器20による熱交換性能の促進を図ることができる。つまり、熱交換ユニット80を熱交換器10及び渦発生器20が組み合わされた熱交換部の多列構成とした場合であっても、全部の組で渦発生器20を設置したことによる熱交換性能の向上効果を得ることが可能になる。
図19は、本発明の実施の形態4に係る空気調和機100の熱交換器10及び渦発生器20の別の配置例を示す側面図である。
図19では、熱交換器10と渦発生器20とで構成される1つの組を熱交換部として、風上側から熱交換部80A、熱交換部80B・・・熱交換部80Nとして図示している。つまり、熱交換器10と渦発生器20とで構成される熱交換部を3組以上設けてもよい。換言すると、熱交換器10と渦発生器20とで構成される熱交換部を、ファン30によって供給される空気の流れ方向に3列以上配置してもよい。
図19に示すように、熱交換ユニット80を熱交換部の3列以上の多列構成とした場合であっても、熱交換部のそれぞれにおいて渦発生器20が熱交換器10の上流側に設置されているので、熱交換ユニット80の全体で渦発生器20による熱交換性能の促進を図ることができる。
ところで、実施の形態2で示したように熱交換器10と渦発生器20との間に距離Lの隙間41を形成する場合、全ての熱交換部において距離Lを同じ値としてもよく、下流に設置される熱交換部ほど距離Lを大きく(又は小さく)してもよい。つまり、距離Lの値は、全部を一致させてもよく、全部を異ならせてもよく、一部を一致させてもよい。
また、必ずしも、熱交換ユニット80の全部の熱交換器10の上流側に渦発生器20を設置しなくてもよく、少なくとも2つの熱交換部の熱交換器10の上流側に渦発生器20が設置されていればよい。