JP2019152341A - 隔壁式熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
y=Asin(2π/T・x)・・・(1)
ここで、変数xは、流れ方向29における位置を示している。変数yは、スパン方向44における位置を示している。振幅Aは、1.0mmより小さい値、たとえば、0.6mmが例示される。周期Tとしては、3mmが例示される。
θ=πi・・・(2)
また、正弦曲線51の極大点は、次式(3)により表現される位相θに対応する正弦関数のグラフの点に対応している。
θ=π/2+2πi・・・(3)
さらに、正弦曲線51の極小点は、次式(4)により表現される位相θに対応する正弦関数のグラフの点に対応している。
θ=3π/2+2πi・・・(4)
2.5<Wc1/H1<6・・・(5)
ここで、最小第1流路幅Wc1は、複数の第1流路壁48−1〜48−nの間隔の最小値であり、複数の第1流路壁48−1〜48−nのうちの隣り合う2つの流路壁間の距離の最小値を示し、すなわち、第1流路65の幅の最小値を示している。第1流路壁高さH1は、第1隔壁45と第2隔壁61との間隔を示し、第1熱交換流路用凹部26の深さを示し、複数の第1流路壁48−1〜48−nの高さを示し、すなわち、第1流路65の積層方向20の高さを示している。第2流路66は、最小第2流路幅Wc2と第2流路壁高さH2とを用いて、次式(6)が成立するように形成されている。
2.5<Wc2/H2<6・・・(6)
ここで、最小第2流路幅Wc2は、複数の第2流路壁62−1〜62−nの間隔の最小値であり、複数の第2流路壁62−1〜62−nのうちの隣り合う2つの流路壁間の距離の最小値を示し、すなわち、第2流路66の幅の最小値を示している。第2流路壁高さH2は、第1隔壁45と第2隔壁61との間隔を示し、第2熱交換流路用凹部36の深さを示し、複数の第2流路壁62−1〜62−nの高さを示し、すなわち、第2流路66の積層方向20の高さを示している。隔壁式熱交換器1は、Wc1/H1とWc2/H2とが6より小さいことにより流れる流体の圧力に対して十分な強度を確保し、複数の第1流路65に第1流体が流れ、複数の第2流路66に第2流体が流れるときに、第1隔壁45と第2隔壁61とが各々の流体の圧力により撓むことが防止される。隔壁式熱交換器1は、Wc1/H1とWc2/H2とが2.5より大きく、かつ、6より小さいことにより、第1流体および第2流体と第1隔壁45および第2隔壁61との間の熱伝達の伝熱性能の低下を抑制し、かつ、耐圧性能の低下を抑制することができる。作動流体の稼働条件に応じてこれらの設計パラメータをチューニングする。
隔壁式熱交換器1が作製される前に、複数の第1流路65と複数の第2流路66との形状が異なる、隔壁式熱交換器1の複数の数学モデルが作成される。その複数の数学モデルは、コンピュータシミュレーションに利用され、複数の第1流路65と複数の第2流路66とを流れる流体の挙動や熱交換器の伝熱性能を算出することに利用される。隔壁式熱交換器1は、その算出された流体の挙動や熱交換器の伝熱性能に基づいて、複数の第1流路と複数の第2流路とが適切な形状に形成されるように、設計される。
隔壁式熱交換器1は、第1流入管5を介して第1流体が第1流入室14に流入する。第1流体は、第1流入室14に流入した後に、複数の第1熱交換器板21にそれぞれ分配され、第1熱交換器板21に形成される第1流入流路用凹部27に流入する。第1流体は、第1流入流路用凹部27に流入した後に、第1流入流路用凹部27により流れの幅が第1流入室14の幅から第1熱交換流路用凹部26の幅に広げられ、第1熱交換流路用凹部26に形成された複数の第1流路65に流入する。第1流体は、複数の第1流路65を流れるときに、第1側流路壁面52と第2側流路壁面53とが正弦曲線に沿っていることにより、流れる方向が正弦波状に変化する。複数の第1流路壁48−1〜48−nのうちの正弦曲線の極大点、または、極小点と重なる部分は、第1流体が流れる方向が他の部分に比べて急激に変化することにより、第1流体からより大きい応力を受ける。複数の第1流路壁48−1〜48−nのうちの正弦曲線の極大点、または、極小点と重なる部分は、他の部分に比べて、流路壁の幅が大きく形成されている。これにより、第1流体から受ける応力に対する強度が他の部分より大きく、他の部分に比べて大きな応力に対して十分な強度を確保することができる。
実施例1の隔壁式熱交換器1は、第1隔壁45(「第1隔壁」に対応)と、第2隔壁61(「第2隔壁」に対応)と、複数の第1流路壁48−1〜48−nとを備えている。複数の第1流路壁48−1〜48−nは、第1隔壁45と第2隔壁61との間に形成される第1熱交換流路用凹部26の内部の第1空間67を複数の第1流路65に分割する。このとき、第1隔壁45と第2隔壁61とは、複数の第1流路65を流れる第1流体と異なる第2流体が流れる複数の第2流路66から複数の第1流路65を隔てている。複数の第1流路壁48−1〜48−nは、それぞれが正弦曲線に沿って形成される。また、複数の第1流路壁48−1〜48−nは、それぞれが互いに異なる正弦曲線に沿う複数の第1側流路壁面52と複数の第2側流路壁面53とを形成する。
実施例2の隔壁式熱交換器の複数の流路壁の各々は、複数の切欠き部が正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の流路壁要素に分割されている。この複数の切欠き部は、複数の奇数番切欠き部73と複数の偶数番切欠き部75との両方を示している。すなわち、複数の奇数番流路壁71−1〜71−n1の各々は、複数の奇数番切欠き部73が正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の奇数番流路壁要素74−1〜74−m1に分割されている。このとき、複数の奇数番切欠き部73は、正弦曲線51の変曲点に重なっている。正弦曲線51の極大点と極小点はそれぞれ、複数の奇数番流路壁要素74−1〜74−m1に形成される壁面に重なっている。複数の偶数番流路壁72−1〜72−n2の各々は、複数の偶数番切欠き部75が正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の偶数番流路壁要素76−1〜76−m2に分割されている。このとき、複数の偶数番切欠き部75は、正弦曲線51の変曲点に重なっている。正弦曲線51の極大点と極小点はそれぞれ、複数の偶数番流路壁要素76−1〜76−m2に形成される壁面に重なっている。
41 :第1側壁面
42 :第2側壁面
45 :第1隔壁
46 :第1側壁
47 :第2側壁
48−1〜48−n:複数の第1流路壁
51 :正弦曲線
52 :第1側流路壁面
53 :第2側流路壁面
61 :第2隔壁
62−1〜62−n:複数の第2流路壁
65 :第1流路
66 :第2流路
67 :第1空間
68 :第2空間
71−1〜71−n1:複数の奇数番流路壁
72−1〜72−n2:複数の偶数番流路壁
73 :奇数番切欠き部
74−1〜74−m1:複数の奇数番流路壁要素
75 :偶数番切欠き部
76−1〜76−m2:複数の偶数番流路壁要素
79 :一端
80 :他端
81−1〜81−n1:複数の奇数番流路壁
82−1〜82−n2:複数の偶数番流路壁
83−1〜83−m1:複数の奇数番流路壁要素
84−1〜84−m2:複数の偶数番流路壁要素
89 :要素内切欠き部
90 :要素内切欠き部
85 :頭部側エッジ部
86 :尾部側エッジ部
91 :奇数番流路壁要素
92 :中間流路壁要素
101 :流路壁
105 :第1凸面流路壁面
106 :第1凹面流路壁面
107 :第2凸面流路壁面
108 :第2凹面流路壁面
111 :正弦曲線
112 :正弦曲線
Claims (9)
- 第1隔壁と、
第2隔壁と、
前記第1隔壁と前記第2隔壁との間に形成される空間を複数の第1流路に分割する複数の流路壁とを備え、
前記第1隔壁と前記第2隔壁とは、前記複数の第1流路を流れる第1流体と異なる第2流体が流れる第2流路から前記複数の第1流路を隔て、
前記複数の流路壁は、複数の壁面が形成され、
前記複数の壁面の各々は、互いに異なる正弦曲線に沿う
隔壁式熱交換器。 - 前記複数の流路壁の各々は、
第1壁面と、
前記第1壁面の反対側に形成される第2壁面とが形成され、
前記正弦曲線は第1正弦曲線と第2正弦曲線を有し、
前記第1壁面は前記第1正弦曲線に沿うとともに前記第2壁面は前記第2正弦曲線に沿い、
前記第1正弦曲線の周期と振幅は、前記第2正弦曲線の周期と振幅に等しく、
前記第1正弦曲線と前記第2正弦曲線は各々の振幅方向に所定のオフセット値だけ平行移動された位置にある
請求項1に記載の隔壁式熱交換器。 - 前記複数の流路壁の各々は、
第1壁面と、
前記第1壁面の反対側に形成される第2壁面とが形成され、
前記正弦曲線は第1正弦曲線と第2正弦曲線を有し、
前記第1壁面は第1正弦曲線に沿うとともに前記第2壁面は第2正弦曲線に沿い、
前記第1正弦曲線の周期は、前記第2正弦曲線の周期に等しく、
前記第1正弦曲線の振幅は、前記第2正弦曲線の振幅より小さく、
前記第1正弦曲線と前記第2正弦曲線とは、各々の変曲点で互いに交差する
請求項1に記載の隔壁式熱交換器。 - 前記複数の流路壁の各々は、切欠き部が前記正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の流路壁要素に分割され、
前記切欠き部は、前記正弦曲線の変曲点に重なり、
前記流路壁要素は、前記正弦曲線の極大点または極小点に重なる
請求項1または請求項3に記載の隔壁式熱交換器。 - 前記流路壁要素は、前記切欠き部に隣接する端に近付くにつれてなだらかに幅が小さくなるように、形成される
請求項4に記載の隔壁式熱交換器。 - 前記流路壁要素は、要素内切欠き部が形成されることにより、さらに分割され、
前記要素内切欠き部は、前記正弦曲線のうちの前記切欠き部が重なる変曲点と異なる他の変曲点に重なる
請求項4または請求項5に記載の隔壁式熱交換器。 - 前記流路壁要素は、前記要素内切欠き部に配置される中間流路壁要素を備える
請求項6に記載の隔壁式熱交換器。 - 前記空間の端に側壁面を形成する側壁をさらに備え、
前記側壁面は、前記正弦曲線と周期が等しい他の正弦曲線に沿う
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。 - 前記複数の流路壁の間隔の最小値を、前記第1隔壁と前記第2隔壁との間隔で除算した値は、2.5より大きく、かつ、6より小さい
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。
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