JP2023512552A - 二次ディンプルを備えたディンプル冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な速度を増加させ、流体中の流れ方向を変化させ熱交換率を増大させる二次ディンプルを備えたディンプル冷却装置を提供する。【解決手段】主ディンプル（１２）を有する少なくとも１つのプレート（１０）を備えた熱交換器であって、それらの間には、平面視において、それらの寸法に対してより平坦および／または小さい二次ディンプル（１４）が形成されており、二次ディンプル（１４）の深さは、主ディンプル（１２）の溝高さの０．５倍以下および／または深さの０．５倍以下であり、少なくとも一方向における主ディンプル（１２）と二次ディンプル（１４）との距離が１．９－２．５ｍｍであり、２つの主ディンプル（１２）の間に１つの二次ディンプル（１４）が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、二次ディンプルを備えたディンプル冷却装置に係り、より詳しくは、ディンプルの大きさの増加であり、局所的な速度を増加させ、流体中の流れ方向を変化させ熱交換率を増大させる二次ディンプルを備えたディンプル冷却装置に関する。

熱交換器（ＨＥＸ）の適用におけるディンプルプレートは、熱交換流体が低速のために、特定の熱交換率が低いことが多い。
１つの既知の解決策は、ディンプルの大きさの増加であり、局所的な速度を増加させ、流体中の流れ方向を変化させることである。

しかし、ディンプルの大きさの増加は、熱交換のための低減された表面と、チャネル内の圧力降下の増加とに直接つながる。したがって、加速された速度で流体中の圧力降下が最小限に抑えられ、熱交換の表面から離れることなく、熱交換率を増大させるための解決策が見出されなければならない。

上記課題は、請求項１に記載の主題によって解決される。
本発明は、平面視したときに、その寸法に対して平坦である及び／又はより小さい二次ディンプルが形成された、少なくとも１つのプレートを有する熱交換器または熱交換器のプレートであるとみなすことができる。
このように、プレートは、好ましくは矩形プレートの縁部に対して斜めに延びる列に配置された、主ディンプル、凹部、隆起部および／または隆起部または隆起部を有する。本発明によれば、主ディンプルの間に二次ディンプルが形成され、これは上記のように主ディンプルとして択一的に指定することができる。これにより、前記列は、前記ディンプルが最小間隔で他方の後方に並ぶような方向に見られる。
これらの列は、エッジに対して任意の角度で延在することができ、一方のエッジに垂直であり、したがって、他方のエッジに平行である。

二次ディンプルの結果、本発明は、熱交換のための能動面を減少させないが、ディンプル熱交換器、特に冷却器プレートにおける熱交換率の増加をもたらす。実際には、材料の使用を変えることなく、熱交換の表面を増加させる。また、二次ディンプル周りの流体の速度が大きくなり、熱交換が大きくなる。
さらに、水平面だけでなく、それに垂直な流れ方向の変化にもつながり、ディンプル熱交換器プレート間の流路に温度層を混在させることができる。
好ましい更なる発展は、特許請求の範囲に記載されている。

二次ディンプルの深さは、チャネル高さの０．５倍以上及び／又は主ディンプルの深さの０．５倍以下に設定されている。主ディンプルの深さは、チャネル高さに応じた最大値に設定することができる。
主ディンプルと二次ディンプルとの間のｘ方向（第１斜め方向）の距離は、１．９ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、ｙ方向（第２斜め方向）において１．９ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることができる。
各場合において、２つの主ディンプルの間に（１つ）の二次ディンプルを形成することができる。好ましくは、少なくとも１つ、好ましくは正確に１つの二次ディンプルが、２つの主ディンプルの間のプレート全体の各場合に形成されるか、または好ましくは４個、好ましくは４個、好ましくは９０度離間して形成され、各主ディンプルの近傍に二次ディンプルが形成される。

二次ディンプルの少なくともいくつか、好ましくは、全ては、主ディンプルによって記述されるラインまたは行上に配置され得る。
主ディンプルは、好ましくは矩形板の縁部に対して斜めに延びる行に配置される。行は、対角線として指定されているが、矩形板の対角線に対応していなくてもよいが、これに角度を持たせることができる。前記列は、互いに角度をなして延びる２方向に形成することができ、前記角度は、９０度以下とすることができる。
上記各実施形態では、初期試験やシミュレーションにおいて良好な特性を決定することができる。
これにより、プレートの板厚をディンプル間の面積よりも小さくすることができる。

主及び／又は二次ディンプルは、平面視で円形、楕円形、または卵形（ｏｖａｌ）とすることができる。楕円形または楕円形の主ディンプルの主軸は、板縁に平行に、特に矩形板の長辺に平行に延びることができる。楕円形又は楕円形の二次ディンプルの主軸は、矩形板の板縁に対して角度をなして延びることができる。
いくつかの楕円形または卵形（ｏｖａｌ）の二次ディンプルの主軸は、互いに平行であり、いくつかの他の二次ディンプルの主軸に対して角度をなして延びることができる。

本発明の更なる詳細は、図面から見ることができる。
従来のディンプル付き熱交換器のプレートの平面図である。 本発明に係る二次ディンプルをさらに備えた図１と同様のプレートを示す図である。 図１のプレート付き熱交換器と比較して、図２のプレートの熱交換器の性能の増大を示すグラフである。 それらの寸法を含む図１、図２と同様のプレートを示している。 それらの寸法を含む図１、図２、図４と同様のプレートを示している。 図８のプレートを示し、図８のプレートは、ディンプルの（１つ）の詳細及び好ましいサイズを含む。 二次ディンプルが形成されているにもかかわらず、プレートのサイズや使用材料の使用量を変更することなく、６．２％と１０．２％との間の新しいタイプのプレートの性能の増加を示すさらなる実験結果を示す。

図１に見られるように、熱交換器のプレート（１００）は、平面視において、プレート形状を形成する矩形の対角線に全く対応しないプレート縁に対して斜めに延びるライン上に配置された卵形（ｏｖａｌ）のディンプル（１０２）である多数のディンプルを備えている。特に、２群の列を見ることができ、（１つ）は左から右に、他方は右から上に延び、示された場合は９０度より小さい角度で交差している。
図２に係る本発明の熱交換器のプレート（１０）では、図１に示すように、主ディンプル（１２）の配置は、実質的に唯一存在するディンプル（１０２）の配列に相当する。

本発明によれば、２つの主ディンプル１２ごとに１つの二次ディンプル（１４）が形成され、この場合、平面視において、この場合には、平面視では見えず、平面視では見えない。特に、つ）の主ディンプル（１２）の間に正確に１つの二次ディンプル（１４）が形成されるので、各主ディンプルの近傍には（４つ）の二次ディンプルが形成される。また好ましくは、二次ディンプルは、主ディンプルによって記述されるラインまたは行に配置される。図示の場合、主ディンプル（１２）は、その長手方向の軸がプレート（１０）の長手方向の縁に平行に延びるように頂部から見て楕円形であり、二次ディンプルは、頂部から見て円形である。

図３に示すように、両面加熱壁では、図１及び図２からのプレートの性能比較を示しているが、冷却材の流れに応じて、性能が２．０％からほぼ５％に増加している。
図４は、単一タイプのディンプル（１０２）のみを含む別のプレート（１００）を示す。
一方、本発明に係るプレート（１０）は、図１、図２、図４のプレートとは異なり、本実施形態では、主ディンプル（１２）及び二次ディンプル（１４）も交差する列に配置されており、この場合も矩形プレートの対角線に対応しない。ただし、本実施形態では、互いに９０度の角度で配置されている。
また、この場合、主ディンプル（１２）と二次ディンプル（１４）の両方が平面視円形である。図４及び図５のプレートは、典型的には、幅が６０ｍｍ－１００ｍｍであり、長さが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である。本実施形態によれば、幅が６４ｍｍ、長さが１０２ｍｍである。

主ディンプル（１２）と二次ディンプル（１４）との形状及び位置合わせは、図６の詳細な図においてより明確に見ることができる。特に、（４つ）の二次ディンプル（１４）は、（１つ）の主ディンプル（１２）の周囲に９０度の一定間隔で配置されている。図６のプレートの主ディンプルは、直径が４．１ｍｍであり、このタイプの１．２ｍｍの６７個のディンプルの深さを、図６に示すプレート上に存在させることができ、二次ディンプルは、１．９ｍｍの直径と、０．６ｍｍの深さとを有することができる。このタイプの１４０個のディンプルは、図９に示すプレート上に形成することができる。
図７から明らかなように、冷却水の流れに応じて、６．２％と１０．２％との間の性能が向上する。

熱交換器（ＨＥＸ）の適用におけるディンプルプレートは、熱交換流体の低速のために、特定の熱交換率が低いことが多い。

１０ プレート
１２ 主ディンプル
１４ 二次ディンプル
１００ プレート
１０２ ディンプル

Claims (10)

1. 主ディンプル（１２）を有する少なくとも１つのプレート（１０）を備えた熱交換器であって、それらの間には、平面視において、それらの寸法に対してより平坦および／または小さい二次ディンプル（１４）が形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 二次ディンプル（１４）の深さは、主ディンプル（１２）の溝高さの０．５倍以下および／または深さの０．５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 少なくとも一方向における主ディンプル（１２）と二次ディンプル（１４）との距離が１．９－２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. ２つの主ディンプル（１２）の間に１つの二次ディンプル（１４）が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記主ディンプル（１２）が列状に配置され、前記二次ディンプル（１４）がこれらの列に配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記列は、少なくとも１つの板縁に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記主ディンプル（１２）及び／又は前記二次ディンプル（１４）の面積における前記プレート（１０）の板厚が、前記ディンプル間の板厚よりも小さいことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記主ディンプル（１２）及び／又は前記二次ディンプル（１４）は、平面視円形、楕円形又は卵形（ｏｖａｌ）であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 楕円形又は卵形（ｏｖａｌ）の主ディンプル（１２）の主軸が、板縁、特にプレート（１０）の長辺に平行であることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 楕円形又は卵形（ｏｖａｌ）の二次ディンプル（１４）の主軸がプレート（１０）の縁に対して角度をなして延在することを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の熱交換器。

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