JP3851283B2

JP3851283B2 - Heat exchange amount estimation device, heat exchange amount estimation method, and heat exchange amount estimation program

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Publication number: JP3851283B2
Application number: JP2003041386A
Authority: JP
Inventors: 誠司羽下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP2004252659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱回路網モデルを用いて熱交換器の熱交換量を推定する熱交換量推定装置、熱交換量推定方法および熱交換量推定プログラムに関し、特に、熱交換器の熱交換量を高速で推定する熱交換量推定装置、熱交換量推定方法および熱交換量推定プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器の熱回路網モデルを用いて熱交換器の熱交換量を推定する熱交換量推定装置が知られている。例えば、特許文献１では、ユーザがこのような熱交換器の熱回路網モデルを作成する熱流体ＣＡＥシステムに係る従来技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３１１１６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱交換器は、大型になるほど配管本数が多くなるため、配管の組み合わせの数は、天文学的な数字になる。具体的には、配管本数が４本、６本、９本と増すにつれ、熱交換器の配管の組み合わせの数も、２４通り、７２０通り、３６２,８８０通りと増していく。このため、特許文献１の従来技術では、ユーザが熱交換器の配管の組み合わせごとに熱交換器の熱回路網モデルを作成しなければならないので、熱交換器の熱回路網モデルの作成に時間が掛かり、高速で熱交換器の熱交換量を推定することができないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、熱交換器の熱交換量を高速で推定する熱交換量推定装置、熱交換量推定方法および熱交換量推定プログラムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る熱交換量推定装置は、熱交換器の熱回路網モデルを用いて熱交換器の熱交換量を推定する熱交換量推定装置であって、前記熱交換器の配線の本数に基づいて熱交換器に使用する複数の配管についての組み合わせ可能な全ての接続順序を示す複数の配管パターンを生成する配管パターン生成手段と、前記配管パターン生成手段によって生成された配管パターンごとに、当該配管パターンによって接続された熱交換器と外部流体の領域を複数に分割し、分割した当該分割領域の外部流体温度を隣接分割領域の外部流体温度と当該分割領域のフィン温度を含む関係で表し、当該分割領域のフィン温度を当該分割領域の外部流体温度と当該分割領域の管内流体温度と隣接分割領域のフィン温度を含む関係で表し、当該分割領域の管内流体温度を隣接分割領域の管内流体温度と当該分割領域のフィン温度を含む関係で表した解析モデルとしての前記熱交換器の熱回路網モデルを生成する熱交換器モデル生成手段と、前記熱交換器モデル生成手段によって生成された熱交換器の熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに、各分割領域のフィン温度および外部流体温度を求め、これら各分割領域のフィン温度および外部流体温度に基づき当該熱交換器のトータルの熱交換量を配管パターンごとに算出する熱交換量算出手段と、前記熱交換量算出手段によって算出された複数のトータルの熱交換量のうち熱交換量が最大となる配管パターンを検索して選択する配管パターン検索手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この発明の熱交換量推定装置によれば、熱交換器の配管の本数に基づいて配管パターンを生成し、配管パターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成することができ、もって熱交換器の熱交換量を高速で推定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る熱交換量推定装置、熱交換量推定方法および熱交換量推定プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、下記に示す実施の形態１では、熱回路網モデルに基づいて熱交換量が最大となる配管パターンを検索する熱交換量推定装置について説明し、また実施の形態２では、実施の形態１の熱回路網モデルを線形化した場合の熱交換量推定装置について説明することとする。最後に、他の実施の形態として種々の変形例を説明することとする。
【０００９】
実施の形態１．
本実施の形態１では、熱交換量推定装置の概要および主たる特徴を説明した後に、この熱交換量推定装置の構成を説明し、さらに、熱交換量推定装置による各種処理の手順などを説明する。
【００１０】
[概要および主たる特徴]
最初に、本実施の形態１の熱交換量推定装置の概要および主たる特徴を説明する。図１は、本実施の形態１に係る熱交換量推定装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００１１】
同図に示す熱交換量推定装置１００は、概略的には、熱交換器の熱回路網モデルを用いて熱交換器の熱交換量を推定するものであり、熱交換器の熱交換量を高速で推定することを特徴とする。具体的には、熱交換量推定装置１００は、熱交換器（図３参照）の配管の本数に基づいて組み合わせ可能な配管パターンを生成し（図４参照）、生成された配管パターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成し（図５、図６、式（１）〜式（８）参照）、生成された熱交換器の熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに熱交換量を算出する（式（９）参照）。従って、熱交換器の熱交換量を高速で推定することができる。
【００１２】
［熱交換量推定装置の構成］
次に、本実施の形態１に係る熱交換量推定装置１００の構成を説明する。図１は、本実施の形態１に係る熱交換量推定装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図３は、２列２行格子配列熱交換器の配管パターンの一例を示す図である。図４は、図３に示す２列２行格子配列熱交換器の配管の組み合わせを示す図である。図５は、図３に示す２列２行格子配列熱交換器の熱回路網モデルの一例を示す図である。図６は、３列３行の千鳥格子配列熱交換器の熱回路網モデルの一例を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、熱交換量推定装置１００は、入力部１１０と、配管パターン生成部１２０と、熱交換器モデル生成部１３０と、熱流体データ記憶部１４０と、熱交換量算出部１５０と、配管パターン検索部１６０と、出力部１７０と、制御部１８０とからなる。
【００１４】
入力部１１０は、熱交換量推定装置１００が処理手順を開始するときの初期化のデータ、熱回路網モデル作成のために必要なデータ、およびユーザの要求および指示を入力する装置であり、キーボード、タッチペン、マウスなどからなる。
【００１５】
配管パターン生成部１２０は、熱交換器の配管の本数に基づいて組み合わせ可能な配管パターンを生成する処理部であり、具体的には、配管の組み合わせに基づいてパス数ごとに配管接続情報を生成する。
【００１６】
以下においては、ｎ列ｍ行格子配列熱交換器を例として配管の組み合わせを説明する。ｎ列ｍ行格子配列熱交換器の配管の場合、配管本数をｋとすると、ｋ＝（ｎ×ｍ）となる。そして、配管の組み合わせの数は順列組み合わせ_kP_kとなる。具体的には、図３に示す２列２行格子配列熱交換器の場合は、ｋ＝４となり、₄P₄＝２４通りの組み合わせとなる。図４に示すように、この場合の配管の組み合わせは、図３に示す配管番号に関する４桁の連続番号であり、パス数Ｎｐが１の場合の配管の接続順序を示している。そして、ｋ＝６の場合は、配管の組み合わせは、₆P₆＝７２０通り、ｋ＝９の場合は、₉P₉＝３６２、８８０通りとなる。
【００１７】
熱交換器モデル生成部１３０は、配管パターン生成部１２０によって生成された配管パターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成する処理部である。具体的には、熱交換器モデル生成部１３０は、熱交換器の線形化された熱回路網モデルを生成する。つまり、熱交換器の管内熱抵抗および配管内の流れの熱抵抗を無次元化し、それぞれ配管パス数のＮｒｅ乗および配管パス数として熱回路網モデルを生成する。例えば、配管内の流れが単相流の場合は、熱交換器の管内熱抵抗が配管数の０．８乗である。なお、熱交換器の管内熱抵抗および配管内の流れの熱抵抗の無次元化については別途本実施の形態２において詳細に説明する。
【００１８】
ここで上記説明を補足すると、熱回路網モデルとは、熱回路網法と呼ばれる手法に基づく温度および熱交換量を予測する解析モデルである。熱回路網法では、熱交換器とその周囲の外部流体の領域をいくつかの領域に分割し、それらの領域を節点で代表させ、節点間のエネルギーバランスを表す多元連立方程式を解くことによって節点の温度および節点間の熱交換量を求める。
【００１９】
具体的には、図５に示されているように熱交換器のフィンと配管は、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ２つの領域、すなわち領域番号▲１▼から▲４▼までの４つの領域に分割されている。それぞれの領域のフィンと配管の温度Ｔｆ、配管内流体温度Ｔｗおよび外部流体温度Ｔａは、Ｘ方向およびＹ方向の領域番号の添え字を付けることによってそれらの温度が定義されている領域が識別されている。例えば、Ｔｆ１１、Ｔｗ１１およびＴａ１１は、領域番号▲１▼のフィンと配管の温度Ｔｆ、配管内流体温度Ｔｗおよび外部流体温度Ｔａである。
【００２０】
節点間の熱抵抗は、管内熱抵抗Ｒｉ、フィン熱抵抗Ｒｏ、外部流体流れの熱抵抗Ｒａおよび管内流体流れの熱抵抗Ｒｗで表示されている。また、管内流体および外部流体のパスは、破線と矢印で示されている。図５の管内流体は、▲１▼->▲２▼->▲３▼->▲４▼の順に流れている。また、図６の管内流体は、▲１▼->▲２▼->▲３▼->▲６▼->▲９▼->▲８▼->▲５▼->▲４▼->▲７▼の順に流れている。
【００２１】
図１の説明に戻ると、熱流体データ記憶部１４０は、熱交換器の熱回路網モデルを作成するに必要な熱特性および流体特性に係るデータを記憶するデータベースであり、具体的には、配管やフィンの材料の熱伝導率、管内流体や外部流体の物性値、平板や円管の対流熱伝達率などのデータを記憶している。
【００２２】
熱交換量算出部１５０は、熱交換器モデル生成部１３０によって生成された熱交換器の熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに熱交換量を算出する処理部である。具体的には、非線形、または線形の多元連立方程式となる熱交換器の熱回路網モデルを掃出し法、ガウスザイデル法または逐次過大緩和法などの数値計算法を用いて温度を算出し、算出した熱交換器のフィンの温度と周囲空気との温度差に基づいて熱交換量を算出する。
【００２３】
配管パターン検索部１６０は、熱交換量算出部１５０によって算出された熱交換量が最大となる配管パターンを検索する処理部である。具体的には、配管パターン生成部１２０によって生成された熱交換器の配管パターンの数に応じて全ての配管パターンを逐一検索する手法、ランダムに検索する手法、焼きなまし法または遺伝的アルゴリズムを用いて検索する。
【００２４】
出力部１７０は、配管パターン生成部１２０が生成する配管パターン、熱交換器モデル生成部１３０が生成する熱交換器の熱回路網モデル、熱交換量算出部１５０が生成する熱交換量などのデータを出力する装置であり、例えば、ＣＲＴやＬＣＤなどの画像表示装置やプリンタなどの装置である。
【００２５】
制御部１８０は、熱交換量推定装置全体を制御する制御部であり、所定のデータの初期化を実施し、各処理部の間のデータの流れを制御し、ユーザの要求を受け付けて各部に処理手順を指示し、制御する。ここで、所定のデータの初期化とは、ユーザの指示を受けて制御部１８０が所定のデータの初期値を設定する処理をいう。
【００２６】
具体的には、所定のデータは、熱交換器の配管パターン、境界温度および本処理手順の制御パラメータに係るデータに大別できる。熱交換器の配管パターンに係るデータは、配管パス数Ｎｐ、列数ＮＸおよび行数ＮＹである。なお、ＮＸ×ＮＹは、Ｎｐの整数倍であることが必要である。そして、境界温度に係るデータは、配管内流体流入温度Ｔｗｉｎおよび外部流体流入温度Ｔａｉｎである。また、本処理手順の制御パラメータに係るデータは、検討最大回数ＮＭＡＸおよび熱交換量の最大値が更新されなくなってから計算を終了させる迄の回数ＮupＭＡＸである。さらに、本処理手順の制御パラメータに係るデータのうち、熱交換量が更新されなくなってからの回数Ｎupdateおよび熱交換量Ｑmaxは、ユーザの初期化の指示に応じて制御部１８０が初期値として“０”を設定する。
【００２７】
[熱交換量推定装置の処理手順]
次に、図１に係る熱交換量推定装置の処理手順を示すフローチャートを説明する。図２は、図１に係る熱交換量推定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【００２８】
同図に示すように、最初に制御部１８０は、ユーザからの指示を受けて初期化を実施する（ステップＳ２０１）。続いて、配管パターン生成部１２０は、熱交換器の配管の本数に基づいて組み合わせ可能な配管パターンを生成する。（ステップＳ２０２）。
【００２９】
そして、制御部１８０は、熱交換器の配管パターンごとに熱交換量を算出する回数を計数するパラメータｎを“０”に設定し、新たな配管パターについて熱交換量の算出を開始する度にパラメータｎに“１”を加えて熱交換量を算出する回数を計数する（ステップＳ２０２〜ステップＳ２０４）。続いて、配管パラメータ生成部１２０は、配管パターン検索部１６０によって検索された配管の組み合わせに基づいてパス数ごとの配管接続情報を生成する（ステップＳ２０５）。
【００３０】
さらに、熱交換器モデル生成部１３０は、配管パターン生成部１２０によって生成された配管パターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成する（ステップＳ２０６）。具体的には、熱交換器モデル生成部１３０は、熱交換器の熱回路網を線形化して生成する。
【００３１】
そして、熱交換量算出部１５０は、熱交換器モデル生成部１３０によって生成された熱交換器の熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに熱交換量を算出する。具体的には、熱交換量算出部１５０は、線形または非線形の多元連立方程式となる熱交換器の熱回路網モデルを掃出し法、ガウスザイデル法または逐次過大緩和法などの数値計算法を用いて温度を算出し（ステップＳ２０７）、算出された熱交換器のフィンの温度と周囲空気の温度との温度差に基づいて熱交換量を算出する（ステップＳ２０８）。
【００３２】
さらに、制御部１８０は、熱交換量算出部１５０が算出した熱交換量ＱtotalがＱmaxより大きいか否かを調べる（ステップＳ２０９）。その結果、熱交換量ＱtotalがＱmaxより大きい場合は（ステップＳ２０９肯定）、制御部１８０は、熱交換量Ｑtotalの値をＱmaxとして、熱交換量が更新されなくなってからの回数Ｎupdateを“０”とし（ステップＳ２１０）、そして、配列Ｎum(k)ｋ＝１〜ＮＸ×ＮＹに保持された配管の組み合わせをＮumMAX（k）、ｋ＝１〜ＮＸ×ＮＹに格納する（ステップＳ２１１）。これにより、熱交換量Ｑtotalが最大となった場合の熱交換器の配管の組み合わせがＮumMAX（k）、ｋ＝１〜ＮＸ×ＮＹに保持される。
【００３３】
これに対して、熱交換量ＱtotalがＱmax以下の場合は（ステップＳ２０９否定）、制御部１８０は、熱交換量が更新されなくなってからの回数Ｎupdateに“１”を加える（ステップＳ２１２）。そして、制御部１８０は、Ｎupdateが熱交換量の最大値が更新されなくなってから計算を終了させる迄の回数ＮupＭＡＸより大きいか否かを調べる（ステップＳ２１３）。その結果、ＮupdateがＮupＭＡＸより大きい場合は（ステップＳ２１３肯定）、本処理手順を終了する。
【００３４】
これに対して、ＮupdateがＮupＭＡＸ以下の場合は（ステップＳ２１３否定）、さらに制御部１８０は、熱交換器の配管パターンごとに熱交換量を算出する回数を計数するパラメータｎが検討回数最大値ＮＭＡＸ未満か否かを調べる。その結果、ｎがＮＭＡＸ未満の場合は（ステップＳ２１４肯定）、ステップＳ２０４に戻り、ステップＳ２０４以降の手順を繰り返し、熱交換器の熱交換量が最大となる配管パターンを検索する。これに対して、ｎがＮＭＡＸより大きい場合は（ステップＳ２１４否定）、本処理手順を終了する。
【００３５】
以上のように、熱交換量推定装置１００は、配管パターン生成部１２０が熱交換器の配管の本数に基づいて組み合わせ可能な配管パターンを生成し、熱交換器モデル生成部１３０は、配管パターン生成部１２０によって生成された配管パターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成し、熱交換量算出部１５０は、熱交換器モデル生成部１３０によって生成された熱交換器の熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに熱交換量を算出することとしたので、熱交換器の配管の本数に基づいて配管パターンを生成し、配管のパターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成することができ、もって、熱交換器の熱交換量を高速で推定することができる。
【００３６】
また、熱交換量推定装置１００は、配管パターン生成部１２０が熱交換器の配管の本数に基づいて組み合わせ可能な配管パターン生成し、熱交換器モデル生成部１３０は、配管パターン生成部１２０によって生成された配管パターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成し、熱交換量算出部１５０は、熱交換器モデル生成部１３０によって生成された熱交換器の熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに熱交換量を算出し、配管パターン検索部１６０は、熱交換量算出部１５０によって算出された熱交換量が最大となる配管パターンを検索することとしたので、熱交換量が最大となる最適な配管パターンが検索でき、もって、最適な熱交換器の熱交換量を高速で推定することができる。
【００３７】
また、熱交換量推定装置１００は、配管パターン生成部１２０が熱交換器の配管の本数に基づいて組み合わせ可能な配管パターン生成し、熱交換器モデル生成部１３０は、配管パターン生成部１２０によって生成された配管パターンごとに熱交換器の線形化された熱回路網モデルを生成し、熱交換量算出部１５０は、熱交換器モデル生成部１３０によって生成された熱交換器の線形化された熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに熱交換量を算出し、配管パターン検索部１６０は、熱交換量算出部１５０によって算出された熱交換量が最大となる配管パターンを検索することとしたので、熱交換量が最大となる配管パターンをより短時間で検索でき、もって、最適な熱交換器の熱交換量をより高速で推定することができる。
【００３８】
［配管パターンの検索手順および配管接続情報の生成手順］
次に、図２のステップＳ２０５に示す配管パターンの検索手順および配管接続情報の生成手順をさらに詳細に説明する。図７は、図２に示す配管パターンの検索手順および配管接続情報の生成手順をさらに詳細に示すフローチャートである。
【００３９】
最初に、配管パターン生成部１２０は、初期化を実施し（ステップＳ３０１）、配管の列数と行数の積ＮＸ×ＮＹから配管数Ｎallを求める。そして、配管パターン検索部１６０は、配管パターン生成部１２０によって生成された熱交換器の配管パターンの数に応じて全ての配管パターンを逐一検索する手法、ランダムに検索する手法、焼きなまし法または遺伝的アルゴリズムを用いて配管の組み合わせを保持した配列Ｎnum(k)、ｋ＝１〜Ｎallを検索する（ステップＳ３０２）。
【００４０】
さらに、配管パターン生成部１２０は、整数型変数ｋを“０”に設定し（ステップＳ３０３）、新たな配管接続情報を生成する度に整数型変数ｋに“１”を加える（ステップＳ３０４）。続いて、配管パターン生成部１２０は、整数型変数ｎを“０”に設定し（ステップＳ３０５）、新たな配管接続情報を生成する度に整数型変数ｎに“１”を加える（ステップＳ３０６）。
【００４１】
そして、配管パターン生成部１２０は、整数型変数ｋおよびｎから整数型変数indexを求める。さらに、配列Ｎum(index)に保持されている配管のＸ方向およびＹ方向の分割領域の番号ii、jjを求める（ステップＳ３０７）。
【００４２】
さらに、配管パターン生成部１２０は、整数型変数ｋが“１”であるか否かを調べる（ステップＳ３０８）。整数型変数ｋが“１”ならば（ステップＳ３０８肯定）、整数型変数iu、juをともに“０”に設定する（ステップＳ３０９）。一方、整数型変数ｋが“１”でなければ（ステップＳ３０８否定）、整数型変数iu、juに一つ前の配管のＸ方向およびＹ方向の分割領域の番号を設定する（ステップＳ３１０）。続いて、配管パターン生成部１２０は、この整数型変数iu、juの値をそれぞれ配列iupper(ii,jj)、jupper(ii,jj)に保持する（ステップＳ３１１）。
【００４３】
これにより、Ｘ方向およびＹ方向の分割領域の番号ii,jjによって指定される配管とＸ方向およびＹ方向の分割領域の番号iu,juによって指定される上流側の配管との配管接続情報が生成される。なお、上流側のＸ方向およびＹ方向の分割領域の番号iu、juが共に“０”である場合は、ii,jjによって指定される配管が最上流の配管であることを意味する。
【００４４】
そして、配管パターン生成部１２０は、整数型変数ｎがパス数Ｎｐ未満であるか否かを調べる（ステップＳ３１２）。ｎがＮｐ未満である場合は（ステップＳ３１２肯定）、ステップ３０６に戻り、ステップＳ３０６以降の処理を繰り返す。一方、ｎがＮｐ以上である場合は（ステップＳ３１２否定）、さらに、配管パターン生成部１２０は、整数型変数ｋがＮall／Ｎｐ未満であるか否かを調べる（ステップＳ３１３）。
【００４５】
そして、整数型変数ｋがＮall／Ｎｐ未満である場合は（ステップＳ３１３肯定）、配管パターン生成部１２０は、ステップＳ３０４に戻り、ステップＳ３０４以降の処理を繰り返す。一方、整数型変数ｋがＮall／Ｎｐ以上である場合は（ステップＳ３１３肯定）、配管パターン生成部１２０は、本処理手順を終了する。
【００４６】
以上のように、配管パターン検索部１６０は、配管パターン生成部１２０によって生成された熱交換器の配管パターンの数に応じて全ての配管パターンを逐一検索する手法、ランダムに検索する手法、焼きなまし法または遺伝的アルゴリズムを用いて配管の組み合わせを保持した配列Ｎnum(k)、ｋ＝１〜Ｎallを検索し、配管パターン生成部１２０は、配管パターン検索部１６０によって検索された配管の組み合わせを保持した配列Ｎum(k)、ｋ＝１〜Ｎallに基づいて配管パス数ごとの配管接続情報を生成することとしたので、配管接続情報ごとに生成された熱回路網モデルに基づいて熱交換量が最大となる最適な配管パターンを検索することができ、もって最適な熱交換器の熱交換量を高速で推定することができる。
【００４７】
[熱流体回路網モデルおよび熱交換量]
次に、図２のステップ２０６に示す熱交換器モデル生成部１３０が生成する熱回路網モデルおよび熱交換量を説明する。式（１）〜式（８）は、図１に示す熱交換器モデル生成部１３０が生成する熱回路網モデルを表示する式である。式（９）は、図１に示す熱交換器モデル生成部１３０が生成する熱交換量を表示する式である。
【００４８】
【数１】

【００４９】
式（１）〜式（８）に示すように、熱交換器モデル生成部１３０は、外部流体温度Ｔａ[Ｋ]、熱交換器のフィン温度Ｔｆ[Ｋ]および管内流体温度Ｔｗ[Ｋ]に関する線形または非線形の多元連立方程式を生成する。また、熱交換器モデル生成部１３０は、熱交換器のフィン温度Ｔｆと外部流体温度Ｔａから熱交換量Ｑtotal[Ｗ]を求める式（９）を生成する。
【００５０】
具体的には、式（１）〜式（９）の各温度の添え字ｉ,jはＸ方向またはＹ方向の分割領域を指定する番号で、添え字ｉは１〜ＮＸ、添え字ｊは１〜ＮＹの値をとる。例えば、Ｔfi,jは、添え字ｉ、ｊで指定される分割領域のフィン温度である。同様にＴａi,jおよびＴwi,jは、添え字ｉ、ｊで指定される分割領域の外部流体温度および管内流体温度である。
【００５１】
ＴainおよびＴwinは、外部流体流入温度および管内流体流入温度であり、ユーザから境界条件として与えられる。また、Ｒｉ、Ｒｏ、Ｒｘ、Ｒｙ、ＲａおよびＲｗは、それぞれ管内熱抵抗［Ｋ／Ｗ］、フィン熱抵抗［Ｋ／Ｗ］、フィンＸ方向熱抵抗［Ｋ／Ｗ］、フィンＹ方向熱抵抗［Ｋ／Ｗ］、外部流体流れの熱抵抗［Ｋ／Ｗ］および管内流体流れの熱抵抗［Ｋ／Ｗ］であり、熱流体データ記憶部１４０に記憶されている熱特性データ、熱交換器の形状および寸法などから計算されるか、または予め算出され、熱流体データ記憶部１４０に記憶されている。また、Ｆは、フィンの伝導抵抗の境界条件を設定するためのフラグである。
【００５２】
一般的には、熱抵抗Ｒｉ、Ｒｏ、Ｒｘ、Ｒｙ、ＲａおよびＲｗは、温度Ｔの関数であると考えられる。つまり、このような温度に関する非線形の多元連立方程式を解くためには、熱交換量算出部１５０は、最初にある温度を仮定して熱抵抗を求め、熱抵抗を式（１）〜式（８）に代入し、式（１）〜式（８）を掃出し法、ガウスザイデル法または逐次過大緩和法などの数値計算法を用いて温度を算出する。算出された温度は最初に熱抵抗を求めた時の温度とは異なるので、熱交換量算出部１５０は、算出された温度に基づいて再度熱抵抗を求め、式（１）〜式（８）に代入して温度を算出する。熱交換量算出部１５０は、温度が収束するまでこのような計算を繰り返し、正確な温度を算出した後に、式（９）を用いて熱交換量を算出する。
【００５３】
実施の形態２．
ところで、上記実施の形態１で説明した熱交換量推定装置１００は、熱交換器モデル生成部１３０が生成した熱交換器の熱回路網モデルが非線形である場合には、繰り返し計算が必要であった。そこで、本実施の形態２では、線形化した熱交換器の熱回路網モデルを用いて熱交換量を高速で推定する熱交換量推定装置について説明する。
【００５４】
本実施の形態２に係る熱交換量推定装置の構成および各種処理手順は実施の形態１と同様である。そこで、本実施の形態２では、熱交換器モデル生成部１３０が生成する熱交換器の熱回路網モデルおよび熱交換量の数学的表示を中心に説明する。式（１０）〜式（１７）は、本実施の形態２に係る熱交換器モデル生成部が生成する熱回路網モデルを表示する式である。式（１８）は、本実施の形態２に係る熱交換器モデル生成部が生成する熱交換量を表示する式である。
【００５５】
【数２】

【００５６】
式（１０）〜式（１７）に示すように、熱交換器モデル生成部１３０は、一般に外部流体温度Ｔａ[Ｋ]、熱交換器のフィン温度Ｔｆ[Ｋ]および管内流体温度Ｔｗ[Ｋ]に関する非線形の多元連立方程式を生成する。また、熱交換器モデル生成部１３０は、熱交換器のフィン温度Ｔｆと外部流体温度Ｔａから熱交換量Ｑtotal[Ｗ]を求める式（１８）を生成する。
【００５７】
熱交換器モデル生成部１３０は、管内熱抵抗Ｒｉ、管内流体の流れの熱抵抗Ｒｗ、熱抵抗Ｒｏ、Ｒａ、Ｒｘ、Ｒｙを式（１９）〜式（２１）のように置く。そして、式（１）〜式（８）の熱回路網モデルに式（１９）〜式（２１）を代入して、式（１０）〜式（１７）を生成する。
Ｒｉ＝Ｒｉ0×Ｎｐ^Nre （式１９）
Ｒｗ＝Ｒｉ0×Ｎｐ（式２０）
Ｒｏ＝Ｒａ＝Ｒｘ＝Ｒｙ＝Ｒｉ0 （式２１）
【００５８】
ここで、熱交換器モデル生成部１３０が管内熱抵抗Ｒｉ、管内流体流れの熱抵抗Ｒｗおよび熱抵抗Ｒｏ、Ｒａ、Ｒｘ、Ｒｙを式（１９）〜式（２１）のように置く根拠は次の通りである。
【００５９】
一般に、管内熱抵抗Ｒｉは、Ｒｅ^-a×Ｐｒ^-bに比例すると考えられる。ここで、Ｒｅは、管内流体の流れの速度Ｕ［ｃｍ／ｓｅｃ］と管内流体の粘性ν［ｃｍ²／ｓｅｃ］と管の直径Ｄ［ｃｍ］からなる無次元のレイノルズ数、すなわちＵ×Ｄ／νであり、管内の流れの無次元速度である。また、Ｐｒは、管内の流体の温度拡散係数κ［ｃｍ²／ｓｅｃ］と粘性係数ν［ｃｍ²／ｓｅｃ］からなる無次元のプラントル数、すなわちκ／νであり、管内の流れの無次元温度拡散係数である。ａ、ｂは、任意の指数である。
【００６０】
本実施の形態では、熱交換量算出部１５０が、配管パターンごとに熱交換器の熱交換量を算出する場合は、パス数Ｎｐに係らず全ての配管パターンについて流体の総流量が同一であるという条件で熱交換量を算出することとしている。このことは、一パスあたりの流体流量がパス数Ｎｐに逆比例して減少することを意味する。つまり、流体流量は、流速に比例するので、一パスあたりの流体の流速Ｕは、パス数Ｎｐに逆比例して減少する。言い換えると、レイノルズ数Ｒｅは、パス数Ｎｐに逆比例する。
【００６１】
一方、プラントル数Ｐｒは、管内流体の物性であるので、流体の種類および温度が変わらない限り、大きく変わらないと考えられる。従って、配管パターンの相違による管内熱抵抗は、プラントル数よりもむしろレイノルズ数に大きく依存することを考慮して、管内熱抵抗Ｒｉは、式（１９）に示すようにパス数ＮｐのＮｒｅ乗に比例するとした。例えば、管内の流れが単相流の場合の乱流熱伝達の実験式によれば管内熱抵抗は配管のパス数Ｎｐの０．８乗に比例する。
【００６２】
また、管内流体の流れの熱伝達Ｒｗは、速度Ｕの流体とともに熱量を運ぶことによって行われるので、速度Ｕに比例する。つまり、速度Ｕは、パス数Ｎｐに逆比例するので、熱伝達も、パス数Ｎｐに逆比例する。従って、管内流体の熱抵抗Ｒｗは、式（２０）に示すようにパス数Ｎｐに比例する。
【００６３】
また、一般に、フィン熱抵抗Ｒｏ、フィンＸ方向熱抵抗Ｒｘ、フィンＹ方向熱抵抗Ｒｙ、外部流体流れの熱抵抗Ｒａはフィンの熱伝導率、形状および寸法、外部流体の物性値および流れの状態に依存する量である。従って、本実施の形態２における熱交換量推定装置１００では、式（２１）に示すようにＲo＝Ｒｘ＝Ｒｙ＝Ｒａ＝Ｒｉｏとなるような特定の材質、形状および寸法の熱交換器が特定の物性値および流れの状態にある外部流体と熱交換を行っている熱回路網モデルを生成している。すなわち、熱交換器の熱交換量を推定するために特定の熱回路網モデルを生成している。
【００６４】
以上のように、管内熱抵抗Ｒｉおよび流れの熱抵抗Ｒｗを無次元化し、それぞれ配管パス数のＮｒｅ乗および配管パス数とすることとしたので、管内熱抵抗および流れの熱抵抗をより短時間で算出でき、もって、熱交換器の熱交換量をより高速で推定することができる。
【００６５】
また、配管内の流れが単相流の場合の乱流熱伝達の実験式に基づき、熱交換器の管内熱抵抗Ｒｉを配管パス数の０．８乗とすることとしたので、管内熱抵抗をより短時間で算出でき、もって、熱交換器の熱交換量をより高速で推定することができる。
【００６６】
また、フィン熱抵抗Ｒｏ、フィンＸ方向熱抵抗Ｒｘ、フィンＹ方向熱抵抗Ｒｙ、外部流体流れの熱抵抗ＲａがＲｉ0に等しくなるような特定の熱回路網モデルを用いることとしたので、熱回路網モデルのフィン熱抵抗、フィンＸ方向熱抵抗、フィンＹ方向熱抵抗、外部流体流れの熱抵抗をより短時間で算出でき、もって、熱交換器の熱交換量をより高速で推定することができる。
【００６７】
さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてもよいものである。
【００６８】
例えば、本実施の形態では、フィンに配管が直交するｎ列ｍ行格子配列熱交換器について説明したが、これだけに限定されるものではなく、組み合わせ可能な任意の配管パターンについて適用できる。例えば、配管がフィンと並行に接合されている熱交換器の場合にも適用できる。
【００６９】
また、本実施の形態では、円形断面の配管について説明したが、これだけに限定されるものではなく、任意断面形状の配管についても適用できる。例えば、矩形、三角形の断面形状の配管の場合にも適用できる。
【００７０】
また、本実施の形態では、熱交換器の配管の流れは単相流の場合について説明したが、二相流の場合にも適用できる。例えば、配管の流れがヒートパイプおよびサーモサイフォンの様な流れの場合にも適用できる。
【００７１】
また、本実施の形態において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００７２】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置（熱交換量推定装置）の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【００７３】
なお、本実施の形態で説明した熱交換量推定方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱交換量推定装置によれば、熱交換器の配管の本数に基づいて組み合わせ可能な配管パターンを生成し、生成された配管パターンごとに熱交換器の熱回路網モデルを生成し、生成された熱交換器の熱回路網モデルを用いて配管パターンごとに熱交換量を算出し、算出された熱交換量のうち熱交換量が最大となる配管パターンを検索して選択することとしたので、熱交換量が最大となる最適な配管パターンを人の手を煩わすことなく高速で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１に係る熱交換量推定装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す熱交換量推定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】２列２行格子配列熱交換器の配管パターンの一例を示す図である。
【図４】図４に示す２列２行格子配列熱交換器の配管の組み合わせを示す図である。
【図５】図４に示す２列２行格子配列熱交換器の熱回路網モデルの一例を示す図である。
【図６】３列３行千鳥格子配列熱交換器の熱回路網モデルの一例を示す図である。
【図７】図２に示す配管パターンの検索手順および配管接続情報の生成手順をさらに詳細に示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２，３，４２列２行格子配列熱交換器の配管番号、１００熱交換量推定装置、１１０入力部、１２０配管パターン生成部、１３０熱交換器モデル生成部、１４０熱流体データ記憶部、１５０熱交換量算出部、１６０配管パターン検索部、１７０出力部、１８０制御部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchange amount estimation device, a heat exchange amount estimation method, and a heat exchange amount estimation program for estimating a heat exchange amount of a heat exchanger using a thermal network model, and in particular, to determine a heat exchange amount of a heat exchanger. The present invention relates to a heat exchange amount estimation device, a heat exchange amount estimation method, and a heat exchange amount estimation program that estimate at high speed.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a heat exchange amount estimation device that estimates a heat exchange amount of a heat exchanger using a heat network model of the heat exchanger is known. For example, Patent Document 1 discloses a conventional technique related to a thermofluid CAE system in which a user creates a heat network model of such a heat exchanger.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-3111166
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, as the heat exchanger becomes larger, the number of pipes increases, so the number of pipe combinations is an astronomical number. Specifically, as the number of pipes increases to 4, 6, and 9, the number of pipe combinations of the heat exchanger also increases to 24, 720, and 362,880. For this reason, in the prior art of Patent Document 1, since the user has to create a heat circuit model of the heat exchanger for each combination of pipes of the heat exchanger, it takes time to create the heat circuit model of the heat exchanger. There was a problem that the heat exchange amount of the heat exchanger could not be estimated at high speed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a heat exchange amount estimation device, a heat exchange amount estimation method, and a heat exchange amount estimation program for estimating the heat exchange amount of a heat exchanger at high speed. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a heat exchange amount estimation device according to the present invention is a heat exchange amount estimation device that estimates a heat exchange amount of a heat exchanger using a heat circuit model of a heat exchanger, wherein the heat exchange amount estimation device Based on the number of wires in the exchanger Multiple showing all possible connection sequences for multiple pipes used in heat exchangers For each piping pattern generated by the piping pattern generation means for generating a piping pattern and the piping pattern generation means, The heat exchanger connected by the piping pattern and the external fluid region are divided into a plurality of regions, and the divided external fluid temperature is expressed as a relationship including the external fluid temperature of the adjacent divided region and the fin temperature of the divided region. The fin temperature of the divided area is represented by a relationship including the external fluid temperature of the divided area, the in-pipe fluid temperature of the divided area, and the fin temperature of the adjacent divided area, and the in-pipe fluid temperature of the divided area is expressed as the in-pipe fluid of the adjacent divided area. As an analysis model expressed as a relationship including temperature and fin temperature of the divided region Heat exchanger model generation means for generating a heat network model of the heat exchanger, and for each piping pattern using the heat network model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation means, Find the fin temperature and external fluid temperature in each divided area, and based on the fin temperature and external fluid temperature in each divided area, Heat exchange For each piping pattern A heat exchange amount calculating means for calculating; Piping pattern search means for searching and selecting a piping pattern that maximizes the heat exchange amount among a plurality of total heat exchange amounts calculated by the heat exchange amount calculation means; It is provided with.
[0007]
According to the heat exchange amount estimation device of the present invention, a pipe pattern can be generated based on the number of pipes of the heat exchanger, and a heat network model of the heat exchanger can be generated for each pipe pattern. It is possible to estimate the heat exchange amount of the vessel at high speed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a heat exchange amount estimation device, a heat exchange amount estimation method, and a heat exchange amount estimation program according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the first embodiment described below, a heat exchange amount estimation device that searches for a piping pattern that maximizes the heat exchange amount based on a thermal circuit network model will be described. In the second embodiment, the first embodiment will be described. A heat exchange amount estimation device in the case where the thermal circuit network model is linearized will be described. Finally, various modifications will be described as other embodiments.
[0009]
Embodiment 1 FIG.
In this Embodiment 1, after explaining the outline and main features of the heat exchange amount estimation device, the configuration of this heat exchange amount estimation device will be explained, and further, the procedures of various processes by the heat exchange amount estimation device will be explained. .
[0010]
[Overview and main features]
First, the outline and main features of the heat exchange amount estimation device of the first embodiment will be described. FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the heat exchange amount estimation device according to the first embodiment.
[0011]
The heat exchange amount estimation device 100 shown in FIG. 1 roughly estimates the heat exchange amount of the heat exchanger using a heat circuit model of the heat exchanger, and calculates the heat exchange amount of the heat exchanger. It is characterized by high-speed estimation. Specifically, the heat exchange amount estimation device 100 generates a pipe pattern that can be combined based on the number of pipes of the heat exchanger (see FIG. 3) (see FIG. 4), and generates heat for each of the generated pipe patterns. A heat network model of the exchanger is generated (see FIGS. 5 and 6 and equations (1) to (8)), and the heat exchange amount for each piping pattern using the generated heat network model of the heat exchanger. Is calculated (see equation (9)). Therefore, the heat exchange amount of the heat exchanger can be estimated at high speed.
[0012]
[Configuration of heat exchange amount estimation device]
Next, the configuration of the heat exchange amount estimation apparatus 100 according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the heat exchange amount estimation apparatus 100 according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a piping pattern of a two-column two-row grid array heat exchanger. FIG. 4 is a diagram showing a combination of pipes in the 2-column 2-row grid array heat exchanger shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a thermal circuit network model of the two-column two-row grid array heat exchanger illustrated in FIG. 3. FIG. 6 is a diagram showing an example of a thermal network model of a three-column, three-row houndstooth array heat exchanger.
[0013]
As illustrated in FIG. 1, the heat exchange amount estimation device 100 includes an input unit 110, a piping pattern generation unit 120, a heat exchanger model generation unit 130, a thermal fluid data storage unit 140, and a heat exchange amount calculation unit 150. A piping pattern search unit 160, an output unit 170, and a control unit 180.
[0014]
The input unit 110 is a device for inputting initialization data when the heat exchange amount estimation device 100 starts a processing procedure, data necessary for creating a thermal circuit network model, and user requests and instructions. , Touch pen, mouse and so on.
[0015]
The piping pattern generation unit 120 is a processing unit that generates a piping pattern that can be combined based on the number of pipes of the heat exchanger, and specifically generates piping connection information for each number of paths based on the combination of piping. To do.
[0016]
In the following, a combination of pipes will be described by taking an n-column m-row grid array heat exchanger as an example. In the case of pipes of an n-column m-row grid array heat exchanger, k = (n × m) where k is the number of pipes. And the number of pipe combinations is permutation combination _k P _k It becomes. Specifically, in the case of the two-column two-row grid array heat exchanger shown in FIG. _Four P _Four = 24 combinations. As shown in FIG. 4, the piping combination in this case is a four-digit serial number related to the piping number shown in FIG. 3, and shows the piping connection order when the number of passes Np is 1. And when k = 6, the combination of piping is ₆ P ₆ = 720 ways, k = 9, ₉ P ₉ = 362, 880 ways.
[0017]
The heat exchanger model generation unit 130 is a processing unit that generates a heat circuit network model of the heat exchanger for each piping pattern generated by the piping pattern generation unit 120. Specifically, the heat exchanger model generation unit 130 generates a linearized thermal circuit network model of the heat exchanger. That is, the heat resistance in the pipe of the heat exchanger and the heat resistance of the flow in the pipe are made dimensionless, and the thermal circuit network model is generated as the Nre power of the number of pipe paths and the number of pipe paths, respectively. For example, when the flow in the pipe is a single-phase flow, the heat resistance in the pipe of the heat exchanger is the 0.8th power of the number of pipes. The dimensionlessness of the heat resistance in the pipe of the heat exchanger and the heat resistance of the flow in the pipe will be described in detail separately in the second embodiment.
[0018]
Here, supplementing the above description, the thermal network model is an analysis model for predicting the temperature and the amount of heat exchange based on a technique called a thermal network method. In the thermal network method, the area of the heat exchanger and the surrounding external fluid is divided into several areas, the areas are represented by nodes, and the nodes are solved by solving a multiple simultaneous equation that represents the energy balance between the nodes. The amount of heat and the amount of heat exchange between nodes are obtained.
[0019]
Specifically, as shown in FIG. 5, the fins and pipes of the heat exchanger are divided into two regions in the X direction and the Y direction, that is, four regions from region numbers (1) to (4). It is divided. The fin and pipe temperature Tf, the pipe internal fluid temperature Tw, and the external fluid temperature Ta in each region are identified by subscripting the region numbers in the X direction and the Y direction to identify the regions in which those temperatures are defined. ing. For example, Tf11, Tw11, and Ta11 are the fin and pipe temperature Tf, the in-pipe fluid temperature Tw, and the external fluid temperature Ta of the region number (1).
[0020]
The thermal resistance between the nodes is represented by the pipe thermal resistance Ri, the fin thermal resistance Ro, the thermal resistance Ra of the external fluid flow, and the thermal resistance Rw of the pipe fluid flow. Further, the paths of the in-pipe fluid and the external fluid are indicated by broken lines and arrows. 5 flows in the order of (1)->(2)->(3)-> (4). In addition, the pipe fluid in FIG. 6 is as follows: (1)->(2)->(3)->(6)->(9)->(8)->(5)->(4)-> ▲ It flows in the order of 7 ▼.
[0021]
Returning to the description of FIG. 1, the thermal fluid data storage unit 140 is a database that stores data related to thermal characteristics and fluid characteristics necessary to create a thermal circuit network model of a heat exchanger. Specifically, Data such as heat conductivity of pipe and fin materials, physical properties of pipe fluid and external fluid, and convective heat transfer coefficient of flat plates and circular pipes are stored.
[0022]
The heat exchange amount calculation unit 150 is a processing unit that calculates the heat exchange amount for each piping pattern using the heat circuit model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130. Specifically, the thermal network model of the heat exchanger, which is a nonlinear or linear multiple simultaneous equation, was calculated by calculating the temperature using a numerical calculation method such as the sweep method, the Gauss-Seidel method, or the sequential over-relaxation method. The amount of heat exchange is calculated based on the temperature difference between the temperature of the fins of the heat exchanger and the ambient air.
[0023]
The piping pattern search unit 160 is a processing unit that searches for a piping pattern that maximizes the heat exchange amount calculated by the heat exchange amount calculation unit 150. Specifically, using a method of searching all piping patterns one by one according to the number of piping patterns of the heat exchanger generated by the piping pattern generation unit 120, a method of searching randomly, an annealing method or a genetic algorithm Search for.
[0024]
The output unit 170 includes data such as the piping pattern generated by the piping pattern generation unit 120, the heat circuit model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130, and the heat exchange amount generated by the heat exchange amount calculation unit 150. For example, an image display device such as a CRT or LCD, or a device such as a printer.
[0025]
The control unit 180 is a control unit that controls the entire heat exchange amount estimation device, performs initialization of predetermined data, controls the flow of data between the processing units, accepts user requests, Instruct and control the processing procedure. Here, the initialization of predetermined data refers to a process in which the control unit 180 sets an initial value of predetermined data in response to a user instruction.
[0026]
Specifically, the predetermined data can be broadly divided into data relating to the piping pattern of the heat exchanger, the boundary temperature, and the control parameters of this processing procedure. Data relating to the piping pattern of the heat exchanger is the number of piping paths Np, the number of columns NX, and the number of rows NY. It should be noted that NX × NY needs to be an integer multiple of Np. The data relating to the boundary temperature is the in-pipe fluid inflow temperature Twin and the external fluid inflow temperature Tain. Further, the data related to the control parameters of this processing procedure are the maximum number of examinations NMAX and the number of times NupMAX until the calculation is terminated after the maximum value of the heat exchange amount is not updated. Further, among the data related to the control parameters of this processing procedure, the number Nupdate after the heat exchange amount is not updated and the heat exchange amount Qmax are set to the initial values by the control unit 180 according to the user's initialization instruction. Set to 0 ”.
[0027]
[Processing procedure of heat exchange amount estimation device]
Next, the flowchart which shows the process sequence of the heat exchange amount estimation apparatus which concerns on FIG. 1 is demonstrated. FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing procedure of the heat exchange amount estimation device according to FIG. 1.
[0028]
As shown in the figure, first, the control unit 180 performs initialization in response to an instruction from the user (step S201). Then, the piping pattern production | generation part 120 produces | generates the piping pattern which can be combined based on the number of piping of a heat exchanger. (Step S202).
[0029]
And the control part 180 sets the parameter n which counts the frequency | count which calculates the heat exchange amount for every piping pattern of a heat exchanger to "0", and whenever it starts calculation of the heat exchange amount about a new piping pattern The number of times of calculating the heat exchange amount by adding “1” to the parameter n is counted (steps S202 to S204). Subsequently, the pipe parameter generation unit 120 generates pipe connection information for each number of paths based on the combination of pipes searched by the pipe pattern search unit 160 (step S205).
[0030]
Furthermore, the heat exchanger model generation unit 130 generates a heat exchanger network model for each piping pattern generated by the piping pattern generation unit 120 (step S206). Specifically, the heat exchanger model generation unit 130 generates by linearizing a heat network of the heat exchanger.
[0031]
Then, the heat exchange amount calculation unit 150 calculates the heat exchange amount for each piping pattern using the heat circuit model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130. Specifically, the heat exchange amount calculation unit 150 uses a numerical calculation method such as a sweeping method, a Gauss-Seidel method, or a sequential over-relaxation method for a heat circuit model of a heat exchanger that is a linear or nonlinear simultaneous equation. The temperature is calculated (step S207), and the heat exchange amount is calculated based on the temperature difference between the calculated fin temperature of the heat exchanger and the ambient air temperature (step S208).
[0032]
Further, the control unit 180 checks whether or not the heat exchange amount Qtotal calculated by the heat exchange amount calculation unit 150 is larger than Qmax (step S209). As a result, when the heat exchange amount Qtotal is larger than Qmax (Yes at Step S209), the control unit 180 sets the value of the heat exchange amount Qtotal to Qmax and sets the number Nupdate after the heat exchange amount is not updated to “0”. (Step S210), and the combination of pipes held in the array Num (k) k = 1 to NX × NY is stored in NumMAX (k), k = 1 to NX × NY (Step S211). Thereby, the combination of the heat exchanger pipes when the heat exchange amount Qtotal is maximized is held at NumMAX (k), k = 1 to NX × NY.
[0033]
On the other hand, when the heat exchange amount Qtotal is equal to or less than Qmax (No at Step S209), the control unit 180 adds “1” to the number Nupdate after the heat exchange amount is not updated (Step S212). Then, the control unit 180 checks whether or not Nupdate is greater than the number of times NupMAX until the calculation is finished after the maximum value of the heat exchange amount is not updated (step S213). As a result, when Nupdate is larger than NupMAX (Yes at step S213), this processing procedure is terminated.
[0034]
On the other hand, when Nupdate is equal to or less than NupMAX (No in step S213), the control unit 180 further sets the parameter n for counting the number of times of calculating the heat exchange amount for each piping pattern of the heat exchanger as the maximum number of times of examination NMAX. Check if it is less than. As a result, when n is less than NMAX (Yes at Step S214), the process returns to Step S204, and the procedure after Step S204 is repeated to search for a piping pattern that maximizes the heat exchange amount of the heat exchanger. On the other hand, when n is larger than NMAX (No at step S214), the processing procedure is terminated.
[0035]
As described above, the heat exchange amount estimation device 100 generates a pipe pattern that the pipe pattern generation unit 120 can combine based on the number of pipes of the heat exchanger, and the heat exchanger model generation unit 130 generates the pipe pattern. The heat circuit model of the heat exchanger is generated for each piping pattern generated by the unit 120, and the heat exchange amount calculation unit 150 generates the heat circuit model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130. Because it was decided to calculate the amount of heat exchange for each piping pattern, generate a piping pattern based on the number of piping of the heat exchanger, and generate a heat network model of the heat exchanger for each piping pattern Therefore, the heat exchange amount of the heat exchanger can be estimated at high speed.
[0036]
In addition, the heat exchange amount estimation device 100 generates a piping pattern that the piping pattern generation unit 120 can combine based on the number of piping of the heat exchanger, and the heat exchanger model generation unit 130 generates the piping pattern generation unit 120. A heat circuit model of the heat exchanger is generated for each of the pipe patterns thus formed, and the heat exchange amount calculation unit 150 uses the heat circuit model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130 to perform the piping pattern. The heat exchange amount is calculated for each, and the pipe pattern search unit 160 searches for a pipe pattern that maximizes the heat exchange amount calculated by the heat exchange amount calculation unit 150, so that the heat exchange amount becomes maximum. The optimal piping pattern can be searched, and the heat exchange amount of the optimal heat exchanger can be estimated at high speed.
[0037]
In addition, the heat exchange amount estimation device 100 generates a piping pattern that the piping pattern generation unit 120 can combine based on the number of piping of the heat exchanger, and the heat exchanger model generation unit 130 generates the piping pattern generation unit 120. A heat exchanger linearized heat network model is generated for each piping pattern, and the heat exchange amount calculation unit 150 generates heat from the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130. Since the heat exchange amount is calculated for each piping pattern using the circuit network model, the piping pattern search unit 160 searches for the piping pattern that maximizes the heat exchange amount calculated by the heat exchange amount calculation unit 150. The piping pattern that maximizes the heat exchange amount can be searched in a shorter time, and the optimum heat exchange amount of the heat exchanger can be estimated at a higher speed.
[0038]
[Piping pattern search procedure and piping connection information generation procedure]
Next, the piping pattern search procedure and piping connection information generation procedure shown in step S205 of FIG. 2 will be described in more detail. FIG. 7 is a flowchart showing the piping pattern search procedure and piping connection information generation procedure shown in FIG. 2 in more detail.
[0039]
First, the piping pattern generation unit 120 performs initialization (step S301), and obtains the number of piping Nall from the product NX × NY of the number of columns and the number of rows of piping. Then, the piping pattern search unit 160 is configured to search all piping patterns one by one according to the number of piping patterns of the heat exchanger generated by the piping pattern generation unit 120, a random search method, an annealing method, or a genetic method An array Nnum (k), k = 1 to Nall holding the combination of pipes is searched using an algorithm (step S302).
[0040]
Further, the piping pattern generation unit 120 sets the integer type variable k to “0” (step S303), and adds “1” to the integer type variable k each time new piping connection information is generated (step S304). Subsequently, the piping pattern generation unit 120 sets the integer type variable n to “0” (step S305), and adds “1” to the integer type variable n every time new pipe connection information is generated (step S306). .
[0041]
And the piping pattern production | generation part 120 calculates | requires the integer type variable index from the integer type variables k and n. Further, the numbers ii and jj of the divided areas in the X direction and the Y direction of the pipes held in the array Num (index) are obtained (step S307).
[0042]
Further, the piping pattern generation unit 120 checks whether or not the integer variable k is “1” (step S308). If the integer type variable k is “1” (Yes at Step S308), both the integer type variables iu and ju are set to “0” (Step S309). On the other hand, if the integer type variable k is not “1” (No at Step S308), the numbers of the divided areas in the X direction and Y direction of the previous pipe are set in the integer type variables iu and ju (Step S310). Subsequently, the piping pattern generation unit 120 holds the values of the integer variables iu and ju in the arrays iupper (ii, jj) and jupper (ii, jj), respectively (step S311).
[0043]
As a result, pipe connection information is generated between the pipe specified by the numbers ii, jj of the divided areas in the X and Y directions and the upstream pipe specified by the numbers iu, ju of the divided areas in the X and Y directions. Is done. If the numbers iu and ju of the upstream X direction and Y direction divided areas are both “0”, it means that the pipe designated by ii and jj is the most upstream pipe.
[0044]
Then, the piping pattern generation unit 120 checks whether or not the integer type variable n is less than the number of passes Np (step S312). When n is less than Np (Yes at Step S312), the process returns to Step 306, and the processes after Step S306 are repeated. On the other hand, if n is greater than or equal to Np (No at step S312), the piping pattern generation unit 120 further checks whether the integer variable k is less than Nall / Np (step S313).
[0045]
If the integer type variable k is less than Nall / Np (Yes at Step S313), the piping pattern generation unit 120 returns to Step S304 and repeats the processing after Step S304. On the other hand, when the integer type variable k is equal to or greater than Nall / Np (Yes at Step S313), the piping pattern generation unit 120 ends this processing procedure.
[0046]
As described above, the piping pattern search unit 160 is a method of searching all the piping patterns one by one according to the number of piping patterns of the heat exchanger generated by the piping pattern generation unit 120, a method of searching randomly, and an annealing method. Alternatively, the array Nnum (k), k = 1 to Nall holding the combination of pipes is searched using a genetic algorithm, and the pipe pattern generation unit 120 holds the pipe combination searched by the pipe pattern search unit 160. Since pipe connection information for each number of pipe paths is generated based on the array Num (k), k = 1 to Nall, the heat exchange amount is maximized based on the thermal circuit network model generated for each pipe connection information. Therefore, the optimum piping pattern can be searched, and the optimum heat exchange amount of the heat exchanger can be estimated at high speed.
[0047]
[Thermal fluid network model and heat exchange amount]
Next, the thermal circuit network model and heat exchange amount generated by the heat exchanger model generation unit 130 shown in step 206 of FIG. 2 will be described. Expressions (1) to (8) are expressions for displaying the thermal circuit network model generated by the heat exchanger model generation unit 130 shown in FIG. Expression (9) is an expression for displaying the heat exchange amount generated by the heat exchanger model generation unit 130 shown in FIG.
[0048]
[Expression 1]

[0049]
As shown in the equations (1) to (8), the heat exchanger model generation unit 130 relates to the external fluid temperature Ta [K], the heat exchanger fin temperature Tf [K], and the pipe fluid temperature Tw [K]. Generate linear or nonlinear simultaneous equations. Further, the heat exchanger model generation unit 130 generates an equation (9) for obtaining the heat exchange amount Qtotal [W] from the fin temperature Tf of the heat exchanger and the external fluid temperature Ta.
[0050]
Specifically, the subscripts i and j for each temperature in the formulas (1) to (9) are numbers for designating divided regions in the X direction or the Y direction, the subscript i is 1 to NX, and the subscript j is It takes a value of 1 to NY. For example, Tfi, j is the fin temperature of the divided region specified by the subscripts i and j. Similarly, Tai, j and Twi, j are the external fluid temperature and the in-pipe fluid temperature of the divided region designated by the subscripts i and j.
[0051]
Tain and Twin are the external fluid inflow temperature and the in-pipe fluid inflow temperature, and are given as boundary conditions by the user. Ri, Ro, Rx, Ry, Ra, and Rw are respectively in-pipe thermal resistance [K / W], fin thermal resistance [K / W], fin X-direction thermal resistance [K / W], and fin Y-direction thermal resistance. [K / W], thermal resistance [K / W] of the external fluid flow, and thermal resistance [K / W] of the fluid flow in the pipe, and thermal characteristic data stored in the thermal fluid data storage unit 140, heat exchanger Or is calculated in advance and stored in the thermal fluid data storage unit 140. F is a flag for setting a boundary condition of the conduction resistance of the fin.
[0052]
In general, the thermal resistances Ri, Ro, Rx, Ry, Ra and Rw are considered to be a function of the temperature T. In other words, in order to solve such a nonlinear multi-dimensional simultaneous equation related to temperature, the heat exchange amount calculation unit 150 first calculates a thermal resistance assuming a certain temperature, and calculates the thermal resistance by the equations (1) to (8). The temperature is calculated using a numerical calculation method such as a sweep method, a Gauss-Seidel method, or a sequential over-relaxation method. Since the calculated temperature is different from the temperature at which the thermal resistance is first obtained, the heat exchange amount calculation unit 150 obtains the thermal resistance again based on the calculated temperature, and the equations (1) to (8). Substitute for and calculate the temperature. The heat exchange amount calculation unit 150 repeats such calculation until the temperature converges, calculates an accurate temperature, and then calculates the heat exchange amount using Expression (9).
[0053]
Embodiment 2. FIG.
By the way, the heat exchange amount estimation apparatus 100 described in the first embodiment requires repeated calculation when the heat network model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130 is nonlinear. It was. Therefore, in the second embodiment, a heat exchange amount estimation device that estimates a heat exchange amount at high speed using a linearized heat network model of a heat exchanger will be described.
[0054]
The configuration and various processing procedures of the heat exchange amount estimation apparatus according to the second embodiment are the same as those in the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the description will focus on the heat network model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation unit 130 and the mathematical display of the heat exchange amount. Expressions (10) to (17) are expressions for displaying the thermal circuit network model generated by the heat exchanger model generation unit according to the second embodiment. Expression (18) is an expression that displays the heat exchange amount generated by the heat exchanger model generation unit according to the second embodiment.
[0055]
[Expression 2]

[0056]
As shown in the equations (10) to (17), the heat exchanger model generation unit 130 generally includes the external fluid temperature Ta [K], the heat exchanger fin temperature Tf [K], and the pipe fluid temperature Tw [K]. Generate a nonlinear simultaneous equation with respect to. Further, the heat exchanger model generation unit 130 generates an equation (18) for obtaining the heat exchange amount Qtotal [W] from the fin temperature Tf of the heat exchanger and the external fluid temperature Ta.
[0057]
The heat exchanger model generation unit 130 places the thermal resistance Ri in the pipe, the thermal resistance Rw of the flow of the fluid in the pipe, and the thermal resistances Ro, Ra, Rx, and Ry as in Expression (19) to Expression (21). Then, Expressions (19) to (21) are substituted into the thermal circuit network models of Expressions (1) to (8) to generate Expressions (10) to (17).
Ri = Ri0 × Np ^Nre (Formula 19)
Rw = Ri0 × Np (Formula 20)
Ro = Ra = Rx = Ry = Ri0 (Formula 21)
[0058]
Here, the grounds for the heat exchanger model generation unit 130 to place the pipe thermal resistance Ri, the pipe pipe fluid flow thermal resistance Rw, and the thermal resistances Ro, Ra, Rx, Ry as shown in equations (19) to (21) are as follows. It is as follows.
[0059]
In general, the thermal resistance Ri in the tube is ^-a × Pr ^-b It is thought that it is proportional to Here, Re is the flow velocity U [cm / sec] of the fluid in the pipe and the viscosity ν [cm of the fluid in the pipe. ² / Sec] and the tube diameter D [cm] is a dimensionless Reynolds number, that is, U × D / ν, which is the dimensionless velocity of the flow in the tube. Pr is the temperature diffusion coefficient κ [cm of the fluid in the pipe. ² / Sec] and viscosity coefficient ν [cm ² / Sec] is a dimensionless Prandtl number, that is, κ / ν, which is a dimensionless temperature diffusion coefficient of the flow in the pipe. a and b are arbitrary indices.
[0060]
In the present embodiment, when the heat exchange amount calculation unit 150 calculates the heat exchange amount of the heat exchanger for each piping pattern, the total fluid flow rate is the same for all the piping patterns regardless of the number of passes Np. The amount of heat exchange is calculated under the condition. This means that the fluid flow rate per pass decreases in inverse proportion to the number of passes Np. That is, since the fluid flow rate is proportional to the flow velocity, the fluid flow velocity U per pass decreases in inverse proportion to the number of passes Np. In other words, the Reynolds number Re is inversely proportional to the path number Np.
[0061]
On the other hand, since the Prandtl number Pr is a physical property of the fluid in the pipe, it is considered that the Prandtl number Pr does not change greatly unless the type and temperature of the fluid change. Therefore, in consideration of the fact that the thermal resistance in the pipe due to the difference in the piping pattern greatly depends on the Reynolds number rather than the Prandtl number, the thermal resistance Ri in the pipe is the Nre power of the number of passes Np as shown in the equation (19). Proportional. For example, according to the empirical formula of turbulent heat transfer when the flow in the pipe is a single-phase flow, the thermal resistance in the pipe is proportional to the number of pipe paths Np to the 0.8th power.
[0062]
Further, the heat transfer Rw of the flow of the fluid in the pipe is proportional to the speed U because it is carried by carrying the amount of heat together with the fluid of the speed U. That is, since the speed U is inversely proportional to the number of passes Np, the heat transfer is also inversely proportional to the number of passes Np. Therefore, the thermal resistance Rw of the fluid in the pipe is proportional to the number of passes Np as shown in the equation (20).
[0063]
In general, the fin thermal resistance Ro, the fin X-direction thermal resistance Rx, the fin Y-direction thermal resistance Ry, and the thermal resistance Ra of the external fluid flow are the thermal conductivity, shape and dimensions of the fins, physical properties of the external fluid, and the flow state. It depends on the amount. Therefore, in the heat exchange amount estimation apparatus 100 according to the second embodiment, a heat exchanger having a specific material, shape, and size such that Ro = Rx = Ry = Ra = Rio is specified as shown in Expression (21). The thermal network model that performs heat exchange with the external fluid in the state of physical properties and flow is generated. That is, a specific thermal network model is generated to estimate the heat exchange amount of the heat exchanger.
[0064]
As described above, the pipe thermal resistance Ri and the flow thermal resistance Rw are made dimensionless, and the number of pipe paths is set to the Nre power and the number of pipe paths, respectively. Therefore, the heat exchange amount of the heat exchanger can be estimated at higher speed.
[0065]
Also, based on the empirical formula of turbulent heat transfer when the flow in the pipe is a single-phase flow, the pipe heat resistance Ri of the heat exchanger is set to the 0.8th power of the number of pipe paths, so the pipe heat resistance Can be calculated in a shorter time, and the heat exchange amount of the heat exchanger can be estimated at a higher speed.
[0066]
Further, since a specific thermal circuit network model is used in which the fin thermal resistance Ro, the fin X direction thermal resistance Rx, the fin Y direction thermal resistance Ry, and the thermal resistance Ra of the external fluid flow are equal to Ri0, the thermal circuit It is possible to calculate the net model fin thermal resistance, fin X direction thermal resistance, fin Y direction thermal resistance, and external fluid flow thermal resistance in a shorter time, so that the heat exchange amount of the heat exchanger can be estimated at a higher speed. it can.
[0067]
The embodiments of the present invention have been described so far, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied in various different embodiments within the scope of the technical idea described in the claims. It may be implemented.
[0068]
For example, in the present embodiment, an n-column m-row grid array heat exchanger in which pipes are orthogonal to fins has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any pipe pattern that can be combined. For example, the present invention can also be applied to a heat exchanger in which piping is joined in parallel with fins.
[0069]
In the present embodiment, the pipe having a circular cross section has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a pipe having an arbitrary cross section. For example, the present invention can be applied to a pipe having a rectangular or triangular cross section.
[0070]
In the present embodiment, the flow of the heat exchanger pipe is described as a single-phase flow. However, the present invention can also be applied to a two-phase flow. For example, the present invention can be applied to a case where the flow of piping is a flow such as a heat pipe and a thermosiphon.
[0071]
In addition, among the processes described in this embodiment, all or part of the processes described as being automatically performed can be manually performed, or the processes described as being manually performed All or a part of the above can be automatically performed by a known method. In addition, the processing procedure, control procedure, specific name, and information including various data and parameters shown in the above-described document and drawings can be arbitrarily changed unless otherwise specified.
[0072]
Further, each component of each illustrated apparatus is functionally conceptual, and does not necessarily need to be physically configured as illustrated. That is, the specific form of dispersion / integration of each device (heat exchange amount estimation device) is not limited to the one shown in the figure, and all or a part thereof can function in arbitrary units according to various loads and usage conditions. Can be distributed or integrated physically or physically. Further, all or any part of each processing function performed in each device may be realized by a CPU and a program analyzed and executed by the CPU, or may be realized as hardware by wired logic.
[0073]
The heat exchange amount estimation method described in the present embodiment can be realized by executing a program prepared in advance on a computer such as a personal computer or a workstation. This program can be distributed via a network such as the Internet. The program can also be executed by being recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, a flexible disk (FD), a CD-ROM, an MO, and a DVD and being read from the recording medium by the computer.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the heat exchange amount estimation device of the present invention, a pipe pattern that can be combined based on the number of pipes of the heat exchanger is generated, and the heat circuit of the heat exchanger is generated for each generated pipe pattern. Generate a net model, calculate the amount of heat exchange for each piping pattern using the generated heat circuit model of the heat exchanger, Search and select the piping pattern with the maximum heat exchange amount from the calculated heat exchange amount Because we decided to do , The optimal piping pattern that maximizes the amount of heat exchange It can be estimated at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a heat exchange amount estimation device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the heat exchange amount estimation device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a piping pattern of a two-column two-row grid array heat exchanger.
4 is a view showing a combination of pipes of the heat exchanger having two columns and two rows shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a thermal network model of the two-column two-row grid array heat exchanger shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing an example of a thermal network model of a heat exchanger having a three-column, three-row houndstooth arrangement.
FIG. 7 is a flowchart showing in more detail the procedure for retrieving a piping pattern and the procedure for generating piping connection information shown in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4 2-column 2-row grid array heat exchanger piping number, 100 heat exchange amount estimation device, 110 input unit, 120 piping pattern generation unit, 130 heat exchanger model generation unit, 140 thermal fluid data storage Unit, 150 heat exchange amount calculation unit, 160 piping pattern search unit, 170 output unit, 180 control unit.

Claims

A heat exchange amount estimation device for estimating a heat exchange amount of a heat exchanger using a heat network model of a heat exchanger,
A piping pattern generating means for generating a plurality of piping patterns indicating all possible connection orders for a plurality of piping used in the heat exchanger based on the number of wires of the heat exchanger ;
For each of the piping patterns generated by the piping pattern generation means, the heat exchanger connected by the piping pattern and the external fluid region are divided into a plurality of areas, and the divided external fluid temperature is outside the adjacent divided region. Represented by a relationship including the fluid temperature and the fin temperature of the divided region, the fin temperature of the divided region is represented by a relationship including the external fluid temperature of the divided region, the in-pipe fluid temperature of the divided region, and the fin temperature of the adjacent divided region, Heat exchanger model generation means for generating a heat network model of the heat exchanger as an analysis model representing the fluid temperature in the pipe of the divided area as a relationship including the fluid temperature in the pipe of the adjacent divided area and the fin temperature of the divided area When,
The fin temperature and external fluid temperature of each divided region are obtained for each piping pattern by using the heat circuit model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generating means, and the fin temperature and external fluid of each divided region are obtained. Heat exchange amount calculation means for calculating the total heat exchange amount of the heat exchanger for each piping pattern based on the temperature ;
Piping pattern search means for searching and selecting a piping pattern that maximizes the heat exchange amount among a plurality of total heat exchange amounts calculated by the heat exchange amount calculation means;
A heat exchange amount estimation device comprising:

The heat exchange amount estimation device according to claim 1, wherein the heat exchanger model generation unit generates a linearized thermal network model of the heat exchanger.

The heat exchanger model generation means renders the heat resistance in the pipe of the heat exchanger and the heat resistance of the flow in the pipe dimensionless, and generates the thermal network model as the Nre power of the number of pipe paths and the number of pipe paths, respectively. The heat exchange amount estimation apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that

The heat exchanger model generation means generates a thermal circuit network model in which the heat resistance in the pipe of the heat exchanger is the 0.8th power of the number of pipe paths when the flow in the pipe is a single-phase flow. The heat exchange amount estimation apparatus according to claim 3.

The piping pattern search means is a method of searching all piping patterns one by one according to the number of pipe patterns that can be combined with the heat exchanger generated by the piping pattern generation means, a method of randomly searching, an annealing method or a genetic method. It searches using a genetic algorithm, The heat exchange amount estimation apparatus as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.

A heat exchange amount estimation method for estimating a heat exchange amount of a heat exchanger using a heat network model of a heat exchanger,
A piping pattern generation step for generating a plurality of piping patterns indicating all connection orders that can be combined for a plurality of piping used in the heat exchanger based on the number of wires of the heat exchanger ;
For each piping pattern generated by the piping pattern generation step, the heat exchanger connected by the piping pattern and the external fluid area are divided into a plurality of areas, and the divided external fluid temperature is set outside the adjacent divided area. Represented by a relationship including the fluid temperature and the fin temperature of the divided region, the fin temperature of the divided region is represented by a relationship including the external fluid temperature of the divided region, the in-pipe fluid temperature of the divided region, and the fin temperature of the adjacent divided region, A heat exchanger model generation step of generating a heat network model of the heat exchanger as an analysis model representing the fluid temperature in the pipe of the divided region as a relation including the fluid temperature in the pipe of the adjacent divided region and the fin temperature of the divided region When,
The fin temperature and external fluid temperature of each divided region are obtained for each piping pattern using the heat circuit model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generation step, and the fin temperature and external fluid of each divided region are obtained. A heat exchange amount calculation step for calculating a total heat exchange amount of the heat exchanger for each piping pattern based on the temperature ;
A piping pattern search step for searching and selecting a piping pattern that maximizes the heat exchange amount among a plurality of total heat exchange amounts calculated by the heat exchange amount calculation step;
The heat exchange amount estimation method characterized by including.

A heat exchange amount estimation program for estimating a heat exchange amount of a heat exchanger using a heat network model of a heat exchanger,
A piping pattern generation procedure for generating a plurality of piping patterns indicating all connection orders that can be combined for a plurality of piping used in the heat exchanger based on the number of wires of the heat exchanger ;
For each piping pattern generated by the piping pattern generation step, the heat exchanger connected by the piping pattern and the external fluid area are divided into a plurality of areas, and the divided external fluid temperature is set outside the adjacent divided area. Represented by a relationship including the fluid temperature and the fin temperature of the divided region, the fin temperature of the divided region is represented by a relationship including the external fluid temperature of the divided region, the in-pipe fluid temperature of the divided region, and the fin temperature of the adjacent divided region, A heat exchanger model generation procedure for generating a heat network model of the heat exchanger as an analytical model representing the fluid temperature in the pipe in the divided area as a relation including the fluid temperature in the pipe in the adjacent divided area and the fin temperature in the divided area When,
The fin temperature and external fluid temperature of each divided region are obtained for each piping pattern using the heat network model of the heat exchanger generated by the heat exchanger model generating step, and the fin temperature and external fluid of each divided region are obtained. A heat exchange amount calculation procedure for calculating the total heat exchange amount of the heat exchanger for each piping pattern based on the temperature ;
A piping pattern search procedure for searching and selecting a piping pattern that maximizes the heat exchange amount among a plurality of total heat exchange amounts calculated by the heat exchange amount calculation step;
Is a heat exchange amount estimation program.