DE112006001071B4

DE112006001071B4 - Wärmetauscher mit Turbulizern mit Windungen variierter Höhe

Info

Publication number: DE112006001071B4
Application number: DE112006001071.9T
Authority: DE
Inventors: Stanley Chu; Alex S. Cheong; Peter Zurawel; Paul T. Mach
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: CA2506009C; GB2439696A; CA2506009A1; DE112006001071T5; WO2006116857B1; GB2439696B; WO2006116857A1; IN266780B; HUP0700774A2; GB2439696B8; GB0720882D0; GB2439696A8

Abstract

Wärmetauscher, der Folgendes aufweist:(a) zumindest ein Wärmetauscherrohr (144, 180, 200), das einen hohlen Fluidflussdurchgang (142, 190, 210) definiert, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) eine Höhe und eine Breite hat und sich in Längsrichtung entlang einer Fluidflussachse L erstreckt, wobei die Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) über seine Breite variiert, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) zumindest einen Bereich vollständiger Höhe aufweist, in welchem die Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) bei einem Maximum ist, und zumindest einen Bereich reduzierter Höhe, in welchem die Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) kleiner als die maximale Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) ist, und wobei die Bereiche vollständiger Höhe und reduzierter Höhe benachbart zueinander angeordnet sind;(b) einen Turbulizer (120, 170), der innerhalb des Fluidflussdurchgangs (142, 190, 210) aufgenommen ist, wobei der Turbulizer (120, 170) eine Vielzahl von Reihen (122, 122A, 172) von Windungen (124, 134) aufweist, wobei benachbarte Reihen (122, 122A, 172) der Vielzahl von Reihen (122, 122A, 172) in einer parallelen Beziehung Seite an Seite miteinander verbunden sind, wobei die Windungen (124, 134) jeder Reihe (120, 122A, 172) eine Folge von obersten Oberflächenbereichen (126, 136) und untersten Oberflächenbereichen (127, 137) aufweisen, die durch Seitenbereiche (128, 138) miteinander verbunden sind, und wobei sich die Reihen (122, 122A, 172) parallel zu der Fluidflussachse L erstrecken,wobei zumindest zwei benachbarte Reihen (122, 122A, 172) aus Windungen (124, 134) unterschiedlicher Höhen bestehen, einschließlich zumindest einer Reihe (122) von Windungen (124) vollständiger Höhe, die in dem Bereich vollständiger Höhe des Fluidflussdurchgangs (142, 190, 210) positioniert sind und eine Höhe haben, die dieselbe wie die maximale Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) ist, und einschließlich zumindest einer Reihe von Windungen (134) reduzierter Höhe, die in dem Bereich reduzierter Höhe des Fluidflussdurchgangs (142, 190, 210) positioniert sind und eine maximale Höhe haben, die geringer als die maximale Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) und geringer als die Höhe der Windungen (124) vollständiger Höhe ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Wärmetauscher und leitende Einlagen zur Verwendung darin, und insbesondere Wärmetauscher vom Plattentyp, die Turbulizer bzw. Turbulenzerzeuger mit Windungen von sich unterscheidender bzw. variierender Höhe enthalten.
Hintergrund der Erfindung
Wärmetauscher vom Plattentyp weisen wenigstens ein Paar von voneinander beabstandeten Platten auf, die an ihren Rändern miteinander abgedichtet sind. Jedes Plattenpaar definiert einen Fluidflussdurchgang mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung. Bei einem typischen Wärmetauscher haben die äußersten Ränder des Fluidflussdurchgangs eine Höhe, die niedriger als die Höhe in der Mitte des Fluidflussdurchgangs ist. Die Reduzierung bezüglich der Höhe benachbart zu den äußersten Rändern kann aufgrund der Art sein, auf welche die Platten miteinander verbunden sind, und/oder die äußersten Ränder der Platten können etwas abgerundet sein, wie in US 5636685 A .
Der Fluidflussdurchgang kann eine leitende Einlage enthalten, um einen Wärmetransfer zu steigern und um eine Turbulenz in dem Fluid zu erhöhen, das durch den Flussdurchgang fließt. Diese leitenden Einlagen, die auch als Turbulizer bzw. Turbulenzerzeuger bekannt sind, weisen normalerweise Metallstreifen auf, wobei eine Vielzahl von Windungen durch Formen bzw. Pressen und/oder Walzen ausgebildet ist. Die Windungen sind normalerweise von einer einheitlichen Höhe und sind vorzugsweise in Kontakt mit beiden Platten des Plattenpaars, um einen Wärmetransfer zu maximieren. Zahlreiche Typen von Turbulizern sind im Stand der Technik bekannt. Ein Typ eines Turbulizers, der in Kraftfahrzeug-Ölkühlern verwendet werden kann, ist die schräg gestellte Kühlrippe, die in US 4945981 A beschrieben ist. Ein weiterer Typ eines Turbulizers zur Verwendung in Kraftfahrzeug-Wärmetauschern ist die Versatzstreifen-Kühlrippe, von welcher Beispiele in US 35 890 E und in US 6 273 183 B1 beschrieben sind.
US 35 890 E und US 6 273 183 B1 sind hierin durch Bezugnahme in ihren Gesamtheiten enthalten.
Wie es in den 1 bis 3 von US 5636685 A dargestellt ist, kann ein Turbulizer einer konstanten Höhe nicht den gesamten Bereich eines Fluidflussdurchgangs auffüllen, der benachbart zu seinen äußersten Rändern bezüglich der Höhe reduziert ist, während ein effektiver Kontakt mit den Platten beibehalten wird. Dies führt zu der Ausbildung einer Fluidumgehung B (3 von US 5636685 A ) benachbart zu den äußersten Rändern des Fluidflussdurchgangs, was die Effizienz eines Wärmetransfers erniedrigt. Dieses Problem wird in US 5636685 Ateilweise gelöst, indem die Kühlrippenwände gekerbt werden, um ihre Höhe benachbart zu ihren Enden zu reduzieren, um dadurch den Umgehungsbereich B' zu reduzieren, wie es in 7 gezeigt ist.
Während US 5636685 A das Problem eines Umgehungsflusses betrifft, ist es spezifisch für gewellte Kühlrippen, die sich transversal zu der Richtung eines Fluidflusses erstrecken und Kühlrippen haben, die sich um die gesamte Breite des Turbulizers erstrecken. Es bleibt eine Notwendigkeit, die Aufmerksamkeit auf das Problem eines Umgehungsflusses in Wärmetauschern zu richten, die andere Typen von Turbulizern verwenden, wie beispielsweise die oben angegebenen Versatzstreifen-Kühlrippen.
GB 2133525 A zeigt in 8 eine Wärmetauscherröhre für einen Verdampfer einer Klimaanlage, wobei eine durch die Wärmetauscherröhre definierte Fluidflussachse senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist. In einem Randbereich dieser Wärmetauscherröhre ist deren Wand verstärkt, so dass eine Höhe des Röhreninnenraumes in diesem Randbereich verringert ist. Im Röhreninnenraum ist eine gewellte Rippe angeordnet. Die gewellte Rippe weist genau eine Reihe von Windungen mit einer Folge von Wellenbergen und Wellentälern auf, die sich senkrecht zur Fluidflussachse erstrecken.
Und US 5417280 A zeigt in 4 eine Wärmetauscherröhre, bei der eine durch die Wärmetauscherröhre definierte Fluidflussachse senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist und deren Höhe über ihre Breite variiert. Im Röhreninnenraum ist eine gewellte Lamelle angeordnet, die genau eine Reihe von Windungen mit einer Folge von Wellenbergen und Wellentälern aufweist, die sich senkrecht zur Fluidflussachse erstrecken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit verbesserter Effizienz zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1.
Gemäß einem Aspekt weist die Erfindung einen Wärmetauscher auf, der Folgendes aufweist:

(a) wenigstens ein Paar von Platten, die miteinander verbunden sind, um einen hohlen Fluidflussdurchgang zwischen den Platten zu definieren, wobei der Flussdurchgang eine Höhe und eine Breite hat und sich entlang einer Fluidflussachse erstreckt, wobei die Höhe des Flussdurchgangs über seine Breite variiert, wobei der Flussdurchgang wenigstens einen Bereich voller Höhe aufweist, in welchem die Höhe des Flussdurchgangs bei einem Maximum ist, und wenigstens einen Bereich reduzierter Höhe, in welchem die Höhe des Flussdurchgangs geringer als die maximale Höhe des Flussdurchgangs ist, und wobei die Bereiche voller Höhe und reduzierter Höhe benachbart zueinander angeordnet sind; (b) einen Turbulizer, der innerhalb des Fluidflussdurchgangs aufgenommen ist, wobei der Turbulizer eine Vielzahl von Reihen von Windungen aufweist, wobei benachbarte der Reihen in einer parallelen Beziehung zueinander Seite an Seite verbunden sind, wobei die Windungen von jeder der Reihe eine Reihe von Gipfeln und Tälern aufweisen, die durch Seitenwände miteinander verbunden sind, und wobei sich die Reihen parallel zu der Fluidflussachse erstrecken und sich die Seitenwände transversal zu der Fluidflussachse erstrecken, wobei wenigstens zwei benachbarte Reihen von Windungen unterschiedlicher Höhen umfasst sind, einschließlich wenigstens einer Reihe von Windungen voller Höhe, die in dem Bereich voller Höhe des Fluidflussdurchgangs positioniert sind und eine Höhe haben, die im Wesentlichen dieselbe wie die maximale Höhe des Flussdurchgangs ist, und einschließlich wenigstens einer Reihe von Windungen reduzierter Höhe, die in dem Bereich reduzierter Höhe des Fluidflussdurchgangs positioniert sind und eine Höhe haben, die geringer als die maximale Höhe des Flussdurchgangs ist.

Figurenliste
Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von nur einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine perspektivische Querschnittsansicht eines Plattenpaars ist, das mit einem Turbulizer nach dem Stand der Technik versehen ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs des in 1 gezeigten Turbulizers ist;
3 eine Vorderansicht des Turbulizers der 1 ist, die die relativen Ausrichtungen von sich überlagernden Windungen in zwei benachbarten Reihen zeigt;
4 eine perspektivische Querschnittsansicht eines Plattenpaars ist, das mit einem Turbulizer versehen ist, wobei 4 kein Ausführungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Wärmetauschers zeigt;
4A eine perspektivische Querschnittsansicht einer modifizierten Version des Plattenpaars der 4 ist;
5 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs des in 4 gezeigten Turbulizers ist;
6 eine Vorderansicht des Turbulizers der 5 ist, welche die relativen Ausrichtungen von sich überlagernden Windungen in zwei benachbarten Reihen zeigt;
7 eine Vorderansicht einer ersten Variante des Turbulizers der 5 und 6 ist, die die relativen Ausrichtungen von sich überlagernden Windungen in zwei benachbarten Reihen zeigt;
8 eine Vorderansicht einer zweiten Variante des Turbulizers der 5 und 6 ist, die die relativen Ausrichtungen von sich überlagernden Windungen in zwei benachbarten Reihen zeigt;
9 eine perspektivische Querschnittsansicht eines Plattenpaars ist, das mit einem Turbulizer versehen ist, wobei 9 kein Ausführungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Wärmetauschers zeigt;
10 eine Vorderansicht des Turbulizers der 9 ist, welche die relativen Ausrichtungen Von sich überlagernden Windungen in zwei benachbarten Reihen zeigt;
11 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs eines Turbulizers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
12 eine seitliche Querschnittsansicht von einer Reihe des Turbulizers der 11 entlang der Linie 12-12 der 11 ist;
13 eine seitliche Querschnittsansicht von einer Reihe des Turbulizers der 11 entlang der Linie 13-13 der 11 ist;
14 eine Querschnittsansicht des Endes durch ein erstes Plattenpaar mit dem Turbulizerstreifen der 11 bis 13 ist;
15 eine Querschnittsansicht des Endes durch ein zweites Plattenpaar mit dem Turbulizerstreifen der 11 bis 13 ist;
16 eine Querschnittsansicht des Endes durch ein drittes Plattenpaar mit dem Turbulizerstreifen der 11 bis 13 ist; und
17 eine perspektivische Ansicht eines Turbulizerstreifens gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Das Folgende ist eine Beschreibung einer Anzahl bevorzugter Wärmetauscher, Plattenpaare und Turbulizerstreifen, wobei die 1 bis 10 keine Ausführungsbeispiele des hier vorgeschlagenen Wärmetauschers zeigen. Jeder Wärmetauscher, der nachfolgend beschrieben wird, weist ein Paar von Platten auf, die einen Fluidflussdurchgang definieren. Die Wärmetauscher gemäß der Erfindung können ein einziges Paar von Platten aufweisen, wie beispielsweise bei den Ölkühlern, die durch die US 4945981 A und die US 5636685 A beschrieben sind. Alternativ können die Wärmetauscher der Erfindung eine Vielzahl von Plattenpaaren aufweisen, die sich zwischen einem Paar von Verteilern erstrecken, wie beispielsweise bei dem Typ, der in der US 6273183 B1 beschrieben ist. Bei den Wärmetauschern gemäß der Erfindung ist ein Turbulizer in dem Fluidflussdurchgang vorgesehen. Solange nachfolgend nichts anderes angegeben ist, können die bei den Wärmetauschern gemäß der Erfindung verwendeten Turbulizer einfache gewellte Kühlrippen sein, wie in der US 4945981 A und der US 5636685 A , oder können Versatzstreifen-Kühlrippen aufweisen, wie es in den oben angegebenen Patenten US 35 890 E und US 6 273 183 B1 beschrieben ist. Vorzugweise weisen die Turbulizer Versatzstreifen-Kühlrippen auf.
In der gesamten folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden Ausdrücke, wie beispielsweise „oberster“, „unterster“, „oberer“ und „unterer“ verwendet, um sich auf die spezifische Ausrichtung der Plattenpaare und Turbulizer zu beziehen. Es wird erkannt werden, dass diese Ausdrücke nur der Annehmlichkeit halber verwendet werden. Die obersten Seiten und untersten Seiten der Turbulizer sind vorzugsweise nicht voneinander unterscheidbar und die Plattenpaare haben nicht notwendigerweise die Ausrichtung, die in den Zeichnungen gezeigt ist, wenn sie im Einsatz sind.
Probleme, die zu dem Stand der Technik gehören, werden nun nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 diskutiert, die einen Bereich eines Plattenpaars 61 eines Wärmetauschers zeigt, der mit einem Turbulizer 33 nach dem Stand der Technik mit Windungen konstanter Höhe versehen ist, und unter Bezugnahme auf die 2 und 3, die den Turbulizer 33 nach dem Stand der Technik isoliert zeigen.
Das Plattenpaar 61 besteht aus einer oberen Platte 62 und einer unteren Platte 63 mit einem dazwischen angeordneten Turbulizer 33. Die Platten 62, 63 sind Rückseite an Rückseite angeordnet und haben verbundene periphere Flansche 64, 65. Die Platten 62, 63 haben auch erhöhte zentrale Bereiche 66, 67, die einen Flussdurchgang 68 dazwischen definieren, in welchem der Turbulizer 33 angeordnet ist.
Es wird gesehen werden, dass die Platten 62, 63, die das Plattenpaar 61 bilden, benachbart zu den peripheren Flanschen 64, 65 abgerundet sind und daher der Flussdurchgang 68 bezüglich der Höhe entlang seiner äußersten Ränder 69, 71 reduziert ist.
Der in den 1 bis 3 gezeigte Turbulizer 33 ist eine Versatzstreifen-Kühlrippe gleich derjenigen, die in der US 35 890 E gezeigt ist. Der Turbulizer 33 ist ein planares Element mit einer Vielzahl von rechteckförmigen Windungen 35, die in transversalen Reihen angeordnet sind, die bei 47, 49, 51, 53 und 55 gezeigt sind. Die Reihen sind durch Verbindungsbereiche 43 miteinander verbunden. Ein vollständiger Turbulizer 33 würde eine Anzahl zusätzlicher Reihen von Windungen enthalten. Die Windungen 35 umfassen einen obersten Oberflächenbereich 36, einen untersten Oberflächenbereich 37 (die Bereiche 36 und 37 werden hierin auch „Bergkämme bzw. Gipfel“ genannt), und Seitehbereiche 38, die den obersten und den untersten Oberflächenbereich 36, 37 miteinander verbinden. Die Windungen 35 definieren Öffnungen oder Flussdurchgänge 39, die sich in einer Richtung transversal zu der Richtung der Reihen 47, 49, 51, 53, 55 öffnen. Wenn ein Fluid, wie beispielsweise ein Öl, durch den Flussdurchgang 68 fließt, der durch das Plattenpaar 61 definiert ist, wird es periodisch auf führende äußerste Ränder 41 treffen, die zu den Windungen 35 gehören.
Alle Windungen 35 des Turbulizers 33 haben dieselbe Höhe H und dieselbe Breite W (3), wobei die Breite als die Breite des obersten und des untersten Bereichs 36, 37 der Windungen bzw. Wellen 35 definiert ist. Um einen Wärmetransfer zu maximieren, sind der oberste und der unterste Bereich 36, 37 der Wellen 35 vorzugsweise in Kontakt mit den zentralen Bereichen 66, 67 der oberen und der unteren Platte 62, 63. Der Turbulizer 33 ist in der „Niederdruckabfall“- oder „LPD“-Ausrichtung angeordnet, was bedeutet, dass Fluid durch die durch die Windungen definierten Öffnungen in einer Richtung transversal zu den Reihen fließt. In dieser Ausrichtung begegnet das Fluid, das durch den Flussdurchgang 68 läuft, relativ geringem Widerstand gegenüber einem Fließen und daher ist der Druckabfall relativ gering.
Wie es in 1 gezeigt ist, hat der Turbulizer 33 eine konstante Höhe, die im Wesentlichen dieselbe wie die Höhe des Flussdurchgangs 68 zwischen den zentralen Bereichen 66, 67 der Platten 62, 63 ist. Es ist nicht möglich, den Turbulizer 33 zu den äußersten Rändern 69, 71 des Flussdurchgangs 68 auszudehnen, weil die äußersten Ränder 69, 71 bezüglich der Höhe reduziert sind. Daher wird der Turbulizer 33 nicht in diese Bereiche passen, wenigstens nicht ohne gequetscht bzw. gedrückt zu werden. Dies führt zu der Ausbildung von Umgehungsbereichen 40, 42, die übereinstimmend mit den äußersten Rändern 69, 71 des Flussdurchgangs sind. Der Widerstand gegenüber einem Fluidfluss ist in diesen Umgehungsbereichen 40, 42 bei einem Minimum. Daher fließt Fluid bevorzugt durch diese Bereiche und wird die Effizienz eines Wärmetransfers reduziert.
4 stellt einen Bereich eines Plattenpaars 44 zur Verwendung in einem Wärmetauscher dar, der kein Ausführungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Wärmetauschers ist, und die 5 bis 8 stellen weitere Turbulizer dar. Das Plattenpaar 44 weist eine längliche obere Platte 12 und eine längliche untere Platte 14 auf. Die obere Platte 12 hat einen zentralen Bereich 16, der sich entlang einer Längsachse L erstreckt, und Randbereiche 18 und 20, die sich in Längsrichtung entlang jeder Seite des zentralen Bereichs 16 erstrecken. Der zentrale Bereich 16 ist relativ zu den Randbereichen 18 und 20 erhöht, und zwar aus Gründen, die nachfolgend diskutiert werden.
Die untere Platte 14 weist einen longitudinalen zentralen Bereich 22 auf und weist longitudinale Randbereiche 24 und 26 auf, die unter etwa einem rechten Winkel von dem zentralen Bereich 22 vorstehen, um dadurch Seitenwände des Plattenpaars 44 auszubilden. Die Randbereiche 24 und 26 sind mit Verriegelungsnasen 28 und 30 versehen, die in einen Verriegelungseingriff über den Randbereichen 18 und 20 der oberen Platte 12 nach unten gebogen sind. Die Nasen 28 und 30 verriegeln die Platten 12 und 14 mechanisch miteinander (wie es besser in 4A gezeigt ist) und stellen Oberflächen zur Verfügung, entlang welchen eine abgedichtete Verbindung mit den Randbereichen 18 und 20 der oberen Platte hergestellt werden kann. Eine abgedichtete Verbindung kann vorzugsweise durch Hartlöten der oberen und der unteren Platte 12 und 14 miteinander zur Verfügung gestellt werden, so dass ein Streifen eines Hartlötfüllmetalls (nicht gezeigt) zwischen den Verriegelungsnasen 28 und 30 der unteren Platte 14 und den Randbereichen 18 und 20 der oberen Platte 12 ausgebildet ist.
Wie es in 4 gezeigt ist, ist der zentrale Bereich 16 der oberen Platte 12 relativ zu den Randbereichen 18 und 20 erhöht, so dass die Verriegelungsnasen 28 und 30 der unteren Platte 14 nahezu koplanar zu dem zentralen Bereich 16 der oberen Platte 12 sind. Dies versieht das Plattenpaar 44 mit einer im Wesentlichen flachen oberen Oberfläche, die frei von Vorsprüngen ist. Dies ist beispielsweise dort von Vorteil, wo die Enden des Plattenpaars 44 in einen rechteckigen Schlitz einer Anfangsplatte (nicht gezeigt) passen müssen. Da die Randbereiche 18 und 20 relativ zu dem zentralen Bereich 16 zurückgesetzt sind, ist der durch das Plattenpaar 44 ausgebildete Fluidflussdurchgang 32 in der Mitte relativ höher als an seinen Rändern.
4A stellt ein Plattenpaar 44' dar, das eine modifizierte Version des oben beschriebenen Plattenpaars 44 ist. Das Plattenpaar 44' enthält eine obere Platte 12' mit einem zentralen Bereich 16', der sich entlang einer Längsachse L erstreckt, und mit Randbereichen, die sich in Längsrichtung entlang jeder Seite des zentralen Bereichs 16' erstrecken. Der zentrale Bereich 16' ist relativ zu den Randbereichen erhöht. Die Randbereiche sind mit Erweiterungen bzw. Ausdehnungen in Richtung nach unten 17, 19 versehen, die sich unter etwa einem rechten Winkel von den Randbereichen erstrecken und sich vorzugsweise in Längsrichtung entlang der gesamten Länge der oberen Platte 12' erstrecken.
Das Plattenpaar 44' enthält auch eine untere Platte 14, die identisch zu derjenigen des Plattenpaars 44 ist, mit einem zentralen Bereich 22 und mit Randbereichen 24, 26, die unter etwa einem rechten Winkel vom zentralen Bereich 22 vorstehen, um dadurch Seitenwände des Plattenpaars 44' auszubilden. Die Randbereiche 24, 26 sind mit Verriegelungsnasen 28, 30 versehen, die, wie es in 4A in gepunkteten Linien gezeigt ist, anfangs nach oben stehend und koplanar mit den Randbereichen 24, 26 sind, die aber in der Richtung der gekrümmten Pfeile in einen Eingriff mit den Randbereichen der oberen Platte 12' nach unten gebogen sind. Wie es in 4A gezeigt ist, sind die Erweiterungen in Richtung nach unten 17, 19 von ausreichender Höhe, so dass ihre unteren freien Enden (entfernt von den Randbereichen) einen Kontakt mit dem zentralen Bereich 22 der unteren Platte 14 herstellen und in einer parallelen Beziehung zu den Randbereichen 24, 26 der unteren Platte 14 untergebracht sind. Die Erweiterungen bzw. Ausdehnungen bzw. Verlängerungen nach unten 17, 19 versehen das Plattenpaar 44' mit einer Doppelrandwanddicke für eine erhöhte Festigkeit; stellen einen erhöhten Oberflächenbereich für Hartlötverbindungen zur Verfügung; erleichtern einen Zusammenbau durch Zulassen, dass der Turbulizer in eine der Platten vor einem Zusammenbau des Plattenpaars eingefügt wird; und stellen eine Stütze für die Randbereiche 24, 26 der unteren Platte 14 während der Ausbildungs/Verriegelungs-Operation zur Verfügung.
Die Plattenpaare 44 und 44' der 4 und 4A definieren jeweils einen Fluidflussdurchgang 46, 46', in welchem ein Turbulizer 48 vorgesehen ist. Der Turbulizer 48 wird nachfolgend unter Beziehung auf nur die 4 beschrieben. Der Turbulizer 48 weist eine Versatzstreifen-Kühlrippe gleich dem Turbulizer 33, der oben beschrieben ist, auf, mit einer Vielzahl von rechteckförmigen Windungen 50, die in einer Vielzahl transversaler Reihen angeordnet sind, die bei 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87 und 89 gezeigt sind (5). Die Reihen sind durch Verbindungsbereiche miteinander verbunden. Es wird erkannt werden, dass ein vollständiger Turbulizer 48 auch eine Anzahl zusätzlicher Reihen von Windungen 50 enthalten würde.
Die Windungen 50 weisen flache oberste Oberflächenbereiche 52, flache unterste Oberflächenbereiche 54 und vertikale Seitenbereiche 56, die die obersten und untersten Oberflächenbereiche 52, 54 miteinander verbunden, auf. Die Windungen 50 definieren Öffnungen oder Flussdurchgänge 93, die sich in einer Richtung transversal zu der Richtung der Reihen öffnen. Wenn ein Fluid, wie beispielsweise Öl, durch den Flussdurchgang 46 fließt, der durch das Plattenpaar 44 definiert ist, wird es periodisch führenden Rändern 95 begegnen, die zu den Windungen 50 gehören.
Der Turbulizer 48 enthält Windungen 50 variierender Höhe. Spezifischer enthält jede Reihe eine erste Vielzahl von Windungen 50 einer Breite W und einer Höhe H, wobei die Höhe H im Wesentlichen dieselbe wie die Höhe des Flussdurchgangs 46 zwischen dem zentralen Bereich 16 der oberen Platte 12 und dem zentralen Bereich 22 der unteren Platte 14 ist. Die Windungen der Höhe H sind innerhalb der Enden der Reihen angeordnet, so dass die obersten und untersten Oberflächenbereiche 52, 54 der Windungen 50 einen Kontakt zu den zentralen Bereichen 16 und 22 der oberen und unteren Platten 12 und 14 herstellen.
An jedem Ende jeder Reihe ist wenigstens eine Windung 50 angeordnet, die mit 50A bezeichnet ist, mit einer Breite W_A und einer Höhe H_A, wobei die Breite W_A dieselbe wie die Breite W ist und die Höhe H_A geringer als die Höhe H ist. Darüber hinaus ist die Höhe H_A im Wesentlichen dieselbe wie die Höhe des Flussdurchgangs 46 zwischen den Randbereichen 18 und 20 der oberen Platte 12 und dem zentralen Bereich 22 der unteren Platte 14. Diese Windungen 50A bestehen aus den obersten Oberflächenbereichen 52A, den untersten Oberflächenbereichen 54A und Seitenbereichen 56A. Bei dem in den 4 bis 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Seitenbereiche 56A kürzer als die Seitenbereiche 56 der Windungen 50, während die obersten und die untersten Oberflächenbereiche 52A, 54A dieselbe Breite wie die obersten und untersten Oberflächenbereiche 52, 54 der Windungen 50 haben. Zusätzlich sind die untersten Oberflächenbereiche 54 und 54A koplanar, während die obersten Oberflächenbereiche 52A bezüglich der Höhe relativ zu den obersten Oberflächenbereichen 52 reduziert sind, um gemäß der Form des Flussdurchgangs 46 zu sein. Daher besetzen, wie es in 4 gezeigt ist, die Windungen 50A die Bereiche, auf die in 1 als Umgehungsbereiche 40 und 42 Bezug genommen ist, wobei die obersten Oberflächenbereiche 52A der Windungen 50A in Kontakt mit den Randbereichen 18, 20 der oberen Platte 12 sind und wobei die untersten Oberflächenbereiche in Kontakt mit der unteren Platte 14 sind.
Der in den 4 bis 6 gezeigte Turbulizer 48 zeigt nur eine Windung reduzierter Höhe 50A an dem Ende jeder Reihe. Jedoch wird es erkannt werden, dass mehr als eine Windung reduzierter Höhe 50A an einem oder an beiden Enden jeder Reihe vorgesehen sein kann, und zwar in Abhängigkeit von der Konfiguration des Flussdurchgangs und der Breite der Windungen 50. Es wird auch erkannt werden, dass die Windungen reduzierter Höhe 50A vorzugsweise nur an einem Ende des Turbulizers 48 vorgesehen sein können, und zwar in Abhängigkeit von der Konfiguration des Flussdurchgangs 46. Es wird auch erkannt werden, dass, die Windungen reduzierter Höhe an einem Ende der Reihen bezüglich der Höhe und/oder der Breite relativ zu den Windungen reduzierter Höhe an dem anderen Ende der Reihen unterschiedlich sein können.
Die 7 und 8 stellen zwei Varianten des in den 4 bis 6 gezeigten Turbulizers dar, der entwickelt ist, um Durchflussdurchgänge einer variierenden Konfiguration einzurichten, und gleiche bzw. ähnliche Elemente dieser Turbulizer sind durch gleiche Bezugszeichen identifiziert. 7 stellt zwei Reihen 75, 77 eines Turbulizers 58 dar. Jede Reihe umfasst eine Vielzahl von zentral angeordneten Windungen 50 mit einer Höhe H und einer Breite W. An jedem Ende jeder Reihe 75, 77 ist wenigstens eine Windung 50B mit einer Breite W_B, die dieselbe wie die Breite W ist, und einer Höhe H_B, die kleiner als die Höhe H ist, angeordnet. Die Windungen 50B haben Seitenbereiche 56B, die kürzer als Seitenbereiche 56 der Windungen 50 sind, und oberste und unterste Oberflächenbereiche 52B, 54B mit derselben Breite wie die obersten und untersten Oberflächenbereiche 52, 54 der Windungen 50. Zusätzlich sind die obersten Oberflächenbereiche 52 und 52B koplanar, während die untersten Oberflächenbereiche 54B relativ zu den obersten Oberflächenbereichen 54 erhöht bzw. angehoben sind.
8 stellt zwei Reihen 75, 77 eines Turbulizers 60 dar. Jede Reihe umfasst eine Vielzahl von zentral angeordneten Windungen 50 mit einer Höhe H und einer Breite W. An jedem Ende jeder Reihe 75, 77 ist wenigstens eine Windung 50C mit einer Breite W_C, die kleiner als die Breite W ist, und einer Höhe H_C, die kleiner als die Höhe H ist, angeordnet. Die Windungen 50C haben Seitenbereiche 56C, die kürzer als die Seitenbereiche 56 der Windungen 50 sind, und oberste und unterste Oberflächenbereiche 52C, 54C, die schmaler als die obersten und untersten Oberflächenbereiche 52, 54 der Windungen 50 sind. Zusätzlich sind die obersten Oberflächenbereiche 52C bezüglich der Höhe relativ zu den obersten Oberflächenbereichen 52 reduziert, während die untersten Oberflächenbereiche 54C relativ zu den untersten Oberflächenbereichen 54 angehoben sind.
Es wird erkannt werden, dass die Turbulizer 48 und 58 der 6 und 7 durch Erhöhen oder Erniedrigen der Breiten der obersten Oberflächenbereiche 52A, 52B und/oder der Breiten der untersten Oberflächenbereiche 54A, 54B davon modifiziert werden könnten, um dadurch die Höhe bzw. den Abstand sowie die Höhe der Windungen 50A, 50B entlang den sich in Längsrichtung erstreckenden Rändern der Turbulizer 48, 58 zu variieren. Es wird auch erkannt werden, dass der Turbulizer 60 der 8 dadurch modifiziert werden könnte, dass man jeweils die Breite der obersten Oberflächenbereiche 52C und/oder der untersten Oberflächenbereiche 54C gleichder Breite der obersten und untersten Oberflächenbereiche 52, 54 oder größer als diese macht.
Es wird erkannt werden, dass die in den 6 und 7 gezeigten Turbulizer 48 und 58 besonders nützlich sind, wo nur eine der obersten oder der untersten Wand des Plattenpaars 44 in Richtung zu der gegenüberliegenden obersten oder untersten Wand des Plattenpaars 44 benachbart zu den Rändern des Plattenpaars 44 konvergiert, wie in 4. Andererseits ist der in 8 gezeigte Turbulizer 60 besonders nützlich, wo sowohl die oberste als auch die unterste Wand des Plattenpaars 44 in Richtung zueinander benachbart zu den Rändern des Plattenpaars 44 konvergieren, wie in 1.
9 stellt einen Bereich eines weiteren Plattenpaars 70 dar, der einen Turbulizer 94 enthält, wobei 9 kein Ausführungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Wärmetauschers zeigt, und 10 stellt einen Bereich des Turbulizers 94 isoliert dar. Das Plattenpaar 70 ist aus einer ersten und einer zweiten U-förmigen Platte 72 und 7 aufgebaut. Die erste U-förmige Platte 72 hat ein Paar von geraden parallelen Seitenbereichen 76 und 78 (die hierin auch „Schenkel“ genannt werden), die durch einen gebogenen bzw. gekrümmten Bereich 80 (der hier in auch „Krümmungsbereich“ genannt wird) verbunden sind. Die zweite U-förmige Platte 7 hat gleichermaßen im Wesentlichen gerade, parallele Seitenbereiche 82 und 84, die durch einen gekrümmten Bereich 86 verbunden sind. Die Seitenbereiche 82 und 84 der zweiten U-förmigen Platte 7 sind mit Schultern 88 und 90 versehen, die in Eingriff mit den inneren Oberflächen der Seitenbereiche 76 und 78 der ersten U-förmigen Platte 72 sind. Das in Eingriffstehen der Schultern 88 und 90 mit den Seitenbereichen 76 und 78 liefert eine mechanische Verbindung zwischen den Platten 72 und 7 und liefert auch Oberflächen, entlang welchen die Platten 72 und 7 verbunden werden können, wie beispielsweise durch Hartlöten.
Es wird erkannt werden, dass beide Schultern 88 und 90 nicht notwendigerweise auf denselben U-förmigen Plattenabschnitt vorgesehen sind, sondern vielmehr jeder U-förmige Plattenabschnitt mit einer Schulter an einem seiner Seitenbereiche versehen sein kann.
Das Plattenpaar 70 definiert einen Fluidflussdurchgang 92, in welchem ein Turbulizer 94 vorgesehen ist. Der Turbulizer 94 umfasst eine Versatzstreifen-Kühlrippe gleich den oben beschriebenen Streifenkühlrippen 33, 48, 58 und 60. Der Turbulizer 94 umfasst eine Vielzahl von Windungen 96, die in einer Vielzahl von transversalen Reihen angeordnet sind, von welchen in den 9 und 10 nur zwei Reihen 97, 99 gezeigt sind. Die Windungen 96 umfassen oberste Oberflächenbereiche 98 und unterste Oberflächenbereiche 100, die mehr abgerundet als die obersten und untersten Oberflächenbereiche der oben beschriebenen Turbulizer sind, die aber flache Bereiche zum in Eingriff gelangen mit den Seitenbereichen 76, 78, 82, 84 der Platten 72, 74 haben. Die Windungen 96 umfassen weiterhin Seitenbereiche 102, die die obersten und untersten Oberflächenbereiche 98, 100 miteinander verbinden. In dem Turbulizer 94 sind die Seitenbereiche 102 eher abgeschrägt als vertikal, wie bei den oben beschriebenen Turbulizern. Es wird erkannt werden, dass die Windungen 96 des Turbulizers 94 nicht notwendigerweise die in den 9 und 10 gezeigte Form haben, sondern eine andere Form haben können. Beispielsweise können sie rechteckig sein, wie bei den oben beschriebenen Turbulizern.
Die Windungen 96 definieren Öffnungen oder Flussdurchgänge 101, die sich in einer Richtung transversal zu der Richtung der Reihen 97, 99 öffnen. Wenn ein Fluid, wie beispielsweise Öl, durch den durch das Plattenpaar 44 definierten Flussdurchgang 96 fließt, wird es periodisch führenden Rändern 103 begegnen, die zu den Windungen 96 gehören.
Der Turbulizer 94 enthält Windungen 96 variierender Höhe. Spezifischer enthält jede Reihe eine erste Vielzahl von Windungen 96 einer Breite W und einer Höhe H, wobei die Höhe H im Wesentlichen dieselbe wie die maximale Höhe des Fluidflussdurchgangs 92 zwischen den Seitenwänden der Platten 72 und 74 ist.
Die erste Vielzahl von Windungen 96 umfasst zwei Gruppen, die durch wenigstens eine Windung 96A mit einer Breite W_A, die dieselbe wie die Breite W ist, und einer Höhe H_A, die kleiner als die Höhe H ist, getrennt sind. Die Höhe H_A ist im Wesentlichen dieselbe wie die Höhe des Flussdurchgangs 94 an der Stelle, wo die erste und die zweite U-förmige Platte 72 und 74 verbunden sind, d.h. zwischen den Schultern 88 und 90. Die Windungen 96A umfassen oberste Oberflächenbereiche 98A, unterste Oberflächenbereiche 100A und Seitenbereiche 102A. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel sind die Seitenbereiche 102A kürzer als die Seitenbereiche 102 der Windungen 96, während die obersten und die untersten Oberflächenbereiche 98A, 100A dieselbe Breite wie die obersten und untersten Oberflächenbereiche 98 der Windungen 96 haben. Zusätzlich sind die obersten Oberflächenbereiche 98A bezüglich der Höhe relativ zu den obersten Oberflächenbereichen 98 reduziert, während die untersten Oberflächenbereiche 100A relativ zu den untersten Oberflächenbereichen 100 angehoben sind.
An jedem Ende jeder Reihe 97, 99 ist wenigstens eine Windung 96B mit einer Breite W_B, die dieselbe wie die Breite W ist, und einer Höhe H_B, die kleiner als die Höhen H und H_A ist, angeordnet. Die Windungen 96B haben Seitenbereiche 102B, die kürzer als die Seitenbereiche 102 und 102A sind, und haben oberste und unterste Oberflächenbereiche 98B, 100B, die dieselben wie die obersten und untersten Oberflächenbereiche 98, 100 sind. Zusätzlich sind die untersten Oberflächenbereiche 100B und 100A koplanar, während die obersten Oberflächenbereiche 98B bezüglich der Höhe relativ zu den obersten Oberflächenbereichen 98 und 98A der Windungen 96 und 96A reduziert sind. Es wird erkannt werden, dass sich die Windungen 96B in die Bereiche einer reduzierten Höhe benachbart zu den Rändern des Flussdurchgangs 92 erstrecken.
Bei den bisher beschriebenen Wärmetauschern sind die Turbulizer in den Fluidflussdurchgängen in der Niederdruckabfallausrichtung positioniert, d.h. mit den Reihen der Windungen transversal zu der Flussrichtung und transversal zu der Längsachse des Plattenpaars angeordnet. Bei den hier vorgeschlagenen Wärmetauschern sind die Turbulizer in der Hochdruckabfallausrichtung angeordnet, bei welcher die Reihen der Windungen parallel zu der Flussrichtung und parallel zu der Längsachse des Plattenpaars angeordnet sind. Diese Ausführungsbeispiele werden nun nachfolgend beschrieben.
Die 11 bis 14 stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines Turbulizers 120 mit einer Vielzahl von Windungen 124, 134 dar, die in Reihen 122 angeordnet sind, die sich entlang einer Längsachse L erstrecken, welche parallel zu der Richtung eines Fluidflusses ist.
Eine erste Vielzahl von Reihen 122, die von den Längsrändern des Turbulizers 120 beabstandet sind, besteht aus allgemein sinusförmigen Windungen 124 mit einer ersten Höhe H. Die Windungen 124 umfassen glatt gebogene oberste und unterste Oberflächenbereiche 126, 127, die durch schrägstehende bzw. geneigte Bereiche 128 verbunden sind. Die schrägstehenden Seitenbereiche 128 sind bei etwa ihren Mittelpunkten durch Schultern 130 unterbrochen, durch welche benachbarte Reihen 122 miteinander verbunden sind. Diese Schultern 130 sind miteinander verbunden, um kontinuierliche Linien 132 auszubilden, die sich transversal über den Turbulizer 120 erstrecken.
Der Turbulizer 120 enthält auch eine Vielzahl von Reihen 122, die mit 122A bezeichnet sind, welche aus Windungen 134 bestehen, die eine etwas reduzierte Höhe H_A relativ zu den Windungen 124 haben. Diese Reihen 122A erstrecken sich entlang den Längsrändern des Turbulizers 120. Eine Querschnittsansicht durch einen Bereich einer Reihe 122A von Windungen 134 mit reduzierter Höhe ist in 13 gezeigt. Wie es gezeigt ist, bestehen die Windungen 134 aus flachen obersten und untersten Oberflächenbereichen 136, 137, die durch schrägstehende Seitenbereiche 138 verbunden sind. Die Seitenbereiche 138 sind durch Schultern 140 unterbrochen, die relativ breiter als die Schultern 130 der Windungen 124 sind und durch welche die Windungen 134 an den Rändern des Turbulizers 120 mit Windungen 124 in Nachbarreihen verbunden sind.
Die Windungen 124, 134 definieren Öffnungen oder Flussdurchgänge 125, die sich in einer Richtung transversal zu der Richtung der Reihen 122 und transversal zu der Flussrichtung öffnen. Wenn ein Fluid, wie beispielsweise Öl, durch den Turbulizer 120 durch Verfolgen eines gewundenen bzw. gekrümmten Pfads durch die transversalen Öffnungen zwischen Windungen benachbarter Reihen 122 fließt, wird es periodisch den Seitenbereichen 128, 138 der Windungen 124, 134 begegnen. Diese Ausrichtung wird Hochdruckabfallausrichtung genannt.
14 stellt einen Turbulizerstreifen 120 dar, der in dem Fluidflussdurchgang 142 eines Plattenpaars 144 angeordnet ist, das aus oberen und unteren Platten 146, 148 besteht und allgemein dieselbe Form wie das in 1 gezeigte Plattenpaar 61 nach dem Stand der Technik hat. Der Querschnitt der 14 ist in einer transversalen Ebene durch die kontinuierliche Linie 132 genommen, die durch die Schultern der Windungen 124, 134 ausgebildet ist. Die Platten 146, 148 sind Rückseite an Rückseite angeordnet und haben verbundene periphere Flansche 152, 158. Die Platten 146, 148 haben auch erhöhte zentrale Bereiche 150, 156, die mit den Flanschen 152, 158 durch schrägstehende abgerundete Seitenwände 154, 160 verbunden sind. Aufgrund des Vorhandenseins von schrägstehenden abgerundeten Seitenwänden 154, 160 hat der Fluidflussdurchgang 142 des Plattenpaars 144 einen zentralen Bereich mit einer Höhe, die gleich dem Abstand zwischen den zentralen erhöhten Bereichen 150, 156 der Platten 146 und 148 ist. Der Bereich, der sich den Flanschen 152, 158 nähert, ist bezüglich der Höhe nach und nach reduziert.
Wie es oben angegeben ist, ist der Turbulizer 120 in dem Fluidflussdurchgang 152 in der Hochdruckabfallausrichtung positioniert. Die Reihen 122 mit den Windungen 124 einer Höhe H sind zwischen den zentralen erhöhten Bereichen 150, 156 der Platten 146, 148 und in Kontakt mit ihnen angeordnet. Die Reihen 122A entlang den Rändern des Turbulizerstreifens 120 mit den Windungen 134 der Höhe H_A sind benachbart zu den Rändern des Fluidflussdurchgangs 142 angeordnet, d.h. benachbart zu den Flanschen 152, 158. Um den Umgehungsbereich benachbart zu den Rändern des Flussdurchgangs 142 zu minimieren, ist es bevorzugt, dass die Windungen 134 reduzierter Höhe wenigstens einen gewissen Kontakt mit den oberen und unteren Platten 146 und 148 bilden, wie es in 14 gezeigt ist. Jedoch wird es aufgrund der gekrümmten Form der Ränder des Flussdurchgangs 142 und der quadratischen Form der Windungen erkannt werden, dass ein vollständiger Kontakt mit den Platten 146 und 148 nicht möglich ist.
Die 15 und 16 zeigen, dass der Turbulizer 120 in Wärmetauschern verwendet werden kann, die eher aus flachen, ausgezogenen bzw. extrudierten Rohren variierender Formen als aus den oben beschriebenen Plattenpaaren ausgebildet sind. Die Querschnitte der 15 und 16 sind in einer transversalen Ebene durch die obersten und untersten Oberflächenbereiche der Windungen 124, 134 genommen.
In 15 ist der Turbulizer 120 in der Hochdruckabfallausrichtung in einem flachen Wärmetauscherrohr 180 mit flachen, parallelen obersten und untersten Wänden 182, 184 und im Wesentlichen vertikalen Seitenwänden 186, 188 angeordnet. Zusammen definieren die Wände 182, 184, 186, 188 einen Fluidflussdurchgang 190. Die obersten, die untersten und die Seitenwände sind durch gewinkelte Übergänge 192, 194, 196 und 198 miteinander verbunden, die die Höhe des Flussdurchgangs 190 benachbart zu seinen äußeren Rändern reduzieren. Es wird gesehen werden, dass die Windungen 134 reduzierter Höhe des Turbulizers 120 einen großen Bereich des Bereichs auffüllen, der zwischen den gewinkelten Übergängen 192 und 194 angeordnet ist, und des Bereichs, der zwischen den gewinkelten Übergängen 196 und 198 angeordnet ist, um dadurch um einen Umgehungsfluss durch das Rohr 180 wesentlich zu reduzieren.
In 16 ist der Turbulizer 120 in der Hochdruckabfallausrichtung in einem flachen Wärmetauscherrohr 200 mit flachen, parallelen obersten und untersten Wänden 202, 204 angeordnet, die durch abgerundete Seitenbereiche 206, 208 verbunden sind. Zusammen definieren die Wände 202, 204 und die Seitenbereiche 206, 208 einen Fluidflussdurchgang 210. Die Höhe des Flussdurchgangs 210 ist innerhalb der abgerundeten Seitenbereiche 206, 208 reduziert. Es wird gesehen werden, dass die Windungen 134 reduzierter Höhe des Turbulizers 120 einen großen Bereich des Bereichs füllen, der innerhalb der abgerundeten Seitenbereiche 206, 208 angeordnet ist, um dadurch einen Umgehungsfluss durch das Rohr 200 wesentlich zu reduzieren.
Bei dem in den 11 bis 13 gezeigten Turbulizer sind die flachen obersten Oberflächenbereiche 136 der Windungen 134 reduzierter Höhe bezüglich der Höhe relativ zu den obersten Oberflächenbereichen 126 der Windungen 124 vollständiger Höhe reduziert und sind die flachen untersten Oberflächenbereiche 137 der Windungen 134 reduzierter Höhe relativ zu den untersten Oberflächenbereichen 127 der Windungen 124 vollständiger Höhe angehoben. Somit ist der Turbulizer 120 besonders bei Wärmetauscherrohren oder Plattenpaaren, wie beispielsweise denjenigen, die in den 14 bis 16 gezeigt sind, nützlich, bei denen die obersten und untersten Wände des Rohrs oder des Plattenpaars in Richtung zu einer zentralen Ebene konvergieren.
Es wird jedoch erkannt werden, dass der Turbulizer 120 zur Verwendung in einem Rohr oder einem Plattenpaar ähnlich oder identisch zu denjenigen, die in den 4 und 4A gezeigt sind, modifiziert werden könnte, wo die unterste Wand des Rohrs oder des Plattenpaars flach ist und die oberste Wand des Rohrs oder des Plattenpaars in Richtung zu der untersten Wand benachbart zu seinen Rändern konvergiert. Spezifisch könnte der Turbulizer 120 so modifiziert werden, dass die untersten Bereiche 137 der Windungen 134 reduzierter Höhe koplanar zu den untersten Bereichen 127 der Windungen 124 vollständiger Höhe sind. Beispielsweise könnten die unteren Bereiche der Windungen 134 reduzierter Höhe (unter den Schultern 140) dieselbe oder ähnliche sinusförmige Form und Höhe wie die Windungen 124 vollständiger Höhe haben. Diese Möglichkeit ist durch einen Bereich 123 mit gepunkteter Linie im Querschnitt der 13 dargestellt.
17 stellt einen weiteren bevorzugten Turbulizer 170 zur Verwendung bei Wärmetauschern gemäß der Erfindung dar. Der Turbulizer 170 ist bezüglich einer Anzahl von Aspekten gleich dem in den 11 bis 13 gezeigten Turbulizer 120 und gleiche Bezugszeichen sind zum Identifizieren gleicher Komponenten in dem Turbulizer der 17 verwendet. Der Turbulizer 170 umfasst eine Vielzahl von Reihen 122 von Windungen. Einige dieser Reihen 122 bestehen aus Windungen 124 einer vollständigen Höhe, die von den Rändern des Turbulizerstreifens 170 aus nach innen beabstandet sind. Der Turbulizerstreifen 170 enthält auch eine Anzahl von Reihen 122, die mit 122A bezeichnet sind, welche aus Windungen 134 mit reduzierter Höhe bestehen. Die Reihen 122A sind entlang den sich in Längsrichtung erstreckenden Rändern des Turbulizerstreifens 170 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel der 17 gibt es eine Reihe 122 von Windungen 134 reduzierter Höhe entlang jedem Rand des Turbulizerstreifens 170. Die Windungen 124 und 134 des Turbulizerstreifens 170 sind genau dieselben wie bei dem Turbulizer 120, und daher ist eine weitere Diskussion dieser Windungen nicht nötig. Der Turbulizer 170 ist vorzugsweise in einem Plattenpaar oder einem extrudierten Wärmetauscherrohr in einer Hochdruckabfallausrichtung angeordnet, wie es in den 14 bis 16 gezeigt ist, was bedeutet, mit Reihen 122, die sich transversal zu der Richtung eines Fluidflusses erstrecken.
Zusätzlich ist der Turbulizer 170 der 17 mit voneinander beabstandeten Reihen 172 versehen, die aus Windungen reduzierter Höhe H_A bestehen. Die Reihen 172 sind zwischenden Reihen 122 von Windungen vollständiger Höhe H angeordnet. Die Windungen reduzierter Höhe H_A können vorzugsweise dieselbe Form und dieselben Dimensionen wie die Windungen 134 haben, die in 13 gezeigt sind, obwohl dies nicht nötig ist. Die Reihen 172, die aus Windungen reduzierter Höhe H_A bestehen, stellen Druckwiedergewinnungszonen zur Verfügung, um einen exzessiven Druckabfall zu vermeiden, wenn das Fluid durch den Turbulizer 170 in der Hochdruckabfallausrichtung fließt.
Obwohl die Plattenpaare 44, 44' und 70, die in den 4, 4A und 9 gezeigt sind, in den Zeichnungen derart gezeigt sind, dass sie mit Turbulizern versehen sind, die in der Niederdruckabfallausrichtung angeordnet sind, wird es erkannt werden, dass diese und ähnliche Plattenkonfigurationen in Kombination mit Turbulizern verwendet werden können, die in der Hochdruckabfallausrichtung angeordnet sind, wie beispielsweise die Turbulizer, die in den 11 bis 13 und 17 gezeigt sind. Beispielsweise könnte der in 17 gezeigte Turbulizer 170 in einem Plattenpaar 70 verwendet werden, wie es in 9 gezeigt ist. Um in den Flussdurchgang des Plattenpaars 70 zu passen, würde der Turbulizer 170 mit wenigstens einer Reihe 122A von Windungen 134 reduzierter Höhe H_A entlang jedem seiner Ränder versehen sein und würde mit wenigstens einer Reihe 172 von Windungen reduzierter Höhe H_A versehen sein, um zwischen die Schultern 88 und 90 zu passen, die in den sich überlagernden Endbereichen der U-förmigen Platten ausgebildet sind.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist sie nicht darauf beschränkt. Vielmehr enthält die Erfindung alle Ausführungsbeispiele, die in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche fallen können.

Claims

Wärmetauscher, der Folgendes aufweist: (a) zumindest ein Wärmetauscherrohr (144, 180, 200), das einen hohlen Fluidflussdurchgang (142, 190, 210) definiert, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) eine Höhe und eine Breite hat und sich in Längsrichtung entlang einer Fluidflussachse L erstreckt, wobei die Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) über seine Breite variiert, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) zumindest einen Bereich vollständiger Höhe aufweist, in welchem die Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) bei einem Maximum ist, und zumindest einen Bereich reduzierter Höhe, in welchem die Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) kleiner als die maximale Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) ist, und wobei die Bereiche vollständiger Höhe und reduzierter Höhe benachbart zueinander angeordnet sind; (b) einen Turbulizer (120, 170), der innerhalb des Fluidflussdurchgangs (142, 190, 210) aufgenommen ist, wobei der Turbulizer (120, 170) eine Vielzahl von Reihen (122, 122A, 172) von Windungen (124, 134) aufweist, wobei benachbarte Reihen (122, 122A, 172) der Vielzahl von Reihen (122, 122A, 172) in einer parallelen Beziehung Seite an Seite miteinander verbunden sind, wobei die Windungen (124, 134) jeder Reihe (120, 122A, 172) eine Folge von obersten Oberflächenbereichen (126, 136) und untersten Oberflächenbereichen (127, 137) aufweisen, die durch Seitenbereiche (128, 138) miteinander verbunden sind, und wobei sich die Reihen (122, 122A, 172) parallel zu der Fluidflussachse L erstrecken, wobei zumindest zwei benachbarte Reihen (122, 122A, 172) aus Windungen (124, 134) unterschiedlicher Höhen bestehen, einschließlich zumindest einer Reihe (122) von Windungen (124) vollständiger Höhe, die in dem Bereich vollständiger Höhe des Fluidflussdurchgangs (142, 190, 210) positioniert sind und eine Höhe haben, die dieselbe wie die maximale Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) ist, und einschließlich zumindest einer Reihe von Windungen (134) reduzierter Höhe, die in dem Bereich reduzierter Höhe des Fluidflussdurchgangs (142, 190, 210) positioniert sind und eine maximale Höhe haben, die geringer als die maximale Höhe des Flussdurchgangs (142, 190, 210) und geringer als die Höhe der Windungen (124) vollständiger Höhe ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei alle Windungen (124, 134) derselben Reihe (122, 122A, 172) dieselbe Höhe haben.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) einen Bereich vollständiger Höhe enthält, der in dem Flussdurchgang (142, 190, 210) zentral angeordnet ist, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) zwei der Bereiche reduzierter Höhe enthält, die an gegenüberliegenden Rändern des Flussdurchgangs (142, 190, 210) angeordnet sind; und wobei der Turbulizer (120, 170) zumindest eine Reihe (122A, 170) der Windungen (134) reduzierter Höhe entlang jedes seiner Ränder aufweist, und wobei die Reihen der Windungen (134) reduzierter Höhe durch eine Vielzahl von Reihen (122) der Windungen (124) vollständiger Höhe getrennt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) einen Bereich reduzierter Höhe enthält, der zwischen gegenüberliegenden Rändern des Flussdurchgangs (142, 190, 210) angeordnet ist, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) zwei der Bereiche vollständiger Höhe enthält, die benachbart zu dem Bereich reduzierter Höhe angeordnet sind; und wobei der Turbulizer (170) zumindest eine Reihe (172) der Windungen reduzierter Höhe enthält und eine Vielzahl von Reihen (122) der Windungen (124) vollständiger Höhe auf jeder Seite der Reihe (172) von Windungen reduzierter Höhe enthält.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, wobei der Flussdurchgang (142, 190, 210) weiterhin ein Paar von Bereichen reduzierter Höhe enthält, die an gegenüberliegenden Rändern des Flussdurchgangs (142, 190, 210) angeordnet sind, von denen jeder benachbart zu einem der Bereiche vollständiger Höhe angeordnet ist; und wobei der Turbulizer (170) weiterhin zumindest eine Reihe (122A) der Windungen (134) reduzierter Höhe entlang jedes seiner Ränder und benachbart zu einem der Bereiche vollständiger Höhe enthält.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Wärmetauscherrohr (144, 180, 200) ein Plattenpaar aus einer oberen Platte (146) und einer unteren Platte (148) aufweist, das den Fluidflussdurchgang (142) definiert, wobei die obersten (126, 136) und untersten (127, 137) Oberflächenbereiche der Windungen (124, 134) vollständiger Höhe und reduzierter Höhe in Kontakt mit den Platten (146, 148) des Plattenpaares sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die obersten (126) und untersten (127) Oberflächenbereiche der Windungen (124) vollständiger Höhe abgerundet sind und die obersten (136) und untersten (137) Oberflächenbereiche der Windungen (134) reduzierter Höhe flach sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die obersten Oberflächenbereiche (126, 136) der Windungen (124, 134) in jeder Reihe (122, 122A, 172) in Längsrichtung mit den untersten Oberflächenbereichen (127, 137) der Windungen (124, 134) in einer benachbarten Reihe (122, 122A, 172) ausgerichtet sind.