DE112012006995T5

DE112012006995T5 - Kopfteil für einen Verdampfer

Info

Publication number: DE112012006995T5
Application number: DE112012006995.1T
Authority: DE
Inventors: Jon Phillip Hartfield; Harry Kenneth RING; Gang Wang; Ruitao Liu
Original assignee: Trane International Inc
Current assignee: Trane International Inc
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2015-09-10
Also published as: WO2014056151A1; GB201507085D0; US10697717B2; CN105283717B; CN105283717A; US20150285570A1; GB2521574B; GB2521574A

Abstract

Ausführungsformen eines Kopfteils für einen Verdampfer in einem HLK-System werden bereitgestellt. Das Kopfteil kann einen Fluideinlass und einen Fluidauslass in einer Seite-an-Seite-Anordnung an einem Ende des Kopfteils aufweisen, und es kann eine Verteilungskammer und eine Auffangkammer in einer Oben-Unten-Anordnung auf einer gegenüberliegenden Seite des Kopfteils aufweisen. Die Verteilungskammer und die Auffangkammer sind dazu ausgelegt, in Fluidverbindung entsprechend mit Einlassen und Auslässen eines wärmetauschenden Rohrbündels zu stehen. Die Verteilungskammer und die Auffangkammer können dazu ausgelegt sein, kontinuierliche glatte bzw. sanfte Oberflächenkonturen aufzuweisen, um zu helfen Druckabfall und Grenzschichtablösung zu reduzieren, und eine vorteilhafte Verteilung des Prozessfluids an die wärmetauschenden Rohre zu fördern, wenn ein Prozessfluid zwischen dem Fluideinlass oder dem Fluidauslass und der Verteilungskammer oder dementsprechend der Auffangkammer fließt.

Description

Feld der Technologie
Hierin offenbarte Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik(HLK)-System. Genauer beziehen sich hierin offenbarte Ausführungsformen auf ein Kopfteil für einen Verdampfer eines HLK-Systems.
Hintergrund
Ein Verdampfer eines HLK-Systems weist typischerweise ein Rohrbündel in einer Mantelbauweise auf. Das Rohrbündel umfasst typischerweise eine Vielzahl an Rohren, die dazu ausgelegt sind, ein Prozessfluid zu transportieren, wie z.B. Wasser. Ein Kältemittel in dem Mantel kann Wärme mit dem Prozessfluid in dem Rohrbündel tauschen, um das Prozessfluid herunter zu kühlen.
Typischerweise erstrecken sich die wärmetauschenden Rohre über die ganze Länge des Verdampfers. In einer Ein-Durchlauf-Verdampferbauweise fließt typischerweise ein Prozessfluid in Einlässe der wärmetauschenden Rohre, von einem Ende des Verdampfers durch die ganze Länge des Verdampfers und dann aus Auslässen der wärmetauschenden Rohre des anderen Endes des Verdampfers. In einer Zwei-Durchlauf-Verdampferbauweise fließt das Prozessfluid typischerweise in Einlässe von wärmetauschenden Rohren eines ersten Durchlaufes von einem Ende des Verdampfers. Das Prozessfluid fließt die ganze Länge des Verdampfers durch die wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs, biegt in einer an dem anderen Ende des Verdampfers angeordneten Rückkehrbox ab, und fließt dann in wärmetauschenden Rohren eines zweiten Durchlaufs, um zu Auslässen zurückzukehren, die an demselben Ende wie die Einlässe angeordnet sind. Einige Verdampfer können auch eine Vier-Durchlauf-Bauweise aufweisen.
Ein Kopfteil ist eine Vorrichtung, die an dem Ende des Verdampfers angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, das Prozessfluid von dem Rohrbündel aufzunehmen oder zu verteilen. Zum Beispiel sind in einigen Verdampfern die Einlässe der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs in einem unteren Abschnitt des Endes des Verdampfers angeordnet, während die Auslässe der wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs in einem oberen Abschnitt des Endes des Verdampfers angeordnet sind. Das Kopfteil kann einen Fluideinlass sowie einen Fluidauslass aufweisen, die eine „Darunter-Darüber“-Bauweise haben, d.h. der Fluideinlass ist in einem unteren Abschnitt des Kopfteils angeordnet und ist dazu ausgelegt, in Fluidverbindung mit den Einlässen der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs zu stehen; und der Fluidauslass ist in einem oberen Abschnitt des Kopfteils angeordnet und dazu ausgelegt, in Fluidverbindung mit den Auslässen der wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufes zu stehen.
In einigen Verdampfern können die Einlässe der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufes zu einer linken (oder rechten) Seite des Verdampfers hin angeordnet sein, während die Auslässe der wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufes zu einer rechten (oder linken) Seite des Verdampfers hin angeordnet sein können. Dementsprechend können ein Wassereingang und ein Wasserausgang eines Kopfteils so ausgelegt sein, dass sie eine „Seite-an-Seite“-Konfiguration aufweisen.
Zusammenfassung
In der folgenden Beschreibung sind Ausführungsformen eines Kopfteils beschrieben. Das Kopfteil kann helfen, Druckabfall und Grenzschichtablösung zu reduzieren, wenn ein Prozessfluid von dem Kopfteil verteilt oder aufgenommen wird.
In einigen Ausführungsformen kann das Kopfteil einen Fluideinlass und einen Fluidauslass in einer „Seite-an-Seite“-Anordnung aufweisen. Der Fluideinlass kann dazu ausgelegt sein, in Fluidverbindung mit einer Verteilungsöffnung durch eine Verteilungskammer zu stehen, und der Fluidauslass kann dazu ausgelegt sein, in Fluidverbindung mit einer Auffangöffnung durch eine Auffangkammer zu stehen. In einigen Ausführungsformen können die Verteilungsöffnung und die Verteilungskammer dazu ausgelegt sein, eine „Oben-Unten“-Anordnung aufzuweisen, und durch einen Teiler getrennt zu sein. Der Teiler weist eine erste Teilungsoberfläche und eine zweite Teilungsoberfläche auf. Die erste Teilung ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, der Verteilungskammer zugewandt zu sein und die zweite Teilung ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, der Auffangkammer zugewandt zu sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Verteilungskammer dazu ausgelegt sein, einen umgedreht trichterartigen Übergang mit kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen aufzuweisen, die den Fluideinlass und die Verteilungsöffnung miteinander verbinden. Der umgedreht trichterartige Übergang kann dazu ausgelegt sein, sich in einer Richtung der Fluidströmung durch den umgedreht-trichterartigen Übergang zu erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann die Auffangkammer dazu ausgelegt sein, einen trichterartigen Übergang mit kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen aufzuweisen, die die Auffangöffnung mit dem Fluidauslass verbinden. Der trichterartige Übergang kann dazu ausgelegt sein, durch den trichterartigen Übergang sich in einer Richtung einer Fluidströmung trichterförmig zu erweitern.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Teilungsoberfläche der Verteilungskammer so ausgelegt sein, dass sie einen konisch geformten Bereich aufweist, der sich konkav in den Auffangbereich erstreckt, und der konisch geformte Bereich kann dazu ausgelegt sein, einen Teil eines Fluids zu der Verteilungsöffnung zu leiten, wenn das Fluid zwischen dem Fluideinlass und der Verteilungsöffnung fließt.
In einigen Ausführungsformen kann die zweite Teilungsoberfläche der Auffangkammer dazu ausgelegt sein, einen konisch geformten Bereich aufzuweisen, der sich konkav in den Verteilungsbereich erstreckt, und der konisch geformte Bereich kann dazu ausgelegt sein, einen Teil eines Fluids in Richtung des Fluidauslasss zu leiten, wenn das Fluid zwischen der Auffangöffnung und dem Fluidauslass fließt.
Der trichterartigen und umgedreht trichterartigen Übergänge mit glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen können helfen, Grenzschichtablösung und Druckabfall zu reduzieren, wenn das Fluid zwischen dem Fluideinlass und der Verteilungsöffnung, sowie zwischen der Auffangöffnung und dem Fluidauslass, fließt. Die trichterartigen und umgedreht trichterartigen Übergänge mit glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen können auch helfen, eine vorteilhafte Verteilung des Prozessfluids zwischen den wärmetauschenden Rohren zu fördern.
Andere Merkmale und Aspekte der Ansätze zur Handhabung des Fluids werden unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung und begleitenden Zeichnungen deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Jetzt wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend entsprechende Teile kennzeichnen.
1A und 1B zeigen eine schematische Ansicht eines Verdampfers mit einem Kopfteil. 1A zeigt eine Seitenansicht des Verdampfers. 1B zeigt eine Endansicht des Verdampfers.
2A bis 2G zeigen unterschiedliche Aspekte einer Ausführungsform eines Kopfteils. 2A ist eine erhöhte, perspektivische Vorderansicht des Kopfteils. Die 2B und 2C sind Rückansichten des Kopfteiles. 2D ist eine Schnittzeichnung des Kopfteils entlang der Linie A-A der 2A. 2E ist eine Schnittzeichnung des Kopfteils entlang der Linie B-B der 2A. 2F ist eine Schnittzeichnung des Kopfteils entlang der Linie C-C der 2A. 2G ist eine vergrößerte Ansicht eines Gebiets G der 2A.
Detaillierte Beschreibung
Ein Kopfteil ist eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, ein Prozessfluid, wie z.B. Wasser, an wärmetauschende Rohre eines Verdampfers, zu verteilen, und/oder ein Prozessfluid aufzunehmen nachdem das Prozessfluid durch den Verdampfer in den wärmetauschenden Rohren heruntergekühlt wurde. Das Kopfteil ist typischerweise an einem längsseitigem Ende des Verdampfers angeordnet. Bei einigen Verdampfern kann das Kopfteil zwei Bereiche aufweisen, einen Fluidverteilungsbereich und einen Fluidauffangbereich. Der Fluidverteilungsbereich steht in Fluidverbindung mit Einlässen von wärmetauschenden Rohren eines ersten Durchlaufes, und der Fluidauffangbereich steht in Fluidverbindung mit Auslässen von wärmetauschenden Rohren eines zweiten Durchlaufes. Das Prozessfluid wird durch einen Fluideinlass des Kopfteils in den Fluidverteilungsbereich geleitet und an die Einlässe der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs verteilt, fließt dann aus den Auslässen der zweiten wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs, und wird von dem Fluidauffangbereich aufgenommen und zu einem Fluidauslass des Kopfteils geleitet. Abhängig von der Anordnung der wärmetauschenden Rohre, können der Fluideinlass (und der Fluidverteilungsbereich) und der Fluidauslass (und der Fluidauffangbereich) in einer Darunter-Darüber-Anordnung oder in einer „Seite-an-Seite“-Anordnung angeordnet sein.
Bei einigen Verdampfern können die wärmetauschenden Rohre nur einen unteren Bereich des Mantels belegen und die Auslässe der wärmetauschenden Rohre sind in einer „Oben-Unten“-Art angeordnet. Falls der Fluideinlass und der Fluidauslass in einer „Darunter-Darüber“-Art angeordnet sind, können bei diesen Verdampfern die Durchmesser des Fluideinlasses und des Fluidauslasses begrenzt sein, da eine Höhe des Kopfteils beschränkt sein kann. Die begrenzten Durchmesser des Fluideinlasses und/oder des Fluidauslasses können eine Zunahme des Druckabfalls bewirken, wenn das Prozessfluid durch das Kopfteil fließt.
In der folgenden Beschreibung sind Ausführungsformen eines Kopfteils beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann das Kopfteil einen Fluideinlass und einen Fluidauslass in einer „Seite-an-Seite“-Anordnung aufweisen, sowie eine Verteilungsöffnung, die in Fluidverbindung mit dem Fluideinlass steht, und es kann eine Auffangöffnung aufweisen, welche in Fluidverbindung mit dem Fluidauslass in einer „Darunter-Darüber“-Anordnung steht. In einigen Ausführungsformen ist eine Verteilungskammer mit kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen dazu ausgelegt, den Fluideinlass und den Verteilungseingang zu verbinden; und eine Auffangkammer mit kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen ist dazu ausgelegt, die Auffangöffnung und den Fluidauslass zu verbinden. Die Verteilungskammer kann dazu ausgelegt sein, das Fluid zu dispergieren, wenn das Fluid von dem Fluideinlass zu der Verteilungsöffnung fließt; und die Auffangkammer kann dazu ausgelegt sein, das Fluid zu kontrahieren, wenn das Fluid von der Auffangöffnung zu dem Fluidauslass fließt. In einigen Ausführungsformen können die Verteilungs- und Auffangkammern dazu auslegt sein, trichterartige Übergänge aufzuweisen. Die trichterartigen Übergänge und glatten Oberflächen können helfen, Grenzschichtablösung zu reduzieren, wenn das Fluid zwischen dem Fluideinlass und der Verteilungsöffnung, sowie zwischen der Auffangöffnung und dem Fluidauslass fließt. Das Kopfteil, wie es hier beschrieben ist, kann auch Kompakt sein und Druckabfall in dem Prozessfluid in dem Kopfteil im Betrieb reduzieren. Das Kopfteil, wie er hier beschrieben ist, kann auch helfen, die Effizienz des Wärmetauschs, durch das Begünstigen von vorteilhaften Verteilungen des Prozessfluids an die wärmetauschenden Rohre zu steigern.
Es wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Teil hiervon bilden, und in denen durch die Darstellung von Ausführungsformen gezeigt ist, wie diese umgesetzt werden können. Es ist zu verstehen, dass die hier verwendeten Begriffe zur Beschreibung der Figuren und Ausführungsformen verwendet werden und nicht als Einschränkung der vorliegenden Anmeldung angesehen werden sollten.
Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B ist eine Ausführungsform eines Verdampfers 100 einer Zwei-Durchlauf-Bauweise mit einem Kopfteil 110 offenbart. Wie in der 1A gezeigt, umschließt der Verdampfer 100 ein Rohrbündel 120 mit einer Vielzahl an wärmetauschenden Rohren 121.
1B zeigt eine Endansicht von dem ersten Ende 102 des Verdampfers 100. Das Kopfteil 110 ist, zur Verdeutlichung, getrennt von dem Verdampfer 100 dargestellt. Das Rohrbündel 120 der Verdampfers 100, wie in den 1A und 1B gezeigt, ist in einem unteren Bereich 105 des Verdampfers 100 angeordnet.
Eine gedachte Trennlinie 125 unterteilt die wärmetauschenden Rohre 121 des Rohrbündels 120 in wärmetauschende Rohre des ersten Durchlaufs 124, welche zu einer Unterseite des Rohrbündels 120 hin angeordnet sind, und wärmetauschende Rohre des zweiten Durchlaufs 126, welche zu einer Oberseite des Rohrbündels 120 hin angeordnet sind. Die wärmetauschen Rohre des ersten Durchlaufs 124 weisen Einlässe 127 an dem ersten Ende 102 auf und die wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs 126 weisen Auslässe 128 an dem ersten Ende 102 auf.
Das Kopfteil 110 weist einen Fluideinlass 112 und einen Fluidauslass 114 auf. Wenn das Kopfteil 110 an dem ersten Ende 102 des Verdampfers 100, installiert ist, wie in 1A und in 1B gezeigt, dann sind der Fluideinlass 112 und der Fluidauslass 114 in einer Seite-an-Seite-Konfiguration.
Der Fluideinlass 112 ist dazu ausgelegt, in Fluidverbindung mit den Einlässen 127 der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs 124 zu stehen. Der Fluidauslass 114 ist dazu ausgelegt, in Fluidverbindung mit den Auslässen 128 der wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs 126 zu stehen.
In Betrieb ist der Fluideinlass 112 dazu ausgelegt, das Prozessfluid, wie z.B. Wasser, an die Einlässe 127 der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs 124 von dem ersten Ende 102 des Rohrbündels 120 her, zu verteilen. Das Prozessfluid breitet sich eine ganze Länge L1 des Verdampfers 100 in die wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs 123 aus, macht eine Kehrtwende in einer Rückkehrbox 122, welche an dem zweiten Ende 104 des Verdampfers 100 angeordnet ist, breitet sich wieder die ganze Länge L1 des Verdampfers 100 in die wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs 126 aus, um zu dem ersten Ende 102 zurückzukehren, und verlässt die Auslässe 128 der wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs 126. Das Prozessfluid fließt dann von dem Fluidauslass 114 aus dem Verdampfer 100.
Die 2A bis 2G zeigen unterschiedliche Aspekte eines Kopfteils 200 für einen Verdampfer (z.B. den Verdampfer 100 aus 1A). 2A zeigt eine perspektivische Vorderansicht des Kopfteils 200. Das Kopfteil 200 weist eine Länge L2 und eine Höhe H2 auf. Da das Kopfteil 200 dazu ausgelegt ist, einen unteren Bereich (z.B. den unteren Bereich 105 des Verdampfers 100 der 1A) eines zylinderförmigen Verdampfers (z.B. der Verdampfer 100 der 1A), abzudecken, ist die Länge L2 typischerweise größer als die Höhe H2.
Relativ zu einer durch die Höhe H2 definierten, vertikalen Richtung V2 sind ein Fluideinlass 212 und ein Fluidauslass 214 in einer Seite-an-Seite-Art angeordnet.
Die 2B und 2C zeigen Rückansichten des Kopfteils 200. Das Kopfteil 200 weist eine Verteilungsöffnung 232 und eine Auffangöffnung 234 auf. Relativ zu der durch die Höhe H2 definierten vertikalen Richtung V2, sind die Verteilungsöffnung 232 und die Auffangöffnung 234 in einer „Oben-Unten“-Art angeordnet: die Verteilungsöffnung 232 ist oberhalb des Auffangöffnung 234 angeordnet und durch einen Teiler 236 getrennt.
Wenn das Kopfteil 200 an dem Verdampfer 200 installiert ist, ist die Verteilungsöffnung 232 dazu ausgelegt, in Fluidverbindung mit Einlässen von wärmetauschenden Rohren des Verdampfers zu stehen (z.B. die Einlässe 127 der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs 124 des Rohrbündels 120 der 1B). Die Auffangöffnung 234 ist dazu ausgelegt, in Fluidverbindung mit Auslässen von wärmetauschenden Rohren des zweiten Durchlaufs des Verdampfers zu stehen (z.B. die Auslässe 128 der wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs 126 der 1B). Die Auffangöffnung 234 ist oberhalb der Verteilungsöffnung 232 angeordnet, wenn das Kopfteil an dem Verdampfer installiert ist. Wenn das Kopfteil 200 an dem Verdampfer installiert ist, dann kann der Teiler 236 grob an der gedachten Trennlinie (z.B. die gedachte Trennlinie 125 der 1B) ausgerichtet sein, die das Rohrbündel in die wärmetauschen Rohre des ersten Durchlaufs und in die wärmetauschende Rohre des zweiten Durchlaufs unterteilt.
Der Teiler 236 ist dazu ausgelegt, das Kopfteil 200 in eine Verteilungskammer 242 und in eine Auffangkammer 244 zu teilen. In einer Rückansicht, wie in den 2B und 2C gezeigt, ist der Teiler 236 zwischen der Verteilungsöffnung 232 und der Auffangöffnung 234 angeordnet.
Im Betrieb fließt ein Prozessfluid in den Fluideinlass 212 und dann in die Verteilungskammer 242, welche den Fluideinlass 212 und die Verteilungsöffnung 232 verbindet. Das Prozessfluid wird dann durch die Verteilungsöffnung 232 an die Einlässe der wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufs verteilt. Das Prozessfluid fließt durch die wärmetauschenden Rohre des ersten Durchlaufes und die wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs, fließt aus den Auslässen der wärmetauschenden Rohre des zweiten Durchlaufs und kehrt durch die Auffangöffnung 234 zu der Auffangkammer 244 zurück. Die Auffangkammer 244 ist dazu ausgelegt, die Auffangöffnung 234 und den Fluidauslass 214 zu verbinden. Das Prozessfluid fließt dann aus dem Fluidauslass 214 durch die Auffangkammer 244.
Wie in der 2A dargestellt, weist das Kopfteil 200 eine Tiefe D2 auf. Im Betrieb, wenn das Prozessfluid in den Fluideinlass 212 eintritt und aus dem Fluidauslass 214 austritt, sind Fluidströmungsrichtungen im Allgemeinen parallel zu einer durch die Tiefe D2 definierten Richtung. Jedoch sind in der Verteilungskammer 242 und in der Auffangkammer 244 die Richtungen der Fluidströmungen im Allgemeinen parallel zu einer Richtung, die durch Länge L2 definiert ist, welche ungefähr senkrecht zu der durch die Tiefe D2 definierten Richtung ist. Darum müssen die Fluidströmungsrichtungen ungefähr 90 Grad Wendungen in der Verteilungskammer 242 und in der Auffangkammer 244 ausführen. Die Verteilungskammer 242 und die Auffangkammer 244 können dazu ausgelegt sein, die Fluidströmungen zu unterstützen die Wendungen auszuführen und können helfen, den Druckabfall in den Fluidströmungen zu reduzieren.
Die Verteilungskammer 242 und die Auffangkammer 244 sind dazu ausgelegt, kontinuierliche, glatte bzw. sanfte Konturen aufzuweisen, die die Verteilungsöffnung 232 mit dem Fluideinlass 212 verbinden, sowie dementsprechend die Auffangöffnung 234 mit dem Fluidauslass 214 zu verbinden. Die kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen sind Konturen, die dazu ausgelegt sind, im Allgemeinen keine abgewinkelte(n) und/oder scharfe(n) Wendung(en), scharfe Kante(n) und (ein) Oberflächenmerkmal(e) zu haben, welches quer zu den Fluidströmungsrichtungen steht, um so zu helfen Druckabfall und Grenzschichtablösung in den Fluidströmungen durch das Minimieren von Grenzschichtablösungen und Minimieren von schlagartigem Wechsel des Flussmoments, zu reduzieren.
Der Fluideinlass 212 und der Fluidauslass 214 haben im Allgemeinen kreisförmig geformte Profile. Die Verteilungsöffnung 232 und die Auffangöffnung 234 weisen im Allgemeinen längliche, rechteckig geformte Profile auf, welche sich im Allgemeinen von den Profilen des Fluideinlasses 212 und des Fluidauslasses 214 unterscheiden. Die kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen der Verteilungskammer 242 und der Auffangkammer 244 sind dazu ausgelegt, einen sukzessiven und weichen Übergang zwischen dem Fluideinlass 212 oder dem Fluidauslass 214 und der Verteilungsöffnung 232 oder der Auffangöffnung 234 in entsprechender Weise, bereitzustellen, welcher helfen kann, einen Druckabfall und Grenzschichtablösung in den Fluidströmungen, zu reduzieren.
In der Ausrichtung, wie in den 2B und 2C gezeigt, weist die Verteilungskammer 242 im Allgemeinen einen umgekehrt trichterartigen Übergang von dem Fluideinlass 212 zu der Verteilungsöffnung 232 auf, welcher sich im Allgemeinen graduell von dem Fluideinlass 212 zu der Verteilungsöffnung 232 hin vergrößert. Die Auffangkammer 244 weist im Allgemeinen einen trichterartigen Übergang von der Auffangöffnung 234 zu dem Fluidauslass 214 auf, welcher sich im Allgemeinen von der Auffangöffnung 234 zu dem Fluidauslass 214 hin trichterförmig erweitert.
Im Betrieb fließt das Fluid in der Verteilungskammer 242, wie von Pfeilen in 2 angezeigt, von einer linken Seite zu einer rechten Seite der Verteilungskammer 242 in der Orientierung, wie in den 2B und 2C dargestellt. Der umgekehrt trichterartige Übergang ist dazu ausgelegt, sich in der Fluidströmungsrichtung zu erweitern, und die kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Konturen der Verteilungskammer 242 können helfen, die Fluidströmung von dem Fluideinlass 232 auf der linken Seiten zu der Verteilungsöffnung 232 in der von der Länge L2 definierten Richtung auszubreiten.
In der Auffangkammer 244 fließt die Fluidströmung auch von einer linken Seite zu einer rechten Seite der Auffangkammer 244 in der Orientierung, wie in den 2B und 2C dargestellt. Der trichterartige Übergang ist dazu ausgelegt, sich in Richtung der Fluidströmung trichterförmig zu erweitern und die kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen der Auffangkammer 244 können helfen, die Fluidströmung so zu lenken, dass sie von der Auffangöffnung 234 zu dem Fluidauslass 214 auf der rechten Seite in der durch die Länge L2 definierten Richtung, kontrahiert.
Der Teiler 236 weist eine erste Teilungsoberfläche 236a und eine zweite Teilungsoberfläche 236b auf. Die erste Teilungsoberfläche 236a ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, der Verteilungskammer 242 zugewandt zu sein, und die zweite Teilungsoberfläche 236b ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, der Auffangkammer 244 zugewandt zu sein. Die erste Teilungsoberfläche 236a weist einen ersten konisch geformten Bereich 262 auf, welcher sich konkav in die Auffangkammer 244 erstreckt. Die zweite Teilungsoberfläche 236b weist einen zweiten konisch geformten Bereich 264 auf, welcher sich konkav in die Verteilungskammer 242 hinein erstreckt. Die ersten und zweiten konisch geformten Bereiche 262 und 264 können helfen, dass die Fluidströmung weiche Wendungen, von dem Fluideinlass 212 oder der Auffangkammer 244 zu der Verteilungskammer 242 oder dementsprechend zu dem Fluidauslass 214, ausführt.
Der Fluideinlass 212 und der Fluidauslass 214, welche im Allgemeinen kreisförmige Profile aufweisen, haben einen Durchmesser D12 und dementsprechend einen Durchmesser D14. Die Durchmesser D12 und D14 sind im Allgemeinen größer als eine Höhe H12 der Verteilungskammer 242 oder einer Höhe H14 der Auffangkammer 244. Die Höhe H12 und die Höhe H14 sind oft unterschiedlich. Der erste konisch geformte Bereich 262 kann helfen, einen Teil des Prozessfluids eine weiche Wendung nach unten ausführen zu lassen, wenn das Prozessfluid von dem Fluideinlass 212 in die Verteilungskammer 242 fließt, welche unterhalb der Auffangkammer 244 angeordnet ist. Der zweite konisch geformte Bereiche 264 kann helfen, einen Teil des Prozessfluids zu dem Fluidauslass 214 hinzuleiten, wenn das Prozessfluid von der Auffangkammer 244, welche oberhalb der Verteilungskammer 242 angeordnet ist, zu dem Fluidauslass 214 fließt.
Die 2D bis 2F zeigen Schnittzeichnungen entlang der Linien A-A, B-B und C-C entsprechend der 2A. 2D ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A, welche ungefähr auf der Hälfte der Länge L2 angeordnet ist. Die Schnittzeichnung zeigt den Schnitt mit einer Ansicht des Fluidauslasses 214. Die Auffangkammer 244 ist, in der gezeigten Ausrichtung, im Allgemeinen über der Verteilungskammer 242 angeordnet und die Auffangkammer 244 und die Verteilungskammer 242 sind durch den Teiler 236 getrennt. Die zweite Teilungsoberfläche 236b weist den zweiten konisch geformten Bereich 264 auf, der sich konkav in die Verteilungskammer 242 hinein erstreckt.
Wie in 2D gezeigt, weisen die Schnitte der Verteilungskammer 242 und der Schnitt der Auffangkammer 244 glatte bzw. sanfte Konturen auf.
2E zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B, welcher den Fluidauslass 214 schneidet. 2E zeigt, dass die Auffangkammer 244 glatte bzw. sanfte Konturen aufweist, welche den Fluidauslass 214 und die Auffangöffnung 234 verbinden. Die Verteilungskammer 242 weist auch glatte bzw. sanfte Konturen auf.
Die zweite Teilungsoberfläche 236b weist den zweiten, konisch geformten Bereich 264 auf, der sich konkav in die Verteilungskammer 242 hinein erstreckt. Wie von Pfeilen in 2E angezeigt, kann der zweite, konisch geformte Bereich 264 helfen, das Fluid zu dem Fluidauslass 214 zu leiten.
2F zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-C, welcher den Fluideinlass 212 schneidet. 2F zeigt, dass die Verteilungskammer 242 sanfte bzw. glatte Konturen aufweist, welche den Fluideinlass 212 und die Verteilungsöffnung 232 verbinden. Die Auffangkammer 244 weist auch sanfte bzw. glatte Konturen auf.
Die erste Teilungsoberfläche 236a weist den ersten konisch geformten Bereich 262 auf, welcher sich konkav in die Auffangkammer 244 hinein erstreckt. Wie von Pfeilen in 2F angezeigt, kann der erste konisch geformte Bereich 262 helfen, einen Teil des Prozessfluids herunter zu der Verteilungsöffnung 232 zu leiten.
2G zeigt einen vergrößerten Bereich des Gebiets G des Bereichs 236 der 2C. Der Teiler 236 ist dazu ausgelegt eine Vielzahl von Taschen 256 aufzuweisen, die entlang einer Kante des Teilers 236 in einer von der Länge L2 definierten Richtung verteilt sind. Die Taschen 256 sind dazu ausgelegt, die Einlässe (z.B. die Einlässe 127 der 1B) oder die Auslässe (z.B. die Auslässe 128 der 1B) der wärmetauschenden Rohre (z.B. der wärmetauschenden Rohre 121 der 1A und 1B) entlang der gedachten Trennlinie aufzunehmen, welche das Rohrbündel in einen oberen Bereich, welcher die Auslässe des Rohrbündels umfasst, und einen unteren Bereich unterteilt, welcher die Einlässe des Rohrbündels umfasst. Öffnungen 258 der Taschen 256, die dazu ausgelegt sind, Einlässe aufzunehmen, sind im Allgemeinen dazu ausgelegt, sich an der ersten Teilungsoberfläche 236a zu öffnen. Die Öffnungen 258 der Taschen 256, die dazu ausgelegt sind, Auslässe aufzunehmen, sind im Allgemeinen dazu ausgelegt, sich an der zweiten Teilungsoberfläche 236b zu öffnen. Die Taschen 256 können dem Teiler 236 helfen, die Verteilungskammer 242 und die Auffangkammer 244 zu trennen.
Vergleichsstudie
Betriebsdruckverlust in einem Kopfteil wurde zwischen einem traditionellen Kopfteil ohne kontinuierlichen, glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen, welche den Fluideinlass oder Ausgang mit der Verteilungsöffnung oder dementsprechend mit der Auffangöffnung verbinden (z.B. die Verteilungskammer 242 und die Auffangkammer 244 mit glatten bzw. sanften Konturen, wie hierin beschrieben) und einer Ausführungsform eines Kopfteils, wie hierin beschrieben, verglichen. Zum Beispiel weist die hier beschriebene Ausführungsform eines Kopfteils, wenn diese mit einem traditionellen Kopfteil mit Seite-an-Seite-Anordnung ohne glatte bzw. sanfte Konturen verglichen wird, einen 10% geringeren Druckabfall auf, verglichen mit dem Kopfteil ohne kontinuierliche, glatte bzw. sanfte Konturen.
Unter Berücksichtigung der vorhergehenden Beschreibung, wird verstanden, dass im Detail Änderungen durchgeführt werden können, speziell in Fragen des verwendeten Konstruktionsmaterials und der Form, Größe und Anordnung der Teile, ohne dass von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Es ist beabsichtigt, dass die Spezifikation und die dargestellten Ausführungsformen nur exemplarisch angesehen werden, wobei der wahre Umfang und Geist der Erfindung durch die breite Bedeutung der Ansprüche angegeben wird.
Bezugszeichenliste

100: Verdampfer
120: Rohrbündel
121: Vielzahl von wärmetauschenden Rohren
102: erstes Ende
110, 200: Kopfteil
105: unterer Bereich
125: gedachte Trennlinie
124: Wärmetauschende Rohre des ersten Durchlaufes
126: Wärmetauschende Rohre des zweiten Durchlaufes
127: Einlässe
128: Auslässe
112, 212: Fluideinlass
114, 214: Fluidauslass
232: Verteilungsöffnung
234: Auffangöffnung
236: Teiler
242: Verteilungskammer
244: Auffangkammer
236a: erste Trennwandoberfläche
236b: zweite Trennwandoberfläche
262: erster konisch geformter Bereich
264: zweiter konisch geformter Bereich
256: Vielzahl an Aussparungen
258: Öffnungen

Claims

Kopfteil (110, 200) für einen Verdampfer (100), umfassend: – einen Fluideinlass (112, 212); – einen Fluidauslass (114, 214), wobei der Fluideinlass (112, 212) und der Fluidauslass (114, 214) in einer Seite-an-Seite-Art, relativ zu einer Richtung angeordnet sind, die von einer Länge des Kopfteils (110, 200) an einem ersten Ende (102) des Kopfteils definiert wird; – eine Verteilungsöffnung (232); – eine Auffangöffnung (234), wobei die Verteilungsöffnung (232) und die Auffangöffnung (234) in einer Darunter-Darüber Art, relativ zu der Richtung angeordnet sind, die von der Länge des Kopfteils (110, 200) an einem zweiten Ende (104) des Kopfteils (110, 200) definiert wird; – eine Verteilungskammer (242); und – eine Auffangkammer (244); wobei der Fluideinlass (112, 212) durch die Verteilungskammer (242) mit der Verteilungsöffnung (232) in Fluidverbindung steht, der Fluidauslass (114, 214) durch die Auffangkammer (244) mit der Auffangöffnung (234) in Fluidverbindung steht; – die Verteilungskammer (242) dazu ausgelegt ist, kontinuierliche glatte bzw. sanfte Oberflächenkonturen aufzuweisen, die den Fluideinlass (112, 212) und die Verteilungsöffnung (232) verbinden; und – die Auffangkammer (244) dazu ausgelegt ist, kontinuierliche glatte bzw. sanfte Oberflächenkonturen aufzuweisen, die den Fluidauslass (114, 214) und die Auffangöffnung (234) verbinden.
Kopfteil (110, 200) nach Anspruch 1, wobei die Verteilungskammer (242) einen umgedreht trichterartigen Übergang von dem Fluideinlass (112, 212) zu der Verteilungsöffnung (232) hin, aufweist.
Kopfteil (110, 200) nach Anspruch 1, wobei die Auffangkammer (244) einen trichterartigen Übergang von der Auffangöffnung (234) zu dem Fluidauslass (114, 214) hin aufweist.
Kopfteil (110, 200) nach Anspruch 1, wobei die kontinuierlich glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen der Verteilungskammer (242) dazu ausgelegt sind, dass sich eine Fluidströmung, in einer durch die Länge des Kopfteils (110, 200) definierten Richtung ausbreiten kann.
Kopfteil (110, 200) nach Anspruch 1, wobei die kontinuierlich glatten bzw. sanften Oberflächenkonturen der Auffangkammer (244) dazu ausgelegt sind, eine Fluidströmung in einer durch die Länge des Kopfteiles (110, 200) definierten Richtung zu kontrahieren.
Kopfteil (110, 200) nach Anspruch 1, wobei die Verteilungskammer (242) dazu ausgelegt ist, einen konisch geformten Bereich (262) aufzuweisen, der sich konkav in die Auffangkammer (244) erstreckt, wobei der konisch geformte Bereich (262) dazu ausgelegt ist, einen Teil eines Fluids zu der Verteilungsöffnung (232) zu leiten, wenn das Fluid zwischen dem Fluideinlass (112, 212) und der Verteilungsöffnung (232) fließt.
Kopfteil (110, 200) nach Anspruch 1, wobei die Auffangkammer (244) dazu ausgelegt ist, einen konisch geformten Bereich (264) aufzuweisen, der sich konkav in die Verteilungskammer (242) erstreckt, wobei der konisch geformte Bereich (264) dazu ausgelegt ist, einen Teil eines Fluids in Richtung des Fluidauslasses (114, 214) zu leiten, wenn das Fluid zwischen der Auffangöffnung (234) und dem Fluidauslass (114, 214) fließt.
Verfahren zum Leiten einer Prozessflüssigkeit in einem Kopfteil eines Verdampfers, welcher umfasst: – einen Fluideinlass; – einen Fluidauslass, wobei der Fluideinlass (112, 212) und der Fluidauslass (114, 214) in einer Seite-an-Seite-Art, relativ zu einer Richtung angeordnet sind, die von einer Länge des Kopfteils (110, 200) an einem ersten Ende (102) des Kopfteils definiert wird; – eine Verteilungsöffnung (232); – eine Auffangöffnung (234), wobei die Verteilungsöffnung (232) und die Auffangöffnung (234) in einer Darunter-Darüber-Art, relativ zu der Richtung angeordnet sind, die durch die Länge des Kopfteils (110, 200) an einem zweiten Ende (104) des Kopfteils (110, 200) definiert wird; – eine Verteilungskammer (242); und – eine Auffangkammer (244), wobei der Fluideinlass (112, 212) durch die Verteilungskammer (242) mit der Verteilungsöffnung (232) in Fluidverbindung steht, und wobei der Fluidauslass (114, 214) durch die Auffangkammer (244) mit der Auffangöffnung (234) in Fluidverbindung steht; umfassend: – Leiten eines Prozessfluids von einem ersten Ende (102) des Kopfteils (110, 200) in den Fluideinlass (112, 212); – sukzessives Umlenken und Ausbreiten der Prozessflüssigkeit in einer durch die Länge des Kopfteils (110, 200) definierten Richtung in der Verteilungskammer (242), so dass die Prozessflüssigkeit von dem Fluideinlass (112, 212) zu der Verteilungsöffnung (232) geleitet wird; und – Verteilen des Prozessfluids zu wärmetauschenden Rohren (121) des Verdampfers (100) durch die Verteilungsöffnung (232).
Verfahren nach Anspruch 8, weiter aufweisend: – Erhalten des Prozessfluids von den wärmetauschenden Rohren (121) des Verdampfers (100) durch die Auffangöffnung (234); – sukzessives Wenden und Kontrahieren des Prozessfluids in einer durch die Länge des Kopfteils (110, 200) definierten Richtung in der Auffangkammer (244), so dass das Prozessfluid von der Auffangöffnung (234) zu dem Fluidauslass (114, 214) geleitet wird; und – Leiten des Prozessfluids aus dem Kopfteil (112, 200) des Verdampfers (100) durch den Fluidauslass (114, 214).