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QUERVERWEIS AUF BEZOGENE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 61/884 520, die am 30. September 2013 eingereicht wurde und deren Inhalt hier einbezogen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, insbesondere einen Zweiwege-Wärmetauscher mit einem koaxialen Einlass-/Auslassrohr, das integral innerhalb des Wärmetauschers installiert ist.
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HINTERGRUND
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Zweiwege- oder Mehrwege-Wärmetauscher sind bekannt, bei denen verschiedene Kombinationen von verschiedenen Wärmetauscherplatten miteinander gestapelt sind, um das gewünschte Strömungsmuster durch den Wärmetauscher zu schaffen. In einem Zweiwege-Wärmetauscher ist zumindest einer der Fluidpfade durch den Wärmetauscher in einen ersten Durchgang und einen zweiten Durchgang geteilt, wobei der erste Durchgang einen Einlassverteiler zum Einführen des Fluids in den Wärmetauscher und einen Zwischenauslassverteiler zum Übertragen des Fluids von dem ersten Durchgang in den zweiten Durchgang hat, und der zweite Durchgang in Fluidverbindung mit einem weiteren Verteiler ist, der das Fluid aus dem Wärmetauscher herausführt, nachdem der zweite Durchgang passiert wurde. Demgemäß sind drei verschiedene Verteilerstrukturen erforderlich, um einen Zweiwege-Strömungspfad zu schaffen, wobei sich einer der Verteiler, d. h., der Einlassverteiler für eines der Fluide in dem Wärmetauscher nur durch einen Bereich des Wärmetauscherkerns erstreckt. Daher sind, um einen Wärmetauscher mit dem gewünschten Zweiwege-Strömungsmuster zu schaffen, verschiedene Wärmetauscherplatten erforderlich, um den Wärmetauscherkern zu bilden. Eine Anzahl verschiedener Platten, die zum Bilden eines Wärmetauschers erforderlich sind, erhöht die mit dem Wärmetauscher verbundenen Kosten und vergrößert die mit der Herstellung des Wärmetauschers verbundene Komplexität. Demgemäß ist es wünschenswert, einen herkömmlichen Einweg-Wärmetauscher in einen Zweiwege-(oder Mehrwege-)Wärmetauscher zu modifizieren, ohne dass die Verwendung verschiedener unterschiedlicher Wärmetauscherplatten erforderlich ist und eine zusätzliche Verteilerstruktur benötigt wird.
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KURZFASSUNG DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Offenbarung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, welcher aufweist: mehrere gestapelte Wärmetauscherplatten, die mehrere einander abwechselnde erste und zweite Fluidkanäle zwischen sich definieren und die einen Wärmetauscherkern bilden; ein Paar von ersten Fluidverteilern, die durch die mehreren ersten Fluidkanäle für das Hereinlassen und Ausgeben eines ersten Wärmeaustauschfluids in den und aus dem Wärmetauscher miteinander verbunden sind; ein Paar von zweiten Fluidverteilern, die durch die mehreren zweiten Fluidkanäle für das Hereinlasse und das Ausgeben eines zweiten Wärmeaustauschfluids in den und aus dem Wärmetauscher miteinander verbunden sind; wobei einer der Verteiler des Paares von entweder den ersten oder den zweiten Fluidverteilern eine ringförmige Verteilerstruktur hat mit einem ringförmigen ersten Verteilerfluiddurchgang, der sich durch einen Bereich des einen der Verteiler in Fluidverbindung mit einem ersten Satz der ersten oder zweiten Fluiddurchgänge erstreckt; und ein zweiter Verteilerfluiddurchgang sich in der Mitte durch den ringförmigen ersten Verteilerfluiddurchgang fluidmäßig diesem gegenüber isoliert erstreckt, wobei der zweite Verteilerfluiddurchgang in Fluidverbindung mit einem zweiten Satz der ersten oder zweiten Fluiddurchgänge ist; wodurch die ringförmige Verteilerstruktur dasselbe Wärmeaustauschfluid in einer koaxialen Weise in den Wärmetauscherkern hineinlässt und aus diesem ausgibt.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren des Bildens eines Zweiwege-Wärmetauschers vorgesehen, welches aufweist: Bereitstellen eines Wärmetauscherkerns mit mehreren im gegenseitigen Abstand angeordneten Wärmetauscherplatten, die mehrere einander abwechselnde erste und zweite Fluidkanäle zwischen sich definieren; eines Paares von ersten Fluidverteilern in Verbindung mit den mehreren ersten Fluidkanälen zum Leiten eines ersten Fluids durch den Wärmetauscher; und eines Paares von zweiten Fluidverteilern in Verbindung mit den zweiten Fluidkanälen zum Leiten eines zweiten Fluids durch den Wärmetauscher; Bereitstellen eines Verteilereinsatzes mit einem länglichen, im Allgemeinen zylindrischen Körper, der sich zwischen einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt, wobei der Verteilereinsatz einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser von zumindest einem der Verteiler in einem der Paare von Verteilern ist; Anordnen des Verteilereinsatzes innerhalb des zumindest einen der Verteiler, wobei das erste Ende des Verteilereinsatzes innerhalb des Wärmetauschers eingebettet und in Eingriff mit einer der Wärmetauscherplatten ist, wodurch der Wärmetauscherkern in einen ersten Teil und einen zweiten Teil geteilt wird, und das zweite Ende des Verteilereinsatzes sich nach außerhalb des Wärmetauscherkerns erstreckt; wobei der Verteilereinsatz einen ringförmigen ersten Verteilerfluiddurchgang zwischen dem zumindest einen der Verteiler und der äußeren Oberfläche des Verteilereinsatzes und einen zweiten Verteilerfluiddurchgang innerhalb des offenen inneren Durchgangs, der durch den zylindrischen Körper gebildet wird, definiert, und der ringförmige erste Verteilerfluiddurchgang in Fluidverbindung mit dem einen der mehreren ersten und zweiten Fluidkanäle in dem ersten Teil ist, und wobei der zweite Verteilerfluiddurchgang in Fluidverbindung mit dem einen der mehreren ersten und zweiten Fluidkanäle in dem zweiten Teil ist.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Offenbarung ist ein Verteilereinsatz zur Verwendung in einem Wärmetauscher mit entsprechenden Paaren von darin gebildeten inneren Verteilern vorgesehen, wobei die jeweiligen Paare von Verteilern durch erste und zweite Fluidkanäle miteinander gekoppelt sind, wobei der Verteilereinsatz aufweist: einen länglichen, im Allgemeinen zylindrischen Körper, der einen offenen inneren Durchgang definiert; ein erstes Ende für den abdichtenden Eingriff mit einem Bereich des Inneren von einem der Verteiler, das einen ringförmigen ersten Verteilerströmungsdurchgang zwischen der äußeren Oberfläche des zylindrischen Körpers und der inneren Oberfläche des Verteilers definiert, wobei der erste Verteilerströmungsdurchgang fluidmäßig mit einem Bereich der ersten oder zweiten Fluidkanäle gekoppelt ist; ein zweites Ende, das sich aus dem Verteiler heraus erstreckt, um eine Fluidarmatur aufzunehmen; und einen zweiten Verteilerströmungsdurchgang, der durch den offenen inneren Durchgang definiert ist, wobei der zweite Verteilerdurchgang fluidmäßig mit einem verbleibenden Bereich der ersten oder zweiten Fluidkanäle gekoppelt ist; wobei der Verteilereinsatz den Wärmetauscher in einen ersten Teil und einen zweiten Teil teilt und der erste und der zweite Teil einen Zweiwege-Strömungspfad definieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine perspektivische Draufsicht auf einen Wärmetauscher gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wärmetauschers entlang einer Schnittlinie 2-2 ist;
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3 eine schematische Querschnittsansicht des in 2 gezeigten Wärmetauschers ist, die den Strömungspfad von einem der durch den Wärmetauscher strömenden Fluide illustriert;
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4 eine perspektivische Draufsicht auf eine der den Wärmetauscher nach 1 bildenden Wärmetauscherplatten ist;
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5 eine perspektivische Ansicht eines Verbindungseinsatzes/Verbindungsrohrs zur Verwendung bei dem in 1 gezeigten Wärmetauscher ist;
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6 eine Endansicht des Verbindungseinsatzes/Verbindungsrohrs nach 5 ist;
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7 eine Querschnittsansicht des Verbindungseinsatzes/Verbindungsrohrs nach 5 entlang der Schnittlinie 7-7 ist;
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8 eine detaillierte Ansicht eines Teils des in den 2 und 3 gezeigten Querschnitts ist, die die Anordnung des Verbindungseinsatzes/Verbindungsrohrs innerhalb des Wärmetauschers zeigt;
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9 eine detaillierte Ansicht wie in 8 gezeigt ist, die ein alternatives Ausführungsbeispiel des Verbindungseinsatzes/Verbindungsrohrs illustriert;
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10 eine detaillierte Ansicht wie in 8 gezeigt ist, die ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel des Verbindungseinsatzes/Verbindungsrohrs illustriert;
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11 eine detaillierte Ansicht wie in 8 gezeigt ist, die noch ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel des Verbindungseinsatzes/Verbindungsrohrs illustriert;
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12 eine schematische Querschnittsansicht eines Zweiwege-Wärmetauschers gemäß aus dem Stand der Technik bekannten Prinzipien ist, die den Strömungspfad von einem der durch den Wärmetauscher strömenden Fluide illustriert;
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13 eine entlang der Schnittlinie 13-13 genommene schematische Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wärmetauschers ist, die einen herkömmlichen Strömungspfad für eine Einweg-Wärmetauscherausbildung illustriert;
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14 eine perspektivische Draufsicht auf die Basisplatte des in 1 gezeigten Wärmetauschers ist; und
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15 eine perspektivische Unteransicht der Basisplatte nach 14 ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Es wird nun im Einzelnen Bezug auf beispielhafte Implementierungen der Technologie genommen. Die Ausführungsbeispiele werden nur im Wege der Erläuterung der Technologie und nicht als eine Beschränkung der Technologie gegeben. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der vorliegenden Technologie vorgenommen werden können. Somit ist beabsichtigt, dass die vorliegende Technologie solche Modifikationen und Variationen abdeckt, die in den Bereich der vorliegenden Technologie kommen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Wärmetauscher 10 hat allgemein die Form eines geschachtelten Wärmetauschers aus gepresstem Blech. In dem gezeigten speziellen Ausführungsbeispiel besteht der Wärmetauscher 10 aus mehreren gestanzten Wärmetauscherplatten 12, 14, die in einer abwechselnden, gestapelten und hartgelöteten Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei sie abwechselnde erste und zweite Fluidkanäle oder Strömungsdurchgänge 13, 15 zwischen sich bilden. Die Wärmetauscherplatten 12, 14 sind im Allgemeinen einander identisch, wobei jede Platte 12, 14 einen im Allgemeinen ebenen Basisbereich 16 aufweist, der auf allen Seiten von einer geneigten Umfangswand 18 umgeben ist, wie in 4 gezeigt ist. Fluidöffnungen 17, 19 sind in jeder der Wärmetauscherplatten 12, 14 angeordnet, um den Einlass und den Auslass von einem jeweiligen ersten und zweiten Wärmeaustauschfluid in die und aus den entsprechenden ersten und zweiten Fluidkanälen 13, 15 des Wärmetauschers 10 zu ermöglichen. Typischerweise ist jede Wärmetauscherplatte 12, 14 mit vier Fluidöffnungen versehen, die strategisch innerhalb der Grenze des Basisbereichs 16 der Platten 12, 14 positioniert sind, im Allgemeinen eine in jeder der vier Ecken der Platten 12, 14. Zwei der vier Fluidöffnungen 17 sind in Vorsprüngen gebildet, die allgemein als Wulste oder Wulstbereiche 20 bezeichnet werden, die aus der Ebene des mittleren, im Allgemeinen ebenen Basisbereichs 16 der Platte 12, 14 erhaben (oder vertieft) sind, während die anderen beiden Fluidöffnungen 19 in der Platte 12, 14 in dem mittleren, im Allgemeinen ebenen Basisbereich 16 der Platte 12, 14 gebildet und koplanar mit diesem sind.
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Um den Wärmetauscherkern zu bilden, sind die Wärmetauscherplatten 12, 14 übereinander gestapelt, wobei eine Platte in Bezug auf die andere in geschachtelter Anordnung um 180 Grad gedreht ist, so dass die Umfangswand 18 von einer Platte 12, 14 die Umfangswand 18 der benachbarten Platte 12, 14 kontaktiert und gegenüber dieser abgedichtet ist, und derart, dass die Fluidöffnungen 17, die in den Wulsten 20 in einer Platte 12, 14 gebildet sind, mit den flachen oder koplanaren Öffnungen 19 der benachbarten Platte 12, 14 ausgerichtet und gegenüber diesen abgedichtet sind, wodurch ein Abstand zwischen den mittleren Basisbereichen 16 der benachbarten Platten 12, 14 erhalten wird und die abwechselnden ersten und zweiten Fluiddurchgänge 13, 15 zwischen diesen definiert werden. Wenn die Platten 12, 14 so gestapelt sind, dass die Umfangswand 18 mit Bezug auf den mittleren Basisbereich 16 nach unten ragt, erscheinen die Wulstbereiche 20, die mit zwei der Fluidöffnungen 17 assoziiert sind, vertieft oder heruntergedrückt mit Bezug auf den mittleren, im Allgemeinen ebenen Basisbereich 16, wie in 4 gezeigt ist.
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Turbulizer oder jegliche andere geeignete Wärmeübertragungs-Verstärkungsvorrichtung 27 (schematisch in den 8–11 gezeigt), können in den ersten und/oder zweiten Fluidkanälen 13, 15 des Wärmetauschers 12 angeordnet sein, um das Wärmeübertragungsvermögen des Wärmetauschers 10 zu erhöhen. Alternativ kann der mittlere, im Allgemeinen ebene Basisbereich 16 der Wärmetauscher 12, 14 mit Vertiefungen, Rippen und/oder Vorsprüngen versehen sein, um das Wärmeübertragungsvermögen über den Wärmetauscher gemäß den im Stand der Technik bekannten Prinzipien zu erhöhen.
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Die ausgerichteten Fluidöffnungen 17, 19 in den gestapelten Platten 12, 14 bilden ein Paar von ersten Fluidverteilern 22, 24 (d. h., einen ersten Einlassverteiler und einen ersten Auslassverteiler), die durch die ersten Fluiddurchgänge 13 für die Strömung des ersten Wärmeaustauschfluids durch den Wärmetauscher 10 miteinander gekoppelt sind, und bilden ein Paar von zweiten Fluidverteilern 26, 28 (d. h., einen zweiten Einlassverteiler und einen zweiten Auslassverteiler), die durch die zweiten Fluiddurchgänge 15 für die Strömung des zweiten Fluids durch den Wärmetauscher 10 miteinander gekoppelt sind. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung das eine von dem ersten oder zweiten Wärmeaustauschfluid Öl sein (d. h., Maschinenöl oder Getriebeöl), während das andere Wärmeaustauschfluid jedes geeignete Kühlmittel sein kann, beispielsweise Wasser. Während Merkmale des Wärmetauschers 10 mit Bezug auf das erste Fluid und/oder die ersten Fluidkanäle 13 beschrieben werden, ist darauf hinzuweisen, dass die Merkmale in gleicher Weise auf das zweite Fluid und die zweiten Fluidkanäle 15 anwendbar sind, und/oder umgekehrt.
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Eine obere und eine untere Endplatte 30, 32 umschließen den Stapel von Wärmetauscherplatten 12, 14, die den Wärmetauscherkern bilden. Abhängig von der besonderen Anwendung und den gewünschten Orten der Einlass- und Auslassarmaturen 63, 65, 67, 69 für das erste und das zweite Wärmeaustauschfluid, die in den Wärmetauscher 10 eintreten und aus diesem austreten, sind die Endplatten 30, 32 mit oder ohne Fluidöffnungen gebildet, die ermöglichen, dass geeignete Einlass- und Auslassarmaturen an dem Wärmetauscher 10 angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die untere Endplatte 32 keine darin gebildeten Fluidöffnungen und ist eine stabile Plattenstruktur, die zum Verschließen oder Abdichten des Endes des Wärmetauschers 10 dient, da sämtliche Einlass- und Auslassarmaturen 63, 65, 67, 69 an dem oberen Ende des Wärmetauschers 10 angeordnet sind. Die obere Endplatte 30 ist daher mit geeigneten Fluidöffnungen versehen, um eine Fluidverbindung zwischen den Einlass- und Auslassarmaturen und den entsprechenden Einlass- und Auslassverteilern 26, 28, die mit einem von dem zweiten Wärmeaustauschfluid assoziiert sind, zu erhalten, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
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In einem herkömmlichen Einweg-Wärmetauscher tritt ein erstes Wärmeaustauschfluid durch die Einlassarmatur 63 in den Wärmetauscher 10 ein. Das Fluid strömt durch den entsprechenden Einlassverteiler und durch die mehreren ersten Fluidkanäle 13. Das Fluid strömt dann durch den entsprechenden Auslassverteiler und tritt durch die Auslassarmatur 65 aus dem Wärmetauscher 10 aus. Ein zweites Wärmeaustauschfluid tritt durch die zweite Einlassarmatur 67 in den Wärmetauscher ein und strömt durch den entsprechenden Einlassverteiler 26 und durch die mehreren zweiten Fluidkanäle 25. Das zweite Wärmeaustauschfluid strömt dann durch den entsprechenden Auslassverteiler 28 und tritt durch die Auslassarmatur 69 aus dem Wärmetauscher 10 aus. Der Fluidpfad des zweiten Wärmeaustauschfluids, das durch den Wärmetauscher 10 strömt, ist schematisch in 13 gezeigt. Es ist jedoch manchmal erwünscht, das Leistungsvermögen des Wärmetauschers zu erhöhen, indem das Strömungsmuster durch den Wärmetauscher für eines oder beide der durch diesen strömenden Fluide so modifiziert wird, dass ein Zweiwege- oder Mehrwege-Wärmetauscher geschaffen wird.
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Daher wird in dem betreffenden Ausführungsbeispiel ein Verbindungsrohr oder Verteilereinsatz 40 angeordnet, um das Strömungsmuster durch den Wärmetauscher 10 von einem herkömmlichen Einweg-Wärmetauscher zu einem Zweiwege-Wärmetauscher für zumindest eines der durch den Wärmetauscher 10 strömenden Fluide zu modifizieren. Gemäß den 2 und 3 ist der Verteilereinsatz 40 innerhalb eines der Verteiler von einem der Paare von Einlass-/Auslassverteilern des Wärmetauschers 10 angeordnet und teilt den Wärmetauscherkern effektiv in einen ersten Teil 10(1), der einen ersten Weg (d. h., Fluidkanäle 13(1)) für eines der durch den Wärmetauscherkern strömenden Fluide definiert, und einen zweiten Teil 10(2), der einen zweiten Weg (d. h., Fluidkanäle 13(2)) für dasselbe Fluid durch den Wärmetauscherkern definiert. Zur Vereinfachung der Bezugnahme wird der Zweiwege-Fluidpfad durch den Wärmetauscher 10 in Verbindung mit dem ”ersten” Wärmetauscherfluid, das durch den Wärmetauscher 10 strömt, beschrieben. Jedoch ist für den Fachmann offensichtlich, dass die mit den zwei Wegen assoziierten Merkmale in gleicher Weise auf das ”zweite” Wärmeaustauschfluid anwendbar und dass verschiedene Strömungsmuster für eines oder beide von dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauschfluid, die durch den Wärmetauscher 10 strömen, auf der Grundlage der hier beschriebenen Prinzipien geschaffen werden können.
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Der Verteilereinsatz 40 ist in der Form eines maschinell bearbeiteten Rohrs mit einem länglichen, im Allgemeinen zylindrischen Körper 42, der sich zwischen einem ersten und einem gegenüberliegenden Ende 44, 46 erstreckt. Der im Allgemeinen zylindrische Körper 42 hat einen äußeren Durchmesser D1, der kleiner als der Durchmesser der Fluidöffnungen 17, 19 ist, die den Verteiler 22 bilden, in welchem der Einsatz 40 angeordnet ist. Das erste Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 ist in einen assoziierten Fluidverteiler 22 eingebettet, wie beispielsweise in den 2 und 3 gezeigt ist, und dient zum Abdichten eines Bereichs des Verteilers 22 gegenüber der Strömung des ersten Fluids (oder zweiten Fluids) in den Wärmetauscher 10. Das zweite Ende 46 des Verteilereinsatzes 40 erstreckt sich aus dem Wärmetauscher 10 heraus, wobei das zweite Ende 46 ausgestaltet ist, eine geeignete Fluidarmatur 63 aufzunehmen oder mit dieser gekoppelt zu sein, und dient dazu, sowohl das Eintreten als auch das Austreten von Fluid durch dieselbe Verteileröffnung in den und aus dem Wärmetauscher 10 zu ermöglichen. Der Verteilereinsatz 40 schafft daher einen ringförmigen Verteilerkopf innerhalb des Fluidverteilers 22 in dem ersten Teil 10(1) des Wärmetauscherkerns durch Anordnen eines ringförmigen ersten Verteiler-Strömungsdurchgangs 48, der durch den Spalt zwischen der äußeren Oberfläche (oder dem äußeren Durchmesser D1) des zylindrischen Körpers 42, der den Einsatz 40 bildet, und den ausgerichteten Kanten der Fluidöffnungen 17, 19, die den Verteiler 22 bilden, gebildet ist, und eines zweiten Verteiler-Strömungsdurchgangs 50, der durch den mittleren inneren Durchgang, der durch den zylindrischen Körper 42 des Einsatzes 40 definiert ist, definiert wird. Der ringförmige erste Verteiler-Strömungsdurchgang 48, der durch den Verteilereinsatz 40 gebildet wird, ist in Fluidverbindung mit den ersten Fluidkanälen 13, die durch Platten 12, 14 innerhalb des ersten Teils 10(1) des Wärmetauscherkerns gebildet sind, d. h., den ersten Fluidkanälen 13(1), wie schematisch durch die in 3 enthaltenen Strömungspfeile gezeigt ist, während der zweite Verteiler-Strömungsdurchgang 50, der durch den Verteilereinsatz 40 gebildet ist, fluidmäßig mit den mehreren ersten Fluidkanälen 13, die durch Platten 12, 14 in dem zweiten Teil 10(2) des Wärmetauscherkerns gebildet sind, d. h., den ersten Fluidkanälen 13(2) gekoppelt sind, wie schematisch durch die in 3 enthaltenen Strömungspfeile gezeigt ist. Daher tritt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest eines von dem ersten und dem zweiten Fluid, die durch den Wärmetauscher 10 strömen, durch dieselbe Verteilerstruktur in den Wärmetauscher ein und aus diesem aus, wodurch der Wärmetauscher 10 einen in diesem gebildeten koaxialen Einlass-/Auslassverteiler hat.
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Bei dem primär in den 1–8 gezeigten Ausführungsbeispiel hat das erste Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 die Form eines mit einem Flansch versehenen Endes, wobei ein Flansch 54 aus Material sich von dem offenen Ende 56 des zylindrischen Körpers 42 radial nach außen erstreckt und dieses umgibt. Der Flansch 54 erstreckt sich von dem offenen Ende 56 des zylindrischen Körpers radial so nach außen, dass der Gesamtdurchmesser D2 des mit dem Flansch versehenen ersten Endes 44 größer als der Durchmesser der ausgerichteten Fluidöffnungen 17, 19, die den Verteiler 22 bilden, ist. Der Flansch 54 bildet daher eine untere Oberfläche 57, die an der Materiallippe 58, die die durch die erhabenen Wulstbereiche 20 gebildete Fluidöffnung 17 umgibt, anliegt und/oder ruht, wie in 8 gezeigt ist. Der Flansch 54 dichtet daher effektiv das Ende des ringförmigen ersten Verteiler-Strömungsdurchgangs 48, der durch den Verteilereinsatz 40 gebildet wird, ab. Durch Abdichten des Endes des ersten Verteiler-Strömungsdurchgangs 48 strömt Fluid, das in den ersten Fluiddurchgang 48 eintritt, nur so weit wie das abdichtende erste Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 durch den Verteiler 22, und strömt dann durch die von den gestapelten Platten 12, 14 gebildeten ersten Fluidkanäle 13(1), die in Fluidverbindung mit dem ringförmigen Fluiddurchgang 48 sind. Das Fluid strömt daher durch den ringförmigen Einlassdurchgang 48 und durch die ersten Fluidkanäle 13(1) in dem ersten Teil 10(1) des Wärmetauscherkerns zu dem entsprechenden Fluidverteiler 24 an dem gegenüberliegenden Ende des Wärmetauschers 10. Das Fluid strömt dann aus dem ersten Teil 10(1) des Wärmetauschers 10 in den zweiten Teil 10(2) des Wärmetauschers 10 mittels des Verteilers 24, und strömt durch entsprechende erste Fluidkanäle 13(2) in dem zweiten Teil. 10(2) des Wärmetauschers 10 in der zu der Strömungsrichtung in dem ersten Teil 10(1) entgegengesetzten Richtung, wodurch ein zweiter Weg des Fluids durch den Wärmetauscher 10 geschaffen wird. Nachdem das Fluid den zweiten Weg durch Fluidkanäle 13(2) in dem zweiten Teil 10(2) des Wärmetauschers 10 beendet hat, tritt das Fluid über den Bereich des Verteilers 22 in dem zweiten Teil 10(2) des Wärmetauschers und durch den zweiten Verteiler-Strömungsdurchgang 50, der durch den mittleren Durchgang durch den Verteilereinsatz 40 gebildet ist, aus dem Wärmetauscher 10 aus und wird durch die geeignete Fluidauslassarmatur 65 irgendwohin in dem Gesamtsystem geleitet. Das zweite Ende 46 des Verteilereinsatzes 40 ist ausgestaltet zum abdichtenden Eingriff mit einer geeigneten Fluidauslassarmatur 65, um das Fluid von dem Wärmetauscher 10 wegzuleiten, wobei der Verteilereinsatz 40 und die Auslassarmatur eine fluiddichte Verbindung zwischen sich bilden. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das zweite Ende 46 des Verteilereinsatzes 40 mit zumindest einer Nut 47 in der äußeren Oberfläche von diesem ausgebildet, um jedes geeignete Abdichtmittel wie einen O-Ring 49 aufzunehmen, zur Abdichtung gegenüber der inneren Oberfläche der Armatur 65, wie beispielsweise 2 zeigt.
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Ein Adapter oder die Basisplatte 60 ist an einem Ende des Wärmetauschers 10 anliegend an entweder die obere oder die untere Endplatte 30, 32 angeordnet, abhängig von der Lage der Fluideinlass-/Auslassarmaturen 63, 65, 67, 69. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Basisplatte 60 an dem oberen Ende des Wärmetauschers 10 angeordnet und daher über der Endplatte 30 positioniert. Eine Ausgleichszwischenplatte 61 kann zwischen der Endplatte 30 und der Basisplatte 60 positioniert sein für die gegenseitige Befestigung der beiden Komponenten, wenn die gesamte Anordnung miteinander hartverlötet wird, um den Wärmetauscher 10 zu bilden. Die Basisplatte 60 ist im Allgemeinen dicker als die mehreren Wärmetauscherplatten 12, 14, die den Wärmetauscherkern bilden, und sie erstreckt sich im Allgemeinen über die Aufstandsfläche, die durch den Wärmetauscher 10 definiert ist, hinaus, um eine ausreichende Fläche um den Umfang des Wärmetauschers 10 herum vorzusehen, damit erforderlichenfalls Befestigungslöcher an benötigten Stellen gebildet werden können. Die Basisplatte 60 hat auch geeignete Fluidöffnungen, die darin gebildet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den verschiedenen Fluideinlass-/-auslassarmaturen 63, 65, 67, 69 und den entsprechenden Einlass- und Auslassverteilern 22, 24, 26, 28 für jedes von dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauschfluid zu erhalten. Genauer gesagt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Fluidöffnungen 62, 64 in der Basisplatte 60 gebildet, um eine Fluidverbindung zwischen den entsprechenden Fluideinlass-/-auslassarmaturen 63, 65 und den entsprechenden Wärmetauscherverteilern 22, 24 für das erste Fluid zu erhalten, und zwei Fluidöffnungen 71, 72 sind in der Basisplatte 60 gebildet, um eine Fluidverbindung zwischen den entsprechenden Fluideinlass-/-auslassarmaturen 67, 69 und den entsprechenden Wärmetauscherverteilern 26, 28 für das zweite Fluid zu erhalten.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, da ein Verteiler (d. h. der Verteiler 22) als sowohl der Einlassverteiler als auch der Auslassverteiler für eines der durch den Wärmetauscher strömenden Fluide als ein Ergebnis des Verteilereinsatzes 40 wirksam ist, ein Fluidübertragungskanal 66 in der Basisplatte 60 angeordnet, der in den Wärmetauscher 10 eintretendes Fluid durch die Einlassarmatur 63 und die Öffnung 62 zu dem offenen Ende des ringförmigen Fluideinlassdurchgangs 48, der von dem Verteilereinsatz 40 gebildet wird, leitet (siehe 3). Die Öffnung 64 in der Basisplatte 60 ist ausgestaltet, das zweite Ende 46 des Verteilereinsatzes 40 aufzunehmen, um eine Fluidverbindung zwischen dem offenen zweiten Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 und der entsprechenden Auslassarmatur 65 herzustellen. Ein zweiter Fluidübertragungskanal 75 ist in der Basisplatte 60 gebildet, um das zweite Wärmeaustauschfluid von dem Auslassverteiler 28 zu der entsprechenden Auslassarmatur 69 zu leiten, wie in 15 gezeigt ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Struktur der Basisplatte 60 und die Anzahl/die Lage der vorhandenen Fluidöffnungen und Fluidübertragungskanäle in Abhängigkeit von dem gewünschten Ort der Einlass-/Auslassarmaturen variieren kann.
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Während individuelle Einlass- und Auslassarmaturen 63, 65 gezeigt sind, ist darauf hinzuweisen, dass jede geeignete Armatur verwendet werden kann, um Fluide in den Wärmetauscher 10 und aus diesem heraus zu leiten. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsbeispielen eine kombinierte Einlass-/Auslassarmatur verwendet werden, bei der die Armatur selbst Fluideinlass- und Fluidauslass-Durchgänge enthält, die mit den entsprechenden Fluidverteilern in dem Wärmetauscher 10 kommunizieren.
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Unter Bezugnahme auf die 8–11 werden verschiedene alternative Ausführungsbeispiele für den Verteilereinsatz 40 im Einzelnen beschrieben. 8 zeigt eine Detailansicht des ersten Endes 44 des vorstehend in Verbindung mit den 1–7 beschriebenen Verteilereinsatzes 40. Wie gezeigt ist, umgibt der Flansch 54 das offene erste Ende 44 des Verteilereinsatzes 40, dessen untere Oberfläche 57 auf der Materiallippe 58 sitzt oder ruht, die die Fluidöffnung 17 in den gebildeten Wulsten 20 der Platten 12, 14 umgibt. Der Oberflächenkontakt zwischen der unteren Oberfläche 57 des Flansches 54 bildet einen angemessenen Kontakt, um sicherzustellen, dass der Verteilereinsatz 40 und die Wärmetauscherplatten 12, 14 durch Hartlöten oder andere geeignete Mittel gegeneinander fixiert oder abgedichtet sind.
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9 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Verteilereinsatzes 40, bei dem der Verteilereinsatz 40 so angeordnet ist, dass die obere Oberfläche 59 des Flansches 54 den Bereich des mittleren, im Allgemeinen ebenen Basisbereich 16 der Platte 12, 14, der die flachen Fluidöffnungen 19 umgibt, kontaktiert und in anliegender Beziehung zu diesem ist. Ein maschinell bearbeiteter Aufsatz oder Kragen 70 ist auf dem Verteilereinsatz 40 an dessen erstem Ende 44 positioniert, wobei der Kragen 70 derart bemessen ist, dass er eine Interferenz oder eine fluiddichte Passung um das erste Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 herum hat. Der Kragen 70 ist mit einer Flanschbasis 72 gebildet, die auf der die Fluidöffnung 17 in den Wulsten 20 umgebenden Materiallippe 58 ruht und an dieser befestigt ist. Daher sind, wenn der Wärmetauscher 10 montiert ist, die ausgerichteten Fluidöffnungen 17, 19 von einem der Plattenpaare 12, 14 wirksam zwischen der Flanschbasis 72 des Kragens 70 und dem mit einem Flansch versehenen ersten Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 eingeklemmt.
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10 illustriert noch ein anderes Ausführungsbeispiel des Verteilereinsatzes 40, wobei das erste Ende 44 des Einsatzes 40 mit einem Umfangswulst 74 gebildet ist, der von der äußeren Oberfläche des zylindrischen Körpers 42 radial nach außen vorsteht, wobei der Wulst 74 einen geringen Abstand von dem offenen ersten Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 aufweist. Wenn der Verteilereinsatz 40 innerhalb eines Bereichs des Verteilers 22 angeordnet ist, ist der Umfangswulst in Eingriff mit der die Fluidöffnung 17 in dem Wulstbereich 20 umgebenden Materiallippe 58 und ruht auf dieser, wobei sich das Ende des Verteilereinsatzes 40 so in die Fluidöffnung 17 erstreckt, dass es sich nach außen erweitern kann, um hierdurch ein Flanschende 54 zu bilden. Als eine Folge sind die gepaarten Kanten der ausgerichteten Fluidöffnungen 17, 19 des Plattenpaars 12, 14, das den Wärmetauscherkern in den ersten Teil 10(1) und den zweiten Teil 10(2) teilt, zwischen der oberen Oberfläche 59 des Flanschendes 54 und dem Umfangswulst 74 eingeklemmt. Indem die gepaarten Kanten der ausgerichteten Fluidöffnungen 17, 29 zwischen dem Flansch 54 und dem Umfangswulst 74 eingeklemmt sind, werden zwei Kontaktflächen zum gegenseitigen Fixieren und/oder Abdichten der Komponenten beispielsweise durch Hartlöten erhalten.
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11 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 10, bei dem der Verteilereinsatz 10 die Form eines länglichen zylindrischen Rohrs oder Körpers 42 hat. Anstelle eines an dem ersten Ende des zylindrischen Körpers 42 gebildeten Flansches 54 ist eine Teilerplatte 76 innerhalb des Stapels von Wärmetauscherplatten 12, 14 angeordnet und wirkt mit dem ersten Ende 44 des Verteilereinsatzes 40 zusammen, um den Wärmetauscher 10 in den jeweiligen ersten und zweiten Teil 10(1), 10(2) zu teilen. Die Teilerplatte 76 hat im Allgemeinen dieselbe Form wie die Wärmetauscherplatten 12, 14 und hat einen mittleren, im Allgemeinen ebenen Basisbereich 16, der von einer abwärts geneigten Umfangswand 18 umgeben ist. Vier Fluidöffnungen sind in den jeweiligen Ecken der Platte 76 gebildet, von denen zwei in den Wulsten (nicht gezeigt) gebildet sind, die aus der Ebene des Basisbereichs 16 der Platte 76 wie in dem Fall der Wärmetauscherplatten 12, 14 herausstehen. Die anderen beiden Fluidöffnungen 19 sind innerhalb der Ebene des Basisbereichs 16 der Platte 76 gebildet, wobei eine der Fluidöffnungen 19' so gebildet ist, dass sie einen kleineren Durchmesser als die anderen Fluidöffnungen 17, 19 in der Platte 76 hat. Der Durchmesser der Fluidöffnung 19' entspricht allgemein dem inneren Durchmesser des zylindrischen Rohrs oder Körpers 42, das/der den Verteilereinsatz 40 bildet. Die Fluidöffnung 19' weist auch eine erhabene Umfangskante 78 auf, die sich von der Öffnung 19' weg erstreckt, wobei die Umfangskante 78 innerhalb des offenen ersten Endes 44 des Verteilereinsatzes 40 aufgenommen ist. Der Verteilereinsatz 40 und die Fluidöffnung 19' sind so bemessen, dass sie eine fluiddichte Abdichtung zwischen den beiden Komponenten bilden, wenn sie aneinander befestigt sind.
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12 illustriert einen Zweiwege-Wärmetauscher 100 gemäß den im Stand der Technik bekannten Prinzipien. Um das Mehrwege-Strömungsmuster durch den Wärmetauscher 100 zu erhalten, weist der Wärmetauscher 100 einen ersten Bereich 100(1) und einen zweiten Bereich 100(2) auf, von denen jeder mehrere gestapelte Wärmetauscherplatten 112(1), 114(1) und 112(2), 114(2) aufweist. Der untere oder zweite Bereich 100(2) des Wärmetauschers weist Platten 112(1), 114(1) auf, die in der Struktur ähnlich den vorstehend in Verbindung mit dem Wärmetauscher 10 beschriebenen Wärmetauscherplatten 12, 14 ist. Der obere oder erste Bereich 100(1) des Wärmetauschers weist einen unterschiedlichen Satz von Wärmetauscherplatten 112(1), 114(1), die ähnlich den vorbeschriebenen Wärmetauscherplatten 12, 14, 112(2), 114(2) sind, auf, mit der Ausnahme, dass eine zusätzliche Fluidöffnung 117 in einem zusätzlichen Wulstbereich 120' gebildet ist, der nahe des einen der anderen Wulstbereiche 20 angeordnet ist. Daher ist, wenn Wärmetauscherplatten 112(1), 14(1) in ihrer abwechselnden Beziehung gestapelt sind, um Fluidkanäle 113(1), 115(1) zwischen sich zu bilden, eine zusätzliche Verteilerstruktur 222 benachbart der Verteilerstruktur 22 gebildet. Bei dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel dient die zusätzliche Verteilerstruktur 222 als der Einlassverteiler zum Zuführen von Fluid zu den ersten Fluidkanälen 113(1) in dem ersten Teil 100(1) des Wärmetauschers 100. Das Fluid strömt dann durch die ersten Fluidkanäle 113(1) zu der entsprechenden Verteilerstruktur 24 an dem entgegengesetzten Ende der Fluidkanäle 113(1) und tritt in den zweiten Teil 100(2) des Wärmetauschers 100 ein. Von der Verteilerstruktur 24 strömt das Fluid durch Fluidkanäle 113(2) in den zweiten Teil 100(2) des Wärmetauschers 100 zum Auslassverteiler 22 und tritt aus dem Wärmetauscher 100 aus, nachdem die zwei Wege durch die Fluidkanäle 113(1), 113(2) beendet sind. Daher ist, um das gewünschte Zweiwege-Strömungsmuster durch den Wärmetauscher 100 zu erhalten, eine zusätzliche Verteilerstruktur 222 erforderlich, die einen verschiedenen Satz von Wärmetauscherplatten 112(1), 114(1) erfordert, wenn der Wärmetauscher 100 gebildet wird. Auch kann, da die Länge der ersten Fluidkanäle 113(1) in dem ersten Teil 100(1) des Wärmetauschers verschieden von der Länge der ersten Fluidkanäle 113(2) in dem zweiten Teil 100(2) des Wärmetauschers ist, das Wärmeübertragungsvermögen über den ersten Weg sich von dem Wärmeübertragungsvermögen in dem zweiten Weg unterscheiden. Auch erfordern jegliche Wärmeübertragungs-Verstärkungsvorrichtungen oder -oberflachen wie Turbulizer, die innerhalb der Fluidkanäle 113(1) angeordnet sind, eine unterschiedliche Form/Länge als diejenigen, die in dem zweiten Teil 100(2) des Wärmetauschers verwendet werden. Ein Wärmetauscher, der unterschiedliche Plattenstrukturen und Turbulizerstrukturen erfordert, um die gewünschten Strömungsmuster durch den Wärmetauscher zu erhalten, erfordert zusätzliche Material- und Herstellungskosten, die mit der Montage des Wärmetauschers assoziiert sind.
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Der vorstehend in Verbindung mit den 1–11 beschriebene Verteilereinsatz 40 ermöglicht den Komponenten einer herkömmlichen Einweg-Wärmetauscherstruktur, leicht in einen Zweiwege- oder Mehrwege-Wärmetauscher modifiziert zu werden (abhängig von dem Ort/der Anordnung und der Anzahl von verwendeten Verteilereinsätzen 40), ohne unterschiedliche Wärmetauscherplatten und/oder Turbulizerstrukturen zu erfordern. Der Verteilereinsatz 40 ermöglicht auch, dass die Länge der Strömungsdurchgänge für jeden Fluidweg (z. B. Fluidweg 10(1), 10(2)) im Allgemeinen dieselbe bleibt, was ein gleichmäßigeres Fluidprofil durch den Wärmetauscher und ein gleichmäßigeres Leistungsvermögen über den Wärmetauscherkern ermöglicht.
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Während verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt wurden, ist zu bemerken, dass bestimmte Adaptionen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung liegend vorgenommen werden können. Daher sind die vorstehend diskutierten Ausführungsbeispiele als veranschaulichend und nicht als beschränkend anzusehen.
