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QUERVERWEIS ZU EINER BEZOGENER ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der US provisorischen Patentanmeldung Nr. 61/987570, eingereicht am 2. Mai 2014 mit dem Titel "STRÖMUNGSFÖRDERNDER VERTEILERAUFBAU FÜR EINE WÄRMETAUSCHERVORRICHTUNG UND WÄRMETAUSCHERVORRICHTUNG DIESEN UMFASSEND". Der Inhalt der oben genannten Patentanmeldung wird hier ausdrücklich durch Bezugnahme in die detaillierte Beschreibung der vorliegenden Anmeldung einbezogen.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Verteileraufbau zum Umlenken eines Fluidstroms sowie auf einen Verteileraufbau, der in der Lage ist, die Strömungsverteilung eines einströmenden Fluidstroms auf zusätzliche Komponenten in einer Vorrichtung oder einem System zu unterstützen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Verteileraufbau zum Umleiten eines einströmenden und ausströmenden Fluidstroms und zum Umsetzen einer gleichmäßigeren Strömungsverteilung durch eine Wärmetauschervorrichtung.
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HINTERGRUND
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Wärmetauscher, die in Fluidgehäusen angeordnet sind, sind bekannt und werden für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet. Im Allgemeinen sind Wärmetauscher oft in einem Fluidgehäuse angeordnet, um entweder den Wärmetauscher mit einem Fluid zu tauchen oder einem Fluid zu gestatten, durch das Gehäuse über den Wärmetauscher zu strömen und dabei mindestens zwei unterschiedliche Fluide in eine Wärmeübertragungsbeziehung zueinander zu bringen. Die Anordnung der Strömungseinlässe/-auslässe an dem Gehäuse und die Gesamtstruktur des Gehäuses können sich auf den Fluidstrom über und/oder durch den Wärmetauscher auswirken, wodurch der Gesamtwirkungsgrad und/oder die Leistungsfähigkeit der Gesamtwärmetauschervorrichtung beeinflusst werden. Die Anordnung und/oder Positionierung des Wärmetauschers in einem Außengehäuse kann auch die Gesamtleistungsfähigkeit der Vorrichtung im Allgemeinen beeinflussen. Dies ist häufig augenscheinlich, wenn ein Fluid in das Gehäuse in eine Richtung einströmt, die unterschiedlich zu der Richtung ist, mit der es aus dem Gehäuse (oder umgekehrt) ausströmt, da Richtungsänderungen oft zu Energieverlusten führen und/oder Druckabfälle über die korrespondierende Vorrichtung erhöhen. Zusätzlich kann die spezifische Stelle des Fluideinlasses am Gehäuse eine Wirkung dahingehend haben, ob der einströmende Fluidstrom gleichmäßig und/oder ausreichend über die Fluidkanäle verteilt wird, die dem korrespondierenden Wärmetauscher oder anderen Vorrichtungen zugeordnet sind, wodurch der Gesamtwirkungsgrad und Leistungsfähigkeit der Vorrichtung beeinflusst werden. Somit ist die Art, in der das einströmende Fluid in einen eingeschlossenen Wärmetauscher oder andere geeignete Komponenten oder Vorrichtungen gelenkt wird oder aus diesen ausströmt, eine wichtige Betrachtungsweise, wenn versucht wird, die gesamte Wärmeübertragungsleistung zu optimieren.
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Es gibt somit eine Notwendigkeit für verbesserte Verteilerstrukturen bzw. -aufbauten zum Leiten und/oder Verteilen von einströmenden und/oder ausströmenden Fluidströmen, insbesondere in Fällen, in denen ein Fluid in einen Wärmetauscher oder eine andere geeignete Vorrichtung in eine Richtung unterschiedlich zu der Richtung einströmt, in der es die Gesamtanordnung verlässt oder umgekehrt.
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ABRISS DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
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In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verteileraufbau vorgesehen, der umfasst: einen Verteilerhohlraum zum Aufnehmen eines Fluids; eine erste Fluidöffnung in Fluidverbindung mit dem Verteilerhohlraum, wobei die erste Fluidöffnung eine in eine erste Richtung gerichtete Strömungsachse aufweist und an einem ersten Ende des Verteilerhohlraums für den Einlass oder Auslass des Fluids in den oder aus dem Verteilerhohlraum in die erste Richtung liegt; eine zweite Fluidöffnung in Fluidverbindung mit dem Verteilerhohlraum, wobei die zweite Fluidöffnung eine in eine zweite, im Allgemeinen senkrecht zur ersten Richtung gerichtete Strömungsachse aufweist und an einem zweiten Ende des Verteilerhohlraums für den Einlass oder Auslass des Fluids in den oder aus dem Verteilerhohlraum in die zweite Richtung liegt; eine erste gekrümmte Fläche, die einen Bodenbereich des Verteilerhohlraums im Allgemeinen gegenüberliegend zu der ersten Fluidöffnung bildet, wobei die gekrümmte Fläche eine konkave Krümmung aufweist; wobei die erste gekrümmte Fläche eine strömungsablenkende Fläche zum Umleiten des Fluidstroms von entweder der ersten oder der zweiten Richtung in die jeweils andere der ersten oder zweiten Richtung ist.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmetauschervorrichtung vorgesehen, die umfasst: ein Gehäuse, das einen ersten Verteilerhohlraum und einen zweiten Verteilerhohlraum und einen Strömungsdurchgang begrenzt, der den ersten Verteilerhohlraum mit dem zweiten Verteilerhohlraum verbindet; eine in dem Gehäuse gebildete Fluidöffnung in Fluidverbindung mit dem ersten Verteilerhohlraum, die eine Strömungsachse in einer ersten Richtung aufweist; eine zweite in dem Gehäuse gebildete Fluidöffnung in Fluidverbindung mit dem zweiten Verteilerhohlraum, die eine in eine zweite Richtung gerichtete Strömungsachse aufweist; einen Wärmetauscher, der in dem Strömungsdurchgang zwischen dem ersten Verteilerhohlraum und dem zweiten Verteilerhohlraum angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher eine Mehrzahl von ersten Fluidkanälen zum Hindurchleiten eines ersten Fluids in die zweite Richtung und eine Mehrzahl von zweiten Fluidkanälen zum Durchleiten eines zweiten Fluids, wobei der Wärmetauscher ein erstes Ende in Fluidverbindung mit dem ersten Verteilerhohlraum und ein zweites Ende in Fluidverbindung mit dem zweiten Verteilerhohlraum der aufweist; eine erste gekrümmte Fläche, die ein Ende eines Bodens des ersten Verteilerhohlraums im Wesentlichen gegenüberliegend zu der ersten Fluidöffnung bildet, wobei die erste gekrümmte Fläche einen ersten Bereich, der sich zu der ersten Fluidöffnung erstreckt, und einen zweiten Bereich aufweist, der sich von dem Fluideinlass weg erstreckt, und dazwischen eine konkave Krümmung festgelegt ist; wobei die erste gekrümmte Fläche eine strömungsablenkende Fläche zum Umlenken des Fluidstroms zwischen einer der ersten oder zweiten Fluidöffnung und der anderen der ersten und zweiten Fluidöffnung von der ersten oder zweiten Richtung in die andere der ersten oder zweiten Richtung für die Weiterleitung in oder aus den ersten Fluidkanälen des Wärmetauschers ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Es wird nun beispielhaft Bezug genommen auf die beigefügte Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigt, und in der:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Wärmetauschervorrichtung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine Aufsicht auf die Wärmetauschervorrichtung nach 1 ist;
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3 eine Querschnittsansicht der Wärmetauschervorrichtung nach 1 entlang der Längsachse der Wärmetauschervorrichtung ist;
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3A eine perspektivische Ansicht der Wärmetauschervorrichtung nach 1 mit einer daran befestigten Steuervorrichtung ist;
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4 eine obere perspektivische Ansicht einer Wärmetauschervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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5 eine obere perspektivische Ansicht der Grundplatte der Wärmetauschervorrichtung nach 4 ist;
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6 eine Querschnittsansicht des Verteileraufbaus der Wärmetauschervorrichtung nach 4 entlang einer Achse senkrecht zu der Längsachse der Wärmetauschervorrichtung ist;
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7 eine obere perspektivische Ansicht einer Komponente des Verteileraufbaus der 6 ist;
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8 eine obere perspektivische Ansicht des Deckelteils der Wärmetauschervorrichtung nach 4 ist;
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9 eine Seitenansicht des Deckelteils nach 8 ist;
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10 eine untere perspektivische Ansicht des Deckelteils nach 7 ist;
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11 eine schematische Darstellung eines Fluidstroms durch die Wärmetauschervorrichtung nach 1 ist;
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11A eine schematische Darstellung eines anderen Fluidströmungspfads durch die Wärmetauschervorrichtung nach 1 ist, bei der der erste Verteilerhohlraum als ein Auslassverteiler arbeitet;
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12 eine schematische Darstellung eines Fluidstroms durch die Wärmetauschervorrichtung nach 4 ist;
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12A eine schematische Darstellung eines anderen Fluidströmungspfads durch die Wärmetauschervorrichtung nach 4 ist, bei der der erste Verteilerhohlraum als ein Auslassverteiler arbeitet;
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13 ein Fluidmodell der Wärmetauschervorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung ist, das den Fluidstrom durch die Vorrichtung darstellt;
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14 eine obere perspektivische Ansicht einer Wärmetauschervorrichtung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
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15 eine Querschnittsansicht eines Verteileraufbaus der Wärmetauschervorrichtung nach 14 längs einer Achse senkrecht zu der Längsachse der Wärmetauschervorrichtung ist;
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16 eine obere perspektivische Ansicht des Deckelteils der Wärmetauschervorrichtung nach 14 ist; und
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17 eine obere perspektivische Ansicht der Grundplatte der Wärmetauschervorrichtung nach 14 ist.
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Gleiche Bezugszeichen können in unterschiedlichen Figuren verwendet sein, um gleiche Komponenten zu bezeichnen.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Bezugnehmend auf die 1 bis 3 ist eine beispielhafte Wärmetauschervorrichtung 10, die einen Verteileraufbau 100 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung einschließt, gezeigt. Zur Vereinfachung der Bezugnahme wird das Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Wärmetauschervorrichtung beschrieben, jedoch sei verstanden, dass die beschriebene Technologie in Verbindung mit anderen Fluidübertragungsvorrichtungen, wie Massentransfer- oder Befeuchtungsvorrichtungen als Beispiel abhängig von der besonderen Anwendung verwendet werden kann.
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Wie gezeigt, umfasst die Wärmetauschervorrichtung 10 einen Wärmetauscher (oder Fluidübertragungsvorrichtung) 12, der in einer Strömungsbox oder einem Außengehäuse 14 angeordnet ist. Die Strömungsbox 14 hat im Allgemeinen die Form eines Außenkastens oder -gehäuses, das eine Grundplatte 16 und ein Deckelteil 18 umfasst, das auf der Grundplatte 16 positioniert ist und den Wärmetauscher 12 in dem kombinierten Aufbau umschließt. Während das vorliegende Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf einen Wärmetauscher 12 beschrieben wird, der in der Anordnung eingeschlossen ist, sei verstanden, wie oben ausgeführt wird, dass der Verteileraufbau 100 und/oder die Strömungsbox 14 auch in Zusammenhang mit anderen Fluidübertragungsvorrichtungen, wie beispielsweise einer Massentransfervorrichtung oder einem Befeuchter verwendet werden kann. Somit sei verstanden, dass nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung mit Wärmetauschern zu begrenzen, und dass andere Vorrichtungen, denen ein Fluid geliefert oder aus denen ein Fluid austritt, in den Umfang der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen sind.
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Die Strömungsbox 14 begrenzt einen Fluideinlass oder eine erste Fluidöffnung 13 im Allgemeinen an einem Ende der Strömungsbox 14 in der oberen Fläche 17 des Deckelbereichs 18 und einen Fluidauslass oder eine zweite Fluidöffnung 15, die an einem entgegengesetzten Ende der Strömungsbox 14 in einer Stirnwand 19 des Deckelbereichs 18 der Strömungsbox 14 angeordnet ist. Somit hat die erste Fluidöffnung 13 eine Strömungsachse, die allgemein senkrecht zu der Längsachse der Strömungsbox 14 und/oder des Wärmetauschers oder der Fluidübertragungsvorrichtung 12, die in der Strömungsbox 14 eingeschlossen ist, liegt. Die zweite Fluidöffnung 15 ist in der Stirnwand 19 der Strömungsbox 14 an dem entgegengesetzten Ende zu der ersten Fluidöffnung 13 ausgebildet und hat daher eine Strömungsachse, die allgemein senkrecht zu der der ersten Fluidöffnung 13 liegt und im Allgemeinen parallel zu und/oder entlang der Längsachse der Strömungsbox 14 und/oder des Wärmetauschers 12 (oder Fluidübertragungsvorrichtung), der in der Strömungsbox 14 aufgenommen ist, liegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die erste Fluidöffnung 13 die Funktion einer Einlassöffnung, während die zweite Fluidöffnung 15 die Funktion einer Auslassöffnung erfüllt, es sei jedoch verstanden, dass die umgekehrte Strömungsrichtung auch möglich ist. Somit strömt im Betrieb ein erstes Wärmeaustauschfluid in die Wärmetauschervorrichtung 10 über die erste Fluidöffnung 13 ein und wird durch den Verteileraufbau 100 geleitet, um so in Kontakt und in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Wärmetauscher 12 gebracht zu werden, der in der Strömungsbox 14 aufgenommen ist. Das Fluid strömt durch den Wärmetauscher 12 in Wärmeaustauschbeziehung mit einem zweiten Fluid, das durch den Wärmetauscher 12 strömt, bevor es den Wärmetauscher 12 und die Wärmetauschervorrichtung 10 durch die zweite Fluidöffnung 15 verlässt. Der Gesamtfluidstrom durch die Strömungsbox 14 wird daher einer Änderung in der Strömungsrichtung von mindestens ungefähr 90 Grad zwischen der ersten Fluidöffnung 13 und der zweiten Fluidöffnung 15 unterzogen. Das Konstruktionsmaterial der Grundplatte 13 und des Deckelbereichs 18 der Strömungsbox 14 ist nicht besonders begrenzt und kann abhängig von der speziellen Anwendung der Wärmetauschervorrichtung 10 gewählt werden. In manchen Ausführungsbeispielen können der Deckelbereich 18 und/oder die Grundplatte 16 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial gebildet sein.
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Der Wärmetauscher (oder die Fluidübertragungsvorrichtung) 12 kann jede geeignete Form haben und hat in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form eines gestapelten Plattenwärmetauschers, der eine Mehrzahl von beabstandeten gestapelten Rohrelementen 20 umfasst, die jeweils einen Fluidinnenströmungskanal 21 für den Strom eines zweiten Wärmetauscherfluids hindurch begrenzen, wie beispielsweise in 3 gezeigt ist. Jedes Rohrelement 20 weist eine Fluideinlassöffnung und eine Fluidauslassöffnung auf, die in Verbindung mit dem Fluidinnenströmungskanal 21 sind, wobei die Fluideinlassöffnung und die Fluidauslassöffnung von benachbarten Rohrelementen 20 ausgerichtet sind, um so einen Fluideinlassverteiler 22 und einen Fluidauslassverteiler 24 (schematisch in den 1 und 2 gezeigt) zu definieren. Korrespondierende Öffnungen 26, 28 (gezeigt in 5) können in der Grundplatte 16 (oder in dem Deckelteil 18, abhängig von der besonderen Anwendung) der Wärmetauschervorrichtung 10 gebildet sein, damit geeignete Fluideinlass-/-auslassarmaturen (nicht gezeigt) in Verbindung mit dem Fluideinlass- und Fluidauslassverteiler 22, 24 für den Einlass und Auslass des zweiten Fluids durch den Wärmetauscher 12 montiert werden können. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Wärmetauschervorrichtung 10 direkt in Fluidverbindung mit einer korrespondierenden Fluidquelle (z.B. wie das Gehäuse einer Automobilsystemkomponente) befestigt werden. Alternativ und abhängig von der exakten Positionierung/Anordnung des Einlass- und Auslassverteilers 22, 24 des Wärmetauschers 12, können die Einlass- und Auslassöffnungen 26 und 28 in dem Deckelteil 18 der Strömungsbox 14 ausgebildet sein.
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Die zwischen den beabstandeten, gestapelten Rohrelementen 20 gebildeten Räume bilden einen zweiten Satz Fluidkanäle 25 für die Strömung des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch die erste Fluidöffnung 13 in die Wärmetauschervorrichtung 10 zum Strömen durch den Wärmetauscher 12 einströmt, wodurch das erste Wärmeaustauschfluid in Wärmeaustauschbeziehung mit dem zweiten Wärmeaustauschfluid, das durch den eingeschlossenen ersten Satz an Fluidkanälen 21 strömt, gebracht wird. Vorrichtungen zur Erhöhung des Wärmeaustauschs, wie Rippen, können zwischen den gestapelten Rohrelementen zur Verbesserung des Wärmeaustauschwirkungsgrads und/oder zum Erhöhen der Gesamtstärke des Wärmetauscheraufbaus angeordnet sein. In alternativer Weise können die gestapelten Rohrelemente 20 mit Vertiefungen, Rippen oder anderen Erhöhungen 27 ausgebildet sein, die auf der Außen- oder Innenfläche der Rohrelemente 20 geformt sein können, um ähnliche Wirkungen zu erzielen. Turbulizer oder andere bekannte Vorrichtungen, wie Vertiefungen oder Rippen 27, können auch in den Fluidinnenströmungskanälen 21 angeordnet oder geformt sein, um die Wärmeübertragung in Übereinstimmung mit im Stand der Technik bekannten Prinzipien zu erhöhen. In einigen Ausführungsbeispielen können die Rohrelemente 20 als eine einzige Struktur ausgebildet sein, während sie in anderen Ausführungsbeispielen aus zusammenpassenden Plattenpaaren geformt sein können.
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Der Wärmetauscher (oder die Fluidübertragungsvorrichtung) 12 ist so angeordnet, dass er in der Strömungsbox 14 eingeschlossen ist. Der Wärmetauscher 12 ist auf einem im Allgemeinen ebenen Mittelbereich 30 der Innenfläche 32 der Grundplatte 16 positioniert, wobei der Deckelbereich 12 der Strömungsbox 14 über den Wärmetauscher 12 gestülpt ist und gegen die obere oder innere Fläche 32 der Grundplatte 16 abgedichtet ist. In manchen Ausführungsbeispielen kann die Grundplatte 16 mit einer hochstehenden Lippe oder Umfangssteg 35 versehen sein, der von dem Umfangsrand 34 der Grundplatte 16 nach innen angeordnet ist, um eine Dichtfläche für den Kontakt mit dem offenen Ende 36 des Deckelbereichs 18 vorzusehen. Somit erstreckt sich ein Teil der Grundplatte 16 nach außen über den von dem Deckelteil 18 definierten Umfang hinaus, um, wenn notwendig, eine zusätzliche Befestigungsfläche zu bilden. Befestigungslöcher 37 können auch beabstandet um die Grundplatte 16 herum ausgebildet sein, um zur Befestigung und/oder Festlegung der Wärmetauschervorrichtung 10 an korrespondierenden Komponenten innerhalb eines Gesamtsystems als Beispiel beizutragen.
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Ein erster Verteilerhohlraum oder Verteilerraum 40 ist in dem Deckelteil 18 an dem Einlass- oder erstem Ende der Strömungsbox 14 festgelegt, wobei der erste Verteilerhohlraum im Allgemeinen mit der ersten Fluidöffnung 13 ausgerichtet ist und zu den offenen Enden des zweiten Satzes an Strömungskanälen 25, die in dem Wärmetauscher 12 ausgebildet sind, offen und in Strömungsverbindung ist. Ein zweiter Verteilerhohlraum oder Verteilerraum 42 ist in dem Deckelteil 18 am Auslassende der Strömungsbox 14 festgelegt, wobei der zweite Verteilerhohlraum 42 in Strömungsverbindung mit den Auslassenden des zweiten Satzes an Fluiddurchgängen 25 in dem Wärmetauscher 12 zum Aufnehmen des ersten Fluids ist, wenn es den zweiten Satz an Fluiddurchgängen 25 verlässt, bevor es aus der Wärmetauschervorrichtung 10 über die zweite Fluidöffnung 15 ausströmt. Im Allgemeinen ist es für einströmendes Fluid wünschenswert, dass es zu dem Wärmetauscher 12 über einen ausgedehnten Flächenbereich des Einlassendes des Wärmetauschers 12 gerichtet wird, um eine gleichmäßige und/oder optimierte Fluidverteilung über die Fluidkanäle 25 des Wärmetauschers 12 sicherzustellen. Um den Fluidstrom zu einem ausgedehnten Bereich des Einlassendes des Wärmetauschers zu unterstützen, ist die erste Fluidöffnung leicht versetzt zu dem Einlassende des Wärmetauschers 12 oder zu der Längsachse der Wärmetauschervorrichtung angeordnet, wie klar in 2 gezeigt ist. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die erste Fluidöffnung in dem Deckelbereich 18 so ausgebildet, dass sie an der unteren linken Ecke des Einlassendes des Wärmetauschers 12 (wenn von oben gesehen) positioniert ist. Der Deckelbereich 18 ist auch geformt und in der Kontur umrissen, um den Fluidstrom von der ersten Fluidöffnung 13, die allgemein an einer Ecke des Wärmetauschers 12 liegt, über die gesamte Stirnfläche oder das Einlassende des Wärmetauschers 12 zu fördern. Genauer gesagt, ist im Gegenteil zu dem Deckelbereich 18, der eine allgemein rechteckige, domförmige Struktur aufweist, das Einlassende des Deckelteils 18, wie in der Aufsicht nach 2 gezeigt, in seiner Kontur so ausgebildet, dass es nach innen um die erste Fluidöffnung 13 herum spitz zuläuft, bevor es sich nach außen zu der oberen linken Ecke des Wärmetauschers 12 erstreckt oder verjüngt, wobei der nach innen sich verjüngende Bereich 23 des Deckelteils 18 eine eingerückte obere linke Ecke des Deckelteils 18 bildet, wie von oben gesehen in 2 gezeigt. Die Gestaltung des Deckelteils erzeugt einen fast trichter- oder düsenähnlichen Bereich oder Raum des ersten Verteilerhohlraums 40 in dem nach innen verjüngten Bereich 23, der dazu beiträgt, die Strömungsverteilung von der ersten Fluidöffnung 13 zu der gesamten Endfläche oder dem gesamten Einlassende des Wärmetauschers 12 zu fördern, was dazu beiträgt, die Fluidverteilung zu den Fluidkanälen 25 des Wärmetauschers 12 sicherzustellen.
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Um weiterhin zu dem Umlenken des ersten Wärmeaustauschfluids, das in die Wärmetauschervorrichtung 10 durch die erste Öffnung 13 in Richtung des Einlassendes des Wärmetauschers 12 in einem Bemühen, eine angemessene Strömungsverteilung über die Fluidkanäle 25 sicherzustellen, beizutragen, hat eine erste Rampe 46 ein erstes Ende, das sich nach oben weg von der Grundplatte 16 in den ersten Verteilerhohlraum 40 zu der ersten Fluidöffnung 13 hin erstreckt, und ein zweites Ende 50, das nach unten durch den ersten Verteilerhohlraum 40 zu dem Wärmetauscher 12 (oder jeder anderen geeigneten Vorrichtung oder Einrichtung, die in der Strömungsbox 14 eingeschlossen ist) geneigt ist. Zusätzlich zu der nach unten geneigten Vorderfläche 52 kann die Rückfläche 54 der ersten Rampe 46 auch geformt oder gekrümmt sein, so dass sie der inneren Form oder Kontur der Fläche des Deckelteils 18, das den ersten Verteilerhohlraum 40 bildet, entspricht. Beispielsweise definiert in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Deckelteil eine irgendwie kreisförmige oder zylindrische Rückwand des ersten Verteilerhohlraums 40, wobei die Rückfläche 54 der ersten Rampe 46 so gekrümmt ist, dass sie im Allgemeinen der Innenform des Deckelteils 18, das den ersten Verteilerhohlraum 40 bildet, entspricht. Wie genauer in 2 gezeigt ist, ist die erste Rampe 46 auch allmählich zu dem nach innen verjüngten Bereich 23 des ersten Verteilerhohlraums 40 geneigt, was dazu beiträgt, die Fluidverteilung durch den Verteilerhohlraum 40 zu dem Wärmetauscher 12 zu unterstützen. Die erste Rampe 46 dient daher als Strömungsablenker, um fortschreitend eine Bewegung und/oder ein Mischen in den Fluidstrom, der die Strömungsbox 14 durch die erste Fluidöffnung 13 betritt, einzuleiten, um so den eintretenden Strom über die ungefähr 90-Grad-Biegung in einer solchen Weise umzulenken, dass möglicherweise Energieverluste sowie unerwünschte Druckabfälle, die oftmals mit abrupten Änderungen der Strömungsrichtung eines Fluidstroms einhergehen, reduziert und/oder vermieden werden. Die erste Rampe 46 kann integral als Teil der Basisplatte 16 ausgebildet sein oder kann als separate Komponente ausgebildet sein, die dann mit der Grundplatte 16 durch jedes geeignete Mittel verbunden wird.
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Eine zweite oder Auslassrampe 56 kann auch in dem zweiten Verteilerhohlraum 42 auf der Grundplatte 16 an dem Auslass oder dem zweiten Ende der Wärmetauschervorrichtung 10 vorgesehen sein. Die zweite Rampe 56 ist allgemein in der Form einer nach oben geneigten Rampe, wobei die nach oben geneigte Fläche 58 zu den Auslässen oder zweiten Enden des zweiten Satzes von Fluidkanälen 25 des Wärmetauschers 12 gerichtet ist, um so das den zweiten Satz von Fluidkanälen 25 des Wärmetauschers verlassende Fluid zu der zweiten Fluidöffnung der Wärmetauschervorrichtung 10 abzulenken und/oder umzuleiten. Die zweite Rampe 56 ist insbesondere in solchen Fällen nützlich, bei denen die zweite Fluidöffnung der Wärmetauschervorrichtung 10 etwas in Bezug auf den Boden des Wärmetauschers 12 angehoben ist, so dass das die untersten Fluidkanäle 25 verlassende Fluid nach oben zu der zweiten Fluidöffnung 15 gerichtet werden kann. In ähnlicher Weise kann die Innenfläche des Deckelteils 18 in dem zweiten Verteilerhohlraum 42 so geformt sein, dass sie zu der zweiten Fluidöffnung 15 geneigt ist, um dazu beizutragen, das die obersten Fluidkanäle 25 des Wärmetauschers 12 verlassende Fluid zu dem Auslass 15 zu richten.
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Während die erste Rampe 46 in Verbindung mit dem ersten Verteilerhohlraum 40 zum Richten/Umlenken eines einströmenden Fluids zu einer Fluidvorrichtung, die in der Strömungsbox 14 eingeschlossen ist, beschrieben wurde, wobei die zweite Rampe 56 in Zusammenhang mit dem zweiten Verteilerhohlraum 42 angeordnet ist, um zu dem Ausströmen des Fluids aus der Strömungsbox 14 beizutragen, sei es verstanden, dass die Strömungsausrichtung durch die Strömungsbox 14 umgekehrt sein kann, wobei das Fluid in die Strömungsbox 14 durch den zweiten Verteilerhohlraum 42 eintritt und die Strömungsbox 14 über den ersten Verteilerhohlraum 40 verlässt, wobei das Mischen und/oder die Bewegung in den austretenden Fluidstrom in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, induziert wird. Auch sei verstanden, dass der erste Verteilerhohlraum 40 nicht auf einen Einlassverteilerhohlraum begrenzt ist und dass die beschriebene Strömungsrichtung durch die Wärmetauschervorrichtung 10 umgekehrt sein kann.
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Während der erste Verteilerhohlraum 40 so beschrieben wurde, als ob er ein Teil des Aufbaus der Strömungsbox 14 ist, sei verstanden, dass der erste Verteilerhohlraum 40 mit Fluideinlass (oder Fluidöffnung) 13 als eine getrennte Komponente oder Ausstattung ausgebildet sein, die dann an einem entsprechenden konventionellen Gehäuse oder direkt an einer Fluidübertragungsvorrichtung, wie einem Wärmetauscher, befestigt wird oder geeignet mit diesem verbunden wird, um zu der Förderung oder dem Auslass eines Fluids durch das zugeordnete Fluidübertragungsgehäuse oder -Vorrichtung beizutragen.
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In einigen Ausführungsbeispielen und abhängig von der besonderen Anwendung der Wärmetauschervorrichtung 10 kann es wünschenswert sein, eine Strömungssteuervorrichtung zusammen mit der Wärmetauschervorrichtung 10 zu montieren. Genauer gesagt kann ein Steuerventil 29 (wie in 3A gezeigt), das ausgebildet ist, die Quelle und Strömungsrate des ersten Wärmeaustauschfluids, das in die Strömungsbox 14 einströmt, zu steuern, auf der allgemein ebenen oberen Fläche des Deckelteils in Fluidverbindung mit der ersten Fluidöffnung 13 montiert sein. Während das Steuerventil 29 zu der Gesamtpackhöhe der Wärmetauschervorrichtung 10 beitragen könnte, trägt die Positionierung der Steuerung oder des Steuerventils 29 auf der oberen Fläche des Deckelteils 18 nicht zu der Gesamtlänge der Wärmetauschervorrichtung 10 bei und zieht Nutzen aus dem im Allgemeinen flachen Bereich, der an der oberen Fläche des Deckelteils 18 vorgesehen ist, ohne weitere Modifikationen der Wärmetauschervorrichtung 10, die zum Vorsehen einer spezifischen Befestigungsfläche notwendig sein könnte, zu verlangen.
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Bezugnehmend auf die 4 bis 9 ist eine andere Wärmetauschervorrichtung 10 gezeigt, die einen Verteileraufbau 100 entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung einschließt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Wärmetauschervorrichtung 10 ähnlich zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel dahingehend, dass sie einen Wärmetauscher 12, der in einer Strömungsbox oder einem äußeren Gehäuse 14 angeordnet ist, umfasst, wobei die Strömungsbox im Allgemeinen in der Form eines äußeren Kastens oder Gehäuses ausgebildet ist, die eine Grundplatte 16 und ein Deckelteil 18 aufweist, das auf der Grundplatte 16 positioniert ist und den Wärmetauscher 12 in der kombinierten Struktur einschließt. Jedoch ist in diesem Ausführungsbeispiel, wie genauer in 5 gezeigt, statt des Vorsehens einer ersten Rampe 46 mit einem ersten Ende 48, das nach oben in den ersten Verteilerhohlraum 40 sich erstreckt und ein nach unten geneigtes zweites Ende 52 aufweist, das sich direkt zu dem vorderen oder Einlassende des Wärmetauschers 12 erstreckt, um den in die erste Richtung einströmenden Strom zu dem Wärmetauscher 12 in die zweite Richtung umzulenken, die Grundplatte 16 so ausgebildet, dass sie eine im Allgemeinen U-förmige gekrümmte Vertiefung oder eine halbringförmige Vertiefung 59 in ihrer Oberfläche aufweist. Die im Allgemeinen U-förmige gekrümmte Vertiefung oder halbringförmige Vertiefung 59 bildet einen gekrümmten Kanalbereich 60, um eine im Allgemeinen mittlere Erhebung 62, wobei der gekrümmte Kanalbereich 60 jeweils Enden 64 aufweist, die sich jeweils zu dem mittleren ebenen Bereich 30 der Grundplatte erstrecken, an dem der Wärmetauscher 12 (oder eine andere Vorrichtung) liegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Strömungsbox 14 einen leicht unterschiedlichen Aufbau als die Strömungsbox 14 des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels. Genauer gesagt, umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Strömungsbox 14 ein im Allgemeinen rechteckiges Teil 31 zum Unterbringen des Stapelrohr- oder Stapelplatten-Wärmetauschers 12 (oder eine andere fluidübertragende Vorrichtung), wobei das im Allgemeinen rechteckige Teil 31 integral mit einem runderen, domförmigen Endbereich 33 versehen ist, der den Verteileraufbau 100 einschließt. Somit ist die Strömungsbox 14 leicht ausgedehnter im Vergleich mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei das mehr abgerundete Ende 33 der Strömungsbox 14 den ersten Verteilerhohlraum 40 bildet, der leicht zu dem Führungsrand oder dem Einlassende des Wärmetauschers 12 beabstandet ist. Das leichte Beabstanden des Verteileraufbaus 100 zu dem Führungsrand oder Einlassende des Wärmetauschers 12 sieht einen etwas zusätzlichen Raum zum Umlenken des Fluidstroms vor, der in den ersten Verteilerhohlraum 40 einströmt, bevor das Fluid auf den Führungsrand oder das Einlassende des Wärmetauschers 12 strömt oder trifft. In der umgekehrten Strömungsrichtung sieht der Raum oder die Lücke zwischen dem Ende des Wärmetauschers (oder einer anderen fluidübertragenden Vorrichtung) einen zusätzlichen Raum zum Konzentrieren des ausströmenden Fluids auf die Verteilerstruktur 100 vor. Es sei jedoch verstanden, dass die spezifische Größe des ersten Verteilerhohlraums 40 und der genaue Abstand zwischen dem ersten Verteilerhohlraum 40 und dem Endrand des Wärmetauschers 12 (oder einer anderen fluidübertragenden Vorrichtung) von der speziellen Anwendung der Wärmetauschervorrichtung 10 sowie den Packbedingungen für die Gesamtvorrichtung 10 abhängen wird.
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Angesichts des Abstands, der zwischen dem ersten Verteilerhohlraum 40 und dem Führungsrand oder der Endfläche des zugeordneten Wärmetauschers 12 (oder einer anderen geeigneten Vorrichtung) vorgesehen ist, sei verstanden, dass der erste Verteilerhohlraum 40 mit dem Fluideinlass (oder Öffnung) 13 auch als getrennte Komponente oder Bauteil ausgebildet sein kann, das dann an eine korrespondierende Strömungsbox oder ein entsprechendes Gehäuse oder an eine Fluidübertragungsvorrichtung befestigt oder mit diesen geeignet verbunden wird. Somit kann in einigen Ausführungsbeispielen der Verteileraufbau 100 zu den verbleibenden Komponenten der Strömungsbox oder der Wärmetauschervorrichtung getrennt sein.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist anders als im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die erste Fluidöffnung 13 in Bezug auf den Wärmetauscher 12 versetzt ist, die erste Fluidöffnung 13 zentral in dem domförmigen Einlassende 33 des ersten Verteilerhohlraums angeordnet. Im Betrieb kontaktiert das erste Wärmeaustauschfluid, das in die Wärmetauschervorrichtung 10 durch die im Allgemeinen mittig angeordnete erste Fluidöffnung 13 eintritt, die mittlere Erhebung 42, die an dem Boden des ersten Verteilerhohlraums ausgebildet ist, und hat die Tendenz, um die mittlere Erhebung 62 herum geteilt oder verteilt zu werden, wodurch bewirkt wird, dass das Fluid zuerst entlang eines ersten Bereichs des U-förmigen Kanalbereichs 30 nach unten gerichtet wird, bevor es entlang des zweiten Bereichs der gekrümmten oder konkaven Wände des U-förmigen Kanalbereichs 60, der um die mittlere Erhebung 62 ausgebildet ist, nach oben gerichtet wird, wie etwas schematisch in 6 gezeigt ist. Die Innenfläche 63 des domförmigen Bereichs 33 des Deckelteils 18 trägt außerdem dazu bei, dass das Fluid zu sich selber zurückkehrt, um so zurück zu dem Wärmetauscher 12 gerichtet zu werden. Somit zielt die nach oben gerichtete Umlenkung des Fluidstroms entlang der gekrümmten konkaven Fläche, die in dem Kanalbereich 60 vorgesehen ist, und der korrespondierenden domförmigen Innenfläche 63 des Einlassbereichs 33 des Deckelteils 18 darauf ab, eine verwirbelnde Bewegung in den Fluidstrom zu induzieren, wodurch gewünschte Fluiddynamiken in dem ersten Verteilerhohlraum 40 der Strömungsbox 14 erzeugt werden. Die in den Fluidstrom durch die Gestaltung der Grundplatte 16 und des korrespondierenden Einlassbereichs 33 des Deckelteils 18 induzierte Wirbelbewegung oder die Verwirbelung trägt dazu bei, den in die Strömungsbox 14 in der ersten Richtung einströmende Fluidstrom zu dem Wärmetauscher 12 zu richten, ohne einige der bekannten Druck- und/oder Energieverluste in Kauf nehmen zu müssen, die oft mit abrupteren Änderungen der Strömungsrichtung einhergehen.
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Die in dem ersten Verteilerhohlraum 40 des Verteileraufbaus 100 der Strömungsbox 14 erzeugte Verwirbelung kann weiter durch Vorsehen eines Verteilereinsatzes 68, der in der ersten Fluidöffnung 13 montiert ist, sowie durch spezielles Anpassen des Deckelteils 18 verbessert werden, um zusätzlich das Umlenken des einströmenden Fluids zu dem Einlassende des Wärmetauschers 12 zu fördern. Wie klar in den 6 und 7 gezeigt ist, ist der Verteilereinsatz 68 in Form eines Rohrs mit einem langgestreckten, im Allgemeinen zylindrischen rohrförmigen Körper, der sich zwischen entgegengesetzten ersten und zweiten Enden 72, 74 erstreckt. Der im Allgemeinen zylindrische langgestreckte rohrförmige Körper 70 weist einen Außendurchmesser D1 auf, der so bemessen ist, dass er in die erste Öffnung 13, die in dem Deckelteil 18 ausgebildet ist, passt, und hat eine Länge, die ermöglicht, dass der Einsatz 68 sich in den ersten Verteilerhohlraum 40, der in der Strömungsbox 14 ausgebildet ist, erstreckt. Das erste Ende 72 sieht ein offenes Ende 76 für den Einlass des Wärmeaustauschfluids in die Wärmetauschervorrichtung 10 vor. Das zweite Ende 74 des rohrförmigen Körpers 70 sieht auch ein offenes Ende 80 vor und ist mit nach außen aufgeweiteten nach oben gerichteten Rändern 78 ausgebildet, die das zweite offene Ende 74 umgeben. Der gesamte Außendurchmesser D2 des von den nach außen aufgeweiteten, nach oben gekrümmten Kanten 78 gebildeten zweiten Endes 74 ist im Allgemeinen geringer als der Gesamtinnendurchmesser des domförmigen ersten Verteilerhohlraums 40, der von der Innenfläche des Deckelteils 18 der Strömungsbox 14 gebildet wird, um so einen im Allgemeinen ringförmigen Zwischenraum 81 dazwischen zu bilden.
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Wie schematisch in den 6, 12 und 13 gezeigt, strömt das erste Wärmeaustauschfluid in das offene Ende 76 des Verteilereinsatzes 68 und strömt nach unten durch den mittleren Kanal des Verteilereinsatzes 68 in den ersten Verteilerhohlraum 40. Wenn das Fluid das zweite Ende 74 des Verteilereinsatzes 68 verlässt, trifft es auf die mittlere Erhebung 62, die in der Grundplatte 16 ausgebildet ist und dazu dient, den eintretenden Strom um die mittlere Erhebung oder Stromteilelement 62 herum umzuleiten und/oder zu teilen. Das Fluid strömt dann nach oben oder beginnt sich um die gekrümmten konkaven Flächen des U-förmigen Kanalbereichs 60, der in der Platte 16 gebildet ist, sowie entlang der nach oben aufgeweiteten oder gekrümmten Kanten 78 des zweiten Endes 74 des Verteilereinsatzes 68 und durch den Zwischenraum 81, der zwischen dem zweiten Ende 74 des Verteilereinsatzes 68 und der Innenfläche 63 des ersten Verteilerhohlraums 40 des Deckelteils 18 vorgesehen ist, zu verwirbeln. Sobald es durch den Zwischenraum 81 hindurch ist, kann das Fluid entlang der domförmigen Innenfläche 63 des Deckelteils 18 sowie entlang der konkaven oberen Fläche der aufgeweiteten Ränder 71 des Verteilereinsatzes 68 strömen. Die Verwirbelungsbewegung, die in den einströmenden Fluidstrom mittels der verschiedenen entsprechenden gekrümmten Flächen, die in der Gesamtverteilerstruktur 100 vorgesehen sind, eingeleitet wird, dient zum Umleiten des einströmenden Fluids zu dem Einlassende des Wärmetauschers 12 über eine breite Fläche desselben, wobei das Fluid im Allgemeinen gewünschte Fluiddynamikeigenschaften aufweist, die dazu beitragen, eine geeignete Fluidverteilung über jeden Kanal des Wärmetauschers 12 sicherzustellen, ebenso wie die Gesamtwärmeübertragungsleistungsfähigkeit der Wärmetauschervorrichtung 10 zu verbessern. Durch wirksamen Einbinden des einströmenden Fluidstroms zwischen die konkaven Profile, die in der Grundplatte 16 gebildet sind und der entsprechenden konvexen Fläche der nach oben aufgeweiteten Kanten 78 des Verteilereinsatzes wird der Fluidstrom zu dem Wärmetauscher abgelenkt mittels eines verwirbelnden und/oder gewundenen Fluidmusters im Gegensatz zu einer abrupten 90-Grad-Biegung, die häufig mit ungewünschten Druckabfällen und/oder Energieverlusten einhergeht.
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Um einen geeigneten Fluidstrom durch den ersten Verteilerhohlraum 40 sicherzustellen, ist eine sich nach außen erstreckende Umfangsrippe oder ein Umfangsbund 82 an der Außenfläche des rohrförmigen Körpers 70 des Verteilereinsatzes 68 an ungefähr dem mittleren Punkt zwischen den entgegensetzten Enden 72, 74 ausgebildet. Es sei jedoch verstanden, dass die Umfangsrippe oder der Umfangsflansch 82 an jeder geeigneten Position entlang des Rohrkörpers 70 angeordnet sein kann, und sollte nicht auf den mittleren Punkt zwischen den entgegengesetzten Enden 72, 74 begrenzt sein. Die Umfangsrippe oder der Umfangsflansch 82 sehen eine Fläche zum Abdichten eines Bereichs der ersten Fluidöffnung 13 des Deckelteils 18 der Strömungsbox 14 vor, um zu verhindern, dass in den ersten Verteilerhohlraum 40 durch das offene Ende 76 des Verteilereinsatzes 68 einströmendes Fluid aus der Strömungsbox 14 durch jedwede Lücke entweichen kann, die zwischen dem Verteilereinsatz 68 und der ersten in dem Deckelteil 18 der Strömungsbox 14 gebildeten Fluidöffnung 13 existieren könnte.
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Um weiter den verwirbelnden Strom in der Verteilerstruktur 100 zu verbessern und den durch den Strömungsboxeinlass oder die erste Fluidöffnung 13 einströmenden Fluidstrom zu dem Wärmetauscher 12 umzuleiten, kann das Deckelteil 18 der Strömungsbox 14 mit einer Strömungssperre 84 versehen sein, wie in 10 gezeigt wird. Die Strömungssperre 84 dient zum Sichern des Verteilereinsatzes 68 in Stellung gegen das Deckelteil 18 und hilft die verwirbelten Fluidströme, die durch die mittlere Erhebung 62 geteilt sind, wieder zusammenzuführen, da sie umgelenkt und zu dem Wärmetauscher 12 geschleust werden. Die Gesamtstruktur des Deckelteils 18 der Strömungsbox 14 ist detaillierter in den 8 bis 10 gezeigt.
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Wie dargestellt kann das Deckelteil 18 auch mit äußeren Umfangsrippen 85 versehen sein, um zusätzliche Festigkeit für die Gesamtstruktur vorzusehen, abhängig von der jeweiligen Anwendung der Wärmetauschervorrichtung. In einigen Fällen können die Umfangsrippen 85 auf der Innenfläche des Deckelteils 18 ausgebildet sein, um so in den offenen Innenraum, der durch die Strömungsbox 14 begrenzt ist, hineinzuragen. Das Vorsehen von peripheren Rippen 85, die mit Abstand entlang der Innenfläche des Deckelteils 18 ausgebildet sind, kann insbesondere in Fällen nützlich sein, in denen ein großer Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Deckelteils 18 und der Außenfläche des Wärmetauschers 12 vorhanden ist, wobei die nach innen herausragenden Umfangsrippen 85 dann dazu dienen, einen Bypassstrom um den Umfang des gegenüberliegenden Wärmetauschers durch den Wärmetauscher 12 über Fluidkanäle 25 zu vermeiden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Grundplatte 16 auch mit einer Auslassrampe 56, wie in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 versehen sein, um das die Fluidkanäle 25 des Wärmetauschers 12 verlassende Fluid zu der zweiten Fluidöffnung 15 zu richten.
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Während das oben beschriebene Ausführungsbeispiel mit einem ersten Verteilerhohlraum 40 beschrieben wurde, der die Funktion eines Einlassverteilerhohlraums zum Richten von einströmendem Fluid zu dem Wärmetauscher 12 (oder einer anderen geeigneten Vorrichtung) aufweist, sei verstanden, dass der erste Verteilerhohlraum, der die oben beschriebenen Merkmale einschließt, auch als Auslassverteilerhohlraum in Fällen dienen kann, in denen es wünschenswert ist, eine verwirbelnde Bewegung oder einen Verwirbelungsstrom in einen ausgehenden Fluidstrom zu induzieren. In solch einem Ausführungsbeispiel würde das Fluid die Verteilerstruktur 100 durch die Öffnung 13 verlassen, nachdem es durch und/oder um die in dem ersten Verteilerhohlraum 40 ausgebildeten Elemente umgelenkt wurde, wie schematisch beispielsweise in 12A gezeigt ist. Daher sei verstanden, dass die Verteilerstruktur 100 nicht als auf eine Einlassverteilerstruktur begrenzt sein soll und dass eine Bezugnahme auf die Verteilerstruktur 100 und den ersten Verteilerhohlraum 40 als ein Einlassverteiler nur beispielhaft zu sehen ist.
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Bezugnehmend nun auf die 14 bis 17 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Wärmetauschervorrichtung 10 gezeigt, die einen Verteileraufbau 100 entsprechend der vorliegenden Offenbarung einschließt. Die Wärmetauschervorrichtung 10 nach den 14 bis 17 ist etwas ähnlich im Aufbau zu der Wärmetauschervorrichtung 10, die in Zusammenhang mit den 4 bis 13 beschrieben ist, jedoch ist anstelle des Wärmetauschers 12 in Form eines gestapelten Wärmetauschers ein Wärmetauscher 12 in Form eines konischen Wärmetauschers vorgesehen. Beispielsweise besteht der Wärmetauscher 12 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Mehrzahl von kegelförmigen Kernplatten, die wechselweise in einer eingreifenden Beziehung zueinander gestapelt sind, wodurch sie zusammenpassende Plattenpaare 20 bilden. Die zusammenpassenden Plattenpaare 20 bilden zwischen sich eingeschlossene Fluidkanäle 21, wobei die Plattenpaare 20 zueinander beabstandet sind, um einen zweiten Satz von Fluidkanälen 25 zwischen sich zu bilden. Ein Wärmetauscher dieses Typs ist in der US provisorischen Anmeldung Nr. 61/918188, eingereicht am 19. Dezember 2013 des Anmelders beschrieben mit dem Titel "Konischer Wärmetauscher", die hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Wie genauer in der 17 gezeigt ist, ist die Grundplatte 16 so ausgebildet, dass sie die konische Form des Wärmetauschers 12 aufnehmen kann. Somit ist die Grundplatte 16 anstelle des Vorsehens eines mittleren, im Allgemeinen ebenen Bereichs 30 zum Aufnehmen eines gestapelten Plattenwärmetauschers mit einer allgemein flachen Grundfläche, wie vorher in den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet, mit einem mittleren gekrümmten Bettbereich 88 zum Aufnehmen der korrespondierenden gekrümmten Außenfläche des konischen Wärmetauschers 12 ausgebildet. Das Auslassende der Grundplatte 16 ist so modifiziert, dass der gekrümmte Bettbereich 88 sich in eine nach oben geneigte gekrümmte konische Auflagefläche 89 zum Aufnehmen des konischen oder kegelförmigen Endes des Wärmetauschers 12 erstreckt. Da das erste Wärmetauscherfluid, das durch den Wärmetauscher 12 über Fluidkanäle 25 strömt, zu einem mittleren offenen Kanal 89, der durch die gestapelten kegelförmigen Plattenpaare 20 gebildet wird, konzentriert ist, verlässt das Fluid den Wärmetauscher im Allgemeinen direkt in Reihe mit dem Auslass 15 der Strömungsbox 14.
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Das Einlassende der Grundplatte 16 ist im Aufbau ähnlich zu dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel dahingehend, dass eine mittlere Erhebung 62 oder ein strömungsteilendes Element mit einer gekrümmten, im Allgemeinen U-förmigen Kanalregion 60 um diese herum geformt ist. Der Verteilereinsatz 68 ist in der ersten Fluidöffnung 13 des Deckelteils 18 der Strömungsbox 14 mit dem zweiten aufgeweiteten Ende 78 montiert, das sich in den ersten Verteilerhohlraum 40 erstreckt. Die konvexen oder nach oben gekrümmten aufgeweiteten Ränder 78 des zweiten Endes 74 des rohrförmigen Körpers 70, der mit den konkaven oder nach oben gekrümmten Seitenwänden der U-förmigen Kanalregion 60 zusammenarbeitet, lenken den einkommenden Fluidstrom ab und/oder führen eine verwirbelnde Bewegung in ihn ein, wenn er in den ersten Verteilerhohlraum 40 einströmt, um so zu dem Wärmetauscher 12 umgelenkt zu werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Fluideinlass- und Auslassöffnungen 26, 28 in dem Deckelteil 18 der Strömungsbox 14 ausgebildet, um geeignete Fluideinlass- und -auslassarmaturen für Wärmetauscher 12 aufzunehmen, anstatt Fluideinlass- und Auslassöffnungen 26, 28 für das zweite Wärmeaustauschfluid zu haben, die in der Grundplatte 16 vorgesehen sind (wie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach 5 gezeigt ist). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Deckelteil 18 auch mit einer Fluidsperre 84 als Teil des Verteileraufbaus 100 versehen sein, wie in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach 10 beschrieben ist.
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Wie in zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen strömt im Betrieb das in die Wärmetauschervorrichtung 10 einströmende Fluid durch den Mittelkanal des Verteilereinsatzes 68 zu dem zweiten Ende 74 desselben, wo es auf die mittlere Erhebung oder das strömungsteilende Element 62 trifft. Das Fluid wird dann nach oben zwischen den entsprechenden gekrümmten Flächen des Kanalbereichs 60, der in der Grundplatte 16 gebildet ist, und den nach oben aufgeweiteten Rändern 78 des Verteilereinsatzes 68 hinaufgeführt. Das Fluid passiert dann den Zwischenraum 81, der zwischen den oberen Rändern der Kanalregion in der Grundplatte 16 und den aufgeweiteten Rändern 78 des Verteilereinsatzes 68 vorgesehen ist, wo er nach unten um die domförmige Innenfläche 63 des Deckelteils 18 und die konkave obere Fläche der aufgeweiteten Ränder 78 des Verteilereinsatzes 68 gerichtet wird, wobei eine Verwirbelungsbewegung des Fluidstroms erzeugt wird, wenn er in dem Einlassverteilerhohlraum zusammengeführt wird, bevor er das Einlassende des Wärmetauschers 12 betritt. Abhängig von der speziellen Anwendung sei jedoch verstanden, dass die Gesamtströmungsrichtung durch die Vorrichtung 10 umgekehrt sein kann, wobei das Fluid in den konisch geformten Wärmetauscher 12 durch die Öffnung 89 über die Öffnung 15, die in der Strömungsbox 14 vorgesehen ist, strömt und den Wärmetauscher 12 über sein entgegengesetztes Ende verlässt und über den ersten Verteilerhohlraum 40 zur Öffnung 13 abgelenkt wird, wo er aus der Vorrichtung 10 ausgelassen wird.
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Während die Ausführungsbeispiele in Bezug auf eine Wärmetauschervorrichtung 10 beschrieben wurde, die einen in einer Strömungsbox 14 mit einer Verteilerstruktur 100 eingeschlossenen Wärmetauscher 12 umfasst, sei verstanden, dass der Verteileraufbau 100 an eine Vielzahl von Wärmetauscher- und/oder Fluidvorrichtungen oder -systeme eingeschlossen und daran angepasst werden kann, bei denen verlangt, die Richtung des einströmenden Stroms um mindestens 90 Grad zu ändern, wobei versucht wird, unerwünschte und übermäßige Druckabfälle und/oder Energieverluste zu vermeiden, die oftmals für eine verringerte Leistungsfähigkeit sorgen. Durch Vorsehen eines Verteileraufbaus 100 mit einem zentralen Einlasskanal, der in einen Verteilerhohlraum mündet, der im Allgemeinen entsprechende konkave und konvexe beabstandete Flächen umfasst, die einen Sekundäreinlassbereich liefern, wird der einkommende Fluidstrom über eine mindestens 90-Grad-Biegung umgelenkt, wobei es auch möglich ist, dass eine Verwirbelungsbewegung in den Fluidstrom eingeführt wird, was zu gewünschten Fluiddynamikeigenschaften führt, die durch den Fluidstrom getragen wird, wenn er durch die Vorrichtung und/oder das System strömt, oder wenn er aus der Vorrichtung oder dem System ausgelassen wird, in Fällen, bei denen der Verteileraufbau einem Auslassverteilerhohlraum zugeordnet ist. Während daher das Hauptausführungsbeispiel in Zusammenhang mit einer Wärmetauschervorrichtung beschrieben wurde, sei es verstanden, dass die Verteilerstruktur entsprechend der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Vorrichtungen und/oder Systemen eingesetzt werden kann, in denen die Verteilung und Umlenkung eines einkommenden und/oder ausgehenden Fluidstroms einbezogen sind.
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Es sei daher von den Fachleuten verstanden, dass gewisse Anpassungen oder Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, wie sie in dem Bereich der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden können. Daher sind die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele als nur veranschaulichend anzusehen und nicht einschränkend.
