EP3658837B1

EP3658837B1 - Verwendung eines wärmetauschkörpers und einer fluidstromquelle als wärmetauschvorrichtung

Info

Publication number: EP3658837B1
Application number: EP18750114.3A
Authority: EP
Inventors: Bernhard BOBUSCH; Oliver Krueger; Jens Hermann WINTERING
Original assignee: FDX Fluid Dynamix GmbH
Current assignee: FDX Fluid Dynamix GmbH
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-04-20
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: WO2019020530A1; EP3658837A1; DK3658837T3; CN110998213A; DE102017212961A1; US20200240724A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wärmetauschvorrichtungen sind Vorrichtungen, die thermische Energie von einem Stoff(strom) auf einen anderen übertragen. Dabei können sie zum Abkühlen oder zum Erwärmen eines Stoffstroms oder Körpers dienen. So sind beispielsweise Kühlvorrichtungen bekannt, die gezielt Wärme abtransportieren. Beispiele dafür sind Kühl-oder Gefrierschränke, innengekühlte Werkzeugformen (zum Beispiel Spritzgusswerkzeuge) oder auch Kühlvorrichtungen in Gasturbinen.
Um die thermische Energie möglichst effizient zwischen den Stoffströmen zu übertragen, ist bekannt, die Oberflächen, an denen die Wärmeübertragung erfolgt, zu vergrößern, beispielsweise durch labyrinthartig oder mäanderförmig verlaufende Kanäle ( US 2007/0166017 A1 oder EP 2025427 A2 ). Ferner ist bekannt, zwecks Steigerung der Übertragungseffizienz die Turbulenz innerhalb eines Fluidstroms zum Beispiel durch sogenannte Turbulatoren (Rippen, Stege oder Pins, die in den Strom ragen) zu erhöhen ( US 6607356 B2 ). Um die Turbulenz innerhalb eines Fluidstroms zu erhöhen ist es ferner möglich, die Geschwindigkeit des Fluids beispielsweise durch Erhöhung des Eingangsdrucks zu erhöhen. Hierbei steigen jedoch der Energieverbrauch und die Kosten.
DE 20 2016 104170 U1 , zum Beispiel, offenbart ein fluidisches Bauteil für ein Reinigungsgerät, welches nicht als Wärmetauschvorrichtung verwendet wird.
Bei den eingangs beispielhaft genannten Vorrichtungen ist das Hauptziel, die Wärme von einem bestimmten Ort abzutransportieren. Bei anderen Vorrichtungen ist das Ziel, Wärme zu einem bestimmten Ort hin zu transportieren, wie beispielsweise bei Dampfsprühgeräten (zum Beispiel für Dampfsterilisation).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauschvorrichtung bereitzustellen, die eine effiziente Übertragung der thermischen Energie zwischen zwei Systemen (Körper, Stoffstrom) ermöglicht. Das Ziel ist es, einen hohen zeitlichen und räumlichen Geschwindigkeitsgradienten an der zu kühlenden beziehungsweise wärmeabtransportierenden Fläche zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach umfasst die Wärmetauschvorrichtung einen Körper zum Wärmetausch (Wärmetauschkörper) und eine Fluidstromquelle, die ausgebildet ist, einen Fluidstrom bereitzustellen. Der Körper zum Wärmetausch ist dabei ein Körper, der gewärmt oder gekühlt werden soll. Der Körper und die Fluidstromquelle sind derart zueinander angeordnet, dass der von der Fluidstromquelle bereitgestellte Fluidstrom zwecks Wärmetausch mit dem Körper wechselwirkt. So kann der Fluidstrom die Wärme des Körpers abtransportieren oder umgekehrt. Hierbei ist unter einer Wechselwirkung ein Kontakt zu verstehen, der zeitlich und räumlich derart gestaltet ist, dass zumindest die beabsichtigte Übertragung thermischer Energie zwischen dem Körper und dem Fluidstrom erfolgen kann. Unter Wechselwirkung ist insbesondere kein zufälliger Kontakt zu verstehen.
Die erfindungsgemäße Verwendung umfasst ein fluidisches Bauteil, das mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms umfasst. Das fluidische Bauteil ist demnach ausgebildet, um einen sich bewegenden (oszillierenden) Fluidstrom zu erzeugen, der zeitlich pulsiert und/oder sich räumlich bewegt.
Durch das fluidische Bauteil wird eine räumlich und/oder zeitlich veränderliche Strömung für die Wärmetauschvorrichtung erzeugt. Dadurch kann die Grenzschicht des Fluidstroms an der Grenze zu dem Wärmetauschkörper einen hohen Grad an Turbulenzen aufweisen. Ferner können Sekundärströmungen erzwungen werden. Durch die Bewegung (Oszillation) des Fluidstroms kann insgesamt die Effizienz des Wärmeleitungsprozesses beziehungsweise Wärmeaustauschprozesses erhöht werden.
Ferner erfährt der Fluidstrom in dem fluidischen Bauteil nahezu keinen Druckverlust, so dass der am Eingang des fluidischen Bauteils zur Verfügung stehende Druck des Fluidstroms effektiv zur Wärmeübertragung genutzt werden kann. Somit kann die Wärmetauschvorrichtung auch bei niedrigem Eingangsdruck oder niedriger Strömungsgeschwindigkeit eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil des fluidischen Bauteils ist, dass der austretende Fluidstrom durch seine Form mit einer großen Fläche wechselwirken kann und damit eine große Wärmetransportleistung erzielt werden kann.
Sofern das Fluid (Leitungs)Wasser ist, das üblicherweise kalkhaltig ist, können mit dem fluidischen Bauteil als Fluidstromquelle Kalkablagerungen durch die Bewegung (Oszillation) des Fluids in der Wärmetauschvorrichtung massiv gemindert oder sogar verhindert werden, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht werden kann.
Sofern die Wärmetauschvorrichtung beispielsweise das sogenannte Prallkühlungsverfahren (Impingement Cooling) anwendet, kann durch Verwendung eines fluidischen Bauteils in der Prallkühlungskonfiguration die Wärmeaustauschleistung erhöht werden.
Das fluidische Bauteil umfasst keine beweglichen Komponenten, die der Erzeugung des beweglichen Fluidstroms dienen. Dadurch weist die Fluidstromquelle einen geringen Verschleiß auf.
Das fluidische Bauteil kann je nach Ausgestaltung verschiedene Fluidfließmuster erzeugen. So können beispielsweise eine sinusförmige Strahloszillation, rechteckige, sägezahnförmige oder dreieckige Strahlverläufe, räumliche oder zeitliche Strahlpulsationen und Schaltvorgänge erzeugt werden. Durch die unterschiedlichen Strahlverläufe kann/können die Dauer und/oder die Position der Wechselwirkung zwischen dem Fluidstrom und dem Wärmetauschkörper angepasst werden.
Das fluidische Bauteil erzeugt einen Fluidstrom, der insbesondere in einer Oszillationsebene um einen Oszillationswinkel oszilliert. Somit wird von dem fluidischen Bauteil ein fächerartiger Fluidstrahl erzeugt, in dem die Fluidverteilung zeitlich und/oder räumlich variiert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das fluidische Bauteil eine Strömungskammer, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung der Strömungskammer in die Strömungskammer eintritt und durch eine Auslassöffnung der Strömungskammer aus der Strömungskammer austritt. Vorzugsweise sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung auf sich gegenüberliegenden Seiten der Strömungskammer angeordnet. Der aus der Auslassöffnung austretende Fluidstrom steht dem Wärmetauschprozess der Wärmetauschvorrichtung zur Verfügung. In dieser Ausführungsform ist das Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung in der Strömungskammer vorgesehen. Das Mittel zur Ausbildung einer Oszillation kann beispielsweise mindestens ein Nebenstromkanal sein, der mit einem (später beschriebenen) Hauptstromkanal der Strömungskammer strömungstechnisch verbunden ist und den in dem Hauptstromkanal strömenden Fluidstrom räumlich ablenkt. Alternativ können auch andere Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms vorgesehen sein.
Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung können jeweils eine Querschnittsfläche aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des fluidischen Bauteils erstrecken. Dabei ist die Längsachse des fluidischen Bauteils von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung gerichtet und liegt in der Oszillationsebene. Hierbei sind unter den Querschnittsflächen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung jeweils die kleinsten Querschnittsflächen des fluidischen Bauteils zu verstehen, die der Fluidstrom passiert, wenn er in die Strömungskammer eintritt beziehungsweise aus der Strömungskammer wieder austritt. Insbesondere kann die Querschnittsfläche der Einlassöffnung kleiner als die Querschnittsfläche der Auslassöffnung sein oder können die Querschnittsfläche der Einlassöffnung und die Querschnittsfläche der Auslassöffnung gleich groß sein. Durch ein derartiges Größenverhältnis erfährt das Fluid in dem fluidischen Bauteil einen geringen Strömungswiderstand, was zu einem geringen Druckverlust innerhalb des fluidischen Bauteils führt. Die Wärmetauschvorrichtung kann demnach auch verwendet werden, wenn der Eingangsdruck oder die Strömungsgeschwindigkeit gering ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Strömungskammer einen Hauptstromkanal der sich entlang der Längsachse zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt. Der Hauptstromkanal kann eine Querschnittsfläche aufweisen, die sich senkrecht zu der Längsachse erstreckt. Dabei kann sich die Größe der Querschnittsfläche des Hauptstromkanals entlang der Längsachse ändern. Insbesondere kann die Querschnittsfläche der Einlassöffnung kleiner als die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals an dessen engster Stelle sein oder können die Querschnittsfläche der Einlassöffnung und die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals an dessen engster Stelle gleich groß sein. Die engste Stelle des Hauptstromkanals ist die Stelle entlang der Längsachse, an der seine Querschnittsfläche am kleinsten ist. Durch ein derartiges Größenverhältnis erfährt das Fluid in dem fluidischen Bauteil einen geringen Strömungswiderstand, was zu einem geringen Druckverlust innerhalb des fluidischen Bauteils führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Querschnittsfläche der Einlassöffnung, die Querschnittsfläche der Auslassöffnung und die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals an dessen engster Stelle gleich groß sein.
Der Abstand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung entlang der Längsachse kann als Bauteillänge definiert sein. Senkrecht zu der Bauteillänge und zueinander erstrecken sich dann die Bauteilbreite und die Bauteiltiefe. Dabei erstreckt sich die Bauteilbreite in der Oszillationsebene und die Bauteiltiefe im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene. Dementsprechend weisen auch die Einlassöffnung und die Auslassöffnung jeweils eine Breite und ein Tiefe auf, die die Größe der jeweiligen Querschnittsflächen definieren. Der Hauptstromkanal kann eine sich entlang der Längsachse ändernde Breite und Tiefe aufweisen. Die Breite und Tiefe des Hauptstromkanals an einem Punkt entlang der Längsachse bestimmen die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals an diesem Punkt der Längsachse.
Die Bauteiltiefe kann für das gesamte fluidische Bauteil konstant sein. In diesem Fall kann die Breite der Einlassöffnung kleiner als die oder gleich der Breite der Auslassöffnung sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Breite der Einlassöffnung kleiner als die oder gleich der Breite des Hauptstromkanals an dessen engster Stelle sein. Ferner können die Breite der Einlassöffnung, die Breite der Auslassöffnung und die Breite des Hauptstromkanals an dessen engster Stelle gleich groß sein. Alternativ kann die Bauteiltiefe nicht für das gesamte fluidische Bauteil konstant sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bauteiltiefe größer als ¼ der Breite der Einlassöffnung sein, vorzugsweise größer als ½ der Breite der Einlassöffnung. Insbesondere bevorzugt ist eine Bauteiltiefe, die größer als die Breite der Einlassöffnung ist, und ganz besonders bevorzugt ist eine Bauteiltiefe, die größer als die doppelte Breite der Einlassöffnung ist.
Der Körper, der zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom wechselwirkt, kann mindestens eine Oberfläche aufweisen, über die die Wechselwirkung des Körpers mit dem Fluidstrom erfolgen kann. Bei der Oberfläche kann es sich um eine Innenoberfläche handeln, sofern der Körper ein Hohlkörper ist. Die Oberfläche kann aber auch eine Außenoberfläche des Körpers sein. Dabei kann die mindestens eine Oberfläche derart bezüglich des fluidischen Bauteils ausgerichtet sein, dass die Oszillationsebene des aus dem fluidischen Bauteil austretenden Fluidstroms einen Winkel mit der mindestens einen Oberfläche einschließt. Der Winkel kann insbesondere im Wesentlichen 90° betragen. Dabei kann die Längsachse des fluidischen Bauteils im Wesentlichen parallel zu der mindestens einen Oberfläche ausgerichtet sein. In diesem Fall kann der oszillierende Fluidstrom periodisch (in Abhängigkeit von der Frequenz, mit der der Fluidstrom oszilliert) auf die mindestens eine Oberfläche auftreffen. Hier ändert sich die Wechselwirkung periodisch zeitlich und räumlich. Alternativ können die mindestens eine Oberfläche des Körpers und die Längsachse des fluidischen Bauteils einen Anströmwinkel einschließen, der ungleich 0° ist, beispielsweise 90° beträgt. Hier wirkt der Fluidstrom wie eine Prallströmung. In diesem Fall kann der oszillierende Fluidstrom permanent auf die mindestens eine Oberfläche auftreffen, wobei sich jedoch periodisch die Position, an der der oszillierende Fluidstrom auf die mindestens eine Oberfläche trifft, ändert. Hier ändert sich die Wechselwirkung periodisch räumlich.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Wärmetauschkörper mindestens zwei Oberflächen aufweisen, die zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom wechselwirken. Die mindestens zwei Oberflächen können im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und einen Abstand zueinander aufweisen, so dass sie einen Zwischenraum oder Kanal begrenzen. Die mindestens zwei Oberflächen können derart bezüglich des fluidischen Bauteils ausgerichtet sein, dass sich der aus dem fluidischen Bauteil austretende Fluidstrom zwischen den mindestens zwei Oberflächen erstreckt, also in den Zwischenraum beziehungsweise Kanal strömt. Dabei kann insbesondere die Oszillationsebene des aus dem fluidischen Bauteil austretenden Fluidstroms einen Winkel mit den mindestens zwei Oberflächen einschließen. Dieser Winkel kann beispielsweise im Wesentlichen 90° betragen. Somit kann der oszillierende Fluidstrom abwechselnd auf die eine und auf die andere der mindestens zwei Oberflächen auftreffen und damit gleichzeitig einen Wärmetausch mit mindestens zwei Oberflächen des Wärmetauschkörpers herbeiführen. Anstelle eines Wärmetauschkörpers mit mindestens zwei Oberflächen können auch mindestens zwei Wärmetauschkörper mit jeweils mindestens einer Oberfläche vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Körper zum Wärmetausch mindestens eine Oberfläche auf, die zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom wechselwirkt und die derart bezüglich des fluidischen Bauteils ausgerichtet ist, dass sich die Oszillationsebene des aus dem fluidischen Bauteil austretenden Fluidstroms im Wesentlichen parallel zu der mindestens einen Oberfläche erstreckt. In diesem Fall erstreckt sich die Längsachse des fluidischen Bauteils ebenfalls parallel zu der mindestens einen Oberfläche. Dabei kann die Auslassöffnung des fluidischen Bauteils derart bezüglich der mindestens einen Oberfläche ausgerichtet sein, dass sich die Breite der Auslassöffnung parallel und die Tiefe der Auslassöffnung senkrecht zu der mindestens einen Oberfläche erstreckt, wobei die Auslassöffnung entlang ihrer Tiefe betrachtet von der mindestens einen Oberfläche beabstandet ist. Alternativ können auch mindestens zwei Oberflächen vorgesehen sein, die sich parallel zueinander erstrecken und einen Kanal oder Zwischenraum begrenzen. Der Abstand zwischen den mindestens zwei Oberflächen kann mindestens so groß wie die Tiefe der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils sein. Der Fluidstrom kann dann aus der Auslassöffnung parallel zu den mindestens zwei Oberflächen in den Kanal oder Zwischenraum strömen.
Auch wenn sich die Längsachse des fluidischen Bauteils nicht parallel zu der mindestens einen Oberfläche erstreckt, sondern mit dieser einen Anströmwinkel einschließt, der ungleich 0° ist, kann die Auslassöffnung des fluidischen Bauteils in einem Abstand zu der mindestens einen Oberfläche, die zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom wechselwirkt, angeordnet sein. Dabei ist der Abstand entlang einer Achse definiert, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der mindestens einen Oberfläche erstreckt. Dieser Abstand zwischen der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils und der mindestens einen Oberfläche kann dabei insbesondere mindestens doppelt so groß sein wie die Breite der Auslassöffnung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Wärmetauschkörper eine durchströmbare Vorrichtung sein, die eine Strömungskammer aufweist, die von dem aus dem fluidischen Bauteil austretenden Fluidstrom durchströmbar ist. Dabei kann das fluidische Bauteil in der Strömungskammer des Körpers angeordnet sein. Auch können in der Strömungskammer des Wärmetauschkörpers mehrere fluidische Bauteile angeordnet sein. Diese wirken dann einerseits als Fluidstromquelle und andererseits als Turbulatoren (Drallelemente), die den Fluidstrom zusätzlich verwirbeln. Im Vergleich zu Wärmetauschvorrichtungen mit herkömmlichen Turbulatoren, kann bei Verwendung von fluidischen Bauteilen als Turbulatoren die Anzahl der Turbulatoren reduziert werden, da die fluidischen Bauteile bereits aufgrund der Oszillation des austretenden Fluidstroms (auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten) für Turbulenz sorgen. Durch eine geringere Anzahl von Turbulatoren sinkt der Druckverlust in der Wärmetauschvorrichtung. Daraus folgt, dass (im Vergleich zu Wärmetauschvorrichtungen ohne fluidisches Bauteil als Fluidstromquelle) mit geringeren Eingangsdrücken oder Eingangsgeschwindigkeiten die gewünschte Wärmetransportleistung erreicht werden kann beziehungsweise dass bei gleichem/gleicher Eingangsdruck oder Eingangsgeschwindigkeit die Wärmetransportleistung gesteigert werden kann.
Alternativ kann die durchströmbare Vorrichtung eine Einlassöffnung aufweisen, durch die der Fluidstrom in den Körper (in die Strömungskammer des Körpers) eintritt. Das fluidische Bauteil ist demnach hier außerhalb der Strömungskammer des Wärmetauschkörpers angeordnet. Dabei kann die Einlassöffnung des Körpers insbesondere stromabwärts der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils angeordnet sein. Vorzugsweise schließt sich die Einlassöffnung des Wärmetauschkörpers unmittelbar an die Auslassöffnung des fluidischen Bauteils an.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können in der Strömungskammer des Wärmetauschkörpers Turbulatoren vorgesehen sein, die beispielsweise mindestens auf einer Oberfläche des Wärmetauschkörpers angeordnet sind. Hierdurch können Fluidtotzonen in der Strömungskammer des Wärmetauschkörpers reduziert und die Effektivität der Vorrichtung gesteigert werden.
Bei der beschriebenen mindestens einen Oberfläche handelt es sich insbesondere um eine ebene Oberfläche beziehungsweise um eine Oberfläche mit ebenen Abschnitten. Alternativ kann die Oberfläche Krümmungen aufweisen.
Der Wärmetauschkörper kann ein Hohlkörper oder ein massiver Körper sein. Bei dem Hohlkörper können die Innenoberflächen oder die Außenoberflächen mit dem Fluidstrom wechselwirken. Bei dem massiven Körper können die Außenoberflächen mit dem Fluidstrom wechselwirken.
Die Wärmetauschvorrichtung kann auch mehr als ein fluidisches Bauteil als Fluidstromquelle und/oder mehr als einen Wärmetauschkörper aufweisen.
Der Fluidstrom kann insbesondere ein Flüssigkeitsstrom oder ein Gasstrom sein.
Die Wärmetauschvorrichtung kann als Plattenwärmetauscher, Wärmerohr oder Turbinenschaufeln ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, in technisch verwandten Vorrichtungen (Verdampfer, Kondensatoren, Kolonnen, Verflüssiger, Ölkühler, Dampferzeuger, Sonnenkollektoren und Erhitzer) ein fluidisches Bauteil als Fluidstromquelle einzusetzen.
Mittels Tiefziehen oder Prägen kann das fluidische Bauteil in eine Wand des Wärmetauschkörpers integriert werden. Dafür können insbesondere fluidische Bauteile vorgesehen sein, die keine scharfen Kanten aufweisen, sondern mit Radien versehen sind.
Das zu dem bisher erwähnten fluidischen Bauteil Gesagte trifft ebenso auf die fluidischen Bauteile der nun folgenden Ausführungsformen zu.
Gemäß einer dieser Ausführungsformen weist die Fluidstromquelle, die ausgebildet ist, einen Fluidstrom bereitzustellen, mindestens ein erstes fluidisches Bauteil und mindestens ein zweites fluidisches Bauteil auf, die jeweils mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms umfassen, wobei das mindestens eine Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms keine beweglichen Komponenten umfasst. Dabei können das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil abschnittsweise einander kreuzen, ohne dass das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil durch das Kreuzen fluidisch miteinander verbunden sind.
Als abschnittsweise einander kreuzende fluidische Bauteile sind fluidische Bauteile zu verstehen, die sich beispielsweise räumlich überschneiden oder überlappen. In den durch das Kreuzen gebildeten Kreuzungsabschnitten können somit zwei fluidisch getrennte Fluidströme strömen. Durch einander kreuzende fluidische Bauteile kann die Fluidstromquelle besonders kompakt und raumoptimiert gestaltet werden, ohne dass sich die fluidischen Bauteile gegenseitig bei der Ausbildung der Oszillation durch Wechselwirkung der Fluidströme beeinflussen/behindern und ohne dass hohe Druckverluste auftreten.
Eine derartige Fluidstromquelle kann Teil einer Wärmetauschvorrichtung sein, die die Fluidstromquelle und einen Körper zum Wärmetausch aufweist, wobei der Körper und die Fluidstromquelle derart zueinander angeordnet sind, dass der von der Fluidstromquelle bereitgestellte Fluidstrom zwecks Wärmetausch mit dem Körper wechselwirkt.
Dabei kann der aus der Fluidstromquelle austretende beziehungsweise ausgetretene Fluidstrom mit dem Wärmetauschkörper wechselwirken. Alternativ oder zusätzlich kann der von der Fluidstromquelle bereitgestellte Fluidstrom zwecks Wärmetausch mit dem Wärmetauschkörper wechselwirken, während der Fluidstrom in der Fluidstromquelle strömt und insbesondere bevor der Fluidstrom aus der Fluidstromquelle austritt. In letzterem Fall ist die Fluidstromquelle derart zu dem Wärmetauschkörper angeordnet, dass der in der Fluidstromquelle strömende Fluidstrom mit dem Wärmetauschkörper zwecks Wärmetausch wechselwirkt, bevor der Fluidstrom aus der Fluidstromquelle austritt. So kann der Wärmetauschkörper beispielsweise als eine Begrenzungswand der Fluidstromquelle ausgebildet sein. In diesem Fall bildet bereits die Fluidstromquelle mit der als Wärmetauschkörper fungierenden Begrenzungswand eine Wärmetauschvorrichtung. Eine derartige Wärmetauschvorrichtung umfasst also eine Fluidstromquelle, die ausgebildet ist, einen Fluidstrom bereitzustellen, und einen Körper zum Wärmetausch, wobei der Körper zum Wärmetausch Teil der Fluidstromquelle ist und wobei die Fluidstromquelle ausgebildet ist, den Fluidstrom derart zu leiten, dass der Fluidstrom mit dem Wärmetauschkörper zwecks Wärmetausch wechselwirkt, bevor der Fluidstrom aus der Fluidstromquelle austritt.
Insbesondere können das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil der Fluidstromquelle jeweils eine Strömungskammer aufweisen, die jeweils von einem Fluidstrom durchströmbar ist. Jede Strömungskammer kann eine Einlassöffnung, durch die der Fluidstrom in die jeweilige Strömungskammer eintritt, und eine Auslassöffnung, durch die der Fluidstrom aus der jeweiligen Strömungskammer austritt, aufweisen. Dabei kann jede Strömungskammer einen Hauptstromkanal und als das mindestens eine Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung einen Nebenstromkanal umfassen, der mit dem Hauptstromkanal fluidisch verbunden ist. Jede Strömungskammer kann somit einen Hauptstromkanal und mindestens einen Nebenstromkanal umfassen. Anstelle des mindestens einen Nebenstromkanals kann ein anderes Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung, das zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms keine beweglichen Komponenten umfasst, vorgesehen sein.
Innerhalb jedes Hauptstromkanals kann der Fluidstrom entlang einer Hauptstromrichtung, die von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung gerichtet ist, strömen. Über einen Eingang des mindestens einen Nebenstromkanals, über den der Hauptstromkanal und der mindestens eine Nebenstromkanal vorzugsweise am stromabwärtigen Ende des Hauptstromkanals (stromaufwärts der Auslassöffnung) fluidisch miteinander verbunden sind, kann ein Teil des Fluidstroms in den mindestens einen Nebenstromkanal eintreten, anstatt (der Hauptstromrichtung folgend) über die Auslassöffnung aus dem Hauptstromkanal auszutreten. Innerhalb des mindestens einen Nebenstromkanals kann dieser Teil des Fluidstroms (der sogenannte Nebenstrom) in Richtung eines Ausgangs des mindestens einen Nebenstromkanals strömen, über den der Hauptstromkanal und der mindestens eine Nebenstromkanal vorzugsweise am stromaufwärtigen Ende des Hauptstromkanals (stromabwärts der Einlassöffnung) fluidisch miteinander verbunden sind. Am Ausgang des mindestens einen Nebenstromkanals kann der Nebenstrom seitlich auf den durch die Einlassöffnung in den Hauptstromkanal eintretenden Fluidstrom einwirken und so eine Ablenkung des Fluidstroms bewirken. Durch die Ablenkung kann auch die Menge des in den mindestens einen Nebenstromkanal eintretenden Fluidstroms sinken, so dass in der Folge die Ablenkung des durch die Einlassöffnung in den Hauptstromkanal eintretenden Fluidstroms durch den Nebenstrom weniger stark ausgeprägt ist. Die geringere Ablenkung kann zudem zu einer Steigerung der Menge des in den mindestens einen Nebenstromkanal eintretenden Fluidstroms führen. Insgesamt kann somit ein in einer Ebene (der sogenannten Oszillationsebene) oszillierender Fluidstrom ausgebildet werden, der über die Auslassöffnung aus dem fluidischen Bauteil austritt. Insbesondere können das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil derart zueinander angeordnet sein, dass die Oszillationsebenen der Fluidströme, die aus dem mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten fluidischen Bauteil austreten, im Wesentlichen in derselben Ebene liegen.
Gemäß einer Ausführungsform sind das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil derart zueinander angeordnet, dass die Hauptstromrichtung des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils der Hauptstromrichtung des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils entgegengesetzt ist. Alternativ können die Hauptstromrichtung des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und die Hauptstromrichtung des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils gleich gerichtet sein. In letzterem Fall können die Einlassöffnung (Auslassöffnung) des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und die Einlassöffnung (Auslassöffnung) des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils entlang der Hauptstromrichtung versetzt oder auf gleicher Höhe ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass entlang der Hauptstromrichtung(en) betrachtet das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere können sich die Oszillationsebene des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und die Oszillationsebene des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils im Wesentlichen parallel zueinander beziehungsweise in derselben Ebene erstrecken. Die relative Ausrichtung des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils kann dabei von der konkreten Form des Hauptstromkanals und des mindestens einen Nebenstromkanals des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils abhängen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Hauptstromkanal und der mindestens eine Nebenstromkanal des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils in Form und Größe mit dem Hauptstromkanal und dem mindestens einen Nebenstromkanal des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils identisch sind. Insbesondere können das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil vollständig identisch sein. Alternativ kann der Hauptstromkanal oder der mindestens eine Nebenstromkanal (oder beides) des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils in Form und/oder in Größe von dem Hauptstromkanal beziehungsweise von dem mindestens einen Nebenstromkanal des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils verschieden sein. Auch kann die Anzahl der Nebenstromkanäle für das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil verschieden sein.
Sofern mehrere erste fluidische Bauteile und/oder mehrere zweite fluidische Bauteile vorgesehen sind, können diese derart zueinander angeordnet, dass sie zusammen ein sich wiederholendes Muster bilden. So können die ersten fluidischen Bauteile und die zweiten fluidischen Bauteile beispielsweise (quer zu den Hauptstromrichtungen betrachtet) alternierend angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Trennwand vorgesehen, die in der Fluidstromquelle angeordnet ist und sich vorzugsweise über die gesamte Fluidstromquelle erstreckt. Dabei weist die Trennwand eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite auf. Die Trennwand trennt das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil derart voneinander, dass sich das mindestens eine erste fluidische Bauteil diesseits (auf der ersten Seite) und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil jenseits (auf der zweiten Seite) der Trennwand befindet. Dabei ist die Trennwand nicht eben, sondern weist mehrere konkave beziehungsweise konvexe Verformungen auf, die im Wesentlichen senkrecht aus der Haupterstreckungsebene der Trennwand hervortreten. Die Trennwand kann dabei flächige Abschnitte aufweisen, die sich parallel zu beziehungsweise in der Haupterstreckungsebene der Trennwand erstrecken, sowie einige Abschnitte, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand erstrecken. Je nach Ausmaß der Entformungsschräge kann der Winkel der letzteren Abschnitte zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand mehr oder weniger von 90° abweichen. Die flächigen Abschnitte, die sich senkrecht zu der Haupterstreckungsebene erstrecken, verbinden die flächigen Abschnitte, die sich parallel beziehungsweise in der Haupterstreckungsebene erstrecken, miteinander, so dass die Trennwand durchgängig und ohne Unterbrechungen sein kann.
Durch die Verformungen der Trennwand können der Hauptstromkanal und der mindestens eine Nebenstromkanal des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und der Hauptstromkanal und der mindestens eine Nebenstromkanal des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils ausgebildet sein. Die Verformung, die auf der ersten (zweiten) Seite eine Vertiefung darstellt, in der der Fluidstrom strömen kann, kann auf der zweiten (ersten) Seite eine Erhebung darstellen, die auf der zweiten (ersten) Seite den Hauptstromkanal beziehungsweise den mindestens einen Nebenstromkanal begrenzt und durch die kein Fluid strömen kann. Die Haupterstreckungsebene der Trennwand erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der(den) Oszillationsebene(n) des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils.
Die Trennwand mit den Verformungen kann durch Verformung einer ursprünglich ebenen Wand hergestellt werden. Hierbei entstehen am Übergang zwischen den flächigen Abschnitten, die sich parallel zu beziehungsweise in der Haupterstreckungsebene der Trennwand erstrecken, und den flächigen Abschnitten, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand erstrecken, Radien, deren Größe im Wesentlichen von der Materialstärke des verwendeten Werkstoffs abhängt. Alternativ kann die Trennwand mit den Verformungen mit einem Spritzgussverfahren oder mithilfe eines 3D-Druckers hergestellt werden. Ferner ist es möglich, die Trennwand mit Verformungen mittels abtragender Verfahren aus einem Materialblock herauszuarbeiten. Die Trennwand kann eine nahezu konstante Materialstärke aufweisen.
Um ein Kreuzen des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass die Tiefe (Ausdehnung im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand) des mindestens einen Nebenstromkanals des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils und des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils nicht konstant ist. So kann die Trennwand derart geformt sein, dass jeder Nebenstromkanal mindestens einen Kreuzungsabschnitt aufweist, in dem sich das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil kreuzen. Dabei ist ein solcher Kreuzungsabschnitt in anderem Ausmaß konkav/konvex (das hängt von der Seite der Betrachtung ab) verformt als ein an den Kreuzungsabschnitt angrenzender Abschnitt (des Nebenstromkanals). Dabei entspricht das Ausmaß der Verformung im Kreuzungsabschnitt weder der maximalen noch der minimalen (null) Verformung. Demgegenüber kann das Ausmaß der Verformung in dem angrenzenden Abschnitt der maximalen oder der minimalen oder einer dazwischenliegenden Verformung entsprechen. Demzufolge weist in dem Kreuzungsabschnitt sowohl das mindestens eine erste fluidische Bauteil (auf der ersten Seite der Trennwand) als auch das mindestens eine zweite fluidische Bauteil (auf der zweiten Seite der Trennwand) jeweils eine Vertiefung auf, in der das Fluid strömen kann.
Die Fluidstromquelle kann eine Vorderwand und eine Rückwand aufweisen, die im Wesentlichen parallel zueinander und zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand angeordnet sind, wobei die Trennwand zwischen der Vorderwand und der Rückwand angeordnet ist. Die Vorderwand, Rückwand und Trennwand können fluiddicht miteinander verbunden sein, so dass das Fluid innerhalb der fluidischen Bauteile nur in den vorgesehen Bereichen strömen kann und nur über entsprechend vorgesehene Öffnungen in die Fluidstromquelle ein- und aus dieser wieder austreten kann. Abschnittsweise (das heißt (flächige) Abschnitte der Trennwand, die in einer Ebene liegen, die parallel zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand verläuft) kann die Trennwand aufgrund ihrer Verformung an der Vorderwand und der Rückwand anliegen. In diesen Abschnitten kann die Trennwand Öffnungen aufweisen. Durch die Anlage der Abschnitte der Trennwand an die Vorderwand beziehungsweise Rückwand sind die Öffnungen verschlossen, so dass das mindestens eine erste fluidische Bauteil und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil entlang der Tiefe (Ausdehnung im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand beziehungsweise zur Oszillationsebene) betrachtet stets vollständig begrenzt ist. Vorzugsweise ist jedoch die Trennwand als eine durchgängige Wand ohne Öffnungen ausgebildet. Wenn die Vorderwand der ersten Seite der Trennwand zugewandt ist und die Rückwand der zweiten Seite der Trennwand, so ist das mindestens eine erste fluidische Bauteil zwischen der Vorderwand und der Trennwand ausgebildet und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil zwischen der Rückwand und der Trennwand.
Die Vorderwand und die Rückwand können als Wärmetauschkörper der Wärmetauschvorrichtung ausgebildet sein. Alternativ kann ein Wärmetauschkörper zusätzlich vorgesehen sein, der beispielsweise flächig an der Vorderwand und/oder an der Rückwand anliegt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2: eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus Figur 1 entlang der Linie A'-A";
Fig. 3: eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus Figur 1 entlang der Linie B'-B";
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer Wärmeaustauschvorrichtung mit einem fluidischen Bauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5: eine schematische Darstellung einer Wärmeaustauschvorrichtung mit einem fluidischen Bauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6: eine schematische Darstellung einer Wärmeaustauschvorrichtung mit einem fluidischen Bauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7: eine schematische Darstellung einer Wärmeaustauschvorrichtung mit einem fluidischen Bauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8: eine Draufsicht auf eine Trennwand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die zur Anordnung in einer Fluidstromquelle vorgesehen ist;
Fig. 9: eine perspektivische Ansicht der Trennwand aus Figur 8;
Fig. 10: eine Schnittdarstellung der Trennwand aus Figur 8 entlang der Linie A'-A";
Fig. 11: eine perspektivische Ansicht von zwei Trennwänden aus Figur 8, wobei diese spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind;
Fig. 12: eine Draufsicht auf eine Trennwand gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die zur Anordnung in einer Fluidstromquelle vorgesehen ist;
Fig. 13: eine perspektivische Ansicht der Trennwand aus Figur 12;
Fig. 14: eine Schnittdarstellung der Trennwand aus Figur 12 entlang der Linie A'-A";
Fig. 15: eine perspektivische Ansicht von drei Trennwänden aus Figur 12, wobei zwei aneinander angrenzende Trennwände jeweils spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind; und
Fig. 16: eine perspektivische Ansicht einer Trennwand gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die zur Anordnung in einer Fluidstromquelle vorgesehen ist.

In Figur 1 ist schematisch ein Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zu seiner Oszillationsebene dargestellt, das in der erfindungsgemäßen Wärmetauschvorrichtung als Fluidstromquelle verwendet werden kann. Figuren 2 und 3 zeigen eine Schnittdarstellung dieses fluidischen Bauteils 1 entlang der Linien A'-A" beziehungsweise B'-B". Das fluidische Bauteil 1 umfasst eine Strömungskammer 10, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist. Die Strömungskammer 10 ist auch als Wechselwirkungskammer bekannt.
Die Strömungskammer 10 umfasst eine Einlassöffnung 101, über die der Fluidstrom in die Strömungskammer 10 eintritt, und eine Auslassöffnung 102, über die der Fluidstrom aus der Strömungskammer 10 austritt. Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 sind auf zwei sich (strömungstechnisch) gegenüberliegenden Seiten des fluidischen Bauteils 1 zwischen einer Vorderwand 12 und einer Rückwand 13 angeordnet. Der Fluidstrom bewegt sich in der Strömungskammer 10 im Wesentlichen entlang einer Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 (die die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander verbindet) von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102. Die Einlassöffnung 101 weist eine Einlassbreite b_IN auf und die Auslassöffnung 102 eine Auslassbreite b_EX. Die Breiten sind in der Oszillationsebene im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse A definiert.
Der Abstand zwischen der Einlassöffnung 101 und der Auslassöffnung 102 entlang der Längsachse A ist die Bauteillänge I. Die Bauteilbreite b ist die Ausdehnung der Strömungskammer 10 in der Oszillationsebene quer zur Längsachse A. Die Bauteiltiefe t ist die Ausdehnung der Strömungskammer 10 quer zur Oszillationsebene und quer zur Längsachse A. Die Bauteilbreite b kann in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,75 m liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante liegt die Bauteilbreite zwischen 0,45 mm und 120 mm. Die Bauteillänge I liegt bezogen auf die Bauteilbreite b vorzugsweise in folgendem Bereich: 1/3·b ≤ I ≤ 4,5·b.
Die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 beträgt 1/3 bis 1/50 der Bauteilbreite b, vorzugsweise 1/5 bis 1/20. Die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 wird in Abhängigkeit von dem Volumendurchfluss, der Bauteiltiefe t, der Eingangsgeschwindigkeit des Fluids beziehungsweise des Eingangsdrucks des Fluids und der gewünschten Oszillationsfrequenz des austretenden Fluidstroms gewählt. Ein bevorzugter Frequenzbereich liegt zwischen 50 - 1000 Hz. Die Breite b_IN der Einlassöffnung 101 beträgt 1/3 bis 1/30 der Bauteilbreite b, vorzugsweise 1/5 bis 1/15.
Die Strömungskammer 10 umfasst einen Hauptstromkanal 103, der sich zentral durch das fluidische Bauteil 1 erstreckt. Der Hauptstromkanal 103 erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig entlang der Längsachse A, so dass der Fluidstrom im Hauptstromkanal 103 im Wesentlichen entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 strömt. An seinem stromabwärtigen Ende geht der Hauptstromkanal 103 in einen Auslasskanal 107 über, der sich in der Oszillationsebene betrachtet stromabwärts verjüngt und in der Auslassöffnung 102 endet.
Für eine Sprühkühlungssituation (wie beispielsweise in Figur 6 dargestellt) ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich (nicht in Figur 1 dargestellt) stromabwärts der Auslassöffnung 102 eine Auslasserweiterung zur Führung des austretenden bewegten Fluidstrahls zur Verfügung steht. Die Auslasserweiterung kann sich dabei unmittelbar an die Auslassöffnung anschließen und im Wesentlichen entlang der Längsachse Agerichtet sein. Beispielsweise kann diese Auslasserweiterung durch eine Verlängerung der Vorderwand 12 und / oder der Rückwand 13 stromabwärts der Auslassöffnung 102 erreicht werden. Zusätzlich ist es auch möglich, den austretenden Fluidstrahl in der Oszillationsebene zu beschränken. Hierzu kann die Auslasserweiterung ausgehend von der Auslassöffnung zwei Begrenzungswände aufweisen, die sich senkrecht zur Oszillationsebene zwischen der verlängerten Vorderwand 12 und Rückwand 13 erstrecken und deren Abstand (quer zur Längsachse in der Oszillationsebene) zueinander stromabwärts zunimmt. Durch diese zusätzliche Auslasserweiterung kann die Wurfweite des austretenden Fluidstrahls erhöht werden, so dass ein größerer Abstand zwischen dem fluidischen Bauteil 1 und der Oberfläche des Wärmetauschkörpers, mit dem der Fluidstrahl zwecks Wärmeaustausch wechselwirkt, möglich ist.
Zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung 102 umfasst die Strömungskammer 10 beispielhaft zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, wobei der Hauptstromkanal 103 (quer zur Längsachse A betrachtet) zwischen den zwei Nebenstromkanälen 104a, 104b angeordnet ist. Unmittelbar stromabwärts der Einlassöffnung 101 teilt sich die Strömungskammer 10 in den Hauptstromkanal 103 und die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, die dann unmittelbar stromaufwärts der Auslassöffnung 102 zusammengeführt werden. Die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b sind hier beispielhaft identisch geformt und symmetrisch bezüglich der Längsachse A angeordnet (Figur 1). Gemäß einer nicht dargestellten Alternative können die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch angeordnet sein.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b erstrecken sich ausgehend von der Einlassöffnung 101 in einem ersten Abschnitt jeweils zunächst in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu der Längsachse A in entgegengesetzte Richtungen. Anschließend biegen die Nebenstromkanäle 104a, 104b ab, so dass sie sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A (in Richtung auf die Auslassöffnung 102) erstrecken (zweiter Abschnitt). Um die Nebenstromkanäle 104a, 104b und den Hauptstromkanal 103 wieder zusammenzuführen, ändern die Nebenstromkanäle 104a, 104b am Ende des zweiten Abschnitts nochmals ihre Richtung, so dass sie jeweils im Wesentlichen in Richtung auf die Längsachse A gerichtet sind (dritter Abschnitt). In der Ausführungsform der Figur 1 ändert sich die Richtung der Nebenstromkanäle 104a, 104b beim Übergang vom zweiten in den dritten Abschnitt um einen Winkel von ca. 120°. Jedoch können für die Richtungsänderung zwischen diesen beiden Abschnitten (und zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt) der Nebenstromkanäle 104a, 104b auch andere als der hier genannte Winkel gewählt werden.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b sind ein Mittel zur Beeinflussung der Richtung des Fluidstromes, der die Strömungskammer 10 durchströmt, und letztlich ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung 102. Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen hierfür jeweils einen Eingang 104a1, 104b1, der durch das der Auslassöffnung 102 zugewandte Ende der Nebenstromkanäle 104a, 104b gebildet wird, und jeweils einen Ausgang 104a2, 104b2 auf, der durch das der Einlassöffnung 101 zugewandte Ende der Nebenstromkanäle 104a, 104b gebildet wird. Durch die Eingänge 104a1, 104b1 fließt ein kleiner Teil des Fluidstroms, die Nebenströme, in die Nebenstromkanäle 104a, 104b. Der restliche Teil des Fluidstroms (der sogenannte Hauptstrom) tritt über die Auslassöffnung 102 aus dem fluidischen Bauteil 1 aus. Die Nebenströme treten an den Ausgängen 104a2, 104b2 aus den Nebenstromkanälen 104a, 104b aus, wo sie einen seitlichen (quer zur Längsachse A) Impuls auf den durch die Einlassöffnung 101 eintretenden Fluidstrom ausüben können. Dabei wird die Richtung des Fluidstromes derart beeinflusst, dass der an der Auslassöffnung 102 austretende Hauptstrom räumlich und/oder zeitlich oszilliert. Die Oszillation erfolgt in einer Ebene, der sogenannten Oszillationsebene. In der Oszillationsebene sind der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet. Die Oszillationsebene ist parallel zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils 1. Der sich bewegende austretende Fluidstrahl 2 oszilliert innerhalb der Oszillationsebene mit dem sogenannten Oszillationswinkel α (siehe Figur 6).
Gemäß einer nicht dargestellten Alternative können statt der Nebenstromkanäle andere Mittel zur Ausbildung der Oszillation des austretenden Fluidstrahls verwendet werden. Auch können die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch bezüglich der Längsachse A angeordnet sein. Ferner können die Nebenstromkanäle auch außerhalb der dargestellten Oszillationsebene positioniert werden. Diese Kanäle können beispielsweise mittels Schläuchen außerhalb der Oszillationsebene realisiert werden oder durch Kanäle, die in einem Winkel zur Oszillationsebene verlaufen.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen in der hier dargestellten Ausführungsvariante jeweils eine Querschnittsfläche auf, die über die gesamte Länge (vom Eingang 104a1, 104b1 bis zum Ausgang 104a2, 104b2) der Nebenstromkanäle 104a, 104b nahezu konstant ist. Die Querschnittsflächen können in einer hier nicht dargestellten Ausführungsvariante nicht konstant sein. Demgegenüber nimmt die Größe der Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 in Strömungsrichtung des Hauptstromes (also in Richtung von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102) im Wesentlichen stetig zu. Dabei nimmt die Breite b₁₀₃ des Hauptstromkanals 103 stromabwärts zu, während die Tiefe t konstant bleibt (Figuren 1 und 2).
Der Hauptstromkanal 103 ist von jedem Nebenstromkanal 104a, 104b durch einen inneren Block 11a, 11b getrennt. Die zwei Blöcke 11a, 11b sind in der Ausführungsform aus Figur 1 identisch in Form und Größe und symmetrisch bezüglich der Längsachse A angeordnet. Prinzipiell können sie jedoch auch unterschiedlich ausgebildet und/oder nicht symmetrisch ausgerichtet sein. Bei nicht symmetrischer Ausrichtung ist auch die Form des Hauptstromkanals 103 nicht symmetrisch zu der Längsachse A. Die Form der Blöcke 11a, 11b, die in Figur 1 dargestellt ist, ist nur beispielhaft und kann variiert werden. Die Blöcke 11a, 11b aus Figur 1 weisen abgerundete Kanten auf. So weisen die Blöcke 11a, 11b an ihrem der Einlassöffnung 101 und dem Hauptstromkanal 103 zugewandten Ende jeweils einen Radius 119a, 119b auf. Die Kanten können auch scharf sein beziehungsweise Radien mit einem Wert annähernd Null aufweisen. Stromabwärts nimmt der Abstand der beiden inneren Blöcke 11a, 11b zueinander entlang der Bauteilbreite b (beziehungsweise die Breite b₁₀₃ des Hauptstromkanals 103) stetig zu, so dass sie (in der Oszillationsebene betrachtet) einen keilförmigen Hauptstromkanal 103 einschließen. Der kleinste Abstand der beiden inneren Blöcke 11a, 11b zueinander (beziehungsweise b₁₀₃) befindet sich prinzipiell am stromaufwärtigen Ende der inneren Blöcke 11a, 11b. Aufgrund der Radien 119a, 119b verschiebt sich der kleinste Abstand (b₁₀₃) geringfügig stromabwärts. Die Breite b₁₀₃ des Hauptstromkanals 103 an seiner engsten Stelle ist größer als die Breite b_IN der Einlassöffnung 101. Die Form des Hauptstromkanals 103 wird insbesondere durch die nach innen (in Richtung des Hauptstromkanals 103) zeigenden Flächen 110a, 110b der Blöcke 11a, 11b gebildet, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken. Der von den nach innen zeigenden Flächen 110a, 110b eingeschlossene Winkel wird hier als γ bezeichnet. Die nach innen zeigenden Flächen 110a, 110b können eine (leichte) Krümmung aufweisen oder durch einen beziehungsweise mehrere Radien, ein Polynom und/oder eine oder mehrere Geraden beziehungsweise durch eine Mischform davon gebildet werden.
Am Eingang 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b, sind Separatoren 105a, 105b in Form von Einbuchtungen (in die Strömungskammer hinein) vorgesehen. Aus der Perspektive der Strömung sind die Separatoren Ausbuchtungen. Dabei ragt am Eingang 104a1, 104b1 jedes Nebenstromkanals 104a, 104b jeweils eine Einbuchtung 105a, 105b über einen Abschnitt der Umfangskante des Nebenstromkanals 104a, 104b in den jeweiligen Nebenstromkanal 104a, 104b und verändert an dieser Stelle unter Verkleinerung der Querschnittsfläche dessen Querschnittsform. In Figur 1 ist der Abschnitt der Umfangskante so gewählt, dass jede Einbuchtung 105a, 105b (unter anderem auch) auf die Einlassöffnung 101 (im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A ausgerichtet) gerichtet ist. Je nach Anwendungsfall können die Separatoren 105a, 105b anders ausgerichtet sein oder auch komplett weggelassen werden. Auch kann nur an einem der Nebenstromkanäle 104a, 104b ein Separator 105a, 105b vorgesehen sein. Durch die Separatoren 105a, 105b wird die Abtrennung der Nebenströme vom Hauptstrom beeinflusst und gesteuert. Durch Form, Größe und Ausrichtung der Separatoren 105a, 105b kann die Menge Fluid, die in die Nebenstromkanäle 104a, 104b strömt, sowie die Richtung der Nebenströme beeinflusst werden. Das führt wiederum zu einer Beeinflussung des Austrittswinkels des Hauptstroms an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 (und damit zu einer Beeinflussung des Oszillationswinkels) sowie der Frequenz, mit der der Hauptstrom an der Auslassöffnung 102 oszilliert. Durch Wahl der Größe, Orientierung und/oder Form der Separatoren 105a, 105b kann somit gezielt das Profil des an der Auslassöffnung 102 austretenden Hauptstroms 24 beeinflusst werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Separatoren 105a, 105b (entlang der Längsachse A betrachtet) stromabwärts der Position angeordnet sind, wo sich der Hauptstrom von den inneren Blöcken 11a, 11b löst und ein Teil des Fluidstroms in die Nebenstromkanäle 104a, 104b eintritt.
Der Einlassöffnung 101 der Strömungskammer 10 ist stromaufwärts ein trichterförmiger Ansatz 106 vorgeschaltet, der sich (in der Oszillationsebene) in Richtung auf die Einlassöffnung 101 (stromabwärts) verjüngt. Die Begrenzungswände des trichterförmigen Ansatzes 106, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken, schließen einen Winkel ε ein. Auch stromaufwärts der Auslassöffnung 102 verjüngt sich die Strömungskammer 10 (in der Oszillationsebene). Die Verjüngung wird durch den bereits erwähnten Auslasskanal 107 gebildet, der sich zwischen den Eingängen 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b und der Auslassöffnung 102 erstreckt. In Figur 1 werden die Eingänge 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b durch die Separatoren 105a, 105b vorgegeben. Die Begrenzungswände des Auslasskanals 107, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken, schließen einen Winkel δ ein. Gemäß der Figuren 1 und 2 verjüngen sich der trichterförmige Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 derart, dass nur deren Breite, das heißt deren Ausdehnung in der Oszillationsebene senkrecht zu der Längsachse A, jeweils stromabwärts abnimmt. Zusätzlich können sich der trichterförmige Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 stromabwärts auch entlang der Bauteiltiefe t verjüngen, das heißt senkrecht zur Oszillationsebene und senkrecht zu der Längsachse A. Ferner kann sich nur der Ansatz 106 in der Tiefe oder in der Breite verjüngen, während sich der Auslasskanal 107 sowohl in der Breite als auch in der Tiefe verjüngt, und umgekehrt. Das Ausmaß der Verjüngung des Auslasskanals 107 beeinflusst die Richtcharakteristik des aus der Auslassöffnung 102 austretenden Fluidstroms und somit dessen Oszillationswinkel. Die Form des trichterförmigen Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 sind in Figur 1 nur beispielhaft gezeigt. Hier nimmt deren Breite stromabwärts jeweils linear ab. Andere Formen der Verjüngung sind möglich.
Die Auslassöffnung kann durch einen Radius 109 abgerundet sein. Dieser Radius 109 ist vorzugsweise kleiner als die Breite b_IN der Einlassöffnung 101 oder der (entlang der Längsachse A betrachtet) kleinsten Breite b₁₀₃ der Hauptstromkammer 103. Wenn der Radius 109 gleich 0 ist, so ist die Auslassöffnung 102 scharfkantig.
Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 weisen jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche (quer zur Längsachse A) auf. Diese weisen jeweils die gleiche Tiefe t auf, unterscheiden sich jedoch in ihrer Breite b_IN, b_EX. Alternativ ist auch eine nicht rechteckige Querschnittsfläche für die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 denkbar, zum Beispiel kreisförmig.
In der Ausführungsform aus Figur 1 ist die Querschnittsfläche der Einlassöffnung 101, die durch die Einlassbreite b_IN und die Bauteiltiefe t_IN an der Einlassöffnung 101 definiert ist, kleiner als die Querschnittsfläche der Auslassöffnung 102, die durch die Auslassbreite b_EX und die Bauteiltiefe t_EX an der Auslassöffnung 101 definiert ist. Insbesondere ist die Einlassbreite b_IN kleiner als die Auslassbreite b_EX. Alternativ können die Querschnittsfläche der Einlassöffnung 101 und die Querschnittsfläche der Auslassöffnung 102 gleich groß sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Querschnittsfläche der Einlassöffnung 101 kleiner als die oder gleich der Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 an der engsten Stelle des Hauptstromkanals 103 sein. Dabei ist die engste Stelle des Hauptstromkanals 103 dort, wo der Abstand der beiden inneren Blöcke 11a, 11b (die Breite b₁₀₃ des Hauptstromkanals 103) in der Oszillationsebene quer zur Längsachse A am kleinsten ist. Die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 an der engsten Stelle des Hauptstromkanals 103 ist durch die Breite b₁₀₃ und die Bauteiltiefe t₁₀₃ an dieser Stelle definiert. Bei konstanter Bauteiltiefe (t_IN=t_EX= t₁₀₃) gilt erfindungsgemäß b_IN ≤ b_EX und/oder b_IN ≤ b₁₀₃. Insbesondere können die Einlassbreite b_IN, die Auslassbreite b_EX sowie die Breite b₁₀₃ gleich groß sein (b_IN = b₁₀₃ = b_EX).
Gemäß Figur 2 weist das fluidische Bauteil 1 aus Figur 1 eine konstante Bauteiltiefe t auf. Gemäß einer Ausführungsform ist die Bauteiltiefe t größer als 1/4 der Einlassbreite b_IN. Vorteilhaft ist, wenn die Bauteiltiefe t größer als die Hälfte der Einlassbreite b_IN. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Bauteiltiefe t größer als die Einlassbreite b_IN und für manche Anwendungen sogar größer als die doppelte Einlassbreite b_IN ist. Die Bauteiltiefe t kann sich jedoch entlang der Längsachse A (oder generell) auch verändern. In Figur 3 ist ein Schnitt durch das fluidische Bauteil 1 aus Figur 1 entlang der Achse B'-B" dargestellt. Figur 3 zeigt, dass die Querschnittsflächen des Hauptstromkanals 103 und der Nebenstromkanäle 104a, 104b jeweils im Wesentlichen rechteckig sind. Derartige Querschnittsformen sind leicht zu fertigen. Jedoch können die Querschnittsflächen auch andere Formen aufweisen, z.B. können die Nebenstromkanäle 104a, 104b eine dreieckige, mehreckige oder runde Querschnittsfläche aufweisen.
In Figur 4 ist eine Wärmetauschvorrichtung 5 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Wärmeaustauschvorrichtung 5 umfasst ein fluidisches Bauteil 1, das vorzugsweise das fluidische Bauteil aus den Figuren 1 bis 3 ist beziehungsweise eine der alternativen Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben worden sind. Das fluidische Bauteil 1 erzeugt einen oszillierenden Fluidstrom 2, der in seiner Oszillationsebene oszilliert. Die Oszillationsebene entspricht der Ebene, die in Figur 4 von der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 und dem Doppelpfeil 202 aufgespannt wird.
Ferner umfasst die Wärmeaustauschvorrichtung 5 einen Wärmetauschkörper 3. Der Wärmetauschkörper 3 umfasst eine Strömungskammer 303, die von Begrenzungswänden begrenzt ist. Von den Begrenzungswänden sind zwei in Figur 4 dargestellt. Ihre Oberflächen, die jeweils der Strömungskammer 303 zugewandt sind, sind mit den Bezugszeichen 304a, 304b gekennzeichnet und erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene und parallel zu der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1. Die zwei Begrenzungswände beziehungsweise deren Oberflächen 304a, 304 b sind parallel zueinander diesseits und jenseits der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 angeordnet. Die Strömungskammer 303 weist eine Einlassöffnung 301 und eine Auslassöffnung 302 auf, die sich strömungstechnisch gegenüberliegen und durch die Strömungskammer 303 miteinander verbunden sind. Der aus der Fluidstromquelle 1 austretende Fluidstrom 2 kann durch die Einlassöffnung 301 in die Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3 eintreten und durch die Auslassöffnung 302 aus der Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3 wieder austreten.
Die Einlassöffnung 301 des Wärmetauschkörpers 3 ist unmittelbar stromabwärts der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 angeordnet, so dass der Fluidstrom aus dem fluidischen Bauteil 1 direkt in den Wärmetauschkörper 3 strömt. Das fluidische Bauteil 1 und die Begrenzungswände (beziehungsweise deren Oberflächen 304a, 304b) sind derart zueinander positioniert, dass die Oszillationsebene im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen 304a, 304b ausgerichtet ist. Dabei sind der Oszillationswinkel des oszillierenden Fluidstroms 2 und der Abstand der Oberflächen 304a, 304b von der Längsachse A des fluidischen Bauteils so gewählt, dass der oszillierende Fluidstrahl 2 abwechselnd die beiden Oberflächen 304a, 304b abstreicht. Das heißt, dass die Oberflächen 304a, 304b eine zeitlich veränderliche Anströmungssituation erfahren. Auf diese Weise wird eine hochturbulente Strömung mit großskaligen kohärenten (Wirbel-)Strukturen erzeugt, die sich ohne den oszillierenden Fluidstrom nicht ausbilden würde.
Gemäß einer nicht dargestellten Alternative kann das fluidische Bauteil innerhalb der Strömungskammer 303 angeordnet sein. Auch können mehr als ein fluidisches Bauteil in der Strömungskammer 303 angeordnet sein. Das beziehungsweise die fluidische(n) Bauteil(e) wirken dann wie Turbulatoren (Drallelemente), die den Fluidstrom zusätzlich verwirbeln. Dabei können die fluidischen Bauteile beispielsweise in Reihe oder parallel angeordnet sein.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform der Wärmetauschvorrichtung 5 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform aus Figur 4 unter anderem in der relativen Ausrichtung von fluidischem Bauteil 1 und den zwei Begrenzungswänden der Strömungskammer 303 (beziehungsweise deren der Strömungskammer 303 zugewandten Oberflächen). Die Oberflächen sind mit den Bezugszeichen 304c und 304d gekennzeichnet. Die Oberflächen 304c, 304d sind in Figur 5 im Wesentlichen parallel zur Oszillationsebene ausgerichtet (nicht senkrecht wie in Figur 4). Die Oszillationsebene entspricht der Ebene, die in Figur 5 von der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 und dem Doppelpfeil 202 aufgespannt wird.
Zudem ist an der Oberfläche 304d ein zusätzlicher Turbulator 333 vorgesehen, der als Steg ausgebildet ist, welcher sich entlang der Oberfläche 304d und im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 erstreckt. Der Turbulator 333 ist in einem Abstand I₃₃₃ zu der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 angeordnet. Dieser Abstand I₃₃₃ ist mindestens doppelt so groß wie die Breite b_EX der Auslassöffnung 102. Bei Wärmetauschvorrichtungen mit Lochdüsen als Fluidstromquelle muss dieser Abstand I₃₃₃ mindestens das Fünffache der Breite b_EX der Auslassöffnung 102 betragen. Somit kann bei gleicher Wärmetransportleistung der Bauraum (die Größe der Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3) verringert werden, wenn anstelle einer Lochdüse ein fluidisches Bauteil als Fluidstromquelle verwendet wird.
Die Form und Ausrichtung des Turbulators ist in Figur 5 nur beispielhaft. Auch andere Formen und/oder Ausrichtungen sind möglich. Gemäß einer Alternative weist der Wärmetauschkörper 3 keinen zusätzlichen Turbulator auf.
Die Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 kann eine Tiefe t_EX aufweisen, die dem Abstand t₃₀₃ zwischen den Oberflächen 304c, 304d entspricht. Dieser Abstand t₃₀₃ ist die Tiefe der Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3. In diesem Fall grenzt die Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 an die beiden Oberflächen 304c, 304d. In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ist die Tiefe t_EX der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 jedoch kleiner als die Tiefe t₃₀₃ der Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3. Somit kann die Auslassöffnung 102 an eine der beiden Oberflächen 304c, 304d angrenzen und zu der anderen der beiden Oberflächen 304c, 304d einen Abstand t₃₁₁ aufweisen. Dabei ist vorzugsweise dieser Abstand t₃₁₁ kleiner als die Ausdehnung t₃₃₃ des Turbulators 333 entlang der Tiefe t₃₀₃ der Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3.
In Figur 6 ist eine Ausführungsform der Wärmetauschvorrichtung 5 dargestellt, bei der Wärmeaustausch gemäß des Prallströmungsverfahrens erfolgt. Der Wärmetauschkörper 3 beziehungsweise seine Oberfläche 304e wird hier (beispielsweise von außen) von dem aus dem fluidischen Bauteil 1 austretenden Fluidstrom 2 angeströmt, um so eine Temperaturänderung des Wärmetauschkörpers 3 herbeizuführen. Dafür ist das fluidische Bauteil 1 in einem Abstand zu der Oberfläche 304e angeordnet. Die Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 schließt einen Anströmwinkel β mit der Oberfläche 304e ein, der ungleich null ist. Der Anströmwinkel β ist in Figur 6 nur beispielhaft. Die Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 ist in einem Abstand I₁₄ zu der Oberfläche 304e angeordnet. Der Abstand I₁₄ ist dabei entlang einer Achse definiert, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 304e erstreckt. Vorzugsweise ist der Abstand I₁₄ mindestens doppelt so groß wie die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1. Bei Wärmetauschvorrichtungen mit Lochdüsen als Fluidstromquelle muss dieser Abstand I₁₄ im Prallströmungsverfahren mindestens das Fünffache der Breite b_EX der Auslassöffnung 102 betragen. Somit kann bei gleicher Wärmetransportleistung der Bauraum (das Volumen der Wärmetauschvorrichtung 5) verringert werden, wenn anstelle einer Lochdüse ein fluidisches Bauteil als Fluidstromquelle verwendet wird.
Auch in der Ausführungsform aus Figur 7 erfolgt der Wärmeaustausch gemäß des Prallströmungsverfahrens. Der Wärmetauschkörper 3 umfasst eine Strömungskammer 303, die von mehreren Begrenzungswänden begrenzt wird, von denen drei in Figur 7 dargestellt sind. Ihre der Strömungskammer 303 zugewandten Oberflächen tragen die Bezugszeichen 304f, 304g, 304h. Beispielhaft umfasst die Wärmetauschvorrichtung 5 drei fluidische Bauteile 1 als Fluidstromquellen. Die Anzahl der Fluidstromquellen kann jedoch auch von drei abweichen. Deren Auslassöffnungen 102 gehen in entsprechende Einlassöffnungen 301 der Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3 über und sind in der Begrenzungswand mit der Oberfläche 304f ausgebildet. Die Längsachsen Ader fluidischen Bauteile 1 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 304f und der Oberfläche 304h, die parallel zu der Oberfläche 304f angeordnet ist. Der Fluidstrom 2 tritt aus den Auslassöffnungen 102 der fluidischen Bauteile 1 durch die Einlassöffnungen 301 des Wärmetauschkörpers 3 in die Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3 und trifft dann unter dem Anströmwinkel β als Prallströmung auf die Oberfläche 304h. Vorzugsweise beträgt der Abstand I₁₄ von jeder Auslassöffnung 102 der fluidischen Bauteile 1 zu der Oberfläche 304h entlang der Längsachse A mindestens das Doppelte der Breite b_EX der Auslassöffnungen 102.
Die Strömungskammer 303 des Wärmetauschkörpers 3 kann ferner eine Auslassöffnung 302 aufweisen, die in Figur 7 zwischen den Begrenzungswänden mit den Oberflächen 304f, 304h angedeutet ist. Der Fluidstrom kann dann durch die Auslassöffnung 302 aus der Strömungskammer 303 herausströmen.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Anströmwinkel β = 90°. Der Anströmwinkel β kann auch andere Werte zwischen 0 und 90° annehmen, wie beispielsweise ca. 60°, wie in Figur 6 beispielhaft dargestellt ist. Grundsätzlich kann auch die Oszillationsebene um die Längsachse A des jeweiligen fluidischen Bauteils 1 gedreht sein und eine andere Orientierung als in Figur 7 aufweisen.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform weist die Strömungskammer 303 anstelle der Begrenzungswand mit der Oberfläche 304g eine Einlassöffnung auf, so dass Fluid einerseits durch diese Einlassöffnung und andererseits durch die mit den fluidischen Bauteilen 1 kommunizierenden Einlassöffnungen 301 in die Strömungskammer 303 strömen kann. Durch die zusätzlichen Einlassöffnungen 301 können neue Turbulenzquellen entstehen. Außerdem kann sehr schnell ein Ausgleich des Temperaturunterschieds der Fluide erreicht werden, wenn das Fluid, das durch die Einlassöffnung in der Oberfläche 304g in die Strömungskammer 303 tritt, und das Fluid, das über die fluidischen Bauteile 1 in die Strömungskammer 303 tritt, unterschiedliche Temperaturen aufweisen.
Je nach Fluid (Art, Eigenschaften) und der spezifischen Anwendung kann das fluidische Bauteil 1 unterschiedlich ausgebildet sein, um unterschiedliche Strahlverläufe zu erzeugen. In Figur 7 sind exemplarisch drei unterschiedliche Strahlverläufe dargestellt. Der gestrichelte Strahlverlauf ist im Wesentlichen sinusförmig, der gepunktete Strahlverlauf im Wesentlichen dreiecksförmig und der Strahlverlauf entlang der Strichpunktlinie im Wesentlichen rechteckig. Alternativ können die fluidischen Bauteile 1 derart ausgebildet sein, dass sie alle den gleichen Strahlverlauf erzeugen, der auch von den in Figur 7 gezeigten Strahlverläufen abweichen kann. Je nach Strahlverlauf kann insbesondere in der Ausführungsform aus Figur 4 die Dauer der Wechselwirkung des oszillierenden Fluidstroms mit den Oberflächen variieren.
In Figur 8 ist schematisch eine Draufsicht auf eine Trennwand 15 dargestellt, die zur Anordnung in einer Fluidstromquelle vorgesehen ist. Figur 9 zeigt eine perspektivische Darstellung dieser Trennwand 15, und Figur 10 zeigt einen Schnitt durch diese Trennwand 15 entlang der Linie A'-A". Figur 10 zeigt neben der Trennwand 15 auch eine Vorderwand 12 und eine Rückwand 13 der Fluidstromquelle 1, zwischen denen die Trennwand 15 angeordnet ist. Die Fluidstromquelle 1 mit der Trennwand 15 kann derart bezüglich eines Wärmetauschkörpers angeordnet sein, dass der aus der Fluidstromquelle austretende Fluidstrom zwecks Wärmetausch mit dem Wärmetauschkörper wechselwirkt. Alternativ kann der Wärmetauschkörper 3 durch die Vorderwand 12 und/oder die Rückwand 13 gebildet sein, so dass nicht der aus der Fluidstromquelle austretende Fluidstrom, sondern der in der Fluidstromquelle strömende Fluidstrom mit dem Wärmetauschkörper zwecks Wärmetausch wechselwirkt. Die letztere Alternative ist in Figur 10 dargestellt.
Die Trennwand 15 erstreckt sich in einer Haupterstreckungsebene und weist eine erste Seite 151 und eine der ersten Seite 151 gegenüberliegende zweite Seite 152 auf, wobei in Figur 8 die erste Seite 151 dem Betrachter zugewandt ist und die zweite Seite 152 vom Betrachter abgewandt. Die Trennwand 15 ist nicht eben, sondern weist eine Reihe von aus der Haupterstreckungsebene hervortretende Verformungen auf, wie insbesondere in den Figuren 9 und 10 erkennbar ist. Dabei bilden die auf der ersten Seite 151 als konkav (konvex) erscheinenden Verformungen auf der zweiten Seite 152 entsprechend konvexe (konkave) Verformungen. Somit weisen sowohl die erste Seite 151 als auch die zweite Seite 152 der Trennwand 15 abschnittsweise Vertiefungen auf, wobei die Vertiefungen der ersten und zweite Seite 151, 152 komplementär geformt und über die Trennwand 15 verteilt sind. Die Vertiefungen der ersten und zweite Seite 151, 152 sind dabei derart geformt, dass sie zusammen mit der Vorderwand 12 beziehungsweise der Rückwand 13 jeweils fluidische Bauteile 1', 1" bilden. Dabei bilden die Vertiefungen der ersten Seite 151 mehrere erste fluidische Bauteile 1', während die Vertiefungen der zweiten Seite 152 mehrere zweite fluidische Bauteile 1" bilden. Konkret bildet die Trennwand 15 in dieser Ausführungsform drei erste fluidische Bauteile 1' und drei zweite fluidische Bauteile 1". Die Anzahl ist jedoch nur beispielhaft und kann grundsätzlich davon abweichen. Vorzugsweise sollten es jeweils mindestens zwei sein. Die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" sind dabei fluidisch nicht miteinander verbunden, sondern stets durch Material der Trennwand 15 voneinander getrennt. Die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" sind entlang einer Hauptstromrichtung (die später erläutert wird) des ersten und zweiten fluidischen Bauteils 1', 1" nebeneinander und abwechselnd angeordnet. Dadurch entsteht ein sich quer zur Hauptstromrichtung wiederholendes Muster. Die kleinste Einheit des Musters ist in Figur 8 mit zwei gestrichelten Linien begrenzt dargestellt.
Die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" (der Figuren 8 bis 10, aber auch der Figuren 11 bis 16) entsprechen vom grundsätzlichen Aufbau her dem fluidischen Bauteil 1 aus den Figuren 1 bis 3. Dementsprechend sind in den Figuren 8 bis 16, die erste und zweite fluidische Bauteile 1', 1" zeigen, Elemente, die auch in dem fluidischen Bauteil 1 aus den Figuren 1 bis 3 ausgebildet sind, durch entsprechende Bezugszeichen gekennzeichnet, die den Zusatz ' (für die ersten fluidischen Bauteile) beziehungsweise " (für die zweiten fluidischen Bauteile) tragen. Um Wiederholungen zu vermeiden, sei für die nun folgende Beschreibung der ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" der Figuren 8 bis 16 auch auf die Beschreibung des fluidischen Bauteils aus den Figuren 1 bis 3 verwiesen. Lediglich die relevantesten Merkmale sollen im Folgenden beschrieben werden.
Jedes erste und zweite fluidische Bauteil 1', 1" der Ausführungsform aus den Figuren 8 bis 10 umfasst eine Strömungskammer 10', 10", die jeweils von einem Fluidstrom durchströmbar ist. Die Strömungskammern 10', 10" umfassen jeweils eine Einlassöffnung 101', 101", über die der Fluidstrom in die Strömungskammern 10', 10" eintritt, und eine Auslassöffnung 102', 102", über die der Fluidstrom aus den Strömungskammern 10', 10" austritt. Die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" sind jeweils spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15 und zentral durch die jeweilige Einlassöffnung 101', 101" und durch die jeweilige Auslassöffnung 102', 102" erstreckt. Eine solche Symmetrie ist jedoch nicht zwingend.
Jede Strömungskammer 10', 10" umfasst einen Hauptstromkanal 103', 103" und als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung zwei Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b", die sich in der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15 erstrecken, wobei der Hauptstromkanal 103', 103" zwischen den beiden Nebenstromkanälen 104a', 104b', 104a", 104b" ausgebildet ist. Die Anzahl der Nebenstromkanäle kann aber auch von zwei verschieden sein. Der Fluidstrom bewegt sich in den Hauptstromkanälen 103', 103" im Wesentlichen von der Einlassöffnung 101', 101" zu der Auslassöffnung 102', 102" entlang der sogenannten Hauptstromrichtung. In der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 weisen die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" die gleiche Hauptstromrichtung auf, die in Figur 8 mit Pfeilen gekennzeichnet ist. Es handelt sich um eine sogenannte Gleichstrom- oder Co-Flow-Situation. Dabei sind (in Hauptstromrichtung betrachtet) die Einlassöffnung 101' und die Auslassöffnung 102' der ersten fluidischen Bauteile 1' gegenüber der Einlassöffnung 101" beziehungsweise der Auslassöffnung 102" der zweiten fluidischen Bauteile 1" stromabwärts versetzt. Dabei sind die Einlassöffnungen 101' (101") der ersten fluidischen Bauteile 1' (zweiten fluidischen Bauteile 1") in Hauptstromrichtung betrachtet auf gleicher Höhe angeordnet. Ebenso verhält es sich für die Auslassöffnungen 102' (102"). Insbesondere ist das gesamte erste fluidische Bauteil 1' gegenüber dem gesamten zweiten fluidischen Bauteil 1" stromabwärts versetzt. Alternativ können auch die ersten fluidischen Bauteile 1' (die zweiten fluidischen Bauteile 1") stromaufwärts oder stromabwärts versetzt zueinander sein. Hierzu wäre die Geometrie der Strömungskammern 10', 10" anzupassen.
Jeder Hauptstromkanal 103', 103" ist unmittelbar stromabwärts der Einlassöffnung 101', 101" und unmittelbar stromaufwärts der Auslassöffnung 102', 102" fluidisch mit seinen Nebenstromkanälen 104a', 104b', 104a", 104b" verbunden. Unmittelbar stromaufwärts der Auslassöffnung 102', 102" befindet sich der Eingang der Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b", über den ein Teil des Fluidstroms (Nebenstrom) aus dem Hauptstromkanal 103', 103" in die Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" hineinströmt, während sich unmittelbar stromabwärts der Einlassöffnung 101', 101" der Ausgang der Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" befindet, über den der Nebenstrom aus den Nebenstromkanälen 104a', 104b', 104a", 104b" herausströmt und zurück in den Hauptstromkanal 103', 103" gelangt, wo der Nebenstrom einen seitlichen (quer zur Hauptstromrichtung) Impuls auf den durch die Einlassöffnung 101', 101" eintretenden Fluidstrom ausüben kann. Dabei wird die Richtung des Fluidstromes derart beeinflusst, dass der an der Auslassöffnung 102', 102" austretende Hauptstrom räumlich und/oder zeitlich oszilliert. Die Oszillation erfolgt in einer Ebene, der sogenannten Oszillationsebene. Diese ist parallel zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15.
Die zwei Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" sind hier innerhalb eines fluidischen Bauteils 1', 1" beispielhaft identisch geformt und symmetrisch bezüglich des zugehörigen Hauptstromkanals 103', 103" angeordnet. Gemäß einer nicht dargestellten Alternative können die Nebenstromkanäle nicht identisch geformt und/oder nicht symmetrisch angeordnet sein.
Die Hauptstromkanäle 103', 103" sind von ihren Nebenstromkanälen 104a', 104b', 104a", 104b" jeweils durch einen inneren Block 11a', 11b', 11a", 11b" getrennt. Die zwei Blöcke 11a', 11b', 11a", 11b" eines ersten oder zweiten fluidischen Bauteils 1', 1" sind in der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 identisch in Form und Größe und symmetrisch bezüglich des Hauptstromkanals 103', 103" angeordnet. Prinzipiell können sie jedoch auch unterschiedlich ausgebildet und/oder nicht symmetrisch ausgerichtet sein. Die inneren Blöcke 11a', 11b' der ersten fluidischen Bauteile 1' unterscheiden sich jedoch in der Form von den inneren Blöcke 11a", 11b" der zweiten fluidischen Bauteile 1". Die Form der inneren Blöcke 11a', 11b', 11a", 11b" ist hier nur beispielhaft. Jedoch sollten die inneren Blöcke 11a', 11b', 11a", 11b" stets so geformt und ausgerichtet sein, dass die Breite (Ausdehnung in der Hauterstreckungsebene der Trennwand 15 und im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptstromrichtung) der Hauptstromkanäle 103', 103" stromabwärts zunimmt.
Die Hauptstromkanäle 103', 103" haben eine konstante Tiefe (Ausdehnung im Wesentlichen senkrecht zu der Hauterstreckungsebene der Trennwand 15). Die Tiefe sowohl des Hauptstromkanals 103' als auch des Hauptstromkanals 103" entspricht jeweils der maximalen Tiefe t_max, die durch die Verformung der Trennwand 15 zur Verfügung steht. Die Breite der Hauptstromkanäle 103', 103" nimmt stromabwärts zu.
Demgegenüber weisen die Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" eine nicht konstante Tiefe auf. So weisen die Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" abschnittsweise die maximale Tiefe t_max und abschnittsweise eine verminderte Tiefe t_red auf, die geringer als die maximale Tiefe t_max ist. Die verminderte Tiefe t_red kann beispielsweise die Hälfte der maximalen Tiefe t_max sein. Sind mehrere Abschnitte mit verminderter Tiefe t_red ausgebildet, so können diese gleich tief oder unterschiedlich tief sein. Die maximale Tiefe t_max weisen die Nebenstromkanäle 104a', 104b' (104a", 104b") der ersten fluidischen Bauteile 1' (zweiten fluidischen Bauteile 1") in dem Abschnitt auf, in dem die zweiten fluidischen Bauteile 1" (ersten fluidischen Bauteile 1') ihre inneren Blöcke 11a", 11b" (11a', 11b') aufweisen. Ferner weisen die Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" im Bereich des Übergangs zu dem jeweiligen Hauptstromkanal 103', 103" die maximale Tiefe t_max auf, der ebenfalls die maximale Tiefe t_max aufweist. Die Abschnitte maximaler Tiefe t_max sind unterbrochen durch Abschnitte verminderter Tiefe t_red, die sogenannten Kreuzungsabschnitte. In den Kreuzungsabschnitten ist sowohl für die ersten fluidischen Bauteile 1', als auch für die zweiten fluidischen Bauteile 1" jeweils ein Abschnitt des Nebenstromkanals 104a', 104b', 104a", 104b" ausgebildet. In diesen Abschnitten verminderter Tiefe t_red strömt das Fluid also auf der ersten Seite 151 und der zweiten Seite 152 der Trennwand 15. Somit sind die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1", die abwechselnd angeordnet sind, im Bereich der Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" und der inneren Blöcke 11a", 11b", 11a', 11b' miteinander verschachtelt.
Für die ersten fluidischen Bauteile 1' (zweiten fluidischen Bauteile 1") gestaltet sich die Tiefe der Nebenstromkanäle 104a', 104b' (104a", 104b") in Richtung von ihrem jeweiligen Eingang zu ihrem jeweiligen Ausgang wie folgt:
maximale Tiefe t_max (wie der Hauptstromkanal 103' (103")) → verminderte Tiefe t_red (Kreuzung mit einem Abschnitt der Nebenstromkanäle 104a", 104b" (104a', 104b') der zweiten fluidischen Bauteile 1" (ersten fluidischen Bauteile 1')) → maximale Tiefe t_max (Ausbildung der inneren Blöcke 11a", 11b" (11a', 11b') der zweiten fluidischen Bauteile 1"(ersten fluidischen Bauteile 1')) → verminderte Tiefe t_red (Kreuzung mit einem Abschnitt der Nebenstromkanäle 104a", 104b" (104a', 104b') der zweiten fluidischen Bauteile 1" (ersten fluidischen Bauteile 1')) → maximale Tiefe t_max (wie der Hauptstromkanal 103' (103")). In der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 ist die Tiefe für die zwei Abschnitte mit verminderter Tiefe t_red (Kreuzungsabschnitte) gleich und entspricht der Hälfte von t_max. Jedoch können diese zwei Kreuzubgsabschnitte unterschiedlich große Tiefen haben. Auch muss die verminderte Tiefe nicht die Hälfte von t_max sein. Durch die abschnittsweise verminderte Tiefe der Nebenstromkanäle kann der Abstand zwischen benachbarten ersten und zweiten fluidischen Bauteilen 1', 1" reduziert werden.
Durch die Kreuzung oder Verschachtelung bildet abschnittsweise die Au ßenwand (die dem Hauptrsomkanal 103' (103") abgewandte, sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15 erstreckende Wand) der Nebenstromkanäle 104a', 104b' (104a", 104b") der ersten fluidischen Bauteile 1' (der zweiten fluidischen Bauteile 1") gleichzeitig die Innenwand (die dem Hauptrsomkanal 103" (103') zugewandte, sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15 erstreckende Wand) der inneren Blöcke 11a", 11b" (11a', 11b') der benachbarten zweiten fluidischen Bauteile 1" (ersten fluidischen Bauteile 1'). Dabei ist die genannte Außenwand derart geformt, dass sie für die Zwecke der Ausbildung der Oszillation dem Hauptstromkanal 103" (103') der benachbarten zweiten fluidischen Bauteile 1" (ersten fluidischen Bauteile 1') eine geeignete Form verleiht. Ferner bildet abschnittsweise die Innenwand (die dem Hauptrsomkanal 103' (103") zugewandte, sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15 erstreckende Wand) der Nebenstromkanäle 104a', 104b' (104a", 104b") der ersten fluidischen Bauteile 1' (der zweiten fluidischen Bauteile 1") gleichzeitig die Innenwand (die dem Hauptstromkanal 103" (103') zugewandte, sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15 erstreckende Wand) der Nebenstromkanäle 104a", 104b" (104a', 104b') der benachbarten zweiten fluidischen Bauteile 1" (ersten fluidischen Bauteile 1').
An seinem stromabwärtigen Ende geht jeder Hauptstromkanal 103', 103" in einen Auslasskanal 107', 107" über, der sich in der Oszillationsebene betrachtet stromabwärts verjüngt und in der Auslassöffnung 102', 102" endet. Stromabwärts der Auslassöffnung 102', 102" ist eine Auslasserweiterung 108', 108" vorgesehen, die sich unmittelbar an die jeweilige Auslassöffnung 102', 102" anschließt. Der Einlassöffnung 101', 101" der Strömungskammern 10', 10" ist stromaufwärts ein trichterförmiger Ansatz 106', 106" vorgeschaltet, der sich (in der Oszillationsebene) in Richtung auf die Einlassöffnung 101', 101" (stromabwärts) verjüngt.
In der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 unterscheiden sich die ersten fluidischen Bauteile 1' in der Form von den zweiten fluidischen Bauteilen 1": Insbesondere unterscheiden sie sich hinsichtlich der Form des Hauptstromkanals, der Nebenstromkanäle und der inneren Blöcke.
Gemäß Figur 10 weisen die Vorderwand 12 und die Rückwand 13 jeweils eine zur Trennwand gerichtete, ebene Oberfläche auf, mit der sie abschnittsweise an der ersten beziehungsweise zweiten Seite 151, 152 der Trennwand anliegen. Diese Oberflächen können jedoch auch uneben gestaltet sein. Dabei sollten die Oberflächen derart geformt sein, dass die Vorderwand 12 an den inneren Blöcken 11a', 11b' der ersten fluidischen Bauteile 1' und die Rückwand 13 an den inneren Blöcken 11a", 11b" der zweiten fluidischen Bauteile 1" anliegen kann, um ein Durchfließen des Fluidstroms in diesen Bereichen zu verhindern und die Funktionsweise der Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" nicht zu beeinträchtigen.
In der Ausführungsform aus Figur 11 sind zwei Trennwände 15 der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 zur Anordnung in der Fluidstromquelle vorgesehen. Der Übersicht halber sind nur die zwei Trennwände 15 gezeigt. Dabei sind die Trennwände 15 derart angeordnet (gestapelt), dass deren Haupterstreckungsebenen parallel zueinander verlaufen. Insbesondere sind die beiden Trennwände 15 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und liegen abschnittsweise aneinander an. Abschnittsweise entstehen zwischen den beiden Trennwänden 15 Bereiche, in denen die Tiefe der doppelten Tiefe t_max einer Trennwand 15 entspricht. Die Strömungsrichtung des Hauptstroms ist für die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" mit Pfeilen gekennzeichnet. Die zwei Trennwände 15 können in der dargestellten Anordnung in Analogie zu Figur 10 beispielsweise zwischen einer Vorderwand und einer Rückwand angeordnet werden, um eine Fluidstromquelle/Wärmetauschvorrichtung zu bilden. Es ist auch möglich, mehr als zwei Trennwände 15 in Analogie zu der Ausführungsform aus Figur 11 zu stapeln, so dass unmittelbar benachbarte Trennwände stets spiegelsymmetrisch zueinander sind.
In den Figuren 12 bis 14 ist eine weitere Ausführungsform für eine Trennwand 15 dargestellt. Dabei zeigt Figur 12 eine Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene der Trennwand 15, Figur 13 eine perspektivische Ansicht und Figur 14 eine Schnittdarstellung quer zur Haupterstreckungsebene der Trennwand 15. In Figur 14 ist die Trennwand 15 wieder zusammen mit einer Vorderwand 12 und einer Rückwand 13 dargestellt, die abschnittsweise an der Trennwand 15 anliegen. Zusammen bilden sie eine Wärmetauschvorrichtung 5. Diese Ausführungsform der Trennwand 15 unterscheidet sich von jener der Figuren 8 bis 10 insbesondere darin, dass die Formen der Hauptstromkanäle 103', 103", der Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" und der inneren Blöcke 11a', 11b' kantiger (weniger abgerundet) sind. Zudem sind in der Ausführungsform der Figuren 12 bis 14 die ersten und die zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" identisch geformt und derart zueinander ausgerichtet, dass ihre Hauptstromrichtungen einander entgegengesetzt sind. Die Hauptstromrichtungen sind durch Pfeile gekennzeichnet. Es handelt sich um eine sogenannte Gegenstrom- oder Counter-Flow-Situation. Ferner ist hier die Entformungsschräge der konkaven/konvexen Verformungen stärker ausgeprägt als in der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10, so dass Abstände parallel zur Haupterstreckungsebene der Trennwand 15 über die Tiefe (Ausdehnung im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand 15) streng genommen nicht konstant sind.
In Figur 15 sind drei Trennwände 15 der Ausführungsform der Figuren 12 bis 14 in einer Stapelanordnung dargestellt, die zur Anordnung in einer Fluidstromquelle vorgesehen ist. Dabei sind zwei unmittelbar benachbarte Trennwände 15 spiegelsymmetrisch zueinander ausgerichtet und liegen abschnittsweise aneinander an. Das heißt, dass die beiden äußeren Trennwände dieselbe Ausrichtung aufweisen. Zwischen zwei Trennwänden 15 bilden sich erste und zweite fluidische Bauteile 1', 1" mit (im Vergleich zu einer einzelnen Trennwand, die wie in Figur 14 zwischen einer ebenen Vorderwand 12 und einer ebenen Rückwand 13 angeordnet ist) doppelter Tiefe aus Die Pfeile in Figur 15 zeigen die Hauptstromrichtung für die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" an. Die drei Trennwände 15 können in der dargestellten Anordnung in Analogie zu Figur 14 beispielsweise zwischen einer Vorderwand und einer Rückwand angeordnet werden, um eine Fluidstromquelle/Wärmetauschvorrichtung zu bilden. Die Anzahl der Trennwände 15 ist in Figur 15 nur beispielhaft und kann von drei abweichen. Dabei sollten unmittelbar benachbarte Trennwände spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sein.
In Figur 16 ist eine weitere Ausführungsform für eine Trennwand 15 dargestellt. Wie in der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 weisen die ersten und zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" auch hier die gleiche Hauptstromrichtung auf. Die Hauptstromkanäle 103', 103", Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" und inneren Blöcke 11a', 11b', 11a", 11b" weisen wie in der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 eher abgerundete Formen auf. Jedoch sind die ersten und die zweiten fluidischen Bauteile 1', 1" (Hauptstromkanal 103', 103", Nebenstromkanäle 104a', 104b', 104a", 104b" und innere Blöcke 11a', 11b', 11a", 11b") nahezu identisch geformt. Im Unterschied zu der Ausführungsform der Figuren 8 bis 10 sind hier die Einlassöffnung 101' und die Auslassöffnung 102' der ersten fluidischen Bauteile 1' auf der gleichen Höhe (in Fluidstromrichtung betrachtet) wie die Einlassöffnung 101" beziehungsweise die Auslassöffnung 102" der zweiten fluidischen Bauteile 1" angeordnet.
Sämtliche in den Figuren 8 bis 16 dargestellten Ausführungsformen der Trennwand sind raumoptimiert und geeignet für kompakte Wärmetauschvorrichtungen/Fluidstromquellen. Die einzelnen Elemente (Trennwände, Vorderwand, Rückwand) der Wärmetauschvorrichtung/Fluidstromquelle lassen sich kostengünstig beispielsweise mittels Umformverfahren herstellen. Zudem sind diese einzelnen Elemente, nachdem sie bestimmungsgemäß zueinander angeordnet worden sind, lösbar miteinander verbindbar. Dabei können die einzelnen Elemente derart miteinander verspannt werden, dass sie abschnittsweise flächig aneinander anliegen. Durch die Verspannung kann auch eine Abdichtung erreicht werden. Aufgrund dieses modularen Aufbaus der Wärmetauschvorrichtung können Trennwände einfach ausgetauscht werden und kann eine Reinigung der einzelnen Elemente im Wartungsfall ermöglicht werden. Ferner ist es möglich die ersten fluidischen Bauteile 1' und die zweiten fluidischen Bauteile 1" in Fluidstromrichtung hintereinander anzuordnen und dabei fluidisch miteinander zu verbinden. In einer solchen Reihenschaltung kann der Fluidstrom, der aus der Auslassöffnung 102', 102" eines stromaufwärtig angeordneten fluidischen Bauteils 1', 1" austritt in die Einlassöffnung 101', 101" des sich stromabwärts fluidisch anschließenden fluidischen Bauteils 1', 1" eintreten. Dabei können in Fluidstromrichtung betrachtet erste und zweite fluidische Bauteile 1', 1" vorgesehen sein (beispielsweise einander abwechseln). Alternativ können in Fluidstromrichtung betrachtet nur erste fluidische Bauteile 1' oder nur zweite fluidische Bauteile 1" hintereinander angeordnet und fluidisch miteinander verbunden sein. Auch in einer Reihenschaltung entsteht die fluidische Verbindung nicht durch das Kreuzen erster und zweiter fluidischer Bauteile. Die Reihenschaltung kann vorteilhaft sein, um den Wärmeaustausch zu erhöhen.

Claims

Verwendung eines Wärmetauschkörpers (3) und einer Fluidstromquelle (1) als Wärmetauschvorrichtung (5), wobei die Fluidstromquelle (1) ausgebildet ist, einen Fluidstrom (2) bereitzustellen und wobei der Körper (3) und die Fluidstromquelle (1) derart zueinander angeordnet sind, dass der von der Fluidstromquelle (1) bereitgestellte Fluidstrom (2) zwecks Wärmetausch mit dem Körper (3) wechselwirkt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fluidstromquelle (1) ein fluidisches Bauteil umfasst, das mindestens ein Mittel (104a, 104b) zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms (2) umfasst, wobei das mindestens eine Mittel (104a, 104b) keine beweglichen Komponenten umfasst.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillation des Fluidstroms in einer Oszillationsebene erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Bauteil (1) eine Strömungskammer (10) aufweist, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (101) der Strömungskammer (10) in die Strömungskammer (10) eintritt und durch eine Auslassöffnung (102) der Strömungskammer (10) aus der Strömungskammer (10) austritt, wobei in der Strömungskammer (10) das mindestens eine Mittel (104a, 104b) zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung (102) vorgesehen ist.
Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (101) und die Auslassöffnung (102) jeweils eine Querschnittsfläche aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (A) des fluidischen Bauteils (1), die von der Einlassöffnung (101) zur Auslassöffnung (102) gerichtet ist, erstrecken, und dass die Strömungskammer (10) einen Hauptstromkanal (103) umfasst, der sich zwischen der Einlassöffnung (101) und der Auslassöffnung (102) erstreckt, wobei der Hauptstromkanal (103) eine Querschnittsfläche aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse (A) erstreckt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Querschnittsfläche der Einlassöffnung (101) kleiner als die Querschnittsfläche der Auslassöffnung (102) ist oder dass die Querschnittsfläche der Einlassöffnung (101) und die Querschnittsfläche der Auslassöffnung (102) gleich groß sind.
Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Einlassöffnung (101) kleiner als die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals (103) an dessen engster Stelle ist oder dass die Querschnittsfläche der Einlassöffnung (101) und die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals (103) an dessen engster Stelle gleich groß sind und/oder dass die Querschnittsfläche der Einlassöffnung (101), die Querschnittsfläche der Auslassöffnung (102) und die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals (103) an dessen engster Stelle gleich groß sind.
Verwendung nach den Ansprüchen 2 und 3 und einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (101) eine Breite (b_IN) aufweist, die sich in der Oszillationsebene im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse (A) erstreckt, und dass das fluidische Bauteil eine Bauteiltiefe (t) aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstreckt, wobei die Bauteiltiefe (t) größer als ¼ der Breite (b_IN) der Einlassöffnung (101), vorzugsweise größer als ½ der Breite (b_IN) der Einlassöffnung (101), insbesondere bevorzugt größer als die Breite (b_IN) der Einlassöffnung (101) und ganz besonders bevorzugt größer als die doppelte Breite (b_IN) der Einlassöffnung (101) ist.
Verwendung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) zum Wärmetausch mindestens eine Oberfläche (304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304h) aufweist, die zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom (2) wechselwirkt und die derart bezüglich des fluidischen Bauteils (1) ausgerichtet ist, dass die Oszillationsebene des aus dem fluidischen Bauteil (1) austretenden Fluidstroms (2) einen Winkel (β) mit der mindestens einen Oberfläche (304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304h) einschließt, wobei der Winkel insbesondere im Wesentlichen 90° ist, und/oder
dass der Körper (3) zum Wärmetausch mindestens zwei Oberflächen (304a, 304b) aufweist, die zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom (2) wechselwirken und die in einem Abstand zueinander und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und die derart bezüglich des fluidischen Bauteils (1) ausgerichtet sind, dass sich der aus dem fluidischen Bauteil (1) austretende Fluidstrom (2) zwischen den mindestens zwei Oberflächen (304a, 304b) erstreckt, wobei die Oszillationsebene des aus dem fluidischen Bauteil (1) austretenden Fluidstroms einen Winkel mit den mindestens zwei Oberflächen (304a, 304b) einschließt, wobei der Winkel insbesondere im Wesentlichen 90° ist, und/oder
dass der Körper (3) zum Wärmetausch mindestens eine Oberfläche (304c, 304d) aufweist, die zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom (2) wechselwirkt und die derart bezüglich des fluidischen Bauteils (1) ausgerichtet ist, dass sich die Oszillationsebene des aus dem fluidischen Bauteil (1) austretenden Fluidstroms (2) im Wesentlichen parallel zu der mindestens einen Oberfläche (304c, 304d) erstreckt.
Verwendung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (102) des fluidischen Bauteils (1) in einem Abstand (I₁₄) zu der mindestens einen Oberfläche (304e, 304h), die zwecks Wärmetausch mit dem Fluidstrom wechselwirkt, angeordnet ist und dass die Auslassöffnung (102) in der Oszillationsebene quer zur Längsachse (A) eine Breite (b_EX) aufweist, wobei der Abstand (I₁₄) mindestens doppelt so groß ist wie die Breite (b_EX) der Auslassöffnung (102).
Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) zum Wärmetausch eine durchströmbare Vorrichtung ist, die eine Einlassöffnung (301) aufweist, durch die der Fluidstrom (2) in den Körper (3) eintritt, wobei die Einlassöffnung (301) des Körpers (3) stromabwärts der Auslassöffnung (102) des fluidischen Bauteils (1) angeordnet ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) zum Wärmetausch eine durchströmbare Vorrichtung ist, die eine Strömungskammer (303) aufweist, die von einem Fluidstrom (2) durchströmbar ist, wobei das fluidische Bauteil (1) in der Strömungskammer (303) des Körpers (3) angeordnet ist.
Verwendung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidstromquelle (1) mindestens ein erstes fluidisches Bauteil (1') und mindestens ein zweites fluidisches Bauteil (1") umfasst, die jeweils mindestens ein Mittel (104a', 104b', 104a", 104b") zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms umfassen, wobei das mindestens eine Mittel (104a', 104b', 104a", 104b") keine beweglichen Komponenten umfasst, und dass das mindestens eine erste fluidische Bauteil (1') und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil (1") abschnittsweise einander kreuzen, wobei das mindestens eine erste fluidische Bauteil (1') und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil (1") durch das Kreuzen nicht fluidisch miteinander verbunden sind.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste fluidische Bauteil (1') und das mindestens ein zweite fluidische Bauteil (1") jeweils eine Strömungskammer (10', 10") aufweisen, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (101', 101") der Strömungskammer (10', 10") in die Strömungskammer (10', 10") eintritt und durch eine Auslassöffnung (102', 102") der Strömungskammer (10', 10") aus der Strömungskammer (10', 10") austritt, wobei die Strömungskammer (10', 10") einen Hauptstromkanal (103', 103") und als das mindestens eine Mittel (104a', 104b', 104a", 104b") zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung (102', 102") einen Nebenstromkanal umfasst, der mit dem Hauptstromkanal (103', 103") fluidisch verbunden ist.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstromkanal (103', 103") von einem Fluidstrom entlang einer Hauptstromrichtung, die von der Einlassöffnung (101', 101") zu der Auslassöffnung (102', 102") gerichtet ist, durchströmbar ist, wobei das mindestens eine erste fluidische Bauteil (1') und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil (1") derart zueinander angeordnet sind, dass die Hauptstromrichtung des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils (1') entweder der Hauptstromrichtung des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils (1") entgegengesetzt ist oder der Hauptstromrichtung des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils (1") entspricht.
Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstromkanal (103') und der mindestens eine Nebenstromkanal (104a', 104b') des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils (1') in Form und Größe mit dem Hauptstromkanal (103") und dem mindestens einen Nebenstromkanal (104a", 104b") des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils (1") identisch sind oder dass der Hauptstromkanal (103') und/oder der mindestens eine Nebenstromkanal (104a', 104b') des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils (1') in Form und/oder in Größe von dem Hauptstromkanal (103") beziehungsweise von dem mindestens einen Nebenstromkanal (104a", 104b") des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils (1") verschieden sind/ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die Fluidstromquelle (1) eine Trennwand (15) erstreckt, wobei sich das mindestens eine erste fluidische Bauteil (1') diesseits und das mindestens eine zweite fluidische Bauteil (1") jenseits der Trennwand (15) befindet, und wobei die Trennwand (15) mehrere konkave beziehungsweise konvexe Verformungen aufweist, die im Wesentlichen senkrecht aus der Haupterstreckungsebene der Trennwand (15) hervorragen, so dass durch die Verformungen der Trennwand (15) der Hauptstromkanal (103') und der mindestens eine Nebenstromkanal (104a', 104b') des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils (1') und der Hauptstromkanal (103") und der mindestens eine Nebenstromkanal (104a", 104b") des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils (1") ausgebildet sind,
wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Ausdehnung des mindestens einen Nebenstromkanals (104a', 104b',104a", 104b") des mindestens einen ersten fluidischen Bauteils (1') und des mindestens einen zweiten fluidischen Bauteils (1") im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand (15) über die Ausdehnung des mindestens einen Nebenstromkanals (104a', 104b',104a", 104b") parallel zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand (15) nicht konstant ist, und/oder

wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Fluidstromquelle (1) eine Vorderwand (12) und eine Rückwand (13) aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander und zu der Haupterstreckungsebene der Trennwand (15) angeordnet sind, wobei die Trennwand (15) zwischen der Vorderwand (12) und der Rückwand (13) angeordnet ist und insbesondere abschnittsweise an der Vorderwand (12) und der Rückwand (13) anliegt.