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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem ersten Strömungskanal, durch welchen ein erstes Fluid strömbar ist und mit einem zweiten Strömungskanal, durch welchen ein zweites Fluid strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen Fluideinlass, einen einlassseitigen Sammelbereich, eine Mehrzahl von Teilkanälen und einen auslassseitigen Sammelbereich aufweist.
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Stand der Technik
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Bei der Verdampfung eines Fluids innerhalb eines Wärmeübertragers kann es insbesondere in der Zweiphasenströmung zu Instabilitäten kommen. Die Zweiphasenströmung bezeichnet dabei Bereiche, in denen sowohl flüssige als auch gasförmige Bestandteile des Fluids vorliegen.
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Diese Instabilitäten führen zu Ungleichverteilungen des Fluids innerhalb des Wärmeübertragers. Diese Ungleichverteilungen des Fluids führen wiederum zu Temperaturunterschieden innerhalb des Wärmeübertragers, was einerseits eine erhöhte Bauteilbelastung zufolge hat und weiterhin dazu führen kann, dass das Fluid partiell die Grenztemperatur übersteigt und es zu Zersetzungsvorgängen kommt. Außerdem kann zu ungleichen Temperaturverteilungen innerhalb des Wärmeübertrages kommen.
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Zur Verdampfung eines Fluids können verschiedene Arten von Wärmeübertragern eingesetzt werden. Neben Rohrbündelwärmeübertragern können unter anderem Plattenwärmeübertrager in Stapelscheibenbauweise zum Einsatz kommen.
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Nachteilig an den Wärmeübertragers gemäß dem Stand der Technik ist, dass entweder keine geeigneten Vorkehrungen zur Reduzierung oder Vermeidung der Phaseseparation des Fluids getroffen werden.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wärmeübertrager bereitzustellen, der Mittel aufweist, die eine Phasenseparation des Fluids, insbesondere in der Zweiphasenströmung, wirksam reduzieren oder verhindern.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem ersten Strömungskanal, durch welchen ein erstes Fluid strömbar ist und mit einem zweiten Strömungskanal, durch welchen ein zweites Fluid strömbar ist, wobei der erste Strömungskanal einen Fluideinlass, einen einlassseitigen Sammelbereich, eine Mehrzahl von Teilkanälen und einen auslassseitigen Sammelbereich aufweist, wobei im einlassseitigen Sammelbereich Mittel angeordnet sind, welche eine Phasenseparation des ersten Fluids reduzieren oder verhindern.
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In Wärmeübertragern und insbesondere in Verdampfern oder Kondensatoren kann es vorkommen, dass das den Wärmeübertrager durchströmende Fluid in einem zweiphasigen Gemisch vorliegt. Das Gemisch besteht dann sowohl aus einer flüssigen Phase als auch aus einer gasförmigen Phase. Die beiden Phasen weisen jeweils eine unterschiedliche Dichte und Trägheit auf, wodurch es zu einer Phasenseparation der beiden Phasen, also zu einem Entmischen des Gemischs, kommen kann.
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Eine Phasenseparation kann dazu führen, dass eine Ungleichverteilung des Fluids innerhalb des Wärmeübertragers entsteht. Dies kann die Effizienz des Wärmeübertragers negativ beeinflussen und außerdem zu einer erhöhten Beanspruchung des Materials des Wärmeübertragers führen. Die erhöhte Beanspruchung resultiert insbesondere aus einer uneinheitlichen Temperaturverteilung innerhalb des Wärmeübertragers.
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Durch das Vorsehen von Mitteln zur Reduzierung oder Verhinderung der Phasenseparation des ersten Fluids können diese negativen Effekte reduziert oder vollständig verhindert werden. Eine Anordnung von Mitteln zur Reduzierung oder Verhinderung der Phasenseparation ist daher besonders vorteilhaft.
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Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der einlassseitige Sammelbereich im Wesentlichen einen runden Querschnitt aufweist.
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Ein runder Innendurchmesser ist besonders strömungsgünstig und wirkt der Ausbildung von Staustellen innerhalb des einlassseitigen Sammelbereichs entgegen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Reduzierung oder Verhinderung der Phasenseparation des ersten Fluids durch eine Wendel gebildet ist.
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Eine Wendel, welche im Inneren des einlassseitigen Sammelbereichs angeordnet ist, kann der Fluidströmung einen Drall geben, der eine Phasenseparation des ersten Fluids reduziert oder verhindert. Dies führt zu einer besseren Verteilung der zwei Phasen innerhalb des einlassseitigen Sammelbereichs und damit auch zu einer vorteilhafteren Verteilung des Fluids innerhalb des Wärmeübertragers insgesamt. Gleichzeitig stellt die Wendel einen relativ geringen Strömungswiderstand für das Fluid dar. Dies ist besonders vorteilhaft, da der durch die Wendel verursachte zusätzliche Druckverlust nicht zu einer maßgeblichen Reduzierung der Effizienz des Wärmeübertragers führt.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn sich die Wendel über die gesamte Länge des einlassseitigen Sammelbereichs erstreckt.
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Die Wendel kann sich entweder nur über einen Teil des einlassseitigen Sammelbereichs erstrecken oder vorteilhafterweise über die gesamte Länge des einlassseitigen Sammelbereichs. Mit der Länge des einlassseitigen Sammelbereichs ist die Ausdehnung in Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids bezeichnet. Eine Erstreckung über die gesamte Länge ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Phasenseparation des ersten Fluids im gesamten einlassseitigen Sammelbereich verhindert wird.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Wendel im Wesentlichen aus einem um eine Mittelachse tordierten Materialstreifen gebildet ist.
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Die Herstellung einer Wendel auf diese Weise ist besonders einfach und kostengünstig.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn die beiden Endbereiche der Wendel in einer gemeinsamen Ebene liegen.
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Durch eine Anordnung der beiden Endbereiche in einer Ebene kann die Wendel vorteilhaft innerhalb eines Sammelbereiches positioniert werden. Weiterhin kann so eine Unabhängigkeit von der Montageausrichtung der Wendel erzielt werden, was den Herstellprozess des Wärmeübertragers vereinfacht.
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In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist es außerdem vorgesehen, dass die Wendel mit der Innenwandung des einlassseitigen Sammelbereichs fluiddicht verbunden ist.
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Durch eine fluiddichte Verbindung der Wendel mit der Innenwandung des einlassseitigen Sammelbereichs kann verhindert werden, dass Teilmengen des Fluids an der Wendel vorbei strömen. Ein Leckagestrom an der Wendel vorbei könnte in der vorbeiströmende Teilmenge des Fluids zu einer Phasenseparation führen. Außerdem können sich Staustellen entwickeln, in denen die Strömung des Fluids gehemmt ist. Dies führt unweigerlich zu einer Reduktion der Effizienz des Wärmeübertragers da die Fluidströmung negativ beeinträchtigt wird. Eine fluiddichte Verbindung der Wendel mit der Innenwandung ist daher besonders vorteilhaft.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Wendel eine vorgebbare Steigung aufweist.
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Über die Steigung der Wendel kann die Strömungsausbreitung entlang der Wendel beeinflusst werden. Je nach dem erwarteten Massendurchsatz und der regelmäßig auftretenden Strömungsgeschwindigkeit kann so die Wendel auf den jeweiligen Wärmeübertrager angepasst werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass im Bereich des Fluideinlasses des ersten Fluids im Inneren des einlassseitigen Sammelbereichs und/oder im Inneren einer Zuleitung eine Mehrzahl von Leitelementen angeordnet sind, wobei die Leitelemente die Mittel zur Reduzierung oder Verhinderung der Phasenseparation des ersten Fluids bilden.
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Die Leitelemente, welche im den Strömungsweg des ersten Fluids angeordnet sind, sind besonders vorteilhaft, da sie das vorbeiströmende Fluid in einen Drall versetzen können. Ein mit einem Drall beaufschlagtes zweiphasiges Gemisch hat eine geringe Tendenz zur Phasenseparation als sie ein nicht drallbeaufschlagtes zweiphasiges Gemisch hat.
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Der Bereich, welcher die Leitelemente aufweist wird auch als sogenannter Mixer bezeichnet. Der Mixer versetzt das vorbeiströmende zweiphasige Gemisch über seine Leitelemente in einen Drall, wodurch die Phasenseparation des Gemischs reduziert oder gänzlich verhindert wird. Besonders vorteilhaft ist, dass ein solcher Mixer leicht an einen regulären Wärmeübertrager angebunden werden kann, indem er beispielsweise dem Fluideinlass vorgeschaltet wird. Dies kann beispielsweise durch eine Integration in die Fluidzuleitung realisiert werden.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Leitelemente radial von einer Innenwandung des einlassseitigen Sammelbereichs und/oder von einer Innenwandung einer Zuleitung abstehen und durch zumindest teilweise umfänglich umlaufende Vorsprünge gebildet sind, die in axialer Richtung eine vorgebbare Steigung aufweisen.
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Durch das Vorbeiströmen an den teilweise umfänglich umlaufenden Vorsprüngen kann das zweiphasige Gemisch in einen Drall versetzt werden, der eine Separation des Gemischs reduziert oder verhindert. Die Steigung der Vorsprünge ist dabei vorteilhafterweise derart gestaltet, dass der Strömungswiderstand infolge der Vorsprünge möglichst gering ausfällt. Je nach dem erwarteten Massenstrom beziehungsweise nach der erwarteten Strömungsgeschwindigkeit kann die Steigung und die Anzahl der Vorsprünge variiert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da dadurch eine einfach Anpassung des Mixers an unterschiedliche Wärmeübertrager erreicht werden kann.
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Auch kann es zweckmäßig sein, wenn die Leitelemente sich in einer Sicht entlang der Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids zumindest teilweise überdecken.
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Durch eine teilweise Überdeckung der Leitelemente kann verhindert werden, dass ein zu großer Anteil des zweiphasigen Gemischs an den Leitelementen vorbeiströmt.
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Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Bereich, welcher die Leitelemente aufweist einen entlang der Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids veränderlichen Querschnitt aufweist.
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Über einen veränderlichen Querschnitt kann die Strömung des Gemischs weiter beeinflusst werden. Insbesondere kann der Druckabfall des Gemischs durch eine Querschnittsveränderung beeinflusst werden. Der Bereich, welcher die Leitelemente aufweist kann sich beispielsweise in Hauptströmungsrichtung des Gemischs erweitern oder verjüngen, wodurch auch die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst wird.
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Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorsehen, dass die Leitelemente an einer Innenwandung eines Hohlkörpers angeordnet sind, wobei der Hohlkörper eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, durch welche das erste Fluid strömbar ist, wobei der Hohlkörper derart in eine Zuleitung und/oder in den einlassseitigen Sammelbereich eines Wärmeübertragers einsetzbar und mit diesem fluiddicht verbindbar ist, dass das erste Fluid durch die erste Öffnung in den Hohlkörper einströmbar ist und durch die zweite Öffnung ausströmbar ist.
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Der Hohlkörper, welcher die Leitelemente aufweist und in die Zuleitung oder den einlassseitigen Sammelbereich integrierbar ist, können auch bestehende Wärmeübertrager mit einem Mittel ausgestattet werden, welches eine Phasenseparation des zweiphasigen Gemischs verhindert. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Flexibilität im Produktionsprozess erhöht wird, da eine Variantenfestlegung erst zu einem späten Zeitpunkt im Produktionsprozess erfolgen muss.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Mittel zur Reduzierung oder Verhinderung einer Phasenseparation der zwei Phasen der ersten Fluids durch eine Einzahl oder Mehrzahl von Blenden gebildet ist, welche innerhalb des einlassseitigen Sammelbereichs angeordnet sind und den Strömungsquerschnitt des einlassseitigen Sammelbereichs lokal reduzieren.
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Das Einbringen von Blenden in den einlassseitigen Sammelbereich führt dazu, dass der Strömungsquerschnitt des einlassseitigen Sammelbereichs lokal durch die Blenden reduziert wird. Dies führt dazu, dass die Phasenseparation des Gemischs reduziert oder gänzlich verhindert wird. Vorteilhafterweise kann eine Mehrzahl von Blenden vorgesehen werden, die eine Phasenseparation über die gesamte Länge des einlassseitigen Sammelbereichs reduzieren oder verhindern.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die die Blenden durch Trennwände gebildet sind, welche jeweils zumindest eine Öffnung aufweisen.
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Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn die Einzahl oder Mehrzahl von Blenden fluiddicht mit einer Innenwandung des einlassseitigen Sammelbereiches verbunden sind.
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Durch eine fluiddichte Verbindung der Blenden mit einer Innenwandung kann verhindert werden, dass ein Leckagestrom seitlich an den Blenden vorbeiströmt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 im linken Teil die Seitenansicht einer Wendel, wie sie in einen einlassseitigen Sammelbereich eines Wärmeübertragers eingeführt werden kann und im rechten Teil ein Aufsicht auf den Endbereich der Wendel,
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2 eine Ansicht eine einlassseitiges Sammelrohrs eines Wärmeübertragers mit einer in das Sammelrohr eingesetzten Wendel, wobei die Außenwandung des Sammelrohrs nicht dargestellt ist,
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3 eine Seitenansicht eines sogenannten Mixers, der im Bereich des Fluideinlasses an einem Sammelbereich angeordnet werden kann und eine Aufsicht auf den Mixer mit der Blickrichtung in die Hauptströmungsrichtung eines den Mixer durchströmenden Fluids,
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4 eine Seitenansicht und eine Aufsicht auf einen Mixer, der eine alternative Ausführung zu dem in 3 gezeigten Mixers darstellt,
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5 eine Ansicht eines Sammelrohres eines Wärmeübertragers, wobei ein Bereich vorgesehen ist, in welchen der Mixer eingesetzt werden kann, und
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6 eine Ansicht eines Wärmeübertragers, wobei in dem Sammelrohr, welcher den Fluideinlass aufweist eine Mehrzahl von Blenden angeordnet sind.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt im linken Teil eine Seitenansicht einer Wendel 1. Diese Wendel 1 ist im einfachsten Falle aus einem in sich verdrehten Materialsteifen erzeugt. Hierfür sind prinzipiell alle Materialien vorsehbar, die eine genügend hohe Temperaturfestigkeit und eine ausreichend hohe Widerstandsfähigkeit gegen etwaige korrosive Wirkungen des Fluids aufweisen und auf einfache Weise mit dem Wärmeübertrager verbindbar sind. Insbesondere eignen sich Metallwerkstoffe für die Erzeugung einer Wendel 1. Die Wendel 1 weist dabei eine Steigung auf, welche durch einen Eingriff in das Produktionsverfahren variiert werden kann und somit der Wendel 1 vorgegeben werden kann.
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Eine Wendel 1 kann vorzugsweise in das Innere eines Sammelbereichs eines Wärmeübertragers eingesetzt werden, um so der Fluidströmung, welche durch den Sammelbereich strömt, eine Drallbewegung aufzuzwingen. Vorzugsweise ist hierzu die Außenkontur 2 der Wendel 1 derart gestaltet, dass sie fluiddicht mit der Innenwandung des betreffenden Sammelbereichs verbunden werden kann. Auf diese Weise kann ein ungewolltes Vorbeiströmen des Fluids an der Wendel 1 vermieden werden.
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In einer alternativen Ausführung ist es auch vorsehbar, dass die Wendel nicht mit der Innenwandung des Sammelbereiches fluiddicht verbunden ist. Hierzu kann die Wendel beispielsweise schmaler als der Innenbereich des Sammelbereiches ausgeführt werden. Auf diese Weise kann der Übertritt des Fluids aus dem Sammelbereich in die Teilkanäle des Wärmeübertragers vereinfacht werden.
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Der rechte Teil der 1 zeigt eine Aufsicht mit Blick in Richtung der Hauptströmungsrichtung des Fluids, welches die Wendel 1 umströmen kann. In ihr ist zu erkennen, dass die Wendel 1 aus einem dünnen Materialstreifen gefertigt ist.
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In alternativen Ausführungsformen kann die Wendel 1 jeweils in ihrer Länge beziehungsweis in der Anzahl der Verdrehungen und auch ihrer Steigung an den entsprechenden Wärmeübertrager beziehungsweis den entsprechende Sammelbereich angepasst werden. Die Wendel 1 kann vorzugsweise durch Verkleben, Verlöten oder Verschweißen mit dem Inneren eines Sammelbereichs verbunden werden.
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Hauptaufgabe der Wendel 1 ist es, der Fluidströmung innerhalb des Sammelbereichs einen Drall aufzuzwingen. Durch diesen Drall soll eine ungewollte Phasenseparation eines Fluidgemisches, insbesondere eines zweiphasigen Fluidgemisches vermieden werden. Ein zweiphasiges Fluidgemisch besteht im Regelfall aus einer gasförmigen Phase sowie einer flüssigen Phase.
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Aufgrund der unterschiedlichen Trägheit der zwei Phasen gibt es eine Tendenz zur Trennung der beiden Phasen innerhalb der Strömungsstrecke. Da dies zu einer Temperaturungleichverteilung und Fluidungleichverteilung innerhalb des Wärmeübertragers führt, ist dies zu vermeiden. Über das Aufzwingen eines Dralls kann die Phasenseparation wirkungsvoll reduziert oder vollständig vermieden werden.
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Die 2 zeigt eine Ansicht eines Wärmeübertragers 8 mit einem Sammelbereich 7, in welchen eine Wendel 1, wie sie in der 1 gezeigt ist, eingeführt ist. Der Wärmeübertrager 8 ist in 2 nicht vollständig dargestellt.
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Zu erkennen in 2 ist insbesondere, dass die Wendel 1 entlang der kompletten Länge des Sammelbereichs 7 verläuft. Die Außenwandung des Sammelbereichs 7 ist der Übersichtlichkeit wegen in 2 nicht dargestellt.
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Der Sammelbereich 7 wird über eine Fluidzuleitung 6 mit einem Fluid beaufschlagt. Der Sammelbereich 7 dient der Verteilung des Fluids über die Höhe des in 2 nicht gezeigten Wärmeübertragers und strömt vom Inneren des Sammelbereichs 7 weiter in die Mehrzahl der Flachrohre 5, welche in der 2 angedeutet sind. Je stärker die Phasenseparation des Zweiphasengemisches innerhalb des Sammelbereichs 7 reduziert werden kann, umso gleichmäßiger wird das Fluid in seinen beiden Phasen über die gesamte Höhe des Wärmeübertragers verteilt, was wiederum zu einer besseren Temperaturverteilung und damit einer höheren Effizienz und niedrigerem Materialbelastung des Wärmeübertragers beiträgt.
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Durch das Einführen einer Wendel in das Innere eines Sammelbereichs 7 wird der Druckabfall innerhalb des Sammelbereichs 7 erhöht. Diese Erhöhung des Druckabfalls muss bei der Auslegung des Wärmeübertragers berücksichtigt werden.
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Die 3 zeigt im linken Teil eine perspektivische Ansicht eines sogenannten Mixers 10. Der Mixer 10 ist aus einer zylindrischen Außenwandung 11 gebildet, welche im Inneren eine Mehrzahl von Leitelementen 12 aufweist. Die zylindrische Außenwandung 11 des Mixers 10 weist an ihrem Fußbereich einen umlaufenden Flanschbereich 13 auf. Der Mixer 10 ist dabei so ausgelegt, dass er in eine Fluidzuleitung zum Sammelbereich oder in den Sammelbereich selbst eingesetzt werden kann.
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Die Leitelemente 12 sind zumindest teilweise umfänglich umlaufend am Inneren der Wandung 11 des Mixers 10 angeordnet. Die Leitelemente 12 weisen dabei ebenfalls, ähnlich wie die bereits beschriebene Wendel eine Steigung auf. Über diese Leitelemente 12 mit ihrer charakteristischen vorherbestimmbaren Steigung wird der Fluidströmung, welche durch den Mixer 10 strömt, ähnlich wie durch die Wendel 1 eine Drallbewegung aufgezwungen.
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Die rechte Hälfte der 3 zeigt eine Aufsicht mit Blick in Strömungsrichtung des Fluids, welches den Mixer 10 durchströmen kann. Dabei ist zu erkennen, dass sich die einzelnen Leitelemente 12 zumindest teilweise überdecken, so dass sich eine ungewollte Leckageströmung an den Leitelementen 12 vorbei nicht oder nur in geringem Maße ergeben kann.
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Entlang der Mittelachse des Mixers 10 ist eine Öffnung 14 vorgesehen, durch welche ein Teil des Fluidgemisches unabhängig von dem Anteil, welcher über die Leitelemente 12 strömt, strömen kann. Dies dient insbesondere dazu, den Druckabfall der durch den Mixer 10 erzeugt wird zu reduzieren.
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Der umlaufende Flanschbereich 13 des Mixers 10 dient insbesondere als Anschlag beim Einsetzen in eine Fluidzuleitung oder in den Sammelbereich selbst. Der Mixer kann zur besseren Verbindung mit einer Zuleitung oder dem Sammelbereich verklebt, verschweißt oder beispielsweise verlötet werden.
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Über die Formgebung und die jeweilige Steigung der Leitelemente 12 kann beeinflusst werden, wie stark der Mixer 10 auf die durch den Mixer 10 strömende Fluidströmung Einfluss nimmt.
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Die 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Mixers 20. Der Mixer 20 besteht ebenfalls aus einer zylindrischen Wandung 21, an welcher im Inneren eine Mehrzahl von Leitelementen 22 angeordnet ist. Die Leitelemente 22 des Mixers 20 weisen im Verhältnis zu den Leitelementen 12 des Mixers 10 eine wesentlich geringere Steigung auf. Die zylindrische Wandung 21 weist einen sich verändernden Querschnitt auf. Ausgehend von der unteren Seite des Mixers 20 ist der erste Teilabschnitt der Wandung 21 rein zylindrisch mit einem gleichbleibenden Öffnungsquerschnitt.
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Ab etwa der Höhe der Leitelemente 22 weist die Wandung 21 eine sich verjüngende konisch zulaufende Gestaltung auf. Diese konisch zulaufende Gestaltung ist insbesondere vorteilhaft, damit der Mixer 20 in einen Sammelbereich, welcher durch ein Sammelrohr gebildet sein kann, beziehungsweise in eine Fluidzuleitung eingesetzt werden kann. Der Mixer 20 rutscht dabei mit dem konisch zulaufenden Teil so weit in das Sammelrohr beziehungsweise die Fluidleitung ein, bis der Innendurchmesser des Sammelrohres beziehungsweise der Fluidzuleitung an der Außenseite der Wandung 21 anliegt. Wie auch der Mixer 10 der 3 kann der Mixer 20 über gängige Verbindungsverfahren mit dem Sammelrohr beziehungsweis der Fluidzuleitung verbunden werden.
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Im rechten Teil der 4 ist eine Aufsicht auf den Mixer 20 mit dem Blick in Richtung der Hauptströmungsrichtung dargestellt. Aus dem rechten Teil der 4 ist zu erkennen, dass sich die einzelnen Leitelemente 22 nicht gegenseitig überdecken, wie es in 3 gezeigt ist. Auf diese Weise kann auch zwischen den Leitelementen 22 ein Teil des zweiphasigen Gemisches hindurchströmen, ohne von den Leitelementen 22 abgelenkt zu werden. Im Zentrum des Mixers 20 ist ebenfalls eine Öffnung 23 vorgesehen, durch welche ein weiterer Anteil des zweiphasigen Gemisches ungestört hindurchströmen kann. Auch die Öffnung 23 dient der Reduktion des insgesamt durch den Mixer 20 auftretenden Druckabfalls.
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Die Verwendung eines Mixers, wie er beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt ist, empfiehlt sich insbesondere, wenn hohe Fluidströmungsgeschwindigkeiten und große Massenströme im Inneren des Wärmeübertragers zu erwarten sind. Besonders vorteilhaft an der Verwendung der Mixer 10, 20 ist, dass die Mixer 10, 20 auch nachträglich in Wärmeübertrager integriert werden können, indem sie in den Bereich des Fluideinlasses des Sammelbereichs beziehungsweise des Sammelrohres oder in einen Teil der Fluidzuleitung integriert werden.
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Die 5 zeigt eine Seitenansicht eines Sammelbereichs eines Wärmeübertragers 30, wobei der Sammelbereich durch ein Sammelrohr 32 gebildet ist. Der Rest des Wärmeübertragers 30 ist über die Mehrzahl von Flachrohren 34 angedeutet. Das Sammelrohr 32 weist eine Fluidzuleitung 33 auf, über welche das Fluid in das Sammelrohr 32 einströmen kann. Mit dem Bereich 31 ist ein Bereich dargestellt, in welchem beispielsweise einer der Mixer 10, 20 der 3 und 4 eingesetzt werden kann. Es ist dabei zu erkennen, dass der Mixer direkt dem Sammelrohr 32 vorgelagert wird, damit die Fluidströmung direkt nach dem Durchströmen des Mixers noch mit dem Drall, welche durch den Mixer erzeugt wurde, in das Sammelrohr 32 strömt.
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Wie bereits in der Beschreibung zur 4 erwähnt, ist dies insbesondere ratsam, wenn hohe Strömungsgeschwindigkeiten und große Massenströme zu erwarten sind. Anderenfalls würde die Drallwirkung des Mixers nicht ausreichen, um eine Phasenseparation des zweiphasigen Gemisches wirksam über die gesamte Länge des Sammelrohres 32 zu gewährleisten.
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Die 6 zeigt einen Wärmeübertrager 40, welcher aus einer Mehrzahl von Flachrohren 41 und einem Sammelrohr 42 sowie einem weiteren Sammelrohr 45 besteht. Im Sammelrohr 42, welches der Seite des Wärmeübertragers 40 zugeordnet ist, in welche das Fluid über die Fluidzuleitung 43 einströmt, sind drei Blenden 44 vorgesehen, welche jeweils den inneren Querschnitt des Sammelrohres 42 reduzieren.
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Über die Blenden 44 wird die Phasenseparation eines zweiphasigen Fluidgemisches verhindert. Durch die Blenden 44 im Inneren des Sammelrohres 42 wird der Druckabfall innerhalb des Wärmeübertragers 40 deutlich erhöht. Die Blenden 44 können variabel an unterschiedlichen Stellen innerhalb des Sammelrohres 42 positioniert werden. Die genaue Positionierung der Blenden 44 ist abhängig von den zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten sowie dem Massenstrom innerhalb des Wärmeübertragers 40 zu wählen.
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Im Vergleich zu der Wendel 1 der 1 und 2 oder den Mixern 10, 20 der 3 und 4 sind die Blenden 44 nicht nachträglich innerhalb des Sammelrohres integrierbar. Der Wärmeübertrager muss daher bereits im Vorfeld so konzipiert werden, dass verschiedene Blenden im einlassseitigen Sammelrohr 42 vorgesehen werden.
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Alle in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen stellen lediglich einzelne Ausführungsbeispiele dar und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Sie weisen ihrerseits keinen beschränkenden Charakter auf.