DE102019220259A1

DE102019220259A1 - Drehwärmetauscher und dazugehöriges system

Info

Publication number: DE102019220259A1
Application number: DE102019220259.4A
Authority: DE
Inventors: Scott S. Hendron; Sean P. West; Reginald M. Bindl; Mark J. Cherney
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US20200200186A1; US11635262B2; CN111347835A

Abstract

Ein Drehwärmetauscher beinhaltet eine Nabe, die konfiguriert ist, um von einer Welle drehbar angetrieben zu werden, einen Lüfter, der eine Vielzahl von Lüfterflügeln beinhaltet, die integral mit der Nabe gekoppelt sind und sich von dieser radial nach außen erstrecken, und einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten beinhaltet. Der Wärmetauscher beinhaltet eine Vielzahl von Kühlrippen zum Aufnehmen von Luft von dem Lüfter. Jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten befindet sich zwischen zwei der Vielzahl von Lüfterflügeln. Die Nabe, der Lüfter und der Wärmetauscher sind integral in einem dreidimensionalen Druckverfahren als ein einziger Körper ausgebildet.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Kühlsystem einer Maschine, insbesondere auf einen integrierten Wärmetauscher und eine sich drehende Schaufel und ein System, das diese beinhaltet.
Hintergrund der Offenbarung
Bei einem motorisierten Fahrzeug oder einer Arbeitsmaschine haben sich herkömmliche Kühlpakete im Lauf der Jahre nicht wesentlich verändert. Im Allgemeinen handelt es sich bei diesen herkömmlichen Paketen um rechteckige Boxen, die manuelle Verfahren zur Fertigung verwenden. Außerdem haben sich die Lüfter auch nicht viel weiterentwickelt. Es gibt verschiedene Arten von konventionellen Lüftern, einschließlich Zentrifugal-, Axial-, Propeller-, Rohraxial-, Flügelaxiallüftern usw.
Dementsprechend stellen Originalgerätehersteller oder OEMs häufig Maschinen her, die diese Systeme für ihren Kühlbedarf benötigen, und verfügen nur über diese konventionellen Systeme. Im Laufe der Jahre haben die konventionellen Kühlpakete, insbesondere mit der Änderung der Maschinengröße und des Maschinendesigns, zu Einschränkungen und oft zu Hindernissen für die gesamte Maschine geführt. Insbesondere führen diese herkömmlichen Systeme häufig zu Einschränkungen bei der Sichtbarkeit des Bedieners, der Maschinengröße und dem Paketraum der Komponenten.
Somit besteht Bedarf an einem verbesserten Kühlpaketdesign für ein motorisiertes Fahrzeug oder eine Arbeitsmaschine, das/die die zuvor beschriebenen Designbeschränkungen nicht einschränkt.
Zusammenfassung
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Drehwärmetauscher eine Nabe, die konfiguriert ist, um von einer Welle drehbar angetrieben zu werden; einen Lüfter, der eine Vielzahl von Lüfterflügeln umfasst, die integral mit der Nabe gekoppelt sind und sich von dieser radial nach außen erstrecken; und einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten umfasst, wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Kühlrippen zum Aufnehmen eines Luftstroms von dem Lüfter beinhaltet; wobei jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten zwischen zwei der Vielzahl von Lüfterflügeln angeordnet ist; ferner wobei die Nabe, der Lüfter und der Wärmetauscher integral als ein einzelner Körper durch ein dreidimensionales Druckverfahren ausgebildet sind.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform werden die Nabe, der Lüfter und der Wärmetauscher um eine Drehachse drehbar angetrieben. In einem zweiten Beispiel kann ein Drehverteiler mit der Nabe gekoppelt werden, wobei der Drehverteiler einen darin definierten Fluiddurchgang zum Fördern eines Fluids zu dem Wärmetauscher beinhaltet. In einem dritten Beispiel ist mindestens ein Anteil des Drehverteilers über das dreidimensionale Druckverfahren integral als Teil des einzelnen Körpers ausgebildet. In einem vierten Beispiel beinhaltet der Drehverteiler einen Einlass und einen Auslass, wobei der Einlass konfiguriert ist, um Fluid aufzunehmen und das Fluid zu dem Wärmetauscher zu leiten, und der Auslass konfiguriert ist, um das Fluid von dem Wärmetauscher aufzunehmen. In einem fünften Beispiel ist ein Fluiddurchgang in dem Wärmetauscher definiert, wobei der Fluiddurchgang fluidisch mit dem Einlass und Auslass des Drehwärmetauschers gekoppelt ist.
In einem sechsten Beispiel ist ein erster Fluiddurchgang in einem ersten Wärmetauscherabschnitt der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten definiert; und ein zweiter Fluiddurchgang ist in einem zweiten Wärmetauscherabschnitt der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten definiert; wobei der erste Fluiddurchgang fluidisch mit dem zweiten Fluiddurchgang gekoppelt ist, so dass ein Fluid, das durch den Wärmetauscher strömt, durch den ersten und zweiten Fluiddurchgang strömt. In einem siebten Beispiel ist ein erster Fluiddurchgang in einem ersten Wärmetauscherabschnitt der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten definiert; und ein zweiter Fluiddurchgang ist in dem ersten Wärmetauscherabschnitt definiert; wobei der erste Fluiddurchgang von dem zweiten Fluiddurchgang fluidisoliert ist, so dass ein erstes Fluid durch den ersten Fluiddurchgang strömt und ein zweites Fluid durch den zweiten Fluiddurchgang strömt.
In einem achten Beispiel ist ein Fluiddurchgang in mindestens einem Wärmetauscherabschnitt definiert, wobei der Fluiddurchgang einen Durchmesser umfasst, der an einer radialen Stelle nahe der Nabe größer und an einer radialen Stelle von der Nabe entfernt kleiner ist. In einem neunten Beispiel kann der Wärmetauscher mit einem kreisförmigen Profil ausgebildet sein. In einem zehnten Beispiel ist die Vielzahl von Kühlrippen gekrümmt. In einem weiteren Beispiel weist die Vielzahl von Kühlrippen eine Form und Ausrichtung relativ zu einer Richtung des Luftstroms auf, der von dem Lüfter empfangen wird. In einem weiteren Beispiel umfasst der Lüfter mindestens einen Zentrifugallüfter, einen Axiallüfter, einen Propellerlüfter, einen Rohraxiallüfter, einen Flügelaxiallüfter oder einen Käfigläuferlüfter. In noch einem weiteren Beispiel umfasst der Lüfter eine Vorderseite, eine Rückseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante; und jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten umfasst eine Keilform und ist integral zwischen der Rückseite eines Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln und einer Hinterkante eines seitlich benachbarten Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Drehwärmetauscher eine Nabe; einen Lüfter, der eine Vielzahl von Lüfterschaufeln umfasst, die integral mit der Nabe gekoppelt sind und sich von dieser radial nach außen erstrecken; und einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten umfasst, von denen jeder zwischen zwei der Vielzahl von Lüfterflügeln angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Kühlrippen zum Aufnehmen eines Luftstroms von dem Lüfter umfasst; wobei der Wärmetauscher im Wesentlichen planar ist; wobei die Nabe, der Lüfter und der Wärmetauscher integral als ein einzelner Körper durch ein dreidimensionales Druckverfahren ausgebildet sind.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform ist jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten integral zwischen einer Hinterkante eines Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln und einer Hinterkante eines benachbarten Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln ausgebildet. In einem zweiten Beispiel umfasst jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten einen Spalt, der radial benachbart zu einer Hinterkante eines Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln definiert ist, wobei der Spalt größer als ein Abstand zwischen der Vielzahl von Kühlrippen des jeweiligen Wärmetauscherabschnitts ist. In einem weiteren Beispiel ist die Vielzahl von Kühlrippen relativ zueinander variabel beabstandet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Kühlsystem eines Fahrzeugs einen Motor zum Erzeugen von Leistung; eine Pumpe zum Pumpen eines Fluids; und einen Drehwärmetauscher zum Kühlen des Fluids, wobei der Drehwärmetauscher durch einen dreidimensionalen Prozess gefertigt wird und eine Nabe umfasst; einen Lüfter, der eine Vielzahl von Lüfterflügeln umfasst, die integral mit der Nabe gekoppelt sind und sich von dieser radial nach außen erstrecken; einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten umfasst, wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Kühlrippen zum Aufnehmen eines Luftstroms von dem Lüfter umfasst; und einen Drehverteiler, der mit der Nabe gekoppelt ist, wobei der Drehverteiler einen darin definierten Fluiddurchgang umfasst, um das Fluid von der Pumpe zu dem Wärmetauscher zu befördern; wobei jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten zwischen zwei der Vielzahl von Lüfterflügeln angeordnet ist; wobei der Drehwärmetauscher drehbar angetrieben wird, um die Luft durch die Vielzahl von Kühlrippen zu leiten, um eine Temperatur des Fluids zu reduzieren, das durch den Wärmetauscher strömt. Ein mechanischer oder elektrischer Motor kann eine Drehbewegung auf den Drehwärmetauscher übertragen.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform können ein oder mehrere Drehwärmetauscher axial mit dem ersten Drehwärmetauscher ausgerichtet sein, wobei der zweite Drehwärmetauscher positioniert ist, um mindestens einen Anteil des Luftstroms aufzunehmen, der den ersten Drehwärmetauscher verlässt.
Figurenliste
Die vorstehend genannten Aspekte der vorliegenden Offenbarung und die Art und Weise, diese zu erreichen, werden offensichtlicher und die Offenbarung selbst wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:

1 eine Seitenansicht eines Motorgraders ist;
2 eine perspektivische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines Drehwärmetauschers ist;
3 eine perspektivische Rückansicht des Drehwärmetauschers von 2 ist;
4 eine perspektivische Ansicht des Drehwärmetauschers von 2 mit Fluidkanälen ist;
5 eine perspektivische Ansicht einer kreisförmigen Haube ist, die den Drehwärmetauscher aus 2 umschließt;
6 eine perspektivische Ansicht eines Drehwärmetauschers mit variablen Flügeln ist;
7 eine perspektivische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Drehwärmetauschers ist;
8 ein Schema eines Kühlsystems ist, das einen Drehwärmetauscher in Kombination mit einem Motor beinhaltet;
9 ein Schema eines Klimatisierungssystems mit einem Drehwärmetauscher ist; und
10 ein Schema eines Abwärmerückgewinnungssystems mit einem Drehwärmetauscher ist.

In den verschiedenen Ansichten werden gleiche Teile durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet.
Ausführliche Beschreibung
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein oder die Offenbarung auf die genau offenbarten Formen der folgenden ausführlichen Beschreibung zu beschränken. Vielmehr werden die Ausführungsformen so gewählt und beschrieben, dass andere Fachleute die Prinzipien und Praktiken der vorliegenden Offenbarung schätzen und verstehen können.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Motorgrader 10 mit Vorder- und Hinterrahmen 12 bzw. 14 dargestellt, wobei der Vorderrahmen auf einem Paar Vorderräder 16 gelagert ist und der Hinterrahmen auf einem rechten und linken Tandemsatz Hinterräder 18 gelagert ist. Eine Bedienerkabine 20 ist an einem nach oben und vorne geneigten hinteren Bereich 22 des Vorderrahmens 12 montiert und enthält verschiedene Steuerungen für den Motorgrader, der so angeordnet ist, dass er sich in Reichweite eines sitzenden oder stehenden Bedieners befindet. Diese Bedienelemente beinhalten ein Lenkrad 24, eine Hebelanordnung 26 und eine Benutzeroberfläche 70, um nur einige zu nennen.
Ein Motor 28 ist am hinteren Rahmen 14 montiert und liefert die Antriebsleistung für alle angetriebenen Komponenten des Motorgraders. So ist beispielsweise der Motor 28 so gekoppelt, dass er ein mit den Hinterrädern 18 gekoppeltes Getriebe mit verschiedenen gewählten Geschwindigkeiten und im Vorwärts- oder im Rückwärtsgang antreibt. Ein hydrostatisches Vorderrad-Assistenzgetriebe kann selektiv aktiviert werden, um die Vorderräder 16 in einer in der Fachwelt bekannten Weise anzutreiben. Weiterhin kann der Motor 28 mit einer Pumpe oder einem Generator gekoppelt werden, um den Motorgrader 10, wie in der Technik bekannt, mit hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Energie zu versorgen.
An einer vorderen Stelle des Vorderrahmens 12 ist eine Zugstange 30 montiert, die ein vorderes Ende aufweist, das durch eine Kugelgelenkanordnung 32 universell mit dem Vorderrahmen verbunden ist, und die gegenüberliegende rechte und linke hintere Bereiche aufweist, die an einem erhöhten Mittelabschnitt 34 des Hauptrahmens 12 durch rechte und linke Hubgestängeanordnungen einschließlich rechter und linker ein- und ausfahrbarer hydraulischer Stellglieder aufgehängt sind (nur das rechte Stellglied 36 ist dargestellt). Eine Seitenschiebergestängeanordnung ist zwischen dem erhöhten Rahmenabschnitt 34 und einer hinteren Position der Zugstange 30 gekoppelt und beinhaltet ein ein- und ausfahrbares Seitenschwenk-Hydraulikstellglied 38.
Die rechten, linken und Seitenschwenk-Hydraulikstellglieder 36, 38 können versetzbar sein, um eine Querneigung eines Streichblechs oder einer Schaufel 46 über eine Viergelenkverbindung, die als Sattelanordnung 50 bezeichnet wird, zu ändern. Die Sattelanordnung 50 wird nachfolgend näher beschrieben. Die Querneigung kann der Winkel der Schaufel 46 zur darunterliegenden Fläche sein. Insbesondere können die Räder 16, 18 des Motorgraders 10 auf der darunterliegenden Fläche aufliegen, um eine Oberflächenebene herzustellen. Die Stellglieder 36, 38 können selektiv in der Größe verändert werden, um die Schaufel 46 um die Kugelgelenkanordnung 32 zu schwenken, um dadurch die Winkelausrichtung der Schaufel 46 in Bezug auf die darunterliegende Fläche oder Oberflächenebene zu ändern. So können beispielsweise die Stellglieder 36, 38 eine neutrale Position aufweisen, in der die linken und rechten Stellglieder 36 so bemessen sind, dass die Schaufel 46 im Wesentlichen parallel zur darunterliegenden Fläche verläuft. Alternativ können die Stellglieder 36, 38 eine Querneigungsausrichtung aufweisen, wobei die Stellglieder 36, 38 so bemessen sind, dass sie die Schaufel 46 gegenüber der darunterliegenden Fläche winklig versetzen. Die Querneigung der Schaufel 46 kann zu beiden Seiten des Motorgraders hin vorgespannt werden, wie es in der Technik bekannt ist.
Die Schaufel 46 kann auch auf einer Seitenschieberanordnung (nicht dargestellt) montiert werden, um sich gleitend zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite zu bewegen. Insbesondere verbindet ein hydraulisches Seitenschieberstellglied einen Kipprahmen mit der Seitenschieberanordnung und ist betreibbar, um die Schaufel 46 in Bezug auf eine Längsachse (oder Mittelachse) der Arbeitsmaschine 10 seitlich zu verschieben. Ferner kann das Seitenschieberstellglied die Schaufel 46 selektiv entlang der Seitenschieberanordnung verschieben, die in Richtung verschiedener Seiten der Längsachse vorgespannt werden soll, wie vom Benutzer gewünscht.
In 1 befindet sich ebenfalls ein Kreisantriebsmotor 54, der eine Außenwelle zum funktionsfähigen Antreiben eines Kreisantriebs beinhalten kann (nicht dargestellt). Ein Kreis (nicht in 1 dargestellt) ist an einem hinteren Bereich der Zugstange 30 zur Drehung um eine aufrechte Achse montiert, wie in der Fachwelt bekannt. Die Schaufel 46, oder das Streichblech, erstreckt sich parallel zum und unter dem Kreis und ist fest damit gekoppelt. Da der Kreis über den Kreisantrieb funktionsfähig angetrieben wird, wird auch die Schaufel 46 winklig eingestellt. Diese spezielle Konstruktion ist herkömmlich und in der Fachwelt bekannt.
Obwohl in 1 ein Motorgrader dargestellt ist, sollte verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung und ihre Lehren nicht auf eine solche Arbeitsmaschine beschränkt sind. Die Grundsätze und Lehren der vorliegenden Offenbarung können für jedes Fahrzeug, jedes Flugzeug oder jede Arbeitsmaschine gelten. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung, wie beschrieben wird, auf verschiedene Kühlsysteme und dergleichen angewendet werden. Somit ist die obige Beschreibung in Bezug auf den Motorgrader nur ein Beispiel für den Maschinentyp, in den die vorliegende Offenbarung aufgenommen werden kann.
Bezugnehmend auf 2 ist eine Ausführungsform eines Drehwärmetauschers 200 dargestellt. Der Drehwärmetauscher 200 kann integral durch einen dreidimensionalen Druck- oder Additivfertigungsprozess gefertigt werden, um einen optimalen Fluss durch ein erwünschtes Wärmetauscherprofil und Fluiddurchgänge zu erreichen. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Wärmetauscher einen Formfaktor einer sich drehenden Schaufel aufweisen. Der Drehwärmetauscher („DWT“) 200 kann sich um eine Achse drehen, während die Schaufel Luft durch den Wärmetauscher ansaugt. Somit ist der DWT eine Kombination aus einer Schaufel und einem Wärmetauscher, die in einer einzigen Einheit kombiniert und mithilfe einer additiven Fertigung hergestellt wird.
In 2 kann der DWT 200 eine Welle 202 beinhalten, die mit einem Motor, einer Maschine oder einer anderen Leistungsquelle gekoppelt werden kann. Die Welle 202 kann eine Längsachse definieren, um die sich der DWT 200 in einer Drehrichtung 222 dreht. In 2 entspricht die Drehrichtung 222 einer Richtung im Uhrzeigersinn. In weiteren Ausführungsformen kann die Drehrichtung 222 jedoch gegen den Uhrzeigersinn sein.
Der DWT 200 kann einen hydraulischen Drehverteiler 204 beinhalten, der integral mit der Schaufel und dem Wärmetauscher hergestellt ist. Der Verteiler 204 kann eine Vielzahl von Öffnungen und Durchgängen beinhalten, durch die ein oder mehrere Fluide eintreten und austreten können. Beispielsweise kann der Verteiler 204 einen Einlass beinhalten, an den eine erste Fluidleitung 218 gekoppelt ist. Die erste Fluidleitung 218 kann ein Fluid zuführen, das eine heiße Temperatur aufweist, so dass es in den DWT eintritt und beim Austritt auf eine niedrigere Temperatur gekühlt wird. Der Verteiler 204 kann auch einen Auslass beinhalten, an den eine zweite Fluidleitung 220 gekoppelt ist. Die zweite Fluidleitung 220 kann ermöglichen, dass Fluid, das aus dem DWT 200 austritt, zu einem anderen Teil eines größeren Systems strömt.
Der DWT 200 kann auch eine Nabe 206 beinhalten, an die die Schaufel- und Wärmetauscherteile gekoppelt sind. Die Nabe 206 kann integral als Teil des DWT 200 hergestellt sein. Die Schaufel kann eine Vielzahl von Lüfterflügeln beinhalten, die integral mit der Nabe 206 gekoppelt sind. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Vielzahl von Lüfterflügeln einen ersten Lüfterflügel 208, einen zweiten Lüfterflügel 210, einen dritten Lüfterflügel 212, einen vierten Lüfterflügel 214 und einen fünften Lüfterflügel 216 beinhalten. Obwohl in 2 nur fünf Lüfterflügel gezeigt sind, ist zu verstehen, dass sich die vorliegende Offenbarung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Lüfterflügeln beschränkt. Die Anzahl der Lüfterflügel kann von der Größe des DWT 200, der gewünschten Kühlung usw. abhängen.
Die Schaufel des DWT 200 befindet sich vor dem Wärmetauscher. In 2 kann der Wärmetauscher eine Vielzahl von Wärmetauscherteilen oder -abschnitten beinhalten, wie gezeigt. Hier kann der Wärmetauscher einen ersten Wärmetauscherteil 224, einen zweiten Wärmetauscherteil 226, einen dritten Wärmetauscherteil 228, einen vierten Wärmetauscherteil 230 und einen fünften Wärmetauscherteil 232 beinhalten. Jeder Wärmetauscherteil ist zwischen einem Paar von Lüfterflügeln angeordnet. Somit kann es in dieser Ausführungsform eine gleiche Anzahl von Wärmetauscherabschnitten wie Lüfterflügel geben.
Während des Betriebs kann der DWT 200 durch eine Leistungsquelle, wie oben beschrieben, drehbar angetrieben werden. Dabei saugt die Vielzahl von Lüfterflügeln der Schaufel Luft an oder veranlasst sie, durch die Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten zu strömen. Jeder Wärmetauscherabschnitt wird durch eine Vielzahl von Rippen 234 und Fluidkanälen oder -durchlässen (wie unten beschrieben) gebildet. Die Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten funktioniert somit ähnlich einem Kühler.
Ein Fluid kann in den Einlass des Drehverteilers 204 strömen, der das Fluid durch den DWT 200 befördert. Einer oder mehrere der Wärmetauscherabschnitte oder -teile können das Fluid von dem Drehverteiler empfangen, wobei das Fluid durch einen Kanal oder Durchgang darin strömt, bevor es zu dem Drehverteiler zurückkehrt und durch den Auslass austritt. Der Drehverteiler 204 kann für die Übertragung von Fluid, Wasser, Kühlmitteln, Luft oder einem beliebigen anderen Fluid oder Gas ausgelegt sein, und der Verteiler 204 kann eine Vielzahl von Anschlüssen beinhalten. Jeder Anschluss kann ermöglichen, dass Fluid in einen jeweiligen Wärmetauscherabschnitt eintritt und aus diesem austritt, und somit den Drehverteiler 204 fluidisch an den Abschnitt koppeln.
Der gesamte DWT 200 kann sich kontinuierlich drehen, wenn er von der Welle 202 angetrieben wird. Fluid kann mit einem hohen Druck in den Drehverteiler eintreten, um zu ermöglichen, dass das Fluid durch den DWT strömt, wie es für die gewünschte Kühlung erforderlich ist.
Wie im Folgenden näher beschrieben, ermöglicht die Konstruktion des DWT 200 über additive Fertigung, dass er an einen bestimmten Raum angepasst werden kann. Bei herkömmlichen Kühlsystemen, insbesondere für einen Motorgrader, wie der in 1 dargestellte, ist das Kühlsystem in einem rechteckigen Raum angeordnet. Das herkömmliche Kühlsystem wird durch mehrere, wenn nicht sogar viele Einzelteile gebildet. Darüber hinaus kann eine komplexe Maschine, wie etwa der Motorgrader, mehrere Kühlsysteme beinhalten, und jedes System kann zusammen innerhalb desselben Raums gestapelt sein. Dies kann einen erheblichen Platzbedarf beanspruchen.
Mit dem DWT 200 kann das Design jedoch für gegebene Platzbeschränkungen gepackt werden, um die Gesamtkompaktheit und Sichtbarkeit von einer Fahrerkabine aus zu verbessern. Die Wärmetauscherform kann beispielsweise einer Krümmung des hindurchtretenden Luftstroms folgen. Ferner können die Form und Krümmung der Rippen 234 jedes Wärmetauscherabschnitts ausgerichtet sein, um einen besseren Luftstrom durch den jeweiligen Abschnitt zu fördern und dadurch einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Dieses Effizienzniveau kann erreicht werden, wenn die Rippenkonstruktion und -form an den natürlichen Luftstrom angepasst ist, der in einem gegebenen System auftritt, und bei additiver Fertigung ist der DWT 200 aus 2 eine Ausführungsform, die in der Lage ist, einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen.
Ein Beispiel dafür ist am besten in 5 dargestellt. Hier ist der DWT 200 innerhalb einer im Wesentlichen runden oder gekrümmten Haube 500 oder eines Rahmens positioniert. Der DWT 200 ist mit einem runden Profil 502 dargestellt, das betriebsfähig in die Haube 500 passt. Dies steht beispielhaft im Gegensatz zum Motorraum aus 1. Wie in 1 dargestellt, ist ein herkömmlicher Motor 28 in einem großen, rechteckigen Raum angeordnet. Die Maschine 10 kann auch ein oder mehrere herkömmliche Kühlsysteme beinhalten, die in dem Raum angeordnet sind. Der rechteckförmige Raum ist groß und kann die Sicht eines Bedieners von der Kabine 20 blockieren oder behindern. Andererseits ist der Bediener mit der runden Haube 500 und dem runden Profil 502 des DWT 200 in 5 besser in der Lage, die Außenseite der Maschine und die Umgebung der Maschine zu sehen. Darüber hinaus kann das runde oder kreisförmige Profil des DWT 200 den größten Bereich für die geringste Umfangslänge bereitstellen. Dabei kann ein gleichmäßiger Luftstrom über jedes Wärmetauschersegment oder -teil strömen.
Das gekrümmte Profil 502 des DWT 200 kann auch andere Vorteile bereitstellen. Beispielsweise kann das Profil zusätzlichen Raum für Rohrleitungen ermöglichen. Zusätzlich können mehrere Drehwärmetauscher in einer Richtung parallel zur Luftströmung ausgerichtet oder gestapelt sein. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, die Baugröße der mehreren Drehwärmetauscher zu variieren. Dabei kann es wünschenswert sein, nachfolgende Wärmetauscherabschnitte zu indexieren, um den Luftstrom durch diese zu optimieren. In einem Fall kann die Indizierung dynamisch auf Grundlage der Geschwindigkeit geändert werden. In einem anderen Fall kann die Indexierung passiv geändert werden, indem eine Torsionsfeder verwendet wird (nicht dargestellt). In jedem Fall wird es wahrscheinlich einen Druckabfall an jedem DWT geben, der sich auf die Erwärmung des weiter stromabwärts gelegenen DWT auswirkt. Während jeder DWT die gleiche Luftmenge empfangen kann, ist der Kern des ersten oder des am weitesten stromaufwärts gelegenen DWT am kühlsten, da er eine anderen Erwärmungseffekt als die anderen Kerne hat.
Bei einem herkömmlichen Wärmetauscher werden häufig Aluminium- oder Kupferrippen verwendet. Während des Fertigungsprozesses werden die Rippen üblicherweise parallel zueinander in horizontaler und vertikaler Ausrichtung positioniert. Dies ist häufig auf die Einschränkungen des Fertigungsprozesses beim Ausstanzens der Rippen zurückzuführen. Beispielsweise wird in einem herkömmlichen Stanzvorgang ein flaches Blech aus Aluminium oder Kupfer zwischen ein Paar von Stanzwerkzeugen gelegt und das Blech zu der Form der Rippen komprimiert. Dies ist jedoch nicht die effizienteste und effektivste Art, den Luftstrom zu lenken. Beim 3-D-Druck und additiver Fertigung können jedoch die Gestaltung und Form der Fluiddurchgänge und Rippen optimal gestaltet werden (d. h. rautenförmig, stromlinienförmig usw.), um einen optimaleren Luftstrom zwischen den Lüfterflügeln zu erreichen.
Zu beachten ist auch, dass in einem Standard-Personenfahrzeug die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oft so signifikant ist, dass Luft in einer im Wesentlichen linearen Richtung durch den herkömmlichen Kühler strömen kann (d. h. natürliche Translation des Kühlers). Im Wesentlichen sorgt das Fahrzeug aufgrund seiner Geschwindigkeit für den notwendigen Luftstrom. Bei einer Baumaschine wie einem Motorgrader, einer Raupe, einem Lader usw. fährt die Maschine jedoch nicht schnell genug, um genügend Luftstrom zu erzeugen. Somit ist ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung darin, dass der Drehwärmetauscher (DWT) den herkömmlichen Kühler oder das herkömmliche Kühlsystem ersetzt und etwas, das dazu verwendet wird, nur translatorische Luft aufzunehmen, in eine Vorrichtung umwandelt, die sich nun dreht, um den erforderlichen Luftstrom zu erzeugen.
Bezugnehmend auf 3 der vorliegenden Offenbarung ist die Rückseite des DWT 200 dargestellt. Die Nabe 206 ist gezeigt, wobei die Antriebswelle 202 entfernt ist. Wie gezeigt, definiert die Nabe 206 eine Bohrung 300, durch die die Welle 202 angeordnet ist. Während des Betriebs können die Nabe 206 und der Drehverteiler 204 über die Antriebswelle 202 um eine Drehachse drehbar angetrieben werden, die durch die Mitte der Welle 202 und der Bohrung verläuft. In einer Ausführungsform drehen sich die Fluidleitungen und Verbinder nicht.
Wie oben beschrieben, ist der DWT 200 als kombinierter Drehlüfter oder sich drehende Schaufel und Wärmetauscher konfiguriert, der die Stelle eines herkömmlichen Kühlsystems einnimmt. In der vorliegenden Offenbarung kann jede Art von Lüfter oder Schaufel durch 3-D-Druck als Teil des DWT hergestellt werden. Beispielsweise kann der Lüfter oder die Schaufel ein Zentrifugal-, Axial-, Propeller-, Rohraxial-, Flügelaxial-, Käfigläufer- oder eine beliebige andere bekannte Art von Lüfter sein. In den 2-4 ist ein Axiallüfter als Teil des DWT 200 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass beliebige der oben genannten Lüfter verwendet werden können.
Die Wärmetauscher oder die Wärmetauscherteile (-abschnitte) können zwischen den Lüfterflügeln angeordnet oder positioniert sein. Dies ist in den 2-4 deutlich zu sehen. Wie ebenfalls oben angemerkt, können die Kühlrippenprofile so ausgerichtet sein, dass sie mit dem vorhergesagten Strömungsweg der numerischen Strömungsmechanik (d. h. Computational Fluid Dynamics, CFD) übereinstimmen. Anders ausgedrückt kann es einen Durchgang geben, der in mindestens einem Wärmetauscherteil oder -abschnitt definiert ist, durch den ein Fluid innerhalb der Kühlrippengitter strömt, die dem CFD- oder anderweitig bereitgestellten Pfad optimaler Strömung für Wärmeübertragung oder Effizienz folgen. Um einen optimalen Wirkungsgrad beim Antrieb des Lüfters oder der Schaufel zu erzielen, ist es notwendig, die Luft so effizient wie möglich durch den Wärmetauscher zu bewegen.
Der Wärmetauscher kann auch gekrümmte Rippen anstelle von Rippen beinhalten, die ausschließlich auf der Grundlage einer CFD-Analyse gestaltet sind. Zusätzlich kann die Nabe 206 so ausgelegt sein, dass sie auch Rippen oder Fluiddurchgänge beinhaltet, um die Kühlung der Nabe zu unterstützen. Beispielsweise kann die Nabengestaltung ähnliche Kühlrippen wie die Wärmetauscherabschnitte aufweisen.
Der Drehwärmetauscher (DWT 200) aus den 2-4 kann so gestaltet sein, dass ein oder mehrere Fluide in jeden Wärmetauscherteil oder -abschnitt geleitet werden können. Beispielsweise können unterschiedliche Fluidsysteme zu demselben Wärmetauscherteil oder unterschiedlichen Wärmetauscherteilen in demselben DWT 200 geleitet und durch denselben gekühlt werden. In 4 können beispielsweise zwei Fluiddurchgänge für einen oder mehrere der Wärmetauscherteile oder -abschnitte vorgesehen sein. In dem zweiten Wärmetauscherteil 226 des DWT 200 sind ein erster Fluidweg 400 und ein zweiter Fluidweg 402 darin ausgebildet. Jeder der Fluidwege kann die gleiche Art von Fluid führen. Alternativ dazu kann jeder der Fluidwege eine andere Art von Fluid führen. Jeder Fluidweg kann einen eigenen Ein- und Auslass aufweisen. Der erste Fluidweg 400 kann beispielsweise einen ersten Einlass 404 und einen ersten Auslass 406 beinhalten. Der zweite Fluidweg 402 kann einen zweiten Einlass 408 und einen zweiten Auslass 410 beinhalten. Jeder des ersten und zweiten Einlasses und Auslasses kann fluidisch mit der Nabe 206 und/oder dem Drehverteiler 204 gekoppelt sein. Wenn die Einlassfluidleitung 218 Fluid zu der Nabe 206 oder dem Drehverteiler 204 zuführt, kann das Fluid entweder zu dem ersten Einlass 404 oder dem zweiten Einlass 406 geleitet werden. Wenn das Fluid durch den ersten oder zweiten Fluidweg strömt, verlässt es den Wärmetauscherteil 226 oder -abschnitt über den ersten Auslass 408 oder zweiten Auslass 410 und tritt in die Rücklaufleitung 220 ein.
In einer Ausführungsform ist es möglich, dass der Fluidweg in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 226 fluidisch in Reihe mit einem Fluidweg in einem anderen Wärmetauscherteil oder -abschnitt des DWT gekoppelt ist. Zum Beispiel kann ein Fluidweg in dem ersten Wärmetauscherteil 224 fluidisch mit dem ersten oder zweiten Fluidweg in dem zweiten Wärmetauscherteil 226 gekoppelt sein. Die zwei Fluidwege können in einem Beispiel über den Drehverteiler fluidisch miteinander gekoppelt werden. In einem weiteren Beispiel kann es möglich sein, dass eine einzelne Fluidleitung in dem DWT 200 ausgebildet ist, diese jedoch in zwei oder mehr der Wärmetauscherteile oder -abschnitte ausgebildet ist.
Alternativ kann jeder Wärmetauscherteil oder -abschnitt seinen eigenen Einlass und Auslass getrennt von den anderen Wärmetauscherteilen oder -abschnitten in dem DWT aufweisen. Somit kann der DWT in diesem Fall mehrere Fluideinlässe 218 und Fluidauslässe 220 beinhalten. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn eine Art von Fluid (z. B. Wasser) durch einen Wärmetauscherteil (z. B. den ersten Wärmetauscherteil 224) strömt und eine zweite Art von Fluid (z. B. Öl) durch einen anderen Wärmetauscherteil (z. B. den zweiten Wärmetauscherteil 226) strömt. Somit strömen die beiden Arten von Fluiden durch verschiedene Fluidwege und Wärmetauscherrippen.
In dem DWT aus 2-4 kann der Drehverteiler 204 einen inneren Teil (nicht gezeigt) und einen äußeren Teil umfassen. Der innere Teil kann integral mit dem Rest des DWT durch 3-D-Druck gefertigt werden, während der äußere Teil mit der Einlassfluidleitung 218 und der Auslassfluidleitung 216 verbunden ist. Auf diese Weise kann sich der innere Teil (nicht dargestellt) mit den Lüfterflügeln und Wärmetauschern drehen, während der äußere Teil und die Fluidleitungen stationär bleiben.
Bei einem herkömmlichen Drehverteiler sind Querbohrungen üblicherweise senkrecht zueinander ausgebildet. Anders ausgedrückt kann ein herkömmlicher Drehverteiler Querbohrungen beinhalten, die rechte Winkel bilden, und Fluid strömt durch die Querbohrungen, weil es unter Druck gesetzt wird. Bei additiver Fertigung und 3-D-Druck kann der Drehverteiler 204 des DWT 200 Fluidlöcher und Durchgänge beinhalten, die integral in einem beliebigen gewünschten Winkel ausgebildet sind. Somit können die Löcher und Durchlässe nicht senkrecht zueinander sein, und infolgedessen wird der Fluidfluss verbessert, da ein geringerer Strömungswiderstand vorliegt. In einem Beispiel können die Fluidwege gekrümmt und nicht in einem rechten Winkel zueinander konfiguriert sein. Ein weiterer Vorteil der Fertigung des Drehwärmetauschers im 3-D-Druck besteht somit darin, die Fluidströmung zu verbessern, indem die verschiedenen Strömungswege und Öffnungen im Drehverteiler (insbesondere der innere Teil) ohne Querbohren integral ausgebildet werden.
Unter Bezugnahme auf den DWT 200 aus 2-4 kann jeder Wärmetauscherteil oder -abschnitt im Wesentlichen kreisförmig oder keilförmig sein. Die Lüfterflügel können auch eine ähnliche Form wie die Wärmetauscherteile aufweisen. Zusätzlich können die Lüfterflügel eine Krümmungskonstruktion aufweisen, um einen optimalen Luftstrom durch die Wärmetauscherteile zu fördern. Anders ausgedrückt sind die Lüfterflügel nicht senkrecht zu einer Richtung des Luftstroms ausgerichtet, die durch den Pfeil 240 in 2 angegeben ist. Stattdessen können die Flügel zumindest teilweise in Bezug auf die Strömungsrichtung 240 abgewinkelt sein.
Darüber hinaus kann jeder Lüfterflügel eine erste Kante 236 und eine zweite Kante 238 beinhalten. Wie in 2 gezeigt, können die erste Kante 236 und die zweite Kante 238 nicht in der gleichen Ebene wie der erste Flügel 208 angeordnet sein. Der erste Flügel 208 kann zwischen der ersten Kante 236 und der zweiten Kante 238 teilweise konkav ausgebildet sein. Ferner kann sich die erste Kante 236 entlang des größten Teils ihrer Längen vor der zweiten Kante 238 befinden.
Infolge der Formen jedes Lüfterflügels können die Wärmetauscherteile oder - abschnitte in Umfangsrichtung voneinander versetzt sein. Zum Beispiel beinhaltet der erste Wärmetauscherteil 224 in 3 eine erste hintere Fläche 304, die um einen Abstand d₁ von einer zweiten hinteren Fläche 308 des zweiten Wärmetauscherteils 226 versetzt ist. Es wird eine dritte Fläche 302 gezeigt, die eine Vielzahl von Kühlrippen 234 beinhaltet, die sich zwischen der ersten hinteren Fläche 304 des ersten Wärmetauscherteils 224 und der zweiten hinteren Fläche 308 des zweiten Wärmetauscherteils 226 befinden. In ähnlicher Weise ist eine vierte Rückfläche 306 gezeigt, die sich zwischen der ersten Rückfläche 304 des ersten Wärmetauscherteils 224 und einer entsprechenden Rückfläche des fünften Wärmetauscherteils 232 befindet. Wie gezeigt, kann der erste Wärmetauscherteil 224 von dem fünften Wärmetauscherteil 232 um den Abstand d₂ versetzt sein. Jeder der Wärmetauscherteile kann zueinander versetzt sein, wie in 3 dargestellt. Der Versatzabstand kann ungefähr gleich (d. h. d₁ = d₂) oder unterschiedlich sein. In jedem Fall kann der Versatzabstand und die Positionierung jedes Wärmetauscherteils durch 3-D-Druck gebildet werden.
Ein weiteres Merkmal der versetzten Kanten des Wärmetauschers ist die Fähigkeit, Schmutz zu extrahieren und einen verbesserten Luftstrom durch den Wärmetauscher zu ermöglichen. Manchmal kann Schmutz in den Luftstrom gelangen und möglicherweise eine oder mehrere Kühlrippen verstopfen. Dies kann den Luftstrom durch den Wärmetauscher behindern und den Kühlwirkungsgrad des gesamten Drehwärmetauschers beeinträchtigen. Da die verschiedenen Kanten gegeneinander versetzt sind, kann Schmutz diese Kanten berühren und auseinanderbrechen, so dass er leichter durch den Wärmetauscher hindurchtreten können.
Zurückkommend zu 4 können die Fluiddurchgänge 400, 402, die in jedem Wärmetauscherteil ausgebildet sind und die Fluidströmung leiten, ausgelegt sein, um die Wärmeübertragung zu den Kühlrippen zu optimieren. Der Weg, den das Fluid durch den einen oder die mehreren Durchgänge in dem Wärmetauscher nimmt, kann mit den Bereichen des Wärmetauschers in Beziehung stehen, die der besten Luftgeschwindigkeit und Kühlrippenfläche unterliegen. Der Kühlwirkungsgrad des Wärmetauschers kann lokal in Abhängigkeit von dem radialen Abstand und der Winkelposition in einem gegebenen Wärmetauscherteil oder-abschnitt variieren. Beispielsweise können Fluiddurchgangsgrößen und -geometrien variieren und verzweigungsartige Kanäle oder Durchgänge in einem bestimmten Abschnitt beinhalten, um Fluidstrom, Energieverbrauch und Wärmeübertragung zu optimieren. Entsprechendes gilt auch für den Rippenabstand und die Geometrie zur Erzielung eines optimalen Luftstroms und Wärmeübertragung.
Die Fluiddurchgänge oder -strömungen durch die verschiedenen Wärmetauscherteile können variieren. Zum Beispiel können einige Durchgänge horizontal zickzackförmig, vertikal zickzackförmig, spiralförmig usw. sein. Beispiele dafür, wie die Durchgänge durch 3-D-Druck in dem zweiten Wärmetauscherteil 226 gebildet werden können, sind in 4 dargestellt. Beim 3-D-Druck können die Durchgänge in Größe und Geometrie variieren, um eine optimale Strömung zu fördern.
Beim 3-D-Druckverfahren des Drehwärmetauschers ist es wünschenswert, den Lüfter oder die Schaufel so zu fertigen, dass ein Gleichgewicht über seinen Durchmesser oder seine Breite erzielt wird. Aufgrund der Drehgeschwindigkeit der Lüfterflügel ist es möglich (wenn nicht wahrscheinlich), dass während des Betriebs Vibrationen, Geräusche und andere Effekte in der Maschine oder dem Fahrzeug auftreten können. Eine weitere Überlegung während des Fertigungsprozesses des Lüfters oder der Schaufel ist es, den Luftstrom über die Lüfterflügel während des Betriebs anzupassen oder nah anzupassen. Wenn es einen Unterschied im Luftstrom über die Flügel gibt, können sich die Flügel während des Betriebs möglicherweise verbiegen oder verformen. Im Falle eines Verbiegens kann es zu einer höheren Spitzengeschwindigkeit im Vergleich zur Nabengeschwindigkeit kommen. Um das richtige Gleichgewicht und den richtigen Luftstrom über die Flügel zu erreichen, müssen daher möglicherweise größere Durchgänge in der Nähe der Nabe und kleinere Durchgänge radial nach außen in Richtung der Spitzen der Flügel gebildet werden.
Eine weitere konstruktive Überlegung bei der Drehbewegung sind Zentrifugalkräfte, die das Fluid während des Betriebs radial nach außen drücken können. In einigen Fällen können die Zentrifugalkräfte dazu beitragen, das Fluid von der Nabe oder dem Kern des Drehwärmetauschers und durch die Kühlpassagen, die in der Vielzahl von Wärmetauscherteilen definiert sind, zu bewegen. In anderen Fällen kann die Form der Fluiddurchgänge durch die Kühlrippen sehr effizient für die Luftströmung durch sich verjüngende Vorder- und Hinterkanten gestaltet werden. Diese sich verjüngenden Kanten können auch Zentrifugalkräfte besser nutzen, um eine verbesserte Fluidströmung zu ermöglichen.
In dem Drehwärmetauscher kann es zu einer Druckdifferenz über dem Kern kommen, die durch die Drehbewegung erzeugt wird. Aufgrund dieses Unterschieds werden viele Drehwärmetauscher einen relativ geraden Fluiddurchgang aufweisen, der von dem Kern (oder der Nabe) radial nach außen führt, bevor er zickzackförmig, spiralförmig oder anderweitig beginnt. Es ist wünschenswert, den Fluidstrom radial nach außen zur äußeren radialen Kante des Wärmetauscherteils zu drücken, wo das Fluid schneller gekühlt werden kann. Anders ausgedrückt kann während des Betriebs ein heißes Fluid über die Einlassleitung 218 in die Nabe 206 oder den Kern des Drehwärmetauschers 200 eingespritzt werden. Das Fluid wird unter Druck gesetzt, so dass es durch den einen oder die mehreren Fluidwege in dem/den Wärmetauscherteil(en) strömt, bevor es über die Nabe 206 austritt. Auf diese Weise fungiert die Drehwärmetauschernabe oder der Drehwärmetauscherkern als Kreiselpumpe, die von einem Motor oder einem anderen Drehantriebsmechanismus angetrieben wird. Der Drehwärmetauscher fungiert somit als Kombination aus Kreiselpumpe und Wärmetauscher, da zwei konkurrierende Fluide auf das System einwirken, nämlich die auf die Außenseite des Drehwärmetauschers einwirkende Luft und ein Fluid, das über die Nabe durch die Wärmetauscherdurchgänge unter Druck gesetzt oder gepumpt wird.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Drehwärmetauschers 600 dargestellt. Es ist gezeigt, dass der Drehwärmetauscher 600 eine Nabe oder einen Kern 602, einen Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 und einen Drehverteiler 606 beinhaltet. In dieser Ausführungsform kann der Drehwärmetauscher 600 durch eine Vielzahl von Wärmetauschern mit variablen Leitschaufeln 604 gebildet sein, die abnehmbar an die Nabe oder den Kern 602 gekoppelt sein können. Hier kann die Nabe oder der Kern 602 eine Vielzahl von Bohrungen oder Öffnungen 616 beinhalten, durch die jeder Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 positioniert werden kann. Jeder Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 kann einen eigenen Drehverteiler 610 zur Kopplung an die Nabe oder den Kern 602 beinhalten. Wie gezeigt, kann der Hauptdrehverteiler 606 einen Einlass 608 beinhalten, durch den ein heißes Fluid in den Drehwärmetauscher 600 eintritt. Das Fluid kann über einen ersten Einlass 612 in den Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 eintreten und durch einen oder mehrere Fluiddurchgänge (nicht dargestellt) darin hindurchtreten. Sobald das Fluid durch den Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 strömt, kann es durch einen Auslass 614 austreten.
Bei dem Drehwärmetauscher 600 aus 6 kann jeder Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 einstellbar in unterschiedlichen Winkeln oder Teilungen relativ zu den anderen Wärmetauschern mit variablen Leitschaufeln ausgerichtet sein, um unterschiedliche Eigenschaften zu erreichen. Jeder Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 beinhaltet seinen eigenen Lüfterflügel und kann durch ein 3-D-Druckverfahren hergestellt werden. Der jeweilige Wärmetauscher 604 beinhaltet einen eigenen sekundären Drehverteiler 610 zum Fördern eines Fluids oder von Fluiden durch seine jeweiligen Fluiddurchgänge. Der Wärmetauscher 604 beinhaltet auch seine eigenen Kühlrippen, die gefertigt werden können, um eine optimale Strömung und Kühlung zu fördern.
In mindestens einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann ein Solenoid aktiviert oder deaktiviert werden, um die Drehbewegung eines oder mehrerer Wärmetauscher mit variablen Leitschaufeln 604 zu steuern. Eine Steuerung kann ein Signal an den Solenoid senden, um den Wärmetauscher 604 drehend einzustellen, um den Luftstrom dadurch zu ändern. Um Verluste zu minimieren und Ineffizienz zu reduzieren, kann ein einzelner Solenoid verwendet werden, um jeden der Vielzahl von Wärmetauschern mit variablen Leitschaufeln 604 gemeinsam zu steuern, um den Luftstrom zu ändern.
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine weitere Ausführungsform eines Drehwärmetauschers 700 gezeigt. In diesem Drehwärmetauscher 700 ist eine Nabe oder ein Kern 702 durch 3-D-Druck mit einer Vielzahl von Lüfterflügeln oder Schaufelblättern integral ausgebildet. Die Nabe oder der Kern 702 definiert eine zentrale Bohrung 704, durch die eine Welle (nicht dargestellt) den Drehwärmetauscher 700 betriebsfähig drehen kann. Der Drehwärmetauscher 700 kann drehbar um eine Drehachse (nicht dargestellt) angetrieben werden, die durch die Mitte der zentralen Bohrung 704 verläuft. Die Vielzahl von Lüftern oder Schaufelblättern kann einen ersten Flügel 706, einen zweiten Flügel 708, einen dritten Flügel 710, einen vierten Flügel 712, einen fünften Flügel 714, einen sechsten Flügel 716, einen siebten Flügel 718 und einen achten Flügel 728 beinhalten.
Ein Wärmetauscher ist ebenfalls integral mit der Nabe 702 und der Vielzahl von Flügeln über das 3-D-Druckverfahren ausgebildet. Der Wärmetauscher kann eine Vielzahl von Wärmetauscherteilen oder -abschnitten beinhalten, die sich zwischen einem Paar der Vielzahl von Lüfterflügeln befinden. Beispielsweise ist gezeigt, dass ein erster Wärmetauscherteil 720 zwischen dem sechsten Lüfterflügel 716 und dem siebten Lüfterflügel 718 ausgebildet ist. Außerdem ist ein zweiter Wärmetauscherteil 722 gezeigt, der zwischen dem siebten Wärmetauscherteil 722 und dem achten Wärmetauscherteil 728 gebildet ist.
Der Wärmetauscher kann, wie gezeigt, mit einer Vielzahl von Kühlrippen 724 gefertigt werden. Die Vielzahl von Kühlrippen 724 kann Fluiddurchgänge zum Fördern von Fluid durch die verschiedenen Wärmetauscherteile bilden. Während des Betriebs kann Luft erzeugt werden und in Richtung des Pfeils 730 in den Drehwärmetauscher strömen. Wenn die Luft aus der Rückseite des Drehwärmetauschers 700 austritt, erfolgt dies entlang einer durch den Pfeil 732 angegebenen Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Luftstrom im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene gezeigt, in der der Wärmetauscher definiert ist.
In vielen Anwendungen und Branchen bestehen hohe Anforderungen an die Geschwindigkeit, mit der Luft in und durch einen konventionellen Wärmetauscher strömen kann. Der Grund für diese hohen Anforderungen liegt in der Möglichkeit, dass sich Schmutz zwischen Kühlrippen des Wärmetauschers ansammelt und sich nicht löst, wenn oder falls die Lüfterflügel in umgekehrter Richtung gedreht werden. Somit muss vermieden werden, dass sich während des Betriebs Schmutz in den Wärmetauscher einbettet oder darin festsetzt.
Mit dem Drehwärmetauscher 700 aus 7 können beispielsweise hohe tangentiale Luftgeschwindigkeiten auftreten, die es erschweren können, dass sich Schmutz oder anderes Material zwischen Kühlrippen einbettet oder darin festsetzt. In vielen Fällen können Schmutz oder anderes Material bei Kontakt mit einer Vorderkante eines Lüfterflügels des Drehwärmetauschers auseinanderbrechen und daher aufgrund dieser zusätzlichen Kräfte immer noch zwischen den Lüfterflügeln und Kühlrippen strömen.
Dennoch kann der Drehwärmetauscher 700 so ausgelegt sein, dass er robust gegen jede Größe von Schmutz ist, der in dem Luftstrom mitgeführt wird, und in vielen Fällen den Schmutz mazeriert. In anderen Fällen kann der Drehwärmetauscher 700 so ausgelegt sein, dass er einen oder mehrere Spalten oder große Öffnungen 726 beinhaltet, die benachbart zu jedem Lüfterflügel angeordnet sind, so dass, wenn sich der Drehwärmetauscher dreht, sich größere Partikel oder Schmutz sammeln und durch den Spalt oder die größere Öffnung 726 in dem Wärmetauscher hindurchtreten können. Anders ausgedrückt kann Schmutz, der in die Mitte des Wärmetauschers gedrückt wird, in Richtung der Oberfläche eines Lüfterflügels angesaugt und durch den Spalt oder die größere Öffnung 726 abgeführt werden. Durch diese Spalte oder großen Öffnungen wird die Gefahr einer Einbettung von Schmutz oder größeren Partikeln in den Wärmetauscher weiter verringert. Darüber hinaus ist die Auslegung dieses jeweiligen Drehwärmetauschers 700 derart, dass ein variabler Abstand zwischen den Kühlrippen mit 3-D-Druck und additiver Fertigung möglich ist, während herkömmliche Wärmetauscher diesen variablen Abstand mit herkömmlicheren Stanzvorgängen nicht erreichen können. Ferner kann durch das 3-D-Druckverfahren der variable Abstand ohne zusätzlichen Aufwand und weniger Ausschuss als bei herkömmlichen Stanzvorgängen erreicht werden.
In dem Drehwärmetauscher 700 aus 7 sind acht verschiedene Lüfterflügel gezeigt. In weiteren Ausführungsformen kann der Drehwärmetauscher zusätzliche oder weniger Lüfterflügel beinhalten. Für jeden Lüfterflügel gibt es einen entsprechenden Wärmetauscherteil.
Der Wärmetauscher des einheitlichen Drehwärmetauschers 700 aus 7 kann in einer Ebene angeordnet sein. Somit kann der Wärmetauscher als planarer Körper mit einer Vielzahl von Kühlrippen und darin ausgebildeten Fluiddurchgängen gefertigt werden. Es ist zu beachten, dass sich die planare Struktur des Wärmetauschers von dem keilförmigen Wärmetauschers des Drehwärmetauschers 200 in den 2-4 unterscheidet.
Die Lüfterflügel sind so konzipiert, dass sie den Luftstrom in den Wärmetauscher leiten, ähnlich wie oben für den DWT 200 beschrieben. Jeder Lüfterflügel kann eine Vorderseite, eine Rückseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante beinhalten. In 2-4 begann jeder Wärmetauscherteil an der Hinterkante eines Lüfterflügels und erstreckte sich seitlich zur Vorderkante eines benachbarten Lüfterflügels. In 7 erstreckt sich jedoch jeder Wärmetauscherteil seitlich von der Hinterkante eines Flügels zur Hinterkante eines benachbarten Flügels.
Unter Bezugnahme nun auf 8 ist ein Fahrzeugsystem 800 gezeigt, das eine Motor- und Wasserpumpenbaugruppe 802, einen Thermostat 804, ein Heizventil 806 (das optional sein kann) und einen Kabinenwärmetauscher 810 beinhaltet. Diese Merkmale können für das System 800 konventionell sein. Es können auch andere Komponenten oder Baugruppen Teil des Systems 800 sein, einschließlich eines Kühlsystems. In 8 hat das Kühlsystem des Fahrzeugsystems 800 die Form eines Drehwärmetauschers 812. Der Drehwärmetauscher 812 kann den oben beschriebenen und in den 2-7 gezeigten ähnlich sein.
In 8 dient der Motor 802 als Mittel zum Erzeugen von Leistung und die Wasserpumpe dient dazu, Wasser oder anderes Fluid durch das System 800 zu pumpen. Eine erste Fluidleitung 814 ist zwischen der Motor- und Wasserpumpenbaugruppe 802 und dem Thermostat 804 bereitgestellt. Die erste Fluidleitung 814, die in 8 als durchgezogene Linie gezeigt ist, befindet sich ebenfalls zwischen dem Thermostat 804 und dem Heizventil 806 und zwischen dem Heizventil 806 und dem Kabinenwärmetauscher 810. Die erste Fluidleitung 814 befindet sich ebenfalls zwischen dem Thermostat 804 und einem Einlass 818 des Drehwärmetauschers 812.
Das System 800 kann auch eine zweite Fluidleitung 816 beinhalten, die gestrichelt dargestellt ist. Die zweite Fluidleitung 816 kann sich zwischen einem Auslass 820 des Drehwärmetauschers 812 und dem Thermostat 804 befinden. Die gleiche Fluidleitung 816 kann sich zwischen dem Kabinenwärmetauscher 810 und dem Thermostat 804 befinden. Ebenso kann die zweite Fluidleitung 816 zwischen dem Thermostat 804 und der Motor- und Wasserpumpenbaugruppe 802 verlaufen.
In der Ausführungsform von 8 kann die erste Fluidleitung 814 eine Druck- oder Versorgungsleitung sein und die zweite Fluidleitung 816 kann eine Rücklaufleitung sein. Ein Fluid, das von der ersten Fluidleitung 814 zu dem Drehwärmetauscher 812 strömt, kann eine erhöhte Temperatur aufweisen, wo es durch einen Luftstrom gekühlt wird, der durch die Lüfterflügel bewegt wird und durch die Kühlrippen des Drehwärmetauschers 812 strömt. Das Fluid, das aus dem Drehwärmetauscher 812 austritt, kann am Auslass 820 eine kühlere Temperatur aufweisen als bei seiner Ankunft am Einlass 818. Somit kehrt das kühlere Fluid zu der Motor- und Wasserpumpenbaugruppe 802 zurück, nachdem es den Drehwärmetauscher 812 passiert hat.
Der Drehwärmetauscher 812 kann von einem Motor angetrieben werden (nicht dargestellt). Eine separate Steuerung (nicht dargestellt) kann die Drehzahl der Lüfterflügel betriebsfähig steuern. Auf diese Weise kann die Rate, mit der Luft durch den Lüfter in den Wärmetauscher des Drehwärmetauschers geleitet wird, durch Einstellen der Lüfterdrehzahl betriebsfähig gesteuert werden. Sowohl die Lüfterdrehzahl als auch der Pumpenstrom können gleichzeitig gesteuert und dynamisch variiert werden, um die Kühlleistung und Energieeffizienz des Kühlsystems zu optimieren.
In diesem System kann der Fluidstrom zu dem Drehwärmetauscher durch die Motordrehzahl betriebsfähig gesteuert werden. Die Wasserpumpe kann durch den Motor oder einen Elektromotor (nicht dargestellt) betriebsfähig gesteuert werden. In einem Beispiel kann ein elektrischer Antrieb den Pumpenstrom betriebsfähig steuern.
In 8 ist der Drehwärmetauscher Teil des Gesamtsystems, das eine Einrichtung zum Pumpen von Fluid durch das System beinhaltet, und die Fluidströmungsrate und die Lüfterdrehzahl können betriebsfähig gesteuert werden. Insbesondere umfasst der Drehwärmetauscher eine einzige Vorrichtung, die als Pumpe mit variabler Drehzahl und Lüfter fungiert, wobei der Lüfter ein integraler Teil des Wärmetauschers ist.
Obwohl in 8 ein Kabinenwärmetauscher dargestellt ist, ist es auch möglich, dass ein zweiter Drehwärmetauscher den Kabinenwärmetauscher ganz oder teilweise ersetzen kann. Somit kann ein Drehwärmetauscher verwendet werden und die Form eines beliebigen Lüftertyps annehmen, einschließlich eines Käfigläufers.
In einem anderen Beispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein Drehwärmetauscher verwendet werden, um ein Kühlsystem eines Fahrzeugs teilweise oder vollständig zu ersetzen. Der Drehwärmetauscher kann auch einen oder mehrere Abschnitte des Wärmetauschers beinhalten, der leer ist und keine Kühlrippen und Fluiddurchgänge beinhaltet. Beispielsweise bilden in einem herkömmlichen Fahrzeugkühlsystem mehrere Komponenten das System, um die Expansion von Fluid darin zu ermöglichen. In einem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform kann ein integraler Ausdehnungsbehälter oder Überlaufbehälter, wie er sich etwa an einem Kraftfahrzeugkühler oder einem anderen Kühlsystem befindet, in den Drehwärmetauscher integriert sein. Dabei kann ein Wärmetauscherteil als Hohlraum ohne Kühlrippen ausgebildet sein, wobei ein Einfülldeckel und ein integrierter Thermostat in den Hohlraum eingebaut sein können.
Es kann auch möglich sein, integrierte Ventile vorzusehen, um Fluid zu weiteren Kühlabschnitten (d. h. Wärmetauscherteilen oder -abschnitten) des Drehwärmetauschers umzuleiten. Dieselben integrierten Ventile können auch Fluid umleiten, um den Fluidstrom zu einem oder mehreren Kühlabschnitten zu begrenzen. Andere Merkmale können in dem Drehwärmetauscher ausgelegt sein, um einen Fluidstrom zwischen zwei oder mehr Teilen oder Abschnitten des Wärmetauschers zu ermöglichen, und dies sind nur einige Beispiele, die in den Umfang dieser Offenbarung fallen sollen. Darüber hinaus sind auch andere Ausführungsformen möglich, bei denen zwei oder mehr Drehwärmetauscher axial gestapelt oder kombiniert sind.
Unter Bezugnahme auf 9 ist ein mehrphasiges Klimatisierungssystem 900 dargestellt. Es ist gezeigt, dass das System 900 einen Kompressor 902 mit einem Einlass 904 und einem Auslass 906, einen Trockner 908, eine Dosiervorrichtung 910, einen ersten Drehwärmetauscher 912 und einen zweiten Drehwärmetauscher 914 beinhaltet. In dieser Ausführungsform ersetzt der erste Drehwärmetauscher 912 effektiv einen Kondensator in einem herkömmlichen Klimatisierungssystem und der zweite Drehwärmetauscher 914 ersetzt den Verdampfer. Anders ausgedrückt ist das System 900 in 9 derart ausgelegt, dass die Verdampfer- und Kondensatorwärmetauscher und die Gebläselüfter durch ein Paar Drehwärmetauscher ersetzt werden, um den Platzbedarf des Gesamtsystems zu reduzieren.
Der erste Drehwärmetauscher (DWT) 912 kann einen Einlass 916 und einen Auslass 918 beinhalten. Ebenso kann der zweite DWT 914 einen Einlass 920 und einen Auslass 922 beinhalten. Eine Ansaugleitung 924 kann zwischen dem Auslass 922 des zweiten DWT 914 und dem Einlass 904 des Kompressors 902 bereitgestellt werden, so dass Fluid durch das System 900 in eine durch den Pfeil 926 angegebene Richtung strömt. Eine Auslassleitung 928 kann auch zwischen dem Auslass 906 des Kompressors 902 und dem Einlass 916 des ersten DWT 912 bereitgestellt werden. Wiederum strömt Fluid durch die Auslassleitung 928 in eine durch den Pfeil 930 angegebene Richtung.
Eine Flüssigkeitsleitung 932 ist zwischen dem Auslass 918 des ersten DWT 912 und dem Trockner 908 definiert. Fluid strömt weiterhin durch die Flüssigkeitsleitung 932 in eine durch Pfeil 934 angegebene Richtung. Dieses Fluid kann als Kältemittelstrom bezeichnet werden.
In einem Fall kann es möglich sein, Gase anstelle von Flüssigkeiten durch die Drehwärmetauscher in 9 zu strömen, um die Luft für Klimatisierungsanwendungen zu kühlen. Im vorliegenden System kann die Expansion von komprimiertem Freon beispielsweise zu einem Gas werden, das dann komprimiert wird und zu einer Flüssigkeit wird. Somit ist das Fluid eine Flüssigkeit in einem Teil des Systems 900 und ein Gas in dessen Verdampfungsabschnitt.
Der Verdampfer oder der zweite DWT 914 kann Wärme aus dem Luftstrom absorbieren und sie an das Kältemittel abgeben, um eine wünschenswerte Klimasteuerung zu erreichen. Somit kann der DWT Wärme aus dem Luftstrom aufnehmen und gleichzeitig das Fluid zirkulieren lassen, um als integrierte Lüfterklimaanlage mit Kühlflügeln zu fungieren. Ein vorteilhafter Aspekt bei diesem System ist, dass durch die Drehbewegung des DWT keine Verfestigung der Feuchtigkeit zulässt und die Flügel somit nicht „vereisen“.
Mit dem System 900 aus 9 sind die Drehwärmetauscher in der Lage, Mittel bereitzustellen, um Wärme durch Fluide und Gase auszutauschen, wobei Wärme an die Luft abgegeben oder von der Luft absorbiert werden kann. Andere Vorteile, die mit diesem System verbunden sind, werden dem Fachmann ersichtlich sein.
In einer weiteren Anwendung der vorliegenden Offenbarung kann ein Abwärmerückgewinnungssystem 1000 bereitgestellt werden. Hier kann das System 1000 eine Pumpe 1002, eine Turbine 1004, einen Generator 1006, einen ersten Drehwärmetauscher 1008 und einen zweiten Drehwärmetauscher 1010 beinhalten. Der erste DWT 1008 kann einen Einlass 1028 zum Aufnehmen von Fluid und einen Auslass 1030 zum Abgeben von Fluid beinhalten. Ebenso kann der zweite DWT 1010 einen Einlass 1012 zum Aufnehmen von Fluid und einen Auslass 1014 zum Abgeben von Fluid beinhalten.
In diesem System kann der erste DWT 1008 einen herkömmlichen Kondensator ersetzen und der zweite DWT 1010 kann einen herkömmlichen Verdampfer ersetzen. Ein herkömmlicher Clausius-Rankine-Kreisprozess zum Rückgewinnen von Abwärme und Abwärme kann auf dieses System 900 angewendet werden, um den thermodynamischen Wirkungsgrad eines Motors oder einer anderen leistungserzeugenden Vorrichtung zu verbessern.
Wie in 9 gezeigt, kann die Pumpe 1002 unter Druck stehendes Fluid einer ersten Fluidleitung 1016 zuführen. Hier kann das Fluid in der ersten Fluidleitung 1016 in eine durch Pfeil 1018 angegebene Richtung strömen. Das Fluid kann durch den Einlass 1012 der zweiten DWT 1010 strömen. Wenn das Fluid aus dem Auslass 1014 der zweiten DW 1010 austritt, kann es durch eine zweite Fluidleitung 1020 in eine durch Pfeil 1022 angegebene Richtung strömen. Hier kann der Abgasdruck verwendet werden, um die Turbine 1004 drehbar von ihrer Ansaugseite anzutreiben und den Luftdruck zu erhöhen. Wie oben angemerkt, kann in anderen Modi ein organischer Clausius-Rankine-Kreisprozess verwendet werden, um eine Phasenänderung aufgrund des Abgases zu erzeugen. In jedem Fall kann der Abgasdruck verwendet werden, um die Turbine 1004 zu drehen.
Die Turbine 1004 kann mit dem Generator gekoppelt werden, um Energie zu erzeugen. Anstatt in diesem System 1000 einen Kühlmantel zu verwenden, in dem organisches Fluid Wärme empfängt, kann die heiße Seite der Turbine 1004 verwendet werden, um eine Phasenänderung zu erzeugen, d. h. die heißen Abgase können verwendet werden, um Energie über den Generator 1006 zurückzugewinnen.
Fluid kann durch einen dritten Fluidweg 1024 in eine durch Pfeil 1026 angegebene Richtung strömen, wie in 10 dargestellt, wo es am Einlass 1028 der ersten DWT 1008 aufgenommen wird. Nach Durchlaufen des ersten DWT kann das Fluid über den Auslass 1030 austreten und durch eine Saugleitung 1032 entlang der Richtung 1034 zurück zur Saugseite der Pumpe 1002 strömen.
In der heutigen Welt der Phasenwechselmaterialien ist R134A ein bekanntes Material. Aber obwohl es ein bekanntes Material ist, werden exotischere Materialien dort, wo Kohlendioxid das Kältemittel ist, vorangetrieben und ausprobiert. Hier wird statt flüssigem Kohlendioxid im Kondensator das Fluid gekühlt. Daher findet eine Wärmeübertragung mit einem Gas statt, das Rohre nicht beschädigt und eine damit verbundene Wärmekapazität hat. Ein Druckabfall oder eine Druckdifferenz der Turbine 1004 kann den Lüfter oder die Schaufel des Drehwärmetauschers antreiben und einen direkten Zugang zur Wärme bereitstellen.
Es versteht sich, dass in der vorliegenden Offenbarung ein beliebiges Kältemittel und in einigen Fällen mehrere Arten von Kältemitteln verwendet werden können. Darüber hinaus werden auch ein oder mehrere Phasenwechselmaterialien in Betracht gezogen.
Während hierin Ausführungsformen beschrieben wurden, die die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beinhalten, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Stattdessen soll diese Anmeldung alle Variationen, Nutzungs- oder Anpassungsmöglichkeiten unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken. Ferner ist diese Anmeldung dazu bestimmt, Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abzudecken, die in den Rahmen der bekannten oder üblichen Praxis auf dem Fachgebiet fallen, auf das sich diese Offenbarung bezieht, und sich im Rahmen der beigefügten Ansprüche bewegen.

Claims

Drehwärmetauscher, umfassend: eine Nabe, die konfiguriert ist, um von einer Welle drehbar angetrieben zu werden; einen Lüfter, der eine Vielzahl von Lüfterflügeln umfasst, die integral mit der Nabe gekoppelt sind und sich davon radial nach außen erstrecken; und einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten umfasst, wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Kühlrippen zum Aufnehmen eines Luftstroms von dem Lüfter beinhaltet; wobei sich jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten zwischen zwei der Vielzahl von Lüfterflügeln befindet; wobei ferner die Nabe, der Lüfter und der Wärmetauscher integral als ein einzelner Körper ausgebildet sind.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Nabe, der Lüfter und der Wärmetauscher drehbar um eine Drehachse angetrieben werden.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Drehverteiler, der mit der Nabe gekoppelt ist, wobei der Drehverteiler einen darin definierten Fluiddurchgang zum Fördern eines Fluids oder Gases zu dem Wärmetauscher umfasst.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 3, wobei mindestens ein Teil des Drehverteilers integral als Teil des einzelnen Körpers über das dreidimensionale Druckverfahren ausgebildet ist.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Drehverteiler einen Einlass und einen Auslass umfasst, wobei der Einlass konfiguriert ist, um Fluid aufzunehmen und das Fluid zu dem Wärmetauscher zu befördern, und der Auslass konfiguriert ist, um das Fluid von dem Wärmetauscher aufzunehmen.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Fluiddurchgang, der in dem Wärmetauscher definiert ist, wobei der Fluiddurchgang fluidisch mit dem Einlass und Auslass des Drehwärmetauschers gekoppelt ist.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: einen ersten Fluiddurchgang, der in einem ersten Wärmetauscherabschnitt der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten definiert ist; und einen zweiten Fluiddurchgang, der in einem zweiten Wärmetauscherabschnitt der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten definiert ist; wobei der erste Fluiddurchgang fluidisch mit dem zweiten Fluiddurchang gekoppelt ist, so dass ein Fluid, das durch den Wärmetauscher strömt, durch den ersten und den zweiten Fluiddurchgang strömt.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: einen ersten Fluiddurchgang, der in einem ersten Wärmetauscherabschnitt der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten definiert ist; und einen zweiten Fluiddurchgang, der in dem ersten Wärmetauscherabschnitt definiert ist; wobei der erste Fluiddurchgang von dem zweiten Fluiddurchgang fluidisoliert ist, so dass ein erstes Fluid durch den ersten Fluiddurchgang strömt und ein zweites Fluid durch den zweiten Fluiddurchgang strömt.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend einen Fluiddurchgang, der in mindestens einem Wärmetauscherabschnitt definiert ist, wobei der Fluiddurchgang einen Durchmesser umfasst, der an einer radialen Stelle nahe der Nabe größer und an einer radialen Stelle von der Nabe entfernt kleiner ist.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Wärmetauscher ein kreisförmiges Profil umfasst.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vielzahl von Kühlrippen gekrümmt geformt ist.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Kühlrippen eine Form und Ausrichtung relativ zu einer Richtung des Luftstroms umfasst, der von dem Lüfter empfangen wird.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Lüfter mindestens einen Zentrifugallüfter, einen Axiallüfter, einen Propellerlüfter, einen Rohraxiallüfter, einen Flügelaxiallüfter oder einen Käfigläuferlüfter umfasst.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei: der Lüfter eine Vorderseite, eine Rückseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante umfasst; und jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten eine Keilform umfasst und integral zwischen der Rückseite eines Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln und einer Hinterkante eines seitlich benachbarten Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln ausgebildet ist.
Drehwärmetauscher, umfassend: eine Nabe; einen Lüfter, der eine Vielzahl von Lüfterflügeln umfasst, die integral mit der Nabe gekoppelt sind und sich davon radial nach außen erstrecken; und einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten umfasst, von denen sich jeder zwischen zwei der Vielzahl von Lüfterflügeln befindet, wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Kühlrippen zum Aufnehmen eines Luftstroms von dem Lüfter beinhaltet; wobei der Wärmetauscher im Wesentlichen planar ist; wobei die Nabe, der Lüfter und der Wärmetauscher integral als ein einzelner Körper ausgebildet sind.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 15, wobei jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten integral zwischen einer Hinterkante eines Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln und einer Hinterkante eines benachbarten Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln ausgebildet ist.
Drehwärmetauscher nach Anspruch 15 oder 16, wobei jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten einen Spalt umfasst, der radial benachbart zu einer Hinterkante eines Lüfterflügels der Vielzahl von Lüfterflügeln definiert ist, wobei der Spalt größer als ein Abstand zwischen der Vielzahl von Kühlrippen des jeweiligen Wärmetauscherabschnitts ist.
Drehwärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Vielzahl von Kühlrippen relativ zueinander variabel beabstandet ist.
Kühlsystem eines Fahrzeugs, umfassend: einen Motor zum Erzeugen von Leistung; eine Pumpe zum Pumpen eines Fluids; und einen Drehwärmetauscher zum Kühlen des Fluids, wobei der Drehwärmetauscher durch einen dreidimensionalen Prozess gefertigt wird und Folgendes umfasst: eine Nabe; einen Lüfter, der eine Vielzahl von Lüfterflügeln umfasst, die integral mit der Nabe gekoppelt sind und sich davon radial nach außen erstrecken; einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten umfasst, wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Kühlrippen zum Aufnehmen eines Luftstroms von dem Lüfter beinhaltet; und einen Drehverteiler, der an die Nabe gekoppelt ist, wobei der Drehverteiler einen darin definierten Fluiddurchgang zum Fördern des Fluids von der Pumpe zu dem Wärmetauscher umfasst; wobei sich jeder der Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten zwischen zwei der Vielzahl von Lüfterflügeln befindet; wobei der Drehwärmetauscher drehbar angetrieben wird, um die Luft durch die Vielzahl von Kühlrippen zu leiten, um eine Temperatur des durch den Wärmetauscher strömenden Fluids zu reduzieren.
System nach Anspruch 19, ferner umfassend einen oder mehrere zusätzliche Drehwärmetauscher, die axial mit dem ersten Drehwärmetauscher ausgerichtet sind, wobei der eine oder die mehreren zusätzlichen Drehwärmetauscher positioniert sind, um mindestens einen Anteil des Luftstroms aufzunehmen, der den ersten Drehwärmetauscher verlässt.