DE102014108209A1 - heat exchangers - Google Patents

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Christian Wüllner
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Abstract

Wärmetauscher (1) umfassend Rohre (2) mit äußeren Rippen (3) und mit folgenden Merkmalen: 1. Mehrere Reihen (R1, R2) der Rohre (2) sind in Anströmrichtung (P) hintereinander angeordnet; 1.2. Die Reihen (R1, R2) verlaufen quer zur Anströmrichtung (P); 1.3. Die Rohre (2) aufeinanderfolgender Reihen (R1, R2) sind um einen Querversatz (VQ) parallel zur vorhergehenden Reihe (R1, R2) verschoben angeordnet, wobei der Querversatz (VQ) ungleich ist einem Querteilungsabstand (TQ) quer zur Anströmrichtung (P), oder 1.4. die innerhalb einer Reihe (R1, R2) benachbarte Rohre (2) sind um einen in Anströmrichtung (P) verlaufenden Längsversatz (VL) zueinander versetzt angeordnet, wobei der Längsversatz (VL) kleiner ist als ein Längsteilungsabstand (TL) der Rohre (2) aufeinanderfolgender Reihen (R1, R2); 1.5. Der Querteilungsabstand (TQ) der Rohre (2) einer Reihe (R1, R2) ist größer als die quer zur Ansichtsebene (4) der Reihe (R1, R2) gemessene mittlere Breite (B) der Rippen (3), so dass sein Spalt (5) zwischen den Rippen (3) benachbarter Rohre (2) mit dem 0,1 bis 0,5-fachen der mittleren Breite (B) vorhanden ist; 1.6. Die viereckigen Rippen (3) besitzen Winglets (6a, 6b).Heat exchanger (1) comprising tubes (2) with outer ribs (3) and having the following features: 1. Several rows (R1, R2) of the tubes (2) are arranged one behind the other in the direction of flow (P); 1.2. The rows (R1, R2) are transverse to the direction of flow (P); 1.3. The tubes (2) of successive rows (R1, R2) are displaced by a transverse offset (VQ) parallel to the previous row (R1, R2), the transverse offset (VQ) being unequal to a transverse separation distance (TQ) transverse to the direction of flow (P) , or 1.4. the tubes (2) adjacent within a row (R1, R2) are offset from one another by a longitudinal offset (VL) running in the direction of flow (P), the longitudinal offset (VL) being smaller than a longitudinal pitch (TL) of the tubes (2) successive rows (R1, R2); 1.5. The transverse pitch (TQ) of the tubes (2) of a row (R1, R2) is greater than the average width (B) of the ribs (3) measured transversely to the plane of view (4) of the row (R1, R2), so that its gap (5) is present between the ribs (3) of adjacent tubes (2) of 0.1 to 0.5 times the mean width (B); 1.6. The quadrangular ribs (3) have winglets (6a, 6b).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger with the features of claim 1.

Wärmetauscher mit Rippenrohren kommen in der Regel als luftgekühlte Rohrbündelwärmetauscher zum Einsatz. Um luftgekühlte Wärmetauscher effizient auszuführen, werden möglichst hohe Wärmedurchgangskoeffizienten angestrebt. Eine Maßnahme zur Steigerung der Wärmeübergangseigenschaften liegt in der Turbulenzerzeugung an den Rippen. Dabei leiten Turbulatoren den Luftstrom in einer bestimmten Weise um, um den Rippenwirkungsgrad zu verbessern. Der Rippenwirkungsgrad ist das Verhältnis des Wärmestroms, den die Rippe tatsächlich abgibt, zu dem idealen Wärmestrom, den die Rippe abgeben würde, wenn sie über ihre gesamte Länge die Rohrtemperatur besäße. Es zählen auch Rippenrohre mit gewellten Rippen zum Stand der Technik, wie beispielsweise durch die EP2379977B1 .Finned tube heat exchangers are generally used as air-cooled shell-and-tube heat exchangers. In order to efficiently carry out air-cooled heat exchangers, the highest possible heat transfer coefficients are sought. One measure to increase the heat transfer properties lies in the turbulence generation at the ribs. In doing so, turbulators redirect the flow of air in a particular way to improve fin efficiency. The fin efficiency is the ratio of the heat flow that the fin actually delivers to the ideal heat flow the rib would emit if it had the tube temperature along its entire length. It also includes ribbed tubes with corrugated ribs to the prior art, such as by the EP2379977B1 ,

Der k-Wert, der durch diese Maßnahme verbessert werden soll, ist der Wärmedurchgangskoeffizient als Maß für den Wärmestrom eines Fluides durch einen festen Körper, wie z. B. eine Rohrwandung, in ein zweites Fluid aufgrund eines Temperaturunterschiedes zwischen den Fluiden. Der Wärmestrom Q . berechnet sich aus dem Wärmedurchgangskoeffizienten k multipliziert mit der Fläche des Wärmetauschers A und der mittleren Temperaturdifferenz Δϑm der beiden Fluide, das heißt, zwischen Luft (außen) und Produkt (innen). Gleichzeitig muss bei zwangsgekühlten Anlagen elektrische Leistung aufgebracht werden, um die Kühlluft mittels Ventilatoren an den Wärmetauscherrohren und den Rippen vorbeizuführen. Die dazu notwendige elektrische Energie verhält sich proportional zu dem Produkt aus dem Volumenstrom v . und dem Druckverlust Δp über den Wärmetauscher: Psl ~ V .· Δp. Um die Leistungsaufnahme klein zu halten, werden geringe Druckverluste angestrebt, so dass ein größerer Volumenstrom transportiert werden kann. Ein hoher Volumenstrom bedeutet gleichzeitig auch, dass eine größere Menge kühlerer Luft an den Wärmetauscher herangeführt werden kann.The k-value to be improved by this measure, the heat transfer coefficient as a measure of the heat flow of a fluid through a solid body, such. A pipe wall, into a second fluid due to a temperature difference between the fluids. The heat flow Q. is calculated from the heat transfer coefficient k multiplied by the area of the heat exchanger A and the mean temperature difference Δθm of the two fluids, that is, between air (outside) and product (inside). At the same time electric power must be applied in forced-cooled systems to pass the cooling air by means of fans on the heat exchanger tubes and the ribs. The necessary electrical energy is proportional to the product of the volume flow v. and the pressure loss Δp across the heat exchanger: P sl ~ V. · Δp. In order to keep the power consumption small, low pressure losses are sought, so that a larger volume flow can be transported. At the same time, a high volume flow also means that a larger amount of cooler air can be brought to the heat exchanger.

Der Anmelderin ist aus der eigenen Praxis bekannt, Wärmetauscherrohre in mehreren Reihen hintereinander anzuordnen. Ziel ist es, bei kleinem Bauvolumen eine hohe Wärmeleistung am Wärmetauscher zu übertragen. Hierzu können die Wärmetauscherrohre so hintereinander angeordnet sein, dass sich ein Wärmetauscherrohr in der zweiten Reihe gewissermaßen im Windschatten des Rohrs der ersten Reihe befindet. Die Rohre der aufeinanderfolgenden Reihen sind in diesem Sinne fluchtend angeordnet. Es ist auch bekannt, die Wärmetauscherrohre unmittelbar aufeinander folgender Reihen zueinander verschoben anzuordnen. Bei der verschobenen Anordnung befinden sich die Anströmflächen der nachgeschalteten Rohrreihen nicht im unmittelbaren Windschatten der Rohre der davor liegenden Rohrreihe.The applicant is known from his own practice to arrange heat exchanger tubes in several rows one behind the other. The aim is to transfer a high heat output to the heat exchanger with a small construction volume. For this purpose, the heat exchanger tubes can be arranged one behind the other so that a heat exchanger tube in the second row is effectively in the lee of the tube of the first row. The tubes of the successive rows are arranged in alignment in this sense. It is also known to arrange the heat exchanger tubes of immediately consecutive rows displaced relative to each other. In the shifted arrangement, the inflow surfaces of the downstream rows of tubes are not in the immediate lee of the tubes of the preceding row of tubes.

Um das Bauvolumen eines Wärmetauschers möglichst gering zu halten, wurden bislang möglichst viele Rohre und Rippen auf engem Raum angeordnet. Daher ist die Teilung, d. h. der Abstand, zwischen den Rohren vergleichsweise gering. Zwischen den einzelnen mit Rippen versehenen Rohren bleibt nur ein sehr geringer Spalt, so dass die Rippendichte insgesamt hoch ist. Jedoch ist dann auch der Druckverlust hoch und damit eine erhöhte elektrische Leistung für den Lüfter erforderlich.In order to keep the volume of construction of a heat exchanger as low as possible, so far as many pipes and ribs have been arranged in a small space. Therefore, the division, i. H. the distance between the tubes comparatively low. Between the individual ribbed tubes remains only a very small gap, so that the rib density is high overall. However, then the pressure loss is high and thus an increased electrical power for the fan required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher aufzuzeigen, welcher einen verbesserten k-Wert besitzt.The invention has for its object to provide a heat exchanger, which has an improved k value.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention solves this problem by a heat exchanger having the features of patent claim 1.

Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige, nicht selbstverständigliche Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens.The subclaims relate to appropriate, not self-evident embodiments of the inventive concept.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfasst Rohre mit äußeren Rippen, wobei mehrere Reihen der Rohre in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die von der Strömung durchsetzte Fläche wird als Ansichtsfläche des Wärmetauschers bezeichnet. Die hintereinander angeordneten Reihen der Rohre verlaufen quer zur Anströmrichtung. Die Rohre aufeinander folgender Reihen sind um einen Querversatz parallel zur vorhergehenden Reihe verschoben, das heißt, quer zur Anströmrichtung. Der Querversatz ist ungleich einem Querteilungsabstand, der ebenfalls quer zur Anströmrichtung gemessen wird. Mit anderen Worten sind die Rohre der aufeinander folgenden Reihen nicht in Anströmrichtung fluchtend angeordnet.The heat exchanger according to the invention comprises tubes with outer ribs, wherein a plurality of rows of the tubes are arranged one behind the other in the flow direction. The surface penetrated by the flow is referred to as the viewing surface of the heat exchanger. The successively arranged rows of tubes run transversely to the direction of flow. The tubes of successive rows are offset by a transverse offset parallel to the previous row, that is, transverse to the direction of flow. The transverse offset is not equal to a transverse spacing, which is also measured transversely to the direction of flow. In other words, the tubes of the successive rows are not aligned in the direction of flow.

Alternativ sind die innerhalb einer Reihe benachbarten Rohre um einen in Anströmrichtung zu messenden Längsversatz zueinander versetzt angeordnet. Die Rohre können zueinander alternierend versetzt sein, so dass sich gewissermaßen eine zickzack-förmige Reihe ergibt. Der Längsversatz, das heißt, der Versatz in Strömungsrichtung, ist kleiner als ein Längsteilungsabstand. Der Längsteilungsabstand wird zwischen den Rohren aufeinander folgender Reihen gemessen.Alternatively, the adjacent tubes within a row are offset from each other by a longitudinal offset to be measured in the direction of flow. The tubes may be offset alternately to each other, so that in a sense results in a zigzag-shaped row. The longitudinal offset, that is, the offset in the flow direction, is smaller than a longitudinal pitch. The pitch spacing is measured between the tubes of successive rows.

Der Längsversatz ist bevorzugt halb so groß wie der Längsteilungsabstand. Dies bezieht sich auf die versetzte Anordnung der innerhalb einer Reihe benachbarten Rohre. Bei der verschobenen Anordnung, bei welcher die Rohrreihen zueinander verschoben sind, ist der Querversatz vorzugsweise halb so groß wie der Querteilungsabstand. Für die Erfindung ist der Querteilungsabstand eine wichtige Größe. Er wird nachfolgend auch kurz als Teilungsabstand bezeichnet.The longitudinal offset is preferably half the size of the longitudinal pitch. This refers to the staggered arrangement of the tubes adjacent within a row. In the shifted arrangement in which the rows of tubes to each other are shifted, the transverse offset is preferably half as large as the transverse pitch. For the invention, the transverse spacing is an important quantity. It will also be referred to below as the pitch.

Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass der Querteilungsabstand der Rohre einer Reihe größer ist als die quer zur Ansichtsebene dieser Reihe gemessene mittlere Breite der Rippen, so dass ein Spalt zwischen den Rippen benachbarter Rohre mit dem 0,1 bis 0,5-fachen der mittleren Breite vorhanden ist. Zusätzlich besitzen die viereckigen Rippen Winglets.In the invention, it is provided that the transverse spacing of the tubes of a row is greater than the mean width of the ribs measured transversely to the plane of view of this row, so that a gap between the ribs of adjacent tubes is 0.1 to 0.5 times the mean Width is available. In addition, the quadrangular ribs have winglets.

Diese Konstellation aus viereckigen Rippen in Kombination mit den zueinander versetzt angeordneten Rohren, der vorgesehenen mittleren Breite des Spaltes und den Winglets hat überraschender Weise enorm positive Auswirkungen auf die Wärmeübertragungsleistung Q . eines solchen Wärmeaustauschers. Es wurde eine Möglichkeit gefunden, den k-Wert zu erhöhen und gleichzeitig die mittlere Temperaturdifferenz Δϑm zu verbessern. Es gibt viele Entwicklungen, bei denen zum Beispiel durch Turbulenzerzeugung an den Rippen eine Wärmeübertragungsverbesserung bewirkt wird. In der Regel haben diese Änderungen zur Folge, dass die treibende Temperaturdifferenz Δϑm verschlechtert wird, immer unter der Maßgabe gleicher elektrischer Energie, die in das System eingebracht werden muss.This constellation of square ribs in combination with the mutually offset tubes, the intended average width of the gap and the winglets has surprisingly enormous positive effects on the heat transfer performance Q. such a heat exchanger. A possibility has been found to increase the k-value while improving the average temperature difference Δθm. There are many developments in which, for example, turbulence generation at the fins causes heat transfer improvement. As a rule, these changes result in the driving temperature difference Δθm being degraded, always under the condition of equal electrical energy which has to be introduced into the system.

Die Vorteile der Erfindung lassen sich am besten dann erkennen, wenn als Zielsetzung eine hohe Wärmetauscherleistung bei niedriger elektrischer Leistung für die Ventilatoren vorausgesetzt wird. Das sind die typischen Anforderungen an Wärmetauscher in industriellen Anwendungen.The advantages of the invention can best be seen when the objective is a high heat exchanger performance at low electric power for the fans is assumed. These are the typical requirements for heat exchangers in industrial applications.

Die elektrische Leistung der Ventilatoren ist proportional zu dem Produkt aus Volumenstrom und Druckverlust. Wenn der Druckverlust reduziert werden kann, besteht die Möglichkeit, bei konstanter elektrischer Leistung den Volumenstrom zu erhöhen. Hiervon macht die Erfindung Gebrauch. Der erhöhte Volumenstrom führt allerdings nicht zu einer Reduzierung der mittleren Temperaturdifferenz Δϑm zwischen Luft und dem zu kühlenden Produkt, sondern – im Gegensatz zu anderen Lösungen – zu einer Verbesserung. In Kombinationen mit dem sich ebenfalls verbessernden k-Wert ist die Wärmetauscherleistung signifikant besser als bei Systemen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale und bezogen auf dieselbe elektrische Leistung für die Ventilatoren.The electrical power of the fans is proportional to the product of volume flow and pressure loss. If the pressure loss can be reduced, it is possible to increase the flow rate with constant electrical power. The invention makes use of this. However, the increased volume flow does not lead to a reduction of the average temperature difference Δθm between air and the product to be cooled, but - in contrast to other solutions - to an improvement. In combination with the likewise improving k-value, the heat exchanger performance is significantly better than in systems without the inventive features and based on the same electrical power for the fans.

Das Ziel einer hohen Wärmetauscherleistung bei niedriger elektrischer Leistung wird durch die Kombination verschiedener Maßnahmen erreicht: Einerseits muss der Teilungsabstand zwischen einander benachbarten Rohren in einer besonderen Art und Weise verändert werden. Die Modifikation des Teilungsabstandes führt zu einer Reduzierung des Druckverlustes zwischen Eingangs- und Ausgangsseite und ermöglicht es, höhere Strömungsgeschwindigkeiten bei niedriger elektrischer Leistung zu fahren. Allein dadurch ergibt sich jedoch keine Verbesserung des Wärmedurchgangskoeffizienten. Es muss hinzukommen, dass die Rohre zueinander versetzt oder verschoben angeordnet sind. Die Erfindung sieht mindestens zwei hintereinanderliegende Reihen von Rippenrohren vor. Der Querversatz ist bevorzugt so gewählt, dass sich die Ansichtsflächen der Rohre möglichst wenig überschneiden. Dadurch liegen die der Ansichtsfläche zugewandten Stirnseiten der Wärmetauscherrohre unmittelbar im Luftstrom und erfahren eine maximale Kühlung. Die Rohre in der ersten Reihe, d. h. in der zuerst angeströmten Reihe, geben Wärme ab, so dass sich die Kühlluft bei einer angenommenen Eintrittstemperatur von 30°C über den Weg der ersten Rippe z. B. auf 45°C erhitzt. Die Temperaturdifferenz Δϑ1 im Bereich der ersten Rippe beträgt in diesem Fall 15°C. Mit dieser Eintrittstemperatur wird dann die nachfolgende Rohrreihe gekühlt. Hier erwärmt sich die Kühlluft beispielsweise von 45°C auf 55°C. Die Temperaturdifferenz Δϑ2 ist dementsprechend von 15°C auf 10°C gefallen, bezogen auf diese Rippenreihe. In einer dritten Reihe wärmt sich die Kühlluft dann beispielsweise noch einmal von 55°C auf 62°C auf. Die Temperaturdifferenz Δϑ3 beträgt lediglich 7°C. Dieses Beispiel zeigt, dass die mittlere Temperaturdifferenz Δϑm zwischen dem zu kühlenden Produkt in den Rohren und der Kühlluft maßgeblich durch die Anordnung und Gestalt der Rippenrohre beeinflusst wird. Auch die Strömungsführung des Produkts hat erheblichen Einfluss auf die mittlere Temperaturdifferenz Δϑm zwischen Produkt und Kühlluft. Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wärmetauschers ein hoher k-Wert bei hoher mittlerer Temperaturdifferenz Δϑm erreicht. Zwar fällt die auf eine einzelne Reihe bezogene Temperaturdifferenz Δϑi naturgemäß mit der Anzahl der aufeinanderfolgenden Rohrreihen ab, allerdings ist die Anordnung der Rohre mit dem Spalt zwischen den Rippen unter Berücksichtigung aller Parameter so günstig für den k-Wert und gleichzeitig für die über alle Rohrreihen gemittelte Temperaturdifferenz Δϑm, dass sich sehr große Wärmeströme bei nur geringfügiger Vergrößerung der Baugröße des Wärmetauschers ergeben. Selbst wenn das Bauvolumen nicht vergrößert wird und mithin aufgrund der vergrößerten Spaltbreite weniger Material verbaut wird, ergeben sich bessere Wärmeübertragungsleistungen als bei Systemen ohne die erfindungsgemäßen Merkmale.The goal of high heat exchanger performance at low electrical power is achieved by the combination of various measures: on the one hand, the pitch between adjacent pipes must be changed in a particular way. The modification of the pitch results in a reduction of the pressure loss between input and output sides and makes it possible to drive higher flow velocities at low electrical power. However, this alone does not improve the heat transfer coefficient. It must be added that the tubes are arranged offset or shifted to each other. The invention provides at least two rows of finned tubes one behind the other. The transverse offset is preferably selected so that the viewing surfaces of the tubes overlap as little as possible. As a result, the faces of the heat exchanger tubes facing the viewing surface lie directly in the air flow and experience maximum cooling. The tubes in the first row, d. H. in the first streamed row, give off heat, so that the cooling air at an assumed inlet temperature of 30 ° C over the path of the first rib z. B. heated to 45 ° C. The temperature difference Δθ1 in the region of the first rib is in this case 15 ° C. With this inlet temperature, the following row of tubes is then cooled. Here, the cooling air heats up, for example, from 45 ° C to 55 ° C. Accordingly, the temperature difference Δθ2 has fallen from 15 ° C to 10 ° C with respect to this fin row. In a third row, for example, the cooling air then heats up again from 55 ° C to 62 ° C. The temperature difference Δθ3 is only 7 ° C. This example shows that the average temperature difference Δθm between the product to be cooled in the tubes and the cooling air is significantly influenced by the arrangement and shape of the finned tubes. The flow guidance of the product also has a considerable influence on the mean temperature difference Δθm between product and cooling air. Overall, with the embodiment of the heat exchanger according to the invention, a high k value is achieved with a high average temperature difference Δθm. Although the temperature difference .DELTA.i related to a single row naturally decreases with the number of successive rows of tubes, the arrangement of the tubes with the gap between the ribs taking into account all the parameters is so favorable for the k value and at the same time for the average over all rows of tubes Temperature difference Δθm that result in very large heat flows with only a small increase in the size of the heat exchanger. Even if the volume of construction is not increased and therefore less material is installed due to the increased gap width, better heat transfer results than in systems without the features according to the invention.

Die Rippen des Wärmetauschers sind in ihrer Grundform viereckig. Sie können quadratisch oder rechteckig sein, so dass ihre einander benachbarten Seiten parallel zueinander verlaufen. Die einander benachbarten Seiten können aber auch im Winkel zueinander stehen. Die Rippen können daher auch trapezförmig sein, wobei ihre Breite in Strömungsrichtung zunimmt. Bei trapezförmigen Rippen wird im Rahmen dieser Erfindung von einer mittleren Breite der Rippen bzw. mittleren Spaltbreite gesprochen. Die Breite des Spaltes nimmt bevorzugt in Strömungsrichtung ab. Die Spaltbreite ist aber auch an der engsten Stelle größer als Null und beträgt vorzugsweise mindestens 1,0 mm.The ribs of the heat exchanger are quadrangular in their basic form. They can be square or rectangular, so that their adjacent sides are parallel to each other. The adjacent sides can also be at an angle to each other. The ribs can therefore also be trapezoidal, with their width increases in the flow direction. In trapezoidal ribs is spoken in the context of this invention of a mean width of the ribs or average gap width. The width of the gap preferably decreases in the flow direction. The gap width is also greater than zero at the narrowest point and is preferably at least 1.0 mm.

Ein weiteres wichtiges Element der Erfindung sind die Winglets. Die Winglets können mehreckig, insbesondere viereckig, zum Beispiel trapezförmig sein. Die Winglets können auch dreieckig sein. Bei den Winglets handelt es sich vorzugsweise um Ausstellungen aus dem Rippenmaterial. Diese Ausstellungen führen dazu, dass in unmittelbarer Nachbarschaft der Winglets Öffnungen in den Rippen vorhanden sind, durch welche die Kühlluft strömen kann. Die Winglets besitzen vorzugsweise eine Höhe in einem Bereich von 70% bis 100% des Rippenabstandes eines Rohres. Die Winglets stützen sich nicht unbedingt an der benachbarten Rippe eines Rippenrohres ab, sondern überbrücken diesen Abstand nur zu einem Großteil. Vorzugsweise liegt die Höhe der Winglets in einem Bereich von 80% bis 90% des Rippenabstandes. Bei diesen Werten haben sich die besten Ergebnisse gezeigt. Die Erfindung sieht sowohl Winglets vor, die materialeinheitlich einstückiger Bestandteil der Rippe sind, also auch Winglets, die als separate Bauteile mit der Rippe verbunden sind. Der Begriff ”Winglet” bedeutet daher nicht, dass zwingend auch eine Öffnung neben dem Winglet vorhanden ist, allerdings bevorzugt angeordnet sein kann. Die Winglets stehen bevorzugt senkrecht oder im Rahmen der Fertigungstoleranzen im Wesentlichen senkrecht zu den Rippen. Die Winglets können bei Bedarf aber auch von 90° abweichende Winkel mit den Rippen einschließen.Another important element of the invention are the winglets. The winglets may be polygonal, in particular quadrangular, for example trapezoidal. The winglets can also be triangular. The winglets are preferably exhibitions of the rib material. These exhibitions lead to the fact that in the immediate vicinity of the winglets openings are present in the ribs, through which the cooling air can flow. The winglets preferably have a height in a range of 70% to 100% of the rib spacing of a pipe. The winglets are not necessarily based on the adjacent rib of a finned tube, but bridge this distance only to a large extent. Preferably, the height of the winglets is in a range of 80% to 90% of the rib spacing. These values have shown the best results. The invention provides both winglets, which are integrally integral part of the rib, so also winglets, which are connected as separate components with the rib. The term "winglet" therefore does not mean that an opening adjacent to the winglet is necessarily present, but may preferably be arranged. The winglets are preferably perpendicular or within the scope of manufacturing tolerances substantially perpendicular to the ribs. If necessary, the winglets can also include angles other than 90 ° with the ribs.

Die Anordnung der Winglets hat ebenfalls Einfluss auf den k-Wert. Die Winglets befinden sich vorzugsweise im Eckbereich einer Rippe und in einem Abstand von Längsseiten und Querseiten der rechteckigen Rippen. Jede Rippe besitzt mindestens vier Winglets und insbesondere genau diese vier Winglets.The arrangement of the winglets also influences the k-value. The winglets are preferably located in the corner region of a rib and at a distance from the longitudinal sides and transverse sides of the rectangular ribs. Each rib has at least four winglets and especially these four winglets.

Die Winglets befinden sich vorzugsweise im Bereich der Diagonalen der viereckigen Rippen, insbesondere in einem Bereich von 40% bis 60% des Abstandes von einer Ecke einer Rippe zum zentralen Rohr, das die Rippe durchsetzt.The winglets are preferably in the area of the diagonal of the quadrangular ribs, in particular in a range of 40% to 60% of the distance from a corner of a rib to the central tube passing through the rib.

Die Winglets besitzen eine Basis, über welche sie mit den Rippen verbunden sind. Die Orientierung der Basis hat ebenfalls Einfluss auf den k-Wert des Wärmetauschers. Vorzugsweise steht die Basis in einem Winkel von 20° bis 50°, insbesondere 20° bis 40°, zur benachbarten Längsseite der Rippe. Insbesondere beträgt der Winkel 30°. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Längsseite der Rippe parallel zur Strömungsrichtung liegt. Bei trapezförmigen Rippen ist der Begriff ”Längsseite” gleichzusetzen mit der Strömungsrichtung bzw. Mittellängsachse der Rippen. Alle Winglets einer Rippe sind vorzugsweise zu einer einzigen Seite der Rippe ausgestellt. Die Winglets sind zum Beispiel gleichschenklige Dreiecke. Sie können für diesen Fall eine Basis besitzen, die vorzugsweise länger ist als die beiden anderen Schenkel des Dreiecks. Das Verhältnis zwischen Länge der Basis und Höhe der Winglets liegt bevorzugt in einem Bereich von 2:1 bis 5:1.The winglets have a base through which they are connected to the ribs. The orientation of the base also affects the k-value of the heat exchanger. Preferably, the base is at an angle of 20 ° to 50 °, in particular 20 ° to 40 °, to the adjacent longitudinal side of the rib. In particular, the angle is 30 °. It is assumed that the longitudinal side of the rib is parallel to the flow direction. For trapezoidal ribs, the term "longitudinal side" is to be equated with the flow direction or central longitudinal axis of the ribs. All winglets of a rib are preferably exposed to a single side of the rib. The winglets are for example isosceles triangles. You may have a base for this case, which is preferably longer than the other two legs of the triangle. The ratio between the length of the base and the height of the winglets is preferably in a range of 2: 1 to 5: 1.

Die Winglets können ebenso viereckig sein. Bei einer Trapezform ist das Winglet über die breitere Basis mit der Rippe verbunden. Seine schmalere Oberseite weist von der Rippe weg. Das Verhältnis zwischen der Länge der Basis und der Höhe der Winglets liegt hierbei in einem Bereich von 2:1 bis 8:1. Vorzugsweise beträgt es 5:1.The winglets can be square as well. In a trapezoidal shape, the winglet is connected to the rib via the wider base. Its narrower upper side points away from the rib. The ratio between the length of the base and the height of the winglets is in a range of 2: 1 to 8: 1. It is preferably 5: 1.

Zusätzlich zu den Winglets können Turbulatoren an den Rippen angeordnet sein, beispielsweise in Form von dreieckigen oder rechteckigen Ausstellungen.In addition to the winglets, turbulators may be arranged on the ribs, for example in the form of triangular or rectangular displays.

Um die Montage des Wärmetauschers zu vereinfachen, sind die Rippen bzgl. ihrer Längsachse spiegelsymmetrisch aufgebaut. Das heißt, in jedem Eckbereich der Rippe befindet sich ein Winglet. Parallel zu den Längsseiten können Turbulatoren in der gewünschten Anzahl angeordnet sein. Es ist im Abstand von jeder Längsseite wenigstens ein Turbulator vorhanden.In order to simplify the assembly of the heat exchanger, the ribs are constructed mirror-symmetrically with respect to their longitudinal axis. That is, in each corner of the rib is a winglet. Turbulators can be arranged in the desired number parallel to the longitudinal sides. There is at least one turbulator at a distance from each longitudinal side.

Neben der Form der Winglets hat auch die Form der Rippen einen Einfluss auf den k-Wert. Die rechteckigen Rippen können ein Seitenverhältnis von 1:1 bis 3:1 aufweisen. Das heißt, dass die Rippen im Extremfall quadratisch sind. Die bevorzugt längeren Längsseiten einer solchen Rippe weisen in Strömungsrichtung. Die Querseiten stehen senkrecht zur Strömungsrichtung.In addition to the shape of the winglets, the shape of the ribs also has an influence on the k value. The rectangular ribs may have an aspect ratio of 1: 1 to 3: 1. This means that the ribs are square in the extreme case. The preferably longer longitudinal sides of such a rib point in the flow direction. The transverse sides are perpendicular to the flow direction.

Die Spaltbreite des Spaltes zwischen den Rippen einer Reihe beträgt vorzugsweise 15% bis 45% der mittleren Breite der Rippen. Insbesondere beträgt die Spaltbreite 15% bis 30% der mittleren Breite der Rippen. Bei diesen Werten haben sich sehr gute k-Wertverbesserungen gezeigt. Dasselbe gilt für die trapezförmigen Rippen, bei denen eine mittlere Spaltbreite anzunehmen ist.The gap width of the gap between the ribs of one row is preferably 15% to 45% of the mean width of the ribs. In particular, the gap width is 15% to 30% of the average width of the ribs. These values have shown very good k-value improvements. The same applies to the trapezoidal ribs, in which an average gap width is assumed.

Die Rohre können im Querschnitt kreisrund sein. Die Rohre sind im Querschnitt bevorzugt elliptisch. Vorteilhaft ist die mittlere Breite der Rippen etwa doppelt so groß wie die kurze Hauptachse der Ellipse. Die Ellipse besitzt eine Breite (kurze Hauptachse) von z. B. 14 mm, so dass die Rippe eine mittlere Breite von etwa 28 mm besitzt. Der Spalt zwischen den Rippen besitzt eine Spaltbreite in einem Bereich von 4 mm bis 8 mm. Bei dieser Konfiguration haben sich Steigerungen des k-Wertes im zweistelligen Prozentbereich ergeben, was in Anbetracht der jahrzehntelangen Weiterentwicklungen auf diesem technischen Gebiet eine enorme und unerwartete Steigerung ist. Wesentlich zur Steigerung des Rippenwirkungsgrades tragen die zum Beispiel deltaförmigen Winglets als Mittel zur Turbulenzerzeugung bei. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine durch CFD-Simulationen errechnete und durch praktische Versuche belegte Steigerung des k-Wertes, wobei sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher bei geringerem Materialeinsatz kostengünstiger herstellen lässt.The tubes may be circular in cross-section. The tubes are preferably elliptical in cross section. Advantageously, the average width of the ribs is about twice as large as the short major axis of the ellipse. The ellipse has a width (short major axis) of z. B. 14 mm, so that the rib has an average width of about 28 mm. The gap between The ribs have a gap width in a range of 4 mm to 8 mm. With this configuration, k-value increases have been in the double-digit percentage range, which is a tremendous and unexpected increase in view of the decades of development in this technical field. The deltoid winglets, for example, contribute significantly to increasing the efficiency of the ribs as a means of generating turbulence. The arrangement according to the invention allows an increase in the k value calculated by CFD simulations and proven by practical tests, whereby the heat exchanger according to the invention can be produced less expensively with less use of material.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den rein schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the purely schematic drawings. It shows:

1 bis 9 Schnittdarstellungen durch Teilbereiche von Wärmetauschern unterschiedlicher Ausführungsformen in der Draufsicht auf die Rippen der Wärmetauscher; 1 to 9 Sectional views through portions of heat exchangers of different embodiments in the plan view of the ribs of the heat exchanger.

10 eine Draufsicht auf eine einzelne Rippe eines Rohres eines Wärmetauschers gemäß der Ausführungsform der 5 und 6; 10 a plan view of a single rib of a tube of a heat exchanger according to the embodiment of the 5 and 6 ;

11 einen Teilbereich eines mit Rippen versehenen Rohres des Wärmetauschers der 5 und 6; 11 a portion of a finned tube of the heat exchanger of 5 and 6 ;

12 eine perspektivische Darstellung der Rippe für ein Rohr eines Wärmetauschers der 5 und 6; 12 a perspective view of the rib for a tube of a heat exchanger of 5 and 6 ;

13 eine Draufsicht auf eine einzelne Rippe eines Rohrs eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers der 3 und 4; 13 a plan view of a single rib of a tube of a heat exchanger according to the invention the 3 and 4 ;

14 eine perspektivische Darstellung einer Rippen gemäß der 3, 4 und 13; 14 a perspective view of a ribs according to the 3 . 4 and 13 ;

15 in vergrößterter Darstellung ein trapezförmiges Winglet an der Rippe gemäß 14 und 15 in an enlarged view of a trapezoidal winglet on the rib according to 14 and

16 den Zusammenhang zwischen dem k-Wert sowie dem Δp-Wert und der Strömungsgeschwindigkeit unterschiedlicher Wärmetauscherbauarten. 16 the relationship between the k value and the Δp value and the flow rate of different types of heat exchangers.

1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Teilbereich eines Wärmetauschers 1. Der Wärmetauscher 1 umfasst eine Vielzahl von elliptischen Rohren 2 mit äußeren, rechteckigen Rippen 3. Mehrere der außen berippten Rohre 2 sind in hintereinanderliegenden Reihen R1, R2 angeordnet. Der Wärmetauscher 1 wird bei diesem Ausführungsbeispiel in der Bildebene von unten in Richtung des Pfeils P außenseitig von Kühlluft angeströmt. Die Kühlluft kann beispielsweise angesaugt werden. Ein nicht näher dargestellter Lüfter benötigt hierzu eine elektrische Leistung Pel. Der Lüfter erzeugt einen Volumenstrom V ., welcher mit einer Strömungsgeschwindigkeit v durch die Ansichtsfläche 4 gefördert wird. Die Ansichtsfläche 4 ist die der Strömung zugewandte Anströmseite des Wärmetauschers 1. 1 shows a sectional view through a portion of a heat exchanger 1 , The heat exchanger 1 includes a variety of elliptical tubes 2 with outer, rectangular ribs 3 , Several of the outside ribbed pipes 2 are arranged in successive rows R1, R2. The heat exchanger 1 is in this embodiment in the image plane from the bottom in the direction of arrow P on the outside of cooling air flowing. The cooling air can be sucked, for example. A non-illustrated fan requires this an electric power Pel. The fan generates a volume flow V., which at a flow velocity v through the viewing surface 4 is encouraged. The viewing area 4 is the flow facing the upstream side of the heat exchanger 1 ,

Die Rohre 2 werden von einem zu kühlenden Medium oder auch Produkt durchströmt. Das Medium kann flüssig oder gasförmig sein. Das Medium gibt Wärme an das Rohr 2 und damit an die Rippen 3 ab. Die Kühlluft nimmt die Wärme auf. Dadurch steigt die Temperatur der Kühlluft von Reihe R1 um die Temperaturdifferenz Δϑ1 und über die nachgeschaltete Rohrreihe R2 von Rohren 2 um die Temperaturdifferenz Δϑ2. Insgesamt ergibt sich eine Temperaturerhöhung Δϑ der Kühlluft und eine mittlere Temperaturdifferenz zwischen der Kühlluft und dem zu kühlenden Produkt von Δϑm sowie ein Druckverlust Δp zwischen der Eintritts- und der Austrittsseite des Wärmetauschers 1.The pipes 2 are flowed through by a medium to be cooled or product. The medium can be liquid or gaseous. The medium gives heat to the pipe 2 and with it to the ribs 3 from. The cooling air absorbs the heat. As a result, the temperature of the cooling air of row R1 increases by the temperature difference Δθ1 and via the downstream tube row R2 of tubes 2 around the temperature difference Δθ2. Overall, there is a temperature increase Δθ of the cooling air and an average temperature difference between the cooling air and the product to be cooled of Δθm and a pressure drop Δp between the inlet and the outlet side of the heat exchanger 1 ,

Bei der Ausführungsform des Wärmetauschers gemäß 1 sind die Rohre 2 in Anströmungsrichtung hintereinander angeordnet. Diese Anordnung wird als versetzte Anordnung bezeichnet, weil die Rohre 2 einer Rohrreihe R1, R2 jeweils nicht auf einer geraden Linie liegen, sondern in Strömungsrichtung der Kühlluft vor- und zurückversetzt sind. Der Versatz in Richtung der Strömung der Kühlluft zwischen benachbarten Rohren ist der Längsversatz LV. Er ist halb so groß wie die Längsteilung LT der zickzack-förmig verlaufenden Reihen R1, R2.In the embodiment of the heat exchanger according to 1 are the pipes 2 arranged in the flow direction one behind the other. This arrangement is referred to as staggered arrangement because the tubes 2 a row of tubes R1, R2 respectively do not lie on a straight line, but in the flow direction of the cooling air forward and backward are. The offset in the direction of the flow of cooling air between adjacent tubes is the longitudinal offset LV. It is half the size of the longitudinal pitch LT of the zigzag-shaped rows R1, R2.

Im Unterschied zur versetzten Anordnung zeigt 2 eine geschobene Anordnung, bei welcher die einzelnen Rohre 2 einer Rohrreihe R1, R2 quer zur Anströmrichtung der Kühlluft um den Querversatz VQ verschoben sind. Der Querversatz VQ ist halb so groß wie die Querteilung TQ. Die Mittelpunkte einer Rohrreihe R1, R2 liegen bei 2 auf einer gemeinsamen Achse. Diese Anordnung wird als geschobene Anordnung bezeichnet.In contrast to the staggered arrangement shows 2 a pushed arrangement in which the individual tubes 2 a row of tubes R1, R2 are moved transversely to the direction of flow of the cooling air to the transverse offset VQ. The transverse offset VQ is half the size of the transverse division TQ. The centers of a row of tubes R1, R2 are enclosed 2 on a common axis. This arrangement is referred to as a pushed arrangement.

Der Begriff ”Reihe” bezieht sich unabhängig davon, ob es sich um eine geschobene oder versetzte Anordnung handelt, auf die Rohre 2 einer zuerst angeströmten Reihe R1 bzw. die Rohre 2 einer nachfolgenden Rohrreihe R2. Der Begriff ”Reihe” kann insbesondere bei der versetzten Anordnung auch bedeuten, dass die Rohre 2 nicht exakt auf einer Linie liegen, sondern gewissermaßen zickzack-förmig aufeinander folgen.The term "row" refers to the tubes, regardless of whether it is a pushed or staggered arrangement 2 a first streamed row R1 and the tubes 2 a subsequent row of tubes R2. The term "row" may also mean, in particular in the staggered arrangement, that the tubes 2 do not lie exactly on a line, but follow one another in a zigzag shape.

Die Erfindung sieht sowohl bei der Ausführungsform der 1 als auch bei der Ausführungsform der 2 vor, dass die einzelnen Rohre 2 einer Reihe R1, R2 in einem bestimmten Querteilungsabstand QT oder kurz Teilungsabstand zueinander angeordnet sind. Der Teilungsabstand TQ ist größer als die parallel zur Ansichtsfläche 4 gemessene Breite B einer Rippe 3. Dadurch ergibt sich ein Spalt 5 mit einer Spaltbreite S, die in einem Bereich des 0,1 bis 0,5-fachen der Breite B liegt. Der Teilungsabstand TQ ergibt aus der Summe der Breite B einer Rippe 3 und der Spaltbreite S eines Spaltes 5 (TQ = B + S).The invention provides both in the embodiment of the 1 as well as in the embodiment of 2 before that the individual pipes 2 a row R1, R2 in a particular one Transverse division distance QT or short pitch are arranged to each other. The pitch TQ is greater than that parallel to the viewing area 4 measured width B of a rib 3 , This results in a gap 5 with a gap width S which is in a range of 0.1 to 0.5 times the width B. The pitch TQ results from the sum of the width B of a rib 3 and the gap width S of a gap 5 (TQ = B + S).

Während bei der geschobenen Anordnung in 1 die Rohre 2 zweier aufeinander folgender Reihen R1, R2 in Strömungsrichtung fluchtend hintereinander liegen, sind die Rohre 2 bei der Ausführungsform der 2 um einen halben Teilungsabstand TQ zueinander verschoben. Dadurch befinden sich der Strömung zugewandte Stirnseiten der Rohre 2 in einer Position, in welcher sie direkt von der angesaugten Luft angeströmt werden können. Im Unterschied zu Wärmetauschern, bei denen der Spalt 5 so klein wie möglich gehalten wurde, ist die Abschattung der Stirnseite der Rohre 2 in der zweiten Reihe R2 geringer. Das hat zur Folge, dass der Druckverlust Δp1 über die erste Reihe R1 geringer ist, als bei einem Wärmetauscher 1 ohne entsprechende mittlere Spaltbreite S. Selbstverständlich ist auch der gesamte Druckverlust Δp zwischen der Ein- und Austrittsseite geringer als bei einer Anordnung ohne entsprechend breitere Spalte 5.While in the pushed arrangement in 1 the pipes 2 two successive rows R1, R2 are aligned in the flow direction one behind the other, are the tubes 2 in the embodiment of the 2 shifted by half the pitch TQ to each other. As a result, there are the flow-facing end faces of the tubes 2 in a position where they can be flowed directly by the sucked air. Unlike heat exchangers, where the gap 5 As small as possible, is the shading of the front side of the tubes 2 lower in the second row R2. As a result, the pressure loss Δp1 across the first row R1 is lower than in a heat exchanger 1 without corresponding average gap width S. Of course, the total pressure loss .DELTA.p between the inlet and outlet side is lower than in an arrangement without a correspondingly wider column 5 ,

Die Vorteile, die sich bei der Ausführungsform der 2 ergeben haben, wurden auch bei der Ausführungsform der 1 festgestellt. Die größere Spaltbreite S führt zu einer Reduzierung des Druckverlustes, aber nicht unbedingt zu einer Reduzierung des Wärmeübergangskoeffizienten K.The advantages that arise in the embodiment of the 2 were also in the embodiment of the 1 detected. The larger gap width S leads to a reduction of the pressure loss, but not necessarily to a reduction of the heat transfer coefficient K.

Die in den 1 und 2 angeführten Bezugszeichen werden für gleiche Bauteile auch bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen verwendet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nur auf die Unterschiede gegenüber den Ausführungsformen der 1 und 2 eingegangen. Die Beschreibung der 1 und 2 ist mithin übergreifend für die weiteren Ausführungsbeispiele zu verstehen.The in the 1 and 2 Reference numerals are used for the same components in the following embodiments. To avoid repetition is only to the differences compared to the embodiments of 1 and 2 received. The description of 1 and 2 is therefore to be understood across the other embodiments.

Neben der verschobenen bzw. versetzten Anordnung und der vorgesehenen Spaltbreite S besitzen die Rippen 3 in ihrem Eckbereich E sogenannte Winglets 6a (10). Zusätzlich zu den Winglets 6a können im Bereich der Längsseiten 7 Turbulatoren 13 angeordnet sein, wie sie in den 3 und 4 zu erkennen sind. Die Ausführungsbeispiele der 3 und 4 unterscheiden sich von denjenigen der 1 und 2 ausschließlich durch die zusätzlichen Turbulatoren 13 an den Rippen 3. Einzelheiten zu den Turbulatoren 13 und zu der Gestalt der Rippen 3 sind in den 13 bis 15 dargestellt.In addition to the shifted or staggered arrangement and the intended gap width S have the ribs 3 in their corner E so-called winglets 6a ( 10 ). In addition to the winglets 6a can in the area of the long sides 7 turbulators 13 be arranged as they are in the 3 and 4 can be seen. The embodiments of the 3 and 4 differ from those of 1 and 2 exclusively by the additional turbulators 13 on the ribs 3 , Details of the turbulators 13 and to the shape of the ribs 3 are in the 13 to 15 shown.

Die 5 und 6 zeigen alternative Winglets 6b, die, anders als bei den ersten vier Ausführungsbeispielen, nicht trapezförmig sind, sondern dreieckig. Im Übrigen entspricht die versetzte bzw. geschobene Anordnung der Rippen 3 in den 5, 6 derjenigen der 1 und 2. Auf die dortige Beschreibung wird zur Vermeidung von Wiederholungen Bezug genommen.The 5 and 6 show alternative winglets 6b which, unlike the first four embodiments, are not trapezoidal but triangular. Incidentally, the staggered arrangement of the ribs corresponds 3 in the 5 . 6 that of the 1 and 2 , The description there is used to avoid repetition.

In gleicher Weise entsprechen die mit den zusätzlichen Turbulatoren 13 versehenen Rippen 3, wie sie in den 7 und 8 dargestellt sind, im Wesentlichen der Ausführungsform der 3 und 4, mit dem Unterschied, dass die Winglets 6b in den Eckbereichen E dreieckig und nicht trapezförmig sind. Im Übrigen wird auf die Erläuterung zu den 3 und 4 bzw. 1 und 2 Bezug genommen.In the same way as with the additional turbulators 13 provided ribs 3 as they are in the 7 and 8th are substantially the embodiment of the 3 and 4 , with the difference that the winglets 6b in the corners E are triangular and not trapezoidal. Incidentally, the explanation of the 3 and 4 respectively. 1 and 2 Referenced.

Die Ausführungsform der 9 entspricht im Wesentlichen derjenigen der 6, das heißt, es gibt eine Anordnung von Rippen 3 in geschobener Anordnung. Der einzige Unterschied gegenüber der Ausführungsform der 6 ist, dass die Rippen 3 trapezförmig sind. Die Bemaßung der Rippe 3 bezieht sich in diesem Fall auf die mittlere Breite B bzw. die mittlere Spaltbreite S. Die Spaltbreite S nimmt in Strömungsrichtung ab, zum Beispiel von 9 mm auf 1 mm. Im Übrigen wird auf die Beschreibung der 6 bzw. 2 Bezug genommen.The embodiment of the 9 is essentially the same as that of 6 that is, there is an array of ribs 3 in a pushed arrangement. The only difference from the embodiment of the 6 is that the ribs 3 are trapezoidal. The dimension of the rib 3 in this case refers to the mean width B or the middle gap width S. The gap width S decreases in the flow direction, for example from 9 mm to 1 mm. Incidentally, the description of the 6 respectively. 2 Referenced.

10 zeigt in einer Einzeldarstellung eine Rippe 3 mit Winglets 6b in ihren Eckbereichen E. Alle Rohre 2 und Rippen 3 sind identisch gestaltet. Jede Rippe 3 besitzt vier Winglets 6b. Je ein Winglet 6b ist im Eckbereich E sowohl im Abstand von der Längsseite 7 als auch von einer Querseite 8 angeordnet. Das Längenverhältnis zwischen Längsseite 7 und Querseite 8 liegt in einem Bereich von 1:1 bis 1:3. Die lange Hauptachse ist mit HA1 und die kurze Hauptachse des elliptischen Rohres 2 ist mit HA2 gekennzeichnet. Die kurze Hauptachse HA2 besitzt in diesem Beispiel eine Länge L2 von zum Beispiel 16 mm bei einer Breite B der Rippe 3 von 26 mm. Die Länge L1 der langen Hauptachse HA1 beträgt 55 mm. 10 shows a rib in a single representation 3 with winglets 6b in their corner areas E. All pipes 2 and ribs 3 are identically designed. Every rib 3 owns four winglets 6b , One winglet each 6b is in the corner E both at a distance from the long side 7 as well as from a transverse side 8th arranged. The aspect ratio between the long side 7 and transverse side 8th is in a range of 1: 1 to 1: 3. The long major axis is HA1 and the short major axis is the elliptical tube 2 is marked HA2. The short major axis HA2 in this example has a length L2 of, for example, 16 mm at a width B of the rib 3 of 26 mm. The length L1 of the long main axis HA1 is 55 mm.

Die Winglets 6b sind als Ausstanzungen 11 aus der Rippe 3 selbst gebildet. Anhand der dreieckförmigen Ausstanzungen 11 ist zu erkennen, dass die Winglets 6b als gleichschenkelige Dreiecke ausgebildet sind. Die Winglets 6b sind jeweils senkrecht zu den Rippen 3 ausgestellt. Alle Winglets 6b weisen in dieselbe Richtung. In diesem Fall weisen sie aus der Bildebene heraus. Die Winglets 6b befinden sich im Eckbereich E nicht nur im Abstand von der Längsseite 7 und der Querseite 8, sondern auch im Abstand A von dem elliptischen Rohr 2. Sie befinden sich etwa in einem Bereich von 40% bis 60% des Abstandes A, der von der Ecke 9 zu dem Rohr 2 gemessen wird. Dieser Abstand A ist der kleinste zu messende Abstand zwischen dem Rohr 2 und der Ecke 9. Bevorzugt befinden sich die Winglets 6b in einem Winkel W in einem Bereich von 20° bis 45° zur Längsseite 7. Insbesondere beträgt der Winkel 30°.The winglets 6b are as punched out 11 from the rib 3 self-educated. Based on the triangular punched out 11 it can be seen that the winglets 6b are formed as isosceles triangles. The winglets 6b are each perpendicular to the ribs 3 issued. All winglets 6b point in the same direction. In this case, they point out of the picture plane. The winglets 6b are in the corner E not only at a distance from the long side 7 and the transverse side 8th but also at the distance A from the elliptical tube 2 , They are located in a range of 40% to 60% of the distance A from the corner 9 to the pipe 2 is measured. This distance A is the smallest distance to be measured between the tube 2 and the corner 9 , Preferably, the winglets are located 6b at an angle W in a range of 20 ° to 45 ° to the longitudinal side 7 , In particular, the angle is 30 °.

11 zeigt ein einzelnes Rohr 2 mit den darauf angeordneten Rippen 3 sowie den einzelnen Winglets 6b, die als gleichschenkelige Dreiecke ausgebildet sind. Die Winglets 6b besitzen eine Höhe H von 70% bis 95% des Rippenabstandes A1 und insbesondere eine Höhe H von 80% bis 90% des Rippenabstandes A1. 11 shows a single tube 2 with the ribs arranged on it 3 as well as the individual winglets 6b formed as isosceles triangles. The winglets 6b have a height H of 70% to 95% of the rib distance A1 and in particular a height H of 80% to 90% of the rib distance A1.

Die Basis der Winglets 6b, das heißt, diejenigen Bereiche entlang derer die Winglets 6b abgekantet und ausgestellt worden sind, besitzt jeweils eine Länge von 6 mm (10 und 12). Die als gleichschenkeliges Dreieck ausgebildeten Winglets 6b können in diesem Fall eine Höhe H von zum Beispiel 2 mm besitzen. Es handelt sich mithin um eine symmetrische Stanzstruktur.The base of the winglets 6b that is, those areas along which the winglets 6b have been folded and issued, each has a length of 6 mm ( 10 and 12 ). The winglets designed as an isosceles triangle 6b may in this case have a height H of, for example, 2 mm. It is therefore a symmetrical punching structure.

12 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Rippe 3 mit den besagten, als gleichschenkelige Dreiecke ausgebildeten Winglets 6b sowie mit einem Kragen 10, über welchen die Rippen 3 mit dem Rohr 2 in Kontakt stehen. Der Kragen 10 ist etwas höher als die Winglets 6b. Der Kragen 10 dient als Abstandshalter zwischen zwei benachbarten Rippen 3. 12 shows a perspective view of a rib 3 with the said, as isosceles triangles trained winglets 6b as well as with a collar 10 over which the ribs 3 with the pipe 2 stay in contact. The collar 10 is slightly higher than the winglets 6b , The collar 10 serves as a spacer between two adjacent ribs 3 ,

Während die in den 10 und 12 dargestellten Rippen keine zusätzlichen Turbulatoren 13 besitzen, veranschaulichen die 13 bis 15 eine alternative Ausführungsform, bei welcher nicht nur zusätzliche Turbulatoren 13 vorgesehen sind, sondern bei welchen auch die Form der Winglets geändert worden ist. Die Winglets 6a sind trapezförmig (15). Ihre Basis 12 ist breiter als ihre Oberseite 14. Das Verhältnis zwischen der Basis und Länge L3 der Basis 12 und der Höhe H liegt in einem Bereich von etwa 1:5. Das Verhältnis der Oberseite 14 zur Basis 12 liegt etwa bei 3:5, insbesondere, wenn der Winkel W1 der Flanken 15 des Winglets 6a in einem Bereich von 30° bis 60° liegt, insbesondere 45° beträgt.While in the 10 and 12 shown ribs no additional turbulators 13 own, illustrate the 13 to 15 an alternative embodiment in which not only additional turbulators 13 are provided, but in which also the shape of the winglets has been changed. The winglets 6a are trapezoidal ( 15 ). Your base 12 is wider than its top 14 , The ratio between the base and length L3 of the base 12 and the height H is in a range of about 1: 5. The ratio of the top 14 to the base 12 is about 3: 5, especially if the angle W1 of the flanks 15 of the winglet 6a is in a range of 30 ° to 60 °, in particular 45 °.

13 zeigt, dass die Winglets 6a im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 10 ebenfalls aus Ausstanzungen 11 der Rippen 3 gebildet sind, so dass sich entsprechend der Größe der Winglets 6a trapezförmige Ausstanzungen 11 in den Eckbereichen E befinden. Die Turbulatoren 13 sind ebenfalls aus Ausstanzungen 16 gebildete und in Richtung der Winglets senkrecht aus der Ebene der Rippen 3 ausgestellte Elemente. Die Ausstanzungen sind nahezu quadratisch. Dementsprechend sind die Turbulatoren 13 ebenfalls quadratisch. Die Turbulatoren 13 sind wesentlich kleiner als die Winglets 6a. Ihre Höhe ist nicht größer als diejenige der Winglets 6a. Je drei Turbulatoren 13 sind im Abstand zu den Längsseiten 7 ausgebildet. Genauso wie bei den Winglets 6a sind die ausgestanzten Bereiche 11 näher an den Längsseiten 7. Die Winglets 6a bzw. Turbulatoren 13 befinden sich dadurch näher an dem Rohr als an der Längsseite 7 bzw. der Querseite 8. Der in 13 eingezeichnete Abstand A2 zwischen der Querseite 8 und der Ausstanzung 11 ist größer als die Breite der Ausstanzung 11, insbesondere doppelt so groß. Der Abstand A3 ist etwa so groß wie die Länge L3 der Basis 12 der Winglets 6a. 13 shows that the winglets 6a compared to the embodiment of 10 also from punched out 11 the ribs 3 are formed, so that according to the size of the winglets 6a trapezoidal cutouts 11 located in the corners E. The turbulators 13 are also punched out 16 formed and in the direction of the winglets perpendicular to the plane of the ribs 3 issued items. The punched holes are almost square. Accordingly, the turbulators 13 also square. The turbulators 13 are much smaller than the winglets 6a , Their height is not greater than that of the winglets 6a , Three turbulators each 13 are at a distance to the long sides 7 educated. Just like the winglets 6a are the punched out areas 11 closer to the long sides 7 , The winglets 6a or turbulators 13 are thus closer to the tube than on the long side 7 or the transverse side 8th , The in 13 drawn distance A2 between the transverse side 8th and the punching 11 is greater than the width of the punched hole 11 , especially twice as big. The distance A3 is about as long as the length L3 of the base 12 the winglets 6a ,

14 zeigt in der perspektivischen Darstellung die ausgestellten Winglets 6a sowie die jeweils drei Turbulatoren 13 entlang jeder Längsseite 7. 14 zeigt ferner einen Kragen 10, über den die Rippen 3 mit dem nicht näher dargestellten Rohr in Kontakt stehen. 14 shows in the perspective view of the exhibited winglets 6a as well as the three turbulators 13 along each longitudinal side 7 , 14 further shows a collar 10 over which the ribs 3 with the pipe not shown in contact.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 besitzt hervorragende k-Werte, die auf einen synergetischen Effekt der insbesondere dreieckförmigen oder trapezförmigen Winglets 6a, 6b, des Spalts 5 zwischen einander benachbarten Rippen 3 und auf die durch das Verschieben oder Versetzen der Rohrreihen R1, R2 bzw. Rohre 2 zurückzuführen ist. Dieser Zusammenhang soll anhand der 16 verdeutlicht werden.The heat exchanger according to the invention 1 possesses excellent k-values, which point to a synergetic effect of the in particular triangular or trapezoidal winglets 6a . 6b , the gap 5 between adjacent ribs 3 and on by the displacement or displacement of the rows of tubes R1, R2 or tubes 2 is due. This connection is based on the 16 be clarified.

16 zeigt auf der horizontalen Achse die Strömungsgeschwindigkeit v und auf der vertikalen Achse einerseits den Wärmeübergangskoeffizienten k bzw. den Druckverlust Δp. Die in der Bildebene unteren Kurven K1, K2, K3 stehen für drei unterschiedliche Ausführungsformen von Wärmetauschern. Zu diesen Kurven K1, K2, K3, die den jeweiligen Druckverlust Δp zeigen, korrespondieren die drei oberen Kurven K1', K2', K3' hinsichtlich der jeweiligen Wärmeübergangskoeffizienten k. 16 shows on the horizontal axis, the flow velocity v and on the vertical axis on the one hand, the heat transfer coefficient k and the pressure loss .DELTA.p. The lower curves K1, K2, K3 in the image plane represent three different embodiments of heat exchangers. For these curves K1, K2, K3, which show the respective pressure loss Δp, the three upper curves K1 ', K2', K3 'correspond to the respective heat transfer coefficients k.

Bei der gewählten Betrachtung ist der Spalt zwischen nebeneinander liegenden Rippenrohren 0,67 mm groß. Diese Standardausführung sieht zumeist die versetzte Anordnung der Rohre vor, da sie wärme- und strömungstechnisch betrachtet insgesamt die energetisch günstigste Variante darstellt. Neben der versetzten Anordnung soll hier die geschobene Anordnung betrachtet werden, da bei ihr die bei konstanter Anströmgeschwindigkeit höchsten Wärmedurchgangskoeffizienten, allerdings auch die höchsten Druckverluste, erreicht werden.When viewed, the gap between adjacent finned tubes is 0.67 mm. This standard design usually provides for the staggered arrangement of the tubes, since, viewed in terms of heat and flow, it represents the most energetically favorable variant overall. In addition to the staggered arrangement, the pushed arrangement should be considered, as it achieves the highest heat transfer coefficients at a constant flow velocity, but also the highest pressure losses.

Die Kurve K1 zeigt den Standard einer versetzten Anordnung mit sehr geringer Spaltbreite. Die Kurve K2 steht für die geschobene Anordnung mit geringer Spaltbreite und schließlich die Kurve K3 für die geschobene Anordnung mit erhöhter Querteilung bzw. vergrößerter Spaltbreite.The curve K1 shows the standard of a staggered arrangement with very small gap width. The curve K2 stands for the pushed arrangement with a small gap width and finally the curve K3 for the pushed arrangement with increased transverse distribution or increased gap width.

Ausgangspunkt der Betrachtung ist der Stand der Technik, welcher durch die Kurve K1 symbolisiert wird. Am Punkt I liegt bei der Strömungsgeschwindigkeit v1 ein Druckverlust Δp1 an. Im Punkt II liegt der k-Wert k1 an. Bei konstanter Strömungsgeschwingkeit v1 ist zu erkennen, dass bei der geschobenen Anordnung gemäß der strichpunktierten Linie K2 die Druckverluste sehr stark steigen, allerdings wird auch gegenüber dem Standard der k-Wert verbessert.Starting point of the consideration is the state of the art, which is symbolized by the curve K1. At point I, there is a pressure loss Δp1 at flow velocity v1. In point II is the k value k1. With constant flow velocity v1, it can be seen that the pressure losses increase very sharply in the pushed arrangement according to the dot-dash line K2, but the k value is also improved compared to the standard.

Bemerkenswert ist allerdings Linie K3 (geschobene Anordnung mit vergrößerter Spaltbreite). Bei konstanter Anströmgeschwindigkeit v1 ist zu erkennen, dass der Druckverlust Δp bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit v1 gegenüber dem Standard (Kurve K1) fällt, während gleichzeitig der k-Wert bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit v1 gegenüber dem Standard (Kurve K1') verbessert wird. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass die Strömungsgeschwindigkeit v1 wegen geringeren Druckverlusten mit geringerem Energieeinsatz erreicht werden kann und gleichzeitig mehr Wärme übertragen werden kann (höherer k-Wert). Die Variante gemäß der Kurven K3, K3' ist demzufolge zu bevorzugen.Noteworthy, however, line K3 (pushed arrangement with increased gap width). At constant inflow velocity v1, it can be seen that the pressure loss Δp at constant flow velocity v1 falls compared to the standard (curve K1), while at the same time the k value at constant flow velocity v1 is improved compared to the standard (curve K1 '). Conversely, this means that the flow velocity v1 can be achieved with lower energy input due to lower pressure losses and at the same time more heat can be transferred (higher k value). The variant according to the curves K3, K3 'is therefore to be preferred.

Da sich die aufzuwendende elektrische Energie proportional zum Volumenstrom und proportional zum Druckverlust Δp verhält, kann die eingesparte elektrische Energie dazu genutzt werden, die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Hält man die elektrische Energie konstant, kann die Druckverlusteinsparung in Erhöhung der Ansichtsgeschwindigkeit bzw. Volumenstromvergrößerung investiert werden. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit von v1 auf v2 erhöht. Bei der Kurve K3 befindet man sich nun im Punkt III. Das heißt, bei einer Strömungsgeschwindigkeit v2 ist der Druckverlust Δp2 geringer als im Punkt I. Gleichzeitig ergibt sich aus dem Punkt IV auf der Kurve K3', dass der k-Wert k2 wesentlich gesteigert worden ist.Since the electrical energy to be expended is proportional to the volume flow and proportional to the pressure loss Δp, the saved electrical energy can be used to increase the flow velocity. Keeping the electrical energy constant, the pressure loss reduction can be invested in increasing the viewing speed or volume flow increase. This increases the flow velocity from v1 to v2. At curve K3 you are now in point III. That is, at a flow velocity v2, the pressure loss Δp2 is lower than at the point I. At the same time, it follows from the point IV on the curve K3 'that the k value k2 has been substantially increased.

Aus diesem Verhältnis lässt sich ablesen, dass unter der Voraussetzung gleicher elektrischer Antriebsenergie durch signifikante Reduzierung des luftseitigen Druckverlustes der Luftmassenstrom deutlich gesteigert werden kann. Unter der Annahme konstanter Wärmeabgabe bedeutet dies, dass die Luftaustrittstemperatur aus dem Wärmetauscher kleiner wird, wenn der Luftmassenstrom steigt. Somit steigt allerdings auch die für den Wärmeaustausch maßgebliche treibende Temperaturdifferenz Δϑm. Diese Einsparung ermöglicht es, die Wärmetauscherfläche bei gleicher Wärmetauscherleistung zu verkleinern.From this ratio it can be seen that under the condition of the same electrical drive energy can be significantly increased by significantly reducing the air-side pressure drop of the air mass flow. Assuming constant heat output, this means that the air outlet temperature from the heat exchanger becomes smaller as the air mass flow increases. Thus, however, also increases the decisive for the heat exchange driving temperature difference Δθm. This saving makes it possible to reduce the heat exchanger surface with the same heat exchanger performance.

Insgesamt kann bei konstanter Wärmeabgabe durch Verbesserung des k-Werts und der mittleren Temperaturdifferenz Δϑm die Austauschfläche des Wärmetauschers reduziert werden. Dies ermöglicht kostengünstigere Bauweisen. Selbstverständlich kann die kostengünstige Bauweise auch dafür genutzt werden, die zum Betrieb erforderliche elektrische Leistung zu reduzieren, wenn dies das Ziel der Auslegung des Wärmetauschers sein sollte.Overall, with constant heat output by improving the k-value and the average temperature difference Δθm, the exchange surface of the heat exchanger can be reduced. This allows cheaper construction methods. Of course, the cost-effective design can also be used to reduce the power required for operation electrical power, if this should be the goal of the design of the heat exchanger.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wärmetauscherheat exchangers
22
Rohrpipe
33
Ripperib
44
Ansichtsebeneview plane
55
Spaltgap
6a6a
Wingletwinglet
6b6b
Wingletwinglet
77
Längsseitelong side
88th
Querseitetransverse side
99
Eckecorner
1010
Kragencollar
1111
Ausstanzungpunching
1212
BasisBase
1313
Turbulatorenturbulators
1414
Oberseitetop
1515
Flankeflank
1616
Ausstanzungenouts
AA
Abstanddistance
A1A1
Abstanddistance
A2A2
Abstanddistance
A3A3
Abstanddistance
BB
mittlere Breiteaverage width
Ee
Eckbereichcorner
HH
Höheheight
HA1HA1
lange Hauptachse 1 von 2 long main axis 1 from 2
HA2HA2
kurze Hauptachse von 2 short main axis of 2
kk
k-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient)k-value (heat transfer coefficient)
LL
Längelength
L1L1
Länge von HA1Length of HA1
L2L2
Länge von HA2Length of HA2
L3L3
Länge von 12 length of 12
PP
Anströmrichtungflow direction
v .v.
Volumenstromflow
R1R1
Reihe 1 line 1
R2R2
Reihe 2 line 2
SS
mittlere Spaltbreiteaverage gap width
ΔT.DELTA.T
Temperaturdifferenz der KühlluftTemperature difference of the cooling air
vv
Strömungsgeschwindigkeitflow rate
v1v1
Strömungsgeschwindigkeitflow rate
v2v2
Strömungsgeschwindigkeitflow rate
WW
Winkelangle
W1W1
Winkelangle
ΔϑmΔθm
mittlere Temperaturdifferenz (Kühlluft-Produkt)mean temperature difference (cooling air product)
ΔpAp
Druckdifferenzpressure difference
VQVQ
Querversatztransverse offset
TQTQ
QuerteilungsabstandCross pitch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2379977 B1 [0002] EP 2379977 B1 [0002]

Claims (13)

Wärmetauscher (1) umfassend Rohe (2) mit äußeren Rippen (3) und mit folgenden Merkmalen: 1.1. Mehrere Reihen (R1, R2) der Rohre (2) sind in Anströmrichtung (P) hintereinander angeordnet; 1.2. Die Reihen (R1, R2) verlaufen quer zur Anströmrichtung (P); 1.3. Die Rohre (2) aufeinanderfolgender Reihen (R1, R2) sind um einen Querversatz (VQ) parallel zur vorhergehenden Reihe (R1, R2) verschoben angeordnet, wobei der Querversatz (VQ) ungleich ist einem Querteilungsabstand (TQ) quer zur Anströmrichtung (P), oder 1.4. Die innerhalb einer Reihe (R1, R2) benachbarte Rohre (2) sind um einen in Anströmrichtung (P) verlaufenden Längsversatz (VL) zueinander versetzt angeordnet, wobei der Längsversatz (VL) kleiner ist als ein Längsteilungsabstand (TL) der Rohre (2) aufeinanderfolgender Reihen (R1, R2); 1.5. Der Querteilungsabstand (TQ) der Rohre (2) einer Reihe (R1, R2) ist größer als die quer zur Ansichtsebene (4) der Reihe (R1, R2) gemessene mittlere Breite (B) der Rippen (3), so dass sein Spalt (5) zwischen den Rippen (3) benachbarter Rohre (2) mit dem 0,1 bis 0,5-fachen der mittleren Breite (B) vorhanden ist; 1.6. Die viereckigen Rippen (3) besitzen Winglets (6a, 6b).Heat exchanger ( 1 ) comprising crude ( 2 ) with outer ribs ( 3 ) and having the following characteristics: 1.1. Several rows (R1, R2) of the tubes ( 2 ) are arranged one behind the other in the direction of flow (P); 1.2. The rows (R1, R2) are transverse to the direction of flow (P); 1.3. The pipes ( 2 ) of successive rows (R1, R2) are offset by a transverse offset (VQ) parallel to the previous row (R1, R2), the transverse offset (VQ) being unequal to a transverse pitch (TQ) transverse to the direction of flow (P), or 1.4. The tubes adjacent within a row (R1, R2) ( 2 ) are offset from one another by a longitudinal offset (VL) running in the direction of flow (P), the longitudinal offset (VL) being smaller than a longitudinal pitch (TL) of the tubes (FIG. 2 ) successive rows (R1, R2); 1.5. The transverse separation distance (TQ) of the pipes ( 2 ) of a row (R1, R2) is larger than the one across the plane ( 4 ) of the row (R1, R2) measured average width (B) of the ribs ( 3 ), so that its gap ( 5 ) between the ribs ( 3 ) of adjacent pipes ( 2 ) is present at 0.1 to 0.5 times the mean width (B); 1.6. The square ribs ( 3 ) have winglets ( 6a . 6b ). Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (3) rechteckig oder quadratisch sind.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ribs ( 3 ) are rectangular or square. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (3) trapezförmig sind.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ribs ( 3 ) are trapezoidal. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Länge (L) zur mittleren Breite (B) einer Rippe (3) in einem Bereich von 1:1 bis 3:1 liegt.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ratio of length (L) to average width (B) of a rib ( 3 ) is in a range of 1: 1 to 3: 1. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winglets (6b) viereckig sind.Heat exchanger according to claim 1 to 4, characterized in that the winglets ( 6b ) are quadrangular. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winglets (6a) dreieckig sind.Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the winglets ( 6a ) are triangular. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winglets (6a) als gleichschenkelige Dreiecke ausgebildet sind.Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the winglets ( 6a ) are formed as isosceles triangles. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winglets (6a, 6b) eine Höhe (H) besitzen, die 70% bis 100% des Rippenabstandes (A1) eines Rohres (2) beträgt.Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the winglets ( 6a . 6b ) have a height (H) that is 70% to 100% of the rib distance (A1) of a pipe ( 2 ) is. Wärmtauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Winglet (6a, 6b) im Eckbereich (E) einer Rippe (3) im Abstand (A2) von Längsseiten (7) und Querseiten (8) der Rippen (3) angeordnet ist.Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that in each case a winglet ( 6a . 6b ) in the corner region (E) of a rib ( 3 ) at a distance (A2) from long sides ( 7 ) and transverse sides ( 8th ) of the ribs ( 3 ) is arranged. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Winglets (6) in einem Bereich von 40% bis 60% des Abstands (A) von der Ecke (9) einer Rippe (3) zum Rohr (2) angeordnet sind.Heat exchanger according to claim 9, characterized in that the winglets ( 6 ) in a range of 40% to 60% of the distance (A) from the corner ( 9 ) of a rib ( 3 ) to the pipe ( 2 ) are arranged. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Winglets (6) eine Basis (12) besitzen, über welche sie mit den Rippen (3) verbunden sind und welche in einem Winkel von 20°q bis 50° zur Längsseite (7) der Rippen (3) verläuft.Heat exchanger according to one of claims 1 to 10, characterized in that the winglets ( 6 ) One Base ( 12 ), which they use with the ribs ( 3 ) and which at an angle of 20 ° q to 50 ° to the longitudinal side ( 7 ) of the ribs ( 3 ) runs. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Spaltbereite (S) eines Spaltes (5) zwischen den Rippen (3) einer Reihe (R1, R2) 15% bis 30% der mittleren Breite (B) der der Rippen (3) beträgt.Heat exchanger according to one of claims 1 to 11, characterized in that the middle Spaltbereite (S) of a gap ( 5 ) between the ribs ( 3 ) a row (R1, R2) 15% to 30% of the average width (B) of the ribs ( 3 ) is. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2) im Querschnitt elliptisch sind, wobei die mittlere Breite (B) der Rippe (3) dem doppelten +/–10% der Länge (L2) der kürzeren Hauptachse (HA2) der Ellipse entspricht.Heat exchanger according to one of claims 1 to 12, characterized in that the tubes ( 2 ) are elliptical in cross-section, the average width (B) of the rib ( 3 ) equal to twice +/- 10% of the length (L2) of the shorter major axis (HA2) of the ellipse.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462326B (en) * 2017-04-04 2021-03-19 三菱电机株式会社 Heat exchanger and refrigeration cycle device
CN106979714B (en) * 2017-05-08 2023-12-05 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Rhombic fin tube bundle
CN107976101B (en) 2017-12-22 2023-07-14 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 Using method of outer fin heat exchange tube
CA3036460A1 (en) 2018-03-14 2019-09-14 Rheem Manufacturing Company Heat exchanger fin
CN113674955B (en) * 2021-08-06 2023-01-03 浙江尔格科技股份有限公司 Oil-air cooler with elliptical fin tubes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2442420A1 (en) * 1974-09-05 1976-03-18 Basf Ag DESUBLIMATOR FOR THE PRODUCTION OF SUBLIMATION PRODUCTS, IN PARTICULAR PHTHALIC ANHYDRIDE, FROM REACTION GASES
US5046556A (en) * 1988-09-13 1991-09-10 Gadelius Sunrod Ab Surface enlarging elements for heat-exchanger tubes
DE102007046403A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Lesa Maschinen Gmbh Heat exchanger for using exhaust heat to produce steam has heat-conducting fins on boiler pipes, with projecting flow fins projecting beyond them at set spacing
DE102011050865A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 General Electric Company Pipe and lamella heat exchangers
EP2379977B1 (en) 2008-12-19 2012-10-17 GEA Batignolles Technologies Thermiques Heat exchanger comprising tubes with grooved fins

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR517418A (en) * 1919-07-14 1921-05-06 Lecourbe Atel Improvements to heat exchangers such as, in particular, radiators for motor vehicles
DE596871C (en) * 1930-10-09 1934-05-11 Otto Happel Ribbed tube for heat exchangers with surfaces pressed out of the rib plane
US2063736A (en) * 1935-03-08 1936-12-08 Gen Motors Corp Heat exchanger
GB906520A (en) * 1960-03-22 1962-09-19 Hagen Krankenhagen Heat exchanger
CH385258A (en) * 1960-03-31 1964-12-15 Gea Luftkuehler Ges Mbh Heat exchanger tube with ribs
EP0061873A3 (en) * 1981-03-27 1983-04-20 Imi Radiators Limited Damage resistant heat exchanger
DE3938842A1 (en) * 1989-06-06 1991-05-29 Thermal Waerme Kaelte Klima CONDENSER FOR A VEHICLE AIR CONDITIONING REFRIGERANT
FR2693546B1 (en) * 1992-07-09 1994-09-30 Valeo Thermique Moteur Sa Heat exchanger with a parallel tube bundle, in particular for a motor vehicle.
JP4376276B2 (en) * 2007-06-06 2009-12-02 木村工機株式会社 Heat exchange coil
CN102032819B (en) * 2009-10-06 2013-03-06 松下电器产业株式会社 Heat exchanger and apparatus for storing articles using same
CN103438746B (en) * 2013-08-14 2015-07-01 西安交通大学 Elliptical tube H-shaped fin heat exchanger for waste heat recovery
CN203605777U (en) * 2013-11-19 2014-05-21 美的集团股份有限公司 Finned tube heat exchanger

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2442420A1 (en) * 1974-09-05 1976-03-18 Basf Ag DESUBLIMATOR FOR THE PRODUCTION OF SUBLIMATION PRODUCTS, IN PARTICULAR PHTHALIC ANHYDRIDE, FROM REACTION GASES
US5046556A (en) * 1988-09-13 1991-09-10 Gadelius Sunrod Ab Surface enlarging elements for heat-exchanger tubes
DE102007046403A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Lesa Maschinen Gmbh Heat exchanger for using exhaust heat to produce steam has heat-conducting fins on boiler pipes, with projecting flow fins projecting beyond them at set spacing
EP2379977B1 (en) 2008-12-19 2012-10-17 GEA Batignolles Technologies Thermiques Heat exchanger comprising tubes with grooved fins
DE102011050865A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 General Electric Company Pipe and lamella heat exchangers

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