DE10342241A1 - heat exchangers - Google Patents

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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
    • F28F1/128—Fins with openings, e.g. louvered fins

Abstract

A heat exchanger ( 1 ), particularly for motor vehicles, comprises flat tubes ( 2 ) whose interior can be flowed through by first fluids and whose exterior can be subjected to the action of a second fluid. The flat tubes ( 2 ) are situated essentially transversal to the flowing direction of the second fluid while being parallel to one another and are interspaced in such a manner as to form flow paths for the second fluid that pass through the heat exchanger ( 1 ). Cooling ribs ( 3 ) extending between adjacent flat tubes ( 2 ) are situated in the flow paths. A number of corrugated ribs are provided, which are located one behind the other in the flowing direction of the second fluid and which are offset with regard to one another in the flowing direction of the first fluid.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a heat exchanger, in particular for motor vehicles, with the features of the preamble of claim 1.

Ein derartiger Wärmetauscher kann beispielsweise als integrierter Wärmetauscher mit einem Kondensator einer Klimaanlage und einem Kühlmittel-Kühler für Kraftfahrzeuge ausgebildet sein. Der Wärmetauscher weist üblicherweise eine Anzahl nebeneinander angeordneter, parallel zueinander verlaufender Flachrohre in mehreren Reihen auf. In diesen Flachrohrreihen fließen erste Fluide, im obigen Beispiel ein Kältemittel und ein Kühlmittel. Die Flachrohre sind an Sammelleitungen oder Sammelrohre angeschlossen und der Strömung eines zweiten Fluids, beispielsweise Umgebungsluft, ausgesetzt, um einen Wärmeübergang zwischen den Fluiden zu bewirken. Zwischen den einzelnen, voneinander beabstandeten Flachrohren sind Strömungswege für das zweite Fluid ausgebildet.One such heat exchanger For example, as an integrated heat exchanger with a capacitor an air conditioner and a coolant radiator for motor vehicles be educated. The heat exchanger usually indicates a number of juxtaposed, parallel to each other Flat tubes in several rows. First flow in these rows of flat tubes Fluids, in the above example a refrigerant and a coolant. The flat tubes are connected to manifolds or manifolds and the flow a second fluid, such as ambient air, exposed, for a heat transfer between the fluids. Between the individual, from each other spaced flat tubes are formed flow paths for the second fluid.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen den Fluiden sind zwischen den Flachrohren an diesen befestigte Kühlrippen angeordnet. Die Oberflächen der Kühlflächen liegen bei dem aus der DE 198 13 989 A1 bekannten Wärmetauscher im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids. Dadurch wird dem zweiten Fluid ein Strömungswiderstand entgegengesetzt. Durch die Ausbildung der Kühlrippen als Strömungshindernisse soll die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluids gezielt reduziert werden. Hierdurch erhöht sich einerseits die Verweilzeit des zweiten Fluids bei der Durchströmung des Wärmetauschers, das heißt die Zeit, in der das zweite Fluid Wärme von einem ersten Fluid aufnehmen beziehungsweise an dieses übertragen kann. Andererseits ist durch die geringe Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluids jedoch die zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid übertragbare Wärmemenge, das heißt die Wärmetauscherleistung, begrenzt.To improve the heat transfer between the fluids are arranged between the flat tubes attached to these cooling fins. The surfaces of the cooling surfaces are in the from the DE 198 13 989 A1 known heat exchanger substantially transversely to the flow direction of the second fluid. As a result, a flow resistance is opposed to the second fluid. By forming the cooling fins as flow obstacles, the flow velocity of the second fluid should be selectively reduced. On the one hand, this increases the residence time of the second fluid during the flow through the heat exchanger, that is to say the time in which the second fluid absorbs heat from or transfers it to a first fluid. On the other hand, however, is limited by the low flow rate of the second fluid, the transferable between the first and the second fluid amount of heat, that is, the heat exchanger performance.

Ein weiterer Wärmetauscher mit Kühlrippen ist beispielsweise aus der US 4,676,304 bekannt. Bei diesem Wärmetauscher liegen die Kühlrippen im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids (hier Luft). Trotz Ausbildung strömungsleitender Lamellen an den einzelnen Kühlrippen kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass Teile des den Wärmetauscher durchströmenden zweiten Fluids zwischen benachbarten Kühlrippen hindurchströmen, ohne relevante Energiemengen von diesen aufzunehmen bzw. an diese abzugeben. Dieses Problem ist insbesondere dann bedeutend, wenn der Wärmetauscher in Strömungsrichtung des zweiten Fluids geringe Abmessungen hat. In diesem Fall bewirkt ein hoher Massendurchsatz des zweiten Fluids nicht notwendigerweise eine hohe Wärmeübertragungsleistung. Der zur Verfügung stehende Temperaturunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid wird nur zu einem relativ geringen Teil genutzt.Another heat exchanger with cooling fins is for example from the US 4,676,304 known. In this heat exchanger, the cooling fins are substantially parallel to the flow direction of the second fluid (here air). Despite the formation of flow-guiding fins on the individual cooling fins, however, it can not be ruled out that parts of the second fluid flowing through the heat exchanger flow through between adjacent cooling fins, without taking up or giving off relevant amounts of energy from them. This problem is particularly significant when the heat exchanger in the direction of flow of the second fluid has small dimensions. In this case, a high mass flow rate of the second fluid does not necessarily cause a high heat transfer performance. The available temperature difference between the first and the second fluid is used only to a relatively small extent.

Bei integrierten Wärmetauschern tritt häufig das Problem auf, daß über eine gemeinsame Wellrippe, das heißt über einstückig ausgebildete Wellrippen der Einzelwärmetauscher, Wärme von einem Einzelwärmetauscher auf den anderen übertritt. Um diesen unerwünschten Wärmeübergang zu reduzieren, ist beispielsweise in der EP 0 773 419 A2 vorgeschlagen, die integrierte Wellrippe eines solchen Wärmetauschers in einem Bereich zwischen den beiden Einzelwärmetauschern mit Schlitzen zu versehen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Luft im Bereich des Schlitzes verwirbelt wird, wodurch sich der Strömungswiderstand und damit der Druckabfall für die Luft erhöht.In integrated heat exchangers, the problem often occurs that over a common corrugated fin, that is, via integrally formed corrugated fins of the individual heat exchanger, heat transfers from a single heat exchanger to the other. To reduce this undesirable heat transfer, for example, in the EP 0 773 419 A2 proposed to provide the integrated corrugated fin of such a heat exchanger in a region between the two individual heat exchangers with slots. However, this has the disadvantage that the air is swirled in the region of the slot, which increases the flow resistance and thus the pressure drop for the air.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art mit Kühlrippen anzugeben, die strömungsgünstig gestaltet sind und zugleich eine thermische Kopplung zwischen mehreren ersten Fluiden reduzieren.Of the Invention is based on the object, a heat exchanger of the aforementioned Type with cooling fins specify that streamlined designed are and at the same time a thermal coupling between several first Reduce fluids.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei weist der Wärmetauscher von ersten Fluiden durchströmbare Flachrohre auf, die außen mit einem zweiten Fluid beaufschlagbar sind und im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids derart parallel zueinander angeordnet sind, dass für das zweite Fluid Strömungswege ausgebildet sind, in denen Kühlrippen angeordnet sind, die sich jeweils zwischen benachbarten Flachrohren erstrecken. Die Kühlrippen sind hierbei als Wellrippen ausgebildet, wobei in Strömungsrichtung des zweiten Fluids mehrere Wellrippen hintereinander angeordnet sind und diese seitlich, das heißt in Strömungsrichtung der ersten Fluide, zueinander versetzt sind. Durch die Versetzung hintereinander angeordneter Wellrippen wird ein sehr hoher Anteil des den Wärmetauscher durchströmenden zweiten Fluids zur Wärmeübertragung genutzt. Bei Wellrippen mit Kiemen strömt gegebenenfalls insgesamt ein höherer Massenstrom des zweiten Fluids durch Kiemen, die im Bereich der für das zweite Fluid stromabwärts liegenden Seite einer Rippe angeordnet sind, als ohne den Versatz zwischen den Wellrippen. Dies bewirkt gegebenenfalls eine erhöhte Wärmeübertragungsleistung in diesem Bereich. Desweiteren wird eine Temperaturgrenzschicht, die sich gegebenenfalls an einer Rohrwand ausbildet, beeinflußt, so daß unter Umständen ein Wärmetransport von der Rohrwand auf das zweite Fluid oder umgekehrt erhöht wird. Durch die versetzte Anordnung der Wellrippen wird gleichzeitig ein unerwünschter Wärmeübertrag zwischen verschiedenen Rohrreihen über die Wellrippen reduziert, obwohl die Rippen aus einem gemeinsamen Band gebildet sind. Dies ist wiederum in fertigungstechnischer Sicht vorteilhaft, da mehrere hintereinander angeordnete, aus einem gemeinsamen Band gebildete, das heißt einstückige Wellrippen einfach zwischen die Rohrreihen des Wärmetauschers einsetzbar sind. Die Wellrippen einschließlich der Kiemen sind insbesondere durch Walzen aus einem Metallband herstellbar.This object is achieved by a heat exchanger having the features of claim 1. In this case, the heat exchanger of first fluids through flowable flat tubes, which are externally acted upon by a second fluid and are arranged substantially parallel to the flow direction of the second fluid in parallel to each other that for the second fluid flow paths are formed, in which cooling fins are arranged, each extending between adjacent flat tubes. The cooling fins are in this case formed as corrugated fins, wherein a plurality of corrugated fins are arranged one behind the other in the flow direction of the second fluid and these laterally, that are offset in the flow direction of the first fluid to each other. By displacing corrugated ribs arranged one behind the other, a very high proportion of the second fluid flowing through the heat exchanger is used for heat transfer. Optionally, for gilled corrugated fins, an overall higher mass flow of the second fluid flows through gills located in the region of the second fluid downstream side of a rib than without the offset between the corrugated fins. This may cause increased heat transfer performance in this area. Furthermore, a temperature boundary layer, which optionally forms on a pipe wall, influenced, so that under certain circumstances, a heat transfer from the pipe wall to the second fluid or vice versa is increased. The staggered arrangement of the corrugated fins an undesirable heat transfer between different rows of tubes is reduced via the corrugated fins, although the ribs from a ge my band are formed. This is in turn advantageous in production terms, since several successively arranged, formed from a common band, that is integral corrugated fins are easy to insert between the rows of tubes of the heat exchanger. The corrugated ribs including the gills are in particular produced by rolling from a metal strip.

Eine strömungsgünstige Gestaltung der Wellrippen wird bevorzugt dadurch erreicht, dass deren Oberflächen im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids liegen, d.h. die Flächennormalen der Wellrippen im Wesentlichen einen rechten Winkel mit der Strömungsrichtung des zweiten Fluids einschließen. Trotz dieser strömungsgünstigen Ausbildung der Wellrippen ist durch den seitlichen Versatz hintereinander angeordneter Wellrippen sichergestellt, dass nur ein geringerer Anteil des zweiten Fluids ungenutzt, d.h. ohne nennenswerte Wärmeübertragung, zwischen den Flachrohren hindurchströmt als ohne einen solchen Versatz. Dieser Vorteil tritt umso deutlicher in Erscheinung, je höher der Rippenabstand b zwischen zwei Rippen ist. Vorzugsweise sind zwei oder drei gleichartig geformte Wellrippen versetzt zueinander hintereinander angeordnet. Um eine hohe Wärmeübertragungsleistung zu gewährleisten, sind die einzelnen Wellrippen vorzugsweise direkt aneinander grenzend, d.h. ohne Abstand in Strömungsrichtung des zweiten Fluids, angeordnet. Hierdurch ist eine große Wärmetauscherfläche gegeben. Alternativ hierzu kann, um den Strömungswiderstand zu reduzieren, eine beabstandete Anordnung der in diesem Fall schmaleren Wellrippen vorgesehen sein.A aerodynamic design The corrugated ribs are preferably achieved in that their surfaces in Essentially parallel to the flow direction of the second fluid, i. the surface normals of the corrugated ribs essentially a right angle with the flow direction of the second fluid lock in. Despite this streamlined Formation of the corrugated ribs is due to the lateral offset one behind the other arranged corrugated ribs ensures that only a lesser Portion of the second fluid unused, i. without appreciable heat transfer, flows between the flat tubes than without such an offset. This Advantage is all the more evident, the higher the Rib spacing b between two ribs is. Preferably, two or three similarly shaped corrugated ribs offset from one another arranged one behind the other. For a high heat transfer performance to ensure, the individual corrugated ribs are preferably directly adjacent to one another, i.e. without distance in the flow direction of the second fluid. As a result, a large heat exchanger surface is given. Alternatively, to reduce the flow resistance, a spaced arrangement of the narrower in this case corrugated fins be provided.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Wellrippen Kiemen zur Lenkung des zweiten Fluids auf. Durch eine sich an den Kiemen ausbildende sogenannte Anlaufströmung, die in einem Bereich der Wellrippe einen hohen Temperaturgradienten aufweist, ist eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid und den Wellrippen sichergestellt.To In a preferred embodiment, the corrugated fins gills to Steering of the second fluid. By training on the gills so-called start-up flow, which has a high temperature gradient in a region of the corrugated fin, is an improved heat transfer between the second fluid and the corrugated fins ensured.

Bevorzugt sind alle Kiemen eines zwischen zwei Flachrohren eingeschlossenen Rippenabschnitts einer Wellrippe in der gleichen Richtung gegenüber der Strömungsrichtung des zweiten Fluids schräg gestellt. Eine gleichartige Schrägstellung der Kiemen innerhalb eines Rippenabschnitts hat den Vorteil, daß damit gegebenenfalls die Strömung gezielt auf einen stromabwärts liegenden Rippenabschnitt lenkbar ist.Prefers are all the gills of a trapped between two flat tubes Rib section of a corrugated fin in the same direction opposite to the flow direction the second fluid obliquely posed. A similar inclination the gill within a rib section has the advantage of being so if necessary, the flow targeted to a downstream lying rib section is steerable.

Die Kiemen versetzt hintereinander angeordneter Rippenabschnitte sind vorzugsweise gegensinnig schräg gestellt, damit dem den Wärmetauscher durchströmenden zweiten Fluid ein längerer Strömungsweg vorgegeben wird. Die Kiemen zweier benachbarter Kiemenfelder können auch gleichsinnig schräg gestellt sein, wobei es dann unter Umständen vorteilhaft ist, wenn die Kiemen eines zu den beiden zueinander benachbarten Kiemenfeldern stromaufwärts beziehungsweise -abwärts angeordneten Kiemenfeldes gegensinnig zu den Kiemen der beiden zueinander benachbarten Kiemenfelder schräggestellt sind.The Gills offset successively arranged rib sections are preferably inclined in opposite directions placed so that the heat exchanger flowing through the second Fluid a longer one flow is given. The gills of two adjacent gill fields can also in the same direction at an angle it may be advantageous under certain circumstances if the gills of one of the two adjacent gill fields upstream or down arranged gill field in opposite directions to the gills of the two to each other slanted adjacent gill panels are.

Eine gleichmäßige Abdeckung des vom zweiten Fluid durchströmten Strömungsquerschnitts wird bevorzugt dadurch erreicht, daß versetzt hintereinander angeordnete Rippenabschnitte parallel zueinander verlaufen. Hierbei stehen die zueinander versetzten Rippenabschnitte bevorzugt senkrecht auf den Flachrohren. Wenn die Rippenflächen etwas (bis etwa 6 Grad) von der Parallelität abweichen, wobei sie dann im Rahmen der Erfindung noch als im Wesentlichen parallel anzusehen sind, werden dadurch die thermodynamischen Vorteile der zueinander versetzten Rippen kaum beeinträchtigt. Ebenso ist die Verwendung von sogenannten V-Rippen oder auch von beliebig abgerundeten Rippen denkbar. Die erfindungsgemäße Rippengeometrie ist insbesondere bei Kraftfahrzeug-Wärmeübertragern wie Kühlmittelkühlern, Heizkörpern, Kondensatoren und Verdampfern anwendbar.A uniform coverage of the second fluid flowed through Flow cross section is preferably achieved in that offset successively arranged rib sections parallel to each other run. Here are the mutually offset rib sections preferably perpendicular to the flat tubes. If the ribbed surfaces are slightly (until about 6 degrees) from the parallelism differ, in which case they still in the context of the invention as essentially are considered in parallel, thereby thermodynamic advantages the staggered ribs hardly affected. Likewise, the use of so-called V-ribs or of any rounded ribs conceivable. The rib geometry according to the invention is especially in automotive heat exchangers such as coolant radiators, radiators, capacitors and evaporators applicable.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kiementiefe LP im Bereich von 0,7 bis 3 mm bei einem Kiemenwinkel von 20 bis 30 Grad leistungssteigernd, weil dadurch der Strömungswinkel, d.h. die Umlenkung des zweiten Fluids von einem Kanal in den benachbarten vergrößert wird, wodurch sich wiederum ein längerer Strömungsweg für das zweite Fluid ergibt. Die Rippenhöhe für ein solches System liegt vorteilhafterweise im Bereich von 4 bis 12 mm. Die Rippendichte für dieses System liegt vorteilhafterweise im Bereich von 40 bis 85 Ri/dm, was einem Rippenabstand bzw. einer Rippenteilung von 1,18 bis 2,5 mm entspricht.To An advantageous development of the invention is the Kiementiefe LP in the range of 0.7 to 3 mm at a gill angle of 20 to 30 degrees performance enhancing, because thereby the flow angle, i. the diversion the second fluid is increased from one channel to the next, which in turn results in a longer one flow for the second fluid results. The rib height for a such system is advantageously in the range of 4 to 12 mm. The rib density for this system is advantageously in the range of 40 to 85 Ri / dm, which is a rib spacing or rib pitch of 1.18 corresponds to 2.5 mm.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Here in demonstrate:

1a,b einen Wärmetauscher mit zwei versetzt hintereinander angeordneten Wellrippen als Kühlrippen zwischen jeweils zwei benachbarten Flachrohren einer Rohrreihe, 1a , B a heat exchanger with two corrugated fins arranged one behind the other as cooling fins between each two adjacent flat tubes of a row of tubes,

2a,b einen Wärmetauscher mit drei versetzt hintereinander angeordneten Wellrippen als Kühlrippen zwischen jeweils zwei benachbarten Flachrohren einer Rohrreihe, 2a , B a heat exchanger with three corrugated fins arranged one behind the other as cooling fins between each two adjacent flat tubes of a row of tubes,

3 zwei aus einem einzigen Band gebildete Wellrippen, 3 two corrugated ribs formed from a single band,

4 drei aus einem einzigen Band gebildete Wellrippen, 4 three of a single band corrugated ribs,

5a eine Wellrippe ohne Versatz mit zwei Kiemenfeldern im Querschnitt, 5a a corrugated rib without offset with two gill fields in cross section,

5b eine Wellrippe ohne Versatz mit zwei Kiemenfeldern im Querschnitt, 5b a corrugated rib without offset with two gill fields in cross section,

5c eine Wellrippe aus einem Band mit 2 Reihen im Querschnitt, 5c a corrugated rib of a band with 2 rows in cross section,

5d eine Wellrippe aus einem Band mit 3 Reihen im Querschnitt, 5d a corrugated rib from a band with 3 rows in cross-section,

5e eine Wellrippe aus einem Band mit 4 Reihen im Querschnitt, 5e a corrugated rib of a band with 4 rows in cross section,

5f eine Wellrippe aus einem Band mit 5 Reihen im Querschnitt, 5f a ribbed corrugated rib with 5 rows in cross section,

5g eine Wellrippe aus einem Band mit 5 Reihen im Querschnitt, 5g a ribbed corrugated rib with 5 rows in cross section,

5h eine Wellrippe aus einem Band mit 5 Reihen im Querschnitt, 5h a ribbed corrugated rib with 5 rows in cross section,

5i eine Wellrippe aus einem Band mit 3 Reihen im Querschnitt, 5i a corrugated rib from a band with 3 rows in cross-section,

5j eine Wellrippe aus einem Band mit 3 Reihen im Querschnitt, 5y a corrugated rib from a band with 3 rows in cross-section,

5k eine Wellrippe aus einem Band mit 3 Reihen im Querschnitt, 5k a corrugated rib from a band with 3 rows in cross-section,

5l eine Wellrippe aus einem Band mit 5 Reihen im Querschnitt, 5l a ribbed corrugated rib with 5 rows in cross section,

6 eine Momentaufnahme einer simulierten Luftströmung durch Wellrippen ohne Versatz, 6 a snapshot of a simulated air flow through corrugated ribs without offset,

7 eine Momentaufnahme einer simulierten Luftströmung durch Wellrippen mit Versatz, 7 a snapshot of a simulated air flow through corrugated fins with offset,

8 eine Auftragung des Anteils eines durch eine Lamellenöffnung strömenden Luftmassenstroms an einem Gesamtluftmassenstrom gegen die Tiefe der Rohre bei geringer Luftanströmgeschwindigkeit, 8th a plot of the proportion of an air mass flow flowing through a louver opening to a total mass air flow against the depth of the tubes at a low air inflow velocity,

9 eine Auftragung des Anteils eines durch eine Lamellenöffnung strömenden Luftmassenstroms an einem Gesamtluftmassenstroms gegen die Tiefe der Rohre bei hoher Luftanströmgeschwindigkeit, 9 a plot of the proportion of a mass air flow flowing through a fin opening in a total mass air flow against the depth of the tubes at high Luftanströmgeschwindigkeit,

10a,b einen Wärmetauscher mit zwei versetzt hintereinander angeordneten Wellrippen als Kühlrippen zwischen jeweils zwei benachbarten Flachrohren zweier Rohrreihen, und 10a , b a heat exchanger with two corrugated fins arranged one behind the other as cooling fins between each two adjacent flat tubes of two rows of tubes, and

11a,b einen Wärmetauscher mit drei versetzt hintereinander angeordneten Wellrippen als Kühlrippen zwischen jeweils zwei benachbarten Flachrohren zweier Rohrreihen. 11a , b a heat exchanger with three corrugated fins arranged one behind the other as cooling fins between each two adjacent flat tubes of two rows of tubes.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

Die 1a,1b und 2a,2b zeigen ausschnittsweise einen Wärmetauscher 1 mit parallel zueinander angeordneten Flachrohren 2, die von einem ersten Fluid FL1a in einer ersten Strömungsrichtung S1 durchströmt sind. Die Flachrohre 2 sind mit Strömungsleitelementen 2a ausgerüstet und an (nicht dargestellte) Sammelleitungen oder Sammelrohre angeschlossen. Das Fluid FL1a ist beispielsweise eine Kühlflüssigkeit oder ein im Wärmetauscher 1 kondensierendes Kältemittel.The 1a . 1b and 2a . 2 B show a section of a heat exchanger 1 with mutually parallel flat tubes 2 , which are traversed by a first fluid FL1a in a first flow direction S1. The flat tubes 2 are with flow guide elements 2a equipped and connected to (not shown) manifolds or headers. The fluid FL1a is for example a cooling liquid or a heat exchanger 1 condensing refrigerant.

Zwischen zwei jeweils benachbarten Flachrohren 2 sind zwei (1a,1b) bzw. drei (2a,2b) Wellrippen 3 als Kühlrippen angeordnet. Ausführungsformen mit einer höheren Anzahl an Wellrippen 3 sind ebenfalls realisierbar. Die Wellrippen 3 sind mäanderförmig aus einem Blech gebogen, wobei sich jeweils ein an einem Flachrohr 2 anliegender Rippenabschnitt 4a mit einem zwei benachbarte Flachrohre 2 verbindenden Rippenabschnitt 4b abwechselt. Die an den Flachrohren 2 anliegenden Rippenabschnitte 4a sind mit den Flachrohren 2 wärmeleitend verbunden, insbesondere verlötet. Die zwei benachbarte Flachrohre 2 verbindenden Rippenabschnitte 4b stehen senkrecht auf den Flachrohren 2 und bilden Strömungswege für ein zweites Fluid FL2, beispielsweise Luft, das den Wärmetauscher 1 in Strömungsrichtung S2 durchströmt. Das zweite Fluid FL2 strömt im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 5 der Wellrippen 3, d.h. das zweite Fluid FL2 trifft beim Einströmen in den Wärmetauscher 1 zunächst nur auf die schmalen Stirnflächen 6 der Wellrippen 3. Das zweite Fluid FL2 kann dadurch den Wärmetauscher 1 mit hoher Geschwindigkeit und entsprechend hohem Massendurchsatz durchströmen.Between two adjacent flat tubes 2 are two ( 1a . 1b ) or three ( 2a . 2 B ) Corrugated ribs 3 arranged as cooling fins. Embodiments with a higher number of corrugated ribs 3 are also feasible. The corrugated ribs 3 are meander-shaped bent from a sheet, each one on a flat tube 2 adjoining rib section 4a with a two adjacent flat tubes 2 connecting rib section 4b alternates. The on the flat tubes 2 adjacent rib sections 4a are with the flat tubes 2 thermally conductive connected, in particular soldered. The two adjacent flat tubes 2 connecting rib sections 4b stand perpendicular to the flat tubes 2 and form flow paths for a second fluid FL2, for example air, that the heat exchanger 1 flows through in the flow direction S2. The second fluid FL2 flows substantially parallel to the surface 5 the corrugated ribs 3 , ie, the second fluid FL2 hits when flowing into the heat exchanger 1 initially only on the narrow end faces 6 the corrugated ribs 3 , The second fluid FL2 can thereby heat exchanger 1 flow at high speed and correspondingly high mass flow rate.

Aus den Rippenabschnitten 4b heraus sind, wie insbesondere aus den 3, 4 hervorgeht, Kiemen 7 geformt, die sich quer zur Strömungsrichtung S2 des zweiten Fluids FL2 sowie quer zur Strömungsrichtung S1 des ersten Fluids FL1a erstrecken. Die Kiemen 7 innerhalb eines Rippenabschnitts 4b bewirken zum einen eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid FL2 und diesem Rippenabschnitt 4b, zum anderen eine gezielte Leitung des zweiten Fluids FL2 zum in Strömungsrichtung S2 schräg dahinter angeordneten Rippenabschnitt 4b. Auf diese Weise wird der den Wärmetauscher 1 durchströmende Massenstrom des zweiten Fluids FL2 praktisch vollständig unter hoher Ausnutzung des Temperaturunterschiedes zwischen dem ersten Fluid FL1a und dem zweiten Fluid FL2 zur Wärmeübertragung genutzt.From the rib sections 4b are out, especially from the 3 . 4 shows up, gills 7 formed, which extend transversely to the flow direction S2 of the second fluid FL2 and transverse to the flow direction S1 of the first fluid FL1a. The gills 7 within a rib section 4b cause on the one hand a particularly good heat transfer between the second fluid FL2 and this rib portion 4b on the other hand a targeted guidance of the second fluid FL2 to the flow direction S2 obliquely behind it arranged rib portion 4b , In this way, the heat exchanger 1 flowing through mass flow of the second fluid FL2 practically completely with high utilization of the temperature difference between the first fluid FL1a and the second Fluid FL2 used for heat transfer.

Zwei zwischen zwei Flachrohren 2 hintereinander angeordnete Wellrippen 3 sind um eine halbe Breite b zwischen benachbarten Rippenabschnitten 4b gegeneinander versetzt. Im Fall von drei hintereinander angeordneten Wellrippen 3, wie in den 2 und 4 dargestellt, ist alternativ auch ein Versatz von b/3 vorzugsweise wählbar, wobei auch andere Werte für den Versatz denkbar sind.Two between two flat tubes 2 consecutively arranged corrugated ribs 3 are about half a width b between adjacent rib sections 4b offset against each other. In the case of three corrugated ribs arranged one behind the other 3 as in the 2 and 4 Alternatively, an offset of b / 3 can also be selected, wherein other values for the offset are also conceivable.

Zwei bzw. drei benachbarte Wellrippen 3, die sich über die Tiefe T des Wärmetauschers 1 erstrecken, sind durch Walzen aus einem Band 8 erzeugt. Beim Walzen wird das Band 8 im Bereich des jeweiligen Versatzes zwischen den zwei (1a,1b, 3) bzw. drei (2a,2b, 4) Wellrippen 3 geschnitten sowie die Kiemen 7 in die Wellrippen 3 geschnitten. Ein einfacher (1a,1b, 3, 5c) bzw. doppelter (2a,2b, 4, 5d) Versatz bzw. Versatz höherer Ordnung (5e, 5f, 5g) der Wellrippen 3 ist alternativ dazu herstellbar, indem gleichartige separate Wellrippen 3 mit einem Versatz zwischen 0,1 mm und b/2 angeordnet werden, wobei b der Abstand zwischen zwei benachbarten Flachrohren 2 ist.Two or three adjacent corrugated ribs 3 extending across the depth T of the heat exchanger 1 extend are by rolling from a band 8th generated. When rolling the tape 8th in the range of the respective offset between the two ( 1a . 1b . 3 ) or three ( 2a . 2 B . 4 ) Corrugated ribs 3 cut as well as the gills 7 in the corrugated ribs 3 cut. A simple ( 1a . 1b . 3 . 5c ) or double ( 2a . 2 B . 4 . 5d ) Offset or higher-order offset ( 5e . 5f . 5g ) of corrugated ribs 3 Alternatively, it can be produced by using similar separate corrugated ribs 3 be arranged with an offset between 0.1 mm and b / 2, where b is the distance between two adjacent flat tubes 2 is.

Die an den Flachrohren 2 anliegenden Rippenabschnitte 4a der Wellrippen 3 weisen keine Kiemen auf. In diesem Bereich bildet sich daher eher eine laminare Strömung des Fluids FL2 aus als in den mit Kiemen 7 versehenen Rippenabschnitten 4b, die benachbarte Flachrohre 2 verbinden. Die laminare Strömung kann mit zunehmender Lauflänge zur Bildung einer Grenzschicht mit abnehmendem Temperaturgradienten am Flachrohr 2 führen. Dieser Effekt ist jedoch auf ein unbedeutendes Maß begrenzt, indem die sich zwischen zwei benachbarten Rippenabschnitten 4b einer Wellrippe 3 ausbildende Strömung des zweiten Fluids FL2 bereits nach der kurzen Wegstrecke T/2 (1a,1b, 3, 5c) bzw. T/4 (2a,2b, 4, 5d) durch die in Strömungsrichtung S2 nachgeschaltete Wellrippe 3 gestört wird, so dass eine Zunahme der Temperaturgradienten erzeugt wird, die eine Erhöhung der Wärmeübertragung bewirkt. Auf diese Weise ist auch bei einem Wärmetauscher 1 mit geringer Tiefe T von beispielsweise 12 bis 20 mm eine hoch effektive Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid FL2 und dem ersten Fluid FL1a gegeben.The on the flat tubes 2 adjacent rib sections 4a the corrugated ribs 3 do not have gills. Therefore, a laminar flow of fluid FL2 is more likely to form in this area than in gills 7 provided rib sections 4b , the adjacent flat tubes 2 connect. The laminar flow can with increasing run length to form a boundary layer with decreasing temperature gradient on the flat tube 2 to lead. However, this effect is limited to an insignificant degree by moving between two adjacent rib sections 4b a corrugated rib 3 forming flow of the second fluid FL2 already after the short distance T / 2 ( 1a . 1b . 3 . 5c ) or T / 4 ( 2a . 2 B . 4 . 5d ) through the downstream in the flow direction S2 corrugated fin 3 is disturbed, so that an increase in the temperature gradient is generated, which causes an increase in heat transfer. In this way, even with a heat exchanger 1 with shallow depth T of for example 12 to 20 mm given a highly effective heat transfer between the second fluid FL2 and the first fluid FL1a.

5 zeigt Wellrippen 10a,b...l mit jeweils mehreren Kiemenfeldern in Querschnittsansicht. Beim Stand der Technik von Kühlrippen mit strömungsleitenden Lamellen (Kiemen) in den einzelnen Rippen liegt üblicherweise eine Rippe zwischen zwei Rohren in Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids ausschließlich in einer Ebene ohne Versatz (5a, 5b). Diese Kühlrippen besitzen mindestens zwei sogenannte Kiemenfelder 11, 12 beziehungsweise 13, 14, die durch einen Steg unterschiedlicher Gestaltung voneinander getrennt sind. Die Ausrichtung der strömungsleitenden Lamellen (Kiemen) benachbarter Kiemenfelder ist hierbei üblicherweise gegensinnig. 5 shows corrugated ribs 10a , b ... l, each with several gill fields in cross-sectional view. In the prior art of cooling fins with flow-guiding lamellae (gills) in the individual fins usually lies a rib between two tubes in the main flow direction of the second fluid exclusively in a plane without offset ( 5a . 5b ). These cooling fins have at least two so-called gill fields 11 . 12 respectively 13 . 14 , which are separated by a bridge of different design. The orientation of the flow-conducting lamellae (gills) of adjacent gill fields is usually in opposite directions.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise zwei, drei oder auch mehr gleichartig geformte Wellrippen (Kühlrippen) versetzt zueinander hintereinander angeordnet, d.h. die eine Wellrippe mit strömungsleitenden Lamellen (Kiemen) kann in mehreren Ebenen versetzt zueinander liegen. Dabei kann die Anzahl der Wellrippen, die in Strömungsrichtung des zweiten Fluids betrachtet hintereinander angeordnet sind, in Abhängigkeit von der Tiefe des Wärmetauschers und/oder der Tiefe der Wellrippen gewählt werden. Dabei können bei einer Bautiefe von 12 bis 18 mm beispielsweise 2, 3 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 24 mm können beispielsweise 2, 3, 4 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 30 mm können beispielsweise 2, 3, 4, 5 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 36 mm können beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 42 mm können beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 48 mm können beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 54 mm können beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 60 mm können beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Reihen Verwendung finden, bei einer Bautiefe bis 66 mm können beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder mehr Reihen Verwendung finden.According to the present Invention are preferably two, three or more similar shaped corrugated fins (cooling fins) staggered one behind the other, i. the one corrugated rib with flow directing Slats (gills) can be offset in several planes. In this case, the number of corrugated fins, in the flow direction of the second fluid considered consecutively, depending on from the depth of the heat exchanger and / or the depth of the corrugated fins are selected. It can at a depth of 12 to 18 mm, for example, 2, 3 or more rows use find, with a depth up to 24 mm, for example, 2, 3, 4 or more rows are used, with a depth of up to 30 mm can For example, find 2, 3, 4, 5 or more rows use, at a depth of up to 36 mm for example 2, 3, 4, 5, 6 or more rows are used, at a depth of up to 42 mm for example 2, 3, 4, 5, 6, 7 or more rows are used, at a depth of up to 48 mm can for example 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or more rows are used, at a depth of up to 54 mm can For example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or more rows use For example, with a depth of up to 60 mm, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more rows are used, at a depth up to 66 mm can For example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or more rows use Find.

Ein Ausführungsbeispiel für 2 Reihen 15 und 16 zeigt 5c in einer Querschnittsansicht.An embodiment for 2 rows 15 and 16 shows 5c in a cross-sectional view.

Ein Ausführungsbeispiel für 3 Reihen 17, 18 und 19 zeigt 5d in einer Querschnittsansicht.An embodiment for 3 rows 17 . 18 and 19 shows 5d in a cross-sectional view.

Ein Ausführungsbeispiel für 4 Reihen 20, 21, 22 und 23 zeigt 5e in einer Querschnittsansicht.An embodiment for 4 rows 20 . 21 . 22 and 23 shows 5e in a cross-sectional view.

Ein Ausführungsbeispiel für 5 Reihen 24, 25, 26, 27 und 28 zeigt 5f in einer Querschnittsansicht.An embodiment for 5 rows 24 . 25 . 26 . 27 and 28 shows 5f in a cross-sectional view.

Ein Ausführungsbeispiel für 5 Reihen 29, 30, 31, 32 und 33 zeigt 5g in einer Querschnittsansicht.An embodiment for 5 rows 29 . 30 . 31 . 32 and 33 shows 5g in a cross-sectional view.

Ein Ausführungsbeispiel für 5 Reihen 34, 35, 36, 37 und 38 zeigt 5h in einer Querschnittsansicht.An embodiment for 5 rows 34 . 35 . 36 . 37 and 38 shows 5h in a cross-sectional view.

Mehr als zwei zueinander versetzte Reihen können vorzugsweise auf insgesamt zwei zueinander versetzte Ebenen verteilt sein wie bei den Ausführungsformen in den 5d, 5e und 5g. Sie können aber auch auf drei oder mehr verschiedene Ebenen verteilt sein wie bei den Ausführungs formen in den 5f und 5h, wobei die Abstände zwischen jeweils zwei Ebenen gleich oder verschieden sein können.More than two staggered rows can preferably zueinan to a total of two the staggered levels be distributed as in the embodiments in the 5d . 5e and 5g , But they can also be distributed on three or more different levels as in the execution forms in the 5f and 5h , where the distances between each two levels may be the same or different.

Alternativ kann auch nur der Bereich 41 beziehungsweise 44 zwischen zwei in einer Ebene liegenden Kiemenfeldern 39, 40 beziehungsweise 42, 43 gegenüber den Kiemenfeldern 39, 40 beziehungsweise 42, 43 versetzt sein (5i und 5j). In dem Bereich 41 beziehungsweise 44 weist die Wellrippe 10i beziehungsweise 10j keine Kieme auf. Auch diese Ausgestaltung bewirkt eine Beeinflussung der Temperaturgrenzschicht an den Rohrwänden und/oder eine verbesserte Durchströmung der Lamellen.Alternatively, only the area 41 respectively 44 between two in-plane gill fields 39 . 40 respectively 42 . 43 opposite the gill fields 39 . 40 respectively 42 . 43 be offset ( 5i and 5y ). In that area 41 respectively 44 has the corrugated rib 10i respectively 10j no gill on. This embodiment also causes an influence of the temperature boundary layer on the tube walls and / or an improved flow through the lamellae.

Ebenso können die Kiemenfelder 45, 46, 47 der Wellrippe 10k unterschiedlich groß sein (5k). Hierbei ist beispielsweise eine Zuordnung der Kiemenfelder 45, 46 einer ersten Rohrreihe sowie des Kiemenfeldes 47 einer zweiten Rohrreihe vorteilhaft, da durch den Versatz 49 zwischen den Kiemenfeldern 46 und 47 eine thermische Verbindung zwischen den Rohrreihen unterdrückt wird.Likewise, the gill fields 45 . 46 . 47 the corrugated rib 10k be different in size ( 5k ). Here, for example, an assignment of the gill fields 45 . 46 a first row of tubes and the gill field 47 a second row of tubes advantageous because by the offset 49 between the gill fields 46 and 47 a thermal connection between the rows of tubes is suppressed.

Auch eine Kombination von verschieden großen Kiemenfeldern 65, 66, 67, 68, 69 in verschiedenen Ebenen ist wie bei der Wellrippe 10l möglich ( 5l).Also a combination of different sized gill fields 65 . 66 . 67 . 68 . 69 in different levels is like the corrugated rib 10l possible ( 5l ).

Die Anzahl der Kiemen pro Reihe liegt beispielsweise zwischen 2 und 30 Kiemen in Abhängigkeit der Anzahl der Reihen und der Tiefe des Wärmetauschers. Vorzugsweise ist die Anzahl der Kiemen pro Kiemenfeld aus fertigungstechnischen Gesichtspunkten bei ungerader Anzahl an Reihen, d.h. bei 3, 5, 7, 9 oder 11 Reihen nicht identisch. Bei gerader Anzahl an Reihen kann die Anzahl der Kiemen pro Kiemenfeld identisch sein, wobei dies nicht notwendig ist.The For example, the number of gills per row is between 2 and 30 gills depending the number of rows and the depth of the heat exchanger. Preferably is the number of gills per gill field from manufacturing Aspects with an odd number of rows, i. at 3, 5, 7, 9 or 11 rows not identical. With an even number of rows can the number of gills per gill field be identical, this being is not necessary.

Im folgenden (6 bis 9) wird eine Simulation einer Luftdurchströmung durch einen Wärmetauscher mit drei unterschiedlichen Konfigurationen der Wellrippen erläutert.Hereinafter ( 6 to 9 ) a simulation of an air flow through a heat exchanger with three different configurations of the corrugated fins is explained.

Die Simulation erfolgt unter folgenden Bedingungen: Rohrwandtemperatur = 60 °C; Lufteintrittstemperatur = 45 °C; Luftdichte = 1,097 kg/m3; Lufteintrittsgeschwindigkeit vL = 1 und 3 m/s; Rippenhöhe = 8 mm; Rippentiefe = 16 mm. Bei der Simulation wird zum einen als Basis eine Wellrippe in einer Reihe, d.h. ohne Versatz, bestehend aus einer Reihe mit zwei Kiemenfeldern, die durch einen Steg in Dachform voneinander getrennt sind, betrachtet (Stand der Technik). Desweiteren wird eine Wellrippe mit 2 Reihen und eine Wellrippe mit 3 Reihen betrachtet. Die Simulation bestimmt neben dem luftseitigen Druckabfall den Massenstrom durch die einzelnen Lamellenöffnungen sowie die Abstrahlleistung von dem Rohr zur Kühlluft.The Simulation takes place under the following conditions: pipe wall temperature = 60 ° C; Air inlet temperature = 45 ° C; Air density = 1.097 kg / m3; Air inlet velocity vL = 1 and 3 m / s; fin height = 8 mm; Rib depth = 16 mm. In the simulation, on the one hand as Base a corrugated fin in a row, i. without offset, consisting from a row with two gill fields, which pass through a jetty Roof form are separated from each other, considered (prior art). Furthermore, a corrugated fin with 2 rows and a corrugated fin considered with 3 rows. The simulation determines next to the air-side pressure drop the mass flow through the individual fin openings and the radiation power from the pipe to the cooling air.

6 zeigt das Strömungsfeld der Luft bei einer Lufteintrittsgeschwindigkeit vLuft von 3 m/s in einen Wärmetauscher 51 mit Wellrippen 52, 53 unter den oben beschriebenen Randbedingungen im Bereich zwischen zwei Kiemenfeldern 54, 55 beziehungsweise 56, 57. Die Stege 58 beziehungsweise 59 zwischen jeweils zwei Kiemenfeldern besitzen hierbei eine Dachform. Die Pfeile 60 zeigen den Hauptströmungsweg der Luftteilchen, die durch die letzte Lamellenöffnung 61 vor dem Steg 59 hindurchströmen, anschließend eine Strömungsumlenkung erfahren und durch die Lamellenöffnungen 62, 63 im angrenzenden Kiemenfeld 57 strömen. Der Figur ist zu entnehmen, daß erst die zweite Lamellenöffnung 62 des Kiemenfeldes 57 wieder durch eine höhere Anzahl an Luftteilchen durchströmt wird, wobei erst das Geschwindigkeitsfeld durch die dritte Lamellenöffnung 63 wieder annähernd dem Geschwindkeitsbild im vorherigen Kiemenfeld 56 entspricht. 6 shows the flow field of the air at an air inlet velocity v air of 3 m / s in a heat exchanger 51 with corrugated ribs 52 . 53 under the boundary conditions described above in the area between two gill fields 54 . 55 respectively 56 . 57 , The bridges 58 respectively 59 between each two gill fields have this a roof shape. The arrows 60 show the main flow path of the air particles passing through the last louver opening 61 in front of the jetty 59 then flow through, then undergo a flow deflection and through the lamellar openings 62 . 63 in the adjacent gill field 57 stream. The figure shows that only the second slat opening 62 of the gill field 57 is again flowed through by a larger number of air particles, only the speed field through the third louver opening 63 again approximate the speed picture in the previous gill field 56 equivalent.

7 zeigt das Strömungsfeld der Luft bei einer Lufteintrittsgeschwindigkeit vLuft von 3 m/s in einen Wärmetauscher 71 mit Wellrippen 72, 73 unter den oben beschriebenen Randbedingungen im Bereich einer Versatzstelle 74 beziehungsweise 75 zwischen jeweils zwei Kiemenfeldern 76, 77 beziehungsweise 78, 79. Die Pfeile 80 zeigen den Hauptströmungsweg der Luftteilchen vor dem Versatz 75, zum einen durch die letzte Lamellenöffnung 81 vor dem Versatz und zum anderen durch die Versatzöffnung 75. Die Luftteilchen erfahren nach der Durchströmung der Versatzöffnung 75 eine Strömungsumlenkung, wobei die Luftteilchen, die durch die Versatzöffnung hindurchströmen, anschließend hauptsächlich durch die erste und zweite Lamellenöffnung 82, 83 des angrenzenden Kiemenfeldes 79 strömen. Die Luftteilchen, die durch die letzte Lamellenöffnung 81 vor dem Versatz hindurchströmen, strömen, nachdem sie ebenfalls eine Strömungsumlenkung erfahren haben, hauptsächlich durch die dritte Lamellenöffnung 84 des nachfolgenden Kiemenfeldes 79. 7 shows the flow field of the air at an air inlet velocity v air of 3 m / s in a heat exchanger 71 with corrugated ribs 72 . 73 under the boundary conditions described above in the area of an offset point 74 respectively 75 between each two gill fields 76 . 77 respectively 78 . 79 , The arrows 80 show the main flow path of the air particles before offsetting 75 , on the one hand through the last slat opening 81 before the offset and on the other by the offset opening 75 , The air particles experience after the flow through the offset opening 75 a flow deflection, wherein the air particles that flow through the offset opening, then mainly through the first and second fin opening 82 . 83 of the adjacent gill field 79 stream. The air particles passing through the last louvre opening 81 flow through before the offset flow, after they have also experienced a flow deflection, mainly through the third louver opening 84 of the following gill field 79 ,

8 und 9 zeigen eine Kurvendarstellung des Verhältnisses des Massenstroms mKieme durch die jeweilige Kiemenöffnung (Lamellenöffnung) zum halben Gesamtmassenstrom ½mges der Luft als Fluid FL2 für die drei unterschiedlichen Wellrippenkonfigurationen bei einer Luftanströmgeschwindigkeit von vLuft = 1 m/s (8) und vLuft = 3 m/s (9) unter den oben beschriebenen Randbedingungen, aufgetragen gegen die Tiefe der Rohre beziehungsweise des Wärmetauschers. Nicht gezeigt ist der prozentuale Massenstrom durch die Öffnung an der Versatzstelle. 8th and 9 2 shows a graph of the ratio of the mass flow m gill through the respective gill opening (slat opening) to half the total mass flow ½ m ges of the air as fluid FL2 for the three different corrugated fin configurations at an air flow velocity of v air = 1 m / s ( 8th ) and v air = 3 m / s ( 9 ) under the boundary conditions described above, plotted against the depth of the tubes or the heat exchanger. Not shown is the percentage mass flow through the opening at the offset location.

Wie aus 8 hervorgeht, liegt der prozentuale Luftmassenstrom bei den beiden Wellrippenkonfigurationen mit zwei bzw. drei Reihen (eine bzw. zwei Versatzstellen) immer oberhalb von 9 %, wohingegen bei Wellrippen in einer Ebene/Reihe der Luftmassenstrom bei den beiden Lamellenöffnungen im Anschluß an den Stegbereich auf unter 8 % mit einem Minimum von etwa 4 % abfällt. Fällt der Luftmassenstrom bei der Wellrippe bestehend aus einer Ebene bei der Lammellenöffnung vor dem Stegbereich von etwa 12 % auf etwa 10 % ab, so nimmt bei der Wellrippe bestehend aus zwei Ebenen/Reihen hier der Massenstrom durch die letzte Lamellenöffnung vor der Versatzstelle von etwa 12 auf etwa 13% zu. Im Anschluß an die Versatzstelle erfolgt auch hier eine Neuausrichtung der Luftströmung und die erste Lamellenöffnung wird nur mit einem prozentualen Luftmassenstrom von etwa 10 % beaufschlagt. Bei der Wellrippe bestehend aus drei Reihen nimmt der Massenstrom durch die letzte Lamellenöffnung vor der Versatzstelle ebenfalls auf etwa 13% zu. Im Anschluß an die Versatzstellen erfolgt auch hier eine Neuausrichtung der Luftströmung und die erste Lamellenöffnung wird jeweils nur mit einem prozentualen Luftmassenstrom von etwa 10–11 beaufschlagt.How out 8th shows the percentage air mass flow in the two corrugated fin configurations with two or three rows (one or two offset points) always above 9%, whereas in corrugated fins in a plane / row of air mass flow at the two fin openings following the land area below 8% with a minimum of about 4% drops. If the air mass flow at the corrugated rib consisting of a plane at the slat opening in front of the web area drops from approximately 12% to approximately 10%, the mass flow through the last slat opening in front of the offset point of approximately 12 takes place in the corrugated rib consisting of two levels / rows to about 13% too. Following the offset point, a realignment of the air flow takes place here, too, and the first flap opening is only subjected to a percentage air mass flow of approximately 10%. In the corrugated fin consisting of three rows, the mass flow through the last fin opening in front of the offset point also increases to about 13%. Following the offset points, here too a realignment of the air flow takes place and the first louver opening is in each case subjected only to a percentage air mass flow of approximately 10-11.

Wie aus 9 hervorgeht, liegt der prozentuale Luftmassenstrom bei den beiden Wellrippenkonfigurationen mit zwei bzw. drei Reihen (eine bzw. zwei Versatzstellen) immer oberhalb von 12 %, wohingegen bei Wellrippen in einer Ebene/Reihe der Luftmassenstrom bei den beiden Lamellenöffnungen im Anschluß an den Stegbereich auf unter 11 % mit einem Minimum von etwa 4,5 % abfällt. Fällt der Luftmassenstrom bei der Wellrippe bestehend aus einer Ebene bei der Lammellenöffnung vor dem Stegbereich von etwa 16,5 % auf etwa 15 % ab, so nimmt bei der Wellrippe bestehend aus zwei Ebenen/Reihen hier der Massenstrom durch die letzte Lamellenöffnung vor der Versatzstelle von etwa 16,5 auf etwa 18% zu. Im Anschluß an die Versatzstelle erfolgt auch hier eine Neuausrichtung der Luftströmung und die erste Lamellenöffnung wird nur mit einem prozentualen Luftmassenstrom von etwa 14 % beaufschlagt. Bei der Wellrippe bestehend aus drei Reihen nimmt der Massenstrom durch die letzte Lamellenöffnung vor der Versatzstelle ebenfalls auf etwa 18–19% zu. Im Anschluß an die Versatzstellen erfolgt auch hier eine Neuausrichtung der Luftströmung und die erste Lamellenöffnung wird jeweils nur mit einem prozentualen Luftmassenstrom von etwa 14 % beaufschlagt.How out 9 shows the percentage air mass flow in the two corrugated fin configurations with two or three rows (one or two offset points) always above 12%, whereas in corrugated ribs in a plane / row of air mass flow at the two lamellar openings subsequent to the land area under 11% with a minimum of about 4.5%. If the air mass flow in the corrugated rib consisting of a level at the Lammellenöffnung before the web area of about 16.5% to about 15%, so takes in the corrugated rib consisting of two levels / rows here the mass flow through the last lamellar opening in front of the offset point of about 16.5 to about 18% too. Following the offset point, a realignment of the air flow takes place here, too, and the first flap opening is only subjected to a percentage air mass flow of approximately 14%. In the corrugated fin consisting of three rows, the mass flow through the last fin opening in front of the offset point also increases to about 18-19%. Following the offset points, here too a realignment of the air flow takes place and the first lamellar opening is in each case subjected only to a percentage air mass flow of approximately 14%.

Die 10a,b und 11a,b zeigen jeweils ausschnittsweise einen Wärmetauscher 1 mit in zwei Reihen 1a,b parallel zueinander angeordneten Flachrohren 2, die von ersten Fluiden FL1a,b in einer ersten Strömungsrichtung S1 durchströmt sind. Ebenso ist eine gegensinnige Durchströmung denkbar. Die Flachrohre 2 sind an (nicht dargestellte) Sammelleitungen oder Sammelrohre angeschlossen. Die Fluide FL1a,b sind beispielsweise eine Kühlflüssigkeit und ein im Wärmetauscher 1 kondensierendes Kältemittel. Es kann sich genauso gut um zwei identische Fluide innerhalb eines zwei- oder mehrreihigen Wärmetauschers 1 handeln.The 10a ,Federation 11a , b show a detail of a heat exchanger 1 with in two rows 1a, b parallel flat tubes 2 , which are flowed through by first fluids FL1a, b in a first flow direction S1. Likewise, an opposite flow is conceivable. The flat tubes 2 are connected to manifolds (not shown) or manifolds. The fluids FL1a, b are for example a cooling liquid and a heat exchanger 1 condensing refrigerant. It may as well be two identical fluids within a two- or more-row heat exchanger 1 act.

Zwischen zwei jeweils benachbarten Flachrohren 2 sind zwei (10a,b) bzw. drei (11a,b) Wellrippen 3 als Kühlrippen angeordnet. Ausführungsformen mit einer höheren Anzahl an Wellrippen 3 sind ebenfalls realisierbar. Die Wellrippen 3 sind mäanderförmig aus einem Blech gebogen, wobei sich jeweils ein an einem Flachrohr 2 anliegender Rippenabschnitt 4a mit einem zwei benachbarte Flachrohre 2 verbindenden Rippenabschnitt 4b abwechselt. Die an den Flachrohren 2 anliegenden Rippenabschnitte 4a sind mit den Flachrohren 2 wärmeleitend verbunden, insbesondere verlötet. Die zwei benachbarte Flachrohre 2 verbindenden Rippenabschnitte 4b stehen senkrecht auf den Flachrohren 2 und bilden Strömungswege für ein zweites Fluid FL2, beispielsweise Luft, das den Wärmetauscher 1 in Strömungsrichtung S2 durchströmt. Das zweite Fluid FL2 strömt im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Wellrippen 3, d.h. das zweite Fluid FL2 trifft beim Einströmen in den Wärmetauscher 1 zunächst nur auf die schmalen Stirnflächen 6 der Wellrippen 3. Das zweite Fluid FL2 kann dadurch den Wärmetauscher 1 mit hoher Geschwindigkeit und entsprechend hohem Massendurchsatz durchströmen.Between two adjacent flat tubes 2 are two ( 10a , b) or three ( 11a , b) corrugated ribs 3 arranged as cooling fins. Embodiments with a higher number of corrugated ribs 3 are also feasible. The corrugated ribs 3 are meander-shaped bent from a sheet, each one on a flat tube 2 adjoining rib section 4a with a two adjacent flat tubes 2 connecting rib section 4b alternates. The on the flat tubes 2 adjacent rib sections 4a are with the flat tubes 2 thermally conductive connected, in particular soldered. The two adjacent flat tubes 2 connecting rib sections 4b stand perpendicular to the flat tubes 2 and form flow paths for a second fluid FL2, for example air, that the heat exchanger 1 flows through in the flow direction S2. The second fluid FL2 flows substantially parallel to the surface of the corrugated fins 3 , ie, the second fluid FL2 hits when flowing into the heat exchanger 1 initially only on the narrow end faces 6 the corrugated ribs 3 , The second fluid FL2 can thereby heat exchanger 1 flow at high speed and correspondingly high mass flow rate.

Aus den Rippenabschnitten 4b heraus sind Kiemen 7 geformt, die sich quer zur Strömungsrichtung S2 des zweiten Fluids FL2 sowie quer zur Strömungsrichtung S1 der ersten Fluide FL1 a,b erstrecken. Die Kiemen 7 innerhalb eines Rippenabschnitts 4b bewirken zum einen eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid FL2 und diesem Rippenabschnitt 4b, zum anderen eine gezielte Leitung des zweiten Fluids FL2 zum in Strömungsrichtung S2 schräg dahinter angeordneten Rippenabschnitt 4b. Auf diese Weise wird der den Wärmetauscher 1 durchströmende Massenstrom des zweiten Fluids FL2 praktisch vollständig unter hoher Ausnutzung des Temperaturunterschiedes zwischen den ersten Fluiden FL1a,b und dem zweiten Fluid FL2 zur Wärmeübertragung genutzt.From the rib sections 4b out are gills 7 formed, which extend transversely to the flow direction S2 of the second fluid FL2 and transverse to the flow direction S1 of the first fluid FL1 a, b. The gills 7 within a rib section 4b cause on the one hand a particularly good heat transfer between the second fluid FL2 and this rib portion 4b on the other hand a targeted guidance of the second fluid FL2 to the flow direction S2 obliquely behind it arranged rib portion 4b , In this way, the heat exchanger 1 flowing through mass flow of the second fluid FL2 almost completely under high utilization of the temperature difference between the first fluid FL1a, b and the second fluid FL2 used for heat transfer.

Zwei zwischen zwei Flachrohren 2 hintereinander angeordnete Wellrippen 3 sind gegeneinander versetzt. Die Herstellung dieser versetzten, einstückig ausgebildeten Wellrippen geschieht beispielsweise wie zu 1a,b erläutert.Two between two flat tubes 2 consecutively arranged corrugated ribs 3 are offset against each other. The production of these offset, integrally formed corrugated ribs happens, for example, as to 1a , b explained.

In dem in den 10b, 11b vergrößert dargestellten Zwischenbereich 9 zwischen den Flachrohrreihen 1a,b sind die Wellrippen 3 gegeneinander versetzt. Aufgrund der einstückigen Ausbildung sind die Wellrippen 3 verschiedener Rohrreihen über schmale Stege 9a im Bereich der an den Flachrohren 2 anliegenden Rippenabschnitte 4a miteinander verbunden. Da diese Stege 9a die einzige wärmeleitende Verbindung zwischen den Rohrreihen 1a,b darstellen, ist ein Wärmeübertrag von einer Rohrreihe auf die andere effektiv unterdrückt.In the in the 10b . 11b Enlarged illustrated intermediate area 9 between the rows of flat tubes 1a, b are the corrugated ribs 3 offset against each other. Due to the one-piece design, the corrugated ribs 3 different rows of tubes over narrow bars 9a in the area of the flat tubes 2 adjacent rib sections 4a connected with each other. Because these bridges 9a the only heat-conducting connection between the rows of tubes 1a, b represent a heat transfer from one row of tubes to the other is effectively suppressed.

Claims (12)

Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Flachrohren (2), die innen von ersten Fluiden (FL1a, FL1b) durchströmbar sind, die außen mit einem zweiten Fluid (FL2) beaufschlagbar sind, die im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung (S2) des zweiten Fluids (FL2) und parallel zueinander in zumindest zwei Reihen angeordnet sind, wobei jedem ersten Fluid zumindest eine Rohrreihe zugeordnet ist, wobei die Flachrohre einer Rohrreihe voneinander beabstandet sind und dabei den Wärmetauscher durchdringende Strömungswege für das zweite Fluid (FL2) ausbilden, wobei in den Strömungswegen Kühlrippen angeordnet sind, die sich jeweils zwischen benachbarten Flachrohren (2) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlrippen mehrere in Strömungsrichtung (S2) des zweiten Fluids (FL2) hintereinander angeordnete Wellrippen (3) vorgesehen sind, die zueinander seitlich versetzt sind, und dass mehrere hintereinander angeordnete Wellrippen (3) aus einem gemeinsamen Band (8) gebildet sind.Heat exchangers, in particular for motor vehicles, with flat tubes ( 2 ), which can be traversed internally by first fluids (FL1a, FL1b), which can be acted upon externally by a second fluid (FL2) arranged substantially transversely to the flow direction (S2) of the second fluid (FL2) and parallel to each other in at least two rows wherein each first fluid is associated with at least one row of tubes, wherein the flat tubes of a row of tubes are spaced from each other and thereby form the heat exchanger penetrating through flow paths for the second fluid (FL2), wherein in the flow paths cooling fins are arranged, each between adjacent flat tubes ( 2 ), characterized in that a plurality of corrugated ribs arranged one after the other in the flow direction (S2) of the second fluid (FL2) are provided as cooling fins ( 3 ) are provided, which are laterally offset from each other, and that a plurality of successively arranged corrugated fins ( 3 ) from a common band ( 8th ) are formed. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (5) der Wellrippen ((3) im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung (S2) des zweiten Fluid (FL2) angeordnet sind.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the surfaces ( 5 ) of corrugated ribs (( 3 ) are arranged substantially parallel to the flow direction (S2) of the second fluid (FL2). Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere versetzt zueinander angeordneten Wellrippen (3) gleichartig geformt sind.Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of mutually offset corrugated fins ( 3 ) are similarly shaped. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Wellrippen (3) Kiemen (7) zur Lenkung des zweiten Fluids (FL2) aufweist.Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the corrugated fins ( 3 ) Gills ( 7 ) for guiding the second fluid (FL2). Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kiemen (7) eines von zwei Flachrohren (2) begrenzten Rippenabschnitts (4b) gleichsinnig gegenüber der Strömungsrichtung (S2) des zweiten Fluids (FL2) schräg gestellt sind.Heat exchanger according to claim 4, characterized in that all gills ( 7 ) one of two flat tubes ( 2 ) limited rib section ( 4b ) are inclined in the same direction with respect to the flow direction (S2) of the second fluid (FL2). Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kiemen (7) zweier versetzt hintereinander angeordneter Rippenabschnitte (4b) gleichsinnig schräg gestellt sind.Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the gills ( 7 ) of two successively arranged rib sections ( 4b ) are inclined in the same direction. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kiemen (7) zweier versetzt hintereinander angeordneter Rippenabschnitte (4b) gegensinnig schräg gestellt sind.Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the gills ( 7 ) of two successively arranged rib sections ( 4b ) are inclined in opposite directions. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei versetzt hintereinander angeordnete Rippenabschnitte (4b) im wesentlichen parallel zueinander sind.Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that two offset successively arranged rib sections ( 4b ) are substantially parallel to each other. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenabschnitte (4b) im wesentlichen senkrecht zu den Flachrohren (2) angeordnet sind.Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the rib sections ( 4b ) substantially perpendicular to the flat tubes ( 2 ) are arranged. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippen (3) in Hauptströmungsrichtung des zweiten Fluids eine gleiche oder ähnliche Ausdehnung besitzen.Heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that the corrugated fins ( 3 ) in the main flow direction of the second fluid have an equal or similar extension. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Rohrreihen von verschiedenen Fluiden durchströmt werden.heat exchangers according to one of the claims 1 to 10, characterized in that different rows of tubes flow through various fluids. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Rohrreihen von einem Fluid durchströmt werden.heat exchangers according to one of the claims 1 to 10, characterized in that different rows of tubes flows through a fluid become.
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