DE10360240A1

DE10360240A1 - Rippe für Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE10360240A1
Application number: DE10360240A
Authority: DE
Inventors: Dragi Dr. Antonijevic
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: DE10360240B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rippe für Wärmeübertrager mit mindestens einer Lamellenanordnung im Bereich zwischen zugehörigen Rohren zur Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium, wobei die Lamellenanordnung ein Anströmteil und ein dazu korrespondierendes Abströmteil aufweist und beide Strömteile jeweils eine Außenlamelle, jeweils mindestens eine Zwischenlamelle und jeweils eine Innenlamelle aufweisen, wobei die Innenlamellen miteinander verbunden, die Lamellen eines Strömungsteils zu den Lamellen des anderen Strömteils geneigt ausgerichtet sowie mit Lamellen-Geometrie-Elementen - Länge L, Breite B, Neigungswinkel alpha - versehen sind, wobei zwischen den jeweils benachbarten geneigten Lamellen Durchgangsschlitze für das strömende Medium vorhanden sind. DOLLAR A Die Aufgabe besteht darin, dass eine maximale Wärmeübertragung sowie ein geringer Druckabfall abströmseitig innerhalb des strömenden Mediums erreicht werden. DOLLAR A Die Lösung besteht darin, dass die Lamellenanordnung (2, 30) zumindest in einem der beiden Strömteile (3, 4; 28) mit mindestens einer mindestens einfach gekrümmten Zwischenlamelle (7, 8, 9, 11, 12, 13) und/oder mindestens einer mehrfach gekrümmten Außenlamelle (5, 6) und/oder Innenlamelle (15, 16) als Geometrie-Elemente versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rippe für Wärmeübertrager mit mindestens einer Lamellenanordnung im Bereich zwischen zugehörigen Rohren zur Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium, wobei die Lamellenanordnung ein Anströmteil und ein dazu korrespondierendes Abströmteil aufweist und beide Strömteile jeweils eine Außenlamelle, jeweils mindestens eine Zwischenlamelle und jeweils eine Innenlamelle aufweisen, wobei die Innenlamellen miteinander verbunden sind und die Lamellen eines Strömteils zu den Lamellen des anderen Strömteils geneigt ausgerichtet sowie mit Lamellen-Geometrie-Elementen – Länge L, Breite B, Neigungswinkel α – versehen sind, wobei zwischen den jeweils benachbarten geneigten Lamellen Durchgangsschlitze für das strömende Medium vorhanden sind.
Die Mehrzahl der zurzeit in Kraftfahrzeugen verwendeten Wärmeübertrager besitzt einen Wärmeübertragungskern, der in Reihe übereinander angeordnete Wärmeübertragerrohre und dazwischen befindliche Rippen enthält, in deren Rippenfläche sich die Lamellen befinden.
Die Wärmeübertragung erfolgt von den Wärmeübertragerrohren zu den Rippen mit den Lamellen oder umgekehrt. Die Lamellen lenken den Mediumstrom über die Rippenfläche und durch die Rippenfläche hindurch, erzeugen einen gesteuerten Turbulenzgrad und sollen den Wärmeübergang zwischen dem strömenden Medium und der Rippe verbessern.

In herkömmlichen Rippen sind insbesondere die Zwischenlamellen mit den Lamellen-Geometrie-Elementen

- mit gleicher Lamellenlänge L -,
– mit gleichem Lamellenneigungswinkel α – und
– mit gleicher Lamellenbreite B –

jeweils im Anströmteil und im korrespondierenden Abströmteil versehen.

Das Lamellen-Geometrie-Element – mit gleicher Lamellenlänge L aller Lamellen – bedeutet im Wesentlichen, dass die Durchgangsschlitze aller Lamellen und somit die Lamellen auch gleich lang sind.

Die Außenknicklamelle, die Zwischenlamellen und die Innenknicklamelle jeweils eines Strömteils weisen bei Vorhandensein des Lamellen-Geometrie-Elements – mit gleichem Lamellenneigungswinkel α für alle Lamellen – einen gleich gerichteten Neigungswinkel auf, wobei aber die Neigungswinkelrichtungen in beiden Strömteilen unterschiedlich, aber spiegelsymmetrisch zur Rippenmittenebene ausgelegt sind.

Des Weiteren weisen die Zwischenlamellen bei Vorhandensein des Lamellen-Geometrie-Elements – gleiche Lamellenbreite B – eine im Rippenlängsschnitt ausgewiesene gleiche Breite auf, wobei davon abweichend die Breite des Knickteils der Außenknicklamelle und der Innenknicklamelle in den meisten Fällen jeweils etwa der halben Breite der Zwischenlamellen beträgt.

Andere Lamellenrippen für Wärmeübertrager sind in der Druckschrift US 4,328,861 beschrieben, wobei die Wärmeübertrager einen Aufbau aus Wärmeübertragerrohren und einem Rippenkern oder Flachrippen-Trennwänden aufweisen. Die Wärmeübertragerrohre sind in Form von Flachrohren ausgebildet. Die Rippen sind mit parallel zu der Reihe der Rohre in Längsrichtung erstreckenden jalousieartigen Lamellen einschließlich von zugehörigen Durchgangsschlitzen versehen und weisen ein über die Reihe der Rohre hinausragendes Stück auf. Die Rippen zwischen den Rohren haben Durchgangsschlitze mit konstanten Längen, außerhalb des Rohrbereichs ist eine Reihe von in Längsrichtung progressiv gekürzten Schlitzen vorhanden. Jeder der außerhalb des Rohrbereichs befindlichen Schlitze ist kürzer als die in der Reihe zwischen den benachbarten Flachrohren angeordneten normalen Schlitze, wobei die Reihe von in Längsrichtung gekürzten Schlitzen nahe dem äußeren Rand des überstehenden Stückes der Rippe jenseits der Ränder der Flachrohre geformt ist und der kürzeste Schlitz zunächst dem Rand der Reihe von Flachrohren angeordnet ist.

Somit ist außerhalb der Flachrohrbereiche in der Reihe der longitudinal gekürzten Lamellen jede Lamelle kürzer als die Länge der normalen Lamellen, welche sich zwischen den benachbarten Rohren in einer Reihe befinden, wobei die Reihe der longitudinal gekürzten Lamellen in dem überhängenden Bereich der Rippe zwischen der äußeren Kante der Rippe und hinter dem Ende der Rohrreihe geformt angeordnet sind.

Ein weiterer Wärmeübertrager mit umschließenden Lamellenrippenkanälen ist aus der Druckschrift US 4,958,681 bekannt. In dem Wärmeübertrager sind eine Vielzahl von runden Rohren und einer Vielzahl von zwischen den Rohren liegenden Rippen vorhanden, wobei die Rippen mit vielen Lamellen umgeben und thermisch an die Rohre gekoppelt sind, um die Wärmeübertragungskapazität des Wärmeübertragers zu verbessern. Die Rippen bestehen aus Lamellen und flachen Bereichen, wobei die Lamellen zwischen den Rohrpaaren platziert und im Abstand zu denselben auf einem angrenzenden Rippenbereich und im Abstand zu den Rohren mittels kreisbogenförmiger flacher Bereiche gleicher Breite angeordnet sind, welche als kreisbogenförmige Zirkulationskanäle gleicher Breite dienen. Das Verhältnis zwischen der Breite der kreisbogenförmigen Zirkulationskanäle und dem Abstand zwischen den benachbarten Rohren soll einen optimalen Wert aufweisen, wobei die Lamellen den Effekt erzeugen sollen, dass sich Wärmeübertragung und Luftdruckabfall des Wärmeübertragers erhöhen, wenn sich die Kurve der Wärmeübertragung gegenüber dem Luftdruckabfall erhöht.

Ein rohrförmiger Wärmeübertrager für Klimatisierungsanlagen ist in der Druckschrift US 5,117,902 beschrieben, der besteht

– aus einer Vielzahl von Rippenplatten, welche in regelmäßigen Abständen parallel zueinander angeordnet sind, –
– aus einer Vielzahl von Wärmeübertragerrohren, welche mindestens in einer Reihe und senkrecht zu den Rippenplatten angeordnet sind,
– aus einer Vielzahl von hervorragenden Leisten auf jeder Rippenplatte, wobei die Leisten senkrecht zum Luftstrom stehen und aus der Rippenplattenfläche erhaben herausgeformt wurden, und
– aus mindestens einer Ableitfläche auf jeder Rippenplatte, wobei sich die Fläche an der Mittellinie der Reihe der Wärmeübertragerrrohre erstreckt.

In einem solchen Rohrwärmeübertrager kann Luft zwischen den Rippenplatten strömen, wobei eine Flüssigkeit innerhalb der Wärmeübertragerrohre fließen kann. Jede hervorragende Leiste kann sich abhängig von der Strömungsrichtung in zwei Richtungen neigen. Außerdem ist die Anzahl der hervorragenden Leisten einer Reihe in der Nähe der längslaufenden Kante der Rippenplatte höher als die Anzahl der Leisten in der Reihe nahe der Mittellinie der Wärmeübertragerrohre. Auf der Ableitfläche sind keine Leisten herausgebildet.

Des Weiteren ist in der Druckschrift US 5,669,438 eine gewellte Wärmeübertragerrippe mit einer Serie von flachen Rippenwänden angegeben. Die Rippenwände sind einstückig mit abwechselnden Scheiteln mit einer vorgegebenen Rippenwandbreite, die zwischen den Scheiteln gemessen wird, gefaltet. Die Scheitel sind so ausgebildet, dass sie mit parallelen flachen Wärmeübertragerrohren verbunden werden können, um so Fluidströmungsdurchgänge zu bilden, die zwischen benachbarten Rippenwänden und den Rohren vorhanden sind. Durch die Rohre wird ein Fluid in einer Richtung, die im Allgemeinen parallel zu den Scheiteln verläuft, gedrückt. Dabei weist jeder der benachbarten Strömungsdurchgänge auch einen verengten Bereich innerhalb der Innenfläche eines Scheitels und einen gegenüberliegenden nicht verengten Bereich zwischen den Außenflächen der beiden benachbarten Scheitel auf.

Jede Rippenwand ist mit einer Serie von einstückigen, im We sentlichen planaren Lamellen ausgebildet, die aus der Wand gebogen sind, wobei jede der Lamellen eine Länge aufweist, die im Allgemeinen parallel zur Rippenwandbreite ist.

Jede Lamelle ist aus und durch die Ebene ihrer Rippenwand um eine schräge Achse geneigt. Dabei wird eine diagonale Hälfte der Lamelle im Wesentlichen vollständig auf eine Seite der Rippenwand und in Übereinstimmung damit die andere diagonale Hälfte der Lamelle im Wesentlichen auf die andere Seite der Rippenwand zu bewegt. Dadurch werden die diagonal gegenüberliegenden Ecken der Lamellen in die nicht verengten Bereiche und aus den verengten Bereichen der benachbarten Strömungsdurchgänge bezüglich jeder der Rippenwände bewegt.

In der Druckschrift US 5,730,214 ist ein Kühlrippen-Wärmeübertrager mit verstellbarer Lamellenanordnung beschrieben, in der die Lamellen einen variierenden Winkel aufweisen. Die Lamellenanordnung besteht aus drei Teilen – einem Anströmteil, einem lamellenfreien Zentralteil und einem Abströmteil -, wobei das Ansträmteil und das Abströmteil jeweils eine Außenknicklamelle und mehrere Zwischenlamellen aufweisen, wobei alle Lamellen in Symmetrie des Anströmteils und des korrespondierenden Abströmteils zur Zentralteilmittenebene angeordnet sind und wobei das Zentralteil an den beiden inneren, sich gegenüberliegenden Zwischenlamellen angebunden und parallel zur Rippenplattenebene versetzt ist, wobei die Zwischenlamellen mit den Lamellen-Geometrie-Elementen

– mit gleicher Lamellenlänge L –,
– mit ungleichen, von den Außenknicklamellen aus zum Zentralteil hin gerichtet sich vergrößernden Lamellenneigungswinkeln α –, und
– mit gleicher Lamellenbreite B der Zwischenlamellen –

bei wandbreitiger Lamellenausbildung versehen und wobei zentralteilsymmetrisch im Anströmteil und im Abströmteil auch un gleiche Lamellenneigungswinkel aufweisende Außenknicklamellen vorgesehen sind.

Während die Lamellen innerhalb jedes herkömmlichen Sets von Mustern – Anströmteil/Abströmteil – uniform in Länge, Breite, Steigung und Ausrichtung des Neigungswinkels sind, kann hier die Größe des Neigungswinkels jeweils von der äußeren bis zur inneren Lamelle steigen. Dabei werden die Neigungswinkel in Richtung des Luftstroms im Anströmteil zum Zentralteil gerichtet immer größer und nehmen gleichsam im Abströmteil fortwährend ab.

Die Lamellenneigungswinkel α sind insbesondere von 22° bezüglich der Außenknicklamellen an aufsteigend über 30° bis 40° bezüglich der letzten inneren Zwischenlamellen für das Anströmteil und entsprechend absteigend für das Abströmteil angegeben. Damit steigt der Lamellenneigungswinkel hin zum Zentralteil weitgehend stufenförmig an und fällt im Abströmteil bis zu dessen letzter Außenknicklamelle wieder stufenartig auf den Winkelwert der Außenknicklamelle des Anströmteils. Im Wesentlichen ist damit auch eine Lamellensymmetrie von Anströmteil und Abströmteil in Bezug auf das Zentralteil vorhanden.

Während die Knickteile der Außenknicklamellen etwa nur die halbe Lamellenbreite aufweisen, haben die zentralteilangebundenen Lamellen die gleiche Lamellenbreite wie die übrigen Zwischenlamellen. Das Zentralteil ist gegenüber den beiden anderen Strömteilen zur Rippenplattenebene parallel gerichtet beabstandet versetzt.

Ein Problem besteht auch darin, dass durch die großen Winkel im Bereich des Zentralteils geringe Turbulenzen vorhanden sind, die die Luft im Bereich des Abströmteils an die Lamellen strömen lassen.

Ein weiterer Wärmeübertrager mit Luft-Turbulenzen erzeugenden Lamellen in den Rippen und deren Herstellungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Rippen sind in der Druckschrift US 5,738,169 angegeben. Der Wärmeübertrager besteht aus mindestens einer Reihe von abgeflachten Rohren, durch welche ein Wärmeträger durchströmt. Eine windungsreiche Rippe ist zwischen zwei benachbarten Rohren mit diesen verbunden. Innerhalb der Rippe befindet sich eine Vielzahl von Lamellen, wobei jede Lamelle eine längliche Schlitzöffnung formt. Eine durch das Medium zu erhitzende oder abzukühlende Flüssigkeit durchströmt diese Schlitzöffnungen. Eine über einer oder mehreren Lamellen gewellte Kante verursacht in der Flüssigkeit Turbulenzen. Diese Turbulenzen stören den laminaren Fluss der Flüssigkeit entlang der zugehörigen Lamellen.

Aus der Druckschrift US 5, 765, 630 ist ein Radiator mit luftströmungsleitenden Rippen bekannt, die in einem bestimmten Winkel bezüglich der Schnittfläche des Radiatorkerns angeordnet sind. In den Radiator einströmende Luft wird durch die Rippen dementsprechend abgeleitet, so dass sie mit dem Anstellwinkel der Ventilatorflügel, welche Luft in den Radiator blasen, harmonieren.

Alle bekannten Rippen haben mit ihren Lamellenanordnungen unter anderem das Problem, dass sie keinen optimalen Aufbau aufweisen, der eine maximale Wärmeübertragung von einem Medium zum anderen Medium und einen geringen Druckabfall des strömenden Mediums nach dem Durchströmen der Rippen ermöglicht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Rippe für Wärmeübertrager anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass die an der Rippe vorhandene Mediumströmung optimal durch die Lamellenschlitze geführt wird, das Medium die Lamellen weitgehend kontaktierend anströmt, Turbulenzen erzeugt werden und dabei eine maximale Wärmeübertragung sowie ein geringer Druckabfall innerhalb des strömenden Mediums erreicht werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist eine Rippe für Wärmeübertrager mit mindestens einer Lamellenanordnung im Bereich zwischen zugehörigen Rohren zur Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium versehen, wobei die Lamellenanordnung ein Anströmteil und ein dazu korrespondierendes Abströmteil aufweist und beide Strömteile jeweils eine Außenlamelle, jeweils mindestens eine Zwischenlamelle und jeweils eine Innenlamelle aufweisen, wobei die Innenlamellen miteinander verbunden sind und die Lamellen eines Strömteils zu den Lamellen des anderen Strömteils geneigt ausgerichtet sind sowie mit Lamellen-Geometrie-Elementen – Länge L, Breite B, Neigungswinkel α – versehen sind, wobei zwischen den jeweils benachbarten geneigten Lamellen Durchgangsschlitze für das strömende Medium vorhanden sind.

Erfindungsgemäß ist die Lamellenanordnung zumindest in einem der beiden Strömteile mit mindestens einer mindestens einfach gekrümmten Zwischenlamelle und/oder mindestens einer mehrfach gekrümmten Außenlamelle und/oder Innenlamelle als Geometrie-Elemente versehen.

Eine Krümmung innerhalb einer Lamelle kann knickartig und/oder bogenförmig ausgebildet sein.

Die Zwischenlamellen können in Richtung ihrer Breite B einfach gekrümmt eingebracht sein, wobei mindestens eine gekrümmte Lamelle mindestens eine lamelleninnere Neigungswinkel-Änderung α_nO/α_nU vorzugsweise in einer Schnittpunktachse P zwischen der Lamellenlängsachse und der Rippenflächenebene besitzt, wobei die Neigungswinkel-Änderung α_nO/α_nU zwei ungleich orientierte Lamellenteile sowie innerhalb der Lamelle herbeiführt, wobei vorzugsweise jede der einfach gekrümmten Zwischenlamellen einen rippenoberen Lamellenteil und einen rippenunteren Lamellenteil aufweist, die jeweils zwei ungleich zueinander orientierte Lamellenteilneigungswinkel α_nO/α_nU mit n=2....11 (Lamellennummern) innerhalb der Zwischenlamellen haben, wobei α_nO die oberhalb der Rippenflächenebene lamellenteilzugehörigen, rippenoberen Neigungswinkel und α_nO die unterhalb der Rippenflächenebene lamellenteilzugehörigen, rippenunteren Neigungswinkel sind.

Die oberhalb der Rippenflächenebene vorhandenen, rippenoberen Lamellenteilneigungswinkel α_nO jeweils in den Strömteilen können vorgegeben gleich sein und mindestens einer der unterhalb der Rippenflächenebene vorhandenen, rippenunteren Lamellenteilneigungswinkel α_nO in den Strömteilen ist jeweils verschieden von den anderen ausgelegt.

Andererseits können die unterhalb der Rippenflächenebene vorhandenen, rippenunteren Lamellenteilneigungswinkel α_nU jeweils in den Strömteilen vorgegeben gleich sein und mindestens einer der oberhalb der Rippenflächenebene vorhandenen, rippen oberen Lamellenteilneigungswinkel α_nO in den Strömteilen ist jeweils verschieden von den anderen ausgelegt.

Die Lamellen können in Richtung der Breite B mehrfach gekrümmt eingebracht sein, wobei in einer mehrfach gekrümmten Lamelle wahlweise eine lamelleninnere Neigungswinkel-Änderung in einer Schnittpunktachse zwischen der Lamellenlängsachse P und der Rippenflächenebene und/oder mindestens eine lamelleninnere Neigungswinkel-Änderung in mindestens einer Achse, die außerhalb der Schnittpunktachse P' zwischen der Lamellenlängsachse und der Rippenflächenebene und parallel zu der Schnittpunktachse P gerichtet ist, vorhanden sind, und wobei die Neigungswinkel-Änderungen, d.h. die Mehrfachkrümmungen, mit mindestens zwei und/oder weiteren ungleichen Lamellenteilneigungswinkeln innerhalb einer Lamelle oberhalb und/oder unterhalb der Rippenflächenebene zu mehreren Lamellenteilen längs der Breitenausdehnung innerhalb einer Lamelle führen.

Die gekrümmten Lamellen können in der Lamellenanordnung als längs ihrer Länge L geknickte und/oder gebogene Lamellen als Geometrie-Element ausgebildet sein.

Die Lamellenanordnung kann mindestens eine Lamelle aufweisen, die im Vergleich zu mindestens einer Länge L der benachbarten Lamelle eine ungleiche Lamellenlänge L' als Geometrie-Element zumindest in einem der beiden Strömteile besitzt.

Die jeweilige Länge L/L' der Lamellen ist weitgehend von der Länge der Durchgangsschlitze S/S' abhängig.

Die Lamellenanordnung kann mindestens eine Zwischenlamelle enthalten, die im Vergleich zur Breite B/B' mindestens einer benachbarten Zwischenlamelle eine ungleiche Lamellenbreite B' als Geometrie-Element zumindest in einem der beiden Strömteile besitzt.

Zumindest im Bereich der Zwischenlamellen kann zwei benachbarten Lamellen ein längerer Mediumdurchgangsschlitz S' im Vergleich zu einem der benachbarten kürzeren Mediumdurchgangsschlitze S als Geometrie-Element zugeordnet sein.

Des Weiteren können mindestens drei benachbarte Lamellen der Lamellenanordnung zumindest in einem der beiden Strömteile mit ungleichen orientierungswechselnden Lamellenneigungswinkeln α_m+1/α_m+2/α_m+3 mit m=0...9 bei vorzugsweise zwölf Lamellen, derart versehen sein, dass sich mindestens ein pikartiger und/oder kerbartiger Verlauf der Lamellenneigungswinkel α_m+1/α_m+2/α_m+3) zwischen den drei benachbarten Lamellen als Geometrie-Element ausbildet.

Die pikartigen und/oder kerbartigen Verläufe der Lamellen können als Geometrie-Element auf die Lamellenanordnungen mit den gekrümmten Lamellen übertragbar sein.

Im Allgemeinen ist eine zur Rippenmittenebene bezogene Symmetrie der Lamellenanordnung zwischen dem Anströmteil und dem dazu korrespondierenden Abströmteil als Geometrie-Element in den meisten Anwendungsfällen vorhanden.

Es kann aber auch eine zur Rippenmittenebene ausgebildete Asymmetrie zwischen dem Anströmteil und dem dazu korrespondierenden Abströmteil als Geometrie-Element realisiert sein, wobei wahlweise die Anzahl und die Form der Lamellen in den Strömteilen unterschiedlich sein können.

Die Rippe kann weitgehend plattenförmig ausgebildet sein und besitzt vorzugsweise eine ebene Rippenfläche.

Die Lamellen, die Lamellenteile und deren zugehörige Neigungswinkel α können wahlweise je nach Bedarf und Ausbildung des Wärmeübertragers bei Einhaltung der Korrespondenz zwischen den Strömteilen auch symmetrisch vertauscht zur Rippenflächenebene angeordnet sein.

Wahlweise kann der Abstand A zwischen den benachbarten Lamellen der Strömteile unterschiedlich groß sein.

Die erfindungsgemäße Rippe kann des Weiteren wahlweise einen vorgegebenen Abstand zu anderen parallel angeordneten Rippen in Form einer vorgegebenen Rippenteilung s_fin als Geometrie-Element innerhalb des Wärmeübertragers aufweisen.

In der Rippe kann insbesondere eine Kombination der Lamellen-Geometrie-Elemente – der uneinheitlichen Länge L/L' mindestens einer Lamelle im Verhältnis zu den benachbarten Lamellen und der Ausbildung der uneinheitlichen oberen/unteren Lamellenteilneigungswinkel α_nO/α_nU bezüglich der gekrümmten Lamellen – vorhanden sein.

Die Rippe kann unterschiedliche Formen der Lamellenschnittprofile, insbesondere der Ausbildung der Schlitzschnitte S,S' als Geometrie-Element aufweisen.

Dabei können die Führungslinien der Durchgangschlitze derart unterschiedliche Lamellen ausbilden, dass unterschiedliche Breiten B/B', wechselnde Längen L/L' und/oder veränderte Krümmungen und/oder unterschiedlich orientierte Lamellenteilneigungswinkel α_r/α_s/α_t, die wahlweise von Lamelle zu Lamelle variieren, zumindest in einem der beiden Strömteile vorhanden sind.

Die Schnittprofile können vorzugsweise konkave, konvexe, pfeilartige, schlangenförmige, unterbrochene und andere geometrisch vorgegebene Konturen aufweisen und in Kompaktheit unterschiedliche Neigungswinkel α/α', unterschiedliche Lamellenbreiten B/B', unterschiedliche Lamellenlängen L/L' und Abstände A/A', mehrere Neigungswechselachsen P/P' im Bereich der Lamellen sowie Symmetrien und Asymmetrien zwischen den Anströmteilen und den korrespondierenden Abströmteilen haben, wobei die gestrichelten Messparameter α',B',L',A',P' die Änderungen darstellen.

Die Geometrie-Elemente können einzeln, zweifach oder mehrfach miteinander kombiniert sein, wobei die Geometrie-Elemente auch an Lamellen mit durchweg gleicher Lamellenbreite B und/oder mit durchweg gleichem Lamellenneigungswinkel α und/oder durchweg gleicher Lamellenlänge L eingebracht sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rippe mit mindestens einer Lamellenanordnung und mindestens einem erfindungsgemäßen Geometrie-Element weist folgende Schritte auf:

1. Ermittlung einer Rippe nach wahlweisem Einsatz von CAD-Programmen,
2. Vorgabe von statischen Parametern der Rippenabmessungen und von Geometrie-Elementen,
3. Vorgabe von dynamischen Parametern – z.B. Mediumeinströmtemperaur, Mediumeinströmgeschwindigkeit, Mediumausströmtemperatur, Druckabfall –,
4. Durchführung von CFD-Simulationen,
5. Aufnahme von Wärmeübergangs-Felder und
6. Aufnahme von Medium-Strömungsfelder vorzugsweise mit Lasergeräten,
7. Auswertung der erhaltenen Wärmeübergangs- und Strömungsfelder nach Messung insbesondere der Mediumausströmtemperaturen und des Druckabfalls,
8. Variation und Auswahl der vorgegebenen Geometrie-Elemente für die Rippe mit einer Optimierung hinsichtlich einer maximalen Wärmeübertragung und eines minimalen Druckabfalls,
9. Auswertung der CFD-Simulationen und
10. Herstellung der optimierten Rippe.

Als ein die Lamellen an-, durch- und abströmendes Medium können vorzugsweise Gase, insbesondere Luft eingesetzt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Rippe wird die Geometrie der Mediumseite, insbesondere der Luftseite der Wärmeübertrager im Bereich zwischen den Wärmeübertragerrohren verbessert und die Gesamtleistung einer Rippe erhöht, wobei die Gesamtleistung derart definiert ist, dass in ihr eine maximale Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium bei Verringerung des Druckabfalls des strömenden Mediums auf der Abströmseite erfolgen kann.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Rippen ist ohne größere Fertigungsinvestitionen außer neuen Werkzeugen ausführbar. Auch die Montagekosten bleiben weitgehend im herkömmlichen Bereich.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird mittels mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts einer erfindungsgemäßen Rippe mit einer Lamellenanordnung, in der Lamellen gekrümmt und mit zwei unterschiedlich orientierten Lamellenteilneigungswinkeln innerhalb einer Lamelle versehen sind,
2 eine schematische Darstellung mehrerer parallel angeordneter erfindungsgemäßer Rippen mit Luftströmungsrichtungen (Pfeile) innerhalb eines Wärmeübertragers,
3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Rippe mit mindestens einer Lamelle mit einem längeren Durchgangsschlitz bzw. mit einer längeren Lamelle als die benachbarten Lamellen,
4 eine schematische Darstellung einer Rippe im Längsschnitt mit einer Lamellenanordnung, in der drei benachbarte Lamellen mit unterschiedlich orientierten, steigenden-fallenden Lamellenneigungswinkeln von Lamelle zu Lamelle vorhanden sind,
5 eine Lamellenneigungswinkel(α/°)-Lamellennummer(N)-Darstellung für herkömmliche und bekannte Rippen mit zugehörigen Geometrie-Elementen,
6 eine Lamellenneigungswinkel(α/°)-Lamellennummer(N)-Darstellung für erfindungsgemäße Rippen mit den zugehörigen Geometrie-Elementen entsprechend 4,
7 eine Druckabfall(Δp/Pa)-Luftausströmtemperatur (t_air,aus/°C)-Vergleichsdarstellung zwischen der Basis-Rippe und den erfindungsgemäßen Rippen mit neigungswinkelabhängigen Lamellenanordnungen bei einer vorgegebenen Rippenteilung s_fin=1,1mm,
8 eine Druckabfall((Δp/Pa)-Luftausströmtemperatur (t_air,aus/°C)-Vergleichsdarstellung zwischen einer Basis-Rippe und erfindungsgemäßen Rippen mit neigungswinkelabhängigen Lamellenanordnungen bei einer anderen vorgegebenen Rippenteilung s_fin=1,2mm im Vergleich zur 7,
9 ein Rippentemperaturfeld für eine Basis-Rippe mit gleichen Längen der Durchgangsschlitze, mit gleichen Längen der Lamellen und gleichen Winkeln α=32°,
10 ein Rippentemperaturfeld für eine erfindungsgemäße Rippe mit unterschiedlichen Längen der Schlitze S' Nr. 2 ,3 und somit der Längen L' der Lamellen 3,4 im Anströmteil und korrespondierend dazu im Abströmteil,
11 ein Rippentemperaturfeld für eine Rippe B4 mit unterschiedlichen Längen der Schlitze 3,4 und somit der Längen der Lamellen Nr. 4,5 im Anströmteil und korrespondierend dazu im Abströmteil und
12 eine schematische Darstellung von Ausschnitten in Draufsicht von erfindungsgemäßen Rippen mit jeweils unterschiedlichen Lamellenschnitt- und Lamellenprofilen.
In 1 ist in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Rippe 1 mit mindestens einer Lamellenanordnung 2 für Wärmeübertrager im Bereich zwischen zugehörigen Rohren zur Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium gezeigt, wobei die Lamellenanordnung 2 aus zwei Teilen – einem Anströmteil 3 und einem dazu korrespondierenden Abströmteil 4 – besteht, wobei das Anströmteil 3 und das Anströmteil 4 jeweils eine Außenlamelle – eine Außenknicklamelle – 5,6, jeweils mindestens eine Zwischenlamelle 7,8,9,10 und 11,12,13,14 und jeweils eine Innenlamelle – eine Innenknicklamelle – 15,16 aufweisen, wobei die Innenknicklamellen 15,16 miteinander verbunden, die Lamellen 5,7,8,9,10,15 eines Strömteils 3 zu den Lamellen 6,11,12,13,14,16 des anderen Strömteils 4 geneigt ausgerichtet und mit Lamellen-Geometrie-Elementen – Länge L, Breite B, Neigungswinkel α – versehen sind, wobei zwischen den jeweils benachbarten Lamellen 5,7,8,9,10,15 und 6,11,12,13,14,16 Durchgangsschlitze 17,18 für das strömende Medium vorhanden sind.
Erfindungsgemäß ist die Lamellenanordnung 2,30 zumindest in einem der beiden Strömteile 3,4;28 mit mindestens einer mindestens einfach gekrümmten Zwischenlamelle 7,8,9 und 11,12,13 und/oder mindestens einer mehrfach gekrümmten Außenlamelle 5,6 und/oder Innenlamelle 15,16 als Geometrie-Elemente versehen.
Die Rippe 1 ist weitgehend plattenförmig ausgebildet und besitzt eine vorzugsweise ebene Rippenfläche 26.
Jede der Zwischenlamellen 7 bis 9 und 11 bis 13 weist jeweils eine lamelleninnere Neigungswinkel-Änderung quer bezüglich einer Neigungswechselachse P als Schnittlinie zwischen der Lamellenlängsachse in der Rippenflächenebene 26 auf. Bezüglich der Neigungswechselachse P bilden die gekrümmten Lamellen 7,8,9 und 11,12,13 einen rippenoberen Lamellenteil 7',8',9' und 11',12',13' und einen rippenunteren Lamellenteil 7'',8'',9'' und 11'',12'',13'', wie in 2 gezeigt ist. Die Neigungswinkel-Änderungen bestehen darin, dass jeweils zwei ungleich orientierte Lamellenteilneigungswinkel α_nO/α_nU mit n=2....11 (Lamellennummern) innerhalb der Lamellen 7,8,9 und 11,12,13 vorhanden sind, wobei α_nO die oberhalb der Rippenflächenebene 26 lamellenteilzugehörigen, rippenoberen Neigungswinkel und α_nU die unterhalb der Rippenflächenebene 26 lamellenteilzugehörigen, rippenunteren Neigungswinkel sind. Die Zwischenlamellen 10,14 sind nicht gekrümmt, sondern über die gesamte Breite B eben ausgebildet.
Die Erfindung ist nicht auf die strikte Ausbildung der Lamellenteile und Neigungswinkel oberhalb und unterhalb der Rippenflächenebene, wie in den 1,2 gezeigt ist, festgelegt. Die Lamellen, die Lamellenteile und deren zugehörige Neigungswinkel α können für alle Lamellen je nach Bedarf und Ausführung des Wärmeübertragers auch vertauscht zur Rippenflächenebene 26 angeordnet sein.
In 1 sind in einem Ausführungsbeispiel die oberhalb der Rippenflächenebene 26 vorhandenen, rippenoberen Lamellenteilneigungswinkel α_nO in den Strömteilen 3,4 jeweils vorgegeben gleich. Die unterhalb der Rippenflächeneben 26 vorhandenen, rippenunteren Lamellenteilneigungswinkel α_nO sind in den Strömteilen 3,4 außer in den Innenlamellen 15,16 jeweils verschieden ausgelegt. Die Tabelle 1 zeigt einen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Rippe mit der Geometrie G1, einer ersten erfindungsgemäßen Rippe 1 mit der Geometrie G2 und einer zweiten erfindungsgemäßen Rippe mit der Geometrie G3.
Tabelle 1:
Die erfindungsgemäße Rippe 1 mit der Geometrie G2 in der 2 ist stellvertretend für die anderen parallel angeordneten, die dritten bis sechsten Rippen 20,21,22,23 bezugszeichenbezogen mit den rippenoberen Lamellenteilen 5',7',8',9',10',15' sowie den rippenunteren Lamellenteilen 5'', 7'', 8'', 9'', 10'', 15'', versehen. In gemeinsamer Betrachtung der 1,2 weisen in 2 die oberhalb der Rippenflächenebene 26 befindlichen Lamellenteilneigungswinkel α_nO der fünf rippenoberen Lamellenteile 5',7',8',9',10' einen gleichen Winkelbetrag α=α_nO =const=28° auf, während die rippenunteren Lamellenteilneigungswinkel α_nO der rippenunteren Lamellenteile 5'',7'',8'',9'', 10'',15'' gemäß der Tabelle 1 einen von dem Außenlamellenteil 5" bis zum Innenlamellenteil 15'' zumindest teilweise ansteigenden Betrag von 0° bis 28° haben. Die rippenunteren Lamellenteile 5'',7'',8'',9'',10'',15'' des Anströmteils 3 klappen der Strömungsrichtung entgegen gerichtet neigungsmäßig von der Außenlamelle 5 aus bis zur Innenlamelle 15 gerichtet auf. Im Bereich des Abströmteils 4 klappen die rippenunteren Lamellenteile 5'',7'',8'',9'',10'',15'' von der Innenlamelle 16 aus in Richtung zur Außenlamelle 6 neigungsbezogen ab und erreichen wieder das 0°-Niveau der Rippenflächenebene 26. Dabei ist eine Symmetrie zwischen dem Anströmteil 3 und dem Abströmteil 4 vorhanden.
Auch kann ein weiteres erfindungsgemäßes Lamellen-Geometrie-Element – mindestens eine der Lamellen ist in Richtung der Breite B mehrfach gekrümmt – in der Rippe eingebracht sein, wobei mindestens eine Lamelle mit mindestens einer lamelleninneren Neigungswinkel-Änderung mindestens ein weiteres Mal auch außerhalb der Neigungswechselachse P in der Rippenflächenebene 26 versehen ist, wobei die Neigungswinkel-Änderungen, d.h. Mehrfachkrümmungen, mit mindestens zwei und/oder weiteren ungleichen Lamellenteilneigungswinkeln innerhalb einer Lamelle oberhalb und/oder unterhalb der Rippenflächenebene 26 zu mehreren Lamellenteilen längs der Breitenausdehnung innerhalb einer Lamelle führen.
Die in 2 schematisch dargestellten, parallel angeordneten erfindungsgemäßen Rippen 20,21,22,23 können Teil eines Wärmeübertragers 24 sein, wie sie herkömmlich in Kraftfahrzeug-Wärmeübertragern – in Kühlern, Heizungskernen, Verdampfern, Kondensern, Ladeluftkühlern usw. – vorhanden sind. Die als Medium vorzugsweise einströmende Luft aus Richtung 19 (Pfeil) wird zum Teil zwischen den Rippen 1,20,21,22,23 und durch die Durchgangsschlitze 17,18 hindurch auch an den Lamellen 5 bis 16 der anderen Rippen 20 bis 23 vorbeigeleitet. Insbesondere an den Lamellen 5 bis 16 kann die einströmende Luft 19 je nach Temperatur des Wärmeübertragers 24 Wärme abgeben oder aufnehmen. Die aus den Rippen 1,20,21,22,23 abströmende Luft verlässt mit einer zu messenden Luftausströmtemperatur t_air,aus in Richtung 25 (Pfeil) den Wärmeübertrager 24.
In 3 ist die erfindungsgemäße erste Rippe 1 in Draufsicht dargestellt. In gemeinsamer Betrachtung der 1,2 kann die Rippe 1 folgende Abmessungen als statische Parameter aufweisen Rippentiefe T; Rippenhöhe H; Lamellenlänge L; Lamellenbreite B; Abstand A zwischen den Lamellen; rippenoberer Lamellenteilneigungswinkel α_O; rippenunterer Lamellenteilneigungswinkel α_U; Materialdicke D. Die Rippenteilung, das ist der Abstand zwischen den parallel zueinander angeordneten Rippen 1–20,20–21,21–22,22–23, ist mit s_fin angegeben. Die Lamellenbreiten B der Außen- und Innenlamellen betragen weitgehend etwa die Hälfte der Breite B der Zwischenlamellen 7,8,9,10 und 11,12,13,14. In der Rippe 1 ist auch eine Lamelle mit einer von der Länge L abweichenden verlängerten Lamelle L' eingebracht. Eine verlängerte Lamelle L' bedingt einen längeren Schlitz S' gegenüber den anderen Durchgangsschlitzen S.
Dabei ist im Allgemeinen eine Lamellenbreite B, wie in 2 gezeigt ist, die zur Rippenflächenebene 26 abgewinkelte Abmessung einer ausgewählten Lamelle 14 im Längsschnitt der Rippe 1. Der Lamellenneigungswinkel α stellt im Allgemeinen den Anstellwinkel jeweils einer Lamelle bzw. eines Lamellenteils zur Rippenflächenebene 26 dar. Die Rippenhöhe H und die Rippentiefe T sind äußere Abmessungen der Rippe 1. Zwischen den Lamellen 5 bis 16 befinden sich die Durchgangsschlitze S mit den Bezugszeichen 17,18. Es liegen also für jedes Strömteil 3,4 vorzugsweise jeweils sechs Lamellen 5,7,8,9,10,15 und 6,11,12,13,14,16 mit je fünf Durchgangsschlitzen 17 bzw. 18 vor.
Die Außenknicklamellen 5, 6 stellen die erste bzw. letzte Lamelle in der Lamellenanordnung 2 dar. Die Innenknicklamellen 15,16 stehen miteinander im Bereich der Rippenmittenebene 27 in Verbindung, sind Teil der Rippenfläche und in der gemeinsamen Verbindung schlitzfrei. Des Weiteren sind vorzugsweise das Anströmteil 3 und das korrespondierende Abströmteil 4 zur Rippenmittenebene 27 spiegelsymmetrisch ausgebildet.
In einer Weiterbildung der Erfindung können die gekrümmten Lamellen in der Lamellenanordnung 2 längs ihrer Breite B und/oder auch ihrer Länge L gebogen sein, so dass die Lamellenanordnung mit einem weiteren Lamellen-Geometrie-Element – mindestens eine der Lamelle ist einfach und/oder mehrfach in Richtung der Breite B und/oder Richtung der Länge L gebogen – versehen sind.
Zur optimalen Ermittlung und finalen Realisierung von in Wärmeübertrager einsetzbaren Rippen kann die bekannte CFD-Simulation eingesetzt werden.
Aus der CFD-Analyse haben sich für unterschiedliche Rippenteilungen, Lufteinströmtemperaturen und -geschwindigkeiten sowie unterschiedlichen Rohroberflächentemperaturen im Unterschied zu einer herkömmlichen Basis-Rippe mit der Geometrie G1, der bekannten Rippe mit der Geometrie G_US (aus Druckschrift US 5,730,214 ) und einer Rippe mit einer Geometrie G4, die Lamellen mit stetig steigendem Neigungswinkel aufweist, erfindungsgemäße Lamellenneigungswinkel-Kombinationen von Rippen mit den Geometrien G5,G6,G7 ergeben, die in der Tabelle 2 und in den 5, 6 bzw. 7, 8 für einen sichtbaren Vergleich dargestellt sind.
Um die Darstellungen in der Tabelle 2 zu unterstützen, ist 4 stellvertretend für die Rippen mit den Geometrien G5,G6,G7 die erfindungsgemäßen Rippe 29 mit der Geometrie G5 in Verbindung mit Tabelle 2 beigefügt. Anstelle der beiden symmetrischen Strömteile einer Lamellenanordnung 30 ist infolge der Symmetrie zum Abströmteil nur das Anströmteil 28 gezeigt. Dabei können jeweils drei benachbarte Lamellen 31,32,33 der Lamellenanordnung 30 in dem Anströmteil 28 mit dem Lamellen-Geometrie-Element – ungleiche orientierungswechselnde Lamellenneigungswinkel α₃/α₄/α₅ sind vorhanden, wobei mindestens ein pikartiger Verlauf 34 und/oder ein kerbartiger Verlauf 35 (in 6) der Lamellenneigungswinkel α₃/α₄/α₅ zwischen den drei benachbarten Lamellen 31,32,33 im Anströmteil 28 und/oder im korrespondierenden Abströmteil vorhanden sind -, versehen sein. Die pikartigen und kerbartigen Verläufe 34(35) der Lamellen 31,32,33 können auch auf die Lamellenanordnungen 2 mit den gekrümmten Lamellen übertragen sein.
Für einen herkömmlichen Gaskühler können z.B. folgende rippenstatische Parameter für eine CFD-Simulation vorgegeben sein: Rippentiefe T=12,4mm; Rippenhöhe H=6,5mm; Lamellenlänge L=4,5mm; Lamellenbreite B=1mm; Abstand A zwischen den Lamellen A=1,0mm; Lamellenneigungswinkel α; rippenoberer Lamellenteilneigungswinkel α_O=28°; rippenunterer Lamellenteilneigungswinkel α_U=0° bis 28° einstellbar; Materialdicke D=0,08mm. Als Rippenteilung s_fin ist in 2 s_fin=1,1mm angegeben.
Tabelle 2:
Die Basis-Rippe mit der Geometrie G1 betrifft z.B. eine herkömmliche Lamellenanordnung bei einem gleichbleibenden Lamellenneigungswinkel α von α=32° sowohl im Anströmteil als auch im korrespondierenden, den eigentlichen Lamellenneigungswinkel: 180°–32°=148° aufweisenden Abströmteil.
Die Rippen mit den Geometrien G_US und G4 betreffen Lamellenanordnungen, in denen sich die Lamellenneigungswinkel entweder symmetrisch stufenförmig (G_US) oder beidseitig symmetrisch steigend (G4) zur Rippenmitte 27 gerichtet ändern. Die Rippen mit den Geometrien G1, G_US und G4 sind in den Neigungswinkel(α)-Lamellennummer(n)-Verläufen in 5 dargestellt.
Wie in den G5-,G6-,G7-Neigungswinkel(α)-Lamellennummer(n)-Darstellungen in der 6 gezeigt ist, haben die erfindungsgemäßen Lamellenneigungswinkeländerungen in ihrem Verlauf mindestens einen pikartigen Wechsel 34 oder kerbartigen Wechsel 35 bzw. Knick in Form eines niedrig-hoch-niedrigen Winkelwechsels 34 oder hoch-niegrig-hohen Winkelwechsels 35 zwischen jeweils drei benachbarten Lamellen aufzuweisen.
Die Wärmeübergangswerte und Druckabfallwerte aus der CFD-Simulation in der folgenden Tabelle 3 geben Aufschluss darüber, dass die erfindungsgemäßen Geometrien G5,G6,G7 gegenüber den bekannten Geometrien G1,G4 bessere Werte aufweisen.
Tabelle 3: Durch CFD-Simulaton erhaltene Werte der Nußelt-Zahl (Wärmeübergangszahl) und des Druckabfalls (Δp)
In Zusammenhang mit der Tabelle 3 sind in den 7 und 8 die Luftausströmtemperaturen t_air,aus/°C und die Druckabfälle Δp/Pa für die Rippen mit den Geometrien G5 und G6 sowie für die herkömmliche Rippe mit der Geometrie G1 für unterschiedliche Rippenteilungen s_fin=1,1mm und 1,2mm bei sonst gleichwertigen Parametern dargestellt.
Bei den Rippen mit den Geometrien G5 und G6 liegt der Druckabfall Δp zwischen 9% für eine Rippenteilung s_fin=1,1mm und einer Lufteinströmgeschwindigkeit w_air=4,94m/s und über 20% für die Rippenteilung s_fin=1,2mm und einer Lufteinströmgeschwindigkeit w_air=2,96 m/s.
Gleichzeitig ist der Wärmeübergang, repräsentiert durch die Luftausströmtemperatur t_air,aus, bei höherer Lufteinströmgeschwindigkeit w_air und kleinerer Rippenteilung s_fin bei den Rippen mit den Geometrien G5,G6,G7 intensiver als bei der Basis-Rippe mit der Geometrie G1. Bei einer geringeren Lufteinströmgeschwindigkeit w_air haben die erfindungsgemäßen Rippen mit den Geometrien G5 und G6 eine geringfügig kleinere Wärmeübergangszahl. Durch die Erhöhung der Rippenteilung sein von 1,1mm auf 1,2mm wird dieser Trend noch deutlicher.
Aus der gleichen CFD-Analyse werden für die Lamellen mit einem lamelleninneren Neigungswinkelwechsel für die erfindungsgemäße Rippe mit der Geometrie G3 in den 7,8 vergleichbar bessere Werte erhalten.
Die Lamellenteile über und unter der Neigungswechselachse P, die die Schnittlinie der Lamellenlängsachse und der Rippenflächenebene 26 darstellt, können verschiedene Orientierungen aufweisen. Die Werte der orientierungswechselnden Lamellenneigungswinkel α_O/α_U der in einer CFD-Analyse untersuchten erfindungsgemäßen Rippe mit der Geometrie G3 sind neben der Rippe 1 mit der Geometrie G2 in Tabelle 1 aufgeführt. Im Vergleich zu den Rippen mit den Geometrien G5,G6,G7 zeigt die Rippe mit der Geometrie G3 eine höhere Wärmeübertragung in Form der höchsten Luftausströmtemperatur und des geringsten Luftdruckabfalls, wie in den 7,8 gezeigt ist.
Die 7 zeigt gemäß der CFD-Simulation die Luftausströmtemperatur t_air,aus und den Druckabfall Δp für die vier verschiedenen Rippengeometrien G1,G5,G6,G3 bei einer Rippenteilung s_fin 1,1mm, einer Lufteinströmtemperatur t_air=44,58°C und drei Sätzen von Lufteinströmgeschwindigkeits-/Rohrtemperatur-Kombinationen; die 8 zeigt das für eine Rippenteilung s_fin=1,2mm.
Die Darstellungen in den 7,8 ergeben, dass die erfindungsgemäßen Rippen mit den Geometrien G5,G6,G3 mit nichteinheitlichen Lamellenwinkeln bei einer Unterbrechung der stetig steigenden bzw. fallenden Neigungswinkel α – in 4 – und/oder bei einer Änderung des Neigungswinkels in mindestens zwei Lamellenteilneigungswinkel α_O/α_U innerhalb der Lamellen – in den 1,2 – bessere Druckabfallwerte als herkömmliche Basis-Rippen mit den Grundgeometrien G1 aufweisen.
Nochmals hervorhebend sind die Ergebnisse der CFD-Simulation bei gekrümmten Lamellen in der Rippe mit der Geometrie G3 sogar noch besser als die Ergebnisse der Rippen mit den Geometrien G5 und G6. Die Verringerung des Druckabfalls Δp für eine Rippenteilung von s_fin=1,1mm und einer Lufteinströmgeschwindigkeit w_air=4,94 m/s ist etwa 14% geringer als für die Basis-Rippe mit der Geometrie G1. Die Lamellenanordnung mit der Rippe der Geometrie G3 weist ebenso höhere Wärmeübergangszahlen als die Baisis-Rippe mit der Geometrie G1 auf.
Bezogen auf die 1,4 mit Rippen 1 bzw. 29 (G5), die einesteils mit gleicher Lamellenlänge L ausgebildet sein können, können die Rippen 1,29 andernteils vorzugsweise mit einem weiteren Geometrie-Element – mindestens eine Lamelle hat eine größere Länge L' als die Längen L der benachbarten Lamellen innerhalb eines Strömteils – versehen sein.
Die jeweilige Länge L/L' der Lamellen ist im Prinzip von der Länge der Lamellenschlitze S/S' bzw. 17,18 vorgegeben und für die Rippenleistung von Bedeutung. Längere Durchgangsschlitze S' sind für den Wärmeübergang zwar günstig, können aber die mechanische Stabilität vermindern und die Fertigbarkeit der Rippen beeinträchtigen, je näher die Schlitze S' jeweils endseitig an die Rippenseitenkanten herangeführt sind.
Erfindungsgemäß weisen zwei benachbarte Lamellen, insbesondere zwei Zwischenlamellen einen im Vergleich zu den anderen Lamellen eines Strömteils unterschiedlichen Längsschlitz S-S' auf. Einige Lamellen können dabei länger als die benachbarten Lamellen ausgebildet sein. Die übrigen Lamellen sind dann mit einem kürzeren Schlitz versehen. Dabei wird in den schlitzfreien Bereichen mehr Kaltluftstrom gesammelt. Durch eine Wirbelbildung hinter der verlängerten Lamelle wird die Wärmeübertragung erhöht, weil die Wirbelbildung zwischen den Enden kürzerer Lamellen und dem Wärmeübertragerrohr stattfindet. Gleichzeitig wird ein Anstieg der Luftgeschwindigkeit in der Mitte der Rippe erreicht und versucht, einen Anstieg des lokalen Wärmeübergangskoeffizienten zu nutzen.
In der Tabelle 4 sind Rippen mit den Geometrien G1, GL1 und GL2 mit den Ergebnissen aus den CFD-Simulationen mit nichteinheitlichen Längen L/L' in mm der Lamellen gezeigt.
Tabelle 4; Rippen mit unterschiedlichen Lamellenlängen L/L' in mm mit einer Symmetrie zwischen dem Anströmteil und dem dazu korrespondierenden Abströmteil
sFür die Rippen mit den Geometrien G1, GL1 und GL2 sind in den 9,10,11 die zugehörigen Rippentemperaturfelder gezeigt. Als dynamische Parameter werden für die CFD-Simulation eine Lufteinströmtemperatur t_air=40°C, eine Lufteinströmgeschwindigkeit w_air=3,5 m/s und eine Rohroberflächentemperatur t_tu _be=60°C vorgegeben.
Bei der Rippe mit der Geometrie GL1 ist die dritte und die vierte Lamelle im Anströmteil und die neunte und die zehnte Lamelle im Abströmteil länger (5,5mm) als die benachbarten Lamellen (4,5mm). Bei der Rippe mit der Geometrie GL2 ist die vierte und die fünfte Lamelle im Anströmteil und die achte und die elfte Lamelle im Abströmteils länger (5,5mm) als die benachbarten Lamellen (4,5mm).
Die Rippentemperaturfelder in den 9,10,11 zeigen, dass die Lamellenanordnungen mit den Geometrien GL1 und GL2 den Luftströmungskanal zwischen den Lamellen und den Rippenenden aufbrechen, was einerseits zu einem erhöhten Wärmeübergang und andererseits aber zu gewissen Nachteilen hinsichtlich des Druckabfalls führt. Im Vergleich zu der herkömmlichen Basis-Rippe mit Geometrie G1 und dem zugehörigen Rippentemperaturfeld in 9 ergibt sich aus den 10, 11 für die Rippen mit den Geometrien GL1,GL2 eine Leistungsverbesserung im Wärmeübergang von 3,1% mit einer Druckabfallverschlechterung von 12,2% bei der Rippe mit der Geometrie GL1 und eine Leistungsverbesserung im Wärmeübergang von 3,2% mit einer Druckabfallverschlechterung von 12,4% bei der Rippe mit der Geometrie GL2.
In Tabelle 5 sind einige Resultate von 3D-CDF-Simulationen für eine 12mm×6, 5mm×0,08mm Rippe dargestellt, die zeigen, wie der Wechsel der Lamellenlänge L zu L' die Wärmeübertragung in Form der Luftausströmtemperatur t_air,aus und den Luftdruckabfall Δp beeinflusst.
Die angenommenen dynamischen Parameter sind:
Lufteinströmtemperatur t_air=40°C, Lufteinströmgeschwindigkeit w_air=3,47m/s; Rippenschritte/Rippenteilung s_fin=1,1mm.
Für die Lamellen der Basis-Rippe mit der Geometrie G1 ist ein gleich orientierter Neigungswinkel α=32° vorgesehen. Alle Rippen sind mit je sechs Lamellen auf jedem Strömteil versehen.
Tabelle 5:
Eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragung im Vergleich zur Basis-Rippe mit der Geometrie G1 (4,5mm) wird dann erreicht, wenn alle vier Lamellen verlängert sind (5,5mm).
Dabei ist die Luftausströmtemperatur t_air,aus=55,59°C zwar am höchsten, was mit allen Lamellen (Länge=5,5mm), die länger als 4,5mm sind, erreicht wird. Es ist aber auch der größte prozentuale Anstieg (28,86%) bezüglich des hohen Druckabfalls Δp=114,62 Pa zu verzeichnen. Dabei ist aber auch die mechanische Stabilität problematisch.
Ähnliche Ergebnisse mit zwar etwas niedrigerer Wärmeübertragung, aber auch mit wesentlich niedrigerem Druckabfall gegenüber der Basis-Rippe G1 werden mit einer Rippe mit nur einer längeren vierten Lamelle (Länge 5,5mm) erreicht. Im Allgemeinen ist es aus Stabilitätsgründen besser, nur einige der Zwischenlamellen länger als eine der benachbarten Lamellen auszubilden. In bevorzugter Weise wird nachfolgend eine Lamellenanordnung mit einer verlängerten vierten Lamelle mit einer Länge von 5,5mm, die also länger als alle Lamellen (Län ge=4,5mm) der Basis-Rippe mit der Geometrie G1 ist, untersucht.
Die letzte Zeile in der Tabelle 5 zeigt, was mit der Luftausströmtemperatur t_air,aus und dem Luftdruckabfall Δp geschieht, falls die vierte Lamelle eine nur wenig längere Länge (5,0mm) hat, aber länger als die vierte Lamelle der Basis-Rippe G1 ist. Dann geht die Tendenz der Wärmeübertragungswerte und der Druckabfallwerte wieder in Richtung der Werte der Basis-Rippe G1.
In Tabelle 7 sind einige Resultate von 3D-CDF-Simulationen für eine 12mm×6, 5mm×0,08mm Rippe dargestellt, die zeigen, wie in Kombination von zwei erfindungsgemäßen Geometrie-Elementen: – erstens eine vierte längere Lamelle mit der Lamellenlänge L=5,5mm und zweitens mit mindestens einer Lamelle mit ungleichen Lamellenteilneigungswinkeln α_nO/α_nU in einer Neigungswechselachse, die sich im Schnittpunkt zwischen der Lamellenlängsachse und der Rippenflächenebene 26 befindet, – die Wärmeübertragung in Form der Luftausströmtemperatur t_air,aus und den Druckabfall Δp beeinflusst.
Es werden die gleichen dynamischen Parameter wie für die Erstellung der Tabelle 5 verwendet:
Lufteinströmtemperatur t_air=40°C, Lufteinströmgeschwindigkeit w_air=3,47m/s; Rippenschritte/Rippenteilung s_fin=1,1mm.
Für die Lamellen der Basis-Rippe mit der Geometrie G1 ist ein gleich großer Neigungswinkel α=32° vorgesehen. Die Rippen sind mit je sechs Lamellen auf jedem Strömteil versehen.
Die Tabelle 7 zeigt, welche Wärmeübertragung bei Verringerung des Luftdruckabfalls erhalten wird, wobei der Druckabfall beträchtlich sinken kann, wenn die Wärmeübertragung ein hohes Niveau erreicht.
Tabelle 7:
Aus Tabelle 7 ist ersichtlich, dass die Rippen GL4,GL5, GL6,GL7 mit der Kombination der Lamellen-Geometrie-Elemente – der uneinheitlichen Länge mindestens einer Lamelle im Verhältnis zu den benachbarten Lamellen und der Variation (GL4/GL5 und GL6/GL7) der uneinheitlichen oberen/unteren Lamellenteilneigungswinkel bezüglich der gekrümmten Lamellen – die Wärmeübertragung durch einen gleichen oder sogar steigenden Wert des Druckabfalls auch im Vergleich zur Basis-Rippe mit der Geometrie G1 wesentlich verbessern kann.
Für höhere Lufteinströmtemperaturen und höhere Luftgeschwindigkeiten steigt die relative Verbesserung der Wärmeübertragung, die durch eine Vergrößerung des ungleichen Lamellenschnitts und der ungleichen Lamellenlänge sowie der gekrümmten Lamellen erreicht wird. Z.B. wird bei einer Lufteinströmgeschwindigkeit w_air=5,0m/s und einer Lufteinströmtemperatur t_air,aus=45°C, bei gleichen Werten der anderen dynamischen Parameter, die Wärmeübertragungs-Verbesserung um 8,55% erhöht im Vergleich zur Basis-Rippe mit der Geometrie G1 unter gleichen Bedingungen der Rippengeometrie mit der vierten Lamelle, die 5,5mm lang ist, mit zwei ungleichen Lamellenteilneigungswin keln und mit teilweise durchgängig oder ganz durchgängig gekrümmten Lamellen (z.B. obere/untere Lamellenteilneigungswinkel=28/0,28/12,28/18,28/22,28/28,0/28°).
In einer weiteren erfindungsgemäßen Verbesserung der Rippengeometrie können unterschiedliche, nicht symmetrische Anströmteile und Abströmteile insbesondere in Bezug auf unterschiedliche Längen verschiedener Lamellen ausgebildet sein. Einige der Lamellenanordnungen mit unterschiedlichen Lamellenlängen L/L' bei vorhandener Asymmetrie zwischen dem Anströmteil und dem korrespondierenden Abströmteil sind in Tabelle 6 dargestellt.
Tabelle 6: Rippen in Lamellen-Asymmetrie zwischen Anströmteilen und Abströmteilen
Erfindungsgemäß kann auch die Lamellenteilung, das ist der Abstand A, wie in 2 gezeigt ist, als weiteres erfindungsgemäßes Geometrie-Element zwischen benachbarten Lamellen auf einer Rippe, z.B. auf der Rippe 1, unterschiedlich sein.
In 12 sind mehrere Rippenausschnitte bezüglich von Variationen von Rippen mit unterschiedlichen Lamellenschnittprofilen als weiteres erfindungsgemäßes Geometrie-Element gezeigt.
Dabei sind auch an einer Rippe unterschiedliche Formen des Lamellenschnittprofils vorgesehen. Als Vergleich dazu ist in 12 ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Rippe der Geometrie GL1 mit der Rippenhöhe H, der Lamellenlänge L sowie den beiden längeren Lamellen L' dargestellt.
Neben konkaven, konvexen, pfeilartigen, schlangenförmigen oder auch unterbrochenen Schnittprofilen wird die herkömmliche Geometrie für die Rippen und die Lamellen durchbrochen. Die gezeigten Schnittprofile bedingen dabei in Kompaktheit unterschiedliche Winkel α,α', unterschiedliche Lamellenbreiten B,B', unterschiedliche Lamellenlängen L/L' und Abstände A,A', mehrere Neigungswechselachsen P,P' im Bereich der Lamellen sowie Symmetrien und Asymmetrien zwischen Anströmteilen und dazu korrespondierenden Abströmteilen. Rippengeometrisch kann dann die Lamellenanordnung mit dem Geometrie-Element – mit unterschiedlichen Schlitzschnitten S,S' – versehen sein, wobei die Führungslinien der Schlitze S,S' derart unterschiedliche Lamellen ausbilden, die unterschiedliche Breiten, wechselnde unterschiedliche Längen und/oder veränderte Krümmungen und/oder unterschiedlich orientierte Neigungswinkel, die wahlweise von Lamelle zu Lamelle variieren können, haben.
Erfindungsgemäß können die Rippen-Geometrie-Elemente und Lamellen-Geometrie-Elemente einzeln, zweifach oder mehrfach miteinander kombiniert sein, wobei die vorstehend genannten Geometrie-Elemente teilweise an Lamellen je nach Bedarf mit durchweg gleicher Lamellenbreite und/oder mit durchweg gleichem Lamellenneigungswinkel und/oder mit durchweg gleicher Lamellenlänge kombinierbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rippe mit mindestens einer Lamellenanordnung und mindestens einem erfindungsgemäßen Rippen-Geometrie-Element und/oder einem erfindungsgemäßen Lamellen-Geometrie-Element kann folgende Schritte aufweisen:

1. Ermittlung einer Rippe nach wahlweisem Einsatz von CAD-Programmen,
2. Vorgabe von statischen Parametern der Rippenabmessungen und von Rippen-Geometrie-Elementen und von Lamellen-Geometrie-Elementen,
3. Vorgabe von dynamischen Parametern – z.B. Mediumeinströmtemperaur, Mediumeinströmgeschwindigkeit, Mediumausströmtemperatur, Druckabfall des strömenden Mediums -,
4. Durchführung von CFD-Simulationen,
5. Aufnahme von Wärmeübergangs-Felder und
6. Aufnahme von Medium-Strömungsfeldern vorzugsweise mit Lasergeräten,
7. Auswertung der erhaltenen Wärmeübergangs- und Strömungsfelder nach Messung insbesondere der Mediumausströmtemperaturen und des Druckabfalls,
8. Variation und Auswahl der vorgegebenen Geometrie-Elemente für die Rippe mit einer Optimierung hinsichtlich einer maximalen Wärmeübertragung und eines minimalen Druckabfalls des strömenden Mediums,
9. Auswertung der CFD-Simulationen und
10. Herstellung der optimierten Rippe.

Die Erfindung ermöglicht es, bessere Mediumströmungsfelder zwischen den mittels Geometrie-Elementen veränderten Rippen zu erhalten.
Die Erfindung ermöglicht es auch, aufgrund der weitgehenden Übereinstimmung zwischen den numerischen Auswertungen und den erhaltenen Untersuchungsergebnissen sowohl für die Temperatur- als auch die Medium(Luft)druckabfalldaten mithilfe der CFD-Simulation eine technische Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Rippen herbeizuführen.
Die erfindungsgemäßen Lamellenanordnungen eröffnet die Möglichkeit, in den Rippen die Wärmeübertragung und den Druckabfall optimal aufeinander abzustimmen.

1: Erste Rippe mit Geometrie G2
2: Erste Lamellenanordnung
3: Erstes Anströmteil
4: Zweites Abströmteil
5: Erste Außenlamelle
6: Zweite Außenlamelle
7: Erste Zwischenlamelle
8: Zweite Zwischenlamelle
9: Dritte Zwischenlamelle
10: Vierte Zwischenlamelle
11: Fünfte Zwischenlamelle
12: Sechste Zwischenlamelle
13: Siebente Zwischenlamelle
14: Achte Zwischenlamelle
15: Erste Innenlamelle
16: Zweite Innenlamelle
17: Erste Durchgangsschlitze
18: Zweite Durchgangsschlitze
19: Mediumeinströmungsrichtung
20: dritte Rippe
21: vierte Rippe
22: fünfte Rippe
23: sechste Rippe
24: Wärmeübertrager
25: Mediumauströmungsrichtung
26: Rippenflächenebene
27: Rippenmittenebene
28: Zweites Anströmteil
29: siebente Rippe
30: Zweite Lamellenanordnung
31: Neunte Zwischenlamelle
32: Zehnte Zwischenlamelle
33: Elfte Zwischenlamelle
34: Pik-Verlauf
35: Kerb-Verlauf
G1: Geometrie der Basis-Rippe
G2: Geometrie der ersten Rippe 1
G3: Geometrie einer zweiten Rippe
G4: Geometrie der siebenten Rippe
G5: Geometrie der achten Rippe
G6: Geometrie der neunten Rippe
G7: Geometrie der zehnten Rippe
GL1: Geometrie der elften Rippe
GL2: Geometrie der zwölften Rippe
GL3: Geometrie der dreizehnten Rippe
GL4: Geometrie der vierzehnten Rippe
GL5: Geometrie der fünfzehnten Rippe
GL6: Geometrie der sechszehnten Rippe
GL7: Geometrie der siebzehnten Rippe
GL8: Geometrie der achtzehnten Rippe
GL9: Geometrie der neunzehnten Rippe
GL10: Geometrie der zwanzigsten Rippe
GL11: Geometrie der einundzwanzigsten Rippe
GL12: Geometrie der zweiundzwanzigsten Rippe
GL13: Geometrie der dreiundzwanzigsten Rippe
GL14: Geometrie der vierundzwanzigsten Rippe
GL15: Geometrie der fünfundzwanzigsten Rippe
T: Rippentiefe
H: Rippenhöhe
B: Lamellenenbreite
L: Lamellenlänge/Schlitzlänge
L': verlängerte Lamellenlänge/Schlitzlänge
α: Lamellenneigungswinkel
α_O: rippenoberer Lamellenteilneigungswinkel
α_U: rippenunterer Lamellenteilneigungswinkel
D: Materialdicke
A: Abstand zwischen benachbarten Lamellen
N/n: Lamellennummer
t_air: Mediumeinströmtemperatur
t_air,aus: Mediumausströmtemperatur
w_air: Mediumeinströmgeschwindigkeit
Δp: Druckabfall
s_fin: Abstand zweier Rippen – Rippenteilung
t_tube: Temperatur eines Wärmeübertragerrohres
LA: Lamellenneigungswinkel-Anordnung
S: Schlitz
S': verlängerter Schlitz
P: Neigungswechselachse innerhalb einer Lamelle

Claims

Rippe für Wärmeübertrager mit mindestens einer Lamellenanordnung im Bereich zwischen zugehörigen Rohren zur Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium, wobei die Lamellenanordnung ein Anströmteil und ein dazu korrespondierendes Abströmteil aufweist und beide Strömteile jeweils eine Außenlamelle, jeweils mindestens eine Zwischenlamelle und jeweils eine Innenlamelle aufweisen, wobei die Innenlamellen miteinander verbunden, die Lamellen eines Strömteils zu den Lamellen des anderen Strömteils geneigt ausgerichtet sowie mit Lamellen-Geometrie-Elementen – Länge L, Breite B, Neigungswinkel α – versehen sind, wobei zwischen den jeweils benachbarten geneigten Lamellen Durchgangsschlitze für das strömende Medium vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenanordnung (2,30) zumindest in einem der beiden Strömteile (3,4;28) mit mindestens einer mindestens einfach gekrümmten Zwischenlamelle (7,8,9,11,12, 13) und/oder mindestens einer mehrfach gekrümmten Außenlamelle (5,6) und/oder Innenlamelle (15,16) als Geometrie-Elemente versehen ist.
Rippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung innerhalb einer Lamelle (5,7,8,9,10, 15;6,11,12,13,14,16) knickartig und/oder bogenförmig ausgebildet ist.
Rippe nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlamellen (7,8,9,11,12,13) in Richtung ihrer Breite (B) einfach gekrümmt eingebracht sind, wobei mindestens eine gekrümmte Lamelle (7,8,9,11,12,13) mindestens eine lamelleninnere Neigungswinkel-Änderung (α_nO/α_nU) vorzugsweise in einer Schnittpunktachse (P) zwischen der Lamellenlängsachse und der Rippenflächenebene (26) besitzt, wobei die Neigungswinkel-Änderung (α_nO/α_nU) zwei ungleich orientierte Lamellenteile (7',8',9',11', 12',13') sowie (7'',8'',9'',11'',12'',13'') innerhalb der Lamelle (7,8,9,11,12,13) herbeiführt, wobei vorzugsweise jede der einfach gekrümmten Zwischenlamellen (7 bis 9,11 bis 13) einen rippenoberen Lamellenteil (7',8',9' und 11',12',13') und einen rippenunteren Lamellenteil (7'', 8'',9'' und 11'',12'',13'') aufweist, die jeweils zwei ungleich zueinander orientierte Lamellenteilneigungswinkel α_nO/α_nU mit n=2....11 (Lamellennummern) innerhalb der Zwischenlamellen (7,8,9,11,12,13) haben, wobei (α_nO) die oberhalb der Rippenflächenebene (26) lamellenteilzugehörigen, rippenoberen Neigungswinkel und (α_nU) die unterhalb der Rippenflächenebene (26) lamellenteilzugehörigen, rippenunteren Neigungswinkel sind.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberhalb der Rippenflächenebene (26) vorhandenen, rippenoberen Lamellenteilneigungswinkel (α_nO) jeweils in den Strömteilen (3,4) jeweils vorgegeben gleich sind und mindestens einer der unterhalb der Rippenflächenebene (26) vorhandenen, rippenunteren Lamellenteilneigungswinkel (α_nO) in den Strömteilen (3,4) jeweils verschieden von den anderen ausgelegt ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterhalb der Rippenflächenebene (26) vorhandenen, rippenunteren Lamellenteilneigungswinkel (a_nU) jeweils in den Strömteilen (3,4) jeweils vorgegeben gleich sind und mindestens einer der oberhalb der Rippenflächenebene (26) vorhandenen, rippenoberen Lamellenteilneigungswinkel (α_nO) in den Strömteilen (3,4) jeweils verschieden von den anderen ausgelegt ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (5,7,8,9,10,15;6,11,12,13,14,16) in Richtung der Breite (B) mehrfach gekrümmt eingebracht sind, wobei in einer mehrfach gekrümmten Lamelle wahlweise eine lamelleninnere Neigungswinkel-Änderung in einer Schnittpunktachse zwischen der Lamellenlängsachse (P) und der Rippenflächenebene (26) und/oder mindestens eine lamelleninnere Neigungswinkel-Änderung in mindestens einer Achse, die außerhalb der Schnittpunktachse (P') zwischen der Lamellenlängsachse und der Rippenflä chenebene (26) und parallel zu der Schnittpunktachse (P) gerichtet ist, vorhanden sind, wobei die Neigungswinkel-Änderungen, d.h. die Mehrfachkrümmungen, mit mindestens zwei und/oder weiteren ungleichen Lamellenteilneigungswinkeln innerhalb einer Lamelle oberhalb und/oder unterhalb der Rippenflächenebene (26) zu mehreren Lamellenteilen längs der Breitenausdehnung innerhalb einer Lamelle führen.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmten Lamellen in der Lamellenanordnung (2) als längs ihrer Länge (L) geknickte und/oder gebogene Lamellen als Geometrie-Element ausgebildet sind.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenanordnung (2) mindestens eine Lamelle aufweist, die im Vergleich zu mindestens einer Länge (L) der benachbarten Lamelle eine ungleiche Lamellenlänge (L') als Geometrie-Element zumindest in einem der beiden Strömteile (3,4) besitzt.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Strömteilen (3,4) mit jeweils sechs Lamellen vorzugsweise die vierte Lamelle im Anströmteil (3) und/oder vorzugsweise die neunte Lamelle im Abströmteil (4) eine größere Länge (L') als die Länge (L) einer benachbarten Lamellen aufweist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Länge (L/L') der Lamellen von der Länge der Durchgangsschlitze (S/S') abhängig ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenanordnung (2) mindestens eine Zwischenlamelle aufweist, die im Vergleich zur Breite (B/B') mindestens einer benachbarten Zwischenlamelle eine ungleiche Lamellenbreite (B') als Geometrie-Element zumindest in einem der beiden Strömteile (3,4) besitzt.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lamellenanordnung (2) zumindest im Bereich der Zwischenlamellen zwei benachbarten Lamellen ein längerer Mediumdurchgangsschlitz (S') im Vergleich zu einem der benachbarten kürzeren Mediumdurchgangsschlitze (S) als Geometrie-Element zugeordnet ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei benachbarte Lamellen (31,32,33) der Lamellenanordnung (30) zumindest in einem der beiden Strömteile (28,3,4) mit ungleichen orientierungswechselnden Lamellenneigungswinkeln (α_m+1/α_m+2/α_m+3) derart versehen sind, dass mindestens ein pikartiger und/oder kerbartiger Verlauf (34,35) der Lamellenneigungswinkel (α_m+1/α_m+2/α_m+3), mit m=0...9 bei vorzugsweise zwölf Lamellen, zwischen den drei benachbarten Lamellen (31,32,33) als Geometrie-Element vorhanden ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pikartigen und/oder kerbartigen Verläufe (34,35) der Lamellen (31,32,33) als Geometrie-Element auf die Lamellenanordnungen (2) mit den gekrümmten Lamellen (7,8,9,11,12,13) übertragen sind.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Rippenmittenebene (27) bezogene Symmetrie der Lamellenanordnung (2) zwischen dem Anströmteil (3) und dem dazu korrespondierenden Anströmteil (4) als Geometrie-Element vorhanden ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Rippenmittenebene (27) ausgebildete Asymmetrie zwischen dem Anströmteil und dem dazu korrespondierenden Anströmteil als Geometrie-Element vorhanden ist, wobei wahlweise die Anzahl und die Form der Lamellen in den Strömteilen (3,4) unterschiedlich ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitgehend plattenförmig ausgebildet ist und eine vorzugsweise ebene Rippenfläche (26) besitzt.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen, die Lamellenteile und deren zugehörige Neigungswinkel (α) wahlweise je nach Bedarf und Ausbildung des Wärmeübertragers (24) bei Einhaltung der Korrespondenz zwischen den Strömteilen (3,4) auch symmetrisch vertauscht zur Rippenflächenebene (26) angeordnet sind.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wahlweise einen vorgegebenen Abstand zu anderen parallel angeordneten Rippen (20,21,22,23) in Form einer vorgegebenen Rippenteilung (s_fin) als Geometrie-Element innerhalb des Wärmeübertragers (24) aufweist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise der Abstand (A) zwischen den benachbarten Lamellen der Strömteile (3,4) unterschiedlich groß ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in ihr eine Kombination (GL4/GL5,GL6/GL7) der Lamellen-Geometrie-Elemente – der uneinheitlichen Länge (L/L') mindestens einer Lamelle im Verhältnis zu den benachbarten Lamellen und der Ausbildung der uneinheitlichen oberen/unteren Lamellenteilneigungswinkel (α_nO/α_nU) bezüglich der gekrümmten Lamellen – vorhanden ist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lamellenanordnung unterschiedliche, nicht symmetrische, aber korrespondierende Strömteile – Anströmteil und Abströmteil – insbesondere in Bezug auf unterschiedliche Längen (L/L') verschiedener Lamellen ausgebildet sind.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie unterschiedliche Formen der Lamellenschnittprofile, insbesondere der Ausbildung der Schlitzschnitte (S,S') als Geometrie-Element aufweist.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lamellenanordnung (2) aufweist, in der unterschiedliche Lamellenprofile als ein Geometrie-Element vorhanden sind, wobei die Führungslinien der Durchgangschlitze (17,18) derart unterschiedliche Lamellen ausbilden, dass unterschiedliche Breiten (B/B'), wechselnde Längen (L/L') und/oder veränderte Krümmungen und/oder unterschiedlich orientierte Lamellenteilneigungswinkel (α_r,α_s/α_t) , die wahlweise von Lamelle zu Lamelle variieren, zumindest in einem der beiden Strömteile (3,4) vorhanden sind.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittprofile vorzugsweise konkave, konvexe, pfeilartige, schlangenförmige, unterbrochene und andere geometrisch vorgegebene Konturen aufweisen und in Kompaktheit unterschiedliche Neigungswinkel (α/α'), unterschiedliche Lamellenbreiten (B/B'), unterschiedliche Lamellenlängen (L/L') und Abstände (A/A'), mehrere Neigungswechselachsen (P/P') im Bereich der Lamellen sowie Symmetrien und Asymmetrien zwischen den Anströmteilen und den korrespondierenden Abströmteilen haben, wobei die gestrichelten Messparameter (α',B',L',A',P') die Änderungen darstellen.
Rippe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie-Elemente einzeln, zweifach oder mehrfach miteinander kombiniert sind, wobei die Geometrie-Elemente an Lamellen mit durchweg gleicher Lamellenbreite (B) und/oder mit durchweg gleichem Lamellenneigungswinkel (α) und/oder durchweg gleicher Lamellenlänge (L) eingebracht sind.
Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rippe mit mindestens einer Lamellenanordnung und mindestens einem erfindungsgemäßen Geometrie-Element mit folgenden Schritten: 1. Ermittlung einer Rippe nach wahlweisem Einsatz von CAD-Programmen, 2. Vorgabe von statischen Parametern der Rippenabmessungen und von Geometrie-Elementen, 3. Vorgabe von dynamischen Parametern – z.B. Mediumeinströmtemperaur, Mediumeinströmgeschwindigkeit, Mediumausströmtemperatur, Druckabfall -, 4. Durchführung von CFD-Simulationen, 5. Aufnahme von Wärmeübergangs-Felder und 6. Aufnahme von Medium-Strömungsfeldern vorzugsweise mit Lasergeräten, 7. Auswertung der erhaltenen Wärmeübergangs- und Strömungsfelder nach Messung insbesondere der Mediumausströmtemperaturen und des Druckabfalls des strömenden Mediums, 8. Variation und Auswahl der vorgegebenen Geometrie-Elemente für die Rippe mit einer Optimierung hinsichtlich einer maximalen Wärmeübertragung und eines minimalen Druckabfalls des strömenden Mediums, 9. Auswertung der CFD-Simulationen und 10. Herstellung der optimierten Rippe.