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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher und insbesondere auf Wärmeübertragungsflächen wie Rippen, die zur Erhöhung des Wärmeübertragungsvermögens in Wärmetauschern verwendet werden.
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HINTERGRUND
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Bei Wärmetauschern, insbesondere des Typs, der zum Erwärmen oder Kühlen von Fluiden verwendet wird, ist es üblich, Wärmeübertragungsflächen wie Rippen zu verwenden, die zwischen, benachbart zu und/oder innerhalb von Fluidströmungs-Durchgängen in dem Wärmetauscher positioniert sind, um das Wärmeübertragungsvermögen zu erhöhen. Verschiedene Typen von Wärmeübertragungsflächen oder Rippen sind bekannt. Ein üblicher Typ von Wärmeübertragungsfläche oder Rippe ist eine gewellte Rippe, die sinusförmige oder rechteckige Rillen aufweist, die sich in Reihen entlang der Länge oder Breite der Wärmetauscherplatten oder -rohre erstrecken, wobei die Wärmeübertragungsfläche zwischen oder benachbart den Wärmetauscherrohren oder gestapelten Platten, die den Wärmetauscher bilden, positioniert sind. Um das Wärmeübertragungsvermögen der Wärmeübertragungsfläche oder Rippe weiter zu erhöhen, ist es im Stand der Technik bekannt, eine Reihe von ”Schlitzen” oder ”Lamellen” in den ebenen Oberflächen der Wärmeübertragungsflächen oder Rippen zu bilden. Die Schlitze oder Lamellen dienen zum Unterbrechen des Grenzschichtwachstums entlang der Länge der ebenen Oberflächen und zum Erhöhen des Vermischens in dem über/durch die Wärmeübertragungsfläche strömenden Fluid in dem Bemühen, das Gesamtwärmeübertragungsvermögen des Wärmetauschers zu erhöhen.
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Während das Positionieren einer Wärmeübertragungsfläche oder Rippe zwischen den rohrförmigen Teilen oder gestapelten Platten des Wärmetauschers das Wärmeübertragungsvermögen dadurch erhöht, dass eine zusätzliche Fläche für die Wärmeübertragung erhalten wird, ist auch bekannt, dass Wärmeübertragungsflächen den Druckabfall durch den Fluidkanal, in welchem sich die Wärmeübertragungsfläche befindet, erhöht. Daher besteht, während jalousieartige Rippen und andere Wärmeübertragungsflächen mit Wärmeübertragungs-Vergrößerungsmerkmalen bekannt sind, eine fortdauernde Notwendigkeit, verbesserte Wärmeübertragungsflächen vorzusehen, die das Wärmeübertragungsvermögen erhöhen, ohne einen negativen Einfluss auf den Druckabfall über der Rippe oder Wärmeübertragungsfläche zu haben, unabhängig davon, ob sie zwischen den rohrförmigen Teilen oder innerhalb der rohrförmigen Teile eines Wärmetauschers angeordnet sind.
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KURZFASSUNG DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Wärmeübertragungsfläche eines Wärmetauschers vorgesehen, aufweisend ein gewelltes Teil mit mehreren parallelen, im gegenseitigen Abstand angeordneten oberen und unteren Stegen und sich zwischen diesen erstreckenden ebenen Rippenflächen; wobei jede Rille des gewellten Teils entweder einen oberen oder unteren Steg und zwei ebene Rippenflächen, die sich in derselben Richtung von dem entsprechenden oberen oder unteren Steg weg erstrecken, aufweist; wobei die ebenen Rippenflächen mit mehreren im gegenseitigen Abstand angeordneten Zungen gebildet sind, die jeweils eine fixierte Basis und ein freies Ende, das aus der Ebene der entsprechenden ebenen Rippenfläche hervorsteht, haben; mehrere Öffnungen, die in den ebenen Rippenflächen gebildet sind, wobei die mehreren Öffnungen durch die aus der ebenen Rippenfläche vorstehenden Zungen gebildet sind; und die freien Enden der in einer der ebenen Rippenflächen gebildeten Zungen sich in die oder durch die in einer benachbarten ebenen Rippenfläche gebildeten Öffnungen erstrecken.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, aufweisend mehrere gestapelte rohrförmige Teile, die sich in gegenseitigem Abstand in einer im Allgemeinen parallelen Beziehung erstrecken; einen ersten Satz von Fluidströmungs-Durchgängen, die durch die mehreren gestapelten rohrförmigen Teile definiert sind, einen zweiten Satz von Fluidströmungs-Durchgängen, die zwischen benachbarten rohrförmigen Teilen gebildet sind; einen ersten Verteiler in Verbindung mit dem ersten Satz von Fluidströmungs-Durchgängen; einen zweiten Verteiler in Verbindung mit dem ersten Satz von Fluidströmungs-Durchgängen; und mehrere Wärmeübertragungsflächen, die sich in dem zweiten Satz von Fluiddurchgängen zwischen benachbarten rohrförmigen Teilen befinden, wobei jede der Wärmeübertragungsflächen eines gewelltes Teil mit mehreren parallelen, im gegenseitigen Abstand angeordneten oberen und unteren Stegen und sich zwischen diesen erstreckenden ebenen Rippenflächen aufweist; jede Rille des gewellten Teils entweder einen oberen oder unteren Steg und zwei ebene Rippenflächen, die sich in derselben Richtung von dem entsprechenden oberen oder unteren Steg weg erstrecken, aufweist; die ebenen Rippenflächen mit mehreren im gegenseitigen Abstand angeordneten Zungen gebildet ist, wobei jede Zunge eine fixierte Basis und ein freies Ende, das aus der Ebene der entsprechenden ebenen Rippenfläche heraussteht, hat; mehrere in den ebenen Rippenflächen gebildete Öffnungen, die durch die aus der ebenen Rippenfläche herausstehenden Zungen gebildet sind; und die freien Enden der in einer der ebenen Rippenflächen gebildeten Zungen sich in die in einer benachbarten ebenen Rippenfläche gebildeten Öffnungen erstrecken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun im Wege von Beispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines eine Wärmeübertragungsfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung enthaltenden Wärmetauschers ist;
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2 eine perspektivische Teilansicht eines Teils der in 1 gezeigten Wärmeübertragungsfläche ist;
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3A eine Vorderansicht der in 2 gezeigten Wärmeübertragungsfläche ist, die das Eingreifen der Zungenspitzen zeigt;
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3B eine Vorderansicht der in 2 gezeigten Wärmeübertragungsfläche ist, die das Durchgreifen der Zungenspitzen durch die entsprechenden, in der benachbarten ebenen Rippenfläche gebildeten Öffnungen zeigt;
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4 eine perspektivische Detailansicht eines Teils des in 1 gezeigten Wärmetauschers ist;
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5 eine schematische Zeichnung ist, die ein alternatives Ausführungsbeispiel des Wärmetauscherflächen-Zungenmusters gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert;
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6 eine schematische Zeichnung ist, die ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragungsflächen-Zungenmusters gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert;
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7 eine schematische Querschnittszeichnung durch einen Bereich einer ebenen Rippenfläche der Wärmeübertragungsfläche ist, die ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung illustriert;
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8 eine schematische Zeichnung ist, die ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung illustriert;
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9 eine schematische Querschnittszeichnung durch einen Bereich einer ebenen Rippenfläche der Wärmeübertragungsfläche ist, die ein anderes alternatives Ausführungsbeispiele der Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung illustriert;
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10 eine schematische Querschnittszeichnung durch einen Bereich einer ebenen Rippenfläche der Wärmeübertragungsfläche ist, die ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung illustriert;
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11 eine schematische Querschnittszeichnung durch einen Bereich einer ebenen Rippenfläche ist, die noch ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung illustriert, wobei das Eingreifen der Zungenspitzen gezeigt wird, wenn die Wärmeübertragungs-Erhöhungszungen in abwechselnden Richtungen entlang der Länge der Rippenfläche gebogen sind;
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12A–12E schematische Zeichnungen sind, die verschiedene andere Formen von Wärmeübertragungs-Erhöhungszungen, die in die Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung eingefügt sein können, illustrieren;
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13 eine detaillierte schematische Zeichnung ist, die die einander entgegendrehenden Wirbel, die durch die dreieckigen Zungen der Wärmeübertragungsfläche gemäß der vorliegenden Offenbarung gebildet werden, illustriert;
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14 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Wärmeübertragungsvermögen und der Fluidgeschwindigkeit für die Wärmeübertragungsfläche gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu anderen bekannten Rippenstrukturen zeigt, wobei die Kurve repräsentativ ist für das Vermögen der jeweiligen Wärmeübertragungsfläche oder bekannten Rippenstruktur sehr nahe an ihrer jeweiligen gegenwärtigen Herstellungsgrenze für die Rippendichte;
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15 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Druckabfall und der Fluidgeschwindigkeit für die Wärmeübertragungsfläche gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu anderen bekannten Rippenstrukturen zeigt, wobei die Kurve repräsentativ ist für das Vermögen der jeweiligen Wärmeübertragungsfläche oder bekannten Rippenstruktur sehr nahe an ihrer jeweiligen gegenwärtigen Herstellungsgrenze für die Rippendichte;
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16 eine perspektivische Draufsicht auf einen Bereich einer ebenen Rippenfläche einer Wärmeübertragungsfläche mit einer abgewinkelten, sägezahnförmigen vorderen Kante ist;
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17 eine Seitenansicht des in 16 gezeigten Bereichs der Wärmeübertragungsfläche betrachtet von dem oberen oder unteren Steg der Rille ist;
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18 eine schematische Querschnittsansicht durch einen Bereich einer ebenen Rippenfläche einer Wärmeübertragungsfläche ist, die ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung illustriert;
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19 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs eines Wärmetauschers oder Wärmetauscherrohrs ist, enthaltend ein Ausführungsbeispiel einer Wärmeübertragungsfläche nach der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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In 1 ist eine Wärmetauscheranordnung 10 enthaltend eine Wärmeübertragungsfläche 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Wärmetauscheranordnung 10 enthält mehrere gestapelte rohrförmige Teile 14, die sich im gegenseitigen Abstand in einer im Allgemeinen parallelen Beziehung zueinander erstrecken. Die mehreren gestapelten rohrförmigen Teile 14 definieren zusammen einen ersten Satz aus Strömungsdurchgängen 16 durch diese für die Strömung eines ersten Fluids durch den Wärmetauscher 10. Ein zweiter Satz von Fluiddurchgängen 18 ist zwischen benachbarten rohrförmigen Teilen 14 für die Strömung eines zweiten Fluids wie Luft durch den Wärmetauscher 10 definiert. Während rohrförmige Teile 14 jeweils durch ein einzelnes rohrförmiges Element gebildet sein können, können sie auch durch ein Paar aus einer oberen und einer unteren Platte, die einander angepasst sind, gebildet sein, und daher können sie auch als Plattenpaare bezeichnet werden. die rohrförmigen Teile (oder Plattenpaare) 14 sind mit erhabenen Wulsten oder Wulstbereichen 24 gebildet, die jeweils eine darin gebildete Öffnung haben, die als eine Einlass/Auslass-Öffnung für die Strömung des ersten Fluids durch die rohrförmigen Teile 14 dient. Die Wulstbereiche 24 eines rohrförmigen Teils 24 sind mit den Wulstbereichen 24 an dem benachbarten rohrförmigen Teil 14 in dem Stapel von rohrförmigen Teilen ausgerichtet und gepaart, um Einlass/Auslass-Verteiler 26, 28 zu bilden (nur einer von diesen ist in der Zeichnung gezeigt). Bei einigen Ausführungsbeispielen können beide Wulstbereiche 24 an einem Längsende der rohrförmigen Teile 14 angeordnet sein, was einen im Allgemeinen U-förmigen Strömungspfad durch das rohrförmige Teil 14 ergibt, während bei anderen Ausführungsbeispielen sich jeweils ein Wulstbereich 24 an den jeweiligen Enden der rohrförmigen Teile 14 befinden kann, wodurch ein Wärmetauscher 10 gebildet wird, bei dem sich jeweils ein Verteiler an den jeweiligen Enden befindet. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass, während der Wärmetauscher 10 als ein Wärmetauscher gezeigt ist, der aus mehreren gestapelten rohrförmigen Teilen 14 mit integriertem Einlass/Auslass-Verteiler 26, 28 gebildet ist, der Wärmetauscher 10 auch durch rohrförmige Teile gebildet sein kann, die an extern befestigten Einlass/Auslass-Köpfen angebracht sind, um den Stapel von rohrförmigen Teilen 14 mit Fluid zu versorgen und Fluid von diesen zu empfangen. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass, während die Fluiddurchgänge 18 des zweiten Satzes so gezeigt sind, dass sie für die Strömung eines Fluids wie einen freien Luftstrom durch diese offen sind, die Fluiddurchgänge 18 des zweiten Satzes auch mit einem gemeinsamen Verteiler für den Einlass/Auslass eines zweiten Fluids versehen sein können. Demgemäß ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Wärmetauscher beschränkt sein soll, bei denen die Fluiddurchgänge 18 des zweiten Satzes offen für eine freie Strömung von Luft sind, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Wärmeübertragungsflächen 12 an den äußeren Flächen von rohrförmigen Teilen 14 angebracht und befinden sich zwischen den gestapelten, im gegenseitigen Abstand angeordneten rohrförmigen Teilen 14 in dem dazwischen gebildeten zweiten Satz von Fluiddurchgängen 18. Die Wärmeübertragungsfläche 12 hat die Form eines gewellten Teils mit im Allgemeinen parallelen, im gegenseitigen Abstand angeordneten oberen und unteren Stegen 30, 32 und im Allgemeinen ebenen Rippenflächen 34, die sich zwischen den oberen und den unteren Stegen 30, 32 erstrecken. Jede Rille des gewellten Teils ist im Allgemeinen durch einen oberen oder unteren Steg 30, 32 und zwei ebene Oberfläche 34, die sich in derselben, im Allgemeinen vertikalen Richtung von dem oberen oder unteren Steg 30, 32 aus erstrecken, definiert. Jede ebene Rippenfläche 34 definiert auch eine erste oder innere Oberfläche 33 und eine zweite oder äußere Oberfläche 35, obgleich der Umstand, ob die erste oder die zweite Oberfläche als eine innere Oberfläche oder als eine äußere Oberfläche betrachtet wird, davon abhängt, ob man eine Rille auf der Grundlage eines oberen Stegs 30 mit sich abwärts erstreckenden ebenen Rippenflächen 34 oder eine Rille auf der Grundlage eines unteren Stegs 32 mit sich aufwärts erstreckenden ebenen Rippenflächen 34 betrachtet. Für den Zweck der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Ausführungsbeispiele wird Bezug auf die ebene Rippenfläche 34 genommen, die eine innere Oberfläche 33 und eine äußere Oberfläche 35 im Hinblick auf eine Rille auf der Grundlage eines oberen Stegs 30 definiert, jedoch ist darauf hinzuweisen, dass die Oberflächen 33, 35 umgekehrt werden, wenn eine Rille auf der Grundlage eines unteren Stegs 32 betrachtet wird.
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Wie in 3 gezeigt ist, sind die oberen und unteren Stege 30, 32 abgerundet, wobei die ebenen Rippenflächen 34 im Allgemeinen aufrecht oder vertikal und parallel zueinander sind. jedoch ist darauf hinzuweisen, dass die oberen und unteren Stege 30, 32 auch im Allgemeinen flache Oberfläche abhängig von dem besonderen Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12 und des Wärmetauschers 10 sein können, und dass die ebenen Rippenflächen 34 auch so gebildet sein können, dass sie sich unter einem Winkel von einer vertikalen Achse durch den entsprechenden oberen oder untern Steg 30, 32 weg erstrecken.
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Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, sind die ebenen Rippenflächen 34 mit einer Reihe von Vorsprüngen in der Form von Deltaflügelzungen oder dreieckigen Zungen 36, die aus der Oberfläche der ebenen Rippenfläche 34 vorstehen oder sich erstrecken, gebildet. Wie allgemein im Stand der Technik bekannt ist, bezieht sich ein ”Deltaflügel” auf eine dreieckförmige Zunge, bei der der Dreieckpunkt oder die Spitze 38 von der ebenen Rippenfläche 34, in der sie gebildet ist, getrennt und aus dieser heraus gehoben, wobei die Spitze 38 von der fixierten Basis 40 der Zunge 36 aufwärts gerichtet ist. Durch Anheben der Dreieckspitzen 38 aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 heraus, um einen Winkel mit der ebenen Fläche zu bilden, wird eine entsprechende Öffnung 39 in der ebenen Rippenfläche 34 gebildet.
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Bei dem vorliegenden, hauptsächlich in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die dreieckigen Zungen 36 sämtlich mit ihren in dieselbe Aufwärtsrichtung zeigenden Spitzen 38 positioniert. Die dreieckigen Zungen 36 in der Wärmeübertragungsfläche 12 sind auch so gebildet, dass sämtliche Spitzen 38 in derselben Richtung aus ihrer jeweiligen ebenen Rippenfläche 34 heraus vorstehen oder sich erstrecken. Genauer gesagt, sind, wie am deutlichsten aus 3 ersichtlich ist, wenn die Wärmeübertragungsfläche 12 von ihrer vorderen Kante 42 aus mit Bezug auf die Richtung der eintreffenden Strömung, die in den 1 und 2 durch den Pfeil 41 dargestellt ist, betrachtet wird, sämtliche dreieckigen Zungen 36 in derselben allgemeinen Richtung gerichtet, d. h., in dem in der Zeichnung illustrierten spezifischen Ausführungsbeispiel nach rechts. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die dreieckigen Zungen 36 auch sämtlich entgegengesetzt gerichtet sein können, d. h. nach links, abhängig von der besonderen Orientierung/Position der Wärmeübertragungsfläche 12, und bei anderen Ausführungsbeispielen in derselben Richtung, aber mit unterschiedlichen Winkeln gerichtet sein können, oder in unterschiedlichen Richtungen abhängig von dem spezifischen Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12 gerichtet sein können. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wenn eine individuelle Rille betrachtet wird, drauf hinzuweisen, dass die dreieckigen Zungen 36 auf einer ersten der beiden ebenen Rippenflächen 34, die die Rille bilden, zu der Innenfläche 33 der entsprechenden ebenen Rippenfläche 34 vorstehen, während die dreieckigen Zungen auf der zweiten der beiden ebenen Rippenflächen 34 zu der Außenfläche 35 der entsprechenden ebenen Rippenfläche 34 vorstehen.
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Die dreieckigen Zungen 36 sind aus der Ebene ihrer jeweiligen ebenen Rippenfläche 34 herausgebogen oder stehen aus dieser vor, und sie sind unter einem Angriffswinkel zu der auftreffenden Strömung positioniert (siehe Pfeil 41 in 1, der repräsentativ für die Richtung der Fluidströmung über die Wärmeübertragungsfläche 12 ist). Indem die dreieckigen Zungen 36 aus der ebenen Rippenfläche 34 herausragen, wobei die Spitze 38 unter einem Angriffswinkel zu der auftreffenden Strömung positioniert sind, wird ein Paar von sich entgegengesetzt drehenden Wirbeln (schematisch in 13 gezeigt) innerhalb des über die ebene Rippenfläche 34 strömenden Fluids gebildet, die weit stromabwärts entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 fortdauern. Durch Einführen von sich gegeneinander drehenden Wirbeln innerhalb des über die ebenen Rippenflächen 34 strömenden Fluids wird die Grenzschichtdicke innerhalb des Fluids minimiert, was dazu dient, dass das Gesamtwärmeübertragungsvermögen der Wärmeübertragungsfläche 12 erhöht wird.
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Wie in den 2–4 gezeigt ist, ist die Wärmeübertragungsfläche 12 vorzugsweise auch so gebildet, dass die Spitzen 38 der dreieckförmigen Zungen 36 von einer ebenen Rippenfläche 34 sich in die Öffnungen 39, die in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 durch die darin gebildeten dreieckigen Zungen 36 gebildet sind, erstrecken oder in diesen aufgenommen werden. Die Spitzen 38 der dreieckigen Zungen 36 können sich auch durch die Öffnungen 39 in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 erstrecken, so dass die Spitzen 38 über die äußere Oberfläche 35 der angrenzenden ebenen Rippenfläche 34 hinaus vorstehen, wie deutlich in 3B gezeigt ist. Die Spitzen 38 können auch einfach innerhalb der entsprechenden Öffnungen 39 in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 aufgenommen sein, im Gegensatz zum Erstrecken über die gesamte Strecke durch die Öffnungen 39, wie z. B. in den umkreisten Bereichen 43 in 3A gezeigt ist. Das Verschachteln der dreieckigen Zungen 36 zwischen benachbarten ebenen Rippenflächen 34 ermöglicht, wie hauptsächlich in den 3A und 3B gezeigt ist, eine erhöhte Rippendichte innerhalb der Wärmeübertragungsfläche 12, da die ebenen Rippenflächen 34 näher zueinander positioniert werden können. Es wurde gefunden, dass das Verschachteln der dreieckigen Zungen 36 das Gesamtwärmeübertragungsvermögen zu erhöhen scheint, ohne dass eine nachteilige Wirkung auf den Druckabfall, wie er bei einigen geschlitzten Rippengestaltungen üblich ist, aufzutreten scheint. Ohne den Vorteil des Verschachtelns der Zungen 36 wurde gefunden, dass jede Erhöhung des Leistungsvermögens der Wärmeübertragungsfläche 12 durch die Rippendichte/den Rippenabstand, die Anzahl von vorgesehenen Zungen 36, die Größe der Zungen 36 sowie den Angriffswinkel, unter dem die Zungen 36 mit Bezug auf die auftreffende Strömung positioniert sind, begrenzt ist. während verbesserter Eigenschaften in Bezug auf das Gesamtwärmeübertragungsvermögen und den Druckabfall allein wünschenswert sind und potentielle Vorteile gegenüber bekannten Wärmetauscherflächen mit ebenen Rippenflächen darzustellen scheinen, wurde gefunden, dass die erhöhte Rippendichte, die mit der vorliegenden Wärmeübertragungsrippe 12 aufgrund des Verschachtelns der dreieckigen Zungen 36 zwischen benachbarten ebenen Rippenflächen 34 erzielbar ist, potentiell ein verbessertes Wärmeübertragungsvermögen über das, was typischerweise bei herkömmlichen geschlitzten Rippen gefunden wird, hinaus ergibt.
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Es wurde auch gefunden, dass das Verschachteln oder Aufnehmen der Deltaflügel- oder dreieckigen Zungen 36 nicht die Bildung der Strömungsmuster stört oder eine nachteilige Wirkung hierauf hat, z. B. die Bildung von sich gegeneinander drehenden Wirbeln, die zu einer potentiellen Erhöhung der Wärmeübertragung beitragen können, was anzuzeigen scheint, dass die erhöhte Rippendichte der vorliegenden Wärmeübertragungsfläche nicht die gesamte Effektivität der Rippe, wie sie manchmal bei anderen bekannten Rippen oder Wärmeübertragungsflächen gefunden wird, beträchtlich herabsetzt. Die 14 und 15 demonstrieren Erkenntnisse in Bezug auf das Leistungsvermögen der Wärmeübertragungsfläche 12 gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu bekannten ebenen Rippen– und Schlitzrippenstrukturen, wobei die Kurven repräsentativ sind für das Leistungsvermögen der jeweiligen Wärmeübertragungsfläche oder bekannten Rippenstruktur sehr nahe an ihrer jeweiligen Herstellungsgrenze für die Rippendichte, wobei in den angefügten grafischen Darstellungen die vorliegende Wärmeübertragungsfläche 12 als ”Deltaflügelrippe” bezeichnet wird. Wie in den 14 und 15 gezeigt ist, bietet die vorliegende Wärmeübertragungsfläche ein verbessertes Wärmeübertragungsvermögen gegenüber sowohl der bekannten flachen Rippen- als auch der bekannten Schlitzrippen-Struktur für dieselbe Strömungsgeschwindigkeit, während sie auch einen verbesserten Druckabfall im Vergleich zu den bekannten geschlitzten Rippenstrukturen an ihrer jeweiligen oberen Herstellungsgrenze für die Rippendichte bietet. Demgemäß wurde auf der Grundlage der vorgenannten Ergebnisse gefunden, dass die Wärmeübertragungsfläche 12 gemäß der vorliegenden Offenbarung vorteilhaft gegenüber der bekannten geschlitzten Rippenstruktur sowohl hinsichtlich des Druckabfalls als auch der Wärmeübertragung ist, wobei die geschlitzte Rippenstruktur an ihrer äußersten Grenze des erzielbaren Leistungsvermögens (d. h. ihrer maximalen Rippendichte) ist.
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Während das hauptsächlich in den 1–4 gezeigte Ausführungsbeispiele eine Wärmeübertragungsfläche 12 zeigt, die mit drei Reihen aus dreieckigen Zungen 36 gebildet ist, die sich entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 erstrecken, wobei sämtliche dreieckigen Zungen 36 in Reihe miteinander angeordnet sind (d. h., eine nach der anderen) und sämtliche Dreieckspitzen 38 in dieselbe Richtung relativ zu der auftreffenden Strömung zeigen (d. h., unidirektionale dreieckige Zungen), wie am deutlichsten in den 2 und 3 gezeigt ist, ist darauf hinzuweisen, dass die genaue Anzahl von Reihen von Zungen von der tatsächlichen Größe der Rippen oder der Wärmeübertragungsfläche, die auf der Grundlage der besonderen Anwendung verwendet werden, abhängt. Beispielsweise kann es sein, dass bestimmte Rippen, wie Rippen mit einer Höhe von 2,5 bis 3,0 mm, nicht drei Reihen von dreieckigen Zungen 36 aufnehmen, während andere, größere Rippen in der Lage sein können, mehr als drei Reihen von dreieckigen Zungen 36 aufzunehmen. Demgemäß ist darauf hinzuweisen, dass die drei Reihen von dreieckigen Zungen 36, die in den Zeichnungen gezeigt sind, nur veranschaulichend und nicht die hier beschriebene Wärmeübertragungsfläche 12 beschränkend sein sollen. Verschiedene andere Anordnungen der dreieckigen Zungen 36 werden auch als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung liegend angesehen, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
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Es wird nun auf 5 Bezug genommen, in der ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12 nach der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist, wobei die Reihen der in den ebenen Rippenflächen 34 gebildeten dreieckigen Zungen 36 in einem versetzten Muster angeordnet sind im Gegensatz zu der Anordnung sämtlicher dreieckiger Zungen 36 in einer Reihe. In der versetzten Anordnung sind die dreieckigen 36 in jeder Reihe noch eine nach der anderen angeordnet, obgleich die Zungen 36 einen größeren gegenseitigen Abstand aufweisen können. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste oder oberste Reihe von dreieckigen Zungen 36 so gebildet, dass die erste dreieckige Zunge 36' im Allgemeinen an der vorderen Kante 42 der entsprechenden ebenen Rippenfläche 34 positioniert ist, d. h. an einer ersten Position. Die nachfolgende oder mittlere Reihe von dreieckigen Zungen 36 ist so gebildet, dass die erste dreieckige Zunge 36'' in dieser Reihe gegenüber der vorderen Kane 42 der ebenen Rippenfläche 34 zurückgesetzt ist, wodurch ein versetztes Muster mit Bezug auf die erste Reihe von Zungen 36 geschaffen wird. Die gezeigte dritte oder letzte Reihe von dreieckigen Zungen 36 ist so gebildet, dass sie der Formation oder Positionierung der ersten Reihe von dreieckigen Zungen 36 nachgebildet ist, wobei die erste Zunge 36''' in der dritten Reihe im Allgemeinen an der vorderen Kante 42 der ebenen Rippenfläche 34 positioniert ist. Während die Reihen von dreieckigen Zungen 36 in ihrer versetzten Anordnung gezeigt sind, können die dreieckigen Zungen 36 noch so gebildet sein, dass sie innerhalb der Öffnungen 39, die durch die entsprechenden dreieckigen Zungen 36 in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 gebildet sind, aufgenommen sind. Demgemäß kann mit den in einer versetzten Formation angeordneten dreieckigen Zungen 36 noch eine erhöhte Rippendichte erzielt werden. Während nur drei Reihen von dreieckigen Zungen 36 illustriert sind, ist darauf hinzuweisen, dass die genaue Anzahl von Reihen von der Größe der Rippenfläche und/oder der besonderen Anwendung abhängen kann, in welchem Fall sich das vorstehend beschriebene versetzte Muster über die Oberfläche der Rippe wiederholt.
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In 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12 nach der vorliegenden Offenbarung gezeigt, in der die Reihen von dreieckigen Zungen 36 in einem kaskadenartigen Muster entlang der Länge der ebenen Rippenflächen 34 gebildet sind. Genauer gesagt, in der kaskadenförmigen Anordnung ist, während die dreieckigen Zungen 36 in jeder individuellen Reihe im Wesentlichen in einem Reihenmuster (d. h., eine hinter der anderen) angeordnet sind, ist der Abstand oder Spalt, der zwischen jeder individuellen Zunge 36 gebildet ist, größer oder verlängert im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 4 beschrieben wurde. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die erste oder oberste Reihe von dreieckigen Zungen 36 in der kaskadenförmigen Anordnung so gebildet, dass die erste dreieckige Zunge 36' im Allgemeinen an der vorderen Kante 42, z. B. in einer ersten Position, der entsprechenden ebenen Rippenfläche 34 positioniert ist, wobei die verbleibenden Zungen 36 in Abständen hinter dieser ersten Zunge 36' entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 positioniert sind. Die nachfolgende oder mittlere Reihe von dreieckigen Zungen 36 ist so gebildet, dass die erste dreieckige Zunge 36'' in dieser Reihe um einen vorbestimmten Abstand von der vorderen Kante 42 der ebenen Rippenfläche 34 zurückgesetzt ist, so dass jede Zunge 36 in der zweiten Reihe von dreieckigen Zungen 36 leicht stromabwärts von der entsprechenden dreieckigen Zunge 36 in der ersten Reihe positioniert ist, wobei dieses Muster sich entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 fortsetzt. Die in 6 gezeigte dritte oder letzte Reihe von dreieckigen Zungen 36 ist so gebildet, dass die erste Zunge 36''' in der dritten Reihe um einen anderen vorbestimmten Abstand von der vorderen Kante 42 der ebenen Rippenfläche 34 so zurückgesetzt ist, dass jede Zunge 36 in der dritten Reihe geringfügig stromabwärts gegenüber der entsprechenden dreieckigen Zunge 36 in der zweiten oder mittleren Reihe positioniert ist, wobei sich dieses Muster entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 fortsetzt. Wie vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 4 beschrieben ist, sind die Zungen 36 (enthaltend die Zungen 36', 36'' und 35''') sämtlich aus der Ebene der ebenen Rippenfläche so herausgehoben, dass sie unter einem Angriffswinkel mit Bezug auf die Richtung der auftreffenden Strömung positioniert sind. Die Zungen 36 auf einer ebenen Rippenfläche 34 sind alle zu entweder der inneren Oberfläche oder der äußeren Oberfläche der ebenen Rippenfläche 34 hin gebogen oder gerichtet, um die Verschachtelungswirkung zwischen benachbarten ebenen Rippenflächen 34 zu erzielen. Demgemäß kann noch eine höhere Rippendichte mit den in der beschriebenen kaskadenförmigen Formation angeordneten dreieckigen Zungen 36 erhalten werden. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass das kaskadenförmige Muster sich über die drei Reihen von dreieckigen Zungen 36 hinaus fortsetzen kann und dass die tatsächliche Anzahl von Reihen in Abhängigkeit von der Größe der ebenen Rippenfläche 34 sowie der besonderen Gestaltung und/oder Anwendung der Wärmeübertragungsfläche 12 variiert. Ebenso ist darauf hinzuweisen, dass der Abstand zwischen den Reihen von dreieckigen Zungen 36 nicht notwendigerweise gleichförmig ist und dass der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zungen 36 in einer Reihe wie gezeigt variieren kann, beispielsweise in 6 in der ersten Reihe von Zungen 36, in der die dritte Zunge 36 in der ersten Reihe einen größeren Abstand von den anderen Zungen 36 in derselben Reihe hat. Der ungleichförmige Abstand zwischen den Zungen kann verwendet werden, um variierende Muster über die ebene Rippenfläche 34 zu bilden.
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In 7 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12 nach der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die dreieckigen Zungen 36 mit Strömungsbeschleunigungsmerkmalen 46 kombiniert, die hinter jeder dreieckigen Zunge 36 in einem abwechselnden Muster entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 angeordnet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die Strömungsbeschleunigungsmerkmale 46 die Form von ”Beulen” oder gerundeten Vorsprüngen, die aus der Oberfläche der ebenen Rippenfläche 34 vorstehen, obgleich jedes geeignete Strömungsbeschleunigungsmerkmal innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung betrachtet wird. Diese Merkmale dienen zum Beschleunigen der Strömung in der Richtung parallel zu den Wirbeln, wodurch die Verwirbelung erhöht wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass, während das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel die dreieckigen Zungen 36 und das Strömungsbeschleunigungsmerkmal 46, das in derselben Richtung aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 heraussteht, zeigt, alternative Ausführungsbeispiele Strömungsbeschleunigungsmerkmale 34 enthalten kann, die von abwechselnden Seiten der ebenen Rippenfläche 34 vorstehen, und dass das spezifische Muster sich ändern kann. Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass alle benachbarten ebenen Rippenflächen 34 dasselbe Muster aus Zungen 36 und Strömungsbeschleunigungsmerkmalen 46 haben, um die Verschachtelungsbeziehung zwischen benachbarten ebenen Rippenflächen 34 zu erhalten.
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In 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Wie gezeigt ist, wird zusätzlich des Vorsehens der dreieckigen Zungen 36 die in den ebenen Rippenflächen 34 der gewellten Wärmeübertragungsfläche 34 gebildet sind, auch in Betracht gezogen, die vordere Kante 42 der Rippe oder Wärmeübertragungsfläche 12 so zu modifizieren, dass sie dreieckige Zungen 48 in der vorderen Kante 42 der Wärmeübertragungsfläche 12 in der Form einer ”sägezahnförmigen” vorderen Kante 42 enthält. Die in der vorderen Kante 42 gebildeten dreieckigen Zungen 48 können so angeordnet sein, dass sie sich koplanar mit jeder ebenen Rippenfläche 34 erstrecken, wie in 8 gezeigt ist, oder sie können so auswärts (oder einwärts) mit Bezug auf die entsprechende ebene Rippenfläche 34 gebogen sein, dass sie unter einem Angriffswinkel mit Bezug auf die auftreffende Fluidströmung positioniert sind, wie beispielsweise in den 16 und 17 gezeigt ist.
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In 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12 nach der vorliegenden Offenbarung gezeigt. In sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die dreieckigen Zungen 36 so gezeigt, dass sie im Allgemeinen in Reihe miteinander angeordnet sind (d. h., eine hinter der anderen in jeder Reihe von Zungen entlang der Länge der ebenen Rippenfläche), sowie unidirektional (d. h., sämtliche dreieckigen Zungen zeigen in dieselbe Richtung relativ zu der Strömungsrichtung auf der ebenen Rippenfläche 14). Jedoch können in anderen Ausführungsbeispielen die dreieckigen Zungen 36 so angeordnet sein, dass sie ”bidirektional” sind, wie beispielsweise in 9 gezeigt ist. Genauer gesagt, die dreieckigen Zungen 36 in den ebenen Rippenflächen 34 sind so gebildet, dass die Zungen 36A, die sich in der ersten Hälfte der ebenen Rippenfläche 34 befinden, d. h., von der vorderen Kante 42 der Wärmeübertragungsfläche bis zur Mitte der Wärmeübertragungsfläche entlang der Länge der Rillen, sämtlich mit ihren Dreieckspitzen im Allgemeinen in die Richtung der eintreffenden Strömung zeigend angeordnet sind, obgleich darauf hinzuweisen ist, dass die Zungen 36A selbst unter einem Angriffswinkel mit Bezug auf die eintreffende Strömung angeordnet sind. Die dreieckigen Zungen 36B, die über der zweiten Hälfte der ebenen Rippenfläche 34 gebildet sind, d. h., von der Mitte der Wärmeübertragungsfläche entlang der Länge der Rillen bis zu der Endkante, sind so angeordnet, dass sie in die zu den Zungen 36A über der ersten Hälfte der ebenen Rippenfläche 34 entgegengesetzte Richtung zeigen. Genauer gesagt, dreieckige Zungen 36B sind so angeordnet, dass die fixierte Basis 40 der Zunge 36B stromaufwärts mit Bezug auf die Dreieckspitze 38 und mit Bezug auf die Richtung der eintreffenden Fluidströmung angeordnet ist. Indem die dreieckigen Zungen 36A, 36B in einem bidirektionalen Muster über den ebenen Rippenflächen 34 angeordnet sind, ist die Wärmeübertragungsfläche 12 bidirektional, da sie in jeder Richtung verwendet werden kann und dreieckige Zungen 36 mit unter einem Angriffswinkel mit Bezug auf die eintreffende Strömung angeordneten Spitzen 38 hat.
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18 illustriert ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragungsfläche 12, die ähnlich der vorstehend in Verbindung mit 9 beschriebenen ist. Wie gezeigt ist, kann die Wärmeübertragungsfläche 12 auch so gebildet sein, dass sie bidirektionale dreieckige Zungen 36A, 36B hat, die in einem unterschiedlichen Muster angeordnet sind als einfach die Hälfte der ebenen Rippenfläche mit Deltaflügel- oder dreieckigen Zungen 36A, wobei die Dreieckspitzen stromaufwärts mit Bezug auf die fixierte Basis 40 mit Bezug auf die Richtung der eintreffenden Strömung angeordnet sind, und mit entgegengesetzt gebildeten Zungen 36B über der verbleibenden Hälfte der ebenen Rippenfläche 34 zu versehen. Genauer gesagt, die dreieckigen Zungen 36 können in sich wiederholenden und/oder abwechselnden Mustern mit einer bestimmten Anzahl von dreieckigen Zungen 36A, die mit den stromaufwärts zeigenden Spitzen 38 angeordnet sind, gefolgt durch eine bestimmte Anzahl von dreieckigen Zungen 36B, die mit den stromaufwärts mit Bezug auf die eintreffende Strömung zeigenden Spitzen 38 angeordnet sind, angeordnet sein, gefolgt durch eine andere Reihe von dreieckigen Zungen 36A, die mit ihren stromaufwärts zeigenden Spitzen 38 angeordnet sind. Während 18 einen Schnitt durch eine ebene Rippenfläche 34 einer Wärmeaustauschfläche 12 mit einem sich wiederholenden Muster von zwei stromaufwärts zeigenden dreieckigen Zungen 36A gefolgt durch zwei stromabwärts zeigende dreieckige Zungen 36B gefolgt durch zwei stromaufwärts zeigende Zungen 36A gefolgt durch zwei stromabwärts zeigende Zungen 36B zeigt, ist darauf hinzuweisen, dass die genaue Anzahl von Zungen 36A, 36B variiert werden und/oder verschieden voneinander sein kann in Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung und/oder der Gestaltung der besonderen Wärmeübertragungsfläche 12. Demgemäß ist darauf hinzuweisen, dass das in 18 gezeigte Ausführungsbeispiel veranschaulichend und nicht beschränkend sein soll. Beispielsweise müssen, während die ebene Rippenfläche 34 mit einigen dreieckigen Zungen 36A, die stromaufwärts zeigen, und einigen dreieckigen Zungen 36B, die stromabwärts zeigen, versehen sein kann, die Zungen 36 nicht notwendigerweise in einem sich wiederholenden Muster angeordnet sein, und verschiedene Gruppierungen von Zungen 36A, 36B können auf der ebenen Rippenfläche 34 über deren Länge gebildet sein. Zusätzlich zu dem Vorsehen der dreieckigen Zungen 36A, 36B, die bidirektional angeordnet sind, können die Größe und der Angriffswinkel der Zungen 36 auch entlang der Länge der ebenen Rippenflächen 34 variiert werden, wie schematisch in 10 gezeigt ist.
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11 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Wärmetauscherfläche 12 nach der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können, anstatt dass sämtliche dreieckigen Zungen 36 in einer ebenen Rippenfläche 34 in derselben oder einer einzigen Richtung aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 heraus gebogen sind, die dreieckigen Zungen 36 auch so gebildet sein, dass die Zungen 36 in abwechselnden Richtungen gebogen sind, wie schematisch in 11 gezeigt ist. Genauer gesagt, bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel weist jede Reihe von dreieckigen Zungen 36, die entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 gebildet sind, einen ersten Satz von Zungen 36C, die aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 in einer ersten Richtung gebogen oder angehoben sind (d. h., zu entweder der inneren Oberfläche 33 oder der äußeren Oberfläche 35 der ebenen Rippenfläche 34), die entlang der Länge der ebenen Rippenfläche einen gegenseitigen Abstand aufweisen. Ein zweiter Satz von Zungen 36D ist zwischen dem ersten Satz von Zungen 36C so angeordnet, dass der erste und der zweite Satz von Zungen 36C, 36D ein abwechselndes Muster entlang der Länge der ebenen Rippenfläche 34 bilden, wobei der zweite Satz von Zungen 36D aus der ebenen Rippenfläche 34 heraus in einer Richtung gebogen oder angehoben ist, die entgegengesetzt zu der des ersten Satzes von Zungen 36C ist. Dasselbe abwechselnde Muster von Zungen 36C, 36D ist in den benachbarten ebenen Rippenflächen 34 so gebildet, dass die Zungen 36C, 36D wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel in der entsprechenden Öffnung, die in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 gebildet ist, aufgenommen werden kann. Demgemäß kann eine erhöhte Rippendichte mit den dreieckigen Zungen 36C, 36D, die in dem abwechselnden Muster angeordnet sind, erzielt werden.
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Während die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Wärmeübertragungsfläche 12 in Beziehung zu dreieckigen oder Deltaflügelzungen 36 beschrieben wurden, ist darauf hinzuweisen, dass andere Formen von Zungen auch als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet werden. Genauer gesagt, gekrümmte Zungen 52 können auch in den ebenen Rippenflächen 34 der Wärmeübertragungsfläche 12 in irgendeinem der vorbeschriebenen verschiedenen Muster (d. h., versetzte Anordnung; kaskadenförmige Anordnung; bidirektionale Anordnung; abwechselnde Richtungen, usw.) gebildet werden. Die gekrümmten Zungen 52 sind in einer ähnlichen Weise wie die vorbeschriebenen dreieckigen Zungen 36 gebildet, wobei ihre abgerundete oder gekrümmte Kante 53 aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 herausgehoben und unter einem Angriffswinkel zu der eintreffenden Strömung 41 stromaufwärts der fixierten Basis 54 angeordnet sind. Während gekrümmte Zungen 52 nicht notwendigerweise dieselben sich gegeneinander drehenden Wirbel in dem über die Wärmeübertragungsfläche 12 strömenden Fluid, wie vorstehend in Verbindung mit den dreieckigen oder Deltaflügelzungen 36 diskutiert wurde, bilden können, wurde auch gefunden, dass die gekrümmten Zungen 52 Wirbel in der Fluidströmung schaffen, die dazu dienen, das Grenzschichtwachstum über die Oberfläche der Rippe 12 zu unterbrechen, was als zu einem insgesamt erhöhten Wärmeübertragungsvermögen beitragend gefunden wurde. Gekrümmte Zungen 52 können auch innerhalb der durch die entsprechenden gekrümmten Zungen 52, die in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 gebildet sind, gebildet sind, aufgenommen werden, um die erhöhte Rippendichte zu erhalten, was auch dazu dient, das Gesamtwärmeübertragungsvermögen zu erhöhen.
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Deltaflügel 56 und/oder gespaltene dreieckige Zungen 58 sind eine andere Variation von Zungen, die in der vorliegenden Wärmeübertragungsfläche 12 enthalten sein können. Deltaflügel 56 haben eine dreieckige Form, aber anstatt dass die Spitze 38 aus der ebenen Rippenfläche 34 wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen herausgehoben wird, wird die dreieckige Zunge 56 aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 entlang einer ihrer Kanten 57 und entlang der kürzeren Basisseite 55 der dreieckigen Zunge herausgehoben, wobei die gegenüberliegende Kante 59 als die fixierte Basis dient, wie in 12B gezeigt ist. Gespaltene dreieckige Zungen 58 sind durch Spalten oder Schneiden einer dreieckigen Zunge entlang der Mitte, wie in 12C gezeigt ist, und Herausheben der geschnittenen oder gespaltenen Kante 60 und der kürzeren Basiskante 55 der gespaltenen dreieckigen Zunge aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 gebildet, wobei die gegenüberliegende Kante 61 der gespaltenen dreieckigen Zunge 58 als die fixierte Basis dient. Demgemäß weisen die gespaltenen dreieckigen Zungen 58 im Wesentlichen zwei Deltaflügel 56 auf. Auch hier können die Deltaflügel 56 und die gespaltenen dreieckigen Zungen 58 in jedem der verschiedenen vorbeschriebenen Muster angeordnet sein, und sie sind auch in der Lage, innerhalb der in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 gebildeten Öffnungen aufgenommen zu werden, um eine erhöhte Rippendichte für die Wärmeübertragungsfläche 12 zu erzielen.
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Rechteckige Zungen 62, die aus der ebenen Rippenfläche 34 so herausgehoben sind, dass ihre Spitzen 64 unter einem Winkel zu der auftreffenden Strömung angeordnet sind, wie beispielsweise schematisch in 12D gezeigt ist, werden auch als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet. Die rechteckigen Zungen 62 können so angeordnet sein, dass sie ein freies Ende 64 der rechteckigen Zunge 62 haben, das aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 herausgehoben ist, wobei das Ende 64 stromaufwärts der fixierten Basis 66 ist. Alternativ können die rechteckigen Zungen 62 so angeordnet sein, dass eine der Längskanten 68 der rechteckigen Zunge 62 als die fixierte Basis dient, wobei die gegenüberliegende Längskante 68 und die kürzeren Endkanten 64 aus der Ebene der ebenen Rippenfläche 34 herausgehoben sind, wie schematisch in 12E gezeigt ist. Auch hier können die rechteckigen Zungen 62 in jedem der vorbeschriebenen verschiedenen Muster angeordnet sein, und sie können auch in der Lage sein, innerhalb der in der benachbarten ebenen Rippenfläche 34 gebildeten Öffnungen aufgenommen zu werden, um eine erhöhte Rippendichte für die Wärmeübertragungsfläche 12 zu erzielen.
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Die verschiedenen vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele der Wärmeübertragungsfläche 12 scheinen ein verbessertes Gesamtwärmeübertragungsvermögen eines Wärmetauschers vorzusehen, während sie einen geringeren Druckabfall über die Wärmeübertragungsfläche 12 im Vergleich zu der herkömmlichen geschlitzten Rippe bieten. Durch Verringern des Druckabfalls über die Rippe oder die Wärmeübertragungsfläche 12 zusätzlich zu der Offenbarung eines erhöhten Wärmeübertragungsvermögens scheint die Wärmeübertragungsfläche 12 potentiell geeignet für Ladeluftkühlungs(CAC)-Anwendungen. Genauer gesagt, es scheint, dass durch Verringern des Druckabfalls oder der Druckverluste über der Wärmeübertragungsfläche 12 das erforderliche Turbolader-Druckverhältnis (oder Superladerdruck) auch herabgesetzt werden kann, was wiederum die Erwärmung aufgrund der Komprimierung der durch die Vorrichtung strömenden Luft zu verringern scheint, was weiterhin die Belastung des CAC herabsetzt. Diese Eigenschaften sind häufig für viele Automobil-Ausaugsysteme sehr erwünscht, bei denen eine Verbesserung des Wirkungsgrads häufig als höchst erwünscht angesehen wird. Während die hier beschriebene Wärmeübertragungsfläche 12 sehr geeignet für die CAC-Anwendungen sein kann, ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Wärmeübertragungsfläche 12 nicht auf CAC-Anwendungen beschränkt ist und auch nicht notwendigerweise auf die Verwendung als eine luftseitige Rippe beschränkt ist. Beispielsweise kann die Wärmeübertragungsfläche 12 auch innerhalb rohrförmiger Fluidströmungskanäle für die Strömung einer Flüssigkeit durch diese verwendet werden.
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Während die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Wärmeübertragungsfläche 12 primär in Beziehung zur Verwendung zwischen den im gegenseitigen Abstand angeordneten rohrförmigen Teilen 14 eines Wärmetauschers beschrieben wurden, z. B. zur Verwendung als eine luftseitige Rippe, ist darauf hinzuweisen, dass dieselbe Wärmeübertragungsfläche 12 auch angemessen bemessen sein kann für eine Verwendung innerhalb der rohrförmigen Teile 14, wie beispielsweise in 19 gezeigt ist, um Turbulenzen zu vergrößern und/oder Grenzschichtwachstum innerhalb des durch Strömungsdurchgänge 16 strömenden Fluids zu unterbrechen. Während das rohrförmige Teil 14 so gezeigt ist, dass es als ein einstückiges rohrförmiges Teil gebildet ist, ist darauf hinzuweisen, dass es auch durch einander angepasste Plattenpaare gebildet sein kann. Ebenso ist darauf hinzuweisen, dass, während das rohrförmige Teil 14 so gezeigt ist, dass es gegenüberliegende offene Enden für die Strömung eines Fluids durch dieses aufweist, das rohrförmige Teil mit einer geschlossenen oder abgedichteten Umfangskante gebildet sein kann, wobei die Zuführung zu dem Strömungsdurchgang 16 durch darin gebildete Fluideinlass-/-auslassöffnungen erfolgt, die mit entsprechenden Fluideinlass-/-auslassöffnungen in benachbarten rohrförmigen Teilen 14, die den Wärmetauscher bilden, verbunden sind.
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Während verschiedene Ausführungsbeispiele der Wärmeübertragungsfläche 12 beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt wurden, ist darauf hinzuweisen, dass bestimmte Adaptionen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarungen liegend vorgenommen werden können. Daher werden die vorstehend diskutierten Ausführungsbeispiele als veranschaulichend und als nicht beschränkend angesehen.
