DE19719262C2 - Zickzacklamelle als Verrippung von Flachrohrwärmetauschern bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zickzacklamelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einer Zickzacklamelle gemäß der US 5 511 610 A ist bereits die erste Merkmalsgruppe dieses Oberbegriffs bekannt, wonach bei einer Verrippung durch eine Zickzacklamelle deren zickzackförmig aneinander anschließende Schenkel mit ihrer Breitenrichtung in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetausch­ fluids angeordnet sind und die Zickzacklamelle längs ihrer Breitenrichtung jeweils eine Folge ausgestellter Streifen auf­ weist, die abwechselnd an der einen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind.

Bei dieser bekannten Zickzacklamelle besteht das Be­ mühen, die äußere Wärmeübertragung der Verrippung dadurch zu fördern, daß die beidseitig des jeweiligen Schenkels der Zick­ zacklamelle ausgestellten Streifen quer zur Anströmungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids, meist der Luft, eine unregel­ mäßige Kontur erhalten. In Anströmungsrichtung des äußeren Wär­ metauschfluids ist kein Anstellwinkel vorgesehen. Außerdem sind durch die unregelmäßige Konturierung der Streifen unterschied­ liche Abstände zwischen benachbarten Streifen vorgesehen, ein­ schließlich besonders kleiner Abstände. Bei derartigen, kleinen Abständen können sich jedoch aufgrund der Oberflächenspannung Wassertropfen von Regen und insbesondere Kondensat bleibend ab­ setzen und im Absetzbereich entsprechend den äußeren Wärmeübergang unter Erhöhung des Druckverlustes mindern. Einen Turbu­ lenzaufbau, der auch den äußeren Wärmeübergang fördert, erhält man bei der vorbekannten Zickzacklamelle nur durch einen neuen Aufbau der jeweiligen, laminaren Grenzschicht zu Beginn jedes neuen Streifens.

Alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt die US 4 615 384 A, vgl. auch "Patent Abstract of Japan", Vol. 012, No. 432 (M-7632, 15. Nov. 1988 und JP 63163788 A, 7. Juli 1988. Mit diesen weiteren Merkmalen kann man bei der Zickzacklamelle mindestens den äußeren Wärmeübergang in einfa­ cher Bauweise noch günstig gestalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ablei­ tung von zum Haften neigendem Wasser weiter zu verbessern, wie dies insbesondere bei Verdampfern und sonstigen Wärmetauschern vergleichbarer Problematik wegen Kondensation von Wasserdampf aus anströmender Umgebungsluft oder dergleichen ein Problem darstellt, und dabei die allgemeine Zielrichtung einer hohen Turbulenzverengung zur Optimierung des äußeren Wärmeübergangs beizubehalten.

Diese Aufgabe wird bei einer Zickzacklamelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Kennzeichens von Anspruch 1 durch dessen Kennzeichnungsmerkmale gelöst.

Der jeweilige Anstellwinkel des Streifens in Strö­ mungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids wirkt für sich tur­ bulenzerzeugend und fördert so den äußeren Wärmeübergang. Dabei kann man im Grenzfall ohne komplizierte Konturierungen der Streifen mit deren extrem einfachster Ausbildungsform arbeiten, bei der nämlich außer den seitlichen Halteabschnitten der Streifen deren Zentralbereich einfach eben ausgebildet sein kann (vgl. Anspruch 8). Durch die Vermeidbarkeit der Konturie­ rung der Streifen erhält man ferner auch schon aus der im Ober­ begriff vorgesehenen, abwechselnden Ausstellung der Streifen an verschiedenen Seiten des Schenkels der Zickzacklamelle verbes­ serte Wasserabflußbedingungen jedenfalls für größere Abstände benachbarter Lamellenschenkel. Da ferner die in Anströmrichtung des äußeren Wärmetauschfluids aufeinander folgenden Streifen entgegengesetzt geneigte Anstellwinkel haben, erhält man da­ durch, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels gemessene Ab­ stand benachbarter Streifen konstant bleibt, eine zusätzliche Verbesserung der Ableitung von zum Haften neigendem Wasser bei noch weiterer Steigerung der Turbulenzerzeugung und damit wei­ terer Optimierung des äußeren Wärmeübergangs. Dabei kann man auch bei sehr engem Abstand benachbarter Lamellenschenkel er­ reichen, daß keine Wassertropfen an der betreffenden Engstelle durch Oberflächenspannung haften bleiben. Das gilt gerade auch bei relativ großer Lamellenbreite.

Bei mit Ausstellern versehenen Flachlamellen mit Schlitzen für die Aufnahme von in die Schlitze aufgeweiteten Flachrohren ist es an sich bekannt, im zentralen Bereich ebene Streifen aus der betreffenden Flachlamelle abwechselnd aus de­ ren einer und dann aus deren anderer Seite auszustellen und ge­ gebenenfalls mit einem Anstellwinkel zu versehen; im letztge­ nannten Fall hat dieser Anstellwinkel gleichbleibende Orientie­ rung der Neigung (FR 1 521 499 A, Fig. 3 und insbesondere Fig. 4), Satteldachform gleichbleibender Kontur (DE 31 31 737 C2) oder auch die Form aus beiden Seiten der Flachlamelle herausragender, schräggestellter und dabei durchgehend ebener Ansteller (GB 21 69 694 A).

Die weiteren Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Auslegungen und Materialwahlen (Anspruch 9) der er­ findungsgemäßen Zickzacklamelle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, ausschnittsweise Ansicht ei­ nes Blocks von Flachrohren mit einer Verrippung durch Zickzacklamellen;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids durch eine Blockanordnung der Bauart gemäß Fig. 1, jedoch mit einer größeren Zahl ausge­ stellter Streifen;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2, sowie

Fig. 4 in nochmals vergrößerter Darstellung eine Frontal­ ansicht in Strömungsrichtung des äußeren Strömungsmedi­ ums auf zwei benachbarte Schenkel derselben Zickzackla­ melle in einer Bauart gemäß den vorhergehenden Figuren.

Der in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Block aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 wird in einem Flach­ rohrwärmetauscher bei Kraftfahrzeugen von der Außenluft als äußerem Wärmetauschfluid in Bautiefenrichtung gemäß dem Pfeil 6 angeströmt. Derartige Flachrohrwärmetauscher werden insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen als Ver­ dampfer oder Kondensator eingesetzt.

Die Flachrohre 2 haben eine Mehrzahl von in Breitenrich­ tung des jeweiligen Flachrohres aufeinander folgenden, ein­ zelnen, durchgehenden Kanälen 8, die jeweils durch einen Versteifungssteg 10 des Flachrohres voneinander getrennt sind. Die Kanäle, von denen nur beispielsweise in Fig. 1 fünf eingezeichnet sind, sind in Breitenrichtung bzw. in Richtung des Pfeiles 6 hintereinander angeordnet und ver­ laufen parallel zueinander in Längsrichtung des jeweiligen Flachrohres parallel zu dessen Längskanten 12.

Die Zickzacklamellen 4 sind sandwichartig zwischen den Flachrohren 2 so angeordnet, daß je eine Zickzacklamelle 4 zwischen zwei benachbarten Flachrohren 2 eingeschachtelt ist. Eine gleichartige Zickzacklamelle 4 und ein an dieser außen anliegendes Abschlußblech kann in nicht dargestell­ ter Weise an den Außenflächen der beiden außen liegenden Flachrohre 2 im Block der Flachrohre und Zickzacklamellen des Flachrohrwärmetauschers angeordnet sein.

Die Flachrohre 2 werden insbesondere durch Strangpres­ sen oder im Konformprozeß bzw. durch Falten von Blechen geformt. Die Zickzacklamellen werden ihrerseits aus folien­ artigem Blech geformt. Dabei wird vorzugsweise hartlötba­ res Aluminium oder eine hartlötbare Aluminiumlegierung verwendet, und die zu verbindenden Teile sind zweckmäßig im Verbindungsbereich an mindestens einem der Verbin­ dungspartner mit dem Hartlot vorbeschichtet. Entsprechen­ des gilt für die nicht gezeigten Abschlußbleche sowie für an den Stirnseiten der Flachrohre angeordnete, ebenfalls nicht dargestellte Sammleranordnungen.

Gemäß Fig. 4 setzt sich jede einzelne Zickzacklamelle 4 aus zickzackförmig aneinander anschließenden Schenkeln 14 zusammen, die sich jeweils zwischen gerundeten Schei­ teln 16 erstrecken, welche ihrerseits jeweils mit einer Flach­ seite des benachbarten Flachrohres verlötet werden. Dabei beträgt der Abstand zwischen den in derselben Anschluß­ ebene an das gleiche, benachbarte Flachrohr 2 liegenden Schenkeln 2z, während der Abstand zwischen den jeweils an den Enden jedes Schenkels 14 aufeinander folgenden Scheiteln an die beiden verschiedenen Anschlußebenen an zwei benachbarte Flachrohre z beträgt (vgl. auch Fig. 1).

Die Breite der Zickzacklamelle 4 erstreckt sich in Rich­ tung des Pfeiles 6 der Strömungsrichtung des äußeren Wär­ metauschfluids, die von der Strömungsrichtung des inneren Wärmetauschfluids in den Kanälen 8 gekreuzt wird. Die Breite der Zickzacklamelle in Richtung des Pfeiles 6 be­ schreibt dabei meist auch das Maß der Bautiefe des Wärme­ tauschers bzw. des Blockes aus Flachrohren 2 und Zickzack­ lamellen 4 gemäß Fig. 1, wobei es üblich ist, daß die Zick­ zacklamellen im Austrittsbereich des äußeren Wärme­ tauschfluids aus dem Block etwas über die dort gelegene Längskante 12 des Flachrohres 2 überstehen, um aufgefan­ gene Feuchtigkeit leichter abtropfen lassen zu können. An der dem äußeren Wärmetauschfluid zugewandten Stirnseite der Flachrohre fluchtet meist die Zickzacklamelle mit der dort gelegenen Längskante 12 des Flachrohres.

Auf jedem Schenkel 14 der Zickzacklamelle 4 ist in der Breitenrichtung des betreffenden Schenkels bzw. der Zick­ zacklamelle, welche dem Pfeil 6 folgt, eine Folge von Strei­ fen 18 ausgestellt, und zwar im Beispiel von Fig. 1 eine Folge von fünf Streifen 18, die somit in Bautiefenrichtung des Blocks aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 bzw. auf der Breitenrichtung des jeweiligen Flachrohres 2 aufein­ ander folgen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist da­ bei je ein Streifen 18 je einem der fünf Kanäle 12 im jeweils benachbarten Flachrohr zugeordnet, gegebenenfalls, wie dargestellt, benachbart. Eine ähnliche Zuordnung kommt auch bei jeder anderen Zahl von Streifen 18 und Kanälen 12 in Frage.

Die ausgestellten Streifen haben in Pfeilrichtung 6 bei Flachrohrwärmetauschern für Kraftfahrzeuge jeweils vor­ zugsweise eine Erstreckungslänge von 0,8 bis 2 mm, so daß bei einer realistischen Bautiefe derartiger Flachrohrwärme­ tauscher eine wesentlich größere Anzahl von Streifen 18 über die Breite des Schenkels 14, also in Richtung des Pfeils 6, verteilt ist, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist, wo in derselben Richtung statt der fünf Streifen von Fig. 1 sech­ zehn Streifen ausgestellt sind. Wegen der kleinen Dimensio­ nierung in dieser Richtung hängen dabei die in Breitenrich­ tung beidseitig aufeinander folgenden Gruppen von acht ausgestellten Streifen 18 zur Stabilisierung beim Einspan­ nen der Zickzacklamellen 14 zwischen den Flachrohren je­ weils über einem nicht ausgestellten, zentralen Versteifungs­ steg 20 zusammen.

Fig. 2 und deren Detailzeichnung in Fig. 3 zeigen das Profil im Sinne von Fig. 4 benachbarten Schenkeln 14 in der Breitenrichtung des jeweiligen Schenkels 14, welcher in der Richtung des Pfeiles 6 und damit der Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids folgt.

Man erkennt, daß in beiden Schenkeln 14 die Streifen 18 in dieser Breitenrichtung abwechselnd an der einen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind. Wie ein Vergleich von Fig. 2 und Fig. 3 einerseits und Fig. 4 ande­ rerseits zeigt, sind dabei die ausgestellten Streifen jedenfalls mit ihrer ausgestellten Mittelzone eben ausgebildet und er­ strecken sich dabei im wesentlichen parallel zur Längsrich­ tung des jeweiligen Streifens bzw. rechtwinklig zur Flach­ seite des jeweils anschließenden Flachrohres 2, während sie in der dem Pfeil 6 folgenden Breitenrichtung jeweils einen Anstellwinkel a haben. Dabei wechselt in der Richtung des Pfeiles 6, also in Breitenrichtung, die Ausstellung des Strei­ fens 18 jeweils auf der einen und dann wieder auf der ande­ ren Seite des Schenkels 16 in einer solchen Weise, daß bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten, benachbarten Schenkeln jeweils in einer zu deren Scheiteln 16 parallelen Ebene eine gleiche Ausstellungsrichtung und Ausstellungsart vorge­ nommen ist.

Die Beträge |α| der Ausstellwinkel sind in Richtung des Pfeiles 6, also in Breitenrichtung, gleich.

Das Maß der Teilung infolge von ausgestellten Streifen 18 in der Breitenrichtung gemäß dem Pfeil 6 ist y und eben­ falls eine Konstante.

Der Abstand der Scheitel 16 in derselben Anschlußebene an ein Flachrohr 2 ist gemäß Fig. 4 2z, während der Abstand von in Breitenrichtung gemäß dem Pfeil 6 aufeinander fol­ genden Scheiteln 16, die an den einander zugewandten Flachseiten benachbarter Flachrohre 2 zur Anlage kommen, die Hälfte davon, also z ist.

Bei dieser Anordnung ergibt sich der minimale, senkrecht zur Ebene der Schenkel 14 gemessene Abstand x benach­ barter Streifen 18 als eine Konstante, wie dies in Fig. 3 er­ kennbar ist.

Claims (9)

1. Zickzacklamelle als zwischengeschaltete Verrippung von Flachrohren (2) von Wärmetauschern bei Kraftfahrzeugen, bei der zickzackförmig aneinander anschließende Schenkel (14) der Zickzacklamelle (4) mit ihrer Breitenrichtung in Strö­ mungsrichtung (6) des äußeren Wärmetauschfluids angeordnet sind und die längs ihrer Breitenrichtung (Pfeil 6) jeweils eine Folge ausgestellter Streifen (18) aufweist, die abwechselnd an der einen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind und in Breitenrichtung (Pfeil 6) jeweils einen Anstellwinkel (α) aufweisen, wobei der Betrag (|α|) der Neigung des jeweiligen Streifens (18) mindestens 5° Anstellung gegenüber der Ebene des Schenkels (14) ausmacht und die in Breitenrichtung (Pfeil 6) aufeinander folgenden Streifen (18) entgegengesetzt geneigte Anstellwinkel (α) haben, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels (14) gemessene Abstand (x) benachbarter Streifen (18) im wesentlichen dem Viertel Abstand (1/2 z) zwischen in einer gemeinsamen Anschlußebene an ein Flachrohr (2) benachbarten Scheiteln (16) der Zickzacklamelle (4) entspricht.

2. Zickzacklamelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (x) benachbarter Streifen (18) ein Viertel der Differenz des Abstandes zwischen benachbarten Scheiteln und der doppelten Lamellendicke der Zickzacklamelle beträgt.

3. Zickzacklamelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels (14) gemessene Abstand (x) benachbarter Streifen im Bereich von 0,5 bis 1 mm liegt.

4. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag (|α|) der Neigung einander entgegengesetzt geneigter Streifen (18) jeweils gleich ist.

5. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag (|α|) der Neigung des jeweiligen Streifens (18) höchstens 20° Anstellung gegenüber der Ebene des Schenkels (14) ausmacht, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 15° liegt.

6. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsmaß (y) der Streifen­ folge am Schenkel (14) im Bereich von 0,8 bis 2,0 mm, vor­ zugsweise im Bereich von 0,9 bis 1,5 mm, liegt.

7. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (2z) zwischen den in derselben Abschlußebene liegenden, benachbarten Scheiteln (16) der Zickzacklamelle (4) im Bereich von 1,6 bis 4,0 mm, vor­ zugsweise 2,0 bis 3,0 mm, liegt.

8. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgestellten Streifen (18) in ihrer ausgestellten Mittelzone eben sind.

9. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.