DE2318132A1 - Querstromwaermeaustauscher - Google Patents

Description

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10. April 1973 Gzs/lta/pn

Union Carbide Corporation» New York, N.Y. 10017 /U.S.A.

Queretromwärmeaustauscher

Zusatz zum Patent Nr. ......... (Patentanmeldung P 22 50 233.6)

Zusatz zu« Patent Nr (Patentanmeldung P 22 50 222.3)

Öle Erfihdühg betrifft Dünnblech-Metallwärmeaustauscher mit Kanälen al» priüäre Oberflächen, und mit Oberflächen-verzerrteh Kühlrippen, die an den Kanälen befestigt sind, und die als sekundäre Oberflächen dienen.

Bei QuerstroMVärüeaustauschern für abzuführende Wärme bei VerbrennungÄkraftmaschinen, Kraftwerken und dergleichen, wird fein erstes KÜhlfluidu« (z.B. Wasser) innerhalb von WärmeaustäüscherdurtihfÜhrungBn gekühlt, indem die Warne an ein zweites Fluide (ä»6* Luft) abgeführt wird, das in Hohlräumen außerhalb und zwischen den Durchführungen fließt. Diese Austauscher sind sowohl «it primären als auch mit sekundären Wärmeaustaüscherflachen Versehen. Primäre Flächen sind solche, die die DurchflfcÖwämie bilden, die die zwei Fluide in dem Wärmeaustauscher trennen. Der metallische Flußweg zwischen den FlUiden ist lediglich die Dicke der Durchflußwand, so daß wareedurchfluö i* wesentlichen senkrecht zur Wand erfolgt. Im Gegensatz dazu sind sekundäre Oberflächen diejenigen, die die Metal let's treckungen von den primären Oberflächen ausbilde», und derartige Erstreckungen werden im wesentlichen nur von dem zweiten Fluidum umgeben. Entsprechend ist der Wärmedurchfluß-

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weg durch die sekundäre Oberfläche im wesentlichen parallel im der Oberfläche.

Bei dem oben erwähnten Querstromwarmeaustauscher sind die Wärmeübertragungsfilmkoeffizienten des ersten Fluidums (Kühlmittel) innerhalb der primären Durchflüsse um viele Male größer als die Wärmeübertragungsfilmkoeffizienten der Luft an den primären und sekundären Oberflächen, so daß letztere den steuernden oder begrenzenden Widerstand gegenüber dem Wärme— transport darstellen. Zum Beispiel beträgt bei einem typischen Automobilkühler, wenn das Fahrzeug mit normaler Überlandge— schwindigkeit arbeitet, der erste Fluidumkoeffizient beispielsweise 1300 BTU/Std. χ ft² χ ⁰F, während der luftseitige Koeffizient nur 30 bis 50 BTü/Std. χ ft² χ ⁰F beträgt. Wegen dieser großen Ungleichheit der Koeffizienten wurden große sekundäre Oberflächen an der Luftseite verwendet, und die typischen Verhältnisse von den Flächen auf der Luftseite zur Kühlseite betrugen 8 bis 10. Bei bekannten Radiatoren, wie sie in Fig» 20 dargestellt sind, wurde die sekundäre Oberfläche in der Form von Metallblechrippen vorgesehen, die in enger Nachbarschaft zueinander gestapelt oder gefaltet sind, mit abgeflachten Röhren (primären Oberflächen), die durch Öffnungen in den Rippen hindurchreichen oder die zwischen Streifen von gefalteten Rippenmetall eingepaßt sind. Im allgemeinen wurde gemäß dem Stand der Technik ein solch großes Gebiet der sekundären Metalloberfläche über die Oberfläche der primären Röhrenwand verteilt. Wenn andererseits die primäre Wand dünn ist, ergeben sich seitliche Temperaturgradienten in der Röhrenwand nahe den Anbringungspunkten des sekundären Materials und bewirken eine weitere Verlängerung des Wärmeflußweges zwischen den zwei Fluiden.

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Der Stand der Technik hat gewöhnlich Kupfer oder Kupferlegierung zur Herstellung der Strahlungs-Querstromwärmeaustauscher verwendet, oder auch Hartlöten oder Löten wurde verwendet, um die sekundäre Oberfläche an der primären Vand metallisch zu befestigen, wodurch der thermische Widerstand der Verbindung gegenüber Wärmetransport möglichst klein gemacht wurde. Als ein Anzeichen für den Stand der Technik sei auf einen hartgelöteten Kupfer-Autokühler verwiesen, der ein Oberflächenverhältnis von sekundärer zu primärer Oberfläche von 8 bis 10 aufweist, der 1,23 kg (2,7 lbs) Metall verwendet, um 1000 BTU Wärmeeinheiten pro Minute bei Autobahnfahrbedingungen zu übertragen. Für diese Wärmetibertragungskapazität werden die Metallkosten als Wert 1 verwendet, um als Vergleichsbasis zu dienen.

Wegen des Trends zu höheren Betriebsdrücken bei AutomobilkUhlern und den dabei auftretenden Belastungsgrenzen der Dünnwand-Kupferkonstruktion, besteht ein großer Bedarf, stattdessen Aluminium zu verwenden, insbesondere hinsichtlich der niedrigen Kosten, der hohen thermischen Leitfähigkeit und der Verfügbarkeit in Form von Röhren und dünnen Blechen. Jedoch oxydieren Aluminiumoberflachen leicht, und das Metall ist schwierig durch Löten oder Hartlöten zu verbinden, entweder mit sich selbst oder mit anderen Materialien. Es hat sich als extrem schwierig erwiesen, die umfangreichen und verhältnismäßig unzugänglichen Bindungen zu erzeugen, um das sekundärzu-primäie Wärmeübertragungsmaterial bei Aluminiumkühlern zu erreichen, im Gegensatz zu Kupfer. Trotz dieser Schwierigkeiten wurden Aluminium—Autokühler der herkömmlichen Sekundäroberflächenbauart der Fig. 20 hergestellt und untersucht. Ein solcher Kühler mit einem Flächenverhältnis von 8 bis 10 würde

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typischerweise ungefähr 0,81 kg (l,97 lbs) Metall verwenden, um 1000 BTU Wärmeeinheiten pro Minute bei Autobahnfahrbedingungen zu übertragen. Das niedrigere Gewicht verglichen mit dem gelöteten Kupferkühler ist ein Zeichen für die geringere Dichte des Aluminiums relativ zu Kupfer. Für diese Wärmeübertragungskapazität betrügen die Metallkosten etwa 0,39 gegenüber den Metallkosten eines Kupferkühlers. Somit ergibt die Kombination einer niedrigeren Dichte und niedriger Kosten der Wärme pro Minute einen viel billigeren Kühler, wenn er aus Aluminium hergestellt wird statt aus Kupfer.

Es sei jedoch betont, daß der Stand der Technik im wesentlichen nicht die Probleme gelöst hat, die notwendigen Bindungen beim Aluminiumkühler herzustellen, der die gleichen Konfigurationen aufweist wie der gegenwärtig benutzte Kupferkühler. Die vorgenannten Probleme werden teilweise dadurch umgangen, daß ein im wesentlichen vollständiger Primäroberflächen-Aluminiumwärmeaustauscher verwendet wird, der aus dünnem Blechmetall hergestellt wird, wobei eine Vielzahl von Wandprojektionsteilen verwendet wird, die an jeder Seitenwand gebildet sind, und die über der Oberfläche der Seitenwand verteilt sind und sich von dort nach außen erstrecken. Diese Erstreckungen besitzen lasttragende Endsegmente, die verwendet werden, um gegen lasttragende Endsegmente von Wandprojektionen anzuliegen und zusammenzupassen, die sich von angrenzenden primären Oberflächen-Kanalseitenwänden nach außen erstrecken. Ein äußerer Strukturrahmen wird geschaffen, und die äußersten Endsegmente der primären Oberflächenwand-Projektionsteile liegen gegen den äußeren Strukturrahmen. Auf diese Weise wird die Last der sandwichartig zusammengebauten Kanalanordnung an den äußeren Rahmen übertragen.

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Eine Ausführungsform derartiger Wandprojektionsteile ist in der Patentanmeldung P 22 50 233.6 beschrieben. Diese Wandprojektionsteile liegen in der Form von nach außen sich erstreckenden Kegelstumpfen vor, die eine Dimensionsgröße und eine Dimensionsbeziehung aufweisen, die durch ein Verhältnis H/D von 0,05 bis 0,2 definiert sind, durch ein Verhältnis D/d von 3 bis 10, wobei die Ausdehnung D 5,1 bis 63,5 mm (0,2-2,5 inch) betrug, das a/D-Verhältnis größer als ungefähr 0,075 war, und wobei der Kegelwinkel geringer als 35° war. Bei der gerade definierten Beziehung gleicht H der maximalen Höhe, die senkrecht von der Oberfläche gemessen wird, die die Extremitäten der Erstreckungen zu der Ebene enthalten, die die nicht deformierte Oberfläche der Wand aufweist, angrenzend zu der Erstreckung, D gleicht dem Abstand zwischen den Zentren der nächst aneinanderliegenden wandstutzenden Projektionen auf der Oberfläche der Wand, d gleicht dem äquivalenten Durchmesser, der durch das Verhältnis ^a/p definiert wird, wobei a die Fläche des lasttragenden Endsegmentes des Wandprojektionsteiles ist, und wobei ρ der Umfang dieses lasttragenden Endsegmentes ist, und wobei der Kegelwinkel gleich dem spitzen Winkel ist, der zwischen der horizontalen nicht deformierten Oberfläche der Wand angrenzend zur Projektion und dem im wesentlichen geraden Segment längs der geneigten Seite der Projektion ist, wobei H der Krümmungsradius des Oberflächensegments auf beiden Seiten der Verbindungslinie des Schnittes ist, der von der Projektion und der nicht deformierten Oberfläche der Wand angrenzend zur Projektion gebildet wird.

Eine andere vorzugsweise Ausführungsform der Wandprojektionsteile wird in der Patentanmeldung P 22 50 233.6 beschrieben und beansprucht. Diese Wandprojektionsteile liegen in der Form

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von nach außen sich erstreckenden Isostresskonturen vor, die eine Dimensionsgröße und eine Dimensionsbeziehung besitzen, die durch ein Verhältnis von Il/D von 0,05 bis 0,2 definiert ist, weiterhin durch ein Verhältnis D/d von 3 bis 10 und eine Dimension D von 5»1 bis 63,5 mm (0,2 bis 2,5 inch). Bei den vorgenannten Beziehungen bedeutet II die maximale Höhe, gemessen senkrecht von einer Fläche, die Extrempunkte der Projektionen enthält, wobei eine Isostresskontur eingeschlossen wird, bis zu der innersten Spitze der Isostresskontur, und wobei die D-und die d-Dimensionen die gleichen sind, wie sie vorher bei den Kegelstumpfprojektionsteilen definiert wurden.

Trotz der Tatsache, daß Primärmetall von dem Luftfilm mit hohem Widerstand nur an der äußeren Seite berührt wird, ist die Gesamtwärmeübertragungskapazität des Aluminiumwärmeaustauschers mit nur primären Oberflächen unter Anwendung der oben beschriebenen Wandprojektionsteile äquivalent zu einem herkömmlichen Kupferradiator mit großen Sekundärflächenge— bieten. Ohne die Notwendigkeit für Sekundäroberflächen, wie z.B. Rippen, ist die Anwendung von Aluminium als ein Herstel— lungsmaterial für Querstromkühler-Wärmeaustauscher vollkommen befriedigend. Die Gesamtlänge der Metall—zu-Metall—Bindungen ist stark vermindert, alle Verbindungen und Stoßstellen sind im wesentlichen isothermal, und daher können sie mittels Klebstoffen verbunden werden. Viele der verbleibenden Verbindungslängen derartiger Aluminiumwärmeaustauscher mit nur primären Oberflächen, d.h. die longitudinalen Kanalsäume, können vorfabriziert werden, bevor zusammengebaut wird, wodurch eine leichte Zugänglichkeit gewährleistet ist. Beispielsweise kann ein Aluminiumautokühler der in der Anmeldung P 22 50 233.6 beschriebenen Art mit Isostresskonturwand-Projektionsteilen

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verwendet werden, wobei ein Fläehenverhältnis (Luftseite zu Wasserseite) von 1,0 verwendet würde, eine Menge von 1,33 kg {2,9k lbs) Metall verwendet werden, um 100 BTU pro Minute bei Autobahnfahrgeschwindigkeit zu übertragen. Für diese Wärmeübertragungskapazitätwürden die Metallkosten ungefähr 0,59 der KupferkUhlermetallkosten betragen. Offensichtlich ergibt sich aus diesem Vergleich, daß ein Aluminiurawärmeaustauscher mit nur primären Oberflächen eine erstrebenswerte Alternative gegenüber dem gelöteten Aluminiumaustauscher mit Sekundäroberfläche darstellt. Es wird nicht nur erfolgreich das Lötproblem beseitigt, das bisher mit der Anwendung von Aluminium verbunden war, sondern es wird auch eine Metallökonomie erreicht, wie sie beim gelöteten Aluminiumkühler erreichbar ist (Metallkosten von 0,59 verglichen mit 0,39 bei letzterem).

Unglücklicherweise ist eine weitere Verbesserung der Metallökonomie des Aluminiumwärmeaustauschers mit nur primären Oberflächen stark begrenzt durch die Festigkeit, durch die Herstellung, durch Korrosion und durch Luftseitenverstopfungsprobleme. Die Wanddicke kann vermindert werden, indem die Anzahl der Wandprojektionsteile vergrößert wird, die lasttragende Endsegmente aufweist, aber dies wiederum vergrößert den Luftdurchflußwiderstand und vermindert die Luftdurchflußrate. Dieser nicht wünschenswerte Effekt wird vergrößert, wenn die Höhe H des Wandprojektionsteiles vermindert wird proportional zu dem Projektionsabstand D, da der Abstand zwischen angrenzenden Primäroberflächenkanälen dadurch vermindert wird. Weiterhin sind Verminderungen der Metallwanddicke schließlich begrenzt durch die mininale Dicke, die notwendig ist, um unvermeidliche Aluminiumerosion und Korrosion zu berücksichtigen, und durch die minimale Blechdicke, die gehandhabt, hergestellt und bei der

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Kühlerwartung angewendet werden kann, ohne daß mechanische Beschädigung auftritt. Eine Verminderung der Luftseitendurchgangsbreite bei Automobilradiatoren ist ebenfalls begrenzt dadurch, daß aus der Luft aufgefangener Schmutz die Durchlässe verstopfen kann.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Aluminiumquerfluß-Wärmeaustauscher zu schaffen, der von der Primäroberfläehenwand-Projektlonslaststützbauart ist.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines solchen Wärmeaustauschers, der mindestens die äquivalente Metallökonomie aufweist, wie ein gelöteter Aluminiumwärmeaustauscher, der herkömmliche sekundäre liippenoberflachen besitzt.

Ein noch anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Aluminiumautokühlers, der leicht hergestellt werden kann, und zwar ohne die aufwendigen und komplizierten Lötverbindungen.

Der Querflußwärmeaustauseher der vorliegenden Erfindung umfaßt: (a) einen äußeren strukturellen Rahmen, (b) eine Vielzahl von Kanälen, die aus Aluminium geformt sind, wobei jeder Kanal einen länglichen Querschnitt aufweist, der durch Seitenwände und Kantenwände begrenzt wird, jeweils von einer Dicke von 0,076 bis 0,38 mm (0,003 bis 0,015 inch) und mit einem Aspektverhältnis von Länge zu Breite eines äquivalenten Rechtecks gleich mindestens 4, wobei die Länge longitudinal ausgerichtet ist in parallelem Abstand, jede mit einer ersten Fluidumeingangsöffnung an einem Ende und einer ersten Fluidumausgangsöffnung am gegenüberliegenden Ende, und mit gemeinsamen Einlaßverzwei-

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gungseinrichtungen und gemeinsamen Ausgangsverzweigungseinrichtungen für die ersten Fluidumeingangsöffnungen und die ersten Fluidumausgangsöffnungen, und mit einer Vielzahl von Wandprojektionsteilen, die auf jeder Seitenwand gebildet sind und über der Seitenwandoberflache verteilt sind und sich davon nach außen erstrecken, mit lasttragenden Endsegmenten, die so geformt sind, daß sie an lasttragenden Endsegmenten der Projektionsteile einer angrenzenden Kanalseitenwand anliegen und zusammenpassen, wodurch angrenzende Kanäle im Abstand angeordnet werden, wobei die äußersten Endsegmente sich an dem äußeren Strukturrahmen anlegen und die Kanallast darauf übertragen.

Diese Wandprojektionsteile besitzen eine Dimensionsausdehnung und eine Dimensionsbeziehung zwischen sich, die durch eine Dimension D definiert wird, die zwischen ungefähr 5,1 und 25 mm liegt (0,2 bis 1,0 inch), eine Dimension II von ungefähr 0,5 bis 3,6 mm (0,02 bis 0,14 inch) und einem Verhältnis D/d von ungefähr 3 his 18, wobei H die maximale Höhe ist, gemessen senkrecht von einer Ebene, die die Extremitäten der Projektionsendsegmente enthält, bis zu einer Ebene, die den entferntesten Punkt dieser Seitenwandoberflache enthält, und wobei D der effektive Abstand zwischen den Zentren der angrenzenden Wandpro.jekt ions teile einer Seitenwand ist, bestimmt gemäß der Formel: D =3/D^ + D^ , wobei D^ der kürzeste Ab-

stand zwischen zwei angrenzenden Wandprojektionszentren in irgendeiner Dreieckseinheit des Projektionsmusters auf der Seitenwand ist, D„ die senkrechte Entfernung von einer geraden Linie, die sich durch die zwei angrenzenden Projektionszentren erstreckt, zum Zentrum der dritten Wandprojektion der gleichen Dreieckseinheit, wobei die Dreieckseinheit gleich dem Dreieck

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ist, das ein Wandprojektionszentraum nur an jeder Ecke aufweist, wobei jede Seite des Dreieckes sich zwischen Wandprojektionszentren erstrecken, ohne daß ein kürzeres Liniensegment geschnitten wird, das andere Projektionszentren miteinander verbindet, und d gleich dem äquivalenten Durchmesser, der von dem Verhältnis 4a/p definiert wird, wobei a die Fläche des lasttragenden Endsegmentes der wandstützenden Projektion ist, und ρ dem Umfang des lasttragenden Segmentes entspricht. Die Wandprojektionskonturen besitzen auch eine angehobene Kontur, so daß das Verhältnis θ/It zwischen h und 2500° pro inch liegt, wobei θ der maximale Winkel des Metalls in dem Projektionsteil mit Bezug zur Basisebene der Seitenwand beträgt, gemessen im Querschnitt, der durch das Projektionsteilzentrum läuft, senkrecht zu der Basisebene, und wobei R der minimale Krümmungsradius des Metalls ist, gemessen außerhalb des Projektionsteiles.

Auch die Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet dadurch, daß (c) die Kanäle und Wandprojektionsteile und daß der äußere Strukturrahmen so angeordnet und konstruiert ist, daß ein zweites Fluidum durch den äußeren Strukturrahmen fließt, und zwar senkrecht zu und im Abstand zwischen den Kanälen in Wärmeaustausch mit dem ersten Fluidum.

Dieser Querflußwärmeaustauscher benötigt ebenfalls (d) mindestens eine dünne Aluminiumrippe mit einer Dicke von 0,076 mm bis 0,38 mm (0,003 bis 0,015 inch), die sich zumindest nach außen von einer Kantenwand eines jeden Kanals erstreckt, längs der gesamten Länge des Kanals, wobei diese Rippen in einer Anzahl und mit einem Oberflächengebiet relativ zum Kanaloberflächengebiet versehen ist, so daß das Verhältnis (0„+0„)/l„, der äußeren Kanaloberfläche (o_c) plus Äippenqberflächengebiet

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außerhalb des Kanals (O_p) zur Gesamtoberfläche innerhalb des Kanals (l„) zwischen 1,2 und k,0 liegt, und wobei jede Rippe eine Vielzahl von Oberflächenverzerrungen besitzt, die aus der Rippenebene in-den Zwischenraum reichen, der zwischen den Rippen von angrenzenden Kanälen liegt, die in engem Abstand in gieiehfönaigen Intervallen (S) von 0,25 bis 5,1 mm (0,01 bis 0,2 inch) angeordnet sind, gemessen senkrecht zur Kanallangsachse, um so ein Gesamtverzerrungsgebiet zu umfassen, das mindestens ^O % der Hippenoberfläche beträgt, wodurch der zweite Fluidumdurchfluß über die Rippenbreite unterbrochen wird.

Diese Erfindung erfordert das Hinzufügen von dünnen thermisch leitenden Metallbleehrippen als sekundäre Wärmeaustauschoberflächen zu den primären Oberflächenkanälen. Jedoch können Rippen nur längs in engen Längskanten eines jeden Kanals hinzugefügt werden, und zwar wegen dem engen Abstand von angrenzenden Kanälen, der eine Rippenanbringung an anderen Gebieten des Kanals verhindert, z.B. an den Seitenwänden. Das heißt, für die große erforderliche primäre Oberfläche bei einem nützlichen Querstromkühler müssen die Kanalseitenwände eng aneinanderliegen, um enge erste und zweite Fluidumdurchtritte zu bilden, wie z.B. hO bis 150 von jeweils ersten und zweiten

Fluidumdurchflüssen pro Fuß Wärmeaustauscherquerschnittslänge. Ebenso
/müssen, um ein wesentliches Querschnittsdurchflußgebiet für das zweite Fluidum zwischen den Kanälen zu schaffen, die Kanalseitenwände im wesentlichen flach sein. Entsprechend ist die Geometrie des Querflußwärmeaustauschers derartig, daß die engen Längskantenwände eines jeden Kanals die einzigen Teile des Kanals sind, die nicht innerhalb des zusammengebauten Wärmeaustauschers eng umgrenzt sind.

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Trotz der vorgenannten Begrenzungen und des seitlichen Temperaturgradienten in den primären Oberflächenkanälen, die die Anbringung von sekundären Oberflächenrippen unvermeidlich erzeugt, konnte gezeigt werden, daß der vorliegende Wärmeaustauscher mindestens eine 50 folge Verbesserung der Wärmeübertragung lieferte, verglichen mit dem vorher beschriebenen Wärmeaustauscher mit nur primären Oberflächen, und es wurden Metall— kosten erreicht, die äquivalent waren einem gelöteten Aluminiumkühler der herkömmlichen Konstruktion mit primären und sekundären Oberflächen (basierend auf einer Metallkostenhöhe von 1,0 für herkömmliche Kupferkühler). Diese Verbesserung wird erreicht mit nur ungefähr 50 % des sekundären Aluminiumrippenmaterials, das für den gelöteten Aluminiumkühler erforderlich ist.

Im folgenden wird daher ein Querflußwärmeaustauscher beschrieben, der aus einem äußeren Strukturrahmen besteht, einer Vielzahl von Kanälen, die sich in Längsrichtung ausgerichtet parallel dazu im Abstand befinden, um erste Fluidumdurchlässe innerhalb der Kanäle zu bilden, und mit einer Vielzahl von Wandprojektionsteilen, die von der Kanalseitenwand gebildet werden und sich nach außen erstrecken, mit lasttragenden Endsegmenten von angrenzenden Seitenwänden, die an dem äußeren Strukturrahmen anliegen und die Kanalbelastung dorthin übertragen, wobei die Kanäle und Wandprojektionsteile so angeordnet sind, daß ein zweites Fluidum senkrecht und im Abstand zu den angrenzenden Kanälen fließt, wobei Rippen sich von den Kanalkantenwänden erstrecken, die Oberflächenverzerrungen aufweisen.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

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Es zeigt:

Pig. 1 eine Querschnittsendansicnt einer Kanalrippenanordnung, wobei eine Sauinverbindung an jeder Kanalkante vorhanden ist, und wobei eine Kanalrippe aus einem einzigen Blech gebildet wird,

Fig. 2 eine Querschnittsendansicht einer anderen Ausführungsform einer Kanalrippenanordnung, wobei Kanal und Rippenelemente aus getrennten Blechen gebildet sind,

Fig. 3 eine Querschnittsendansicht einer anderen Ausführungsforn der Kanalrippenanordnung, mit mindestens einer Verbindungsstelle,

Fig. h eine Querschnittsendansicht einer noch anderen Ausführungsform einer Kanalrippenanordnung, wobei zwei Hippen an jeder Kanalkante angebracht sind,

Fig. hA eine perspektivische Ansicht einer Kanalrippenanordnung mit einer gekräuselten oder gefalteten Seitenverbindung und einer an der gleichen Kanalkante angebrachten Rippe,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Kanalrippenanordnung mit Jalousien und geschlitzten Öffnungen, die in einer schräggestellten Konfiguration als die Rippenoberflächenverzerrungen angeordnet sind,

Fig. 5A eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Anordnung gemäß Fig. 5,

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-JA-

Fig. 5B eine vergrößerte Querschnittsansicht der Anordnung gemäß Fig. 5> längs der Linie B-B der Luftabstromrippe,

Fig. 5C eine vergrößerte Querschnittsansicht der Anordnung gemäß Fig. 5, längs der Linie C-C der Luftaufstromrippe,

Fig. 5ü eine vergrößerte Draufsicht auf die JaIo us ie rippen,

Fig. 5E eine Querschnittsansicht der Anordnung der Fig. 5» senkrecht zur Längsachse X-X längs der Linie A-A,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer kanaljalousienartigen Rippenanordnung in der Form von gefalteten Streifen quer zur Rippenbreite als RippenoberflächenverZerrungen,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Kanalrippenanordnung mit Wellungen als Rippenoberflächenverzerrungen, wobei Kuppen und Täler parallel zur Kanallängsachse verlaufen,

Fig. 7A eine Endansicht der zwei Kanalrippenanordnungen gemäß Fig. 7 mit entsprechenden Kuppen und Tälern in seitlicher Ausrichtung,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Kanalrippenanordnung mit Kräuselungen als Rippenoberflächenverzerrungen, -

Fig. 8A eine Querschnittsendansicht der gekräuselten Kanalrippenanordnung der Fig. 8,

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Fig. 9 eine Querschnittsendansicht der Kanalrippenanordnung mit zwei Rippen, die an jeder Kanalkante befestigt ist und mit unterschiedlichen Arten von Oberflächenverzerrungen bei den zwei Rippen,

Fig. 10 eine Querschnittsendansicht einer Anordnung mit zwei Rippen pro Kanalkante, bei der der Kanal längsgefaltet ist in zwei getrennte Kanäle, um die Rippenoberfläche zu verdoppeln,

Fig. 11 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Kanalseitenwandprojektionsteils der Isostressbauart,

Fig.HA eine Seitenansicht eines Teils der Kanalseitenwand der Fig. Ii, wobei die Größen D und d gezeigt sind,

Fig. 12 eine Graphik, die die Belastung über der Oberflächenauslenkung zeigt, für unterschiedliche Arten von Kanalseitenwandprojektionsteilkonturen,

Fig. 13 eine Aufsieht auf einen Teil einer Kanalseitenwand mit kegelstumpfartigen Wandprojektionsteilen,

Fig. 14A bis 1411 eine Serie von schematischen perspektivischen Ansichten von Kanalseitenwandprojektionen mit unterschiedlichen Elevationskonturen,

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer Jalousie mit zweikanaligem Isostresskanalseitenwandprojektionsteilen, mit geschlitzter Öffnung, in der Ausführungsform mit jalousienartiger Rippenoberflächenverzerrung,

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Fig. 15A eine vergrößerte Qtierschnittsansicht der Anordnung der Fig. 15, längs der Linie A-A,

Fig. 15B eine vergrößerte Querschnittsansicht der Anordnung der Fig. 15, längs der Linie B-B,

Fig. l6 eine perspektivische Ansicht eines Automobilkühlers, der die Anordnung der Fig. 15 verwendet,

Fig. 17 eine Graphik, die den Zusammenhang der Wärmeübertragungsrate pro Einheit Frontfläche (H.) über der Wärmeübertragungsrate pro Einheit Metallgewicht (ELr) für verschiedene Arten von Querflußautomobilkühlern zeigt,

Fig. 18A, 18B und 18C graphische Darstellungen, die den Zusammenhang von II. über dem D-Abstand für einzelne Komponenten der Anordnung der Fig. 15 und für eine ähnliche zweirippige Anordnung zeigen,

Fig. 19A, 19B und 19C graphische Darstellungen, die den Zusammenhang von H, über der Größe H zeigen, und zwar für einzelne Komponenten der Anordnung der Fig. 15 und für eine ähnliche zweirippige Anordnung,

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht eines typischen Kupferautokühlers von gelötetet Konstruktion gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 21 eine Seitenansicht eines Windtunnels, der zur Testung von Automobilkühlern verwendet wird,

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Fig, 22 ein schematisches Flußbild einer Testanordnung für AutoBJobilkühler,

Fig. 23 eine graphische Darstellung, die Kapazität (H^) über der Luftvo1urnendurehflußrate für mehrere Aluminiumautomobil kühler zeigt, die »it der Einrichtung gemäß Fig. 21 und 22 getestet wurden,

Fig. 2h eine Vorderansicht eines Automobilkühlers, der die Erfindung verwendet,

Fig. 25A, 25B, 25c und 25D Draufsichten auf die Kanalseitenwände mit unterschiedlichen Wandprojektionsmustern, und

Fig. 26 eine Graphik, die die Veränderung der Wärmekapazität pro Gewichtseinheitsveränderung für verschiedene Formen von Inkrementemetall zeigt.

Geeignete Materialien asur Durchführung dieser Erfindung sind Aluminium der Serie 1100, Aluminiumlegierung der Serie 3000, die Mangan, E, B, Nr. 3OO3 und 3004 enthalten; die 600 Serie, die Silicium enthält, fc.B. Nr. 6061, 6062 und 6063, und die 5000 Serie, die Chrom enthält, z.B. Nr. 5052, 5083, 5086 und 515^. Die obigen Aluminiumlegierungsbleche sind mit einer 7OOO Serie Aluminiumlegierung, z.B. Nr. 7072, die Zink enthält, plattiert, um Korrosionswiderstandsfähigkeit zu erhalten. Das bevorzugte Material ist ein 3OO3 Legierungsblech, das mit einer Legierung Nr, 7072 plattiert ist.

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Fig. 1 illustriert einen einzigen Kanal 1, der einen länglichen Querschnitt besitzt, der durch Seitenwände 2 und Kantenwände begrenzt wird. Mindestens eine Hippe h erstreckt sich zumindest nach außen von dem Längssaum 5 des Kanals 1 längs der gesamten Länge der Kantenwand 3. Bei dieser Ausführungsform ist die Kanalrippenanordnung aus zwei Flächen gebildet, die am Saum 5 in Längsrichtung miteinander verbunden sind. Die Rippen h sind mit einer Vielzahl von Oberflächenverzerrungen 6 versehen, wie weiter unten noch in Einzelheiten beschrieben Wird.

In Fig. 2 ist eine Kanalrippenanordnung gezeigt, bei der die Kanalkanten 3 gebildet sind, um eine Kante der Rippe h zu umschließen, und dazwischen sind Säume 5 gebildet. Fig. 2 stellt auch die Erstreckung einer Rippenkante 7 in das Innere des Kanals 1 dar, was noch im folgenden zu diskutieren 1st. Die Kanalrippenverbindung der Fig. 1 ist gegenüber der Ausführungsform der Fig. 2 vorzuziehen, da die Saumlänge halb so lang ist und da weniger Metall erforderlich ist aufgrund der doppelten statt der dreifachen Metalldicke im Verbindungsbereich.

In der Ausführungsf orm der Fig. 3 wird ein Verbinden an der Rippenkante direkt mit der Kanalkante 3 dargestellt, wodurch die benötigte Länge von fluidumdichtem Saum in der Kanalwand vermindert wird, aber die Herstellung dieser Ausführungsform ist etwas komplizierter als bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2.

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform ist mindestens eine Rippe an sowohl der Luftaufstromkante als auch an der Luft—

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abstromkante 3 des Kanals 1 angebracht, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, und zwei Rippen können an jeder Kantenwand befestigt werden, wie in Fig. k dargestellt ist. Die Verwendung einer doppelten Rippenanordnung hat den Vorteil, daß das gleiche sekundäre Rippengebiet der doppelten Rippe es einer jeden Rippe ermöglicht, nur die halbe Breite zu haben, wie bei den einzelnen Rippen. Die sich ergebende engere Rippe ordnet alle Sekundärmetalloberflächen enger an ihrem Verbindungspunkt mit der primären Oberflächenkanalkante an, und vermindert den MetaUwärmeflußwiderstand über den Rippen. Anders ausgedrückt, bei einer gegebenen unteren Begrenzung für die Rippenwärmeleitung erfordert die doppelte Rippe die doppelte sekundäre Oberfläche gegenüber der Einzelrippe. Fig. h ist ähnlich zu Fig. 1 insofern, als die Kanalrippenanordnung aus zwei Blechen gebildet ist, und ein Saum 5 mittels Metallzu- -\ sammenfluß hergestellt ist. Fig. kA illustriert die Möglichkeit, einen Saum 5 durch Umbördeln oder Falten zu bilden.

Die Kanäle i und die Rippen h besitzen eine Wanddicke, die zwischen 0,076 und of§p mm (0,003 bis 0,015 inch) liegt, vorzugsweise zwischen 0,13 und 0,3 mm (0,005 und 0,012 inch). Dünnere Wände als 0,076 mm (0,003 inch) führen zu stärkeren ungewünschten seitlichen Temperaturgradienten; die Kantenwand des Kanals, wo Rippen angebracht sind, wird in einem größeren Ausmaß gekühlt, und die Rippen h verlieren an Effektivität als sekundäre Wärmeübertragungsoberfläche. Dieses Problem ist besonders akut bei Ausführungsformen, wie sie in Fig. 1 und k gezeigt sind, bei denen die Rippe ein einstückiges Teil des Kanals ist, wodurch ebenfalls übermäßige Temperaturgradienten sich ergeben, die die Wirksamkeit vermindern. Wenn die Kanalwanddicke 0,38 mm (15 mils) überschreitet, beginnt die Metalldicke einen ungewöhnlich großen Teil der Frontfläche des Wärme-

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austauschers einzunehmen. Zum Beispiel nehmen zwei Kanalwände einer Dicke von 0,38 mm ( 15 mils ) bei einem Zentrum-zuZentrum-Abs tand zwischen angrenzenden Kanälen von 2,8 mm (0,11 inch) 27 % der gesamten Kanalfläche ein, die für Fluidumfluß zur Verfugung steht. Oberhalb von 0,38 mm werden auch Metallanwendungen (BTU/min χ kg) unökonomisch klein, wenn derartige Dicken auch für die Rippen verwendet werden. Bei größeren Dicken wird die Rippenwirksamkeit nicht wesentlich verbessert. Kanal und Rippendicke im Bereich von 0,13 bis 0,3 mm (0,005 bis 0,012 inch) stellen einen günstigen Kompromiß hinsichtlich dieser Überlegungen dar.

Wie schon angedeutet, ist jede Rippe mit einer Vielzahl von Oberflächenverzerrungen versehen, die von dex" Rippenebene in den Spalt zwischen angrenzenden Rippen von angrenzenden Kanälen hineinreichen. Diese Oberflächenverzerrungen liegen eng aneinander mit Abständen S von 0,25 bis 5 mm (0,01 bis 0,2 inch), gemessen senkrecht zur Längsachse des Kanals, um so eine Gesamtverzerrungsflache zu umfassen, die mindestens 40 ^c/o der Rippenoberfläche beträgt, wodurch der Durchfluß des zweiten Fluidums über die Rippenbreite unterbrochen wird. Diese Oberflächenverzerrungen haben im wesentlichen die Dicke der Grenzschichten des zweiten Fluidums relativ zur Rippen— oberfläche, verglichen mit der Dicke des zweiten Fluidumfilms bei Abwesenheit der Oberflächenverzerrungen. Die Abstände S der Oberflächenverzerrungen sollten mindestens 0,25 nun (0,01 inch) betragen, um wirksam den Film des zweiten Fluidums über die Rippenbreite bei einigen Ausführungsformen zu unterbrechen, und es sollte in jedem Falle eine hohe Belastung, eine Abnutzung und eine hohe Ausfallrate des Oberflächenverzerrungswerkzeuges vermieden werden. Bei Werten für S oberhalb

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von 5 bob (0,2 inch) wird die Länge des Durchflußweges von unverzerrtem Metall für das zweite Fluidum ausreichen, um dem Fluidumfilm zu ermöglichen, sich wesentlich zu verdicken. Da der Film des zweiten Fluidums der Hauptwiderstand für den Wärmetransport ist, wird, die Rippenwirkung stark verschlechtert. Ein vorzugsweiser Bereich für die Größe S, basierend auf den vorangegangenen Überlegungen, ist 0,05 bis 2,5 mm (0,02 bis 0,10 inch). Die Größe S wird in der Richtung zur Rippe gemessen, senkrecht zur Längsachse X-X des Kanals, und funktionsmäßig ist es die Entfernung, die dem zweiten Fluidumfluß ermöglicht, ohne Blockierung, Unterbrechung oder Verdünnung des Fluidum-IiIms auf der Rippenoberfläche vorbeizufließen. Die gesamte Oberflächenverzerrungsfläche beträgt zumindest kO % der Oberfläche der Rippe, auch um eine wesentliche Turbulenz in dem zweiten Fluidumfilm und/oder eine Unterbrechung sicherzustellen.

Die Oberflächenverzerrungen fallen im allgemeinen in zwei Kategorien, abhängig von ihrem Mechanismus zur Reduzierung des Wärmeübertragungswiderstandes des Films des zweiten Fluidums: Oberflächenunterbrechungen und Turbulenzerzeugung. Die Oberflächenunterbrechungserzeugungsart besteht aus sich wiederholenden und eng aneinander angeordneten Diskontinuitäten in der Rippe in Richtung des Durchflusses des zweiten Fluidums über der Rippenoberfläche. Eine vorzugsweise Unterbrechungsart der Oberflächenverzerrung ist eine jalousienartige geschlitzte Öffnüngskonfiguration gemäß Fig. 5, in der Rippenmetall entlang eng aneinanderliegender paralleler Linien geschlitzt ist, und wobei das Metall zwischen den Schlitzen vom angrenzenden Metall so verschoben ist, daß die zwei Kanten eines Schlitzes gegeneinander versetzt sind, um Jalousien zu bilden. Die Jalousien sind in einem Winkel zur Durchflußrichtung des

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zweiten Fluidums angeordnet, so daß der Fluidumfilm, der dazu neigt, längs dem Flußweg an der liippenoberf lache sich aufzubauen, wiederholt entlang der Rippenbreite unterbrochen wird.

Die Turbulenzerzeugerbauart der Rippenoberflächenverzerrung umfaßt eine Vielzahl von Deformationen oder Erhebungen in dem Rippenmetall, so daß das Metall intrudiert und zurückspringt von einer ansonsten gleichförmigen und unbehinderten Flüssigkeitspassage für das zweite Fluidum über der Rippenoberfläche. Die Rippe selbst ist nicht durchstochen, geschütz oder durchdrungen bei derartigen Deformationen, sondern stattdessen gebogen oder eingedrückt. Beispiele für geeignete Turbulenzerzeugeroberflächenverzerrungen sind Wellungen (Fig. 7 und 7A) und Eindellungen (Fig. 8 und 8A). Wenn das Gas auf die Deformationen auftrifft, wird es wiederholt um die Metallintrusionen herumgelenkt und darüber hinweggelenkt. Wiederholte lokale Kontraktionen oder Expansionen des Stromes des zweiten Fluidums treten auf, mit Wirbelströmen (Turbulenz), die insbesondere an der Abstromseite der Metallintrusionen erzeugt werden. Als ein Ergebnis wird der Film des zweiten Fluidums, der sich aufbauen will, auseinandergenommen und verdünnt an vielen lokalen Punkten der deformierten Rippenoberfläche. Die Rippenoberfläehenverzerrungen können die vorgenannten Oberflächenunter— brechungen und den Turbulenzerzeugungsraechanismus kombinieren, um den Wärmeübertragungswiderstand des zweiten Fluidumfilmes zu vermindern. Zum Beispiel kann ein Muster von Eindellungen erzeugt werden, indem die Rippen durchstochen werden, so daß die Eindellungen als Turbulenzerzeuger wirken. Zusätzlich wird ein Teil des zweiten Fluidums durch die Durchlässe von der konkaven Seite durchgezogen, und der Film des zweiten Fluidums auf der konkaven Seite wird wirksam am Mund der Durchdringung unterbrochen.

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Die jalousienartigen und geschlitzten Öffnungen in einer Jalousienkonfiguration sind eine vorzugsweise Art der Oberflächenverzerrungen der Rippen. Die jalousienartige und längliche Öffnungsform d«r Rippenoberflächenverzerrung kann senkrecht zur Längslänge des Kanals angeordnet sein, jedoch müßten die Rippen, wenn sie so angeordnet sind, um einen Rippenwinkel ö von ungefähr 90 niit Bezug zu einer Ebene gebogen werden, die die maximale Dimensionsbreitenlinie und die Längsdimensionslängslinie des Kanals enthält, wenn die Jalousien in den Rippen so angeordnet sind, um einen minimalen Luftdurchflußweg auf den Jalousien für das Medium zu liefern, das durch die Passage hindurchfließt, die zwischen angrenzenden Kanälen gebildet wird, da eine solche Ausführung eine maximale Wärmeübertragung liefern würde. Die Breite einer mit 90 orientierten Rippe wird den Abstand zwischen den Kanälen festlegen. Da die Kompaktheit ein wünschenswertes Kennzeichen eines Wärmeaustauschers ist, sollte ein solch breiter Abstand vermieden werden und die Rippe sollte vorzugsweise mit einem Winkel }f von weniger als 90° mit Bezug zu der Ebene angeordnet werden, die die maximale Dimensionsbreitenlinie enthält, sowie die longitudinale Dimensionslängenlinie des Kanals. Im anderen Extrem könnte dieser llippenwinkel ^0° sein, obwohl die Rippen so angeordnet wären, daß die jalousienartigen Öffnungen im wesentlichen parallel zur Durchflußrichtung eines Mediumszwischen angrenzenden Kanälen wären, da in gewissen Beziehungen diese Konfiguration aus ökonomischen oder mechanischen Gründen wünschenswert sein kann. Somit kann der Rippenwinkel ^T , der zwischen der Ebene der Rippen und der Ebene, die die maximale Breiten- und Längslinien des Kanals enthält, zwischen ungefähr 0° und ungefähr 90° liegen, aber vorzugsweise zwischen ungefähr 0° und ungefähr 60°_o Wenn minimale "Rippenvorderflache" ge-

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wünscht wird, für einen gegebenen Rippenbiegewinkel ^f , müßte der Schlitzwinkel o( , der von der longitudinalen Längslinie des Kanals und der longitudinalen Längslinie des Schlitzes gebildet wird, und der Jalousienwinkel ß, der von der Ebene der Rippen und der Ebene des Jalousienteiles zwischen angrenzenden jalousienartigen Aperturen gebildet wird, in geeigneter Weise ausgebildet werden. Somit würde der Konstrukteur eine im wesentlichen maximale Fläche der jalousienartigen Öffnung erhalten, die senkrecht zum Durchfluß des Mediums durch die Verfahren zwischen angrenzenden Kanälen orientiert sind. "Uippenfrontalgebxet" wird als die Projektionsfläche der gesamten Reihe von Rippen auf einer Ebene definiert, die senkrecht zur Richtung des Mediumflusses durch die Passagen liegt,

die zwischen angrenzenden Kanälen gebildet werden. Der Schlitzwinkel cA kann sich weit von O bis 180 verandern, in Uhrzei— gerrichtung gemessen von der Längsachse des Kanals zur Longitudinallängslinie des Schlitzes. Vorzugsweise sollte der Schlitzwinke IcA. 90° +_ 45° für die meisten Anwendungen betragen, da dies einen im wesentlichen ununterbrochenen Durchfluß an den Rippen ergeben würde, die sich von den angebrachten Seg— raentpunkten auf dem Kanal nach außen erstrecken. Der Jalousien— winkel ß kann zwischen ungefähr 15 und ungefähr 90 für die meisten Anwendungen variieren, obwohl ein Winkel zwischen ungefähr 30 und ungefähr 60 vorzuziehen wäre, da er ausreichend jalousienartige Öffnungen liefern würde, die durch eine Formstempelbewegung oder dergleichen erhalten werden könnte, wodurch die Herstellungskosten sehr klein würden. Ein Winkel ß von weniger als ungefähr 15° wäre nicht zu erreichen, da er keine ausreichende Öffnung zwischen angrenzenden Jalousien liefern würde, aufgrund der begrenzten Materialdicke der Rippen.

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Die Breite der Jalousien der jalousienartig konstruierten Hippen (geteilt durch cos d\ , um die Entfernung S zwischen angrenzenden Rippenoberflächenverzerrungen darzustellen) sollte kleiner sein als ungefähr 5 hihi (°>2 inch) für die meisten An-

sein.
Wendungen^ obwohl eine Jalousienbreite von weniger als 2,5 mm (0,l inch) erstrebenswert wäre. Mit Bezug zur unteren Grenze sollte die Jalousienbreite mindestens 0,5 mm (0,02 inch) betragen, und vorzugsweise mindestens 0,?6 mm (0,03 inch). Je kleiner die Jalousienbreite ist, desto kleiner ist die Länge des Durchflußweges an der Jalousie für ein Medium, das durch die Öffnungen in der jalousienartig konstruierten Hippe hindurchläuft. Gewöhnlich begrenzt eine begrenzte Itippendicke die Minimale Breitendiaension für die Jalousie einer jalousienartig konstruierten Rippe.

Wie oben ausgeführt, kann die Orientierung der Hippen, der Jalousien und der jalousienartigen Öffnungen durch die Winkel

Tf » c/\ » ^un<* & definiert werden. Die gegenseitige Relation der drei Winkel kann in einer Gleichung ( I) wie folgt ausgedrückt werden: sind¹ = cos ß sin ^- cos Y sin ß cos <A (I)» wobei ö¹ der Annäherungswinkel ist, der definiert wird als der Winkel zwischen der ersten Linie, die parallel liegt zur Ebene, die die Maximale Dimensionsbreitenlinie und die Längsdimensionslängenlinie des Kanals enthält, und senkrecht zur Längslängenlinie des Kanals, und einer zweiten Linie, die von de» Schnitt einer Ebene mit der Oberfläche der Jalousie gebildet wird, wobei diese Ebene senkrecht zur Oberfläche der Jalousie liegt und diese erste Linie wie oben definiert enthält.

Somit ist zu erkennen, daß für jeden Winkel ^, σ( oder ß die verbleibenden zwei Winkel sich weit verändern können für einen

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spezifischen Winkel der Annäherung ©' für einen jeweiligen Wärmeaustauscherbetriebsinodus. Indem zuerst ein Annäherungswinkel O¹ ausgewählt wird und dann ein ftippenbiegewinkel ~if, um eine bestimmte Anordnung von Kanälen in einer Gesamtwärmeaustauscherkonfiguration anzubringen, können der Jalousienwinkel ß und der Stützwinkel ck im wesentlichen verändert werden, und immer noch die Lösung der Gleichung I befriedigen. Wenn jedoch' einer dieser Winkel ausgewählt ist, wird bei Aufrecht— erhaltung von Zf und Q¹ der andere Winkel entsprechend Gleichung I fixiert. Es ist somit zu erkennen, daß ^,(A und ß sich weit verändern können, daß sie aber gemäß Gleichung I miteinander in Zusammenhang stehen, wobei diese Gleichung I den Annäherungswinkel definiert, der für eine besondere Anwendung ausgewählt werden kann. Ein Annäherungswinkel Q¹ von ungefähr 60 oder weniger würde für die meisten Anwendungen akzeptabel sein, die jalousienartig geschlitzte Öffnungen für die Itippenoberflächenverzerrungsanordnung gemäß der Erfindung verwenden, obwohl ein Annäherungswinkel Q¹ von ungefähr 0° bis ungefähr 45° vorzuziehen wäre. Aus der Gleichung I ist zu erkennen, daß, nachdem einmal einer der Winkel ~2f, oi. oder ß gewählt ist, die anderen zwei Winkel bei Aufrechterhaltung des Annäherungswinkels Θ¹ nicht mehr unabhängig voneinander ausgewählt werden können. Infolgedessen sollten, um eine wünschenswerte Ilippenvorderfläche für eine besondere Anwendung zu schaffen, der Annäherungswinkel ö¹, der Rippenbiegewinkel ^f , der Jalousienwinkel ß und der Schlitzwinkel ck , die alle gemäß Gleichung I miteinander in Beziehung stehen, so ausgewählt werden, daß die Ebene einer jeden Jalousie im wesentlichen so ausgerichtet ist, daß der Luftdurchflußweg über die Jalousien im wesentlichen möglichst klein gemacht wird.

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Die geschlitzten Rippen können sowohl vor als auch hinter dem Kanal (Vorderseite bzw. Rückseite) hinzugefügt werden, wie es von der Richtung des Durchflusses des zweiten Fluidums durch die Öffnungen definiert wird, die zwischen angrenzenden Kanälen gebildet werden, oder auf andere Weise als in Form der Abschnitte des Kanals definiert werden, gemessen von einer Ebene, die die Zentrumspunkte von zwei angrenzenden Kanälen enthält, und die longitudinale Achse des Kanals. Die Breite der vorderen und hinteren Rippen, gemessen senkrecht zur longitudinalen Länge des Kanals, können vorteilhafterweise von unterschiedlicher Größe sein.

Die maximale Dimensionsbreitenlinie des Primäroberflächenwärmeaustauscherkanals dieser Ausführungsform mit geschlitzten Rippen kann vorzugsweise für die meisten Ausführungsformen zwischen 12,7 mm und 76 mm (0,5 bis 3>0 inch) liegen, und die Breite der geschlitzten Sekundäroberflächenwärmeaustauscher— rippe sollte geringer sein als ungefähr 15 «1111 (0,6 inch) und vorzugsweise breiter als 2,5 nun (0,1 inch). Für Anwendungen als Automobilkühler sollte die Breite des Primäroberflächenwärmeaustauscherelementes dieser geschlitzten Rippenausführungsforin zwischen ungefähr 19 mm und 51 mm (0,75 bis 2 inch) betragen, und die Breite der geschlitzten Sekundäroberf lächenrippe könnte von ungefähr 5,1 bis 0,7 mm (0,2 bis 0,5 inch) variieren.

Fig. 5 zeigt einen Kanal 1 mit isokompressionsartigen Ober-Clächenverzerrungen 2a, mit einer Front- oder Vorderrippe 4a und einer Hinter- oder Nachrippe 4b. Die Rippen 4a und 4b erstrecken sich im wesentlichen längs der Longitudinalkanten des Kanals 1, wodurch rippenlose Segmente an gegenüberliegenden

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Enden des Kanals 1 übrig bleiben. Die rippenlosen Segmente sind so ausgeführt, daß sie, wenn eine Reihe von Kanälen übereinandergelegt wird in sich berührender Beziehung, eine vertikale Stütze oder ein Rückhalteglied in berührender Beziehung mit den Kanten dieser Segmente angeordnet werden kann, wie in Fig. 16 gezeigt ist. Eine vergrößerte Querschnittsansicht des Kanals 1, Fig. 5A und Fig. 5B> zeigt die verschiedenen Winkel ο ,ot und ß, in denen die Rippe 4 zusammen mit den Jalousien 8 der jalousienartigen Anordnung der Rippen h orientiert sein sollten, um so eine Vielzahl von geschlitzten Öffnungen 9 zu schaffen, die derartig angeordnet sind, daß die im wesentlichen maximalen Flächen dieser Öffnungen 9 senkrecht zur Longitudinalachse x-x des Kanals 1 ausgerichtet sind. Für einen gegebenen Satz von Werten von ^f und oC entspricht eine maximale Öffnungsfläche, gesehen von dem Flußweg eines externen Mediums, einer minimalen Flußwegmenge über den Jalousien

8. Der Rippenbiegewinkel O ist der Winkel, der

CL

zwischen der Ebene der Rippe hjo und der Ebene des Kanals gebildet wird, der sowohl die maximale Dimensionsbreitenlinie W als auch die longitudinale Dimensionslinie L des Kanals i enthält. Um den Momentverlust im Luftdurchfluß möglichst klein zu machen, sollte der nicht geschlitzte Spitzenabschnitt X, der aus Gründen der strukturellen Festigkeit vorgesehen ist, vorzugsweise parallel zu der Ebene des Kanals liegen, wie oben definiert, oder zu dem Richtungsdurchfluß eines externen Mediums. Der Sehlitzwinkel d\ wird als der Winkel definiert, der zwischen der Längsdimensionslinie L¹ des Schlitzes und der Längsdimensionslinie L des Kanals 1 gebildet wird. Der Jalousienwinkel ß kann am besten aus Fig. 5B erkannt werden, wo er als der Winkel gezeigt ist, der zwischen der Ebene der Jalousie 8 und der Ebene der Gesamtrippe k gebildet wird. Wie oben festgestellt, können die Winkel ^ , cK. und ß sich in weiten

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Grenzen verändern, abhängig von dem gewünschten Annäherungswinkel ö'. Wie oben festgestellt, und wie in Fig. 5D gezeigt, wird der Annäherungswinkel Θ¹ als der Winkel definiert, der zwischen einer Linie A₁, die parallel zur Ebene liegt, die die Linien L und W enthält, und die senkrecht zur Linie L ist, und einer Linie A₂ gebildet, die von dem Schnitt einer Ebene auf der Oberfläche der Jalousie gebildet wird, wobei diese Ebene senkrecht zur Ebene des Schlitzes liegt und die Linie A. enthält. Die geschlitzte Öffnungsfläche, gesehen von dem Durchflußweg eines externen Mediums, nähert sich einem Maximum nur dann, wenn der Annäherungswinkel Θ¹ niedrige Werte hat, die 0° annähern. Da die Wärmeübertragung für eine geschlitzte Hippe sowohl eine Funktion der Breite "y" der Jalousie 8 ist, als auch der Länge der geschlitzten Öffnungen L¹, wäre es anratenswert, zunächst den Schlitzwinkel (A auszuwählen, um die Wärmeübertragungseigensehaften der Rippe zu optimieren. Als nächstes könnte der Jalousiewinkel ß ausgewählt werden, basierend auf der Materialdicke der Rippe, und auf der Herstellungsfflöglichkeit der Rippe, abhängig von mechanischen und ökonomischen Überlegungen. Dann könnte der Rippenbiegungswinkel Q für einen Annäherungswinkel 0' bestimmt werden, der für ein jeweiliges Wärmebeseitigungssystem geeignet ist, unter Verwendung von Gleichung 1. Wie schon gesagt, können der ilippenbiegewinkel ~tf , der Schlitzwinkel (A und der Jalousienwinkel ß verändert werden, solange sie nur die Gleichung 1 erfüllen, und zwar für einen ausgewählten Annäherungswinkel ö¹. Zur Festlegung von zwei Winkeln der Winkel C, G\ und ß und bei einem gewünschten Annäherungswinkel Θ¹ kann der dritte Winkel unter Anwendung von Gleichung 1 gefunden werden.

Fig. 5A und 5C zeigen Rippenb^egewinkel Tf¹ , Schlitzwinkel cK. ' und Jalousienwinkel ß¹ für - oder rippen kai. Der

OeSncteft scmaa Eingabe

Rippenbiegewinkel 2>' ist als das Negative des Rippenbiegewinkels α der Rippe hp gezeigt. Dies ist jedoch nicht notwendig, und beide Winkel können positiv oder negativ sein, abhängig von der Richtung ck und o(', und von ß und ß¹. In gleicher Weise könnten der Schlitzwinkel CA¹ und der Jalousienwinkel ß' gleich oder unterschiedlich sein, als die Winkel (Λ und ß für die Rippe

ÖL·
kjtf. Jeder Techniker kann bestimmen, wann und ob es wünschenswert ist, unterschiedliche Winkel von a, (A' und ß¹ für die rrippe kjsc zu wählen, im Gegensatz zu den Winkeln O, oC und ü für die ÄttLe^rippe k)tr. Vorzugsweise sollten die Rippen der Vorder- und Hinterrippen, einschließlich des Annäherungswinkels für jede Rippe, gleich sein. Allein schon die Wirtschaftlichkeit der Herstellung der Rippen könnte die Anwendung von gleichen Winkeln für sowohl die Vorder- als auch die Hinterrippen diktieren. geändert gernäS Eingabe .

eingegangen am ^J...Y.:...f~i..~M-—_Λ

Als eine andere Ausführungsform können die Jalousien 8 und die dazwischenliegenden geschlitzten Öffnungen 9 parallel zur longitudinalen Länge des Elements 1 orientiert sein. Die Schlitze 9 können sich nicht im wesentlichen längs der Länge der Rippen 4a und 4b erstrecken, da eine solche Struktur kein ausreichendes leitendes Material liefern würde, das sich ununterbrochen von dem Primäroberflächenmaterial zur Spitze einer jeden Rippe nach außen erstrecken würde. Daher müssen die Schlitze, die parallel zu der Längslänge des Kanals 1 orientiert sind, in ihrer Länge so eingestellt werden, daß ausreichend breite Ilippensegmente sich ununterbrochen von dem Primäroberflächenmaterial bis zur Rippenspitze erstrecken, um einen wirksamen Wärmetransport von dem ersten Fluidum in dem umschlossenen Kanal zu der zweiten externen Oberfläche des Kanals zu übertragen. Abhängig von der schließlichen Anwendung des Wärmeaustauschers, der das gerippte Element gemäß der Erfindung verwendet, kann der Techniker

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leicht die Länge der Schlitze bestimmen, die notwendig ist, um ausreichende Wärmeleitwege zu schaffen, die senkrecht zur Längsachse des Wärmeaustauscherelements liegen. Somit können die Schlitze irgendwo zwischen 0° und 180° mit Bezug zur Längsachse des primären Wärmeaustauscherkanals angeordnet werden, vorausgesetzt, daß ein Annäherungswinkel geliefert wird, der für den jeweiligen Endzweck der Wärmeaustauseheranwendung geeignet ist.

In der Ausführungsform der Fig. 5 gleicht die Entfernung S der Jalousienbreite, geteilt durch cos O\ , gemäß lleflektion des zweiten Fluidumdurchflusses über der Jalousienoberfläche. Die Entfernung S ist in Fig. 5E gezeigt, wie ein Querschnitt der Kanalrippenanordnung darstellt, genommen senkrecht zur Längsachse x-x des Kanals entlang der Linie A-A der Fig. 5. Das zweite Fluidua fließt über die Jalousien 8 durch die dazwischenliegenden Räume 9 in eine Richtung, die durch den Pfeil y-y angedeutet ist, und somit traversiert sie diagonal die Jalousienoberfläche in einer Entfernung S. Diese Entfernung S ist größer als die Schlitzbreite um den Faktor, der reziprok zu dem Kosinus des Schlitzwinkels oC ist, da die Jalousien um den Winkel Os zu der Ebene der longitudinalen Achse x-x geneigt sind. Anders ausgedrückt, wenn die Jalousien mit ihren Längen parallel zur Achse x-x ausgerichtet wären, würde die Entfernung S die Schlitzbreite sein, aber da die Längen um CA gegenüber der Achse x-x geneigt sind, gleicht S der Jalousienbreite, dividiert durch cos 0\ .

Aus der Fig. 5 wird auch deutlich, daß mehr als ^O ^cj₀ der Rippenoberfläche verzerrt sind, um die jalousienartig geschlitzten Öffnungskonfigurationen zu bilden, d.h. mehr als 90 %,

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Fig. 6 illustriert eine andere Art der "Oberflächenunterbrechung" bei einer Rippenverzerrung, gebildet durch Schlitzen der Rippe entlang parallelen Linien 11 quer zur ilippenbreite mit einem Winkel relativ zur Kanallängsachse x-x, und durch Falten der Metallstreifen zwischen angrenzenden Schlitzen, um so Höhen 12 und Täler 13 zu bilden, vorzugsweise senkrecht zu dem Winkel (X. Jedoch sind die Höhen 12a und 12b und die Täler 13a und 13b von angrenzenden gefalteten Metallstreifen 14a und 14b nicht in der Richtung senkrecht zum Winkel (Λ ausgerichtet, d.h. sie liegen außer Phase. Entsprechend werden angrenzende Metallstreifen wiederholend gegeneinander abgesetzt, wodurch feldartige Öffnungen 15 sich ergeben, die sich über die Rippe 4 unterhalb der Höhen 12 erstrecken und zu den Tälern 13 abfallen. Wie dargestellt, fließt das zweite Fluidum, das gegen die Rippen fließt, nicht in Längsrichtung entlang den gefalteten Streifen 14, da die Streifen in einem Winkel oC von 90° zur Richtung des Flusses ausgerichtet sind. Entsprechend fließt das Gas in einem spitzen Winkel über die gefalteten Streifen 14 von der äußeren Kante zur inneren Kante, wodurch wiederholte Unterbrechungen des Gasfilms verursacht werden. Die Entfernung S zwischen angrenzenden Oberflächenverzerrungen ist die Hügel-zu-Tal-Entfernung, gemessen senkrecht zur Kanallängsachse x-x. Wie dargestellt, ist mehr als 90 % der Rippenoberfläche zu Hügeln 12 und Tälern 13 verzerrt. Wenn man die Ausführungsform der Rippenoberflächenverzerrung gemäß Fig. 6 zusammenfaßt, kann gesagt werden, daß sie eine Vielzahl von gefalteten Streifen über die Rippenbreite aufweisen, und durch parallele Schlitze voneinander getrennt sind, wobei jeder gefaltete Streifen Hügel und Täler aufweist, mit Öffnungen, die von den Streifenkanten zwischen diesen Hügeln und Tälern gebildet werden, und mit Hügeln und Tälern von angrenzenden gefalteten Streifen, die nicht ausgerichtet sind in der Richtung normal zu diesen Schlitzen.

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Die Rippenoberflächenverzerrungen gemäß Fig. 7 und 7A umfassen eine Serie von Wellungen 6, die Hügel 12 und Täler 13 besitzt, die parallel zur Kanallängsachse x-x liegen und seitlich einen Abstand voneinander aufweisen. Die gewellten Oberflächenverzerrungen aus der Rippenebene ρ—ρ in den Spalt hinein zwischen angrenzenden Hippen von angrenzenden Kanälen umfassen eine
gesamte Verzerrungsfläche, die nahezu 100 % der Rippenoberfläche beträgt. Die seitliche Entfernung S zwischen den längszentralen Linien von angrenzenden Hügeln und Tälern stellen den Verzerrungsabstand von 0,25 bis 5 mm (0,01 bis 0,2 inch) dar_o Die
Wellungen 6 sind ein Beispiel für eine Oberflächenverzerrung
von der Turbulenzerzeugerbauart. Die Wellungen der Metallrippe verursachen Beschleunigungen des zweiten Fluidumstromes gegen
die Aufstromoberflache der Hügel und verursachen Turbulenz
auf der abstromseitigen Sekundäroberfläche. Beide Phänomene
vermindern die Dicke des zweiten Fluidumfilmes und verbessern
die Wärmeübertragung. Vorzugsweise besitzen die Wellungen 6
von angrenzenden Rippen entsprechende Hügel und Täler in seitlicher Ausrichtung, wie in Fig. 7A illustriert, so daß die
fcweite Fluidumdurchflußflache zwischen angrenzenden Kanalrippenanordnungen nicht wesentlich beschränkt wird. Solch eine Beschränkung würde die Durchflußrate des zweiten Fluidums vermindern und damit die Wirksamkeit der Turbulenzerzeugerfunktion der Wellungen. Die Wellungen 6 sind vorzugsweise von sinusartiger Form, wie dargestellt, und sie können gereckt werden,
obwohl eine Rippenreckung sowohl Vor- wie auch Nachteile bietet. Es erzeugt ein neues Oberflächengebiet für Wärmeaustauschkontakt und dies ist sehr vorteilhaft, aber ein Recken verdünnt auch das Rippenmetall, erhöht den Wärmeleitwiderstand, während gleichzeitig die Länge des Wärmedurchflußweges erhöht wird. In soweit, als der Gasfilm-Wärmeübertragungswiderstand gewöhnlich

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größer ist als der Metall-Wärmeleitwiderstand, besitzt die Erzeugung eines neuen Rippengebietes durch Recken des Metalls insgesamt eine vorteilhafte Wirkung. Der seitliche Abstand S der Wellung sollte geringer sein als die Rippenbreite, um eine Vielzahl von Veränderungen der Flußrichtung des zweiten Fluidums über der Rippe zu erhalten. Das Verhältnis der Gesamthügel-zu-Talhöhe F der Wellungen gegenüber dem seitlichen Abstand S sollte zwischen 0,1 und 2,0 liegen. Wenn S geringer als 0,01 ist, oder wenn F zu S geringer als 0,1 ist, dann ist die Rippenwirkung nahezu die einer flachen unverbesserten Rippe. Wenn F zu S größer ist als 2,0, werden die Wellungen recht tief relativ zu ihrem Abstand und der Reibungsfaktor (und Δ Ρ) vergrößern sich stärker, verglichen mit dem Anstieg in dem Wärmeübertragungskoeffizient.

Für maximale Turbulenzerzeugung sind die Dellungen 6 vorzugsweise mit den Hügeln und Tälern parallel zur Kanallängsachse ausgerichtet, wie in Fig. 7 und 7A illustriert.

Dellungen 6 gemäß Fig. 8 stellen eine andere zufriedenstellende Turbulenzerzeugerbauart einer Rippenoberflächenverzerrung dar. Die Dellungen sind über der Rippenoberfläche in einem Muster verteilt, so daß der Fluß des zweiten Fluidums über die Rippe wiederholt auf die Dellungen auftrifft. Sie können in longitudinalen Reihen parallel zu der Längsachse des Kanals 1 angeordnet sein, und vorzugsweise mit gleichförmigen Intervallen (S) über der Rippenbreite, mit einem Oberflächenverzerrungsabstand von 0,25 bis 5 mm (0,01 bis 0,2 inch). Wie in Fig. 8A gezeigt ist, können die Dellungen aus alternierend konkaven und konvexen Dellungen in longitudinalen Reihen geformt sein, und die Dellungen von angrenzenden Reihen könnten in der seitlichen Richtung so gesetzt sein, wie in Fig. 8 gezeigt ist.

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Ebenso beträgt die Gesamthöhe F von einer konkaven Dellungsextremität zu einer konvexen Extremität oder zu der nicht deformierten Ebene, wenn Dellungen in nur einer Richtung angewendet werden, mindestens 0,1 mal deren Abstand von Zentrum zu Zentrum von angrenzenden Kanalrippenanordnungen und vorzugsweise 0,5 mal diesen Abstand, und zwar aus den gleichen Gründen, wie sie in Zusammenhang mit den in Fig. 7 gezeigten wellungsartigen Oberflächenverzerrungen diskutiert wurden. Der Oberflächenverzerrungsabstand S ist die kürzeste Entfernung zwischen angrenzenden Dellungen in der seitlichen Richtung über den Rippen. Die Gesamtverzerrungsflache beträgt ungefähr 50 % der Rippenoberfläche, wie es dargestellt ist.

Wie schon in Verbindung mit Fig. 4 erläutert, kann es vorteilhaft sein, zwei Rippen an jede Kantenwand eines jeden Kanals anzubringen, und damit alle sekundären Oberflächengebiete enger an ihrem Verbindungspunkt mit der primären Oberflächenwand anzubringen und den metallischen Wärmedurchflußwiderstand über der Rippe zu vermindern. Die Art der Oberflächenverzerrung, die für mindestens eine der Doppelrippen verwendet wird, sollte ein größerer Bruchteil des offenen Gebietes für einen Sekundärfluidumdurchfluß durch die Rippen sein, d.h. die "OberflächenunterbreehungS-Bauart der Verzerrung, wie z.B. in Fig. 5 und 6 illustriert. Vorzugsweise besitzen beide Rippen des doppelrippigen Paares dieser Art der Oberflächenverzerrung, so daß der zweite Fluidumstrom über beide Seiten von beiden Rippen fließt, wodurch die volle Sekundäroberfläche wirksam verwendet wird. Wenn beide Rippen eines Paares von der Turbulenzerzeugerbauart sind, ohne Öffnungen, würde die eine Rippe die andere von dem Gasstrom abschirmen. Fig. 9 illustriert eine Doppelrippenausführungsform, bei der eine der Rippen k die Dellungen 6 der

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Fig. 7 als Oberflächenverzerrung aufweist. Wenn die zwei Arten von Rippenoberflächenverzerrungen in dem gleichen Wärmeaustauscher verwendet werden, muß die Anordnung derartig sein, daß die massive Metallrippe die durchlöcherte Rippe nicht abschirmt. Wenn somit das rechte Ende der Lufteinlaß ist, und wenn die Luft in dem Zwischenraum zwischen dem Rippenpaar ka abgelenkt wird, kann diese leicht dux-ch die Schlitzöffnungen auf der obersten jalousienartigen Rippe entweichen und durch die Öffnungen zwischen den Kanälen 1 fortschreiten. Luft, die sich den Abstromrippen ^b nähert, berührt die gewellten Rippen, indem sie durch die geschlitzten Öffnungen der untersten Rippe hindurchfließt.

Während das Verdoppeln der Anzahl der Rippen auf jeder Kanal— kantenwand den Wärmedurchflußwiderstand über der Rippe vermindert, wird doch eine noch höhere Wärmeübertragungsaufgabe in der Kantenwandzone des Primäi~oberf lächenkanals konzentriert. Wie schon angedeutet, neigt die Kantenwand 3 dazu, durch die Rippen gekühlt zu werden, und periphere Temperaturgradienten entstehen in der Kanalwand. Dieser Metallkühleffekt vermindert die Wirksamkeit der Doppelrippe. Fig. 10 illustriert eine Kanalrippenanordnungaausführungsform, die die thermisch überlastete Leitung der Kantenwand lindert. Die Ausführungsform des Kanals 1 gemäß Fig. 10 ist in zwei getrennte seitlich im Abstand angeordnete Kanalrippenanordnungen la und Ib aufgeteilt, und die lineare Länge der Kantenwand 3 ist für die gleiche Kanalprimär— oberfläche verdoppelt. Mit vier Kantenwänden 3, die nun für die Rippenanbringung zur Verfügung stehen, kann die Wärmeübertragungsaufgabe einer jeden Kantenwand 3 deutlich vermindert werden, indem die Verteilung der Sekundäroberflächenrippen auseinandergezogen wird. Wenn die Kanäle aufgeteilt werden, ist

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es vorzuziehen, Doppelrippen auf allen Kanalkanten 3 zu verwenden, wie in Fig. 10 illustriert ist, wodurch die Wärmeübertragungskapazität maximal gemacht wird.

Diese Erfindung erfordert, daß das Verhältnis des "genäßten Gebietes" (0_c+0_F)/l_T der äußeren Kanaloberfläche (0_c) plus der Rippenoberfläche außerhalb der Kanäle (0„) zur Gesamtoberfläche innerhalb des Kanals (I„,) zwischen 1,2 und 4,0 liegt. Anders ausgedrückt, das Naßverhältnis ist das Verhältnis der Metalloberfläche, die von dem zweiten Fluidum außerhalb des Kanals berührt oder genäst wird, zur Metalloberfläche, die von dem ersten Fluidum innerhalb des Kanals berührt wird. Gewöhnlich liegt die Rippenoberfläche vollständig außerhalb des Kanals, so daß die Gesamtoberflache innerhalb des Kanals (i™) einfach die Kanalinnenwand ist. Jedoch kann es in einigen Fällen vorteilhaft sein, die Rippeninnenseite des Kanals auszudehnen, wie durch die Rippe 7 der Fig. 2 illustriert ist. Unter diesen Umständen umfaßt I-, die Rippenoberfläche innerhalb des Kanals Wie aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich geworden sein wird, sind die Primäroberflächenkanäle schlank und schmal, und ein Naßverhältnis von weniger als 1,2 würde Rippen erfordern, die zu eng sind, um die erforderlichen Oberflächenver— Zerrungen aufzunehmen, d.h. für eine Kanalseitenwandbreite von 25 mm, während die Rippen nur 2,5 mm breit sind. Vom Standpunkt der Wärmeübertragung aus/gesehen, erlauben solch extrem engen Rippen keine erfindungsgemäße Metallverwendungswirksamkeit. Naßverhältnisse von größer als 4,0 entsprechen übermäßigen Mengen von Rippenmaterial, das an jeder begrenzten Kantenwandfläche des Kanals angebracht ist, und führt zu einer ineffektiven Anwendung von Rippenmaterial als Grundlage für Wärmeübertragung pro Gewichtseinheit von Rippenmetall. Dies kann am

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besten mit Bezug zu der Doppelrippenausführungsforiü der Fig. gezeigt werden, mit Oberf läclienverzerrungen der jalousienar— tigen geschlitzten Offnungsbauart. Man stelle sich beispielsweise einen Aluminiumwärmeaustauscher mit 80 Kanälen pro Fuß Querschnittslänge vor,jeder Kanal mit einer Breite von 25 mm (l inch) mit isostressartigen Seitenwandprojektionen, die Wandpro jektionsabstände von 12,5 rain (0,5 inch) aufweisen, senkrecht zur Kanallängsachse, und 17,8 mm (0,7 inch) parallel zu dieser Achse, um eine Dimension D von 10,5 mm (0,415 inch) zu erreichen, eine Η-Dimension von 1,38 mm (0,0545InCh) und eine Dimension d von 1,5 mm (0,06 inch). Bei 60 Meilen pro Stunde wurden Doppelrippen von jeweils nur 5,1 mm Breite- (0,2 inch) 576 BTU/min. übertragen, von insgesamt 1,041 BTU/inin. für die Kanalrippenanordnung. Jedoch aufgrund von "pro Pfund Metall" wurden die Hippen 1081 und 782 BTU/(min. χ Ib.) für die Vorderrippen bzw. die Hinterrippen übertragen. Das Naßrippenverhältnis für diesen Austauscher ist 1,8. V.'enn die Rippenbreite

des vorgenannten Austauschers ausgedehnt würde von 5₅1 (0,2 inch) auf 12,7 mm (0,5 inch), wurden die Rippen 755 BTU/min. von insgesamt 1172 BTU/min. bei 60 Meilen pro Stunde übertragen. Auf Basis von "pro Pfund" wurden die Rippen 580 und 397 BTU/ (min. χ Ib.) für die Vorderrippe bzw. die Hinterrippen übertragen. Somit ist auf Basis des Gewichts die Wirksamkeit des Rippenmetalls auf ungefähr 50 % von dem nahezu Maximalwert abgefallen. Der Verlust an Wirksamkeit beruht hauptsächlich auf dem Kühleffekt an der Rippenbasis. Dies ist das Ergebnis des thermischen Überlastens der engen Randwand durch die sehr breiten doppelten Rippen. Das entsprechende Naßflächenverhältnis für diesen Austauscher ist 3»0„ Eine weitere Erweiterung der Rippen über das Verhältnis 4,0 hinaus würde die Rippenwärmeübertragungseffektivität bis zu einem Punkt vermindern,

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wo die Anwendung von mehr Kanälen pro Fuß V/ärmeaustauscherbreite (mit Naßflächenverhältnis unter h,0) vorzuziehen ist, um einen höheren Gesamtwärmeubertragungswert zu erhalten, und zwar vom Standpunkt der Gewichtseinheit von Ilippenmetall aus. Das Naßflächenverhältnis ist vorzugsweise zwischen 1,3 und 3,0 als Kompromiß aus den vorgenannten Überlegungen.

Diese Erfindung erfordert auch Primäroberflächenkanäle, die ein Aspektverhältnis (oder Querschnittsformfaktor) von mindestens 4 und vorzugsweise mindestens 8 aufweisen, wobei das Aspektverhältnis das Verhältnis der Länge zur Breite eines äquivalenten llechteckes ist, das eine gleiche Fläche aufweist wie der. arithmetische Mittelwert der Fläche des Kanalinnenquerschnitts, und eine Länge gleich der längeren inneren Dimension des KanalquerSchnitts. Es ist notwendig, das äquivalente Rechteck bei der Definition des Aspektverhältnisses zu verwenden, da der Kanalquerschnitt keine reguläre geometrische Figur ist aufgrund der Vielzahl der Wandprojektionsteile, die von der Kanalseitenwand gebildet wird. Da der Kanalquerschnitt entlang der Kanallängsachse sich verändert, ist es notwendig, das arithmetische Mittel des Querschnittes zur Definition des äquivalenten llechteckes zu benutzen. Eine zufriedenstellende Annäherung des arithmetischen Mittelwertes kann auf dem maximalen Querschnitt basieren, der am Zentrum des Wandprojektionsteiles gemessen wird, und auf dem minimalen Querschnitt, gemessen auf halbem Wege zwischen in Längsrichtung angrenzenden maximalen Querschnitten. Diese Flächen können durch direkte Messung bestimmt werden, aufgrund tatsächlich vorhandener Querschnitte, und zwar unter Anwendung eines Planimeters. Alternativ kann der arithmetische Mittelwert experimentell bestimmt werden, indem das Volumen des Kanals gemessen wird ( z.B. durch Füllen des Kanals mit einer Flüssigkeit),

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und dann das Volumen durch die Kanalbreite dividiert wird. Es wird deutlich, daß Aspektverhältnisse unter 4 entweder verminderte Kanalbreite relativ zur Kanaltiefe bedeutet, oder vergrößerte Kanaltiefe relativ zur Breite. Ein Vermindern der Kanalbreite in einem solchen Ausmaß vermindert die Seitenwandoberfläche und vermindert damit zu stark die Gesamtwärmeübertragung zu dem Wärmeaustauscher. Ebenso vergrößert ein Aspektverhältnis unter 4 die Wahrscheinlichkeit des Verstopfens aufgrund der Unfähigkeit des ersten Fluidvms, um die Hindernisse im Kanal herumzufließen. Weiterhin vergrößert ein solch niedriges Aspektverhältnis die Geschwindigkeit des ersten Fluidums und vergrößert Probleme von Erosion und Korrosion in den Kanalwänden. Schließlich vergrößern niedrige Aspektverhältnisse die Schwierigkeit der Verzweigung der Kanalenden. Wenn das Aspektverhältnis unter 4 vermindert wird, indem die Kanaltiefe relativ zur Kanalbreite vergrößert wird, wird die Anzahl der Kanäle pro Einheit Austauscherbreite stark vermindert, d.h. unter 40 Kanäle pro Fuß Querschnittslänge (basierend auf 0,8 inch oder 20 mm Kanalbreite), und die einzigartige Kompaktheit dieses Austauschers, die sich aus anderen Eigenschaften ergibt, wäre verloren.

Wie schon angedeutet, ist jeder Kanal mit einer Vielzahl von Wandprojektionsteilen versehen, die an jeder Seitenwand gebildet sind, und die gleichmäßig über der Seitenwandoberflache verteilt sind und sich davon nach außen erstrecken, wobei die lasttra— genden Endsegmente so geformt sind, daß sie an dem äußeren Strukturrahmen anliegen, mit ihm zusammenpassen und die Last zu ihm übertragen. Die Seitenwandprojektionsteile besitzen eine Dimensionsgröße und eine Dimensionsbeziehung zwischen sich, die durch eine Größe D von 5 bis 25 mm (0,2 bis 1 inch) definiert ist, eine Größe H von 0,5 bis 3,6 mm (0,02 bis 0,14 inch) und ein Verhältnis D/d von 3-18, wobei H die maximale Höhe ist, gemessen senkrecht von einer Ebene, die die Extremitäten der Projektionsendsegmente enthält, zu einer Ebene, die den am

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- hl -

weitesten entfernten Punkt der Seitenwandoberflache enthält, während D der Abstand zwischen den Zentren der angrenzenden Wandprojektionsteile einer Seitenwand ist, und v/obei d die Größe des Verhältnisses 4a/p ist, wobei a die Fläche der lasttragenden Endsegmentes der wandstiitzcnden Projektion ist, und ρ der Umfang des lasttragenden Endsegmentes.

Ein isostresskonstruiertes Oberf lächenseginent A, vorgeformt wie der Projektionsteil 2a der Wand des Kanals 1, ist in Fig. il gezeigt und erinnert an die Kontur einer scherungsfreien oeitenblasenmembran. üie Seitenblasenmembranforni wurde eng angenähert bei der Bildung des Projektionsteils 2a, indem ein dünner, flexibler, elastischer Film aus gummiertem Material verwendet wurde. Die Teile B wurden verwendet, um die Kanten des Quadratsegmentes A an einer horizontalen Ebene zu befestigen, definiert als die X-Y-Ebene, während die Fläche C, definiert als die Fläche, die innerhalb des Quadrates enthalten ist, das von den B-Stützen begrenzt wird, einem hydrostatischen Druck ausgesetzt wurde, um eine Isostresskontur zu bilden, die eine Höhendimension H aufweist, gemessen entlang der Z-Achse von der X-Y-Ebene an dem Koordinatenschnitt von X=O, Y=O. Wenn eine dünne Struktur, die eine Isostresskontur aufweist, wie in Fig. 11 gezeigt ist, einem Unterschiedsdruck über ihre Seitenwandflache C auf der konvexen Seite ausgesetzt wird, führt dies zum Ausüben von im wesentlichen reiner Kompression, d.h. Isokompression, auf die Wand, frei von jeder wesentlichen Schorung oder Biegekraft auf die Wand. Isokompression führt zu einer gleichförmigen Verteilung der Belastungsfasern im Querschnittsgebiet I der Wand A parallel zu ihrer Oberfläche C, wie durch die Pfeile in Fig₆ 11 gezeigt ist. Somit kann eine

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dünne Membran mit einer Isostresskontur größeren Belastungen widerstehen, ohne daß sie deformiert oder zerrissen wird, gegenüber einer Nicht-Isostressmembran von identischer Größe und Dicke.

Wenn als der Kanal-1-Wandprojektionsteil 2a eine isostresskonturierte Oberfläche verwendet wird, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, mit einem Wiederholungswandstützprojektions— abstand D von 5 nun bis 25 nun (0,2 bis 1 inch); einem D/d—Verhältnis zwischen ungefähr 3 und ungefähr 18, einer Blech— oder Wanddicke zwischen ungefähr 0,076 und ungefähr 0,38 mm (0,003 bis 0,015 inch), wäre dies durchaus geeignet. Wie oben verwendet und in Fig. 11 und HA gezeigt, gleicht H der maxi-

die

malen Höhe, gemessen senkrecht von einer Oberfläche, die/Extremitäten der Wandstützprojektionen ( X-Y-Ebene) enthält, bis zu dem innersten Gipfel der Isostressoberflache des Elementes (entlang der Z—Achse), wobei D der Abstand zwischen den Zentren von angrenzenden Wandstützprojektionen auf der Oberfläche des Elementes ist, und d die Größe des Verhältnisses 4a/p, wobei a die Fläche des lasttragenden Segmentes (Knopfes) der wandstützenden Projektion ist und ρ der Umfang des lasttragenden Segmentes. Das lasttragende Segment ist so geformt, daß es in berührender Beziehung paßt mit ähnlichen lasttragenden Segmenten auf wandstützenden Projektionen auf einer zweiten Wärmeaustauscherwand.

Vom Standpunkt der Festigkeit aus gesehen ist die zulässige Abweichung von der theoretischen xsostresskonturierten Oberfläche für Autokühleranwendungen bei Anwendung von 0,2 mm (0,008 inch) dicken Aluminiumblechmaterial untersucht worden,

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indem Kurven des angewendeten Druckes (ll)/incli ) über der Oberflächenauslenkung (inch) aufgetragen wurde.

Eine isostresskonturierte Oberfläche mit l6 wandstützenden Projektionen, angeordnet in einem Quadratmuster, wurde in einem Aluminiumblech aufgestanzt. Der Abstand D zwischen den heraussteilenden Stützen betrug 10 mm (0,h inch), und die Höhe H betrug 0,89 nun (0,035 inch), wie in Fig. HA gezeigt ist. Auf die isostresskonturierte Oberfläche des Aluminiumblechs wurde auf der konvexen Seite der Krümmung ein Druck ausgeübt, um so das Material unter Druck zu setzen, und die Auslenkung am Zentrum der Diagonalen des Quadratmusters wurde gemessen. Diese Daten wurden dann in einer graphisehen Darstellung der Fig. 12 aufgetragen. Kegelstumpfartige Projektionen oder Einsenkungen sind in Fig. 13 gezeigt, wobei der Kegelwinkel θ von 30° oder k5° und Höhen II¹ von 0,89 mm (0,035 inch) verwendet wurden, und diese Projektionen waren gleichfalls auf identische Aluminiumbleche in der gleichen Quadratmusterweise aufgestanzt und dann der gleichen Meßart von Druck über Auslenkung ausgesetzt. Die so erhaltenen Daten unter Verwendung von sowohl einem 30°-Kegel als auch einem 45°-Kegel sind eben_ falls als Kurven in der Graphik der Fig. 12 gezeigt. Der Kegelwinkel θ ist der spitze innere Winkel, der zwischen der nicht deformierten horizontalen Oberfläche der angrenzenden Wand der projizierten Einsenkung und dem im wesentlichen geraden Segment entlang der geneigten Seite der konischen Einsenkung gemessen wird.

Ablenkungen der Gruppe der Oberfläche, die zum Abflachen der Wand neigen, sind abzulehnen und sollten möglichst klein gemacht werden, obwohl derartige Auslenkungen weit unterhalb des

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_ 44 -

Ausbeulpunktes des Materials liegen mögen. Wie schon bemerkt wurde, stellenAblenkungen Abweichungen von der idealen Seitenblasenmembrankontur dar. Wenn die Abweichungen übermäßig sind, kann die ideale Kontur nicht mehr nahe genug bei Arbeitsdi'uekunterschieden angenähert werden, obwohl mögliche Abweichungen bei der Konstruktion eingeplant sind. Weiterhin wird das Material gewöhnlich auf Biegung und Scherung beansprucht, wenn es ausgelenkt wird, und wenn die Auslenkungen übermäßig sind, kann das Material Belastungen ausgesetzt sein, die nahe seinem Nachgebepunkt in begrenzten Gebieten liegen mögen. Wenn solche Auslenkungen im Betrieb wiederholt vorkommen, kann das Material ermüden und nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit brechen. Zusätzlich vermindern Ablenkungen den zur Verfügung stehenden Raum zwischen den Wärmeaustauscherwänden in den Durchführungen mit niedrigerem Druck, und führen entweder zu einem höheren Fluidumdruckabfall oder zu einer verminderten Fluidumdurcliflußrate. Mit Bezug zu Fig. 12 ist zu erkennen, daß die isostresskonturierte Wand, die in diesen Testen verwendet wurde, praktisch keine Auslenkungen am Gipfel für Druckunterschiede

bis zu 2,46 kg/cm (35 psi) zeigte. Im Gegensatz dazu wurde die 45 -Kegeloberfläche stark abgelenkt bei niedrigen Druckunterschieden.

Aus den vorangegangenen Testen der isostresskonturierten Oberfläche und der 30°- und 45°-Kegelstumpfoberflächen wurde auch die Belastung des Materials direkt mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen bei 2,1 kg/cm" (30 psi) gemessen. Die Belastung wurde an der Diagonalen an dem Punkt gemessen, wo die geneigte Oberfläche der konischen Einsenkung das flache undeformierte Segment des Materials trifft, d.h. in dem iladiusbogen R. Die folgenden Daten wurden genommen:

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Oberfläche Belastung kg/cm" (ρsi)

Isostresskontur 980 (15 800)

30°-Kegel 1300 (l8 400)

45°-Kegel 2950 (42 000)

Die Daten zeigen den Anstieg in der Belastung aufgrund der Anwendung der 30 - und 45 -Kegeloberflächen gegenüber der Isostresskonturoberfläche. Es sollte bemerkt werden, daß, um den Isostresswandprojektionsteil 2a zu erreichen, es wichtig ist, daß das gesamte Oberflächengebiet exklusiv aus den Wandprojektionsteilen 2e besteht und unbegrenzt ist, um so sich frei auslenken zu können und daher frei von lokalen mechanischen Belastungen sein muß.

Es sollte bemerkt werden, daß die Tendenz der thermischen Belastung der Kantenwände 3 des Kanals mit oberflächlich verzerrten Rippen 4 eine einzigartige Folge der extrem dünnen Metalle ist, die bei der Kanalwand verwendet werden. Die Anwendung von dünnen Metallen für die druckenthaltenden Kanäle wiederum ist abhängig von der verbesserten Stressverteilung, die durch die isostresskonturierten oder kegelstumpfkonturierten Wandprojektionen 2a erreicht werden. Aufgrund der thermischen Überlastungstendenz der Kantenwände 3 ist der Wärmeübertragungsbeitrag der Rippen begrenzt, und die hohe Wärmeübertragungskapazität, die von dieser Erfindung gezeigt wird, würde erheblich reduziert werden, wenn nicht die Wände selbst einen erheblichen Beitrag leisten würden. In dieser Hinsicht dienen die wandstützenden Projektionen 2a auf den Kanalseitenwänden 2 ebenfalls als Wärmeübertragungserhöhung für den Pi imäroberflächenkanal. Es wurde entdeckt, daß die isostress— und

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kegelstuinpfkonturierten Wandstützprojektionen 2a den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten dei" Primäroberfläche um ungefähr 50 ^c/o' (verglichen mit glatter, flacher Primäroberfläche) erhöhen bei Bedingungen, die den normalen Fahrgeschwindigkeiten von Autos entsprechen. Typischerweise tragen unter solchen Bedingungen die Primärwände der Wärmeaustauscher mit jalousienartig geschlitzten Wänden und Einfüllrippen, wie z.B. gemäß Fig. 5, in der Größenordnung von 60 % der Gesanitwärmeübertragungskapazität des Wärmeaustauschers bei, und daher ist die 50 >ige Steigerung, die durch Vorsehen der laststützenden Wandprojektionsteile 2a in der Kanalseitenwand 2 erreicht werden, ein bedeutsamer Faktor. Es ist offensichtlich, daß der Einfluß der Primärseitenwand—Wärmeübertragungssteigerung ohne große Folge wäre bei Austauschern mit großen sekundären Oberflächen, wo das Oberflächenverhältnis (0_c+0_p)/l_T, Luftseite zu Wasserseite, in der Größe von 8 bis 10 liegen würde. Andererseits ist der Einfluß der Primäroberflächenwärmetibertragungsvei-besserung recht wichtig innerhalb eines Bereiches von Flächenverhältnissen von 1,2 und 4,0, wie erfindungsgemäß angewendet.

Ein anderes Erfordernis dieser Erfindung ist das, daß die Belastungen auf annehmbaren Ilöhen sowohl in den Projektionsteilen als auch in den anderen Teilen der Kanalwände gehalten werden, wobei die Projektionsteile eine Elevationskontur aufweisen müssen, so daß das Verhältnis θ/ll zwischen ungefähr 4 und 25OO Grad pro inch liegt, vorzugsweise zwischen ungefähr 4 und 100 Grad pro inch bei einer isostressartigen Wandprojektionskontur. In diesem Verhältnis ist θ der maximale Winkel des Metalls in dem Projektionsteil mit Bezug zu der Basisebene der Kanalseitenwand 1, und wird in einer Querschnittsrichtung gemessen, urch das Projektionsteilzentrum und senkrecht zur Basisebene

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läuft. Die hier verwendete Basisebene ist eine Ebene, die die am weitesten entfernten Punkte der Seitenwandoberflache der Extremität der Projektionsendsegmente enthält, und parallel · zu der flachen Seitenwandoberflache, bevor die Wandprojektionsteile gebildet werden. Zum Beispiel läuft in der Isostresswandpro j ekt ion der Fig. 11 die Basisebene durch den Punkt Z und liegt parallel zu einer Ebene, die die Endsegmente B enthält, und der Querschnitt durch das Projektionsteilzentrum läuft durch Segmente B. In einem genau isostresskonturierten Kanal kann die gesamte Seitenwand mit der Ausnahme der Endsegmente konturiert werden, und der Schnitt der Diagonalen zwischen den Endsegmenten legt den vorgenannten am weitesten entfernt liegenden Punkt fest. Bei der kegelstumpfartigen Wandprojektion gemäß Fig. 13 ist die Oberfläche zwischen den umgebenden Projektionen gewöhnlich flach, und eine derartige Überfläche stellt die Basisebene dar.

Bei dem vorgenannten O/R-Verhältnis ist R der minimale Krümmungsradius der Neigungswände des Projektionsteiles senkrecht zur Basisebene, gemessen außerhalb des Projektionsteiles. Der Radius innerhalb des Projektionsteiles an der Verbindung der geneigten Wände und des lasttragenden Endsegmentes wird nicht zur Bestimmung von R vez'wendet. Die schärfste Biegung kann in dem Bereich liegen, wo der Projektionsteil anfängt, von der Basisebene anzusteigen, zwischen diesen Bodenbereich und dem Projektionsendsegment, oder in der Nähe des F.ndsegmentes selbst, Der minimale Krümmungsradius R kann leicht und bequem mittels bekannter optischer Vergleicher gemessen werden.

Wenn θ verhältnismäßig niedrig ist, kann im allgemeinen R (der minimale Krümmungsradius) verhältnismäßig klein sein. Wenn

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- hS -

der maximale Metallwinkel in dem Projektionsteil steil ist, sollte It relativ groß sein. Die obere Grenze von θ/ll basiert auf der Kegelstumpfprojektion. Wegen Berücksichtigung der maximalen Belastung sollte Q 35 nicht übersteigen, und das Verhältnis ll/}) sollte zumindest 0,075 betragen, wobei R mindestens 0,38 mm (0,0l5 inch) betragen muß, basierend auf einem minimalen Abstand D von 5 mm (0,2 inch). Entsprechend würde das Verhältnis ö/li ungefähr 2333 Grad/inch sein, und das Ver-

nicnt hältnis sollte ungefähr 2500 Grad/inch/übersteigen, wenn

übermäßige Belastungen vermieden werden sollen.

Die untere Grenze für θ/it von h basiert auf einer isostressartigen Wandprojektionsseitenwand mit einer minimalen Projektionshöhe II und einem größten Wert der Projektionsabstände D, die von den Belastungen in dem Metall zugelassen werden. Dies liegt daran, weil niedrige Projektionshöhen II und weite Abstände D große niedrig-profilierte Projektionen kennzeichnen, die kleine Winkel © und große Krümmungsradien R aufweisen. Basierend auf !{-Abmessungen von 0,5 mm (0,02 inch) und einem Wert d von 1,27 mm (0,05 inch) beträgt der maximale Wert von D in Übereinstimmung mit den zulässigen Belastungswerten ungefähr 1,^9 mm (1,94 inch) und Q ungeliihr 9,2° oder ein y/R-Verhältnis von 4,7 Grad/inch.

Ein anderes Beispiel für eine isostressartige Wandprojektion von unterschiedlicher Kontur innerhalb des vorgenannten θ/ΐί-Bereiches ist schematisch in Fig. 14A illustriert. Die Projektionshöhe Π ist die maximal zulässige Höhe von 5₉5 mm (o,14 inch), der Projektionsabstand beträgt 8,9 mm (0,35 inch) und der Wert d beträgt 0,63 mm (0,025 inch) (in Übereinstimmung mit D). Die Belastung ist niedrig bei einer Kanalseitenwand

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mit derartigen Projekt ionen, und eine Wanddicke von 0,1·) miu (0,0ü6 inch) kann verwendet werden. Basierend auf den vorher erwähnten kreisförmigen Querschnitt entlang der Diagonalen zwischen der isostressartigen Wandprojekt ion wird der itadius der Krümmung H mit ^fi,l 111m (o,lbl inch) errechnet, wobei θ 82° beträgt. Das Verhältnis O/u beträgt 510 Grad/inch, also gut innerhalb des erfindungsgeniäßen Bereiches.

Zwar ist ein Wert von Θ, der 90° annähert oder erreicht, in dem vorangegangenen Beispiel zufriedenstellend, es sollte jedoch nicht angenommen werden, daß zylindrische oder kubische Projektionen, die abrupt von der Kanalseitenwand gebildet werden, wie schematisch in Fig. IkB und 1^C illustriert ist, als lasttragende Wandprojektionsteile geeignet sind. Wenn solche Projektionen sich von der Seitenwand über einen kleinen Krümmungsradius K erstrecken, z.B. 0,38 mm (0,013 inch), würde der Wert von θ/U übermäßig groß werden, z.B. 6OOO Grad/inch, und die Seitenwandbelastungen würden unzulässig hoch werden. Um den Wert θ/Κ für eine zylindrische Projektion auf eine annehmbare obere Grenze von 2500 zu begrenzen, müßte der Wert von U an der Base auf einen Wert von 0,91 mm (0,036 inch) vergrößert werden. Diese Ausdehnung kennzeichnet eine Seitenwandprojektionshöhe Ii, die für die Erfindung nützlich ist, und entsprechend würde die sich ergebende Wandprojektion die abrupte zylindrische Kontur in dem gebogenen Metallbereich verlieren, die die Basisebene und die Projektionswand verbindet. Statt einer zylindrischen Kontur wäre es eine isostressartige Kontur, die in Fig. IkD schematisch dargestellt ist. /

Eine kegelstumpfartige Seitenwandprojektion liefert eine EIevationskontur von einer annehmbaren Größe O/ll, vorausgesetzt,

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daß der Kegelwinkel θ niedrig ist, und der Krümmungsradius an der Basis ausreichend ist. Zum Beispiel liefert eine Kegeltontur mit 0 von 35° und einem Radius von 0,38 mm (0,015 inch) ein Verhältnis θ/R von 2333 Grad/inch und ist zufriedenstellend. Jedoch erzeugt eine steilere Kegelkontur mit 0 von 45° und dem gleichen Krümmungsradius, schematisch in Fig. 14E illustriert, ein Verhältnis O/R von 3000 und ist daher ungeeignet aufgrund der übermäßig hohen Belastungen. Jede Seitenwandprojektion von konischer oder Elevationskontur, die das Basismetall mit einem scharfen Winkel verbindet, ist nicht geeignet, da R den Wert Null annähert, und der Wert θ/R unendlich annähert.

Fig. 14F stellt schematisch eine quadratische pyramidenartige Seitenwandprojektio_n dar, die ein annehmbares O/R—Verhältnis aufweist. Die Seiten der Pyramiden sind kurvenförmig und können eine allgemeine Isostresskontur zeigen. Fig. 14G stellt schematisch eine verlängerte Seitenwandprojektion dar, die die Eigenschaften der Pyramide der Fig. 14F und der kreisförmigen Isostresskontur der Fig. 14A kombiniert, mit annehmbarem Verhältnis θ/R. Das Endsegment dieser Projektion besitzt eine abgerundete Kontur in der ebenen Ansicht und die Extremitäten des Segmentes sind ebenfalls gebogen, um so eine allgemeine Isostresskontur zu zeigen.

Fig. 14H illustriert einen extrem niedrigen Profilwandprojektionsteil mit verhältnismäßig kleinem θ und verhältnismäßig großem R, d.h. θ/R ist geringer als 4. Die Elevationskontur des Metalls, das derartige Projektionen enthält, nähert sich einer glatten flachen Wand; die Belastungen und Auslenkungen sind unzulässig hoch.

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Fig. 15, 15A und 15B zeigen zwei Primäroberflächenwärmeaustauscherkanäle 21, 22, die vordere Rippen 23 bzw. 2h und hintere Rippen 25 bzw. 26 aufweisen, jeweils in gegenüberliegender berührender Beziehung mit Wandprojektionsteilen 27 und im Kontakt. Passagen 29 in Kanalelementen 21 und 22 definieren einen Satz von umgrenzten ersten Fluidumpassagen, unabhängig von und getrennt von einem zweiten Satz von zweiten Fluidumpassagen 30» die zwischen angrenzenden Elementen 21 und 22 gebildet werden. Das erste Fluidum, gezeigt als ausgezogene Linienpfeile, kann durch Passagen 29 zugeführt werden, während gleichzeitig ein zweites kühleres Fluidum, gezeigt durch gestrichelte Linienpfeile, durch Passagen 30 zugeführt werden kann, um wirksam eine Übertragung von Wärme von dem heißeren Fluidum zu dem kälteren Fluidum zu verursachen, ohne daß die Fluide miteinander gemischt werden. Ein Teil des zweiten Fluidums in der Passage 30 wird zuerst durch geschlitzte Öffnungen 31 und 32 in den vorderen Rippen 23 bzw. 2h durchlaufen, wodurch eine Übertragung der Wärme stattfindet, die entlang der Rippen 23 und 2h von dem Primäroberflächengebiet 33 bzw. 3h geleitet wurde. Wenn das zweite fluide Medium die Passagen 30 durch die geschlitzten Öffnungen 35 und 36 in den hinteren Rippen 25 bzw. 26 verläßt, bewirkt es wiederum eine Übertragung von Wärme, die entlang den Rippen 25 und 26 von dem Primärflächengebiet 37 bzw. 38 geleitet wurde.

Um eine Ausführungsform der Wärmeaustauschelemente gemäß der Erfindung zu illustrieren, zeigt Fig. l6 in einer teilweise auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht einen Autokühler hl, der derartige Wärmeaustauschelemente h.2 anwendet. Eine Reihe von Wärmeaustauscherkanalelementen h2, die vordere Rippen 43 und hintere Rippen hh besitzen, und die so ausge-

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geändert gemäß E.\r\£ii2.fo&

eingegangen am ..As..b.'..-f.!L..J*L· ' '

richtet sind, daß ihre isokompressionsartigen Wandprojektionsteile 45 derart angeordnet sind, daß sie sich von jeder Wand eines Paares nach außen erstrecken und mit entsprechenden Wandprojektionsteilen einer Wand eines zweiten Paares zusammenarbeiten, um so die Wände eines Paares auseinanderzuhalten, um Passagen zwischen angrenzenden Kanalelementen zu bilden.j Deutlichkeitsgründen zeigt die Fig. 16A die SeitenansjjaHiT von zwei Elementen 42, wobei die Rippen 43 und 44 entfernt wurden und dadurch die berührende Beziehung der Isokempressionspro— jektionen 45 und Passagen 46 zeigt. Man bemerke, daß die Isokompressionsprojektion 45 nicht ausgpifichtet ist auf gegenüberliegende Wände des Paares, das das Element 42 umfaßt, sondern daß sie gegeneinander versetzt oder nicht symmetrisch an derartig gegenüberliegenden Wänden des Paares angeordnet sind. Dies ist eine vorzugsweise Ausführungsform der Projektionen, da für eine gewjinschte Querschnittsdurchflußfläche innerhalb der Kanäle dadurch ein engerer Abstand von angrenzenden Kanälen ermöglicht wird, und somit wird ein kompakterer Wärmeaustauscher geschiixfen. Fig. 16B zeigt eine Ausführungsform, bei der die lektionen 45' symmetrisch auf gegenüberliegenden Wänden eines

tFes ""' geordnet sind. 50 ist auf der Oberseite der Reihe von Elementen 42¹

Das Glied angeordnet,

und dann ist ein Stützbügel 5i oberhalb der Anordnung angeordnet, entlang dem rippenlosen Kanalkantensegment als der äußere Strukturrahmen. Diese Anordnung liefert Stabilität für die Reihe von Elementen 42 zusätzlich zur Sicherung der richtigen Ausrichtung für die Elemente 42. Der Stützbügel 51 muß ein äußeres Plattensegment 42 aufweisen, das zur Sicherung des Kopfes 53 daran geeignet ist, und zusätzlich muß er in der Lage sein, eine leckdichte Abdichtung des Kopfes. 53 an den Kanalelementen 42 zu liefern, so daß im Betriebszustand ein Fluidum durch die Elemente 42 über den Kopf 53 zugeführt werden kann,

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und daß dabei nichts in den Raum zwischen angrenzenden Elementen h2 ausleckt. Ein ähnlicher Kopf, nicht gezeigt, ist am gegenüberliegenden Ende der Elemente 42 angeordnet, um einen kompakten wirksamen Automobilkühler zu schaffen·

Fig. 17 ist eine Graphik, die die Wirkungsweise des Aluminiumquer flußwäraeaus tauschers dieser Erfindung vergleicht mit einem ungerippten Nur-Primäroberflächenaustauscher (Kurve A) und einem glatt gerippten Prieäroberfläehenaustauscher (Kurve B) gemäß der Patentanmeldung P 22 50 233.6. Kurve C basiert auf der Ausführungsfona der Fig. 5, die einzelne Rippen hat, mit Jalousien und geschlitzten Aperturen auf jeder Kantenwand. Kurve D basiert auf der Ausführungsform der Fig. 4, die doppelte Rippen der gleichen Jalousienbauart und geschlitzte Öffnungen an jeder Kantenwand aufweist. Kurve E basiert auf der Ausführungsform der Fig. 10 unter Anwendung von zwei Tandemkanälen (in Serie mit Bezug zu dem zweiten Fluidumdurchfluß), jedes mit einer Doppelrippe der gleichen Art auf jeder Kantenwand· Jede Kurve stellt eine ungefähre obere und rechte Grenze für die Ausführung des entsprechenden jeweiligen Kanals oder Kanalrippenkombination dar. Die Kurven und ihre Anordnungen sollen keine der hier gezeigten erfindungsgemäßen AusfUhrungsformen begrenzen. Die relative Lage der Kurven erlaubt jedoch einen Vergleich der Wirkungsweise zwischen den verschiedenen Typen der Kanäle und Kanalrippenkombinationen.

Die Graphik der Fig. 17 korreliert die Wärmeübertragungsrate pro Einheit Frontfläche (H.) als Ordinate mit der Wärmeübertragungsrate pro Einheit Gewicht des Metalls (H^) als Abszisse, Sowohl H. als auch H^ sind wichtige Kriterien für die Bestimmung von Autokühlern: H. stellt ein Kompaktheitskriterium dar,

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und Η-, stellt ein Kostenkriterium dar. Die Neigung der Kurven A-E zeigt, daß das höhere EL, zu einem niedrigen H. tendiert, d.h. zu einem größeren Kühler. Es ist bekannt, daß Raum bei einem Auto knapp ist und es ist daher ein Ziel, hohe Wärmeübertragung sowohl bei Metallökonomie als auch bei geringer Frontfläche zu erreichen.

Aus der Fig. 17 ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung wesentliche Verbesserungen in beiden Richtungen bietet, verglichen mit dem Nur-Primäroberflächenaustauscher (Kurve A) oder einem Austauscher mit Kanälen ähnlichen Typs, der mit glatten, nicht verbesserten Rippen versehen ist (Kurve B). Beispielsweise ist für Hj₁ gleich 450 BTU/min χ Ib. weder der Austauscher gemäß Kurve A noch der gemäß Kurve B geeignet. Das heißt, um eine solche Wärmeübertragungsrate pro Gewichtseinheit zu erreichen, wäre die Wärmeübertragungsrate pro Einheit Frontfläche weit unterhalb dem Bereich der Ordinatenskala

(unterhalb von 600 BTU/min χ ft ). Im Gegensatz dazu würde der Austauscher mit einzelner Rippe, Kurve C, gemäß der Erfindung leicht ein H. von 450 BTU/aiin χ Ib. erreichen, und würde ein entsprechendes H. von über ilOO BTU/min χ ft erreichen. Alternativ könnte der gleiche H^-Wert von 450 BTU/min χ pc mit zwei Rippen pro Kantenwand in einer mehr kompakteren Austauscherkonstruktion, Kurve D₁ erreicht werden, wobei über 13P0 BTU/min χ ft erreichbar wären. Als weitere Wahl könnte die primäre Oberfläche in eine doppelte Anzahl von engeren Kanälen aufgeteilt werden, wie in Fig. 10 dargestellt ist, um die Kantenwandlänge für die Rippenanbringung zu schaffen. Dieser Aus tauscher gemäß Kurve E ist in der Lage, über .., .

o^{& &} * zu übertragen

1500 BTU/min χ ff* Frontalfläche bei ^₁ von 450 BTU/min χ Ib./, und der Wärmeaustauscher ist sogar noch kompakter als bei der Ausführungsform gemäß Kurve D.

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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung als Ausdruck der Metallkosten kann quantifiziert werden, indem die K₁-Werte verglichen werden, die bei einem H_A-¥ert von 1000 BTU/min χ J>r-/^ ■Metall benötigt wurden. Die entsprechenden IL,-Wer te für Kurven A, B, C, D und E sind wie folgt: <C300, 36Ο, 485, 550 und

550 BTU/min χ Ib.. Die Vergleiche der Fig. 17 sind in Tabelle A zusammengefaßt.

Tabelle A

Art des Wärmeaustauschers H_A bei B^ = 450 I^ bei H_A = 1000

Nur Primäroberfläche

(Kurve A) < 600 ■< 300

glatte Rippen (Kurve B) <C600 360

Einzelrippmmit Jalousien und Sehlitzöffnungen

(Kurve C) il60 485

Doppelrippen mit Jalousien und Schlitzöffnungen

(Kurve D) 1320 550

Enge primäre Oberfläche,
Doppelte Bippen mit
Jalousien und Schlitzöffnungen (Kurve E) 1550 >*55O

Vie schon vorher angedeutet, besitzen die Wandprojektionsteile der primären Seitenwände eine Ausdehnung D von 5 mm bis 25 mm (0,2 bis 1 inch) und eine Ausdehnung von H von 0,5 bis 3,6 mm (0,02 bis 0,14 inch), und ein Verhältnis D/d von 3 bis 18. Der Grund für diese Parameter wird im folgenden in Verbindung mit den graphischen Darstellungen der Fig. 18 und 19 erklärt.

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Der Querflußaustauscher gemäß der Erfindung muß einen ausreichenden Durchfluß von zweitem Fluidum durch den Raum zwischen angrenzenden primären Oberflächenkanälen und um die verzerrten Teilrippenoberflächen erlauben, um ausreichende Fluidumdurch— flußleitung zu ermöglichen. Die primären Oberflächenkanäle sind vorzugsweise ausreichend eng gestapelt, um 40 bis 150 Kanäle pro Fuß Wärmeaustauscherquerschnittsrichtung zu ermöglichen, und dies entspricht einem Zentrum-zu-Zentrum-Abstand von 2 bis 7,6 mm (0,08 bis 0,3 inch). Ein Teil dieser Zentrum-zu-Zentrum-Entfernung wird von den ersten fluidumtransportierenden Kanälen eingenommen, und ein anderes Teil durch die Kanalwände, so daß die zweite Fluidumpassage recht dünn und eng ist. Weiterhin dringen die Wandprojektionsteile von der primären Oberflächenseitenwand, die für die Wandstützung benötigt werden, ein und vermindern weiter den zur Verfugung stehenden Raum für den zweiten Fluidumdurchfluß zwischen den Kanälen. Der Durchflußwiderstand, dem die Luft als zweites Fluidum in der Passage zwischen den Kanälen ausgesetzt ist, stellt einen großen Teil des Gesamtluftdurchflußwiderstandes durch einen kühlerartigen Wärmeaustauscher dar, wobei der übrige Teil aufgrund der Rippen mit Oberfläehenverzerrungen beruht. Zum Beispiel kann bei der Ausführungsform der Fig. 5 mit jalousienartigen geschlitzten Rippen der Luftdruckabfall zwischen den Kanälen zehnmal so groß sein gegenüber den durch die Rippen.

Während die Wandprojektionsteile im wesentlichen den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten des primären Oberflächenkanals erhöhen, üben sie nichtdestoweniger auch einen negativen Effekt durch das Erhöhen des Durchflußwiderstandes in der sekundären Durchflußpassage zwischen den angrenzenden Kanälen aus. Die nützliche Wärmeübertragungsvergrößerung ist größer als der ne-

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gative Durchflußwiderstandseffekt, insoweit als die Ökonomie der Primärotoerflächenkanäle Detroffen ist. Jedoch übt eine Verminderung in der Sekundärfluidumdurchlaßleitung (oder Anstieg des Durchflußwiderstandes) über der Passage einen negativen Effekt auf die Rippenwirkung aus, da die sekundäre Fluidumdurehflußrate über der Rippe vermindert wird, was den sekundären Fluidumfilmwiderstand an der Rippenoberfläche erhöht und die Treibkraft Δ T für den Wärmetransport zwischen der Oberffiche der verzerrten Rippen und dem zweiten FluiduM verhindert.

Die Dimensionen der Kanalseitenwandprojektionsteile (Höhe Ξ, Abstand D und Verhältnis D/d) sind wichtige Faktoren bei der Bestimmung der zweiten Fluidumdurchflußleitung in der Passage zwischen angrenzenden Primäroberflächenkanälen, d.h. diese Leitung ist verbessert bei relativ großen Werten für diese Faktoren. Jedoch sind H und D wünschenswerterweise kleine Dimensionen aus der Sicht der Primäroberflache allein, aus Gründen, die in der Patentanmeldung P 22 50 233.6 ausgeführt wurden. Kurz gesagt, nuß H klein sein, um eine große Anzahl von Kanälen pro Einheit Wärmeaustauscherbreite (Querschnittrichtung) zu erhalten, und somit eine große Primäroberfläche. Der Seitenwandprojektionsabstand D hat einen gewichtigen Effekt auf den Kanalseitenwandbelastungspegel und muß klein sein, wenn dünnes Material verwendet wird.

Es wurde gefunden, daß der Effekt der Veränderungen in der Dimension D auf die Wärmeübertragungseigenschaft der oberflächenverzerrten Rippen dazu neigt, gegengerichtet zu sein ihrem Effekt auf den Primäroberflächenkanal. Eine Verminderung der Größe B auf verhältnismäßig kleine Werte neigt dazu,

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schließlich den Wärmeübertragungsbeitrag des Primäroberflächenkanals zu erhöhen (aufgrund des größeren Verbesserungseffektes von mehr Wandprojektionsteilen), aber vermindert den Rippenbeitrag zur Gesamtwärmeübertragung, wobei andere Faktoren konstant gehalten sind. Die Verminderung in dem Rippenbeitrag zur Wärmeübertragung beruht zum Teil auf dem "Choking"-Effekt der kleineren Abstandsdimensionen der zweiten Fluidumdurehflußpassage zwischen angrenzenden primären Oberflächenkanälen, Ein Erhöhen der Größe D auf verhältnismäßig große Werte (wobei andere Faktoren konstant bleiben) neigt schließlich dazu, eine ähnliche Neigung im Wärmeübertragungsbeitrag für den Primärober flächenkanal zu erzeugen, und für verzerrte Sekundärrippenoberflachen. Das heißt, der Väraeübertragungsbeitrag des Primäroberf lächenkanals wird erhöht und der Beitrag der Rippen vermindert. Dieser Effekt bei größeren Werten von D ist noch nicht ganz verständlich, aber es wird angenommen, daß er aufgrund eines zurückgehaltenen Wärmeübertragungskoeffizienten in der Sekundärfluidumpassage zwischen den Primäroberflachen— kanälen erzeugt wird, wo der größere Teil des Sekundärfluidumdruckabfalls auftritt, und wo der größere Durchfluß von Sekundärf luidum (z.B. Kaltluft) das Δ Τ vergrößert, die Triebkraft zwischen dem zweiten Fluidum und den Kanalwänden.

Die vorgenannten entgegengesetzten Wärmeübertragungseigenschaften des Primäroberflächenkanals und der verzerrten Sekundärrippenoberflache in Form von Primäroberflächenverzerrungsabstand D zeigen, wie gefunden wurde, Minima in den Kurven Wärmeübertragung-pro-Einheit-Frontalflache (H.) über Abstand-D für die Primäroberfläehenkanäle (Kurve B) und Maxima bei solchen Kurven für die Rippen (Kurve C und D). Diese Kurven sind in Fig. i8A, 18B und 18C für die Ausführungsform der Fig. 5 aufgetragen, die jalousienartig geschlitzte Aperturen mit Einzeljalousienrippen zeigt. Insbesondere basieren die ausgezogenen Kurven

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A bis D auf Aluminiumlegierungskanälen von 20 mm Breite (0,8 inch) _f iiB Abstand von 3,4 mm (0,133 inch) Zentrum-zu-Zentrum, Bit 7»6 m (0,3 inch) breiten Vorder— und Hintereinzelaluminiumrippen, die alt Jalousien von 8,9 mm (0,035 inch) Breite versehen sind, die die folgenden Eigenschaften aufweisen: 0» = 0°, S = 74°, tf = 56°, ck = 65°. Die gestrichelten Linien A'-D' basieren auf den gleichen Dimensionsspezifikationen für Aluminiuakanäle und for jalousienartige, mit geschlitzten Aperturen versehene Sippen, aber mit zwei derartigen Rippen auf jeder Kanalseitenwand, wie in Fig. 10 illustriert.

Die ungefähre Wandprojektionsteildichte (Projektionen pro inch Seitenwandoberfläche) wird ebenfalls auf der Abszisse für entsprechende Werte von D gezeigt. Kurve ε zeigt Metallbelastung in der Kanalwand bei 1,05 kg/ca (15 psi) innerem Druck, wenn die Kanalseitenwand mit Isostresswandprojektionsteilen gebildet sind, wie sie ist wesentlichen in Fig. 11 gezeigt sind. Die Ordinate H. ist in Einheiten von BTU/Min

2
χ ft geeicht, und die Skala ist numerisch identisch mit

Werten von Metallbelastung (lbs/inch ).

Fig. 18A, 18B und 18C zeigen H. über D und die projektionsdichten Beziehungen für Querstromaluminiumlegierungs—Wärmeaustauscher, hergestellt aus Aluminium einer Dicke von 0,15, 0,2 bzw. 0,38 «· (0,006, 0,008 und 0,015 inch).

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Die Kurven zeigen den Wärmetransport, der durch die Gesamtheit aller Komponenten erreicht wird (Kurve A), durch den primären Oberflächenkanal (Kurve B), der Vorderrippe (Kurve C) und der Hinterrippe (Kurve D). Die Ausführung des Querstromwärmeaustauschers, dargestellt durch die Kurven der Figuren 18A, 18B und 18C, basiert teilweise auf einer maximalen Faserbelastung, abhängig von dem wahrscheinlichen Betriebsversagen und dem gewünschten Sicherheitsfaktor für die Belastung. Mit den Isostress-oder Kegelstumpfkonturwandprojektionen tritt ein Versagen der Aluminium-Legierungswand normalerweise auf in

der Nähe von 1125 kg/cm² (16,000 psi.). Wenn man einen Sicherheitsfaktor von 2 anwendet, oder eine Belastung von 563 kg/cm* (8000 psi.) wird deutlich, daß Festigkeitsüberlegungen eine obere Grenze für den Abstand D setzen, von ungefähr 21,6 mm (0,85 inch) für das dickste Metall, d.h. 0,38 mm (0,015 inch) dickes Alurainium-Legierungsblech gemäß Fig. 18C. Jedoch sind die Figuren 18A, 18B und 18C auf einer Kanaldichte von ungefähr 90 Kanälen pro Fuß Hitzeaustauscherquerschnittsrichtung basiert. Für niedrigere Kanaldichten, die auch zur Ausführung der Erfindung geeignet sind, wird die Belastung für den gleichen Bereich von D-Abständen vermindert, fällt unter den

2
annehmbaren Wert von 563 kg/cm (8000 psi.), bei Kanaldichten von ungefähr 40 - 60 und Abständen D von bis zu 25 mm (1 inch). Für hohe Wärmeübertragungsraten pro Gewichtseinheit Metall (Hy) ist es wünschenswert, den Wärmeaustauscher so auszuführen, daß er bei verhältnismäßig hohen zusätzlichen Belastungen

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2 31313 2

arbeitet. Es war überraschend, zu entdecken, daß der Bereich für den Abstand D von 5 nun bis 25 mm (0,2 - 1,0 inch) aus dieser Sicht geeignet war und ebenfalls aus der Sicht der hohen Gesamtwärmeübertragungsraten (H_A), wie durch die Kurven A und A^f deutlich wird. Ein anderer Grund für die obere Grenze des Abstandes D von 25 mm (1.0 inch) ist der, daß ein größerer Abstand es schwierig macht, wenn nicht gar unmöglich, zwei Wandprojektionen über der Kanalbreite anzuordnen, und dies ist wünschenswert, aus den Gründen der Kanallastverteilung durch die lasttragenden Endsegmente der Wandprojektionen hindurch·

Während der Abstand D auf niedrige Wert verringert wird, ist eine übermäßige Belastung nicht länger einer Begrenzungsfaktor, aber die sehr geringe Metallbelastung, die von der Kurve E dargestellt ist, zeigt eine unwirtschaftliche Verwendung von Metall an, d.h. niedrige Werte für Wärmeübertragungsraten pro Gewichtseinheit von Metall (H₁.). Geringe Abstände D unterhalb von 5 mm (0,2 inch) verringern in ungewünschter Weise den Druckabfall des Zweitfluidums und erhöhen die Wahrscheinlichkeit des Verstopfens und einer erhöhten Behinderung des Durchflußes von zweitem Fluidum in dem Raum zwischen angrenzenden Kanälen. Schließlich erhöhen bei einer gegebenen Wandprojektionshöhe H, Abstände D unterhalb von 5 mm (0,2 inch) die Schwierigkeiten bei der Herstellung der Wandprojektionsteile und die Wahrscheinlichkeit des Bruches. Aus diesen Gründen sollte der Abstand D der primären Oberflächenwandprojektionen mindestens 5 mm (0,2 inch) bei der Ausführung der Erfindung sein, wobei der vorzuziehende Bereich zwischen

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7,6 und 21,6 mm (0,3 - 0,85 inch) liegt. Ein vorzugsweiser Bereich für das Verhältnis O/d ist 6-14.

Die Kurven E der Fig. 18, die die Belastung mit den Abständen D der Wandprojektionsteile in Zusammenhang bringen, können nicht quantitativ auf alle möglichen geometrischen Muster der Projektionsanordnungen auf den Kanalseitenwänden angewendet werden, sondern nur bei einfachen und regelmäßigen Projektionsmustern mit dreieckigen Einheiten, die sich nicht stark von gleichseitigen Dreiecken unterscheiden. Als ein Anhaltspunkt sollte die Anwendung von Belastungskurven E begrenzt werden auf Wandprojektionsmuster, deren Dreieekseinheiten charakterisiert werden durch D . /D ^-----^:::::!* 0.8.

min max ————— » »

wobei D . die kleinere Größe von D₁ und D₀ ist, und D_-,,,,, min l 2 * max

die größere von D- und.D„. Komplizierte Muster, wie z.B.

/ ιgezeigten una

die in Fig. 25D⁷Im folgenden noch zu diskutierenden Muster, oder solche, bei denen D . /Dden Wert von 0,8 überschreitet, sollten experimentell analysiert werden, um die Beziehungen von maximal zulässiger Belastung und/ oder Wärmeübertragungskapazität über den Wandprojektionsabs tänden D zu bestimmen.

Fig. 19A, 19B und 19C illustrieren den vorgenannten Zusammenhang zwischen der primären Oberflächenwandprojektionshöhe H als Abszisse über der Wärmeübertragung pro Zeiteinheit und der Frontalfläche H. als Ordinate. Die ungefähre Anzahl der Kanäle pro Fuß von Wärmeaustauscherquerschnittslinie ist auf der Abszisse für entsprechende Werte von H gezeigt.

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Für einen gegebenen Wert von H kann jedoch die Primäroberflächenkanaldichte etwas variieren abhängig von der Gesamttiefe, die für den Kanal spezifiziert ist. In Fig. 18 ist die Ordinatenskala numerisch identisch mit Werten der Metallbelastung (lbs./inch ). Jedoch werden die Wandprojektionsabstände konstant bei 12,5 mm (0,5 inch) in der Richtung normal zur Kanallängsachse gehalten, und 15 mm (0,6 inch) in Richtung der Kanallängsachse, d.h. ein Abstand D von 14, 2 mm (0,56 inch) entsprechend der vorangeg-angenen Gleichung. Die anderen Dimensionen (Kanalbreite, d und Rippenbreite) und die geometrischen Eigenschaften der jalousienartigen, geschlitzten Bippen sind die gleichen wie in Fig. 18.

Die Fig. 19A, 19B und 19C basieren auf einem Querstrom-Aluminium-Legierungswärmeaustauscher, der aus Metallblech von 0,15 (0,006 inch), 0,2 (0,008) bzw. 0,38 mm (0,015 inch) Dicke hergestellt ist, «ad die Kurven A, B, C, D und E wie auch die Kurven A*, B⁽, C* und D* beziehen sich auf die gleichen Konstruktionen, die so in Fig. 18A, 18B und 18C identifiziert sind. Die gepunkteten Kurven F zeigen H^ oder die Wärmeübertragungsrate pro Zeiteinheit pro Einheit Gesamtgewicht des Wärmeübertragungsmetalls an (BTU/min. χ Ib.), und sie können direkt von der Ordinatenskala abgelesen werden.

Es sollte berücksichtigt werden, daß zwar eine Veränderung von D, wie in Fig. 18, die Menge des pro Einheit der Wärmeaustauscher-Frontfläche verwendeten Metalls nicht verändert, daß aber eine Veränderung von H wie in Fig. 19 das Metallgewicht bedeutsam verändert. Während H vermindert wird, werden

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die Kanäle dünner und mehr Primäroberflächenkanäle werden pro Fuß Breite in Querschnittsrichtung des Wärmeaustauschers verwendet. Aus der Fig. 19 wird deutlich, daß die Gesamtwärmeübertragungskurven A und A^f Maxima erreichen bei Wandprojektionshöhen H von ungefähr 0,5 mm (0,02 inch), entsprechend zu 150 Kanälen pro Fuß Wärmeaustauscherbreite. Unterhalb von H werden von 0,5 mm (0,02 inch) das Wärmeübertragungsverhalten der hinteren Rippen stark beeinträchtigt, d.h. die Kurve D fällt scharf nach unten ab. Dieser Effekt wird dem hohen Sekundärfluidumpassagendurchflußwiderstand zugeschrieben, wenn der Abstand zwischen angrenzenden Kanälen enger wird. Weiterhin wird das Hinzufügen von Wärmeübertragungsoberfläche pro Einheit Frontfläche vollkommen aufgehoben durch eine Reduzierung der Wärmeübertragungseffektivität dieses Metalls. Die abnehmende Wärmeübertragungseffektivität des Metalls pro Gewichtseinheit wird angedeutet durch die

/die abfallende Kurve F. Kurve E zeigt, daß Belastung bei

niedrigeren Werten von H ansteigt. Dieser Faktor muß angenähert in Erwägung gezogen werden bei der Ausführung des Querstromwärmeaustauschers, aber bei der tatsächlichen Ausführung besteht gewöhnlich keine Begrenzung bei H. Wenn z.B. der Wandprojektionsabstand D (in Fig. 19 konstant gehalten) für niedrigere Werte von H vermindert würde, könnte die Belastung weiter unterdrückt werden, so daß die Wandprojektionshöhen bis herab zu 0,5 mm (0,02 inch) leicht erreicht werden könnten, ohne daß die Ausbeulgrenze der Kanalwand erreicht würde. Aus den vorgenannten Gründen sollten die Kanalseitenwandprojektionen H-Werte von mindestens 0,5 mm (0,02 inch) bei Ausführung dieser Erfindung besitzen.

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Während die Seitenwandprojektionsteilhöhe H fortschreitend erhöht wird auf relativ hohe Werte, nimmt die Wärmeübertragung pro Einheit Frontfläche schließlich für alle Komponenten des Wärmeaustauschers ab, d.h. die Kanäle der Kurve B und die Vorder- und Hinterrippen mit verzerrter Oberfläche gemäß Kurven C und D. Entsprechend muß der Querflußaustauscher für eine gegebene Hitzeübertragungsbelastung größer und weniger kompakt ausgeführt werden, wie durch das Abfallen der Kurve A angedeutet wird. Jedoch steigt gemäß Kurve F die Wärmeübertragung pro Gewichtseinheit weiter an und erreicht einen maximalen Wert bei einer Wandprojektionshöhe H von ungefähr 3,5 mm (0,14 inch) (40 Kanäle pro Fuß der Austauscherbreite). Über diesen Punkt hinaus'reicht eine weitere Ausdehnung des Austauschers durch Erhöhen von Hkeine weitere Verbesserung in der Metallverwendung und vergrößert unnötig den Austauscher. Die Abnahme der Wirkung bei höheren Werten von H ist vermutlich auf Kanäle und Passagen für zweites Fluidum von übermäßiger Tiefe zurückzuführen, auch auf verminderte Fluidumturbulenz und damit verminderte Wärmeübertragungskoeffizienten. Wegen der im wesentlichen abfallenden Neigung der Kurve A der Gesamtwärmeübertragung pro Einheit Grundfläche und wegen dem Maximum der Gesamtwärmeübertragung pro Einheit Metallkosten, Kurve F, bei ungefähr 3,5 mm (0,14 inch), sollte die Wandprojektionshöhe H des gegenwärtigen Querstromwärmeaustauschers diesen Wert nicht überschreiten. Der vorzugsweise Bereich für die Η-Werte ist 0,63 - 2,5 mm (0,025 - 0,1 inch).

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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele gezeigt.

Beispiel 1

Drei Wärmeaustauscher aus Aluminium-Legierung von einem Quadratfuß Größe mit Isostress-Wandprojektionsteilen, zwei Austauscher ohne Rippen und einenmit Rippen, wurden aus 0,2 mm (0,008 inch) dickem Material hergestellt, wie in Fig. 15 gezeigt, mit den folgenden Dimensionsparametern in mm (inch):

Tabelle B

D/d

Θ/R

10.3 (0,405) 4,7 0,89 (0,035) 20,6 16,0 (0,63) 10,5 0,89 (0,035) 10,1

10.4 (0,41) 6,8 0,89 (0,035) 15,6

Aspekt-Verhältnis

25,1 32,7 61,1

Nasswand-

flächen-

verhältnis

1 1 1,7

Drei herkömmliche Kupferkühler, ein Beispiel ist in Fig. gezeigt, und modifiziert zu einer Kühl er austauscb.fr ontflächengröße von einem Quadratfuß wurden ebenfalls hergestellt, und alle Kühler wurden in einem Windtunnel getestet, der schematisch in Fig. 21 gezeigt ist. Die Hauptfunktion des Testes war die, die War me Übertragungskapazität der unterschiedlichen Wärmeaus-

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_ 67 -

tauscher zu messen und zu vergleichen. Dies wurde erreicht, indem erhitztes Kühlmittel durch die Testkühler gepumpt wurde, und zwar mit festen Raten,wie in Fig. 22 gezeigt, während die Luftdurchflußrate verändert wurde, wie in Fig, 21 gezeigt ist. Wie in Fig. 22 gezeigt ist, wurde Dampf von einer Versorgungsquelle (nicht gezeigt) durch ein Rtickflußsteuerventil 80 und durch ein Meßgerät 81 (0 bis 30 psi. oder 0 bis 2,1 kg/cm ) zugeführt. Der Dampf wurde durch Ventil 82 gesteuert, parallel gekoppelt zu einem Ventil 83 fur feinere Einstellung, bevor es in einen Wassererhitzungstank 84 eingeführt wurde. Der Druck in dem Tank 84 wurde mittels eines Heßgerätes 85 gemessen (0 bis

ο
60 psi. oder 0 bis 4,2 kg/cm )· Der Wasserausgang von dem Tank 84 wurde in einen Testkühler 86 geführt, und nach Behandlung in dem Kühler 86 wurde das Wasser von dem Motor über ein parallel gekoppeltes Steuerventil 88 und ein Seriensteuerventil 89 zurück in den Heiztank 84 geführt. Ein Wassermesser 90 war abstrommäßig von der Pumpe 87 angeordnet, um so den Wasserdurchfluß durch den Kühler 86 zu messen. Der kondensierte Dampf in dem Tank 84 wurde in einen Aufnehmer entleert, nicht gezeigt. Die Zuführungsrate für das erhitzte Kühlmittel durch den Kühler hindurch wurde somit zu allen Zeiten gesteuert, und obwohl nicht gezeigt, wurde die Temperatur der Meßeinrichtung verwendet, die Temperatur des Wassers zu messen, das in den Kühler hinein und aus diesem hinausfloß.

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Das Testschema der Fig. 21 zeigt einen Windtunnel, der verwendet wurde, um die Rate und die Temperatur eines Luft-

/hinflusses zu steuern, der durch die Passagen'durchläuft, die zwischen den angrenzenden Wärmeaustauscherelementen in den untersuchten Kühlern gebildet waren. Luft, die in den Tunnel eintrat, lief zuerst durch eine kalibrierte Mündung 60, die den Luftvolumendurchfluß in einer vier Kubikfuß Luftkamm-er 61 maß, und wurde dann durch Siebe 62 geleitet, um den Fluß geradlinig zu machen, und dann in einen zusammenlaufenden Adapterabschnitt 63. Der Adapter—— Abschnitt 63 war vorgesehen, um einen weichen Übergang in den Luftstrom zwischen der Luftkammer 62 und dem Windtunnelabschnitt 64 von einem Quadratfuß Querschnitt zu erreichen, der an einem Testkühler 65 angekoppelt war. Ein Gebläse (nicht gezeigt) war abstrommäßig von dem Kühler angeordnet, um den Luftfluß durch den Kühler zu steuern. Die erhitzte Luft von einem Kühler 65 wurde entweder über eine Drossel 66 entleert oder in den Testraum über eine Drossel 67 zurückgeführt, um so eine Art Temperatursteuerung innerhalb des Raumes zu erhalten. Um den Luftfluß durch den Kühler zu vermindern, wurde eine Steuerdrosselklappe 68 abstrommäßig vom anregenden Luftstrom vom dem Kühler 65 angekoppelt. Der sich verjüngende Adapterabschnitt 63 und die Siebe 62 zur Geradlinigmachung des Stromes ermöglichten es, die Geschwindigkeitsveränderung durch den Testkühler 65 hindurch auf ein Minimum zu halten. Die Geschwindigkeitskurven und die Pilotröhrenablesungen, die über der Vorderfläche von verschiedenen Testkühlern 65 gemacht wurden, zeigten an, daß die Luftgeschwindigkeitsveränderungen

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für alle getesteten Kühler innerhalb von + 5% Jagen. Ein Manometer 63 von 0 bis 55 mm (O - 2 inch) und ein Manometer 70 von 0 bis 100 ma (0 - 4 inch) wurden in dem Testkreis angeordnet, wie gezeigt, und verwendet, um den Luftdruckabfall zu messen. Zwei Gitter 72 und 73, die vier Thermoelemente enthielten, jedes im Zentrum von einem Viertel der Durchflußfläche des Kühlers 65, maßen die Durchschnittseinlaß- und Durchschnittsauslaßlufttemperatur durch den Testkühler 65. lin Brown-Vielfachschreiber (nicht gezeigt) und ein Rubicon-Potentiometer (nicht gezeigt) wurden an den Gittern angeschlossen und zeichneten die Thermoelementablesungen auf. Somit wurde ein genauer Testschaltkreis zur Messung der WärmeÜbertragungskapazität der Testkühler geschaffen.

Der Testkühler 1 mit Isokompressionswandprojektionsteilen, ähnlich dem Kühler, der in Fig. 15 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß er ohne Rippen war, wurde hergestellt, indem die "rechten" und "linken" Kanalhälften von Aluminium zwischen männlichen und weiblichen Epoxy-Isokompressionsformen präpariert wurden, wie es in der Patentanmeldung P 22 50 233.6 beschrieben ist. Die eingedruckten Isokompressionskanalhälften wurden dann getrimmt und längs über der Kante gefaltet, woraufhin sie von öl befreit wurden, mit Säure gereinigt und mit einem Oberflächenvorbehandlungsmittel behandelt wurden, das als Alodfn bekannt ist, gefolgt von Wasserspülung. Alodin ist ein Handelsname der Firma Amchen Products Inc..

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Nach dem Trocknen wurde ein auf Epoxybasis beruhender Kleber, bekannt als Resin Type EA-914, hergestellt von der Hysol Division of Dexter Corporation, Californien, auf die 84 cm (13 inch) lange gefaltete Kante einer jeden Kanalhälfte aufgebracht, und die zusammenpassenden Kanalhälften wurden dann miteinander verbunden, um einen 41 mm (1,625 inch) breiten Kanal zu bilden» Der Kanal wurde dann in einer Fixtur angeordnet und saumdicht gerollt. Nach dem Entfernen von überschüssigem Kleber aus dem Kanal wurde der Klebstoff in dem Saumofen ausgehärtet. Danach wurden die Kanalenden expandiert und ein Klebstoff auf jede der Wandprojektionsteile aufgebracht und auf die Kanalwandenden. Zeitweilige Einsentibe zur Wandstützung wurden an den Kanalenden eingeführt und eine Reihe von zehn Kanälen wurde verklammert durch berührende Beziehung in einer Fixtur und dann wurde der Kleber im Ofen ausgehärtet. Danach wurde die Reihe von Kanälen wiederum gesäubert, wie oben beschrieben, und dann in einem Kopf angeordnet, wie in Fig. 16 gezeigt. Wiederum wurde Klebstoff verwendet, um die Kanäle zu dem Kopf zu versiegeln, wodurch ein Testkühler erhalten wurde.

Der Testkühler Nr. 2 (ebenfalls mit Isokompressionswandprojektionsteilen versehen) wurde in ähnlicher Weise wie oben hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Projektionsteile nicht miteinander durch Klebstoff verbunden waren. Die Breite der Kanäle betrug 48 mm (1,9 inch) und die Länge betrug 330 mm (13 inch).

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Der Testkühler Nr. 3 (ebenfalls mit Isokompresssionswandprojektionsteilen) wurde ähnlich hergestellt, wie der Testkühler Nr. 2, mit der Ausnahme, daß die Säume verschweißt waren, daß jalousiengeschlitzte Öffnungslippen an den vorderen und hinteren Längskanten des Kanals angeordnet waren, wie in Fig. 15 gezeigt. Die Gesamtb-reite des Kanals und der Rippen betrug 43 mm (1,7 inch) und die nicht gebogenen Lippen maßen 5 na (O₉2 inch) und 12,7 mm (0,5 inch) an den vorderen und hinteren Längskanten. Die Länge des Kanals betrug 330 mm (13 inch). Die Schlitzwinkel<X und (X'betrugen 45°, die Jalousienwinkel β und /5 maßen 40° und die Biegewinkel Ö und & ' variierten für die sechs Rippenkonfigurationen wie folgt:

Testkühler_3

Typ 1 kurze und lange Rippen ungebogen, kure Rippe vorwärts;

Typ 2 kurze Rippe 30° gebogen, lange Rippe ungebogen, kurze Rippe nach vorne;

Typ 3 kurze Rippe 30° gebogen, lange Rippe ungebogen, lange Rippe nach vorne;

Typ 4 kurze Rippe 30° gebogen, lange Rippe 15° gebogen, kurze Rippe nach vorne;

Typ 5 kurze Rippe 30° gebogen, lange Rippe 30° ge-• bogen, kurze Rippe nach vorne;

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Typ 6 kurze Rippe 30° gebogen, lange Rippe 30° gebogen, lange Rippe nach vorne.

Die Jalousienbreite betrug 0,89 mm (0,035 inch), so daß S gleich 0,035/cos X = 0,049 inch oder 1,24 mm betrug.

Drei ähnliche herkömmliche Automobilkühler, die Test Nr. 4, 5 und 6, mit typischem Kupferkern bestehend aus Bronzeröhren, die an dünnen Kupferrippen angelötet waren, mit der Ausnahme von unterschiedlicher Rippen- und Tankfiguration, wurden auf eine Wärmeaustauscherfrontfläche von einem Quadratfuß modifiziert, indem der Kern geschnitten wurde und auf einem verkürzten Kopf und Tank erneut installiert wurde. Somit wurden alle Testkühler so ausgeführt, daß sie eine Wärmeaustauscherfrontfläche von einem Quadratfuß ergaben. Die mit verzerrter Oberfläche versehenen Isostresswandprojektions-Testradiatoren kosteten im Endeffekt weniger in der Herstellung, als die herkömmlichen Kupfer-Bronze-Testradiatoren, da die Kosten für das Basismetallmaterial geringer sind pro Kilogramm Gewicht, als bei dem letzteren der Fall ist.

Die Nenntestbedingungen für die verschiedenen Kühler sind in Tabelle C gezeigt. Bei den herkömmlichen getesteten Kühlern wurde gefunden, daß der Testkühler 4 günstiger liegt in der Wärmeübertragung pro Einheit Luftleistungsbasis. Somit wurdes der Kühler 4 mit den Testkühlern 1, 2 und 3 verglichen. Bei diesem Kühler waren die Kupferrippen 12 mm (0,475 inch) breit,

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0,076 mm (0,003 inch) dick und der Rippenabstand betrug 12,4 Hippen pro inch gemessen in Richtung parallel zur Kanallängsachse. Die äussere Kanalbreite und Tiefe waren 12,3 mm (0,485 inch) bzw. 2,28 mm (0,090 inch). Es gab einundzwanzig Kanäle im Abstand über dem 1-Fußkühler mit einem Zwischenraum von 12 mm (0,475 inch) (der Rippenbreite) zwischen angrenzenden Kanälen.

Fig. 23 zeigt eine Aufzeichnung der Kapazität über der Luftvoluiaendurchflußrate für die Testkühler 1 bis 4. Die Bedingung für die Aufzeichnung war eine Differenz zwischen der Durehschnittsktihlmittelfluidumtemperatur zu Einlaßluftteaperatur von 55°C (100⁰F.), wobei ein Kühlmittel von 50 Volumenprozent Ä'thylenglykol und 50% Wasser verwendet wurde, mit einer Durchflußrate von 53 - 64 ltr./min. (14-17 gallons per minute). Wie in Fig. 23 dargestellt ist, besaß der Kubier 3, Typ 5, eine höhere Kapazität für die gleicbe Luftvoluraendurchflußrate, als der beste herkömmliche Kühler, der Kühler 4.

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Z31813Z

Tabelle C

	Nummer der Durchläufe	Temperatur	Einlaß- Wasser temp . 0C (OF.)	Durchflußrate	Wasserdurch fluß Kubifef./min
Test Nr.	8	Einlaß- Lufttemp. °C (0F.)	102 (215)	Luftdurch- fluß- Kubikfuß/min.	15
4	8	32 (90)	116 (240)	600 - 2700	17
	8	32 (90)	82 (180)	450 - 165O	17
	8	32 (90)	88 (190)	600 - 1700	17
	8	32 (90)	93 (200)	600 - 2000	14
5	8	32 (90)	99 (210)	600 - 1900	17
	8	32 (90)	85 (185)	600 - 2100	14
	8	24 (75)	99 (210)	600 - 2000	17
6	16	32 (90)	99 (210)	650 - 2500	17
1	16	32 (90)	99 (210)	400 - 1250	17
2	8	32 (90)	85 (185)	400 - 2000	14
3 Typ 1	8	24 (75)	85 (185)	600 - 1800	14
Typ 2	8	24 (75)	85 (185)	600 - 1800	14
Typ 3	8	24 (75)	85 (185)	600 - 2000	14
Typ 4	8	24 (75)	85 (185)	600 - 2000	14
Typ 5	8	24 (75)	85 (185)	600 - 2000	14
Typ 6	27 (80)	600 - 2050

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Das Ergebnis dieses Testes bewies, daß der Kühler gemäß der Erfindung mit Oberflächen-verzerrten Rippen und Isostress-Wandprojektionen aus Aluminium vergleichbar zu den besten herkömmlichen Automobilkühlern arbeitet, bei wesentlich geringeren Herstellungskosten wegen der optimalen Metallverwendung. Somit liefert die Erfindung wirtschaftliche, kompakte, leicht-gewichtige gerippte Wärraeaustauscherkanalelemente, die zu eines wirksamen Wärmeaustauscher für verschiedene Anwendungen zusammengebaut werden können.

Berechnungen basierend auf den Experiment!erdaten des Testes für den Kühler Nr. 3 in seinen verschiedenen Konfigurationen ergab das folgende, wobei ein BTU/(Ft. · ⁰F. · h) 0,0001355 gr.cal./Csec. em^{2 0}C) ist:

Tabelle

	i	Wärmeübertraeuneskoeffizient.	Geschwind! gke i t Annäherongsgeschw.)	13,7	BTUAFt2 .	20,6
	2	Niedrige (600 FPM	Primär Sekundär Oberfläche Oberfläche	23,0	. 0F. - h)	39,3
	3	20,2	18,6	Hohe Geschwindigkeit (1200 FPM Annäherungsgeschwindigk.	34,0
Typ	4	20,3	27,0	Primär Sekundär Oberfläche Oberfläche	47,0
Typ	5	20,2	31,5	30,6	53,0
Typ	6	20,2	30,5	30,5	52,0
Typ	20,4	30,7
Typ	20,4	30,5
Typ	30,3
	30,6

(FPM = Fuß pro Minute)

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Somit wurde ein Kühler mit einer Vorderrippe mit gleichem Biegungswinkel ft von ungefähr 30° wie bei der Hinterrippe, siehe Beispiel 5, für einen Autokühler vorgezogen, wobei das besondere Wärmeaustauscherkanalelement verwendet wurde, das getestet wurde.

, so Ein Kühler ähnlich zu denen in Fig. 5 gezeigten und konstruiert, wie es für den Testkühler 3 Typ 5 dargestellfwurde, wurde in ein Automobil eingebaut und dann den örtlichen Fahrbedingungen ausgesetzt, wobei der Kühler bewunderswert funktionierte.

B ei spiel 2

Der Effekt der Schaffung der vorgenannten definierten Oberflächenverzerrungen an den Sekundärrippen, die an den Primäroberflächenkanälen mit Wandprojektionsteilen angebracht waren, wird auch durch das folgende Beispiel verdeutlicht. Ein Wärmeaustauscher enthält 80 Kanäle mit einer Breite von 305 mm (12 inch) und einer Höhe von 305 mm (12 inch), und jeder Kanal ist mit einer einzigen Rippe von 11,7 mm (0,459 inch) Breite versehen, längs der Vorder- und Hinterkanten. Die Kanäle waren 20 mm (0,8 inch) tief (längs der äusseren Dimension des Querschnitts) und ihre flachen Seitenwände waren mit Isostress-Wandprojektionsteilen versehen, mit einer H-Dimension von 1, 5 mm (0,06 inch) mit einem Abstand von 15,2 mm (0,6 inch) vertikal,und horizontal 12,7 mm (0,5 inch) (Dimension D betrug 9,9 mm (0,39 inch)), wobei ein Spitzendurchmesser (Dimension d) von 1,52 mm (0,06 inch) vorhanden

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war. Alles Metall war Aluminiumblech von 0,2 mm (0,008 inch) Dicke. Die Kanäle waren am Boden und an der Spitze mit Verzweigungen versehen, und ein Gemisch aus 40 Volumenprozent Äthylen-glykol und 60% Wasser wurde durch die Kanalseite Kit 35 gps; bei einer Temperatur von 88°C (190⁰F.) hindurchgepumpt. Luft von 32 C (90 F.) und im wesentlichen Atmosphärendruck wurde zwischen den Kanälen in Querstromrichtung hindurchgeblasen und zwar mit ungefähr 1900 KubikfuB pro Minute. In einem Fall waren die Bippen platt, gerade und fortlaufend, und waren zur Längsachse des Kanalquerschnitts ausgerichtet. In einem anderen Fall waren die Rippen jalousienartig geschlitzt, wie in den Figuren 5 und 15 illustriert. Für sowohl die Vorder- wie die Hinterrippen betrugt - 65°, fi - 74° und 7* - 56°, und die Jalousienbreite betrug 0,89 mm (0,035 inch), Unter diesen Bedingungen wurde ein WärmeUbertragungskoeffizient für die geraden platten Rippen gefunden, der bei 9 BTU/std. χ ft χ ⁰F« betrug. Unter den gleichen Bedingungen lieferten die jalousienartigen Bippen einen Wärmeübertragungskoeffizienten von ungefähr 53 BTU/std. χ ft χ W. für sowohl die vorderen als für die hinteren Rippen. Der Verbesserungsfaktor unter diesen Bedingungen betrug ungefähr 5,9.

Beispiel 3

Der Effekt der Zurverfügungstellung von Rippen mit jalousienartigen öffnungen an Kanälen mit Isostress-Wandprojektionsteilen wird weiterhin gezeigt durch vergleichende Daten, die auf mehreren Querstromwärmeaustauschern beruhen: Typ Ä ist

Gallonen pro Minute - 4 Liter pro Minute

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ein Gesamtprimäroberflächenaustauscher mit 34, 3 mm (1,35 inch) tiefen Kanälen, Typ B besaß 20 mm (0,8 inch) tiefe Kanäle und 7,6 mm (0,3 inch) breite einzelne Vorderrippen und 7,6 mm (0,3 inch) breite einzelne Hinterrippen, Typ C besaß 20 mm (0,8 inch) tiefe Kanäle und 7,6 mm (0,3 inch) breite doppelte vordere Rippen und 7,6 mm (0,3 inch) breite doppelte hintere Rippen, Typ D besaß 12,7 mm (0,5 inch) tiefe Kanäle und 10 mm (0,4 inch) breite doppelte vordere Rippen und 8,9 mm (0,13 inch) breite doppelte hintere Rippen (siehe Fig. 10) und doppelte Kanäle. Die anderen Rippendimensionen und Winkel waren die gleichen, wie sie bei Beispiel 2 beschrieben wurden, und die doppelten Rippen waren so angeordnet, wie in Fig. 10. Die verbleibenden wichtigen geometrischen Parameter für die vier Arten von Wärmeaustauschers, die aus 0,2 mm (0,008 inch) dickem Aluminiumlegierungsblech hergestellt waren, waren die folgenden:

Parameter:	A	B	C	D
D cm (inches)	10 (0,39)	10 (0,39)	10 (0,39)	11,6 (0,46)
D/d	7,1	6,5	6,5	7,7
S cm (inches)	0 kein	2,1 (0,083)	2,1 (0,083)	2,1 (0,083)
Aspektver hältnis	22,5	15,5	13,9	8,0
(oc + oF)/iT	1	1,75	2,5	4,0
Kanäle/ft.	99	100	90	79,5

Diese vier Arten von Wärmeaustauschern können verglichen werden aufgrund der einzelnen Komponenten von H^, dem Wärmetransport pro Minute pro Einheit Frontfläche bei einem Automobilkühler-Kühlsystem nach Beispiel 2 bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten wie folgt: . "

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Wärmeaustauscher Typ und Komponenten

A - Kanal

B - Kanal

Vorderrippe Hinterrippe Total

C - Kanal

Vorderrippen Hinterrippen Total

Wärmeaustauscher Typ und Komponenten

D - Vorderkanal Vorderrippen Hinterrippen Untertotal

Hinterkanal Vorderrippen Hinterrippen Untertotal

Gesamttotal Wärmeübertragung pro Minute pro Einheit Frontfläche (Btu/min. χ ft²)

Meilen pro Stunde ( 1 Meile - 1,6 km )

30

565

60

889

209	322	512
105	191	305
61	128	221
375	640	1037
158	252	408
1Θ9	303	478
94	195	334
420	750	1221

90

1193

688

394

297

1379

556

615

451

1621

Wärmeübertragung pro Minute pro Einheit Frontfläche (Btu/min. χ It²)

Meilen pro Stunde

30

62	100
170	303
103	209
335	612
32	60
88	182
53	125
173	367

979

§2

164 459 346
969

109
306
231
646

1615

90

224

578

456

1258

159 409 323 891

2149

Das H. liefert die Verbesserung der Wärmeaustauscher gemäß Typ B₁ C und D gegenüber dem Typ A bei im wesentlichen allen Geschwindigkeiten mit besten Resultaten beim Typ D wie folgt: 0 Meilen/Std. = 42%, 30 Meilen/Std. = 73%, 60 Meilen/Std. 81% und 90 Meilen/Std. = 80%.

Fig. 24 illustriert einen Automobilkühler, der den vorliegenden Querstromwärmeaustauscher verwendet, einschließlich gerippten Kanälen in Sandwichanordnung 91, gestützt durch einen äusseren Seitenrahmen 92. Die ersten Fluidurakanäle erstrecken sich in Längsrichtung von oben nach unten und sind an ihren oberen Enden mittels Obertankverzweigung 93 und an ihren unteren Enden mittels Bodentankverzweigung 94 verbunden. Ein erstes Fluidum wird durch eine obere Füllverbindung 95 zugeführt. Ein zweites Fluidum wird über die ersten Fluidumkanäle und senkrecht zur Ebene der Fig. 24 mittels eines Ventilators zirkuliert, der hinter dem Kühler angeorndet ist (nicht gezeigt). Im.Betrieb wird das heiße erste Fluidum (gewöhnlich Wasser-Ä'thylen-glykol-Mischung) durch eine Schlauchverbindung (nicht gezeigt) auf der Hinterseite der Obertankverzweigung 93 eingeführt und von dort zu den Kanälen für Absatzdurchfluß durch Kanäle im Wärmeaustausch mit dem kühleren zweiten Fluidum (Luft), das quer zu den Kanälen fließt. Das gekühlte erste Fluidum wird von den Kanalbodenenden in die Bodentankverzweigung 94 ausgegeben und von dort durch eine Schlauchverbindung 96.

Wie vorher schon angedeutet, bedeutet D den effektiven Abstand

/den
zwischen Zentren von angrenzenden Wandprojektionsteilen einer Kanalseitenwand, wie sie von der folgenden Formel bestimmt wird,

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die die Tatsache in Rechnung stellt, daß Belastungen in den projektionsgestützten Wänden ungefähr proportional zur dritten Potenz des Projektionsabstandes sind:

wobei D- «= die kürzeste Entfernung zwischen zwei angrenzenden Wandprojektionszentren in irgendeiner Dreieckseinheit des Projektionsmusters auf der Wandseite ist,

D„ ·» die senkrechte Entfernung von einer geraden Linie, die sich durch zwei angrenzende Wandprojektionszentren zu dem Zentrum der dritten Wandprojektion der Dreieckseinheit erstreckt, und wobei die

Dreieckseinheit =ein Dreieck ist, das nur ein Wandprojektionszentrum an jedem seiner Ecken aufweist, wobei jede Seite des Dreiecks sich zwischen den Wandprojektionszentren erstreckt, ohne ein kürzeres Liniensegment zu überschreiten, das zwei andere Projektionszentren verbindet.

Wenn die Wandprojektionsteile im gleichen Abstand angeordnet sind, und in einem quadratischen Muster über der Kanalseitenwand angeordnet sind, ist die Größe D der Zentrum-zu-Zentrum-Abstand zwischen den am engsten angrenzenden Projektionen,

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2313132

und D₁ ist gleich D₃. Somit ist in Fig. 11 D die Entfernung entlang der Seite des Quadratelements statt über der Diagonalen. Wenn jedoch das Projektionsmuster ein anderes ist als quadratisch, und wenn die Abstände nicht gleich sind, dann sind D- und D„ verschieden und das wirksame D ist nicht eine direkte Messung auf der Kanalseitenwand·

Fig. 25 illustriert vier mögliche Muster von Projektionen mit ungleichförmigen Abständen und zeigt das Verfahren, das zur Bestimmung von D₁ und D₂ aus der vorangegangenen Gleichung verwendet wird. Jede der Zeichnungen 25A, B, C und D repräsentiert die Draufsicht auf die Seitenwand eines Kanals, und Rippen wurden aus Einfachheitsgründen ausgelassen. Fig. 25A zeigt ein geradliniges Muster von Projektionen und die Dreieckseinheit ist durch ein Dreckeck abc dargestellt, das an jeder Ecke ein Wandprojektionszentrum aufweist. Der engste Abstand zwischen Wandprojektionszentrum des Dreiecks ist die Seite cb, die D₁ wird. Die senkrechte Entfernung von einer Linie durch c und b zur Rippenecke "a" ist die Seite ca des Dreiecks, und daher wird ca die Größe D₂. Wegen der Einfachheit des Musters ist nur eine Dreieckseinheit vorhanden.

Fig. 25B illustriert versetzte oder Rautenmuster von Projektionen, Eine Dreieckseinheit wird von dem Dreieck abc repräsentiert und die Seiten bc und ca sind bei der dargestellten Form gleich und stellen die kürzeste Entfernung zwischen den Wandprojektionszentren des Dreiecks dar, somit wird be (oder ca) D₁, und die senkrechte von dieser Seite durch die dritte Ecke wird D₂. Das Dreieck de und ef" ist eine zweite Dreieckseinheit, die in dem Muster gefunden wird, und in der dargestellten

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Weise sind die Seiten de und ef gleich, und bilden die kürzeste Entfernung zwischen den&rojektionszentren des Dreiecks, somit wird die Seite e"f (oder die Seite de) die Seite D^ und die Senkrechte zu einer Linie, die eine solche kürzeste Seite enthält und durch die dritte Ecke des Dreiecks läuft, wird D₂. Es sollte bemerkt wird, daß das Dreieck ghi auch zwischen Wandprojektionszentren gezogen werden kann, aber daß sie nicht die Anforderungen einer Dreieckeinheit erfüllen, da die Seite gi beide Liniensegmente eh und IS schneidet, die andere Projektionszentren verbinden und kürzer sind als gi. Die Dimension D für dieses Projektionsmuster würde bestimmt werden, indem die Werte für jedes

ecke
der Drei abc und def berechnet würde, und indem der größere Wert als Begrenzung für die Betrachtungsweise aufgrund der Wärmeübertragung und der Belastung ausgewählt werden.

Fig. 25C stellt versetzte vertikale Reihen von Projektionen und die einzelne Dreieckseinheit Dreieckseinheit dar, die enthalten ist, und die durch das Dreieck abc dargestellt wird. Wie dargestellt, ist die Seite cä die kürzeste Entfernung zwischen den Projektionszentren und wird D^. Die Senkrechte zur Seite ca und durch das dritte Projektionszentrum bei ^wb" laufend wird D₃. Das Dreieck def erfüllt nicht die Anforderungen für eine Dreieckseinheit, da die Seite df ein kürzeres Liniensegment ge schneidet, das andere Projektionszentren miteinander verbindet.

Die vorangegangenen Musteranordnungen der Figuren 25A₁ B und C sind relativ einfach und regelmäßig. In einigen Fällen

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kann es wünschenswert sein, kompliziertere Muster anzuwenden, wie z.B. das in Fig. 25 D gezeigte Muster. Die Projektionsanordnung der Fig. 25D ordnet eine verhältnismäßig große Anzahl von Projektionen in der Nähe der Kantenwand des Kanals an, wodurch zusätzliche Stützung für das Randwandgebiet er-

/tiar-

halten wird. Das gestellte Muster besteht aus zwei alternierenden Mustereinheiten, wobei das erste eine rechteckige Einheit ist, wie z.B. Jmnl, und wobei das zweite eine Rauteneinheit ist, wie z.B. lnig, wobei die Projektion h an ihrem Zentrum ist. Eine Dreiecksheinheit dieses Musters wird durch das Dreieck abc dargestellt, wobei die Seite bc die kürzeste Entfernung zwischen den Projektionszentren ist und D₁ wird, während die Seite ca die senkrechte Entfernung von der Seite bc durch das dritte Projektionszentrum bei "a" ist, und D₂ wird. Eine zweite Dreieckseinheit wird durch das Dreieck def dargestellt, bei dem die Seiten eT und de" gleich sind und die kürzeste Entfernung zwischen Projektionszentren des Dreiecks darstellen. Demzufolge wird die Seite ef (oder de) D₁, und die senkrechte Entfernung von dieser Seite zu dem dritten Projektionszentrum wird D₂* Eine dritte Dreieckseinheit wird durch das Dreieck ghi dargestellt, wobei die Seiten gh und LT gleich sind und die kürzesten Entfernungen zwischen den Projektionszentren des Dreiecks darstellen. Demzufolge wird gh (oder hi) D₁ und die Senkrechte von einer Linie, die diese kürzeste Seite enthält, und die durch das dritte Projektionszentrum des Dreiecks läuft, wird D₂. Das Dreieck JkI kann konstruiert werden, erfullfcaber nicht die Anforderungen einer Dreieckseinheit, da die Seite kf das kürzere Liniensegment Jm überschreitet, das andere Projektionszentren aitein-

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ander verbindet. Entsprechend wird die Dimension D für dieses Projektionsauster bestimmt, indem die Werte für jedes der Dreiecke abs, def und ghi berechnet wird, und indem der größte Wert dieser drei Werte ausgewählt wird.

Beispiel

Die Erfindung kann verglichen werden mit anderen Wärmeaustauscherkonfigurationen auf der Basis von Hinzufügen von verschiedenen Formen von Metall zu einer Basis-Automobil-Kühlereinheit, bestehend aus 80 Nur-Primär-Oberflächekanälen pro Fuß Hitzeaustauscherquerschnittsrichtung, wobei jeder Kanal eine Breite von 20 mm (0,8 inch) aufweist, mit 0,2 mm (0,008 inch) dicker Aluminiumlegierung, sowohl für das primäre als auch für das sekundäre Oberflächenmetall. Das Kühlmittel in den Kanälen besteht aus 40 Gewichtsprozent Äthylen-glykol in Wasser und die Fahrzeuggeschwindigkeit ist 60 Meilen pro Stunde, tile Isostress-Wandprojektionsteile werden in allen Wärmeaustauschern dieses Beispiels verwendet, mit den folgenden Eigenschaften: Projektionsabstand - 15,2 mm (0,6 inch)hönrizontal und 12,7 mm (0,5 inch) Abstand vertikal mit einer effektiven Dimension D von 10 mm (0,39 inch), d - 1,5 ma (0,06 inch) und H =1,49 mm (0,059 inch). Fig. 26 zeigt die Formen von Inkrementmetall für zusätzliche Wärmeübertragungskapazität zur Basiseinheit, einschließlich zusätzlicher Primäroberfläche als weitere Kanäle (Kurve A),

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glatte Bippen ohne Oberflächenverzerrungen (Kurve B), einzelne Rippen mit jalousienartigen geschlitzten Öffnungen an jeder Kanalkante (Kurve D).

Genauer gesagt zeigt die Fig. 26 die Beziehung zwischen der Veränderung dieser Wärmekapazität pro Einheitsveränderung im Gewicht (Δ BTÜ/min. χ ft²)/ Δ Ib., als die Ordinate über der zugefügten Prozentzahl von ursprünglichem Wärmeaustauschergewicht als die Abszisse. Kurve Δ repräsentiert die Veränderung der Wärmekapazität bei einem Nur-Primär-Oberflächenaustauscher, während die Kanalbreite von 20 mm (0,8 inch) auf 38 mm (1,5 inch) erhöht wird, und wobei das Aspektverhältnis von 12,4 (Basiseinheit) auf 21,8 erhöht wird. Kurve B illustriert die Veränderung der Wärmekapazität, wenn die gleichen Gewichte des Metalls zugefügt werden als glatte Rippen anstatt der Hinzufügung von nur Primär-Oberflächenwand. Es wird deutlich, daß es nur geringe Unterschiede zwischen diesen zwei Wahlen von Inkrementmetallen gibt. Das Hinzufügen von glatten Rippen zeigt einen leichten Vorteil von bis ungefähr 40% zusätzliches Gewicht und danach ist der Beitrag tatsächlich kleiner, als er erhalten würde, bei gleichen Gewichtsbedingungen für Nur-Primär-Oberflächenwand,

Kurve C zeigt die Veränderung der Wärmekapazität pro Gewichtseinheit von hinzugefügtem Metall, wenn einzelne jalousiengeschlitzte Aperturrippen hinzugefügt werden zum Basiskanal von 20 mm (0,8 inch) Breite. Die vorher definierten Winkel für diese Rippenflächenverzerrungen sind die folgenden:

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O = 65°, /^ = 56°, und (J = 74°, und die Jalousiendimension S ist 2,1 mm (0,083 inch). Das Verhältnis (0_c + Oj₁)/I_T wird von 1,5 auf 2,8 erhöht, entsprechend zu 125 und 190% des ursprünglichen Wärraeaustauschergewichts. Es wird deutlich, daß das wahlweise Hinzufügen von großen Mengen von Metall in irgendeiner Form schließlich einen Punkt erreichen wird, wo kein Vorteil mehr erreicht wird, da die Kurven konvergieren. Es wird jedoch auch deutlich, daß innerhalb des Bereiches von Fig. 26, d.h. bis zu 90% des Gewichts von Inkreraentmetall, die einzelnen, jalousiengeschlitzten Aperturrippen mindestens einen zweifachen Vorteil über die gleichartige Hinzufügung von Nur-Primär-Metall aufrechterhalten, wie durch Kurve A dargestellt.

Kurve D stellt das Hinzufügen von Metall in der Form von doppelten, jalousiengeschlitzten Rippen dar und zeigt eine noch bessere Anwendung des hinzugefügten Metalls, als es bei den einzelnen Rippen der Kurve C der Fall ist.

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Claims (23)

1. Patentansprüche

   b) eine Vielzahl von Kanälen, die aus Aluminium gebildet sind_e und die jeweils einen länglichen Querschnitt aufweisen, der von Seitenwänden und Kantenwänden begrenzt wird, jeweils von einer Dicke zwischen 0,076 mm und 0,38 mm (0,003 und 0,015 inch) und mit einem Apsektverhältnis der Länge zur Breite eines äquivalenten Rechtsecks von mindestens 4, wobei die Kanäle in Längsrichtung ausgerichtet sind parallel in Abstandsbziehung zu einer ersten Fluidumeingangsöffnung an einem Ende und einer ersten Fluidumausgangsöffnung am entgegengesetzten Ende, und mit gemeinsamen Einlassverzweigungseinrichtungen und gemeinsamen Ausgangsverzweigungseinrichtungen für die ersten Fluidumeingangsöffnungen und die ersten Fluidumausgangsöff mangen, und mit einer Vielzahl von Wandprojektionsteilen, die an jeder Seitenwand gebildet sind und über der Seitenwandfläche verteilt sind und sich davon nach aussen erstrecken, mit den lasttragenden Endsegmenten so geformt, dass sie mit lasttragenden Endsegmenten von den Projektionsteilen eine angrenzende Kanalseitenwand berührt wird und mit ihr zusammenpasst, wodurch die Kanäle im Abstand zueinander angeordnet werden, wobei die äussersten Endsegmente gegen den äusseren Strukturrahmen anliegen und die Kanallast auf* diesen Rahmen über-

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   tragen, wobei die Wandprojektionsteile eine Dimensionsgröße und eine Dimenionsbeziehung zwischen sich haben, die durch eine Dimension D von ungefähr 5 mm bis 25 mm (0,2 und 1 inch) gebildet wird, durch eine Dimension H zwischen 0,5 und 3,5 mm (0,02 und 0,14 inch) und mit einem D/d Verhältnis von ungefähr 3 bis 18, wobei H die maximale Höhe ist, gemessen senkrecht von einer Ebene, die die Extremität der Projektionsendsegmente enthält, bis zu einer Ebene, die den weitest entfernten Punkt der Seitenwandoberfläche enthält, wobei D den effektiven Abstand zwischen den Zentren der angrenzenden Wandprojektionsteile einer Seitenwand bedeutet, bestimmt gemäß der Formel D« 3 /D^ + D^ , wobei D^ = der kürzesten Ent-

   Y 2"

   fernung zwischen zwei angrenzenden Wandprojektionsteilen in irgendeiner Dreieckseinheit des Projektionsmusters auf der Seitenwand ist, Dp= der senkrechten Entfernung von einer geraden Linie, die sich durch zwei aagrezende Wandprojektionszentren zum Zentrum der dritten Wandprojektion der gleichen Dreieckseinheit erstreckt, wobei die Dreieckseinheit ein Dreieck ist, das nur je ein Wandprojektionszentrum für jede Ecke aufweist, wobei jede Seite des Dreiecks sich zwischen Wandprojektionszentren erstreck*, ohne ein kürzeres Liniensegment zu überschreiten, das andere Projektionszentren miteinander verbindet, und wobei d die Dimension des Verhältnisses 4a/p ist, wobei a die Fläche des lasttragenden Endsegmentes der wand— stutzenden Projektion ist, und ρ der Umfang des lasttragenden Segmentes, und wobei die Wandprozektionsteile auch eine Elevationskontur haben, so dass das Verhältnis θ zu R zwischen 4 und 2500° pro Inch beträgt, wobei θ

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   der maximale Winkel des Metalls in dem Projektionsteil ist, mit bezug zu der Basisebene der Seitenwand, und gemessen in einem Querschnitt, der durch das Projektionsteilzentrum läuft, senkrecht zur Basisebene, und wobei R der minimale Krümmungsradius des Metalls ist, gemessen ausserhalb des Projektionsteils;

   c) durch Kanäle und Wandprojektionsteile, und durch äussere Strukturrahmen, die so angeordnet und kontrolliert sind, dass ein zweites Fluidum durch den äusseren Strukturrahmen senkrecht zu und im Abstand zwischen den Kanälen im Wärmeaustausch mit dem ersten Fluidum fließt, und <jL) durch mindestens eine dünne Aluminiumrippe von einer Dicke zwischen 0,^^und 0,38 mm (0,OQlTund 0,015 inch),

   ct\j die sich mindestens von einer Kantenwand eines jeden Kanals

   ^i entlang dessen gesamter Länge nach aussen erstreckt, wobei

   die Rippen in einer Anzahl und mit einer Oberfläche ver-O g sehen sind, relativ zur Kanaloberfläche, so dass das Ver-

   ° hältnis (0_c + Op)/l,_T der Kanalaussenoberfläche (0_c) plus ® J? Rippenoberfläche ausserhalb des Kanals (O™) zur Gesamt- §f oberfläche innerhalb des Kanals (im) zwischen 1,2 und 4,0 liegt, und wobei jede Rippe eine Vielzahl von Oberflächenverzerrungen aufweist, von der Rippenebene in den Spalt zwischen angranzenden Rippen hinein von angrenzenden Kanälen, die eng aneinander mit Abständen (S) zwischen 0,25 und 5 mm (0,01 und 0,2 inch) angeordnet sind, gemessen in der Kanallängsachse, um so eine Gesamtverzerrungsflache zu bilden,/Mindestens 40% der Rippenoberfläche beträgt, wodurch der zweite Fluidumfilm über der Rippenbreite unterbrochen wird.

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2. 2. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenoberflächenverzerrungen parallele Jalousien und geschlitzte öffnungen aufweisen, die in einer ^alousienartigen Konfiguration über der Rippenbreite angeordnet sind.
3. 3. Querstroarwörmeaustauscher nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenpberflächenverzerrungen eine Vielzahl von gefalteten Streifen über der Rippenbreite umfasst, die von parallelen Schlitzen getrennt sind, wobei jeder gefaltete Streifen Hügel und Täler aufweist, mit Öffnungen, die von den Streifenkanten zwischen den Hügeln und Tälern gebildet werden, und mit Hügeln und Tälern von angrenzenden gefalteten Streifen in Nichtausrichtung zur senkrechten Richtung zu den Schlitzen.
4. 4. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenoberflächenverzerrungen eine Serie von Wellungen umfassen, die Hügel und Täler aufweisten, die parallel zur Kanallängsachse angeordnet sind und einen seitlichen Abstand voneinander haben.
5. 5. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenoberflächenverzerrungen Eindellungen umfassen, die über der Rippenoberfläche verteilt sind und durch nicht verzerrtes Metall getrennt werden, wobei die Eindellungen in longitudinalen Reihen angeordnet sind, die parallel zur Kanallängsachse sind.

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6. 6. Quers^romwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Rippe sich nach aussen von
   jeder Kantenwand eines jeden Kanals erstreckt«
7. 7. QuerStromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rippen sich von jeder Kantenwand eines jeden Kanals nach aussen erstrecken.
8. 8. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (O„ + OpO/l™ zwischen 1,3
   und 3,0 liegt.
9. 9β Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenoberflächenverzerrungen in Abstandsintervallen (S) zwischen 0,5 und 2,5 mm (0,02 und 0,01 inch) liegen.
10. 10. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle eine Breite von 19 bis 51 mm
    (0,75 bis 2,0 inch) aufweisen, dass die Rippen eine Breite von 5 bis 12,7 mm (0,2 bis 0,5 inch) aufweisen.
11. 11. QuerStromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis der Kanäle mindestens
    8 beträgt.
12. 12. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandprojektionsteile eine Isostresselevationskontur haben.

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13. 13. QueretroisifönBeausteuBcher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet? dass die Wandprojektionsteile eine Kegelstumpf-

    haben, r-
14. 14» QuerstroiBwftrmeaustauecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandprojektionsteile eine Isotresskontur und Rlppenoberflächenverzerrungen aufweisen, und dass sie parallele Jalousien und geschlitzte öffnungen aufweisen, di© in einer Jalousienartig angeordneten Konfiguration ttb©r der Rippenbreite angeordnet sind.
15. 15· QuerstFöstfäraeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, aase die Wandprojektionsteile eine Dimension
    D zwisaheu 7f.e und 21,6 mm (0,3 und 0,85 inch) besitzen,
    eine Bietjoeion H zwischen ungefähr 0,63 und 2,5 mm (0,025 und 0,1 iaeh), und ein Verhältnis D/d zwischen ungefähr
    6 und 14,
16. 16. QuerstrfieaustauBcher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandprojektionsteile eine Isostresselevationskontur aufweisen, so dass das Verliältnis θ zu R
    zwischen 4 und 100® pro Inch liegt.
17. 17. efcierstFOüwSriieaußtaüscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandprojektionsteile eine Isostresselevationakontur aufweisen, so daes das Verhältnis θ zu R
    zwischen 4 told 100° pro Inch liegt.
18. 18. Querstroffiwörmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlitzten Rippen mit einem Annäherungswinkel Θ¹ von zwischen 0 und 70° Hergestellt sind,

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    wobei der Annäherungswinkel Θ¹ als der Winkel definiert wird, der zwischen einer ersten Linie liegt, die parallel ist zu einer Ebene, die die maximale Dimensionsbreitenlinie und die longitudinale Dimensionsbreitenlinie und die longitudinale Dimensionslängslinie der Kanäle aufweist, und senkrecht zu der longitudinalen Längslinie des Kanals liegt, und einer zweiten Linie, die von dem Schnitt einer Ebene auf die Oberfläche einer Jalousie auf der geschlitzten Rippe, wobei die Ebene senkrecht zur Oberfläche der Jalousie steht und die erste Linie enthält, wie oben definiert.
19. 19. Querstromwärmeausitauscher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Annäherungswinkel Θ¹ wie folgt definiert: sinus Θ¹ =» (cosinus/i sinus Y-cosinus X sinus P cosinus cC )» wobei p der Winkel ist, der zwischen der Ebene der Rippe und der Ebene des Jalousieteils gebildet wird, zwischen angrenzend geschlitzten Öffnungen; / ist der Winkel, der zwischen der Ebene der Rippe und einer Ebene gebildet wird, die die maximale Breitenlinie und die longitudinale Längsachse der Kanäle enthält; und </-^ ist der Winkel, der zwischen der longitudinalen Längslinie der Kanäle und der longitudinalen Längslinie des Schlitzes gebildet wird, der zwischen angrenzenden Jalousien gebildet wird.
20. 20. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, <
    45^Q liegt.

    zeichnet, dass der Annäherungswinkel Θ¹ zwischen 0° und

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21. 21. Querstromwärmeaustauscher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeiehnet, dass der Annäherungswinkel Θ¹ zwischen 0° und 45° liegt, wobei die maximale Dimensionsbreitenlinie des Kanals zwischen 19 mm und 51 mm (0,75 und 2,0 inch) und die Rippenbreite weniger als 15 mm (0,6 inch) beträgt.
22. 22. Guerstromwärraeaustauscher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Jalousien der jalousienartigen Konfiguration mindestens 0,5 mm (0,02 inch) beträgt.
23. 23. Guerstroffiwärmeaustauscher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel β zwischen 30° und 60 beträgt, der Winkel )f zwischen 45° und 135° und der Winkel inzwischen 0° und 60°.

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