DE3020424C2

DE3020424C2 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE3020424C2
Application number: DE3020424A
Authority: DE
Inventors: Michio Kariya Hiramatsu
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1980-04-30
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2000-05-30
Also published as: DE3020424A1; US4332293A; JPS56155391A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Diese Art von Wärmetauscher ist als Kühler für Kfz-Motoren aus dem DE-GM 6602685 sowie der US-PS 3250325 bekannt. Für diese Anwendung des Wärmetauschers beträgt üblicherweise die Tiefe der Rippen bis zu 32 mm und liegt der Rippenabstand zwischen 3,5 und 4 mm. Derartige Wärmetauscher erfordern, wenn sie beispielsweise zur Kühlung eines Kfz-Motors mittlerer Leistung eingesetzt werden, verhältnismäßig große Abmessungen, um die gewünschte Kühlleistung zu erzielen. Andererseits erweist es sich aufgrund der Vielzahl von Zusatzgeräten, die im Motorraum eines Kraftfahrzeuges untergebracht werden sollen, als notwendig, gerade die Abmessungen so großer Bauteile wie des Motorkühlers zu verringern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß er bei kompakten Abmessungen eine hohe Kühlleistung besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei Einhaltung solcher Abmessungen wird nicht nur das Gewicht und die räumliche Abmessung vermindert, es wird überraschenderweise auch noch die Leistung b:i gleicher Austauschfläche verbessert.

Es ist aus der GB-PS 1497935 ein Wärmetauscher bekannt, dessen Rippen keine Lamellen besitzen sondern glatt sind und für den Bemessungsregeln angegeben sind, aus denen sich für die Tiefe der Rippen ein Wertebereich für die Mindestabmessungen von 8 bis 120 mm errechnen läßt, während die Rippenabstände zwischen 0,4 bis 12 mm betragen sollen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Bevorzugterweise beträgt gemäß Patentanspruch 2 der Rippenabstand in an sich bekannter Weise zwischen 1,8 und 2,8 mm. Bei diesen Weiten erreicht die Kühlleistung jeweils einen Maximalwert, die sich weiter noch durch eine Änderung der Länge der Leitflächen auf die Werte gemäß Patentanspruch 3 erhöhen läßt.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Alisführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

ίο F i g. 1 eine Frontansicht eines Kraftfahrzeug-Kühlers, Fig. 2 eine vergrößerte, in der Perspektive gezeigte Teilansicht eines Flachrohrpaars des Kühlers mit dazwischen angeordneten gewellten Rippen,
Fig. 3 zeigt graphisch den Zusammenhang zwischen dem Rippenabstand und der Wärmedurchgangszahl der gewellten Rippen,

Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung eines Querschnitts durch eine Rippe, die mit Lamellen versehen ist, welche Leitflächen und Öffnungen bilden,

Fig. 5 zeigt graphisch den Zusammenhang zwischen der Länge der Leitflächen und der Wärmedurchgangszahl der Rippen für unterschiedliche Rippenabstände. Gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt der Kühler 1 für ein Kraftfahrzeug einen oberen Wasserkasten laaus Kunststoff oder Messing mit einem Einlauf \b und einem Einfüllstutzen Id Der obere Wasserkasten la sitzt auf einem Küh'.erblock, deraus einerReihe von im Abstand parallelen Flachrohren Ic sowie gewellten Rippen Ie besteht, die zwischen den Flachrohren Ic angeordnet und jeweils mit den benachbarten Flachrohren lein thermischer Verbindung stehen. Am Boden des Kühlerblocks ist ein unterer Wasserkasten 1/ angebracht, der einen Auslauf Igbesitzt. Das über den Einlauf \b vom Motor zuströmende Wasser wird im oberen Wasserkasten la auf die Flachrohre Ic verteilt, durchströmt diese nach unten in den als Sammler dienenden unteren Wasserkasten l/den es über den Auslauf lgin Richtung auf den Motor verläßt. Der untere Wasserkasten 1/ besteht aus demselben Werkstoff wie der obere Wasserkasten la

Jedes Flachrohr lcbesteht aus einer dünnen Messingfolie, die beispielsweise 0,13 mm stark ist und die in eine im Querschnitt gesehen etwa rechteckige Form mit abgerundeten Ecken mit einer Stärke B von 2 mm gebracht ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird und deren Abmessung in der Tiefe A 8 bis 19 mm beträgt. Die gewellten Rippen Ie sind zwischen 12 rnd 23 mm vorzugsweise 15 bis 18 mm lang und haben an jedem Ende einen Überstand Y2 von bis zu 2 mm gegenüber den Flachrohren Ic Die Rippen lebestehen aus einem dünnen Kupferstreifen, der eine Dicke von 0,05 bis 0,06 mm besitzt und in eine wellige Form gebracht ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die gewellten Rippen ie und die parallelen Flachrohre Ic definieren Kanäle für eine Luftströmung x, wie sie durch einen Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist und durch einen nicht gezeigten Luftventilator erzeugt wird. Die Flachrohre lcsind so angeordnet, daß die Längsachse ihres rechteckigen Querschnitts im wesentlichen parallel zur Richtung der Luftströmungxdurch den Kühler verläuft, wobei nur eine Reihe paralleler Flachrohre Ic vorgesehen ist.

In jeder Rippe lesind durch Schlitze Lamellen gebildet, die eine Vielzahl von Leitflächen Ie' und eine Vielzahl von Öffnungen bilden, die zwischen diesen begrenzt werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt wird. Jede Leitfläche Ie' ist um einen Winkel θ geneigt, der in der Größenordnung zwischen 18° und 32° liegt. In der gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel θ im

wesentlichen 25°.

Die gewellten Rippen lewerden auf folgende Weise mit den Flachrohren Ic verbunden: die Oberflächen der Flachrohre 1 c werden mit einem Hartlot-Werkstoffplattiert und die gewellten Rippen Ie dann mittels einer Montagevorrichtung mit den plattierten Flachrohren Ic vormontiert. Die Montageeinheit wird dann in einem Ofen erhitzt, so daß die Plattierung schmilzt und gewellte Rippen Ie und Flachrohre miteinander verbunden werden. Der Abstand der Flachrohre lcbeträgt dabei zwischen 8,5 bis 14, vorzugsweise 9 bis 11 mm.

Zur Ermittlung dieser optimalen Abmessungen für den Kühlerblock wurden Versuche durchgeführt. Zunächst wurden Versuche mit verschiedenen Rippentiefen C der Rippen Ie, gemessen in der Richtung paraliel zur Richtung der Luftströmung χ und im folgenden mit »Rippentiefe« C bezeichnet, durchgeführt, um den Einfluß der Verkürzung der Rippentiefe C auf die Kühlleistung des Kühlers 1 herauszufinden.

Bei gleichen Abmessungen l\ und I₂ derBreitseite des .in Fig. 1 gezeigten Kühlerblocks (A = 325mm; I₂ = 490 mm) wurde unter Abstimmung des Rippenabstands F_p und der Rippentiefe C auf eine konstante Wärme-Austauschfläche der geweilten Rippen Ie die Rippentiefe C schrittweise verkleinert und die Kühlleistung gemessen, um die Wärmedurchgangszahl zu erhalten. Die maximale Wärmedurchgangszahl wurde mit einer Rippentiefe C von 16 mm erhalten. Die Wärmedurchgangszahl der Rippen Ie mit einer Rippentiefe C von 12 bis 23 mm sind über 10% größer als die Wärmedurchgangszahl einer Rippe Ie herkömmlicher Bauart nut einer Rippentiefe C von 32 mm. Die Wärmedurchgangszahlen bei Rippentiefen C von 15 bis 18 mm sind sogar über 15% größer als die Wärmedurchgangszahl einer herkömmlichen Rippe Ie mit herkömmlicher Rippentiefe C von 32 mm.

In diesem Bereich optimaler Abmessungen der Rippentiefe C wurde der Einfluß des Rippenabstands F_p auf die Wärmedurchsangszahl der gewellten Rippen Ie ermittelt. Drei Arten von gewellten Rippen lemit Rippentiefen C von 14 mm, 16 mm bzw. 20 mm wurden fur die Versuche herangezogen und der Rippenabstand F_p variiert. Die ermittelten Wärmedurchgangszahlen sind in F i g. 3 gezeigt, in der die Kurven C, H und /den Rippentiefen 14 mm, 16 mm bzw. 20 mm zugeordnet sind. Der Punkt Y in Fig. 3 zeigt die Wärmedurchgangszahl der herkömmlich gewellten Rippen mit einer Rippentiefe C von 32 mm und einem Rippenabstand F_p vn 3,5 mm. Man erkennt, daß die Wärmedurchgangszahlen der gewellten Rippen Ie angehoben werden, wenn die Rippentiefe C und ferner der Rippenabstand F„ gegenüber den herkömmlichen Rippen Ie verkleinert wird.

Die maximalen Wärmedurchgangszahlen der drei Arten von Rippen \e werden bei einem Rippenabstand F_p von im wesentlichen 2,2 mm erhalten. Beschränkt man die Rippenabstände F_p auf den Bereich von 1,5 bis 3,3 mm und speziell auf den Bereich von 1,8 bis 2,8 mm, werden die Wärmedurchgangszahlen der drei Arten von gewellten Rippen legegenüber herkömmlichen Rippen wesentlich verbessert. Die in Fig. 3 gezeigten Ergebnisse wurden unter der Bedingung erhalten, daß Luft mit einer Geschwindigkeit von 10 m/sec durch den Kühler 1 geblasen wurde.

Weitere Versuche wurden über den Einfluß der Länge Lw der Leitflächen Ie' der Lamellen auf die Wärmedurchgangszahlen der Rippen Ie durchgeführt. Fünf Arten von gewellten Rippen Je — alle mit der gleichen Rippentiefe C von 16 mm aber mit unterschiedlichen Rippenabständen F_p von 1,5 mm, 2,0 mm, 3,0 mm und 4,0 mm — wurden in den Versuchen verwendet, wobei die Länge der Leitfächen Ie' variiert wuide. Die Ergebnisse der Versuche sind in Fi g. 5 gezeigt, wobei die Kuiven J, K, L, M bzw. N die Testergebnisse mit den Rippenabrtänden F_p von 1,5 mm, 2,0 mm, 3,0 mm, 3,3 mm und 4,0 mm zeigen; eine Kurve O zeigt die theoretische Wärmedurchgangszahl von Rippen Ie, die man erhalten würde, wenn Luft entlang gewellter Rippen Ie ohne irgendeine Teilung strömen würde. Man erkennt aus Fig. 5, daß bei unterschiedlichen Werten für den Rippenabstand Fp die jeweiligen maximalen Wärmedurchgangszahlen bei anderen Längen der Leitflächen Ie' gefunden wurden, wobei die Wärmedurchgangszahl ansteigt, wenn die Länge Lw der Leitfläche Ie' abnimmt. Bei Rippenabständen F_p zwischen 1,5 bis 3,3 mm liefert die Länge Lw der Leitfläche Ie' von 0,7 bis 1,2 mm eine gute Wärmedurchgangszahl, während bei /,,^-Werten von 0,9 bis 1,1 mm eine ausgezeichnete Wäremdurchgangszahl der Rippen Ie erreicht wird.

Die in Fig. 5 gezeigten Versuchsergebnisse wurden mit der Randbedingung erreicht, daß die Geschwindigkeit des Luftstroms durch den Kühler 1 im wesentlichen bei 10 m/sec lag und die Winkel θ der Leitflächen Ie' gegen die Ebene der entsprechenden Rippen Ie im Bereich von 24° lagen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher, insbesondere Kühler für Kfz-Motoren mit einer Vielzahl von im Abstand parallel zueinander angeordneten Flachrohren, die Kanäle für ein erstes Strömungsmittel bilden, mit gewellten Rippen, die zwischen den Rohren an sie angrenzend angeordnet und mit Lamellen versehen sind, die Leitflächen und Öffnungen bilden, wobei sich die Rippen quer zur Längsrichtung der Flachrohre erstrecken und Kanäle für ein zweites Strömungsmittel bilden, und mit einer Einlaß- und Verteilkammer und einer Sammel- und Auslaßkammer für das erste Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (C) der Rippen (Ie) in an sich bekannter Weise zwischen 12 und 23 mm beträgt, daß die Rippenabstände (F_p) in an sich bekannter Weise zwischen 1,5 und 3,3 mm betragen und daß jede Leitfläche (Ie¹) eine Länge (Lw) von 0,7 bis 1,2 mm besitzt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenabstände an an sich bekannter Weise (F_p) zwischen 1,8 und 2,8 mm betragen.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfläche (Ie¹) eine Länge (Lw) von 0,9 bis 1,1 mm besitzt.