DE602004007251T2 - Innere rippe mit ausgeschnittenem fenster für wärmetauscher - Google Patents

Innere rippe mit ausgeschnittenem fenster für wärmetauscher Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet einer inneren Lamelle, die in einer Röhre angeordnet ist, welche in einem Wärmetauscher wie z.B. einem Kühler für Motorfahrzeuge o.dgl. vorgesehen ist, um einen Kanal für ein Wärmetauschmedium zu bilden, um die Effizienz des Wärmetausches zu verbessern, und die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine innere Lamelle mit einem ausgeschnittenen Fenster für Wärmetauscher, wobei es das ausgeschnittene Fenster einem Wärmetauschmedium erlaubt, von einem Kanal zu einem dazu benachbarten Kanal zu fließen, wobei die Kanäle in Wänden der inneren Lamelle geformt sind, um die Effizienz des Wärmetausches weiter zu verbessern.
  • HINTERGRUND DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Eine konventionelle innere Lamelle mit ausgeschnittenem Fenster für Wärmetauscher ist z.B. in dem japanischen Patent Nr. 2555449 offenbart. Bei dieser konventionellen inneren Lamelle ist eine flache Platte, die eine Vielzahl von rechteckigen eingebauten Öffnungen besitzt, in eine rechtwinklige gewellte Form gefaltet, so daß vertikale Wände und seitliche Wände in einer rechtwinkligen Form gebildet sind, um sich kontinuierlich entlang der Flußrichtung eines Wärmetauschmediums zu erstrecken, wobei ein Schlitz so geformt ist, daß er entlang jeder der vertikalen Wände zu einem Teil der seitlichen Wände auf beiden Seiten der vertikalen Wände verläuft. Die vertikalen Wände und die seitlichen Wände teilen den Fluß des Wärmetauschmediums in ihre Wandrichtungen, und die Schlitze erlauben es diesen geteilten Wärmetauschermedien, durch die Schlitze zu fließen und sich partiell miteinander zu mischen, wobei die Turbulenz erzeugt wird, die das Entstehen von Grenzschichten an den Wänden unterdrückt.
  • Eine zweite konventionelle innere Lamelle ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung (Tokkaihei) Nr. 06-129734 offenbart. Diese innere Lamelle ist in einer gewellten Form ausgebildet und besitzt eine Vielzahl von kommunizierenden Öffnungen in ihren Seitenwänden, um das Wärmetauschmedium mit den Seitenabschnitten der kommunizierenden Öffnungen zu teilen und zu durchmischen.
  • Dritte und vierte konventionelle Lamellen sind in der deutschen Patentanmeldung DE 32 27 146 A1 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung (Tokkaihei) Nr. 01-098896 offenbart. Diese konventionellen inneren Lamellen besitzen Seitenwände, die mit ausgeschnittenen Abschnitten oder Leitgittern gebildet sind, die sich davon erstrecken, um fluidmäßig den angrenzenden Kanal des Wärmetauschmediums zu verbinden. Das Wärmetauschmedium wird von den Kantenabschnitten der ausgeschnittenen Fenster oder der Leitgitter geteilt und verwirbelt.
  • Jedoch besitzen die oben beschriebenen inneren Lamellen die folgenden Nachteile. Bei der ersten konventionellen inneren Lamelle sind die vertikalen Wände und die Seitenwände in der gefalteten rechteckigen Form gebildet, um sich stufenlos in der Flußrichtung des Wärmetauschmediums mit den dazwischen liegenden Schlitzen zu erstrecken. Diese Struktur kann den durch Einfluß des Wärmetauschmediums bei der konventionellen inneren Lamelle hervorgerufenen Druckverlust verglichen mit dem in einer versetzten inneren Lamelle reduzieren, während nur ein geringer Teilungsfluß des Wärmetauschmediums von einem Kanal zu einem anderen durch die Schlitze auftritt. Der Grund dafür ist, daß die vertikalen Wände und die seitlichen Wände sowie die gesamte Struktur sich stufenlos entlang der Flußrichtung des Wärmetauschmediums erstreckt, was das Wärmetauschmedium dazu bringt, parallel durch vordere und rückwärtige Seitenkanäle auf beiden Seiten der vertikalen Wände mit gleicher Geschwindigkeit zu fließen. Dies ruft nur einen geringen Teilungsfluß durch die Schlitze von einem Kanal zu seinem benachbarten Kanal hervor.
  • Daneben erstrecken sich vorstehende Rippen kontinuierlich in einer Breitenrichtung der Platte, weshalb es, um Kanäle für das Wärmetauschmedium zu erhalten, die länger als eine Platte sind, notwendig ist, eine Vielzahl von Platten, die jeweils vorstehende Rippen ähnlich zu der obigen Platte besitzen, in der Breitenrichtung anzuordnen und mit Verbindungsplatten zu verbinden, um eine innere Lamelle zu bilden, was zu einem Anstieg der Produktionskosten geführt hat.
  • Bei der zweiten konventionellen inneren Lamelle ist die Fläche der kommunizierenden Öffnungen größer als die der Schlitze der ersten konventionellen inneren Lamelle, und bei den dritten und vierten konventionellen inneren Lamellen sind ausgeschnittene Abschnitte und Leitgitter nach außen vorstehend vorgesehen. Die Endabschnitte der kommunizierenden Öffnungen besitzen dieselbe Dicke wie diejenigen der zugehörigen Seitenwände, die nicht in einer Breitenrichtung einer Platte vorspringen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der o.g. Probleme gemacht und eines ihrer Ziele ist es, eine preisgünstige innere Lamelle mit ausgeschnittenem Fenster für Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, den Druckverlust eines Wärmetauschmediums in einem Wärmetauscher wie einem Kühler zu reduzieren und einen hohen Grad der Verbesserung der Wärmetauscheffizienz erzielen zu können.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Innere Lamelle mit ausgeschnittenem Fenster (10, 11) für Wärmetauscherröhren, wobei die innere Lamelle umfaßt:
    eine Vielzahl von vorstehenden Rippen (2, 3), von denen jede von einem Wandabschnitt (6) jeweils auf vorderen und hinteren Seiten einer Platte (1) geformt ist und sich entlang einer longitudinalen Richtung der Platte mit einer vorbestimmten Breite erstrecken, um vorderseitige und rückseitige Rinnen (4, 5) zu bilden, die zwischen einander benachbarten vorstehenden Rippen vorgesehen sind, um als Kanäle für ein Wärmetauschmedium zu dienen, wobei die Kanäle voneinander durch den Wandabschnitt (6) getrennt sind und wobei der Wandabschnitt eine mit einem ausgeschnittenen Fenster (10, 11) ausgebildete Seitenwand (7) besitzt, wobei das ausgeschnittene Fenster (10, 11) durch Ausschneiden des vorderseitigen Bodens (8) oder des rückseitigen Bodens (9) des Bodens gebildet ist, und
    einen Wehrabschnitt (12, 13), der an einem Boden eines Einlasses für das Wärmetauschmedium in dem ausgeschnittenen Fenster, das in dem Wandabschnitt (6) vorgesehen ist, um es den einander benachbarten Rinnen (4, 5) zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren, vorgesehen ist, wobei der Wehrabschnitt (12, 13) von einem Boden der Rinne (4, 5) vorsteht, um das Auseinanderfließen und Durchmischen des Wärmetauschmediums zu begünstigen,
    wobei die innere Lamelle dadurch gekennzeichnet ist, daß der Wehrabschnitt (12, 13) durch Verschieben der Seitenwand (7) in Richtung auf den entsprechenden anderen des frontseitigen Bodens (8) und des rückseitigen Bodens (9) gebildet ist, so daß das Material des verschobenen Abschnittes der Seitenwand (7) zu dem anderen Boden (8, 9) bewegt wird, um sich an dem anderen Boden (8, 9) anzusammeln, so daß die Wehrabschnitte (12, 13) in einer Breitenrichtung der Platte (1) im Bereich des Bodens des Einlasses des ausgeschnittenen Fensters (10, 11) vorstehen.
  • Bei einer inneren Lamelle, die wie oben beschrieben strukturiert ist, sind die Rinnen, die als Kanäle für das Wärmetauschmedium dienen sollen, aufgrund der kontinuierlichen Formation der vorspringenden Rippen in der Längsrichtung der Platte linear geformt, so daß der Fließwiderstand des Wärmetauschmediums in den Kanälen gesenkt werden kann und eine solche innere Lamelle aus einer Platte zu niedrigen Kosten geformt werden kann. Ferner trifft das entlang des Bodens der Rinnen fließende Wärmetauschmedium, da die innere Lamelle mit dem in dem Wandabschnitt vorgesehenen ausgeschnittenen Fenster und dem am Boden des ausgeschnittenen Fensters vorgesehenen von dem Boden der Rinne vorspringenden Wehrabschnitt versehen ist, gegen den Wehrabschnitt, um durchmischt zu werden, so daß das Auseinanderfließen zu/von den benachbarten Rinnen erhöht wird. Als ein Resultat kann die Bildung von Grenzschichten verhindert werden, was es möglich macht, die Effizienz des Wärmetausches des Wärmetauschmediums mit der inneren Lamelle und einer Röhre zu verbessern.
  • Vorzugsweise ist der Wehrabschnitt an dem Boden jeder der Rinnen sowohl an der vorderseitigen Oberfläche als auch an der rückseitigen Oberfläche der Platte ausgebildet.
  • Wehrabschnitte, die an dem Boden der Rinnen sowohl auf der vorderseitigen Oberfläche als auch auf der rückseitigen Oberfläche der Platte gebildet sind, verwirbeln das Wärmetauschmedium sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite her, was entsprechend die Funktion des Durchmischens des Wärmetauschmediums zum Verhindern der Ausbildung von Grenzschichten verbessert, was in einem vergrößerten Effekt der Verbesserung der Wärmetauscheffizienz resultiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer mit einem ausgeschnittenen Fenster versehenen, zu einer inneren Lamelle geformten Platte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil der Platte gemäß 1 zeigt, die mit ausgeschnittenen Fenstern und Wehrabschnitten versehen ist,
  • 3 ist eine Ansicht, die zeigt, wie eine gewellte Platte, die die innere Lamelle gemäß 1 werden soll, mit den ausgeschnittenen Fenstern und den Wehrabschnitten durch Walzformen gebildet wird und
  • 4 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel des Layoutmusters der ausgeschnittenen Fenster der inneren Lamelle gemäß 1 zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • (Erste Ausführungsform)
  • Zunächst wird die Struktur einer inneren Lamelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • In der 1 ist eine Platte 1, die eine vorbestimmte Breite besitzt und die so geformt ist, daß sie eine innere Lamelle bildet, mit einer Vielzahl von vorspringenden Rippen 2 und 3, die abwechselnd zur Vorderseite und Rückseite vorspringen, vorderseitigen Rinnen 4, die zwischen benachbarten vorderseitigen vorspringenden Rippen 2 und 2 gebildet sind, und rückseitigen Rinnen 5, die zwischen benachbarten rückseitig vorspringenden Rippen 3 und 3 gebildet sind, versehen.
  • Die vorspringenden Rippen 2 und 3 sind jeweils entlang einer Längsrichtung der Platte 1 auf vorder- und rückseitigen Oberflächenseiten einer Platte 1 vorgesehen. Insbesondere ist jede vorderseitige vorspringende Rippe 2 durch einen Wandabschnitt 3 gebildet, der benachbarte Seitenwände 7 und einen vorderseitigen Boden 8, der diese Seitenwände 7 auf der Vorderseite verbindet, umfaßt, und jede der rückseitigen vorspringenden Rippen 3 ist durch einen Wandabschnitt 6 gebildet, der benachbarte Wände 7 und einen rückseitigen Boden 9, der diese Wände 7 auf der Rückseite verbindet, umfaßt. Deshalb sind die vorder- und rückseitigen Rinnen 4 und 5, die jeweils als Kanäle für ein Wärmetauschmedium dienen, voneinander durch die Wandabschnitte 6 getrennt.
  • Die Seitenwände 7 sind stufenlos entlang der Längsrichtung der Platte 1 gebildet und besitzen ausgeschnittene Fenster 10 und 11 in einem Teil davon in der Längsrichtung. Über die ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 kommunizieren benachbarte vorder- und rückseitige Rinnen 4 und 5 miteinander. Diese ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 sind durch Ausschneiden der vorderseitigen Böden 8 oder der rückseitigen Böden 9 und Verschieben der Seitenwände 7 in Richtung auf den anderen der Böden 9 und 8 gebildet, wie nachfolgend detailliert beschrieben.
  • Als ein Resultat wird das Material der verschobenen Abschnitte auf den Seitenwänden 7 zu den anderen Böden 9 und 8 verschoben und häuft sich dort jeweils an, so daß die Böden am Eingang der in den Seitenwänden 7 gebildeten ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 Wehrabschnitte 12 und 13 besitzen, die von den Böden 8 und 9 der Rinnen 4 und 5 in einer Breitenrichtung der Platte 1 vorspringen wie in 2 gezeigt, in welcher ein Abschnitt einschließlich der ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 vergrößert dargestellt ist.
  • 3 zeigt, wie die in 1 und 2 gezeigten ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 durch Walzformen gebildet werden. Die Platte 1 mit den vorspringenden Rippen 2 und 3, die mittels Walzformen in einem vorangehenden Schritt geformt sind, wird nachfolgend in diesem Zustand in eine Stellung zwischen einer oberen Walze 14 und einer unteren Walze 15 in einem Schritt der Ausbildung des ausgeschnittenen Fensters gebracht.
  • Die oberen und unteren Walzen 14 und 15 sind so strukturiert, daß eine Vielzahl von Platten 16 und 17 mit großem Durchmesser und eine Vielzahl von Platten 18 und 19 mit kleinem Durchmesser abwechselnd abgestuft sind in der Breitenrichtung der Platte 1, die die Vorsprünge 2 und 3 eingeformt besitzt, wobei die Platten 18 und 19 mit dem kleinen Durchmesser in einem Teil in peripherer Richtung einer äußeren peripheren Oberfläche davon obere und untere Schneideklingen 20 und 22 besitzen, die bis zur hohen Position der Platten 16 und 17 mit großem Durchmesser vorspringen.
  • Bei dem in 3 gezeigten Beispiel heben sich, da die oberen und unteren Schneideklingen 20 und 22 in derselben Position in der Längsrichtung der Platte 1 vorgesehen sind, die Antriebskräfte in einer Breitenrichtung zum Bilden der ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 von der oberen Seite und der unteren Seite gegeneinander auf, was ein stabiles Walzformen ermöglicht.
  • Die Platte 1, in welcher die ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 in der oben beschriebenen Weise gebildet sind, wird auf eine vorbestimmte Länge mittels eines verfahrbaren Messers in einem nachfolgenden Schritt gekürzt, so daß die innere Lamelle erhalten wird.
  • 4 zeigt ein Beispiel eines Layoutmusters der durch das in 3 gezeigte Walzformen gebildeten ausgeschnittenen Fenster 10 und 11, wobei eine durch einen Kreis markierte Gruppe GA ausgeschnittene Fenster darstellt, die von der Rückseite eingebracht sind, und eine andere, dazu benachbarte Gruppe GB ausgeschnittene Fenster darstellt, die von der Vorderseite eingebracht sind.
  • Das Layoutmuster und der Abstand solcher ausgeschnittener Fenster 10 und 11 in der Längsrichtung kann beliebig festgelegt werden. Dies erhöht den Grad des Designspielraums und ermöglicht es, den Prozeßfluß festzulegen.
  • Die in der oben beschriebenen Weise gebildete innere Lamelle wird in eine nicht gezeigte Röhre gebracht, und die Rinnen 4 und 5 dienen als Kanäle für das Wärmetauschmedium.
  • Als nächstes werden die Arbeitsweise der oben beschriebenen inneren Lamelle mit ausgeschnittenen Fenstern für Wärmetauscher und deren Vorteile beschrieben.
  • Das Wärmetauschmedium fließt in den Rinnen 4 und 5 der in der Röhre des Wärmetauschers angeordneten inneren Lamelle, um mit den Wandabschnitten 6 der inneren Lamelle Wärme zu tauschen. In diesem Fall sind die Wandabschnitte 6 stufenlos in der Längsrichtung gebildet, und die Rinnen 4 und 5 sind linear ausgebildet, was in einem niedrigen Fließwiderstand des Wärmetauschmediums resultiert, um den durch den Fluß des Wärmetauschmediums in den Kanälen hervorgerufenen Druckverlust zu reduzieren.
  • Ferner sind die Wehrabschnitte 12 und 13 in den Böden 8, 9 der Rinnen 4 und 5 gebildet, und sie erstrecken sich in der Breitenrichtung an den Böden der Eingänge der ausgeschnittenen Fenster 10 und 11. Entsprechend trifft das entlang der Böden 8 und 9 fließende Wärmetauschmedium gegen die Wehrabschnitte 12 und 13, um durch die Wehrabschnitte 12 und 13 aufgewirbelt zu werden, so daß die Teilung zu/von den Rinnen 4 und 5 durch die ausgeschnittenen Fenster 10 und 11 gefördert wird. Als ein Resultat kann die Ausbildung von Grenzschichten in den gesamten Wandabschnitten 6 einschließlich der Böden 8 und 9 und der Seitenwände 7 effektiv unterdrückt werden, um die Wärmetauscheffizienz bemerkenswert zu verbessern.
  • Vorstehend wurde die innere Lamelle mit ausgeschnittenem Fenster für Wärmetauscher basierend auf dem Beispiel beschrieben, jedoch ist die konkrete Struktur der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
  • Z.B. können die Wehrabschnitte 12 und 13 nur in den vorderseitigen Rinnen oder den rückseitigen Rinnen vorgesehen sein, und es ist eine Selbstverständlichkeit, daß auch diese Struktur den Effekt des Begünstigens des Auseinanderfließens des Wärmetauschmediums hervorbringt.
  • Es ist auch möglich, die innere Lamelle mit ausgeschnittenen Fenstern gemäß der vorliegenden Erfindung als Ölkühler o.dgl. derart zu verwenden, daß das Wärmetauschmedium dazu gebracht wird, in einer Richtung rechtwinklig zu den vorspringenden Rippen zu fließen. In diesem Fall ist der Effekt des Verwirbelns durch die Wehrabschnitte vergrößert.
  • Der Schritt des Bildens der ausgeschnittenen Fenster kann nach dem Schneideschritt des Schneidens der Platte auf eine vorbestimmte Länge stattfinden.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die innere Lamelle mit ausgeschnittenem Fenster für Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung wird am zweckmäßigsten als innere Lamelle für Wärmetauscher wie z.B. Kühler eines Kraftfahrzeuges o.dgl. verwendet und in einer Röhre angeordnet, so daß sie einen Kanal für ein Wärmetauschmedium des Wärmetauschers bildet.

Claims (3)

  1. Innere Lamelle mit ausgeschnittenem Fenster für Wärmetauscherröhren, wobei die innere Lamelle umfaßt: eine Vielzahl von vorstehenden Rippen (2, 3), von denen jede von einem Wandabschnitt (6) jeweils auf vorderen und hinteren Seiten einer Platte (1) geformt ist und sich entlang einer longitudinalen Richtung der Platte mit einer vorbestimmten Breite erstrecken, um vorderseitige und rückseitige Rinnen (4, 5) zu bilden, die zwischen einander benachbarten vorstehenden Rippen vorgesehen sind, um als Kanäle für ein Wärmetauschermedium zu dienen, wobei die Kanäle voneinander durch den Wandabschnitt (6) getrennt sind und wobei der Wandabschnitt eine mit einem ausgeschnittenen Fenster (10, 11) ausgebildete Seitenwand (7) besitzt, wobei das ausgeschnittene Fenster (10, 11) durch Ausschneiden des vorderseitigen Bodens (8) oder des rückseitigen Bodens (9) des Bodens gebildet ist, und einen Wehrabschnitt (12, 13), der an einem Boden eines Einlasses für das Wärmetauschermedium in dem ausgeschnittenen Fenster, das in dem Wandabschnitt (6) vorgesehen ist, um es den einander benachbarten Rinnen (4, 5) zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren, vorgesehen ist, wobei der Wehrabschnitt (12, 13) von einem Boden der Rinne (4, 5) vorsteht, um das Auseinanderfließen und Durchmischen des Wärmetauschermediums zu begünstigen, wobei die innere Lamelle dadurch gekennzeichnet ist, daß der Wehrabschnitt (12, 13) durch Verschieben der Seitenwand (7) in Richtung auf den entsprechenden anderen des frontseitigen Bodens (8) und des rückseitigen Bodens (9) gebildet ist, so daß das Material des verschobenen Abschnittes der Seitenwand (7) zu dem anderen Boden (8, 9) bewegt wird, um sich an dem anderen Boden (8, 9) anzusammeln, so daß die Wehrabschnitte (12, 13) in einer Breitenrichtung der Platte (1) im Bereich des Bodens des Einlasses des ausgeschnittenen Fensters (10, 11) vorstehen.
  2. Innere Lamelle mit ausgeschnittenem Fenster (10, 11) für Wärmetauscherröhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wehrabschnitt (12, 13) an jedem Boden der Rinnen (4, 5) jeweils sowohl an der vorderseitigen Oberfläche als auch an der rückseitigen Oberfläche der Platte (1) ausgebildet ist.
  3. Verfahren zur Herstellung eines ausgeschnittenen Fensters (10, 11) in einer inneren Lamelle für Wärmetauscherröhren, wobei die innere Lamelle eine Vielzahl von vorstehenden Rippen (2, 3) umfaßt, die jeweils von einem Wandabschnitt (6) auf vorderen und hinteren Seiten einer Platte (1) gebildet sind und sich in einer longitudinalen Richtung der Platte mit einer vorbestimmten Breite erstrecken, um vorderseitige und rückseitige Rinnen (4, 5) zu bilden, die zwischen benachbarten vorstehenden Rippen vorgesehen sind, um als Kanäle für ein Wärmetauschermedium zu dienen, wobei die Kanäle voneinander durch den Wandabschnitt (6) getrennt sind, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Ausschneiden eines vorderseitigen Bodens (8) und eines rückseitigen Bodens (9) des Wandabschnittes (6) und Verschieben der Seitenwand (7) des Wandabschnittes (6) in Richtung auf den vorderseitigen Boden (8) und den rückseitigen Boden (9), so daß Material des verschobenen Abschnittes der Seitenwand (7) in Richtung auf den anderen Boden (8, 9) bewegt wird, um sich an dem anderen Boden (8, 9) anzusammeln, um einen Wehrabschnitt (12, 13) zu bilden, der in einer Breitenrichtung der Platte (1) im Bereich des Bodens des Einlasses des so gebildeten ausgeschnittenen Fensters (10, 11) vorsteht, wobei die ausgeschnittenen Fenster (10, 11) es einander benachbarten Rinnen (4, 5) erlauben, miteinander zu kommunizieren und wobei der Wehrabschnitt (12, 13) das Auseinanderfließen und Vermischen des Wärmetauschermediums begünstigt.
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