DE9404009U1 - Heat exchanger - Google Patents
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Behr GmbH & Co. Stuttgart, den 09.03.1994Behr GmbH & Co. Stuttgart, 09.03.1994
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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren zueinander parallelen, zur Führung eines ersten Wärmetauschmediums dienenden Rohren und mit zwischen den Rohren angeordneten Rippen aus dünnem Blech, deren Grundflächen im wesentlichen parallel zu einer Anströmrichtung für ein zweites Wärmetauschmedium verlaufen und die mit streifenförmigen, im wesentlichen quer zur Anströmrichtung verlaufenden Kiemen versehen sind, die aus den Grundflächen aufgestellt sind.The invention relates to a heat exchanger with several mutually parallel tubes serving to guide a first heat exchange medium and with fins arranged between the tubes made of thin sheet metal, the base surfaces of which run essentially parallel to a flow direction for a second heat exchange medium and which are provided with strip-shaped gills running essentially transversely to the flow direction, which are erected from the base surfaces.
Wärmetauscher der eingangs genannten Art werden in Rund- oder Ovalrohrbauweise oder in Flachrohrbauweise benutzt. Bei der Rund- oder Ovalrohrbauweise werden streifenförmige Lamellen übereinandergeschichtet, die mit Durchzügen zur Aufnahme der Rohre versehen sind. Bei der Flachrohrbauweise werden wellenförmige Rippen, sogenannte Wellrippen, zwischen den einzelnen Flachrohren angeordnet. Dabei ist es bekannt, die Rippen mit einseitig aufgestellten, streifenförmigen Kiemen (US-PS 32 65 127) oder mit beidseits bezüglich der Grundfläche des Bleches aufgestellten Kiemens (US-PS 39 93 125) zu versehen. Mittels der Kiemen wird die Umströmung der Rippen intensiviert und damit der Wärmeübergang verbessert.Heat exchangers of the type mentioned above are used in round or oval tube construction or in flat tube construction. In the round or oval tube construction, strip-shaped fins are stacked on top of each other and provided with passages to accommodate the tubes. In the flat tube construction, wave-shaped fins, so-called corrugated fins, are arranged between the individual flat tubes. It is known to provide the fins with strip-shaped gills on one side (US-PS 32 65 127) or with gills on both sides relative to the base area of the sheet (US-PS 39 93 125). The gills intensify the flow around the fins and thus improve heat transfer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem der Wärmeübergang an den Rippen weiter verbessert ist.The invention is based on the object of creating a heat exchanger of the type mentioned at the beginning, in which the heat transfer at the fins is further improved.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die streifenförmigen Kiemen quer zur Anströmrichtung wellenförmig profiliert sind.This task is solved by the strip-shaped gills being profiled in a wave-like manner transverse to the direction of flow.
Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die wirksame Oberfläche der Rippen vergrößert wird, wobei gleichzeitig eine stärkere Strömungsverwirbelung erhalten wird, was insgesamt zu einem verbesserten "Wärmeübergang führt.This design increases the effective surface area of the fins, while at the same time achieving stronger flow turbulence, which overall leads to improved heat transfer.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Profilierungen der aufeinanderfolgenden Kiemen derart zueinander versetzt sind, daß in Anströmrichtung ein Wellenberg einer vorausgehenden Kieme einem Wellental einer nachfolgenden Kieme folgt. Damit wird die Umströmung der Rippen weiter verbessert.In an embodiment of the invention, it is provided that the profiles of the successive gills are offset from one another in such a way that, in the direction of flow, a wave crest of a preceding gill follows a wave trough of a subsequent gill. This further improves the flow around the ribs.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die streifenförmigen Kiemen mit wellenförmig verlaufenden Längskanten versehen sind. Dadurch wird die Oberfläche der Kiemen noch einmal vergrößert, so daß der Wärmeübergang weiter verbessert wird.In a further embodiment of the invention, the strip-shaped gills are provided with wavy longitudinal edges. This increases the surface area of the gills even further, so that the heat transfer is further improved.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of the embodiments shown in the drawings.
Fig. 1 zeigt eine Teil-Draufsicht auf zwei Ovalrohre und eine Rippe eines Rippenpaketes eines Wärmetauschers,Fig. 1 shows a partial plan view of two oval tubes and a fin of a fin package of a heat exchanger,
Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,Fig. 2 is a partial section along the line II-II of Fig. 1,
Fig. 3a, 3b und 3c -Fig. 3a, 3b and 3c -
Teilansichten in Richtung des Pfeiles III der Fig. &Ggr; auf Kiemen der Rippen,Partial views in the direction of arrow III of Fig. &Ggr; on gills of the ribs,
Fig. 4 eine Teil-Draufsicht ähnlich Fig. 1 auf eine weitere Ausführungsform undFig. 4 is a partial plan view similar to Fig. 1 of another embodiment and
Fig. 5 eine Teil-Frontansicht eines Flachrohr-Wärmetauschers mit Wellrippen und profilierten Kiemen.Fig. 5 is a partial front view of a flat tube heat exchanger with corrugated fins and profiled gills.
Der in Fig. 1 nur in einem Ausschnitt dargestellte Wärmetauscher enthält eine Mehrzahl von Ovalrohren (10) , die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Die Ovalrohre (10) münden beispielsweise in zwei einander gegenüberliegenden Wasserkästen, denen das zu kühlende, flüssige Wärmetauschmedium, insbesondere das Kühlwasser eines Verbrennungsmotors, zu- und abgeführt wird. Zwischen den Ovalrohren (10) sind Rippen (11) angeordnet, die aus einem dünnen Blech, insbesondere einem Aluminiumblech bestehen. Das Blech weist eine Stärke in der Größenordnung von 0,08mm bis 0,12mm auf. Die Rippen (11) sind zu einem Paket geschichtet. Sie werden bei dem Ausführungsbeispiel mittels ausgestellten Distanzhaltern (12) in gegenseitigem Abstand gehalten. Die Rippen (11) sind ferner mit Durchzügen (13) versehen, mittels welchen sie mit den Ovalrohren (10) verbunden sind. In der Regel werden die Ovalrohre (10) im Bereich der Durchzüge (13) mit den Rippen (11) verlötet.The heat exchanger, shown only in a section in Fig. 1, contains a plurality of oval tubes (10) that are arranged in one or more rows. The oval tubes (10) open, for example, into two water boxes that are opposite one another, to which the liquid heat exchange medium to be cooled, in particular the cooling water of an internal combustion engine, is fed and discharged. Between the oval tubes (10) there are ribs (11) that consist of a thin sheet, in particular an aluminum sheet. The sheet has a thickness of the order of 0.08 mm to 0.12 mm. The ribs (11) are layered to form a package. In the exemplary embodiment, they are kept at a distance from one another by means of flared spacers (12). The ribs (11) are also provided with passages (13) by means of which they are connected to the oval tubes (10). As a rule, the oval tubes (10) are soldered to the ribs (11) in the area of the passages (13).
In bestimmten Bereichen der Rippen (11), in sogenannten Kiemenfeldern (14) , sind die Rippen mit streifenförmigen Kiemen (15) versehen. Die Rippen (11) verlaufen mit ihren Grundflächen im wesentlichen in Anströmrichtung oder parallel zu dieser Anströmrichtung, die in Fig. 1 dem Pfeil III entspricht. Die streifenförmigen Kiemen (15) erstrecken sich somit quer zu dieser Anströmrichtung.In certain areas of the ribs (11), in so-called gill fields (14), the ribs are provided with strip-shaped gills (15). The ribs (11) run with their bases essentially in the direction of flow or parallel to this direction of flow, which corresponds to arrow III in Fig. 1. The strip-shaped gills (15) thus extend transversely to this direction of flow.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, sind die Kiemen (15) an beiden Längskanten gestanzt und nach beiden Seiten aus der Grundfläche der Rippe (11) aufgestellt. Vor der in Anströmrichtung ersten Kieme befindet sich eine nur einseitig aufgestellte Zunge (16).As can be seen from Fig. 2, the gills (15) are punched on both longitudinal edges and are set up on both sides from the base of the rib (11). In front of the first gill in the direction of flow there is a tongue (16) that is set up on only one side.
Eine ähnliche, gegensinnig aufgestellte Zunge (17) ist nach der letzten Kieme (15) vorgesehen.A similar, oppositely positioned tongue (17) is provided after the last gill (15).
Die streifenförmigen Kiemen (15) , die nur an ihren Stirnenden mit der Grundfläche der Rippe (11) verbunden sind, sind zusätzlich in ihrer Längsrichtung und damit quer zur Anströmrichtung wellenförmig profiliert, wie dies in Fig. 3a, Fig. 3b und Fig. 3c dargestellt ist. Durch diese wellenförmige Profilierung wird eine Oberflächenvergrößerung im Bereich der Kiemen (15) und eine zusätzliche Verwirbelung des gasförmigen Wärmetauschmediums erhalten,- das in der Regel Luft ist.The strip-shaped gills (15), which are only connected to the base of the rib (11) at their front ends, are additionally profiled in a wave-like manner in their longitudinal direction and thus transversely to the flow direction, as shown in Fig. 3a, Fig. 3b and Fig. 3c. This wave-like profiling results in an increase in the surface area in the area of the gills (15) and additional turbulence of the gaseous heat exchange medium, which is usually air.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a besteht die Profilierung aus geradlinigen Abschnitten, die jeweils im Bereich der Wellenberge (18) und der Wellentäler (19) gekantet sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3a sind alle Kiemen in gleicher Weise profiliert, so daß die Wellenberge (18) und die Wellentäler (19) der aufeinanderfolgenden Kiemen in Anströmrichtung jeweils hintereinanderliegen.In the embodiment according to Fig. 3a, the profiling consists of straight sections, each of which is bent in the area of the wave crests (18) and the wave troughs (19). In the embodiment according to Fig. 3a, all gills are profiled in the same way, so that the wave crests (18) and the wave troughs (19) of the successive gills are each located one behind the other in the direction of flow.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3b besteht die Profilierung der Kiemen (15) ebenfalls aus geradlinigen Abschnitten, die im Bereich der Wellenberge (18) und der Wellentäler (19) gekantet sind. Die Profilierungen der aufeinanderfolgenden Kiemen (15) sind jedoch derart in Längsrichtung der Kiemen zueinander versetzt, daß jeweils ein Wellenberg (18) der vorausgehenden Kieme in Anströmrichtung jeweils vor einem Wellental (19) der nachfolgenden Kieme (15) liegt.In the embodiment according to Fig. 3b, the profiling of the gills (15) also consists of straight sections that are bent in the area of the wave crests (18) and the wave troughs (19). However, the profiling of the successive gills (15) is offset from one another in the longitudinal direction of the gills in such a way that a wave crest (18) of the preceding gill is located in front of a wave trough (19) of the following gill (15) in the direction of flow.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3c besteht die wellenförmige Profilierung der Kiemen (15) aus gebogenen Abschnitten, so daß gerundete Wellenberge (20) und gerundete Wellentäler (21), vorhanden sind. Die Wellenberge (20) und die Wellentäler (21) der aufeinanderfolgenden Kiemen (15) liegen bei der Ausführungsform nach Fig. 3c in Anströmrichtung hintereinander. Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird vorgesehen, daß die wellenform!-In the embodiment according to Fig. 3c, the wave-shaped profile of the gills (15) consists of curved sections, so that rounded wave crests (20) and rounded wave troughs (21) are present. The wave crests (20) and the wave troughs (21) of the successive gills (15) are located one behind the other in the direction of flow in the embodiment according to Fig. 3c. In a modified embodiment, it is provided that the wave-shaped profile
ge Profilierung der aufeinanderfolgenden Kiemen (15) derart versetzt ist, daß in Anströmrichtung jeweils Wellenberge (20) und Wellentäler (21) der aufeinanderfolgenden Kiemen (15) hintereinanderliegen. The profiling of the successive gills (15) is offset in such a way that the wave crests (20) and wave troughs (21) of the successive gills (15) lie one behind the other in the direction of flow.
Der in Fig. 4 teilweise dargestellte Wärmetauscher entspricht in seinem Grundaufbau dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3. Der Wärmetauscher enthält eine Mehrzahl von Ovalrohren (10), zwischen denen Rippen (H') angeordnet sind, die über Durchzüge (13) mit den Ovalrohren (10) verbunden sind. In dem Bereich zwischen den-Ovalrohren (10) sind Kiemenfelder (14') vorgesehen, die mehrere streifenförmige Kiemen (151) aufweisen, die quer zur Anströmrichtung verlaufen. Das Kiemenfeld (141) beginnt - in Anströmrichtung eines gasförmigen Wärmetauschmediums gesehen - mit einem einseitig aus der Grundfläche der Rippe (H1) ausgestellten Steg (161). Ebenso folgt der in Anströmrichtung letzten Kieme (15') ein ebenfalls nur einseitig ausgestellter Steg (17')· Die Kiemen (15') werden mittels in ihrer Längsrichtung verlaufenden gewellten Stanzlinien geschaffen, so daß die Kiemen (15') quer zur Anströmrichtung verlaufende, gewellte Längskanten aufweisen. Dadurch wird die wirksame Oberfläche der Kiemen (15') nochmals weiter erhöht.The heat exchanger partially shown in Fig. 4 corresponds in its basic structure to the embodiment according to Figs. 1 to 3. The heat exchanger contains a plurality of oval tubes (10), between which fins (H') are arranged, which are connected to the oval tubes (10) via passages (13). In the area between the oval tubes (10), gill fields (14') are provided, which have several strip-shaped gills (15 1 ) that run transversely to the direction of flow. The gill field (14 1 ) begins - seen in the direction of flow of a gaseous heat exchange medium - with a web (16 1 ) protruding on one side from the base area of the fin (H 1 ). Likewise, the last gill (15') in the direction of flow is followed by a web (17') which is also only protruding on one side. The gills (15') are created by means of corrugated punch lines running in their longitudinal direction, so that the gills (15') have corrugated longitudinal edges running transversely to the direction of flow. This further increases the effective surface of the gills (15').
Im übrigen sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die Kiemen (151) entsprechend den Kiemen (15) der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 profiliert, so daß die Kiemen (15') scharfkantige Wellen oder gerundete Wellen aufweisen, wobei die Kiemen (15') gleich profiliert sein können oder derart, daß den Wellenbergen (18, 20) der vorausgehenden Kieme· jeweils Wellentäler (19/ 21) der nachfolgenden Kieme folgen.Furthermore, in the embodiment according to Fig. 4, the gills (15 1 ) are profiled in accordance with the gills (15) of the embodiment according to Figs. 1 to 3, so that the gills (15') have sharp-edged waves or rounded waves, whereby the gills (15') can be profiled in the same way or in such a way that the wave crests (18, 20) of the preceding gill are followed by wave troughs (19/21) of the subsequent gill.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt eines Flachrohr-Wärmetauschers dargestellt, der eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Flachrohren (22) enthält. Diese Flachrohre (22) münden in bekannter Weise in einem oberen und unteren Wasserkasten. Die Flachrohre dienen zur Führung eines ersten Wärmetauschmediums,Fig. 5 shows a section of a flat tube heat exchanger that contains a plurality of flat tubes (22) arranged in a row. These flat tubes (22) open in a known way into an upper and lower water box. The flat tubes serve to guide a first heat exchange medium,
insbesondere einer Flüssigkeit. Ein zweites, vorzugsweises gasförmiges Wärmetauschmedium strömt an den Flachrohren (22) entlang, die mit ihrer Schmalseite gegen die Anströmrichtung angestellt sind. Zwischen den Flachrohren sind Rippen (23) aus dünnem Blech, insbesondere Aluminiumblech, angeordnet, die als Wellrippen ausgeführt sind. Diese Wellrippen (23) sind mit ihren Scheitelpunkten mit den Flachrohren verbunden, insbesondere durch Löten. Die Wellrippen (23) sind mit Kiemenfeldernin particular a liquid. A second, preferably gaseous heat exchange medium flows along the flat tubes (22), which are positioned with their narrow side against the flow direction. Between the flat tubes, ribs (23) made of thin sheet metal, in particular aluminum sheet, are arranged, which are designed as corrugated ribs. These corrugated ribs (23) are connected to the flat tubes at their vertices, in particular by soldering. The corrugated ribs (23) are provided with gill fields
(24) versehen, die jeweils eine Mehrzahl von einzelnen Kiemen(24), each of which has a plurality of individual gills
(25) aufweisen. Dabei liegen mehrere Kiemenfelder in Anströmrichtung hintereinander, wie dies beispielsweise aus der US-PS 39 93 125 bekannt ist. Die einzelnen Kiemen (25) sind entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 ausgebildet, wobei in Anströmrichtung mehrere Kiemenfelder (24) hintereinanderliegen, deren einzelne Kiemen (25) gegensinnig ausgestellt sind, wie dies ebenfalls durch die US-PS 39 93 125 bekannt ist. Abweichend von der Darstellung nach Fig. 5 müssen die Kiemenfelder (24) nicht bis zu den quer zur Anströmrichtung verlaufenden Rändern der Wellrippen (23) reichen.(25). In this case, several gill fields are arranged one behind the other in the direction of flow, as is known, for example, from US-PS 39 93 125. The individual gills (25) are designed in accordance with the embodiment according to Fig. 1 to 3, with several gill fields (24) arranged one behind the other in the direction of flow, the individual gills (25) of which are flared in opposite directions, as is also known from US-PS 39 93 125. In contrast to the illustration according to Fig. 5, the gill fields (24) do not have to reach to the edges of the corrugated ribs (23) running transversely to the direction of flow.
Die streifenförmigen Kiemen (25) der Kiemenfelder (24) der Wellrippen (23) sind in ihrer Längsrichtung wellenförmig profiliert, d.h. quer zur Anströmrichtung des zweiten Wärmetauschmediums. Die Profilierung der streifenförmigen Kiemen (25) entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Profilierung der streifenförmigen Kiemen (25) entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3b und Fig. 3c vorzunehmen, oder auch ähnlich Fig. 3c mit einer versetzten Profilierung, so daß den Wellenbergen der jeweils vorausgehenden Kieme ein. Wellental der nachfolgenden Kieme folgt. "" - " ·The strip-shaped gills (25) of the gill fields (24) of the corrugated fins (23) are profiled in a wave-shaped manner in their longitudinal direction, i.e. transversely to the flow direction of the second heat exchange medium. The profiling of the strip-shaped gills (25) corresponds to the embodiment according to Fig. 3a. Of course it is also possible to profile the strip-shaped gills (25) according to the embodiment according to Fig. 3b and Fig. 3c, or also similar to Fig. 3c with an offset profiling, so that the wave crests of the preceding gill are followed by a wave trough of the following gill. "" - " ·
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