EP0929782A1 - Zickzacklamelle als verrippung von flachrohrwärmetauschern bei kraftfahrzeugen - Google Patents
Zickzacklamelle als verrippung von flachrohrwärmetauschern bei kraftfahrzeugenInfo
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/126—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
- F28F1/128—Fins with openings, e.g. louvered fins
Definitions
- the invention relates to a zigzag lamella according to the preamble of claim 1.
- a zigzag lamella is known from US Pat. No. 5,511,610.
- the invention has for its object to make at least the outer heat transfer inexpensive in a simple design in a zigzag lamella.
- This object is achieved in a zigzag lamella with the features of the preamble of the characterizing part of claim 1 by the characterizing features thereof.
- Figure 1 is a partial perspective view of a block of flat tubes with ribbing by zigzag fins.
- FIG. 2 shows a sectional illustration in the direction of flow of the external heat exchange fluid through a block arrangement of the type according to FIG. 1, but with a larger number of strips shown;
- Fig. 3 is an enlarged partial view of Fig. 2; such as
- Fig. 4 shows a further enlarged front view in the flow direction of the outer flow medium on two adjacent legs of the same zigzag lamella in a type according to the preceding figures.
- the block of flat tubes 2 and zigzag fins 4 shown in detail in FIG. 1 is flowed into in a flat tube heat exchanger in motor vehicles by the outside air as external heat exchange fluid in the depth direction according to arrow 6.
- Such flat tube heat exchangers are used in particular in motor vehicle air conditioning systems as evaporators or condensers.
- the flat tubes 2 have a plurality of individual continuous channels 8 which follow one another in the width direction of the respective flat tube and which are each separated from one another by a stiffening web 10 of the flat tube.
- the channels five of which are only shown in FIG. 1 for example, are arranged one behind the other in the width direction or in the direction of the arrow 6 and run parallel to one another in the longitudinal direction of the respective flat tube parallel to its longitudinal edges 12.
- the zigzag fins 4 are sandwiched between the flat tubes 2 so that each has a zigzag fin 4 is nested between two adjacent flat tubes 2.
- a similar zigzag lamella 4 and an end plate lying on this outside can be arranged in a manner not shown on the outer surfaces of the two outer flat tubes 2 in the block of the flat tubes and zigzag fins of the flat tube heat exchanger.
- the flat tubes 2 are formed in particular by extrusion or in the conforming process or by folding sheet metal.
- the zigzag slats are in turn formed from sheet-like sheet metal.
- Hard-solderable aluminum or a hard-solderable aluminum alloy is preferably used, and the parts to be connected are expediently precoated with the hard solder in the connection area on at least one of the connection partners.
- each individual zigzag lamella 4 is composed of legs 14 adjoining one another in zigzag fashion, each of which extends between rounded vertices 16, which in turn are each soldered to a flat side of the adjacent flat tube.
- the distance between the legs 2z lying in the same connection plane to the same adjacent flat tube 2 is 2z, while the distance between the vertices which follow each other at the ends of each leg is 14 to the two different connection planes on two adjacent flat tubes z (cf. also FIG . 1).
- the width of the zigzag lamella 4 extends in the direction of arrow 6 of the flow direction of the outer heat exchange fluid, which is crossed by the flow direction of the inner heat exchange fluid in the channels 8.
- the width of the zigzag fins in the direction of arrow 6 usually also describes the dimension of the structural depth of the heat exchanger or the block of flat tubes 2 and zigzag fins 4 according to FIG. 1, it being customary for the zigzag fins to protruding area of the outer heat exchange fluid from the block slightly beyond the longitudinal edge 12 of the flat tube 2 located there, in order to be able to drain the trapped moisture more easily.
- the zigzag lamella is usually aligned with the longitudinal edge 12 of the flat tube located there.
- a sequence of strips 18 is issued, in the example of FIG. 1 a sequence of five strips 18, which are thus in The depth direction of the block of flat tubes 2 and zigzag fins 4 or the width direction of the respective flat tube 2 follow one another.
- one strip 18 is assigned to one of the five channels 12 in the adjacent flat tube, possibly adjacent as shown. A similar assignment can also be used for any other number of strips 18 and channels 12.
- the strips exhibited in the direction of arrow 6 in flat tube heat exchangers for motor vehicles each preferably have an extension length of 0.8 to 2 mm, so that with a realistic construction depth of such flat tube heat exchangers a significantly larger number of strips 18 over the width of the leg 14, i.e. in the direction of the arrow 6, is distributed as illustrated in FIG. 2, where sixteen strips are issued in the same direction instead of the five strips of FIG. 1. Because of the small dimensions in this direction, the groups of eight strips 18, which follow one another in the width direction, are connected to one another for stabilization when the zigzag lamellae 14 are clamped between the flat tubes via a central stiffening web 20 which is not shown.
- FIG. 2 and its detailed drawing in FIG. 3 show the profile in the sense of FIG. 4 adjacent legs 14 in the width direction of the respective leg 14, which in FIG the direction of arrow 6 and thus the flow direction of the outer heat exchange fluid follows.
- the degree of division as a result of flared strips 18 in the width direction according to arrow 6 is y and also a constant.
- the distance of the apex 16 in the same connection plane to a flat tube 2 is 2z according to FIG. 4, while the distance from vertices 16 successive in the width direction according to arrow 6, which come to rest on the facing flat sides of adjacent flat tubes 2, is half of it , so z is.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zickzacklamelle als zwischengeschaltete Verrippung von Flachrohren von Wärmetauschern bei Kraftfahrzeugen, bei der zickzackförmig aneinander anschliessende Schenkel (14) der Zickzacklamelle mit ihrer Breitenrichtung in Strömungsrichtung (6) des äusseren Wärmetauschfluids angeordnet sind und längs ihrer Breitenrichtung jeweils eine Folge ausgestellter Streifen (18) aufweist, die abwechselnd an der einen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Streifen (18) in Breitenrichtung (Pfeil 6) einen Anstellwinkel ( alpha ) aufweisen.
Description
Zickzacklamelle als Verrippung von Flachrohrwärmetauschern bei Kraftfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zickzacklamelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine solche Zickzacklamelle ist aus der US-5 511 610 bekannt.
Bei dieser bekannten Zickzacklamelle besteht das Bemühen, die äußere Wärmeübertragung der Verrippung dadurch zu fördern, daß die beidseitig des jeweiligen Schenkels der Zickzacklamelle ausgestellten Streifen quer zur Anströmungs- richtung des äußeren Wärmetauschfluids, meist der Luft, eine unregelmäßige Kontur erhalten. In Anströmungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids ist kein Anstellwinkel vorgesehen. Außerdem sind durch die unregelmäßige Konturierung der Streifen unterschiedliche Abstände zwischen benachbarten Streifen vorgesehen einschließlich besonders kleiner Abstände. Bei derartigen kleinen Abständen können sich jedoch aufgrund der Oberflächenspannung Wassertropfen von Regen und insbesondere Kondensat bleibend absetzen und im Absetzbereich entsprechend den äußeren Wärmeübergang unter Erhöhung des Druckverlustes mindern. Einen Turbulenzaufbau, der auch den äußeren Wärmeübergang fördert, erhält man bei der vorbekannten Zickzacklamelle nur durch einen neuen Aufbau der jeweiligen laminaren Grenzschicht zu Beginn jedes neuen Streifens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Zickzacklamelle mindestens den äußeren Wärmeübergang in einfacher Bauweise günstig zu gestalten.
Diese Aufgabe wird bei einer Zickzacklamelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Kennzeichens von Anspruch 1 durch dessen Kennzeichnungsmerkmale gelöst.
Der jeweilige Anstellwinkel des Streifens in Strö-
mungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids wirkt für sich turbulenzerzeugend und fördert so den äußeren Wärmeübergang. Dabei kann man im Grenzfall ohne komplizierte Konturierungen der Streifen mit deren extrem einfachster Ausbildungsform arbeiten, bei der nämlich außer den seitlichen Halteabschnitten der Streifen deren Zentralbereich einfach eben ausgebildet sein kann (vgl. Anspruch 9). Durch die Vermeidbarkeit der Konturierung der Streifen erhält man ferner auch schon aus der im Oberbegriff vorgesehenen abwechselnden Ausstellung der Streifen an verschiedenen Seiten des Schenkels der Zickzacklamelle verbesserte Wasserabflußbedingungen jedenfalls für größere Abstände benachbarter Lamellenschenkel. Mit dem zusätzlichen Merkmal von Anspruch 2, wonach die in Anströmrichtung des äußeren Wärmetauschfluids aufeinander folgenden Streifen entgegengesetzt geneigte Anstellwinkel haben, erhält man dadurch, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels gemessene Abstand benachbarter Streifen konstant bleibt, eine zusätzliche Verbesserung der Ableitung von zum Haften neigendem Wasser bei noch weiterer Steigerung der Turbulenzerzeugung und damit weiterer Optimierung des äußeren Wärmeübergangs. Dabei kann man auch bei sehr engem Abstand benachbarter Lamellenschenkel so groß wählen, daß keine Wassertropfen an der betreffenden Engstelle durch Oberflächenspannung haften bleiben.
Bei mit Ausstellern versehenen Flachlamellen mit Schlitzen für die Aufnahme von in die Schlitze aufgeweiteten Flachrohren ist es an sich bekannt, im zentralen Bereich ebene Streifen aus der betreffenden Flachlamelle abwechselnd aus deren einen und dann aus deren anderen Seite auszustellen und gegebenenfalls mit einem Anstellwinkel zu versehen; im letztgenannten Fall hat dieser Anstellwinkel gleichbleibende Orientierung der Neigung (FR-A-1 521 499, Fig. 3 und insbes. Fig. 4), Satteldachform gleichbleibender Kontur (DE-C2-31 31 737 ) oder auch die Form aus beiden Seiten der Flachlamelle herausragender schräggestellter und dabei durchgehend ebener Ansteller (GB-A-21 69 694).
Die weiteren Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Auslegungen der erfindungsgemäßen Zickzacklamelle.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati- scher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische ausschnittsweise Ansicht eines Blocks von Flachrohren mit einer Verrippung durch Zickzacklamellen;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids durch eine Blockanordnung der Bauart gemäß Fig. 1, jedoch mit einer größeren Zahl ausgestellter Streifen;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2; sowie
Fig. 4 in nochmals vergrößerter Darstellung eine Frontalansicht in Strömungsrichtung des äußeren Strömungsmediums auf zwei benachbarte Schenkel derselben Zickzacklamelle in einer Bauart gemäß den vorhergehenden Figuren.
Der in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Block aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 wird in einem Flachrohrwärmetauscher bei Kraftfahrzeugen von der Außenluft als äußerem Wärmetauschfluid in Bautiefenrichtung gemäß dem Pfeil 6 angeströmt. Derartige Flachrohrwärmetauscher werden insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen als Verdampfer oder Kondensator eingesetzt.
Die Flachrohre 2 haben eine Mehrzahl von in Breitenrichtung des jeweiligen Flachrohres aufeinander folgenden einzelnen durchgehenden Kanälen 8, die jeweils durch einen Versteifungssteg 10 des Flachrohres voneinander getrennt sind. Die Kanäle, von denen nur beispielsweise in Fig. 1 fünf eingezeichnet sind, sind in Breitenrichtung bzw. in Richtung des Pfeiles 6 hintereinander angeordnet und verlaufen parallel zueinander in Längsrichtung des jeweiligen Flachrohres parallel zu dessen Längskanten 12.
Die Zickzacklamellen 4 sind sandwichartig zwischen den Flachrohren 2 so angeordnet, daß je eine Zickzacklamelle
4 zwischen zwei benachbarten Flachrohren 2 eingeschachtelt ist. Eine gleichartige Zickzacklamelle 4 und ein an dieser außen anliegendes Abschlußblech kann in nicht dargestellter Weise an den Außenflächen der beiden außen liegenden Flachrohre 2 im Block der Flachrohre und Zickzacklamellen des Flachrohrwärmetauschers angeordnet sein.
Die Flachrohre 2 werden insbesondere durch Strangpressen oder im Konformprozeß bzw. durch Falten von Blechen geformt. Die Zickzacklamellen werden ihrerseits aus folienartigem Blech geformt. Dabei wird vorzugsweise hartlötbares Aluminium oder eine hartlötbare Aluminiumlegierung verwendet, und die zu verbindenden Teile sind zweckmäßig im Verbindungsbereich an mindestens einem der Verbindungspartner mit dem Hartlot vorbeschichtet. Entsprechendes gilt für die nicht gezeigten Abschlußbleche sowie für an den Stirnseiten der Flachrohre angeordnete, ebenfalls nicht dargestellte, Sammleranordnungen.
Gemäß Fig. 4 setzt sich jede einzelne Zickzacklamelle 4 aus zickzackförmig aneinander anschließenden Schenkeln 14 zusammen, die sich jeweils zwischen gerundeten Scheiteln 16 erstrecken, welche ihrerseits jeweils mit einer Flachseite des benachbarten Flachrohres verlötet werden. Dabei beträgt der Abstand zwischen den in derselben Anschlußebene an das gleiche benachbarte Flachrohr 2 liegenden Schenkeln 2z, während der Abstand zwischen den jeweils an den Enden jedes Schenkels 14 aufeinander folgenden Scheiteln an die beiden verschiedenen Anschlußebenen an zwei benachbarte Flachrohre z beträgt (vgl. auch Fig. 1).
Die Breite der Zickzacklamelle 4 erstreckt sich in Richtung des Pfeiles 6 der Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids, die von der Strömungsrichtung des inneren Wärmetauschfluids in den Kanälen 8 gekreuzt wird. Die Breite der Zickzacklamelle in Richtung des Pfeiles 6 beschreibt dabei meist auch das Maß der Bautiefe des Wärmetauschers bzw. des Blockes aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 gemäß Fig. 1, wobei es üblich ist, daß die Zickzacklamellen im Aus-
trittsbereich des äußeren Wärmetauschfluids aus dem Block etwas über die dort gelegene Längskante 12 des Flachrohres 2 überstehen, um aufgefangene Feuchtigkeit leichter abtropfen lassen zu können. An der dem äußeren Wärmetauschfluid zugewandten Stirnseite der Flachrohre fluchtet meist die Zickzacklamelle mit der dort gelegenen Längskante 12 des Flachrohres .
Auf jedem Schenkel 14 der Zickzacklamelle 4 ist in der Breitenrichtung des betreffenden Schenkels bzw. der Zickzacklamelle, welche dem Pfeil 6 folgt, eine Folge von Streifen 18 ausgestellt, und zwar im Beispiel von Fig. 1 eine Folge von fünf Streifen 18, die somit in Bautiefenrichtung des Blocks aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 bzw. auf der Breitenrichtung des jeweiligen Flachrohres 2 aufeinander folgen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist dabei je ein Streifen 18 je einem der fünf Kanäle 12 im jeweils benachbarten Flachrohr zugeordnet, gegebenenfalls wie dargestellt benachbart. Eine ähnliche Zuordnung kommt auch bei jeder anderen Zahl von Streifen 18 und Kanälen 12 in Frage.
Die ausgestellten Streifen haben in Pfeilrichtung 6 bei Flachrohrwärmetauschern für Kraftfahrzeuge jeweils vorzugsweise eine Erstreckungslänge von 0,8 bis 2 mm, so daß bei einer realistischen Bautiefe derartiger Flachrohrwärmetauscher eine wesentlich größere Anzahl von Streifen 18 über die Breite des Schenkels 14, also in Richtung des Pfeils 6, verteilt ist, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist, wo in derselben Richtung statt der fünf Streifen von Fig. 1 sechzehn Streifen ausgestellt sind. Wegen der kleinen Dimensionierung in dieser Richtung hängen dabei die in Breitenrichtung beid- seitig aufeinander folgenden Gruppen von acht ausgestellten Streifen 18 zur Stabilisierung beim Einspannen der Zickzacklamellen 14 zwischen den Flachrohren jeweils über einem nicht ausgestellten zentralen Versteifungssteg 20 zusammen.
Fig. 2 und deren Detailzeichnung in Fig. 3 zeigen das Profil im Sinne von Fig. 4 benachbarten Schenkeln 14 in der Breitenrichtung des jeweiligen Schenkels 14, welcher in
der Richtung des Pfeiles 6 und damit der Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids folgt .
Man erkennt, daß in beiden Schenkeln 14 die Streifen 18 in dieser Breitenrichtung abwechselnd an der einen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind. Wie ein Vergleich von Fig. 2 und Fig. 3 einerseits und Fig. 4 andererseits zeigt, sind dabei die ausgestellten Streifen jedenfalls mit ihrer ausgestellten Mittelzone eben ausgebildet und erstrecken sich dabei im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des jeweiligen Streifens bzw. rechtwinklig zur Flachseite des jeweils anschließenden Flachrohres 2, während sie in der dem Pfeil 6 folgenden Breitenrichtung jeweils einen
Anstellwinkel α haben. Dabei wechselt in der Richtung des Pfeiles 6, also in Breitenrichtung, die Ausstellung des Streifens 18 jeweils auf der einen und dann wieder auf der anderen Seite des Schenkels 16 in einer solchen Weise, daß bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten benachbarten Schenkeln jeweils in einer zu deren Scheiteln 16 parallelen Ebene eine gleiche Ausstellungsrichtung und Ausstellungsart vorgenommen ist.
Die Beträge |α| der Ausstellwinkel sind in Richtung des Pfeiles 6, also in Breitenrichtung, gleich.
Das Maß der Teilung infolge von ausgestellten Streifen 18 in der Breitenrichtung gemäß dem Pfeil 6 ist y und ebenfalls eine Konstante.
Der Abstand der Scheitel 16 in derselben Anschlußebene an ein Flachrohr 2 ist gemäß Fig. 4 2z, während der Abstand von in Breitenrichtung gemäß dem Pfeil 6 aufeinander folgenden Scheiteln 16, die an den einander zugewandten Flachseiten benachbarter Flachrohre 2 zur Anlage kommen, die Hälfte davon, also z ist.
Bei dieser Anordnung ergibt sich der minimale, senkrecht zur Ebene der Schenkel 14 gemessene Abstand x benachbarter Streifen 18 als eine Konstante, wie dies in Fig. 3 erkennbar ist.
Claims
1. Zickzacklamelle, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, als zwischengeschaltete Verrippung von Flachrohren (2) von Wärmetauschern bei Kraftfahrzeugen, bei der zickzackförmig aneinander anschließende Schenkel ( 14 ) der Zickzacklamelle (4) mit ihrer Breitenrichtung in Strömungsrichtung ( 6 ) des äußeren Wärmetauschfluids angeordnet sind und längs ihrer Breitenrichtung jeweils eine Folge ausgestellter Streifen (18) aufweist, die abwechselnd an der einen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Streifen (18) in Breitenrichtung (Pfeil 6) einen Anstellwinkel (α) aufweisen, wobei der Betrag (| |) der Neigung des jeweiligen Streifens (18) mindestens 5° Anstellung gegenüber der Ebene des Schenkels (14) ausmacht.
2. Zickzacklamelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Breitenrichtung (Pfeil 6) aufeinander folgenden Streifen (18) entgegengesetzt geneigte Anstellwinkel (α) haben.
3. Zickzacklamelle nach Anspruch 2, dadurch gekenn-
zeichnet, daß der Betrag ( | α | ) der Neigung einander entgegengesetzt geneigter Streifen (18) jeweils gleich ist.
4. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels (14) gemessene Abstand (x) benachbarter Streifen (18) im wesentlichen dem viertel Abstand (1/2 z) zwischen in einer gemeinsamen Anschlußebene an ein Flachrohr ( 2 ) benachbarten Scheiteln (16) der Zickzacklamelle (4) entspricht, gegebenenfalls ein Viertel der Differenz des Abstandes zwischen benachbarten Scheiteln und der doppelten Lamellendicke der Zickzacklamelle.
5. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag (|α| ) der Neigung des jeweiligen Streifens (18) höchstens 20° Anstellung gegenüber der Ebene des Schenkels (14) ausmacht, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 15° liegt.
6. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsmaß (y) der Streifenfolge am Schenkel (14) im Bereich von 0,8 bis 2,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 1,5 mm, liegt.
7. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (2z) zwischen den in derselben Abschlußebene liegenden benachbarten Scheiteln (16) der Zickzacklamelle (4) im Bereich von 1,6 bis 4,0 mm, vorzugsweise 2,0 bis 3,0 mm, liegt.
8. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels (14) gemessene Abstand (x) benachbarter Streifen im Bereich von 0,5 bis 1 mm liegt.
9. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgestellten Streifen (18) in ihrer ausgestellten Mittelzone eben sind.
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