EP1398592A1 - Flat tubes heat exchanger - Google Patents

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EP1398592A1
EP1398592A1 EP20030020179 EP03020179A EP1398592A1 EP 1398592 A1 EP1398592 A1 EP 1398592A1 EP 20030020179 EP20030020179 EP 20030020179 EP 03020179 A EP03020179 A EP 03020179A EP 1398592 A1 EP1398592 A1 EP 1398592A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
exchanger according
rib
medium
ribs
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Application number
EP20030020179
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German (de)
French (fr)
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EP1398592B1 (en
Inventor
Rainer Dr.-Ing Richter
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1398592A1 publication Critical patent/EP1398592A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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 heat exchanger with pipes and ribs the preamble of claim 1.
  • the corrugated fins are approximately zigzag-shaped, d. H. they form with the walls of the flat tubes about triangular Flow channels, which in each case two rib surfaces to each other are arranged inclined (V-type).
  • the newly formed ribbed surfaces are occupied with so-called gills, d. H. with slits through which the Air is deflected from one flow channel into the adjacent one.
  • This Rib configuration serves on the one hand to increase the heat transfer surface on the air side and on the other hand the improvement of the heat transfer by increasing the turbulence.
  • boundary layers are formed by the gills each be broken up again.
  • a modified ribbed form the so-called parallel rib or U-type, was known from US-A 5,271,478, also for a soldered one Flat-tube heat exchanger.
  • Rib are the rib surfaces arranged here parallel to each other, d. H.
  • the rib surfaces and the tube walls form approximately rectangular Flow channels for the air.
  • the rib areas are with gills occupied, with the gill angle another way to influence the boundary layers and the turbulence offers.
  • the solution to this problem arises from the features of claim 1.
  • the invention is based on the recognition that the air flow or the heat transfer in the areas of the pipe rib contact point can still be improved - therefore, there are additional according to the invention there Disturbing elements in a different geometric configuration provided, which act essentially as a vortex generator and thus a Turbulence of the flow result.
  • Disturbing elements in a different geometric configuration provided, which act essentially as a vortex generator and thus a Turbulence of the flow result.
  • erfindungsgemä ⁇ e Measure are also in the pipe wall near the rib the Boundary layers broken up or disturbed. It thus comes to an improved Heat transfer without the rib configuration significantly would have to be changed, d. H. without appreciable cost increase.
  • the Interference elements according to the invention can basically be found in the above-mentioned Rib forms, d. H.
  • the curved rib section has a flat central portion. This will be the rib base slightly widened and the necessary space for the arrangement of the interfering elements created.
  • interfering elements themselves can be the most diverse embodiments have, with an expression of the ribbed sheet in the form of a round or elongated knob or in the form of a truncated cone or a Cone tip advantageous formations are relatively simple in the conventional embossing of the rib.
  • a further advantageous embodiment is partial from the ribbed plate cut-out or punched-out and bent-out surface elements, z. B. in the form of a ramp which forms a trailing edge for the air flow and thus causes a turbulence.
  • lobes from the ribbed plate bent out and placed in parallel or obliquely in the air flow become.
  • the angle of attack of the lobes or flags results also a turbulence.
  • the disturbing elements unfold their maximum effect, if they are within given dimensions lie, which also result from the dependent claims.
  • the upper limit for the height of the interfering elements is that they do not protrude into the area of the gill flow and also the pressure loss the air flow may not increase significantly.
  • similar interference elements arranged in or on the pipe wall between two wave crests be, for. B. by impressing the pipe wall inwards, d. H. to Liquid side. Also an expression of the pipe wall to the air side is possible, for. In the form of so-called winglets, d. H. V-shaped Forms.
  • Fig. 1 shows a corrugated fin 1 only partially shown in cross section, arranged between two flat tubes 2, 3, which are only partially shown as pipe wall pieces.
  • the corrugated fin 1 and the flat tubes 2, 3 are parts of a heat exchanger network, not shown, which is part of a heat exchanger in a known type.
  • heat exchangers can be, for example, coolant radiators for cooling an internal combustion engine of a motor vehicle or else refrigerant condensers as part of an automotive air conditioning system.
  • Both heat exchangers have in common that a liquid and / or vapor medium flows through the tubes, while the outside of the tubes, whose surface is enlarged by the corrugated fins, is exposed to ambient air. The air is thereby promoted by back pressure or by a blower.
  • the corrugated fin 1 has two mutually inclined, d. H. a point Angle with each other forming rib surfaces 4, 5, which has a curved piece 6, the so-called wave crest are interconnected.
  • the wave crest 6 is soldered to the pipe wall 2.
  • the ribbed surfaces 4, 5 have so-called gills 7, 8, each up to the beginning of the elbow 6, d. H. up to a distance a to the pipe wall 2, 3.
  • the Rib surfaces 4, 5 form with the pipe wall 3 is an approximately triangular Flow channel 9.
  • the average distance of the rib surfaces 4, 5 is in a Center plane measured m and is denoted by t.
  • the corrugated fin 1 extends to the right and left in analogue training and with the same division t.
  • a recess 11 formed in the pipe wall 3 is an additional option to the rib side interfering element 10 thought.
  • Fig. 2 shows another rib shape, namely a so-called parallel rib 12 with parallel to each other or U-shaped rib surfaces 13, 14, which are interconnected via a bend piece 15.
  • the two rib surfaces 14, 15 also have known gills 16, 17, which have a length l and thus do not extend over the entire channel cross-section, but in each case have a distance a from the pipe walls 18.
  • the elbow 15 is composed of three sections, namely two outer approximately circularly curved portions 15a, 15b and a middle relatively flat portion 15c together.
  • the rib surfaces 13, 14 in conjunction with the elbow 15 and the tube wall 19 thus form an approximately rectangular flow channel 20 with a constant rib spacing or a rib pitch t.
  • a knob-shaped interference element 21 is arranged, which is formed from the rib material in the direction of the flow channel 20.
  • the contour of this knob-shaped interference element 21 shows a view in the direction A: the shape 21 has an approximately oval contour with a longitudinal extent K and a width B.
  • These interference elements 21 are - as also apparent from the following representations - aligned in the air flow direction one behind the other, so that the boundary layer is disturbed and turbulence is generated in these areas.
  • a turbulent flow is generated.
  • Fig. 3 shows a parallel rib 22 of the same configuration as the parallel rib 12 in Fig. 2 with the difference that instead of the knob-like expression 21 here a metal strip in the form of a flag 23 is provided as a disruptive element.
  • This flag 23 extends with a height H, which corresponds approximately to the distance a, in the air flow channel, ie until the beginning of the gills.
  • Fig. 4 shows a longitudinal section through a rib or air flow channel with a view of a rib surface 30 with gills 31.
  • the rib 30 is soldered with its upper crest 30 a with a tube wall 32 of a flat tube not fully illustrated, and a lower crest 30 b is with a Tube wall 33 of an adjacent flat tube soldered.
  • interference elements 34 are arranged, which have approximately the shape of a conical tip and are embossed from the material of the rib 30.
  • the air flow the direction of which is indicated by an arrow L, is thus disturbed in the lower region 30b of the rib 30 by the interference elements 34, which are arranged one behind the other and project with their tips into the air flow.
  • There are formed behind each interfering element 34 vortex which improve the heat transfer in this area.
  • the interference elements 34 thus act as a vortex generator.
  • a partial section in the plane IV-IV shows the profile of the gills 31, the - in Direction of employment - have a Kiementiefe T.
  • Fig. 5 shows the same view as in Fig. 4, but with another embodiment of interference elements 35, which are round or oval and also embossed from the fin material.
  • Fig. 6 shows a similar representation as Figs. 4 and 5, but with another embodiment of interference elements 36 which are formed in a ramp shape and are shown as a detail X in Fig. 8 .
  • the interference elements 36 are formed as a ramp 37, which are cut out of a rib 38 and bent into the air flow L.
  • the ramp 37 is characterized by a height H and a length K.
  • the rib 38 is soldered in this area with a tube wall 39.
  • the ramp 37 has a tear-off edge 40, at which air turbulence form.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of interference elements 41, which are formed like lobes and shown as a detail Y in FIG. 9 .
  • the interference element 41 is formed as a rectangular flap 42, which is cut out of a ribbed bottom 43 and bent into the air flow L.
  • the tab 42 which has a height H and a length K, is in this embodiment with its surfaces parallel to the air flow L and thus acts with its leading edge 43 as a "boundary layer breaker".
  • FIG. 10 shows an enlarged sectional view of the knob-shaped expression 21 in FIG. 2.
  • the rib 15 is soldered to the tube wall 18 via solder meniscuses 45.
  • the central region 15c has a knob-like expression 21, which protrudes with a height H in the air flow channel. The production of this expression 21 is possible without great effort when rolling the ribs by appropriate embossing nubs are provided on the rollers.

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Abstract

Heat exchanger comprises tubes (2, 3) containing a first medium and ribs (1) containing a second medium. At least one interference element (10) for the flow of the second medium is provided in the region of a tube/rib contact point. Preferred Features: The tubes and the ribs are soldered together. At least one interference element is a knob-like projection from the rib material, preferably a tab, especially punched out of the rib material, positioned against the main flow direction of the second medium.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit Rohren und Rippen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a heat exchanger with pipes and ribs the preamble of claim 1.

Bekannte Wärmeübertrager sind einerseits so genannte mechanisch gefügte Wärmeüberträger, d. h. mit Rundrohren und Flachrippen, die von den Rundrohren durchsetzt werden und mit diesen über Rippendurchzüge in wärmeleitender und mechanischer Verbindung stehen. Andererseits sind gelötete Wärmeübertrager bekannt, die aus einem Wärmeübertragernetz mit Flachrohren und zwischen diesen angeordneten Wellrippen bestehen, die mit den Flachrohren an ihren Wellenkämmen verlötet sind. Durch die Rundrohre bzw. Flachrohre strömt ein flüssiges Medium (Kühlmittel), und über die Flachrippen bzw. Wellrippen strömt ein gasförmiges Medium (Luft), d. h. es stehen stark unterschiedliche Wärmekapazitätsströme im Wärmeaustausch. Mann muss daher auf der Luftseite zusätzliche Maßnahmen ergreifen, um dort die Wärmeübertragung zu verbessern.Known heat exchangers are on the one hand so-called mechanically joined Heat exchanger, d. H. with round tubes and flat ribs, by the Round pipes are interspersed and with these over ribbed passages in thermally conductive and mechanical connection stand. On the other hand are soldered heat exchanger known from a heat exchanger network with Flat tubes and arranged between these corrugated ribs, the with the flat tubes are soldered to their wave crests. Through the round tubes or flat tubes flows a liquid medium (coolant), and over the flat ribs or corrugated fins flows through a gaseous medium (air), d. H. There are very different heat capacity flows in the heat exchange. Man must therefore take additional measures on the air side, to improve the heat transfer there.

Nach der US-A 3.250.325 sind die Wellrippen etwa zickzackförmig ausgebildet, d. h. sie bilden mit den Wandungen der Flachrohre etwa dreieckförmige Strömungskanäle, bei denen also jeweils zwei Rippenflächen zueinander geneigt angeordnet sind (V-Typ). Die eben ausgebildeten Rippenflächen sind mit so genannten Kiemen besetzt, d. h. mit Schlitzen, durch welche die Luft von einem Strömungskanal in den benachbarten umgelenkt wird. Diese Rippenkonfiguration dient einerseits der Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche auf der Luftseite und andererseits der Verbesserung des Wärmeübergangs durch Erhöhung der Turbulenz. Bei der Strömung der Luft über die Rippen bilden sich Grenzschichten aus, die durch die Kiemen jeweils wieder neu aufgebrochen werden.According to US-A 3,250,325 the corrugated fins are approximately zigzag-shaped, d. H. they form with the walls of the flat tubes about triangular Flow channels, which in each case two rib surfaces to each other are arranged inclined (V-type). The newly formed ribbed surfaces are occupied with so-called gills, d. H. with slits through which the Air is deflected from one flow channel into the adjacent one. This Rib configuration serves on the one hand to increase the heat transfer surface on the air side and on the other hand the improvement of the heat transfer by increasing the turbulence. At the flow of air Over the ribs, boundary layers are formed by the gills each be broken up again.

Eine abgewandelte Rippenform, die so genannte Parallelrippe oder U-Typ, wurde durch die US-A 5.271,478 bekannt, und zwar ebenfalls für einen gelöteten Flachrohr-Wärmeübertrager. Im Unterschied zu der oben beschriebenen Rippe sind die Rippenflächen hier parallel zueinander angeordnet, d. h. die Rippenflächen und die Rohrwandungen bilden etwa rechteckförmige Strömungskanäle für die Luft. Auch hier sind die Rippenflächen mit Kiemen besetzt, wobei der Kiemenwinkel eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Grenzschichten und der Turbulenz bietet.A modified ribbed form, the so-called parallel rib or U-type, was known from US-A 5,271,478, also for a soldered one Flat-tube heat exchanger. Unlike the one described above Rib are the rib surfaces arranged here parallel to each other, d. H. The rib surfaces and the tube walls form approximately rectangular Flow channels for the air. Again, the rib areas are with gills occupied, with the gill angle another way to influence the boundary layers and the turbulence offers.

Ein Problem bei den bekannten vorgenannten Rippenkonfigurationen besteht darin, dass die Kiemen nicht über die volle Breite der Rippenflächen eingeschnitten werden können, weil die Rippenflächen im wandnahen Bereich in einen Radius übergehen. Im Bereich dieses Rippenbiegradius' sind also keine turbulenzerhöhenden Mittel vorhanden, was in diesem Bereich zu einer relativ dicken Grenzschicht, d. h. laminaren Strömung mit schlechtem Wärmeübergang führt. Teilweise treten im unmittelbaren Rohrwandbereich die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten der Luft auf, wodurch die Aufheizung der Luft und damit die Wärmeabfuhr in diesen Bereichen am schlechtesten ist. Auch bei mechanisch gefügten Wärmeübertragern bestehen im wandnahen Bereich der Rundrohre zwischen den Flachrippen ähnliche Probleme.There is a problem with the known aforementioned rib configurations in that the gills do not exceed the full width of the ribbed surfaces can be cut, because the ribs in the area close to the wall go into a radius. In the area of this rib bending radius' are So no turbulence-enhancing agent exists, something in this area to a relatively thick boundary layer, d. H. laminar flow with bad Heat transfer leads. Partial occur in the immediate pipe wall area the highest flow velocities of the air, causing the Heating the air and thus the heat dissipation in these areas on worst is. Even with mechanically joined heat exchangers exist in the near-wall area of the round tubes between the flat ribs similar Problems.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die möglichen Potenziale einer verbesserten Wärmeübertragung für Wärmeübertrager der eingangs genannten Art auszuschöpfen, d. h. den luftseitigen Wärmeübergang zu verbessern, und zwar möglichst ohne zusätzliche Kosten.It is an object of the present invention, the potentials of a potential improved heat transfer for heat exchanger of the aforementioned To exploit kind, d. H. to improve the air-side heat transfer, and possibly without additional costs.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Luftströmung bzw. der Wärmeübergang in den Bereichen der Rohrrippenkontaktstelle noch verbessert werden kann - daher sind erfindungsgemäß dort zusätzliche Störelemente in unterschiedlicher geometrischer Ausgestaltung vorgesehen, die im Wesentlichen als Wirbelerzeuger wirken und damit eine Verwirbelung der Strömung zur Folge haben. Durch diese erfindungsgemäβe Maßnahme werden auch im rohrwandnahen Bereich der Rippe die Grenzschichten aufgebrochen bzw. gestört. Es kommt somit zu einer verbesserten Wärmeübertragung, ohne dass die Rippenkonfiguration erheblich geändert werden müsste, d. h. ohne nennenswerte Kostensteigerung. Die erfindungsgemäßen Störelemente können grundsätzlich bei den oben erwähnten Rippenformen, d. h. bei Flachrippen und Wellrippen, letztere mit geneigten und parallelen Rippenflächen, vorgesehen werden, allerdings ergibt sich ein Vorteil für die Parallelrippe, weil sich dort im Strömungskanal eine symmetrische Strömung ergibt und im "Wellental", d. h. dem gebogenen Bereich der Rippe mehr Raum für die Anordnung der Störelemente vorhanden ist.The solution to this problem arises from the features of claim 1. The invention is based on the recognition that the air flow or the heat transfer in the areas of the pipe rib contact point can still be improved - therefore, there are additional according to the invention there Disturbing elements in a different geometric configuration provided, which act essentially as a vortex generator and thus a Turbulence of the flow result. By these erfindungsgemäβe Measure are also in the pipe wall near the rib the Boundary layers broken up or disturbed. It thus comes to an improved Heat transfer without the rib configuration significantly would have to be changed, d. H. without appreciable cost increase. The Interference elements according to the invention can basically be found in the above-mentioned Rib forms, d. H. in flat ribs and corrugated ribs, the latter with inclined and parallel rib surfaces, are provided, however, results itself an advantage for the parallel rib, because there in the flow channel gives a symmetrical flow and in the "trough", d. H. the curved one Area of the rib more space for the arrangement of the interfering elements available is.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Dependent claims.

Für die Parallelrippe ist es vorteilhaft, wenn der gebogene Rippenabschnitt einen flachen mittleren Abschnitt aufweist. Hierdurch wird die Rippenbasis etwas verbreitert und der notwendige Platz für die Anordnung der Störelemente geschaffen.For the parallel rib, it is advantageous if the curved rib section has a flat central portion. This will be the rib base slightly widened and the necessary space for the arrangement of the interfering elements created.

Die Störelemente selbst können die verschiedensten Ausführungsformen aufweisen, wobei eine Ausprägung aus dem Rippenblech in Form einer runden oder länglichen Noppe oder in Form eines Kegelstumpfes oder einer Kegelspitze vorteilhafte Ausbildungen sind, die sich relativ einfach bei der konventionellen Herstellung der Rippe prägen lassen.The interfering elements themselves can be the most diverse embodiments have, with an expression of the ribbed sheet in the form of a round or elongated knob or in the form of a truncated cone or a Cone tip advantageous formations are relatively simple in the conventional embossing of the rib.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sind aus dem Rippenblech partiell ausgeschnittene bzw. ausgestanzte und herausgebogene Flächenelemente, z. B. in Form einer Rampe, die eine Abrisskante für die Luftströmung bildet und somit eine Verwirbelung bewirkt. Ebenso können Lappen aus dem Rippenblech herausgebogen und parallel oder schräg in die Luftströmung gestellt werden. Durch den Anstellwinkel der Lappen oder Fahnen ergibt sich ebenfalls eine Verwirbelung. Dadurch, dass jeweils eine Vielzahl von Störelementen hintereinander und im Abstand angeordnet sind, wird die Grenzschichtströmung immer wieder gestört und somit der Verdickung der Grenzschicht entgegengewirkt.A further advantageous embodiment is partial from the ribbed plate cut-out or punched-out and bent-out surface elements, z. B. in the form of a ramp which forms a trailing edge for the air flow and thus causes a turbulence. Likewise, lobes from the ribbed plate bent out and placed in parallel or obliquely in the air flow become. The angle of attack of the lobes or flags results also a turbulence. Thereby, that in each case a multiplicity of disturbing elements are arranged one behind the other and at a distance, the boundary layer flow repeatedly disturbed and thus the thickening of the boundary layer counteracted.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung entfalten die Störelemente ihre maximale Wirkung, wenn sie innerhalb vorgegebener Abmessungen liegen, die sich ebenfalls aus den Unteransprüchen ergeben. Somit ergibt sich die Obergrenze für die Höhe der Störelemente dadurch, dass sie nicht in den Bereich der Kiemenströmung hineinragen und auch den Druckverlust der Luftströmung nicht wesentlich erhöhen dürfen.According to an advantageous embodiment of the invention, the disturbing elements unfold their maximum effect, if they are within given dimensions lie, which also result from the dependent claims. Thus The upper limit for the height of the interfering elements is that they do not protrude into the area of the gill flow and also the pressure loss the air flow may not increase significantly.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können ähnliche Störelemente in oder an der Rohrwand zwischen zwei Wellenbergen angeordnet werden, z. B. durch Einprägung der Rohrwand nach innen, d. h. zur Flüssigkeitsseite. Auch eine Ausprägung der Rohrwand zur Luftseite hin ist möglich, z. B. in Form von so genannten Winglets, d. h. V-förmig ausgebildeten Ausprägungen.According to an advantageous embodiment of the invention, similar interference elements arranged in or on the pipe wall between two wave crests be, for. B. by impressing the pipe wall inwards, d. H. to Liquid side. Also an expression of the pipe wall to the air side is possible, for. In the form of so-called winglets, d. H. V-shaped Forms.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschreiben. Es zeigen

Fig. 1
eine Wellrippe mit V-förmiger Anordnung (V-Typ),
Fig. 2
eine Wellrippe in U-förmiger Anordnung (U-Typ) mit ausgeprägtem Störelement,
Fig. 3
eine Wellrippe (U-Typ) mit ausgeschnittenem Störelement,
Fig. 4
einen Längsschnitt durch einen Rippenkanal mit spitzen Störelementen,
Fig. 5
einen Längsschnitt durch einen Rippenkanal mit noppenförmigen Störelementen,
Fig. 6
einen Längsschnitt durch einen Rippenkanal mit rampenförmigen Störelementen,
Fig. 7
einen Längsschnitt durch einen Rippenkanal mit lappenförmigen Störelementen,
Fig. 8
eine Einzelheit X aus Fig. 6,
Fig. 9
eine Einzelheit Y aus Fig. 7 und
Fig. 10
eine Teilschnittdarstellung der noppenartigen Ausprägung gemäß Fig. 2.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below. Show it
Fig. 1
a corrugated rib with a V-shaped arrangement (V-type),
Fig. 2
a corrugated rib in a U-shaped arrangement (U-type) with a pronounced interference element,
Fig. 3
a corrugated fin (U-type) with cut-out interfering element,
Fig. 4
a longitudinal section through a rib channel with pointed interference elements,
Fig. 5
a longitudinal section through a rib channel with knob-shaped interference elements,
Fig. 6
a longitudinal section through a rib channel with ramp-shaped interference elements,
Fig. 7
a longitudinal section through a rib channel with lobe-shaped interference elements,
Fig. 8
a detail X of FIG. 6,
Fig. 9
a detail Y of Fig. 7 and
Fig. 10
a partial sectional view of the knob-like expression of FIG. 2.

Fig. 1 zeigt eine nur teilweise dargestellte Wellrippe 1 im Querschnitt, angeordnet zwischen zwei Flachrohren 2, 3, die nur teilweise als Rohrwandstücke dargestellt sind. Die Wellrippe 1 sowie die Flachrohre 2, 3 sind Teile eines nicht dargestellten Wärmeübertragernetzes, welches Bestandteil eines Wärmeübertragers in bekannter Bauart ist. Solche Wärmeübertrager können beispielsweise Kühlmittelkühler für die Kühlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges sein oder auch Kältemittelkondensatoren als Teil einer Kraftfahrzeugklimaanlage. Beiden Wärmeübertragern ist gemein, dass durch die Rohre ein flüssiges und/oder dampfförmiges Medium fließt, während die Außenseite der Rohre, deren Fläche durch die Wellrippen vergröβert wird, von Umgebungsluft beaufschlagt wird. Die Luft wird dabei durch Staudruck oder durch ein Gebläse gefördert. Fig. 1 shows a corrugated fin 1 only partially shown in cross section, arranged between two flat tubes 2, 3, which are only partially shown as pipe wall pieces. The corrugated fin 1 and the flat tubes 2, 3 are parts of a heat exchanger network, not shown, which is part of a heat exchanger in a known type. Such heat exchangers can be, for example, coolant radiators for cooling an internal combustion engine of a motor vehicle or else refrigerant condensers as part of an automotive air conditioning system. Both heat exchangers have in common that a liquid and / or vapor medium flows through the tubes, while the outside of the tubes, whose surface is enlarged by the corrugated fins, is exposed to ambient air. The air is thereby promoted by back pressure or by a blower.

Die Wellrippe 1 weist zwei geneigt zueinander angeordnete, d. h. einen spitzen Winkel miteinander bildende Rippenflächen 4, 5 auf, die über ein Bogenstück 6, den so genannten Wellenkamm miteinander verbunden sind. Der Wellenkamm 6 ist mit der Rohrwand 2 verlötet. Die Rippenflächen 4, 5 weisen so genannte Kiemen 7, 8 auf, die jeweils bis zum Beginn des Bogenstückes 6 reichen, d. h. bis auf einen Abstand a zur Rohrwandung 2, 3. Die Rippenflächen 4, 5 bilden mit der Rohrwand 3 einen etwa dreieckförmigen Strömungskanal 9. Der mittlere Abstand der Rippenflächen 4, 5 wird in einer Mittelebene m gemessen und ist mit t bezeichnet. Die Wellrippe 1 erstreckt sich nach rechts und links in analoger Ausbildung und mit derselben Teilung t. Aufgrund des etwa dreieckförmigen Strömungsquerschnittes für die Luft ergibt sich eine ungleichmäßige Geschwindigkeit- und Temperaturverteilung über den Strömungskanal 9. So stellt sich z. B. im unteren Bereich des größten Querschnitts die höchste Strömungsgeschwindigkeit ein. Im oberen Bereich des engsten Querschnittes, d. h. im Bereich des Bogenstückes 6 bilden sich bei konventioneller Ausbildung der Wellrippe relativ dicke Grenzschichten mit laminarer Strömung aus. Um dieses zu vermeiden bzw. um eine solche Grenzschicht aufzubrechen ist in diesem Bereich ein Störelement 10 angeordnet, das als Lappen aus dem Rippenmaterial herausgeschnitten und umgebogen ist. In Richtung senkrecht zur Zeichenebene, d. h. in Luftströmungsrichtung sind mehrere solcher Störelemente 10 im Bereich des Bogenstückes 6 angeordnet.The corrugated fin 1 has two mutually inclined, d. H. a point Angle with each other forming rib surfaces 4, 5, which has a curved piece 6, the so-called wave crest are interconnected. The wave crest 6 is soldered to the pipe wall 2. The ribbed surfaces 4, 5 have so-called gills 7, 8, each up to the beginning of the elbow 6, d. H. up to a distance a to the pipe wall 2, 3. The Rib surfaces 4, 5 form with the pipe wall 3 is an approximately triangular Flow channel 9. The average distance of the rib surfaces 4, 5 is in a Center plane measured m and is denoted by t. The corrugated fin 1 extends to the right and left in analogue training and with the same division t. Due to the approximately triangular flow cross-section for the air results in an uneven speed and temperature distribution over the flow channel 9. So z. B. at the bottom of the largest cross-section the highest flow rate. At the top Area of the narrowest cross-section, d. H. in the region of the elbow 6 form in conventional training of the corrugated fin relatively thick Boundary layers with laminar flow out. To avoid this or in order to break up such a boundary layer is a disturbance element in this area 10 arranged, which cut out as a rag from the fin material and bent over. In the direction perpendicular to the plane of the drawing, d. H. in the air flow direction, a plurality of such interference elements 10 in the area arranged the elbow 6.

Auf der gegenüber liegenden Seite, d. h. im Bereich der Rohrwand 3 ist gestrichelt eine Vertiefung 11 in die Rohrwand 3 eingeformt, die als Störelement oder Wirbelerzeuger für die Luftströmung in diesem wandnahen Bereich wirken soll. Ein solches Störelement, das prinzipiell auch in die entgegengesetzte Richtung, d. h. in den Strömungskanal 9 hinein ausgeformt werden kann, ist als zusätzliche Option zu dem rippenseitigen Störelement 10 gedacht. Bei der gestrichelten Ausbildung der Einprägung 11 wirkt diese gleichzeitig als Störelement auf der Innenseite der Rohrwand für das dort strömende Kühlmittel bzw. Kältemittel.On the opposite side, d. H. in the region of the pipe wall 3 is dashed a recess 11 formed in the pipe wall 3, as the interference element or vortex generators for the air flow in this near-wall area should work. Such a disruptive element, which in principle also in the opposite Direction, d. H. formed in the flow channel 9 in is an additional option to the rib side interfering element 10 thought. In the dashed design of the impression 11 this acts at the same time as a disruptive element on the inside of the pipe wall for that there flowing coolant or refrigerant.

Fig. 2 zeigt eine andere Rippenform, nämlich eine so genannte Parallelrippe 12 mit parallel zueinander oder U-förmig angeordneten Rippenflächen 13, 14, welche über ein Bogenstück 15 miteinander verbunden sind. Die beiden Rippenflächen 14, 15 weisen ebenfalls an sich bekannte Kiemen 16, 17 auf, die eine Länge l aufweisen und sich somit nicht über den gesamten Kanalquerschnitt erstrecken, sondern jeweils einen Abstand a von den Rohrwandungen 18. 19 aufweisen. Das Bogenstück 15 setzt sich aus drei Abschnitten, nämlich zwei äußeren etwa kreisförmig gebogenen Abschnitten 15a, 15b und einem mittleren relativ flachen Abschnitt 15c zusammen. Die Rippenflächen 13, 14 in Verbindung mit dem Bogenstück 15 und der Rohrwand 19 bilden somit einen etwa rechteckförmigen Strömungskanal 20 mit einem konstanten Rippenabstand bzw. einer Rippenteilung t. Im Bereich des flachen Bogenstückes 15c ist ein noppenförmiges Störelement 21 angeordnet, das aus dem Rippenmaterial in Richtung des Strömungskanals 20 ausgeprägt ist. Die Kontur dieses noppenförmigen Störelements 21 zeigt eine Ansicht in Richtung A: die Ausprägung 21 weist eine etwa ovale Kontur auf mit einer Längserstreckung K und einer Breite B. Diese Störelemente 21 sind - wie auch aus den folgenden Darstellungen hervorgeht - in Luftströmungsrichtung fluchtend hintereinander angeordnet, so dass in diesen Bereichen die Grenzschicht gestört und eine Verwirbelung erzeugt wird. Damit wird in diesem wandnahen Bereich (mit dem Abstand a), wo die Luftströmung nicht durch die Kiemen 16, 17 beeinflusst wird, eine turbulente Strömung erzeugt. Fig. 2 shows another rib shape, namely a so-called parallel rib 12 with parallel to each other or U-shaped rib surfaces 13, 14, which are interconnected via a bend piece 15. The two rib surfaces 14, 15 also have known gills 16, 17, which have a length l and thus do not extend over the entire channel cross-section, but in each case have a distance a from the pipe walls 18. 19. The elbow 15 is composed of three sections, namely two outer approximately circularly curved portions 15a, 15b and a middle relatively flat portion 15c together. The rib surfaces 13, 14 in conjunction with the elbow 15 and the tube wall 19 thus form an approximately rectangular flow channel 20 with a constant rib spacing or a rib pitch t. In the region of the flat elbow 15c, a knob-shaped interference element 21 is arranged, which is formed from the rib material in the direction of the flow channel 20. The contour of this knob-shaped interference element 21 shows a view in the direction A: the shape 21 has an approximately oval contour with a longitudinal extent K and a width B. These interference elements 21 are - as also apparent from the following representations - aligned in the air flow direction one behind the other, so that the boundary layer is disturbed and turbulence is generated in these areas. Thus, in this region close to the wall (with the distance a), where the air flow is not influenced by the gills 16, 17, a turbulent flow is generated.

Fig. 3 zeigt eine Parallelrippe 22 der gleichen Konfiguration wie die Parallelrippe 12 in Fig. 2 mit dem Unterschied, dass statt der noppenartigen Ausprägung 21 hier ein Blechstreifen in Form einer Fahne 23 als Störelement vorgesehen ist. Diese Fahne 23 erstreckt sich mit einer Höhe H, die ungefähr dem Abstand a entspricht, in den Luftströmungskanal, d. h. bis zum Beginn der Kiemen. Fig. 3 shows a parallel rib 22 of the same configuration as the parallel rib 12 in Fig. 2 with the difference that instead of the knob-like expression 21 here a metal strip in the form of a flag 23 is provided as a disruptive element. This flag 23 extends with a height H, which corresponds approximately to the distance a, in the air flow channel, ie until the beginning of the gills.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rippen bzw. Luftströmungskanal mit Blick auf eine Rippenfläche 30 mit Kiemen 31. Die Rippe 30 ist mit ihrem oberen Wellenberg 30a mit einer Rohrwand 32 eines nicht vollständig dargestellten Flachrohres verlötet, und ein unterer Wellenberg 30b ist mit einer Rohrwand 33 eines benachbarten Flachrohres verlötet. Auf dem Boden bzw. im Wellental 30b der Rippe 30 sind Störelemente 34 angeordnet, die etwa die Form einer Kegelspitze aufweisen und aus dem Material der Rippe 30 herausgeprägt sind. Die Luftströmung, deren Richtung durch einen Pfeil L gekennzeichnet ist, wird somit im unteren Bereich 30b der Rippe 30 durch die hintereinander angeordneten, mit ihren Spitzen in den Luftstrom ragenden Störelementen 34 gestört. Es bilden sich hinter jedem Störelement 34 Wirbel aus, die den Wärmeübergang in diesem Bereich verbessern. Die Störelemente 34 wirken also als Wirbelerzeuger. Fig. 4 shows a longitudinal section through a rib or air flow channel with a view of a rib surface 30 with gills 31. The rib 30 is soldered with its upper crest 30 a with a tube wall 32 of a flat tube not fully illustrated, and a lower crest 30 b is with a Tube wall 33 of an adjacent flat tube soldered. On the floor or in the trough 30b of the rib 30, interference elements 34 are arranged, which have approximately the shape of a conical tip and are embossed from the material of the rib 30. The air flow, the direction of which is indicated by an arrow L, is thus disturbed in the lower region 30b of the rib 30 by the interference elements 34, which are arranged one behind the other and project with their tips into the air flow. There are formed behind each interfering element 34 vortex, which improve the heat transfer in this area. The interference elements 34 thus act as a vortex generator.

Ein Teilschnitt in der Ebene IV-IV zeigt das Profil der Kiemen 31, die - in Richtung der Anstellung - eine Kiementiefe T aufweisen.A partial section in the plane IV-IV shows the profile of the gills 31, the - in Direction of employment - have a Kiementiefe T.

Fig. 5 zeigt die gleiche Darstellung wie in Fig. 4, allerdings mit einer anderen Ausführungsform von Störelementen 35, die rund oder oval ausgebildet und ebenfalls aus dem Rippenmaterial herausgeprägt sind. Fig. 5 shows the same view as in Fig. 4, but with another embodiment of interference elements 35, which are round or oval and also embossed from the fin material.

Fig. 6 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 4 und 5, allerdings mit einer anderen Ausführungsform von Störelementen 36, die rampenförmig ausgebildet sind und als Einzelheit X in Fig. 8 dargestellt sind. Die Störelemente 36 sind als Rampe 37 ausgebildet, die aus einer Rippe 38 ausgeschnitten und in den Luftstrom L hineingebogen sind. Die Rampe 37 ist durch eine Höhe H und eine Länge K gekennzeichnet. Die Rippe 38 ist in diesem Bereich mit einer Rohrwand 39 verlötet. Die Rampe 37 weist eine Abrisskante 40 auf, an welcher sich Luftwirbel ausbilden. Fig. 6 shows a similar representation as Figs. 4 and 5, but with another embodiment of interference elements 36 which are formed in a ramp shape and are shown as a detail X in Fig. 8 . The interference elements 36 are formed as a ramp 37, which are cut out of a rib 38 and bent into the air flow L. The ramp 37 is characterized by a height H and a length K. The rib 38 is soldered in this area with a tube wall 39. The ramp 37 has a tear-off edge 40, at which air turbulence form.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform von Störelementen 41, die lappenförmig ausgebildet und als Einzelheit Y in Fig. 9 dargestellt sind. Das Störelement 41 ist als rechteckförmiger Lappen 42 ausgebildet, der aus einem Rippenboden 43 ausgeschnitten und in den Luftstrom L hineingebogen ist. Der Lappen 42, der eine Höhe H und eine Länge K aufweist, steht bei diesem Ausführungsbeispiel mit seinen Flächen parallel zum Luftstrom L und wirkt somit mit seiner Anströmkante 43 als "Grenzschichtbrecher". Es ist jedoch auch möglich, einen solchen Lappen schräg, d. h. mit einem Anstellwinkel zur Luftströmung L zu stellen, womit sich zusätzliche Verwirbelungseffekte ergeben. FIG. 7 shows a further embodiment of interference elements 41, which are formed like lobes and shown as a detail Y in FIG. 9 . The interference element 41 is formed as a rectangular flap 42, which is cut out of a ribbed bottom 43 and bent into the air flow L. The tab 42, which has a height H and a length K, is in this embodiment with its surfaces parallel to the air flow L and thus acts with its leading edge 43 as a "boundary layer breaker". However, it is also possible to provide such a flap obliquely, ie with an angle of attack to the air flow L, which results in additional Verwirbelungseffekte.

Fig. 10 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung der noppenförmigen Ausprägung 21 in Fig. 2. Die Rippe 15 ist über Lötmenisken 45 mit der Rohrwand 18 verlötet. Der mittlere Bereich 15c weist eine noppenartige Ausprägung 21 auf, die mit einer Höhe H in den Luftströmungskanal hineinragt. Die Herstellung dieser Ausprägung 21 ist beim Walzen der Rippen ohne großen Aufwand möglich, indem entsprechende Prägenoppen auf den Walzen vorgesehen werden. 10 shows an enlarged sectional view of the knob-shaped expression 21 in FIG. 2. The rib 15 is soldered to the tube wall 18 via solder meniscuses 45. The central region 15c has a knob-like expression 21, which protrudes with a height H in the air flow channel. The production of this expression 21 is possible without great effort when rolling the ribs by appropriate embossing nubs are provided on the rollers.

Claims (19)

Wärmeübertrager mit Rohren und Rippen, wobei die Rohre von einem ersten Medium durchströmbar und die Rippen von einem zweiten Medium umströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Rohrrippenkontaktstelle zumindest ein Störelement für die Strömung des zweiten Mediums vorgesehen ist.Heat exchanger with tubes and ribs, wherein the tubes are flowed through by a first medium and the ribs are flowed around by a second medium, characterized in that in the region of a tube rib contact point at least one stray element for the flow of the second medium is provided. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre und die Rippen miteinander verlötet sind.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes and the ribs are soldered together. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre als Flachrohre und die Rippen als Wellrippen ausgebildet sind, wobei die Flachrohre von Wellenkämmen der Wellrippen berührt werden.Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the tubes are designed as flat tubes and the ribs as corrugated ribs, wherein the flat tubes are touched by wave crests of the corrugated ribs. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippen mit Kiemen besetzte Rippenflächen aufweisen.Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the corrugated ribs have gilled ribbed surfaces. Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippen gegeneinander geneigte Rippenflächen aufweisen. Heat exchanger according to claim 3 or 4, characterized in that the corrugated ribs have mutually inclined rib surfaces. Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippen zueinander parallele Rippenflächen aufweisen.Heat exchanger according to claim 3 or 4, characterized in that the corrugated ribs have mutually parallel rib surfaces. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenkämme jeweils drei Abschnitte aufweisen, nämlich zwei äußere Abschnitte mit relativ großer Krümmung und einen mittleren Abschnitt mit kleinerer oder ohne Krümmung.Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the wave crests each have three sections, namely two outer sections with a relatively large curvature and a middle section with a smaller or no curvature. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Wellenkammes mehrere Störelemente für die Strömung des zweiten Mediums vorgesehen sind.Heat exchanger according to one of claims 3 to 7, characterized in that a plurality of interference elements for the flow of the second medium are provided in the region of a wave crest. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Störelemente eines Wellenkammes in Hauptströmungsrichtung des zweiten Mediums fluchtend angeordnet sind.Heat exchanger according to claim 8, characterized in that a plurality of interference elements of a wave crest are arranged in alignment in the main flow direction of the second medium. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Störelement als noppenartige Ausprägung aus dem Rippenmaterial ausgebildet ist.Heat exchanger according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one interference element is designed as a knob-like expression of the fin material. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Störelement als Lappen ausgebildet ist, wobei der Lappen insbesondere aus dem Rippenmaterial gestanzt ist.Heat exchanger according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one interference element is designed as a flap, wherein the flap is punched in particular from the rib material. Wärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lappen gegenüber einer Hauptströmungsrichtung des zweiten Mediums angestellt ist. Heat exchanger according to claim 11, characterized in that the flap is employed in relation to a main flow direction of the second medium. Wärmeübertrager nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lappen als Rampe ausgebildet ist.Heat exchanger according to claim 11 or 12, characterized in that the flap is designed as a ramp. Wärmeübertrager nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lappen als Fahne ausgebildet ist.Heat exchanger according to claim 11 or 12, characterized in that the flap is designed as a flag. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Störelement eine Höhe H senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des zweiten Mediums und die Kiemen einen Abstand a von der Rohrrippenkontaktstelle aufweisen, wobei folgende Beziehung gilt: 0,1 a ≤ H ≤ 1,0 a.Heat exchanger according to one of claims 4 to 14, characterized in that at least one interference element has a height H perpendicular to a main flow direction of the second medium and the gills a distance a from the pipe rib contact point, wherein the following relationship applies: 0.1 a ≤ H ≤ 1 , 0 a. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Störelement eine Länge K und die Kiemen eine Tiefe T aufweisen, wobei folgende Beziehung gilt: 0,5 T ≤ K ≤ 2,0 T.Heat exchanger according to one of claims 4 to 15, characterized in that at least one interference element has a length K and the gills have a depth T, wherein the following relationship applies: 0.5 T ≤ K ≤ 2.0 T. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Störelement eine Breite B und die zugehörige Rohrrippenkontaktstelle einen Abstand t zu einer benachbarten Rohrrippenkontaktstelle aufweist, wobei folgende Beziehung gilt: 0,1 t ≤ B ≤ 0,5 t.Heat exchanger according to one of claims 1 to 16, characterized in that at least one interference element has a width B and the associated pipe rib contact point a distance t to an adjacent pipe rib contact point, wherein the following relationship applies: 0.1 t ≤ B ≤ 0.5 t. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flachrohr zwischen zwei Wellenkämmen einer Wellrippe zumindest ein zweites Störelement für die Strömung des zweiten Mediums aufweist. Heat exchanger according to one of claims 3 to 17, characterized in that a flat tube between two wave crests of a corrugated fin has at least a second interference element for the flow of the second medium. Wärmeübertrager nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Störelement als Ausprägung aus einer Rohrwand ausgebildet ist.Heat exchanger according to claim 18, characterized in that at least one second interfering element is designed as an expression of a tube wall.
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