SE521816C2 - Fluidtransportrör samt fordonskylare med sådant - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 r 521 816 2 ribbelement 2 som ansluter till varandra i mellanliggande spetsområden 3. De tvärgående ribborna 1 är i rörets långdriktning L alternerande anordnade på rörets mot- stående primärytor, varvid de på den övre primårytan anordnade ribborna l (heldragna linjer i fig 1) är för- skjutna i tvärled relativt de på den undre primärytan anordnade ribborna 1 (streckade linjer i fig 1). Sett i rörets längdriktning L är de på varandra följande ribb- elementen 2 omväxlande anordnade på de motstående primär- ytorna och uppvisar en given inbördes vinkel. Därmed kommer ribbelementen 2 att styra flödet av den första fluiden genom röret för att alstra en virvelrörelse kring rörets längdaxel, såsom schematiskt framgår av åndvyn i fig 2. Närmare bestämt delas det inkommande flödet upp i ett antal parallella delflöden 4 som bibringas en spiral- rörelse på sin väg genom röret, varvid varje delflöde 4 har en motsatt rotation relativt angränsande delflöden 4.

Med sådana delflöden àstadkommes en uppbrytning av gräns- skiktet vid primårytorna samt en ökad cirkulation av fluid mellan rörets centrumpartier och väggpartier.

Sammantaget ger detta en potentiellt hög vårmeöverfö- ringskapacitet hos röret. Det har dock visat sig vara svårt att med rådande tillverkningsteknik åstadkomma sammanhängande ribbor med sicksackform, varför i prakti- ken mellanrum föreligger i spetsområdena 3 mellan ribb- elementen 1.

Fordonskylare med denna typ av ”spiralflödesrör” har visat sig ge hög värmeöverföringskapacitet även vid rela- tivt små flöden genom rören, vilket i många fall kan vara önskvärt, exempelvis vid vätskekylare till lastbilsmoto- rer med luftöverladdning. Dessa fordon kan nämligen ut- veckla stora värmemängder även vid låga varvtal.

Ovanstående konstruktion är dock ännu i sin linda, och det föreligger ett behov av att vidareutveckla konst- ruktionen för optimering av dess prestanda. 10 15 20 25 30 35 521 816 3 Sammanfattning av uppfinningen Det år ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett förbättrat fluidtransportrör, d v s ett rör som för en given storlek uppvisar en högre värmeöver- föringskapacitet och/eller ett lägre tryckfall än gängse konstruktioner, i synnerhet vid genomströmning av rela- tivt små fluidflöden.

Det är också ett ändamål att åstadkomma ett fluid- transportrör med liten risk för igensåttning.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma ett fluid- transportrör som är enkelt att tillverka.

Dessa och andra ändamål, som kommer att framgå av efterföljande beskrivning, har nu helt eller delvis upp- nåtts medelst ett fluidtransportrör och en fordonskylare enligt efterföljande patentkrav l respektive 13. Före- dragna utföringsformer definieras i de underordnade patentkraven.

Den uppfinningsenliga konstruktionen delar upp ett inkommande fluidflöde i ett antal delflöden och bibringar varje delflöde en virvelrörelse kring en respektive axel som sträcker sig i rörets längdriktning. Tack vare att de avlånga styrelementen i ytstrukturerna är placerade i rader som sträcker sig i sidled över röret och att de i respektive rad ingående styrelementen är inbördes paral- lella möjliggörs en tätare packning av styrelementen än i tidigare konstruktioner. Därför kan fler delflöden upp- rättas i röret för en given bredd av rörets primärytor.

Detta har visat sig leda till en högre värmeöverförings- kapacitet än i tidigare konstruktioner, speciellt vid små fluidflöden genom röret. Det uppfinningsenliga röret kan enkelt förses med lämpliga styrelement, exempelvis genom prågling av ett utgångsämne för bildande av avlånga för- djupningar i rörets flatsidor.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen och dess fördelar kommer att beskrivas närmare i nedan under hänvisning till bifogade schema- lO 15 20 25 30 35 521 816 4 tiska ritningar, som i exemplifierande syfte visar för närvarande föredragna utföringsformer av uppfinningen.

Fig 1-2 är en planvy respektive en ändvy av ett fluidtransportrör enligt känd teknik.

Fig 3-8 är olika vyer av ett fluidtransportrör enligt uppfinningen, varvid fig 3 är en ändvy därav, fig 4 är en planvy av en del därav, fig 5 är en delsektionsvy längs linjen V-V i fig 4, fig 6 är en längsgående delsek- tionsvy längs linjen VI-VI i fig 4, och fig 7-8 är tvär- gående delsektionsvyer längs linjen VII-VII respektive VIII-VIII 1 fig 4.

Fig 9-10 är en àndvy respektive en planvy av ett uppfinningsenligt fluidtransportrör av tvåkanalstyp.

Beskrivning av föredragna utförinqsformer I fig 3-8 visas en föredragen utföringsform av ett fluidtransportrör 10 enligt uppfinningen. Röret 10 är lämpligen tillverkat av ett metalliskt material, vanligen ett aluminiummaterial. Såsom framgår av fig 3 är röret 10 12, vilka 12 är förbundna via platt och uppvisar två motstàende flatsidor 11, är väsentligen plana. Flatsidorna 11, krökta kortsidor 13, 14. två motstàende, När rören 10 är monterade i en fordonskylare år ytförstorare (ej visade), t ex veckade lameller, bringade till anliggning mot flat- sidorna 11, 12. Den huvudsakliga värmeöverföringen mellan det medium som genomströmmar rören 10 och det medium som genomströmmar ytförstorarna kring rörens 10 utsida sker således via dessa flatsidor 11, 12. Flatsidorna 11, 12 bildar på insidan av röret 10 två motstàende primärytor 11', 12' för värmeöverföring. Såsom framgår av fig 4-8 är primärytorna 11', 12' försedda med ett antal utskjutande, flödesstyrande element 15, så kallade dimplar, i form av små gropar i rörets 10 flatsidor 11, 12. Dessa dimplar kan exempelvis vara bildade genom prägling av ett ut- gångsämne, io. Höjden F vilket sedan är format till det platta röret (se fig 6) av en dimpel 15 är typiskt ca 0,1-0,3 mm, vilket väsentligen motsvarar rörets gods- tjocklek. lO 15 20 25 30 35 521 816 5 Dimplarna 15 är avlånga och snedställda relativt rörets 10 längdriktning L. Dessutom är dimplarna 15 anordnade i ett antal ytstrukturer eller grupper 16 på respektive primäryta 11', 12'. I fig 4 visas dimplarna 15 på den övre primärytan 11' med heldragna linjer och dimplarna 15 pä den undre primärytan 12' med streckade linjer. I det följande diskuteras först grupperna 16 av dimplar 15 till vänster om rörets 10 centrumlinje C-C. Av planvyn i fig 4 framgår att grupperna 16 av dimplar 15 pà de övre och undre primärytorna 11', 12' är inbördes för- så att röret 10 i tvärsnitt Detta för att skjutna i längdriktningen L, saknar motstàende dimplar 15 (se fig 6-8). undvika igensättning av röret 10. Grupperna 16 av dimplar 15 är således alternerande anordnade på den övre och den undre primärytan 11', 12' sett i längdriktningen L. Varje grupp 16 består av en första och en andra tvärgàende rad 17, 18 av snedställda dimplar 15. Inom respektive rad 17, 18 är samtliga dimplar 15 inbördes parallella. Dimplarna 15 i den första raden 17 är snedställda mot rörets 10 ena kortsida 13 med en vinkel a relativt längdriktningen L, medan dimplarna 15 i den andra raden 18 är snedställda mot rörets 10 andra, motstàende kortsida 14 en vinkel ß relativt längdriktningen L. Dimplarna 15 i den första raden 17 och dimplarna 15 i den andra raden 18 uppvisar således en inbördes vinkel om y=l80°-a-ß. Vidare är dimp- larna 15 i den andra raden 18 förskjutna i sidled rela- tivt dimplarna 15 i den första raden 17, lämpligen så att ändarna 19 av dimplarna 15 i den första raden 17, sett i längdriktningen L, är belägna i linje med ändarna 19 av dimplarna 15 i den andra raden 18. Sett i längdriktningen L, d v s i en fluids huvudströmningsriktning genom röret 10, är på varandra följande dimplar 15 omväxlande anord- nade pà de övre och undre primärytorna 11', 12', åtmins- tone längs en linje genom dimplarnas 15 centrum (jfr linjen VI-VI i fig 4). Dessutom är sådana på varandra följande dimplar 15 inbördes snedställda med en vinkel y. 10 15 20 25 30 35 =521 816 6 I ett fluidtransportrör enligt fig 3-8 kommer ett inkommande flöde av en fluid att delas upp i ett antal delflöden, vilka under styrning av de snedställda dimp- larna 15 bibringas en virvelrörelse kring en respektive axel som sträcker sig i rörets 10 längdriktning L. Varje uppsättning dimplar 15 parallellt med rörets 10 längd- riktning L bildar således en virtuell kanal, i vilken fluiden utför en spiralrörelse. Tack vare att dimplarna 15 i respektive rad 17, 18 är inbördes parallella kan de inrättas i ett kompakt mönster på primårytorna 11', 12' men ändå bilda väl definierade virtuella kanaler för den inkommande fluiden.

I utförandet enligt fig 3-8 har röret 10 grupper 16 av dimplar 15 på båda sidor om sin centrumlinje C-C, men saknar av tillverkningstekniska skäl dimplar 15 i området kring själva centrumlinjen C-C. Detta beror på att nuva- rande tillverkningsteknik kräver att ett mothåll appli- ceras centralt pà utgängsämnet under präglingen av det- samma. I det visade exemplet är vidare dimplarna 15 i grupperna 16 på ömse sidor om centrumlinjen C-C inbördes spegelvända. Det bör dock noteras att grupperna 16 kan ha samma utseende på båda sidor om centrumlinjen C-C. Om tillverkningstekniken så medger är det faktiskt att före- dra att dimplarna 15 sträcker sig i obruten följd tvärs Det bör primärytorna 11', 12' mellan kortsidorna 13, 14. dock noteras att raderna 17, 18 av dimplar 15 ej behöver sträcka sig vinkelrätt mot rörets 10 längdriktning L, utan även kan sträcka sig snett över ytorna 11', 12'.

Det visat sig att dimensioneringen och placeringen av dimplarna 15 pà rörets 10 primärytor 11', 12' är av betydelse för rörets 10 prestanda med avseende på värme- överföringskapacitet och tryckfall. De parametrar som har undersökts år dimplarnas 10 snedställningsvinklar a och ß (se fig 4), avståndet B mellan på varandra följande dimp- lar 10 i längdriktningen L (se fig 4), avståndet C mellan på varandra följande dimplar 15 på respektive primäryta 11', 12' i längdriktningen L (se fig 4), dimplarnas 15 lO 15 20 25 30 35 ~ 521 816 7 höjd F från primärytorna 11', 12' (se fig 5) samt dimp- larnas 15 längd A (se fig 5).

Man har därvid funnit att vinklarna a och ß företrä- desvis är lika stora. Vidare bör vinklarna a och ß ligga i intervallet ca 40-80°, och helst i intervallet ca 45- 75°. Det för närvarande mest föredragna värdet på d och ß är ca 45°, vilket innebär att på varandra följande dimp- lar är inbördes väsentligen vinkelräta.

Vidare har man funnit att avståndet C lämpligen är dubbelt så stort som avståndet B, d v s att samtliga i rörets 10 längdriktning L på varandra följande dimplar 15 har ett konstant inbördes centrumavstånd.

När röret 10 skall genomströmmas av en fluid i form av en vätska, t ex vatten, har man funnit följande före- dragna dimensioner. För en vätska som strömmar genom röret med en medelhastighet om ca 0,8-2,2 m/s bör för- hàllandet mellan avståndet B och dimplarnas 15 höjd F ligga i ett intervall av ca 10-40, och företrädesvis ca 15-30. Vid den nedre gränsen blir tryckfallet längs röret oönskat stort, och vid den övre gränsen blir värmeöverfö- ringskapaciteten genom primärytorna otillfredsställande låg. För ett rör 10 med ett avstånd G mellan primärytorna 11', 12' av 0,8-2,8 mm bör förhållandet mellan dimplarnas 15 längd A och dimplarnas 15 höjd F ligga i ett intervall av ca 4-14. Vid den nedre gränsen blir tryckfallet längs röret 10 oönskat stort, och vid den övre gränsen blir värmeöverföringskapaciteten genom primärytorna 11', 12' otillfredsställande låg. Vidare bör förhållandet mellan primärytornas 11', 12' inbördes avstånd G och dimplarnas 15 höjd F vara minst ca 2,5. Detta är föredraget vid rör med ett inbördes avstånd mellan primärytorna l1', 12' av 0,8-2,8 mm för att undvika igensättning när en vätska strömmar genom röret med en medelhastighet om ca 0,8- 2,2 m/s.

När röret 10 skall genomströmmas av en fluid i form har man funnit att förhållandet av en gas, t ex luft, mellan avståndet B och dimplarnas 15 höjd F bör ligga i lO 15 'i 521 816 8 ett intervall av ca 25-65, och företrädesvis ca 35-55.

Vid den nedre gränsen blir tryckfallet längs röret oönskat stort, och vid den övre gränsen blir värmeöver- föringskapaciteten genom primärytorna otillfredsställande låg.

I fig 9-10 visas ett alternativt utförande av ett fluidtransportrör. Delar med motsvarighet i fig 3-4 har samma hänvisningsbeteckningar och beskrivs ej närmare.

Röret 100 innehåller två separata fluidkanaler 101, 102 som är åtskilda av en skiljevägg 103. Röret 100 är lämp- ligen utformat genom bockning av ett med dimplar försett utgångsämne. Mönstret av dimplar 15 på rörets 100 flat- sidor 11, 12 är väsentligen identiskt med mönstret på röret 10 i fig 4, varför motsvarande fördelar uppnås.

Det mà påpekas att det uppfinningsenliga röret är tillämpligt vid alla typer av fordonskylare med parallellt anordnade rör för kylning av fluider, d v s vätskor eller gaser, såsom vätskekylare, laddluftkylare, kondensorer, och oljekylare.

Claims (13)

lO l5 20 25 30 35 521 816 9 PATENTKRAV

1. Fluidtransportrör till fordonskylare, vilket pà sin insida omfattar första och andra motstàende, längs- gående primärytor (ll', 12') för värmeöverföring, samt pà primärytorna (ll', l2') anordnade flödesstyrande ytstruk- turer (16), vilka var och en omfattar ett flertal avlånga (15) (ll', l2'), varvid ytstrukturerna (16) är alternerande anord- (ll', l2') Så, styrelement som skjuter ut fràn primärytorna nade pà de första och andra primärytorna (ll', 12) varandra följande styrelement att i primärytornas längdriktning (L) pà (15) nade pà de första och andra primärytorna är omväxlande anord- (ll', l2') och är inbördes snedställda med en given vinkel (y), (16) (17) k ärin etze c1 omfattar en första i sidled sig sträckande rad med (15).

2. Fluidtransportrör enligt krav 1, varvid minst en (19) (15) struktur sett i primärytornas l2') (19) (16).

3. Fluidtransportrör enligt krav 1 eller 2, varvid varje ytstruktur (16) (18) (15), varvid styrelementen inbördes parallella styrelement ände av respektive styrelement (16) längdriktning i nämnda yt- (ll', (L), väsentligen i linje med en ände (15) är anordnad, av ett annat styrelement i nämnda ytstruktur omfattar en andra i sidled sig sträckande rad med inbördes parallella styrelement (15) (18) är relativt styrelementen (15) i den andra raden anordnade i nämnda vinkel (y) (17).

4. Fluidtransportrör enligt krav 3, (19) (15) i den första (17) (ll', l2') längdriktning (L), väsentligen i linje med en ände (19) (15) i den andra raden i den första raden varvid minst en ände av respektive styrelement raden är anordnad, sett i primärytornas av ett respektive styrelement (18). 10 15 20 25 30 35 '521 816 10

5. Fluidtransportrör enligt krav 3 eller 4, varvid (15) till varandra i de första och andra raderna är förskjutna i sidled i förhållande (17, 18).

6. Fluidtransportrör enligt något av föregående krav, varvid nämnda vinkel (y) är ca 20-1002 och helst ca 90°. styrelementen företrädes- vis ca 30-90¶

7. Fluidtransportrör enligt något av föregående (17, 18) 12') krav, varvid nämnda rad eller rader sträcker sig vinkelrätt mot primärytornas (11', längdriktning (L)-

8. Fluidtransportrör enligt något av föregående krav, vilket är utformat för genomströmning av en vätska, varvid centrumavstàndet (B) mellan i nämnda längdriktning (15) är ca 10-40, och företrädesvis ca 15-35, gånger större än styrelemen- (15) (L) på varandra följande styrelement tens 12').

9. Fluidtransportrör enligt något av kraven 1-7, höjd (F) vinkelrätt mot primärytorna (11', vilket är utformat för genomströmning av en gas, varvid centrumavstàndet (B) mellan i nämnda längdriktning (L) på (15) är ca 25-65, desvis 30-55, gånger större än styrelementens (15) l2'). företrä- höjd varandra följande styrelement (F) vinkelrätt mot primärytorna (11',

10. Fluidtransportrör enligt något av föregående (15) (A) som är ca 4-14 gånger större än dess höjd (F) vinkel- (ll', 12'). krav, varvid varje avlångt styrelement har en längd rätt mot nämnda primäryta

11. Fluidtransportrör enligt något av föregående krav, varvid avståndet 12') höjd (F) vinkelrätt mot nämnda primärytor (11', 12'). (G) mellan nämnda primärytor (11', är minst ca 2,5 gånger större än styrelementens (15)

12. Fluidtransportrör enligt något av föregående krav, varvid nämnda ytstrukturer (16) är anordnade och utformade att bilda ett antal parallella, genom röret sig sträckande flödesbanor, i vilka en genom röret strömmande fluid bibringas en virvelrörelse kring en respektive axel som sträcker sig i nämnda längdriktning (L). 521 816 ll

13. Fordonskylare omfattande ett värmeväxlarpaket och minst en till värmeväxlarpaketet ansluten tank, k ärin et:e c} uppbyggt av fluidtransportrör i enlighet med något av kraven 1-12 samt mellan rören anordnade ytförstorande organ.