DE60102725T2

DE60102725T2 - Wärmetauscher, Rippen für Wärmetauscher, sowie Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE60102725T2
Application number: DE60102725T
Authority: DE
Inventors: Toru Isesaki-shi Yamaguchi; Kazuki Isesaki-shi Hosoya
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: DE60102725D1; JP2001221588A; EP1123763A2; US20010011586A1; EP1123763B1; EP1123763A3; JP4231610B2; US6901995B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher und auf Rippen für Wärmetauscher und auf Verfahren zur Herstellung der Rippen gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der Ansprüche 1, 3, 7 und 11. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur einfachen Bearbeitung von Rippen für Wärmetauscher in einer Gestalt, die eine hervorragende Lötfähigkeit besitzt, und auf Rippen, die durch diese Verfahren hergestellt werden, und auf Wärmetauscher, die solche Rippen verwenden. Solche Rippen können die Leistungsfähigkeit der Wärmetauscher durch Erhöhung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung verbessern.
In einem Wärmetauscher ist es bekannt, daß die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers verbessert werden kann, indem der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung durch das Vorsehen einer Rippe erhöht wird. Es gibt beispielsweise Verfahren zur Untersuchung innerer Rippen in Wärmeübertragungsrohren und Verfahren zur Bereitstellung der Rippen an Positionen außerhalb von den Wärmeübertragungsrohren. Eine äußere Rippe kann beispielsweise an einer Position zwischen angrenzenden Rohren vorgesehen sein.
In einer inneren Rippe, die in einem Wärmeübertragungsrohr für einen Wärmetauscher vorgesehen ist, ist eine Rippenkonfiguration bekannt, bei der eine Rippe das Innere des Rohrs in eine Mehrzahl von kleinen Strömungspfaden unterteilt, die sich in der Längsrichtung des Rohrs erstrecken.
In einem Wärmetauscher, der eine innere Rippe mit solchen kleinen Strömungspfaden besitzt, und bei dem das Wärmeübertragungsmedium, das in den Wärmeübertragungsrohren strömt, ein Kältemittel ist, ist eine Differenz zwischen der Temperatur des Kältemittels, das in einem kleinen Strömungspfad fließt, der an einer Lufteingangsseite des Rohrs in der Querrichtung des Rohrs gebildet ist, und der Temperatur der Luftströmung außerhalb der Lufteingangsseite des Rohrs größer als eine Differenz zwischen einer Temperatur des Kältemittels, das in einem kleinen Strömungspfad fließt, der an einer Luftausgangsseite des Rohrs in der Querrichtung des Rohrs ausgebildet ist, und einer Temperatur der Luftströmung außerhalb der Luftausgangsseite des Rohrs. Deshalb ist die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Lufteingangsseite des Rohrs im allgemeinen besser als die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Luftausgangsseite des Rohrs. Folglich wird die Verflüssigung und Kondensation des Kältemittels, das in dem kleinen Strömungspfad, der sich an der Lufteingangsseite des Rohrs befindet, strömt, stark beschleunigt. Darüber hinaus nimmt das Verhältnis des flüssigen Anteils des Kältemittels in bezug zum gasförmigen Anteil zu, ferner nimmt auch das spezifische Gewicht des Kältemittels zu, und dessen Strömungsgeschwindigkeit nimmt ab. Andererseits wird die Verflüssigung und Kondensation des Kältemittels, das in dem kleinen Strömungspfad fließt, der sich an der Luftausgangsseite des Rohrs befindet, weniger beschleunigt. Das Verhältnis des gasförmigen Anteils des Kältemittels in bezug zum flüssigen Anteil nimmt zu, das spezifische Gewicht des Kältemittels nimmt ab und dessen Strömungsgeschwindigkeit nimmt zu. Somit tritt in einem einzigen Wärmeübertragungsrohr eine Differenz der Wärmeübertragungsleistungsfähigkeit in dessen transversaler Richtung, nämlich in der Luftströmungsrichtung, auf, und der Gesamtwirkungsgrad der Wärmeübertragung des Wärmetauschers kann stark reduziert sein.
Für ein solches Problem ist ein Verfahren bekannt, zur Bildung einer inneren Rippe in einer solchen Form, daß das Wärmeübertragungsmedium, das in dem Wärmeübertragungsrohr strömt, wiederholt abgelenkt und wieder zusammengebracht werden kann. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. JP-A-7-280484 (JP'484), auf der die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche basieren, offenbart beispielsweise eine innere Rippe, bei der eine Mehrzahl von welligen Streifen in der transversalen Richtung angrenzend zueinander angeordnet sind und bei der die angrenzenden welligen Streifen in der Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Wie in 13 abgebildet ist, sind in der inneren Rippe 101, die in der JP'484 offenbart ist, Wellensteifen 102 und 103 angrenzend aneinander angeordnet und in einer Verbindungslänge zwischen angrenzenden erhabenen Abschnitten und zwischen angrenzenden vertieften Abschnitten verbunden. Die Verbindungslänge beträgt ungefähr L/2, was ungefähr eine Hälfte der Länge eines erhabenen Abschnitts und ungefähr eine Hälfte der Länge eines vertieften Abschnitts entspricht. Die verbundenen Abschnitte werden wiederholt in der Längsrichtung der inneren Rippe 101 ausgebildet.
In der inneren Rippe, die eine solche Struktur besitzt, wird die Temperatur in dem Wärmeübertragungsrohr, in dem die innere Rippe eingesetzt ist, gleichmäßiger gemacht und der Gesamtwirkungsgrad der Wärmeübertragung des Rohrs kann zunehmen, da Strömungspfade für das Wiederholen des Ablenkens und Wiederzusammenführens der Strömung des Wärmeübertragungsmediums zwischen angrenzenden Wellenstreifen über der gesamten Fläche in der ebenen Richtung der inneren Rippe ausgebildet sind. Da die angrenzenden erhabenen Abschnitte und die angrenzenden ver tieften Abschnitte sukzessive miteinander verbunden sind, kann darüber hinaus ein Lötmaterial entlang der verbundenen Abschnitte fließen und die Lötbarkeit der inneren Rippe an das Wärmeübertragungsroh kann sich erhöhen.
In der Rippenstruktur, die in der JP'484 offenbart ist, können jedoch die jeweiligen Wellenstreifen nur durch Pressen ausgebildet werden und ein Walzverfahren, das in der Lage ist, kontinuierlich zu verarbeiten, um ein Material zu biegen, kann grundsätzlich nicht darauf angewendet werden, die verbundenen Wellenstreifen zu bilden, da die angrenzenden erhabenen Abschnitte und die angrenzenden vertieften Abschnitte der benachbarten Wellenabschnitte 102 und 103 über einen relativ langen Bereich verbunden sind (d. h. über eine Länge von ungefähr einer Hälfte eines erhabenen Abschnittes oder eines vertieften Abschnittes). Wenn die verbundenen Wellenstreifen durch ein Walzverfahren ausgebildet werden würden, würden die verbundenen Abschnitte zwischen den angrenzenden erhabenen Abschnitten und den angrenzenden vertieften Abschnitte in die Richtung gezogen, in der sich die Wellenstreifen erstrecken und die Wellenstreifen würden deformiert werden.
Da das Pressen im allgemeinen unstetig an jeder Einheitsfläche, die einer Größe eines Preßstempels entspricht, ausgeführt wird, ist dessen Produktivität viel schlechter im Vergleich zu einem Walzverfahren, bei dem das Verarbeiten kontinuierlich durchgeführt wird, während die Walzen gedreht werden. Darüber hinaus sind die Preßstempel in der Herstellung teuer.
Demgemäß ist ein Bedarf entstanden, ein Verfahren bereitzustellen, zur Herstellung einer Rippe für einen Wärmetauscher, wobei die Rippe durch eine Mehrzahl von Wellenstreifen gebildet wird, die angrenzend zueinander angeordnet sind, und wobei das Verfahren leicht und kostengünstig durch ein Walzverfahren einen höheren Wärmeübertragungskoeffizienten erzielen kann. Des weiteren ist ein Bedarf nach einer Rippe entstanden, die durch dieses Verfahren hergestellt wird, und auch nach einem Wärmetauscher, der solche Rippen verwendet.
Um die vorgenannten und andere Bedürfnisse zu erfüllen, ist eine Rippe für einen Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung in Anspruch 1 definiert. Die Rippe für einen Wärmetauscher weist eine Mehrzahl von Wellenstreifen auf, von denen jeder eine wiederkehrende Struktur besitzt, die einen ersten flachen Abschnitt aufweist, einen ersten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem ersten flachen Abschnitt in einem ersten Neigungswinkel erstreckt, einen zweiten flachen Abschnitt, der sich von dem ersten geneigten Plattenabschnitt parallel zum ersten flachen Abschnitt erstreckt, und einen zweiten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem zweiten flachen Abschnitt mit einem zweiten Neigungswinkel erstreckt. Diese Abschnitte sind in der vorgenannten Reihenfolge angeordnet. Bei diesem Aufbau werden die Wellenstreifen angrenzend zueinander in einer transversalen Richtung an jedem Wellenstreifen angeordnet und sind in einer Längsrichtung zueinander versetzt. Benachbarte Wellenstreifen sind an Verbindungsabschnitten zwischen den ersten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen und zwischen den zweiten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen verbunden. Eine Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnittes in der Längsrichtung eines jeden angrenzenden Wellenstreifens, ist kleiner als oder ungefähr gleich einer Dicke (t) einer Platte, die einen jeden Wellenstreifen bildet.
Die Länge (T) stellt einen ersten Abstand zwischen einem ersten kritischen Punkt zwischen dem zweiten geneigten Platten abschnitt und dem ersten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem zweiten kritischen Punkt zwischen dem ersten flachen Abschnitt und dem ersten geneigten Plattenabschnitt eines angrenzenden Wellenstreifens dar, und einen zweiten Abstand zwischen einem dritten kritischen Punkt zwischen dem ersten geneigten Plattenabschnitt und dem zweiten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem vierten kritischen Punkt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt und dem zweiten geneigten Plattenabschnitt eines angrenzenden von den Wellenstreifen.
Ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen 3 und 7 definiert und weist eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren der Flachbauart und eine innere Rippe, die gemäß der oben beschriebenen Rippenstruktur gebildet ist und in jedem Wärmeübertragungsrohr vorgesehen ist, oder eine äußere Rippe, die gemäß dem oben beschriebenen Rippenaufbau gebildet ist und an einer Position außerhalb eines jeden Wärmetauscherrohrs vorgesehen ist, auf. Eine äußere Rippe kann beispielsweise zwischen angrenzenden Wärmeübertragungsrohren vorgesehen sein. In jedem Fall kann die innere oder die äußere Rippe mit einer guten Lötbarkeit mit einem Wärmeübertragungsrohr verlötet werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Der Wärmetauscher kann als Wärmetauscher der Vielstrombauart gebildet sein, der ein Paar Verteiler aufweist und die Mehrzahl der Wärmeübertragungsrohre, die das Paar Verteiler verbindet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Rippe für einen Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 11 definiert und weist einen ersten Schritt zur Ausbildung einer vorgefertigten Zwischenplatte auf, indem ein flaches Plattenmaterial zwischen einem Paar erster Verarbeitungswalzen hindurchgeht, und einen zweiten Schritt zur Ausbildung einer Rip pe, indem die vorgebildete Zwischenplatte zwischen ein Paar zweiter Verarbeitungswalzen hindurchgeht. Im ersten Schritt wird die vorgeformte Zwischenplatte so gebildet, daß eine Mehrzahl an Zickzack-Streifen, von denen jeder eine Mehrzahl geneigter Platten besitzt, sukzessive in einem Diagonalversatz miteinander verbunden sind, und daß die Zickzack-Streifen angrenzend zueinander in einer transversalen Richtung zu jedem Zickzack-Streifen und um eine halbe Teilung in einer Längsrichtung versetzt angeordnet sind, und angrenzende Zickzack-Streifen an einer mittleren Position einer jeden geneigten Platte in einer Längsrichtung einer jeden geneigten Platte verbunden sind. Im zweiten Schritt werden benachbarte Zickzack-Streifen an einem Abschnitt gebogen, wobei die benachbarten Zickzack-Streifen verbunden werden, so daß die Rippe eine Mehrzahl von Wellenstreifen aufweist, von denen jeder eine wiederkehrende Struktur besitzt, die einen ersten flachen Abschnitt, einen ersten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem ersten flachen Abschnitt in einem ersten geneigten Winkel erstreckt, und einen zweiten flachen Abschnitt, der sich von dem ersten geneigten Plattenabschnitt parallel zu dem ersten flachen Abschnitt erstreckt, und einen zweiten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem zweiten flachen Abschnitt mit einem zweiten Neigungswinkel erstreckt, aufweist, die in dieser Reihenfolge ausgebildet sind. Die Wellenstreifen sind in einer transversalen Richtung zueinander zu jedem Wellenstreifen benachbart und in einer Längsrichtung voneinander versetzt, so daß die benachbarten Wellenstreifen an Verbindungsabschnitten zwischen den ersten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen und zwischen den zweiten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen verbunden sind, und sodaß eine Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnittes in der Längsrichtung eines jeden Wellenstreifens kleiner als oder gleich ungefähr einer Dicke (t) einer Platte, die einen jeden Wellenstreifen bildet, ist. Des weiteren ist die Definition der Länge (T) die gleiche wie die oben beschriebene.
In der Rippe für einen Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Strömungspfadstruktur zum wiederholten Ablenken und Wiederzusammenführen des Wärmeübertragungsmediums ausgebildet, indem die Wellenstreifen benachbart zueinander angeordnet sind. Durch diese Strömungspfadstruktur kann eine gewünschte Strömung des Wärmeübertragungsmediums erzielt werden, die eine geringere Temperaturdifferenz besitzt, und es kann ein hoher und gleichmäßiger Wirkungsgrad der Wärmeübertragung realisiert werden. Da die Rippe eine Verbindungsstruktur besitzt, bei der die benachbarten ersten flachen Abschnitte in den benachbarten Wellenstreifen teilweise und sukzessive miteinander verbunden sind, und die benachbarten zweiten flachen Abschnitte in den benachbarten Wellenstreifen teilweise und sukzessiv miteinander verbunden sind, kann des weiteren ein Lötmaterial leicht ohne Unterbrechungsverhalten an den Abschnitten, die beispielsweise mit einem Wärmeübertragungsrohr verbunden sind, fließen, wodurch die besseren Löteigenschaften demonstriert werden.
In einem solchen Rippenaufbau ist die Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnittes geringer als oder gleich ungefähr der Dicke (t) der Platte, die jeden Wellenstreifen bildet. Aufgrund dieses Verhältnisses kann das Biegen mittels eines Walzverfahrens an den Verbindungsabschnitten möglich sein. Genauer gesagt, wenn die Verbindung über eine große Fläche oder eine lange Länge hergestellt wird, wie in der JP'484 gezeigt ist, kann ein solches Biegen durch ein Walzverfahren unmöglich sein. Bei dem Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch kann das Biegen durch ein Walzverfahren problemlos durchgeführt werden.
Insbesondere bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem ersten Verfahrensschritt eine vorgeformte Zwischenplatte, die Zickzack-Streifen besitzt, die zueinander benachbart sind, geformt, indem ein flaches Plattenmaterial zwischen einem Paar erster Verarbeitungswalzen hindurchgeführt wird. In einem nachfolgenden zweiten Verarbeitungsschritt werden die Verbindungsabschnitte der Zickzack-Streifen sukzessive gebogen, um eine gewünschte Struktur für eine Rippe gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden, wobei die Wellenstreifen mit der Struktur, die durch die vorliegende Erfindung definiert ist, miteinander verbunden werden. Deshalb kann das Biegen im wesentlichen kontinuierlich durchgeführt werden, um die Rippe aus dem flachen Plattenmaterial zu bilden. Durch das Ermöglichen eines solchen Walzverfahrens kann das Verarbeiten der Rippen erleichtert werden und die Produktivität des Rippenherstellungsverfahrens kann stark verbessert werden. Da die Verarbeitungswalzen im allgemeinen in kleineren Größen hergestellt werden können und weniger teuer als ein Preßstempel sind, können darüber hinaus die Kosten zur Herstellung der Rippe signifikant reduziert werden.
Deshalb kann der Wärmetauscher, der die Rippe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, eine hervorragende Wärmeübertragungsfähigkeit aufweisen und mit reduzierten Kosten hergestellt werden.
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die lediglich beispielhaft angegeben sind, beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte, perspektivische Teilansicht eines Wärmeübertragungsrohres des Wärmetauschers, der in 1 abgebildet ist.
3 ist eine perspektivische Teilansicht einer inneren Rippe, die in dem Wärmeübertragungsrohr, das in 1 abgebildet ist, angeordnet ist.
4 ist eine vergrößerte Teilseitenansicht der in 3 abgebildeten inneren Rippe.
5 ist eine schematische Teilseitenansicht einer Rippe gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein Beispiel des Verhältnisses zwischen T und t gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine schematische Teilseitenansicht einer Rippe gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein Beispiel einer unteren Grenze von T gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine schematische Teilseitenansicht erster Verarbeitungswalzen, die in einem Verfahren zur Herstellung einer Rippe für einen Wärmetauscher gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
8 ist eine schematische Teilseitenansicht der zweiten Verarbeitungswalzen, die in einem Schritt verwendet werden, der dem in 7 abgebildeten Schritt folgt.
9 ist ein Erläuterungsdiagramm, das ein Beispiel zur Auslegung einer Rippe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Konstruktionsschritt zeigt, der dem in 9 abgebildeten Schritt folgt.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Konstruktionsschritt zeigt, der dem in 10 abgebildeten Schritt folgt.
12 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Konstruktionsschritt zeigt, der dem in 11 abgebildeten Schritt folgt.
13 ist eine Teilseitenansicht einer herkömmlichen Rippe.
Bezug nehmend auf die 1 bis 5 ist ein Wärmetauscher, beispielsweise ein Kondensator, so wie ein Wärmetauscher vom Vielstromtyp gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung offenbart. In 1 enthält ein Wärmetauscher 1 ein Paar Verteiler 2 und 3, die parallel zueinander angeordnet sind. Eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 4 (beispiels weise Kühlrohre vom Flachtyp) sind parallel zueinander mit einem vorbestimmten Intervall angeordnet. Die Rohre 4 sind fluidisch mit dem Paar Verteiler 2 und 3 verbunden. Gewellte Rippen 5 sind zwischen den jeweiligen benachbarten Wärmeübertragungsrohren 4 und außerhalb der ganz außen liegenden Wärmeübertragungsrohre 4 als äußerste Rippen angeordnet. An den äußersten Rippen 5 sind jeweils Seitenplatten 6 vorgesehen.
Ein Einlaßrohr 7 zum Einführen von Kältemittel in den Wärmetauscher 1 durch den Verteiler 3 ist auf dem oberen Abschnitt des Verteilers 3 vorgesehen. Ein Auslaßrohr 8 zum Entfernen des Kältemittels von dem Wärmetauscher 1 durch den Verteiler 3 ist auf dem unteren Abschnitt des Verteilers 3 vorgesehen. Das Innere des Verteilers 3 wird durch eine Trennwand 9 unterteilt. Kältemittel, das durch das Einlaßrohr 7 in eine obere Kammer des Verteilers 3, die durch die Trennwand 9 gebildet ist, eingeführt wird, wird durch die Wärmeübertragungsrohre 4 in den Verteiler 2 geleitet. Das Kältemittel wird anschließend durch die Wärmeübertragungsrohre 4 in eine tiefere Kammer des Verteilers 3, die von der Trennwand 9 gebildet wird, geleitet, und das Kältemittel wird von der unteren Kammer des Verteilers 3 durch das Auslaßrohr 8 ausgestoßen. Der Pfeil 10 zeigt eine Luftströmungsrichtung.
Obwohl das Einlassrohr 7, das Auslaßrohr 8 und die Trennwand 9 in einem der Verteiler 2 und 3 vorgesehen sind und eine Wendeströmung des Kältemittels erzeugt wird, können andere Strömungen gebildet werden. Beispielsweise kann eine Strömung durch Bereitstellen von nur einem Einlaßrohr 7 für einen Verteiler 3 ohne das Vorsehen einer Trennwand 9 und das Vorsehen eines Auslaßrohrs 8 an den Verteiler 2 vorgesehen sein.
Jedes Wärmeübertragungsrohr 4 des Wärmetauschers 1 kann wie in den 2 bis 5 abgebildet aufgebaut sein. In 2 weist ein Wärmeübertragungsrohr 4 ein flaches Rohr 11 und eine innere Rippe 12, die in dem Rohr 11 eingesetzt ist, auf. Die innere Rippe 12 besitzt Pfade, die es dem Wärmetauschermedium erlauben, im wesentlichen frei in der Längs- und der Transversalrichtung des Wärmetauscherrohrs 4 zu strömen, und in diesem Ausführungsbeispiel ist die innere Rippe 12 wie in den 3 und 4 abgebildet ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel, das in den 3 und 4 abgebildet ist, stellt die Richtung des Pfeils 13 eine Strömungsrichtung des Kältemittels und die Längsrichtung des Rohrs 11 dar.
Die innere Rippe 12 besitzt eine Mehrzahl von Wellenstreifen 25, die in einer transversalen Richtung eines jeden Wellenstreifens 25 benachbart zueinander sind. Jeder Wellenstreifen 25 besitzt einen wiederholten Aufbau, der einen ersten flachen Abschnitt 21 aufweist, einen ersten geneigten Plattenabschnitt 22, der sich von dem ersten flachen Abschnitt 21 in einem ersten Neigungswinkel θ₁ erstreckt; einen zweiten flachen Abschnitt 23, der sich von dem ersten geneigten Plattenabschnitt 22 parallel zum ersten flachen Abschnitt 21 erstreckt; und einen zweiten geneigten Plattenabschnitt 24, der sich von dem zweiten flachen Abschnitt 23 in einem zweiten Neigungswinkel θ₂ erstreckt. Die Abschnitte sind in dieser Reihenfolge angeordnet. Auch wenn der erste Neigungswinkel θ₁ in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem zweiten Neigungswinkel θ₂ ist, können sich diese Winkel auch voneinander unterscheiden. Die Wellenstreifen 25 sind benachbart zueinander angeordnet (beispielsweise die Wellenstreifen 25a, 25b in 4) und sie sind in der Längsrichtung von einem jeden benachbarten Wellenstreifen in der Position versetzt. Die benachbarten Wellenstreifen 25 sind nur an Verbindungsabschnitten zwischen den ersten flachen Abschnitten 21 (beispielsweise den ersten flachen Abschnitten 21a, 21b in 4) und den zweiten flachen Abschnitten 23 (beispielsweise den zweiten flachen Abschnitten 23a, 23b in 4) verbunden. Die Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnitts 26 und 27 in der Längsrichtung eines jeden Wellenstreifens ist kleiner als oder gleich der Dicke (t) einer Platte, die jeden Wellenstreifen bildet.
Wie in 5 abgebildet ist, wird die oben beschriebene Länge (T) als ein erster Abstand zwischen einem ersten kritischen Punkt zwischen dem zweiten geneigten Plattenabschnitt 24a und dem ersten flachen Abschnitt 21a eines Wellenstreifens 25a, und einem zweiten kritischen Punkt zwischen dem ersten flachen Abschnitt 21b und dem ersten geneigten Plattenabschnitt 22b des anderen benachbarten Wellenstreifens 25b definiert, und als ein zweiter Abstand zwischen einem dritten kritischen Punkt zwischen dem ersten geneigten Plattenabschnitt 22a und dem zweiten flachen Abschnitt 23a eines Wellenstreifens 25a und einem vierten kritischen Punkt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt 23b und dem zweiten geneigten Plattenabschnitt 24b des anderen benachbarten Wellenstreifens 25b. 5 zeigt einen Fall, in dem die Länge (T) gleich der Dicke (t) ist. In der in 5 abgebildeten Konstruktion ist eine willkürliche Biegung (R) an den jeweiligen Ecken der ersten flachen Abschnitte 71a und 71b und der zweiten flachen Abschnitte 23a, 23b vorgesehen.
Da die oben beschriebene Länge (T) hinsichtlich der Verbindungsabschnitte zwischen den ersten flachen Abschnitten 21 und zwischen den zweiten flachen Abschnitten 22 kleiner als oder gleich der Plattendicke (t) des Wellenstreifens 25 ist, nähert sich die untere Grenze der Länge (T) unvermeidlich der Null.
Genauer gesagt, wie in 6 abgebildet ist, wenn sich die Länge (T) ihrem Minimalwert (beispielsweise Null) nähert, sind ein erster kritischer Punkt zwischen dem zweiten geneigten Plattenabschnitt 24a und dem ersten flachen Abschnitt 21a eines Wellenstreifens 25a und ein zweiter kritischer Punkt zwischen dem ersten flachen Abschnitt 21b und dem ersten geneigten Plattenabschnitt 22b des anderen benachbarten Wellenstreifens 25b in einer im wesentlichen identischen Position in der Längsrichtung der Wellenstreifen angeordnet, und ein dritter kritischer Punkt zwischen dem ersten geneigten Plattenabschnitt 22a und dem zweiten flachen Abschnitt 23a eines Wellenstreifens 25a und ein vierter kritischer Punkt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt 23b und dem zweiten geneigten Plattenabschnitt 24b des anderen benachbarten Wellenstreifens 25b sind in einer im wesentlichen identischen Position in der Längsrichtung der Wellenstreifen angeordnet.
Die oben beschriebene innere Rippe 12 wird durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise durch das Walzverfahren, wie es in 7 und 8 abgebildet ist, hergestellt.
Wie in 7 abgebildet ist, wird ein erstes flaches Plattenmaterial 31 kontinuierlich als Rohmaterial in den ersten Walzprozeß geliefert. Das flache Plattenmaterial 31 bewegt sich in Pfeilrichtung zwischen einem Paar erster Prozeßwalzen 22a und 22b, von denen jede ein vorbestimmtes Zickzack-Muster auf ihrem Umfang besitzt, die sich in der Richtung des Pfeils drehen. Durch diesen Walzprozeß wird die vorgeformte Zwischenplatte 35 gebildet, so daß eine Vielzahl an Zickzack-Streifen 34, von denen sich jeder in der Plattenlaufrichtung erstreckt und von denen jeder eine Mehrzahl von geneigten Platten 33 besitzt, die diagonal sukzessive zueinander versetzt sind, und so daß die Zickzack-Streifen 34 in einer transversalen Richtung benachbart zueinander zu jedem Zickzack-Streifen 34 angeordnet und um eine halbe Teilung einer der geneigten Platten 33 in einer Längsrichtung zu jedem Zickzack-Streifen 34 versetzt sind. Darüber hinaus sind benachbarte Zickzack-Streifen 34 in einer mittleren Position einer jeden geneigten Platte 33 in einer Längsrichtung einer jeden geneigten Platte 33 verbunden. In dieser vorgeformten Zwischenplatte 35 entsprechen die Positionen a', b', c' und d', die in 7 abgebildet sind, den Positionen a, b, c und d, die jeweils in 4 abgebildet sind.
Nachfolgend wird, wie in 8 abgebildet ist, der zweite Walzenprozeß auf die vorgeformte Zwischenplatte 35 angewandt. In dem zweiten Walzprozeß, wird die vorgeformte Zwischenplatte 35, die kontinuierlich geliefert wird, in die Richtung des Pfeils zwischen ein Paar zweiter Prozeßwalzen 36a und 36b, von denen jede ein vorbestimmtes Zickzack-Muster auf ihrem Umfang besitzt, die in den Richtungen der Pfeile gedreht werden, gebracht. Die Verbindungsabschnitte der benachbarten Zickzack-Streifen 34 (beispielsweise die Abschnitte an den Positionen a' und c' in 7) sind zwischen den zweiten Prozeßwalzen 36a und 36b gebogen. Durch dieses Biegen erzielt eine Rippe 12 die Form, die in 4 gezeigt ist, und wird kontinuierlich hergestellt. Die Positionen a, b, c und d in 8 geben die gleichen Positionen a, b, c und d in 4 jeweils an.
Der Prozeß des Biegens durch die Walzen, wie in den 7 und 8 abgebildet ist, ist möglich, da die Verbindungslänge (T) kleiner als oder gleich der Plattendicke (t) ist. In einem Zustand, in dem die Verbindungslänge (T) größer als die Plattendicke (t) ist, tritt eine Deformation oder eine Spannung auf, sogar wenn die Platte zwangsgebogen wird. Folglich kann die gebildete Rippe nicht die gewünschte Form erhalten. Deshalb muß die Verbindungslänge (T) in der vorliegenden Erfindung kleiner als oder gleich der Plattendicke (t) sein, damit das Walzverfahren angewandt werden kann.
Das Wellenmuster einer Rippe, das dem oben beschriebenen Zustand genügt, kann beispielsweise wie in den 9 bis 12 gezeigt ist, konfiguriert werden.
Zuerst wird, wie in 9 abgebildet ist, die innere Gestalt eines Wellenstreifens entworfen, wobei eine Höhe H um eine Plattendicke (t) reduziert wird. Es wird vorgezogen, die Längen der jeweiligen Seiten der erhabenen Abschnitte und der vertieften Abschnitte (beispielsweise der flachen Abschnitte und der geneigten Plattenabschnitte) auf die gleiche Länge A einzustellen. Die Länge A und der Neigungswinkel θ können willkürlich ausgewählt werden. Die Höhe H des erhabenen Abschnittes kann zwangsläufig durch die Auswahl der Länge A und des Winkels θ bestimmt werden.
Als nächstes wird, wie in 10 abgebildet ist, eine Linie, die parallel zur inneren Form, die in 9 bestimmt wird, ist, mit einer Trennung, die einer Plattendicke (t) entspricht, hinzugefügt. Dadurch kann eine Grundform eines einzelnen erhabenen Abschnittes oder eines einzelnen vertieften Abschnittes bestimmt werden.
Anschließend wird, wie in 11 abgebildet ist, ein Wellenstreifen 41a, der oben beschrieben wurde, versetzt, um dem vorstehend genannten Verhältnis zwischen T und t zu genügen, um einen benachbarten Wellenstreifen 41b zu erzielen. Des weiteren können, wie in 12 abgebildet ist, gewünschte Formen für Wellenstreifen 41a und 41b durch Hinzufügen willkürlicher Biegungen R und r an den jeweiligen Ecken erhalten werden.
Bei dem Wärmeübertragungsrohr 4, das eine innere Rippe 12 besitzt und so hergestellt wird, wird ein Wärmeübertragungsmedium, das in der Längsrichtung in dem Rohr 11 strömt, an jedem erhabenen Abschnitt in Richtungen nach rechts und links verteilt, insbesondere an den jeweiligen geneigten Plattenabschnitten. Die Strömung wird wiederholt abgelenkt und zusammengeführt. Nach dem Ablenken strömt das Wärmeübertragungsmedium 3 in den vorder- und rückseitigen Oberflächen, durch die jeweiligen Verbindungslöcher, die durch die versetzten Wellenstreifen gebildet werden. Die abgelenkten Strömungen werden anschließend wieder zusammengeführt und das Wärmeübertragungsmedium setzt die Strömung in dem Rohr 11 fort, während solche Vorgänge wiederholt werden. Deshalb strömt das Wärmeübertragungsmedium in dem Rohr 11, während es im allgemeinen und kontinuierlich vermischt wird und das Wärmeübertragungsmedium kann in der transversalen Richtung des Rohrs 11 gleichmäßiger vermischt werden, nämlich in der Richtung, in der Luft strömt. Als ein Ergebnis kann eine Wärmeübertragung in der transversalen Richtung des Rohrs 11 gleichmäßiger durchgeführt werden und die Wärmetauschfähigkeit des Rohrs 11 kann gleichmäßiger gemacht werden. Darüber hinaus kann die Wärmetauschfähigkeit der gesamten Wärmeübertragungsrohre 4 und letztendlich des gesamten Wärmetauschers 1 gesteigert werden.
Bezug nehmend auf 3 kann eine Richtung, die durch den Pfeil 51 gezeigt ist, als die Wärmeübertragungsmediumsströmungsrichtung und als Längsrichtung des Rohrs 11 gewählt werden, obwohl die Richtung, die durch den Pfeil 13 gezeigt ist, als die Wärmeübertragungsmediumsströmungsrichtung und Längsrichtung des Rohrs 11 gewählt wurde. Darüber hinaus kann in dieser Konfiguration die Wärmetauschfähigkeit auf ähnliche Weise erzielt werden, wie diejenige, die in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, da sich die erhabenen Abschnitte und die vertieften Abschnitte der Wellenstreifen in der Wärmeübertragungsmediumsströmungsrichtung abwechseln, und da das Wärmeübertragungsmedium gleichmäßig vermischt ist.
Die innere Rippe 12, die eine solche bessere Leistungsfähigkeit zeigt kann beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt werden und sie kann in dem Rohr 11, das in ähnlicher Weise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, verlötet werden. Beispielsweise kann das Lötmaterial durch Plattieren eines Lötmaterials auf jeder inneren Rippe 12 oder der inneren Oberfläche des Rohrs 11 gut strömen, wenn es erhitzt wird, wodurch ein gewünschter Lötvorgang wirksam erzielt wird. In der inneren Rippe 12 kann das Lötmaterial kontinuierlich entlang der Verbindungsabschnitte fließen, wodurch eine bessere Lötbarkeit erzielt wird, da die ersten flachen Abschnitte 21 und die zweiten flachen Abschnitte 23, die benachbart zu dem Wellenstreifen 25 sind, miteinander verbunden sind.
Obwohl die Verbindungsabschnitte der Wellenstreifen, die bessere Löteigenschaften erzielen durch Pressen gebildet werden können, ist die Produktivität, wenn durch Pressen verarbeitet wird, extrem niedrig und die Herstellungskosten sind hoch. Im Gegensatz dazu kann jedoch in der vorliegenden Erfindung das Verarbeiten leicht mit einer Produktivität und einer Reduzierung der Herstellungskosten durchgeführt werden, da die Verbindungsabschnitte durch Walzenbiegen hergestellt werden kann.
Obwohl die Rippe gemäß der vorliegenden Erfindung als eine innere Rippe verwendet wird, die in einem flachen Rohr in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel angeordnet ist, kann die Rippe als eine äußere Rippe, die außerhalb des Wärmeübertragungsrohres angeordnet ist, beispielsweise als eine Rippe, die anstelle einer ausgewählten Rippe 5, die in 1 abgebildet ist, vorgesehen ist, verwendet werden. Selbstverständlich kann in einer solchen äußeren Rippe, solange wie die Rippe eine Form besitzt, die durch die vorliegende Erfindung spezifiziert wird, leicht und mit reduzierten Kosten durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Claims

Rippe für einen Wärmetauscher, aufweisend eine Mehrzahl von Wellenstreifen, von denen jeder eine wiederkehrende Struktur besitzt, die einen ersten flachen Abschnitt, einen ersten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem ersten flachen Abschnitt in einem ersten Neigungswinkel erstreckt, einen zweiten flachen Abschnitt, der sich von dem ersten geneigten Abschnitt parallel zu dem ersten flachen Abschnitt erstreckt, und einen zweiten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem zweiten flachen Abschnitt in einem zweiten Neigungswinkel erstreckt, in dieser Reihenfolge aufweist, wobei die Wellenstreifen in einer transversalen Richtung zu einem jeden Wellenstreifen benachbart zueinander angeordnet sind und in einer Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, so daß die benachbarten Wellenstreifen an Verbindungsabschnitten zwischen den ersten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen und zwischen den zweiten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnittes in der Längsrichtung eines jeden Wellenstreifens kleiner als oder gleich ungefähr einer Dicke (t) einer Platte, die einen jeden Wellenstreifen bildet, ist.
Rippe gemäß Anspruch 1, wobei die erste Länge (T) ein erster Abstand zwischen einem ersten kritischen Punkt zwischen dem zweiten geneigten Plattenabschnitt und dem ersten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem zweiten kri tischen Punkt zwischen dem ersten flachen Abschnitt und dem ersten geneigten Plattenabschnitt von einem benachbarten Wellenstreifen ist, und ein zweiter Abstand zwischen einem dritten kritischen Punkt zwischen dem ersten geneigten Plattenabschnitt und dem zweiten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem vierten kritischen Punkt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt und dem zweiten geneigten Plattenabschnitt eines benachbarten Wellenstreifens ist.
Wärmetauscher, aufweisend: eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren der Flachbauart, und eine innere Rippe, die in jedem Wärmeübertragungsrohr vorgesehen ist, wobei die innere Rippe eine Mehrzahl von Wellenstreifen aufweist, von denen jede eine wiederkehrende Struktur besitzt, die einen ersten flachen Abschnitt, einen ersten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem ersten flachen Abschnitt in einem ersten Neigungswinkel erstreckt, einen zweiten flachen Abschnitt, der sich von dem ersten geneigten Plattenabschnitt parallel zum ersten flachen Abschnitt erstreckt, und einen zweiten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem zweiten flachen Abschnitt in einem zweiten Neigungswinkel erstreckt, in dieser Reihenfolge angeordnet, aufweist, wobei die Wellenstreifen in der transversalen Richtung zu einem jeden Wellenstreifen benachbart zueinander und in einer Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, so daß die benachbarten Wellenstreifen an Verbindungsabschnitten zwischen den ersten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen und zwischen den zweiten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnittes in der Längsrichtung eines jeden Wellenstreifens kleiner als oder gleich unge fähr einer Dicke (t) einer Platte, die jeden Wellenstreifen bildet, ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 3, wobei die Länge (T) einen ersten Abstand zwischen einem ersten kritischen Punkt zwischen dem zweiten geneigten Plattenabschnitt und dem ersten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem zweiten kritischen Punkt zwischen dem ersten flachen Abschnitt und dem ersten geneigten Plattenabschnitt eines benachbarten der Wellenstreifen darstellt, und einen zweiten Abstand zwischen einem dritten kritischen Punkt zwischen dem ersten geneigten Plattenabschnitt und dem zweiten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem vierten kritischen Punkt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt und dem zweiten geneigten Plattenabschnitt von einem der benachbarten Streifen darstellt.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die innere Rippe mit jedem benachbarten Wärmeübertragungsrohr verlötet ist.
Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Wärmetauscher als Wärmetauscher des Vielstromtyps gebildet ist, der ein Paar Verteiler aufweist und die Vielzahl der Wärmeübertragungsrohre das Paar Verteiler verbindet.
Wärmetauscher, aufweisend: eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren der Flachbauart, und eine äußere Rippe, die an einer Position außerhalb eines jeden Wärmeübertragungsrohrs vorgesehen ist, wobei die äußere Rippe eine Mehrzahl von Wellenstreifen aufweist, von denen jeder eine wiederkehrende Struktur besitzt, aufweisend einen ersten flachen Abschnitt, einen ersten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem ersten flachen Abschnitt in einem ersten Neigungswinkel erstreckt, einen zweiten flachen Abschnitt, der sich von dem ersten geneigten Plattenabschnitt parallel zum ersten flachen Abschnitt erstreckt, und einen zweiten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem zweiten flachen Abschnitt in einem zweiten Neigungswinkel erstreckt, in dieser Reihenfolge, wobei die Wellenstreifen in einer transversalen Richtung zu einem jeden Wellenstreifen benachbart zueinander und in einer Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, so daß benachbarte Wellenstreifen an Verbindungsabschnitten zwischen den ersten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen und zwischen den zweiten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnittes in der Längsrichtung eines jeden Wellenstreifens geringer als oder gleich ungefähr in der Dicke (t) einer Platte ist, die einen jeden Wellenstreifen bildet.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 7, wobei die Länge (T) einen ersten Abstand zwischen einem ersten kritischen Punkt zwischen dem zweiten geneigten Plattenabschnitt und dem ersten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem zweiten kritischen Punkt zwischen dem ersten flachen Abschnitt und dem ersten geneigten Plattenabschnitt eines benachbarten Wellenstreifens darstellt, und einen zweiten Abstand zwischen einem dritten kritischen Punkt zwischen dem ersten geneigten Plattenabschnitt und dem zweiten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem vierten kritischen Punkt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt und dem zweiten geneigten Plattenabschnitt eines benachbarten Wellenstreifens.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die äußere Rippe mit jedem benachbarten Wärmeübertragungsrohr verlötet ist.
Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Wärmetauscher als ein Wärmetauscher der Vielstrombauart gebildet ist, der ein Paar Verteiler aufweist und die Vielzahl an Wärmeübertragungsrohren das Paar Verteiler verbindet.
Verfahren zur Herstellung einer Rippe für einen Wärmetauscher, das den Schritt zur Bildung einer vorgeformten Zwischenplatte aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: Bewegen eines flachen Plattenmaterials zwischen ein Paar erster Prozeßwalzen, wobei die vorgeformte Zwischenplatte gebildet wird, so daß eine Mehrzahl von Zickzack-Streifen, von denen jeder eine Mehrzahl von geneigten Platten besitzt, sukzessive im Diagonalversatz miteinander verbunden sind und die Zickzack-Streifen in einer transversalen Richtung zu jedem Zickzack-Streifen benachbart und um eine halbe Teilung in der Längsrichtung versetzt zueinander sind und die benachbarten Zickzack-Streifen an einer mittleren Position einer jeden geneigten Platte in einer Längsrichtung einer jeden geneigten Platte verbunden sind; und Bilden einer Rippe durch Bewegen der vorgeformten Zwischenplatte zwischen ein Paar zweiter Prozeßwalzen, um die benachbarten Zickzack-Streifen an einem Abschnitt zu biegen, der die benachbarten Zickzack-Streifen verbindet, so daß die Rippe eine Mehrzahl von Wellenstreifen aufweist, von denen jede eine wiederkehrende Struktur besitzt, die einen ersten flachen Abschnitt, einen ersten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem ersten flachen Abschnitt in einem ersten Neigungswinkel erstreckt, einen zweiten flachen Abschnitt, der sich von dem ersten geneigten Plattenabschnitt parallel zum ersten flachen Abschnitt erstreckt, und einen zweiten geneigten Plattenabschnitt, der sich von dem zweiten flachen Abschnitt in einem zweiten Neigungswinkel erstreckt, in dieser Reihenfolge angeordnet, aufweist, wobei die Wellenstreifen in einer transversalen Richtung zu jedem Wellenstreifen benachbart zueinander sind und in einer Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, so daß die benachbarten Wellenstreifen mit Verbindungsabschnitten zwischen den ersten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen und zwischen den zweiten flachen Abschnitten der benachbarten Wellenstreifen verbunden sind, und daß eine Länge (T) eines jeden Verbindungsabschnittes in der Längsrichtung eines jeden Wellenstreifens kleiner als oder gleich ungefähr einer Dicke (t) einer Platte ist, die jeden Wellenstreifen bildet.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Länge (T) einen ersten Abstand zwischen einem ersten kritischen Punkt zwischen dem zweiten geneigten Plattenabschnitt und dem ersten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem zweiten kritischen Punkt zwischen dem ersten flachen Abschnitt und dem ersten geneigten Plattenabschnitt von einem benachbarten der Wellenstreifen darstellt, und einen zweiten Abstand zwischen einem dritten kritischen Punkt zwischen dem ersten geneigten Plattenabschnitt und dem zweiten flachen Abschnitt von einem der Wellenstreifen, und einem vierten kritischen Punkt zwischen dem zweiten flachen Abschnitt und dem zweiten geneigten Abschnitt von einem benachbarten Wellenstreifen.