EP2253921A2 - Rippe für einen Wärmeübertrager - Google Patents
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- EP2253921A2 EP2253921A2 EP10162268A EP10162268A EP2253921A2 EP 2253921 A2 EP2253921 A2 EP 2253921A2 EP 10162268 A EP10162268 A EP 10162268A EP 10162268 A EP10162268 A EP 10162268A EP 2253921 A2 EP2253921 A2 EP 2253921A2
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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 rib for a heat exchanger according to the preamble of claim 1.
- US 2005/0045314 A1 describes ribs for a heat exchanger, in which a corrugated, arranged between flat tubes fin plate is provided to improve the heat transfer with gills.
- the gill angle is between 14 ° and 26 °. This optimized range of the gill angle can be combined with all depths of the girth, and more preferably with small girths of between 0.3 mm and 0.6 mm.
- the Kiementiefe to further optimize the properties between 0.4 mm and 0.6 mm, more preferably between 0.45 mm and 0.55 mm.
- the Kiementiefe for further optimization between 1.2 mm and 1.6 mm.
- a rib density in the longitudinal direction is generally preferably between 70 Ri / dm and 120 Ri / dm.
- the unit Ri / dm is to be understood as the number of rib flanks given by the corrugation per decimeter.
- the rib flanks are regularly arranged at an angle to each other to improve the mechanical stability, but can also run parallel to each other depending on requirements.
- a material thickness of the fin plate is approximately between 0.06 mm and 0.1 mm.
- the inventive dimensioning of the gills is particularly suitable when the multiple gills follow each other directly. This means that between successive ribs no flat web of the remains, so that two gills are separated from each other by means of a single Einschitts in the sheet.
- a first gill group and a second gill group are provided, wherein the gill angles KW of the gill groups have different orientations.
- the gaseous fluid is first passed in one direction through the fin plate and subsequently in the opposite direction.
- a rib height RH is preferably between 3 mm and 12 mm. In a particularly preferred detailed design, the rib height is between 4 mm and 8 mm.
- a depth of the rib in the depth direction is between 15 mm and 80 mm, preferably between 15 mm and 45 mm.
- a rib density in the longitudinal direction is not more than about 80 Ri / dm, and in a preferred detail design, the gill angle is at least 26 °. In an alternative embodiment, a rib density in the longitudinal direction is at least about 80 Ri / dm, in particular, the gill angle is not more than about 26 °. Overall, this allows a further optimization of the performance, taking into account the rib density, which can be predetermined depending on the application.
- the object of the invention is also achieved for a heat exchanger according to claim 13 by providing a rib according to the invention.
- the heat exchanger is designed as a heat exchanger of a motor vehicle, in particular as an electric radiator, liquid-operated radiator, evaporator or condenser of a vehicle air conditioning, intercooler or coolant radiator.
- a motor vehicle in particular as an electric radiator, liquid-operated radiator, evaporator or condenser of a vehicle air conditioning, intercooler or coolant radiator.
- the rib according to the invention is particularly suitable for use with a radiator, since it allows for a given air flow and given temperature difference a particularly small pressure drop. This reduces noise and makes it possible, for example, to make a heating fan particularly small.
- the structures may also be flat tubes or round tubes in which, for example, heated coolant flows through an engine cooling circuit.
- the in Fig. 1 shown heat exchanger is a radiator for a motor vehicle.
- ribs 2 are respectively provided between structures in the form of parallel flat tubes 1, through which a heated coolant of an engine cooling circuit flows, so that overall a heat transfer network through which a gaseous fluid such as air flows is formed.
- the flow direction of the air extends in the direction of a depth of the heat exchanger perpendicular to the plane of the drawing in Fig. 1 ,
- the flat tubes 1 each open into a bottom 3 of a collector.
- a height direction in the sense of the invention runs in the plane of the drawing Fig. 1 from left to right, ie perpendicular to the direction of the flat tubes and to the depth direction.
- a longitudinal direction in the sense of the invention runs in the plane of the drawing Fig. 1 from top to bottom, ie parallel to the flat tubes.
- the rib 2 are formed in their construction principle in a known manner as gill corrugated ribs of a corrugated in the longitudinal direction ribbed plate, wherein the individual ribs formed by the corrugation each having a plurality of gills 4.
- the gills 4 are formed as a set-up opening of the ribbed plate and arranged one behind the other in the depth direction.
- the gills are formed as a series of directly consecutive in the depth direction, so formed by means of only one incision of the rib sheet each other and angled webs.
- the installation angle relative to the depth direction is defined as the gill angle KW.
- the total length of a gill, measured in a plane with the depth direction, is defined as the kite depth KT.
- the gills have according to Fig. 2 also a gill length KL, which is slightly smaller than a rib height RH, so that the bending of the ribbed plate is possible.
- the rib height RH also corresponds to the free distance of adjacent flat tubes 1.
- the gill length KL in optimized form is between 0.5 mm and 2 mm less than the rib height RH.
- the number of rib flanks per unit length in the longitudinal direction is defined as the rib density RD (unit: Ri / dm).
- the rib density RD is between 70 and 120 Ri / dm.
- the total length of the ribs in the depth direction or flow direction of the air is defined as the rib depth RT and is typically between 15 mm and 80 mm, depending on the requirements.
- the sectional view Fig. 3 shows that the gills 4 are provided in the depth direction as two successive gill panels 5.6 of each identical gills, the gill angle of the two fields 5, 6 is the same size, but inverted in the direction. Thus, the air is first passed in one direction and then in the reverse direction through the fin plate.
- a respective peripheral girth 5a, 6a is provided, which has only half the height of a normal gill 4 above the plane of the sheet.
- a roof gill 7 is provided in each case, which ensures a transfer between the differently directed gill fields 5, 6.
- All of the belts 4,5a, 6a, 7 have in each case the same height above the plane of the sheet in all the present exemplary embodiments.
- Fig. 5 shows the results of experiments on different rib densities with variation of the gill angle for a constant depth of girth of 1.5 mm, so a much greater Kiementiefe than in the prior art.
- an air mass flow MS 3 kg / min was set.
- the measured variable is the achieved temperature difference of the air as a function of the pressure drop.
- the X-shaped mark shows the working point according to the above technique.
- the set air mass flow is again 3 kg / min.
- the explanation for the surprising effect is that due to the large depth of the kite, even at small gill angles (eg 22 °) enough air flows through the gills (see also Fig. 9 ). Due to the small gill angle, the detachments behind each gill are smaller than at large gill angles (27 °, state of the art). The air distribution perpendicular to the flow direction is thereby more homogeneous or it comes to more uniform air velocities.
- Fig. 10 and Fig. 11 show speed profiles for different rib heights, namely 4.5 mm ( Fig. 10 ) and 6 mm ( Fig. 11 ). Clearly visible is the much more homogeneous velocity profile of variants 1 and 2 according to the present invention compared to the prior art.
- the above-described preferred embodiments of a fin are applicable to various types of heat exchangers, particularly automobiles, such as coolant coolers, air conditioner evaporators, air conditioner condensers, intercoolers, or the like. Particularly preferred is an application in radiators of a motor vehicle, since the required power of a fan blower can be reduced here by the low pressure drop for a given performance and the overall homogeneous flow through the network.
- the heat exchanger is designed as an electric heater, wherein the structures 1 are not flat tubes, but PTC elements which are heated by electric current.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Rippe für einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
US 2005/0045314 A1 beschreibt Rippen für einen Wärmeübertrager, bei denen ein gewelltes, zwischen Flachrohren angeordnetes Rippenblech zur Verbesserung des Wärmeübergangs mit Kiemen versehen ist. - Aus der Praxis des Wärmeübertragerbaus ist es zudem bekannt, Wellrippen mit Kiemen zu versehen, die eine Kiementiefe von 0,9 mm bei einem Kiemenwinkel von 27° aufweisen.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Rippe für einen Wärmeübertrager anzugeben, die eine gute Wärmeübertragung bei geringem Druckabfall ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Rippe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Untersuchungen haben das überraschende Ergebnis ergeben, dass bei geeigneter Wahl des Kiemenwinkels sowohl unterhalb als auch oberhalb der herkömmlichen Kiementiefe Bereiche für die Kiementiefe existieren, die einen besonders großen Wärmeübergang bei geringem Druckabfall ermöglichen. Diese günstige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Rippe ermöglicht es zum Beispiel, im Fall eines Heizkörpers für einen Fahrzeuginnenraum eine geringere Gebläseleistung bei gleichem Luftdurchsatz und gleicher Lufterwärmung vorzusehen. Zudem wird bei dieser beispielhaften Anwendung die Geräuschentwicklung durch Gebläse und Luftströmung reduziert. Weitere Vorteile der Erfindung bestehen allgemein darin, dass eine Verbesserung ohne nennenswerte Mehrkosten bei nahezu unverändertem Herstellungsverfahren erzielt werden kann. Der Kiemenwinkel einer erfindungsgemäßen Rippe beträgt dabei zwischen 14° und 30°.
- Bei einer bevorzugten Detailgestaltung der Erfindung beträgt der Kiemenwinkel zwischen 14° und 26°. Dieser optimierte Bereich des Kiemenwinkels kann mit sämtlichen Kiementiefen und besonders bevorzugt mit kleinen Kiementiefen zwischen 0,3 mm und 0,6 mm, kombiniert werden.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Kiementiefe zur weiteren Optimierung der Eigenschaften zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,45 mm und 0,55 mm.
- Bei einer alternativen Ausführungsform beträgt die Kiementiefe zur weiteren Optimierung zwischen 1,2 mm und 1,6 mm.
- Eine Rippendichte in der Längsrichtung beträgt allgemein bevorzugt zwischen 70 Ri/dm und 120 Ri/dm. Unter der Einheit Ri/dm ist dabei die Anzahl der durch die Wellung gegebenen Rippenflanken je Dezimeter zu verstehen. Die Rippenflanken sind zur Verbesserung der mechanischen Stabilität regelmäßig in einem Winkel zueinander angeordnet, können je nach Anforderungen aber auch parallel zueinander verlaufen.
- Zur einfachen Herstellung bei zugleich guter Wirkung der Kiemen ist es vorgesehen, dass eine Länge der Kiemen KL wenigstens 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 2,0 mm, kleiner ist als eine Rippenhöhe RH.
- Besonders vorteilhaft werden erfindungsgemäße Dimensionierungen der Kiemen bei relativ dünnen Rippenblechen eingesetzt, wobei in bevorzugter Ausgestaltung eine Materialstärke des Rippenblechs etwa zwischen 0,06 mm und 0,1 mm beträgt.
- Die erfindungsgemäße Dimensionierung der Kiemen ist besonders geeignet, wenn die mehreren Kiemen unmittelbar aufeinander folgen. Dies bedeutet, dass zwischen aufeinander folgender Rippen kein ebener Steg des verbleibt, so dass zwei Kiemen mittels eines einzelnen Einschitts in das Blech voneinander getrennt sind.
- Bei einer allgemein vorteilhaften Ausführungsform sind eine erste Kiemengruppe und eine zweite Kiemengruppe vorgesehen, wobei die Kiemenwinkel KW der Kiemengruppen verschiedene Orientierungen aufweisen. Somit wird das gasförmige Fluid zunächst in der einen Richtung durch das Rippenblech geleitet und nachfolgend in der Gegenrichtung.
- Eine Rippenhöhe RH beträgt bevorzugt zwischen 3 mm und 12 mm. In besonders bevorzugter Detailgestaltung liegt die Rippenhöhe zwischen 4 mm und 8 mm.
- Zur Verwendung in üblichen Bauformen von Wärmeübertragern ist es vorgesehen, dass eine Tiefe der Rippe in der Tiefenrichtung zwischen 15 mm und 80 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 45 mm, beträgt.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt eine Rippendichte in der Längsrichtung nicht mehr als etwa 80 Ri/dm, wobei in bevorzugter Detailgestaltung der Kiemenwinkel wenigstens 26° beträgt. Bei einer alternativen Ausführungsform beträgt eine Rippendichte in der Längsrichtung wenigstens etwa 80 Ri/dm beträgt, wobei insbesondere der Kiemenwinkel nicht mehr als etwa 26° beträgt. Insgesamt lässt sich hierdurch eine weitere Optimierung der Leistungsfähigkeit unter Berücksichtigung der Rippendichte erzielen, welche je nach Anwendung vorgegeben sein kann.
- Die Aufgabe der Erfindung wird für einen Wärmeübertrager zudem gemäß Anspruch 13 durch das Vorsehen einer erfindungsgemäßen Rippe gelöst.
- In vorteilhafter Detailgestaltung ist der Wärmeübertrager als Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, insbesondere als elektrischer Heizkörper, flüssigkeitsbetriebener Heizkörper, Verdampfer oder Kondensator einer Fahrzeug-Klimaanlage, Ladeluftkühler oder Kühlmittelkühler. Bei Kraftfahrzeugen besteht eine besonders hohe Anforderung an die Optimierung der Wärmeübertragerleistung bei gegebenem Bauraum. Die erfindungsgemäße Rippe ist dabei insbesondere zur Verwendung mit einem Heizkörper geeignet, da sie bei gegebenem Luftstrom und gegebener Temperaturdifferenz einen besonders kleinen Druckabfall ermöglicht. Dies reduziert Geräusche und erlaubt es zum Beispiel, ein Heizungsgebläse besonders klein auszulegen. Bei einem Wärmeübertrager in Form eines elektrisch betriebenen Heizkörpers sind die Strukturen zum Beispiel als elektrische Heizstäbe, bevorzugt PTC-Heizelemente (PTC = Positive Temperature Coefficient). In möglicher alternativer Ausführung eines Heizkörpers können die Strukturen auch Flachrohre oder Rundrohre sein, in denen zum Beispiel erhitztes Kühlmittel eines Motor-Kühlkreislaufs strömt.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
- Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine ausschnittsweise Draufsicht auf einen Wärmeübertrager mit erfindungsgemäßen Rippen.
- Fig. 2
- zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der Rippe aus
Fig. 1 . - Fig. 3
- zeigt einen Querschnitt durch die Rippe aus
Fig. 1 . - Fig. 4
- zeigt eine schematische Ausschnittsdarstellung der Rippe aus
Fig. 1 zur Definition von Bemaßungen. - Fig. 5
- zeigt eine Temperaturdifferenz als Funktion eines luftseitigen Druckabfalls unter Variation von Rippendichte und Kiemenwinkel für eine Kiementiefe von 1,5 mm.
- Fig. 6
- zeigt eine Temperaturdifferenz als Funktion eines luftseitigen Druckabfalls unter Variation von Rippendichte und Kiemenwinkel für eine Kiementiefe von 0,5 mm.
- Fig. 7
- zeigt ein Diagramm des Quotienten aus Leistung und luftseitigem Druckabfall als Funktion des Kiemenwinkels für mehrere erfin- dungsgemäße Kiementiefen sowie für einen Stand der Technik.
- Der in
Fig. 1 dargestellte Wärmeübertrager ist ein Heizkörper für ein Kraftfahrzeug. In bekannter Bauweise sind zwischen Strukturen in Form von parallel verlaufenden Flachrohren 1, die von einem erhitzten Kühlmittel eines Motor-Kühlkreislaufs durchströmt werden, jeweils Rippen 2 vorgesehen, so dass insgesamt ein von einem gasförmigen Fluid wie Luft durchströmbares Wärmeübedragernetz ausgebildet ist. Die Strömungsrichtung der Luft verläuft in Richtung einer Tiefe des Wärmeübertragers senkrecht zur Zeichnungsebene inFig. 1 . Die Flachrohre 1 münden jeweils in einem Boden 3 eines Sammlers. - Eine Höhenrichtung im Sinne der Erfindung verläuft in der Zeichnungsebene von
Fig. 1 von links nach rechts, also senkrecht zur Richtung der Flachrohre und zur Tiefenrichtung. Eine Längsrichtung im Sinne der Erfindung verläuft in der Zeichnungsebene vonFig. 1 von oben nach unten, also parallel zu den Flachrohren 1. - Die Rippe 2 sind in ihrem Bauprinzip auf bekannte Weise als Kiemen-Wellrippen aus einem in der Längsrichtung gewellten Rippenblech ausgebildet, wobei die einzelnen durch die Wellung gebildeten Rippenflanken jeweils eine Mehrzahl von Kiemen 4 aufweisen. Die Kiemen 4 sind als aufgestellte Durchbrechung des Rippenblechs ausgeformt und in der Tiefenrichtung hintereinander angeordnet.
- Gemäß der Darstellungen nach
Fig. 2 bis Fig. 4 sind die Kiemen als Serie von in Tiefenrichtung unmittelbar aufeinander folgenden, also mittels nur je eines Einschnitts des Rippenblechs voneinander getrennten und gewinkelten Stegen ausgeformt. Der Aufstellwinkel relativ zu der Tiefenrichtung ist als Kiemenwinkel KW definiert. Die gesamte Länge einer Kieme, gemessen in einer Ebene mit der Tiefenrichtung, ist als Kiementiefe KT definiert. - Die Kiemen haben gemäß
Fig. 2 zudem eine Kiemenlänge KL, die etwas kleiner als eine Rippenhöhe RH ist, damit die Umbiegung des Rippenblechs ermöglicht ist. Die Rippenhöhe RH entspricht vorliegend auch dem freien Abstand benachbarter Flachrohre 1. Für bevorzugte Rippenhöhen zwischen 3 mm und 12 mm beträgt die Kiemenlänge KL in optimierter Form zwischen 0,5 mm und 2 mm weniger als die Rippenhöhe RH. - Die Anzahl der Rippenflanken je Längeneinheit in der Längsrichtng wird als Rippendichte RD (Einheit: Ri/dm) definiert. Bevorzugt beträgt die Rippendichte RD zwischen 70 und 120 Ri/dm.
- Die gesamt Länge der Rippen in der Tiefenrichtung bzw. Strömungsrichtung der Luft wird als Rippentiefe RT definiert und beträgt je nach Anforderungen typisch zwischen 15 mm und 80 mm.
- Die Schnittansicht
Fig. 3 zeigt, dass die Kiemen 4 in der Tiefenrichtung als zwei aufeinander folgende Kiemenfelder 5,6 von jeweils identischen Kiemen vorgesehen sind, wobei der Kiemenwinkel der beiden Felder 5, 6 gleich groß, aber in der Richtung invertiert ist. Somit wird die Luft erst in die eine Richtung und nachfolgend in umgekehrter Richtung durch das Rippenblech geleitet. - Am Anfang des ersten Kiemenfelds 5 und am Ende des zweiten Kiemenfelde 6 ist jeweils eine Randkieme 5a, 6a vorgesehen, die nur die halbe Höhe einer normalen Kieme 4 über der Blechebene aufweist. Zwischen den Kiemenfeldern 5, 6 ist jeweils eine Dachkieme 7 vorgesehen, die für eine Überleitung zwischen den unterschiedlich gerichteten Kiemenfeldern 5, 6 sorgt.
- Sämtliche der Riemen 4,5a, 6a, 7 haben in sämtlichen vorliegenden Ausführungsbeispielen jeweils die gleiche Höhe über der Blechebene.
- Im Sinne der vorliegenden Erfindung wurden Berechnungen und Versuche vorgenommen, um die Dimensionierung der mehreren gleichen, hintereinander angeordneten kiesen 4 zu optimieren, wobei sich überraschende Effekte gezeigt haben.
- Es war bekannt, Wellrippen der vorstehend beschriebenen Form herzustellen, die folgende Maßzahlen aufweisen:
(Stand der Technik:) KT = 0,9 mm KW =27° RH=4,5mm RT = 26 mm D = 0,08 mm - Es hat sich gezeigt, dass für kleinere Kiemenwinkel im Bereich von 14° bis 26° sowohl für kleinere Kiementiefen als im Stand der Technik als auch für größere Kiementiefen erhebliche Verbesserungen des Verhältnisses von Heizleistung zu luftseitigem Druckabfall zu finden sind.
-
Fig. 5 zeigt die Ergebnisse von Versuchen zu unterschiedlichen Rippendichten unter Variation des Kiemenwinkels für eine konstante Kiementiefe von 1,5 mm, also eine deutlich größere Kiementiefe als nach dem Stand der Technik. Es wurde jeweils ein Luftmassenstrom MS = 3 kg/min eingestellt. Messgröße ist die erzielte Temperaturdifferenz der Luft als Funktion des Druckabfalls. Die X-förmige Markierung zeigt den Arbeitspunkt nach dem vorstehenden der Technik. -
Fig. 6 zeigt die zuFig. 5 analogen Ergebnisse für eine Kiementiefe KT = 0,5 mm, also eine deutliche kleinere Kiementiefe als nach dem Stand er Technik. Der eingestellte Luftmassenstrom beträgt wiederum 3 kg/min. - Ergebnisse der durchgeführten Simulationen und Versuche sind in
Fig. 7 zusammengefasst. Aufgetragen sind der Quotient aus Temperaturdifferenz (entsprechend Wärmeleistung) und Druckabfall ΔT/ Δp über dem Kiemenwinkel für vier verschiedene Kiementiefen: 0,5 mm, 0,9 mm (Stand der Technik für Kiemenwinkel von 27°). 1,2 mm und 1,5 mm. Der aus dem Stand der Technik bekannte Arbeitspunkt ist wiederum als X-förmige Markeirung eingezeichnet. Bei den Ergebnissen nachFig. 7 sind ein Luftmassenstrom von 6 kg/min und eine Rippenhöhe von 4,5 mm vorgegeben. - Es wird angemerkt, dass die bei den Versuchen und Simulationen eingestellten Luftmassenströme (
Fig. 5 undFig. 6 : 3 kg/min,Fig. 7 :6 kg/min) keinen relevanten Einfluss auf die Ergebnisse haben. Dies gilt nach vorliegenden Erkenntnissen wenigstens für einen Bereich des Luftmassenstroms von 2 kg/min bis 6 kg/min und vermutlich auch darüber hinaus. - Die Ergebnisse nach
Fig. 7 zeigen, dass sowohl für kleinere Kiementiefen von 0,5 mm als auch für größere Kiementiefen von 1,2 mm oder 1,5 mm bessere Werte für ΔT/ Δp erreicht werden, wenn sich der Kiemenwinkel in einem im vergleich zum Stand der Technik kleineren Bereich von 14° bis 26° bewegt. - Weiterhin lässt sich
Fig. 7 entnehmen, dass insbesondere für die Variante der größeren Kiementiefe auch für größere Kiemenwinkel, zum Beispiel bis zu 30°, erheblich verbesserte Werte für ΔT/ Δp im Vergleich zum Stand der Technik erreicht werden. - Für diese überraschenden Ergebnisse kann ohne Anspruch auf Richtigkeit die Erklärung gemutmaßt werden, dass im Fall der kleinen Kiementiefe von 0,5 mm der Anteil der durch die Kiemen strömenden bzw. die Seite des Rippenblechs wechselnden Luft sehr gering ist (siehe auch
Fig. 8 ). Die Kiemen bewirken vorrangig eine Erhöhung der Rauhigkeit, so dass es zum Aufreißen oder Ablösen einer laminaren Grenzschicht der Luftströmung kommt. Zugleich ist durch die große Anzahl von Störungen und "Neuantäufen" der Strömung der luftseitige Druckabfall gering, da durch die Kiemen wenig Luft strömt und die Luft somit kaum umgelenkt wird. Die Luftverteilung über der Rippe wird dadurch sehr homogen. Um einen mit dem Stand der Technik vergleichbaren luftseitigen Wärmeübergang zu erzielen, kann bei der Variante der kleinen Klementiefen (0,3 mm bis 0,6 mm) die Rippendichte geringfügig erhöht werden, etwa um 10 Ri/dm. - Für die großen Kiementiefen (1,1 mm bis 1,8 mm) wird als Erklärung des überraschenden Effekts gemutmaßt, dass durch die große Kientiefe schon bei kleinen Kiemenwinkeln (z.B. 22°) genügend Luft durch die Kiemen strömt (siehe auch
Fig. 9 ). Aufgrund des kleinen Kiemenwinkels werden die Ablösungen hinter jeder Kieme geringer als bei großen Kiemenwinkeln (27 °, Stand der Technik). Die Luftverteilung senkrecht zur Strömungsrichtung ist hierdurch homogener bzw. es kommt zu gleichmäßigeren Luftgeschwindigkeiten. - Die
Fig. 10 undFig. 11 zeigen Geschwindigkeitsprofile für verschiedene Rippenhöhen, nämlich für 4.5 mm (Fig. 10 ) und6 mm (Fig. 11 ). Deutlich erkennbar ist das weitaus homogenere Geschwindigkeitsprofil der Varianten 1 und 2 gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik. - Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen einer Rippe sind für verschiedene Bauformen von Wärmeübertragern, insbesondere von Kraftfahrzeugen, einsetzbar, wie etwa Kühlmittelkühler, Klimaanlagen-Verdampfer, Klimaanlagen-Kondensatoren, Ladeluftkühler oder ähnliches. Besonders bevorzugt bietet sich ein Einsatz in Heizkörpern eines Kraftfahrzeugs an, da hier durch den geringen Druckabfall bei gegebener Leistung und durch die insgesamt homogenere Durchströmung des Netzes die erforderliche Leistung eines Lüftergebläses verringert werden kann. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeübertrager als elektrischer Heizkörper ausgebildet, wobei die Strukturen 1 keine Flachrohre, sondern PTC-Elemente sind, die durch elektrischen Strom erhitzt werden.
Claims (14)
- Rippe für einen Wärmeübertrager, umfassend ein in einer Längsrichtung gewelltes, zwischen zwei Strukturen (1) angeordnetes Rippenblech (2),
wobei das Rippenblech (2) in einer Tiefenrichtung von einem insbesondere gasförmigen Fluid zur Übertragung von Wärme zwischen den Strukturen (1) und dem gasförmigen Fluid durchströmbar ist,
und wobei in dem Rippenblech (2) eine Mehrzahl von parallel hintereinander angeordneten, sich quer zu der Tiefenrichtung erstreckenden Kiemen (4) mit einer Kiementiefe KT und einem Kiemenwinkel KW bezüglich der Tiefenrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kiemenwinkel KW zwischen 14° und 30°, insbesondere zwischen 14° und 26°, beträgt, wobei die Kiementiefe KT entweder im Bereich von 0,3 mm bis 0,6 mm oder im Bereich von 1,1 mm bis 1,8 mm liegt. - Rippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kiementiefe KT zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, insbesondere zwischen 0,45 mm und 0,55 mm, beträgt.
- Rippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kiementiefe KT zwischen 1,2 mm und 1,6 mm beträgt.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rippendichte in der Längsrichtung zwischen 70 Ri/dm und 120 Ri/dm beträgt.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Kiemen (4) KL wenigstens 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 2,0 mm, kleiner ist als eine Rippenhöhe RH.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialstärke D des Rippenblechs (2) etwa zwischen 0,06 mm und 0,1 mm beträgt.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Kiemen (4) unmittelbar aufeinander folgen.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kiemengruppe (5) und eine zweite Kiemengruppe (6) vorgesehen ist, wobei die Kiemenwinkel KW der Kiemengruppen (5, 6) verschiedene Orientierungen aufweisen.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rippenhöhe RH zwischen 3 mm und 12 mm, insbesondere zwischen 4 mm und 8 mm, beträgt.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tiefe der Rippe RT in der Tiefenrichtung zwischen 15 mm und 80 mm, insbesondere zwischen 15 mm und 45 mm, beträgt.
- Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rippendichte in der Längsrichtung nicht mehr als etwa 80 Ri/dm beträgt, wobei insbesondere der Kiemenwinkel wenigstens 26° beträgt.
- Rippe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rippendichte in der Längsrichtung wenigstens etwa 80 Ri/dm beträgt, wobei insbesondere der Kiemenwinkel nicht mehr als etwa 26° beträgt.
- Wärmeübertrager, umfassend eine Rippe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
- Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager als Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, insbesondere als elektrischer Heizkörper, flüssigkeitsbetriebener Heizkörper, Verdampfer einer Fahrzeug-Klimaanlage, Kondensator einer Fahrzeug-Klimaanlage, Ladeluftkühler oder Kühlmittelkühler.
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