DE19719262A1 - Zickzacklamelle als Verrippung von Flachrohrwärmetauschern bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zickzacklamelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Zickzacklamelle ist aus der US-5 511 610 bekannt.

Bei dieser bekannten Zickzacklamelle besteht das Be­ mühen, die äußere Wärmeübertragung der Verrippung dadurch zu fördern, daß die beidseitig des jeweiligen Schenkels der Zick­ zacklamelle ausgestellten Streifen quer zur Anströmungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids, meist der Luft, eine unregelmä­ ßige Kontur erhalten. In Anströmungsrichtung des äußeren Wärme­ tauschfluids ist kein Anstellwinkel vorgesehen. Außerdem sind durch die unregelmäßige Konturierung der Streifen unterschied­ liche Abstände zwischen benachbarten Streifen vorgesehen ein­ schließlich besonders kleiner Abstände. Bei derartigen kleinen Abständen können sich jedoch aufgrund der Oberflächenspannung Wassertropfen von Regen und insbesondere Kondensat bleibend ab­ setzen und im Absetzbereich entsprechend den äußeren Wärmeüber­ gang unter Erhöhung des Druckverlustes mindern. Einen Turbu­ lenzaufbau, der auch den äußeren Wärmeübergang fördert, erhält man bei der vorbekannten Zickzacklamelle nur durch einen neuen Aufbau der jeweiligen laminaren Grenzschicht zu Beginn jedes neuen Streifens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Zickzacklamelle mindestens den äußeren Wärmeübergang in einfa­ cher Bauweise günstig zu gestalten.

Diese Aufgabe wird bei einer Zickzacklamelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Kennzeichens von Anspruch 1 durch dessen Kennzeichnungsmerkmale gelöst.

Der jeweilige Anstellwinkel des Streifens in Strö­ mungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids wirkt für sich tur­ bulenzerzeugend und fördert so den äußeren Wärmeübergang. Dabei kann man im Grenzfall ohne komplizierte Konturierungen der Streifen mit deren extrem einfachster Ausbildungsform arbeiten, bei der nämlich außer den seitlichen Halteabschnitten der Streifen deren Zentralbereich einfach eben ausgebildet sein kann (vgl. Anspruch 9). Durch die Vermeidbarkeit der Konturie­ rung der Streifen erhält man ferner auch schon aus der im Ober­ begriff vorgesehenen abwechselnden Ausstellung der Streifen an verschiedenen Seiten des Schenkels der Zickzacklamelle verbes­ serte Wasserabflußbedingungen jedenfalls für größere Abstände benachbarter Lamellenschenkel. Mit dem zusätzlichen Merkmal von Anspruch 2, wonach die in Anströmrichtung des äußeren Wärme­ tauschfluids aufeinander folgenden Streifen entgegengesetzt ge­ neigte Anstellwinkel haben, erhält man dadurch, daß der senk­ recht zur Ebene des Schenkels gemessene Abstand benachbarter Streifen konstant bleibt, eine zusätzliche Verbesserung der Ab­ leitung von zum Haften neigendem Wasser bei noch weiterer Stei­ gerung der Turbulenzerzeugung und damit weiterer Optimierung des äußeren Wärmeübergangs. Dabei kann man auch bei sehr engem Abstand benachbarter Lamellenschenkel so groß wählen, daß keine Wassertropfen an der betreffenden Engstelle durch Oberflächen­ spannung haften bleiben.

Bei mit Ausstellern versehenen Flachlamellen mit Schlitzen für die Aufnahme von in die Schlitze aufgeweiteten Flachrohren ist es an sich bekannt, im zentralen Bereich ebene Streifen aus der betreffenden Flachlamelle abwechselnd aus de­ ren einen und dann aus deren anderen Seite auszustellen und ge­ gebenenfalls mit einem Anstellwinkel zu versehen; im letztge­ nannten Fall hat dieser Anstellwinkel gleichbleibende Orientie­ rung der Neigung (FR-A-1 521 499, Fig. 3 und insbes. Fig. 4).

Die weiteren Unteransprüche betreffen besonders be­ vorzugte Auslegungen der erfindungsgemäßen Zickzacklamelle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische ausschnittsweise Ansicht eines Blocks von Flachrohren mit einer Verrippung durch Zick­ zacklamellen;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung in Strömungsrichtung des äußeren Wärmetauschfluids durch eine Blockanordnung der Bauart gemäß Fig. 1, jedoch mit einer größeren Zahl ausgestell­ ter Streifen;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2; sowie

Fig. 4 in nochmals vergrößerter Darstellung eine Frontalansicht in Strömungsrichtung des äußeren Strömungsmedi­ ums auf zwei benachbarte Schenkel derselben Zickzacklamelle in einer Bauart gemäß den vorhergehenden Figuren.

Der in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Block aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 wird in einem Flachrohr­ wärmetauscher bei Kraftfahrzeugen von der Außenluft als äußerem Wärmetauschfluid in Bautiefenrichtung gemäß dem Pfeil 6 ange­ strömt. Derartige Flachrohrwärmetauscher werden insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen als Verdampfer oder Kondensator ein­ gesetzt.

Die Flachrohre 2 haben eine Mehrzahl von in Breiten­ richtung des jeweiligen Flachrohres aufeinander folgenden ein­ zelnen durchgehenden Kanälen 8, die jeweils durch einen Ver­ steifungssteg 10 des Flachrohres voneinander getrennt sind. Die Kanäle, von denen nur beispielsweise in Fig. 1 fünf eingezeich­ net sind, sind in Breitenrichtung bzw. in Richtung des Pfeiles 6 hintereinander angeordnet und verlaufen parallel zueinander in Längsrichtung des jeweiligen Flachrohres parallel zu dessen Längskanten 12.

Die Zickzacklamellen 4 sind sandwichartig zwischen den Flachrohren 2 so angeordnet, daß je eine Zickzacklamelle 4 zwischen zwei benachbarten Flachrohren 2 eingeschachtelt ist. Eine gleichartige Zickzacklamelle 4 und ein an dieser außen an­ liegendes Abschlußblech kann in nicht dargestellter Weise an den Außenflächen der beiden außen liegenden Flachrohre 2 im Block der Flachrohre und Zickzacklamellen des Flachrohrwärme­ tauschers angeordnet sein.

Die Flachrohre 2 werden insbesondere durch Strang­ pressen oder im Konformprozeß bzw. durch Falten von Blechen ge­ formt. Die Zickzacklamellen werden ihrerseits aus folienartigem Blech geformt. Dabei wird vorzugsweise hartlötbares Aluminium oder eine hartlötbare Aluminiumlegierung verwendet, und die zu verbindenden Teile sind zweckmäßig im Verbindungsbereich an mindestens einem der Verbindungspartner mit dem Hartlot vorbe­ schichtet. Entsprechendes gilt für die nicht gezeigten Ab­ schlußbleche sowie für an den Stirnseiten der Flachrohre ange­ ordnete, ebenfalls nicht dargestellte, Sammleranordnungen.

Gemäß Fig. 4 setzt sich jede einzelne Zickzacklamelle 4 aus zickzackförmig aneinander anschließenden Schenkeln 14 zu­ sammen, die sich jeweils zwischen gerundeten Scheiteln 16 er­ strecken, welche ihrerseits jeweils mit einer Flachseite des benachbarten Flachrohres verlötet werden. Dabei beträgt der Ab­ stand zwischen den in derselben Anschlußebene an das gleiche benachbarte Flachrohr 2 liegenden Schenkeln 2z, während der Ab­ stand zwischen den jeweils an den Enden jedes Schenkels 14 auf­ einander folgenden Scheiteln an die beiden verschiedenen An­ schlußebenen an zwei benachbarte Flachrohre z beträgt (vgl. auch Fig. 1).

Die Breite der Zickzacklamelle 4 erstreckt sich in Richtung des Pfeiles 6 der Strömungsrichtung des äußeren Wärme­ tauschfluids, die von der Strömungsrichtung des inneren Wärme­ tauschfluids in den Kanälen 8 gekreuzt wird. Die Breite der Zickzacklamelle in Richtung des Pfeiles 6 beschreibt dabei meist auch das Maß der Bautiefe des Wärmetauschers bzw. des Blockes aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 gemäß Fig. 1, wobei es üblich ist, daß die Zickzacklamellen im Austrittsbe­ reich des äußeren Wärmetauschfluids aus dem Block etwas über die dort gelegene Längskante 12 des Flachrohres 2 überstehen, um aufgefangene Feuchtigkeit leichter abtropfen lassen zu kön­ nen. An der dem äußeren Wärmetauschfluid zugewandten Stirnseite der Flachrohre fluchtet meist die Zickzacklamelle mit der dort gelegenen Längskante 12 des Flachrohres.

Auf jedem Schenkel 14 der Zickzacklamelle 4 ist in der Breitenrichtung des betreffenden Schenkels bzw. der Zick­ zacklamelle, welche dem Pfeil 6 folgt, eine Folge von Streifen 18 ausgestellt, und zwar im Beispiel von Fig. 1 eine Folge von fünf Streifen 18, die somit in Bautiefenrichtung des Blocks aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 bzw. auf der Breitenrich­ tung des jeweiligen Flachrohres 2 aufeinander folgen. Ohne Be­ schränkung der Allgemeinheit ist dabei je ein Streifen 18 je einem der fünf Kanäle 12 im jeweils benachbarten Flachrohr zu­ geordnet, gegebenenfalls wie dargestellt benachbart. Eine ähn­ liche Zuordnung kommt auch bei jeder anderen Zahl von Streifen 18 und Kanälen 12 in Frage.

Die ausgestellten Streifen haben in Pfeilrichtung 6 bei Flachrohrwärmetauschern für Kraftfahrzeuge jeweils vorzugs­ weise eine Erstreckungslänge von 0,8 bis 2 mm, so daß bei einer realistischen Bautiefe derartiger Flachrohrwärmetauscher eine wesentlich größere Anzahl von Streifen 18 über die Breite des Schenkels 14, also in Richtung des Pfeils 6, verteilt ist, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist, wo in derselben Richtung statt der fünf Streifen von Fig. 1 sechzehn Streifen ausge­ stellt sind. Wegen der kleinen Dimensionierung in dieser Rich­ tung hängen dabei die in Breitenrichtung beidseitig aufeinander folgenden Gruppen von acht ausgestellten Streifen 18 zur Stabi­ lisierung beim Einspannen der Zickzacklamellen 14 zwischen den Flachrohren jeweils über einem nicht ausgestellten zentralen Versteifungssteg 20 zusammen.

Fig. 2 und deren Detailzeichnung in Fig. 3 zeigen das Profil im Sinne von Fig. 4 benachbarten Schenkeln 14 in der Breitenrichtung des jeweiligen Schenkels 14, welcher in der Richtung des Pfeiles 6 und damit der Strömungsrichtung des äu­ ßeren Wärmetauschfluids folgt.

Man erkennt, daß in beiden Schenkeln 14 die Streifen 18 in dieser Breitenrichtung abwechselnd an der einen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind. Wie ein Ver­ gleich von Fig. 2 und Fig. 3 einerseits und Fig. 4 andererseits zeigt, sind dabei die ausgestellten Streifen jedenfalls mit ih­ rer ausgestellten Mittelzone eben ausgebildet und erstrecken sich dabei im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des je­ weiligen Streifens bzw. rechtwinklig zur Flachseite des jeweils anschließenden Flachrohres 2, während sie in der dem Pfeil 6 folgenden Breitenrichtung jeweils einen Anstellwinkel a haben. Dabei wechselt in der Richtung des Pfeiles 6, also in Breiten­ richtung, die Ausstellung des Streifens 18 jeweils auf der ei­ nen und dann wieder auf der anderen Seite des Schenkels 16 in einer solchen Weise, daß bei den in den Fig. 2 bis 4 darge­ stellten benachbarten Schenkeln jeweils in einer zu deren Scheiteln 16 parallelen Ebene eine gleiche Ausstellungsrichtung und Ausstellungsart vorgenommen ist.

Die Beträge |α| der Ausstellwinkel sind in Richtung des Pfeiles 6, also in Breitenrichtung, gleich.

Das Maß der Teilung infolge von ausgestellten Strei­ fen 18 in der Breitenrichtung gemäß dem Pfeil 6 ist y und eben­ falls eine Konstante.

Der Abstand der Scheitel 16 in derselben Anschluße­ bene an ein Flachrohr 2 ist gemäß Fig. 4 2z, während der Ab­ stand von in Breitenrichtung gemäß dem Pfeil 6 aufeinander fol­ genden Scheiteln 16, die an den einander zugewandten Flachsei­ ten benachbarter Flachrohre 2 zur Anlage kommen, die Hälfte da­ von, also z ist.

Bei dieser Anordnung ergibt sich der minimale, senk­ recht zur Ebene der Schenkel 14 gemessene Abstand x benachbar­ ter Streifen 18 als eine Konstante, wie dies in Fig. 3 erkenn­ bar ist.

Claims (9)

1. Zickzacklamelle, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, als zwischengeschaltete Verrippung von Flachrohren (2) von Wärmetauschern bei Kraftfahrzeugen, bei der zickzackförmig aneinander anschließende Schenkel (14) der Zickzacklamelle (4) mit ihrer Breitenrichtung in Strö­ mungsrichtung (6) des äußeren Wärmetauschfluids angeordnet sind und längs ihrer Breitenrichtung jeweils eine Folge aus­ gestellter Streifen (18) aufweist, die abwechselnd an der ei­ nen und an der anderen Seite des Schenkels ausgestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (18) in Breitenrichtung (Pfeil 6) einen Anstellwinkel (α) aufweisen.

2. Zickzacklamelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in Breitenrichtung (Pfeil 6) aufeinander folgenden Streifen (18) entgegengesetzt geneigte Anstellwin­ kel (α) haben.

3. Zickzacklamelle nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betrag (|α|) der Neigung einander entgegen­ gesetzt geneigter Streifen (18) jeweils gleich ist.

4. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels (14) gemessene Abstand (x) benachbarter Streifen (18) im wesentlichen dem viertel Abstand (1/2 z) zwischen in einer gemeinsamen Anschlußebene an ein Flachrohr (2) benach­ barten Scheiteln (16) der Zickzacklamelle (4) entspricht, ge­ gebenenfalls ein Viertel der Differenz des Abstandes zwischen benachbarten Scheiteln und der doppelten Lamellendicke der Zickzacklamelle.

5. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag (|x|) der Neigung des jeweiligen Streifens (18) im Bereich von 5 bis 20° Anstellung gegenüber der Ebene des Schenkels (14) liegt, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 15°.

6. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsmaß (y) der Streifen­ folge am Schenkel (14) im Bereich von 0,8 bis 2,0 mm, vor­ zugsweise im Bereich von 0,9 bis 1,5 mm, liegt.

7. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (2z) zwischen den in derselben Abschlußebene liegenden benachbarten Scheiteln (16) der Zickzacklamelle (4) im Bereich von 1,6 bis 4,0 mm, vor­ zugsweise 2,0 bis 3,0 mm, liegt.

8. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Ebene des Schenkels (14) gemessene Abstand (x) benachbarter Streifen im Bereich von 0,5 bis 1 mm liegt.

9. Zickzacklamelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgestellten Streifen (18) in ihrer ausgestellten Mittelzone eben sind.