DE102009048459A1 - Sandwich-type heat exchanger for use in cooling system for aircraft, has plate forming gap at shell and/or bulkhead, where gap allows inflow of air from slits into exterior shell of aircraft, and slits are arranged adjacent to exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
VERWANDTE ANMELDUNGENRELATED APPLICATIONS
Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Provisional
Application 61/228,666, eingereicht am 27. Juli 2009 und der PCT
Anmeldung
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für die Außenhaut eines Flugzeugs, ein Kühlsystem für ein Flugzeug, eine Verwendung eines Wärmeübertragers für die Außenhaut eines Flugzeugs sowie ein Flugzeug mit mindestens einem Wärmeübertrager für die Außenhaut.The The invention relates to a heat exchanger for the outer skin of an aircraft, a cooling system for an airplane, a use of a heat exchanger for the outer skin of an aircraft and an aircraft with at least one heat exchanger for the outer skin.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
In modernen Verkehrsflugzeugen existieren vielfältige Komponenten mit einem gewissen Kühlbedarf. Beispielsweise sind Klimatisierungssysteme auf die Zufuhr bzw. Erzeugung von Kalte zum Bereitstellen eines größtmöglichen thermischen Komforts für die Passagiere an Bord des Flugzeugs angewiesen, wohingegen beispielsweise eine Reihe von elektronischen Geräten und Einrichtungen Abwärme erzeugt, die aus dem Flugzeug heraustransportiert werden muss. Durch die zunehmende Integration von elektrischen Geräten in Flugzeugen werden vermehrt Kühlsysteme installiert, die flüssige Kältemittel zum Wärmetransport verwenden. Derartige Kühlsysteme eignen sich zum Abführen von relativ großen Wärmemengen, welche in einem Flugzeug praktisch nicht akkumuliert werden können. Es wäre weiterhin besonders aufgrund des hohen elektrischen Leistungsbedarfs auch nachteilig, solche großen Wärmemengen durch aktive Kühlung mittels Kältemaschinen zu eliminieren.In modern commercial aircraft have many components with a certain cooling requirement. For example, air conditioning systems to the supply or production of cold to provide a greatest possible thermal comfort for the Passengers on board the aircraft instructed, whereas, for example a set of electronic devices and facilities Waste heat generated, which transported out of the aircraft must become. Due to the increasing integration of electrical appliances in airplanes more and more cooling systems are being installed, the liquid refrigerant for heat transport use. Such cooling systems are suitable for removal of relatively large amounts of heat, which in one Plane practically can not be accumulated. It would continue to be particularly due to the high electrical Power consumption also disadvantageous, such large amounts of heat to eliminate by active cooling by means of chillers.
In
der Industrie – etwa in der Automobilbranche, im Anlagenbau
und in der Elektronikindustrie – existiert eine große
Vielfalt von technischen Lösungen und Bauformen von Wärmeübertragen
zum Kühlen von Geräten und anderen Einrichtungen.
Es ist bekannt, Wärmetauscher in Flugzeugen einzusetzen,
die ihre Wärme über die Außenhaut an
die Umgebung des Flugzeugs abgeben. Dies wird beispielsweise in
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die Aufgabe der Erfindung ist, einen Wärmeübertrager für die Außenhaut eines Flugzeugs vorzuschlagen, der dazu geeignet ist, relativ große Wärmemengen von Geräten und Einrichtungen innerhalb des Flugzeugs an die Umgebungsluft abzugeben, ohne im Hintergrund auf eine aktive Kühlung durch Vakuum oder Verdampferkühleinheiten angewiesen zu sein. Die Aufgabe der Erfindung ist ferner, ein Kühlsystem für ein Flugzeug vorzuschlagen, bei dem möglichst effektiv über einen Wärmeübertrager für die Außenhaut des Flugzeugs Wärme an die Umgebung des Flugzeugs abgegeben werden kann.The The object of the invention is a heat exchanger for the outer skin of an aircraft, which is suitable for relatively large amounts of heat of equipment and facilities within the aircraft to release the ambient air, without in the background to an active one Cooling by vacuum or evaporator cooling units to be instructed. The object of the invention is also a cooling system to propose for an airplane, if possible effectively via a heat exchanger for the Shell of the aircraft heat to the environment of the aircraft can be discharged.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager für eine Außenhaut eines Flugzeugs, aufweisend mindestens eine Zufuhrleitung und mindestens eine Abfuhrleitung für ein Kühlmittel und mindestens ein Bündel von Kühlmittel durchströmten Kühlmittelkanälen, wobei die Kühlmittelkanäle in Form einer Wärme übertragenden Platte zusammengefasst sind. Die Platte ist dabei derart eingerichtet, dass sie einen Spalt zu der Außenhaut und/oder einem Druckschott bildet, in den Umgebungsluft aus einem Schlitz einströmen kann, der sich in der Nähe des Wärmeübertragers in der Außenhaut des Flugzeugs befindet.These Task is solved by a heat exchanger for an outer skin of an aircraft, comprising at least one supply line and at least one discharge line for a coolant and at least one bundle coolant passages through which coolant flows wherein the coolant channels transmit in the form of a heat Plate are summarized. The plate is arranged in such a way that Make a gap to the outer skin and / or a pressure bulkhead forms, flow into the ambient air from a slot can, which is near the heat exchanger located in the outer skin of the aircraft.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager zielt darauf ab, Wärme über eine Reihe von Kühlmittelkanälen direkt an der Außenhaut oder in einem außenhautnahen Bereich über eine Umgebungsluftströmung ohne wesentliche aerodynamische Nachteile möglichst effektiv zu übertragen. Bevorzugt wird die Wärme möglichst ohne Kontaktwiderstand auf die Außenhaut übertragen, was gleichermaßen bedeutet, dass die Kühlmittelkanäle nicht unbedingt eine geschlossene Oberfläche aufweisen müssen, sondern auch zur Außenhaut hin offen sein können. Vorteilhaft dabei wäre, dass das warme Fluid direkt in Kontakt zur Außenhaut ist. Demnach ist erforderlich, die Kühlmittelkanäle zumindest bereichsweise direkt an einer Außenhaut des Flugzeugs zu positionieren, so dass sie derart an einer Befestigungsfläche oder an der an der Außenhaut zu befestigenden Seite des Wärmeübertragers angeordnet sein sollten, dass durch Befestigen des Wärmeübertragers an der Außenhaut ein direkter Kontakt zwischen den Kühlmittelkanälen und der Außenhaut zustande kommt.Of the Heat exchanger according to the invention is aimed to heat over a series of coolant channels directly on the outer skin or close to the outer skin Range over an ambient air flow without significant to transmit aerodynamic disadvantages as effectively as possible. Preferably, the heat is as possible without contact resistance transferred to the outer skin, something alike means that the coolant channels are not necessarily have to have a closed surface, but also to the outer skin can be open. The advantage here would be that the warm fluid is in direct contact to the outer skin is. Accordingly, it is necessary, the coolant channels at least partially directly on an outer skin of the aircraft to position it so that it is attached to a mounting surface or on the side of the heat exchanger to be fastened to the outer skin should be arranged that by attaching the heat exchanger on the outer skin, a direct contact between the coolant channels and the outer skin comes about.
Durch entsprechende Dimensionierung der vom Wärmeübertrager in Anspruch genommenen Fläche können auch große Wärmemengen bei relativ geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem Kühlmedium und der Umgebungsluft des Flugzeugs abgeführt werden, was durch die besonders flache Bauart ermöglicht wird. Je nach Bedarf können Luft-Luft- oder Flüssig-Luft-Wärmeübertrager sowie luftgekühlte Kondensatoren betrieben werden. Die konstruktiven und integrativen Forderungen eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sind auf die besonderen Gegebenheiten und Anforderungen von Flugzeugen zugeschnitten, so dass die für einen optimalen Flugzeugbetrieb wichtigen Leistungsparameter so wenig wie möglich beeinflusst werden. Im Einzelnen sind dies besonders ein geringstmöglicher (zusätzlicher) Luftwiderstand, ein geringer Stromverbrauch, ein geringes Gewicht sowie geringe Bauraumerfordernisse. Hierzu ist ein Reservieren von Bauraum für den Wärmeübertrager nicht notwendig. Dadurch können auch die Längen der Kühlmittelleitungen minimiert werden, so dass das Gewicht aus Leitungen und Kühlmittel reduziert werden kann. Dies wird dadurch gelöst, dass das Kühlmittel, welches sich im übrigen nicht auf lediglich flüssige Kühlmittel beschränkt, direkt an der Außenhaut oder in einem außenhautnahen Bereich des Flugzeugs geführt wird und sich beispielsweise bei Integration auf der Innenseite der Außenhaut nur eine geringe radiale Erstreckung ergibt, die andere Bauelemente im Innern des Flugzeugs nicht behindert. Ein minimaler Stromverbrauch begründet sich mit einer elektrischen Pumpe zum Fördern des Kühlmittels durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager, der jedoch deutlich geringer ist als der eines elektrischen Kühlsystems.By appropriate dimensioning of the area occupied by the heat exchanger area can also large amounts of heat at relatively low temperature differences between the cooling Medium and the ambient air of the aircraft are discharged, which is made possible by the particularly flat design. Depending on requirements, air-to-air or liquid-to-air heat exchangers as well as air-cooled condensers can be operated. The constructive and integrative requirements of a heat exchanger according to the invention are tailored to the particular conditions and requirements of aircraft, so that the performance parameters that are important for optimum aircraft operation are influenced as little as possible. In particular, these are in particular a lowest possible (additional) air resistance, low power consumption, low weight and low space requirements. For this purpose, a reserve of space for the heat exchanger is not necessary. As a result, the lengths of the coolant lines can be minimized, so that the weight of lines and coolant can be reduced. This is achieved by virtue of the fact that the coolant, which is otherwise not restricted to liquid coolants, is guided directly on the outer skin or in a region close to the outer skin of the aircraft and, for example, when integrated on the inner side of the outer skin, has only a small radial extension, the other components inside the aircraft are not obstructed. A minimal power consumption is due to an electric pump for conveying the coolant through the heat exchanger according to the invention, but which is significantly lower than that of an electric cooling system.
Während des Flugbetriebs erfolgt die Kühlwirkung durch die an der Außenhaut strömende Umgebungsluft. Aus diesem Grunde würde sich der erfindungsgemäße Wärmeübertrager vorzugsweise zum Kühlen elektrischer Notsysteme eignen, wie z. B. eine Brennstoffzelle als Notenergiesystem mit relativ großer Abwärme. Am Boden verringert sich die Wärmeabfuhr an die Außenluft, so dass bei Windstille als ungünstigstem Fall die Wärmeabfuhr auf den Anteil der freien Konvektion reduziert werden würde, wenn der Wärmeübertrager direkt an der Außenhaut platziert ist. Bei einer Abwärme aus einer Brennstoffzelle von beispielsweise 90°C und einer maximalen Außentemperatur von etwa 50°C am Boden würde über eine ausreichend große Wärmeübertragerfläche bei der gegebenen Temperaturdifferenz ein ausreichender Kühleffekt erreicht werden. Bei Positionierung in einem radial von der Außenhaut etwas entfernten Bereich könnte eine zusätzliche Luftströmung in den Spalt zwischen dem Wärmeübertrager und der Außenhaut durch ein Gebläse oder dergleichen erforderlich sein. Gleichzeitig könnte durch ein Gebläse auch die Wärmeabgabe bei einem zwischen dem Wärmeübertrager und einem radial zum Flugzeuginneren gewandten Druckschott angeordneten Spalt verbessert werden. Durch einen oder mehrere Schlitze in der Außenhaut des Flugzeugs ist die Entnahme von Kühlluft praktisch unbegrenzt möglich, so dass die Kühlleistung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers deutlich gesteigert werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines einzelnen Schlitzes beschränkt, vielmehr können auch mehrere Schlitze derart angeordnet und strömungsmechanisch ausgelegt werden, das gezielt definierte Bereiche des Wärmeübertragers mit einer dosierten Kaltluftmenge umströmt werden.While In flight operation, the cooling effect by the at the Outer skin flowing ambient air. For this Basically, the inventive would Heat exchanger preferably for cooling electrical emergency systems are suitable, such. B. a fuel cell as Note energy system with relatively large waste heat. At the Soil reduces the heat dissipation to the outside air, so that in calm weather as the worst case, the heat dissipation to the proportion of free convection would be reduced if the heat exchanger is placed directly on the outer skin is. In a waste heat from a fuel cell, for example 90 ° C and a maximum outside temperature of about 50 ° C on the ground would have enough large heat exchanger surface at the given temperature difference a sufficient cooling effect be achieved. When positioning in a radial direction from the outer skin Somewhat removed area could be an extra Air flow in the gap between the heat exchanger and the outer skin by a blower or the like to be required. At the same time could also be through a blower the heat output at a between the heat exchanger and arranged radially to the aircraft interior facing pressure bulkhead Gap can be improved. Through one or more slots in the The outer skin of the aircraft is the removal of cooling air virtually unlimited possible, so that the cooling capacity the heat exchanger according to the invention can be significantly increased. The invention is not on the Limited use of a single slot, rather can also several slots arranged and fluid mechanical be designed, the specifically defined areas of the heat exchanger To be flowed around with a metered amount of cold air.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Kühlmittelkanäle nicht unbedingt voneinander separiert und eine geschlossene Wandung aufweisen müssen. Die Kühlmittelkanäle können sowohl durch einzelne separate Rohrleitungen oder dergleichen bereitgestellt werden, als auch durch geometrische Begrenzungen in Form von Stegen und darauf angeordneten Plättchen und zur Außenhaut hin gewandten offenen Bereichen sowie entsprechend dafür notwendiger Abdichtung. In letzterem Fall kann es durchaus sinnvoll sein, dass die einzelnen Kühlmittelkanäle untereinander in Verbindung stehen und nicht vollkommen separat und unabhängig voneinander Kühlmittel durchleiten.At It should be noted that the coolant channels not necessarily separated from each other and a closed wall must have. The coolant channels can be done either by single separate pipes or the like, as well as geometric limitations in the form of bars and platelets arranged thereon and to the outer skin facing open areas and accordingly for this necessary sealing. In the latter case, it may well make sense that the individual coolant channels communicate with each other and not completely separate and independently pass coolant through.
Es ist zudem günstig, ein Gebläse zum Fördern von Luft in oder aus den mindestens einen Spalt vorzusehen, so dass die Kühlung noch verstärkt wird.It is also cheap, a blower for conveying to provide air in or out of the at least one gap, so that the cooling is enhanced.
Weiterhin ist es zum Erzeugen einer freien Konvektionsströmung sinnvoll, zwei in senkrechter Richtung beabstandeter Schlitze in der Außenhaut des Flugzeugs anzuordnen. Bei kalter Umgebung und geringer Wärmelast kann bereits eine ausreichende Kühlung ohne zusätzlichen Energiebedarf erreicht werden.Farther is it useful for generating a free convection flow, two vertically spaced slots in the outer skin of the Plane to arrange. In a cold environment and low heat load can already have sufficient cooling without additional Energy requirement can be achieved.
Schließlich ist es sinnvoll, zum Reduzieren der aerodynamischen Strömungsverluste den mindestens einen Schlitz parallel zur Flugrichtung auszurichten.After all it makes sense to reduce the aerodynamic flow losses to align the at least one slot parallel to the direction of flight.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers weist ferner ein Gehäuse zum Aufnehmen der Kühlmittelkanäle auf. Als Gehäuse ist hier jedoch kein geschlossenes kastenartiges Objekt gemeint, sondern eher eine räumliche Zusammenfassung von mehreren Kühlmittelkanälen in einer Art Rahmen, der durch einen Deckel oder dergleichen abgeschlossen werden könnte.A particularly advantageous embodiment of the invention Heat exchanger also has a housing for receiving the coolant channels. As housing but here is not meant a closed box-like object, but rather a spatial summary of several Coolant channels in a kind of frame by a Cover or the like could be completed.
Besonders bevorzugt weist das Gehäuse Stege und mindestens einen Deckel auf. Als Stege seien hier flächige Bauteile zu verstehen, die sich von der Außenhaut über die Kühlmittelkanäle erstrecken und gemeinsam durch einen Deckel abgedeckt werden können. Durch die Stege steigt die mechanische Festigkeit des Gehäuses und die Integration wird erleichtert.Especially Preferably, the housing has webs and at least one Cover open. As webs here are flat components to understand extending from the outer skin via the coolant channels extend and can be covered together by a lid. The webs increase the mechanical strength of the housing and the integration is made easier.
Prinzipiell können derartige, abgeschlossene Wärmeübertrager einen plattenförmigen Aufbau aufweisen, der denen eines Plattenwärmetauschers ähnelt oder gleichkommt. Im folgenden werden einzelne Wärmeübertrager auch als „Platte” bezeichnet. Eine Platte besteht dabei allgemein aus zwei Außenflächen, von denen eine Außenfläche zur Rumpfmitte und eine Außenfläche nach außen in die Flugzeugumgebung zeigt. Heißes Fluid strömt in die Platte hinein und wird durch mindestens eine Außenfläche des Plattenelements gekühlt. Außen weist das Plattenelement eine entsprechende Oberflächenstruktur auf, die zu einer guten Wärmeübertragung führt. Hier gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, es können Strukturen oder Rippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs aufgebracht werden. Diese Strukturen können erstellt werden durch prägen, umformen bzw. tiefziehen, fräsen. Bei einer extrudierten Platte können die Strukturen gleich bei der Herstellung aufgebracht werden, nebst Kühlkanäle. Im inneren des Plattenelements wird das heiße Fluid geführt durch Kanäle, Röhrchen oder dergleichen, um die Wärme möglichst gleichmäßig auf der Oberfläche zu verteilen. Kühlmittelkanäle können auch horizontal, in Schlangen oder spiralförmig angeordnet werden. Das Plattenelement kann auch aus zwei Plattenhälften bestehen, die dann durch Kleben, Löten, Schweißen z. B. Rollnahtschweißen miteinander verbunden werden. Die Platten lassen sich auch thermisch fügen, z. B. durch sintern bei monolitischen Werkstoffen. Rippen, die gezielte Verwirbelungen erzeugen, lassen sich so leichter einbringen.in principle can such, completed heat exchanger have a plate-shaped structure, which those of a Plate heat exchanger is similar or equivalent. In the following, individual heat exchangers also referred to as "plate". A plate exists generally composed of two external surfaces, one of which Outer surface to the center of the fuselage and an outer surface pointing outward into the aircraft environment. hot Fluid flows into the plate and is at least an outer surface of the plate member is cooled. On the outside, the plate element has a corresponding surface structure, which leads to a good heat transfer. There are a lot of possibilities here, it can be structures or ribs to improve heat transfer be applied. These structures can be created by embossing, forming or deep-drawing, milling. In an extruded plate, the structures can be the same be applied during manufacture, together with cooling channels. Inside the plate element, the hot fluid is passed through channels, tubes or the like to the Heat as evenly as possible to distribute on the surface. Coolant channels can also be horizontal, in snakes or spiral to be ordered. The plate element can also be made of two plate halves Then, by gluing, soldering, welding z. B. seam welding can be interconnected. The plates can also be added thermally, z. B. by sintering monolithic materials. Ribs that generate targeted turbulence, let to contribute so easily.
Es ist besonders bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Wärmeübertrager bündig in die innen liegende Rumpfstruktur installiert wird, so dass die Rumpfstruktur in dem Bereich modifiziert oder unterbrochen werden müsste. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse zumindest bereichsweise eine Last tragende Rumpfstruktur bildet. Dadurch kann die bereits vorhandene Rumpfstruktur durch das Gehäuse des Wärmeübertragers ergänzt werden, so dass die mechanischen Eigenschaften der Rumpfstruktur erhalten bleiben.It is particularly preferred that the inventive Heat exchanger flush with the inside Hull structure is installed so that the hull structure in the Range would have to be modified or interrupted. Out For this reason, it is advantageous if the housing at least partially forms a load-bearing hull structure. This can the existing hull structure through the housing the heat exchanger are supplemented, so that the mechanical properties of the hull structure are preserved stay.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers befindet sich ein Spalt zwischen dem Deckel und den Kühlmittelkanälen, der zum Durchströmen von Luft mindestens einen Lufteingang und mindestens einen Luftausgang aufweist. Dadurch kann die Wärmeabgabe der Kühlmittelkanäle weiter gesteigert werden, denn durchströmende Luft entzieht den Kühlmittelkanälen an der Oberfläche Wärme, die nicht in Kontakt mit der Außenhaut ist. Dadurch kann ein effektiveres Kühlsystem bereitgestellt werden.at a particularly preferred embodiment of the invention Heat exchanger is a gap between the lid and the coolant channels to the Flowing air through at least one air inlet and has at least one air outlet. This can heat dissipation the coolant channels are further increased, because through-flowing air withdraws the coolant channels on the surface heat that is not in contact with the outer skin is. This can be a more effective cooling system to be provided.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der erfindungsgemäße Wärmeübertrager Kühlrippen zwischen den Kühlmittelkanälen vorsieht. Die Kühlmittelkanäle können an den Stellen, an denen sie die Kühlrippen berühren, ebenfalls Wärme abgeben, so dass eine weitere Steigerung der abgebbaren Wärmemenge durch den Wärmeübertrager erfolgt.Farther it is preferred if the heat exchanger according to the invention Cooling fins between the coolant channels provides. The coolant channels can in the places where they touch the cooling fins, also give off heat, giving a further boost the deliverable amount of heat through the heat exchanger he follows.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers weisen die Stege und/oder Kühlrippen Wirbelkanten und/oder Schlitze auf, die zum Verwirbeln von Luft geeignet sind. Dies ist aus diesem Grunde vorteilhaft, da durch turbulente Strömung ein besserer Wärmeübergang erreicht werden kann.In a further preferred embodiment of the invention Heat exchanger have the webs and / or cooling fins Eddy edges and / or slits suitable for swirling air are. This is advantageous for this reason, as turbulent Flow achieved a better heat transfer can be.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sind die Kühlmittelkanäle an der Innenseite der Außenhaut angeordnet. Dies führt dazu, dass kein zusätzlicher Luftwiderstand durch einen an der Außenseite zusätzlich angeordneten Wärmeübertrager erzeugt wird und die Zu- und Abfuhrleitungen für das Kühlmittel besonders leicht zu integrieren sind.In a preferred embodiment of the invention Heat exchanger are the coolant channels arranged on the inside of the outer skin. this leads to to that no additional air resistance by one on the outside additionally arranged heat exchanger is generated and the supply and discharge lines for the coolant are particularly easy to integrate.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sind die Kühlmittelkanäle an der Außenseite der Außenhaut angeordnet. Dies ist derart auszugestalten, dass der zusätzliche Luftwiderstand durch den außen angeordneten Wärmeübertrager möglichst gering ist, dennoch eine gute Umströmung der Kühlmittelkanäle gewährleistet werden kann. Die im Vorfeld genannten Stege und Kühlrippen sind auch für diese Ausführungsform möglich, sie sind dann so auszugestalten, dass ebenso der zusätzliche Luftwiderstand minimiert wird. Durch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann die abgebbare Wärmemenge deutlich gesteigert werden.In a further preferred embodiment of the invention Heat exchanger are the coolant channels arranged on the outside of the outer skin. This is to be designed such that the additional air resistance through the outside heat exchanger as low as possible, yet a good flow around the coolant channels are ensured can. The previously mentioned webs and cooling fins are also possible for this embodiment, they are then to be designed so that the additional Air resistance is minimized. By this embodiment the cooling system according to the invention can the deliverable amount of heat can be increased significantly.
Das Ausführen der Kühlmittelkanäle zumindest bereichsweise als Leitungen mit im Wesentlichen rundem oder eckigem Querschnitt ist aufgrund der leichten Fertigung vorteilhaft. Zusätzlich dazu sollte beachtet werden, dass der Durchmesser bzw. die lichte Weite der Leitungen möglichst gering gewählt werden sollte, um Gewicht zu sparen, denn Leitungen mit relativ geringem Querschnitt erfordern deutlich geringere Wanddicken als Leitungen mit größeren Querschnitten bei gleicher Druckbeaufschlagung. Viele Leitungen mit geringem Leitungsquerschnitt vergrößern die Oberfläche und bieten auf diese Weise ein höheres Potential wie Wärme abzuführen. Gleichzeitig sollte allerdings beachtet werden, die Querschnitte der Kühlmittelkanäle nicht derart flach zu gestalten, dass eine erhöhte Wölbungsneigung bei höheren Kühlmitteldrücken resultiert.The Execute the coolant channels at least in some areas as lines with a substantially round or square Cross-section is advantageous due to the ease of manufacture. additionally It should be noted that the diameter or the clear Width of the lines are chosen as low as possible should be to save weight, because lines with relatively low Cross-section require significantly lower wall thicknesses than pipes with larger cross-sections at the same pressurization. Enlarge many cables with a small cable cross-section the surface and thus offer a higher Dissipate potential as heat. At the same time should however, be aware of the cross sections of the coolant channels not to be so flat that an increased vaulting tendency results at higher coolant pressures.
Kühlmittelkanäle mit eckigem Querschnitt können in einer günstigen Variante des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem Sandwichkern bereitgestellt werden, der eine Vielzahl von einzelnen Kanälen mit relativ dünnen Wandungen ermöglicht.Coolant channels with angular cross section can in a favorable Variant of the heat exchanger according to the invention be provided with a sandwich core containing a variety of individual channels with relatively thin walls allows.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sind die Kühlmittelkanäle als Spalte zwischen einer Wärme aufnehmenden Platte und einem Druckschott und/oder einer Außenhaut des Flugzeugs ausgeführt. Dies erleichtert und verbessert die Kühlung durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager, da die Verwendung von Luft aus der Umgebung des Flugzeugs oder aus der Passagierkabine besonders einfach ist. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer einzelnen Platte beschränkt, vielmehr könnten auch größere Stapel von Platten mit dazwischen liegenden Luftspalten oder dergleichen verwendet werden, um die Kühlleistung noch weiter zu erhöhen.In an advantageous development of the invention Heat exchanger are the coolant channels as a gap between a heat-receiving plate and a pressure bulkhead and / or an outer skin of the aircraft executed. This facilitates and improves cooling by the heat exchanger according to the invention, since the use of air from the environment of the aircraft or out the passenger cabin is particularly easy. The invention is not limited to the use of a single plate, rather could also use larger stacks of plates used with intermediate air gaps or the like be used to increase the cooling performance even further.
Die Erfindung wird ferner durch ein Kühlsystem mit mindestens einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf und mindestens einem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager gelöst. Schließlich wird die Aufgabe durch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers nach den vorgenannten Kriterien und durch ein Flugzeug mit mindestens einem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager erfüllt.The Invention is further characterized by a cooling system with at least a closed coolant circuit and at least a heat exchanger according to the invention solved. Finally, the task is completed by a Use of a heat exchanger according to the invention according to the aforementioned criteria and by an aircraft with at least a heat exchanger according to the invention Fulfills.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.Further Features, advantages and applications of the present Invention will become apparent from the following description of the embodiments and the figures. All are described and / or illustrated features shown by themselves and in any combination the subject matter of the invention also independent of their Composition in the individual claims or their Dependency. In the figures continue to be the same Reference signs for the same or similar objects.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION EXEMPLARY EMBODIMENTS
In
Gerade
für die Abfuhr von größeren Wärmemengen
kann es sinnvoll sein, die Struktur zu modifizieren. So kann z.
B. der untere Teil einer ganzen Rumfsektion
Für
einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager
In
In
Zum
Befestigen der Trägerplatte an der Außenhaut können
stellenweise in den bündelartig angeordneten Kühlmittelkanälen
In
dem dargestellten Beispiel weisen die Kühlmittelkanäle
In
In
In
Schließlich
zeigt
Ein
in
In
Schließlich
wird in
Besonders
vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem
ist es, nach dem Vorbild der
In den nachfolgenden Figuren werden Integrationsbeispiele für erfindungsgemäße Wärmeübertrager in Flugzeugen gezeigt, die sämtlich nach den vorangehend aufgeführten Prinzipien gestaltet sind.In The following figures are integration examples for Heat exchanger according to the invention shown in airplanes, all after the previous designed principles are designed.
Mit
freier Konvektion ist die Wärmeabfuhr allerdings sehr begrenzt.
An kühlen Orten und bei geringer abzuführender
Wärmelast mag diese Form der Kühlung ausreichen.
Den weitaus höheren Kühleffekt lässt
sich jedoch durch erzwungene Konvektion erreichen. Hierzu zeigt
Bei
erzwungener Konvektion könnte der Spalt
Schließlich
wird in
Weiterhin
denkbar wäre auch, den Wärmeübertrager
Zu
den Ausführungsbeispielen der
Sämtliche Ausführungsbeispiele sind dazu geeignet, an freien Hautfeldern zwischen Spanten und Stringern eines Flugzeugrumpfs angeordnet zu werden. Gleichermaßen ist auch denkbar, den Außendurchmesser von Spanten so zu ändern, dass zwischen Spantaußenseiten und der Außenhaut des Flugzeugs die Wärmeübertrager angeordnet werden können.All Embodiments are suitable for free skin fields between ribs and stringers of an aircraft fuselage to be arranged. Equally conceivable is the outer diameter from frames to change so that between Spantaußenseiten and the outer skin of the aircraft, the heat exchanger can be arranged.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebene Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.additional It should be noted that "comprehensive" none excludes other elements or steps and "one" or "one" none Multiplicity excludes. It should also be noted that Features or steps, with reference to one of the above embodiments have been described, also in combination with other features or steps of other embodiments described above can be used. Reference signs in the claims are not meant to be limiting.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 44
- Außenhautshell
- 66
- Innenseiteinside
- 77
- Rumpfsektionfuselage section
- 88th
- Außenseiteoutside
- 99
- radiale Einbuchtungradial indentation
- 1010
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 1111
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1212
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1414
- Trägerplattesupport plate
- 1616
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 1818
- Stegweb
- 2020
- Deckelcover
- 2222
- Aussparung zur Befestigung des Wärmeübertragersrecess for fixing the heat exchanger
- 2424
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 2626
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 2828
- Trägerplattesupport plate
- 3030
- Aussparung zur Befestigung des Wärmeübertragersrecess for fixing the heat exchanger
- 3232
- Kühlrippecooling fin
- 3434
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 3636
- Kühlrippecooling fin
- 3838
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 4040
- Sandwich-PanelSandwich panel
- 4242
- Trägerplattesupport plate
- 4343
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 4444
- Druckschottpressure bulkhead
- 4545
- Luftkanalair duct
- 4646
- Wandungwall
- 4747
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 4848
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 4949
- Wellblechcorrugated iron
- 5050
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 5151
- DeckblechtDeckblecht
- 5252
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 5353
- Kühlrippe oder Verwirbelungskörpercooling fin or swirl body
- 5454
- Kühlrippecooling fin
- 5656
- Stegweb
- 5858
- Deckelcover
- 6060
- Spaltgap
- 6262
- Trägerplattesupport plate
- 6464
- Lufteingangair inlet
- 6666
- Öffnungopening
- 6868
- Luftausgangair output
- 7070
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 7272
- Lufteingangair inlet
- 7474
- Luftausgangair output
- 7676
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 7878
- Gebläsefan
- 8080
- Zufuhrleitungsupply line
- 8282
- Abfuhrleitungdischarge line
- 8484
- Druckschottpressure bulkhead
- 8686
- Kühlrippencooling fins
- 8888
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 9090
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 9292
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 9494
- Lufteingangair inlet
- 9696
- Luftausgangair output
- 9898
- Gebläsefan
- 100100
- StringerStringer
- 102102
- Druckschottpressure bulkhead
- 104104
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 106106
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 108108
- Lamellenkühlerfinned radiator
- 110110
- Gebläsefan
- 112112
- SammelwärmeübertragerCollecting heat exchanger
- 114114
- Wärmequelleheat source
- 116116
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 118118
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 120120
- Kanalchannel
- 122122
- Kanalchannel
- 124124
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 126126
- Platteplate
- 128128
- Spaltgap
- 130130
- Außenhautshell
- 132132
- Schlitzslot
- 134134
- Schlitzslot
- 136136
- Flugrichtungflight direction
- 138138
- Fensterwindow
- 140140
- Begrenzungsflächeboundary surface
- 142142
- Begrenzungsflächeboundary surface
- 144144
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 146146
- Druckschottpressure bulkhead
- 148148
- Gebläsefan
- 150150
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 152152
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 154154
- Spaltgap
- 156156
- Spaltgap
- 158158
- Luftaustrittair outlet
- 160160
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 162162
- SpantinnenseiteSpantinnenseite
- 164164
- Spantrib
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - EP 0655593 A1 [0004] EP 0655593 A1 [0004]
Claims (13)
Applications Claiming Priority (4)
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US61/228,666 | 2009-07-27 | ||
EP2009/059665 | 2009-07-27 |
Publications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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-
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- 2009-10-07 DE DE102009048459A patent/DE102009048459A1/en not_active Withdrawn
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R082 | Change of representative |
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