DE202023106461U1

DE202023106461U1 - Evaporator module for an aircraft engine

Info

Publication number: DE202023106461U1
Application number: DE202023106461.2U
Authority: DE
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2023-11-06
Filing date: 2023-11-06
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2033-11-07

Abstract

Verdampfermodul für ein Flugtriebwerk, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Verdampfersmoduls mit Lamellen ausgestattet werden.Evaporator module for an aircraft engine, characterized in that the tubes of the evaporator module are equipped with fins.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfermodul für ein FlugtriebwerkThe present invention relates to an evaporator module for an aircraft engine

In Flugtriebwerken finden Wärmetauscher zur Wasserverdampfung derzeit keine Anwendung. Allerdings ist die Anwendung von Wasserverdampfern in bodenbetriebenen Gasturbinen zur Energieerzeugung Stand der Technik. Dies wird klassisch in Verbindung mit einem Rankine oder Cheng Zyklus gemacht, um die Restwärme des Abgases zurück zu gewinnen.Heat exchangers for water evaporation are currently not used in aircraft engines. However, the use of water evaporators in ground-operated gas turbines to generate energy is state of the art. This is classically done in conjunction with a Rankine or Cheng cycle to recover the residual heat from the exhaust gas.

EP 379 72 17 B1 offenbart eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Abgasstromes aus einer Strömungsmaschine einen Kondensator, der zumindest einen Teil eines in dem Abgasstrom aus der Strömungsmaschine enthaltenen Wassers kondensiert und dadurch eine erste Energie abgibt; einen Verdampfer, der zumindest einen Teil des in dem Kondensator kondensierten Wassers verdampft und dadurch eine zweite Energie aufnimmt, die dem Abgasstrom aus der Strömungsmaschine entnommen wird; eine Turbine, die durch Dampf, der von dem Verdampfer abgegeben wird, angetrieben wird und den Dampf entspannt; ein Gebläse, das dem Kondensator Umgebungsluft zuführt, damit diese die erste Energie aufnimmt; und zumindest eine Auslassvorrichtung, von der die von dem Kondensator abgegebene Umgebungsluft und/oder ein entfeuchteter Abgasstrom von dem Kondensator ausgelassen wird. EP 379 72 17 B1 discloses an exhaust gas treatment device for treating an exhaust gas stream from a turbomachine, a condenser which condenses at least part of a water contained in the exhaust gas stream from the turbomachine and thereby releases a first energy; an evaporator which evaporates at least part of the water condensed in the condenser and thereby absorbs a second energy which is taken from the exhaust gas stream from the turbomachine; a turbine driven by steam discharged from the evaporator and expanding the steam; a fan that supplies ambient air to the condenser so that it absorbs the first energy; and at least one outlet device from which the ambient air emitted by the condenser and/or a dehumidified exhaust gas stream is exhausted from the condenser.

Ein Verdampfermodul besteht normalerweise aus drei Abschnitten: einem Erhitzer, einem Verdampfer und einem Überhitzer. Klassicherweise ist der Wärmeübertragungskoeffizient auf der Seite des zu verdampfenden Arbeitsmediums erheblich höher. Da sich der Wärmestrom aus dem Produkt des Wärmeübertragungskoeffizienten, der vorhandenen Oberfläche, und der Temperaturdifferenz zwischen den Fluiden ergibt, wäre bei einem Rohrwärmetauscher die limitierende Seite für den Wärmestrom die Seite des Fluids ohne Phasenwechsel, unter der Annahme, dass die Rohrinnen- und Außenseite unter Vernachlässigung der Wandstärke die gleiche Gesamtoberfläche aufweisen. Im Anwendungsfall eines Wasserverdampfermoduls, bestehend aus einer Vielzahl von glatten Rohren im Abgasstrom eines Flugtriebwerks, würde dies bedeuten, dass die Seite des Abgasstromes die limitierende Seite für den Wärmeübergang ist.An evaporator module typically consists of three sections: a heater, an evaporator and a superheater. Classically, the heat transfer coefficient is significantly higher on the side of the working medium to be evaporated. Since the heat flow results from the product of the heat transfer coefficient, the existing surface area, and the temperature difference between the fluids, in a tubular heat exchanger the limiting side for the heat flow would be the side of the fluid without phase change, assuming that the inside and outside of the tube are under Neglecting the wall thickness, they have the same total surface area. In the application of a water evaporator module, consisting of a large number of smooth tubes in the exhaust gas flow of an aircraft engine, this would mean that the side of the exhaust gas flow is the limiting side for the heat transfer.

Eine Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdampfer für ein Flugtriebwerk bereitzustellen, die die genannten Nachteile beseitigt.An object of the embodiments of the present invention is to provide an evaporator for an aircraft engine which eliminates the disadvantages mentioned.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verdampfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The task is solved by an evaporator with the features of patent claim 1.

Um den Wärmestrom auf der Heißseite eines Verdampfermoduls zu erhöhen, können die Rohre des Verdampfersmoduls mit sogenannten Lamellen, auch als Rippen oder sekundäre Oberflächen bekannt, ausgestattet werden. Dies vergrößert die Gesamtoberfläche auf der limitierenden Seite des Wärmetauschers. Damit kann das Produkt aus der Oberfläche und dem Wärmeübertragungskoeffizienten, dem der dominierenden Seite angeglichen werden.To increase the heat flow on the hot side of an evaporator module, the tubes of the evaporator module can be equipped with so-called fins, also known as fins or secondary surfaces. This increases the total surface area on the limiting side of the heat exchanger. This allows the product of the surface area and the heat transfer coefficient to be equalized to that of the dominant side.

Ziel der Erfindung ist der Schutz der Verwendung von Sekundäroberflächen auf der Seite eines Verdampfermoduls ohne Phasenwechsel. Der Schutz soll dabei auch auf Wärmetauscher gelten, die mindestens einen Verdampferabschnitt eines gesamten Verdampfermoduls aufweisen. Das Medium auf der Seite mit den avisierten Sekundäroberflächen (Heißseite) des Wärmetauschers, oder auch die Wärmequelle im genaueren Kontext, kann ein Abgasstrom eines Turbomaschinen Flugtriebwerks sein oder jegliches Fluid welches die Wärme des Abgases schon in einem vorigen Prozess übertragen bekommen hat. Auf der anderen Seite des Wärmetauschers, der Kaltseite wo das zu verdampfende Medium fließt, ist es unerheblich welches zu verdampfende Medium verwendet wird. Bei der Formgebung der Sekundäroberflächen ist es unerheblich, welche Form diese Oberflächen aufweisen, wie z. B. glatte, wellige, geschnittene Lamellen, etc.. Auch ist es unerheblich, ob die Lamellen auf den jeweiligen Rohren einzeln aufgetragen sind, oder die Lamellen mehrere Rohre miteinander verbinden. Des Weiteren soll der Schutz generisch für Rohre runder Querschnitte gelten. Dabei ist die Linienführung der Rohre, wie z. B. evtl. Biegungen oder Richtungsänderungen des Rohrs irrelevant.The aim of the invention is to protect the use of secondary surfaces on the side of an evaporator module without phase change. The protection should also apply to heat exchangers that have at least one evaporator section of an entire evaporator module. The medium on the side with the intended secondary surfaces (hot side) of the heat exchanger, or the heat source in a more precise context, can be an exhaust gas flow from a turbomachinery aircraft engine or any fluid that has already received the heat of the exhaust gas in a previous process. On the other side of the heat exchanger, the cold side where the medium to be evaporated flows, it is irrelevant which medium to be evaporated is used. When shaping the secondary surfaces, it is irrelevant what shape these surfaces have, such as: B. smooth, wavy, cut slats, etc. It is also irrelevant whether the slats are applied individually to the respective tubes or whether the slats connect several tubes together. Furthermore, the protection should apply generically to pipes with round cross-sections. The lines of the pipes, such as: B. bends or changes in direction of the pipe may be irrelevant.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 3797217 B1 [0003]

Claims

Evaporator module for an aircraft engine, characterized in that the tubes of the evaporator module are equipped with fins.

evaporator module Claim 1 , characterized in that the slats are applied individually to the respective tubes.

evaporator module Claim 1 , characterized in that the slats connect several tubes together.