DE2309121C3

DE2309121C3 - Oberflächenkühler für einen von Luft umströmten Körper

Info

Publication number: DE2309121C3
Application number: DE2309121A
Authority: DE
Inventors: Joseph F. Fernandes; Carl E. Simmons
Original assignee: United Aircraft Products Inc
Current assignee: United Aircraft Products Inc
Priority date: 1972-05-30
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE2309121B2; IT982885B; GB1393507A; US3783935A; DE2309121A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Oberflächenkühler für einen von Luft umströmten Körper, mit einer im Abstand von der Außenfläche des Körpers angeordneten, sich längs der Außenfläche erstreckenden Abdekkung, mit zwischen der Abdeckung und der Außenfläche des Körpers angeordneten Wärmeaustauschflächen zwischen durchströmender Luft und zu kühlendem Medium und mit einem, in Strömungsrichtung der Luft gesehen, zu Beginn und Ende der Abdeckung ausgebildeten Lufteinlaß und Luftauslaß.

Ein Oberflächenkühler dieser Art ist aus der US-PS 12 073 bekannt. Dieser bekannte Oberflächenkühler ist auf einem Tragflächenprofil oder innerhalb eines Durchströmungskanals im Tragflächenprofil angeordnet. Der Kühler befindet sich immer im Bereich des größten Querschnitts des Strömungskanals. In nachteiliger Weise wird bei diesem bekannten Kühler die Luft mit geringer Geschwindigkeit durch den Kühler hindurchbewegt, so daß der Wirkungsgrad gering ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu

- Grunde, den Kühler so zu gestalten, daß die energiearme Luft in der Grenzschicht, angrenzend an die Oberfläche des Körpers vom Kühler abgelenkt wird und ein Strom energiereicher, sich relativ schnell bewegender Luft dem Kühler zugeführt wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in Strömungsrichtung der Luft vor dem Lufteinlaß des Oberflächenkühlers ein das Strömungsprofil der strömenden Luft beeinflussendes festes Profil angeordnet ist, das eine sich mit Abstand vor dem Lufteinlaß und mit Abstand von der Außenfläche des Körpers in den Luftstrom erstreckende Abweiskante und eine sich von der Abweiskante bis auf die Außenfläche des Körpers

und bis unmittelbar vor den Lufteinlaß sowie sich im wesentlichen über die Breite des Lufteinlasses erstrekkende Oberfläche aufweist und das im wesentlichen senkrecht zur Außenfläche des Körpers stehende, sich zwischen Abweiskante und Außenfläche des Körpers,

sowie längs des festen Profils bis zu den Seitenwänden des Lufteinlasses sich erstreckende Flächen aufweist.

In vorteilhafter Weise wird Luft, die im Abstand vom Körper strömt, über die Abweiskante zum Kühler geleitet, so daß Luftmassen, die einen hohen Kühlwirkungsgrad haben, dem Kühler zugeführt werden. Luft unterhalb der Abweiskante wird an der Vorderseite des Profils längs Seitenflächen des Strömungsprofils geführt

und am Eintritt in den Einlaß des Kühlers gehindert.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenkühlers für einen von Luft umströmten Körper,

Fig.2 eine Draufsicht des Oberflächenkühlers in Fig. 1,

F i g. 3 eine Ansicht im Längsschnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2 und
Fig.4 eine perspektivische Detailansicht in vergrößerter Darstellung, in welcher das Einlaßende des Oberflächenkühlers der F i g. 2 gezeigt ist.

Ein Oberflächenkühler 11 ist an einem von Luft umströmten Körper 10 beispielsweise durch Bolzen 12 befestigt und in Längsrichtung des Körpers 10 ausgerichtet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Oberflächenkühler 11 einen Teil eines Wärmeübertragungssystems, dessen andere Teile sich in dem Körper 10 befinden. Der Oberflächenkühler 11 weist eine untere Platte 10a auf, die direkt auf der Oberfläche des Körpers 10 sitzt. Über der Platte 10a ist ein wellenförmiger Rippenstreifen 13 angeordnet. U-Profile sind auf jeder Seite des Rippenstreifens 13, diesen begrenzend, angeordnet. Die unteren Schenkel der U-Profile sind nach innen gerichtet und sitzen auf der Platte 10a. Die oberen Schenkel der U-Profile sind ebenfalls nach innen gerichtet und bilden mit den oberen Abschnitten des Rippenstreifens 13 einen Sitz für eine Platte 16. Über der Platte 16 ist eine weitere gleiche Platte 17 angeordnet. Die zwei Platten 16, 17 werden mit Abstand voneinander durch Randstreifen, die an deren Seiten vorgesehen sind, gehalten. In dem von den mit Abstand angeordneten Platten 16 und 17 und den Randstreifen vorgesehenen Raum befinden sich wellenförmige Rippen. Die U-Profile bilden zusammen mit den

f>i Platten 16 und 10a einen Durchgang, der sich von einem Ende zum anderen des Oberflächenkühlers 11 erstreckt und an beiden Enden für eine freie Strömung von Luft offen ist. Die Platten 16 und 17 begrenzen zusammen

mit den Randstreifen einen zweiten Durchgang, durch weichen ein zu kühlendes Medium getrennt von der Strömung in dem ersten Durchgang strömen kann.

Das zu kühlende Medium steht in einer Wärmeübertragungsbeziehung sowohl durch die Platte 16 als auch durch die Platte 17 mit der über den Körper 10 strömenden Luft Der von dem Rippenstreifen 13 eingenommene Durchgang kann als der Luftströmungsdurchgang bezeichnet werden, da er bei den dargestellten Ausfütn-ungsformen für eine freie Strömung von Stauluft dort hindurch offen ist Die entgegengesetzten Enden des Durchgangs für das zu kühlende Medium sind durch entsprechende Verzweigungsrohre 22 und 23 geschlossen. Das erstere ist durch Rohre 24 und 25 mit einer Kammer 26 in einem Fitting 27 verbunden, das in geeigneter Weise an der Oberfläche des Körpers 10 befestigt ist. Von der Kammer 26 erstreckt sich ein Rohr

28 und tritt in den Körper 10 ein, wo es mit dem darin befindlichen Wärmeübertragungssystem verbunden ist Das Rohr 23 ist in ähnlicher Weise durch eine Kupplung

29 mit einer Kammer 31 in einem Fitting 32 verbunden. Ein Rohr 33 verbindet die Kammer 31 mit dem im Körper 10 befindlichen System.

Die Rohre 24 und 25 sind Verlängerungen der Enden des Verzweigungsrohres 22. Sie sind umgeben von Kühlerverlängerungen 34 und 35. Die Kühlerverlängerungen 34 und 35 erstrecken sich näherungsweise zu der Stelle des Fittings 27, von dem sie in Querrichtung mit Abstand angeordnet sind. Winkelprofile 36 und 37 schließen den Spalt zwischen den Kühlerverlänge~ungen 34 und 35 und dem zentral angeordneten Fitting 27. Das Fitting 27 und die Winkelprofile 36 und 37 ergänzen einander beim Überbrücken des Zwischenraumes zwischen den Kühlerverlängerungen 34 und 35, wobei eine direkte Strömung entlang der Oberfläche des Körpers 10 zu dem Einlaß des Luftströmungsdurchgangs des Oberflächenkühlers 11 effektiv block ^:=rt ist. Das Fitting 27 ist stromauf von den Enden der Kühlerverlängerungen 34 und 35 angeordnet, so daß die von dem Fitting 27 und den Winkelprofilen 36 und 37 gebildete Barriere keilförmig ist. Die Luftströmung entlang der Oberfläche an der Stelle der Barriere wird infolgedessen leichter von dem Eintrittsende des Oberflächenkühlers 11 abgelenkt. Der Oberflächenkühler 11 ist auf dem Körper 10 so ausgerichtet, daß das Ende mit den Kühlerverlängerungen 34 und 35 in den Strom der über den Körper 10 strömenden Luft vorspringt. Das offene Ende des Luftströmungsdurchganges, von dem die Kühlerverlängerungen 34 und 35 vorspringen, ist folglich das Einlaßende.

Die Kühlerverlängerungen 34 und 35 begrenzen zusammen mit der von dem Fitting 27 und den Winkelprofilen 36 und 37 gebildeten Barriere ein Profil vor dem Einlaßende des Luftströmungsdurchganges. Den Boden dieses Profils bildet die Oberfläche 38 einer Platte, die an ihrem einen Ende auf der Körperoberfläche unmittelbar vor dem Einlaßende des Luftströmungsdurchgangs sitzt. Von diesem einen Ende neigt sich die Platte 38 aufwärts und vorwärts und überlagert das Fitting 27 und die umgebogenen oberen Ecken der Winkelprofile 36 und 37 und sitzt auf diesen. An ihrem äußeren oder anderen Ende ist die Platte 38 so gebogen, daß sie im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Körpers 10 liegt und springt relativ zu dem Fitting 27 und den Winkelprofilen 36 und 37 vor. Sie bildet eine relativ scharfe Abweiskante 39, die über der Körperoberfläche um im wesentlichen der Höhe des Fittings 27 liegt wobei die Höhe näherungsweise der Gesamthöhe des Oberflächenkühlers 11 entspricht Die Platte 38 kann hartangelötet oder anders befestigt sein, beispielsweise durch Bolzen 41.

Gemäß den Charakteristiken einer Stauluftströmung über eine Oberfläche ist die Luft an und unmittelbar benachbart zu der Oberfläche des Körpers 10 relativ stagnierend bzw. steht relativ still, wobei sie einen niedrigen Energiewert aufweist. Die Abweiskante 39 erzwingt eine Teilung der strömenden Luft. Luft mit relativ niedriger Energie entlang der Oberfläche des Körpers 10 wird mittels des Fittings 27 und der Winkelprofile 36 und 37 aufgefangen und zur Seite und weg von dem Einlaßende des Luftströmungsdurchganges gelenkt. Die Luft über der Abweiskante 39, die einen relativ höheren Energiegehalt aufweist und folglich als Wärmeabsorptionsmedium wertvoller ist, strömt über das obere Ende der Platte 38 und bewegt sich in der durch die Pfeile 42 angegebenen Weise die von der geneigten Platte 38 gebildete Rampe hinunter und wird durch diese in den Luftströmungsdurchgang des Oberflächenkühlers geführt. Die Platte 38 und die zugeordneten Teile bilden infolgedessen eine aerodynamische Einrichtung, die eine Versorgung mit hochenergetischer nützlicher Luft zum Kühlen gewährleistet, während sie einen Zugang von relativ weniger erwünschter, niederenergetischer Luft verhindert. Die aerodynamische Einrichtung erreicht einen maximalen Wirkungsgrad in dem Luftströmungsdurchgang des Oberflächenkühlers 11, während zur gleichen Zeit der Flüssigkeitsströmungsdurchgang relativ erhöht gehalten ist, so daß Wärme sowohl von dessen oberen als auch dessen unteren Oberflächen abgegeben werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oberflächenkühler für einen von Luft umströmten Körper, mit einer im Abstand von der Außenfläche des Körpers angeordneten, sich längs der Außenfläche erstreckenden Abdeckung, mit zwischen der Abdeckung und der Außenfläche des Körpers angeordneten Wärmeaustauschflächen zwischen durchströmender Luft und zu kühlendem Medium und mit einem in Strömungsrichtung der Luft gesehen, zu Beginn und Ende der Abdeckung ausgebildeten Lufteinlaß und Luftauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Luft vor dem Lufteinlaß des Oberflächenkühlers (11) ein das Strömungsprofil der strömenden Luft beeinflussendes festes Profil (34 bis 39) angeordnet ist, das eine sich mit Abstand vor dem Lufteinlaß und mit Abstand von der Außenfläche des Körpers (10) in den Luftstrom erstreckende Abweiskante (39) und eine sich von der Abweiskante (39) bis auf die Außenfläche des Körpers (10) und bis unmittelbar vor den Lufteinlaß sowie sich im wesentlichen über die Breite des Lufteinlasses erstreckende Oberfläche (38) aufweist und das im wesentlichen senkrecht zur Außenfläche des Körpers (10) stehende, sich zwischen Abweiskante (39) und Außenfläche des Körpers (10), sowie längs des festen Profils (34 bis 39) bis zu den Seitenwänden des Lufteinlasses sich erstreckende Flächen (34 bis 37) aufweist

2. Oberflächenkühler nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (36, 37) keilförmig ausgebildet sind.

3. Oberflächenkühler nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verzweigungsrohre (22, 23) die Enden des Strömungskanals für das zu kühlende Medium abschließen und mit Anschlußleitungen (24,25,29) verbunden sind.

4. Oberflächenkühler nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Strömungskanals für das zu kühlende Medium parallel über dem Ende des Wärmeaustauschkanals liegt und daß das Verzweigungsrohr (22) mit seitlichen Rohren (24, 25) verbunden ist, die zu einem Fitting (27) am keilförmigen Ende des Profils (34—39) führen.