DE2731840C2

DE2731840C2 - Heat exchange system for flowing media, preferably in aircraft and space vehicles

Info

Publication number: DE2731840C2
Application number: DE2731840A
Authority: DE
Inventors: Hermann 8150 Holzkirchen Fahmüller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1986-06-26
Also published as: GB2001152A; IT1108974B; GB2001152B; IT7825597A0; DE2731840A1

Description

Die Erfindung bezieht sicn auf e.«i Wärmeaustauschsystem bei dem Wärme bzw. tläite in einem Wärmetauscher an ein strömendes Medium voi rugsweise in Luft- und Raumfahrzeugen an den zu den Triebwerken strömenden Kraftstoff abgegeben wird, wobei das strömende Medium vor dem Wärmetauscher in ein den Wärmetauscher durchströmenden Hauptstrom und ein den Wärmetauscher umgehenden Bypass-Strom aufgeteilt wird und wobei sich in dem Bypass ein geeignetes steuerbares Schließorgan befindet, das mit wachsender Menge des Medienstromes geöffnet wird und das Zusammenführen des Bypass-Stromes mit dem Hauptstrom über einen Ejektor erfolgt nach Patent 26 38 668.The invention relates to a heat exchange system in the case of heat or tlite in a heat exchanger to a flowing medium voi rug wise in air and spacecraft is delivered to the fuel flowing to the engines, the flowing Medium upstream of the heat exchanger into a main stream flowing through the heat exchanger and a Heat exchanger bypass flow is divided and with a suitable controllable in the bypass Closing member is located, which is opened with the increasing amount of media flow and the merging the bypass flow with the main flow via an ejector takes place according to patent 26 38 668.

In diesem Wärmetauschersystem ist innerhalb des Ejektors der Querschnitt der Bypass-Strömung stufenlos von der geschlossenen Stellung bis zur maximal möglichen Öffnung verstellbar. Als Abdichtelement, d. h. Schließorgan zwischen den beiden Leitungen der Hauptströmung und des Bypass dient ein mit einem Schließstück versehenes Rücklaufrohr oder ein verschiebbarer Teil des Diffusor bzw. ein Zwischenstück. Diese haben in bestimmten Betriebszuständen den Nachteil der Leckage, die kurzzeitig zwar nicht sehr ins Gewicht fällt, die jedoch über längere Betriebszeiten beachtliche Verlustleistungen zur Folge hat. Insbesondere bei geringeren Triebwerksverbräuchen, bei denen generell der Bypass geschlossen bleibt, und die gesamte Fördermenge zu Kühlzwecken im Wärmetauscher gebraucht wird, soll erreicht werden, daß Leckage-Verluste am erwähnten Schließorgan vermieden werden.In this heat exchanger system, the cross section of the bypass flow is stepless within the ejector adjustable from the closed position to the maximum possible opening. As a sealing element, d. H. Closing element between the two lines of the main flow and the bypass serves one with one Closing piece provided return pipe or a movable part of the diffuser or an intermediate piece. In certain operating states, these have the disadvantage of leakage, which is not very insoluble for a short time Weight falls, which, however, results in considerable power losses over longer periods of operation. In particular with lower engine consumption, at which the bypass generally remains closed, and the entire Flow rate is used for cooling purposes in the heat exchanger, should be achieved that leakage losses be avoided on the closing member mentioned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung vorzuschlagen, die zuverlässig die erwähnten Leckagen vermeidet. Erreicht wird dies erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Ausbildung. Hierdurch wird an der betreffenden Stelle bzw. in dem betreffenden Bereich um den Ejektor in einfacher und zuverlässiger Weise eine absolute Abdichtung erreicht Insbesondere wird auch vermieden, daß die bisher anfallende Leckage-Menge bei geöffnetem Bypass für den Treibstrahl verlorengehtThe invention is based on the object of avoiding the disadvantages indicated and providing a device to propose that reliably avoids the leakages mentioned. This is achieved according to the invention by the specified in the characterizing part of claim 1 training. This is at the relevant Place or in the relevant area around the ejector in a simple and reliable way an absolute Sealing achieved In particular, it is also avoided that the previously occurring leakage amount at open bypass for the propulsion jet is lost

Durch die Erfindung läßt sich ein weiteres Problem in überraschend einfacher Weise lösen. Das sich mit wachsender Menge des Medienstromes öffnende Schließorgan stand bisher unter dem Druck einer Schraubenfeder, die möglichst eine gleichbleibende Schließkraft haben soll, damit in jeder Situation eine optimale Durchsatzanpassung gewährleistet ist. Eine solche Federcharakteristik läßt sich jedoch bei den beengten Platzverhältnissen in der Regel nicht realisieren, so daß in der Praxis nach dem Öffnen des Schließorgans bei steigendem Durchsatz eine größere Medienmenge durch den Wärmetauscher geleitet wird, als an sich notwendig, mit dem besonderen Nachteil, daß der Druckabfall im Wärmetauscher steigt und dementsprechend auch die Treibstrommenge für den Ejektor abnimmt Die Erfindung bietet in überraschend einfacher Weise an, einen gleichbleibenden Federdruck mittels zweier Membrankolben unterschiedlicher Fläche nach Art eines Differentialkolbens zu erzeugen.The invention solves another problem in surprisingly easy way to solve. The closing element that opens as the amount of media flow increases was previously under the pressure of a coil spring, which has as constant a closing force as possible should, so that an optimal throughput adjustment is guaranteed in every situation. Such a spring characteristic however, can not be implemented in the cramped space, so that in the Practice after opening the closing member with increasing throughput a larger amount of media through the Heat exchanger is passed, as per se necessary, with the particular disadvantage that the pressure drop in the heat exchanger increases and accordingly the amount of propellant current for the ejector also decreases. The invention offers in a surprisingly simple way a constant spring pressure by means of two diaphragm pistons to produce different areas in the manner of a differential piston.

In den Fällen, in denen die interne Regelung des erfindungsgemäßen Systems nicht ausreicht, besteht im Rahmen der Erfindung weiter die Möglichkeit, über einen Druckleitungsanschluß von außen her aktive Steuerkräfte auf das Schließorgan aufzubringen.In those cases where the internal regulation of the invention System is not sufficient, there is also the possibility within the scope of the invention, via a Pressure line connection to apply active control forces to the closing element from the outside.

Die Erfindung ist anhand der folgenden Abbildungsbeschreibung näher erläutert Es zeigt The invention is explained in more detail with reference to the following description of the figures

F i g. 1 ein Wärmeaustauschsystem mit Hauptströmung und Bypass und zusätzlicher Steuerungsmöglichkeit von außen;F i g. 1 a heat exchange system with main flow and bypass and additional control option from the outside;

Fig.2 grundsätzlich das gleiche System gemäß F i g. 1, jedoch mit einer Membrankolbenkombination.FIG. 2 basically the same system according to FIG. 1, but with a combination of diaphragm pistons.

In dem System gemäß F i g. 1 bezeichnen die Pfeile C-D den Haupt- bzw. Kühlstrom, während die beiden Pfeile A und E den Bypass-Strom (Tr"ibstrom) darstellen bzw. andeuten. Das Schließorgan 1 wird durch Druck einer Schraubenfeder 2 in Schließstellung gehalten, entsprechend der zeichnerischen Darstellung oberhalb der Mittellinie 3. Als Führungselement innerhalb des Gehäuses 4 dient ein Kolben 5, der an der Innenfläehe 6 des Gehäuses 4 gleitet und somit das eine Ende des Schließorgans 1 zentriert. Um Leckage-Verluste durch den gleitenden Kolben 5 zu vermeiden, ist erfindungsgemäß in dem System gemäß F i g. 1 ein Membrankolben 7 vorgesehen.In the system according to FIG. 1, the arrows CD designate the main or cooling flow, while the two arrows A and E represent or indicate the bypass flow (Tr "ibstrom). The closing element 1 is held in the closed position by pressure of a helical spring 2, as shown in the drawing above the center line 3. A piston 5 is used as a guide element within the housing 4, which slides on the inner surface 6 of the housing 4 and thus centers one end of the closing member 1. In order to avoid leakage losses through the sliding piston 5, according to the invention, FIG A diaphragm piston 7 is provided in the system according to FIG.

so Der Kolben 5 ist damit als Druckbegrenzer überflüssig geworden. Er kann auch vollends entfallen, wenn die betreffende Führung des Schließorgans 1 anderweitig gelöst wird. Für den Fall, daß auf den Kolben 5 nicht verzichtet wird, empfiehlt es sich im Rahmen der Erfindung, Durchbrüche 8 vorzusehen, damit der Druckaufbau an dem Membrankolben 7 ungehindert erfolgen kann.So the piston 5 has become superfluous as a pressure limiter. It can also be completely omitted if the relevant leadership of the closing member 1 is otherwise solved. In the event that the piston 5 does not is omitted, it is recommended within the scope of the invention to provide openings 8 so that the pressure build-up can take place on the membrane piston 7 unhindered.

Der Druckaufbau auf der anderen Seite des Membrankolbens 7 ist durch Durchbrüche 9 im Schließorgan 1 gewährleistet. Dieser Druckaufbau kann auch über einen Druckleitungsstutzen 10 erfolgen bzw. ergänzt werden. Für eine absolute Steuerung dieses Druckes ist es jedoch erforderlich, daß die Durchbrüche 9 geschlossen werden. Der Wärmetauscher gemäß Fig. I trägt das Bezugszeichen 11.The pressure build-up on the other side of the diaphragm piston 7 is through openings 9 in the closing element 1 guaranteed. This pressure build-up can also take place or supplement via a pressure line connector 10 will. For an absolute control of this pressure, however, it is necessary that the openings 9 are closed will. The heat exchanger according to FIG. 1 has the reference number 11.

Das in Fig.2 gezeigte System entspricht in seiner Funktion grundsätzlich demjenigen der Fig. 1. Auch hier deutet die Pfeilgruppe C-D den Haupt· bzw. Kühl-The function of the system shown in FIG. 2 basically corresponds to that of FIG. 1. Here, too, the arrow group CD indicates the main or cooling

strom an, der durch einen Wärmetauscher 12 geleitet wird. Die Pfeiie A und E bezeichnen den Bypass-Strom (Treibstrom).current that is passed through a heat exchanger 12. The arrows A and E indicate the bypass flow (driving flow).

Das Wesen des Systems gemäß F i g. 2 besteht darin, daß durch die Membrankolbenkombination bzw. durch die beiden Membrankolben 13 und 14 unterschiedlicher Fläche ein Differentialdruck erzeugt wird, wodurch die beiden Kolben gleich einem Differentialkolben für die Erzielung einer gleichbleibenden Schließkraft wirken. Die Kammer 15 zwischen den beiden Membrankolben 13 und 14 ist über einen Auslaß 16 mit der Umgebung verbunden. Über den Auslaß 16 besteht auch die Möglichkeit, einen aktiven Steuerdruck in das System einzuleiten und somit auf das Schließorgan aktiv einzuwirken.The essence of the system according to FIG. 2 is that by the membrane piston combination or by the two diaphragm pistons 13 and 14 of different areas a differential pressure is generated, whereby the both pistons act like a differential piston to achieve a constant closing force. The chamber 15 between the two diaphragm pistons 13 and 14 communicates with the environment via an outlet 16 tied together. Via the outlet 16 there is also the possibility of to introduce an active control pressure into the system and thus to act actively on the closing element.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

1010

1515th

2020th

2525th

4040

«5«5

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Claims

Patent claims:

1. Heat exchange system with the heat resp. Cold in a heat exchanger to a flowing medium - preferably in aircraft and spacecraft to the fuel flowing to the engines - is delivered, whereby the flowing medium in front of the heat exchanger in a main stream flowing through the heat exchanger and a Heat exchanger bypass flow is divided and in which there is a suitable bypass controllable closing element is located, which is opened as the amount of media flow increases and the merging of the bypass flow with the main flow via an ejector is carried out according to the patent 26 38 668, characterized in that the closing member (1) is designed as a diaphragm piston (7) is.

2. Heat exchange system according to claim 1, characterized characterized in that a membrane piston combination (13,14) of different areas is provided is

3. Heat exchange system according to claims 1 and 2, characterized in that for introduction Active control forces on the closing element (1) from the outside pressure line connections (10, 16) are provided are.