DE2939858C2

DE2939858C2 - Wärmetauscher mit getrennten Strömungskanälen

Info

Publication number: DE2939858C2
Application number: DE2939858A
Authority: DE
Inventors: Alexander F. Los Angeles Calif. Anderson
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1984-07-26
Also published as: FR2439971B1; SE454211B; DE2939858A1; JPS5731078B2; JPS5560177A; GB2036286A; FR2439971A1; US4246963A; GB2036286B; CA1119583A; SE7908837L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher mit getrennten Strömungskanalcn für ein heißes und ein kaltes Strömungsmittel, und mit einer Vorrichtung, α'κ die Temperatur des kalten Strömungsmittel am Einlaß so hoch hält, daß eine übermäßige Eisbildung verhindert wird. Derartige Wärmetauscher sind beispielsweise aus der CH-PS 4 71 361 bekannt. Bei diesem Wärmetauscher wird ein Teil des abströmenden, erwärmten Medium abgesaugt und über ein Regelventil dem zuströmenden kalten Medium zum Zwecke dessen Temperaturerhöhung zugemischt. Hierbei ist von Nachteil, daß ein Regelventil vorgesehen ist und daß das erwärmte Strömungsmittel um den Wärmetauscher herumgeleitet werden muß.

Bei der Konstruktion von Platien-Rippcn-Wärmctauschern treten Schwierigkeiten auf, wenn das kalte Strömungsmittel in den Wärmetauscher mit einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser eintritt, und das kalte Strömungsmittel erhebliche Mengen an eingeschlossenem Wasser enthält.

Derartige Plaiten-Rippen-Wärmctaiisehcf weisen eine Vielzahl von Platten auf.die in einem abwechselnden Stapel mit WarmeubertragiiiigseleinenicM. /.. 15. Rippen mit vergrößerter Oberfläche ausgebildet sind. Die Rippen mit vergrößerter Oberfläche im Stapel werden üblicherweise abwechselnd im rechten Winkel zueinander angeordnet, so daß sie eng benachbarte Strömungskanäle für den Durchgang zweier Strönuingsmittci rechtwinklig zueinander bilden. Dieser Aufbau eines Wärme

50 tauschers ist als Kreuzstrom-Wärmetauscher bekannt. Bei solchen Wärmetauschern ist das Vereisungsproblem von besonderer Bedeutung, wenn sie für Flugzeugstcucrungen verwendet werden, weil in größeren Höhen niedrige Lufttemperaturen herrschen, oder wenn Steuerluft, die durch eine Turbine zu Kühlzwekken expandiert wird, in den Wärmetauscher eingespeist wird. Diese Arten von Platten-Rippen-Wärmetauschern haben eine verhältnismäßig kompakte Größe und somit die unerwünschte Neigung, Eis an der Kaltlufteinlaßstelle anzusammeln. Die Eisbildung blockiert den Ströniungsmitteldurchfluß. wodurch Wirkungsgrad und Funktionsfähigkeit des Wärmetauschers erheblich reduziert werden.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es. einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß die Temperatur der Kaltluftcinlaßstelle des Wärmetauschers auf einem ausreichend hohen Wert gehalten wird, um eine Eisbildung zu verhindern, ohne daß hierfür eine getrennte Temperatursteuerung außerhalb des Wärmetauschers erforderlich wird.

Dies wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 erreicht.

Weilcrc Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit dem Wärmetauscher nach der Erfindung wird die gesamte Menge an heißem Strömungsmittel in den Wärmetauscher eingeführt und weder um den Wärmetauscher herumgeleitet noch vor dem Eintritt in den Wärmetauscher tcmperaturgesteueri. Es wird somit das heiße Strömungsmittel am Einlaß des kalten Strömungsmitlels unter Verwendung von Kanälen, die einen Teil des Wärmetauschers darstellen, quer zum Einlaß geführt. Damit entfällt eine Temperütursteuervorrichlung, wodurch ein wesentlich kompakterer Aufbau und eine wesentlich zuverlässigere Wartung des Wärmetauschers erzielt wird, als dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mil der Zeichnung anhand eines Ausführunüsbcispieles crliiiilert. Es zeigt

Fi g. 1 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels, bei dem Teile herausgebrochen dargestellt sind.

Fig. 2 vine Tcilschnittansichi in vergrößertem Maßstab längs der Linie 2-2 der Fig. l.und

F i g. J eincTeilansieht des Ausführungsbeispicls nach der Linie 3-Jd.τ F i g. 2.

In F i g. 1 ist ein Wärmetauscher 10 nach dem Ausführungsbeispiel dargestellt, der einen Plattcn-Rippen-Wärmelauschcrkern 12 aufweist, welcher in einem Gehäuse 14 aufgenommen ist. Das Gehäuse besitzt einen Einlaß 16 für das zu beheizende Strömungsmittel, z. B. Heißluft. Dieses heiße Strömungsmittel wird durch eine Vielzahl von Kanälen 18 geführt, die in einem Auslaß 20 münden. Ein verhältnismäßig kaltes Strömungsmittel. /.. B. Kaltluft, wird über einen /weiten Einlaß 22 einge speist und durch den Kern 12 über eine Vielzahl von Kanälen 24 geführt, die einen Durchflußpfad für das kiiile Strömungsmittel /ti einem /weilen Auslaß 26 bilden.

Das k.ilte Strömungsmedium, das in den Einlaß 22 eingespeist wird, kann Kaltluft mit einer Temperatui unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser sein. Danr führt diese Kaltlufl Eiskristallc mit. beispielsweise bc Flug/cugcn. wo Temperaturen von etwa —45C auftrc ten. Diese Kaltluft wird im Wärmetauscher 10 aufgc hei/t und über clcn K;iltluft-Auslaß 26 geführt, von wc

ms sie beispielsweise der Plugzeugkabine zugeführt vird.

Der Kern 12 des Wärmetauschers 10 ist im einzelnen η den Fi g. 2 und 3 dargestellt. Der Kern 12 weist einen beschichteten, abwechselnden Stapel von Wärmeüberiragungs- oder Rippenelementen 28 und 30 mit vergrö-3erter Oberfläche auf. die rechtwinklig zueinander angeordnet sind und die die Kanäle 18 und 24 bilden, wel- :hc die Strömungsmitteldurchfiußpfade festlegen. Diese Wärmeübertragungselemente 28 und 30 sind waitgetiend identisch miteinander und jedes besitzt ein gewelltes, rippenartiges Bauteil, das dem zugeordneten Einlaß 16 oder 22 zugewandt ist. Eine Vielzahl von zusätzlichen Wärmeübertragungselementen 28 oder 30 erstrecken sich versetzt gegen die zugeordneten Auslässe 20 oder 26, um den Wärmeübergang der Kanäle 18 oder 24 zu verbessern. Die abwechselnd übereinander gestapelten Wärmeübertragungselemente 28 und 30 sind durch verhältnismäßig dünne Platten 36 voneinander getrennt, wobei die gesamte Anordnung miteinander verbunden ist, z. B. durch Löten, damit ein steifer Wärmetauscherkern 12 entsteht. So stent der Kern i2 einen Kreuzstrom-Wärmetauscher dar.

Ein Vermischen der heißen und kalten Luft innerhalb des Gehäuses 14 oder des Kernes 12 wird durch Kanäle 38 und 40 an den Einlaß- und Auslaßenden der beiden Durchflußpfade verhindert. Die Kanäle 38 bestehen aus festem Schienenmaterial mit etwa quadratischem Querschnitt, und werden in ihrer Position an den Platten durch Löten oder eine andere Technik festgelegt. Die Kanäle 38 verlaufen quer über den Heißlufteinlaß des Kernes 12 und parallel zu den Kaltluftwärmeiibertragungselementcn 30. Auf diese Weise sperren die Kanäle 38 die Heißluft gegen die Kaltluftkanäle 24 ab. In gleicher Weise erstrecken sich die festen Kanäle 38 quer « über den Heißluftauslaß längs der KaltluHwärmeiibcriragungsclemcntc 30 und quer über den Kulilufiauslaß längs der Heißluftwärmeübertragungselemcnie 28, um zu verhindern, daß die heiße und die kalte Luft sich an diesen Stellen vermischen.

Die Kanäle 40 verlaufen quer über den Kaltlufteinlaß 22 in der Nähe der Kaltlufteinlaßsammelleitung. Diese Kopfschienen 40 haben eine rohrförmige Gestalt mit einem abgeplatteten Querschnitt, wobei die abgerundete Seite 42 der ankommenden Kaltluft dargebogen wird Diese Kanäie 40 erstrecken sich parallel zu den HeiB-luftwärmeübertragungselementen 28 und werden in ihrer Position an den Platten durch Löten festgelegt, damit der Durchfluß von Kaltluft durch die Heißluftdurchflußpfadkanäle 18 gesperrt wird. Diese Kanäle 40 mün- w den in den Heißlufteinlaß und den HeißlufiauslaU 16 und 20 und führen somit einen Teil der Heißluft über den Kaltlufteinlaß des Wärmetauschers 10.

Im Betrieb sind die Kanäle 40 so dimensioniert, daü sie eine verhältnismüßig große Durchflußfläche im Vcr- « gleich zu den Kanälen 18 ergeben, und eine Außcnflächenkonfiguration haben, die eine übermäßige Eisbildung an dem Kaltluftcinlaß des Wärmetauschers verhindert. Dies bedeutet, daß die Kanäle 40 so ausgelegt sind, daß sie beispielsweise etwa 5 bis 10% des gesamten &o Heißluftdurehsatzes führen, wobei der Kaltlufteinlaß des Wärmetauschers 10 auf einer Temperatur gehalten wird. d\s wesentlich über der Temperatur der ankommenden Kaltluft ist. Diese relative Aufheizung des Kaltlufteinlasses zusammen mit den gerundeten Seiten 42 b5 der Kanäle 40 bewirkt ein rasches Schmelzen. Verlagern und Abbrechen vo> Eispartikeln oder Kristallen, die sich am KalllufleinlaU ausbilden oder ansammeln.

Auf diese Weise wird mit der. Kanälen 40 eine Eisbildung verhindert und damit der Wirkungsgrad des Wärmetauschers beibehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmelauscher mit getrennten Strömungskanälen für ein heißes und ein kaltes Strömungsmittel, ι und mit einer Vorrichtung, die die Temperatur des kalten Strömungsmittels am Einlaß so hoch hält, daß eine übermäßige Eisbildung verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus mindestens einem Kanal (40) besteht, der quer zum Einlaß (22) des kalten Strömungsmittels angeordnet ist und der von heißem Strömungsmittel durchflossen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (22) des kalten Strö- \^r> mungsmiuels und damit der Kanal (40) zwischen dem Einlaß (16) und dem Auslaß (20) des heißen Strömungsmittel angeordnet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (40) eine abgerundete >o bzw. abgeplattete Querschnittform besitzt, deren abgerundete Seite dem ankommenden kalien Strömungsmittel zugewandt ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Vielzahl von Kanälen (40) aufweist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (40) zwischen den Platten (36) eines Plattenstapels angeordnet und mit diesen Planen (36) fest verbunden sind, so daß ein Ver- μ mischen zwischen den heißen und kalten Strömungsmitteln, die zwischen dt-'. Platten strömen, verhindert wird.