DE3718873C1 - Evaporative cooler - Google Patents

Evaporative cooler

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DE3718873C1
DE3718873C1 DE3718873A DE3718873A DE3718873C1 DE 3718873 C1 DE3718873 C1 DE 3718873C1 DE 3718873 A DE3718873 A DE 3718873A DE 3718873 A DE3718873 A DE 3718873A DE 3718873 C1 DE3718873 C1 DE 3718873C1
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Sebastian Dipl-I Muschelknautz
Prof Dr Mayinger Franz Xaver
Bernhard Dr Leidinger
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Airbus Defence and Space GmbH
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Erno Raumfahrttechnik GmbH
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Abstract

A device for cooling heat generators in a space vehicle under weightlessness and with different accelerations consists of at least one heat exchanger with at least one active liquid coolant circulation, the heat exchanger being built in such a way that the initially at least partially still liquid coolant to be evaporated flowing through it experiences flow-mechanically induced inertial forces, which bring the unevaporated matter into contact with the heat transfer surface of the heat exchanger and consequently make possible almost complete conversion of the liquid coolant into its vapour phase. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfungskühler gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.The invention relates to an evaporative cooler according to the Oberbe handle of claim 1.

Zur Wärmeabfuhr bei Raumfahrzeugen, die sich in der Auf- oder Ab­ stiegsphase durch die Erdatmosphäre befinden, oder die in der Erdumlaufbahn extremen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, eignen sich Kühleinrichtungen, bei denen eine Kühlflüssigkeit an Wärmetauscheroberflächen verdampft.For heat dissipation in spacecraft that are in the up or down rose phase through the earth's atmosphere, or those in the Earth's orbit are exposed to extreme thermal loads, Cooling devices are suitable in which a cooling liquid Heat exchanger surfaces evaporated.

In einem solchen Verdampfungskühler wird das zu kühlende Medium, welches in der Regel das Fluid eines aktiven Kühlkreislaufs ist, über einen speziellen Wärmetauscher mit dem in einem mitgeführten Vorratsbehälter gelagerten zu verdampfenden Medium in Verbindung gebracht. Der entstehende Dampf wird aus dem Raumfahrzeug in sei­ ne Umgebung abgeblasen.In such an evaporative cooler, the medium to be cooled, which is usually the fluid of an active cooling circuit, via a special heat exchanger with the one carried in one Storage medium stored to be evaporated in connection brought. The resulting steam is in from the spacecraft blown off ne environment.

Bei der beschriebenen Anwendung eines solchen Verdampfungskühlers unter Schwerelosigkeit sowie bei unterschiedlichen Beschleuni­ gungen während der Start- und Landephase besteht grundsätzlich das Problem, das zu verdampfende Medium mit der zu kühlenden Wandpartie so in Kontakt zu bringen, daß eine ausreichend hohe Wärmeübertragung stattfindet. Da das zu verdampfende Medium auf Kosten zusätzlicher Nutzlast im Raumfahrzeug mitgeführt wird, ist zudem seine möglichst vollständige Nutzung in Form einer Verdamp­ fung anzustreben. Dazu muß der entstehende Dampf von dem unver­ dampften Teil getrennt werden, um zu verhindern, daß dieser in Form von größeren Flüssigkeitstropfen ohne der Kühlung genutzt zu haben mit dem bereits verdampften Teil aus vom Raumfahrzeug aus­ geblasen wird. Fehlt die Schwerkraft teilweise oder ganz oder unterliegt das Raumfahrzeug wechselnden Bahnbeschleunigungen, so muß eine andere Kraft die Schwerkraft ersetzen und das zu ver­ dampfende Medium mit der wärmeabgebenden Wand in Kontakt halten.In the described application of such an evaporative cooler under weightlessness and with different accelerations There are basically conditions during the take-off and landing phase the problem of the medium to be evaporated with the one to be cooled Bring the wall section into contact so that it is sufficiently high Heat transfer takes place. Because the medium to be evaporated Additional payload is carried in the spacecraft also its full use as possible in the form of an evaporator to strive for. To do this, the steam generated must steamed part are separated to prevent this in Form of larger drops of liquid without being used for cooling  have with the already evaporated part from the spacecraft is blown. Some or all of the gravity is missing the spacecraft is subject to changing orbital accelerations, so another force must replace gravity and ver Keep the steaming medium in contact with the heat-emitting wall.

Aus den Druckschriften "Shuttle Orbiter Flash Evaporator, J. R. Nason, Hamilton Standard, 79-ENAs-14" und "Shuttle Orbiter Water Spray Boiler, E. W. O'Connor, Hamilton Standard" ist bekannt, daß die fehlende Wirkung der Schwerkraft durch die Reaktionskraft eines auf die zu kühlende Fläche auftreffenden Strahls einer zu verdampfenden Flüssigkeit ersetzt werden kann, wobei dieser Strahl auch aus einer Vielzahl diskreter Tropfen bestehen kann. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß ein gewisser Anteil der zu verdampfenden Flüssigkeit für Kühlzwecke ungenutzt mit dem Dampf aus dem Raumschiff befördert wird.From the publications "Shuttle Orbiter Flash Evaporator, J. R. Nason, Hamilton Standard, 79-ENAs-14 "and" Shuttle Orbiter Water Spray Boiler, E. W. O'Connor, Hamilton Standard "is known to the lack of effect of gravity by the reaction force of a beam hitting the surface to be cooled evaporating liquid can be replaced, this Beam can also consist of a large number of discrete drops. The disadvantage of this arrangement is that a certain proportion of the liquid to be evaporated for cooling purposes unused with the Steam is transported from the spaceship.

Bei einer weiteren bekannten Methode (Shuttle Orbiter Ammonia Boiler Subsystem, S. R. Heinrich, Fairchild Stratos Division, 81-ENAs-44) wird das zu verdampfende Fluid durch gerade Rohre ge­ leitet, die von einer Kühlflüssigkeit umgeben und in ihrem letzten Teil mit spiralförmig in den Rohren angeordneten Blechen versehen sind. Diese Bleche haben die Aufgabe, noch nicht verdampfte Flüs­ sigkeitsreste mit Hilfe von Massenträgheitskräften an die Rohr­ wand anzulagern und dort in die Gasphase zu überführen.Another known method (Shuttle Orbiter Ammonia Boiler Subsystem, S.R. Heinrich, Fairchild Stratos Division, 81-ENAs-44) the fluid to be evaporated is passed through straight pipes conducts surrounded by a coolant and in its last Provide part with sheets arranged spirally in the tubes are. The purpose of these sheets is to ensure that rivers have not yet evaporated Residual liquid with the help of inertial forces on the pipe add to the wall and transfer it to the gas phase.

Um eine solche Kraft entstehen zu lassen, sind auch andere Anord­ nungen denkbar. So kann man die Kanäle, in denen das zu verdam­ pfende Medium strömt, vollständig mit spiralig angeordneten In­ nenrippen versehen. Dadurch wird diesem Medium ein Drall aufge­ zwungen, der eine Zentrifugalbeschleunigung entstehen läßt. Bei geeigneter Ausbildung dieser Spiralrippen und bei kleinen Rohr­ durchmessern können Zentrifugalbeschleunigungen erzeugt werden, die ein mehrfaches der Erdbeschleunigung betragen und dadurch selbst erhebliche Bahnbeschleunigungen kompensieren. Solche Rohre sind für terrestrische Zwecke als Wärmeübertragungsrohre handels­ üblich als Spiralrillenrohre bekannt. Ihr Nachteil für raumfahrt­ technische Zwecke ist darin zu sehen, daß sie ein relativ hohes Gewicht pro übertragener Wärmeeinheit aufweisen daß bei der Ver­ dampfung im Vakuum zu große Dampfquerschnitte benötigt werden.To create such a force, other arrangements are required possible. So you can see the channels in which that too damn puffing medium flows completely with spirally arranged In provided ribs. This creates a twist in this medium force that causes centrifugal acceleration. At appropriate training of these spiral ribs and for small tubes centrifugal accelerations can be generated, which are a multiple of the acceleration due to gravity and thereby even compensate for considerable path accelerations. Such pipes  are traded for terrestrial purposes as heat transfer pipes commonly known as spiral groove tubes. Your disadvantage for space travel technical purposes can be seen in the fact that they are relatively high Have weight per unit of heat transferred that the Ver steaming in vacuum too large steam cross sections are required.

Andere Anordnungen die eine Zentrifugalbeschleunigung erzeugen bestehen aus spiralförmigen und schraubenförmigen Aufwicklungen des Strömungskanals für das zu verdampfende Fluid. Beide Bau­ weisen haben aber den Nachteil, daß durch die Zentrifugalbe­ schleunigung das zu verdampfende Fluid nur an die äußere Hälfte des Rohres gedrückt wird, wo im wesentlichen auch nur der Wärme­ übergang stattfindet. Zwar ist eine Kombination von spiral- oder schraubenförmig aufgewickelten Spiralrillenrohren denkbar, die genannten Gewichts- und Strömungsprobleme lassen diese Lösung aber nicht sinnvoll erscheinen.Other arrangements that generate centrifugal acceleration consist of spiral and helical windings the flow channel for the fluid to be evaporated. Both construction have but have the disadvantage that by the centrifugal ointment acceleration of the fluid to be evaporated only to the outer half of the tube is pressed, where essentially only the heat transition takes place. Although a combination of spiral or helically wound spiral groove tubes conceivable that mentioned weight and flow problems leave this solution but don't seem to make sense.

Aus der US-PS 46 90 210 ist eine mit einem Wärmetauscher ver­ sehene Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe Zweiphasenströmungen von Treibstoff für Raumfahrzeugantriebe in Gas- und Flüssigkeits­ ströme separierbar sind. Dabei wird die Zweiphasenströmung in einem Einlaßbereich mit Hilfe von Leitschaufeln verwirbelt, so daß die Flüssigkeitströpfchen dieser Strömung in Richtung der Innenseite der zylinderförmigen Außenwand des Separators getrie­ ben werden. Hier treffen diese auf ein unter Abstand zur Separa­ torwand angeordnetes und sich helixförmig um die Separatorachse windendes Wärmetauscherrohr, auf dessen Oberfläche sie verdampfen. Dieses Rohr wird von dem gasförmigen Teil der ursprünglichen Zwei­ phasenströmung durchströmt. Durch die Verdampfung der Flüssig­ keitsstropfen kühlt das Wärmetauscherrohr derart ab, daß das Gas kondensiert. Während das Kondensat in einen Treibstofftank zu­ rückgepumpt wird, verlassen die verdampften Flüssigkeitstropfen das Raumschiff über einen Auslaß. Nachteilig bei diesem Zwei­ phasenseparator ist, daß ein Teil des zu kühlenden Mediums ver­ loren geht. From US-PS 46 90 210 is a ver with a heat exchanger see known device, with the help of two-phase flows of fuel for spacecraft propulsion in gas and liquid currents are separable. The two-phase flow in swirled an inlet area with the help of guide vanes, so that the liquid droplets of this flow towards the Trieste inside the cylindrical outer wall of the separator be. Here they meet at a distance from the Separa gate wall arranged and helical around the separator axis twisting heat exchanger tube, on the surface of which they evaporate. This tube is from the gaseous part of the original two flows through phase flow. By evaporation of the liquid keitsstropfen cools the heat exchanger tube so that the gas condensed. While the condensate is in a fuel tank too is pumped back, leave the vaporized liquid drops the spaceship through an outlet. A disadvantage of these two phase separator is that part of the medium to be cooled ver loren goes.  

Zudem sind aus der DE-PS 8 30 239 und der DE-OS 29 07 810 Wärme­ tauscher bekannt, in deren Kühlkanälen in Strömungsrichtung ver­ laufende Stege zur Verbesserung der Wärmeübertragung angeordnet sind. Betrachtet man einen solchen Kühlkanal im Querschnitt, so durchmessen diese Stege den Kühlkanal ganz oder nur teilweise.In addition, DE-PS 8 30 239 and DE-OS 29 07 810 heat exchanger known, ver in the cooling channels in the flow direction running webs arranged to improve heat transfer are. If you consider such a cooling duct in cross-section, see above these webs measure all or only part of the cooling channel.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher vorzustel­ len, mit dem unter Schwerelosigkeit sowie bei wechselnden Beschleu­ nigungen ein zu verdampfendes Medium zuverlässig in Kontakt mit einer wärmeabgebenden Wand gebracht wird und gleichzeitig sicher­ gestellt wird, daß noch nicht verdampfte Flüssigkeitsteile von dem verdampften Fluid getrennt und erneut der Verdampfung zuge­ führt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.The object of the invention is to introduce a heat exchanger len, with the under weightlessness and with changing acceleration a medium to be evaporated reliably in contact with placed on a heat-emitting wall and at the same time safely is made sure that not yet evaporated liquid parts of separated the evaporated fluid and again the evaporation leads. This object is achieved by the kenn Drawing features of claim 1 solved. Advantageous Ausge Events and further training are to be found in the subclaims to take.

Mit Hilfe der Zeichnungen werden die Wirkprinzipien und Einbau­ varianten erläutert. Im einzelnen zeigtWith the help of the drawings, the operating principles and installation variants explained. In detail shows

Fig. 1 eine schematische Übersicht über einen Verdampfungs­ kühler, Fig. 1 is a schematic overview of an evaporative cooler,

Fig. 2 eine Darstellung von gefalteten Kühlflüssigkeits­ kanälen in einem Wärmetauscher, Fig. 2 is an illustration of folded coolant channels in a heat exchanger,

Fig. 3 ein Ventil und einen Einlaßbereich für das Verdam­ pfungsmittel in den Wärmetauscher, Fig. 3, a valve and an inlet region for the Verdam pfungsmittel in the heat exchanger,

Fig. 4a-b eine Detaildarstellung eines Ventilstellmotors mit Ver­ dampfungsmittelzuleitung und Ventilsitz, Fig. 4a-b is a detail view of a valve actuator motor Ver dampfungsmittelzuleitung and valve seat,

Fig. 5a-c eine Zweiseitenansicht des Verdampfers mit dem Kühlmit­ telkanalsystem des Wärmetauschers, FIGS. 5a-c show a two-side view of the evaporator to the Kühlmit telkanalsystem of the heat exchanger,

Fig. 6a-b zwei Varianten von Kühlmittel-Querschnitten und Fig. 6a-b two variants of coolant cross sections and

Fig. 7a-b eine aus zwei Verdampfungskühlern bestehende Kühl­ einheit. Fig. 7a-b a cooling unit consisting of two evaporative coolers.

In Fig. 1 und 2 ist eine schematische Übersicht über die Anord­ nung des Kühlmittel- und Verdampfungsmittelfluß in einem über zwei Wärmetauscher verfügenden Verdampfungskühler dargestellt. Der aus einem Raum 3 in die Wärmetauscher 4 abfließende Volumen­ strom des zu verdampfenden Mediums, z. B. Wasser, wird mit HIlfe von durch Stellmotoren 8 angesteuerten Ventilen 1 geregelt. Das Wasser wird mit einem Förderdruck der oberhalb des Tripelpunktes des zu verdampfenden Mediums liegt (beispielsweise ca. 6*10-3 bar für Wasser) durch die Ventile 1 in einen Einlaßbereich 2 für das zu verdampfende Wasser gedrückt. Aufgrund des hier vorherrschenden geringeren Drucks verdampft ein kleiner Teil des Wassers (ca. 8% massebezogen) bei 60°C Speisetemperatur adiabatisch und kühlt dabei das Wasser ab.In Fig. 1 and 2 is a schematic overview of the Anord voltage of the coolant and Verdampfungsmittelfluß shown in disposing of two heat exchangers evaporative cooler. The flowing out of a space 3 in the heat exchanger 4 volume flow of the medium to be evaporated, for. B. water, is controlled with the help of actuators 8 controlled by valves 1 . The water is pressed with a delivery pressure above the triple point of the medium to be evaporated (for example approx. 6 * 10 -3 bar for water) through the valves 1 into an inlet area 2 for the water to be evaporated. Due to the prevailing lower pressure, a small part of the water (approx. 8% by mass) evaporates adiabatically at 60 ° C food temperature and cools the water down.

Fig. 2 zeigt, daß die im Einlaßbereich 2 für das Verdampfungsme­ dium entstandene Zweiphasenströmung durch einen Wärmetauscher 4 geleitet wird, dessen Kühlflüssigkeitskanäle 5, 6 mehrfach in Strömungsrichtung gefaltet und in bezug auf eine Richtung die senkrecht zur Strömungsrichtung steht so angeordnet sind, daß die Zweiphasenströmung zwischen im Verhältnis zueinander parallel ver­ laufenden Kühlflüssigkeitskanal-Oberflächen geleitet wird. Fig. 2 shows that the two-phase flow formed in the inlet area 2 for the Verdampfungsme medium is passed through a heat exchanger 4 , the cooling liquid channels 5, 6 folded several times in the flow direction and with respect to a direction perpendicular to the flow direction are arranged so that the two-phase flow between coolant channel surfaces running parallel to one another in relation to one another.

Mit den Fig. 3 und 4a-b läßt sich verdeutlichen, daß die Aus­ legung des Ventils 1 von besonderer Bedeutung für die erste Ver­ dampfungsphase in dem Einlaßbereich 2 für das Verdampfungsmittel ist. Durch die Zuleitung 16 für das Verdampfungsmedium wird in diesem Ausführungsbeispiel Wasser in den Raum 3 geleitet, der das Ventil 1 umschließt (Fig. 4b).With FIGS. 3 and 4a-b can be illustrated that the interpretation from the valve 1 is of particular importance for the first Ver dampfungsphase in the inlet portion 2 of the evaporation agent. In this exemplary embodiment, water is passed through the supply line 16 for the evaporation medium into the space 3 , which encloses the valve 1 ( FIG. 4b).

Mit Hilfe einer in einem Lager 17 geführten Steuerstange wird der Ventilkegel 9 von dem Stellmotor 8 über einem Ventilsitz positio­ niert (Fig. 4a). Dieser hat in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einen durchströmbaren Durchmesser von 0,5*10-3 bis 5*10-3 m, vorzugsweise 1*10-3 bis 2*10-3 m. Beim Anheben des Ven­ tilkegels 9 vom Ventilsitz bildet sich in dem Raum 3 aufgrund der Druckunterschiede im Wärmetauscher 4 und dem Raum 3 ein Beschleu­ nigungsbereich 10, der das Wasser bei den gewählten vorteilhaften Kenngrößen der Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 m/s in den Einlaßbereich 2 des Wärmetauschers 4 austreten läßt. Durch eine Ausbildung des Ventilsitzes als scharfkantige BORDA- Geometrie und durch die hohe Beschleunigung des zu verdampfenden Mediums auf etwa 10 m/s wird eine Strömungskontraktion erreicht, die bewirkt, daß die überkritische Strömung keine Siedekeime an der Wand des Ventildurchlasses berührt, diesen Bereich einphasig durchströmt und mit Siedeverzug erst im Einlaßbereich 2 des Ver­ dampfungskühlers mit der Verdampfung beginnt.With the help of a control rod guided in a bearing 17 , the valve cone 9 is positio ned by the servomotor 8 via a valve seat ( Fig. 4a). In an advantageous embodiment of the invention, this has a flowable diameter of 0.5 * 10 -3 to 5 * 10 -3 m, preferably 1 * 10 -3 to 2 * 10 -3 m. When lifting the Ven tilkegels 9 from the valve seat is formed in the room 3 due to the pressure differences in the heat exchanger 4 and the room 3, an acceleration area 10 , which the water at the selected advantageous parameters of the device at a speed of about 10 m / s in Inlet area 2 of the heat exchanger 4 can escape. By designing the valve seat as a sharp-edged BORDA geometry and by the high acceleration of the medium to be evaporated to about 10 m / s, a flow contraction is achieved, which means that the supercritical flow does not touch any boiling seeds on the wall of the valve passage, flows through this area in one phase and with boiling delay only in the inlet area 2 of the evaporative cooler with the evaporation begins.

Das durch den ersten Verdampfungsvorgang im Einlaßbereich 2 ent­ standene Gas vermischt sich mit dem verbliebenen Flüssigkeits­ tropfen und bildet eine durch die Gasexpansion beschleunigte Zweiphasenströmung, deren volumenbezogene Bestandteile zu etwa 99,95% Wasserdampf und zu 0,05% Wasser sind. Diese Zweiphasen­ strömung wird durch einen Wärmetauscher 4 geleitet, der in der Regel über zwei Kühlflüssigkeitskreisläufe verfügt. Die Kühlflüs­ sigkeit transportiert in an sich bekannter Weise Wärme von Wärme­ erzeugern zu den Wärmetauschern 4, um dort über ihre Oberfläche diese Wärme an ein zweites Medium zu übertragen und dieses zu verdam­ pfen. Der Dampf verläßt anschließend über eine Dampfaustritts­ leitung 7 das Raumfahrzeug.The gas created by the first evaporation process in the inlet area 2 mixes with the remaining liquid drops and forms an accelerated by the gas expansion two-phase flow, the volume-related components of which are approximately 99.95% water vapor and 0.05% water. This two-phase flow is passed through a heat exchanger 4 , which usually has two coolant circuits. The Kühlflüs liquid transports heat from heat generators to the heat exchangers 4 in a manner known per se in order to transfer this heat to a second medium there via its surface and to evaporate it. The steam then leaves the spacecraft via a steam outlet line 7 .

Von besonderer Bedeutung ist, daß in der Gasphase mitgerissenen Flüssigkeitstropfen bei ihrer Strömung durch den Wärmetauscher 4 bei Richtungsänderungen der Flüssigkeitskanal-Oberflächen aufgrund ihrer Massenträgheit von der Gasströmungsrichtung abweichen und gegen eine nahegele­ gene Kühlflüssigkeitskanal-Oberfläche prallen. Hier bilden sie mit anderen Flüssigkeitstropfen einen Flüssigkeitsfilm, der teil­ weise verdampft. An den Faltstellen der Kühlflüssigkeitskanäle 5, 6 bilden sich aus den unverdampften Resten des Flüssigkeits­ films neue Tropfen, die von der Zweiphasenströmung mitgerissen und an einer anderen Stelle erneut an einer Kühlflüssigkeits­ kanal-Oberfläche angelagert werden. Dieser Prozeß wiederholt sich so lange, bis das Wasser vollständig verdampft ist und durch die Dampfaustrittsleitung 7 das Raumfahrzeug verläßt. Damit wird durch die gefaltete Anordnung der Kühlflüssigkeitskanäle 5, 6 erreicht, daß das im Raumfahrzeug mitgeführte Verdampfungsmedium nahezu vollständig zur Wärmeabfuhr beiträgt, und nicht teilweise unge­ nutzt den Wärmetauscher und das Raumschiff verläßt.Of particular importance is that in the gas phase entrained liquid drops flow through the heat exchanger 4 when the direction of the liquid channel surfaces changes due to their inertia from the gas flow direction and collide with a nearby gene coolant channel surface. Here they form a liquid film with other drops of liquid, which partly evaporates. At the folds of the coolant channels 5, 6 new drops are formed from the undevaporated residues of the liquid film, which are entrained by the two-phase flow and are deposited again at another point on a coolant channel surface. This process is repeated until the water has completely evaporated and leaves the spacecraft through the steam outlet line 7 . It is thus achieved by the folded arrangement of the coolant channels 5, 6 that the evaporation medium carried in the spacecraft contributes almost completely to the heat dissipation, and does not partially use the heat exchanger and leave the spacecraft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden zwei Verdampfungskühler zu einer Kühleinheit zusammengefaßt, wo­ bei die Kühleinheit aus Gründen der Ausfallsicherheit aus zwei Ver­ dampfungsmediumzuleitungen 16, zwei Räumen 3, zwei Ventilen 1 mit je einem Stellmotor 8, zwei Einlaßbereichen 2 für das zu verdam­ pfende Medium und zwei Wärmetauschern 4 mit zwei Kühlflüssigkeits­ kreisläufen besteht (Fig. 5a-c).In a further advantageous embodiment, two evaporative coolers are combined to form a cooling unit, where in the cooling unit for reasons of reliability from two Ver evaporation medium supply lines 16 , two rooms 3 , two valves 1 , each with a servomotor 8 , two inlet areas 2 for the medium to be evaporated and there are two heat exchangers 4 with two cooling liquid circuits ( Fig. 5a-c).

Obwohl der an sich bekannte und in Fig. 6a dargestellte Quer­ schnitt eines Kühlflüssigkeitskanals 5, 6 mit in Strömungsrichtung verlaufenden und die Ober- und Unterseite des Kühlflüssigkeitska­ nals 5, 6 nicht miteinander verbindenden Stegen 15 aufgrund seiner größeren Oberfläche eine bessere Wärmeübertragungsfähigkeit als der in Fig. 6b dargestellte aufweist, wird dem ebenfalls bekann­ ten zweiten, über wenigstens zwei die Ober- und Unterseite des Kühlflüssigkeitskanals 5, 6 miteinander verbindende und in Strö­ mungsrichtung verlaufenden Stegen 18 verfügenden Kühlflüssigkeits­ kanalquerschnitt für einen Einsatz in einem Raumfahrzeug der Vor­ zug gegeben, da dieser bei gleicher Wärmeübertragungsfähigkeit ein geringes Gewicht aufweist. Although known per se, and in Fig. Cross represented 6a section of a cooling fluid channel 5, 6 extending in the flow direction and the top and bottom of Kühlflüssigkeitska Nals 5, 6 do not bond with each other ridges 15 due to its larger surface area better heat transfer capacity as shown in Fig . 6b has shown, it is the optionally also well th second over at least two top and bottom of the cooling fluid channel 5, 6 interconnecting and in Strö extending webs flow direction 18 operative coolant channel cross-section for use in a spacecraft pre train, since this has a low weight with the same heat transfer capability.

Die Fig. 7a-b zeigen eine Zweiseitenansicht einer aus zwei Verdampfungskühlern bestehenden Kühleinheit mit ihren Ein- und Auslässen 11, 12, 13, 14 für die Kühlflüssigkeitskanäle 5, 6 sowie einer gemeinsamen Dampfaustrittsleitung 7. FIGS. 7a-b show a two-side view of a two evaporative coolers cooling unit with their inlets and outlets 11, 12, 13, 14 for the cooling liquid passages 5, 6 and a common steam outlet pipe 7.

Unabhängig von den vorgestellten Ausführungsvarianten sind auch Kühlvorrichtungen denkbar, welche nicht mit aktiven Flüssigkeits­ kühlsystemen arbeiten, sondern bei denen die Wärmeerzeuger direkt durch Verdampfen des Verdampfungsmediums auf an dem Wärmeerzeugen befestigten und eine den Kennzeichen des Anspruchs 1 entsprechende geometrische Anordnung aufweisende Kühlrippen gekühlt werden. Regardless of the design variants presented, too Cooling devices conceivable, which do not use active liquid cooling systems work, but where the heat generator directly by evaporating the evaporation medium to generate heat attached and a corresponding to the characterizing part of claim 1 Cooling fins having geometric arrangement are cooled.  

  • Bezugsziffernverzeichnis  1 Ventil
     2 Einlaßbereich für das zu verdampfende Medium
     3 Raum vor Ventil 1
     4 Wärmetauscher
     5 Kühlflüssigkeitskanal A
     6 Kühlflüssigkeitskanal B
     7 Dampfaustrittsleitung
     8 Stellmotor
     9 Ventilkegel
    10 Beschleunigungsbereich
    11 Einlaß des Kühlflüssigkeitskanals A
    12 Einlaß des Kühlflüssigkeitskanals B
    13 Auslaß des Kühlflüssigkeitskanals A
    14 Auslaß des Kühlflüssigkeitskanals B
    15 Steg
    16 Zuleitung für das zu verdampfende Medium
    17 Lager    Reference numeral 1 valve
    2 inlet area for the medium to be evaporated
    3 space in front of valve 1
    4 heat exchangers
    5 Coolant channel A
    6 coolant channel B
    7 steam outlet line
    8 servomotor
    9 valve cone
    10 acceleration range
    11 Coolant channel inlet A
    12 Coolant channel inlet B
    13 Coolant channel outlet A
    14 Coolant channel outlet B
    15 bridge
    16 Supply line for the medium to be evaporated
    17 bearings

Claims (8)

1. Verdampfungswärmetauscher mit wenigstens einem aktiven Flüssigkeitskühlkreislauf zur Abführung von Wärme in Raum­ fahrzeugen unter Schwerelosigkeit sowie bei unterschiedlichen Be­ schleunigungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) über einem Raum (3) verfügt, der ein Ein­ laßventil (1) für das zu verdampfende Medium umschließt und mit einer Zuleitung (16) für das Verdampfungsmedium verbunden ist, und daß im Wärmetauscher (4) Kühlflüssigkeitskanäle (5, 6) ange­ ordnet sind, die mehrfach in Strömungsrichtung parallel zuein­ ander gefaltet und in bezug auf eine Richtung die senkrecht zur Strömungsrichtung steht unter Einhaltung eines Abstands so an­ geordnet sind, daß das zu verdampfende Medium zwischen Kühlflüs­ sigkeitskanal-Oberflächen leitbar ist. 1. Evaporation heat exchanger with at least one active liquid cooling circuit for dissipating heat in space vehicles under zero gravity and at different accelerations, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) has a space ( 3 ) which has a inlet valve ( 1 ) for the evaporating medium encloses and is connected to a supply line ( 16 ) for the evaporation medium, and that in the heat exchanger ( 4 ) cooling liquid channels ( 5, 6 ) are arranged, which are folded several times in the flow direction parallel to each other and in relation to a direction perpendicular to The direction of flow is arranged in compliance with a distance so that the medium to be evaporated is fluid channel surfaces between Kühlflüs conductive. 2. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitskanal (5, 6) an seiner Innenseite über in Strömungsrichtung verlaufende und die Ober- und die Unterseite des Kühlflüssigkeitskanals (5, 6) nicht miteinander verbindende Stege (15) verfügt (Fig. 6a).2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the coolant channel ( 5, 6 ) has on its inside in the flow direction and the top and bottom of the coolant channel ( 5, 6 ) not connecting webs ( 15 ) ( Fig . 6a). 3. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitskanal (5, 6) an seiner Innenseite über wenigstens zwei die Ober- und die Unter­ seite des Kühlflüssigkeitskanals (5, 6) miteinander verbindende und in Strömungsrichtung verlaufende Stege (18) verfügt (Fig. 6b).3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the coolant channel ( 5, 6 ) on its inside has at least two the upper and the lower side of the coolant channel ( 5, 6 ) interconnecting and in the flow direction webs ( 18 ) ( Fig. 6b). 4. Wärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) über eine Dampfaustrittsleitung (7) verfügt.4. Heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) has a steam outlet line ( 7 ). 5. Wärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Flüssigkeitskühl­ mittelkreisläufe in einem Wärmetauscher (4) integriert sind (Fig. 1).5. Heat exchanger according to claims 1 to 4, characterized in that at least two liquid cooling medium circuits are integrated in a heat exchanger ( 4 ) ( Fig. 1). 6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmetauscher zu einer Kühleinheit zusammengefaßt sind.6. Heat exchanger according to claims 1 to 5, characterized characterized in that several heat exchangers to one Cooling unit are summarized. 7. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Volumenstrom des zu verdampfen­ den Mediums mit Hilfe eines über einen Stellmotor (8) zu be­ tätigendes einphasig durchströmbares Ventil (1) regelbar ist, wobei der Förderdruck für das zu ver­ dampfende Medium 0,5 bis 5 bar, und der durchströmbare Durchmes­ ser des Ventils (1) 0,5* 10-3 bis 5* 10-3 m beträgt, und daß im Wärmetauscher (4) der stati­ sche Innendruck unterhalb 20* 10-3 bar liegt, und daß der Ventilsitz als scharfkantige BORDA-Geometrie ausgebildet ist.7. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the volume flow of the medium to be evaporated can be regulated by means of a servomotor ( 8 ) to be operated single-phase flow valve ( 1 ), the delivery pressure for the medium to be evaporated , 5 to 5 bar, and the flow-through diameter of the valve ( 1 ) is 0.5 * 10 -3 to 5 * 10 -3 m, and that in the heat exchanger ( 4 ) the static internal pressure below 20 * 10 -3 bar lies, and that the valve seat is designed as a sharp-edged BORDA geometry. 8. Wärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als zu verdampfendes Medium Was­ ser verwendet wird.8. Heat exchanger according to claims 1 to 7, characterized characterized in that as the medium to be evaporated What ser is used.
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