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Verdampfungskühlanlage für Brennkraftmaschinen in Flugzeugen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Verdampfungskühlanlage für Brennkraftmaschinen in
Flugzeugen, wobei in bekannter Weise ein nur Flüssigkeit fördernder Wälzkreislauf
und ein über einen Kondensator geführter Dampf- bzw. Kondensatkreislauf vorhanden
ist. Die Kühlung erfolgt dabei derart, daß die Kühlflüssigkeit, die nicht nur Wasser,
sondern auch z. B. Öl u. dgl. sein kann, kurz nach dem Austritt aus dem Kühlmantel
der Brennkraftmaschine durch eine Drosselvorrichtung geleitet wind, hinter der ein
unter niedrigerem Druck als im Kühlmantel stehender- Entspanner angeordnet ist.
In diesem wird ein Teil des Kühlmittels, der mit hoher Temperatur und etwas Überdruck
aus dem Kühlmantel kommt, verdampft. Dabei wird gleichzeitig die Temperatur des
verdampften Kühlmittels herabgesetzt. Der größte Teil des Kühlmittels, der nun vom
Dampf befreit ist und sich dabei abgekühlt hat, fließt, ohne zu verdampfen, zum
Einlaufrohr des Kühlmantels zurück. Der Dampf strömt in den Kondensator, wo ihm
die gesamte Verdampfungswärme entzogen wird. Das Kondensat fließt zu einem Sammler,
von dem aus es durch eine Fördervorrichtung, z. B. eine Pumpe, zum Kühlmitteleinlauf
gefördert wind, wo es. sich mit dem aus dem Entspanner kommenden Teil mischt und
diesen noch weiter abkühlt. Eine solche Kühlanlage ist zwar für ortsfeste Anlagen
ohne weiteres brauchbar., nicht aber für solche, die im Betrieb ihre Lage im Raum
stark ändern, insbesondere also nicht für Flugzeuge, die Sturzflüge, Rückenflüge,
Abrutschen über den Flügel usw. auszuführen haben: Eine Kühlanlage der oben beschriebenen
Art würde z. B. beim Rückenflug eines Flugzeuges unwirksam werden. Denn der Verdampfer
und der Kondensator würden sich mit der Kühlflüssigkeit füllen, während der Kühlmantel
der Brennkraftmaschine zum Verdampfungsraum würde.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch vermieden, daß neben dem in
der normalen Lage des Flugzeuges wirksamen Entspanner an der tiefsten Stelle der
Flüssigkeitsrückleitung ein besonderer zweiter Entspanner angeordnet oder aus der
Rückleitung selbst ausgebildet wird, der durch eine besondere Leitung mit der vom
Entspanner zum Kondensator führenden Dampfleitung verbunden ist. Neben .der vom
Kondensator zum Sammler führenden Kondensatleitung ist weiter eine zweite zum Sammler
führende Kondensatleitung vorgesehen, die an eine mit dem in der Normallage des
Flugzeuges höchsten Punkt des Kondensators .verbundene zusätzliche Kondensatpumpe
angeschlossen ist.
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Die Kühlflüssigkeit gelangt zuerst zu einem vorn über dem Motor befindlichen
Verdampfer, wobei das Rückläufrohr für den
Flüssigkeitsrest vom
Verdampfer aus unmittelbar nach unten zum Eintrittsstutzen der Brennkraftmaschine
geleitet wird. Für den Rückenflug wird dieses Rücklaufrohr .in, der Nähe des Kühlwassereinlaufs
zu einen: Hilfsverdampfer erweitert, so daß sich beim Rückenflug dieser Hilfsverdampfer
oben be-, findet. Der Dampf wird vom Hilfsverdampfer aus dem Kondensator zugeführt,
der sich ebenfalls in Rückenlage befindet und für den daher in den meisten Fällen
besondere Austrittsöffnungen für das Kondensat beim Rückenflug vorhanden sein müssen.
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Der Sammler für das Kondensat, der dieses einerseits wieder dem Kühlmantel
zuzuführen, andererseits die mitgeführte Luft auszuscheiden hat, ist für den Rückenflug
so aufgehängt, daß die Kondensatpumpe immer unterhalb des .Flüssigkeitsspiegels
liegt. Der Sammler kann z. B. schwenkbar oder kardanisch aufgehängt sein. Die Zuführung
des Kondensats, die Ableitung der Kühlflüssigkeif, außerdem auch die Zuführung von
zum Antrieb der Fördervorrichtungen (Flüssigkeits- und Luftpumpen) nötiger Kraft
muß in diesem Falle durch -die Aufhängevorrichtung erfolgen. Nur in besonderen Fällen,
in denen beliebig wiederholte Drehungen der Maschine um 36o° nicht vorkommen, kann
die Zuführung durch Schlauch bzw. Kabel gewählt werden. Da die Fördervorrichtung
im Sammler meistens nur die kondensierte Flüssigkeit in den Kühlmantel drücken kann,
in Rückenlage das Kondensat aber nicht aus dem Kondensator anzusaugen vermag, ist
zweckmäßig die zusätzliche Fördervorrichtung zwischen Kondensator und Sammler so
ausgebildet, daß sie sich in der Rückenlage des Flugzeuges von selbst einschaltet.
Die schwenkbare Anordnung des Sammlers, die Fördervorrichtung für das Kondensat
können nicht nur für Maschinen, die auch in Rückenlage arbeiten müssen, sondern
auch für Flugzeuge, die nur für schräge Lagen in Betracht kommen, verwendet werden.
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Mit der Kondensatpumpe ist eine Luftpumpe verbunden, die den Verdampfungsdruck
erzeugt und außerdem etwaige Luft absaugt. Diese Luftpumpe kann mit einer Vorrichtung
versehen werden, die ein Unterschreiten des Verdampfungsdruckes verhindert und die
Einhaltung dieses Druckes regelt.
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Das Druckgefälle, das die Verdampfung herbeiführt, kann im Überdruck-
oder im Unterdruckgebiet liegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Kühlmantel
ein Druck von etwas über i at - -im Verdampfer und im Kondensator ist jedoch ein
wesentlich niedrigerer Druck, z. B. 1/2 at - eingehalten wird. Bei diesem Vakuum
verdampft die Kühlflüssigkeit schon bei viel niedrigerer Temperatur, so daß die
Kühlwirkung besonders gut ist.
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Für die Regelung der Temperatur im Kondensator kann man eine Abdeckvorrichtung
::für den Kondensator anordnen. Diese Abdeckvorrichtung kann durch irgendwelche
Hilfsmaschinen, z. B. durch den Druck des Schmieröls, betätigt werden. Die Steuerung
dieser Betätigungsvorrichtung erfolgt am besten durch .den Kondensatordruck, z.
B. durch einen Membranregler, dessen eine Seite mit dem Innenraum des Kondensators
in Verbindung steht und der auf ein Ventil in der Schmierölleitung, auf einen elektrischen
Widerstand zur Steuerung einer Hilfsmaschine usw. wirkt.
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Für die Drosselvorrichtung kommen in erster Linie Ventile in Frage,
es können jedoch auch Düsen oder ähnliche Mittel, die zur Drosselung geeignet sind,
verwendet wenden.
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In besonderen Fällen, z. B. bei großen Maschinenleistungen, die einen
sehr großen Kondensator erfordern würden, bei kurzzeitiger, sehr hoher Beanspruchung
der Maschinen oder bei Zerstörung eines Teiles des Kondensators, z. B. durch Schußverletzung,
kann man zur Erhöhung der Kühlwirkung einen oder mehrere Verdichter anordnen, welche
die Temperatur des aus dem Entspanner kommenden Dampfes erhöhen und daher eine Verringerung
der Kühlfläche des Kondensators ermöglichen. Diese Einrichtung kann besonders bei
Flugzeugen mit sehr starken Brennkraftmaschinen ständig vorhanden und in Betrieb
sein, da in diesen Flugzeugen keine entsprechend große Kühlfläche untergebracht
werden kann, sie kann aber auch als Reserve neben die vom Entspanner zum Kondensator
führende Leitung geschaltet sein und nur dann in Betrieb gesetzt werden, wenn entweder
ein Teil des Kondensators z. B. durch Schußverletzung verlorengeht oder wenn z.
B. bei Flugzeugen im Steigflug eine kurzzeitige, besonders hohe Leistung der Brennkraftmaschinen
und dadurch eine stärkere Wirkung des Kühlers erforderlich ist. Der oder die Verdichter
können durch eine Abgasturbine oder eine von einer solchen angetriebene elektrische
Maschine betrieben werden; es kann aber auch in besonderen Fällen angebracht sein,
den Verdichter von der Hauptmaschine anzutreiben.
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In der Zeichnung ist in Abb. i eine schematische Übersicht über die
Anlage gemäß der Erfindung dargestellt.
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Die zu kühlende Brennkraftmaschine ist mit a bezeichnet. Das Kühlmittel
gelangt durch eine Drosselvorrichtung b in den Entspanner c, von dem aus der Rest
der Kühllüssigkeit
durch das Rü cklaufrohr d zu der an der Brennkraftmaschine
zur Aufrechterhaltung des Kühlmittelumlaufs dienenden Pumpe e gelangt. Der im Entspanner
ausgeschiedene und zu kühlende Dampf geht durch ein Rückschlagv entil f in den Kondensattif
g: Das Kondensat läuft durch die Leitung h in den Sammler i und wird dort durch
eine Pumpe k der Hauptpumpe e und damit dem Kühlkreislauf zugeführt. Zwischen dem
Rückschlagventil f und dem Kondensator g ist eine Abzweigung zu einem Verdichter
l mit Antriebsmaschine m vorgesehen. Je nachdem, ob eines oder beide der in der
Zweigleitung oder im Hauptstrang vorgesehenen Ventilen oder ?i geöffnet sind, wird
der Dampf nicht oder mehr oder weniger auf höheren Druck und höhere Temperatur gebracht.
Der bei einem Flugzeug dem Luftstrom ausgesetzte Kondensator muß je nach Außentemperatur,
Höhe usw. mehr oder weniger abgedeckt werden. Da Druck und Temperatur im Kondensator
immer gleichbleibend gehalten werden sollen, ist die Abdeckung mit einer Betätigung
versehen, die vom Kondensatordruck gesteuert wird. Der Druckregler o wirkt durch
ein Gestänge auf ein Ventil p, das mehr oder weniger Druckflüssigkeit auf einen
Kolben q wirken läßt, der die Abdeckklappe r, die auch durch eine Einziehv orrichtung
u. dgl. ersetzt werden kann, öffnet oder schließt. Für die Erzeugung des Unterdrucks
in der Dampf- und Kondensatanlage ist eine Luftpumpe s in den Sammler i eingebaut,
die für die Aufrechterhaltung des Unterdrucks sorgt.
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Damit die Anlage auch dann noch in Ordnung ist, wenn sie um z8o° in
der senkrechten Ebene gedreht wird, besitzt das Rücklaufrohr d eine Erweiterung
t, die als Entspanner wirkt, wenn der eigentliche Entspanner c nach der Umkehrung
voll Kühlmittel ist. Das Rückschlagventil f schließt sich dabei, und das Rohr d
dient dann als Zuleitung zum Entspanner t. Für diesen Fall sind noch besondere Leitungen
u und u' nötig, die den zusätzlichen Entspanner t und den Sammler i mit dem Kreislauf
verbinden und die in der Abbildung gestrichelt gezeichnet sind. Die Verdampfung
findet im Hilfsentspanner t statt. Die Drosselvorrichtung bleibt an der ursprünglichen
Stelle wirksam. Der Dampf wird durch die Leitung 2t dem Kondensator g zugeführt.
Dieser besitzt am Ausgang zur Kondensatleitung u eine Pumpe v,
die das Kondensat
zum Sammler i hochdrückt, dessen Druckpumpe k nicht zum Hochsaugen des Kondensates
geeignet ist. Der Sammler ist um das Lager zu, das auch zur Zuführung und Ableitung
von Kondensat und der Kraftzuführung dient, schwenkbar.