Luftwärmetauscher

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Luftwärmetauscher in Luftverteilersystemen mit flexiblen Flächenwärmetauscherelementen, insbesondere für die Anwendung in Flugzeugen. Erfindungsgemäß sind die einzelnen Flächenwärmetauscherelemente untereinander über Stege verbunden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Luftwärmetauschern sowie eine Verwendungen desselben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Luftwärmetauscher in Luftverteilersystemen mit flexiblen Flächenwärmetauscherelementen, insbesondere für die Anwendung in Flugzeugen.

[0002] Zur Erwärmung der Luft werden Heizgeräte in Luftverteilersysteme eingebaut. Aus Sicherheitsgründen sind auf dem Flugzeugsektor Heizelemente mit hohen Oberflächentemperaturen nicht erwünscht. Daher werden dort sogenannte Flächenheizelemente verwendet. Diese können aufgrund ihrer großen Oberfläche trotz niedriger Temperaturen eine hohe Wärmeleistung übertragen. Ziel ist es, eine möglichst große Oberfläche auf kleinem Raum zu installieren, um möglichst viel Wärme übertragen zu können. Die Wärmeleistung soll dabei kontrolliert abgegeben werden und unerlaubte Übertemperaturen sollen vermieden werden. Das wird durch den Einsatz von Sensoren und Sicherungen gewährleistet. Daher sollen die Elemente kostengünstige herstellbar sein und eine möglichst große Leistung bei geringem Gewicht und kleiner Baugröße erzielen.

[0003] Es sind bereits Luftheizgeräte bekannt, die einen Aufbau aufweisen, wie er in der beigefügten Figur 1 gezeigt wurde. Hier sind in einem aufzuheizenden luftführenden Rohr 12 flexible Flächenheizelemente 10 eingesetzt, die im hier dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zueinander angeordnet sind. Hier sind die Flächenheizelemente freistehend in Form von Platten gebildet. Alternativ zu der hier dargestellten Ausführungsvariante können die Flächenheizelemente auch aus koaxial angeordneten Rohren bestehen. Zusätzlich können auch wärmeabnehmende Kühlkörper, beispielsweise in Form von Wärmetauscherlamellen vorgesehen sein.

[0004] Bei diesen vorbekannten Systemen besteht ein sehr hoher Kontaktierungsaufwand, da die einzelnen Flächenheizelemente über Lötstellen, Steckverbindungen und dergleichen miteinander verbunden werden müssen. Hierdurch wird bei der Fertigung derartiger Elemente die Gefahr von Fehlstellen wesentlich vergrößert. Insbesondere bei der Herstellung koaxialer Flächenheizelemente ergibt sich ein wesentlich höherer Montageaufwand im Vergleich zu plattenförmigen Elementen.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Luftwärmetauscher zu schaffen, der vergleichsweise einfacher herzustellen und zu montieren ist.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Luftwärmetauscher mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Demnach werden die einzelnen Flächenwärmetauscherelemente untereinander über Stege miteinander verbunden. Diese Stege selbst sind unbeheizt. In diesen Stegen sind Leiter angeordnet, die die einzelnen Wärmetauscherleiter in den einzelnen Flächen miteinander verbinden. Die Stege dienen nur der mechanischen Verbindung der Flächenwärmetauscherelemente. Die entsprechenden Leiter sind üblicherweise - aber nicht zwingend - elektrische Leiter.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.

[0008] Demnach können die Flächenwärmetauscherelemente in Form, Größe und Wärmetauscherleistung variabel ausgeführt sein. Somit können sie eine wesentlich bessere Ausnutzung des durchströmten Querschnitts der luftführenden Leitung führen.

[0009] So können sie beispielsweise in runden Rohren in bestimmten Bereichen stärker durchströmt werden und damit eine größere Wärmetauscherleistung erbringen.

[0010] Um eine gleichmäßige Oberflächentemperatur der flexiblen Wärmetauscherelemente in Richtung der durchströmten Länge zu bewirken, können diese auch über die Länge mit variabler Leistungsdichte ausgestattet sein. Dadurch kann bei einer vorgegebenen Maximaltemperatur, die nicht überschritten werden darf, eine über die Rohrlänge gleichmäßige Temperatur eingestellt werden.

[0011] Besonders vorteilhaft sind zusätzliche Wärmeübertragungskörper vorgesehen, beispielsweise Platten und/oder Rippen. Die zusätzlichen Wärmeübertragungskörper können gleichzeitig als Träger und als Abstandshalter für die Flächenwärmetauscherelemente dienen.

[0012] Die eingangs genannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird insbesondere auch durch ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Demnach werden die Flächenwärmetauscherelemente zusammen mit den diese verbindenden Stegen als ein einheitliches Element gefertigt.

[0013] Besonders vorteilhafte Verfahrensausgestaltungen ergeben sich aus den sich an den Verfahrensanspruch 8 anschließenden Unteransprüchen. Demnach können die Sensoren oder andere Sicherungen zur Temperaturüberwachung sowie zu diesen führenden Verbindungsleitungen gleich während des Herstellprozesses der Flächenwärmetauscherelemente und der diese verbindenden Stege integriert werden.

[0014] Nach der Herstellung der Flächenwärmetauscherelemente und der Stege jeden Elementes wird dieses in die endgültige Form gebogen. Soweit das Wärmetauscherelement in eine Rohrleitung eingebracht ist, wird dieses dann hinterher in die Rohrleitung eingesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Luftwärmetauschers braucht nicht mehr jedes einzelne Flächenwärmetauscherelement einzeln angeschlossen werden. Vielmehr reicht es aus, das ganze Flächenwärmetauscherelement an die Wärmetauscherfluidleitung anzuschließen.

[0015] Besonders vorteilhaft wird der vorgenannte Luftwärmetauscher als Luftheizgerät, vorzugsweise zur Anwendung in Flugzeugen verwendet.

[0016] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt. Es zeigen:

Fig. 1:

einen teilweise geschnittenen Luftwärmetauscher nach dem Stand der Technik und

Fig. 2:

mehrere Darstellungen eines Teils eines Luftwärmeaustauschers in verschiedenen Bauzuständen entsprechend der vorliegenden Erfindung.

[0017] In den Figuren 2a bis 2c sind die verschiedenen Herstellschritte eines Luftwärmetauschers 20 dargestellt. Dieser besteht zunächst mal aus einer Reihe von Flächenwärmetauscherelementen 10, die jeweils über Stege 14 miteinander verbunden sind. Die Stege 14 sind im Wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut wie die Wärmetauscherelemente 10, die im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel Flächenheizelemente darstellen. Statt entsprechender Flächenheizelemente können diese natürlich auch als Flächenkühlelemente bei Einsatz in einer Klimaanlage ausgebildet sein.

[0018] Die Stege beinhalten in hier nicht dargestellter Art und Weise unbeheizte Leiter, die die Heizleiter der einzelnen flexiblen Wärmetauscherelemente 10 verbinden. Die unbeheizten Stege 14 sind vom Prinzip her gleich aufgebaut wie die einzelnen flexiblen Heizelemente 10, wodurch sie im selben Arbeitsprozess hergestellt werden können. Dadurch ist es möglich, mehrere flexible Heizelemente 10 und die notwendigen unbeheizten Stege 14 in einem Verbund gleichzeitig im selben Prozess herzustellen. Nach dem Herstellprozess in ebener Lage, wie sie in Fig. 2a dargestellt ist, werden die Wärmetauscherelemente 10 um die jeweiligen Stege 14 gebogen, wie dies in Fig. 2b gezeigt ist. Somit ergibt sich ein Paket aus Flächenwärmetauscherelementen, das beispielsweise in eine Rohrleitung eingebracht werden kann.

[0019] Dabei können in vorteilhafter Weise die Flächenwärmetauscherelemente 10, wie es hier nicht näher dargestellt ist, jeweils eine unterschiedliche Breite aufweisen. Dadurch passen sie sich besser an den Rohrinnenraum an. Die flexiblen Flächenwärmetauscherelemente 10 können, wie beispielsweise in der Fig. 2c angedeutet ist, mit Wärmeübertragungskörpern 16 verbunden sein, die die Wärme durch Konvektion an das umströmende Medium, also beispielsweise Luft, abgeben. Zusätzlich können auch noch Wärmeübertragungsrippen vorhanden sein, was in der Fig. 2c nicht zu erkennen ist. Die Kühlkörper, insbesondere in Rippenform können gleichzeitig als Träger der flexiblen Flächenwärmetauscherelemente dienen. Hierdurch ist eine sehr kompakte Bauweise möglich.

Ansprüche

1. Luftwärmetauscher in Luftverteilersystemen mit flexiblen Flächenwärmetauscherelementen, insbesondere für die Anwendung in Flugzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Flächenwärmetauscherelemente untereinander über Stege verbunden sind.

2. Luftwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege aus einem flexiblen, biegbaren Material bestehen.

3. Luftwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege gleich aufgebaut sind wie die Flächenwärmetauscherelemente.

4. Luftwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenwärmetauscherelemente in Form, Größe und Wärmetauscherleistung variabel ausgeführt sind.

5. Luftwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenwärmetauscherelemente eine über ihre Länge variable Wärmetauscherleistung aufweisen, um eine gleichmäßige Oberflächentemperatur in Richtung der durchströmten Länge zu erreichen.

6. Luftwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenwärmetauscherelemente mit zusätzlichen Wärmeübertragungskörpern, vorzugsweise in Platten und/oder Rippenform, verbunden sind.

7. Luftwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenwärmetauscherelemente plattenförmig ausgebildet sind.

8. Luftwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Wärmeübertragungskörper als Träger und als Abstandshalter für die Flächenwärmetauscherelemente dienen.

9. Verfahren zur Herstellung eines Luftwärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenwärmetauscherelemente zusammen mit den diese verbindenden Stegen als ein einheitliches Element gefertigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren zur Temperaturüberwachung sowie ihre Verbindungsleitungen in die Flächenwärmetauscherelemente während des Herstellprozesses integriert werden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenwärmetauscherelemente zunächst zusammen mit den sie verbindenden Stegen eben hergestellt und dann in die endgültige Form gebogen und gegebenenfalls in eine Rohrleitung eingebracht werden.

12. Verwendung eines Luftwärmetauschers nach einem der vorangehenden Ansprüche als Luftheizgerät.

Zeichnung