DD219053A3 - Vorrichtung zum ausstoss von abluft bzw. abgas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strahlapparate mit Treibstrahlduese, Mischkammer und ggf. Diffusor und betrifft sowohl eine Vorrichtung der Lufttechnik als auch eine Vorrichtung der Abgastechnik von Gasturbinen bzw. Verbrennungsmotoren. Waehrend sie im ersten Fall das Ziel hat, auszustossende Abluft bzw. Abgase zu verduennen, also durch Konzentrationsabsenkung effektiv schaedlicher bzw. belaestigender Bestandteile Umweltbelastungen zu vermeiden, hat sie im zweiten Fall das Ziel, die Kuehlung von Abgas- bzw. Auspuffrohren durch Umgebungsluft zu verbessern, wodurch im militaerischen Bereich eine Infrarotortung verhindert werden kann. Die stehende Aufgabe der Verbesserung des Foerderwirkungsgrades modifizierter Ejektoren wird dadurch geloest, dass mittels perforierter Mischkammer Sekundaerluft angesaugt wird. Diese Massnahme bedingt neben dem stofflichen Gewinn an Foerderleistung eine Verminderung wirkungsgradbeeinflussender Stossverluste sowie eine Verringerung der Verdichtungsarbeit.

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zum Ausstoß von Abluft bzw· Abgas

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowohl zum Ausstoß von bevorzugt künstlich geförderter, atmosphärisch auszustoßender Abluft bzw· Abgase als auch zur Kühlung von Abgasrohren, insbesondere Abgas/Auspuff-Rohren militärischer Luft-, Wasser- und Landfahrzeuge, durch Umgebungsluft.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein üblich, Abluft und Abgas so in die Atmosphäre auszustoßen, daß möglichst geringe Belästigungen der Umwelt oder sonstige Beeinträchtigungen durch toxische, nichttoxische oder anderweitig störende Bestandteile eintreten· Diesem Anliegen wird üblicherweise durch entsprechende Anordnung des Ausstoßquerschnittes nachgekommen, ' Die Anordnung erfolgt so, daß die natürliche Verdünnung auf Grund atmosphärischer Durchmischuiigs- bzw. Diffusionsvorgänge möglichst optimal wirksam werden kann (z. B. große Ausstoßhöhe).

Dieae übliche Vorgehensweise hat den Nachteil,, daß man stets von den jeweils herrschenden natürlichen atmosphärischen Bedingungen abhängig ist. Naturgemäß treten dabei Gefährdun-gen oder anderweitige Beeinträchtigungen .im engeren Umkreis dea Ausstoßquer-¹ schnittes auf, ganz besonders dann, wenn größere Dichte- und Zähigkeitsdifferenzen'zur Atmosphäre vorliegen. Kommen hierzu mangelhafte atmosphärische'Aus-' gleichsvorgänge, kann ea durch aträhnig schwadige Ausbreitung der Abgase bzw. der Abluft seibat .in großer Entfernung zu örtlich gefährlichen Immissionen· kommen.

Bekannte Vorrichtungen, wie. beispielsweise das. .Blasrohr bei Dampflokomotiven, dienen lediglich der Verstärkung, eines geringen natürlichen Schornsteinzuges»

Der bekannte Körting-Saugkopf, der durch Windausnutzung'. zur Verbesserung eines Schornsteinzuges beträgt, erreicht wohl nebenbei eine gewisse Verringerung von Emissionakonzentrationen, ist aber wiederum Von atmosphärischen Gegebenheiten abhängig und entfaltet seine Wirksamkeit gerade dann, wenn auf Grund günstiger atmosphärischer Ausgleichsvorgänge gar keine/bzw. nur bedingte Veranlassung dazu vorliegt.

Der Hebeneffekt der Abgasverdünnung wird sowohl bei der Motorkühlung des bekannten luftgekühlten Tatra-Rennwagens mittels auspuffgetriebenem Ejektor, bei einer in der DE-OS 25 59 442 offenbarten Kühlvorrichtung für einen Kraftfahrzeugmotor^ als auch durch eine in der DD-PS ,43 367 beschriebene Einrichtung'-zur-'Beschleunigung, der Ansaugluft bei Verbrennungskraftmaschinen mittels gezielter Ausnutzung der Druck/Strömungsenergie des Auszustoßenden erreicht.

!Teuere Entwicklungen gehen jedoch ver dem atmosphärischen Ausstoß von der gezielten Mischung des Abgas/ Abluftstromes mit Umgebungsluft aus. .

Daß dabei auf das¹ in vielfältigen Bereichen der Technik angewandte Ejektorprinzip zurückgegriffen wird, ist infolge der dem Fachmann hinlänglich bekannten Vorteile dieser Vorrichtungen mehr als erklärlich.

Beispielsweise wird in der,DD-OS 28 21 358 eine Vorrichtung zur Dispersion von Abgasen nach dein Ejektorprinzip beschrieben, die jedoch druckgasbetrieben i3t.

Eine in der DB-OS 26 07 712 offenbarte.Abluftmischhaube ". nutzt die (geförderte) Abluft als Treibstrahl, saugt über einen durch Kamin und Ablufthaube begrenzten Ringquerschnitt Frischluft an, vermischt Abluft und Frisch- luft bei. der gemeinsamen Passage.der Haube und erreicht so, daß beim Austritt aus der Haubenöffnung Schadstoffkonzentrationen bereits wesentlich herabgesetzt sind.

•Eine prinzipiell ähnliche Lösung, jedoch unter teilweiser-Verwendung von Zusatzenergie wird in der JDE-OS 26 47 mit einem Verfahren für den lufthygienischen Abzug von Rauch aus einer Rauch- oder Gasabzugsleitung, wie''Kamin oder Schornstein etc., und Anlage zur Ausführung des Verfahrens beschrieben. Der &abei gegenüber der vergleichsweise einfachen Abluftmischhaube getriebene hohe technische Aufwand macht sich dadurch erforderlich, daß angeführter Rauch eine wesentlich höhere Zähigkeit als die beizumischende Luft besitzt und damit- eine weitaus diffizilere Mischäufgäbe ansteht.

Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Mischverfahren kann ea andererseits unerwünscht sein, daß sich Primär- Abgasstrahl und angesaugte Frischluft mischen.

¹ &M Sm

Eine Vorrichtung dieser Art, deren Wirkungsweise natürlich hochgradig davon abhängt, daß ein wesentlicher Viskositätsunterschied zwischen Treibendem und Angesaugtem vorhanden ist* wird in der BE-OS 30 10 598 offenbart. Das beschriebene, durch Umgebungsluft gekühlte Abgasrohr erschwert im militärischen Bereich ganz wesentlich das Erkennen solcher Objekte, deren warme Abgas/Auspuff-Rohre eine sichere Infrarotortung ermöglichen. ,

Die Kühlung übernimmt hierbei einfach dem Ejektorprinzip am Anfang des Abgasrohres angesaugter Frischluftstrom, der jedoch über die Eohrlänge hinweg nicht mit dem treibenden Abgasstrom vermischt wird und somit das Abgasrohr kühlend abschirmt.

Da sich die natürlich vorhandene Mischzone zwischen dem Kernstrahl des Primärstrahles und des Sekundärstrahles kegelförmig erweitert,.kann, selbst bei Erweiterung des Abgasrohres, eine gewisse Erwärmung im Endbereich desselben nicht vermieden werden. Erfindungsgemäß muß dem durch Zusatzinstallation eines Sperrluftsystems an der Innenwandung des Abgasrohr-Endes abgeholfen werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es nun, die Wirkung bekannter Ausstoßvorrichtungen

- sowohl in Bezug auf ihre konzentrationsabsenkende -Wirkung bei' gezielter Mischung von Treibendem und Angesaugtem,

- als auch in Bezug auf ihre Kühlwirkung bei gezielter Mchtvermischung von Treibendem und Angesaugtem

zu verbessern.

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Darlegung des Wesens der Erfindung .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Torrichtung zu schaffen, mit der die Emissionskonzentration gesenkt und die Kühlung von Abgasrohren durch Umgebungsluft verbessert wird, .

Erfindungsgemäß wird der erste Teil der Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung, bestehend aus einem Mantelteil, das in Ausströmrichtung achsgleich über dem Ende des Abluft/Abgasrohres bzw. einer düsenartigen Einziehung angeordnet ist, und damit einen Ejektor zur Zumischung· von Umgebungsluft bildet, so über die Länge des Mischrohres zur Sekundärluftansaugung perforiert wird, daß die freie Fläche das 0,1 bis 0,25-fache des laischrohrquerschnittes beträgt; für.den.Sonderfall der Bohrung ist ein Durchmesser zwischen 0,03 bis 0,05 des Misch-, rohrdurchmessers einzuhalten, die Verteilung hat gleichr mäßig über die zweite Hälfte des Mischrohres zu erfolgen. . Es hat sich allgemein als günstig erwiesen, das Flächenverhältnis Mantelrohr zu.Austrittsquerschnitt Abluft/Abgas zwischen 2 und 10 zu wählen, wobei.die axiale Länge des Mischrohres, je nach Flächenverhältnis, 1,5 bis 4 mal Mischrohrdurchmesser zu wählen ist, bekanntermaßen sollte das Mantelrohr, eine konische Ansaugerweiterung besitzen und kann mit Abgangsdiffusor versehen sein.

Der zweite Teil der Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß so gelöst, daß eine Vorrichtung, bestehend aus einem Mantelteil, das in Ausströmrichtung achsgleich

über dem Enuc des,Abluft/Abgasrohres bzw. einer düsen- artigen Einziehung angeordnet ist und damit einen Schleppejektor mit Ansaugung von Umgebungsluft bildet, so im Endbereich des Mischrohres zur Sekundärluftansaugung perforiert wird, daß die freie Fläche das 0,1 bis 0,2-fache des Mischrohrquerschnittes beträgt; für den Sonderfall der Bohrung ist ein Durchmesser zwischen 0,02 und 0,04 des Mischrohrdurchmessers einzuhalten, die Verteilung erfolgt auf 0,2 bis 1,0 mal Mischkammerdurchmesser Länge am Ende des Mantelrohres. Bekanntermaßen sollte das flächenverhältnis Kantelrohr zu Austrittsquerschnitt Abluft/Abgas 1,5 bis 5» das Verhältnis Mischkammerlänge zu Mischkammerdurchmesser 1 bis 5 betragen.

i ' . . . . . Bs ist darauf hinzuweisen, daß das gesamte Mantelrohr in diesem Falle,, trotz unter Umständen diffusorartiger Erweiterung, als Mischkammer/Mischrohr im Sinne klassischer Strahlförderer aufzufassen ist. Wie bekannt, sollte der Ansaugquerschnitt konisch erweitert werden, ebenso wie das Mantelrohr bei Veranlassung, zwecks Vermeidung des A.nlegens der Kern- > strömung, diffuso rartig auslaufen sollte.

Ausführungsbeispiel

Ausführungsbeispiela der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, und sie werden im Folgenden weiter beschrieben· ^x

Es zeigen . .

Figur 1 eine erste Ausstoßvorrichtung zur Verdünnung atmosphärisch als Strahl auszustoßender Abluft/Abgase

Figur 2 eine zweite Ausstoßvorrichtung zur Verdünnung atmosphärisch auszustoßender Abluft/Abgase in Form einer Fortlufthaube

Figur 3 eine erste Ausführungsform eines durch umgebungsluft gekühlten Abgas/Auspuffrohres für großen Viskositätsunterschied der Abgase zur ^; Umgebungsluft

Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines durch Umgebungsluft gekühlten Abgas/Auspuffrohres für geringe Visko-sitätsunterschie de der Abgase zur Umgebungsluft·

Durch das Abluft-/Abgas-/Auspuffrohr 1, von dem nur der Erdbereich dargestellt ist, werden die Abluft, das Abgas bzw. die Auspuffgase ausgestoßen; für den Pail anspruchsvollerer Abluft-/AbgasVerdünnung 1st das freie Ende 2 als Treihstrahldüse 2^! ausgebildet»

Das freie,Ende 2, 2' ist achsgleich von einem Mantel-' teil 3, 3', 3'' umgeben. Das zylindrische Mantelteil 3, 3', 3'' besitzt einen konisch erweiterten Einlauf 3', kann auf der Abgangsseite eine diffusorartige Erweiterung 3'' besitzen, die im Zusammenwirken' mit der Anordnung eines Daches 5 eine fortlufthaubenähnliche Ausführung ergibt, und ist mit Durchgangsbohrungen 4 versehen.

Das Mantelteil 3, 3', 3" umgreift das freie Ende 2, 2« des Abluft-/Abgas-/Auspuffrohres 1 so, daß auf diese Weise ein Ejektor gebildet wird, der über den vom freien Ende 2, 2' des Abluft-ZAbgas-ZAuspuffrohres 1 und dem Einlauf 3' begrenzten Ringquerschnitt Umgebungsluft ansaugen kann.

Im Falle der Anordnung gemäß Figur 1 und 2 werden Abgase bzw. Abluft intensiv mit der angesaugten Umgebungsluft gemischt und damit verdünnt. Über die Durchgangsbohr.ungen 4 wird die Verdünnung weitergeführt, einmal materiell durch die zusätzlich angesaugte Sekundärluft , als auch durch die gegenüber bekannten, Anordnungen erhöhte Saugleistung an Primärluft. Der atmosphärische Ausstoß der verdünnten Abluft/Abgase kann als. Strahl entsprechend Figur 1 oder nach dem Prinzip der Fortlufthaube entsprechend Figur 2 erfolgen. ' '

Im Falle der Anordnung gemäß Figur 3 und 4 bilden die aus dem Abgas/Auspuffrohr 1 ausgestoßenen Abgase, infolge -erhöhter -Temperatur weit höherviskos als die

angesaugte kalte, Umgebungsluft, einen Kernstrahl, der sich nur zögernd und räumlich begrenzt mit der angesaugten Umgebungsluft mischt. Diese Mischungszone, deren Temperatur zwischen der.der Abgase im Kernstrahl und der der angesaugten Umgebungsluft.liegt, erweitert sich nach Maßgabe der angedeuteten Visko.aitätsdifferenz kegelförmig in Strahlrichtung. Man kann jedoch gewährleisten, bei geringer werdendem. Viakositätsunterschied durch'diffusorartige Erweiterung 3'', daß sich diese Mischzone mittlerer Temperatur nicht an das Mantelrohr 3, 3¹, 3'' anlegen kann, also erreichen, daß ein Teil der angesaugten Umgebungsluft das'Mantelrohr 3, 3', 3^ft auf der Gesamtlänge kühlend abschirmt. Gewisse Schwierigkeiten im Endbereich des Mantelrohres 3, 3' bzw. der diffusorartigen Erweiterung 3'', die infolge Verwirbelung icr Abströmbereich doch zu.einer gewissen' Erwärmung führen, werden durch S&undärluftansäugung Über die Durchgangsbohrungen 4 weitestgehend abgestellt.

Mt dem erfindungagemäßen Prinzip ist es also im ersten Falle möglich, mit geringem technischen Aufwand eine Verdünnung auszustoßender Abluft bzw. Abgase, gleichbedeutend einer Senkung bestimmter Emissionskonzentrationen, durchzuführen.

Bei Verdünnungsaufgaben von Abluft muß beispielsweise bis etwa zur Hälfte einer Ursprungskonzentration kein zusätzlicher lüftungstechnischer Aufwand getrieben werden, da der Widerstandsbeiwert der erfindungsgemäßen Vorrichtung kleiner als der landläufiger Portluftköpfe ist. . . Größerer Konzentrationsabbau, um beim Beispiel Abluft zu bleiben, läßt sich vorteilhaft durch Erhöhung des

er . . / Luftdruckes erzielen, wobei besonders vorteilhaft ist, daß'selbst unter Beibehaltung vorhandener Abluftsysteme keine Änderung raumklimatischer Gegebenheiten eintritt.

Im zweiten Falle können durch Uingebungsluft gekühlte Abgas/Auapuffrohre, insbesondere Schiffsschornsteine,. Auspuffrohre von Panzern/ Hubschraubern o.a., ohne zusätzlichen Aufwand auch im gefährdeten Endbererch auf so niedriger Temperatur gehalten werden, daß sie nicht-, mittels Infrarotortung ausgemacht werden können.

Bekanntermaßen tritt außerdem durch Verminderung des Gegendruckes' für die Antriebsmaschine eine Wirkungsgradverbesserung derselben auf; besonders Gasturbinenwirkungsgrade sind stark gegendruckabhängig.

Claims (7)

Srfindungsanspruch

1. Vorrichtung zum Ausstoß von Abluft bzw· Abgas'mit Mischung bzw· ^entmischung eines künstlich geförderten, bevorzugt atmosphärisch auszustoßenden Abluft/Abgasströmes mit Umgebungsluft, bestehend aus einem Mantelteil, das in Strömungsrichtung achsgleich so über dem Ende eines Abluft/Abgasrohres angeordnet ist, daß ein Ejektor mit Umgebungsluft-Ansaugung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der.Mischkammer mit Burchgangsbohrungen (4) versehen ist.

2. Vorrichtung zur Mischung eines Abluft/Abgasstromes mit Umgebungsluft nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Fläche der Durchgangsbohrungen (4). das 0,1 bis 0,25-fache des Querschnitts des Mischrohres beträgt.

3· Vorrichtung nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, 'daß der Durchmesser der Bohrungen (4) das 0,03 bis 0,05-fache des Durchmessers des Mischrohres beträgt·

4· Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (4) in der zweiten Hälfte der Mischkammer gleichmäßig verteilt angeordnet sindo

5. Vorrichtung zur Hichtmischung eines Abluft/Abgasstromes mit Umgebungsluft' nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Pläche der Durchgangsbohrungen (4) das 0,1 bis 0,2-fache des Querschnittes 'des Mantelrohres (3) beträgt· .

6. Vorrichtung nach den Punkten 1 und 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der !Durchmesser der Bohrungen (4) das 0,02 bis 0,04-fache des Durchmessers des Mantelrohres (3) beträgt,

7· Vorrichtung nach den Punkten 1, 5 und,6, dadurch _: gekennzeichnet, daß die Bohrungen (4) auf der 0,2 bis 1,0-fachen Länge des Durchmessers des Mischrohres am Ende des Mantelrohres (3, 3^lf) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

Hierzu Λ 3eite zeichnungen^