DE102015100685B4

DE102015100685B4 - Vorrichtung, Schiffsschornstein und Schiff mit einer derartigen Vorrichtung sowie Verfahren zum Abführen von Abgas aus einem Abgassystem

Info

Publication number: DE102015100685B4
Application number: DE102015100685.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Spieker
Original assignee: Fr Luerssen Werft GmbH and Co
Current assignee: Fr Luerssen Werft GmbH and Co
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2035-01-20
Also published as: DE102015100685A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Abführen von Abgas für die Verwendung mit einem Schornstein, insbesondere für die Verwendung mit einem Schiffsschornstein, mit einem Abführkanal (2), welcher mit einem Abgassystem, insbesondere mit einem Abgassystem eines Schiffes verbindbar ist und eine Austrittsöffnung (4) zum Abgeben des Abgases an die Umgebung aufweist, und einer im Bereich der Austrittsöffnung (4) angeordnete Verstelleinrichtung (6), mittels welcher der Strömungsquerschnitt des Abführkanals (2) veränderbar ist, wobei die Verstelleinrichtung (6) ein oder mehrere verstellbare Strömungsleitkörper (8) aufweist und einen Verstellantrieb aufweist, mittels welchem der oder die Strömungsleitkörper (8) verstellbar sind, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, welche den Verstellantrieb abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Energiewandler, insbesondere abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Antriebsmotoren und/oder von dem Lastzustand eines oder mehrerer Ventilatoren, steuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Abgas für die Verwendung mit einem Schornstein, insbesondere für die Verwendung mit einem Schiffsschornstein, mit einem Abführkanal, welcher mit einem Abgassystem, insbesondere mit einem Abgassystem eines Schiffes verbindbar ist und eine Austrittsöffnung zum Abgeben des Abgases an die Umgebung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abführen von Abgas aus einem Abgassystem, insbesondere aus einem Abgassystem eines Schiffes.
Derartige Vorrichtungen und Verfahren finden in verschiedenen Einsatzgebieten Verwendung. Die in Frage kommenden Einsatzgebiete erstrecken sich über all jene Bereiche, in denen gezielt Abgas und/oder Abluft abgeführt werden soll. Dies betrifft unter anderem Anwendungen, bei denen aufgrund der Verwendung von Verbrennungskraftmaschinen kontinuierlich Abgase anfallen. Abzuführende Abluft, wie beispielsweise verunreinigte oder geruchsbelastete Luft, fällt beispielsweise in Küchen und sanitären Anlagen an. Auch in verschiedenen Industriezweigen, wie beispielsweise der Chemieindustrie oder der Energieerzeugung, besteht die Notwendigkeit Abgas und/oder Abluft aus Gebäuden abzuführen.
Ein weiterer Anwendungsbereich derartiger Vorrichtungen und Verfahren ist die Schifffahrt. Auf modernen Schiffen muss das anfallende Abgas der Antriebsmaschinen sowie die an Bord erzeugte Abluft derart abgeführt und an die Umgebung abgegeben werden, dass die Personen an Bord des Schiffes in ihrem Empfinden nicht beeinträchtigt werden. Ferner kann es durch die Einwirkung von Abgasen oder Abluft zu einer Beeinträchtigung der Gesundheit der an Bord befindlichen Personen kommen.
Insbesondere bei Schiffen, jedoch auch in anderen Anwendungsbereichen, besteht die Notwendigkeit anfallendes Abgas und/oder anfallende Abluft bei ständig wechselnden Umgebungseinflüssen, wie beispielsweise einer ständig variierenden Windstärke und/oder Windrichtung, unabhängig von deren Menge derart abführen und an die Umgebung abgeben zu können, dass das Abgas und/oder die Abluft einen bestimmten Bereich, beispielsweise das Deck eines Schiffes, nicht erreicht.
Bekannte Vorrichtungen zum Abführen von Abgas gehen aus den Druckschriften DE 12 03 412 A , DE 32 00 027 A1 und GB 2 023 273 A hervor. Sie verwenden Leitbleche, um die Führung des abzugebenden Abgases derart zu beeinflussen, dass dieses nach Abgabe an die Umgebung bestimmte Bereiche nicht erreicht. Die Geometrie dieser Vorrichtungen ist abhängig von der gewünschten Ausstoßrichtung sowie der notwendigen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zur Erreichung einer Mindestausstoßhöhe.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtungen zum Abführen von Abgas besteht darin, dass diese lediglich für einen Betriebszustand ausgelegt sind. So wird die gewünschte Abgabe des Abgases an die Umgebung lediglich dann optimal erreicht, wenn eine spezielle abzuführende Abgasmenge bzw. ein spezieller abzuführender Abgasstrom, d. h. eine bestimmte, vorzugsweise maximale Strömungsgeschwindigkeit, vorliegt.
In einer Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise beim Abführen von Abgas und/oder Abluft von Bord eines Schiffes, können sich jedoch verschiedene Betriebszustände ergeben. Der Betriebszustand ist dabei unter anderem abhängig von dem Lastzustand der Antriebsmaschinen, da die Menge des abzuführenden Abgases bzw. der abzuführende Abgasstroms sich mit dem Lastzustand der Antriebsmaschine ändert. Ferner können zusätzlich verschiedene Mengen an abzuführender Abluft an Bord eines Schiffes erzeugt werden, beispielsweise in der Kombüse oder den sanitären Anlagen. Außerdem wird die Abgabe der Abluft an die Umgebung durch sich ständig ändernde Wind- und/oder Anströmbedigungen im Bereich eines Schiffsschornsteins beeinflusst.
Bekannte Vorrichtungen sind nicht in der Lage eine Anpassung auf verschiedene Betriebszustände und variierende Umgebungseinflüsse vorzunehmen, sodass ein gewünschtes Abführergebnis mit den bekannten Vorrichtungen oftmals während des tatsächlichen Einsatzes der Vorrichtung nicht erreicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abführen von Abgas anzugeben, welche gegenüber den bekannten Lösungen verbessert sind und die vorstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche ein sicheres Abführen von Abgas weitgehend unabhängig von der Windstärke und Windrichtung auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen gewährleisten und somit in einem definierten Bereich keine störenden Gerüche oder Schadstoffe wahrnehmbar sind.
Die Aufgabe wird in einem ersten Aspekt von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei diese eine im Bereich der Austrittsöffnung angeordnete Verstelleinrichtung aufweist, mittels welcher der Strömungsquerschnitt des Abführkanals veränderbar ist.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass durch eine Veränderung des Strömungsquerschnitts des Abführkanals die Strömungsgeschwindigkeit abhängig von der abzuführenden Abluftmenge bzw. dem abzuführenden Abluftstrom derart einstellbar ist, dass eine gewünschte Ausstoßhöhe bzw. -weite erreicht wird. Durch die Veränderung des Strömungsquerschnitts kann die abzuführende Abluft folglich beschleunigt werden. Durch die Verstelleinrichtung kann alternativ oder zusätzlich ebenfalls eine Veränderung des Strömungsquerschnitts des Abführkanals abhängig von den herrschenden Umgebungsbedingungen, d. h. beispielsweise abhängig von der herrschenden Windstärke und/oder Windrichtung, erfolgen. Somit wird ein zuverlässiges Abführen von Abgas unabhängig von der Windstärke und Windrichtung auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen gewährleistet.
Der Begriff „Abgas” ist derart zu verstehen, dass dieser jegliche Gase und Gasgemische umfasst, welche in den eingangs genannten Anwendungsbereichen derartiger Vorrichtungen abgeführt werden. Insbesondere umfasst der Begriff „Abgas” ebenfalls alle Arten von Abluft.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Strömungsquerschnittsverlauf mittels der Verstelleinrichtung derart einstellbar, dass sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung zumindest abschnittsweise verringert. Vorzugsweise ist der Strömungsquerschnittsverlauf derart einstellbar, dass dieser sich zumindest abschnittsweise stetig oder kontinuierlich verringert. Somit lassen sich abhängig von der Grundform des Abführkanals verschiedene Strömungsquerschnittsverläufe realisieren. Vorzugsweise weist der Abführkanal einen runden, ovalen, mehreckigen oder rechteckigen Querschnitt auf. Durch die Verringerung des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung lassen sich somit beispielsweise im Wesentlichen konisch oder keilförmig zulaufende Abführkanäle einstellen. Der Strömungsquerschnittsverlauf ist vorzugsweise derart einstellbar, dass sich im Abführkanal eine gerichtete oder nahezu gerichtete Strömung ausbildet. Hierdurch lässt sich eine Strömung erzeugen, deren Strömungseigenschaften ohne Weiteres berechnet werden können. Dies führt zu einer verbesserten Vorhersagbarkeit des Strömungsverhaltens des abzuführenden Abgases nach Austritt aus der Austrittsöffnung des Abführkanals.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Strömungsquerschnittsverlauf zumindest abschnittsweise zwischen einem ersten maximal geöffneten Strömungsquerschnittsverlauf und einem zweiten maximal verengten Strömungsquerschnittsverlauf mittels der Verstelleinrichtung mehrstufig oder stufenlos einstellbar. Der maximal geöffnete Strömungsquerschnittsverlauf erlaubt die Abfuhr der maximal anfallenden Abgasmenge einerseits und führt zu einem geeigneten Ausstoß des Abgases andererseits. Der maximal verengte Strömungsquerschnittsverlauf erlaubt den gewünschten Ausstoß der Abluft bis zu einer Minimalabgasmenge bzw. einem Minimalabgasstrom. Die mehrstufige oder stufenlose Einstellbarkeit des Strömungsquerschnittsverlaufs erlaubt einen optimalen Ausstoß des abzuführenden Abgases für eine Vielzahl von Betriebszuständen und/oder bei einer Vielzahl von verschiedenen äußeren Umgebungseinflüssen. Durch die mehrstufige oder stufenlose Einstellbarkeit des Strömungsquerschnittsverlaufs lässt sich auch die Strömungsgeschwindigkeit des abzuführenden Abgases im Bereich der Austrittsöffnung mehrstufig bzw. stufenlos einstellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Verstelleinrichtung einen oder mehrere verstellbare Strömungsleitkörper auf. Die Strömungsleitkörper beeinflussen die Strömungsrichtung sowie die Strömungsgeschwindigkeit des abzuführenden Abgases. Durch die Verstellung bzw. Ausrichtung des einen oder der mehreren Strömungsleitkörper lassen sich verschiedene Strömungsquerschnittsverläufe einstellen. Insbesondere sind die Strömungsleitkörper direkt oder indirekt miteinander gekoppelt, sodass eine Verstellung eines Strömungsleitkörpers zu einer Verstellung mindestens eines weiteren Strömungsleitkörpers führt. Vorzugsweise weisen die Strömungsleitkörper eine Länge auf, welche um einen Faktor von mindestens 5, besonders bevorzugt um einen Faktor von mindestens 7 länger ist als die maximale Breite der Austrittsöffnung. Durch ein derartiges Größen- bzw. Längenverhältnis wird die Bildung einer gerichteten oder nahezu gerichteten Strömung begünstigt.
Besonders bevorzugt ist eine Vorrichtung, bei welcher der eine oder die mehreren Strömungsleitkörper als Strömungsleitplatten oder Strömungsleitbleche ausgebildet sind. Vorzugsweise weist der eine oder die mehreren Strömungsleitkörper eine flache oder gebogene Körperform auf. Alternativ oder zusätzlich kann der eine Strömungsleitkörper bzw. können die mehreren Strömungsleitkörper rechteckig oder trapezförmig ausgebildet sein. Das Material sowie die Geometrie des einen oder der mehreren Strömungsleitkörper ist abhängig von dem Einsatzzweck und der restlichen Konstruktion der Vorrichtung sowie von der Form des Schornsteins, mit welchem die Vorrichtung verwendet werden soll. Der eine oder die mehreren Strömungsleitkörper sowie alle weiteren Komponenten der Vorrichtung sind vorzugsweise aus hitzebeständigen Materialien ausgebildet, da die abzuführenden Abgase oftmals hohe Temperaturen erreichen können. Insbesondere ist der Einsatz von Stahlblechen bevorzugt.
Die Vorrichtung wird ferner dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass der eine oder die mehreren Strömungsleitkörper derart schwenkbar innerhalb des Abführkanals angelenkt sind, dass durch ein Verschwenken des einen oder der mehreren Strömungsleitkörper der Strömungsquerschnittsverlauf des Abführkanals zumindest abschnittsweise veränderbar ist. Vorzugsweise ist jeder Strömungsleitkörper an seinem der Austrittsöffnung abgewandten Ende derart innerhalb des Abführkanals angelenkt, dass dieser im Wesentlichen mit der Austrittsöffnung abschließt. Durch die Verschwenkbarkeit der Strömungsleitkörper innerhalb des Abführkanals lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine kontinuierliche Veränderung des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung des abzuführenden Abgases realisieren. Die Strömungsleitkörper sind vorzugsweise im Außenbereich des Abführkanals angelenkt und in Richtung einer Mittelachse des Abführkanals verschwenkbar. Die Anlenkung der Strömungsleitkörper erfolgt vorzugsweise mittels Scharnierelementen. Ein bündiges Abschließen der Strömungsleitkörper mit der Austrittsöffnung des Abführkanals erlaubt es, dass die entlang der Strömungsleitkörper ausgebildete gerichtete oder nahezu gerichtete Strömung des abzuführenden Abgases bis zum Austritt aus der Austrittsöffnung beibehalten wird. Die Erzeugung von Strömungsturbulenzen wird somit vermieden oder zumindest verringert. Ferner kann durch den bündigen Abschluss der Strömungsleitkörper mit der Austrittsöffnung die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Bereich der Austrittsöffnung sehr genau eingestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Verstelleinrichtung einen elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder manuell betätigbaren Verstellantrieb auf, mittels welchem der oder die Strömungsleitkörper verstellbar sind. Vorzugsweise ist ein Strömungsleitkörper, sind mehrere Strömungsleitkörper oder alle Strömungsleitkörper mit dem Verstellantrieb gekoppelt. Durch die Verwendung eines separaten Verstellantriebs und die Kopplung der Strömungsleitkörper mit diesem, lässt sich der erforderliche Strömungsquerschnitt oder der erforderliche Strömungsquerschnittsverlauf besonders einfach und schnell einstellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird ferner durch eine Steuerungseinrichtung vorteilhaft weitergebildet, welche den Verstellantrieb abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Energiewandler, insbesondere abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Antriebsmotoren und/oder von dem Lastzustand eines oder mehrerer Ventilatoren, steuert. Vorzugsweise wird hierzu der Lastzustand des einen oder der mehreren Energiewandler kontinuierlich überwacht oder in regelmäßigen Zeitabständen ermittelt oder abgefragt. Aus dem Lastzustand des einen oder der mehreren Energiewandler lässt sich die abzuführende Abgasmenge bzw. der abzuführende Abgasstrom bestimmen. Abhängig von der abzuführenden Abgasmenge bzw. dem abzuführenden Abgasstrom kann somit der Strömungsquerschnitt oder der Strömungsquerschnittsverlauf der Verstelleinrichtung eingestellt werden, sodass im Bereich der Austrittsöffnung eine geeignete Strömungsgeschwindigkeit vorliegt, aus welcher der gewünschte Ausstoß des Abgases resultiert. Die Energiewandler können dabei Antriebsmotoren, beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen eines Schiffes, oder Ventilatoren, welche beispielsweise in der Kombüse oder im Bereich der sanitären Anlagen eines Schiffes angeordnet sind, sein. Die Steuerungseinrichtung berechnet vorzugsweise aus den zur Verfügung stehenden Lastzustandssignalen einen geeigneten Strömungsquerschnitt oder einen geeigneten Strömungsquerschnittsverlauf und stellt dem Verstellantrieb ein geeignetes Signal zur Verfügung, damit dieser Strömungsquerschnitt bzw. Strömungsquerschnittsverlauf von dem Verstellantrieb eingestellt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen einem Strömungsleitkörper, mehreren Strömungsleitkörpern oder allen Strömungsleitkörpern und einem drehbaren Verstellring eine erste Verstellstrebe schwenkbar angelenkt. Der drehbare Verstellring ist vorzugsweise um eine im Wesentlichen vertikale Drehachse drehbar. Ferner ist zwischen einem Strömungsleitkörper, mehreren Strömungsleitkörpern oder allen Strömungsleitkörpern und einer festen Struktur eine zweite Verstellstrebe schwenkbar angelenkt. Die Strömungsleitkörper bilden zusammen mit den ersten und zweiten Verstellstreben sowie dem drehbaren Verstellring und der ortsfesten Struktur einen Verstellmechanismus aus, welcher es erlaubt gewünschte Strömungsquerschnitte und Strömungsquerschnittsverläufe lediglich durch eine Drehung des drehbaren Verstellrings einzustellen. Die Drehung des drehbaren Verstellrings führt dabei vorzugsweise zu einer Verschwenkung eines Strömungsleitkörpers, mehrerer Strömungsleitkörper oder aller Strömungsleitkörper, sodass zu einer Veränderung des Strömungsquerschnitts bzw. des Strömungsquerschnittsverlaufs kommt. Die Verstellstreben sind vorzugsweise über Scharnierelemente mit den Strömungsleitkörpern verbunden. Die Verbindung der Verstellstreben mit dem drehbaren Verstellring bzw. der ortsfesten Struktur erfolgt vorzugsweise ebenfalls mittels Scharnierelementen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Verstellantrieb mit dem Verstellring gekoppelt und der Verstellring ist mittels des Verstellantriebs drehbar. Der Verstellantrieb kann beispielsweise als Linearantrieb ausgebildet sein, dessen translatorische Bewegung mittels eines geeigneten Übertragungsmittels, beispielsweise einer Strebe oder Stange, zu einer Drehbewegung des drehbaren Verstellrings führt. Vorzugsweise erlauben der Verstellantrieb sowie die Kopplung des Verstellantriebs mit dem Verstellring eine mehrstufig oder stufenlos einstellbare Drehung des drehbaren Verstellrings. Somit kann eine mehrstufige oder stufenlose Einstellung der Strömungsleitkörper und somit auch des Strömungsquerschnitts bzw. des Strömungsquerschnittsverlaufs erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Strömungsleitkörper, sind mehrere Strömungsleitkörper oder alle Strömungsleitkörper jeweils mit mindestens einem Federelement gekoppelt, wobei mittels jedes Federelements eine Druckkraft auf eine Innenbewandung des Schornsteins und auf den jeweiligen Strömungsleitkörper aufbringbar ist. Die Federelemente können als Druckfedern ausgebildet sein. Durch die Verwendung von Federelementen ist es möglich, dass nicht alle Strömungsleitkörper mit dem drehbaren Verstellring gekoppelt sein müssen. Vielmehr ist es durch eine geeignete Kopplung der Strömungsleitkörper untereinander sowie den Einsatz von Federelementen möglich, eine Verstellung aller Strömungsleitkörper zu erreichen, obwohl lediglich ein Strömungsleitkörper oder mehrere, jedoch nicht alle Strömungsleitkörper mit dem drehbaren Verstellring und somit mit dem Verstellantrieb verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird ferner dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die mit dem Verstellring verbundenen Strömungsleitkörper und die mit einem Federelement gekoppelten Strömungsleitkörper zusammen einen Abführkanal ausbilden, welcher mehrstufig oder stufenlos zwischen einer im Wesentlichen zylindrischen Form und einer im Wesentlichen in Strömungsrichtung zulaufenden konischen Form veränderbar ist. Die zylindrische bzw. konische Form kann in bestimmten Ausführungsformen jedoch nicht vollständig erreicht werden. Unter einer im Wesentlichen zylindrischen bzw. konischen Form ist vielmehr auch eine Form zu verstehen, die eine Vielzahl von Kanten aufweist, deren Gesamtgeometrie jedoch an die eines Zylinders bzw. eines Konus angenähert ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch einen Schiffsschornstein mit einer Vorrichtung zum Abführen von Abgas aus einem Abgassystem eines Schiffes gelöst, wobei die Vorrichtung nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile eines derartigen Schiffsschornsteins wird auf die vorstehend beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abführen von Abgas verwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiffsschornsteins weist die Vorrichtung zum Abführen von Abgas mehrere schwenkbare Strömungsleitkörper auf, welche jeweils eine im Wesentlichen horizontale Schwenkachse aufweisen und/oder mehrstufig oder stufenlos zwischen einer ersten Schwenkstellung und einer zweiten Schwenkstellung verschwenkbar sind. In der ersten Schwenkstellung verläuft der eine Strömungsleitkörper oder verlaufen die mehreren Strömungsleitkörper im Wesentlichen parallel zu einem Abschnitt einer Innenbewandung des Schiffsschornsteins. In der zweiten Schwenkstellung verläuft der eine Strömungsleitkörper oder verlaufen die mehreren Strömungsleitkörper geneigt gegenüber dem Abschnitt der Innenbewandung.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Schiff mit einer Vorrichtung zum Abführen von Abgas gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform oder mit einem Schiffsschornstein gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform gelöst.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Verfahren eine Vorrichtung zum Abführen von Abgas, insbesondere eine vorstehend beschriebene Ausführungsform einer Vorrichtung zum Abführen von Abgas verwendet. Das Verfahren umfasst die Schritte:

– Erfassen eines Lastzustands eines oder mehrerer Energiewandler, insbesondere eines oder mehrerer Antriebsmotoren des Schiffs und/oder eines oder mehrerer Ventilatoren; und
– Ändern eines Strömungsquerschnitts eines Abführkanals der Vorrichtung zum Abführen von Abgas abhängig von dem erfassten Lastzustand.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird ferner durch mindestens einen der folgenden Schritte weitergebildet:

– Beschleunigen des abzuführenden Abgases;
– Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des abzuführenden Abgases.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Ändern des Strömungsquerschnitts des Abführkanals der Vorrichtung abhängig von dem erfassten Lastzustand mittels einer Verstelleinrichtung und einer Steuerungseinrichtung und umfasst mindestens einen der folgenden Schritte:

– Bewegen, vorzugsweise Verschwenken von einer oder mehreren Strömungsleitkörpern mittels der Verstelleinrichtung, wobei die Strömungsleitkörper vorzugsweise zumindest abschnittsweise innerhalb des Abführkanals angeordnet sind;
– Einstellen eines Strömungsquerschnittsverlaufs mittels der Verstelleinrichtung, bei welchem sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung zumindest abschnittsweise verringert, vorzugsweise konstant verringert;
– Steuern der Verstelleinrichtung mittels eines Verstellantriebs und der Steuerungseinrichtung.

Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ebenso auf die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abführen von Abgas verwiesen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand von Abbildungen im Einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei sich die schwenkbaren Strömungsleitkörper in einer ersten Schwenkstellung befinden;
2 die Vorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht:
3 die Vorrichtung aus 1 in einer Draufsicht;
4 die Vorrichtung aus 1, wobei sich die schwenkbaren Strömungsleitkörper in einer zweiten Schwenkstellung befinden;
5 die Vorrichtung aus 4 in einer Seitenansicht;
6 die Vorrichtung aus 4 in einer Draufsicht;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
9 die Vorrichtung aus 8 in einer Draufsicht; und
10 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schiffsschornsteins in einer Schnittdarstellung.
Gemäß 1 weist die Vorrichtung 1 zum Abführen von Abgas einen Abführkanal 2 auf, welcher mit einem Abgassystem eines Schiffes verbindbar ist. Ferner weist der Abführkanal 2 eine Austrittsöffnung 4 auf, durch welche das abzuführende Abgas an die Umgebung abgegeben wird. Mittels einer Verstelleinrichtung 6 lässt sich der Strömungsquerschnittsverlauf des Abführkanals 2 verändern. In der dargestellten ersten Schwenkstellung sind die im Wesentlichen flachen und rechteckig ausgebildeten Strömungsleitkörper derart ausgerichtet, dass der Abführkanal 2 eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Die Strömungsleitkörper 8 sind als hitzebeständige Strömungsleitbleche ausgebildet und an ihrem der Austrittsöffnung 4 abgewandten Ende 10 mittels Scharnierelementen schwenkbar an einem Anlenkring 11 befestigt.
Die Strömungsleitkörper 8 sind derart dimensioniert und an dem Anlenkring befestigt, dass die Strömungsleitkörper 8 im Wesentlichen plan mit der Austrittsöffnung 4 abschließen. Jeder zweite Strömungsleitkörper 8 ist an seinem der Austrittsöffnung 4 zugewandten Ende über ein Scharnierelement mit einer erster Verstellstrebe 18 und einer zweiten Verstellstrebe 22 verbunden. Die erste Verstellstrebe 18 und die zweite Verstellstrebe 20 sind schwenkbar an dem jeweiligen Strömungsleitkörper 8 befestigt. Jede erste Verstellstrebe 18 ist ebenfalls gelenkig mit einer ortsfesten Struktur 20 verbunden. Jede zweite Verstellstrebe 22 ist gelenkig mit einem äußeren drehbaren Verstellring 16 verbunden. Die Strömungsleitkörper 8, welche nicht über erste und zweite Verstellstreben 18, 22 mit dem drehbaren Verstellring 16 gekoppelt sind, weisen als Druckfedern ausgebildete Federelemente 24 auf. Diese Federelemente 24 sind ausgebildet, um nach Einsatz bzw. Einbau der Vorrichtung in einen Schiffsschornstein eine Druckkraft sowohl auf die Innenbewandung des Schiffsschornsteins als auch auf den jeweiligen Strömungsleitkörper 8 auszuüben. Die mit einem Federelement 24 ausgestatteten Strömungsleitkörper 8 werden folglich stets in Richtung der Mittelachse der gesamten Vorrichtung 1 gedrückt.
Die Verstelleinrichtung 6 bildet somit einen Verstellmechanismus aus, welcher es erlaubt durch eine Drehung des drehbaren Verstellrings 16 eine Veränderung des Strömungsquerschnittsverlaufs des Abführkanals 2 herbeizuführen. Die Veränderung des Strömungsquerschnittsverlaufs wird durch die Neigung der einzelnen Strömungsleitkörper 8 bedingt. Durch die ersten und zweiten Verstellstreben 18, 22 kommt es bei einer Drehung des drehbaren Verstellrings 16 zu einem Verschwenken der mit den ersten und zweiten Verstellstreben 18, 22 gekoppelten Strömungsleitkörpern 8 in Richtung der Mittelachse. Die Strömungsleitkörper 8, welche nicht direkt mit dem drehbaren Verstellring 16 gekoppelt sind, folgen aufgrund der von den Federelementen 24 ausgeübten Druckkraft den bereits verschwenkten Strömungsleitkörpern 8 in Richtung der Mittelachse.
Nicht dargestellt ist der Verstellantrieb der Verstelleinrichtung, mittels welchem die Strömungsleitkörper 8 verstellbar sind. Der Verstellantrieb kann ein elektrischer, pneumatischer, hydraulischer oder manuell betätigbarer Antrieb sein. Insbesondere kommt als Verstellantrieb ein Linearantrieb in Frage, welcher über ein geeignetes Übertragungsmittel, beispielsweise über eine Stange oder eine Strebe mit dem drehbaren Verstellring 16 verbunden ist. Die Verstelleinrichtung 6 weist ferner eine Steuerungseinrichtung (nicht dargestellt) auf, welche den Verstellantrieb abhängig vom Lastzustand eines oder mehrerer Energiewandler steuert.
2 zeigt die Vorrichtung 1 aus 1 in einer Seitenansicht. In dieser Darstellung wird deutlich, dass der Abführkanal in der ersten Schwenkstellung der Strömungsleitkörper 8 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Die einzelnen Strömungsleitkörper 8 sind lediglich minimal gegenüber einer Vertikalen geneigt. Die Strömungsleitkörper 8, welche über erste und zweite Verstellstreben (verdeckt) mit dem drehbaren Verstellring 16 verbunden sind, werden von den Strömungsleitkörpern 8, welche nicht über erste und zweite Verstellstreben mit dem drehbaren Verstellring 16 verbunden sind, sondern ein Federelement 24 aufweisen, abschnittsweise umgeben. Durch diese Anordnung der einzelnen Strömungsleitkörper 8 zueinander, wird beim Verschwenken der mit dem drehbaren Verstellring 16 verbundenen Strömungsleitkörper 8 in Richtung der Mittelachse eine Schwenkbewegung der nicht mit dem drehbaren Verstellring 16 verbundenen Strömungsleitkörper 8 ermöglicht. Diese Schwenkbewegung wird aufgrund der Federelemente 24 auch unmittelbar ausgeführt.
Gemäß 3 umgibt der drehbare Verstellring 16 die ortsfeste Struktur 20. Jeder zweite Strömungsleitkörper 8 ist über eine erste Verstellstrebe 18 mit der ortsfesten Struktur 20 gelenkig verbunden. Ferner ist jeder Strömungsleitkörper 8, welcher bereits über eine erste Verstellstrebe 18 mit der ortsfesten Struktur 20 verbunden ist, ebenfalls über eine zweite Verstellstrebe 22 an dem drehbaren Verstellring 16 angelenkt. Durch die gelenkige Befestigung der ersten und zweiten Verstellstreben 18, 22 und dadurch, dass die einzelnen Strömungsleitkörper 8 an ihrer der Austrittsöffnung 4 abgewandten Seite gelenkig befestigt sind, kann durch eine Drehung des drehbaren Verstellrings 16 eine Anstellung der Strömungsleitkörper 8 erfolgen. Da der drehbare Verstellring 16 stufenlos einstellbar ist, lassen sich ebenfalls die Strömungsleitkörper 8 stufenlos anstellen. Es ist folglich möglich, den Strömungsquerschnittsverlauf des Abführkanals stufenlos zu verändern.
4 bis 6 zeigen die Vorrichtung 1 aus 1, wobei die Strömungsleitkörper 8 sich in einer zweiten Schwenkstellung befinden. Aufgrund der veränderten Stellung der Strömungsleitkörper 8 ist auch der Strömungsquerschnittsverlauf des Abführkanals 22 verändert. Der Abführkanal 2 ist in dem dargestellten Zustand der Vorrichtung 1 im Wesentlichen konisch in Strömungsrichtung zulaufend ausgebildet. Somit Isst sich eintretendes Abgas beschleunigen, wodurch eine größere Ausstoßhöhe erreicht werden kann. Die Verstellung der Strömungsleitkörper 8 von der ersten Schwenkposition in die zweite Schwenkposition erfolgt durch eine Drehung des drehbaren Verstellrings 16 in eine Drehrichtung 17a. Mittels einer Drehung des drehbaren Verstellrings 16 in die entgegengesetzte Drehrichtung 17b sind die Strömungsleitkörper 8 zurück in die erste Schwenkstellung bringbar. Durch die Verschwenkung der Strömungsleitkörper 8 in Richtung der Mittelachse ist es ebenfalls zu einer Zustandsänderung der als Druckfedern ausgebildeten Federelemente 24 gekommen, welche an den Strömungsleitkörpern 8 befestigt sind, welche nicht über erste und zweite Verstellstreben 18, 22 mit dem drehbaren Verstellring 16 verbunden sind. Die Federelemente 24 haben aufgrund der Aufbringung einer Druckkraft auf die Innenbewandung des Schornsteins (nicht dargestellt) die Strömungsleitkörper 8 dazu veranlasst sich ebenfalls in Richtung der Mittelachse zu verschwenken.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Abführen von Abgas. Die Vorrichtung 1 umfasst lediglich ein einzelnen Strömungsleitkörper 8, welcher schwenkbar um die Schwenkachse 12 an einer Bewandung befestigt ist. Der Strömungsleitkörper 8 ist derart dimensioniert und innerhalb des Abführkanals 2 angelenkt, dass er im Wesentlichen bündig mit der Austrittsöffnung 4 abschließt. Neben dem schwenkbar angelenkten Strömungsleitkörper 8 umfasst die Verstelleinrichtung 6 dieser Ausführungsform ebenfalls die Verstellstrebe 22'. Mittels der Verstellstrebe 22' lässt sich der Strömungsleitkörper 8 stufenlos zwischen einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung und einer Grenzneigungsstellung verschwenken. Durch das Verschwenken des Strömungsleitkörpers 8 wird ebenfalls der Strömungsquerschnittsverlauf des Abführkanals 2 verändert. Somit lassen sich abhängig von der abzuführenden Menge des Abgases bzw. des abzuführenden Abgasstroms verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten einstellen, sodass eine gewünschte Ausstoßhöhe der Abluft erreicht werden kann. Das abzuführende Abgas wird durch den geneigten Strömungsleitkörper in Strömungsrichtung beschleunigt und nimmt im Bereich der maximalen Verengung des Strömungsquerschnitts eine Maximalströmungsgeschwindigkeit an. Der Bereich der maximalen Verengung liegt üblicherweise im Bereich der Austrittsöffnung 4. Der Abführkanal ist im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Der Strömungsleitkörper 8 ist als plane, längliche und rechteckige Strömungsleitplatte ausgebildet.
8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel aus 7 abgerundete Komponenten aufweist. Der Strömungsleitkörper 8 ist als gebogenes Strömungsleitblech ausgebildet und um die Schwenkachse 12 schwenkbar an einer Bewandung befestigt. Die Bewandung weißt ebenfalls gebogene Abschnitte auf, sodass die verschiedenen Strömungsquerschnitte eine im Wesentlichen ovale Form aufweisen. Die Auslenkung bzw. Verschwenkung des Strömungsleitkörpers 8 erfolgt in gleicher Weise wie in dem Ausführungsbeispiel aus 7 mittels einer Verstellstrebe 22'.
10 zeigt einen Schiffsschornstein 100, welcher eine Vorrichtung 1 zum Abführen von Abgas aufweist. Der Aufbau der Vorrichtung 1 entspricht dem Aufbau der in 1 dargestellten Vorrichtung. Aufgrund der Schnittdarstellung ist erkennbar, dass die Federelemente 24 eine Druckkraft auf die Innenbewandung 14 des Schornsteins 100 ausüben. Durch die erzeugte Druckkraft kommt es bei Verdrehung des drehbaren Verstellrings 16 in bereits erläuterter Weise auch zur Auslenkung der Strömungsleitkörper 8, welche nicht direkt über erste und zweite Verstellstreben 18, 22 mit dem Verstellring 16 verbunden sind.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Abführen von Abgas
2: Abführkanal
4: Austrittsöffnung
6: Verstelleinrichtung
7: Strömungsrichtung
8: Strömungsleitkörper
10: Ende eines Strömungsleitkörpers, welches der Austrittsöffnung abgewandt ist
11: Anlenkring
12: Schwenkachse
14: Innenbewandung
16: Verstellring
17a, 17b: Drehrichtungen
18: erste Verstellstrebe
20: ortsfeste Struktur
22, 22': zweite Verstellstrebe
24: Federelement
100: Schiffsschornstein

Claims

Vorrichtung (1) zum Abführen von Abgas für die Verwendung mit einem Schornstein, insbesondere für die Verwendung mit einem Schiffsschornstein, mit einem Abführkanal (2), welcher mit einem Abgassystem, insbesondere mit einem Abgassystem eines Schiffes verbindbar ist und eine Austrittsöffnung (4) zum Abgeben des Abgases an die Umgebung aufweist, und einer im Bereich der Austrittsöffnung (4) angeordnete Verstelleinrichtung (6), mittels welcher der Strömungsquerschnitt des Abführkanals (2) veränderbar ist, wobei die Verstelleinrichtung (6) ein oder mehrere verstellbare Strömungsleitkörper (8) aufweist und einen Verstellantrieb aufweist, mittels welchem der oder die Strömungsleitkörper (8) verstellbar sind, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, welche den Verstellantrieb abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Energiewandler, insbesondere abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Antriebsmotoren und/oder von dem Lastzustand eines oder mehrerer Ventilatoren, steuert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Verstelleinrichtung (6) der Strömungsquerschnittsverlauf derart einstellbar ist, dass sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung (7) zumindest abschnittsweise verringert, vorzugsweise stetig verringert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Verstelleinrichtung (6) der Strömungsquerschnittsverlauf zumindest abschnittsweise zwischen einem ersten maximal geöffneten Strömungsquerschnittsverlauf und einem zweiten maximal verengten Strömungsquerschnittsverlauf mehrstufig oder stufenlos einstellbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Strömungsleitkörper (8) als Strömungsleitplatten oder Strömungsleitbleche ausgebildet sind und vorzugsweise eine flache oder gebogene Körperform aufweisen und/oder rechteckig oder trapezförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Strömungsleitkörper (8) derart schwenkbar innerhalb des Abführkanals (2) angelenkt sind, dass durch ein Verschwenken des einen oder der mehreren Strömungsleitkörper (8) der Strömungsquerschnittsverlauf des Abführkanals (2) zumindest abschnittsweise veränderbar ist, vorzugsweise jeder Strömungsleitkörper (8) an seinem der Austrittsöffnung (4) abgewandten Ende (10) derart innerhalb des Abführkanals (2) angelenkt ist dass dieser im Wesentlichen mit der Austrittsöffnung (4) abschließt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren schwenkbaren Strömungsleitkörper (8) jeweils eine im Wesentlichen horizontale Schwenkachse (12) aufweisen und/oder jeweils mehrstufig oder stufenlos zwischen einer ersten Schwenkstellung und einer zweiten Schwenkstellung schwenkbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb ein elektrischer, pneumatischer, hydraulischer oder manuell betätigbarer Verstellantrieb ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Strömungsleitkörper (8), mehreren Strömungsleitkörpern (8) oder allen Strömungsleitkörpern (8) und einem drehbaren Verstellring (16), welcher vorzugsweise um eine im Wesentlichen vertikale Drehachse drehbar ist, eine erste Verstellstrebe (18) schwenkbar angelenkt ist, und dass zwischen einem Strömungsleitkörper (8), mehreren Strömungsleitkörpern (8) oder allen Strömungsleitkörpern (8) und einer ortsfesten Struktur (20) eine zweite Verstellstrebe (22) schwenkbar angelenkt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb mit dem Verstellring (16) gekoppelt ist und mittels des Verstellantriebs der Verstellring (16) drehbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsleitkörper (8), mehrere Strömungsleitkörper (8) oder alle Strömungsleitkörper (8) jeweils mit mindestens einem Federelement (24), insbesondere einer Druckfeder gekoppelt sind, wobei mittels jedes Federelements (24) eine Druckkraft auf eine Innenbewandung (14) des Schornsteins und auf den jeweiligen Strömungsleitkörper (8) aufbringbar ist.
Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Verstellring (16) verbundenen Strömungsleitkörper (8) und die mit einem Federelement (24) gekoppelten Strömungsleitkörper (8) zusammen einen Abführkanal (2) ausbilden, welcher mehrstufig oder stufenlos zwischen einer im Wesentlichen zylindrischen Form und einer im Wesentlichen zulaufenden konischen Form veränderbar ist.
Schiffsschornstein (100) mit einer Vorrichtung (1) zum Abführen von Abgas aus einem Abgassystem eines Schiffes, wobei die Vorrichtung (1) umfasst: einen Abführkanal (2), welcher mit einem Abgassystem des Schiffes verbindbar ist und eine Austrittsöffnung (4) zum Abgeben des Abgases an die Umgebung und eine im Bereich der Austrittsöffnung (4) angeordnete Verstelleinrichtung (6), mittels welcher der Strömungsquerschnitt des Abführkanals (2) veränderbar ist.
Schiffsschornstein (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (6) ein oder mehrere verstellbare Strömungsleitkörper (8) aufweist.
Schiffsschornstein (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (6) einen Verstellantrieb aufweist, mittels welchem der oder die Strömungsleitkörper (8) verstellbar sind.
Schiffsschornstein (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Steuerungseinrichtung aufweist, welche den Verstellantrieb abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Energiewandler, insbesondere abhängig von dem Lastzustand eines oder mehrerer Antriebsmotoren und/oder von dem Lastzustand eines oder mehrerer Ventilatoren, steuert.
Schiffsschornstein (100) mit einer Vorrichtung (1) zum Abführen von Abgas aus einem Abgassystem eines Schiffes, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
Schiffsschornstein (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Vorrichtung (1) mindestens nach Anspruch 6 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren schwenkbaren Strömungsleitkörper (8) in der ersten Schwenkstellung im Wesentlichen parallel zu einem Abschnitt einer Innenbewandung (14) des Schiffsschornsteins (100) verlaufen und in der zweiten Schwenkstellung geneigt gegenüber dem Abschnitt der Innenbewandung (14) verlaufen.
Schiff mit einer Vorrichtung (1) zum Abführen von Abgas nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder mit einem Schiffsschornstein (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 17.
Verfahren zum Abführen von Abgas aus einem Abgassystem, insbesondere aus einem Abgassystem eines Schiffes, mittels einer Vorrichtung (1) zum Abführen von Abgas, insbesondere mittels einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den Schritten: Erfassen eines Lastzustandes eines oder mehrerer Energiewandler, insbesondere eines oder mehrerer Antriebsmotoren des Schiffes und/oder eines oder mehrerer Ventilatoren, Ändern eines Strömungsquerschnitts eines Abführkanals (2) der Vorrichtung (1) abhängig von dem erfassten Lastzustand.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch mindestens einen der Schritte: Beschleunigen des abzuführenden Abgases; Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des abzuführenden Abgases.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern des Strömungsquerschnitts des Abführkanals (2) der Vorrichtung (1) abhängig von dem erfassten Lastzustand mittels einer Versteileinrichtung (6) und einer Steuerungseinrichtung erfolgt und mindestens einen der folgenden Schritte umfasst: Bewegen, vorzugsweise Verschwenken von einer oder mehreren Strömungsleitkörpern (8) mittels der Verstelleinrichtung (6), wobei die Strömungsleitkörper (8) vorzugsweise zumindest abschnittsweise innerhalb des Abführkanals (2) angeordnet sind; Einstellen eines Strömungsquerschnittsverlaufs mittels der Verstelleinrichtung (6), bei welchem sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung (7) zumindest abschnittsweise verringert, vorzugsweise konstant verringert; Steuern der Verstelleinrichtung (6) mittels eines Verstellantriebs und der Steuerungseinrichtung.