DE3010598C2

DE3010598C2 - Durch Umgebungsluft gekühltes Abgasrohr

Info

Publication number: DE3010598C2
Application number: DE3010598A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) 3510 Hann Münden Stäger; Rudolf Dipl.-Ing. 3400 Göttingen Wulf
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1980-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1984-05-24
Also published as: DE3168236D1; EP0036643B1; US4638632A; DE3010598A1; EP0036643A1; EP0036643B2

Abstract

Die Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Anionen- und Kationen-Austauschermembranen eines Membranstapels für die Elektrodialyse umschließen einen netzförmigen Abstandshalter für die dort zur Anlage kommenden Membranen. Um bei diesen Rahmen die netzförmigen Abstandshalter sicher in ihrer Lage zu halten, ohne dabei die Dicke der Dichtungsrahmen zu vergrößern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Ränder (1a) des netzförmigen Abstandshalters (1) auf einen die Dicke des Rahmens (3) unterschreitenden Wert komprimiert in den aus Kunststoff bestehenden Rahmen (3) so einzuformen, daß die Dicke des in der Kammer liegenden nichtkomprimierten Teiles des Abstandshalters (1) im wesentlichen mit der Dicke des mit linienförmigen Dichtungen (10-16) versehenen Dichtrahmens entspricht. Auf diese Weise entstehen sehr dünne Dichtrahmen mit einer Dicke von etwa 1,0 mm, so daß sich der Wirkungsgrad eines Elektrodialyse-Gerätes von vorgegebenem Volumen erheblich vergrößert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein durch Umgebungsluft gekühltes Abgasrohr, insbesondere Schiffsschornstein, Auspuffrohr von Panzern, Hubschraubern o. dgl., zur Abfuhr von heißen Abgasen von Antriebsmaschinen, insbes. Motoren,Turbinen o. dgl.

Beim Betrieb von Antriebsmaschinen entstehen notwendigerweise heiße Abgase, die durch ein Abgasrohr an die Umgebung angegeben werden müssen. Diese heißen Abgase heizen dabei auch das Abgasrohr selbst auf. Da derartige Abgasrohre in der Regel aus Metall bestehen, nehmen auch die freien Endbereiche der Abgasrohre, die an sich von der Umgebungsluft gekühlt werden, eine beachtliche Temperatur an. Zusätzlich läßt es sich nicht vermeiden, daß von den Antriebsmaschinen her Ruß- und Verkokungsteilchen mit dem Abgas abgeführt werden, die sich an Ecken und Kanten, auch im Bereich des freien Endes des Abgasrohres an der Wandung ansetzen und dort nachglühen. Im militärischen Bereich ist es bekannt, die Infrarotortung von solchen - heißen Stellen an Abgasrohren dazu einzusetzen, um die betreffenden Objekte zu erkennen und zu orten. Durch diese Infrarotortung können insbes. Schiffsschornsteine leicht ausgemacht werden, weil die freien Enden der dort verwendeten Abgasrohre eine beachtliche Temperatur, etwa in der Größenordnung von 400 bis 500⁰C annehmen. Diese Temperaturen werden teilweise bei ungünstigen Windrichtungen noch überschritten, also wenn die Fahrtrichtung des Schiffes und die Windrichtung so ungünstig zueinanderliegen, daß die Abgasströmung im Abgasrohr nach einer Seite hin an die Wandung im Austrittsbereich angedrückt wird. Dies kommt insbes. dann vor, wenn ein Schiffsschornstein starkem

ι > Querwind ausgesetzt ist

Bei Schiffsschornsteinen wird üblicherweise eine Verkleidung des Schornsteines durchgeführt Die Verkleidung erstreckt sich um den Schornstein herum und bis in eine gewisse Höhe relativ zum freien Ende d^s Abgasrohres. Durch diese Verkleidung wird aber die Kühlung des eigentlichen Abgasrohres infolge Umgebungsluft wesentlich verschlechtert Unter einem bestimmten Einblickwinkel ist daher ein solches Schiff von einem Flugkörper immer noch zu orten. Bei Panzern und Hubschraubern liegen die Auspuffrohre ohne Ummantelung in der Umgebungsluft, so daß hier eine Kühlung eintritt. Andererseits besteht aber damit die Gefahr, daß das Abgasrohr selbst heiß wird und auf einer größeren Länge für die Ortung frei zugänglich ist

Aus der DE-PS 5 99 457 ist ein Abgasrohr der eingangs beschriebenen Art bekannt, welches im Bereich seines freien Endes und darüber hinaus in Ausströmrichtung von mehreren hintereinandergeschachtelt angeordneten Trichtern umgeben ist. Hiermit soll bezweckt werden, frische Luft anzusaugen und dadurch den Vortrieb einer mit einem derartigen Strahlapparat ausgerüsteten Rakete zu erhöhen. Der die Gasdüse umgebende Trichter wirkt wie ein Ejektor, d. h. er saugt mit Hilfe des Gasstrahls als treibende Kraft Frischluft an, die die erwünschte Kühlung der Gasdüse abringt. Die einzelnen Trichter sind zunächst leitend über Schwanzflossen mit der Abgasdüse verbunden und sollen dann während des Fluges abgestoßen werden. Für die Erschwerung einer Infrarotortung von Abgasrohren enthält dieser Strahlapparat keine Hinweise.

Die DE-OS 15 76 781 zeigt eine Abgasanlage für Panzerfahrzeuge, die dazu dient, das Orten, also das Wahrnehmen mit dem Auge, der heißen Abgase bzw. abgasführenden Teile, zu erschweren. Es wird ein Kühlluftgeblase eingesetzt, dessen Luft mit den heißen Abgasen innig vermischt wird, so daß die Temperatur des so gebildeten Mischgasstromes herabgesetzt ist. Die Abgasrohre selbst befinden sich in der Umgebungsluft und werden die Temperatur des Abgases annehmen, so daß ein solcher Panzer mit einem Infrarotortungsgerät ideal zu erkennen ist.

Die DE-PS 8 09 497 zeigt einen Auspuffkopf für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, der von einem trichterförmigen Profilrohr umgeben ist. der dazu dienen soll, den Fahrtwind aufzufangen, um auf diese Weise den statischen Druck am Ende des Abgasrohres zu erniedrigen und damit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Verbrennungsmaschine beizutragen. Selbst wenn sich der Fahrtwind mit einer nennenswerten Wirkung in der angestrebten Richtung einfangen ließe, findet auch hier eine Durchwirbelung und Abkühlung der Auspuffgase statt, wobei sich die Mischungszone an die Innenwandung des das Abgasrohr umgebenden Rohres

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anlegt und dieses entsprechend aufheizt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Infrarotortung des Abgasrohres der eingangs beschriebenen Art stark zu erschweren und dabei keine oder möglichst wenig zusätzliche Energie aufzuwenden.

Erfind ungsgemäß wird dies dadurch erreicht^daß der Durchmesser und die Länge des Mantelteils so aufeinander abgestimmt sind, daß damit der Einblickwinkel eines Infrarotortungsgerätes auf das Ende des Abgasrohres verkleinert wird, und daß der Durchmesser des Mantelteils über seine gesamte Länge derart größer als der Durchmesser des Abgasrohres ist, daß- sich weder die heißen Abgase des KernstrahJes noch die Mischungszone an der Innenwandung des Mantelteils anlegen können. Damit wird zur Lösung der gestellten Aufgabe auch in diesem Bereich der Technik erstmals ein Ejektor eingesetzt, der jedoch nicht so sehr die Aufgabe hat das Ende des Abgasrohres oder die Abgase selbst zu kühlen, sondern der dazu dient, zum einen den Einblickwinkcl eines Infrarotortungsgerätes auf das Ende des Abgasrohrcs zu verkleinern und zum anderen der. Mafiteltei! kühl zu halten. Da der Mantelteil das freie Ende des Abgasrohres sowie darüber h'-iaus abdeckt, ist er es, der von einem Infrarotortungsgerät in größerer Entfernung, als es dem Einblickwinkel entspricht, wahrgenommen wird. Dieser Mantelteil des EjektoFs ist nun so konstruiert und ausgelegt, daß auch die Mischungszone die Grenzschicht an seiner Innenwandung nicht erreicht. Der Manielteil bleibt also kühl. Dabei wird durch die angesaugte Umgebungsluft das freie Ende des Mantelteils auf eine Temperatur gekühlt, die unter 100⁰C liegt. Durch den Einsatz des Ejektors erübrigt sich auch die etwaige Verwendung von zusätzlichen Gebläsen. Damit wird auch Gewicht sowie Antriebsenergie eingespart. Der Mantelteil des Ejektors wird so ausgebildet, daß die Kühle Umgebungsluft möglichst verlustfrei zuströmen kann, also insbes. mit einem sich entgegen der Einlaufrichtung der zuzumischenden Umgebungsluft erweiternden Querschnitt.

Der Mantelteil kann im Anschluß an den Einlauf zylindrisch odt. sich in Strömlingsrichtung erweiternd ausgebildet sein. Die Erweiterung erweist sich in strömungstechnischer Hinsicht als günstig. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß sich die Mischungszone zwischen dem Kernstrahl des Primärstrahls und des Sekundärstrahls kegelförmig erweitert.

Das Quenchnittsverhältnis des M-tPtcltcils zum Abgasrohr sollte mindestens 1.5 betragen. Trotz dieses kleinen Flächenverhältnisses wird eine große Menge Sekundärluft angesaugt und somit eine wirksame Kühlung im Endbereich des Mittelteils erzielt.

Dem Mantelteil kann ein weiterer Mantcltcil nachgeschaltet seii., wobei die beiden Mantelteile einen zweiten Ejektor bilden. Dieses System ist erweiterungsfähig. Mit dieser Maßnahme wird einerseits die Temperatur in den Randbereichen noch weiter herabgesetzt und andererseits der Einblickwinkei von oben verkleinert.

Zusätzlich kann im einen Mantelteil eine Ringleitung für die Zufuhr von unter Druck geförderter Sperrluft vorgesehen sein, die über eine Ringdüse an die Innenwandung des Mamelteils ausgeblasen wird. Diese Spcrrluftausblasung dient zur Absenkung der Wandtemperatur an dem gefährdeten freien Teil des Mnntclleils. Fur die Bereitstellung der Sperriuft ist ein Gebläse erforccrlich. allerdings sind die hier zu fördernden Mengen [v^.tiv gering. Die Ringdüse kann mich in einzelne ii-.-reioe unteneüt sein, die je nach Windrichtung allein / ¹H '■ i.jshkisen der Sper '·;1ι benutzt werden, um diese Maßnahme möglichst wirksam durchzuführen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden weiter beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform des Abgasrohres mit Ejektor,

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform des Abgasrohres mit Ejektor und

Fig.3 eine Ausführungsform des Ejektors mit zusätzlicher Sperrluftausblasung.

Durch das Abgasrohr 1, von dem nur der Endbereich dargestellt ist, werden gemäß Pfeil 2 die heißen Abgase in die Umgebung abgegeben. Das freie Ende 3 ist von einem Mantelteil 4 umgeben, der hier als Doppelkegel· ausgebildet ist. Der Mantelteil 4 besitzt einen Einlauf 5, der das freie Ende 3 des Abgasrohres 1 umgreift, so daß auf diese Weise ein Ejektor gebildet ist, der zwischen dem äußeren-Durchmesser des Abgasrohres 1 und dem Einlauf 5 die Umgebungsluft gemäß dei> Pfeilen 6 ansaugt und mitreißt. Der Kernstrahl 7 behält dabei die Temperatur der Abgase gemäß-Pfeil 2 Die Umgebungsluft gemäß Pfeil 6 bildet an der Jnrwiiwandung 8 des Mantelteils 4 eine Grenzschicht. Zwischen beiden erstreckt sich ein Ring, der als Mischungszone 9 bezeiehnet ist und in welchem sich eine Mischtemperatur aus den heißen Abgasen und der Umgebungsluft einstellt. Wie ersichtlich ist die Formgebung des Mantelteiles 4 so gewählt, daß sich weder der Kernstrahl 7 noch die Mischungszone 9 an der Innenwandung 8 des Mantelteils 4 anlegen können. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Mantelteil 4, insbesondere an seinem freien Ende 10, welches am meisten gefährdet ist, eine Temperatur annimmt, die auf jeden Fall unter 100° C liegt. Damit ist eine Infrarotortung unter bestimmten Einbliekswinkeln nicht mehr möglich, wenn das. freie Ende 3 des Abgasrohres 1 nicht sichtbar ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist eirrzylinderförmiges Mantelteil 4' vorgesehen. Die geometrischen Verhältnisse des Innendurchmessers D des Mantelteils 4', des Innendurchmessers d des Abgasrohres 1 und der überstehenden Länge L des Mantelteils 4'sind aufeinander abgestimmt. Das Querschnittsverhältnis ergibt sich

« 1,5 bis 5

für Schiffsschornsteine vorgegebener Bauart. Aus Platzgründeri ist man bei Schiffsschornsteinen oft gezwungen, dieses Querschnittsverhältnis klein zu wählen. Je nach Qucrschnittsverhähnis ist die axiale Länge L = 1 — 5 Dzu wählen.

Es versteht sich, daß bei den Ausführungsformen der F i g. 1 und 2 nur ein einziger Ejektor Anwendung findet.

Seibstvei ständlich ist es möglich, auch mehrere Mantelteile 4 bzw. 4' mit sich jeweils erweiterndem Durchmesser hintereinanderzuschalten, um auf diese Weise mehrere Ejektoren in Verbindung mit einem Abgasrohr 1 zu schaffen.

h(i Das Ausführung; beispiel der F i g. 3 baut auf demjenigen der F i g. 2 auf und zeigt zusätzlich die Anordnung einer Sperrluftausblasung. Zu diesem Zweck ist der Mantelteil 4' mit einer Ringleitung !Ϊ verseher., die über einen Anschluß 12 gemäß Pfeil 13 von einer Druckluft-

<v) quelle versorgt wird. Das Ausblasen der Sperrluft erfolgt entweder über den gesamten Umfang oder mit Hilfe geteilter Düsensegmente nur über einen Teil des i.'mfangs je nach Windrichtung geniäl.i den Pfeilen 14.

Hierdurch wird eine zusätzliche Grenzschicht im Bereich des besonders gefährdeten freien Endes 10 des
Mantelteils 4' geschaffen. Freilich ist damit der Nachteil
verbunden, daß für das Gebläse Gewicht und Antriebsenergie aufgewendet werden muß. Es ist aber möglich, =, die Sperrluftmenge gering, etwa in der Größenordnung
von 2% der Abgasmenge, zu halten. Die Spenrluftausblasung kann auch dann zusätzlich gewählt werden,
wenn der äußere Durchmesser des Schornstein» aus anderen Gründen nicht besonders groß gewählt werden in kann.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Durch Umgebungsluft gekühltes Abgasrohr, insbes. Schiffsschornstein, Auspuffrohr von Panzern, Hubschraubern o. dgL, zur Abfuhr von heißen Abgasen von Antriebsmaschinen, insbes. Motoren, Turbinen o. dgl, das im Bereich seines freien Endes sowie darüber hinaus in Ausströmrichtung von einem Mantelteil umgeben ist, der mit dem Ende des Abgasrohres einen Ejektor zum Zumischen von kühler Umgebungsluft bildet, dadurch gekennzeichnet, daß Durchmesser und Länge des Mantelteils (4, 4') so aufeinander abgestimmt sind, daß damit der Einblickswinkel eines Infrarotortungsgerätes auf das Ende des Abgasrohres (1) verkleinert wird, und daß der Durchmesser des Mantelteils (4, 4') über seine gesamte Länge derart größer als der Durchmesser des Abgasrohres (1) ist, daß sich weder die heißen Abgase des Kernstrahis (7) noch die Mischungszoije (9) an der Innenwandung (8) des Manteiteiis (4,4') anlegen können.

2. Abgasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelteil (4') im Anschluß an den Einlauf (5) zylindrisch ausgebildet ist

3. Abgasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelteil (4) im Anschluß an den Einlauf sich in Strömungsrichtung erweiternd ausgebildet ist.

4. Abgasrohr nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsverhältnis des Mantelteils [4,4') zum Abgasrohr (1) mindestens 1,5 beträgt.

5. Abgasrohr nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nfantel'sil (4,4') ein weiterer Mantelteil nachgeschaltet ist, wobei die beiden Mantelteile einen zweiten Ejektor bilden.

6. Abgasrohr nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mantelteil (4, 4') eine Ringleitung (11) für die Zufuhr von unter Druck geförderter Sperrluft vorgesehen ist, die über eine Ringdüse (11) an die Innenwandung des Mantelteils ausgeblasen wird.

7. Abgasrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdüse in einzelne Bereiche unterteilt ist.