DE3825563A1 - Ueberwasserfahrzeug, insbesondere fuer militaerische zwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwasserfahrzeug, insbesondere für militärische Zwecke nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Da Überwasserschiffe in der Regel wärmer sind als die Um­ gebung, können sie mit Hilfe von Infrarotsensoren geortet werden. Die heißen Abgase von Dampfkessel, Motoren, Gas­ turbinen usw. verursachen in ihrer Umgebung eine starke Erwärmung, wodurch ein Überwasserschiff durch Infrarot gut erfaßt werden kann, wenn nicht entsprechende Gegen­ maßnahmen ergriffen werden. Die Maschinenräume auf mili­ tärischen Schiffen sind normalerweise wesentlich kleiner als bei zivilen Schiffen, so daß ortbare Außenflächen des Schiffskörpers bzw. der Aufbauten eine hohe Temperatur an­ nehmen können. Bei herkömmlichen Überwasserfahrzeugen, auch bei solchen militärischer Art, werden die Abgasrohre nach oben geführt, üblicherweise innerhalb eines Schornstein­ mantels, eines Mastes, einer Antenne oder dergleichen. Die Abgase haben bei ihrem Eintritt in die Atmosphäre noch eine relativ hohe Temperatur, so daß die Abgasleitung heiß ist. Sie bildet einen sogenannten schwarzen Strahler, der beson­ ders leicht durch Infrarotsensoren geortet werden kann.

Es ist bekannt, eine Abgaskühlung durch Einspritzen von Seewasser in die Abgasleitung herbeizuführen (DE-OS 24 47 295). Es ist auch bekannt, die Innenflächen von Abgasrohren mittels Seewasser zu kühlen. Die bekannten Kühlmaßnahmen werden zu­ meist nur bei akuter Gefahr durchgeführt. Hierunter versteht man Zeiten erhöhter Infrarot-Gefährdung. Die Wassereinsprit­ zung in die heißen Abgase verursacht jedoch lästige Neben­ wirkungen wie zum Beispiel Niederschlag von schmutzigen und/ oder korrosiven Rußlösungen, oder Versalzen der Abgasaus­ tritte.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, mindestens einen Abgaskanal zumindest über einen Teil seiner Länge so zu führen, daß er zumindest teilweise mit der unter der Wasserlinie liegenden Außenhaut des Wasserfahrzeugs in Wärmeaustausch steht. (Deutsche Pa­ tentanmeldung 37 43 798.4.) Diese Konstruktion bietet sich vor allem beim Neubau von Schiffen an.

Es ist auch bekannt geworden, die heißeren Stellen ("hot spots") zu isolieren oder konstruktive Änderungen an Schorn­ steinen und anderen Abgasleitungen vorzunehmen, um die In­ fraroterfaßbarkeit zu reduzieren. Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Einrichtungen, insbesondere bei hohen Antriebs­ leistungen, wie sie bei militärischen Wasserfahrzeugen anzu­ treffen sind, weder in konstruktiver noch in betriebstechni­ scher Hinsicht zufriedenstellende Lösungen darstellen. Die konstruktiven Maßnahmen, aber auch die Abgaskühler führen zu einer Erhöhung des Leistungsgewichts der Wasserfahrzeuge und auch des Bauvolumens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwasser­ fahrzeug, insbesondere für militärische Zwecke zu schaffen, bei dem mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine beträcht­ liche Kühlung der Abgase und damit eine Verringerung der Infraroterfaßbarkeit bewirkt wird.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal des Kennzeichnungs­ teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Überwasserfahrzeug wird zumindest ein Teil der Abgase durch einen im Inneren des Fahrzeug­ körpers angeordneten, mindestens zum Teil mit Wasser ge­ füllten Behälter geleitet. Die Abgase werden vorzugsweise über einen geeigneten Abgasverteiler im Behälter in zahl­ reiche relativ kleine Gasblasen verteilt, die im im Behälter befindlichen Wasser auftreiben, so daß ein Wärmeübergang unmittelbar von der Oberfläche der Gasblasen auf das küh­ lere Wasser stattfindet. Dieser Wärmeübergang ist erheblich besser als bei einem Wärmetauscher Gas/Wasser mit dazwischen­ liegender Stahlwand. Die Strahlungsintensität eines Körpers nimmt bekanntlich nach dem Stefan-Boltzmann′schen Gesetz mit der vierten Potenz zu. Eine schon geringfügige Verrin­ gerung der Abgastemperatur vermindert daher den Wärmekon­ trast zur Umgebung beträchtlich und damit die Erfaßbarkeit des Schiffes über Infrarotsensoren.

Bei der erfindungsgemäßen Abgasführung kann ein Teil der Abgase durch einen zum Teil mit Wasser gefüllten Behälter geleitet werden, es kann aber auch die gesamte Abgasmenge durch den Behälter geleitet werden, wodurch eine größtmög­ liche Kühlung erreicht wird. Während der Friedensfahrt oder während des Anlaßvorganges, ist die Kühlung der gesamten Abgasmenge weder erforderlich noch erwünscht. Deshalb sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Brennkraft­ maschine zusätzlich eine direkt nach außenbords geführte zweite Abgasleitung aufweist. Um zu vermeiden, daß mit dem entsprechenden baulichen Aufwand eine zweite Abgasaustritts­ öffnung für die zweite Abgasleitung erstellt werden muß, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die zweite Abgasleitung innerhalb des Fahrzeugkörpers mit der ersten Abgasleitung stromabwärts von einem Absperrorgan ver­ bunden ist. Das Absperrorgan kann als Absperrklappe ausge­ bildet sein, die z.B. während der Friedensfahrt oder während des Anfahrvorganges geöffnet wird. Dadurch werden die Abgase direkt nach außenbords geleitet werden. Um das Eindringen von Seewasser, insbesondere bei rauhem Wetter zu vermeiden, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung in der ge­ meinsamen Abgasleitung ein Absperrorgan vor. Das Absperr­ organ kann vorteilhaft als Rückschlagklappe ausgebildet sein. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit von Frischwasser im Bord­ betrieb ist es vorteilhaft, die Füllung des Behälters mit Seewasser vorzusehen. Seewasser wird im Bordbetrieb auch als Sekundärkühlmedium für die Brennkraftmaschinen verwen­ det, so daß es von Vorteil ist, wenn nach einer Ausgestal­ tung der Erfindung der Sekundärkühlkreislauf der Brennkraft­ maschine mit dem Behälter verbunden ist. Die Abgabe des be­ nutzten Seewassers erfolgt in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach außenbords.

Ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt liegt bei der Erfin­ dung darin, daß eine Art Abgaswäsche vorgenommen wird, d.h. feste Bestandteile im Abgas, z.B. Ruß- und Kohlepartikel, wer­ den ausgewaschen und gelangen dadurch nicht in die Außenluft, wo sie als sogenannte schwarze Strahler eine besonders ver­ räterische Strahlungsintensität verursachen.

Falls die Kühlung der Abgase in gewissen Situationen, z.B. bei Vollast der Maschine unter Gefechtsbedingungen, nicht ausreicht, können die Pumpen des an Bord immer vorhandenen Löschwassersystems nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich Seewasser durch den Behälter fördern.

Der Abgasverteiler hat vorzugsweise die Form eines langge­ streckten, im wesentlichen waagerecht angeordneten Zylin­ derrohrs, dessen Mantel im wesentlichen gleichmäßig ver­ teilte Austrittsöffnungen aufweist. Die Austrittsöffnungen sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung z.B. Schlitze, deren Längsachsen parallel zur Achse des Abgas­ verteilers verlaufen. Eine andere Ausgestaltung der Erfin­ dung sieht vor, daß die Austrittsöffnungen kreisrunde Boh­ rungen sind.

Aufgrund der Dichte sammeln sich die durch das Wasser hin­ durchgetretenen Abgasblasen im oberen Teil des Behälters, der in einer Ausgestaltung der Erfindung einen Abgassammeldom aufweist. Vom Dom aus werden die Abgase über eine erste Abgasab­ leitung und eine Abgasaustrittsöffnung außenbords abgeleitet. Um die Kühlung zusätzlich zu verstärken und den Raum im Schiffs­ inneren optimal zu nutzen, ist es vorteilhaft, daß der Behälter unterhalb der Wasserlinie angeordnet ist. Eine weitere Ausge­ staltung sieht vor, daß ein Teil der Behälterwand von der Außen­ haut des Fahrzeugkörpers gebildet ist. Zur Vermeidung von stö­ renden Wärme- und Geräuschemissionen vom Behälter nach außen und damit einer akustischen Ortbarkeit sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß auf der Innenwand eine Schallisolierung ange­ bracht ist. Darüber hinaus kann auch eine Wärmeisolierung vorge­ sehen werden.

Bei der Erfindung wird mit einfachen apparativen Mitteln, die auch nachträglich in Schiffe eingebaut werden können, eine äußerst wirksame Abgaskühlung erhalten. Diese ist auch in Grenzen regel­ bar, indem die durch den Behälter geleitete Kühlwassermenge ver­ ändert wird. Durch eine elektronische Steuerung wird erreicht, daß der Kühlwasserdruck im Kühler stets geringfügig unter dem Gasdruck gehalten wird. Hierdurch ist kein Eindringen von Wasser in den Abgasstrahl möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in Zeichnungen dar­ gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Teil eines Schiffes mit einem Teil der erfindungsgemäßen Abgasführung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2.

Bevor auf die in den Zeichnungen dargestellten Einzelhei­ ten näher eingegangen wird, sei vorangestellt, daß jedes der beschriebenen Merkmale für sich oder in Verbindung mit Merkmalen der Ansprüche von erfindungswesentlicher Bedeutung ist.

In der Fig. 2 ist stark schematisch der Umriß eines Schif­ fes mit der Außenhaut 2 angedeutet, auf dessen Aufbau im einzelnen nicht eingegangen werden soll. Vorzugsweise han­ delt es sich um ein militärisches Überwasserfahrzeug. Im Maschinenraum 12 des Schiffes ist eine Brennkraftmaschine 13 angeordnet. Ihre nach oben geführte, zweimal um 90° gekrümmte Abgasleitung 3 (siehe Fig. 3), teilt sich in zwei spiegel­ bildlich gleiche Stränge und führt mit jeweils einer weite­ ren 90°-Krümmung zu einem Abgasverteiler 4, der als etwa waagerecht angeordnetes Zylinderrohr ausgebildet ist. (Siehe Fig. 1). Der Abgasverteiler 4 weist in seinem Mantel Aus­ trittsöffnungen 5 auf, die im wesentlichen gleichmäßig ver­ teilt angeordnet sind. Der Abgasverteiler 4 ist in einem kastenartigen, länglichen Behälter 1 angeordnet (siehe Fig. 1 und 2), dessen Wandung zum Teil von der Außenhaut 2 des Schiffskörpers gebildet wird. Oberhalb des Abgasver­ teilers 4 weist der Behälter 1 einen Abgassammeldom 6 auf, von dem aus über einen Kompensator 14 eine Abgasleitung 7 in spitzwinkliger Krümmung zur Abgasaustrittsöffnung 8 führt, die oberhalb der Wasserlinie des Schiffes angeordnet ist. In der Abgasöffnung 8 ist ein Absperrorgan 10 angeordnet, welches vorzugsweise als Rückschlagklappe ausgebildet ist. Der Behälter 1 ist über eine Kühlwassereintrittsleitung 15 mit dem Sekundärkühlkreislauf der Brennkraftmaschine 13 ver­ bunden. Wahlweise kann die Kühlwassereintrittsleitung über eine nicht gezeigte Armatur mit einem bordeigenen Lösch­ wassersystem verbunden werden. Zum Austritt des Kühlwassers ist oberhalb des Behälters 1 eine Kühlwasseraustrittsleitung 16 angeordnet, die nach außenbords führt. Zur Umgehung der vorstehend beschriebenen Abgasabführung ist eine zusätzliche, direkt nach außenbords geführte, zweite Abgasableitung 9 vor­ gesehen, in der ein Absperrorgan 11 angeordnet ist. Das Ab­ sperrorgan ist vorzugsweise eine Absperrklappe. Die zweite Abgasableitung 9 verläuft waagerecht in Fortführung des waagerechten Teiles der Abgasableitung 3, mit der sie durch­ gängig verbunden ist, sowie mit der spitzwinkligen Krümmung der Abgasableitung 7.

Die Wände des Behälters 1 sind mit einer nicht gezeigten Schall- und/oder Wärmeisolierung versehen. Diese Isolierung ist vorzugsweise in herkömmlicher Art ausgeführt und soll hier nicht näher erläutert werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Abgasführung ist wie folgt. Die Maschine 13 wird in herkömmlicher Weise an­ gelassen. Beim Anlassen und auch während der Friedensfahrt ist das Absperrorgan 11 in der zweiten Abgasleitung 9 ge­ öffnet und die Abgase werden durch die Abgasleitungen 3 und 9 und über die Abgasaustrittsöffnung 8 nach außenbords ge­ führt, wobei die Rückschlagklappe 10 ein Eindringen von See­ wasser z.B. bei schwerer See verhindert. Soll in einer be­ stimmten Situation das Abgas gekühlt werden, wird die Ab­ sperrklappe 11 ganz oder teilweise geschlossen. Außerdem wird der Behälter 1 mit Seewasser aus dem Sekundärkühlkreis­ lauf der Brennkraftmaschine 13 über die Kühlwassereintritts­ leitung 15 zumindest teilweise gefüllt. Üblicherweise liegt der Wasserspiegel etwa auf der halben Höhe des Abgassammel­ domes 6. Deswegen wird die Speisung aus dem Sekundärkühlkreis ständig erneuert, so daß das Kühlwasser aus dem Behälter über die Kühlwasseraustrittsöffnung nach außenbords geför­ dert wird. Das Wasser im Behälter 1 hat die Temperatur des Sekundärkreises, d.h. z.B. 20 bis 35°. Ist die beschriebene Kühlung unter bestimmten Umständen nicht ausreichend, so wird alternativ Seewasser aus einem Löschsystem in den Behälter 1 geleitet, wodurch das Kühlwasser etwa die Temperatur des Seewassers hat. Die Abgase strömen durch die Abgasleitung 3 in den Abgasverteiler 4, treten durch die Öffnungen 5 aus und steigen fein verteilt in Bläschenform in den Abgassammel­ dom 6, wobei sie stark abgekühlt werden. Das gekühlte Gas entweicht durch die Abgasableitung 7 und die Abgasaustritts­ öffnung 8 nach außenbords.

Claims (19)

1. Überwasserfahrzeug, insbesondere für militärische Zwecke, dessen Vortriebs- und/oder Stromerzeugungsaggregat von min­ destens einer Brennkraftmaschine gebildet ist, mit einer Abgaseinrichtung, welche die Abgase der Brennkraftmaschine außerhalb des Fahrzeugkörpers leitet, und einer Kühlvorrichtung zur Kühlung der Abgase, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest ein Teil der Abgase durch einen im Inneren des Fahr­ zeugkörpers angeordneten, mindestens zum Teil mit Wasser gefüllten Behälter (1) geleitet wird.

2. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasleitung (3) mit einem mehrere Austrittsöff­ nungen (5) aufweisenden Abgasverteiler (4) verbunden ist, der innerhalb des Behälters (1) angeordnet ist.

3. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasverteiler (4) die Form eines langgestreckten, im wesentlichen waagerecht angeordneten Zylinderrohrs auf­ weist, auf dessen Mantel die Austrittsöffnungen (5) im we­ sentlichen gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

4. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) Schlitze sind, deren Längs­ achse parallel zu der des Abgasverteilers verläuft.

5. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) kreisrunde Bohrungen sind.

6. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser im Behälter (1) Seewasser ist.

7. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälter (1) in strömungsdurchgängiger Verbindung zum Sekundärkühlwassersystem mindestens einer Brennkraftmaschine steht.

8. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) zusätzlich in Verbindung zu einem Löschwassersystem steht.

9. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) eine Strömungsverbindung nach außenbords aufweist.

10. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1, 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Behälter­ wandung von der Außenhaut (2) des Fahrzeugskörpers ge­ bildet ist.

11. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälter (1) unterhalb der Wasser­ linie angeordnet ist.

12. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) einen Ab­ gassammeldom (6) aufweist, aus dem die Abgase über eine erste Abgasableitung (7) und eine Abgasaustrittsöffnung (8) außenbords abgeleitet werden.

13. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abgasaustritt (8) oberhalb der Was­ serlinie liegt.

14. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine zu­ sätzlich eine direkt nach außenbords geführte zweite Ab­ gasableitung (9) aufweist, der ein Absperrorgan (11) zugeordnet ist.

15. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Abgasableitung (9) innerhalb des Fahrzeugkörpers mit der ersten Abgasableitung (7) strömungsabwärts vom Absperrorgan (11) verbunden ist.

16. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) eine Schallisolierung aufweist.

17. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) eine Wärme­ isolierung aufweist.

18. Überwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan eine Klappe (11) ist.

19. Überwasserfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der gemeinsamen Abgasableitung (9) ebenfalls ein Absperrorgan (10) angebracht ist.