DE3836583A1 - Kuehlvorrichtung zur abfuehrung von abwaerme aus einem u-boot an das seewasser - Google Patents
Kuehlvorrichtung zur abfuehrung von abwaerme aus einem u-boot an das seewasserInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Kühlvorrichtung zur groß
flächigen Abführung von in einem U-Boot erzeugter Abwärme an
das das U-Boot umgebende Seewasser, bestehend aus einem
Kreislaufsystem mit wenigstens einem im Außenwandbereich des
U-Bootes vorgesehenen Wärmeübertragungsraum zur Abgabe der
ihm mittels eines in dem System zirkulierenden Wärmeübertra
gungsmediumszugeführten Abwärme an das Seewasser.
Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der DE-PS 36 34 936 be
kannt und ermöglicht es, daß das U-Boot nur schwer oder
überhaupt nicht durch Infrarot-Ortung festgestellt werden
kann. Die Vorrichtung arbeitet derart, daß die in dem
U-Boot erzeugte Abwärme, die in der Regel nach außerhalb
des U-Bootes abgeführt werden soll, zunächst mittels des
Wärmeübertragungsmediums aus einem zentralen Wärmetauscher
dem Wärmeübertragungsraum zugeführt wird und von dort durch
die Außenwand dieses Raumes hindurch an das Seewasser abgegeben
wird, ohne daß das U-Boot seine Tauchtiefe verändert. Der
fragliche, außerhalb des Druckkörpers des U-Bootes liegende Raum
steht über Leitungsdurchführungen mit dem übrigen im Inneren
des U-Bootes vorgesehenen Kreislaufsystem für das Wärmeübertra
gungsmedium (Kühlmedium) in Verbindung. Weiterhin ist der
Wärmeübertragungsraum so gestaltet, daß das in ihm befindliche
und erwärmte Kühlmedium mittels Ventileinrichtungen auch direkt
mit dem Seewasser ausgetauscht werden kann, was in der Regel
in großen Tauchtiefen erfolgt, um die Infrarot-Ortung zu min
dern oder zu vermeiden.
Bei dieser Kühlvorrichtung ist nachteilig, daß ein dem Tauch
druck standhaltendes Kreislaufsystem für das Wärmeübertragungs
medium erforderlich ist. Aufgrund der somit stärkeren Dimen
sionierung des gesamten Kreislaufsystems ergeben sich ferner
ein hohes Gewicht dieses Systems sowie eine höhere Gefähr
dung des U-Bootes durch Wanddurchbrüche in seinem Druckkörper.
Außerdem muß das Volumen des mitgeführten Kühlwassers sehr
groß sein, um einen Wirkungsgradverlust der Bootssysteme zu
vermeiden, wodurch sich das Zielmaß und die erforderliche
Antriebsleistung des U-Bootes vergrößert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung einer
Kühlvorrichtung der einleitend angeführten Art dahin gehend,
daß die Vorrichtung vom Wasserdruck außerhalb des U-Bootes
vollständig unabhängig sowie gewichts- und kostensparend
konstruiert ist und erheblich geringere Betriebskosten ver
ursacht.
Die Lösung dieser Aufgabe geht von der einleitend angeführten
Kühlvorrichtung aus und kennzeichnet sich weiter dadurch,
daß der Wärmeübertragungsraum an der Innenseite des den
Außenwandbereich bildenden Druckkörpers des U-Bootes vor
gesehen ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühl
vorrichtung ist der zusammen mit der Außenwand des Druck
körpers gestaltete Wärmeübertragungsraum durch ein innen
seitiges, mit Versteifungsrippen versehenes Plattenelement
gebildet, das sich in seiner Breite im wesentlichen über
den Abstand zwischen den Spanten des Druckkörpers des
U-Bootes erstreckt. Die Versteifungsrippen sind dabei so
angeordnet, daß sie in den Wärmeübertragungsraum vorstehen
und in diesem Raum einzelne Kanäle ausbilden, die mitein
ander kommunizieren. Vorzugsweise liegen die Versteifungs
rippen an der Wand des Druckkörpers an und bestehen aus
sickenartigen Profilierungen des Plattenelementes oder aus
an dem Plattenelement montierten, länglichen Bauteilen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist das Kreislaufsystem
einschließlich des oder jedes Wärmeübertragungsmediums zwecks
Wärmeabgabe an das Seewasser nicht mehr dem hohen Druck des See
wassers, insbesondere dem Druck der maximalen Tauchtiefe
des U-Bootes, ausgesetzt, weil der Druckkörper zwecks Füh
rung des Wärmeübertragungsmediums zum Wärmeübertragungsraum
nicht mehr durch irgendwelche Durchführungen oder dergleichen
durchbrochen ist. Auch weist der Wärmeübertragungsraum keine
Strömungsverbindung mit dem Seewasser auf. Die großflächige
Wärmeabgabe an das Seewasser erfolgt durch die Wandung des
Druckkörpers, die den äußeren Wandbereich des Wärmeübertragungs
raumes bildet, hindurch nach außen. Daraus ergibt sich der
weitere Vorteil, daß bei einem Defekt im Kreislaufsystem für
das Wärmeübertragungsmedium ein Eindringen von Seewasser un
ter hohem Druck in das U-Boot nicht möglich und somit eine
Gefahr für die Besatzung und das Boot vermieden ist. Weiterhin
ist vorteilhaft, daß das Kreislaufsystem für das Wärmeübertra
gungsmedium einschließlich aller Aggregate und sonstiger Ein
richtungen, wie z.B. Armaturen und Pumpen, schwächer dimensioniert
sein kann, was eine erhebliche Gewichtseinsparung bedeutet und
die Baukosten senkt. Da ferner z.B. die Pumpen zumindest des
Sekundärabschnittes des Kreislaufsystems nicht mehr dem hohen
Wasserdruck ausgesetzt sind, können sie leichter gebaut werden.
Auch ist die Geräuschabstrahlung in das umgebende Seewasser
geringer, was wiederum die Ortung des U-Bootes erschwert. Das
Vorsehen des oder der Wärmeübertragungsräume an der Innenseite
der durch Spanten verstärkten Wandung des U-Boot-Druckkörpers
hat den weiteren Vorteil, daß der im allgemeinen nicht genutzte
Platz zwischen den Spanten nunmehr ausgenutzt ist, so daß sich
das Volumen bzw. die Größe des U-Bootes nicht vergrößert und
trotzdem ausreichend große Wärmeübertragungsräume zur Verfügung
stehen, ohne daß andere Räume des U-Bootes, wie z.B. innen und
außen liegende Tanks, zum Wärmeaustausch benutzt werden müssen.
Ferner wird die Entstehung einer Gasblasenbahn vermieden, die
sich sonst bei Erwärmung des Seewassers durch konzentriert ab
geführte Bootswärme ausbildet. Auch wird eine kathodische
Korrosionsschutzanlage eingespart, und für die gesamte Wärme
tauschanlage können billigere Materialien verwendet werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein U-Boot,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II
in den Fig. 1 und 3,
Fig. 3 eine teilweise Ansicht gemäß dem Pfeil A in
Fig. 1,
Fig. 4 eine Aufsicht auf die Darstellung nach Fig. 3,
Fig. 5 eine abgeänderte Ausführungsform des Beispiels
nach Fig. 2.
Fig. 6, 7 u. 8 weitere Abänderungen des Ausführungsbeispieles.
Nach Fig. 1 ist in dem Druckkörper 1 eines U-Bootes 2 ein
allgemein mit 3 bezeichnetes Kreislaufsystem zur Ableitung von
Wärme vorgesehen. Im dargestellten Fall enthält das Kreislauf
system 3 einen Primärkreislauf 4, in dem die nicht gezeigten
Wärmeerzeuger liegen, z.B. die Brennkraftmaschinen zum Antrieb
des U-Bootes, wenn dieses nicht durch Batteriebetrieb ange
trieben wird, oder zum Aufladen der Batterieanlage, wobei un
erwünschte Wärme entsteht, und einen Sekundärkreislauf 5, in
dem ein Wärmetauscher 6 zur Übernahme der Abwärme aus dem
Primärkreislauf 4 und wenigstens ein Wärmeübertragungsraum 7 zur
Abgabe der übernommenen Abwärme an das Seewasser, das das
U-Boot umgibt, vorgesehen ist. Der Sekundärkreislauf 5 enthält
ferner in seinem üblichen Rohrleitungssystem eine Umwälzpumpe 8,
ein Regelventil 9, ein Ausdehnungsgefäß 10, ein Entlüftungs
ventil 11, ein Ablaß- und Auffüllventil 12, Absperrventile 13
und 14 sowie mehrere ( nicht gezeigte) Manometer und Thermometer.
Der Primärkreislauf kann aber auch entfallen, so daß das Glied 6
selbst der Wärmeerzeuger ist.
In Abänderung des Kreislaufes 5 ist es möglich, daß das Regel
ventil 9, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, entfallen kann, so daß
zwangsläufig die gesamte Menge des Wärmeübertragungsmediums
durch den Raum 7 strömen muß.
In einer alternativen Ausführung kann das Kreislaufsystem 3
auch aus einem einzigen Kreislauf bestehen, das heißt,
daß die abzuführende Wärme der fraglichen Maschine oder
von anderen Stellen, an denen unerwünschte Wärme entsteht,
direkt über ein Rohrleitungssystem, gegebenenfalls mit
Steuerelememten, zu dem oder jedem Wärmeübertragungsraum
7 geleitet wird.
Wenn es gewünscht wird, kann der oder jeder Wärmeüber
tragungsraum 7 zum Bootsinneren hin mit einer Wärmeiso
lierung 15 versehen sein.
Wie aus Fig. 1 entnehmbar ist, ist der oder jeder Raum 7
an der Wandinnenseite des Druckkörpers 1 vorgesehen und
im wesentlichen durch die Druckkörperwand und durch ein
Plattenelement 16 aus Metall oder Kunststoff gebildet, daß
vorzugsweise der Umfangskrümmung der Druckkörperwand ange
paßt ist, um dadurch eine erhöhte Formsteifigkeit zu er
langen. Die Umfangslänge des Wärmeübertragungsraumes kann
beliebig gewählt sein und hängt von den jeweiligen Erforder
nissen und Platzverhältnissen ab. Es ist klar, daß, wenn das
Wärmeübertragungsmedium (Kühlmedium) des Sekundärkreislaufes
5 den oder jeden Raum 7 durchströmt, die Wärme dieses Me
diums durch die Wand des Druckkörpers 1 hindurch groß
flächig an das umgebende Seewasser abgegeben wird, wobei
sich das Seewasser nicht so erwärmt, daß das U-Boot mittels
Infrarot-Detektion festgestellt werden kann.
In den Fig. 2, 3 und 4 ist eine genaue Ausbildung des
oder jedes Wärmeübertragungsraumes 7 dargestellt. Fig. 2
zeigt, daß sich der Raum 7 in seiner Breite vorzugsweise
im wesentlichen über den Abstand zwischen zwei Spanten 17
und 18 des Druckkörpers 1 erstreckt, indem das Plattenele
ment 16 eine entsprechende Breite aufweist. Am Druckkörper 1
sind z.B. zwei niedrige Rippen 19 und 20 befestigt, an
denen wiederum das Plattenelement 16 montiert ist, wodurch
der seitliche Abschluß des Raumes 7 gebildet ist. Die Höhe
der Rippen 19, 20 ist so gewählt, daß der Raum 7 eine Höhe
H von vorzugsweise 10 bis 25 mm aufweist.
Das Plattenelement 16 ist mit sich in seiner Längsrichtung
erstreckenden Versteifungsrippen 21 versehen, die z.B.
aus sickenartigen Profilierungen (wie dargestellt) be
stehen. Alternativ können auch gesonderte, längliche Bau
teile innenseitig an dem Plattenelement montiert sein. Die
Versteifungsrippen können in den Wärmeübertragungsraum 7
vorstehen oder alternativ von dem Plattenelement 16 nach
außen vorstehen. Durch die Versteifungsrippen 21 ist die
Formsteifigkeit des Plattenelements weiter gesteigert.
Wenn die Versteifungsrippen 21 nach innen vorstehen, liegen
sie vorteilhaft an der Wand des Druckkörpers 1 an. Dadurch
ist der Raum 7 in einzelne Kanäle 22 unterteilt, die unter
einander verbunden sind, so daß das den Raum 7 bzw. die
Kanäle 22 durchströmende Medium eine längere Verweildauer
in dem Raum und/oder einen längeren Kontakt mit der Druck
körperwand aufweist, wodurch eine bessere Kühlwirkung er
zielt wird. Die Kanäle 22 können in Umfangsrichtung (wie
gezeigt) und/oder Längsrichtung des Druckkörpers 1 ver
laufen, was durch einen entsprechenden Verlauf der Rippen
21 oder - wenn besondere Versteifungsrippen auf der Außen
seite des Plattenelementes 16 vorgesehen sind - durch ent
sprechende Trennwände in dem Raum 7 erreicht wird.
Das Anliegen der innenseitigen Versteifungsrippen 21 oder
von entsprechenden, vorerwähnten Trennwänden an der Wand
des Druckkörpers 1 hat den weiterem Vorteil, daß das Platten
element 16 aus relativ dünnem Material bestehen kann und
trotzdem auf einfache Weise eine schockfeste Lage des als
Begrenzungswand des Wärmeübertragungsraumes 7 dienenden
Plattenelementes erreicht ist.
Die Fig. 3 und 4 zeigen insbesondere den Zuleitungsan
schluß des Wärmeübertragungsraumes 7 im Sekundärkreis
lauf 5. An dem Oberende dieses Raumes 7 ist ein Anschluß 23
vorgesehen, der den Raum 7 mit dem Rohrleitungssystem 24 des
Kreislaufes 5 verbindet. In gleicher Weise ist das Unterende
des Raumes 7 ausgebildet, um das Kühlmedium aus dem Raum 7
wieder in das Rohrleitungssystem einzuleiten.
In einer Abänderung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbei
spiels kann auch gemäß der Ausführung nach Fig. 5 vorgegangen
werden. Für sehr hohe Kühlmediumtemperaturen kann eine Ver
doppelung des Übertragungsraumes vorgesehen werden, indem ein
weiteres Plattenelement 25 auf dem ersten Plattenelement 16
befestigt ist, so daß ein weiterer Wärmeübertragungsraum 26
geschaffen ist. Das weitere Element 25 bzw. der weitere Raum 26
können dabei so ausgebildet sein, wie es in Verbindung mit
den Entsprechungen 16, 7 beschrieben ist, so daß sich eine wei
tere Erläuterung erübrigt. Selbstverständlich kann auch der
weitere Raum 25 von einer Isolierung 15 eingefaßt sein. Durch
diese Ausgestaltung wirkt der Wärmeübertragungsraum 7 als
Wärmepuffer oder Wärmespeicher, wodurch zu hohe Temperaturen
an der Außenseite des Druckkörpers 1 vermieden werden.
Ferner können die Plattenelemente 16 und 25 sowohl aus Metall
als auch aus Kunststoff hergestellt sein. Schließlich ist es
möglich, daß die Strömungswege durch entsprechende Umlenkungs
elemente innerhalb der Wärmeübertragungsräume 7 und 26 mehr
dimensional verlaufen, so daß eine relativ lange Verweilzeit
des Kühlmediums in diesen Räumen erreicht wird.
Eine erhöhte Verweilzeit kann durch eine serpentinenförmige
Durchströmung der Kanäle 22 des oder jedes Wärmeübertragungs
raumes 7, 26 erzielt werden. Hierzu bilden die Versteifungs
rippen 21 nach Fig. 6 obere und untere Durchgänge 22 a in den
nebeneinanderliegenden Kanälen 22 aus, so daß das Strömungs
fluid vom Eintritt 32 bis zum Austritt 23 serpentinenförmig
strömt. Um diese im wesentlichen eindimensional erfolgende
Strömung zweidimensional zu machen, können von den Rippen 21
zu ihnen querverlaufende Umlenkungselemente 27 ausgehen,
wie Fig. 6 ebenfalls zeigt, so daß innerhalb der Serpentinen
strömung noch eine schlangenförmige oder zickzackförmige
Strömungsabänderung erfolgt, wie es aus den Strömungspfeilen
der Fig. 6 ersichtlich ist.
Eine dreidimensionale Durchströmung des oder jedes Raumes
7, 26 kann dadurch erzielt werden, daß die bootsinnere Wand
16 entlang den Kanälen 22 gemäß den Fig. 6 und 7 mit nach
innen vorspringenden Querrippen 28, vorzugsweise in Form von
Sicken, versehen ist. Dadurch ergibt sich eine Strömung ge
mäß dem Pfeil in Fig. 7, die mehrere zu der vorstehend be
schriebenen Strömungsebene im wesentlichen senkrechte Kompo
nenten erhält mit der Folge einer noch weiter erhöhten Ver
weilzeit des Strömungsfluides in dem oder den Räumen 7 bzw.
26.
In einer weiteren Ausgestaltung gemäß Fig. 8 kann der Druck
körper 1 außenseitig wenigstens teilweise mit einer zu ihm be
abstandeten weiteren Wand 29 zur Bildung eines Außenraumes 30
versehen sein, der mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit ver
sehen ist. Hierzu besitzt der Druckkörper 1 keinerlei Durch
gänge; die Flüssigkeit wird von außen in den Raum 30 ein
gefüllt und verbleibt darin. Zusätzlich sind in dem Raum 30
vorzugsweise mehrere Wärmespeicherkörper 31 geeigneter Art
angeordnet, die Wärme aus dem Inneren des Bootes nach ihrem
Durchgang durch die Wand 1 speichern. Die gespeicherte Wärme
kann im Bedarfsfall wieder in das Innere des Bootes zurückge
führt werden, um dort an gewünschten Stellen eine Erwärmung
herbeizuführen. In alternativer Ausführung kann der gesamte
Raum 30 anstelle der Flüssigkeit auch vollständig mit einer
vorzugsweise mechanisch sehr steifen Wärmespeichermasse aus
gefüllt sein. Der Raum 30 gestattet es natürlich auch, Wärme
an das Umgebungswasser des Bootes anzugeben.
Claims (15)
1. Kühlvorrichtung zur großflächigen Abführung von in einem
U-Boot erzeugter Abwärme an das das U-Boot umgebende
Seewasser, bestehend aus einem Kreislaufsystem mit we
nigstens einem im Außenwandbereich des U-Bootes vorge
sehenen Wärmeübertragungsraum zur Abgabe der ihm mittels
eines in dem System zirkulierenden Wärmeübertragungs
mediums zugeführten Abwärme an das Seewasser, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungsraum (7) an der
Innenseite des den Außenwandbereich bildenden Druck
körpers (1) des U-Bootes vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der zusammen mit der Wand des Druckkörpers (1) gestaltete
Wärmeübertragungsraum (7) durch ein innenseitiges, mit
Versteifungsrippen (21) versehenes Plattenelement (16)
gebildet ist, das sich in seiner Breite im wesentlichen
über den Abstand zwischen den Spanten (17, 18) des U-Boot-
Druckkörpers (1) erstreckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Versteifungsrippen (21) in den Wärmeübertragungsraum
(7) vorstehen und einzelne Kanäle (22) in diesem Raum
ausbilden, die miteinander kommunizieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kanäle (22) in Umfangsrichtung und/oder in Längs
richtung des Druckkörpers (1) des U-Bootes verlaufen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Versteifungsrippen (21) an der Wand
des Druckkörpers (1) anliegen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Versteifungsrippen (21) aus sicken
artigen Profilierungen des Plattenelementes (16) oder aus
an dem Plattenelement montierten, länglichen Bauteilen be
stehen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Wärmeübertragungsraum (7) eine Höhe
von 10 bis 25 mm aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf dem Plattenelement (16) ein weiteres
Plattenelement (25) unter Ausbildung eines weiteren Wärme
übertragungsraumes (26) befestigt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß wenigstens einer der Wärmeübertra
gungsräume (7, 26) für mehrdimensionale Druchströmung
ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Plattenelemente (16, 25) aus
Metall oder Kunststoff bestehen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Versteifungsrippen (21), durch die
in Längsrichtung der Räume (7, 26) verlaufende Kanäle (22)
ausgebildet sind, abwechselnd obere und untere Durch
gänge (22 a) ausbilden, um einen serpentinenförmigen
Strömungsweg in dem oder jedem Raum (7, 26) zu schaffen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle (22) des oder jedes Raumes (7, 26) mit zu
den Rippen (21) querverlaufenden Umlenkungselementen (27)
versehen sind, derart, daß eine zickzackförmige Durch
strömung der Kanäle geschaffen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 10, 11 und 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die bootsinneren Wände (16, 25)
der Kanäle (22) des oder jedes Raumes (7, 26) mit zu den
Kanälen (22) vorspringenden Querrippen (28) versehen sind,
um eine zusätzliche, senkrecht zur Zickzackströmung ab
gelenkte Strömung zu erhalten.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rippen (28) aus Sicken bestehen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Druckkörper (1) außenseitig
wenigstens teilweise mit einer zu ihm beabstandeten
weiteren Wand (29) zur Bildung eines Außenraumes (30)
versehen ist, in dem neben einer Flüssigkeit wenigstens
ein Wärmespeicherkörper (31) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
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ID=6366017
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