DE2718944A1

DE2718944A1 - Innenkuehlrohr mit einfachem und mehrfachem hohlkammermantel

Info

Publication number: DE2718944A1
Application number: DE19772718944
Authority: DE
Inventors: Hans Karl Dr Leistritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1978-11-02

Description

Zusatzpatentanmeldung zu P 25 10 624.5
Bezeichnung : Innenkühlrohr mit einfachem und mehrfachem Bohlkammermantel BeschreibunF In der Rauptanmeldung 2 25 10 624.5 ist nach drei verschiedenen Richtungen eine Beschreibung des zur Innenkühlung einer Abgasanlage verwendeten Durchlaufrohres (bzw. mehrerer) erfolgt erstens eine Positionsbeschreibung dieses einen Luftdurchsatz enthaltenden Rohres, zweitens eine Darstellung der Faktoren, welche diesen luftdurchsatz herbeiführen bzw. fördern, drittens eine zusätzliche Verwendung des Durchlaufrohres als luftumsatzförderndes Treibmittel für Kühlzonen, die außerhalb der schalldämpfenden Bauelemente gelegen sind (Anspruch 3). Diese Zusatzanmeldung beschreibt weitere Verbesserungen und Anwendungsfälle des Erfindungsgedankens in obigen drei Richtungen, und zwar insbesondere auch für den in der Eauptanmeldung vorgesehenen Fall, daß die Abgasanlage neben der Schalldämpfung auch die Aufgabe der Abgasumwandlung zum Zwecke der Schadstoffbeseitigung aufweist. In diesem Konstruktionszusammenhang liegen besondere thermische Verhältnisse vor. Da der spezielle kenstruktive Gesichtspunk-t dieser Zusatznumeldung darin besteht, die Nantelwandung des Innentihlrohres mit einem oder mehreren Hohlkammern auszuführen, insbesondere auch aus dem gleichen Werkstoff oder im Verbund verschiedner Werkstoffe miteinander nicht nur den Mantel eines Gasführungsraumes mit einem in menrere Eohlkammern unterteilten Ringraum auszustatten, sondern mehrere solcher Hohlkammer-Ringräume so anzuordnen, daß einer sich als weiterer Mantel um den anderen legt, ist die Kenntnis der thermischen Bedingungen innerhalb jener Zonen, in denen dieses Konstruktionssystem eingesetzt wird, u.a. eine Voraussetzung für den Einsicht in den technologischen Sinn dieser Konstruktion und der hierbei von Fall zu Fall verschiedenen Werkstoffwahl. Es wird deshalb zunächst eine Beschreibung eier Abgasanlage als Beispielsfall dafür vorgenommen, innerhalb welcher Fragestellungen hierbei Kühlnotwendigkeiten auftreten. Das führt zunächst zu einer Definition der Zonen, in denen diese Probleme auftreten und alsdann technologisch sinnvoll zu der Maßnahme, zu ihrer Lösung Hohlkammer-Kühlrohre bestimmter Formgebung und bestimmter Werkstoffbeschaffenheit zu verwenden. Wenn das System des sog. THERMIC THREE-WAY RE-ACTORS als konkretes Beispiel gewählt wird, so bedeutet das nicht, dass die Anwendung der betreffenden Eonstruktionselemente von der Anwendung dieses Abgasumwandlungssystems abhängig wäre. Nachdem auch katalytische Systeme in der Regel in zumindest ähnliche Temperaturspitzen gelangen, ist auch in solchen Fallen der Einsatz von Hohlkammer-Kühlrohren sinnvoll.

TTR-System (TESZMIC THRE-WAY REACTOR)

1500

1000 :1 6

500

250

125

Weg 1 : Ziffer 1-5 Weg 2 : Ziffer 6-9 Weg 3 : Ziffer 10-13 Erläuterung des Schemas. 1 = Primärverbrennung im Motor (im Kern zwischen 2000 und 250000). 2 = Temperatur am Auslaßventil (ca.8500).
3 = Auslaßrohre. 4 = erstes Entspannungsvolumen; vgl.Ziff.10. 5 = Kühlstrecke 1 (fUr unbehandeltes Abgas.6= Abgaszulaufstrecke zum Reaktor (erneuter Wärmeaufbau; Wärmetausch zu Kühlstrecke II Zone 2 mit Wärmefluß von 12 zu 6). 7 = Steigerung des Wärmeaufbaus (Wärmetausch zu Kühlstrecke II Zone 1 mit Wärmefluß von 11 zu 7). 8 =letzte Stufe des Abgas- und Zusatzluftzulaufs zum Reaktor (beide medien mit Yärmetausch zu Nachbrennerfolgeräumen und im Vorstreckenbereich unter direkter Wärmestrahlung aus dem Nachbrennraum 9). 9 = Ablauf der Sekundärverbrennung im Nachbrennraum bis 100000 (Umkehrspülungsbrennkammer, Zusatzluftbeschickung durch Injektor, Unterscheidung zwischen Brennraumnische mit Zündelement und Vollbrennerstrecken, Kombination kleiner Kaltstart-Reaktormasse mit keramischer Speichermasse). 10 = Hauptteil der Vollbrennerstrecke mit Wärmetausch zum ersten Entspannungsvolumen 4 (T.iärmeflußmkehr : im Kaltstart von 4 in 9/10, im thermischen Beharrungszustand von 9/10 in 4). 11 = KUhlstrecke II Zone 1 (vgl.7). 12 = Kühlstrecke II Zone 2 (vgl.6). 13 = Kühlstrecke III (Kaltlufteinmischung, Innenkühlrohrsystem, Feinstrahlenaufibsung und sonstige konstruktive Mittel).
Die Durchsicht dieses Schemas macht deutlich, daß der funktionell richtige Ablauf des kombinierten Schalldämpfungs- und Abgasumwandlungsprozesses eine Kompaktbauweise herausfordert, da es auf andere Weise kaum möglich ist, diesseits und jenseits einer Wärmetauschwandung z.B. eine Abgaszulaufzone (6 des Schemas) mit einer Abgasauslaufzone (12 des Schemas) in eine Wärmetauschbeziehung zu bringen. Das prinzipielle Konstruktionselement des mit Hohlkammer-Ringräumen als Mantelzone versehenen Durchlaufrohres schafft sowohl für den gleichzeitig zu bewältigenden Schalldämpfungseffekt wie für den Kühl- bzw. Wärmetauscheffekt zusätzliche Vorteile : hinsichtlich der Schalldämpfung den Vorteil, die Aufteilung der aus dem Motorauslaß zulaufenden Gasballen in eine Vielzahl von Teilströme akustisch beherrschbarer Dimensionierung zu bewirken, hinsichtlich der Wärmetausch- und darin einbegriffenen Kühlprobleme die Erzielung grösserer Wärmetauschoberflächen, da eine Aufgliederung in profilartige Gasleitungen immer Oberflächenvergrößerungen einbringt. Hiervon aber ist die Wirkung des Wärmetausches bzw.
Kühleffektes im wesentlichen abhängig. Wird die Intensität des Vorganges noch dadurch unterstützt, daß von Zone zu Zone eine verschiedene Werkstoffwahl erfolgt, so kann sowohl die Speicherwirkung wie die verschiedene Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Werkstoffgruppen optimal eingesetzt werden. Wie das US-Patent Nr.3,989,469 des Anmelders ausweist, geht die technische Weiterentwicklung in der Lösung der schwierigen thermischen Probleme von Abgasumwandlungsanlagen seit längerem zur Kompaktanlage; der dort in eine solche Kompaktanlage integrierte Luftdurchsatz mit einem prinzipiell vom Abgasdurchlauf getrennten Ein- und Auslauf wird in dieser Zusatzanmeldung mit dem Prinzipgedanken des Innenkühlrohres, das eine verwandte Charakteristik aufweist, kombiniert. Dem auf die Gegenstrom-Nachbrennkammer dieses Patentes bezogenen Erfindungsgedanken wird mit dieser Zusatzanmeldung eine allgemeinere Fassung gegeben, die unabhängig vom zugrundegelegten Abgasuswandlungssystem in jedem Falle anwendbar ist.
Hinzu kommt ein wirtschaftliches Moment von wesentlicher Bedeutung. Bei verschiedenen Werkstoffen äußerst verschiedener Eigenschaften hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeicherwirkung sind neuere Fertigungsverfahren entwickelt worden, welche die lohnintensiven Herstellungsverfahren der Blechverarbeitung mehr und mehr in Problem-Randzonen drängen. Es gilt das vor allem für das Strangpreßverfahren, das für keramische Werkstoffe ebenso wie vor allem für Aluminium die Herstellung preiswerter Meterware erlaubt. Das Ein- oder Mehrring-Hohlkammer-Rohr ist diesem Fertigungsverfahren hochgradig angepaßt und erlaubt die billige Herstellung von einander eng zugeordneten Teilstromgruppen, wie sie sowbhl für reine Schalldämpfer wie für Abgasumwandler und deren Kombinationen immer benötigt werden. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß die zunehmende Einbeziehung dieser Werkstoffe die Verwendung teuerer Chromnickelstänle erspart und das Korrosionsproblem so löst, daß die Laufzeitbegrenzung der Abgasanlagen und die sog. Wexgwerfschalldämpfer mehr und mehr verschwinden können.
In der Formulierung der Patentansprüche sind die Merkmale der konstruktiven Einzelheiten ausgehend von der Hauptanmeldung P 25 10 624 prinzipiell definiert und anschließend mit ansteigen dem Schwierigkeitsgrad in den Unteransprüchen vom Einring-Hohlkammer-gühlrohr bis zum Mehrkammer-Rohr am Anwendungsfall dargestellt. Es ist versucht worden, durch die Begriffe des Einring- und Slehrring-Hohlkammer-Rohres die Fülle der Anwendungsfälle rein denktechnisch in der Übersichtlichkeit einer gedanklichen Ordnung zu halten. Hinzu kommt der Begriff des Ringraumes (numeriert), wobei prinzipiell ein mit Hohlkammern in Längserstreckung unterteilter Ringraum gemeint ist. Dieser braucht aber nicht aus einem Bauelement zu bestehen, sondern, wie die Figur 1 dies zeigt, aus einem Verbund verschiedener Werkstoffe gestaltet werden. So geht die Figur 1 in ihrer schematischprinzipiellen Darstellung von einem Metallrohr (24) aus, auf das ein Keramikteil (8/3/4) und wieder ein Metallrohr (15) aufgefädelt werden.
Die Zahl der Ringräume kann je nach Konstruktionsaufgabe beliebig erweitert werden. Da die Heißzonen in der Regel im axialen Kern des Systems liegen, wird bei Werkstoffverbund in den äusseren Ringräumen sogar bei Nachbrennern der Einsatz eines in Strangpressverfahren hergestellten Aluminium-Hohlkammer-Rohres möglich; in der Regel wird dies voraussetzen, in dem davor liegenden inneren Ringraum die Luftdurchsatzzone anzuordnen.
Die Figur 2 zeigt eine Form, die Luftdurchsatzzone ganz in einen Ringraum (9), der von Abgas durchflossen wird, zu legen (10).
Die Figur 4 ist hierfür ein Ausführungsbeispiel. Die eingepreßten Kanäle 10 (Figur 2) sind zugleich Haltevorrichtungen für ein ganz oder teilweise in den Aluminiumkörper eingestecktes Rohr, das die Durchbrüche durch die Mantelwandung des Gerätes vornimmt. Das Aluminium-Hohlkammer-Rohr (10) ist auf ein Innenrohr (13) "aufgefädelt". Die Zerlegbarkeit des Dämpfers ist im Schema nicht dargestellt.
Die Figur 3 zeigt das Hohlkammer-Rohr (13/10) als Schlußrohr eines Schalldämpfers. Der Dämpfer zeigt ein aus Keramik gefertigtes Teilstrombildungselement (11/7), dessen Kanalführungen 7 dadurch gebildet werden, daß Metallwandunger auf Keramikrillen aufliegen. Das Aluminium-Hohlkammer-Schlußrohr ist auf ein Innenkiihlrohr (5) gemäß Hauptanmeldung aufgesteckt und der Abgasdurchlauf erfolgt durch die Bohlkammern 10.

Claims

Patentansprüche t Durchlaufrohr (Innenkühlrohr) gemäß Hauptanmeldung P 2510624.

mit einem vom Abgasdurchlauf prinzipiell getrennten Buftdurchsatz, dadurch gekennzeichnet, daß es als zylindrischer oder profilierter Gasführungsraum ganz oder hinsichtlich eines Teiles seiner Längserstreckung mit einem oder mehreren Ringräumen versehen ist, welche in dieser Längserstreckung verschiedene Echlkammern aufweisen und der Luftdurchsatz entweder in der Zentralleitung (13) oder innerhalb eines der Rohlkammer-Ringräume (9, 10) stattfindet.
2. ohlkammer-Kühlrohr gemäß vorigem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß es entweder aus einem einzigen Werkstoff als einheitliches Bauelement ausgeführt ist (13/10 in Figur 3) oder im Verbund mehrerer 3auteile aus verschiedenen Werkstoffen in der Weise, daß deren formschlüssiges Anliegen die verschiedenen Gasführungsleitungen (3beispiel Figur 1 : 10, 9) bildet.
3. Sohlkammer-Eühlrohr gemäß einem der vorigen Ansprüche da-- durch gekennzeichnet, daß verschiedene Hohlkammer-Ringräume einander nicht in gleicher Längserstreckung überdecken und insbesondere konstruktionsbedingte Zulaufverteiler in die Zone der Ringräume eingefügt sind.
4. Hohlka=er-Xühlrohr gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralleitung (13/24) als Montage-Leitschiene für die Ringraumgruppen ausgeführt ist.
5. Einring-Hohlkammer-Kühlrohr gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß seine zentrale Leitung (13/24) die Fortsetzung eines Innenkühlrohres gemäß Hauptanmeldung darstellt und in die freie Atmosphäre mündet, während die Hohlkammern des Ringraumes das Abgas aus dem Endvolumen einer Abgasanlage (Schalldämpfer oder Kühlstrecke) der freien Atmosphäre zuführen.
6. Hohlkammer-Eühlrohr gemäß vorigem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß es mit seinen Hohlkammer-Eintrittsöffnungen(Figur 3 : 10j innerhalb des Endvolumens (12) überlappend mit Teilstromfiihrungskanälen angeordnet ist, durch welche das Abgas in das Endvolumen einläuft.
7. Einring-Sohlkammer-Kühlrohr gemäß einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaszulauf in mehrere parallel geschaltete Rohre dieser Art aus einem Abga3zufiibrungsraum einläuft, während die in diese Rohre integrierten Luftdurchsatzöffnungen ihre getrennten Ein- und Auslauföffnungen behalten.
8. Einring-Hohlkammer-Eühlrohr gemäß einem der vorigen Ansprsiche dadurch gekennzeichnet, daß in seinem Ringraum eine oder mehree Hohlkammern (10 in Figur 2) für den Luftdurchsatz vorigen sehen sind (10 in Figur 2; Figur 4).
9. Einring-Hohlkammer-Kiih1rohr gemäß vorigem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas in den mit Luft beschickten Ringraum (10 in Figur 4) einläuft (9), dessen Aussenwandung in die freie Atmosphäre abstrahlt und erst dann in die Zentralleitung (13) gelangt, nachdem das Abgas in einem Entspannungsraum (16), dessen Wandungen in die freie Atmosphäre abstrahlen, eine weitere Abkühlung erfahren hat.
10. Einring- oder Mehrring-Hohlkammer-Kühlrohr nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß seine abgasftahrenden Leitungen irgendeine Gasfünrungsstrecke zwischen den zur Schalldämpfung oder Abgasumwandlung vorgesehenen Baukörpern darstellen.
11. Zwei- oder Nehrring-Hohlkammer-Kühlrohr gemäß einem der Ansprüche 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Nachverbrennungssystems die Zentralleitung (13) den Nachbrennraum enthält und der Ringraum 1 aus einem Verbund Edelstahl (24) /Keramik (8,3) gefertigt ist.
12. Hohlkammer-Kühlrohr gemäß vorigem Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdurchsatz in jenem Ringraum angeordnet ist, der innen an den äußersten Ringraum angrenzt.
13. Mehrring-Hohlkammer-KEhlrohr gemäß einem der vorigen Anspr<-che dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuleitungsstrecken zu einzelnen Ringräumen außerhalb des Baukörpers gelegene Kühlstrecken zwischengeschaltet werden.