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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf eine Düsenanordnung gerichtet
und insbesondere auf eine Düsenanordnung, die konfiguriert
ist, um von einem Strömungsmittel gekühlt zu werden.
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Hintergrund
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Motoren,
die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der
Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe
Mischung aus Luftverunreinigungen ausstoßen. Die Luftverunreinigungen
können sowohl aus gasförmigem als auch aus festem
Material zusammengesetzt sein, wie beispielsweise aus Partikelstoffen.
Partikelstoffe können Asche und unverbrannte Kohlenstoffpartikel aufweisen,
die Ruß genannt werden.
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Aufgrund
vergrößerter Sorge um die Umwelt haben einige
Motorhersteller Systeme zur Behandlung von Motorabgas, nachdem es
den Motor verlässt, entwickelt. Einige dieser Systeme setzten
Abgasbehandlungsvorrichtungen ein, wie beispielsweise Partikelfallen,
um Partikelstoffe aus dem Abgasfluss zu entfernen. Eine Partikelfalle
kann Filtermaterial aufweisen, welches dafür ausgelegt
ist, Partikelstoffe einzufangen. Nach einer verlängerten
Periode der Anwendung kann jedoch das Filtermaterial teilweise mit
Partikelstoffen gesättigt werden, was bewirkt, dass die
Motorleistung leidet.
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Die
gesammelten Partikelstoffe können aus dem Filtermaterial
durch einen Prozess entfernt werden, der Regeneration genannt wird.
Eine Partikelfalle kann durch Steigerung der Temperatur des Filtermaterials
und der eingefangenen Partikelstoffe über die Verbrennungstemperatur
der Partikelstoffe regeneriert werden. Diese Steigerung der Temperatur kann
durch verschiedene Mittel bewirkt werden. Beispielsweise können
einige Systeme ein Heizungselement einsetzen, um direkt einen oder
mehrere Teile der Partikelfalle aufzuheizen (beispielsweise das
Filter material oder das äußere Gehäuse).
Andere Systeme sind konfiguriert worden, um Abgase stromaufwärts
der Partikelfalle aufzuheizen. Die aufgeheizten Gase fließen
dann durch die Partikelfalle und übertragen Wärme
auf das Filtermaterial und die eingefangenen Partikelstoffe. Solche
Systeme können einen oder mehrere Motorbetriebsparameter
verändern, wie beispielsweise das Verhältnis von
Luft zu Brennstoff in den Brennkammern, um Abgase mit einer erhöhten
Temperatur zu erzeugen. Alternativ können solche Systeme
die Abgase stromaufwärts der Partikelfalle aufheizen, beispielsweise
mit einem Brenner, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, die
zu der Partikelfalle führt.
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Ein
solches System wird vom
US-Patent
Nr. 4,651,524 offenbart, welches an Brighton am 24. März
1987 erteilt wurde („das '524-Patent"). Das '524-Patent
offenbart ein Abgasbehandlungssystem, welches konfiguriert ist,
um die Temperatur der Abgase mit einem Brenner zu vergrößern.
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Während
das System des '524-Patentes die Temperatur der Partikelfalle vergrößern
kann, ist die Regenerationsvorrichtung des '524-Patentes nicht so konfiguriert,
dass ein Teil der Vorrichtung vor, während und/oder nach
der Regeneration der Partikelfalle aktiv gekühlt werden
kann. Als eine Folge können Komponenten der Vorrichtung
mit der Zeit aufgrund von Brennstoff verstopft werden, der in der
Vorrichtung zurückbleibt, während die Vorrichtung
nach der Regeneration auf einer erhöhten Temperatur ist.
Die Verstopfung der Vorrichtung kann die Wirksamkeit der Vorrichtung
verringern und die Leistung der Vorrichtung behindern.
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Die
offenbarte Düsenanordnung ist darauf gerichtet, eines oder
mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung weist eine Düsenanordnung ein Gehäuse
auf, welches einen ersten Strömungsmitteldurchlass in Strömungsmittelverbindung
mit einem zweiten Strömungsmitteldurchlass definiert, und
eine Hülse, die in dem Gehäuse angeordnet ist
und strö mungsmittelmäßig mit den ersten
und zweiten Strömungsmitteldurchlässen verbunden
ist. Das Gehäuse definiert einen radialen Strömungsmitteldurchlass
in der Nähe eines vorderen Endes der Hülse. Die
Düsenanordnung weist auch mindestens eine Zumessöffnung
in selektiver Verbindung mit einer Regenerationsvorrichtung auf.
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Bei
einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung weist eine Düsenanordnung ein Gehäuse
auf, welches einen ersten Strömungsmitteldurchlass in Strömungsmittelverbindung
mit einem zweiten Strömungsmitteldurchlass definiert, und
einen dritten Strömungsmitteldurchlass in Strömungsmittelverbindung
mit einem vierten Strömungsmitteldurchlass. Die Düsenanordnung
weist auch eine Hülse auf, die in dem Gehäuse angeordnet
ist. Die Hülse definiert einen Bypass- bzw. Überleitungsdurchlass,
der konfiguriert ist, um dabei zu helfen, strömungsmittelmäßig
den ersten Strömungsmitteldurchlass und den zweiten Strömungsmitteldurchlass
zu verbinden. Das Gehäuse definiert weiter einen radialen
Strömungsmitteldurchlass in der Nähe eines vorderen
Endes der Hülse. Die Düsenanordnung weist auch
mindestens eine Zumessöffnung in selektiver Verbindung
mit einer Regenerationsvorrichtung auf.
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In
noch einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zur Kühlung
eines Teils einer Düsenanordnung auf, steuerbar einen Fluss
eines ersten Strömungsmittels zu einem ersten Strömungsmitteldurchlass
und/oder einem zweiten Strömungsmitteldurchlass der Düsenanordnung
einzuschränken. Das Verfahren weist weiter auf, einen Fluss
eines zweiten Strömungsmittels zu einem radialen Strömungsmitteldurchlass
der Düsenanordnung zu leiten. Das erste Strömungsmittel
ist ein anderes Strömungsmittel als das zweite Strömungsmittel.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung einer Düsenanordnung,
die mit einer ersten Strömungsmittelquelle und einer zweiten
Strömungs mittelquelle verbunden ist, und zwar gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist
eine schematische Veranschaulichung einer Regenerationsvorrichtung,
die mit einer Leistungsquelle verbunden ist, und zwar gemäß einem
weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie
in 1 gezeigt, weist eine Düsenanordnung 2 ein
Gehäuse 4 und eine Hülse 8 auf,
die in einem Kanal 24 des Gehäuses 4 angeordnet
ist. Ein vorderes Ende 57 der Hülse 8 liegt
an dem Gehäuse 4 an, und ein hinteres Ende 59 der
Hülse 8 liegt an einem Stopp bzw. Anschlag 30 der
Düsenanordnung 2 an. Der Anschlag 30 und
die Hülse 8 sind gegen das Gehäuse 4 mit
einer Einstellschraube 32 gesichert.
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Das
Gehäuse 4 kann beispielsweise eine Sammelleitung
oder irgendeine andere ähnliche Struktur sein, die Komponenten
einer Düsenanordnung tragen kann und beim Bilden einer
Kammer 14 zur Verwirbelung von Strömungsmittel
helfen kann, welches durch die Düsenanordnung 2 eingespritzt werden
soll. Wie in 1 gezeigt, können die
Hülse 8, der Anschlag 30 und die Einstellschraube 32 zumindest
teilweise durch das Gehäuse 4 getragen werden
und/oder können damit verbunden sein. Eine Zündungsvorrichtung 98 kann
auch von dem Gehäuse 4 getragen werden und/oder
damit verbunden sein. Solche Zündungsvorrichtungen 98 können
beispielsweise eine Zündkerze oder andere herkömmliche
Zündungsvorrichtungen aufweisen. Das Gehäuse 4 kann
aus irgendeinem Material gemacht sein, von dem in der Technik bekannt
ist, dass es Partikelfilterregenerationstemperaturen widerstehen
kann. Solche Materialien können beispielsweise Platin, Stahl,
Aluminium und/oder irgendwelche Legierungen davon sein. Zusätzlich
kann das Gehäuse 4 aus Gusseisen oder aus irgendeinem
anderen Gussmaterial gemacht sein. Wie unten bezüglich
der 2 besprochen wird, können das Gehäuse 4 und/oder andere
Komponenten der Düsenanordnung 2 bemessen und/oder
in an derer Weise konfiguriert sein, um an einer Regenerationsvorrichtung 82 befestigt zu
werden.
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Das
Gehäuse 4 kann einen ersten Strömungsmitteldurchlass 18 und
einen zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 definieren.
Das Gehäuse 4 kann weiter einen dritten Strömungsmitteldurchlass 28 (durch
gestrichelte Linien 71, 73 in 1 veranschaulicht)
und einen vierten Strömungsmitteldurchlass 26 definieren.
Der erste Strömungsmitteldurchlass 18 kann strömungsmittelmäßig
mit dem zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 verbunden
sein, und der dritte Strömungsmitteldurchlass 28 kann
strömungsmittelmäßig mit dem vierten
Strömungsmitteldurchlass 26 verbunden sein. Wie
genauer unten beschrieben wird, kann der erste Strömungsmitteldurchlass 18 strömungsmittelmäßig
mit dem zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 beispielsweise über den
Kanal 24 des Gehäuses 4, zumindest einen
von einer Vielzahl von Schlitzen 36, die von der Hülse 8 definiert
werden, und einen Bypass- bzw. Überleitungsdurchlass 22 der
Hülse 8 verbunden sein. Zusätzlich kann
der dritte Strömungsmitteldurchlass 28 strömungsmittelmäßig
mit dem vierten Strömungsmitteldurchlass 26 beispielsweise über
einen ersten Kanal 54 (durch gestrichelte Linien 75, 77 in 1 veranschaulicht),
einen zweiten Kanal 52 und einen ersten radialen Durchlass 53 des
Gehäuses 4 verbunden sein.
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Wie
in 1 gezeigt, kann das Gehäuse 4 zumindest
eine Zumessöffnung 12 definieren. Die Zumessöffnung 12 kann
bemessen, abgewinkelt und/oder in anderer Weise konfiguriert sein,
um einen kegelförmigen Fluss von Strömungsmittel
beispielsweise in die Regenerationsvorrichtung 82 (2)
einzuspritzen. Das Gehäuse 4 kann dabei helfen,
die Kammer 14 in der Nähe des vorderen Endes 57 der
Hülse 8 zu definieren. Die Kammer 14 kann
auch bemessen, geformt und/oder in anderer Weise konfiguriert sein,
um bei der Einspritzung des kegelförmigen Flusses von Strömungsmittel
zu helfen.
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Der
erste radiale Durchlass 53 kann ein Kanal sein, der gefräst,
gebohrt, geschnitten, geätzt und/oder in anderer Weise
in einer Wand des Gehäuses 4 ausgeformt ist. Der
erste radiale Durchlass 53 kann so geformt sein, dass er
sich im Wesentlichen um einen Umfang oder Umlauf des vorderen Endes 57 der
Hülse 8 erstreckt.
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Somit
kann Strömungsmittel, welches durch den ersten radialen
Durchlass 53 vom zweiten Kanal 52 zum ersten Kanal 54 läuft,
vollständig in dem ersten radialen Durchlass 53 enthalten
sein. Ein Strömungsmittelpfad, der durch den ersten radialen Durchlass 53 gebildet
wird, kann somit von einem zusätzlichen Strömungsmittelpfad
getrennt sein, der beispielsweise von dem Kanal 24, der
Vielzahl von Schlitzen 36, der Kammer 14 und/oder
dem Bypass- bzw. Überleitungsdurchlass 22 gebildet
wird. Darüber hinaus können die ersten und zweiten
Kanäle 54, 52 im Wesentlichen in der
gleichen Weise geformt sein, wie der erste radiale Durchlass 53,
und die ersten und zweiten Kanäle 54, 52 können
sich vom ersten radialen Durchlass 53 in der Nähe
zu einer Außenfläche der Hülse 8 erstrecken.
Es sei bemerkt, dass es wünschenswert sein kann, die Dicke
einer Gehäusewand 86 in der Nähe der
Außenfläche der Hülse 8 zu minimieren,
sodass Strömungsmittel mit relativ niedriger Temperatur,
welches durch die ersten und zweiten Kanäle 54, 52 fließt,
effizient Wärme beispielsweise aus Teilen des Gehäuses 4,
dem Anschlag 30 und/oder der Hülse 8 durch
Leitung und/oder Konvektion extrahieren bzw. ableiten kann. Insbesondere
kann es wünschenswert sein, Wärme aus der Vielzahl
von Schlitzen 36 und/oder dem Teil des Gehäuses 4 in
der Nähe der Zumessöffnung 12 und der
Kammer 14 abzuleiten. Diese Komponenten der Düsenanordnung 2 können
die größte Wahrscheinlichkeit von Korrosion, Fressvorgängen und/oder
anderer Verstopfung aufgrund ihrer engen Nähe zur Verbrennungsreaktion
in der Regenerationsvorrichtung 82 (2) und aufgrund
der relativ kleinen Größe haben. Entsprechend
können die ersten und zweiten Kanäle 54, 52 in
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung so nahe wie möglich an dem Kanal 24 des
Gehäuses 4 ausgeformt sein, während ein
wünschenswertes Ausmaß an struktureller Integrität
innerhalb des Gehäuses 4 beibehalten wird.
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Die
Hülse 8 kann an einer Innenfläche des Gehäuses 4 anliegen,
um eine Strömungsmitteldichtung dazwischen zu bilden. Die
Strömungsmitteldichtung kann Strömungsmitteldrücken
von beispielsweise über 250 psi während des Betriebs
der Düsenanordnung 2 widerstehen. Die Hülse 8 kann
im Wesentlichen zylindrisch und im Wesentlichen hohl sein und kann
aus irgendeinem der Metalle gemacht sein, die oben bezüglich
des Gehäuses 4 besprochen wurden. Die Vielzahl der
Schlitze 36, die von der Hülse 8 definiert
werden, kann in Strömungsmittelverbindung mit dem Kanal 24 des
Gehäuses 4 und der Kammer 14 sein. Die
Vielzahl von Schlitzen 36 kann in irgendeinem wünschenswerten
Winkel relativ zu einer Längsachse 9 der Hülse 8 angeordnet
sein, um bei der Einspritzung von Strömungsmittel in die
Kammer 14 in einem Winkel zu helfen. Die Vielzahl von Schlitzen 36 kann
irgendeinen Durchmesser haben, der nützlich dabei ist,
eine erwünschte Menge an Strömungsmittel in die
Kammer 14 über einen Bereich von erwünschten
Drücken zu liefern. Der Durchmesser der Schlitze 36 kann
relativ klein im Vergleich zu beispielsweise einem Durchmesser des Überleitungsdurchlasses 22 sein.
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Der Überleitungsdurchlass 22 kann
gefräst, gebohrt, geschnitten, geätzt und/oder
in anderer Weise in der Hülse 8 ausgeformt sein.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Überleitungsdurchlass 22 sich
im Wesentlichen über die gesamte Länge der Hülse 8 vom
vorderen Ende 57 zum hinteren Ende 59 erstrecken.
Der Überleitungsdurchlass 22 kann im Wesentlichen
parallel zur Längsachse 9 der Hülse 8 ausgeformt
sein, und kann strömungsmittelmäßig mit
der Kammer 14 verbunden sein. Der Überleitungsdurchlass 22 kann
auch strömungsmittelmäßig mit der Vielzahl
von Schlitzen 36 und dem ersten Strömungsmitteldurchlass 18 verbunden
sein. Der Überleitungsdurchlass 22 kann eine Einschränkung
bzw. Drossel 23 aufweisen, die in der Nähe der Kammer 14 angeordnet
ist. Die Einschränkung 23 kann beispielsweise
aus dem gleichen Material gemacht sein, wie die Hülse 8.
Alternativ kann die Einschränkung bzw. Drossel beispielsweise
ein Teil eines Rohrs, einer Rohrleitung und/oder einer anderen Struktur
sein, die mit der Hülse 8 verbunden ist und innerhalb
des Überleitungsdurchlasses 22 verbunden ist.
Die Einschränkung 23 kann eine relativ kleine Zumessöffnung 25 definieren.
Eine Mittellinie der Zumessöffnung 25 kann mit
der Längsachse 9 der Hülse 8 und/oder
einer Mittellinie der Kammer 14 angeordnet sein. Der Durchmesser
der Zumessöffnung 25 kann als Konstruktionsparameter
der Düsenanordnung 2 basierend auf einer erwünschten
Strömungsmittelflussrate durch die Zumessöffnung 12 optimiert werden.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Durchmesser
der Zumessöffnung 25 0,010 Inch sein.
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Der
Anschlag 30 kann beispielsweise irgendein herkömmlicher
mechanischer Abstandshalter sein. Der Anschlag 30 kann
aus irgendeinem der oben bezüglich des Gehäuses 4 besprochenen
Metalle sein und kann bemessen, geformt und/oder konfiguriert sein,
um die Hülse 8 eng beispielsweise gegen das Gehäuse 4 zu
sichern, wenn die Einstellschraube 32 voll festgezogen
ist. Der Anschlag 30 kann im Wesentlichen nicht zusammengedrückt
werden und kann zumindest eine Nut definieren, die konfiguriert
ist, um eine Dichtung 34 aufzunehmen. Die Nut kann irgendeine
Konfiguration haben und in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann sich die Nut um einen Umfang oder Umkreis des Anschlages 30 erstrecken.
Die Dichtung 34 kann konfiguriert sein, um eine Strömungsmitteldichtung
beispielsweise zwischen dem Gehäuse 4 und dem
Anschlag 30 zu bilden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Dichtung 34 ein O-Ring sein, der aus irgendeinem
herkömmlichen Plastik, Gummi, Polymer oder Verbundstoff
gemacht ist, der in Anwendungen zu verwenden ist, wo Benzin, Diesel
und/oder andere erdölbasierte Strömungsmittel
verwendet werden. Solche Materialien können beispielsweise Viton® oder andere Fluorelastomere aufweisen.
Die Dichtung 34 kann konfiguriert sein, um eine Strömungsmitteldichtung
zu bilden, wenn Strömungsmitteldrücke innerhalb
des Gehäuses 4 beispielsweise 250 psi überschreiten,
und die Einstellschraube 32 kann dabei helfen, eine solche
Dichtung zu bilden. In einem zusätzlichen beispielhaften
Ausführungsbeispiel kann der Anschlag 30 eine
Anzahl von zusätzlichen Dichtungen 35 aufweisen,
die in getrennten jeweiligen Nuten angeordnet sind, die durch den
Anschlag 30 definiert werden. Die zusätzlichen
Dichtungen 35 können mechanisch ähnlich
der Dichtung 34 sein und können beispielsweise
O-Ringe sein, die aus irgendeinem herkömmlichen Plastik,
Gummi, Polymer oder Verbundstoff gemacht sind, die in Anwendungen
zu verwenden sind, wo Strömungsmittel, wie beispielsweise
Wasser, Glykol und/oder andere Kühlmittel verwendet werden.
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Der
Anschlag 30 kann weiter eine relativ große mittige
Nut definieren, die sich im Wesentlichen umlaufend um den Anschlag 30 erstreckt.
Diese mittige Nut kann gefräst, gebohrt, geschnitten, geätzt und/oder
in anderer Weise in dem Anschlag 30 geformt sein und kann
dabei helfen, einen zweiten radialen Durchlass 61 zu bilden,
wenn der Anschlag 30 in dem Kanal 24 des Gehäuses 4 angeordnet
ist.
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Der
zweite radiale Durchlass 61 kann strömungsmittelmäßig
mit dem ersten Kanal 54 und dem dritten Strömungsmitteldurchlass 28 verbunden
sein. Es sei bemerkt, dass das Strömungsmittel mit relativ niedriger
Temperatur, welches durch die ersten und zweiten Kanäle 54, 52 und
durch den zweiten radialen Durchlass 61 fließt,
Wärme beispielsweise von Teilen des Gehäuses 4,
dem Anschlag 3 und/oder der Hülse 8 durch
Wärmeleitung abführen kann.
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Zumindest
ein Ventil kann strömungsmittelmäßig
mit dem Gehäuse 4 verbunden sein, um bei der Steuerung
des Flusses von Strömungsmittel darin zu helfen. Beispielsweise
kann ein Ventil 40 strömungsmittelmäßig
mit dem ersten Strömungsmitteldurchlass 18 über
eine Strömungsmittelleitung 51 verbunden sein,
und ein Ventil 38 kann strömungsmittelmäßig
mit dem zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 über
die Strömungsmittelleitung 50 verbunden sein.
Im Allgemeinen können die hier beschriebenen Strömungsmittelleitungen
irgendwelche herkömmlichen Rohre, Schläuche und/oder
andere Strukturen sein, die konfiguriert sind, um unter Druck gesetztes
Strömungsmittel mit Drücken von beispielsweise über
250 psi zu übertragen. Die Ventile 40, 38 können
irgendeine Bauart von steuerbarem Zwei-Wege-Ventil sein, welches
in der Technik bekannt ist. Die Ventile 40, 38 können
eine (nicht gezeigte) Betätigungsvorrichtung aufweisen,
wie beispielsweise einen Elektromagneten, um beim Regulieren eines
Flusses von Strömungsmittel dort hindurch zu helfen. In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann mindestens
eines der Ventile 40, 38 variabel geregelt werden.
Ein Teil von jedem Ventil 40, 38, wie beispielsweise
die Betätigungsvorrichtung, kann mit einer Steuervorrichtung 56 verbunden sein.
Die gestrichelten Steuerleitungen 60, die in 1 gezeigt
sind, veranschaulichen eine solche Verbindung. Die Steuervorrichtung 56 kann
beispielsweise eine elektronische Steuereinheit, ein Computer und/oder
irgendein anderer herkömmlicher Datenprozessor sein, der
bzw. die konfiguriert sind, um die Position und/oder die Funktion
der Ventile 40, 38 zu steuern.
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Die
Ventile 40, 38 können auch strömungsmittelmäßig
mit einem Tank 42 verbunden sein. Der Tank 42 kann
beispielsweise ein Niederdrucksumpf, ein Brennstofftank, ein sekundärer
Brennstoffkreislauf einer Arbeitsmaschine und/oder irgendeine andere
in der Technik bekannte Niederdruckströmungsmittelquelle
sein. Der Tank 42 kann beispielsweise Dieselbrennstoff
enthalten und kann mit einer herkömmlichen Druckquelle
verbunden sein, wie beispielsweise mit einer Pumpe 44.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 44 konfiguriert
sein, um Strömungsmittel aus dem Tank 42 über
eine Strömungsmittelleitung 47 zu ziehen und das
herausgezogene Strömungsmittel zum Ventil 38 über
eine Strömungsmittelleitung 49 zu leiten. In einem
solchen Ausführungsbeispiel kann das Ventil 40 strömungsmittelmäßig
mit dem Tank 42 über die Strömungsmittelleitung 48 verbunden
sein. Die Strömungsmittelleitungen 47, 48, 49 können
mechanisch ähnlich den oben besprochenen Strömungsmittelleitungen 51, 50 sein.
Die Pumpe 44 kann dabei helfen, das Strömungsmittel
zum Ventil 38 mit irgendeinem wünschenswerten
Strömungsmitteldruck zu leiten, und sie kann irgendeine
Bauart einer Pumpe sein, die in der Technik bekannt ist, wie beispielsweise
eine Impeller- bzw. Laufradpumpe. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann die Pumpe 44 Strömungsmittel zum Ventil 38 ungefähr
mit 250 psi oder mehr leiten.
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Wie
in 1 gezeigt, können die dritten und vierten
Strömungsmitteldurchlässe 28, 26 des
Gehäuses 4 strömungsmittelmäßig
mit einem Reservoir 90 verbunden sein. Das Reservoir 90 kann
beispielsweise ein Niederdrucksumpf, ein Radiator bzw. Kühler
einer Arbeitsmaschine, ein Wassertank oder anderer Kühlmitteltank,
ein Kühlmittelkreislauf einer Arbeitsmaschine und/oder
eine andere in der Technik bekannte Niederdruckströmungsmittelquelle
sein. Das Reservoir 90 kann beispielsweise Wasser, Glykol,
Kühlmittel und/oder andere Kühlmittel oder Strömungsmittel
enthalten, und kann mit einer herkömmlichen Druckquelle
verbunden sein, wie beispielsweise mit einer Pumpe 88.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 88 mechanisch ähnlich
der oben beschriebenen Pumpe 44 sein. Die Pumpe 88 kann
konfiguriert sein, um Kühlmittel und/oder andere Strömungsmittel
aus dem Reservoir 90 über die Kühlmittelleitung 92 zu
ziehen und das herausgezogene Strömungsmittel zum vierten
Strömungsmitteldurchlass 26 über eine
Kühlmittelleitung 94 zu leiten. In einem solchen
beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 88 Strömungsmittel
zu dem vierten Strömungsmitteldurchlass 26 mit
ungefähr 20 psi oder mehr leiten. Zusätzlich kann
das Strömungsmittel, welches aus dem Gehäuse 4 durch den
dritten Strömungsmitteldurchlass 28 austritt, zum
Reservoir 90 über eine Kühlmittelleitung 96 gelei tet
werden. Die Kühlmittelleitungen 92, 94, 96 können
mechanisch ähnlich den oben besprochenen Strömungsmittelleitungen 51, 50 sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
in 2 in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung gezeigt, kann die offenbarte Düsenanordnung 2 in
Kombination mit einer Regenerationsvorrichtung 82 verwendet werden,
um dabei zu helfen, Verunreinigungen zu reinigen bzw. auszuspülen,
die in einem Filter 84 gesammelt wurden. Solche Filter 84 können
irgendeine Art von in der Technik bekannten Filtern aufweisen, wie
beispielsweise Partikelfilter, die nützlich dabei sind,
Verunreinigungen aus einem Flüssigkeitsstrom herauszuziehen.
Solche Filter 84, und somit die Regenerationsvorrichtung 82,
können strömungsmittelmäßig
mit einem Abgasauslass von beispielsweise einem Dieselmotor oder
einer anderen Leistungsquelle 78 sein, die in der Technik
bekannt ist. Die Leistungsquelle 78 kann in irgendeiner
herkömmlichen Anwendung verwendet werden, wo eine Leistungsversorgung
erforderlich ist. Beispielsweise kann die Leistungsquelle 78 verwendet
werden, um Leistung zu einer stationären Einrichtung zu
liefern, wie beispielsweise Leistungsgeneratoren, oder für andere
mobile Einrichtungen, wie beispielsweise Fahrzeuge. Solche Fahrzeuge
können beispielsweise Automobile, Arbeitsmaschinen (die
solche für die Anwendung auf der Straße genauso
wie im Gelände einschließen) und andere schwere
Maschinen aufweisen.
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Ein
Fluss von Abgas, der von der Leistungsquelle 78 erzeugt
wird, kann von der Leistungsquelle 78 durch eine Energieabfuhranordnung 80 und
in die Regenerationsvorrichtung 82 laufen. Es sei bemerkt, dass
in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Offenbarung die Energieabfuhranordnung 80 weggelassen werden
kann. Unter normalen Betriebsbedingungen der Leistungsquelle kann die
Regenerationsvorrichtung 82 deaktiviert sein, und der Fluss
des Abgases kann durch die Regenerationsvorrichtung 82 in
den Filter 84 laufen, wo ein Teil der Verunreinigungen,
die von dem Abgas mitgeführt werden, eingefangen werden
kann. Mit der Zeit kann jedoch der Filter 84 mit angesammelten
Verunreinigungen gesättigt werden, wodurch seine Fähigkeit
zur Entfernung von Verunreini gungen aus dem Abgasfluss behindert
wird. Ein gesättigter Filter 84 kann auch einen
Rückdruck auf die Leistungsquelle 78 erzeugen,
was die Leistung der Leistungsquelle verschlechtert und den Brennstoffverbrauch
steigert. Eine oder mehrere (nicht gezeigte) Diagnosevorrichtungen
können verwendet werden, um beispielsweise die Filtertemperatur,
die Flussrate, die Flusstemperatur, den gefilterten Gehalt der Flusspartikel,
den Abgasrückdruck und/oder andere Charakteristiken des
Filters 84, der Leistungsquelle 78 und/oder des Flusses
zu detektieren, und kann bzw. können diese Informationen
an die Steuervorrichtung 56 senden. Die Steuervorrichtung 56 kann
die Informationen verwenden, um zu bestimmen, wann der Filter 84 eine Regeneration
benötigt. Diese Bestimmung kann auch auf einem vorherbestimmten
Regenerationszeitplan basieren, auf den von der Leistungsquelle 78 verbrannten
Gallonen bzw. Mengen an Brennstoff und/oder auf Modellen, Algorithmen
oder Karten, die in einem Speicher der Steuervorrichtung 56 gespeichert
sind.
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Die
Regenerationsvorrichtung 82 kann konfiguriert sein, um
die Temperatur eines Abgasflusses zu vergrößern,
welcher durch sie hindurch läuft, wodurch ein Ausgangsfluss
erzeugt wird, der den Filter 84 regenerieren kann. Die
Temperatur des Flusses kann durch Einspritzung eines entflammbaren
Strömungsmittels, wie beispielsweise Dieselbrennstoff,
in die Regenerationsvorrichtung 82 unter Verwendung der
Düsenanordnung 2 erhöht werden, und durch Zünden
des Strömungsmittels in der Regenerationsvorrichtung 82.
Der Betrieb der Düsenanordnung 2 wird nun im Detail
bezüglich 1 beschrieben, außer
wenn dies anders erwähnt wird. Wie oben erwähnt,
sei bemerkt, dass die gestrichelten Linien 60, die von
der Steuervorrichtung 56 in 1 herkommen,
elektrische Leitungen oder andere Steuerleitungen darstellen. Die
durchgezogenen Linien, die jede der Komponenten der 1 verbinden,
stellen Strömungsmittelflussleitungen oder Kühlmittelleitungen dar.
Es sei weiter bemerkt, dass das Strömungsmittel, welches
für die Dauer dieser Offenbarung besprochen wird, beispielsweise
Benzin, Dieselbrennstoff, reformierter Brennstoff oder irgendein
anderes herkömmliches brennbares Strömungsmittel
sein kann. Das Strömungsmittel kann in der Regenerationsvorrichtung 82 gezündet
werde, um die Temperatur des Abgasflusses zu vergrößern.
Zusätzlich kann das für die Dauer dieser Offenbarung
besprochene Kühlmittel, beispielsweise Wasser, Glykol,
Kühlmittel und/oder irgendwelche anderen herkömmlichen Strömungsmittel
sein, die verwendet werden, um die Arbeitsmaschine und/oder Automobilkomponenten zu
kühlen. Das Kühlmittel kann verwendet werden, um
durch Leitung Teile der Düsenanordnung 2 vor, während
und/oder nach einem Regenerationsprozess zu kühlen. Es
wird in Betracht gezogen, dass ein Fluss eines ersten Strömungsmittels
und ein Fluss eines zweiten Strömungsmittels durch Komponenten
der Düsenanordnung 2 geleitet werden kann, und
dass das erste Strömungsmittel ein anderes Strömungsmittel
sein kann als das zweite Strömungsmittel. Es wird auch
in Betracht gezogen, dass die ersten und zweiten Strömungsmittel
das gleiche Strömungsmittel sein können. In einem
solchen Ausführungsbeispiel kann das Strömungsmittel
beispielsweise Dieselbrennstoff, Benzin und/oder irgendein anderes
herkömmliches brennbares Strömungsmittel sein.
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Um
die Einspritzung von Brennstoff unter Verwendung der Düsenanordnung 2 zu
beginnen, kann die Steuervorrichtung 56 im Wesentlichen
die Ventile 38 und 40 öffnen. Die Pumpe 44 kann
Strömungsmittel zum zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 beispielsweise
mit einem Druck von ungefähr 250 psi liefern, und die Strömungsmittelleitung 47 kann das
Strömungsmittel zur Pumpe 44 vom Tank 42 leiten.
Das Strömungsmittel kann dann von der Pumpe 44 zum
Ventil 38 durch die Strömungsmittelleitung 49 geleitet
werden. Der Fluss des Strömungsmittels, der in den zweiten
Strömungsmitteldurchlass 16 durch die Strömungsmittelleitung 50 eintritt,
und somit die Menge des Strömungsmittels, die zur Regenerationsvorrichtung 52 (2)
geliefert wird, kann durch das Ventil 40 geregelt werden.
Um beispielsweise die Menge des Strömungsmittels, die zum
zweiten Strömungsmitteldurchlass 16 und/oder zur
Regenerationsvorrichtung 82 geleitet wird, zu vergrößern,
kann ein Anwender das Ventil 40 in eine vergleichsweise geschlossene
Position betätigen bzw. stellen. Die Steuerung der Ventile 38, 40 in
dieser Weise wird den Strömungsmittelfluss vom zweiten
Strömungsmitteldurchlass 16 in Richtung des Pfeils 62 leiten.
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Das
Strömungsmittel kann dann durch den Kanal 24 und
durch die Vielzahl von Schlitzen 36 fließen und
kann in die Kammer 14 eintreten. Das Strömungsmittel
kann in die Kammer 14 in einem Winkel basierend auf der
Konfiguration der Schlitze 36 eintreten und kann aus der
Zumessöffnung 12 in konischer Richtung bzw. Kegelöffnungsrichtung
austreten, wie durch Pfeile 72 veranschaulicht. Es sei
jedoch bemerkt, dass nicht das gesamte Strömungsmittel,
welches in die Kammer 14 eintritt, aus der Zumessöffnung 12 austreten
kann. Das Strömungsmittel, welches nicht in die Regenerationsvorrichtung 82 (2)
eingespritzt wird, kann in den Bypass- bzw. Überleitungsdurchlass 22 eintreten
und kann zum ersten Strömungsmitteldurchlass 18 in
Richtung des Pfeils 64 laufen. Dieses Strömungsmittel
kann aus dem Gehäuse 4 in Richtung des Pfeils 66 austreten und
kann durch die Strömungsmittelleitung 51 und das
im Wesentlichen offene Ventil 40 laufen, bevor es zum Tank 42 über
die Strömungsmittelleitung 48 zurückkehrt.
Es sei bemerkt, dass die Einschränkung bzw. Drossel 23 dem
Ventil 40 dabei helfen kann, die Menge des Strömungsmittels
zu regeln, die durch den Überleitungsdurchlass 22 läuft.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das Strömungsmittel,
welches in die Kammer 14 eingespritzt wird, sich in der
Kammer 14 verwirbeln, und das Strömungsmittel,
welches entlang der Wände der Kammer 14 fließt
(d. h. das Strömungsmittel an der Außenseite des
Wirbels), kann eine größere Menge an kinetischer
und/oder anderer Energie haben als das Strömungsmittel
in der Nähe der Längsachse 9 und/oder
der Mittellinie der Kammer 14 (d. h. das Strömungsmittel
in der Mitte des Wirbels). Die Zumessöffnung 25 der
Einschränkung bzw. Drossel 23 kann positioniert
und bemessen sein, um Strömungsmittel aus der Mitte des
Wirbels siphonartig zu leiten, zuführen und/oder in anderer
Weise zu ziehen, und das Strömungsmittel zum Überleitungsdurchlass 22 zu
leiten. Das Ziehen des Strömungsmittels mit relativ niedriger
Energie aus der Mitte des Wirbels kann die Störungen an
dem Strömungsmittel minimieren, welches in die Kammer 14 aus
der Vielzahl von Schlitzen 36 eingespritzt wird. Sobald
Strömungsmittel in die Regenerationsvorrichtung 82 eingespritzt wird,
kann die Zündungsvorrichtung 98 verwendet werden,
um das Strömungsmittel zu zünden. Die Zündung
und Verbrennung des Strömungsmittels kann bewirken, dass
das Abgas, und somit die Komponenten der Düsenanordnung 2,
an Temperatur zunehmen. Während verlängerter Regenerationsprozesse
kann das Abgas beispielsweise ungefähr 600°C oder
mehr erreichen. Weil die Komponenten der Düsenanordnung 2 während
der Regeneration gekühlt werden, können jedoch
die Komponenten auf Temperaturen unter der aufgeheizten Abgastemperatur
bleiben.
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Um
die Einspritzung von Strömungsmittel in die Regenerationsvorrichtung 82 zu
stoppen und dadurch den aktiven Regenerationsprozess zu beenden,
kann die Steuervorrichtung 56 das Ventil 38 schließen
und kann das Ventil 40 im Wesentlichen offen halten. Wenn
das Ventil 38 geschlossen ist, wird kein Strömungsmittel
in das Gehäuse 4 aus der Pumpe 44 eintreten
können, und die Pumpe 44 kann deaktiviert werden,
während das Ventil 38 geschlossen ist. Es sei
bemerkt, dass, sobald das Ventil 38 geschlossen ist, das
Ventil 40 nicht länger verwendet werden kann,
um den Fluss des Strömungsmittels in dem Gehäuse 4 zu
regeln.
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Sobald
der Regenerationsprozess vollendet ist, kann unverbrannter Brennstoff
in den Komponenten der Düsenanordnung 2 zurückbleiben,
wie beispielsweise in den Schlitzen 36 der Hülse 8.
Strömungsmittel, welches in solchen Komponenten bleibt,
kann beginnen zu verkoken bzw. zu verkleben und/oder die Komponenten
zu korrodieren, wenn die Komponenten für verlängerte
Zeitperioden auf erhöhten Temperaturen sind. Unverbranntes
Strömungsmittel, welches in der Düsenanordnung
zurückbleibt, kann auch Ablagerungen in den Komponenten
der Düsenanordnung 2 bilden, wie beispielsweise
in den Schlitzen 36 und/oder der Zumessöffnung 12.
Solche Korrosion und Ablagerungen können die Durchlässe
von diesen Komponenten verstopfen und können beispielsweise
die Effektivität und/oder die Anwendungslebensdauer der
Düsenanordnung 2 verringern. Das Kühlen
der Komponenten der Düsenanordnung 2 kann jedoch
die Korrosion und/oder Ablagerungsbildung nach wiederholten Regenerationsprozessen
verringern und kann die Lebensdauer der Düsenanordnung 2 verlängern.
Wie unten beschrieben wird, kann die Düsenanordnung 2 der
vorliegenden Offenbarung beispielsweise mit Kühlmittel
vor einem Regenerationsprozess gekühlt werden, während
Strömungsmittel in die Regenerationsvorrichtung 82 währen
der Regeneration eingespritzt wird, und nachdem Strömungsmittel
nicht weiter in die Regenerationsvorrichtung 82 eingespritzt wird
(d. h., nachdem der Regenerationsprozess vollendet worden ist).
Somit können die Komponenten der Düsenanordnung 2 kontinuierlich
durch das Kühlmittel während des Betriebs der
Arbeitsmaschine gekühlt werden, an der die Düsenanordnung 2 angebracht
ist.
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Kühlmittel
kann aus dem Reservoir 90 durch die Kühlmittelleitung 92 durch
die Pumpe 88 gezogen werden. Die Pumpe 88 kann
das Kühlmittel zum vierten Strömungsmitteldurchlass 26 durch
die Kühlmittelleitung 94 beispielsweise ungefähr
mit 20 psi leiten. Das Kühlmittel kann in Richtung des
Pfeils 55 durch den zweiten Kanal 52 laufen und
kann in den ersten radialen Durchlass 53 eintreten, wie
durch den Pfeil 63 veranschaulicht. Das Kühlmittel
kann um einen Umfang oder Umlauf der Hülse 8 durch
den ersten radialen Durchlass 36 geführt werden.
Der erste radiale Durchlass 53 kann in der Nähe
des vorderen Endes 57 der Hülse 8 angeordnet
sein, genauso wie in der Nähe der Kammer 14 und/oder
der Zumessöffnung 12 des Gehäuses 4.
Als eine Folge kann das Kühlmittel, welches durch den ersten
radialen Durchlass 54 läuft, durch Leitung und/oder
Konvektion dabei helfen, um Wärme beispielsweise von Teilen
der Hülse 8, der Kammer 14 und/oder der
Zumessöffnung 12 abzuführen, wenn das
Kühlmittel durch das Gehäuse 4 läuft.
Das Kühlmittel kann in Richtung des Pfeils 56 laufen
und kann dann in den ersten Kanal 54 eintreten. Das Kühlmittel
kann vom ersten Kanal 54 zum dritten Strömungsmitteldurchlass 28 in
Richtung des Pfeils 67 laufen und kann zurück
zum Reservoir 90 über die Kühlmittelleitung 96 geleitet
werden. Die ersten und zweiten Kanäle 54, 52 können
so nahe wie möglich beispielsweise an dem Kanal 24 ausgeformt
sein, in dem die Hülse 8 und/oder der Anschlag 30 angeordnet
sind. Entsprechend kann Kühlmittel, welches durch die ersten
und zweiten Kanäle 54, 52 läuft,
dabei helfen, durch Leitung und/oder durch Konvektion Wärme
beispielsweise von Teilen der Hülse 8, dem Anschlag
bzw. Stopp 30, der Kammer 14 und/oder der Zumessöffnung 12 zu
entfernen, wenn Kühlmittel durch das Gehäuse 4 läuft.
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Wie
oben beschrieben, kann der dritte Strömungsmitteldurchlass 28 strömungsmittelmäßig
mit dem zweiten radialen Durchlass 61 verbunden sein. Entsprechend
kann das Kühlmittel auch vom ersten Kanal 54 umlaufend
um den Anschlag 30, durch den zweiten radialen Durchlass 61 laufen,
bevor es aus dem Gehäuse 4 durch den dritten Strömungsmitteldurchlass 28 austritt.
Kühlmittel, welches durch den zweiten radialen Durchlass 61 läuft,
kann dabei helfen, durch Leitung und/oder Konvektion Teile des Anschlags 30,
der Hülse 8 und/oder des Gehäuses 4 zu kühlen.
Es sei bemerkt, dass die Pumpe 88 kontinuierlich Kühlmittel
durch das Gehäuse 4 leiten kann, und zwar unabhängig
von dem Regenerationszeitplan des Filters 84 (2).
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Es
wird dem Fachmann mit üblicher Ausbildung offensichtlich
sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der offenbarten
Düsenanordnung 2 vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Obwohl beispielsweise
die Düsenanordnung 2 hier derart offenbart wird,
dass sie mehrere getrennte Komponenten hat, sei bemerkt, dass eine
oder mehrere der getrennten Komponenten, wie beispielsweise die
Hülse 8 und der Anschlag 30, kombiniert
sein können, um eine einzige Komponente zu bilden. Andere
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus
einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung
der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen
gezeigt wird.
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Zusammenfassung
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DÜSENANORDNUNG
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Eine
Düsenanordnung weist ein Gehäuse auf, welches
einen ersten Strömungsmitteldurchlass in Strömungsmittelverbindung
mit einem zweiten Strömungsmitteldurchlass definiert, und
eine Hülse, die in dem Gehäuse angeordnet ist
und strömungsmittelmäßig mit den ersten
und zweiten Strömungsmitteldurchlässen verbunden
ist. Das Gehäuse definiert einen radialen Strömungsmitteldurchlass
in der Nähe eines vorderen Endes der Hülse. Die
Düsenanordnung weist auch mindestens eine Zumessöffnung
in selektiver Verbindung mit einer Regenerationsvorrichtung auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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