DE4241603C1 - Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von flüssigem Brennstoff und Zusatzflüssigkeit - Google Patents
Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von flüssigem Brennstoff und ZusatzflüssigkeitInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Herstellen
eines Gemisches von flüssigem Brennstoff und Zusatzflüssigkeit nach dem
Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, wobei eine physikalische
Mischung ohne Einsatz einer Emulgatorsubstanz erfolgt. Durch die
Verwendung des Gemisches anstelle von reinem Brennstoff
vermindert sich die Emission unerwünschter Abgasbestandteile.
Aus der DE-OS 39 12 344 ist eine gattungsgemäße Einrichtung
bekannt, die aufgrund der langgestreckten Mischkammer-Form und
durch die Hintereinanderschaltung zweier Mischkammern eine große
Baulänge aufweist, was die Unterbringung an Brennkraftmaschinen
erschwert. Die große Baulänge hat aber auch zur Folge, daß die
mit Gemisch gefüllten Systemräume sehr voluminös sind. Bei einer
Änderung des Mischungsverhältnisses muß das Gemischvolumen der
Systemräume der einen Mischung erst verbraucht werden, bis beim
Verbraucher das Gemisch mit dem geänderten Mischungsverhältnis
verfügbar ist. Das Ansprechverhalten der Einrichtung bei
Mischungsänderungen ist dadurch träge, was den Einsatzbereich
der Vorrichtung einschränkt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum
Herstellen eines Gemisches von flüssigem Brennstoff und Zusatzflüssigkeit
zu schaffen, die mit kurzer Baulänge und kleinem
Systemraumvolumen bei hoher Mischgüte des erzeugten Gemisches
realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den
Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß die kompakte Mischkammer in Verbindung mit der
Mehrwegzuführung des Gemisches zur Pumpe und der kleinvolumigen
Vormischkammer ein sehr geringes Systemraumvolumen ergibt, das
für kurze Ansprechzeiten bei Mischungsänderungen sorgt, daß der
auf die Strahlform dem Einspritzdüse für die Zusatzflüssigkeit
abstimmbare Boden der Mischkammer eine sehr kurze Baulänge der
Einrichtung ergibt, daß die Mehrwegzuführung des Gemisches aus
der Mischkammer zur Saugöffnung der Pumpe einer Entmischung
entgegenwirkt und daß durch Einspritzdüsen unterschiedlicher
Spritzcharakteristik die Einrichtung auch für Anwendungen mit
hohem Brennstoff- und Gemischdruck einsetzbar ist.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Längsschnitt einer Einrichtung zum Herstellen eines
Gemisches von Brennstoff und Zusatzflüssigkeit mit
einer Einstrahl-Einspritzdüse.
Fig. 2 Längsschnitt einer Einrichtung zum Herstellen eines
Gemisches von Brennstoff und Zusatzflüssigkeit mit
einer Kegelstrahl-Einspritzdüse.
Eine Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff
und Zusatzflüssigkeit für die Verbrennung in einem Verbraucher
17, 117, der z. B. ein Brenner oder eine Brennkraftmaschine sein
kann, umfaßt ein Pumpenantriebsgehäuse 11, 111 mit einem nicht
weiter dargestellten Antrieb für eine Zentrifugalpumpe 14, 114,
ein Mischkammergehäuse 12, 112 und einen Düsenträgerdeckel 13,
113. Die Zentrifugalpumpe 14, 114 fördert das in der Einrichtung
erzeugte Gemisch über einen Gemischauslaß 15, 115 und eine
Verbrauchsleitung 16, 116 zu dem Verbraucher 17, 117. Vom
Verbraucher 17, 117 nicht abgenommenes Gemisch gelangt über die
Rücklaufleitung 18, 118 und einem Rücklaufanschluß 19′, 119 in
eine Vormischkammer 20, 120. Der Brennstoff wird über die
Brennstoffleitung 21, 121 und dem Brennstoffanschluß 22, 122
ebenfalls der Vormischkammer 20, 120 zugeführt. Dabei bildet
sich in der Vormischkammer 20, 120 ein Vorgemisch mit erhöhtem
Brennstoffanteil.
Die Fördermenge der Zentrifugalpumpe 14, 114 ist größer als die
dem Verbraucher 17, 117 zugeführte Gemischmenge. Für die
Rezirkulation der Differenzmenge ist im Mischkammergehäuse 12,
112 ein vom Gemischauslaß 15, 115 zur Vormischkammer 20, 120
führender Rezirkulationskanal 31, 131 angeordnet.
Die für das Gemisch benötigte Zusatzflüssigkeit z. B. Wasser,
wird durch eine im Düsenträgerdeckel 13, 113 befestigte
Einspritzdüse 23, 123 in die im Mischkammergehäuse 12, 112
ausgebildete Mischkammer 24, 124 eingebracht. Der Durchmesser
der Mischkammer ist gleich oder größer als die axiale Länge
ausgebildet, was eine kompakte Bauform der Einrichtung ergibt.
Die Speisung der Einspritzdüse 23, 123 mit Zusatzflüssigkeit
erfolgt über eine Speiseleitung 25, 125, wobei ein in die
Speiseleitung 25, 125 eingefügtes Taktventil 26, 126 für einen
intermitierenden Fluß der Zusatzflüssigkeit sorgt. Durch
Verändern der Taktfrequenz des Taktventils 26, 126 erfolgt die
Mengenregulierung der Zusatzflüssigkeit.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erzeugt die Einspritzdüse
23 einen gebündelten Spritzstrahl 29. Beim Auftreten auf die Strahlteilerspitze 27 am
Boden der mit gewölbter Seitenwand ausgebildeten, tonnenförmigen
Mischkammer 24
wird der Spritzstrahl 29 aufgefächert und
von der ringförmigen, ausgerundeten Strahlablenker-Mulde 28
umgelenkt, so daß sich eine zur Einspritzrichtung
entgegengesetzte Wandströmung 30 der Zusatzflüssigkeit entlang
der Mischkammerwand ausbildet.
Die Öffnung 32 für den Zustrom von Vorgemisch aus der
Vormischkammer 20 in die Mischkammer 24 ist als ringförmiger
Schlitz in der Art einer Ejektordüse unter Berücksichtigung der
Richtung der Strömung 30 entlang der Mischkammerwand
ausgebildet.
Für den Abzug von fertigem Gemisch aus der Mischkammer 24 sind
am Boden nahe dem Außenrand der Stahlablenker-Mulde 28 mehrere
axiale Öffnungen 33 angeordnet, die zur Zentrifugalpumpe 14
führen. Durch diese Mehrwegzuführung des Gemisches zur
Zentrifugalpumpe 14 wird einer Entmischung entgegengewirkt.
Zur Stabilisierung des Gemisches ist vor der Zentrifugalpumpe
14, 114 eine rotierende Wirbelscheibe 34, 134 angebracht, die
mit ihrer Vielzahl benachbarter Löcher einen verstärkten
Mischeffekt bewirkt.
Die Einrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig.
2 arbeitet mit einem höheren Druck der Zusatzflüssigkeit als die
Einrichtung gemäß Fig. 1. Der höhere Druck der Zusatzflüssigkeit
erlaubt den Einsatz einer Einspritzdüse mit hohlkegeligem
Spritzstrahl 129.
Die Mischkammer 124 ist der kegeligen Form des Spritzstrahls 129
angepaßt, wobei auch der Durchmesser der Mischkammer 124 größer
als ihre Länge ist. Die Spritzstrahlform der Einspritzdüse 123
ergibt eine Strömung 130 der eingespritzten Zusatzflüssigkeit,
die entlang der Mischkammerwand zur Strahlablenker-Mulde 128
gerichtet ist und dort zur Mittelachse der Mischkammer 124
weggelenkt wird.
Durch eine von der Vormischkammer 120 zur Mischkammer 124
führende Öffnung 132 tritt das Vorgemisch aus Rezirkultat und
Brennstoff mit einer Strömung die etwa senkrecht zur
Wandströmung 130 gerichtet ist in die Mischkammer 124 ein.
Dieser Kreuzstrom verursacht eine intensive Wirbelbildung in der
Mischkammer 124, wodurch die innige kontinuierliche Vermischung
von Vorgemisch und Zusatzflüssigkeit erfolgt.
Die Öffnung 132 für den Zustrom von Vorgemisch aus der
Vormischkammer 120 in die Mischkammer 124 ist als ringförmiger
Schlitz in der Art einer Elektrodüse unter Berücksichtigung der
Richtung der Strömung 130 entlang der Mischkammerwand
ausgebildet.
Für den Abzug von fertigem Gemisch aus der Mischkammer 124 ist
am Boden im Zentrum der Strahlablenker-Mulde 128 eine
Strömungsverbindung 133 angeordnet, von der zur Zentrifugalpumpe 114
führende radiale Nuten 135 ausgehen. Durch diese
Mehrwegzuführung des Gemisches zur Zentrifugalpumpe 114 wird
einer Entmischung entgegengewirkt.
Claims (11)
1. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von flüssigem Brenn
stoff und Zusatzflüssigkeit für die Verbrennung in einem Brenner
oder in einer Brennkraftmaschine mit einer Pumpe, die eine Teil
menge des Gemisches der Verbrennung zuführt und die Restmenge des
Gemisches rezirkuliert, mit einer Mischkammer, die dem Saugraum
der Pumpe koaxial vorgeschaltet ist, mit einer Einspritzdüse für
die Zusatzflüssigkeit, deren Austrittsöffnung in die Mischkammer
gerichtet ist und mit einer vor der Mischkammer angeordneten und
mit dieser strömungsverbundenen Vormischkammer, wobei ein Vorge
misch aus Brennstoff und das Rezirkulat von der Vormischkammer in
die Mischkammer eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mischkammer (24, 124) einen Boden mit ringförmiger, ausgerundeter
Strahlablenker-Mulde (28, 128) aufweist, daß der Durchmesser der
Mischkammer (24, 124) gleich oder größer als ihre axiale Ausdeh
nung ist und daß wenigstens eine Strömungsverbindung (33, 133) vom
Boden der Mischkammer ausgehend zum Saugraum der Pumpe
(14, 114) führt.
2. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einspritzdüse (23) eine Einstrahldüse ist.
3. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mischkammer (24) tonnenförmig ausgebildet ist.
4. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strahlablenker-Mulde (28) am Boden der Mischkammer (24) eine
koaxial zum Einspritzstrahl (29) liegende Strahlteilerspitze (27)
aufweist.
5. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom
Boden der Mischkammer (24) zum Saugraum der Pumpe mehrere Strö
mungsverbindungen (33) mit Abstand von der Strahlteilerspitze (27)
angeordnet sind.
6. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einspritzdüse (123) eine Kegelstrahldüse ist.
7. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mischkammer (124) ein dem Spritzkegel der Einspritzdüse (123) an
gepaßte kegelige Form aufweist.
8. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
ringförmige Strahlablenker-Mulde (128) mit radialem Abstand von
einer zentralen axialen Öffnung (133) ausgebildet ist.
9. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Strömungsweg für das Gemisch zwischen der zentralen Öffnung (133)
und der Pumpe (114) aus mehreren radialen Nuten (135) besteht.
10. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Öffnung (32, 132) für den Zustrom von Vorgemisch in die Misch
kammer (24, 124) ein ringförmiger, in der Art einer Ejektordüse
ausgebildeter Schlitz ist.
11. Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von Brennstoff und Zu
satzflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor
der Pumpe (14, 114) eine rotierende Wirbelscheibe (34, 134) im
Strömungsweg des Gemisches angeordnet ist.
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GB2273248B (en) | 1996-02-28 |
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GB9325159D0 (en) | 1994-02-09 |
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