Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Konditionieren von Fluiden in einem Gehäuse mit einem eine Leiteinrichtung für das Fluid bildenden Wirbeler- zeuger zwischen einem Zulauf und einem Ablauf, wobei der Wirbelerzeuger einen, eine von einer um eine Achse rotierenden Kurve erzeugte Rotationsfläche aufwei- senden, Leitkörper umfasst, in den ein gegengleicher Leiteinsatz eingesetzt ist, der zumindest teilweise an der Rotationsfläche anliegt, wobei zwischen Leitkörper und Leiteinsatz wenigstens ein wendelförmig um die Achse in Förderrichtung um laufender Strömungskanal für das Fluid vorgesehen ist.

Stand der Technik

Derartige Vorrichtungen zum Konditionieren von Fluiden sind beispielsweise aus der US 1 809 438 A, der DE 145 663 C, der GB 1910 17 343 A und der US 1 747 361 A bekannt. Eine weitere Vorrichtung zur Konditionierung von Fluiden vor einer späteren Verbrennung offenbart beispielsweise die AT 413 875 B gemäß der der Wirbelerzeuger dem Fluid eine schraubenförmige Strömung induziert und damit einen Wirbel erzeugt, wobei er Durchflussquerschnitt durch den Wirbelerzeuger gleich oder größer ist, als der durch den Zu- und Ablauf. Dieses Durchflussquer- schnittverhältnis ist für eine Konditionierung allerdings nicht unbedingt von Vorteil, insbesondere hat sich herausgestellt, dass besagte Wirbelerzeuger zwar für eine gute Durchmischung des Fluides, insbesondere eines Brennstoffes, sorgt, aller- dings nicht die gewünschte Konditionierung bringt.

Zur Konditionierung von Gasen vor einer späteren Verbrennung ist es bekannt (US 3 955 835), in die Leitung kurz vor einem Brenner einen Drallerzeuger einzu- setzen, der in entsprechenden Nuten mehrere Gänge eines Steilgewindes auf- weist. Dabei wird der Durchflußquerschnitt gegenüber dem Zu- und Ablauf we sentlich verringert und im Ablaufbereich in Fortsetzung der erwähnten Gewindenu- ten ein Strömungsverlauf aus sich dann zusammenfügenden schraubengangartig weiterdrehenden Teilströmen erzeugt wird.

Eine weitere Möglichkeit einer Brennstoffkonditionierung zeigt die DE 41 19 081 , gemäß deren Lehre eine Turbine vorgesehen ist, die über einen tangentialen Zu- lauf mit Brennstoff beaufschlagt wird, der in weiterer Folge über einen konzentri- schen Ablauf abgeleitet und der weiteren Verwendung zugeführt wird. Es erfolgt eine reine Durchmischung des Brennstoffes.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art anzugeben, die eine verbesserte Konditionierung von Fluiden, insbesondere von Brennstoffen, wie Pflanzenölen, Mineralölen und Gasen, zu er- möglichen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Strömungskanal einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

Einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn der Strömungskanal einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Damit kann der Strömungskanal bzw. können die Strömungskanäle vorteilhaft gefertigt werden. Zudem entstehen dadurch bei entsprechendem Durchfluss durch den Strömungskanal geometriebe- dingt zusätzliche Scherkräfte.

Mit einer derartigen Vorrichtung ist die angestrebte verbesserte Konditionierung von Fluiden, insbesondere von Brennstoffen, wie Pflanzenölen, Mineralölen und Gasen, deshalb möglich, da dem Fluid mit dem erfindungsgemäßen Wirbelerzeu- ger besonders hohe innere Scherkräfte aufgezwungen werden können, welche den gewünschten Effekt der Konditionierung bewirken. Es hat sich in überra- schender Weise gezeigt, dass vor einer Verbrennung derart aufbereitete Brenn- stoffe effektiver und sauberer verbrennen, womit nicht nur das Abgasverhalten verbessert, sondern auch der Treibstoffverbrauch bei gleicher Leistung verringert werden können.

Die mechanische, wendelförmige Führung des Fluides um die Achse in Förder- richtung bewirkt, eine Beschleunigung des Fluides zu einer Spitze des Leiteinsat- zes, dem Austritt aus dem Wirbelerzeuger, wobei das Fluid komprimiert wird. An der Spitze löst sich das Fluid in einem Wirbel und wird in weiterer Folge dem Ab- lauf zugeführt. Durch diesen Vorgang werden insbesondere die Anteile an langen Kohlenwasserstoff ketten vorteilhaft konditioniert und werden gegebenenfalls im Brennstoff gelöste Sauerstoffanteile mit nicht brennbaren Substanzen oxidiert.

Dies bewirkt in weiterer Folge eine verbesserte Verbrennung und somit auch ei- nen höheren Wirkungsgrad.

Je nach erforderlicher Durchflussmenge, bzw. auch in Abhängigkeit der Viskosität des Brennstoffes ist es von Vorteil, wenn wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere wendelförmig um die Achse in Förderrichtung umlaufende Strömungskanäle für das Fluid vorgesehen sind. Die Strömungskanäle laufen dadurch nach Art eines Mehrgängigen Gewindes um die Achse um, wobei die einzelnen Kanäle im Be- reich der Spitze des Leiteinsatzes aus dem Wirbelerzeuger austreten und der ge- wünschte Konditionierungseffekt zusätzlich verstärkt wird. Die Wahl der Anzahl und die Dimensionierung der Strömungskanäle obliegt dem Fachmann, und hängt naturgemäß von Einsatzzweck und Durchflussmenge ab.

Der Strömungskanal ist vorzugsweise von einer, von einer Leiteinsatzhüllfläche in den Leiteinsatz zurückspringenden Nut gebildet, wobei die Leiteinsatzhüllfläche an der Rotationsfläche anliegt. Die Strömungskanäle sind also in die Oberfläche des Leiteinsatzes eingearbeitet und werden dadurch umfänglich geschlossen, dass der in den Leitkörper eingesetzte Leiteinsatz, bis auf die von Nuten durchbroche- nen Bereiche, vollflächig an der Rotationsfläche des Leitkörpers anliegt. Alternativ oder zusätzlich kann der Strömungskanal von einer, von der Rotationsfläche in den Leitkörper zurückspringenden Nut gebildet sein. Der Strömungskanal wird dann vom Leitkörper geschlossen. Um dabei einen definierten Fluidstrom durch den Strömungskanal sicherzustellen, kann der Leiteinsatz mit einer Klemmeinrichtung gegen den Leitkörper gepresst sein, womit etwaige Leckströme, beispielsweise zwischen benachbarten Strö- mungskanälen, vermieden werden können. Effektive Konditionierungsverhältnisse ergeben sich, wenn die um die Achse rotie- rende Kurve ein Kreisbogen und die erzeugte Rotationsfläche eine Teilfläche ei- nes Torus ist. Der der Strömungskanal läuft dabei insbesondere entlang einer Ka- nallinie nach der Formel

um die Achse um.

Der Leitkörper und/oder Leiteinsatz bestehen vorzugsweise wenigstens im Be- reich des Strömungskanals aus Aluminium, insbesondere einer Aluminiumlegie- rung, womit die Konditionierung von Fluiden aufgrund katalytischer Effekte ver- bessert werden kann. Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zei- gen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt,

Fig. 2 den Leiteinsatz aus Fig. 1 mit den Strömungskanälen in vergrößerter

Schrägansicht,

Fig. 3 einen kreisförmigen Strömungskanal in Schrägansicht,

Fig. 4 eine Ansicht auf einen Leiteinsatz von unten

Fig. 5 eine Seitenansicht auf den Leiteinsatz aus Fig. 4 und

Fig. 6 das vergrößerte Detail V aus Fig. 5. Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Vorrichtung zum Konditionieren von Fluiden in einem Gehäuse 1 umfasst ei- nen eine Leiteinrichtung für das Fluid bildenden Wirbelerzeuger 2 zwischen einem Zulauf 3 und einem Ablauf 4.

Der Wirbelerzeuger 2 weist einen, eine von einer um eine Achse 5 rotierenden Kurve 6 erzeugte Rotationsfläche 7 aufweisenden, Leitkörper 8 auf, in den ein ge- gengleicher Leiteinsatz 9 eingesetzt ist. Der Leiteinsatz 9 liegt zumindest teilweise an der Rotationsfläche 7 an, wobei zwischen Leitkörper 8 und Leiteinsatz 9 we n gstens ein wendelförmig um die Achse 5 in Förderrichtung 10 umlaufender Strömungskanal 11 für das Fluid vorgesehen ist.

Der Leiteinsatz 9 weist mehrere wendelförmig um die Achse 5 in Förderrichtung 10 umlaufende Strömungskanäle 11 für das Fluid auf, die je einen halbkreisförmi- gen Querschnitt besitzen. Jeder Strömungskanal 11 ist von einer, von einer Leit- einsatzhüllfläche in den Leiteinsatz 9 zurückspringenden Nut gebildet, wobei die Leiteinsatzhüllfläche an der Rotationsfläche 7 anliegt.

Der Leiteinsatz 9 ist mit einer Klemmeinrichtung 12, einer im Gehäuse 1 geführten Klemmschraube, gegen den Leitkörper 8 gepresst. Das Gehäuse 1 umfasst einen Grundkörper, in den der Wirbelerzeuger 2 eingesetzt ist und je einen den Zulauf 3 und den Ablauf 4 aufnehmenden, vom Grundkörper abnehmbaren Gehäusede- ckel.

Die um die Achse 5 rotierende Kurve 6 ist ein Kreisbogen und die erzeugte Rotati- onsfläche 7 eine Teilfläche eines Torus.

Im Folgenden wird die Geometrie des Strömungskanals entlang einer Kanallinie S des Wirbelerzeugers 2 beschrieben, wobei die Kanallinie S in der Rotationsfläche liegt.

Die 3 dimensionale Kanallinie S setzt sich aus im kartesischen System aus fol- genden drei x,y und z Komponenten zusammen:

Eine einzelne Kanallinie S(fl, 0) ist mit den Gleichungen 1 , 2 und 3 vollständig be- schrieben. In Vektorform stellt sich die Gleichung wie folgt dar:

Die Radialfunktion (5) in Gig. 4 beschreibt die durch die Schraubengeometrie be- dingte Vergrößerung des Radius. wobei R dem Radius der Kurve 6 und f [0,2tt] dem Polarwinkel entspricht. Einer vollständigen Drehung entspricht den Abdecken der gesamten Kanallinie gegen den Uhrzeigersinn. Soll der Drehsinn der Schraube umgekehrt werden, so muss stattdessen das Intervall [0, -2TT] genutzt werden.

Fig. 3 zeigt einen kreisförmigen Zulaufkanal in Schrägansicht mit einem Durch- messer DMZ. Die Querschnittsfläche AMZ errechnet sich zu

DMZ ² * p

AMZ = - [mm ² ] (6)

4

Die Querschnittsfläche AK jedes halbkreisförmigen Strömungskanals 1 1 errechnet sich zu d _K ^{2 *} p

_AK = - [mm ² ] (7)

8

Daraus lassen sich die benötigte Anzahl nK an Strömungskanälen 11 errechnen AMZ [mm ² ]

h _k = - (8) Ak [mm ² ] und der Verschiebefaktor At

hk bestimmen.

Des weiteren sind in der Zeichnung folgende Parameter angegeben, die Höhe s der Leiteinsatzbasis, die Nuttiefe GK des Strömungskanals 11 , die Nutbreite dK des Strömungskanals 11 , die Höhe H des Leiteinsatzes, den Durchmesser DR des Lei- teinsatzes an der Basis B, den Durchmesser OB des Leiteinsatzes an der Spitze S und den Radius R der um die Achse 5 rotierenden Kurve 6, wobei der Radius R an Leiteinsatz und Leitkörper gleich ist.