DE4241603C1

DE4241603C1 - Einrichtung zum Herstellen eines Gemisches von flüssigem Brennstoff und Zusatzflüssigkeit

Info

Publication number: DE4241603C1
Application number: DE19924241603
Authority: DE
Inventors: Georg Donauer; Ralph-Michael Dr Schmidt
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2012-12-11
Also published as: GB2273248A; GB2273248B; FR2699092A1; GB9325159D0

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

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.