JPH0380926A - 油―水エマルジョン製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、接線方向の入口と、先細の軸線方向の出口と
を有する回転対称な渦巻室を備えた油−水エマルジヨン
製造装置に関し、詳細にはディーゼルエンジンの噴射ポ
ンプ運転のための油−水一エマルジョン製造装置に関す
る。

〔従来の技術〕

ディーゼル油の中に水を添加することによってディーゼ
ルエンジンの運転温度を下げて、排気ガス中の酸化窒素
及び媒の割合を減少できることは公知である。同じこと
がまたオイルバーナーにも言える。しかしそのためには
、ディーゼル油及び水がエマルジョンの形になっていて
、小さい水滴がディーゼル油中に懸濁していることが重
要である。この目的のために、予め混合した油−水混合
物を接線方向に回転対称な渦巻室内に導入することが既
に提案されてきた。この渦巻室はその軸線方向の出口の
方に連続的に先細になっており、その出口に、段の付い
た拡大部によって流れの方向に先細になった通路が接続
している。その通路は接線方向に第２の、はぼなし状の
渦巻室に流入し、その第２の渦巻室の軸線は第１の渦巻
室の軸線に垂直に延びている。また第２の渦巻室もその
軸線方向の出口の方に先細になっており、且つそこでポ
ンプホイールの吸入側に流入し、そこから流体混合物は
、第１の渦巻室を囲んでいる均一化室に送られ、そして
そこから接線方向の入口開口を経て第１の渦巻室の出口
の移行部において第１の渦巻室内に戻される。この循環
は流体混合物によって平均少くとも１０回行なわれる。

従って油水中に懸濁した３〜６ξクロンの平均の大きさ
の水滴を有するエマルジョンを形成する。この循環回路
から、エマルジョンの一定が、ディーゼルエンジンの噴
射ポンプ５の第２の渦巻室の大きな周辺の領域に分岐し
、そして新しい、予め混合した油及び水が一噴射ボンブ
で消費されなかったエマルジョンの残りと同様に−ポン
プホイールの吸入側においてシステム内に導入される。

〔発明が解決しようとする！Ｉ！題〕

従って、比較的簡単に組立てられ、しかもエマルジョン
形成に非常に有効な、前述した種類の装置を作るのが本
発明の課題である。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題は、本発明によれば、接線方向の入口と、先細
になった軸線方向の出口とを有する回転対称な渦巻室を
具備した油−水−エマルジョン製造装置において、 渦巻室に対し同軸線に、あるいは螺旋状に延びているリ
ング通路によって囲まれた渦巻室の入口側端部、渦巻室
に対して少くともほぼ接線方向に設けられた入口スロッ
ト及び接線方向に設けられた油入口通路を有するリング
通路、電磁的に制御され且つリング通路内に、あるいは
渦巻室の入口側の端部内に開口する水−噴射ノズル、拡
大部を経て、ポンプ内に収容されたラジアルインペラー
の吸入室に開口した渦巻室の出口、ラジアルインペラー
の周辺領域に出口通路を有したポンプ室とを具備し、こ
の出口通路が、噴射ポンプに導かれるパイプ及びリング
通路内に接線方向に設けられたエマルジョン入口通路に
導かれる再循環パイプが接続可能であり、そして噴射ポ
ンプから来る戻りパイプがラジアルインペラー〇吸入室
内に設けられた入口通路と接続可能であることによって
解決される。

〔作　用〕

本発明の装置では、新鮮な水が油と予め混合されるので
はなく、例えば５．５乃至６．５バールの比較的高い圧
力で水−噴射ノズルに供給され、そしてこの水−噴射ノ
ズルから、リング通路内、あるいは好ましくは直接渦巻
室内に噴霧される。これによって水は既に比較的小さい
水滴に破砕され、この水滴は渦流となって、吸入室の入
口における膨脹により、そしてラジアルインペラーのポ
ンプ流内で更に微細になり、池内に分布される。ポンプ
室の出口通路から出てくる混合物のリング通路内及びこ
のリング通路から渦巻室内への大部分の戻りは、エマル
ジョンの均質化に使われ、これに対して、噴射ポンプに
よって消費されなかったエマルジョン部分は、ラジアル
インペラーの吸入室を経て再びエマルジョン循環回路に
再び吸入される。

この渦流は、燃料ポンプによってリング通路内に供給さ
れた油の圧力、及びリング通路で、ラジアルインペラー
により戻されたエマルジョン部分の圧力によって回転さ
れる。従ってポンプ圧力の適切な調整によって比較的少
ない損失で強力な渦巻を得ることができる。更に、新鮮
な油も、再循環するエマルジョン部分も、直接ラジアル
インペラーの吸入側に供給されるのではなく、渦巻室内
の渦巻ヘッドに供給されるという本発明の提案によって
、渦巻室の出口の形状により影響され、且つ渦巻室から
出るとき膨脹するエマルジョンの低圧力は妨げられず、
従って出口圧力と入口圧力との間に大きな圧力比を有し
、エマルジョン形成に好都合なラジアルインペラーを設
計できる。

本発明の装置によって、流れの回転の設計及び流れ断面
の設計によって、エマルジョン内の水の平均水滴の大き
さを２乃至４ミクロンにし、これによって非常に細い、
均質なエマルジョンを得ることができる。

水−噴射ノズルは、噴射水の出来る限り細い噴霧が得ら
れるように、リング通路あるいは渦巻室内の位置に設け
られるべきである。従って、水−噴射ノズルの噴射方向
を渦巻の流れの軸線に対して角度をつけて配置するのが
合理的であっても、渦巻室内の渦巻の流れを支配してい
る圧力比に基づいて、水−噴射ノズルを渦流の軸線に流
入せしめるのが好ましい。

またラジアルインペラーも、その軸線を渦巻室内の渦流
の軸線に対して角度をつけて配置することができる。し
かし、この場合にも、ラジアルインペラー及びその回転
対称に設計された吸入室を、渦巻室に対して同軸線に配
置し、これによって渦流をラジアルインペラーの回転運
動によって共に回転するのを助けるようにするのが好ま
しい。

ラジアルインペラーの吸入室への入口の拡大部は、その
位置で、渦巻室から出てくる流れの、出来る限り強力な
膨脹及び乱流が達成できるように、段状に設計するのが
好ましい。

回転対称な渦巻室自体は、大きな中空シリンダー状、あ
るいは軸線方向断面において中空ハート形等に設計する
ことができる。しかし渦巻室は中空なし形に設計するの
が好ましい。更に、ポンプ室の出口通路をラジアルイン
ペラーの軸線に平行に配置するのが好ましい、というの
は、それによってラジアルインペラーから出る流れが、
強力な方向変換を受け、この方向変換がエマルジョン形
成の細粒化に寄与できるからである。

好ましくは、水−噴射ノズルは間断的に作動される。こ
れによって噴射した水の細かい霧化及び噴霧した水滴と
油との混合が促進される。

本発明により、水が電磁的に制御される噴射ノズルによ
り池内に噴射されることによって、更に、水の噴射量、
従ってエンジンの運転状態によりエンジンの噴射ポンプ
に供給されるエマルジョン内の水の割合を調節する可能
性が開かれる。

エマルジョンが何回もエマルジョン循環回路を通り循環
されるため、調節にあるタイムラグを生ずる。しかしこ
の調節タイムラグは本発明に基づき、渦巻室の入口と出
口との間の高い圧力比の選択によって、従って適切な再
循環サイクルの時間の選択によって小さく保つことがで
きる。更に、水を含まない純ディーゼル油を使用するデ
ィーゼルエンジンの運転のために、バイパスパイプ及び
制御電磁弁を設けることによって、ディーゼル油は、そ
のリング通路内に入る前にエンジンの噴射ポンプの方に
分岐し、そしてエマルジョン循環回路を噴射ポンプから
分離する可能性がある。

水−噴射ノズルの間断運転の場合、エマルジョン内の水
の割合の調節は、水−噴射ノズルのノズル針弁の一定の
ストロークにおける水−噴射ノズルの開度時間及び間隔
によって制御できる。特に基準値としてエンジン回転数
が使用される。しかし好ましくは、車両のそれぞれのア
クセルペダルの位置又は噴射ポンプの調整ロンド位置に
基づく負荷状態、気圧の標準圧力及び／又は使用油の比
重が、追加の基準値として使用される。気圧はベローに
よって測定され、それが電気制御装置に命令を与えて、
高気圧のときは多くの水を、そして低気圧のときは少い
水を噴射する。このようにして、例えば、山道を越える
とき、ディーゼル油内の高い水量によって出力低下が生
ずるのを防止する。供給される油の比重は、燃料パイプ
に接続した計量器によって測定される。高い比重を有す
る油では、低い比重を有する油の場合よりも多くの水が
噴射される。

水は、別の水容器から、好ましくは高圧ポンプによって
水−噴射ノズルに供給される。これによって、水−噴射
ノズルが接続されている水−循環回路は、例えば１２０
１７時間の高い流量を与えられる。しかし、大型のエン
ジンでも４０ｆ／時間以上を消費しないので、水容器へ
の戻りが非常に大きい、これは、水−循環回路の戻り支
管に、エンジン冷却水により加熱される熱交換器を設け
ることによって利用され、その熱交換器によって水容器
内に戻された水が加熱される。この水の加熱は、車両が
使用されている間、耐震性に使用される。

〔実施例〕

以下に、本発明による油−水量エマルジョン製造装置の
好ましい実施例を説明する。

第１図は、本発明の装置の軸線方向の断面を示しており
、そして第２図は第１図の切断線Ａ−Ａに対応した拡大
スケールの横断面を示している。

本装置は、加工され、そして互にねじ止めされた多くの
ハウジングブロックから組立てられている。これ等のハ
ウジングブロックは、指数関数的に先細になった出口２
を有する回転対称の中空なし形状の渦巻室ｌを囲んでい
る。この出口２は、段状の拡大部３を経てラジアルイン
ペラー５の吸入室４内に開口しており、このラジアルイ
ンペラー５は、電動機６によって駆動される。渦巻室１
のなし形状のヘッドは、リング通路７によって囲まれ、
油入口通路８がそのリング通路７内に接線方向に設けら
れ、そして油入口通路８自体は、渦巻室１の接線方向に
設けられた入口スロット９を経て、渦巻室１内に開口し
ている。水−噴射ノズル１０が、中空なし形状の渦巻室
ｌの頂部においてその軸線に開口し、この水−噴射ノズ
ル１０は、ソレノイド１１によって制御されている。従
って間断的に供給された水は、渦巻室１内で回転してい
る渦流内で霧化される。

渦巻室１、シリンダー状の吸入室４及びラジアルインペ
ラー５は、互に同軸線に配置されている。

ラジアルインペラー５を収容しているポンプ室１２は、
ラジアルインペラー５の周辺領域において、この軸線に
平行に延びている出口通路１３と接続し、この出口通路
１３は直角に、Ｔ型接続部のための接続口１４に接続し
ている。Ｔ型接続部の１つの分岐がディーゼルエンジン
の噴射ポンプに導かれ、そしてＴ型接続−の他方の分岐
が、再循環パイプを経てエマルジョン入口通路１５に導
かれている。このエマルジョン入口通路１５もまた同様
にリング通路７に接線方向に設けられている。噴射ポン
プの戻りパイプは、吸入室４内に側方に設けられている
入口通路１６に接続されている。

本装置の運転において、油は、それぞれの車両の燃料ポ
ンプによって、１．５乃至３．０バールの圧力で、油入
口通路８を経て、リング通路７に送られ、そこから、更
に入口スロット９を経て、渦巻室１内に送入される。そ
してそこで油は、螺旋状の運動に変えられる。水は、電
気的に、あるいはまた機械的にエンジンにより駆動され
る高圧ポンプによって、好ましくは歯車−高圧ポンプに
よって、例えば１０バールの圧力を生じ、この圧力がそ
れぞれのエンジンの圧力減圧弁により、５．５乃至６．
５バールに減圧され、水−噴射ノズル１０に供給され、
そしてこの水−噴射ノズル１０を経て、渦巻室１内に作
られた渦流内で霧化される。尚、水−噴射ノズル１０は
、電磁的に作動される。ソレノイド１１の磁石コイルの
電流が断たれると、水−噴射ノズル１０のノズル針弁は
、螺旋ばねによってその弁座に押圧され、一方、磁石コ
イルに対する電流パルスによって、ノズル針弁は、約０
．１ａｉりけその弁座から引上げられる。水は、これに
よって生じたリング状の間隙を通り、例えば１乃至１．
５ミリ秒の間に１．水−噴射ノズル１０から噴出する。

良好な霧化のために、ノズル針弁は、噴射ビンを設ける
ことができる。

渦流は、渦巻室１の先細になった出口２内で加速され、
これにより圧力が適切に低下する。この流れの状態は好
ましくは、出口２から吸入室４内への出口において蒸気
圧力が作られないように調整される。つまり、出来る限
りキャビテーシッン状態が生じないようになっている。

この流れは、吸入室４内への移行の際の段状の拡大部３
によって膨張し、この流れはそれからラジアルインペラ
ー５によって吸入され、そしてこの中で半径方向外方に
拡散される。渦巻室１に対するラジアルインペラー５の
同軸線配置によって、渦巻室１内の渦流の回転は、ラジ
アルインペラー５の吸入圧力の下で促進される。ラジア
ルインペラー５は、電動機６により、好ましくは、例え
ば３０００　ｒ、ｐ、ｒｍの一定回転数で駆動される。

ラジアルインペラー５によって形成された遠心ポンプは
、例えば、吸入ヘッド１．５ｍのとき時間当りの出力２
４０１を有している。

エマルジョンは、出口通路１３及び接続口１４を通すポ
ンブ室１２から出て行き、その後Ｔ形接続部を経て分配
される。その一定分は、噴射ポンプに供給され、これに
対して；大部分は、再循環パイプ及びエマルジョン入口
通路１５を経て、再びリング通路７を経て渦巻室１内に
導入される。噴射ポンプによって消費されなかったエマ
ルジョン部分は、ラジアルインペラー５から、入口通路
１６を経て、循環回路内に再び吸入される。

エマルジョン形成は、主として渦巻室１内の渦流内で行
なわれるが、水−噴射ノズル１０による水の噴射及び霧
化及びラジアルインペラー５内の流れの状態によって実
質的に補助される。

〔発明の効果〕

本発明によるエマルジョン形成によって、ディーゼルエ
ンジンの排気ガス内の酸化窒素量及び煤量のかなりの減
少のみならず、排気ガス内の粒子の大きさの微細化が遠
戚される。更に、排気ガスが通常のディーゼルエンジン
排気ガスに比べて悪臭が少ないので、排気ガス臭が実質
的に改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の軸線方向の断面を示しており
、そして第２図は第１図の切断線Ａ−Ａに対応した拡大
スケールの横断図を示している。 １・・・渦巻室、　　　　　２・・・渦巻室出口、・・
・拡大部、　　　　　４・・・吸入室、・・・ラジアル
インペラー ・・・リング通路、　　８・・・油入口通路、・・・入
口スロット、　　■０・・・水−噴射ノ２・・・ポンプ
室、　　　１３・・・出口通路、５・・・エマルジョン
入口通路、 ６・・・入口通路。 ズル、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、接線方向の入口と、先細になった軸線方向の出口と
   を有する回転対称な渦巻室を具備した油−水−エマルジ
   ョン製造装置において、 渦巻室（１）に対し同軸線に、あるいは螺旋状に延びて
   いるリング通路（７）によって囲まれた渦巻室の入口側
   端部、渦巻室に対して少くともほぼ接線方向に設けられ
   た入口スロット（９）及び接線方向に設けられた油入口
   通路（８）を有するリング通路（７）、電磁的に制御さ
   れ且つリング通路（７）内に、あるいは渦巻室（１）の
   入口側の端部内に開口する水−噴射ノズル（１０）、拡
   大部（３）を経て、ポンプ室（１２）内に収容されたラ
   ジアルインペラー（５）の吸入室（４）に開口した渦巻
   室の出口（２）、ラジアルインペラーの周辺領域に出口
   通路（１３）を有したポンプ室（１２）とを具備し、こ
   の出口通路が、噴射ポンプに導かれるパイプ及びリング
   通路（７）内に接線方向に設けられたエマルジョン入口
   通路（１５）に導かれる再循環パイプが接続可能であり
   、そして噴射ポンプから来る戻りパイプがラジアルイン
   ペラー（５）の吸入室（４）内に設けられた入口通路（
   １６）と接続可能であることを特徴とする装置。 ２、水−噴射ノズル（１０）が、同軸線に、渦巻室（１
   ）の入口側の端に設けられている請求項１に記載の装置
   。 ３、ラジアルインペラー（５）及びその回転対称に設計
   された吸入室（４）が、渦巻室（１）に同軸線に配置さ
   れている請求項１に記載の装置。 ４、拡大部（３）が、ラジアルインペラー（５）の吸入
   室（４）内への入口において段状に設計されている請求
   項１に記載の装置。 ５、渦巻室（１）が中空なし形状に設計されている請求
   項１に記載の装置。 ６、ポンプ室（１２）の出口通路（１３）が、ラジアル
   インペラー（５）の軸線に平行に延びている請求項１に
   記載の装置。 ７、水−噴射ノズル（１０）が、間断的に作動される請
   求項１に記載の装置。 ８、水−噴射ノズル（１０）の開度が、ノズル針弁の一
   定ストロークのとき、エンジン回転数により制御される
   請求項７に記載の装置。 ９、更に、水−噴射ノズル（１０）の開度が、アクセル
   ペダルの位置、又は噴射ポンプの位置、気圧の標準圧力
   及び／又は油の比重によって制御される請求項８に記載
   の装置。 １０、水−噴射ノズル（１０）が、水循環回路に接続さ
   れており、その戻り分岐管に、エンジン冷却水により加
   熱される熱交換器が接続されている請求項１に記載の装
   置。