DE202015003015U1 - Device for noise damping in power generators and combustion drives of all kinds - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Herstellung, Förderung der Herstellung, Stabilisierung und/oder Aufrechterhaltung einer Emulsionsbildung von Öl jeder Art und Wasser zum Betrieb eines Verbrennungsmotors oder einer anderen Vorrichtung zur Energieerzeugung bzw. Energieumwandlung, wobei entweder zur Emulsionsbildung entgastes oder teilentgastes Wasser verwendet wird, und/oder zur Emulsionsbildung in das Gemisch aus Öl und Wasser (bzw. die Emulsion) ein Gegenstand mit kapillaren Öffnungen (z. B. Membran, Mikroporenfilter) eingebracht wird und eine Spannung angelegt wird, die ein elektroosmotisches Fließen zumindest von Teilen des Gemisches oder der Emulsion durch die Kapillaren bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die von dieser Vorrichtung hergestellte, stabilisierte oder aufrechterhaltene Emulsion in ihrem Mischungsverhältnis auf die Reduzierung der Schallentwicklung bei dem Betrieb des Verbrennungsmotors oder der anderen Vorrichtung zur Energieerzeugung bzw. Energieumwandlung ausgerichtet ist bzw. diese zur Folge hat.Apparatus for producing, promoting, stabilizing and / or maintaining emulsion formation of oil of any kind and water for operating an internal combustion engine or other energy generating or energy conversion device using either degassed or partially degassed water for emulsion formation, and / or Emulsion formation into the mixture of oil and water (or the emulsion), an article with capillary openings (eg membrane, microporous filter) is introduced and a voltage is applied which causes an electroosmotic flow of at least parts of the mixture or the emulsion through the Capillaries, characterized in that the stabilized or maintained emulsion produced by this device is oriented in its mixing ratio to the reduction of the sound development in the operation of the internal combustion engine or the other device for energy generation or energy conversion This results in.
Description
Aufgabetask
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschdämpfung von Energieerzeugern und Verbrennungsantrieben aller Art, insbesondere bei Verbrennungsmotoren und durch Verbrennung angetriebene Turbinen (z. B. Gasturbinen). Durch den explosionsartigen Verbrennungsvorgang entsteht eine Geräuschbelastung, die aus vielen Gründen unerwünscht sein kann.The invention relates to a device for noise damping of power generators and combustion drives of all kinds, in particular in internal combustion engines and combustion driven turbines (eg gas turbines). Due to the explosive combustion process creates a noise pollution, which may be undesirable for many reasons.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gesetzt, diese Geräuschbelastung durch Verwendung eines dazu besonders geeigneten Kraftstoffes zu senken.The present invention has therefore set itself the task to reduce this noise pollution by using a particularly suitable fuel.
Stand der TechnikState of the art
- A. Geräuschdämpfungen bei Energieerzeugern und Antrieben können konventionell durch vibrationsarme Bauweise, schallabsorbierende Lagerung und äußere Schallisolation erreicht werden, im Notfall auch durch Leistungsreduzierung. Alle diese Maßnahmen haben jedoch praktische Grenzen bzw. sind aus Platz- und Gewichtsgründen oder wegen sonstiger Anforderungen nur bis zu einem gewissen Maß realisierbar.A. Noise attenuation in power generators and drives can be achieved conventionally by low-vibration design, sound-absorbing storage and external sound insulation, in an emergency also by power reduction. However, all these measures have practical limits or can only be realized to a certain extent for space and weight reasons or for other requirements.
- B. Es ist daher für viele Anwendungen sinnvoll, nicht erst die Absorption von schon entstandenem Schall zu betreiben, sondern bereits einen Kraftstoff zu verwenden, der selbst – im Idealfall ohne Leistungsverlust – weniger Schallentwicklung verursacht.B. It is therefore useful for many applications, not only to operate the absorption of already existing sound, but already to use a fuel, which itself - ideally without loss of power - causes less noise.
Die Schallentwicklung ihrerseits ist temperaturabhängig, d. h. kühlere Verbrennung führt zu weniger mechanischer Energieausbreitung außerhalb der gewünschten Antriebsrichtung. Bekannt ist das Prinzip aus der Luftfahrt, wo Mantelstromtriebwerke den heißen Triebwerkskern mit einem Nebenstrom kühlerer Luft, angetrieben durch einen Fan, umhüllen, was nicht nur der Leistungssteigerung, sondern auch einer deutlichen Lärmverminderung in bestimmten Abstrahlwinkeln dient.The sound development in turn is temperature dependent, d. H. cooler combustion results in less mechanical energy propagation outside the desired drive direction. The aviation principle, where turbofan engines envelope the hot engine core with a bypass of cooler air driven by a fan, is known, which not only enhances performance but also significantly reduces noise at certain angles of radiation.
In ähnlicher Weise können auch Kraftstoffe direkt zum ”kühleren” Verbrennen gebracht werden. Insbesondere gilt das für die Beimischung von Wasser zu öligen Kraftstoffen.Similarly, fuels can also be burned directly for "cooler" burning. In particular, this applies to the admixture of water to oily fuels.
Es ist bislang schon bekannt, daß die Beimischung von Wasser zu (öligen) Kraftstoffen, insbesondere zu Dieselkraftstoff, zu einer Verminderung des Schadstoffausstoßes und einer Erhöhung der Effizienz insbesondere von Kraftstoffen führt. Versuche haben aber ergeben, daß die Erhöhung des Wasseranteils auf ein Maß, das vor allem die Betriebstemperatur deutlich absenkt, dann auch mit einer meßbaren Verringerung der Lärmentwicklung im Verbrennungsvorgang verbunden ist. Voraussetzung ist lediglich, daß der Wasseranteil hoch genug ist.It has hitherto been known that the addition of water to (oily) fuels, in particular to diesel fuel, leads to a reduction in pollutant emissions and an increase in the efficiency, in particular of fuels. Experiments have shown, however, that the increase of the water content to a level that significantly lowers the operating temperature, in particular, is then associated with a measurable reduction in noise during the combustion process. The only requirement is that the water content is high enough.
Nach dem früheren Stand der Technik, wonach lediglich teure und für Maschinen und Umwelt schädliche Emulgatoren die Verwendung größerer Wasseranteile in Öl möglich machte, war dies nicht praktikabel umsetzbar.According to the prior art, according to which only expensive and harmful for machinery and environment emulsifiers, the use of larger amounts of water in oil made possible, this was not feasible feasible.
Das ist inzwischen anders: Schon die
Die
Die vorbeschriebenen Erfindungen haben aber den Zweck, durch die Beimischung von Wasser in ölige Kraftstoffe eine Effizienzsteigerung sowie eine Verminderung von Schadstoffausstoß herbeizuführen. Sie sind in ihren Ausführungsformen nicht auf eine Schallreduzierung optimiert.
- C. Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, Vorrichtungen zu beschreiben, die durch die Verwendung der vorgenannten emulgatorenarmen oder emulgatorenfreien Wasseröle besonders schallarm sind und genau für diesen Zweck optimiert werden.
- C. It is an object of the present invention to describe devices which are particularly low in noise by the use of the abovementioned emulsifier-poor or emulsifier-free water oils and which are optimized precisely for this purpose.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
- A. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, die Verbrennungsvorrichtung für eine Nutzung eines Wasseranteils zur bestmöglichen Temperaturreduzierung zu optimieren. Dabei sollen keine oder nur im Einzelfall noch akzeptable Verluste bei Leistung oder Effizienz eintreten.A. The solution according to the invention consists in optimizing the combustion device for the use of a water content for the best possible temperature reduction. No or only in individual cases still acceptable losses in performance or efficiency should occur.
Versuche haben gezeigt, daß zu diesem Zweck dazu ein hoher, sogar überwiegender Wasseranteil nützlich ist. Es wurde bereits in der Literatur dargestellt, daß die Verwendung auch hoher Wasseranteile für Verbrennungsantriebe technisch möglich ist. Der Anteil des Wassers wurde aber immer hinsichtlich der Reduzierung des Anteils von Emulgatoren oder der Optimierung der Effizienz gewählt, so daß zu hohe Wasseranteile als nicht nützlich erachtet wurden. Dabei ergaben sich, je nach Verbrennungsvorrichtung, bislang also regelmäßig Mischungen von deutlich mehr Öl als Wasser.Experiments have shown that for this purpose a high, even predominant water content is useful. It has already been shown in the literature that the use of high water content for combustion drives is technically possible. However, the share of water has always been in terms of reducing the share of Emulsifiers or the optimization of the efficiency chosen so that too high a proportion of water were considered not useful. Depending on the combustion device, mixtures of significantly more oil than water have been obtained on a regular basis so far.
Optimiert man die Mischung jedoch hinsichtlich der Schallentwicklung, ist das Ziel die Senkung der Temperatur und die Erhöhung des dämpfenden, weil nicht verbrennenden Wasseranteils, solange die erzielte Leistung und die Zündbarkeit des Gemischs dies zulassen. Dies ist nach Versuchen aber auch bei hohen Wasseranteilen, sogar von mehr als 50%, zu erreichen, und zwar auch dauerhaft ohne schädliche Folgen, wenn Entgasung und/oder Elektro-Osmose zur Mischung benutzt werden und daher die sonst hierbei übermäßig nötigen Emulgatoren entfallen. Auch ist ein solches Mischverhältnis noch nicht mit relevanten Leistungs- oder Effizienzeinbußen verbunden.However, if the mixture is optimized in terms of sound development, the goal is to lower the temperature and increase the attenuating, non-combusting water content, as long as the power and ignitability of the mixture allow it. This can be achieved after experiments but also at high water contents, even more than 50%, and indeed permanently without harmful consequences when degassing and / or electro-osmosis are used for mixing and therefore eliminates the otherwise excessively necessary emulsifiers. Also, such a mixing ratio is not yet associated with relevant performance or efficiency losses.
Im Gegenteil können, je nach Aufgabenstellung und Anforderungen, sogar Wasseranteile von 60–90% und mehr sinnvoll sein. Das gilt insbesondere, wenn die Schallreduzierung nur zeitweise optimiert werden muß, unter einem dann temporär akzeptablen Leistungsverlust.On the contrary, depending on the task and requirements, even water shares of 60-90% and more can be useful. This is especially true when the sound reduction has to be optimized only temporarily, under a then temporarily acceptable power loss.
Wird die aus den vorgenannten Schutzrechten Vitt I-IV vorbekannte Vorrichtung also zugunsten des Wasseranteils auf ein signifikant höheres Mischungsverhältnis umgestellt, wird mit ihr statt (oder neben) einer Leistungs- oder Effizienzerhöhung eine Schallreduzierung bewirkt.
- B. Zur Optimierung werden in der bevorzugten Ausführungsform jedoch nicht nur grundsätzliche Berechnungen oder Messungen für eine lärmarme Verbrennung zugrunde gelegt, sondern ein selbstregelndes System. Denn die Temperaturverhältnisse in einem Verbrennungssystem sind je nach Laufdauer und Leistungsanforderung variabel. Die bevorzugte Ausführungsform verfügt daher über eine Vorrichtung, die das Mischverhältnis von Wasser und Öl steuert, in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und/oder der gemessenen Schallentwicklung (oder anderer Parameter, die darauf rückschließen lassen), um die Einhaltung bestimmter Schallobergrenzen oder eine absolute Schalloptimierung in Anhängigkeit anderer Parameter (wie der Leistung) zu erreichen. Die dazu zusätzlich erforderliche Meß- und Regeltechnik gehört zum Stand der Technik.
- B. In the preferred embodiment, however, optimization is based not only on basic calculations or measurements for low-noise combustion, but on a self-regulating system. Because the temperature conditions in a combustion system are variable depending on running time and power requirement. The preferred embodiment therefore has a device which controls the mixing ratio of water and oil, depending on the measured temperature and / or the measured sound development (or other parameters that can be deduced thereon), compliance with certain switching sound limits or an absolute Schalloptimierung depending on other parameters (such as performance). The additionally required measurement and control technology belongs to the prior art.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei der Reduzierung der Schallentwicklung auch nach Frequenzen oder nach Frequenzbereichen differenziert werden. Es kann wünschenswert sein, bestimmte Frequenzbereiche besonders zu vermeiden, weil sie z. B. schallerhöhende oder materialbeanspruchende Resonanzen in der Gesamtvorrichtung oder dort, wo sie eingebaut wurde, verursacht, oder weil die Frequenzbereiche aus anderen Gründen, z. B. wegen besonderer oder besonders sensibler Wahrnehmung von außen, vermieden werden sollen.In a further preferred embodiment, the reduction of the sound development can also be differentiated according to frequencies or frequency ranges. It may be desirable to avoid certain frequency ranges especially, because they z. B. sound-enhancing or materialbeanspruchende resonances in the overall device or where it was installed, causes, or because the frequency ranges for other reasons, eg. B. because of special or particularly sensitive perception from the outside, to be avoided.
Dabei ist es möglich, die Frequenzwahl selbst von sich ändernden Umständen beim Betrieb abhängig zu machen, d. h. ebenfalls nach bestimmten Parametern variabel steuern zu lassen.It is possible to make the frequency selection itself depending on changing circumstances during operation, d. H. also be variably controlled according to certain parameters.
Zudem kann die Schalloptimierung, wie bereits erwähnt, durch eine entsprechende Steuerung zeitlich begrenzt werden, wenn z. B. nur zu bestimmten Betriebszeiten (etwa nachts oder bei besonderer sonstiger Sensibilität der Umwelt) oder unter besonderen Umständen bestimmte Schallpegel eingehalten werden sollen. Zu anderen Zeiten können dann z. B. Anforderungen an Leistung und/oder Effizienz oder Schadstoffverringerung vorrangig berücksichtigt werden, unter partieller Zurückstellung der Lärmminderung.
- C. Die vorbeschriebene Schallreduzierung ist besonders dort von praktischem Nutzen, wo andere Maßnahmen unzureichend sind oder eine besonders wirksame Schallreduzierung gefordert ist. Das kann sich zum einen durch gesetzliche Grenzwerte ergeben, die anderweitig schwerer einzuhalten wären, oder auch durch besonders anspruchsvolle praktische Vorgaben.
- C. The above-described sound reduction is of practical use especially where other measures are inadequate or particularly effective sound reduction is required. On the one hand, this can result from legal limits that would otherwise be harder to obey, or from particularly demanding practical requirements.
Die Schallreduzierung kann insbesondere für Anwendungen im Schiffsantrieb relevant sein. Aus der Ozeanforschung ist bekannt, daß viele Meerestiere auf Schall, der unter Wasser zudem deutlich stärker übertragen wird als in der Luft, sehr empfindlich reagieren und entweder vertrieben oder zumindest gestört werden, wenn ein Forschungsschiff einen zu lauten Antrieb hat. Manche Meerestiere verständigen sich zudem selbst mit Schallsignalen, die dann von Antriebsgeräuschen überlagert werden können.The sound reduction may be particularly relevant for marine propulsion applications. From the ocean research is known that many marine animals on sound, which is also transmitted much more under water than in the air, very sensitive and are either expelled or at least disturbed, if a research vessel has too loud a drive. Some marine animals also communicate themselves with sound signals, which can then be superimposed by drive noise.
Forschungs-U-Boote verfügen daher zumeist über geräuscharme Elektroantriebe, die jedoch schwer sind und nur geringe Reichweiten haben, so daß insbesondere bei längeren Tieftauchfahrten, z. B. bei der Erforschung des Meeresgrundes oder tieftauchender Meerestiere (wie der Wale) Einschränkungen hingenommen werden müssen. Ein geräuscharmer Verbrennungsantrieb hat hier auch bei U-Booten deutliche Vorteile. Es lassen sich jedoch auch andere Anwendungen für Schiffsantriebe denken, bei denen leise Antriebe vorteilhaft sind, z. B. für Polizei- und Zolleinsätze gegen Schmuggler oder bei der Marine. Ein besonderer Vorteil ist der Tier- und Umweltschutz, da empfindliche Meerestiere durch Unterwasserschall geschädigt werden können, was bei einer geringeren Geräuschentwicklung vermieden wird.
- D. Ein Nebeneffekt der Verwendung von entgastem Wasser ist die Reduzierung der Kavitationsprobleme im Antrieb. Es ist bekannt, daß eine optimierte Emulsionsmischung Kavitationsprobleme vermindert. Das gleiche gilt auch für die Verwendung von entgastem Wasser, weil hierdurch zumindest die Blasenbildung durch gelöstes Gas bei Unterdruck vermieden wird.
- D. A side effect of using degassed water is the reduction of cavitation problems in the drive. It is known that optimized emulsion mixing reduces cavitation problems. The same applies to the use of degassed water, because this at least the formation of bubbles by dissolved gas at reduced pressure is avoided.
Eine Synergie ließe sich daher entsprechend zur Reduzierung von Kavitationseffekten am Schiffsrumpf und den Schiffsschrauben erzielen, wenn das ohnehin für den Antrieb erzeugte entgaste Wasser für Wasserstrahlantriebe oder zur Umhüllung des Wasserflusses an Rumpf und Schiffsschrauben verwendet wird. Dazu wären vor den Bereichen, an denen nach der spezifischen Form des Schiffs- oder Schraubenkörpers Kaviation entsteht, geeignete Auslaßöffnungen anzubringen, um die kritischen Oberflächen mit entgastem Wasser umfließen zu lassen.A synergy could therefore be achieved in accordance with the reduction of cavitation effects on the hull and the propellers, if the already generated for the drive degassed water for waterjet drives or to cover the water flow to the hull and propellers is used. For this purpose, in front of the areas where cavitation is created according to the specific shape of the ship or bolt body, appropriate outlet openings should be provided in order to allow the critical surfaces to flow around with degasified water.
Die Position der Auslaßöffnungen hängt von den Betriebserfordernissen und konkret verwendeten Formen ab und kann auch variabel gestaltet oder variabel ansteuerbar vorgesehen werden.The position of the outlet openings depends on the operating requirements and specific forms used and can also be designed variably or provided variably controllable.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 202011107729 [0008] DE 202011107729 [0008]
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