DE3012112A1

DE3012112A1 - Dosier-, misch- und emulgiereinrichtung fuer nicht mischbare fluessigkeiten fuer brennstoffe

Info

Publication number: DE3012112A1
Application number: DE19803012112
Authority: DE
Inventors: Angelo Cantoni
Original assignee: Solar 77 SpA
Current assignee: Agip Petroli SpA
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1980-10-09
Also published as: ES490048A0; ATA168980A; AT389240B; NL8001880A; GR67295B; DE3012112C2; ES8103997A1; FR2452312B1; US4354762A; YU41704B; FR2452312A1; YU84680A; GB2049456A; GB2049456B

Description

DOSIER-, MISCH- UND EMtJLGIEHEINRICHTUNG FÜR NICHT
MISCHBARE FLÜSSIGKEITEN FÜR BRENNSTOFFE.

Ea ist bekannt, dass die Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes, z.B. für Heizzwecke, Energieerzeugung u. dgl. verbessert werden kann, wenn der
Brennstoff mit einer gewissen Menge Wasser eng emulgiert wird, deren Teilchen in Form von kleinen Tropfen in der Masse der Hauptfltissigkeit dispergiert sind.

Heizöl und Wasser sind zum Beispiel zwei
untereinander nicht mischbare Flüssigkeiten und wenn sie emulgiert sind bildet die in Tropfen disperse

Flüssigkeit die "disperse Phase", während der Brenn-

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stoff die "durchgehende Phase" bildet.

Vor der Emulgierung müssen die beiden Flüssigkeiten im gewünschten Gewichtsverhältnis dosiert werden und dieses Verhältnis muss konstant bleiben, auch wenn die erforderliche Menge der Mischung (oder des Brennstoffes) in Abhängigkeit der Leistung oder Wärmemenge, die in der Anlage erzeugt werden soll, schwankt .^

Was die Dosierung und das Vermischen der beiden nicht mischbaren Flüssigkeiten anbelangt ist es bekannt:

a) zwei Behälter zu verwenden, in welche vorbestimmte Mengen der beiden Flüssigkeiten eingefüllt werden, wobei diese dann in einen einzigen Behälter geschüttet werden und eine Mischung erhalten wird, die sicher wenig homogen ist.

b) Den gewünschten Anteil der zu dispergierenden Flüssigkeit mit einem Hahn einzulassen, der nach Festlegung des Zulaufdruckes die Durchflussmenge der Flüssigkeit bestimmt.

c) Ein überfeinertes und kostspieliges Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Benzin und Schmieröl anzuwenden, das von einigen Herstellern von Motorrädern mit Zweitaktmotor verwendet wird, bei welchen ein getrennter Tank für das ¥)1 neben

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einem Tank für das Benzin vorhanden ist.

d) Sich wie bei den Verbrennungsmotoren eines Vergasers zu bedienen, der Luft und Benzin in den gewünschten Anteilen vermischt; es handelt sich jedoch um ein Gas und um eine Flüssigkeit, nicht aber um zwei Flüssigkeiten.

e) Eine Düse zu verwenden, welche die zu dispergierende Flüssigkeit in die durchgehende Flüssigkeit auf Grund des Druckes vor derselben spritzt, wobei bei veränderlichem Druck auch die Veränderung des Mischverhältnisses bzw. die Konstanthaltung bei Änderung der Durchflussmenge bewirkt wird.

f) Volumetrische Dosierpumpen (gewöhnlich Membranpumpen) anzuwenden, welche je nach den Erfordernissen die veränderliche Durchflussmenge zur Einspritzung der dispersen Flüssigkeit liefern.

Was die Emulgierung der beiden Flüssigkeiten anbelangt sind folgende technische Vorgänge bekannt :

a) mit mechanischen Schwingern, welche es ermöglichen, die kräftige Vermischungswirkung zu erzielen, die erforderlich ist, um die gewünschte Emulsion zu erzielen. Diese Vorrichtung weist eine Ultraschall-Kavitationsvorrichtung auf, welche die Mischung bei einer Frequenz von 20.000 Hz rührt, so

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dass die zur Erzeugung der Emulsion notwendige Rührwirkung erzielt wird.

b) Mit Anwendung der Stosserscheinung, die dann auftritt, wenn die Teilchen der Mischung, die vorher durch einen hohen Druckabfall (zwischen 100 und 300'bar) auf geeignete Geschwindigkeiten gebracht wurden, gegen ein Hindernis geprallt werden.

c) Durch chemische Zusatzstoffe (Emulgatoren), die der Mischung zugesetzt werden und chemische Reaktionen hervorrufen, die die Emulgierung bewirken.

d) Durch Passieren einer passiven Vorrichtung in der Strömungsbahn der Flüssigkeit seitens wenigstens einer der Flüssigkeiten. Die Flüssigkeit strömt durch einen ersten abnehmenden Querschnitt, in welchem der Druck unter den Clausius-Clapeyron-Druck für die Temperatur der Flüssigkeit absinkt, wobei kleine Blasen gebildet werden, und strömt sodann in ein Element mit gleichmassigem Querschnitt, in welchem sich.die Blasen voll entwickeln. Danach ziehen sie sich zusammen und dehnen sich kräftig aus, um die gewünschte Emulsion zu erzielen.

Diese bekannten technischen Verfahren sind nicht immer zufriedenstellend, und zwar hauptsachlich wegen - des Energiebedarf Br wegen mangelnder Vielseitigkeit und auf Grund der komplizierten Ausbildung der not—

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wendigen Einrichtungen, die kostspielig und heikel zu betreiben sind.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer Einrichtung zum Emulgieren von zwei oder mehreren nicht mischbaren Flüssigkeiten, die kleine Abmessungen aufweist, zuverlässig und baulich weitgehend einfach ist und derart ausgebildet ist, dass sie im Dauerbetrieb arbeiten kann, ohne irgendwelche Aussenleistung und praktisch keine Wartung zu erfordern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Herstellung einer Emulgiereinrichtung, die insbesondere und nicht ausschliesslich zum Emulgieren von. Heizöl und Wasser geeignet ist und derart ausge-

Verbrennungsmotoren oder

bildet ist, dass sieY Anlagen zur Erzeugung von Warme unmittelbar zugeordnet werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Herstellung einer Emulgiereinrichtung passiver Art, die derart bemessen ist, dass sie auf Grund der frbereinanderlagerung von mehreren physikalischen Erscheinungen funktioniert, deren Wirkungen derart sind, dass sie die Flüssigkeitsströmung am Austritt aus einer zweckmassig bemessenen. Düse drastisch zerteilen, wobei dem Strahl selbst eine Energie zur Verfügung gestellt wird, die zur Bildung der neuen

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Flachen, die von einer feinen Emulsion gefordert werden, genügt.

Ein weiteres Ziel liegt in der Schaffung einer derartigen Dosier- und Mischeinrichtung, dass das Verhältnis zwischen der dispersen Flüssigkeit lind der durchgehenden Flüssigkeit auch dann automatisch konstant gehalten wird, wenn die Durchflussmenge der Mischung (oder des Brennstoffes), die von Motor oder von Brenner verlangt wird, fortlaufend in Abhängigkeit der durch die Anlage aufgenommenen Leistung oder Wärmemenge schwankt.

Die oben erwähnten Ziele und Vorteile wurden durch die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung erreicht, welche eine Dosier- und Mischvorrichtung aufweist, die geeignet ist, das Verhältnis zwischen den beiden Flüssigkeiten bei Änderung der Durchflussmenge konstant zu halten, wobei diese Dosier- und Mischvorrichtung aus zwei Leitungen, nämlich einer Zulauf- und einer Auslaufleitung besteht, von welchen die erste die disperse Flüssigkeit (Wasser) betrifft, die mit grosserem Druck in die durch einen Verschlusskörper, der die Durchflussmenge in Abhängigkeit seiner Öffnungsstellung in der leitung regeln kann, geschlossene Leitung zugeführt wird, während die zweite Leitung die durchge-

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hende Flüssigkeit (Brennstoff) betrifft, welche mit einem geringeren Druck als die andere· Flüssigkeit zugeführt wird und mit der zu dispergierenden Flüssigkeit vermischt wird, wobei die Mischung dann in eine Leitung gelangt, deren Querschnitt durch die Stellung eines zweiten Verschlusskörpers bestimmt wird, der durch die Mischung selbst gegen die Wirkung eines elastischen Gliedes o. dgl. verstellt wird, wobei ferner dieser zweite Verschlusskörper mit dem genannten ersten, die Durchflussmenge der zu dispergierenden Flüssigkeit regelnden Verschlusskörper verbunden ist und die genannte Auslaufleitung für die Mischung mit der Emulgiervorrichtung in Verbindung steht, welche aus einem Grundkörper besteht, in welchem eine konvergierende konische Leitung ausgebildet ist, die mit einer zylindrischen Leitung in Verbindung steht, die einen gleichbleibenden und dem geringeren Querschnitt der genannten konvergierenden Leitung entsprechenden Querschnitt aufweist, wobei die genannte Leitung mit gleichbleibendem Querschnitt in eine Beruhigungskammer mit zylindrischem Querschnitt mündet, und wobei ferner der grössere Querschnitt der genannten konvergierenden konischen Leitung das Zuftihrungsmittel der zu emulgierenden Flüssigkeiten bildet, während eine

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Ablassleitung für die erhaltene Emulsion auf der zylindrischen Flache der genannten Beruhigungskammer vorgesehen ist.

In den beiliegenden Zeichnungen ist

Figur 1 ein schematischer Querschnitt durch eine Schwerkraft-Dosier- und Mischvorrichtung;

Figur 2 ein schematischer Querschnitt durch die Dosiervorrichtung ge'mäss Figur 1 mit elastischer Federwirkung;

Figur 3 ein schematischer Querschnitt durch die Emulgiervorrichtung, die am Ausgang der Dosier- und Mischvorrichtung gemäss den Figurenl oder 2 angebracht ist.

Die Vorrichtungen gemäss Figur 1 oder 2 und gemass Figur 3, die schematisch angedeutet sind, sind miteinander derart gekoppelt, dass der Austritt der Mischung aus der Vorrichtung gemäss Figur 1 oder 2 den Eingang zur Vorrichtung gemäss Figur 3 bildet, wobei es sich aber versteht, dass die beiden Vorrichtungen in eine einzige Gruppe zusammengefasst oder durch Rohre verbunden werden können.

Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist ein Körper 1 vorhanden, in welchen eine Leitung 2 zur Zuspeisung der zu dispergierenden Flüssigkeit (Wasser), eine Leitung 3 zur Zuspeisung der durchgehenden

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Flüssigkeit (Heizöl) und ein Auslass 4, aus welchem die dosierte Mischung der beiden Flüssigkeiten austritt, gelangen.

Im Inneren- des Körpers 1. ist der doppelte Verschlusskörper 5 bewegbar angeordnet, der in der ortsfesten Führung 6 des Stopfens 7 axial verschiebbar ist und einen ersten Verschlusskörper 8, der die Durchflussmenge durch die' Leitung 2 regelt, und einen zweiten Verschlusskörper 9, dessen Stellung von der Durchflussmenge der Michsung der Flüssigkeiten aus den Leitungen 2 und 3 abhängt.

Der Durchlass 10 für die beiden Mischfltissigkeiten hat ein Profil, das in bezug auf das Profil des Verschlusskörpers 9 derart bemessen ist_f dass der ringförmige Durchlassquerschnitt P zwischen den zwei Teilen mit der axialen Verstellung des Ver^chlusskörpers 5 nach oben zunimmt.

So muss das Profil des Verschlusskörpers 8 in bezug auf den Auslauf der Leitung 2 einen allmählich grösseren Durchlassquerschnitt öffnen, dessen Änderung proportional zur Änderung des Durchlasses P für die dosierte Mischung erfolgt.

Das Eigengewicht des Verschlusskörpers 5 versucht, die Mündung der Leitung 2 zu schliessen,

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wenn keine Flüssigkeit durchströmt.

Die Flüssigkeit W, die dispergiert werden soll, wird in die Leitung 2 gemäss dem Pfeil W zugeführt, während die durchgehende Flüssigkeit O, z.B. Heizöl, in die Leitung 3, die die Leitung 2 kreuzt, gemäss dem Pfeil O zugeführt wird. Wenn die Flüssigkeit O mit einem gewissen Druck zugeführt wird tritt sie in den Durchlass 10 ein und hebt den Verschlusskörper 9 im Verhältnis zu der im Augenblick erforderlichen Flüssigkeitsmenge, z.B. Heizöl. Folglich wird auch der Verschlusskörper 8 (der mit dem Verschlusskörper 9 fest verbunden ist) angehoben und die Flüssigkeit W, die mit einem höheren Druck als die Flüssigkeit 0 zugeführt wird, strömt ins Innere des Körpers 1 in den Raum 11 ein, wo sie mit der Flüssigkeit 0 kreuzt.

Der durch die eingenommene Stellung des Verschlusskörpers 8 bestimmte ftffnungsquerschnitt bestimmt den Anteil an Flüssigkeit W, der mit der Flüssigkeit 0 vermischt wird, und die gesamte Mischung M tritt aus der Leitung 4 gem&ss dem Pfeil M heraus, um in die Emulgiervorrichtung gemäss Figur 3 durch die Leitung 4a, die mit der Leitung 4 verbunden ist, einzuströmen.

Mit Bezugnahme auf Figur 2 entspricht die 0300A1/0772

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in dieser schematisch dargestellte Dosier- und Mischvorrichtung im wesentlichen der Vorrichtung gemäss Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, dass der Verschlusskörper 5a gegen die Durchlasse 2 und 10 durch eine Feder 12 gedrückt wird, die durch eine Mutter 13 vorgespannt ist, welche von aussen her einstellbar ist, nachdem der Stopfen 14 abgenommen wurde. Der Verschlusskörper 5a'ist in einer Führung 6a durch die Mutter 13 geführt und mit dem Verschlusskörper 8a für den Durchlass 2 der zu dispergierenden Flüssigkeit W und mit dem Verschlusskörper 9a für den Durchlass 10 der bereits gebildeten Mischung M fest verbunden. Die durchgehende Flüssigkeit (Heizöl) 0, die aus der Leitung 3 unter Druck gelangt, hebt wie gesagt den Verschlusskörper 9a vom Durchlass 10 ab und somit öffnet der Verschlusskörper 8a im Verhältnis den Durchlass 2 für die Flüssigkeit W. Die Mengenanderungen der von der Anlage verlangten Mischung verursachen entsprechende Änderungen des Heizöls 0 und daher verschiedene Stellungen des Verschlusskörpers 5-5& mit folglichen unterschiedlichen Durchlassquerschnitten für die Flüssigkeit W.

Jede Gleichgewichtstellung wird dann erreicht, wenn das Gewicht des Verschlusskörpers 5 oder die Kraft der Feder 12, die auf den Verschluss-

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körper wirkt, der in umgekehrter Richtung ausgeübten Wirkung gleich ist, die sich aus der Resultierenden des auf die Oberfläche des Verschlusskörpers selbst wirkenden Druckes und der Mitnahmewirkung ergibt, die auf die Viskosität der in Berührung mit der Oberfläche des Verschlusskörpers fliessenden Flüssigkeit und auf die Gesamtmenge der Flüssigkeit, die durch den Durchlassquerschnitt'P durchströmt, zurückzuführen ist.

Zur Gewährleistung einer grösseren axialen Stabilität des Verschlusskörpers 5 kann dieser mit schraubenförmig verlaufenden Nuten versehen sein, so dass das Durchströmen der Flüssigkeit ihn in Drehung versetzt und dadurch eine stabilisierende Wirkung hervorruft.

Mit Bezugnahme auf Figur 3 besteht die Emulgiervorrichtung aus einem länglichen Grundkörper C, der zylindrisch oder parallelepipedonformig ausgebildet ist und in welchem eine konische konvergierende Leitung A ausgespart ist, die einen Durchmesser D und einen Querschnitt S aufweist und deren kleinerer Querschnitt mit Durchmesser D und Querschnitt S im Inneren des Grundkörpers liegt; koaxial zur konvergierenden Leitung A und mit dieser in Verbindung stehend ist eine zylindrische Leitung

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B mit konstantem Querschnitt, der dem kleineren Querschnitt S der konvergierenden Leitung A entspricht, vorhanden. Die konische Leitung A ist mit der Dosier- und Mischvorrichtung gemäss Figur 1 oder 2 mit der Auslassleitung 4 für die Mischung M oder mit einer Verbindungsleitung verbunden.·

Die Leitung B mit gleichbleibendem Querschnitt ßteht mit einer 'zylindrischen Kammer Z in Strömungsverbindung, die eine Länge L und einen Durchmesser D gleich dem Durchmesser des Einlaufquerschnittes der konvergierenden Leitung A aufweist. Die Länge L der Kammer Z kann dadurch geändert werden, dass der Boden der Kammer als Gewindemutter 15 ausgebildet wird, die gedreht oder axial verstellt werden kann.

In der zylindrischen Oberfläche der Beruhigungskammer Z ist eine Auslassöffnung T ausgebildet, für welche sich als optimale Lage in der Tat jene erwiesen hat, die der Ausmündung der Leitung B in die" Kammer Z am nächsten liegt, wobei die Gründe dafür in der Folge näher erläutert werden. In dieser Vorrichtung wird die von der

Dosier— und Mischvorrichtung nach Fig. 1 oder 2 könnende Mischung aus nicht mischbaren Flüssigkeiten der konvergierenden Leitung A unter Druck zugeführt, von wo aus

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sie nach Passieren des kurzen Leitungsabschnittes B mit grosser Geschwindigkeit in die Beruhigungskammer Z einströmt. In dieser erfolgt die Emulsion, die durch die Auslassöffnung T abgelassen wird.

Als Beispiel wurde ein Muster hergestellt und geprüft, das einen anfänglichen Durchmesser D der konvergierenden Leitung gleich 6 mm aufwies, und zwar gleich jenem der Kammer Z, und einen Durchmesser D der Leitung B gleich 0,6 mm besass. Die aus— sersten Querschnitte S, S der konvergierenden Leitung stehen daher im Verhältnis 1/100. Nachdem die Einrichtung für eine Durchflussmenge von 15 kg/h (gleich 4,17 g/Sek) proportioniert wurde und eine volumetrische Masse der Mischung gleich 900 kg/cm angenommen wurde, beträgt die Einlaufgeschwindigkeit C der Flüssigkeit etwa 0,16 m/Sek, während die Eindringgeschwindigkeit C des Strahls in die Kammer

ZC = 100c. also C = 100*0.16 m/Sek = 16 m/Sek "beoo '

trägt.

Eine Emulgiervorrichtung funktioniert auf der . Grundlage der tiberlagerung von mehreren physikalischen Erscheinungen, wobei es praktisch unmöglich ist, deren Wirkungen voneinander zu trennen. Alle diese Erscheinungen wirken aber zusammen, um den am Austritt der Düse vorhandenen Strahl drastisch

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zu bremsen vend, zu zerteilen, wobei dem Strahl selbst eine Energie zur Verfügung gestellt wird, die zur Schaffung der neuen, bei einer feinen Emulsion geforderten Flächen gentigt.

Unter den wichtigsten Wirkungen, über welche gesprochen wird, ist es zweckmässig, folgende zu nennen:

a) Die Ablenkung des StrahlB. Diese ist eine Erscheinung, die dann auftritt, wenn am Auslass eines Strahle die Flüssigkeit einen Druck (der mit dem Einlaufdruck Fa, der volume tr ischen Masse M und dem Verhältnis zwischen der Einlauf- und der Auslaufgeschwindigkeit gebunden ist) aufweist, der höher ist als jener, der im Auslaufraum (Beruhigungskammer) herrscht. Beim Baumuster dürfte der Druckabfall in der Düse (A+B) bei keinen Verlusten wie folgt sein:

C ²
A¹P =?___ - 120.884 Pa =0,12 MPa

(also etwa 1,2 atti betragen). Wenn also die tatsächliche Differenz Λρ zwischen Einlauf und Beruhigungskammer grosser ist (beim Baumuster 2 attt) bildet sich eben eine Ablenkung des Strahls. Diese Erscheinung bewirkt ein "brausenartiges¹¹ Fortschreiten der Stromrohre, welche einen Raumwinkel in Anspruch nimmt, der umso grosser ist je grosser das Verhältnis Δρ/ Δ'ρ ist. Die Auswirkung dieses Verhältnisses

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auf die Konizitat des Strahls am Austritt der Düse ist jedoch innerhalb gewisser Grenzen ziemlich gering, so dass sich die Erscheinung auch bei grossen Verhältnissen Δρ/ Δ¹ρ, die selbstverst&ndlich immer grosser sind als 1, nicht wesentlich ändert.

Die vom Strahl am Austritt der Düse eingenommene Konizität würde eine drastische Herabsetzung der Geschwindigkeit der Stromrbhre erfordern, die aber durch die betrachtliche kinetische Energie, die sie besitzt, und durch den Gleichdruckzustand, der in der Beruhigungskammer herrscht, unmöglich gemacht wird. Daraus folgt die im Fall der Ablenkung eines Strahls immer vorhandene Erscheinung des Stromröhrenbruches, die darin besteht, dass die vorher durch Kohäsionskräfte miteinander zusammengehaltenen einzelnen Teilchen nun gezwungen sind, sich voneinander zu Ibsen. Ein Teil der verfügbaren Energie wird durch Reibung mit den praktisch stillstehenden, in der Beruhigungskammer vorhandenen Plüssigkeitsteilchen verzehrtj der restliche Teil wird automatisch zur Bildung der neuen Flächen, die durch die Zerteilung des Strahls erforderlich werden, und zwar zur Überwindung der durch die molekulare Kohasion bedingten Kraftfelder in Anspruch genommen.

b) Der anelastische Stoss. Die Stromröhre, 030041/0772

wenn auch zerteilt und verzögert (da sie auf Grund der vorstehend angedeuteten Erscheinungen Energie abgegeben hat) gelangt auf die Stirnwand der Beruhigungskammer immer noch mit einer gewissen Restgeschwindigkeit. Auf dieser Wand sind die Flttssigkeitsteilohen gezwungen, anzuhalten, um sodann eine rückläufige Bewegung zu beginnen. Es findet daher eine Stosserscheinung statt, die zwar anelastisch aber doch nicht vollkommen anelastisch ist, so dass ein Teil der vor dem Stoss vorhandenen kinetischen Energie zur Bildung von weiteren Flächen und zwar zur Vollendung der Zerstäubung der Misohung zur Verfügung bleibt. Es handelt sich letzten Endes um eine Erscheinung, die immer bei einer Zerteilung eines materiellen Systems durch Aufprall gegen ein Hindernis erfolgt, so dass gewisse Arten von Emulgiervorrichtungen ihre Wirkungsweise auf diese Verfahrensart basieren. Bei der erfindungsgemässen Einrichtung ist diese Erscheinung jedoch nur nebenständig und deren Auswirkung im Vergleich zu jener der unter Punkt a) behandelten Ablenkungserscheinung hängt vorwiegend vom Abstand der Stirnwand der Beruhigungskammer von der Endöffnung der Düse und vom vorerwähnten Verhältnis Δρ/Δ ¹P (Zahl des Ausmasses der Stromröhrenablenkung) und von der Dichte und der statischen Viskosität der

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Mischung ab.

In anderen Worten ausgedrückt, dürfte es nach einmaliger Kennzeichnung der Mischung bei jeder geometrischen Ausbildung der Düse möglich sein, die Auswirkung der beiden Wirkungen a) und b) durch Veränderung der Tiefe der Beruhigungskammer zu dosieren. Sicher gibt es hinsichtlich der Feinheit der Emulsion eine optimale Tiefe für' jeden Differenzwert Δ ρ zwischen dem Einlaufdruck der Flüssigkeit in der Düse und dem in der Beruhigungekammer herrschenden Druck. Diese optimale Abmessung kann nur durch Versuche herausgefunden werden·

c) Die Reibung der Flüssigkeitsteilchen und die Wirbelwirkungen in der Grenzschicht. Die Reibungserscheinungen finden im Verfahren, das in der kleinen Einrichtung, über welche gesprochen wird, durchgeführt wird, auf verschiedene Art statt. Vor allem im Laufe der Ablenkungserscheinung. Diese erfolgt nämlich in einer dichten Umgebung, so dass sich die durch Zerteilung der Stromröhre erzeugten Teilchen mit praktisch stillstehenden, eine beträchtliche volumetrische Masse aufweisenden Teilchen in Berührung befinden, die in der Beruhigungskammer vorhanden sind. Die Vermischungen, die daraus folgen (und mit einer einfachen Berechnung nicht vor-

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hersehbar sind) begünstigen die Gleichmassigkeit der Emulsion, wirken sich aber zugleich in bedeutendem Ausmass auf das Verhältnis zwischen dem verzehrten Energieanteil und dem zur Zerstäubung verfügbaren Energieanteil aus; sie wirken sich allerdings auch auf die optimale Verteilung der beiden Wirkungen a) und b) hinsichtlich der Zerteilung der in der Mischung in geringerer Konzentration vorhandenen Flüssigkeit innerhalb der anderen aus. Dies sind alle Gründe, die durch die Abhängigkeit der Gesamtheit der Erscheinungen von verschiedenen Parametern (Zusammensetzung der Mischung und physikalisch-chemischen Eigenschaften derselben, Verhältnis Δρ/ Δ'ρ, Geometrie der Emulgiervorrichtung ubw.), von welchen jeder für verschiedene Auswirkungen physikalischer Natur verantwortlich ist, das ausschliesslich experimentelle Nachforschungsverfahren -wie bereits erwähnt — zur Feststellung der optimalen Betriebsbedingungen rechtfertigen.

Die Wirkung der oben angedeuteten Reibungserscheinungen ist im Hinblick auf die gewünschten Ergebnisse gegenwirkend, obgleich unvermeidbar. Es gibt aber eine weitere Wirkung der Reibung, die hingegen mitwirkend erscheint und es handelt sich um die in der Grenzschicht, die sich in der Nähe

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der Seitenwand der Beruhigungskamraer bildet, vorhandenen WirbelerBcheinungen.

Die Geschwindigkeit der rückläufigen Strömung in der Beruhigungskanmier ist sehr gering: beim erwähnten Baumuster beträgt sie etwa 0,16 m/Sek. Die Bewegung wäre, wenn keine Störwirkungen vorhanden wären, sogar laminar; tatsächlich, wenn es sich auch nur um Wasser handeln würde (kinematische Viskosität ν= 2·10 m /h bei 50⁰C), würde die Reynoldeche Zahl Rc unter dem kritischen Wert 2000+ 2100 liegen, wie sich feststellen lässt, wenn man die erwähnte Rc-Zahl auf bekannte Weise berechnet:
R₀ 22 JLlöL 1

R₀ 3600 = 1771

^V 2 · 10·" ^J

Beachtliche Störerscheinungen sind jedoch

vorhanden und diese sind hauptsächlich das Vorhandensein der mittleren direkten und abgelenkten Stromrohre sowie die Krümmung der Strömung im kurzen Raum der Beruhigungskammer· All dies bildet Wirbelbewegungen überwiegend drehbarer Art, die durch die anisotropische Beschaffenheit der Flüssigkeit besonders stark gemacht werden. Die an der Seitenwand der Beruhigungskammer anhaftende Grenzschicht bildet den überwiegenden Sitz dieser Wirbelbewegungen, welche die Aufgabe erfüllen, in der Mutterfltissigkeit die zweite fein zerteilte Flüssigkeit eng zu vermischen

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und die Emulsion zu homogenisieren.

Diese Grenzschicht hat sicherlich ihre bedeutsamste Dicke im Abschnitt der Beruhigungskammer, in welchen die 'öffnung der Düse mündet, wo daher vorgesehen ist, die Austragöffnung der Emulsion auszubilden.

Wie gesagt, finden bei der erfindungsgemassen Einrichtung, die' kleine Abmessungen aufweist und baulich sehr einfach ist, eine Mehrzahl von physikalischen Erscheinungen statt, bei welchen es praktisch unmöglich ist, die einzelnen Beitrage derselben zum Gesamtergebnis herauszubestimmen· Über-62TWSXSG

raschendrtreten die Wirkungen der erfindungegemässen Einrichtung in der Tat auf und um die vorliegende Erfindung auf jeden Fall anwendbar zu machen werden die folgenden Anordnungen angegeben:

I) Pur jede Geometrie der Emulgiereinrichtung und nachdem die physikalisch-chemischen Eigenschaften der zu eraulgierenden Mischung festgestellt wurden, wird vorgesehen, dass eine optimale Situation hinsichtlich der Güte der Emulsion vorhanden ist, die einem genauen Paar der Werte Δρ, Ι (wobei Δ P die oben erwähnte Druckdifferenz und L der Längsabstand zwischen der öffnung der Düse B und der Stirnwand der Beruhigungskammer ist), entspricht.

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II) Für einen guten Betrieb der Einrichtung iet es notwendig, dass der Zulaufdruck p_a nicht unter dem Druck liegt, der die folgende Bedingung erfüllt: Δρ/Δ'ρ>1. Es muss also ρ grosser sein als der Grenzwert:

Tz -p. ♦

^{11 B} 2^JL* ⁸ ^d wo M die Durchflussmenge (als Masse gerechnet) und die volumische Hasse der Mischung, D der Durchmesser der öffnung der Düse und ρ der Druck in der Beruhi-

gungskammer ist.

Ill) Es scheint zur Begünstigung der Gleichaassigkeit der Emulsion nützlich zu sein, letztere aus der Emulgiervorrichtung so weit wie möglich von der inneren Stirnwand der Beruhigungskammer entfernt abzunehmen, und zwar in der Nahe des Abschnittes, der

der Ausmündung der leitung B ( Düse) gegenüberliegt. Diese Stirnwand kann auch verstellbar sein, wobei die Stellung von aussen z.B. mittels einer Schraube 15 o.dgl. bis zur Erzielung der gewünschten Emulsion einstellbar sein kann.

Selbstverständlich kann' die oben beschriebene Mischeinrichtung bei entsprechender Bemessung zum Mischen aller Arten von nicht mischbaren Flüssigkeiten und nicht nur von Heizöl und Wasser benutzt werden} ferner können den zugeführten nicht misch-

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baren Flüssigkeiten Teilchen eines in einer oder mehreren Flüssigkeiten suspendierten festen Stoffes zugesetzt werden, wobei diese Teilchen bei Siebauswahl vorzugsweise in einer Anzahl von 100 bis 300 sein sollten; ferner können diesen Flüssigkeiten sublimier— bare Stoffe zugesetzt werden. Schliesslich können an der oben beschriebenen Erfindung baulich und funktionstechnisch gleichwertige Änderungen und Varianten durchgeführt werden, ohne aus dem Schutzumfang der Erfindung selbst auszutreten.

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ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vermischen von zwei untereinander nicht mischbaren Flüssigkeiten in bestimmten Anteilen und zum Emulgieren derselben in äusserst feinen Teilchen, um eine

in Verbrennungsmotoren oder einwandfreie VerbrennungYmittels eines gewöhnlichen Brenners zur Erzeugung von Wärme, z. B. bei Heizanlagen, Kesseln zur Erzeugung von Dampf, Kraftwerken u; dgl. zu ermöglichen. Die beiden zu emulgierenden Flüssigkeiten werden zunächst automatisch dosiert, sodann miteinander vermischt und anschliessend emulgiert, indem die Mischung durch eine zylindrische Leitung durchgelassen wird, die einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist und in eine zylindrische Beruhigungskammer mündet, deren Querschnitt grosser ist als jener der Leitung und deren Länge einstellbar ist und die einen Seitenablass zur Erzeugung der gewünschten Emulsion aufweist.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER K 12 924/7kl 28. März 1980 SOLAR 77 S.p.a. Via Ostiense 333 Rom / Italien PATENTANSPRÜCHE

1. Emulgiereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dosier- und Mischvorrichtung aufweist, die geeignet ist, das Verhältnis zwischen zwei

Il

Flüssigkeiten bei Änderung der Durchflussmenge derselben konstant zu halten, wobei diese Dosier- und Mischvorrichtung aus zwei Leitungen, nämlich einer Zulauf-- und einer Auslaufleitung besteht, von welchen die
erste die disperse Flüssigkeit (Wasser) betrifft, die mit einem grosseren Druck in die durch einen Verschlusskörper, der die Durchflussmenge in Abhängigkeit seiner 'Offnungsstellung in der Leitung regeln
kann, geschlossene Leitung zugeführt wird, während
die zweite Leitung die durchgehende Flüssigkeit

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der genannten Beruhigungskammer vorgesehen

2. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zulaufleitung für die zu dispergierende Flüssigkeit sich im wesentlichen senkrecht erstreckt und die zweite Zulaufleitung für den Brennstoff bzw. das Heizöl sich im wesentlichen waagrecht erstreckt, so dass sie die erste Zulaufleitung unter Bildung eines V/inkels von im wesentlichen 90° schneidet.

3. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Verschlusskörper als einsttickige Verschlusseinheit ausgebildet sind.

4. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschlusskörper als konischer NadelverschlusskBrper ausgebildet ist.

5. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinheit im oberen Bereich in der Nähe des zweiten Verschlusskörpers mit einem zylindrischen Schaft versehen ist, in welchem schraubenförmig verlaufende Nuten ausgebildet sind.

6. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinheit

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(Brennstoff) betrifft, welche mit einem geringeren Druck als die andere Flüssigkeit zugeführt wird und mit der zu dispergierenden Flüssigkeit vermischt wird, wobei die Mischung dann in eine Leitung gelangt, deren Querschnitt durch die Stellung eines zweiten Verschlusskörpers bestimmt wird, der durch die Mischung selbst gegen die Wirkung eines elastischen Gliedes o. dgl. verstellt wird, wobei ferner dieser zweite Verschlusskörper mit dem genannten ersten, die Durchflussmenge der zu dispergierenden Flüssigkeit regelnden Verschlusskörper verbunden ist und die genannte Auslaufleitung für die Mischung mit der Emulgiervorrichtung in Verbindung steht, welche aus einem Grundkttrper besteht, in welchem eine konvergierende konische Leitung ausgebildet ist, die mit einer zylindrischen Leitung in Verbindung steht, die einen gleichbleibenden und dem geringeren Querschnitt der genannten konvergierenden Leitung entsprechenden Querschnitt aufweist, wobei die genannte Leitung mit gleichbleibendem Querschnitt in eine Beruhigungskammer mit zylindrischem Querschnitt mündet, und wobei ferner der grössere Querschnitt der genannten konvergierenden konischen Leitung das Zuftihrungsmittel der zu emulgierenden Flüssigkeit bildet, wahrend eine Ablassleitung für die erhaltene Emulsion auf der zylindrischen Fläche

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unter der Wirkung des genannten elastischen Gliedes steht, das mit einem seiner Enden auf den oberen Teil der Verschlusseinheit wirkt.

7. Eraulgiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassleitung für die erhaltene Emulsion aus der Beruhigungskammer so weit wie möglich von der inneren Stirnwand der Beruhigungskammer entfernt und vorzugsweise in der Nahe jenes Abschnittes der Beruhigungskammer liegt, der dem Auslassabschnitt der Leitung mit gleichbleibendem Querschnitt gegenüberliegt.

8. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwand der Beruhigungskammer derart senkrecht verstellbar ist, dass sie in ihrer Lage eingestellt werden kann.

9. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie zwei nicht mischbare Flüssigkeiten emulgieren kann, von welchen wenigstens eine suspendierte feste Stoffteilchen enthält.

10. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie zwei nicht mischbare Flüssigkeiten emulgieren kann, von welchen wenigstens eine sublimierbare feste Stoffteilchen suspendiert

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enthält.

11. Emulgiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Emulgieren von Heizbl und Wasser und zur unmittelbaren Anwendung bei Heizanlagen- oder Verbrennungsmotoren ausgebildet ist.

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