DE4128006A1 - Vorrichtung zum ansaugen von zusatzstoffen in eine fluidstroemung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansaugen und Beimischen von Zusatzstoffen in eine Fluidströmung mit­ tels eines Verbindungsstückes, das einen Durchgangskanal für das Fluid und einen damit in Verbindung stehenden An­ schlußkanal für den Zusatzstoff aufweist, wobei der Zu­ satzstoff durch einen von der Fluidströmung erzeugten Un­ terdruck angesaugt wird, indem ein Stopfen etwa quer zur Fluidströmung in den Durchgangskanal hineinragt und die­ ser Stopfen einen Großteil der Fluidströmung blockiert, jedoch seitlich längs zumindest eines Spaltes umströmbar ist und dort zumindest eine Öffnung aufweist, die mit dem Anschlußkanal für den Zusatzstoff in Verbindung steht.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die DE-OS 39 30 709 des gleichen Anmelders bekannt. Sie zeichnet sich durch überraschend hohe Saugleistung am Anschlußkanal für den Zusatzstoff aus, so daß auch die Beimischung pastöser, gelartiger Medien hoher Viskosität gewährleistet ist. Als Fluid kommt dabei grundsätzlich jedes flüssige wie auch gasförmige Medium in Betracht.

Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, daß die Saug­ wirkung nachläßt, wenn das mit dem Zusatzstoff vermischte Fluid anschließend hohe Strömungswiderstände überwinden muß, wenn also hinter der Mischvorrichtung mit hohen Ge­ gendrücken zu rechnen ist. In der Praxis kommt dies bei­ spielsweise vor, wenn das Fluid hinter der Mischvorrich­ tung durch feine Düsen in die Atmosphäre oder in eine Brennkammer zerstäubt werden soll.

Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung darin, die eingangs beschriebene Vorrichtung hin­ sichtlich ihrer Saugleistung weiter zu verbessern. Dabei soll sie sich auch bei hohen Gegendrücken noch durch einen starken Unterdruck am Anschlußkanal für den Zusatz­ stoff auszeichnen. Wird beispielsweise mit einem Vordruck von 6 bar im Fluid gearbeitet, so soll die erfindungsge­ mäße Vorrichtung noch einen Gegendruck von 4 bis 5 bar vertragen, ohne daß die Saugleistung nennenswert nach­ läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß da­ durch, daß die Spaltquerschnitte für die Fluidströmung an beiden Seiten des Stopfens unterschiedlich groß gewählt werden, insbesondere indem der Spaltquerschnitt an der einen Stopfenseite höchstens halb so groß wie der an der anderen Stopfenseite, im Grenzfall sogar etwa null ist.

Bei dieser asymmetrischen Anordnung hat sich überraschend gezeigt, daß die Saugleistung noch höher als bei der ein­ gangs beschriebenen bekannten Vorrichtung ist, und daß dadurch auch höhere Gegendrücke in der abgehenden Leitung vertragen werden.

Möglicherweise beruht dies darauf, daß der kleinere Durchströmspalt für eine hohe Saugleistung sorgt, während der größere Durchströmspalt eine hohe Durchströmmenge ge­ stattet. Wird der Stopfen soweit versetzt, daß er nur noch an der einen Seite umströmbar ist, so stellt sich neben der hohen Saugleistung auch eine starke Verwirbe­ lung und dementsprechend auch eine gute Vermischung zwi­ schen Fluid und Zusatzstoff ein.

Wie schon bei der vorbekannten Vorrichtung ist auch hier die Bemessung des Spaltquerschnittes von erheblicher Be­ deutung. Es empfiehlt sich, daß der Spaltquerschnitt bzw. die Summe der beiden Spaltquerschnitte, wenn der Stopfen beidseitig umströmt wird, etwa 5% bis 8% des Fluid­ kanalquerschnittes beträgt.

Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Stopfen etwa runden Querschnitt aufweist und an der einen Stopfenseite tangential in den Durchgangskanal hin­ einragt oder mit einem Hinterschnitt von bis etwa 1 mm - vorzugsweise 1/2 mm - in die benachbarte Wand des Durch­ gangskanals hineinschneidet. Mit anderen Worten: die Boh­ rung für den Stopfen wird, bezogen auf die Achse des Fluidkanals, in Querrichtung um etwa 15 bis 25%, bezogen auf den Durchmesser des Fluidkanals, versetzt. Dabei hat sich gezeigt, daß die Totraumbildung an der verschlosse­ nen Stopfenseite die Saugleistung in keiner Weise beein­ trächtigt, sondern im Gegenteil die Verteilung des Zu­ satzstoffes im Fluid verbessert wird.

Hinsichtlich der Öffnungen im Stopfen für den Zusatzstoff empfiehlt es sich, diese gegenüber einer Querebene durch den Fluidkanal entlang der Stopfenachse etwa um 8° bis 12°, vorzugsweise um etwa 10° - nach vorn in Strömungs­ richtung zu versetzen.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung be­ steht darin, daß der Stopfen die Wände des Durchgangska­ nals vollständig durchquert und darin jeweils fluiddicht festgelegt ist. je nach Material kann er verklebt, ver­ siegelt, verlötet oder verschweißt sein. Auf jeden Fall erhält man durch diese Fixierung des Stopfens zu beiden Seiten des Durchgangskanals eine sehr exakte Positionie­ rung, was zur Einhaltung der gewünschten Spaltquerschnit­ te wichtig ist.

In entsprechender Weise empfiehlt es sich auch, daß der Stopfen gegen Verdrehen gesichert wird, damit der Stopfen nur in einer derartigen Position in das Verbindungsstück eingebaut werden kann, bei der die Öffnungen, aus denen der Zusatzstoff angesaugt wird, winkelgerecht liegen.

Der Einbau des Stopfens in das Verbindungsstück erfolgt am besten in der Weise, daß er von der dem Anschlußkanal für den Zusatzstoff abgewandten Seite in das Verbindungs­ stück eingesteckt wird, wobei er an dieser abgewandten Seite einen Vorsprung aufweisen kann, der in eine ent­ sprechende Ausnehmung des Verbindungsstückes hineinpaßt.

Schließlich hat es sich als günstig erwiesen, daß das Verbindungsstück in seinem Anschlußkanal für den Zusatz­ stoff ein Ventil, bestehend aus Ventilsitz und Ventilkör­ per aufweist, dessen Einbaulage so gewählt ist, daß es bei Unterdruck an der Öffnung für den Zusatzstoff im Öff­ nungssinn, bei Überdruck an dieser Öffnung im Schließsinn belastet wird. Dadurch ist sichergestellt, daß bei einer eventuellen Verstopfung in der abgehenden Leitung das Fluid nicht in den Anschlußkanal des Zusatzstoffes strömt und dort Verunreinigungen verursacht. Dies ist insbeson­ dere bedeutsam, wenn als Fluid Heizöl verwendet wird, das in dem Verbindungsstück mit Luft vermischt werden soll, um die Verbrennung zu verbessern.

Sicherheitshalber kann der Ventilkörper zusätzlich durch eine Feder im Schließsinn belastet sein.

Weitere Merkmale und Vorteile des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung; dabei zeigt

Fig. 1 das leere Verbindungsstück in einem Axialschnitt entlang dem Durchgangskanal;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Unteransicht des Verbindungsstückes gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 einen vergrößerten Axialschnitt entsprechend Fig. 1, jedoch mit den Einbauteilen.

Wie insbesondere die Fig. 1 und 4 zeigen, enthält das T-förmige Verbindungsstück 1 eine Horizontalbohrung für den Durchgangskanal 2 und eine senkrecht in diesen Kanal mündende Bohrung 3, die in ihrem oberen Teil 3a als An­ schlußkanal für den Zusatzstoff fungiert, während sie in ihrem unteren Teil 3b zur Aufnahme eines Stopfens dient, auf den später noch eingegangen wird.

Wesentlich ist nun, daß die Achsen der Bohrungen 2 und 3b einander nicht schneiden, sondern versetzt zueinander an­ geordnet sind. Gemäß Fig. 2 ist die Bohrung 3b derart in Querrichtung versetzt, daß sie die linke Wandung des Durchgangskanals 2 etwa tangiert, wogegen sie in die rechte Wandung etwa 1 bis 2 mm tief einschneidet. Daher entsteht dort ein etwa sichelförmiger Spalt 4.

Wird nun der in Fig. 4 dargestellte Stopfen 5 von unten in den Verbindungskörper 1 eingesteckt, so ist dieser Stopfen nur an der einen Seite, nämlich längs des Spaltes 4 umströmbar, während der Durchgangskanal an der anderen Seite des Stopfens blockiert ist.

Der Zusatzstoff wird über den Anschlußkanal 3a zugeführt. Er gelangt über eine Bohrung 6 des Stopfens 5 in das In­ nere des Stopfens hinein und wird von dort über minde­ stens eine Öffnung 7, die an dem Spalt 4 um etwa 10 Win­ kelgrade in Strömungsrichtung versetzt mündet, von dem Fluid abgesaugt und mitgerissen.

Der obere Teil 3a der Bohrung 3 ist gegenüber dem Teil 3b unter Bildung eines Ventilsitzes 8 im Durchmesser redu­ ziert und trägt in seinem Inneren einen Ventilkörper 9, der über einen Dichtungsring mit dem Ventilsitz 8 zusam­ menwirkt. Er ist in der Bohrung 3a unter Belassung eines Ringspaltes vertikal beweglich, wird aber durch eine Fe­ der 10, die in der Bohrung 6 des Stopfens 5 gelagert ist, nach oben in die Geschlossenstellung gedrückt.

An seinem oberen Ende trägt der Ventilkörper 9 eine auf einem Gewinde verdrehbare Anschlagscheibe 11. Ihr Abstand gegenüber dem oberen Ende des Verbindungsstückes 1 defi­ niert den maximalen Öffnungshub des Ventilkörpers 9 und gestattet es somit, die Menge des vom Fluid angesaugten Zusatzstoffes zu regulieren.

Um einen paßgerechten Einbau des Stopfens 5 im Verbin­ dungsstück 1 zu gewährleisten, trägt der Stopfen an sei­ nem unteren Ende einen umlaufenden Vorsprung 12, der wie Fig. 1 und 2 zeigt - in eine passende Ausnehmung 1a des Verbindungsstückes hineinpaßt und darin flüssigkeits­ dicht festgelegt wird. Zugleich sorgt eine Verdrehsiche­ rung 12a dafür, daß der Stopfen nur in einer bestimmten Position eingebaut werden kann, bei der die Öffnung 7, bezogen auf die Strömungsrichtung, leicht in Richtung zum abströmenden Fluid hin versetzt ist.

Grundsätzlich ist die beschriebene Vorrichtung für alle Anwendungsfälle geeignet, bei denen einem flüssigen oder gasförmigen Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas beige­ mischt werden soll.

Als besonders erfolgreich hat sich der Einbau in die Heizölversorgung von Brennern erwiesen. Dabei fließt das Heizöl durch den Durchgangskanal 2 und saugt über den An­ schlußkanal 3a Frischluft an. Diese Frischluft wird in­ tensiv mit dem Heizöl vermischt, wobei das Heizöl eine intensive Vorzerstäubung erfährt.

Der TÜV-Rheinland hat festgestellt, daß sich dadurch die Flammentemperatur deutlich erhöht und der Ausbrand des Heizöls verbessert wird. Messungen des TÜV-Rheinland er­ gaben eine erstaunlich hohe Einsparung von 10 bis 15% Heizöl. Gleichzeitig wurde der Schadstoffausstoß drastisch reduziert.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Ansaugen und Beimischen von Zusatz­ stoffen in eine Fluidströmung mittels eines Verbindungs­ stückes (1), das einen Durchgangskanal (2) für das Fluid und einen damit in Verbindung stehenden Anschlußkanal (3a) für den Zusatzstoff aufweist, wobei der Zusatzstoff durch einen von der Fluidströmung erzeugten Unterdruck angesaugt wird, indem ein Stopfen (5) etwa quer zur Fluidströmung in den Durchgangskanal (2) hineinragt und dieser Stopfen (5) einen Großteil der Fluidströmung blockiert, jedoch seitlich längs zumindest eines Spaltes (4) umströmbar ist und dort zumindest eine Öffnung (7) aufweist, die mit dem Anschlußkanal (3a) für den Zusatz­ stoff in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltquerschnitte (4) für die Fluidströmung an beiden Seiten des Stopfens (5) unterschiedlich groß sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltquerschnitt an der einen Stopfenseite höch­ stens halb so groß ist wie der an der anderen Stopfen­ seite.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltquerschnitt an der einen Stopfenseite etwa null ist, und daß der Spaltquerschnitt (4) an der anderen Stopfenseite etwa 5 bis 8% des Fluidkanalquerschnittes beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (5) etwa runden Querschnitt aufweist und an der einen Stopfenseite tangential in den Durchgangs­ kanal (2) für das Fluid hineinragt, während er an der anderen Seite einen Spalt (4) bildet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (5) etwa runden Querschnitt aufweist und an der einen Stopfenseite mit einem Hinterschnitt von bis etwa 1 mm, vorzugsweise 1/2 mm, in die Wandung des Durch­ gangskanals (2) für das Fluid hineinragt, während er an der anderen Seite einen Spalt (4) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (7) im Stopfen (5) gegenüber einer Quer­ ebene durch den Durchgangskanal (2) entlang der Stopfen­ achse etwa um 8° bis 12° nach vorn in Strömungsrichtung versetzt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (5) die Wände des Durchgangskanals (2) vollständig durchquert und darin jeweils fluiddicht fest­ gelegt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (5) an einem Teil seines Umfanges durch formschlüssigen Eingriff (12a) mit dem Verbindungsstück (1) gegen Verdrehen gesichert ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (5) von der dem Anschlußkanal (3a) abge­ wandten Seite in das Verbindungsstück (1) einsteckbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (5) an der dem Anschlußkanal (3a) abge­ wandten Seite einen umlaufenden Vorsprung (12) aufweist, der in eine entsprechende Ausnehmung (1a) des Verbin­ dungsstückes (1) hineinpaßt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (1) in seinem Anschlußkanal (3a) für den Zusatzstoff einen Ventilsitz (8) und einen Ven­ tilkörper (9) aufweist, dessen Einbaulagen so gewählt sind, daß der Ventilkörper bei Unterdruck an der Öffnung (7) für den Zusatzstoff im Öffnungssinn, bei Überdruck an dieser Öffnung (7) im Schließsinn belastet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) zusätzlich durch eine Feder (10) im Schließsinn belastet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) in einer Bohrung (6) des Stopfens (5) untergebracht ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (8) unmittelbar in den Anschlußkanal (3a) eingeformt ist.