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Einrichtung zur Herstellung von Gemischen aus Flüssigkeiten und Gasen.
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Einbringung oder Zuführung vo:i
Flüssigkeiten in gasförmige Medien, «-elche sich infolge eines Druckunterschiedes
in Bewegung befinden, wie Vergaser, Blaslampen oder Nzerstä uber, und erstrebt im
besonderen, dieVermischung in jedem gewünschten konstanten Verhältnis unabhängig
von der Größe des Druckunterschic,les zustande zii bringen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, <laß eine Flüssigkeit
durch eine engbohrige Öffnung oder Rohrleitung nur in einem Betrage fließt, welcher
gleich ist der Quadratwurzel aus Tier Druckdifferenz A p zu beiden Seiten der Öffnung
oder zu beiden Enden des Rohres, vermindert uni eine konstante Größe x, welche von
den Oberflächenspannungseffekten abhängt. Die Flüssigkeitsmenge bestimmt sich also
nach einer Formel
in welcher c eine Konstante, f den Kanalquerschnitt der Düse, Ap die Druckdifferenz
zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und der .Düsenmündung, x die den Oberflächenspannungseffekten
entsprechende Flüssigkeitssäule bedeutet.
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Wird nun zur Brennstoffzuführung eine solche Düse von kleiner Bohrung
verwendet, während über der Düse eine Flüssigkeits-. Säule von genau der Höhe h
- x steht, durch «-elche gerade die Oberflächenspannungseffekte ausgeglichen
werden, so kann kein
Brennstoff aus der Düse ausfließen, solange
über dem Brennstoff atmosphärischer Drück steht und die Luft an der oder um die
Düse ebenfalls atmosphärischen Druck und keine Geschwindigkeit besitzt. Sobald dagegen
ein Unterdruck an der Düsenmündung erzeugt wird, z. B. durch die Saugkraft der -Maschine,
fließt Flüssigkeit durch die Düse, und zwar in einem solchen Betrage, daß der Gleichung
genügt wird.
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Da nun auch die angesaugte Luft einer gleichen Formel
folgt, so muß offenbar unter den angegebenen Bedingungen die Flüssigkeitsmenge,
welche durch die Düse tritt, bei allen Druckunterschieden und Geschwindigkeiten
proportional sein der Luftmenge, die an der Düse vorbeifließt.
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Infolgedessen ist es möglich, einer Maschine ein Gemisch von konstanter
Zusammensetzung zuzuführen, vorausgesetzt, daß der gleiche Unterdruck auf den Brennstoff
und die Luft einwirkt.
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Der der Oberflächenspannung x entsprechende zusätzliche Druck h kann
entweder dadurch erzeugt «-erden, daß die Düsenmündung um die Höhe h unter die Flüssigkeitsoberfliiche
im Behälter gelegt wird, oder es wird, während die Flüssigkeit in der Schwimmerkammer
auf derselben Höhe wie in der Düse steht, ein künstlicher Druck über der Flüssigkeit
geschaffen, z. B. durch Auspuffgase, der dem Kapillardruck gleich ist.
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Bei derartigen Vorrichtungen ist die Form der Düse selbst von ausschlaggebender
Be= deutung. Die Oberflächenspannungseffekte sind meistens vollkommen durch die
Gestalt des äußeren Düsenendes bestimmt. Dies ist besonders der Fall bei Flüssigkeiten,
welche wie Petroleum leicht vergasbar sind und leicht glatte Wände benetzen, welche
mit ihnen in Berührung gebracht werden. Von Einfluß ist besonders die Oberflächenkrümmung
des -Meniskus, der durch die Flüssig-]zeit gebildet wird, wenn diese in Tropfen
aus der Düse austritt.
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Es wurde gefunden, daß bei einer Düse mit kleiner öffnung von quadratischen
Enden im rechten Winkel zu der Achse eine Flüssigkeit, wie z. B. Petroleum, die
gesamte Unterfläche der Düse benetzt, so daß der Durchinesser des -Meniskus nicht
der der Düsenöffnung, sondern der (-les äußeren Düsenendes ist. Wenn dagegen die
Düse zugeschärfte Enden besitzt, so weist, obwohl das gesamte Ende der Düse mit
der Flüssigkeit benetzt wird, der Meniskus nur einen kleinen Durchwesser, und zwar
etwa den der Düsenöffnung auf, mit dem Ergebnis, daß ein viel größerer proportionaler
Durchflußwiderstand festgestellt wird.
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Die Flüssigkeitssäule, die erforderlich ist, um die Oberflächenspannung
zu überwinden. ist nun umgekehrt proportional zum Durchmesser des Meniskus. Bei
Verwendung von Flüssigkeiten, die wie Petroleum die Gesamtheit der unteren Fläche
einer Düse benetzen, kann also der Oberflächenspannungseffekt durch scharfe Ränder
vergrößert werden.
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Das Verhältnis der Oberflächenspannung zum spezifischen Gewicht der
Flüssigkeit
hat annähernd den gleichen Wert für eine große Menge von Brennstoffen, so für Petroleum,
Benzol, Alkohol, Paraffin,Terpentin, und ist annähernd gleich .dem Wert qcm, während
er für Wasser ungefähr gleich
ist Auf der Zeichnung ist die Erfindung in
qcm. mehreren beispielsweisen Ausführungen dargestellt.
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Abb. i ist eine Ansicht eines gemäß der Erfindung ausgeführten Vergasers.
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Abb. 2 ist eine Schnittzeichnung nach der Linie 2-2 der Abb. i, wobei
der Brennstoff in der Schwimmerkammer nicht dargestellt ist, Abb. 3 ein Schnitt
nach der Linie 3-3 der Abb. 2, Abb..i eine Draufsicht auf den Vergaser. Abb. j eine
Unteransicht des Vergasers, Abb.6 die Darstellung der Schwimmerkammer in vergrößertem
Maßstabe mit Brennstoffüllung, Abb.7 ein Schema, aus welchem die Zuführung von Brennstoff
für Kesselfeuerungen ersichtlich ist, Abb.8 eine geeignete -'ergaserdiise, die zur
Herstellung von Gas- und Ölgemischen für Feuerungen von Kesseln o. dgl. dienlich
ist, und Abb.9 und io andere geeignete Düsenformen, die für ähnliche Zwecke Anwendung
finden können.
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Der in den Abb. i bis 6 dargestellte Vergaser ist für schnellaufende
Verbrennungsmotoren, wie sie im Automobilbau benutzt werden, bestimmt. Der ''ergaser
bildet eine Schwimmerkammer a, die aus einem Stück mit der Ansaugeleitun- b hergestellt
ist. Die Drosselklappe c liegt unmittelbar unter der Düse d, unterhalb welcher ein
konischer Schutzmantel e vorgesehen ist, der in die Ansaugeleitung vorragt. Der
Brennstoffeinlaß f liegt an der Seite der Schwimmerkammer und wird durch ein horizontal
in Führungen h bewegliches Ventil g überwacht und durch den
auf
einen Hebel l wirkenden Schwimmer k
gesteuert. Die Düse selbst ist
mit scharfen Enden oder Rändern versehen. Für Leistungen von d.o P. S. bei einem
Vierzylindermotor ist ein Düsendurchmesser von i mm genügend. Der Düsenkörper ist
lose auf ein Rohr m aufgeschoben, welches auf einem konischen Sitz o ein äußeres
Rohr r trägt. Der Brennstoff kann durch die öffnungen p zwischen die beiden Rohre
eintreten. Der Schwimmer ist mit einer zentralen öffnung versehen, durch die das
Rohr rz hindurchgeht. Das Gewicht des Schwimmers k und die Form des Hebels L sind
so gewählt, daß die Flüssigkeitssäule an dem unteren Ende der Düse ohne Einwirkung
von Unterdruck genau eine solche ist, claß sie genügt, um die Oberflächenspannung
und die Kapillarwirkungen auszugleichen. Diese Flüssigkeitssäule ist in Abb. 6 mit
dem Pfeil w bezeichnet. An dem einen Ende der Drosselklappenspindel c ist mit Hilfe
einer Kleninienschraube ein Arm r1 befestigt, w=elcher durch den Stift s des Drosselklappenhebels
t gesteuert wird. Eine mäßig schwache Feder ic hat immer das Bestreben, den Drosselhebel
in die Schlußstellung überzuführen, und eine zweite stärkere Feder v kommt zur Wirkung,
wenn die Drosselklappe in der voll geöffneten Stellung ist und der Hebel über diese
Stellung hinausgedrückt wird, so daß die Richtung der Neigung der Klappe umgekehrt
wird. Hierdurch wird beim Anlassen der Maschine die starke Saugkraft der Maschine
direkt auf die Düse wirksam gemacht. In der Ventilklappe ist eine kleine öffnung
in der Nähe der Düse vorgesehen, welche die Mischung hinsichtlich eines richtigen
Verhältnisses zwischen Brennstoff und Luft bei Langsamgang korrigiert, wenn die
Klappe fast ganz geschlossen ist.
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Vergaser vollkommen symmetrisch
zurMittelebene ist und je nach den Umstanden an beiden Seiten der N-Iaschine angeschlossen
werden kann.
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Um das unliebsame Geräusch zu unterdrücken, welches auftritt, wenn
der Brennstoff die Kante der fast geschlossenen Drosselklappe passiert, ist ein
Schutz w vorgesehen, welcher aus einer Kappe besteht, die einen geeigneten Luftraum
und einen Gazedämpfer besitzt, der durch Bolzen an dein Einlaßflansch des Vergasers
befestigt ist.
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Die Form des Düsenendes ist von sehr großer Bedeutung. Zweckmäßigerweise
wird die innere Bohrung der Düse leicht ko:iisch gemacht, wobei der Ouerschnitt
der Düse gegen die Spitze der Düse abnimmt. Da der Widerstand hauptsächlich von
dem Oberflä chenspanntingseffekt abhängt, der durch die äußere Haut des Tropfens
entsteht, so verändert sich der Durchfluß gemäß der Größe des Meniskus. Bei einer
Düse mit quadratischen Enden von beträchtlicher Dicke treten in der Form des Tropfens
beträchtliche Veränderungen in Form und Größe auf, wenn " -i ch die Durchstraingeschwindigkeit
t' i ändert.
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Da wegen der Bruchgefahr eine bestimmte Dicke am Ende der Düse, etwa
z mm, erforderlich ist, so tritt gemäß Vorstehendem eine Veränderung des Durchmessers
des Meniskus mit der Änderung der Durchströmgeschwindigkeit ein. Dies ist jedoch
nur wünschenswert, ela bekanntlich beim Atlassen der Maschine ein reicheres Gemisch
erforderlich ist.
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Auf Grund der Tatsache, daß der innere Durchmesser der Düse klein
gehalten werden muß, wird es bei großen Vergasern notwendig, eine entsprechend große
Anzahl von Einzeldüsen dicht nebeneinander anzuordnen. In diesen Fällen ist es wünschenswert,
Hilfsmittel vorzusehen, durch welche das Ineinanderlaufen der verschiedenen Tropfen
verhütet wird.
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß zwischen die Düset: ein Packungsmaterial
eingebracht wird, welches von Petroleum und anderen Brennstoffen nicht benetzt oder
durchfeuchtet werden kann; infolgedessen wird der ;Meniskus an jeder einzelnen Düse
isoliert an der Düsenspitze festgehalten. Ein geeignetes Packungsmaterial ist in
Wasser oder Glycerin getränkte Holz- oder Baumwolle oder ein hvgroskopisches Material,
wie hypostilfitierte Soda o. dgl.
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Bei den Vorrichtungen, wie sie in de:i Abb. 7 bis io gezeigt sind,
wird die Anwenclung der Erfindung für die Zuführung des Brennstoffes bei Ölfeuerungen
erläutert.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist oberhalb des Vergasers
32 ein geschlossener Tank 31 vorgesehen. Ans dem Kompressor 33 wird komprimierte
Luft durch da:2 Rohr 34 zu der Ansaugeleitung 35 des Vergasers gebracht, und das
Gemisch geht durch die Leitung 36 zu dem gebräuchlichen 0lbrenner 37. Eine Zweigleitung
38 führt vo :lern Rohr 34 zu dein Oberteil des Brennstofftanks 31, so daß der Druck
im oberen Teil des Tanks der gleiche wie in der Leitung 3.I ist. Eine zweite Zweigleitung
39 führt auch zu dem oberen Teil der Schwimmerkammes des Vergasers.
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Abweichend von der Ausführung nach Abb. i bis 6 ist bei dem Vergaser
ein Ringraum .I0 vorgesehen, welcher die Schwimmerkammer umgibt und mit einer geeigneten
Eimaß- und Auslaßleitung .I1, .1z versehen ist, durch welche eine Heizflüssigkeit
zirkulieren kann. Durch den Hahn ..13 kann der Zufltif@ des Brennstoffs vom Brennstoffbehälter
zum
Brennstoffeinlaß 11.4 des Vergasers unterbrochen werden.
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Verschiedene für diesen Vergaser brauchbare Düsenausführungen sind
in den Abb. 8 bis io gezeigt. Es ist wichtig, daß wenigstens in einer Richtung die
Öffnung der Düse nicht mehr als o,5 bis T mm beträgt, und daß der volle gewünschte
Düsenquerschnitt durch Vergrößerung der Dimensionen der Düse oder der Düsen in der
Außenrichtung erhalten wird.
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In Abb. 8 wird die Öffnung zwischen einem inneren, konischen Teil
.t6 und einem äußerer. Teil 47 gebildet, so daß ' ein ringförmiger Durchlaß von
etwa o,5 mm Breite entsteht.
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Bei der Ausführung nach Äbb. 9 sind drei Düsen vorgesehen, während
bei der Ausfühiung nach Abb. io eine einzige flache Dü#e verwendet wird, wobei die
glockenförmig abgebogenen Wände am Düsenkörper die Düse selbst schützen.
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In diesem Falle bildet, wie bei dem weiter oben beschriebenen Vergaser,
der Flüssigkeitsstand in der Schwimmerkammer eine statische Säule, welche einen
Druck erzeugt, der gleich den durch die Oberflächenspannun g hervorgerufenen Wirkungen
ist, so daß das Gesetz, nach dem die Luftströmung erfolgt, dasselbe ist wie das,
welches den Brennstofffluß aus dem Vergaser beherrscht.
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Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch noch überall dort
anwenden, wo ein Gemisch aus Flüssigkeiten und Gasen in einer Zusammensetzung gewünscht
wird. die unabhängig von der Geschwindigkeit der Ströinung ist.
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Um ein anderes Beispiel zu nennen, ist die Erfindung anwendbar für
Gebläselampen, indem hier die komprimierte Luft, welche an der Düse vorbeistreicht,
durch ein Ventil von bestimmten Verhältnissen und Belastung gehen kann und ein Teil
der Luft an der Speiseseite dieses Ventils zur Schwimmerkammer gebracht werden kann,
so daß der Druckunterschied vor und hinter dem Ventil in der Speiseleitung nutzbar
wird und gleich der Flüssigkeitssäule gemacht werden kann, die gemäß der Erfindung
für die Wirkungen der Oberflächenspannung erforderlich ist.