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Diese
Erfindung bezieht sich auf Fluidverdampfungs- und Homogenisiervorrichtungen,
auf Systeme zum Verdampfen und Homogenisieren von Fluids und insbesondere
auf Vorrichtungen und Systeme für
die Erzeugung homogenisierter oder verdampfter Gasphasen-Fluidmischungen.
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Über die
Jahre wurden viele Arten von Vorrichtungen zum Zweck der Umwandlung
von Flüssigkeiten
oder Aerosole in Gasfluids entwickelt. Viele dieser Vorrichtungen
wurden entwickelt, um Brennstoff für die Verwendung in Brennkraftmaschinen
aufzubereiten. Um die Brennstoffoxidation in einer Brennkammer der
Maschine zu optimieren, muss das Brennstoff-Luftgemisch im allgemeinen
weiter verdampft oder homogenisiert werden, um eine chemisch stöchiometrische
Gasphasenmischung zu erreichen. Eine Ideale Brennstoffoxidation
führt zu
einer vollständigeren
Verbrennung und geringerer Umweltverschmutzung.
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Insbesondere
ist im Bezug auf Brennkraftmaschinen die Stöchiometrie ein Zustand, in
dem die Sauerstoffmenge, die erforderlich ist, um eine gegebene
Menge Brennstoff vollständig
zu verbrennen, in einer homogenen Mischung zugeführt wird, die zu einer optimalen
korrekten Verbrennung ohne Rückstände führt, die
bei einer unvollständigen
oder ineffizienten Oxidation zurückbleiben.
Im Idealfall sollte der Brennstoff vollständig verdampft, mit Luft gemischt
und vor dem Eintritt der Brennkammer homogenisiert sein, um eine
ordnungsgemäße Oxidation zu
ermöglichen.
Nicht verdampfte Brennstofftropfen zünden im allgemeinen nicht und
verbrennen vollständig
in herkömmlichen
Innen- und Außenbrennkraftmaschinen,
wodurch Probleme entstehen, die sich auf die Brennstoffausnutzung
und die Umweltverschmutzung beziehen.
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Eine
unvollständige
Oxidation des Brennstoffes bewirkt einen Ausstoß von Rückständen aus der Innen- oder Außenbrennkraftmaschine
als Verschmutzungs stoffe, wie etwa unverbrannte Kohlenwasserstoffe,
Kohlendioxid und Aldehyde mit einer einhergehenden Erzeugung von
Stickstoffoxiden. Um die Emissionsauflagen zu erfüllen, müssen diese Rückstände aufbereitet
werden, was normalerweise eine weitere Bearbeitung in einem Katalysator
oder einem Wascher erfordert. Eine derartige Aufbereitung dieser
Rückstände führt zu erhöhten Brennstoffkosten,
um den Katalysator oder Wascher zu betreiben. Demzufolge wäre eine
Verringerung von Rückständen, die
aus einer unvollständigen
Verbrennung resultieren, ökonomisch
und ökologisch
vorteilhaft.
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Neben
den oben beschriebenen Problemen bewirkt ein Brennstoffluftgemisch,
das nicht vollständig
verdampft und chemisch stöchiometrisch
ist, dass die Brennkraftmaschine unwirtschaftlich arbeitet. Da ein
geringerer Teil der chemischen Energie des Brennstoffes in mechanische
Energie umgewandelt wird, wird Brennstoffenergie verschwendet, wodurch
eine unnötige
Umweltverschmutzung durch Hitze erzeugt wird. Somit kann man durch
weiteres Zerlegen und vollständigeres
Verdampfen des Brennstoffluftgemisches eine höhere Energieeffizienz erzielen.
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Es
wurden Versuche unternommen, die oben beschriebenen Probleme im
Bezug auf die Brennstoffverdampfung und die unvollständige Brennstoffverbrennung
zu verringern. Beispielsweise beschreiben US-Patent No. 4.515.734,
US-Patent No. 4.568.500, US-Patent No. 5.512.216, US-Patent No.
5.472.645 und US-Patent No. 5.672.187 unterschiedliche Vorrichtungen,
die Brennstoff verdampfen, wenn er dem Ansaugkrümmer einer Maschine zugeführt wird.
Diese Vorrichtungen nach dem Stand der Technik beinhalten normalerweise
eine Abfolge von Mischstellen und eine Venturidüse zum Verdampfen von Brennstoff
und Luft.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die oben erwähnten Vorrichtungen nach dem
Stand der Technik bestimmte Vorteile beim Betrieb einer Brennkraftmaschine
bieten, indem ein relativ hoher Verbrennungsgrad von Kohlenwasserstoff
in einer zugehörigen
Maschine ermöglicht
wird. Trotzdem gibt es bestimmte Probleme mit diesen Vorrichtungen
des Standes der Technik.
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Zunächst sind
die Öffnungen
für das
Einleiten von Luft in die Wirbelkammern in einer einzigen Reihe
von drei Öffnungen
angeordnet. Diese Art des Einleitens von Luft in die Wirbelkammern
kann bewirken, dass sich das Fluid innerhalb der Wirbelkammer in
diskrete Fluidringe entlang der Innenwand der Wirbelkammer trennt.
Die Neigung von Fluiden, sich in Ringen entlang der Wirbelkammerwänden zu
sammeln, begrenzt zwangsläufig
den Verwirbelungsgrad (und somit die Effizienz der Verdampfung)
innerhalb einer gegebenen Wirbelkammer.
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Darüber hinaus
wurden bei Vorrichtungen des Standes der Technik Wirbelkammern verwendet, die
glatte zylindrische Innenwände
haben. Eine Wirbelkammerkonstruktion mit glatten Innenwänden kann
den Verwirbelungsgrad innerhalb einer gegebenen Kammer und die effektive
Verdampfungsrate innerhalb der Wirbelkammern einschränken.
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Eine
weitere festgestellte Unzulänglichkeit von
Vorrichtungen des Standes der Technik besteht darin, dass sie nicht
in der Lage sind, unterschiedliche Drücke an den unterschiedlichen
Einlässen
zu kompensieren, die in die Wirbelkammer führen. Wenn das Luftkraftstoffgemisch
die unterschiedlichen Wirbelkammern durchläuft, wird zusätzliche Luft
tangential in jeder Kammer hinzugefügt, was zu einem Druckunterschied
an den unterschiedlichen Einlässen
führt.
Durch Zuführen
von Umgebungsluft an sämtlichen
dieser Einlässe
in die Wirbelkammer war es schwierig, ein optimales Luft-Brennstoffverhältnis des
Luft-Brennstoffgemisches
beizubehalten, wenn das Gemisch die Wirbelkammern durchläuft.
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Ein
weiterer Aspekt des Druckunterschiedproblems bei der Vorrichtung
des Standes der Technik besteht darin, dass die Wirbelkammern, die
näher am
Niederdruckende des Strömungsweges
(dichter am Maschinenkrümmer)
angeordnet sind, dazu neigen, die anderen Wirbelkammern zu dominieren,
indem sie im wesentlichen mehr Strömung aufnehmen. Diese Tendenz
ist insbesondere während
Perioden der Maschinenbeschleunigung wahrnehmbar und dort problematisch.
Da die Wirbelkammern, die sich dichter am Niederdruckende des Strömungsweges befinden,
die anderen wibelkammern dominieren, wird der Wirkungsgrad der anderen
Wirbelkammern deutlich verringert.
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Die
Zentrifugen-Verdampfungsvorrichtungen des Standes der Technik haben
zudem bestimmte Einschränkungen,
wie etwa dass sie zu voluminös sind,
Fluid nicht wirkungsvoll tangential in die Zentrifugenkammer leiten,
unnötig
die Ansaugleistung des Maschinenkrümmer-Unterdrucks behindern
und ungleichmäßig die
Zentrifugeninhalte in den Maschinenkrümmer abgeben.
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Ein
zusätzliche
Einschränkung
der Zentrifugen-Verdampfungsvorrichtungen bestand in der Unzulänglichkeit,
in ungemessener Weise Umgebungsluft mit Brennstoff zu mischen, bevor
die Luft und der Brennstoff in die Wirbelkammer eingeleitet werden. Durch
ein fehlendes geeignetes Mischen von Luft und Brennstoff werden überschüssige Kohlenwasserstoffe
erzeugt. Versuche des Standes der Technik, dieses Problem zu lösen, haben
sich dahingehend als ineffektiv erwiesen, dass sich, selbst wenn
Brennstoff in einem gasförmigen
oder einem aerosolartigen Zustand in einen Luftströmungsstrom
gesprüht
wird, der Brennstoff anschließend
vor dem Eintreten in die Wirbelkammer verflüssigt, wodurch ein Vorteil,
den man durch Sprühen
eines gasförmigen
oder aerosolartigen Brennstoffes in einem Luftstrom erhält, zunichte
gemacht wird.
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Ein
weiteres Problem der Zentrifugen-Verdampfungsvorrichtungen des Standes
der Technik bestand in deren Unzulänglichkeit, einen Venturidüsenaufbau
bereitzustellen, der ausreichend groß ist, um eine volumetrische
Effizienz bei vielen Umdrehungen pro Minute zu erzielen, aber dennoch
klein genug ist, um Ansprechverhalten mit großer Empfindlichkeit bei wenigeren
Umdrehungen pro Minute zu erreichen. Tatsächlich musste bei den Vorrichtungen
des Standes der Technik im allgemeinen zwischen der volumetrischen
Effizienz bei vielen Umdrehungen pro Minute und einem Ansprechverhalten großer Empfindlichkeit
bei wenigen Umdrehungen pro Minute gewählt werden. Daher besteht Bedarf
an einer Zentrifugen-Verdampfungsvorrichtung, die eine hohe volumetrische
Effizienz bei vielen Umdrehungen pro Minute und ein Ansprechverhalten
großer Empfindlichkeit
bei wenigen Umdrehungen pro Minute erreichen kann.
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Ein
weiteres Problem, das die Zyklon-Verdampfungsvorrichtungen des Standes
der Technik betrifft, besteht darin, dass sie die Vorteile nicht
nutzen oder wahr nehmen, die mit einstellbaren Wirbelkammer-Auslassanschlüssen und
benachbarten Kammern unterschiedlicher Durchmesser in Verbindung
stehen. Ein weiteres Problem, das sich vom Einsatz der Wirbelkammertechnologie
bei Brennkraftmaschinen unterscheidet, bezieht sich auf die extreme
Verdampfung, die bei unterschiedlichen Medikationen erforderlich
ist, die durch Inhalationsgeräte
verabreicht wird. Ein Inhalationsgerät erzeugt normalerweise ein
Flüssigkeitsgasgemisch
der Medikation zum direkten Inhalieren in die Lungen. Es sind jedoch
Probleme dahingehend entstanden, dass der hohe Grad der Verdampfung,
der für
den direkten Durchgang der Medikation durch die Lungen in den Blutkreislauf
erforderlich ist, schwierig zu erreichen ist. Das heißt, überschüssige Mengen
der Medikation bleiben verflüssigt,
anstelle weiter zu Partikeln kleiner Molekülgröße zerlegt zu werden, um unverzüglich durch
die Lungen in den Blutkreislauf zu gelangen. Es besteht daher Bedarf
daran, bestimmte Verdampfungsvorrichtungen zu entwickeln, die Flüssigkeitsgasgemische
in einen Dampf ausreichend kleiner Dampfpartikel weiter verdampfen
und homogenisieren, um die Medikation direkt über die Lungen in den Blutkreislauf
zu verabreichen.
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Weiterhin
besteht eine weiterer Bedarf im Bezug auf die Verwendung eines Aufspaltungsvorgangs
zur Veraschung und der Abfallentsorgung. In dem Maße, in dem
Abfallfluidpartikel in extrem kleine Partikelgrößen aufgespaltet werden können, erzeugt ein
Gemisch, die in eine Abfallentsorgungs- oder Abfallverarbeitungsvorrichtung
eingeleitet wird, eine effizientere Verbrennung, wodurch die Umweltverschmutzung
minimiert und die Wirtschaftlichkeit verbessert wird, mit der Abfallfluids
verascht werden.
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Im
Hinblick auf das Vorgenannte besteht Bedarf an einer Entwicklung
eines Zentrifugen-Wirbelkammersystems, das die oben beschriebenen
Einschränkungen,
die mit den Vorrichtungen des Standes der Technik in Verbindung
stehen, löst
oder deutlich mindert. Es besteht Bedarf an der Entwicklung eines
Zentrifugal-Wirbelkammersystems
mit einer Wirbelkammer, die einen optimalen Verwirbelungsstrom ermöglicht,
die umfassender die Flüssigkeit
in kleinere Partikelgrößen eines
Dampffluids zerlegt und die Strömung
durch unterschiedliche Öffnungen
vereinheitlicht, die im Wirbelkammergehäuse ausgebildet werden. Weiterhin
besteht Bedarf an einem Zentrifugal-Wirbelkammersystem das Luft
und Brenn stoff vor dem Einleiten des Luft-Brennstoffgemisches in
die Wirbelkammer optimal vormischt. Ein weiterer Bedarf besteht
an einem Zentrifugengerät
geringen Volumens, das Dampfpartikel winzigerer Molekulargrößen optimal
mischt, verdampft, homogenisiert und in einen Maschinenkrümmer, aus
einer medizinischen Inhalationsverabreichungsvorrichtung und in/aus
anderen gewünschten
Anwendungen ausgibt.
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Im
US-Patent 5 672 187 sind ein System und ein Verfahren für die Brennstoff-
oder Flüssigkeitsaufbereitung,
enthaltend eine Vielzahl von Wirbelstapeln aufeinanderfolgender
Wirbelelemente, auf der Basis von Brennstoff- oder Flüssigkeitseingängen oder
-zuständen
beschrieben, die wirkungsmäßig mit
einem integrierten zyklonartigen Wascher einer Vorkrümmerzentrifuge
gekoppelt sind. Jeder Wirbelstapel enthält ein Basiswirbelelement,
gefolgt von variierenden Anordnungen von Luftbeschleunigungs-Wirbelelementen.
Der Brennstoff tritt in das Wirbelelement ein und erzeugt eine Wirbel-(Dreh-)Säule, die
durch Ultraschallgeschwindigkeits-Luftzuströme in den Beschleuniger-Wirbelelementen
verstärkt
und beschleunigt wird. Mitgerissene Brennstoffaerosoltröpfchen werden
abgeschert und in der Turbulenz durch Druckunterschiede zu einer
viskosen Verdampfungsphase und anschließend in einen Gasphasenzustand reduziert.
Die Wirbelsäule,
die turbulenzartig verdampften Brennstoff und Aerosolrückstände im Luftgemisch
enthält,
wird anschließend
in und durch eine Venturidüse
geleitet.
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Anschließend kann
der Fluidstrom einen Brennstoffwasch- und Mischabschnitt durchlaufen,
in dem gesammelte Aerosole als Flüssigkeiten den Stapeln rückgeführt und
wiederverarbeitet werden.
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In
diesem US-Patent 5 672 187 sind unterschiedliche Wirbelkammern mit Öffnungen
beschrieben. Diese beschriebene Erfindung hat jedoch einen schwerwiegenden
Nachteil. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass sich Umgebungsluft
in der Wirbelkammer mit dem Aerosol mischen kann. Daher kann ein
sehr gutes Gemisch von Aerosol und Luft nicht erzeugt werden.
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Im
US-Patent 3 866 585 ist ein Brennstoffzerstäuber-Karbonisiersystem beschrieben,
enthaltend eine Einrichtung zur Brennstoffzerstäubung und Entspan nungsverdampfung
in einer erwärmten
Verdampfungskammer, die vom Hauptlufteinlasssystem getrennt ist,
und eine Einrichtung zur Überführung des
Brennstoffdampfes in einen Zyklonströmungsinduktor, in dem ein Mischvorgang
mit der kalten Einlassluft stattfindet, um ein homogenisiertes brennbares
Gemisch verdampften Brennstoffes, Einlassluft und rückgeführtem Abgas
mit einem geringen Temperaturanstieg des Gemisches zu erzeugen,
um den daraus folgenden Anstieg von Stickoxid zu vermindern, das
durch den Maschinenverbrennungsvorgang erzeugt wird. Die Ergebnisse
dieser Erfindung liefern kein sehr gutes Gemisch von Aerosol und
Luft. Dies ist auf einen anderen Umgebungsluftstrom bei dieser Erfindung
zurückzuführen.
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Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, eine Wirbelkammer anzugeben, die
eine optimale Turbulenzströmung
ermöglicht
und im wesentlichen die Bildung von Flüssigkeitskreisringen an den
Innenwänden
innerhalb der Wirbelkammer beseitigt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vielzahl von Wirbelkammern
anzugeben, bei denen Luft lediglich in die erste Kammer eingeleitet wird,
um ein konstantes Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemisches
beizubehalten, während das
Gemisch die nachfolgenden Kammern durchläuft.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Wirbelkammergehäuse mit
einer abgestuften Innenwandoberfläche, die die Turbulenz des
Fluids erhöht,
das durch die Wirbelkammer strömt,
anzugeben.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Wirbelkammergehäuse mit
einer unregelmäßigen oder
strukturierten Innenwandoberfläche,
die die Turbulenz des Fluids erhöht,
das durch die Wirbelkammer strömt,
anzugeben.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Druckunterschied-Zuführvorrichtung
anzugeben, wie etwa einen verjüngten
Luftzufuhrkanal, der beispielsweise durch eine Buchse ausgebildet
ist, um die Strömungsmenge
auszugleichen, die in zahlreiche Eingangsöffnungen eintritt, die in einer
Wirbelkammer ausgebildet sind.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Abfolge von tangential
ausgerichteten Ablenkplatten anzugeben, die einer Zentrifugenkammer
zugeordnet sind, um eine Abfolge von tangentialen Durchgangswegen
in die Zentrifugenkammer auszubilden, um die zentrifugale Strömung von
Fluid in der Zentrifugenkammer zu verbessern.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine bewegliche
Leitung anzugeben, die durch eine Abfolge von Wirbelkammern eingefügt werden
kann, um selektiv eine oder mehrere der anderen Kammern zu isolieren
oder zu umgehen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Wirbelkammer mit
einem einstellbaren Ausgangsanschluss anzugeben, der die Regulierung
der Strömung
des Fluids durch den Ausgangsanschluss unterstützt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Zentrifugenkammer
mit einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen anzugeben, die den Fluidausgangsstrom
zur Maschine homogenisieren und weiter verdampfen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine verjüngte Erweiterung
auf einer Oberseite der Zentrifugenkammer anzugeben, die das Kammervolumen
verringert und die zentrifugale oder verwirbelte Strömung des
Fluids innerhalb der Kammer verbessert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Turbulenz innerhalb
der Wirbelkammer zu erhöhen,
indem das Kammervolumen verringert und eine senkrechte Zentrifugenwand
verwendet wird; deren Höhe
geringer ist als der maximale Innendurchmesser einer zugehörigen Venturidüse.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Abfolge von Venturikammern
mit zunehmendem Durchmesser anzugeben, um den Fluidstrom in den entsprechenden
Wirbelkammern zu vereinheitlichen oder auszugleichen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Venturidüse und eine
zugehörige
Zentrifugenkammer anzugeben, wobei das Verhältnis des Venturidüsen-Einschnürungsdurchmesser
zum Durchmesser des Zentrifugen-Ausgangsanschlusses
etwa 1:1,66 beträgt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vormischkammer anzugeben,
die die Luft und den Brennstoff vor dem Einleiten des Luft-/Brennstoffgemisches
in eine Wirbelkammer zur Homogenisierung und Verdampfung vormischt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine optimale Turbulenz
innerhalb einer Wirbelkammer anzugeben und eine verbesserte Verdampfung zu
erreichen, indem bewirkt wird, dass sich ein Wirbelstrom in alternativen,
entgegengesetzten Richtungen dreht, wenn der Wirbelstrom von einer
Wirbelkammer zu einer benachbarten Wirbelkammer übergeht.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zentrifugen-Verdampfungsvorrichtung
anzugeben, die eine hohe volumetrische Effizienz bei vielen Umdrehungen
pro Minute und ein Ansprechverhalten großer Empfindlichkeit bei weniger
Umdrehungen pro Minute erreichen kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zum Zerlegen eines Dampf-Gas-Gemisches in Partikel winziger Größe im Molekularmaßstab für medizinische
Anwendungen anzugeben.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu anzugeben,
die es gestattet, dass ein Dampf-Flüssigkeits-Gemisch in Partikel
extrem geringer Größe zerlegt
wird, so dass die Partikel unmittelbar und direkt durch die Lungen
in den Blutkreislauf einer Person gelangen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
anzugeben, die einen Fluidstrom, der eine Flüssigkeit und Dampfpartikel enthält, derart
zerlegt, dass der Fluidstrom optimal in einen Verbrennungsofen eintritt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben,
die es gestattet, dass ein Brennstoff bis zu einem Grad homogenisiert
wird, bei dem eine optimale Verbrennung erreicht wird, wodurch Schadstoffe
reduziert werden, die beim Verbrennungsvorgang erzeugt werden.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung mit
einem Verlängerungsarm
innerhalb eines Zentrifugengehäuses
anzugeben, um einen Rückstrom
von Fluid aus dem Zentrifugengehäuse
zu verhindern und einen Zentrifugenstrom des Fluids im Zentrifugengehäuse zu verbessern.
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Die
vorgenannten Ziele werden mit einem Zentrifugal-Wirbelsystem erreicht,
das durch ein geeignetes Verfahren in Kraft gesetzt wird, das die
Turbulenzströmung
und die Verdampfung eines Fluids in einer Wirbelkammer durch einen
speziellen Vormischvorgang verbessert, der Luft und Brennstoff vor dem
Einleiten des Luft-Brennstoffgemisches
in eine Anordnung von Öffnungen
in einem Wirbelkammergehäuse
kombiniert. Die Öffnungen
sind im Wirbelkammergehäuse
ausgebildet, um zu bewirken, dass das Luft-Brennstoffgemisch tangential
in die Wirbelkammer eingeleitet wird. Die Strömung in unterschiedliche Öffnungen
wird durch einen Differential-Zuführaufbau ausgeglichen, der
eine effektive Nutzung sämtlicher Öffnungen
gestattet.
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Das
Verfahren setzt Vorrichtungen in Kraft, bei denen die Innenwand
des Wrbelkammergehäuses
abgestuft und/oder strukturiert ist, um die Turbulenz einer Strömung durch
die Wirbelkammer zu verbessern.
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Das
Verfahren setzt zudem Vorrichtungen in Kraft, bei denen die Zentrifugenkammer
eine Abfolge von Ablenkplatten und eine verjüngte Erweiterung aufweist,
um die Zentrifugalströmung
des Fluids in der Wirbelkammer zu verbessern, oder eine längliche
Leitung durch eine Abfolge von Wirbelkammern einfügbar ist,
um selektiv eine oder mehrere der Kammern zu isolieren und/oder
zu umgehen, oder selbst der Wirbelkammerausgang einen einstellbaren
Durchmesser hat, um die Strömung
durch die Wirbelkammer zu regulieren.
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Andere
Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen deutlich.
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Die
as Erreichen des Ziels ist die Beibehaltung eines konstanten Aerosol-Luftgemisches, während das
Aerosol-Luftgemisch in die und verwirbelt in der ersten Wirbelkammer
strömt,
und die Isolierung des Aerosol-Luftgemischflusses von zusätzlicher Umgebungsluft,
so dass diese nicht in die Wirbelkammer eintritt, gemäß dem Verfahren,
das in Anspruch 1 definiert ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
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1 ist
eine Schnittaufsicht eines Zentrifugal-Wirbelsystems gemäß der vorliegenden
Ausführungsform;
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2 ist
eine Seitenschnittansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems entlang
der Linie 2-2 von 1;
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3 ist
eine vergrößerte weggebrochene Schnittansicht
eines Abschnitts des Verdampfungsabschnitts von 1;
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4 ist
eine Aufsicht der Einspritzdüsenplatte
aus 1;
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5 ist
eine Schnittansicht der Einspritzdüsenplatte entlang der Linie
5-5 von 4;
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6 ist
eine Unteransicht der Einspritzdüsenplatte
aus 1;
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7 ist
eine Seitenschnittansicht eines Verwirbelungsaufbaus, der durch
die vorliegende Erfindung ermöglicht
wird;
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8 ist
eine Schnittunteransicht des Differential-Einlasszuführaufbaus
in eine Wirbelkammeranordnung entlang der Linie 8-8 von 7;
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9 ist
eine Seitenschnittansicht des Differential-Einlasszuführaufbaus
in eine Wirbelgehäuseanordnung
entlang der Linie 9-9 von 8;
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10 ist
eine Aufsicht des Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelgehäuseanordnung von 8;
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11 ist
eine Unteransicht eines Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelkammeranordnung,
der durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
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12 ist
eine Schnittansicht des Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelkammeranordnung
entlang der Linie 12-12 von 12;
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13 ist
eine Aufsicht des Differential-Einlasszuführaufbaus für die Wirbelkammeranordnung aus 11;
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14 ist
eine Perspektivansicht eines Wrbelkammergehäuses, das durch die vorliegende
Erfindung ermöglicht
wird;
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15 ist
eine Teilschnittaufsicht eines weiteren Zentrifugal-Wirbelsystems, das
durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
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16 ist
eine vergrößerte Schnittansicht der
länglichen
Leitungsanordnung aus 15;
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17 ist
eine vergrößerte Ansicht
der länglichen
Leitungsanordnung aus 15, wobei die längliche
Leitung aus den Wirbelkammern zurückgezogen ist;
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18 ist
eine Schnittansicht eines weiteren Wirbelkammergehäuses, das
durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
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19 ist
eine Schnittansicht eines weiteren alternativen Wirbelkammergehäuses, das
durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
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20 ist
eine Teilschnittansicht eines Ausgangsanschlussmechanismus mit einstellbarer Querschnittsfläche, der
durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird.
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21 ist
eine Schnittaufsicht eines alternativen Zentrifugal-Wirbelsystems,
das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
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22 ist
eine Schnittaufsicht eines weiteren Zentrifugal-Wirbelsystems, das
durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
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23 ist
eine Perspektivansicht eines weiteren Wrbelkammergehäuses;
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24 ist
eine Seitenschnittansicht einer alternativen Venturidüse;
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25 ist
eine Teilquerschnittsansicht einer alternativen Venturidüse entlang
der Linie 25-25 von 24;
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26 ist
eine Aufsicht eines weiteren alternativen Zentrifugal-Wirbelsystems;
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27 ist
eine Teilschnittseitenansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems entlang
der Linie 27-27 von 26;
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28 ist
eine Teilschnittseitenansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems aus 26;
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29 ist
eine Teilschnittansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems entlang der
Linie 29-29 von 28;
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30 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Verbindungsanordnung, die in 29 gezeigt
ist;
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31 ist
eine Seitenschnittansicht eines weiteren alternativen Zentrifugal-Wirbelsystems.
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Im
Kontext dieser Druckschrift bezeichnen die Begriffe "Homogenisieren" oder "Verdampfen" oder Abwandlungen
dieser Begriffe die Umwandlung einer Flüssigkeit von einer Aerosol-
oder Dampfphase zu einer Gasphase durch Wirbelturbulenzen, in denen
Hochgeschwindigkeits-, Niederdruck-, und Hochunterdruckbedingungen
herrschen, d.h. bei denen unterschiedliche Drücke existieren.
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1 bis 6 zeigen
ein Zentrifugal-Wirbelsystem 30, das durch die vorliegende
Erfindung ermöglicht
wird. Wie in 1 gezeigt, hat das Zentrifugal-Wirbelsystem 30 drei
Abschnitte: einen Brennstoffverdampfabschnitt 32, einen
Hauptluftabschnitt 34 und einen Zentrifugenabschnitt 36.
Der Verdampfungsabschnitt 32 ist mit zwei Brennstoffeinspritzdüsen 38 dargestellt,
die in Bohrungen 40 angebracht sind, die in einer Einspritzdüsenplatte 42 ausgebildet sind.
Die Brennstoffeinspritzdüsen 38 können herkömmliche
elektronische Einspritzdüsen
beinhalten und haben vorzugsweise einen Sprühwinkel von etwa 30°.
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Eine
Vormischkammer 44 ist im Brennstoffverdampfabschnitt 32 ausgebildet,
wobei in diese Brennstoff durch die Ausgangsanschlüsse 46 der Brennstoffeinspritzdüsen 38 eingespritzt
wird. Zudem wird Umgebungsluft in die Vormischkammer 44 durch
eine Umgebungsluftleitung 50 eingeleitet, die mit dem Brennstoff
gemischt werden soll, der durch die Brennstoffeinspritzdüsen 38 eingespritzt
wird. Die Vormischkammer 44 ist zum Teil durch eine Außenfläche 52 eines
Wirbelkammergehäuses 54 und
die Außenfläche 68 einer
verjüngten
Erweiterung 58 begrenzt. Die Vormischkammer 44 ist
weiterhin durch die Innenfläche 56 einer
Differentialdruck-Zuführbuchse 60 begrenzt.
Der Zweck und die Funktion der Buchse 60 und des Wirbelkammergehäuses 54 werden
im folgenden detaillierter erläutert.
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Das
Wirbelkammergehäuse 54 enthält eine Außenfläche 52 eine
Innenkammer-Wandfläche 62 und
eine Bodenfläche 63.
Darüber
hinaus enthält
das Wirbelkammergehäuse 54 die
verjüngte
Erweiterung 58, um den Fluss des Fluids in der Vormischkammer 44 zu
verbessern, und ist an der Einspritzdüsenplatte 42 durch
eine Feststellschraube 48 (3) zu befestigen,
die durch die Bohrung 49 eingefügt ist. Die Innenkammer-Wandfläche 62 der
Wirbelkammer 62 begrenzt eine Wirbelkammer 64 in
der ein verwirbelter Fluss eines Fluids erzeugt wird. Das Wirbelkammergehäuse 54 hat
eine Anordnung von Öffnungen 66,
die in das Gehäuse
in einem Winkel verlaufen, der den Einlass von Fluid, wie etwa eines
Luft-Brennstoffgemisches,
tangential in die Wirbelkammer 64 gestattet. Ein oberer
Rand 64 der Wirbelkammer stößt gegen eine obere Buchseninnenfläche 55.
Vorteilhafterweise kann eine herkömmliche Dichtung (nicht gezeigt)
zwischen dem Rand 61 und der Oberfläche 55 angeordnet
sein, um zu verhindern, dass Fluid in die Wirbelkammer 64 zwischen
dem Rand 61 und der Oberfläche 55 austritt.
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Wie
es in 3 dargestellt ist, ist die Anordnung der Öffnungen 66 in
einer Vielzahl von Reihen R und einer Vielzahl von Spalten C um
die Wirbelkammer 64 angeordnet, um die Turbulenz des verwirbelten
Flusses durch die Kammer 64 zu verbessern. Vorzugsweise
sind die Reihen R und die Spalten C in Umfangsrichtung gestaffelt
oder relativ zueinander versetzt. Durch Ausrichtung der Anordnung von Öffnungen 66 in
gestaffelten Reihen und Spalten, wird die Tendenz des Fluids, sich
innerhalb der Wirbelkammer 64 in diskrete Kreisringe zu
trennen beseitigt oder wenigstens wesentlich vermindert. Darüber hinaus
verbessert diese Ausrichtung der Öffnungen deutlich den Grad
der Turbulenz (und somit die Wirkung der Verdampfung) innerhalb
einer gegebenen Wirbelkammer.
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Eine
Differentialdruck-Zuführanordnung
ist durch eine verjüngte
Buchse 60 ausgebildet, die um das Wirbelkammergehäuse 54 herum
angeordnet ist. Wie es dargestellt ist, enthält die Buchse 60 einen Abschnitt 75 variabler
Dicke, der einen zunehmenden Durchmesser zur verjüngten Innenfläche 56 ausbildet.
Die Buchse 60 endet am Rand 57. Zudem enthält die Buchse 60 einen
Ausgangsanschluss 70, durch den Fluid fließt, nachdem
es in der Wirbelkammer 64 verarbeitet wurde. Der Ausgangsanschluss 70 ist
durch eine zylindrische Fläche 71 begrenzt,
die die obere Buchseninnenfläche 55 an
einer abgerundete Ecke 73 schneidet. Der Durchmesser der
Buchseninnenfläche 56 ist
als am geringsten an dem Ende dargestellt, das dem Buchsen-Ausgangsanschluss 70 am
nächsten
gelegen ist. Der Durchmesser der Buchseninnenfläche 56 nimmt allmählich von
diesem Punkt zum Rand 57 zu. Wenngleich die Oberfläche variablen
Durchmessers so dargestellt ist, dass sie im wesentlichen die verjüngte Innenfläche 56 enthält, wird
darauf hingewiesen, dass eine abgestufte Innenfläche ebenso wirkungsvoll zur
Verwendung gelangen kann.
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Die
Buchseninnenfläche 56 variablen
Durchmessers begrenzt, wenn sie um das Wirbelkammergehäuse 54 angeordnet
ist, einen Spalt 72 variabler Breite zwischen der Buchseninnenfläche 56 und
der Wirbelkammergehäuse-Außenfläche 52.
Wie es in 2 gezeigt ist hat der Spalt
variablen Durchmessers eine geringere Breite bei d1 und eine größere Breite
bei d2. Der Spalt 72 variabler Breite erzeugt einen variablen
Differentialdruck über
die Öffnungen 66,
die im Wirbelkammergehäuse 54 ausgebildet sind,
und beschränkt
den Fluss durch die Öffnungen 66,
die sich dichter am Anschluss 70 befinden, stärker als
bei den Öffnungen,
die vom Anschluss 70 weiter entfernt gelegen sind. Somit
wird ein Differentialdruck des Fluids an den unterschiedlichen Eingangsöffnungen 66 gemäß dem Ort
der Öffnungen
relativ zum Buchsenausgangsanschluss 70 erzeugt. Während des
Betriebs werden die Öffnungen 66,
die dem Ausgangsanschluss 70 nächstgelegen sind, mit mehr
Druck versorgt, da dieses Ende das Niederdruckende des Brennstoft-Verdampfungsabschnittes 32 umfasst.
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Durch
Anordnen eines Zuführaufbaus
für variablen
Druck, wie etwa der Buchse 60, um die Öffnungen 66, die im
Kammergehäuse 54 ausgebildet sind,
wird die Menge des Fluidflusses, der in die unterschiedlichen Öffnungen 66 eintritt,
substantiell ausgeglichen. Ein substantiell ausgeglichener Fluss von
Fluid durch die unterschiedlichen Öffnungen 66 verbessert
die Wirkung und Effektivität
der Wirbelkammer 64.
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Die
Buchse 60 und das Wirbelkammergehäuse 54 sind in 1 so
dargestellt, dass sie innerhalb eines Brennstoff-Verdampfungsgehäuses 74 angeordnet
sind, dass eine Innenfläche 76 hat.
Insbesondere eine obere Außenfläche 79 (3)
der Buchse 60 ist benachbart zu einer oberen Innenfläche 77 des
Gehäuses 74 angeordnet.
Die Umgebungsluftleitung 50, die oben erläutert wurde,
ist durch die Brennstoffverdampfungsgehäuse-Innenfläche 76 und die Außenfläche 68 der
verjüngten
Erweiterung 58 begrenzt.
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Die
Einspritzdüsenplatte 42 ist
in 1, 3, 4, 5 und 6 dargestellt.
Die Einspritzdüsenplatte 42 enthält zwei
Bohrungen 40, die in der Bodenfläche 74 ausgebildet
sind, um die Brennstoffeinspritzdüsen 38 (1)
aufzunehmen. Die Einspritzdüsenplatte 42 enthält weiterhin
ein erste Schulter 39 und eine zweite Schulter 41 (4 und 5).
Die erste Schulter 39 stößt gegen ein Verbindungselement 43,
und die zweite Schulter 41 stößt gegen den Buchsenrand 57 (1).
Eine zylindrische zentrale Erweiterung 45 stößt gegen
die verjüngte
Erweiterung 58 (1) über die Feststellschraube 49 und
ist mit erstgenannter verbunden.
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Der
Hauptluftabschnitt 34, wie er in 1 und 2 dargestellt
ist, enthält
ein Hauptlufteinlassgehäuse 80,
einen Venturidüsenkörper 82 und
eine herkömmliche
Drosselklappe 84. Ein Lufteinlassöffnung 86 befindet
sich am einen Ende des Hauptluftabschnittes 34. Die Lufteinlassöffnung 86 führt zu einem
Innenzylinderabschnitt 90, der eine ringförmige Innenoberfläche 92 hat.
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Die
herkömmliche
Drosselklappe 84 ist schwenkbar innerhalb des Innenzylinderabschnittes 90 angebracht.
Die Drosselklappe 84 ist an einer drehbaren zentralen Welle 96 angebracht,
die quer zur Richtung des Luftflusses F durch den Innenhohlraum 90 ausgerichtet
ist. Die Drehung der Welle 96 stellt einen Neigungswinkel
der Drosselklappe 84 innerhalb des Innenhohlraums 90 ein,
wodurch das Volumen der Luft und somit das Luft-Brennstoffgemisch geändert wird,
das der Maschine zugeleitet wird.
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Ein
Umgebungsluftkanal 100 ist im Hauptlufteinlassgehäuse 80 ausgebildet.
Der Luftkanal 100 steht in Fluidverbindung mit einem Schlitz 94,
der im Hauptluft-Einlassgehäuse 80 ausgebildet
ist. Nachfolgende Luftleitungen 102 und 50 gestatten
es der Luft, den Kanal 100 und den Schlitz 94 in
die Vormischkammer 44 zu durchlaufen.
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Eine
Venturidüse 82 ist
im Hauptluftabschnitt 34 angebracht und enthält einen
Eingang 104, eine Vielzahl länglicher Öffnungen 108 und einen
Venturidüsenausgang 110.
Darüber
hinaus enthält
die Venturidüse 82 eine
Venturidüsenaußenfläche 112 und eine
Venturidüseninnenfläche 114.
Wie gezeigt, ist der Durchmesser der Venturidüseninnenfläche 114 am Venturidüseneingang 104 und
am Venturidüsenausgang 1110 maximal.
Der Durchmesser der Venturidüseninnenfläche 114 ist
etwa derselbe wie der des Venturidüseneingangs 104 und
des Venturidüsenausgangs 110.
Im Gegensatz dazu ist der Durchmesser der Venturidüseninnenfläche 114 an
der Venturidüseneinschnürung 116 minimal.
Eine ringförmige Stufe
ist auf der Venturidüseninnenfläche 114 benachbart
der Venturidüseneinschnürung 116 ausgebildet.
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Der
Hauptlufteinlassabschnitt 34 enthält zudem einen querverlaufenden
ringförmigen
Rand 122 (1 und 2), der
die ringförmige
Innenfläche 92 an
einer ringförmigen
Außenecke 124 schneidet. Der
Rand 122 schneidet zudem eine ringförmige Oberfläche 126 an
einer ringförmigen
Innenecke 130. Die ringförmige Oberfläche 126 schneidet
sich zudem mit einem querverlaufenden Rand 132 an einer
ringförmigen
Ecke 134. Die Venturidüse 82 befindet
ist innerhalb des Hauptluftabschnittes benachbart zur ringförmigen Oberfläche 126 angeordnet,
indem die Außenfläche 112 der
Venturidüse 82 an
der ringförmigen
Oberfläche 126 durch
Adhäsion,
durch Presspassung oder in beliebiger anderer herkömmlicher
Art und Weise befestigt ist.
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Eine
Zwischenmischkammer 136 (1) ist im
Hauptlufteinlassabschnitt 34 ausgebildet, um zu bewirken,
dass sich eine sich drehende Säule
eines Fluids, das den Buchsenausgangsanschluss 70 verlässt, entfaltet
und sich unter Turbulenzen mischt, bevor es in die Venturidüse 82 durch
die länglichen Öffnungen 106 eintritt.
Die Zwischenmischkammer 136 dient dazu, das Fluid weiter
zu verdampfen und zu homogenisieren. Die Zwischenmischkammer ist durch
die ringförmige
Oberfläche 126 und
die querverlaufende ringförmige
Oberfläche 140 begrenzt, die
sich an der Ecke 142 schneiden. Der Zentrifugenabschnitt 36 ist
am Hauptluftabschnitt 34 am querverlaufenden Rand 132 angebracht.
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Fluid,
das aus dem Venturidüsenausgang 110 ausgegeben
wird, gelangt in den Zentrifugenabschnitt 36 durch eine
Einlassöffnung 144.
Der Zentrifugenabschnitt 36 enthält im wesentlichen ein Zentrifugengehäuse 142,
die Einlassöffnung 144,
eine Eintrittskammer 146, eine Abfolge von Ablenkplatten 150,
die tangential relativ zu einer Zentrifugenkammer 152 ausgerichtet
sind, und eine Vielzahl von Ausgangsleitungswegen 154.
Wie dargestellt, hat das Zentrifugengehäuse einen im wesentlichen zylindrischen
Aufbau mit einer ringförmigen
vertikal ausgerichteten Wandfläche 156,
die durch die Einlassöffnung 144 unterbrochen
ist. Die Wandfläche 156 ist
integral mit einer oberen Wand 160 (2) ausgebildet.
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Wie
es in 2 dargestellt ist, verläuft ein Nabenabschnitt 162 abwärts von
der oberen Zentrifugenwand 160. Der Nabenabschnitt 162 hat
eine Innenfläche 164 und
eine Außenfläche 165,
die beide so dargestellt sind, dass sie eine parabolartige gestalt
haben. Wie es im folgenden im Detail beschrieben wird, verringert
der Nabenabschnitt 162 wesentlich das Volumen der Zentrifugenkammer 152 und verbessert
den zirkularen, zentrifugalen Fluss des Fluids um den Nabenabschnitt
innerhalb der Zentrifugenkammer 152.
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Gegenüberliegend
zur oberen Wand 160 ist ein profilierter Bodeneinsatz 166 in
der Zentrifugenkammer 152 angeordnet. Der profilierte Bodeneinsatz 166 enthält eine
profilierte Oberseite 170 und eine profilierte Unterseite 172.
Die profilierte Oberseite weist einen ringförmigen flachen Abschnitt 174,
einen nach oben weisenden gekrümmten
Abschnitt 176 und einen konischen zentralen Abschnitt 180 auf.
Wie es dargestellt ist, enthält
jeder Ausgang 154 eine Ausgangsöffnung 182, die im
konischen Abschnitt 180 ausgebildet ist.
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Wie
es oben erwähnt
wurde, enthält
die Zentrifuge 136 eine Abfolge tangential ausgerichteter
Ablenkplatten 150, die in der Eintrittskammer 146 angeordnet
sind. Jede Ablenkplatte 150 enthält einen vorderen Rand 184,
eine Zwischenecke 186, wie auch an abgerundetes hinteres
Ende 190. Ein vordere flache Oberfläche 192 ist zwischen
dem vorderen Rand 184 und der Ecke 186 ausgebildet.
Eine flache Oberfläche 194 ist
zwischen dem vorderen Rand 184 und dem hinteren Ende 190 ausgebildet.
Schließlich
ist eine Oberfläche 196 zwischen
der Ecke 186 und dem hinteren Ende 190 ausgebildet.
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Die
Ablenkplatten 150 sind derart relativ zueinander ausgerichtet,
dass eine Vielzahl von tangentialen Fluidfluss-Leitungswegen 200 erzeugt wird,
die zwischen den Oberflächen
benachbarter Ablenkplatten 150 ausgebildet sind. Darüber hinaus ist
ein tangentialer Leitungsweg 202 zwischen der Oberfläche 190 einer
Ablenkplatte 150 benachbart zur vertikalen ausgerichteten
Wand 206 der Eintrittskammer 146 ausgebildet.
Zusätzlich
ist ein tangentialer Leitungsweg 204 zwischen der Oberfläche 192 einer
Ablenkplatte benachbart einer vertikalen Wand 210 der Eintrittskammer 146 ausgebildet.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, ist jede hintere flache Oberfläche 194 in
einem tangentialen Winkel relativ zur ringförmigen Wand 156 des
Zentrifugenabschnittes 36 ausgerichtet. Demzufolge wird
der Fluss des Fluids, das in die Zentrifugenkammer 152 durch die
Leitungswege 200, 202 und 204 eingeleitet
wird, in einer Richtung im wesentlichen tangential zur ringförmigen Wand 156 eingeleitet,
um den zirkularen und zentrifugalen Fluss von Fluid in der Kammer 152 zu
verbessern.
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Um
das Zentrifugengehäuse 142 an
einem Maschinenkrümmer
(nicht gezeigt) anzubringen, sind Befestigungsstellen 214 und 216 im
Zentrifugengehäuse
ausgebildet, um es Befestigungseinrichtungen, wie etwa Schrauben 180 (2),
zu gestatten, das Zentrifugengehäuse 142 an
der Maschine über eine
Verbindungsplatte 143 zu befestigen.
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7 zeigt
einen alternativen Wirbelaufbau. Dieser Aufbau zeigt eine Wirbelkammeranordnung 220,
die im wesentlichen herkömmliche
elektronische Brennstoffeinspritzdüsen 222, ein erstes
Wirbelkammergehäuse 224 und
nachfolgende Wirbelkammergehäuse 226, 228, 230 und 232 enthält. Bei diesem
Aufbau nehmen die Kammergehäuse 226 bis 232 jeweils
einen Fluss des Fluids ausschließlich vorn vorangehenden Kammergehäuse auf.
Beispielsweise nimmt das Kammergehäuse 228 Fluid ausschließlich vom
Ausgang des Kammergehäuses 226 auf,
usw..
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Die
Brennstoffeinspritzdüsen 222 sind
in Bohrungen 234 angebracht, die in einer Einspritzdüsenplatte 236 ausgebildet
sind. Jede Brennstoffeinspritzdüse
enthält
einen Ausgangsanschluss 240, der Brennstoff in eine Vormischkammer 242 spritzt. Umgebungsluft
wird in die Vormischkammer 242 über eine Umgebungsluftleitung 244 eingeleitet.
Die Vormischkammer 242 und die Umgebungsluftleitung 244 sind
derart beschaffen und fungieren in einer Weise, die dem Aufbau und
der Funktion der Vormischkammer 44 und der Umgebungsluftleitung 50 gleichen,
die in 1 gezeigt ist.
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Die
Kammergehäuse 224, 226, 228, 230 bzw. 232 begrenzen
Wirbelkammern 248, 259, 252, 254 und 256.
Die Wirbelkammern 224 bis 232 haben jeweils eine
Anordnung von Öffnungen 260 bis 268. Jede
Anordnung von Öffnungen 260 bis 268 ist
in einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von Spalten in ähnlicher
Weise angeordnet, wie es in 3 gezeigt
ist. Darüber
hinaus ist jede Anordnung von Öffnungen 260 bis 268 derart
gestaffelt angeordnet, dass die Turbulenz eines vertikalen Flusses
durch die entsprechenden Wirbelkammern 248 bis 256 verbessert
wird.
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Differentialdruck-Zuführeinlässe sind
durch verjüngte
Buchsen 272, 274, 276, 278 und 280 ausgebildet,
die um die Kammergehäuse 224, 226, 228, 230 bzw. 232 angeordnet
sind. Jede arbeitet in einer ähnlichen
Weise wie die Buchse 60, die in Verbindung mit 1 beschrieben
wurde. Jede der Buchsen 272 bis 280 hat eine entsprechende
Innenfläche 284, 286, 288, 290, 292.
Die Buchseninnenflächen 284 bis 292 weisen
jeweils einen Abschnitt 296, 298, 300, 302 bzw. 304 eine
konstanten Durchmessers und einen Innenflächenabschnitt 308, 310, 312, 314, bzw. 316 eines
variablen Durchmesser auf. Jedes Kammergehäuse 224, 226, 228, 230, 232 hat
einen entsprechenden Außenflächenabschnitt 318, 320, 322, 324, 326.
Die Buchsen. bilden Spalte 330, 332, 334, 336, 338 variabler
Größe jeweils
zwischen den Flächen 330 bis 338 und
den Flächen 308 bis 316 aus.
Somit gestatten die Spalte variabler Größe einen unterschiedlichen
Druck an den unterschiedlichen Öffnungen 260 bis 268 in Übereinstimmung
mit dem Ort der Öffnungen 260 bis 268 und
fungieren in einer Weise, die jener des Spaltes 72 (1 und 2)
gleicht.
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Darüber hinaus
hat jede Buchse 272 bis 280 einen entsprechenden
Ausgangsanschluss 340 bis 348 der in Fluidverbindung
mit der nachfolgenden Wirbelkammer steht. 8 bis 10 zeigen
die Buchse 278 der Wirbelkammer 254 detaillierter.
Jeder der Ausgangsanschlüsse 340 bis 348 hat
die Gestalt eines U-förmigen Schlitzes,
der mit Bezugszeichen 349 in 9 und 10 gekennzeichnet
ist. Die Ausgangsanschlüsse 340 bis 346 stehen
in Fluidverbindung mit nachfolgenden Mischkammern 350, 352, 354 bzw. 356,
so dass die Öffnungen 262 bis 268 ein
Fluidgemisch ausschließlich
von den Ausgangsanschlüssen 340 bis 346 erhalten,
um ein im wesentlichen konstantes Luft-Sekundärfluidgemisch beizubehalten,
da keine zusätzliche
Luft in den Fluidfluss eingeleitet wird, während der Fluidfluss die Wirbelkammern 250 bis 256 durchläuft. Um
die Mischung und Verwirbelung des Flusses durch die Mischkammern 242, 350, 352, 254 und 356 zu
verbessern, verfügt
jedes Kammergehäuse 224 bis 232 über einen
konisch verjüngten
Basisabschnitt 358.
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Es
sind Öffnungen 368 in
den Buchsen 274 bis 280 ausgebildet, die Befestigungseinrichtungen (nicht
gezeigt), wie etwa herkömmliche
Feststellschrauben, aufnehmen, um den unteren Abschnitt 370 der
Buchse an einem oberen Abschnitt 372 einer vorangehenden
Buchse oder an einem Verdampfungsgehäuse 374 anzubringen.
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11 bis 13 zeigen
eine alternative Buchsen-Kammer-Anordnung zur Verwendung bei einer
Vielzahl von Wirbelkammer-Aufbauten, wie etwa jenem, der in 7 gezeigt
ist. Insbesondere ist eine Buchse 376 dargestellt, die
einen Innenfläche 377 konstanten
Durchmessers, eine Innenfläche 378 variablen
Durchmessers und Ausgangsöffnungen 381 hat.
Das Kammergehäuse 383 ist
mit einer Vielzahl in einem Winkel darin ausgebildeter Öffnungen 385 dargestellt,
die tangential in eine Wirbelkammer 387 führen. Ein
Spalt 389 variabler Größe ist zwischen
der Innenfläche 378 des
Gehäuses 376 und der
Außenfläche 391 der
Wirbelkammer 383 ausgebildet.
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14 zeigt
eine weitere alternative Wirbelkammer. Ein Kammergehäuse 380 mit
einer Außenfläche 382 und
einer Innenkammerwand 384 begrenzt eine Wirbelkammer 386.
Um die Turbulenz eines verwirbelten Flusses innerhalb der Kam mer 386 zu
verbessern und um nicht verdampfte Partikel im verwirbelten Fluss
in kleinerer Partikel zu zerlegen, sind Stufen 388 an der
Innenkammerwand 384 ausgebildet. Wie gezeigt, enthält jede
Stufe 388 eine abgeschrägte
Fläche 390 und
eine querverlaufende Fläche 392.
Eine Vielzahl von Öffnungen 394 ist
im Gehäuse 380 ausgebildet
und schneidet die Innenkammerwand 384 an den querverlaufenden
Flächen 392.
Wenn Fluid durch die Wirbelkammer 386 fließt, bewirken
die Stufen 388, dass relativ kleine Verwirbelungen benachbart
zu den unterschiedlichen querverlaufenden Flächen 392 erzeugt werden,
wodurch die Turbulenz des Flusses durch die Kammer 386 verstärkt wird.
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Als
Alternative oder Zusatzmittel zur Erhöhung der Turbulenz eines verwirbelten
Flusses innerhalb der Kammer 386 und um nicht verdampfte
Partikel im vewirbelten Fluss in kleiner Partikel zu zerlegen wie
auch die Verdampfung der nicht verdampften Partikel zu verbessern,
kann die Innenkammerwand 384 eine strukturierte Oberfläche haben.
Die strukturierte oder unebene Oberfläche kann durch Sandstrahlen
mit groben. Strahlgut oder der Anwendung einer Art von Glaskugelstrahlen
ausgebildet werden. Eine strukturierte oder unebene Innenkammerwandfläche bewirkt,
dass das Fluid stärker
verwirbelt durch die Kammer 386 fließt. Wenn nicht verdampfte Partikel
mit der strukturierten Innenkammerwand kollidieren, zerstäuben die
nicht verdampften Partikel, zerfallen in kleinere Partikel und verdampfen
leichter als dies bei einer glatten Innenwandfläche der Fall ist.
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15 bis 17 zeigen
eine weitere alternative Verwirbelungsanordnung. Wie in 15 gezeigt,
enthält
ein Zentrifugal-Wirbelsystem 400 im wesentlichen einen
Brennstoff-Verdampfungsabschnitt 402 in Fluidverbindung
mit einem Hauptluftabschnitt 404. Der Hauptluftabschnitt 404 steht
mit einem Zentrifugenabschnitt 406 in Fluidverbindung. Der
Brennstoff-Verdampfungsabschnitt 402 enthält ein Hauptluftgehäuse 410 mit
einer Innenfläche 412. Die
Innenfläche 412 begrenzt
eine Hauptluftkammer 414, in die Umgebungsluft eingeleitet
wird. Eine Grundplatte 416 ist am Hauptluftgehäuse 410 entlang
eines Hauptluftgehäuserandes 418 angebracht. Eine
Einspritzdüsenplatte 420 ist
in der Grundplatte 416 durch Grundplattenverlängerungen 422 angebracht.
Brennstoffeinspritzdüsen
(lediglich eine ist in 15 gezeigt, wobei die andere
Brennstoffeinspritzdüse
direkt hinter der dargestellten Brennstoffeinspritzdüse 424 angeordnet
ist) sind in der Ein spritzdüsenplatte 420 angebracht,
um Brennstoff in eine erste Wirbelkammer 426 einzuspritzen,
die im Kammergehäuse 428 ausgebildet
ist. Zudem sind im Kammergehäuse 428 eine
zweite Wirbelkammer 430, eine dritte Wirbelkammer 423 und
eine vierte Wirbelkammer 434 ausgebildet.
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Damit
Luft in die Wirbelkammern 426, 430, 432 und 434 eintreten
kann, ist eine Vielzahl von Öffnungen 436 (16 und 17)
in einem Winkel im Kammergehäuse 428 derart
ausgebildet, dass die Öffnungen
in jede Wirbelkammer tangential eintreten. Jede Öffnung ist im wesentlichen
tangential zu Innenflächen 438 bis 444 ausgerichtet,
damit Luft tangential in jede Wirbelkammer 428, 430, 432 und 434 eingeleitet
werden kann. Die Öffnungen
sind vorzugsweise in Reihen und Spalten angeordnet, wobei die Spalten
relativ zu jeder benachbarten Reihe versetzt sind.
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Um
die Turbulenz, Druckunterschiede, Scherkräfte und Veränderungen der Geschwindigkeit zu
verbessern, die auf das Fluid einwirken, während es die Kammern 428 bis 434 durchläuft, sind
die Öffnungen 436 vorteilhaft
in entgegengesetzten tangentialen Richtung in benachbarten Kammern
ausgerichtet. Beispielsweise sind die Öffnungen in der Kammer 428 derart
ausgerichtet, dass sie Fluid in einer ersten verwirbelten Flussrichtung
in die Kammer 428 einleiten, und die Öffnungen in der Kammer 430 in
einer entgegengesetzten Richtung zur Ausrichtung der Öffnungen
in Kammer 428 angeordnet, um Fluid in einer zweiten verwirbelten
Flussrichtung in die Kammer 430 einzuleiten.
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Eine
Differentialdruck-Zuführanordnung,
die durch eine verjüngte
Buchse 450 ausgebildet ist, ist um die Außenseite
einer Abfolge von Wirbelkammern herum vorgesehen. Die Buchse 450 ist
an einem Ende des Wrbelkammergehäuses 428 angebracht.
Die Buchse 450 enthält
im wesentlichen einen verjüngten
Abschnitt 454 und einen verlängerten Rohrabschnitt 456.
Der Buchsenabschnitt 454 arbeitet in einer ähnlichen
Art und Weise wie die Buchse 60 (1), ist ähnlich wie
diese beschaffen und enthält
eine Außenfläche 458 sowie
eine Innenfläche 460 variablen
Durchmessers, um einen Spalt 462 variabler Breite zwischen
der Innenfläche 460 und
der Außenfläche 464 auszubilden.
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Der
Spalt 462 variabler Breite erzeugt einen variierenden Grad
eines Druckwiderstandes über
die Öffnungen 436,
die im Kammergehäuse 428 ausgebildet
sind. Dort, wo der Spalt hin zum stromabwärtigen Ende 452 des
Kammergehäuses
schmaler ist, wird der Fluiddruck maximiert. Der Fluiddruck nimmt von
diesem Punkt in einer stromaufwärtigen
Richtung zu den Kammern 432, 430 und 428 ab.
Bei diesem Aufbau variiert der Druckwiderstand über die Öffnungen 436 gemäß dem Ort
einer bestimmten Öffnung.
Die Buchse 450 enthält
zudem einen Ausgangsvorsprung 470, der eine ringförmige Vorsprungsaußenfläche 472 und
eine ringförmige
Vorsprungsinnenfläche 474 aufweist.
Der Zweck und die Funktion des Buchsenausgangsvorsprungs werden im
folgenden beschrieben.
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Der
Rohrabschnitt 456 der Buchse 450 enthält eine
Innenfläche 466 und
eine Außenfläche 468. Die
Innenfläche 466 begrenzt
einen hohlen Rohrinnenraum 470. Ein- spiralförmig gewundenes
Solenoid 476 ist um den Rohrabschnitt 456 der
Buchse 450 befestigt, um selektiv ein Magnetfeld im Rohrinnenraum
zu erzeugen. Eine längliche
Leitung 478, die integral mit einer Leitungsbasis 480 ausgebildet
ist, ist gleitfähig
im Buchsenrohrabschnitt 456 angeordnet, so dass sich die
Leitungsbasis 480 innerhalb des Rohrabschnittes 456 zwischen
den Positionen bewegen kann, die in 16 und 17 gezeigt
sind. Ein Vorspannelement, wie etwa eine Feder 482, befindet sich
ebenfalls im Buchsenrohrabschnitt 456 zwischen der Leitungsbasis 480 und
dem Buchsenabschnitt 454. Die Feder 482 behält selektiv
die Position der Leitungsbasis 480 bei, die in 17 gezeigt
ist.
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Wie
es in 17 dargestellt ist, ist, sofern das
Solenoid 476 nicht aktiviert ist, die längliche Leitung 478 aus
den Wirbelkammern 428 bis 434 zurückgezogen.
Die Aktivierung des Solenoids 476 bewirkt, dass sich die
Leitungsbasis 480 in die Position bewegt, die in 16 gezeigt
ist, wodurch die Feder zusammengedrückt und die längliche
Leitung 478 durch die Kammerausgänge 484, 486 und 488 in
direkte Verbindung mit dem Kammerausgang 490 bewegt wird.
Die Aktivierung des Solenoids 476 bewirkt, dass dieses
die längliche
Leitung 478 in die Position bewegt, die in 15 und 16 dargestellt
ist, bewirkt, dass der verwirbelte Fluss durch das Gehäuse 427 in
der Wirbelkammer 428 isoliert wird, und gestattet es, dass
der Fluss die verbleibenden Kammern 430, 432 und 434 wahlweise
umgehen kann.
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Vorteilhafterweise
wird die längliche
Leitung 478 selektiv und kurz in die Position, die in 15 und 16 gezeigt
ist, für
Intervalle in der Größenordnung
von 0,5 Sekunden während Übergangsperioden
der Maschinenbeschleunigung und -verzögerung bewegt. Durch selektives
Isolieren der Kammer 428 während dieser Perioden, wird
ein hinlänglich bekanntes
Problem des "Beschleunigungsruckens" deutlich vermindert.
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Das
Problem des Beschleunigungsruckens tritt im allgemeinen während Übergangsperioden
der Beschleunigung und der Verzögerung
auf. Unter Bezugnahme auf 15 öffnet sich
beispielsweise die Drosselklappe 518 und bewirkt somit,
dass der Druck in der Hauptluftkammer 414 abfällt. Dieser
Druckabfall verursacht seinerseits eine Verringerung der Luftenge,
die in die Wirbelkammern 426, 430, 432 und 434 eintritt.
Bei weniger Luft, die in die Wirbelkammern eintritt, wird ein geringerer
Teil des Brennstoffes, der von der Brennstoffeinspritzdüse 424 ausgespritzt
wird, durch die Wirbelkammern und in die Maschine befördert, wodurch
ein relativ mageres Brennstoffgemisch erzeugt wird. Da der Brennstoff
während
dieser Periode nicht wirkungsvoll die Wirbelkammern durchläuft, sammelt
sich eine Brennstoffmenge in den Wirbelkammern 426 und 430 an.
Wenn der angesammelte Brennstoff anschließend die übrigen Wirbelkammern durchläuft, wird
ein fettes Brennstoffgemisch der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) zugeführt. Diese
Periode eines mageren Brennstofffluids, gefolgt von der Periode
des fetten Brennstofffluids und die damit verbundenen Maschinenprobleme,
die mit den sich drastisch ändernden
Luft-Kraftstoffverhältnissen
einhergehen, wird als "Beschchleunigungsrucken" bezeichnet.
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Durch
Verwenden der länglichen
Leitung 478, wie es oben erläutert wurde, wird darüber hinaus
die Menge des Kohlenwasserstoffes umfangreich reduziert. Darüber hinaus
verhindert das Umgehen der Kammern 430 bis 434 während der
Beschleunigung und der Verzögerung,
dass die Kammern 430 bis 434 die Kammer 428 dominieren.
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Der
Hauptlufteinlassabschnitt 404, wie er in 15 dargestellt
ist, enthält
einen zylindrischen Lufteinlass 500. Ein ringförmiger Kanal 502 ist
am Lufteinlassan schluss ausgebildet, um die Anbringung einer herkömmlichen
Umgebungsluftleitung (nicht gezeigt) zu ermöglichen. Der Lufteinlassanschluss 500 leitet
zudem Luft in eine Umgebungsluftleitung 508 ein, die in
einem Zwischengehäuse 510 ausgebildet
ist. Wie gezeigt, ist das Zwischengehäuse 510 starr am Hauptluftgehäuse 410 angebracht und
enthält
zudem konzentrische Bohrungen 512 und 514. Das
stromabwärtige
Ende 518 des Buchsenrohrabschnittes 456 ist in
der Bohrung 512 befestigt, damit Fluid, das aus dem stromabwärtigen Ende 518 ausgegeben
wird, vom Buchsenrohrabschnitt 456 durch die Bohrung 514 in
den Hauptlufteinlassabschnitt 404 gelangen kann.
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Um
das Volumen der Luft zu regulieren, die der Maschine (nicht gezeigt)
zugeleitet wird, ist eine herkömmliche
Drosselklappe 518 an einer zentralen drehbaren Welle 520 angebracht,
die quer zur Richtung des Luftstroms durch den Hauptluftabschnitt 404 ausgerichtet
ist.
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Die
Venturidüse 506 enthält eine
Einlassöffnung 522 großen Durchmessers,
einen engen Einschnürungsabschnitt 524 und
eine Luft-Brennstoffgemisch-Ausgangsöffnung 526 großen Durchmessers. Weiterhin
enthält
die Venturidüse 506 eine
Venturidüsen-Außenfläche 528 und
eine Venturidüsen-Innenfläche 530.
Der Durchmesser der Venturidüsen-Innenfläche 530 ist
an der schmalen Venturidüsen-Einschnürung 524 minimal
und an der Einlass- und Ausgangsöffnung 522 und 526 maximal.
Die Venturidüsen-Ausgangsöffnung 526 steht
in direkter Verbindung mit einem Hauptluftabschnitts-Ausgangskanal 532,
um Fluid aus dem Hauptlufteinlassabschnitt 404 in die Zentrifuge 406 auszugeben.
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Die
Zentrifuge 406 weist einen im wesentlichen zylindrischen
Aufbau auf. Die Zentrifuge enthält eine
ringförmige
Wand 534 mit einer Außenfläche 536 und
einer Innenfläche 538.
Die Wand 534 ist von einer Einlassöffnung 540 unterbrochen,
um Fluid aus dem Ausgangskanal 532 der Venturidüse in einer Zentrifugenkammer 542 aufzunehmen.
Die Zentrifugenkammer 542 ist weiterhin durch eine Zentrifugendeckplatte 544 und
eine Zentrifugenbodenplatte 546 begrenzt.
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Eine
Ausgangsöffnung 548 großen Durchmessers
ist in der Zentrifugenbodenplatte 546 ausgebildet, um Fluid
aus der Zentrifugenkammer 542 abzugeben. Die Ausgangsöffnung 548 ist
durch eine runde Fläche 550 begrenzt,
die einen minimalen Durchmesser 552 und einen maximalen
Durchmesser 554 hat.
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Um
den Unterdruck an der Ausgangsöffnung 548 zu
verbessern, ist das Verhältnis
des Durchmessers der Venturidüsen-Innenfläche 530 an
der Einschnürung 524 zum
minimalen Durchmesser 552 größer als 1,58:1, vorzugsweise
jedoch ungefähr 1,66:1.
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Das
Zentrifugengehäuse 406 kann
an einer Maschine (nicht gezeigt) über Öffnungen 558 befestigt
werden, die in Befestigungsflanschen 556 ausgebildet sind,
die von der Wand 534 hervorragen.
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18 zeigt
eine weitere alternative Wirbelkammer-Anordnung. Ein Kammergehäuse 570 enthält eine
Außenfläche 572 und
Innenflächen 574, 576, 578, 580 und 582.
Die Innenflächen 574 bis 582 sind
im wesentlichen zylindrisch und begrenzen jeweils Wirbelkammern 584, 586, 588, 590 und 592.
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Öffnungen 594 sind
tangential in einer Anordnung mit versetzten Spalten und Reihen
im Kammergehäuse 570 ausgebildet,
um einen tangentialen Einlass von Fluid in jede Wirbelkammer 584 bis 592 zu
ermöglichen.
Dieser tangentiale Fluideinlass erzeugt einen turbulenten verwirbelten
Fluss von Fluid durch die Wirbelkammern, der das Fluid in kleinere Partikel
zerlegt und übrige
Flüssigkeitspartikel
im verwirbelten Fluss verdampft. Die Öffnungen 594 sind, wie
dargestellt, in einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von
Spalte, vorzugsweise zueinander gestaffelt angeordnet, um die Turbulenz
des Flusses durch die Kammern 584 bis 592 zu verstärken.
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Ein
zylindrischer Ausgangsflansch 596 beinhaltet eine Außenfläche 598 und
eine Innenfläche 600.
Der Ausgangsflansch ist an einem stromabwärtigen Ende 602 des
Kammergehäuses 570 angebracht.
Die Innenfläche 600 begrenzt
den Ausgang aus der Wirbelkammer 584 des Wirbelkammergehäuses 570.
Wie es dargestellt ist, haben die Wirbelkammern 584 bis 592 aufeinanderfolgend
abnehmende Durchmesser. Das heißt,
der Durchmesser der Innenfläche 582 ist
geringer als der Durchmesser der Innenfläche 580, die ihrerseits
kleiner ist als die In nenfläche
der Fläche 576,
die kleiner ist als die Innenfläche 574.
Durch diesen Aufbau wird, wenn das Fluid die Kammern 584 bis 592 in
einem verwirbelten Fluss durchläuft,
bei dem sich ein Niederdruckende am Ausgang 604 und ein
Hochdruckende benachbart zu einem stromaufwärtigen Ende 606 befindet, die
Tendenz der Kammern, die sich am dichtesten am Niederdruckende befinden
(die Kammern 584 und 586), einen größeren Fluss
durch die Öffnungen 594 aufzunehmen,
als die Kammern, die sich am dichtesten am Hochdruckende 604 befinden
(die Kammern 590 und 592), deutlich verringert.
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Um
darüber
hinaus die Verdampfung eines Fluids zu verbessern, während dieses
die Kammern 584 bis 592 durchläuft, sind Düsen (18) geeigneter
Größe an einem
stromaufwärtigen
Ende jeder der Kammern 584, 586, 588 bzw. 590 angeordnet.
Die Düsen 608 bewirken,
dass das Fluid, das die Wirbelkammern durchläuft, zusätzlichen Druckunterschieden
ausgesetzt wird, wodurch die Verdampfung und die Zerkleinerung der
Fluidpartikel verbessert wird. Die Düsen 608 sind vorzugsweise
derart bemessen, dass sie innerhalb des stromaufwärtigen Endes
der Kammern 584 bis 590 durch eine Presspassung
angebracht werden können.
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19 beschreibt
ein zusätzliches
Wirbelkammergehäuse.
Wie gezeigt, stellt 19 eine Wirbelanordnung 611 dar,
die ein Kammergehäuse 612 mit
einer Außenfläche 614 und
Innenflächen 616, 618, 620, 622 und 624 enthält. Die
Innenflächen 616 bis 624 sind
im wesentlichen zylindrisch und begrenzen jeweils Wirbelkammern 626, 628; 630, 632 und 634. Öffnungen 636 sind
tangential relativ zu den Innenflächen 616 bis 624 der
Wirbelkammern 626 bis 634 ausgebildet. Die Öffnungen 636 sind
in einer Anordnung im Kammergehäuse 612 ausgebildet,
die einen tangentialen Einlass des Fluids in die Wirbelkammern 626 bis 634 gestattet.
Dieser tangentiale Einlass des Fluids erzeugt einen verwirbelten
Fluss durch die Wirbelkammer für
eine Zerkleinerung in kleinere Partikel und eine weitere Verdampfung
oder Homogenisierung von Flüssigkeitspartikeln
im verwirbelten Fluss.
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Ein
zylindrischer Ausgangsflansch 640 ist an einem Ende 642 des
Kammergehäuses 612 angebracht.
Der Ausgangsflansch 640 enthält eine Innenfläche 644 und
eine Außenfläche 646.
Ein Ausgangsanschluss 648 ist durch die Ausgangsflansch-Innenfläche 644 begrenzt.
Der Ausgangsflansch 640 gleicht dem Ausgangsflansch 596 (17)
mit der Ausnahme, dass der Durchmesser der Innenfläche 644 kleiner
ist als jener der Innenfläche 600 (17). Darüber hinaus
enthält
der Ausgangsflansch 640 eine Öffnung 650, durch
die eine Schraube (nicht gezeigt) wahlweise eingefügt sein
kann, um den Strömungswiderstand
durch das Ausgangselement 640 einzustellen. Je weiter die
Schraube in den Ausgangsanschluss 648 gedreht wird, desto
mehr Widerstand wird auf den verwirbelten Fluss ausgeübt, wenn
der verwirbelte Fluss den Ausgangsanschluss 648 durchläuft.
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Im
allgemeinen kann der Luftwiderstand durch einen Wirbelaufbau dadurch
verändert
werden, dass der Durchmesser der Ausgangsöffnung und/oder der Durchmesser
der Leitungswege zwischen benachbarten Wirbelkammern im Wirbelaufbau
geändert
wird. 18 zeigt einen relativ großen Ausgang
und relativ kleine Leitungswege zwischen benachbarten Wirbelkammern
infolge der Düsen 608.
Im Gegensatz dazu zeigt 19 einen
kleineren Ausgang und größere Leitungswege
zwischen den Kammern. Bei einigen Anwendungen hat es sich herausgestellt,
dass 19 gegenüber 18 zu bevorzugen
ist.
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20 zeigt
einen zusätzlichen
Mechanismus. Insbesondere zeigt 20 das
Kammergehäuse 570 von 18 in
Kombination mit einem Ausgangsanschluss 660 einstellbarer
Querschnittsfläche,
der in einem Ausgangsgehäuse 662 ausgebildet ist.
Wie gezeigt, enthält
das Ausgangsgehäuse 662 eine
Außenfläche 664,
eine Innenfläche 666 und
ist benachbart zum Ausgang 604 des Kammergehäuses 570 angeordnet.
Die Innenfläche 666 begrenzt den
Ausgangsanschluss 660, in den Fluid vom Ausgang 604 strömt.
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Das
Gehäuse 662 enthält zudem
eine Stellantriebs-Befestigungserweiterung 670. Die Befestigungserweiterung 670 enthält eine
zylindrische Innenfläche 672 und
eine Gewindeinnenfläche 674.
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Ein
Stellantrieb, wie etwa ein Schrittmotor 676 enthält einen
Gewindezapfenabschnitt 680, der am entsprechenden Gewindelochabschnitt 674 des Stellantriebgehäuses 670 befestigt
werden kann.
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Der
Schrittmotor 676 dient als Linearstellantrieb, um einen
konischen Block 678 relativ zu einem konischen Sitz 681 zu
bewegen, der in der Leitung 668 ausgebildet ist. Der konische
Sitz 681 enthält eine
flache Bodenfläche 683 und
eine konische Innenfläche 685.
Die Seitenfläche 685 ist
derart bemessen, dass sie mit einer Seitenfläche 687 des Blocks 678 in
Eingriff steht, wenn eine Stirnfläche 689 des konischen
Blocks die Bodenfläche 683 des konischen
Sitzes berührt.
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Demzufolge
kann durch wahlweises Bewegen des konischen Blocks 678 relativ
zum Sitz 681 die wirksame Querschnittsfläche des
Leitungswegs, der durch die Innenfläche 666 ausgebildet
ist, wahlweise verändert
werden. Die Querschnittsfläche
des Leitung 668 kann in Abhängigkeit des gewünschten Ausgangs.
vorteilhaft vergrößert oder
verringert werden. Darüber
hinaus kann der Luftwiderstand des Ausgangsanschlusses 660 durch
Bewegen des konischen Blocks 678 relativ zum Sitz 681 verändert werden.
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21 zeigt
ein weiteres alternatives Wirbelsystem. Das System stellt ein Zentrifugal-Wirbelsystem 700 dar,
das einen Brennstoff-Verdampfungsabschnitt 702, einen Hauptluftabschnitt 704 und einen
Zentrifugenabschnitt 706 enthält. Der Brennstoff-Verdampfungsabschnitt 702 ist
mit zwei Brennstoffeinspritzdüsen 708 dargestellt,
die Brennstoff dem Zentrifugal-Wirbelsystem 700 zuleiten.
Die Brennstoffeinspritzdüsen 708 sind
mit einer Brennstoffverteilerleiste 710 verbunden, die
einen Leitungsweg 712 aufweist, der durch diese von einem Eingangsende 714 zu
einem Ausgangsende 716 verläuft. Das Eingangsende 714 des
Leitungsweges 712 ist mit einer herkömmlichen Brennstoffpumpe (nicht gezeigt)
verbunden, und das Ausgangsende 714 ist mit einer herkömmlichen
Brennstoff-Reguliereinrichtung
(nicht gezeigt) verbunden, die ihrerseits mit einer Rücklaufleitung
zurück
zum Brennstofftank (nicht gezeigt) verbunden ist.
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Die
Brennstoffeinspritzdüsen 708 sind
im Zentrifugal-Wirbelsystem 700 durch Einspritzdüsenplatten 720 angebracht.
Brennstoff wird von den Brennstoffeinspritzdüsen-Ausgangsanschlüssen 722 in
zwei Wirbelaufbauten 611 eingespritzt, wobei jeder Wirbelaufbau 611 mit
dem Wirbelaufbau 611 identisch ist, der in 19 gezeigt
ist. Die beiden Wirbelaufbauten 611 sind benachbart den
Brennstoff einspritzdüsenplatten 720 angeordnet
und stehen mit den Ausgangsanschlüssen 722 der Brennstoffeinspritzdüsen 708 in
Fluidverbindung, damit der Aerosolbrennstoff direkt in die beiden
Wirbelaufbauten 611 von den Ausgangsanschlüssen 722 eingespritzt werden
kann.
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Die
beiden Wirbelaufbauten 611 sind in einem Luftbehälter 724 angebracht.
Der Luftbehälter 724 besteht
aus einer Seitenwand 726, einer Grundplatte 730 und
einer Deckplatte 732. Eine Luftkammer 734 ist
innerhalb des Luftbehälters 724 als
eine Leitung zwischen einer Umgebungsluftleitung 736 und
den Öffnungen 636 (19)
ausgebildet, die sich in den Wirbelaufbauten 611 befinden.
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Die
Umgebungsluftleitung 736 enthält einen Gummischlauch 740.
Die Umgebungsluftleitung 736 verbindet einen Umgebungsluftschlitz 742 mit
der Kammer 734, um Umgebungsluft den Wirbelaufbauten 611 zuzuführen. Wie
gezeigt, ist der Schlauch 740 mit dem Schlitz 742 über einen
Gewindeverbinder 741 verbunden.
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Die
Wirbelaufbauten 611 sind im Luftbehälter 724 durch eine
Konsole 744 angebracht, die zwischen dem Ausgangsflansch 640 (19)
jedes Wirbelaufbaus 611 und der Innenfläche 748 der Deckplatte 732 angeordnet
sind. Der Ausgangsanschluss 648 (19) jedes
Wirbelaufbaus 611 gibt Fluid in eine Zwischenmischkammer 750 ab,
die im Hauptluftabschnittsgehäuse 752 ausgebildet
ist. Die Zwischenmischkammer 750 bewirkt, dass sich eine
sich drehende Säule
Fluid, die den Ausgangsanschluss 648 (19)
verlässt,
entfaltet und sich unter Turbulenzen vor dem Eintritt in die Venturidüse 756 durch eine
Abfolge länglicher Öffnungen 770 mischt.
Die beschriebene Aktivität
des Fluids in der Zwischenmischkammer 750 zerkleinert die
Flüssigkeitspartikel im
verwirbelten Fluss weiter in kleinere Partikel und verdampft und
homogenisiert diese weiter.
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Der
Hauptluftabschnitt 704 enthält weiterhin einen Umgebungsluft-Einlassanschluss 760,
damit ein Luftstrom F in den Hauptluftabschnitt 704 durch den
Anschluss 760 eintreten kann. Eine herkömmliche Drosselklappe 762 ist
schwenkbar innerhalb der Venturidüse 756 angebracht.
Die Drosselklappe 762 ist an einer drehbaren zentralen 764 Welle
befestigt, die quer zu Richtung des Luftstroms F durch die Venturidüse 756 angeordnet
ist. Die Drehung der Welle 764 stellt einen Neigungswinkel
der Drosselklappe 762 in der Venturidüse 756 ein, wodurch
das Volumen des Luftstroms und somit des Luft-Brennstoffgemisches geändert wird,
das der Maschine zugeleitet wird.
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Wie
es oben erwähnt
wurde, gelangt ein Luft-Brennstoffgemisch aus den Wirbelaufbauten 611 in
die Zwischenmischkammer 750. Das Luft-Brennstoffgemisch
läuft anschließend durch
einen Zwischenmischkammerausgang 758 und in die Venturidüse 756 durch
eine Abfolge länglicher Öffnungen 770.
Somit wird in der Venturidüse 756 Umgebungsluft,
die über
die Drosselklappe 762 strömt, mit einem Luft-Brennstoffgemisch
gemischt, das die Öffnungen 770 durchläuft.
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Der
Zentrifugenabschnitt 706 ist starr am Hauptluftabschnittsgehäuse 752 durch
Befestigungseinrichtungen, wie etwa Schrauben 772 und 774,
befestigt. Der Zentrifugenabschnitt 706 enthält ein Übergangsgehäuse 776 mit
einer Innenfläche 778 und
einer Außenfläche 780.
Die Innenfläche 778 begrenzt
einen Übergangsleitungsweg 782,
auf dem Fluid aus der Venturidüse 756 in
eine Zentrifugenkammer 784 gelangt. Wie dargestellt, ist
der Übergangsleitungsweg 782 im
wesentlichen tangential zur Zentrifugen-Wirbelsystemkammer 784 ausgerichtet,
um Fluid in die Zentrifugenkammer 784 im wesentlichen tangential
einzuleiten. Durch Ausrichtung des Übergangsleitungsweges 782 im
wesentlichen tangential zur Zentrifugenkammer 784, wird
der Luftwiderstand durch das System verringert und der zentrifugale
Fluss durch die Zentrifugenkammer 784 verbessert.
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Ein
Verlängerungsarm 788 ist
benachbart zum Leitungsweg 782 angeordnet und ragt in die Zentrifugenkammer 784,
um zu verhindern, dass Fluid erneut in den Leitungsweg 782 eintritt,
nachdem es in die Kammer 784 ausgegeben wurde. Der Verlängerungsarm 788 enthält eine
Wand 790 mit einer Vorderfläche 792 und einer
rückwärtigen Fläche 794. Wie
dargestellt, ist der Verlängerungsarm 788 am Übergangsgehäuse 776 angebracht
und ragt von diesem hervor. Die Vorderfläche 792 und die rückwärtige Fläche 794 schneiden
sich an einem Ende in einer querverlaufende Fläche 796. Somit wird,
wenn ein Fluidfluss von der Venturidüse 756 die Zwischenkammer 782 in
die Zentrifugenkammer 784 durchläuft, der Rücklauf des Fluids von der Zentrifugenkammer 784 zurück in die
Zwischenkammer 782 durch die Gegenwart des Verlängerungsarmes 788 im
wesentlichen verhindert, wenn nicht beseitigt. Wie gezeigt, ist
die Vorderfläche 792 des
Verlängerungsarmes 788 gekrümmt, um
den zentrifugalen Fluss des Fluids in der Zentrifugenkammer 784 zu
verbessern, während
gleichzeitig im wesentlichen verhindert wird, dass Fluid wieder
in den Leitungsweg 782 eintritt.
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Der
Zentrifugenabschnitt 706 enthält weiterhin eine vertikal
ausgerichtete zylindrische Wand 798, die eine Innenfläche 800 und
eine Außenfläche 802 aufweist.
Eine Zentrifugenbodenfläche 804 ist
im wesentlichen senkrecht zur Innenfläche 800 des Zentrifugengehäuses ausgerichtet
und verfügt über eine
Ausgangsleitung 806, die durch eine zylindrische Fläche 808 begrenzt
ist, um Fluid aus der Zentrifugenkammer 784 an einen Brennkraftmaschinen-Einlasskrümmer (nicht
gezeigt) auszugeben.
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Befestigungserweiterungen 810 sind
an der Außenfläche 802 des
Zentrifugengehäuses 798 angebracht,
um das Zentrifugengehäuse
an einer Verbindungsplatte oder einer anderen Befestigungsvorrichtung
in Verbindung mit einem Brennkraftmaschinen-Einlasskrümmer anzubringen.
Jede Befestigungserweiterung 810 enthält weiterhin eine Öffnung 812,
um eine Befestigungseinrichtung durch die Befestigungseinrichtung
zu führen.
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22 zeigt
ein zusätzliches
alternatives Zentrifugal-Wirbelsystem. Diese Zeichnung stellt ein Zentrifugal-Wirbelsystem 820 dar.
Das dargestellte Zentrifugal-Wirbelsystem 820 weist
drei Abschnitte auf: einen Brennstoff-Verdampfungsabschnitt 822, einen
Hauptluftabschnitt 824 und einen Zentrifugenabschnitt 826.
Der Brennstoff-Verdampfungsabschnitt 822 verfügt über zwei
Brennstoffeinspritzdüsen 828,
die in einer Einspritzdüsenplatte 830 angebracht
sind, um Brennstoff in eine Vormischkammer 832 einzuspritzen.
Die Brennstoffeinspritzdüsen 828, die
Brennstoffeinspritzdüsenplatte 830 und
die Vormischkammer 832 sind so beschaffen wie die Brennstoffeinspritzdüsen 38,
die Einspritzdüsenplatte 42 und
die Vormischkammer 43, die in 1 dargestellt und
oben erläutert
wurden, und arbeiten im wesentlichen wie diese.
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Der
Brennstoff-Verdampfungsabschnitt 822 enthält weiterhin
ein Wirbelkammergehäuse 834 und eine
Buchse 836, die im Gehäuse 838 angeordnet ist.
Das Wirbelkammergehäuse 834,
die Buchse 836 und das Gehäuse 838 sind beschaffen
und arbeiten im wesentlichen in derselben Weise wie das Wirbelkammergehäuse 54,
die Buchse 60 und das Gehäuse 74, die oben beschrieben
wurden und in 1 und 3 dargestellt
sind. das Gehäuse 838 enthält zudem
eine Umgebungsluft-Aufnahmekammer 840 für die Aufnahme von Umgebungsluft
aus dem Umgebungsluftschlitz 842 über die Leitung 844 und
die Öffnung 846.
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Umgebungsluft
und Brennstoff werden in die Wirbelkammer 848 aus der Vormischkammer 832 über die Öffnungen 850 eingeleitet.
Das Luft-Brennstoffgemisch
wird durch einen Ausgangsanschluss 852 in einen Zwischenkanal 854 ausgegeben,
der durch eine Innenwandfläche 856 eines
Zwischengehäuses 858 ausgebildet
ist.
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Ein
Linearstellantrieb, wie etwa ein Schrittmotor 860, der
dem Schrittmotor 676 aus 20 identisch
ist und oben beschrieben wurde, ist im Zwischengehäuse 858 festgeschraubt
und im wesentlichen mit dem Ausgangsanschluss 852 ausgerichtet und
zu diesem koaxial. Der Schrittmotor 860 enthält weiterhin
einen konischen Stopfen 862. Der Schrittmotor 860 dient
als Linearstellantrieb, um den konischen Stopfen 862 über eine
Welle 864 relativ zum Ausgangsanschluss 852 zu
bewegen, um selektiv einen Strömungswiderstand
am Ausgangsanschluss 852 zu erzeugen.
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Befindet
sich die Welle 864 in einer vollständig verlängerten Stellung (nicht gezeigt),
berührt
der konische Stopfen 862 den Ausgangsanschluss 852 und
verschließt
diesen im wesentlichen, um einen Fluiddurchgang durch den Ausgangs
anschluss 852 substantiell zu verhindern. In der vollständig zurückgezogenen
Stellung, die in 22 gezeigt ist, erzeugt der
konische Stopfen 862, wenn überhaupt, einen geringen Strömungswiderstand.
Je dichter der konische Stopfen am Ausgangsanschluss 852 angeordnet
ist, desto stärkerer
Fluidwiderstand wird somit auf den konischen Stopfen 862 ausgeübt. Somit
kann der Strömungswiderstand
durch den Ausgangsanschluss 852 verändert werden, indem bewirkt
wird, dass der Schrittmotor 860 wahlweise den konischen Stopfen 862 relativ
zum Ausgangsanschluss 852 positioniert.
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Nachdem
das Fluid aus dem Ausgangsanschluss 852 am konischen Stopfen 862 vorbei
in den Zwischenkanal 854 gelangt ist, tritt das Fluid als nächstes in
den Hauptluftabschnitt 824 ein. Wie gezeigt, enthält der Hauptluftabschnitt 824 ein
Hauptluftgehäuse 870,
eine Venturidüse 872 und
eine herkömmliche
Drosselklappe 874. Der Hauptluftabschnitt 824 ist
beschaffen und arbeitet im wesentlichen in derselben Weise wie der
Hauptluftabschnitt 34, der oben beschrieben wurde und in 1 dargestellt
ist. Die Drosselklappe 874 ist schwenkbar an einer drehbaren
zentralen Welle 878 befestigt, die quer zur Richtung der
Luftströmung
F durch die Kammer 876 ausgerichtet ist. Eine Drehung der
Welle 878 stellt einen Neigungswinkel der Drosselklappe 874 in der
Kammer 876 ein, wodurch das Volumen der Luft und somit
des Luft-Brennstoffgemisches geändert wird,
das der Maschine zugeführt
wird.
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Umgebungsluft
gelangt an der Drosselklappe 874 vorbei in die Venturidüse 872 durch
einen Venturidüseneingang 880.
Ein Luft-Brennstoffgemisch tritt in die Venturidüse 872 durch eine
Abfolge länglicher Öffnungen 882 vom
Kanal 854 ein. Der Venturidüseneingang 882 ist
im Gehäuse 870 an
einer Innenfläche 870 befestigt.
Der Venturidüsenausgang 886 ist
am Zentrifugengehäuse 890 befestigt.
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Das
Zentrifugengehäuse 890 enthält eine Eintrittskammer 982 und
eine Zentrifugenkammer 894. Die Eintrittskammer 892 ist
durch eine gekrümmte
Innenfläche 896 und
eine flache Innenfläche 898 definiert.
Eine Abfolge von Ablenkplatten 900 ist tangential zur Zentrifugenkammer-Innenfläche 902 ausgerichtet.
Jede Ablenkplatte 900 enthält eine vertikal ausgerichtete
Wand 904 mit einer gekrümmten
Oberfläche 906 und
einer flachen Oberfläche 908.
Die gekrümmte
Oberfläche 906 und
die flache Oberfläche 908 jeder
Ablenkplatte schneiden sich an einem vorderen Rand 910 und
einem hinteren Rand 912. Die Ablenkplatten 900 bilden
eine Vielzahl tangentialer Leitungswege 914, um Fluid tangential
von der Eintrittskammer 892 in die Zentrifugenkammer 894 einzuleiten.
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Ein
tangentialer Leitungsweg 916 ist zudem zwischen dem flachen
Rand 898 der Eintrittskammer 892 und dem flachen
Rand 908 der Ablenkplatte 900 benachbart zum flachen
Rand 898 ausgebildet, um Fluid tangential in die Zentrifugenkammer 894 einzuleiten.
In ähnlicher
Weise ist ein tangentialer Leitungsweg 918 zwischen der
gekrümmten
Oberfläche 906 und
der flachen Oberfläche 920 ausgebildet,
die auf dem Kammergehäuse 890 ausgebildet
ist, um Fluid tangential in die Zentrifugenkammer 894 einzuleiten.
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Ein
Verlängerungsarm
oder Ableiter 924 ist integral mit dem Kammergehäuse 890 ausgebildet und
endet am Rand 926. Der Verlängerungsarm 924 beseitigt
oder verhindert substantiell, dass Fluid aus der Kammer 894 die
Kammer durch die Eintrittskammer 892 verlässt. Tatsächlich leitet
der Verlängerungsarm 924 das
Fluid, das benachbart zur Eingangskammer 892 fließt, weg
vom Leitungsweg 916. Wenngleich sie geringfügig anders
ausgebildet sind, dienen der Verlängerungsarm 924 und
die Verlängerung 788,
die in 21 gezeigt ist, im wesentli
chen demselben Zweck, der darin besteht zu verhindern, dass Fluid
die Zentrifugenkammer verlässt
und zurück
in die Venturidüse
gelangt.
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Der
Zentrifugenabschnitt 826 enthält weiterhin Ausgangsleitungswege,
die identisch zu den Ausgangsleitungswegen beschaffen sind, die
in 1 gezeigt sind und oben beschrieben wurden. Die
Zentrifugenkammer-Bodenfläche 932 verfügt zudem über einen
profilierten Bodeneinsatz, der zum profilierten Bodeneinsatz 166 identisch
ist, der in 1 und 2 gezeigt
ist.
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Befestigungsöffnungen 934, 936 und 938 sind
ebenfalls im Kammergehäuse 89 ausgebildet, damit
das Kammergehäuse
starr über
eine Verbindungsplatte (nicht gezeigt) an einem Einlasskrümmer einer
Brennkraftmaschine angebracht werden kann.
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23 zeigt
ein weiteres alternatives Wirbelkammergehäuse. Diese Zeichnung zeigt
ein Wirbelkammergehäuse 940,
das im wesentlichen eine Bodenwand 942 und eine senkrecht
verlaufende zylindrische Wand 944 enthält. Die zylindrische Wand 944 weist
eine Innenfläche 946,
einen oberen Rand 947 und eine Außenfläche 948 auf. Ein Wirbelkammergehäuse 952 ist
durch die Innenfläche 946 und die
Bodenwand 942 begrenzt. Das Wirbelkammergehäuse 940 kann
in ähnlicher
Weise verwendet werden, wie das Wirbelkammergehäuse 54, das in 1 gezeigt
und oben beschrieben ist.
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Eine
Abfolge länglicher
tangentialer Schlitze 950 ist durch die Wand 944 hindurch
von der Außenfläche 948 zur
Innenfläche 946 ausgebildet,
um ein Fluid tangential in die Wirbelkammer 952 relativ
zum verwirbelten Fluss des Fluids in der Kammer einzuleiten. Jeder
Schlitz 950 verläuft
ohne Unterbrechung vom oberen Rand 947 der Wand 944 zur
Kammergehäuse-Bodenwand 942.
Die Schlitze 950 sind tangential zur zylindrischen Innenfläche 946 der
ringförmigen
Wand 944 ausgerichtet, damit Fluid tangential zum verwirbelten
Fluss in die Wirbelkammer 952 des Wirbelkammergehäuses 940 eingeleitet
werden kann.
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Die
tangentiale Einleitung des Fluids in die Kammer 952 durch
die länglichen
Schlitze 950 erzeugt eine Bahn eines sich bewegenden Fluids,
das sich schnell über
die Wirbelkammer-Innenfläche 946 benachbart
zu den entsprechenden Schlitzen 950 bewegt. Dies verhindert
im wesentlichen, dass sich nicht verdampfte Partikel im Fluss des
Fluids an der Innenfläche 946 sammeln.
Wenn sich Tröpfchen nicht
verdampfter Fluidpartikel der Innenfläche 946 nähern oder
diese berühren,
werden derartige nicht verdampfte Partikel von der Innenfläche durch
die neuen Fluidfluss-Partikel weggeblasen, die in die Wirbelkammer 952 durch
die Schlitze eintreten. Darüber
hinaus können
unterschiedliche Breiten der Schlitze 950 Verwendung finden.
Die Schlitze 950 können
in der ringförmigen
Wand 944 mit einem Laser, eine Kreissäge oder durch ein beliebiges
anderes geeignetes Verfahren ausgebildet werden. Als ein Beispiel
können
die Schlitze 950 eine Breite von etwa 0,254 mm (0,01 Zoll)
haben.
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24 und 25 zeigen
eine weitere alternative Venturidüse. Diese Zeichnung zeigt eine
Venturidüse 954 mit
einem Gehäuse 956 und
einer Abfolge tangentialer Öffnungen 958,
die im Gehäuse 956 ausgebildet
sind. Die tangentialen Öffnungen
erstrecken sich von einer Gehäuseaußenfläche 955 zu
einer Gehäuseinnenfläche 957.
Die Öffnungen 958 sind
tangential im Gehäuse 956 ausgebildet,
damit das Fluid, wie etwa ein Luft-Brennstoffgemisch, in das Venturidüseninnere 960 tangential
durch die Öffnungen 958 eingeleitet
werden kann, um die Turbulenz des Flusses durch die Venturidüse 954 zu
verbessern.
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Wie
dargestellt, sind die tangentialen Öffnungen in einem engen Einschnürungsabschnitt 959 der Venturidüse 954 ausgebildet.
Im engen Einschnürungsab schnitt 959 ist
die Geschwindigkeit des Fluids F, das die Venturidüse 954 durchläuft, maximal. Durch
Einleiten eines zweiten Fluids tangential in das Venturidüseninnere 960 durch
die tangentialen Öffnungen 958 im
engen Einschnürungsabschnitt 959, werden
die Turbulenz und die Mischung der beiden Fluide verbessert. Das
tangentiale Einleiten des zweiten Fluids in das Venturidüseninnere 960 durch die
tangentialen Öffnungen 958 bewirkt
eine Drehung des Flusses durch das Venturidüseninnere 960, wodurch
die Turbulenz im Fluss erhöht
wird. Die verbesserte Turbulenz des Flusses durch die Venturidüse 954 verbessert
weiter die Verdampfung und Homogenisierung des Fluids, das die Venturidüse 954 durchläuft. Während das
Fluid F die Venturidüse
vom Venturidüseneingang 962 zur
Venturidüse 964 durchläuft, wird
der Fluss demzufolge durch einen tangentialen Fluss eines zweiten
Fluids, wie etwa eines Luft-Brennstoffgemisches,geschnitten, das
in das Venturidüseninnere 960 durch
die tangentialen Öffnungen 358 eintritt,
um einen verwirbelten und im wesentlichen spiralförmigen Fluss
durch die Venturidüse 954 zu
erzeugen.
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26 bis 30 zeigen
ein zusätzliches alternatives
Zentrifugal-Wirbelsystem. 27 zeigt ein
Zentrifugal-Wirbelsystem 970, das im wesentlichen einen
Wirbelkammeraufbau 972, eine erste Einschnürung 973,
eine zweite Einschnürung 977,
einen ersten Schrittmotor 979 und einen zweiten Schrittmotor 981 enthält. Wie
es in 27 und 28 dargestellt
ist, ist der Wirbelkammeraufbau 972 in ähnlicher Weise wie der Wirbelkammeraufbau 822 aus 22 ausgebildet.
Insbesondere enthält
der Wirbelkammeraufbau 972 zwei Brennstoffeinspritzdüsen 974, die
in einer Einspritzdüsenplatte 975 angebracht sind,
um Brennstoff in eine Vormischkammer 976 einzuspritzen.
Die Brennstoffeinspritzdüsen 974,
die Brennstoffeinspritzdüsenplatte 975 und
die Vormischkammer 976 sind beschaffen und arbeiten im wesentlichen
in derselben Weise wie die Brennstoffeinspritzdüsen 828, die Brennstoffeinspritzdüsenplatte 830 und
die Vormischkammer 832, die in 22 dargestellt
und oben beschrieben sind.
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Der
Wirbelkammeraufbau 972 enthält weiterhin ein Wirbelkammergehäuse 978 und
eine Buchse 990, die um das Wirbelkammergehäuse 978 innerhalb
eines Brennstoffverdampfungsgehäuses 982 angeordnet
ist. Das Wirbelkammergehäuse 978,
die Buchse 980 und das Brennstoffgehäuse 982 sind beschaffen
und arbeiten im wesentlichen in derselben Art und Weise wie das
Wirbelkammergehäuse 834, die
Buchse 836 und das Brennstoffverdampfungsgehäuse 838,
die oben beschrieben und in 22 dargestellt
sind. Das Gehäuse 982 enthält weiterhin
einen Umgebungsluft-Aufnahmeanschluss 984 (28)
für die
Aufnahme von Umgebungsluft in die Vormischkammer 976 durch
eine ringförmige
Leitung 986. Eine Feststellschraube 988 ist in
die Brennstoffeinspritzdüsenplatte 975 geschraubt
und befestigt das Wirbelkammergehäuse 978 in der Wirbelkammeranordnung 972.
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Wie
es in 27 und 28 gezeigt
ist, werden Umgebungsluft und Brennstoff in die Wirbelkammer 990 über die Öffnungen 992 eingeleitet.
Umgebungsluft wird in die Vormischkammer 976 durch die
Leitung 986 eingeleitet. Brennstoff wird in die Vormischkammer 976 durch
die Einspitzdüsen 974 eingespritzt.
Die Luft und der Brennstoff können
sich in der Vormischkammer vor dem Eintritt in die Wirbelkammer 990 mischen.
Das Luft-Brennstoffgemisch wird anschließend in die Wirbelkammer 990 durch eine
Anordnung tangentialer Öffnungen 992 gesaugt, um
einen verwirbelten Fluss von Fluid in der Wirbelkammer 990 zu
erzeugen. Der verwirbelte Fluss dient dazu, Feuchtigkeitspartikel
zu zerkleinern. Nach einer ver wirbelten Drehung in der Kammer 990 wird das
Luft-Brennstoffgemisch durch einen Ausgangsanschluss 994 in
die erste Einschnürung 973 durch eine Öffnung ausgegeben,
die in einem Zwischengehäuse 998 ausgebildet
ist. Das Zwischengehäuse 998 ist
am Gehäuse 982 entlang
einer Kontaktfläche 999 derart
befestigt, dass der Ausgangsanschluss 994 und die Öffnung im
wesentlichen ausgerichtet sind.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 27 ist ein
erster Linearstellantrieb, wie etwa ein Schrittmotor 979 durch
Verschraubung mit dem Zwischengehäuse 998 verbunden
und ist im wesentlichen koaxial mit der Öffnung 996 und dem
Ausgangsanschluss 994 ausgerichtet. Der Schrittmotor ist
identisch mit dem Schrittmotor 676, der in 20 dargestellt
und oben beschrieben ist. Ein konischer Stopfen 1000 ist mit
dem Schrittmotor 978 über
eine durch eine Feder vorgespannte Welle 1002 verbunden.
Der Schrittmotor 979 arbeitet als Linearstellantrieb, um
den konischen Stopfen 1000 über eine Welle 1002 relativ
zur Öffnung 996 und
dem Aus gangsanschluss 994 zu bewegen und so den Fluss durch
den Ausgangsanschluss 994 zu beschränken.
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Wenn
sich die Welle 1002 in einer vollständig ausgefahrenen Stellung
(nicht gezeigt) befindet, steht der konische Stopfen 1000 mit
der Öffnung 996 in
Eingriff und verschließt
diese im wesentlichen, um den Fluiddurchgang durch den Ausgangsanschluss 994 in
die erste Einschnürung 973 substantiell
zu verhindern. In einer vollständig
zurückgezogenen
Stellung (nicht gezeigt) erzeugt der konische Stopfen 1000,
wenn überhaupt,
einen geringen Strömungswiderstand.
Je dichter somit der konische Stopfen 1000 am Ausgangsanschluss 994 und
der Öffnung 996 angeordnet
ist, desto mehr Strömungswiderstand
wird durch den konischen Stopfen 1000 ausgeübt. Somit kann
der Strömungswiderstand
durch den Ausgangsanschluss 994 und die Öffnung 996 gesteuert werden,
indem der Schrittmotor 979 veranlasst wird, den konischen
Stopfen 1000 wahlweise relativ zur Öffnung 996 und zum
Ausganganschluss 994 zu positionieren.
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Nachdem
das Fluid vom Ausgangsanschluss 994 durch die Öffnung 996 und
am konischen Stopfen vorbeigeflossen ist, tritt das Fluid in die
erste Einschnürung
ein. Wie gezeigt, enthält
die Einschnürung 973 einen
Leitungsweg, der im Zwischengehäuse 998 und
im Ausgangsgehäuse 1004 ausgebildet
ist. Im Zwischengehäuse 998 ist
die erste Einschnürung 973 durch
eine Innenfläche 1006 begrenzt.
In ähnlicher
Weise ist im Ausgangsgehäuse 1004 die
erste Einschnürung 973 durch
eine Innenfläche 1008 begrenzt.
Das Ausgangsgehäuse 1004 enthält weiterhin
eine Vielzahl von Befestigungsöffnungen 1005,
um das Zentrifugal-Wirbelsystem 970 an einer herkömmlichen
Maschine (nicht gezeigt) zu befestigen.
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Eine Öffnung 1010 ist
im Zwischengehäuse 999 von
der Innenfläche 1006 der
ersten Einschnürung 973 zu
einer Innenfläche 1007 der
zweiten Einschnürung 977 ausgebildet.
Wie es gezeigt ist, begrenzt die Öffnung 1010 einen
Leitungsweg 1111, der die erste Einschnürung 973 mit der zweiten
Einschnürung 977 verbindet.
Ist der Leitungsweg 1111 nicht blockiert, kann somit Fluid
von der ersten Einschnürung 973 in
die zweite Einschnürung 977 durch den
Leitungsweg 1111 fließen.
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Ein
zweiter Linearstellantrieb, wie etwa der Schrittmotor 981,
ist ebenfalls mit dem Zwischengehäuse 998 verschraubt,
im wesentlichen mit der Öffnung 1010 ausgerichtet
und zu dieser koaxial verlaufend und mit einem konischen Stopfen 1012 über eine
Welle 1014 verbunden. Der Schrittmotor 981 arbeitet
als Linearstellantrieb, um den konischen Stopfen 1012 über die
Welle 1014 relativ zur Öffnung 1010 zu
bewegen und so wahlweise einen Strömungswiderstand zu erzeugen
oder die Öffnung 1010 im
wesentlichen zu verschließen.
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Wenn
sich die Welle 1014 in einer vollständig ausgefahrenen Stellung
(nicht gezeigt) befindet, berührt
der konische Stopfen 1012 die Öffnung 1010 und verschließt diese
im wesentlichen, um einen Fluiddurchgang von der ersten Einschnürung 973 in
die zweite Einschnürung 977 durch
den Leitungsweg 1111 substantiell zu verhindern. In einer
vollständig zurückgezogenen
Stellung (nicht gezeigt) übt
der konische Stopfen 1012, sofern überhaupt, einen geringen Strömungswiderstand
auf ein Fluid aus, das von der ersten Einschnürung 973 in die zweite
Einschnürung 977 durch
den Leitungsweg 1111 fließt. Je dichter der konische
Stopfen 1012 somit an der Öffnung 1010 angeordnet
ist, desto mehr Strömungswiderstand
wird durch den konischen Stopfen 1012 ausgeübt. Somit
können
der Strömungswiderstand
und infolgedessen der Fluss durch den Leitungsweg 1111 durch
Betätigung
des Schrittmotors 981 gesteuert werden, um den konischen
Stopfen 1012 wahlweise relativ zur Öffnung 101 zu positionieren.
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Wie
es in 27 und 29 dargestellt
ist, ist eine erste Venturidüse 1020 in
einer Innenfläche 1008 der
ersten Einschnürung 973 angeordnet.
In ähnlicher
Weise ist eine zweite Venturidüse 1022 in einer
Innenfläche 1024 der
zweiten Einschnürung 977 angeordnet.
Die Venturidüsen 1020 und 1022 sind
beschaffen und arbeiten im wesentlichen in derselben Art und Weise
wie die Venturidüse 872,
die in 22 dargestellt ist. Es wird
jedoch darauf hingewiesen, dass die Venturidüse 954, die in 24 und 25 dargestellt
und oben beschrieben ist, ebenfalls in wirkungsvoller Weise verwendet
werden kann.
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29 stellt
dar, dass Umgebungsluft in das System 970 durch Umgebungsluftröhren 1021 und 1023 eintritt.
Die Luftröhren 1021 und 1023 begrenzen
jeweils Röhreninnenleitungswege 1025 und 1027. Um
die Menge der Umgebungsluft zu steuern, die in die Venturidüsen 1020 und 1022 durch
die entsprechenden Venturidüsenöffnungen 1026 und 1028 eintritt,
sind die Drosselklappen 1030 und 1032 vorgesehen.
Die Drosselklappen 1030 und 1032 sind drehbar an
Drehwellen 1034 bzw. 1036 angebracht. Die Drehwellen 1034 und 1036 sind
quer zur Richtung des Luftstroms F durch die Venturidüsen 1020 und 1022 angeordnet.
Die Drehung der Wellen 1024 und 1036 stellt einen
Neigungswinkel der Drosselklappen 1030 bzw. 1032 ein,
wodurch das Volumen der Luft und somit des Luft-Brennstoffgemisches geändert wird,
das der Maschine zugeleitet wird. Wie es in 28 gezeigt
ist, sind die Drosselklappen an den Wellen 1034 und 1036 jeweils
durch Befestigungseinrichtungen, wie etwa Schrauben 1040 (28), angebracht.
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Wie
es in 27 und 28 dargestellt
ist, ist die zweite Einschnürung 977 größer als
die erste Einschnürung 973 und
somit in der Lage, einen größeren Fluss
aufzunehmen. In ähnlicher
Weise ist die zweite Venturidüse 1022 größer als
die erste Venturidüse 1020 und
somit in der Lage, einen größeren Fluss
aufzunehmen.
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Wie
es im folgenden detaillierter Beschrieben wird, werden die erste
Einschnürung 973 und
die zweite Venturidüse 1020 ausschließlich bei
weniger Umdrehungen pro Minute verwendet, um ein Maschinenansprechverhalten
mit großer
Empfindlichkeit zu ermöglichen.
Bei mehr Umdrehungen pro Minute werden sowohl die erste als auch
die zweite Einschnürungen 973 und 977 verwendet,
um es dem System zu gestatten, eine höhere volumetrische Effizienz
zu erreichen.
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Unter
Bezugnahme auf 26, 28 und 30 wird
die Stellung der Drosselklappen 1030 und 1032 durch
eine Verbindungsanordnung 1042 gesteuert. Die Verbindungsanordnung 1042 enthält im wesentlichen
einen ersten Hebelarm 1044 ein Verbindungselement 1046 und
einen zweiten Hebelarm. Der zweite Hebelarm 1048 ist in
die geschlossene Stellung vorgespannt, die in 26 und 30 dargestellt
ist. Der erste Arm 1044 ist starr an der ersten Welle 1034 derart
befestigt, dass, wenn der erste Arm 1044 relativ zum Ausgangsgehäuse 1004 geschwenkt
wird, sich die erste Welle 1034 ebenfalls dreht, wodurch
die erste Drosselklappe 1030 gedreht wird. In ähnlicher
Weise ist der zweite Arm 1048 starr an der zweiten Welle 1036 derart
befestigt, dass, wenn sich der zweite Arm 1048 relativ
zum Aus gangsgehäuse 1004 dreht,
die zweite Welle 1036 und somit die zweite Drosselklappe 1032 gedreht werden.
Das Verbindungselement 1046 ist schwenkbar am ersten Arm 1044 durch
eine Öffnung 1050 hindurch
befestigt. Das gegenüberliegende
Ende des Verbindungselementes ist gleitend innerhalb eines länglichen
Schlitzes 1052 angeordnet, der im zweiten Arm 1048 ausgebildet
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 26 und 30 ist
die Verbindungsanordnung 1042 in einer geschlossenen Stellung
dargestellt, wobei sowohl die erste als auch die zweite Drosselklappe 1030 und 1032 im
wesentlichen geschlossen ist. Wenn sich der erste Arm 1044 um
die erste Welle 1034 im Uhrzeigersinn drehen, öffnet sich
die erste Drosselklappe 1030 (28) und
lässt Luft
in die erste Venturidüse 1020 (29).
Während
sich der erste Arm 1044 im Uhrzeigersinn dreht, gleitet
darüber
hinaus das Verbindungselement 1046 entlang des Schlitzes 1052, der
im zweiten Arm 1048 ausgebildet ist. Wenn sich der erste
Arm 1044 weiter um Uhrzeigersinn dreht und die erste Drosselklappe 1030 weiter öffnet, bewegt
sich das Verbindungselement 1046 durch den Schlitz 1052,
bis es das Schlitzende 1054 berührt. Sobald das Verbindungselement 1046 das
Schlitzende 1054 berührt
hat, bewirkt eine zusätzliche
Drehung des ersten Arms 1044 im Uhrzeigersinn, dass sich
der zweite Arm 1048 dreht, wodurch die zweite Drosselklappe 1032 geschwenkt
wird und die zweite Einschnürung öffnet. Das
Verbindungselement 1046 berührt das Schlitzende 1054,
wenn die erste Drosselklappe 1030 in einem vorbestimmten
Umfang geöffnet
wird. Dieser vorbestimmte Umfang kann eine Öffnung von etwa 40% sein.
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Durch
weiteres Drehen des ersten Arms 1044 im Uhrzeigersinn,
nachdem das Verbindungselement 1046 in Kontakt mit dem
Schlitzende 1054 gelangt ist, bewirkt das Verbindungselement 1046,
dass sich der zweite Arm 1048 im Uhrzeigersinn dreht, wodurch
die zweite Drosselklappe 1032 geöffnet wird. Das heißt, sobald
die erste Drosselklappe 40% zur vollen Öffnung geöffnet ist, gelangt das Verbindungselement 1046 mit
dem Schlitzende 1054 in Eingriff und beginnt die zweite
Drosselklappe 1032, sich zu öffnen. In der vollständig geöffneten
Stellung, die mit Phantomlinien in 30 gezeigt
ist, sind der erste und der zweite Arm 1044 und 1048 derart
ausgerichtet, dass sowohl die Drosselklappe 1030 als auch 1032 vollständig geöffnet ist.
Wie es im folgenden detaillierter beschrieben wird, bewirkt eine
Drehung des ersten Arms 1044 gegen den Uhrzeigersinn ein Schließen der
ersten und der zweiten Drosselklappe 1030 und 1032.
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Unter
Bezugnahme auf 27 ist es für den zweiten Linearstellantrieb 981 vorteilhaft,
den konischen Stopfen 1012 aus der Öffnung 1010 zu entfernen,
wenn die zweite Drosselklappe 1032 beginnt, sich zu öffnen. Auf
diese Weise ist die erste Einschnürung 973 der einzige
Flussweg für
das Luft-Brennstoffgemisch bei wenigen Umdrehungen pro Minute, wenn
die erste Drosselklappe 1030 weniger als einen vorbestimmten
Umfang, wie etwa 40%, geöffnet
ist. Wenn sich die erste Drosselklappe über den vorbestimmten Umfang öffnet, wird
der Stopfen 1012 aus der Öffnung 1010. gezogen
und die zweite Drosselklappe 1032 geöffnet, damit das Luft-Brennstoffgemisch
sowohl die erste als auch die zweite Einschnürung 973 und 977 durchlaufen
kann, um die volumetrische Effizienz des Systems bei mehr Umdrehungen
pro Minute der Maschine zu verbessern. Die Stellungen der Drosselklappen 1030 und 1032 können fortwährend von
Drosselklappensensoren überwacht
werden, die mit den Wellen 1034 und 1036 durch
Sensorverbinder 1037 und 1039 (26)
verbunden sind. Demzufolge kann ein Ansprechverhalten relativ hoher
Empfindlichkeit bei wenigen Umdrehungen pro Minute der Maschine
durch ausschließliches
Verwenden der kleineren ersten Einschnürung 973 erreicht
werden. Anschließend kann
bei mehr Umdrehungen pro Minute der Maschine, wenn die volumetrische
Effizienz gewünscht
ist, die zweite Einschnürung 977 zusätzlich zu
ersten Einschnürung 973 verwendet
werden.
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31 zeigt
ein weiteres alternatives Wirbelsystem. 31 zeigt
allgemein, dass die Aufbauten und Verfahren, die in 26 bis 30 dargestellt
sind, die oben erläutert
wurden, ebenso in Verbindung mit einem Vierstromvergasersystem verwendet
werden können.
Eine Seite des Vierstromvergasersystems ist im wesentlichen ein
Spiegelbild der anderen Seite. Insbesondere zeigt 31 zwei
Wirbelkammeraufbauten 1060 und 1062. Jeder Wirbelkammeraufbau 1060 und 1062 ist
identisch aufgebaut und arbeitet in derselben Weise wie der Wirbelkammeraufbau 972,
der in 27 und 28 dargestellt
ist und oben beschrieben wurde. In ähnlicher Weise zeigt 31 zwei
erste Linearstellantriebe 1064 und 1066. Die ersten
Linearstellantriebe 1064 und 1066 sind aufgebaut
und arbeiten in derselben Weise wie der erste Linearstellantrieb 979,
der in 27 dargestellt und oben beschrieben
ist. 31 zeigt zwei zweite Linearstellantriebe 1068 und 1070, die
in derselben Weise aufgebaut sind und arbeiten wie der zweite Linearstellantrieb 981,
der in 27 gezeigt und oben beschrieben
ist.
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Die
beiden Linearstellantriebe 1064 und 1068 sind
in einem ersten Zwischengehäuse 1072 angebracht.
Das Zwischengehäuse 1072 ist
in einer Weise aufgebaut und arbeitet identisch wie das Zwischengehäuse 998,
das in 27 dargestellt und oben beschrieben
ist. In ähnlicher
Weise sind die Linearstellantriebe 1066 und 1070 ebenfalls
in einem Zwischengehäuse 1074 angebracht,
das in identischer Weise aufgebaut ist und arbeitet wie das Zwischengehäuse 998,
das in 27 dargestellt und oben beschrieben
ist.
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Eine
Ausgangsöffnung 1078 befindet
sich zwischen den Zwischengehäusen 1072 und 1074. Das
Ausgangsgehäuse 1078 gleicht
dem Ausgangsgehäuse 1004,
das in 26 bis 29 gezeigt
und oben beschrieben ist. Der Hauptunterschied zwischen dem Ausgangsgehäuse 1078 und
dem Ausgangsgehäuse 1004 besteht
darin, dass das Ausgangsgehäuse 1078 mit
zwei ersten benachbarten Einschnürungen
und zwei zweiten benachbarten Einschnürungen für die Aufnahme eines Flusses
durch zwei erste Drosselklappen 1080 und 1082 bzw.
zwei zweiten Drosselklappen 1084 und 1086 versehen
ist.
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Die
ersten Drosselklappen 1080 und 1082 sind beschaffen
und arbeiten in derselben Weise wie die erste Drosselklappe 1030,
die in 29 gezeigt und oben beschrieben
ist. In ähnlicher
Weise sind die zweiten Drosselklappen 1084 und 1086 beschaffen und
arbeiten in derselben Weise wie die zweite Drosselklappe 1032,
die in 29 dargestellt und oben beschrieben
ist. Die ersten Drosselklappen 1080 und 1082 sind
beide starr an einer einzigen ersten Welle 1090 durch Befestigungseinrichtungen 1092 angebracht.
In ähnlicher
Weise sind die zweiten Drosselklappen 1084 und 1086 an
einer zweiten Welle 1094 durch Befestigungseinrichtungen
angebracht.
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Die
Stellungen der ersten Drosselklappen 1080 und 1082 sowie
die Stellungen der zweiten Drosselklappen 1084 und 1086 werden über ein
Verbindungssystem 1100 gesteuert. Das Verbindungssystem 1110 enthält einen
ersten Arm 1102, einen zweiten Arm 1104 und ein
Verbindungselement 1106. Der erste Arm 1102, der
zweite Arm 1104 und das Verbindungselement 1106 sind
beschaffen und arbeiten im wesentlichen in derselben Art und Weise wie
der erste Arm 1044, der zweite Arm 1048 und das Verbindungselement 1046 des
Verbindungssystems 1042, das in 26 und 30 dargestellt
und oben beschrieben ist. Um weiterhin die Stellungen der Drosselklappen
zu übrwachen,
sind die Drosselklappensensoren 1108 und 1110 mit
den Wellen 1090 bzw. 1094 verbunden. Das Ausgangsgehäuse 1078 kann
auf einfache Weise an einer herkömmlichen Maschine
(nicht gezeigt) durch herkömmliche
Befestigungsöffnungen 1112 angebracht
sein.
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Der
Betrieb des Zentrifugal-Wirbelsystems, das in 1 bis 6 gezeigt
ist, wird im folgenden beschrieben. Flüssigkeit, wie etwa Brennstoff
wird elektrisch gesteuert, bemessen und als Aerosol durch die Ausgangsanschlüsse 46 der
Brennstoffeinspritzdüsen 38 in
die Vormischkammer 44 eingespritzt. Wenngleich hier Brennstoff
das erwähnte
Fluid ist, können
andere Fluide, wie etwa Medizin und eine Abfallflüssigkeit,
ebenfalls mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren
verdampft und homogenisiert werden.
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Wenn
Brennstoff in die Vormischkammer 44 gespritzt wird, öffnet sich
die Drosselklappe, damit eine Luftmenge in die Venturidüse 82 eingeleitet
werden kann. Die Luftmenge, die an der Drosselklappe 84 passieren
kann, ist proportional zur Menge des Fluids, das in die Vormischkammer
durch die Ausgangsanschlüsse 46 der
Brennstoffeinspritzdüsen 38 gespritzt
wird. Ein von der Maschine erzeugter Unterdruck saugt das Fluid
aus der Mischkammer 44 durch der Öffnungen 66, die im
Kammergehäuse 54 ausgebildet
sind.
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Wenn
die Maschine arbeitet, wird ein Teilunterdruck im Maschineneinlasskrümmer (nicht
gezeigt erzeugt). Befindet sich die Drosselklappe in einer geschlossenen
Stellung, wird das Luft-Brennstoffgemisch geringeren Drucks in der
Vormischkammer 44 tangential durch die Öffnungen 66 in die
Wirbelkammer 64 gesaugt. Insbesondere wird Luft für die Wirbelkammer
durch den Schlitz 94 eingeleitet und durchläuft den
Umgebungsluftkanal 100 und die Leitung 102 in
die Umgebungsluftleitung 50. Aus der Umgebungsluftleitung 50 wird
Umgebungsluft in die Vormischkammer geleitet, in der sich die Umgebungsluft
mit dem Aerosol brennstoff vor dem Eintritt in die Öffnungen 66 zu
einem Luft-Brennstoffgemisch mischt.
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Das
Luft-Brennstoffgemisch wird im wesentlichen tangential in die Wirbelkammer 64 eingeleitet, in
der das Fluid durch Fluid, das durch die Öffnungen 66 eintritt,
drehbeschleunigt wird. Die Menge des Fluids, das in die unterschiedlichen Öffnungen 66 eintritt,
wird im wesentlichen durch die Buchse 66 vereinheitlicht.
Die Innenfläche 56 der
Buchse beschränkt
den Fluss des Fluids, das in die Öffnungen eintritt, gemäß dem Ort
der Öffnung
relativ zum Ausgangsanschluss 70, der ein Niederdruckende
des Flusses enthält,
der die Wirbelkammer 64 durchläuft.
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Die
Buchse erzeugt im wesentlichen eine erhöhte Beschränkung an den Öffnungen,
die dichter am Ausgangsanschluss 70 gelegen sind, und eine, sofern überhaupt,
geringere Beschränkung
an den Öffnungen,
die am weitesten vom Niederdruckende entfernt sind (Ausgangsanschluss 70).
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Sobald
das Fluid in die Wirbelkammer 64 eingeleitet ist, wird
das Fluid drehbeschleunigt, wodurch nicht verdampfte Partikel des
Fluids im Fluss in kleiner Partikel zerkleinert werden, verdampft
werden, oder beides. Wenn das Fluid den Ausgangsanschluss 70 erreicht,
fließt
das Fluid von der Kammer 64 in die Zwischenkammer 136 als
eine sich drehende Säule
Fluid. In der Zwischenkammer 135 entfaltet sich das Fluid
an sich selbst, wodurch die sich drehende Säule Fluid aufgelöst und eine
zusätzliche Turbulenz
und Homogenisierung- des Flusses erzeugt wird.
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Anschließend wird
der Fluss durch den Teilunterdruck; der durch den Maschinenkrümmer erzeugt
wird, durch die länglichen Öffnungen 106 der Venturidüse 82 gesaugt.
Die länglichen Öffnungen 106 sind
deutlich größer und
zahlreicher als die herkömmlichen
kleinen runden Venturikammeröffnungen,
da sie darauf ausgelegt sind, einen Druckabfall zu verringern und
einen Fluss von bis zu 60 ft3/m zu ermöglichen.
In der Venturidüse 82 wird
die Umgebungsluft, die durch die Drosselklappe 84 zugeleitet wird,
mit dem Luft-Brennstoffgemisch gemischt, wenn das Luft-Brennstoffgemisch
durch die Öffnungen
eintritt. Das Umgebungsluft-Brennstoffgemisch wird
in der Venturidüse 82 weiter
gemischt und wenigstens teilweise homogenisiert.
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Der
Teilunterdruck des Maschinenkrümmers saugt
als nächstes
das Fluid durch die Zentrifugen-Einlassöffnung 144, wenn das
Fluid in die Eintrittskammer 146 gelangt. Die Eintrittskammer
dient dazu, das Fluid weiter zu mischen und zu homogenisieren und
das Fluid tangential in die Zentrifugenkammer 152 zu leiten.
Insbesondere erzeugen die Ablenkplatten 150, die in der
Eintrittskammer 146 ausgebildet sind, eine Abfolge tangentialer
Leitungswege 200, 202 und 204, durch
die das Fluid tangential in die Zentrifugenkammer 162 durch
den Maschinenkrümmer-Teilunterdruck
gesaugt wird.
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In
der Zentrifugenkammer 152 wird das Fluid drehbeschleunigt,
wodurch die größten oder schwersten
Partikel infolge ihrer Masse zum Umfang der Zentrifugenkammer 152 bewegt
werden, wo diese schwereren oder massiveren Partikel mit der Innenfläche 156 kollidieren
und weiter zerkleinert und verdampft werden.
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Um
das Volumen der Zentrifugenkammer 152 zu verringern, ist
es vorteilhaft, dass die Höhe der
Seitenwand 156 geringer ist als der Innendurchmesser 114 der
Venturidüse
am Venturiausgang 110. Um darüber hinaus das Volumen der
Zentrifugenkammer 152 zu verringern und den Zentrifugalfluss
in der Kammer 152 zu verbessern, erstreckt sich ein Erweiterungselement 162 von
der oberen Wand 160 des Zentrifugengehäuses.
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Anschließend wird
das Fluid durch den Maschinenunterdruck in die vier Ausgänge 154 gesaugt. Während sich
die leichteren Partikel des Flusses zentrifugal zum Zentrum des
Zentrifugengehäuses 152 fortbewegen,
werden sie in einem Winkel durch den konisch geformten Abschnitt
der profilierten Oberseite 170 in die Öffnungen, die im konisch geformten
Abschnitt 180 ausgebildet sind, und in die vier Ausgänge 154 geleitet.
Durch Ausgeben des Fluids aus der Zentrifugenkammer in der beschriebenen Art
und Weise, erhält
man eine gleichmäßigere Kohlenwasserstoffverteilung
infolge der allgemeinen Tendenz des Kohlenwasserstoffs, sich in
Richtung zur Außenseite
des zentrifugalen Flusses in der Zentrifugenkammer anzuordnen. Wo
lediglich ein Ausgang verwendet wird, ist im Gegensatz dazu die
Ausgabe aus der Zentrifuge infolge der Tendenz der Kohlenwasserstoffe, sich
in Richtung zur Außenseite
des zentrifugalen Flusse anzuordnen, weniger gleichmäßig.
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Wendet
man sich nun 7 zu, wird dem Wirbelaufbau 220 ein
Aerosolbrennstoff durch die Brennstoffeinspritzdüsen 222 zugeführt. Die
Brennstoffeinspritzdüsen 222 spritzen
Brennstoff in eine Vormischkammer 242. Umgebungsluft wird
ebenfalls in die Vormischkammer 242 über die Umgebungsluftleitung 244 eingeleitet.
In der Vormischkammer werden der Aerosolbrennstoff und die Umgebungsluft derart
gemischt, dass sie in die Wirbelkammer 248 durch die Öffnung 260 als
Luft-Brennstoffgemisch eintreten.
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In ähnlicher
Weise wie die Buchse 60 (1), dient
die Buchse 272 als Differentialdruckzufuhr, um die Menge
des Flusses durch die unterschiedlichen Öffnungen 260 zu vereinheitlichen.
Das Luft-Brennstoffgemisch tritt in die Wirbelkammer 248 durch
die Öffnung 216 in ähnlicher
Weise ein, wie es in Verbindung mit der Wirbelkammer 54 und
der Öffnung 66 von 1 beschrieben
wurde. Wenn das Luft-Brennstoffgemisch
den U-förmigen
Ausgangsanschluss 340 verlässt, tritt das Gemisch in eine Mischkammer 350 ein,
bevor es in die Wirbelkammer 250 durch die Öffnungen 262 gelangt.
Bei diesem Aufbau erhalten die Öffnungen 262 das
Luft-Brennstoffgemisch. ausschließlich vom Ausgang aus der Wirbelkammer 248,
um ein im wesentlichen konstantes Luft-Brennstoffverhältnis beizubehalten,
wenn das Luft-Brennstoffgemisch die Kammern 248 und 250 durchläuft.
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Anschließend verlässt das
Luft-Brennstoffgemisch den U-förmigen
Ausgangsanschluss 242 und tritt in die Mischkammer 352 ein,
bevor es in die Wirbelkammer 252 durch die Öffnungen 264 gelangt. Wiederum
bleibt das Luft-Brennstoffverhältnis des Luft-Brennstoffgemisches
im wesentlichen konstant, während
das Fluid die Wirbelkammern 250 und 252 durchläuft.
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Nach
dem Verlassen des Ausgangsanschlusses 344 des Kammergehäuses 228,
fließt
das Fluid weiter durch die Mischkammer 354, die Öffnungen 266 und
die Wirbelkammer in identischer Weise, wie sie in Verbindung mit
der Wirbelkammer 252 beschrieben ist. Bei Verlassen des
U-förmigen
Ausgangsanschlus ses 346, tritt das Fluid in die Mischkammer 356 ein
und durchläuft
die Öffnungen 268 in die
letzte Kammer 256 vor dem Verlassen des Ausgangsanschlusses 348.
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Mit
dem Durchlaufen der vier Kammern 248 bis 256 wird
das Fluid zunehmend verdampft und in eine Gasphase umgewandelt,
während
es sich von einer Kammer zur nächsten
fortbewegt. Demzufolge gestattet es diese Ausführungsform, dass das Luft-Brennstoffgemisch
zahlreiche Wirbelkammern durchläuft,
während
ein im wesentlichen konstantes Luft-Brennstoffgemisch beibehalten
wird.
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Wendet
man sich nun der Ausführungsform zu,
die in 15 bis 17 gezeigt
ist, so wird Brennstoff in eine erste Kammer 426 von einer
herkömmlichen
Brennstofffeinspritzdüse 424 eingespritzt.
Anschließend
wird Luft in die Kammer durch die Öffnungen 436 eingeleitet,
um das Fluid drehzubeschleunigen. Während sich das Fluid von der
Kammer 428 zur Kammer 430 fortbewegt, durchläuft es eine
Düse 490,
die bewirkt, dass das Fluid zusätzlichen
Druckunterschieden unterworfen wird, um die Verdampfung des Fluids
zu verbessern. Das Fluid bewegt sich weiter durch die unterschiedlichen
Kammern 430 bis 434 und die Düsen 488 und 486 fort. Wenn
das Fluid den Ausgangsanschluss 484 erreicht, wird es in
eine längliche
Leitung 478 eingeführt,
die vom Fluid durchflossen wird, bis es den Ausgang 479 erreicht.
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Um
die Probleme des Beschleunigungsruckens abzuschwächen, wird die längliche
Leitung 478 selektiv durch die Kammern 430 bis 434 in
ein direkte Verbindung mit der Düse 490 geleitet,
um die Kammer 428 selektiv zu isolieren und es dem Fluid zu
gestatten, die Kammern 430 bis 434 zu umgehen.
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Bei
der Beschleunigung wird das Solenoid 476 aktiviert, das
bewirkt, dass die Leitungsbasis 480 entlang der Innenfläche 466 des
Rohrabschnittes 456 gleitet, wodurch die Feder zusammengedrückt 482 und
die Umgehungsleitung 478 in einen direkten Kontakt mit
der Kammer 428 bewegt wird. In den meisten Fällen liegt
die Dauer des Einfügens
im Bereich von 0,5 Sekunden.
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Nachdem
das Fluid den Ausgang 479 verlassen hat, tritt es in die
Venturidüse 506 ein,
und wird in die Zentrifugenkammer durch den Ausgangskanal 532 gelei tet.
Anschließend
wird das Fluid nach einer zentrifugalen Drehung in der Zentrifugenkammer 542 durch
den Ausgang 548 in den Maschinenkrümmer (nicht gezeigt) geleitet.
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Der
Mechanismus, der in 20 gezeigt ist, ermöglicht eine
wahlweise Veränderung
der wirksamen Querschnittsfläche
des Ausgangs 660.
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Ein
alternatives Wirbelkammergehäuse
ist in 23 dargestellt. Während des
Betriebs erhält
das Wirbelkammergehäuse 940 Fluid
durch die tangentialen Schlitze 950 in das Kammerinnere 952,
um einen verwirbelten Fluss von Fluid im Kammerinneren 952 zu
erzeugen. Die länglichen
Schlitze 950 leiten das Fluid tangential in das Kammerinnere
als eine Fluidbahn entlang der Innenfläche 946 des Wirbelkammergehäuses, um
zu verhindern, dass sich flüssige
Partikel an der Innenfläche 946 sammeln.
Wenn sich das Fluid verwirbelt in der Kammer 952 dreht, bewirken
die Druckunterschiede und die Gesamtturbulenz des Flusses in der
Kammer 952 eine Verdampfung und Homogenisierung des Fluids.
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24 und 25 zeigen
ein alternative Venturidüse 956.
Während
des Betriebs erhält
die Venturidüse 956 eine
Fluidfluss durch die Venturidüseneinlassöffnung 962.
Dieser Fluidfluss wird anschließend
mit einem Luft-Brennstoffgemisch gemischt, das in das Venturidüseninnere 960 durch
die tangentialen Öffnungen 958 eintritt,
die in der Wand 956 ausgebildet sind, um einen spiralförmigen Fluss des
Fluids durch die Venturidüse 954 zu
erzeugen. Die tangentiale Einleitung des Luft-Brennstoffgemisches in das Venturidüseninnere 960 bewirkt
eine spiralförmige
Drehung des Flusses durch die Venturidüse 954. Das Luft-Brennstoffgemisch
wird vorteilhaft in den engen Einschnürungsabschnitt 959 des Venturidüseninneren 960 eingeleitet,
weil der enge Einschnürungsabschnitt 959 den
Bereich des schnellsten Luftstroms in der Venturidüse 954 enthält. Durch
Erzeugung eines spiralförmigen
Fluidflusses durch die Venturidüse 956,
werden die Turbulenz und somit die Verdampfung sowie Homogenisierung des
Fluids wesentlich verbessert.
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26 bis 30 zeigen
ein zusätzliches Zentrifugal-Wirbelsystem 970.
Wie in 27 und 28 dargestellt,
wird Brennstoff in die Vormischkammer 976 durch die Brenn stoffeinspritzdüsen 974 eingespritzt.
Das Luft-Brennstoffgemisch wird anschließend tangential in die Wirbelkammer 990 durch eine
Anordnung tangentialer Öffnung 992 eingeleitet, die
im Wirbelkammergehäuse 978 ausgebildet
sind. Das Luft-Brennstoffgemisch wird anschließend durch den Ausgangsanschluss 994 ausgegeben.
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Befindet
sich die Maschine im Leerlauf, ist die zweite Einschnürung 977 im
wesentlichen durch den konischen Stopfen 1012 verschlossen,
der mit der Öffnung 1010 in
Eingriff steht. Darüber
hinaus befindet sich die zweite Drosselklappe 1032 (29)
in einer geschlossenen Stellung. Während sich die Maschine im
Leerlauf befindet, ist der erste konische Stopfen 1000 einen
Abstand über
die Öffnung 996 angehoben,
damit ein geringer Fluss des Luft-Brennstoffgemisches vom Ausgangsfluss 994 in
die erste Einschnürung 973 gelangen
kann. Im Leerlauf ist die erste Drosselplatte 1030 (29)
geschlossen. Wenn anschließend
die Maschinendrehzahl aus dem Leerlauf zunimmt, bewegt der erste
Linearstellantrieb 978 den konischen Stopfen von der Öffnung 996 weg,
damit eine größere Menge
des Luft-Brennstoffgemisches durch die Öffnung 996 in die
erste Einschnürung 973 gelangen
kann. Gleichzeitig beginnt die erste Drosselklappe 1030,
sich zu öffnen,
um die Menge des Luft-Brennstoffgemisches zu erhöhen, das der Maschine zugeleitet
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 26 und 30 dreht
sich, wenn sich die erste Drosselklappe 1030 weiter öffnet, die
erste Arm 1044 im Uhrzeigersinn, wodurch sich das Verbindungselement 1046 durch den
Schlitz 1052 fortbewegt, der im zweiten Arm 1048 ausgebildet
ist. Wurde die erste Drosselklappe 1032 in bis zu einer
vorbestimmten Stellung geöffnet, wie
etwa 40% der Öffnung,
berührt
das Verbindungselement 1046 das Ende 1054 des
Schlitzes und das Verbindungselement 1046 beginnt, den
zweiten Arm 1048 zu bewegen. Die Drehung des zweiten Arms 1048 beginnt
anschließend,
die zweite Drosselklappe 1032 durch Drehung der Welle 1036 zu öffnen.
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Gleichzeitig
mit der Öffnung
der zweiten Drosselklappe 1032 löst der zweite Linearstellantrieb 981 den
konischen Stopfen 1012 aus der Öffnung 1010, um einen
Fluss durch den Leitungsweg 1111 zu ermöglichen. Wenn sich die Drosselklappe 1030 weiter über die
vorbestimmte Stellung hinaus bewegt, öffnet sich somit die zweite
Drosselklappe 1032, wodurch der Leitungsweg 1111 geöffnet wird, um
es dem Fluid zu gestatten, sowohl durch die erste als auch die zweite
Einschnürung 973 und 977 zu fließen, um
die volumetrische Effizienz des Systems 970 zu verbessern.
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Während sich
die erste Drosselklappe 1030 weiter öffnet, bewirkt die Verbindungsanordnung 1042 weiterhin,
dass sich die zweite Drosselklappe öffnet, so dass, wenn die erste
Drosselklappe 1030 vollständig geöffnet ist, die zweite Drosselklappe 1032 ebenfalls
geöffnet
ist. Wenn die erste und die zweite Drosselklappe 1030 und 1032 vollständig geöffnet sind,
sind die konischen Stopfen 1000 und 1012 vollständig zurückgezogen,
um den Fluss durch die erste und die zweite Einschnürung 973 und 977 zu
maximieren und die volumetrische Effizienz zu verbessern. Wenn sich
anschließend
die Maschinendrehzahl verringert, beginnt die erste Drosselklappe 1032,
sich zu schließen,
wodurch die zweite Drosselklappe 1032 ebenfalls beginnt,
sich zu schließen. Wenn
die zweite Drosselklappe beginnt, sich zu schließen, wird der Stopfen 1012 dichter
zur Öffnung 1010 bewegt,
um den Fluidfluss durch den Leitungsweg 1111 in die zweite
Einschnürung 977 zu
begrenzen. Wenn die erste Drosselklappe 1030 erneut in
der vorbestimmten Stellung positioniert ist, ist die zweite Drosselklappe
vollständig
geschlossen und der konische Stopfen 1012 erneut in die Öffnung 1010 eingefügt, um die
zweite Einschnürung 977 zu verschließen und
die erste Einschnürung 973 zu
isolieren, wodurch ein Ansprechverhalten mit hoher Empfindlichkeit
erzeugt wird. Wenn die Maschinendrehzahl hin zum Leerlauf weiter
verringert wird, wird der Fluss durch die erste Einschnürung 973 weiter verringert,
indem damit fortgefahren wird, die Drosselklappe 1030 zu
schließen
und den ersten konischen Stopfen 1000 in dichte Nähe zur Öffnung 996 zu
bewegen.
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Somit
sind beim Aufbau, der in 26 bis 30 gezeigt
ist, sowohl ein Ansprechverhalten mit großer Empfindlichkeit als auch
eine volumetrische Effizienz erreichbar. Das Ansprechverhalten mit
großer
Empfindlichkeit wird bei geringen Maschinendrehzahlen durch Isolieren
des Flusses in der ersten Einschnürung 973 erreicht.
Bei hohen Maschinendrehzahlen, bei denen die volumetrische Effizienz
erwünscht ist,
ist die zweite Drosselklappe 977 geöffnet und wird diese in Kombination
mit der ersten Einschnürung 973 verwendet.
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31 zeigt
ein Wirbelsystem ähnlich
jenem, das in 26 bis 30 dargestellt
und oben beschrieben ist. Der Hauptunterschied zwischen 31 und 26 bis 30 besteht
darin, dass das System von 31 für eine Vierstromsystem ausgelegt
ist, während
das System aus 26 bis 30 für ein Zweistromsystem
bestimmt ist.
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Während des
Betriebs erhält
das System, das in 31 gezeigt ist, ein Luft-Brennstoffgemisch in
die erste und zweite Einschnürung
von den Wirbelkammeranordnungen 1060 und 1062 in
derselben Weise, wie jene, die oben beim Systembeschrieben ist,
das in 26 bis 30 dargestellt
ist. Die Ausführungsform
von 31 arbeitet im wesentlichen in derselben Art und
Weise, wie das System, das in 26 bis 30 gezeigt
ist, mit der Ausnahme, dass es zwei zweite Einschnürungen und
zwei erste Einschnürungen
anstelle lediglich einer ersten und einer zweiten Einschnürung gibt,
wie es in 26 bis 30 gezeigt
ist.
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Die
Verbindungsanordnung 1100, die in 31 gezeigt
ist, ist identisch beschaffen und arbeitet wie die Verbindungsanordnung 1042,
die in 26 und 30 gezeigt
ist. Die erste Welle 1090 steuert die ersten Drosselklappen 1080 und 1082, und
die zweite Welle 1094 steuert die Drosselklappen 1084 und 1086.
In ähnlicher
Weise, wie jene, die in 26 bis 30 dargestellt
und oben beschrieben ist, bewegen, wenn die ersten Drosselklappen 1080 und 1082 geöffnet sind,
die ersten Linearstellantriebe die konischen Stopfen in den ersten
Einschnürungen,
um einen Fluss des Fluids durch jede erste Einschnürung zu
gestatten. Wenn die erste Verbindungsanordnung 1100 anschließend eine Öffnung der
zweiten Drosselklappen 1084 und 1086 bewirkt, bewegen
die zweiten Linearstellantriebe 1068 und 1070 die
konischen Stopfen in den zweiten Einschnürungen, damit Fluid durch die
ersten und die zweiten Einschnürungen
fließen
kann, um die volumetrische Effizienz zu verbessern. Wenn sich die
Drosselklappen schließen,
bewegen die entsprechenden Linearstellantriebe auch die konischen
Stopfen, um ein Ansprechverhalten mit hoher Empfindlichkeit zu verbessern.
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Die
unterschiedlichen beschriebenen Verfahren und die darauf basierenden
Systeme haben sich auf die Verdampfung und Homogenisierung von Brennstoff
für Brennkraftmaschinen
bezogen. Der Erfinder weist darauf hin, dass die Vorrichtungen und Verfahren,
die in dieser Druckschrift beschrieben wurden, in Verbindung mit
anderen Fluids Verwendung finden können. Beispielsweise können die
vorliegenden Systeme und Vorrichtungen in Verbindung mit der Aufbereitung
einer Medikation verwendet werden, die einem Patienten durch Inhalieren
durch die Lungen in den Blutkreislauf verabreicht werden sollen.
In der Vergangenheit bereitete es Schwierigkeiten, in ausreichendem
Maße eine
Medikation in Partikel zu zerkleinern und zu verdampfen, die klein genug
sind, um direkt in den Blutkreislauf durch die Lungen eines Patienten
zu gelangen. Die Verfahren, die in dieser Druckschrift beschrieben
sind, und die darauf basierenden Systeme können verwendet werden, um diesen
Bedarf zu decken.
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Die
in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren und darauf basierenden
Systeme sind bei der Zerkleinerung, Verdampfung und Homogenisierung
von Abfallfluids für
die Veraschung und die Abfallbeseitung einsetzbar und nützlich.
Da die Abfallfluidpartikel in extrem kleine Partikelgrößen zerlegt werden,
wird das Abfallfluid, das in einen Verbrennungsofen eingeleitet
wird, effizienter verbrannt, wodurch die Umweltverschmutzung minimiert
und die Effizienz verbessert wird, mit der die Abfallfluide verascht
werden.