DE69931475T2

DE69931475T2 - Verfahren zur behandlung von flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69931475T2
Application number: DE69931475T
Authority: DE
Inventors: Kelly Orlando ROCK
Original assignee: Lytesyde LLC
Current assignee: Lytesyde LLC
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: US6113078A; AU3076699A; EP1064101B1; CN1187129C; WO1999047806A2; WO1999047273A2; IL138464A0; WO1999047273A3; US20010042927A1; CN1248775C; JP2002506950A; CA2322943C; ATE401131T1; HK1036773A1; US6669176B2; CN1293591A; EP1064083B1; CN1293596A; WO1999047806A3; US20020089072A1

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Anschließend kann der Fluidstrom einen Brennstoffwasch- und Mischabschnitt durchlaufen, in dem gesammelte Aerosole als Flüssigkeiten den Stapeln rückgeführt und wiederverarbeitet werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Zentrifugenkammer mit einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen anzugeben, die den Fluidausgangsstrom zur Maschine homogenisieren und weiter verdampfen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich.
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.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
1 ist eine Schnittaufsicht eines Zentrifugal-Wirbelsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
2 ist eine Seitenschnittansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems entlang der Linie 2-2 von 1;
3 ist eine vergrößerte weggebrochene Schnittansicht eines Abschnitts des Verdampfungsabschnitts von 1;
4 ist eine Aufsicht der Einspritzdüsenplatte aus 1;
5 ist eine Schnittansicht der Einspritzdüsenplatte entlang der Linie 5-5 von 4;
6 ist eine Unteransicht der Einspritzdüsenplatte aus 1;
7 ist eine Seitenschnittansicht eines Verwirbelungsaufbaus, der durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
8 ist eine Schnittunteransicht des Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelkammeranordnung entlang der Linie 8-8 von 7;
9 ist eine Seitenschnittansicht des Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelgehäuseanordnung entlang der Linie 9-9 von 8;
10 ist eine Aufsicht des Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelgehäuseanordnung von 8;
11 ist eine Unteransicht eines Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelkammeranordnung, der durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
12 ist eine Schnittansicht des Differential-Einlasszuführaufbaus in eine Wirbelkammeranordnung entlang der Linie 12-12 von 12;
13 ist eine Aufsicht des Differential-Einlasszuführaufbaus für die Wirbelkammeranordnung aus 11;
14 ist eine Perspektivansicht eines Wrbelkammergehäuses, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
15 ist eine Teilschnittaufsicht eines weiteren Zentrifugal-Wirbelsystems, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
16 ist eine vergrößerte Schnittansicht der länglichen Leitungsanordnung aus 15;
17 ist eine vergrößerte Ansicht der länglichen Leitungsanordnung aus 15, wobei die längliche Leitung aus den Wirbelkammern zurückgezogen ist;
18 ist eine Schnittansicht eines weiteren Wirbelkammergehäuses, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
19 ist eine Schnittansicht eines weiteren alternativen Wirbelkammergehäuses, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
20 ist eine Teilschnittansicht eines Ausgangsanschlussmechanismus mit einstellbarer Querschnittsfläche, der durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird.
21 ist eine Schnittaufsicht eines alternativen Zentrifugal-Wirbelsystems, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
22 ist eine Schnittaufsicht eines weiteren Zentrifugal-Wirbelsystems, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird;
23 ist eine Perspektivansicht eines weiteren Wrbelkammergehäuses;
24 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Venturidüse;
25 ist eine Teilquerschnittsansicht einer alternativen Venturidüse entlang der Linie 25-25 von 24;
26 ist eine Aufsicht eines weiteren alternativen Zentrifugal-Wirbelsystems;
27 ist eine Teilschnittseitenansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems entlang der Linie 27-27 von 26;
28 ist eine Teilschnittseitenansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems aus 26;
29 ist eine Teilschnittansicht des Zentrifugal-Wirbelsystems entlang der Linie 29-29 von 28;
30 ist eine vergrößerte Ansicht der Verbindungsanordnung, die in 29 gezeigt ist;
31 ist eine Seitenschnittansicht eines weiteren alternativen Zentrifugal-Wirbelsystems.
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.
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°.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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..
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Gehäuse 662 enthält zudem eine Stellantriebs-Befestigungserweiterung 670. Die Befestigungserweiterung 670 enthält eine zylindrische Innenfläche 672 und eine Gewindeinnenfläche 674.
Ein Stellantrieb, wie etwa ein Schrittmotor 676 enthält einen Gewindezapfenabschnitt 680, der am entsprechenden Gewindelochabschnitt 674 des Stellantriebgehäuses 670 befestigt werden kann.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Mechanismus, der in 20 gezeigt ist, ermöglicht eine wahlweise Veränderung der wirksamen Querschnittsfläche des Ausgangs 660.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Ein Verfahren zum Verdampfen eines Fluids, das folgende Schritte umfasst: Vorsehen einer vorgelagerten Mischkammer (44); Einbringen von Aerosol in die Mischkammer (44); Einbringen von Luft in die Mischkammer (44); Mischen des Aerosols und der Luft in der vorgelagerten Mischkammer (44), um eine Aerosol-Luftmischung zu formen; Vorsehen einer ersten Wirbelkammer (64; 426); Einbringen des Aerosol-Luftgemisches tangential in die Wirbelkammer (64; 426), um einen wirbeldurchsetzten Fluss herzustellen und jegliche nicht verdampften Partikel in dem Aerosol-Luftgemisch in kleinere Partikel zu zerlegen; gekennzeichnet durch das Vorsehen der Schritte von Beibehalten eines konstanten Aerosol-Luftgemisch-Verhältnisses, während das Aerosol-Luftgemisch ins Innere der ersten Wirbelkammer (64) fließt und darin wirbelbehaftet herumfließt; Isolieren des Aerosol-Luftgemischflusses von zusätzlicher Umgebungsluft, so dass diese nicht in das Innere der ersten Wirbelkammer (64) eindringt.
Ein Verfahren zum Verdampfen eines Fluids nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst: Einbringen der Mischung in die erste Wirbelkammer (426); wirbelbehaftetes Drehen der Mischung in einer ersten Drehrichtung in der ersten Wirbelkammer (426); Vorsehen einer zweiten Wirbelkammer (430); Einbringen der Mischung in einen zweiten Abschnitt des Durchflussweges; Einbringen einer Turbolenz in den Durchflussweg durch Ändern der Drehrichtung der Mischung mittels des Hervorrufens einer Drehung in einer zweiten Drehrichtung in der zweiten Wirbelkammer (430); wobei die zweite Drehrichtung im Wesentlichen entgegen der ersten Drehrichtung ist; Beibehalten eines konstanten Fluid-Luftverhältnisses, während die Mischung innerhalb und wirbelbehaftet im Inneren der ersten und zweiten Wirbelkammern (426, 430) sich bewegt; Isolieren des Flusses von zusätzlicher Umgebungsluft, so dass diese nicht in das Innere der ersten und zweiten Wirbelkammern (426, 430) eindringt.
Ein Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, die des Weiteren folgende Schritte aufweist: wirbelbehaftetes Drehen des Aerosol-Luftgemisches in einer ersten Drehrichtung in der ersten Wirbelkammer (426); Vorsehen einer zweiten Wirbelkammer (430); Hinzufügen von Turbolenzen in den Durchflussweg mittels Ändern der Drehrichtung des Aerosol-Luftgemisches unter Hervorrufen des Aerosol-Luftgemisches zum Drehen in eine zweite Drehrichtung in der zweiten Wirbelkammer (430); wobei die zweite Drehrichtung im Wesentlichen entgegengesetzt zu der ersten Drehbewegung ist; Beibehalten eines konstanten Verhältnisses des Aerosol-Luftgemisches, während das Aerosol-Luftgemisch von der ersten Wirbelkammer (426) in das Innere und innerhalb der zweiten Wirbelkammer (430) wirbelbehaftet fließt.
Ein Verfahren zum Verdampfen eines Fluids nach wenigstens einem der vorliegenden Ansprüche, wobei der Schritt des Einbringens des Aerosol-Luftgemisches tangential in das Innere der ersten Wirbelkammer (426) des weiterhin das Vorsehen einer Vielzahl von Öffnungen (436) in der ersten Wirbelkammer (426) und das Konfigurieren einer Vielzahl an Öffnungen (436) zum Einbringen des Aerosol-Luftgemisches tangential in die erste Wirbelkammer (426) umfasst.
Ein Verfahren zum Verdampfen eines Fluids nach zumindest einem der vorhergegangen Ansprüche, wobei der Schritt des Einbringens des Aerosol-Luftgemisches tangential in das Innere der ersten Wirbelkammer (426) des Weiteren eine Vielzahl von Öffnungen (436, 594) in die erste Wirbelkammer (426) umfasst und eine Vielzahl von Öffnungen (436, 594) jeweils einen Druckwiderstand haben und die Druckwiderstände über die Vielzahl von Öffnungen (436, 594) variiert werden.
Ein Verfahren zum Verdampfen eines Fluids nach zumindest einem der vorliegenden Ansprüche, wobei der Schritt des Einbringens des Aerosol-Luftgemisches tangential in die erste Wirbelkammer (426) des Weiteren das Vorsehen einer Vielzahl von Öffnungen (436) umfasst, die in einer Reihen- und Spaltenanordnung in der ersten Wirbelkammer (426) arrangiert sind, und die Vielzahl an Öffnungen (436) zum Einbringen des Aerosol-Luftgemisches tangential in die erste Wirbelkammer (426) konfiguriert sind.
Ein Verfahren zum Verdampfen eines Fluids nach zumindest einem der vorliegenden Ansprüche, wobei der Schritt des Einbringens des Aerosol-Luftgemisches tangential ins Innere der Wirbelkammer (426) das Vorsehen einer Vielzahl von Öffnungen (436) umfasst, die so arrangiert sind, dass sie Spalten und Reihen in der ersten Wirbelkammer (426) bilden, so dass die Spalten relativ zu jeder angrenzenden Reihe oder Zeile versetzt sind und die Vielzahl an Öffnungen (436) zum Einbringen von dem Aerosol-Luftgemisch tangential in das Innere der ersten Wirbelkammer (426) konfiguriert ist.