DE9402811U1 - Vortex chamber atomizer - Google Patents

Vortex chamber atomizer

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Description

18. Februar 1994 93-0888 La-gh18 February 1994 93-0888 La-gh

Karl Rubenberger 85422 ErdingKarl Rubenberger 85422 Erding

WirbelkammerzerstäuberVortex chamber atomizer

Die Erfindung betrifft einen Wirbelkammerzerstäuber mit einem Gehäuse, bestehend aus einem Mantel und diesen verschließende Stirnplatten, wobei in der einen Stirnplatte eine Eintrittsdüse und in der anderen Stirnplatte ein Auslaßrohr angeordnet ist, und wobei den Mantel mindestens ein Stutzen durchsetzt, dessen Mittellinien einen Abstand von der zu diesem etwa rechtwinklig verlaufenden Gehäuseachse aufweist.The invention relates to a vortex chamber atomizer with a housing, consisting of a casing and end plates closing the casing, wherein an inlet nozzle is arranged in one end plate and an outlet pipe is arranged in the other end plate, and wherein at least one nozzle passes through the casing, the center line of which is at a distance from the housing axis which runs approximately at right angles to the housing axis.

Wirbelkammerzerstäuber dieser Art sind beispielsweise aus der EP-A-213 329 oder der DE 89 06 889 U bekannt. Diese bekannte Wirbelkammer kann beispielsweise als Vergaser einer Brennkraftmaschine oder als Zerstäuber eines Brenners oder eines Düsentriebwerks verwendet werden. Das durch die Eintrittsdüse in die Wirbelkammer eintretende Brennstofffluid wird mittels durch die Stutzen in die Wirbelkammer einströmende Luft, die einen zentrierten und konvergierenden Wirbel bildet, in kleine Kraftstofftröpfchen zerstäubt und fein verteilt. Der verwirbelte Brennstoff- Luftstrahl tritt durch das Auslaßrohr in die entsprechende Brennkammer beispielsweise einer Brennkraftmaschine oder eines beliebigen anderen Brenners ein. Gemäß der DE 89 06 889 U können die Wirbelbildung unterstützende Einbauten in dem Wirbelkammerzerstäuber vorgesehen sein. Bei den bekannten Wirbelkammerzerstäubern hat sich herausgestellt, daßVortex chamber atomizers of this type are known, for example, from EP-A-213 329 or DE 89 06 889 U. This known vortex chamber can be used, for example, as a carburetor of an internal combustion engine or as an atomizer of a burner or a jet engine. The fuel fluid entering the vortex chamber through the inlet nozzle is atomized into small fuel droplets and finely distributed by air flowing into the vortex chamber through the nozzles, which forms a centered and converging vortex. The swirled fuel-air jet enters the corresponding combustion chamber, for example of an internal combustion engine or any other burner, through the outlet pipe. According to DE 89 06 889 U, components that support the formation of vortexes can be provided in the vortex chamber atomizer. In the known vortex chamber atomizers, it has been found that

• ··

sich der in der Wirbelkammer bildende Wirbel auf das durch die Eintrittsdüse eintretende Fluid, d.h. den Brennstoff, fortsetzt. Das durch die Eintrittsöffnung bzw. Eintrittsdüse in die Wirbelkammer eintretende Fluid wird aufgrund des ihm bereits aufgeprägten Dralls am Übergang von der Eintrittsöffnung in den Wirbelkammerraum hierdurch weniger stark auf Scherung beansprucht. Das bedeutet, daß der eintretende Kraftstoff weniger gut dispergiert wird.the vortex that forms in the vortex chamber is passed on to the fluid entering through the inlet nozzle, i.e. the fuel. The fluid entering the vortex chamber through the inlet opening or inlet nozzle is subjected to less shear stress due to the swirl already imparted to it at the transition from the inlet opening to the vortex chamber space. This means that the incoming fuel is less well dispersed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen Wirbelkammerzerstäuber derart weiterzubilden, daß die Dispergierung des in die Wirbelkammer eintretenden Fluids verbessert wird, d. h., daß kleinere Tröpfchen erzeugt werden.The object of the invention is therefore to further develop a vortex chamber atomizer of the generic type in such a way that the dispersion of the fluid entering the vortex chamber is improved, i.e. that smaller droplets are produced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ausgehend von einem gattungsgemäßen Wirbelkammerzerstäuber durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst. Demnach ist der Eintrittsdüse eine Wirbelerzeugungseinrichtung zugeordnet, die das eintretende Fluid in eine Rotation versetzt, die der Rotationsrichtung des im Gehäuse erzeugten Primärwirbels entgegengesetzt ist. Am Übergang von der Eintrittsöffnung der Einspritzdüse und dem Wirbelkammerraum trifft das Fluid, das in eine Drehbewegung versetzt ist, auf das Fluidgemisch, beispielsweise das Flüssigkeitsgasgemisch, das ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt ist, wobei die beiden Drehbewegungen aber entgegengesetzt sind. Hierdurch sind die Scherkräfte, die auf die eintretende Flüssigkeit einwirken an der Eintrittsöffnung der Einspritzdüse in die Wirbelkammer vergrößert und es wird eine feinere Dispersion der in den Wirbelraum eintretenden Flüssigkeit erreicht.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of the main claim, starting from a generic vortex chamber atomizer. Accordingly, the inlet nozzle is assigned a vortex generating device that causes the incoming fluid to rotate in a direction opposite to the direction of rotation of the primary vortex generated in the housing. At the transition from the inlet opening of the injection nozzle and the vortex chamber space, the fluid, which is set in a rotary motion, encounters the fluid mixture, for example the liquid-gas mixture, which is also set in a rotary motion, but the two rotary motions are opposite. As a result, the shear forces that act on the incoming liquid at the inlet opening of the injection nozzle into the vortex chamber are increased and a finer dispersion of the liquid entering the vortex space is achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Wirbelkammerzerstäuber eine Wirbelerzeugungseinrichtung auf, die aus einem rotationssymmetrischen Gehäuse mit einem Mantel und diesen verschließende Stirnplatten besteht, wobei an einer Stirnplatte einAccording to a preferred embodiment, the vortex chamber atomizer has a vortex generating device consisting of a rotationally symmetrical housing with a casing and end plates closing it, with a

Auslaß angeordnet ist, der in die Eintrittsdüse des Wirbelkammerzerstäubers übergeht und wobei an dem Mantel mindestens ein Stutzen ansetzt, dessen Mittellinie einen Abstand von der zu diesem etwa rechtwinklig verlaufenden Gehäuseachse aufweist.Outlet is arranged, which merges into the inlet nozzle of the vortex chamber atomizer and wherein at least one nozzle is attached to the jacket, the center line of which is at a distance from the housing axis, which runs approximately at a right angle to it.

Das Gehäuse der vorbeschriebenen Wirbelerzeugungseinrichtung kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein und an den Mantel können zwei Stutzen tangential angesetzt sein, wobei diese sich entsprechend gegenüberliegen. Über diese angesetzten Stutzen wird dann das Fluid, d. h. beispielsweise der Kraftstoff in das rotationssymmetrische Gehäuse eingespritzt bzw. gesaugt, wo es aufgrund des tangentialen Einleitens in Rotationsbewegung versetzt wird und unter Beibehaltung dieser Rotationsbewegung durch die Einspritzdüse hindurchtritt.The housing of the vortex generation device described above can be designed to be rotationally symmetrical and two nozzles can be attached tangentially to the casing, whereby these nozzles are located opposite one another. The fluid, i.e. the fuel, is then injected or sucked into the rotationally symmetrical housing via these nozzles, where it is set into rotational motion due to the tangential introduction and passes through the injection nozzle while maintaining this rotational motion.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Wirbelzerstäubungseinrichtung aus drallerzeugenden Einbauten bestehen. Hier sind beispielsweise Schaufeln, Leitbleche oder dergleichen geeignet, die in die Einspritzdüse integriert sind oder dieser vorgeschaltet sind.In an alternative embodiment of the invention, the vortex atomization device can consist of swirl-generating components. For example, blades, guide plates or the like are suitable here, which are integrated into the injection nozzle or are connected upstream of it.

Schließlich kann die Wirbelerzeugungseinrichtung zusätzlich eine wahlweise einschaltbare Heizung umfassen, durch die eingespritzte Flüssigkeit auf eine gewünschte Temperatur aufheizbar ist. Hierdurch wird die Viskosität und damit auch die Tropfengröße der zu zerstäubenden Flüssigkeit beeinflußt.Finally, the vortex generation device can also include an optionally switchable heater, through which the injected liquid can be heated to a desired temperature. This influences the viscosity and thus also the droplet size of the liquid to be atomized.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Seitenansicht eines Wirbelkammerzerstäubers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.Further details and advantages of the invention are explained in more detail using an embodiment shown in the drawing. The single figure shows a side view of a vortex chamber atomizer according to an embodiment of the invention in a schematic representation.

Der Wirbelkanunerzerstäuber 10 gemäß Figur 1 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 12, das stinseitig durch mit diesem verbundene Stirnplatten 16, 18 verschlossen ist. In der Quermittelebene des Mantels des Wirbelkammerzerstäubers 10 sind um 180° versetzt zwei Stutzen 24, 26 angeordnet. Die Stutzen 24, 26 münden tangential in dem Mantel 14 des Wirbelkammerzerstäubers 10 ein. Aufgrund der um 180° versetzen Anordnung der Stutzen 24, 26 verlaufen deren Mittellinien 28, 30 parallel zueinander. Die Mittellinien 28, 30 der Stutzen 24, 26 kreuzen die Gehäuseachse 32 des Wirbelkammerzerstäubers 10 rechtwinklig.The vortex chamber atomizer 10 according to Figure 1 consists of a cylindrical housing 12, which is closed on the front side by end plates 16, 18 connected to it. In the transverse center plane of the casing of the vortex chamber atomizer 10, two nozzles 24, 26 are arranged offset by 180°. The nozzles 24, 26 open tangentially into the casing 14 of the vortex chamber atomizer 10. Due to the arrangement of the nozzles 24, 26 offset by 180°, their center lines 28, 30 run parallel to one another. The center lines 28, 30 of the nozzles 24, 26 cross the housing axis 32 of the vortex chamber atomizer 10 at right angles.

In der Stirnplatte 18 des Wirbelkammerzerstäubers mündet ein Auslaßrohr 22. In der gegenüberliegenden Stirnplatte 16 ist eine Eintrittsdüse 20 angeordnet. Die Mittellinien des Auslaßrohrs 22 und der Eintrittsdüse 20 fluchten mit der Gehäuseachse 32.An outlet pipe 22 opens into the front plate 18 of the vortex chamber atomizer. An inlet nozzle 20 is arranged in the opposite front plate 16. The center lines of the outlet pipe 22 and the inlet nozzle 20 are aligned with the housing axis 32.

Der Eintrittsdüse 20 ist eine Wirbelerzeugungseinrichtung 34 vorgeschaltet, mittels der die in den Wirbelkammerzerstäuber eingespritzte Flüssigkeit in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Die Wirbelerzeugungsexnrichtung 34 gemäß der hier vorgestellten Ausführungsform besteht aus einem Gehäuse mit zylindrischem Mantel 36, der endseitig durch mit diesem verbundenen Stirnplatten 38, 40 verschlossen ist. In der Quermittelebene des Mantels 36 der Wirbelerzeugungsexnrichtung 34 sind ebenfalls um 180° versetzt zwei Stutzen 42, 44 angeordnet. Die Stutzen 42, 44 münden tangential in den Mantel 36 der Wirbelerzeugungsexnrichtung 34 ein. Aufgrund der um 180° versetzten Anordnung der Stutzen 42, 44 verlaufen deren Mittellinien 46, 48 parallel zueinander. Die Mittellinie der Wirbelerzeugungsexnrichtung fluchtet mit der Mittellinie 32 des Wirbelkammerzerstäubers. Die Wxrbelerzeugungseinrichtung 34 ist über eine Leitung 50 mit der Eintrittsdüse 20 verbunden.A vortex generating device 34 is connected upstream of the inlet nozzle 20, by means of which the liquid injected into the vortex chamber atomizer is set in a rotational movement. The vortex generating device 34 according to the embodiment presented here consists of a housing with a cylindrical casing 36, which is closed at the end by end plates 38, 40 connected to it. In the transverse center plane of the casing 36 of the vortex generating device 34, two nozzles 42, 44 are also arranged offset by 180°. The nozzles 42, 44 open tangentially into the casing 36 of the vortex generating device 34. Due to the arrangement of the nozzles 42, 44 offset by 180°, their center lines 46, 48 run parallel to one another. The center line of the vortex generating device is aligned with the center line 32 of the vortex chamber atomizer. The vortex generating device 34 is connected to the inlet nozzle 20 via a line 50.

Die Funktionsweise des hier im Ausführungsbeispiel dargestelltenThe functionality of the example shown here

Wirbelkammerzerstäubers 10 ist folgende:Vortex chamber atomizer 10 is as follows:

Kraftstoff wird über die Stutzen 42 und 44 tangential in die Wirbelerzeugungseinrichtung 34 eingespritzt, so daß die eingespritzte Flüssigkeit innerhalb der Wirbelerzeugungseinrichtung eine Rotationsbewegung in Pfeilrichtung b gemäß der Figur ausführt. Der Kraftstoff tritt unter Beibehaltung des Dralls durch die Verbindungsleitung 50 und die Eintrittsdüse 20 in den eigentlichen Wirbelkammerzerstäuber ein. An der Eintrittsöffnung 52 in die Wirbelkammer des Wirbelkammerzerstäubers 10 trifft die in Pfeilrichtung b rotierende eingespritzte Flüssigkeit auf einen innerhalb der Hauptkammer in Pfeilrichtung a rotierendes Brennstoff-/Luftgemisch. Dieses wird dadurch erzeugt, daß über die Stutzen 26 und 24 Luft tangential in die Wirbelkammer eingeschossen wird und daß das innerhalb der Kammer befindliche Medium dadurch in Pfeilrichtung a in Rotation versetzt wird. Durch die gegensätzliche Drehrichtung entstehen im Bereich der Eintrittsöffnung 52 hohe Schwerkräfte, die zu einer besseren Dispergierung des eintretenden Kraftstoff führen. Das in der Wirbelkammer zerstäubte Kraftstoff-/Luftgemisch wird über das Auslaßrohr 32 ausgeleitet und beispielsweise der Brennkammer eines Verbrennungsmotors zugeführt.Fuel is injected tangentially into the vortex generating device 34 via the nozzles 42 and 44, so that the injected liquid within the vortex generating device performs a rotational movement in the direction of arrow b as shown in the figure. The fuel enters the actual vortex chamber atomizer through the connecting line 50 and the inlet nozzle 20 while maintaining the swirl. At the inlet opening 52 into the vortex chamber of the vortex chamber atomizer 10, the injected liquid rotating in the direction of arrow b meets a fuel/air mixture rotating within the main chamber in the direction of arrow a. This is generated by air being shot tangentially into the vortex chamber via the nozzles 26 and 24, and by the medium located within the chamber thereby being set in rotation in the direction of arrow a. The opposite direction of rotation creates high gravitational forces in the area of the inlet opening 52, which lead to better dispersion of the incoming fuel. The fuel/air mixture atomized in the swirl chamber is discharged via the outlet pipe 32 and fed, for example, to the combustion chamber of an internal combustion engine.

Der Wirbelkammerzerstäuber kann in hier nicht dargestellter Art und Weise Strömungsbegünstigende Einbauten beinhalten, wie sie beispielsweise in der DE 89 06 889 U beschrieben sind.The vortex chamber atomizer can contain flow-enhancing components in a manner not shown here, such as those described, for example, in DE 89 06 889 U.

Mit dem erfindungsgemäßen Wirbelkammerzerstäuber können auch zwei Flüssigkeiten dispergiert werden. Er ist auch bei Wirbelschichten einsetzbar.The vortex chamber atomizer according to the invention can also be used to disperse two liquids. It can also be used in fluidized beds.

Claims (5)

18. Februar 1994 93-0888 La-gh Karl Rubenberger 85422 Erding Wirbelkammerzerstäuber Ansprüche18 February 1994 93-0888 La-gh Karl Rubenberger 85422 Erding Vortex chamber atomizer claims 1. Wirbelkammerzerstäuber mit einem Gehäuse, bestehend aus einem Mantel und diesen verschließende Stirnplatten, wobei in der einen Stirnplatte eine Eintrittsdüse und in der anderen Stirnplatte ein Auslaßrohr angeordnet ist, und wobei den Mantel mindestens ein Stutzen durchsetzt, dessen Mittellinien einen Abstand von der zu diesen etwa rechtwinklig verlaufenden Gehäuseachse aufweist,1. Vortex chamber atomizer with a housing consisting of a jacket and end plates closing it, with an inlet nozzle arranged in one end plate and an outlet pipe in the other end plate, and with at least one nozzle passing through the jacket, the center line of which is at a distance from the housing axis which runs approximately at right angles to it, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der Eintrittsdüse eine Wirbelerzeugungseinrichtung zugeordnet ist, die das eintretende Fluid in eine Rotation versetzt, die der Rotationsrichtung des im Gehäuse erzeugten Primärwirbels entgegengesetzt ist.that the inlet nozzle is associated with a vortex generating device which causes the incoming fluid to rotate in a direction opposite to the direction of rotation of the primary vortex generated in the housing. 2. Wirbelkammerzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelerzeugungseinrichtung aus einem rotationssymmetrischen Gehäuse mit einem Mantel und diesen verschließende Stirnplatten besteht, wobei an einer Stirnplatte ein Auslaß angeordnet ist, der in die Eintrittsdüse übergeht, und daß an2. Vortex chamber atomizer according to claim 1, characterized in that the vortex generating device consists of a rotationally symmetrical housing with a casing and end plates closing it, with an outlet being arranged on one end plate which merges into the inlet nozzle, and that dem Mantel mindesten ein Stutzen ansetzt, dessen Mittellinie einen Abstand von der zu diesem etwa rechtwinklig verlaufenden Gehäuseachse aufweist.at least one nozzle is attached to the casing, the centre line of which is at a distance from the housing axis which runs approximately at a right angle to it. 3. Wirbelkammerzerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Wirbelerzeugungseinrichtung rotationssymmetrisch ausgebildet ist und daß an den Mantel zwei Stutzen tangential angesetzt sind.3. Vortex chamber atomizer according to claim 2, characterized in that the housing of the vortex generating device is rotationally symmetrical and that two nozzles are attached tangentially to the casing. 4. Wirbelkammerzerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelzerstäubungseinrichtung aus drallerzeugenden Einbauten, wie beispielsweise Schaufeln, Leitblechen oder dergleichen, besteht, die in der Eintrittsdüse integriert oder dieser vorgeschaltet sind.4. Vortex chamber atomizer according to claim 1, characterized in that the vortex atomization device consists of swirl-generating components, such as blades, baffles or the like, which are integrated in the inlet nozzle or are connected upstream of it. 5. Wirbelkammerzerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelerzeugungseinrichtung zusätzlich eine wahlweise einschaltbare Heizung umfaßt, über die die eingespritzte Flüssigkeit auf eine gewünschte Temperatur aufheizbar ist.5. Vortex chamber atomizer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the vortex generating device additionally comprises an optionally switchable heater, via which the injected liquid can be heated to a desired temperature.
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