-
Verfahren und Einrichtung zum Emulgieren von Flüssigkeiten
Es ist bekannt,
Emulsionen von ineinander reicht löslichen Flüssigkeiten durch Einwirkung von Schall-
oder Utraschallschwingungen herzustellen.
-
Emulsionen werden auf den verschiedensten Gebieten der Technik ebenso
wie z. B. bei der Arzneiherstellung oder in der Lebensmittelwirtschaft gebraucht.
In neuerer Zeit ist es auch bekanntgeworden, daß man z. B. bei Dieselkraftmaschinen
ein Brennstoffgemisch verwenden kann, das durch Emulgieren von Öl und Wasser gewonnen
wird.
-
Bei der Großherstellung von Emulsionen in der chemischen Industrie
spielt der zur Emulsionsgewinnung notwendige Aufwand an Maschinen und Einrichtungen
keine bedeutende Rolle, so daß sich die bekannten Verfahren gut eingebürgert und
bewährt haben. Aber schon beim Herstellen geringer Mengen von Emulsionen in der
Arzneimittelchemie wird der maschinelle Aufwand, z. B. eines Ultraschallgerätes,
nicht immer gerechtfertigt. Beim Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen mit Emulsionsflüssigkeiten
ergibt sich hierbei eine weitere Schwierigkeit: Die hergestellten Emulsionen sind
nicht immer beständig, so daß die Emulsion nach einiger Zeit zumindest zum Teil
in ihre Kompo-
nenten zerfällt. In Fahrzeuge eine elektrische oder
mechanische Ultraschallerzeugungsanlage bekannter Konstruktion einzubauen, stößt
bei dem heutigen Stand des Kraftfahrzeugbaues schon allein aus Wirtschaftlichkeitsgründen
auf erhebliche Schwierigkeiten.
-
Die - Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Emulsionen,
das mit einem Minimum an maschinellem Aufwand auskommt und dadurch gekennzeichnet
ist, daß tdie zu emulgierenden Flüssigkeitskomponenten einem oder mehreren Stoß
verdamp fern zugeführt werden.
-
Stoßverdampfer sind seit langem bekannt und bestehen im Grundprinzip
aus einem allseitig geschlossenen, kleinen Behälter, der mittels kleiner Öffnungen
oder Düsen mit einem größeren Flüssigkeitsbehälter verbunden ist und durch eine
Heizquelle auf hohe Temperatur gebracht wird. Die Arbeitsweise eines Stoßverdampfers
ist folgendermaßen: Erhitzt man den Behälter des Stoßverdampfers, so wird die in
ihm befindliche nun erwärmte Flüssigkeit ausgetrieben, so daß neue, kühlere Flüssigkeit
nachfließen kann. Sobald die Temperatur im Stoßverdampfer über die Verdampfungstemperatur
angestiegen ist, wird die eingedrungene Flüssigkeitsmenge rasch verdampft.
-
Durch die Verdampfung und die damit verbundene Volumenvergrößerung
wird durch Sdie kleine Öffnung ein Flüssigkeitsdampfgemisch in den Flüssigkeitsbehälter
getrieben, das sich in der Flüssigkeit rasch abkühlt und damit im Verdampfungsbehälter
einen Unterdruck schafft, der zum erneuten Ansaugen einer kleinen Flüssigkeitsmenge
führt. Die Frequenz, mit der diese impulsartigen Stöße erfolgen, hängt von den Dimensionen
des Verdampfungsbehälters und -seiner Austrittsöffnung ab.
-
Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders dann geeignet, wenn,
wie bereits eingangs erwähnt, der Aufwand an maschinellen Einrichtungen der bisher
bekannten Art unwirtschaftlich ist. Dabei ergibt sich eine besonders vorteilhafte
Anwendung beim Herstellen von Emulsionen aus Verbrennungskraftstoff und Wasser.
Weitere Ausbildungsmöglichkeiten des Verfahrens sowie vorteilhafte Einrichtungen
werden im folgenden am Beispiel der Verbrennungskraftstoffemuligierung beschrieben.
-
Die Fig. I zeigt das Grundschema einer Emulgierungseinrichtung zur
Durcihfühfung des Verfahrens nach der Erfindung. Einem Behälter I wird durch die
Leitung 2 Treibstoff und dadurch die Leitung 3 Wasser zugeführt. Die Stoßverdampfer
4 sind am Boden des Behälters I angebracht und über düsenartige Leitungen 5 mit
dem Behälter verbunden. Die Stoßverdampfer 4 werden von den Heizquellen 6 erhitzt.
Werden der Vergaserkraftstoff und das Wasser in einem bereits vorbestimmten Verhältnis
zugeführt, so kann durch die Leitung 7 eine diesem Verhältnis entsprechende Emulsion
entnommen werden.
-
Die Fig. 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Stoßverdampfer,
mit unterschiedlichen Ausbuchtungen, an einer durchgehenden Leitung aufgereiht.
Der durchgehenden Leitung werden durch die hoffnung 9 Idie getrennten Flüssigkeitskomponenten
zugeführt und die Emulsion durch die Öffnung 10 entnommen. Um die Durchlaufgeschxvindigkeit
an den Stellen, an denen die Stoßverdampfer angebracht sind, zu veringern, weist
die Rohrleitung 8 Erweiterungen ii auf. Die Stoßverdampfer können U-förmig I2 oder
birnenförmig I3 oder als flacher Behälter 14 ausgebildet sein. Mit 15 ist eine sehr
einfache Ausführungsart dargestellt, wobei der Stoßverdampfer aus zwei konzentrisch
ineinandergeschachtelten Rohren besteht. Das innere Rohr ist mit der Leitung 8 verbunden,
während das äußere Rohr einen dichten Boden erhält.
-
Die Fig. 3 zeigt, daß beim Emulgieren von gewichtsmäßig unterschiedlichen
Flüssigkeitskomponenten (Öl-Wasser) der Stoßverdampfer I6 möglichst am tiefsten
Punkt feder Behälter oder der Leitungen angebracht werden soll, da sich sonst eventuell
ausscheidende schwerere Anteile der Emulsion am tiefsten Punkt der Leitungen absetzen.
-
Au h in dieser Figur ist die Rohrleitung I7 an der Stelle, an der
der Stoßverdampfer I6 angebracht ist, erweitert, um die Durchflußlgeschxwindigkeit
zu verringern.
-
Die Fig. 4 bis 6 zeigen in verschiedenen Ausführungsformen, wie eine
der Flüssigkeitskomponente vorteilhaft zugeführt werden kann. Hier sind in den Öffnungen
oder Verbindungsleitungen der Stoßverdampfer I8 mit dem Flüssigkeitsbehälter 19
Düsen 20 eingebaut, mittels denen die zweite Flüssigkeitskomponente nach dem Sprühprinzip
zugeführt wird.
-
Bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung zum Herstellen
von Treibstoffemulsionen für Verbrennungsmotoren kann mindestens ein Teil der zum
Betrieb des Stoßverdampfers erforderlichen Wärme der ohnehin vorhandenen Motorwärme
entnommen werden. Ein Ausführungsbei spiel hierfür zeigt die Fig. 7 im Grundriß
und die Fig. 8 im Aufriß. Die Stoßverdampfer sind hierbei direkt in den Zylinderkopf
eingebaut; sie können jedoch auch in besonderen Fällen in die Zylinderwandung eingebaut
werden. Der Zylinderkopf 2I list mit kleinen Behältern 23 versehen.
-
Kurze Verbindungsleitungen 24 verbinden diese Behälter mit einer etwa
als Ring um den Zylinderkopf gelegten Leitung 25, der auf einer Seite das Treibstoffwassergemisch
zugeführt- und auf der anderen Seite die Treibstoffemulsion entnommen wird. Die
eingezeichneten Pfeile geben die Durchlaufrichtung an.
-
Die Fig. g zeigt im Auf- und die Fig. 10 im geschnittenen Seitenriß
eine besonders vorteilhafte Einrichtung für Mehrzylinder-Verbrennungs.kraftmaschinen.
Oberhalb der Zylinderköpfe 26 ist ein wannenartiger Behälter 27 aufgebaut, der wiederum
über kurze Rohrleitungen 28 mit den im Zylinderkopf eingebauten Stoßverdampfern
29 verbunden ist. Durch die Leitung 30 wird ein Treibstoffwassergemisch zugeführt,
das durch die Leitung 3I als Emulsion entnommen werden kann. Legt man die Entnahmeleitnng
wie im gezeigten Beispiel in
den oberen Teil des Behälters, so wird
bei leicht zerfallenden Emulsionen (Benzin-Wasser) verhindert, daß nach dem Stillstand
der Verbrennungskraftmaschine Wasser in den Vergaser gelangt.
-
Mittels eines Lüfters 32 oder einer sonstigen Kühlvorrichtung wird
der Behälter 27 und damit die Emulsion in diesem Behälter auf einer Temperatur gehalten,
die für eine einwandfreie Vergasung des Kraftstoffes notwendig ist. Bei Verbrennungskraftmaschinen
kann die Regulierung der Zuführungsmenge der einzelnen Komponente etwa durch Fliehkraftregler
erfolgen.
-
Das beschriebene Verfahren und die aufgezeigten Einrich.tungen sind
nicht auf die gezeigten Beispiele beschränkt. Auch ihre Anwendung beschränkt sich
nicht auf das Hersteller von Emulsionen von Treibstoffgemischen, sondern ist allgemein
dort von Vorteil, wo gute Emulsionen benötigt werden. Als Heizelemente der Stoßverdampfer
können jegliche in der Technik bekannte Wärmequellen verwendet werden.