EP1046420B1 - Aufbereiter für Flüssigkeiten - Google Patents

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EP1046420B1
EP1046420B1 EP00890112A EP00890112A EP1046420B1 EP 1046420 B1 EP1046420 B1 EP 1046420B1 EP 00890112 A EP00890112 A EP 00890112A EP 00890112 A EP00890112 A EP 00890112A EP 1046420 B1 EP1046420 B1 EP 1046420B1
Authority
EP
European Patent Office
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inserts
flow
processor
sealing
liquid
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00890112A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1046420A1 (de
Inventor
Johanna Münzing
Robert Stefan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAGNAFLUID STROEMUNGSTECHNIK GmbH
Original Assignee
MAGNAFLUID STROEMUNGSTECHNIK GmbH
MAGNAFLUID STROEMUNGSTECHNIK G
Magnafluid Stromungstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAGNAFLUID STROEMUNGSTECHNIK GmbH, MAGNAFLUID STROEMUNGSTECHNIK G, Magnafluid Stromungstechnik GmbH filed Critical MAGNAFLUID STROEMUNGSTECHNIK GmbH
Priority to AT00890112T priority Critical patent/ATE273742T1/de
Publication of EP1046420A1 publication Critical patent/EP1046420A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1046420B1 publication Critical patent/EP1046420B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/04—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by electric means, ionisation, polarisation or magnetism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/44—Mixers in which the components are pressed through slits
    • B01F25/441—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits
    • B01F25/4412—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits the slits being formed between opposed planar surfaces, e.g. pushed again each other by springs
    • B01F25/44121—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits the slits being formed between opposed planar surfaces, e.g. pushed again each other by springs with a plurality of parallel slits, e.g. formed between stacked plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/44—Mixers in which the components are pressed through slits
    • B01F25/442—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the relative position of the surfaces during operation
    • B01F25/4423—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the relative position of the surfaces during operation the surfaces being part of a valve construction, formed by opposed members in contact, e.g. automatic positioning caused by spring pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying

Definitions

  • the invention relates to a conditioner for liquids, in particular fluid Fuels.
  • CH 366 518 shows a homogenizing device consisting of a hollow Outer body in which an inner body is mounted These two bodies have two nested conical work surfaces in the resting state, if that to be homogenized Medium on the inner body exerts no pressure, an annular passage opening form. With this device, however, is an adaptation to different flow rates not optimally possible.
  • An object of the invention is a conditioner of the type mentioned for constructively design a wide variety of fluids, on the one hand an adaptation to different flow rates is possible, and on the other hand, an intensive turbulence the liquid takes place in order to increase it compared to known conditioners To achieve reprocessing rate.
  • the invention thus provides a conditioner having a plurality of parallel flow chambers and, in the inserts in a flow chamber according to the flow pressure of the liquid from the associated sealing shoulders be lifted, which form passage cross sections for the liquid.
  • the liquid is intensively swirled in the recesses of the sealing surfaces.
  • the resulting treatment of the liquid leads, for example, in fuels lower consumption and a reduction in the total amount of harmful exhaust gases from Engines.
  • each Stop surface is assigned a arranged in the flow direction stop shoulder, which a lifting movement of the inserts from the sealing shoulders as a result of the flow pressure limit, in each stop surface channels are provided, and at a lift off the inserts which flows through between the sealing shoulders and the stop shoulders Liquid flows essentially through the channels.
  • these are essentially radially extending channels.
  • An advantageous embodiment of the conditioner is characterized in that the Channels are divided into a plurality of vortex chambers, wherein the vortex chambers by means in essentially arranged perpendicular to the channel wall webs are separated from each other.
  • the perforated disks are by means of intermediate elements kept at a distance to each other.
  • each insert in a projecting against the flow direction in a first perforated disc Area inlet openings, in a flow direction in a second perforated disc projecting area outflow openings, as well as in an intermediate middle area Overflow openings, wherein the openings as substantially in the flow direction extending grooves are formed with a semicircular cross-section.
  • the openings are substantially in the flow direction Grooves formed with a semicircular cross section and evenly distributed along the Arranged edges of an insert.
  • the inserts are substantially disc-shaped and have both in an in and against the Flow area lying area recesses for receiving end portions of Compression springs on.
  • the inserts of electrically conductive material are formed, wherein the electrochemical potential of the inserts with each other or differs from other electrically conductive parts within the flow chamber.
  • the flow chamber Circular cross-section and the inserts are formed substantially rotationally symmetrical.
  • a scrubflußbypass provided, wherein the Return bypass has an overflow channel and a return flow, and in the Bypass a pump is provided.
  • This reflux bypass is a certain proportion of already treated liquid again with new liquid flowing into the conditioner mixed and again passed through the flow chambers, what the degree of preparation the fluid increases.
  • the pump which, for example, in terms of their speed is adjustable, it can be done a flexible adjustment to the respective amount of liquid.
  • the flow rate of the liquid in the flow chambers be varied.
  • FIGS. 1 and 2 The embodiment of the invention illustrated in FIGS. 1 and 2 has a housing 2, which is connected by means of several screws 4 and 6 sealing rings with a cover 1.
  • the housing 2 has mounting holes 5, which for mounting the conditioner on For example, serve a fuel line.
  • Liquid flows in via an inlet channel 10 Direction of the arrow EF in the conditioner and is via a distribution channel 11 to the Flow chambers 3 transported.
  • the conditioner shown has four of these flow chambers 3 on.
  • the flow chambers 3 are substantially cylindrical. After this Flowing through the flow chambers 3, in which the treatment of the liquid take place, this flows through an outlet channel 7, which is arranged in the cover 1, in the direction AF arrow, back out of the dresser and becomes a consumer, e.g. B. a motor, spent.
  • a pump 13 is provided in the sudflußbypass.
  • the pump 13 is by means of a sealing ring 12 against an inner wall of the remindflußbypasses sealed and is a power supply 14 with electrical energy provided.
  • This reflux bypass can be achieved that the liquid in the Conditioner in permanent circulation is what the residence time of the liquid in the Considerably increased conditioner and thus leads to a much more intensive treatment.
  • the pump 13 is adjustable in terms of their speed to a flexible adaptation to the Allow liquid and the required flow rate.
  • Fig. 3 shows a detailed section through a substantially cylindrical flow chamber 3.
  • two inserts 20a, 20b are arranged, which with sealing surfaces B on sealing shoulders 29a, 29b rest.
  • the sealing shoulders 29a, 29b are located thereby facing away from the flow direction surface of perforated disks 16 a, 16b.
  • the perforated disks 16b, 16c Stop shoulders 30a, 30b, which a lifting movement of the inserts 20a, 20b of the Limit sealing shoulders 29a, 29b due to the flow pressure.
  • the perforated disks 16a-16c are at a distance from one another by means of intermediate elements 17a, 17b held, these intermediate elements 17a, 17b made of plastic or a non-ferromagnetic Material can be made.
  • the inlet channel 10 facing Area is the perforated disc 16a by means of a sealing and damping ring 15a against an inner edge of the flow chamber 3 supported.
  • a discharge disk 18 with discharge channels 32 is provided in an outlet region of the flow chamber 3.
  • the Perforated disc 16c and the discharge disc 18 are by means of a sealing and damping ring 15b supported against each other.
  • the inserts 20a, 20b are against the flow direction with the force of springs 19a, 19b and - depending on the selected installation orientation of the conditioner - additionally with her Deadweight applied.
  • the inserts have to, as shown in Fig. 4 - Fig. 7, Recesses 25a, 25b for receiving the end portions of the springs 19a, 19b.
  • An end area the spring 19b is in a corresponding recess in the dissipation disc 18th added.
  • the inserts 20a, 20b are substantially rotationally symmetric discs, which in a middle region along its axis of rotation a diameter corresponding to the inner diameter the intermediate elements 17a, 17b have. In one of the flow direction facing or remote region of the inserts 20a, 20b, they have a lower, the diameter of the inner diameter of the perforated disks 16a - 16c adapted diameter.
  • the diameters in these three areas are dimensioned so that the inserts 20a, 20b indeed as close as possible to the intermediate elements 17a, 17b or to the perforated discs 16a - 16c abut, a smooth movement of the inserts 20a, 20b in the flow direction, however is guaranteed.
  • the liquid flowing in through an inlet channel 10 into a flow chamber 3 lifts the liquid Inserts 20a, 20b corresponding to the flow pressure against the force of the springs 19a, 19b or against the weight of the inserts from the associated sealing shoulders 29a, 29b.
  • the liquid flows over inflow openings 27, which run in the direction of flow preferably formed as grooves with a semicircular cross-section, between the Sealing shoulders 29a, 29b and the cooperating sealing surfaces B of the inserts 20a, 20b.
  • the inflow openings 27 are in one between the perforated disks 16a, 16b projecting portion of the inserts 20a, 20b, uniformly along an edge of the inserts 20a, 20b, arranged.
  • the inserts 20a, 20b are in the sealing surfaces B Wells, which in an exemplary embodiment as annular grooves 23rd are formed with a semicircular cross section.
  • overflow openings 24 which are formed as grooves with a semicircular cross-section provided.
  • overflow openings 24 which can be seen from FIGS. 4 to 7, enter the liquid the region of the inserts 20a, 20b facing away from the flow direction.
  • the inserts 20a, 20b are thereby from the pressure of the liquid substantially against the stop shoulders 30a, 30b pressed.
  • each channel 28 is associated with an overflow opening 24.
  • the channels 28 running in the stop surface A are present divided by webs 22 in vortex chambers 21.
  • the webs 22 are mutually beveled, so that wedge-shaped, offset passages for give the liquid.
  • Other embodiments are conceivable, such as a stepped shape of the webs 22.
  • the staggered passages, the flowing through Liquid further strongly swirled and thus processed.
  • the inserts 20a, 20b and / or the perforated discs 16a - 16c be designed as magnets.
  • the strongly vortexed liquid becomes at its Flow past the magnet as a result of the Lorentz force magnetically treated, wherein this processing due to the strong turbulence over a wide range of speeds, and thus extremely effective.
  • the magnets are formed as permanent magnets, as these are no electrical Consume energy.
  • the magnets are axially magnetized, the same name Poles can face each other, however, depending on the requirements of the Dresser magnetization also be chosen differently. If a controllable magnetic field is necessary, may also be thought of the use of electromagnets.
  • FIGS. 9 and 10 show an inventive conditioner for liquids represented in which each of the housing 2 arranged in the flow chambers 3 via a separate inlet 33 has. Furthermore, it can be seen that each of these flow chambers 3 has its own outlet 34, wherein the various outlets 34 in a cover. 1 of the conditioner are arranged. As can be seen from a comparison of Figure 1 with Fig. 9 can, while allowing an exchange of the corresponding cover in a simple manner an adaptation of the conditioner to the respectively necessary number of outlets.
  • separate Outlets 34 have the advantage that, for example, each cylinder of an engine individually and can be loaded according to the required injection quantity of fuel.
  • the inserts 20a, 20b are subjected to a force, this force being by springs 19a, 19b and / or the weight of the inserts 20a, 20b comes. It's still too conceivable, this force by a magnetic action between the inserts 20a, 20b and for example, the perforated discs 16a, 16b apply.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufbereiter für Flüssigkeiten, insbesondere fluide Brennstoffe.
Aus der US 4 611 615A ist ein rohrförmiger Aufbereiter für die Behandlung von flüssigen Erdölprodukten bekannt geworden, der insbesondere dazu dienen soll, Paraffin- und andere Ablagerungen an Rohrwandungen zu vermeiden. Aus diesem Dokument geht die Verwendung von Dauermagneten im Zusammenhang mit verwirbelten Flüssigkeitsbereichen als bekannt hervor.
Ein weiterer Aufbereiter geht aus der EP 0 277 112 A3 hervor und stellt dahingehend eine Verbesserung dar, als der darin beschriebene bewegliche Magneteinsatz eine Anpassung an unterschiedliche Durchflußmengen ermöglicht und sowohl bei sehr geringen als auch bei größeren Durchflußmengen die Resultate liefert.
Die CH 366 518 zeigt eine Homogenisierungsvorrichtung bestehend aus einem hohl ausgebildeten Außenkörper, in dem ein Innenkörper gelagert ist Diese beiden Körper weisen zwei ineinanderliegende konische Arbeitsflächen auf, die im Ruhezustand, wenn das zu homogenisierende Medium auf den Innenkörper keinen Druck ausübt, eine ringförmige Passieröffnung bilden. Mit dieser Vorrichtung ist allerdings eine Anpassung an verschiedene Durchflussmengen nicht optimal möglich.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Aufbereiter der eingangs genannten Art für unterschiedlichste Flüssigkeiten konstruktiv derart zu gestalten, das einerseits eine Anpassung an unterschiedliche Durchflußmengen möglich ist, und andererseits eine intensive Verwirbelung der Flüssigkeit erfolgt, um damit eine im Vergleich zu bekannten Aufbereitern gesteigerte Aufbereitungsrate zu erreichen.
Diese Aufgabe wird von einem Aufbereiter gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung schafft also einen Aufbereiter der mehrere parallele Durchflußkammern aufweist und, bei dem Einsätze in einer Durchflußkammer entsprechend dem Strömungsdruck der Flüssigkeit von den zugeordneten Dichtschultern abgehoben werden, wodurch sich Durchlaßquerschnitte für die Flüssigkeit bilden. Beim Durchströmen der Flüssigkeit zwischen den Dichtflächen der Einsätze und den jeweiligen Dichtschultern wird die Flüssigkeit in den Vertiefungen der Dichtflächen intensiv verwirbelt. Die dadurch erfolgende Aufbereitung der Flüssigkeit führt beispielsweise bei Treibstoffen zu einem geringeren Verbrauch sowie zu einer Verringerung der Summe schädlicher Abgase von Motoren.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die Vertiefungen in Form von einer oder mehreren Nuten ausgebildet, wobei die Nuten im wesentlichen ringförmig ausgebildet sind, und die Nuten im wesentlichen halbkreisförmige Querschnitte aufweisen.
Um eine starke Verwirbelung zu erzielen, erweist es sich weiters als vorteilhaft, wenn jeder Einsatz in einem seiner Dichtfläche abgewandten Bereich eine Anschlagfläche aufweist, jeder Anschlagfläche eine in Strömungsrichtung angeordnete Anschlagschulter zugeordnet ist, welche eine Abhebbewegung der Einsätze von den Dichtschulternin Folge des Strömungsdruckes begrenzen, in jeder Anschlagfläche Kanäle vorgesehen sind, und bei einem Abheben der Einsätze die zwischen den Dichtschultern und den Anschlagschultern durchströmende Flüssigkeit im wesentlichen durch die Kanäle fließt.
Dabei handelt es sich günstigerweise um im wesentlichen radial verlaufende Kanäle.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Aufbereiters ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in mehrere Wirbelkammern unterteilt sind, wobei die Wirbelkammern mittels im wesentlichen senkrecht zur Kanalwandung angeordneter Stege voneinander getrennt sind.
Zur Erzielung einer hohen Verwirbelungsgeschwindigkeit sind die Stege zwischen den Wirbelkammern wechselseitig abgeschrägt, sodaß sich keilförmige, versetzte Durchlässe für die Flüssigkeit ergeben.
Um die Konstruktion und Fertigung eines erfindungsgemäßen Aufbereiters möglichst einfach zu halten, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Dicht- und Anschlagschultern als voneinander abgewandte Flächen einer Lochscheibe ausgebildet sind.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind die Lochscheiben mittels Zwischenelementen zueinander auf Abstand gehalten.
Um ein Umströmen der Einsätze in der Durchflußkammer zu ermöglichen, ist es günstig, wenn jeder Einsatz in einem gegen die Strömungsrichtung in eine erste Lochscheibe ragenden Bereich Einströmöffnungen, in einem in Strömungsrichtung in eine zweite Lochscheibe ragenden Bereich Ausströmöffnungen, sowie in einem dazwischenliegenden mittleren Bereich Überströmöffnungen aufweist, wobei die Öffnungen als im wesentlichen in Strömungsrichtung verlaufende Nuten mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind.
Vorteilhafterweise sind die Öffnungen als im wesentlichen in Strömungsrichtung verlaufende Nuten mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet und gleichmäßig verteilt entlang der Ränder eines Einsatzes angeordnet.
Bei einer einsatzerprobten Ausführungsform der Erfindung sind die Einsätze im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und weisen sowohl in einem in als auch in einem gegen die Strömungsrichtung liegenden Bereich Ausnehmungen zum Aufnehmen von Endbereichen von Druckfedern auf.
Als günstig erweist es sich, wenn in einem Einlaßbereich der Durchflußkammer eine erste Lochscheibe mittels eines Dichtungs- und Dämpfungsringes gegen einen inneren Rand der Durchflußkammer, und in einem Auslaßbereich der Durchflußkammer eine zweite Lochscheibe mittels eines Dichtungs- und Dämpfungsringes gegen die zumindest eine Ableitungsscheibe abgestützt ist. Auf diese Weise können Fahrzeugerschütterungen abgefangen werden, sodaß eine von diesen nicht gestörte Flüssigkeitsbewegung möglich ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Aufbereitung von Flüssigkeiten ergibt sich, wenn die Lochscheibe aus elektrisch leitfähigem Material gebildet sind, wobei sich das elektrochemische Potential der Lochscheiben untereinander bzw. gegenüber anderen elektrisch leitfähigen Teilen innerhalb der Durchflußkammer unterscheidet.
Außerdem kann von Vorteil sein, wenn die Einsätze aus elektrisch leitfähigem Material gebildet sind, wobei sich das elektrochemische Potential der Einsätze untereinander bzw. gegenüber anderen elektrisch leitfähigen Teilen innerhalb der Durchflußkammer unterscheidet.
Von besonderem Vorteil in Hinblick auf eine zusätzliche Beeinflussung von Flüssigkeiten ist es, wenn die Lochscheiben und/oder die Einsätze als Magnete ausgebildet sind.
Bei einer bevorzugten, einfach herstellbaren Ausführungsform weist die Durchflußkammer Kreisquerschnitt auf und die Einsätze sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Um eine permanente Umwälzung der Flüssigkeit zu ermöglichen, ist zwischen einem Auslaßund einem Einlaßbereich der Durchflußkammern ein Rückflußbypass vorgesehen, wobei der Rückflußbypass einen Überströmkanal sowie einen Rückströmkanal aufweist, und in dem Bypass eine Pumpe vorgesehen ist. Über diesen Rückflußbypass wird ein gewisser Anteil von bereits aufbereiteter Flüssigkeit wieder mit neu in den Aufbereiter einströmender Flüssigkeit vermengt und nochmals durch die Durchflußkammern geleitet, was den Aufbereitungsgrad der Flüssigkeit erhöht. Mittels der Pumpe, welche beispielsweise hinsichtlich ihrer Drehzahl regelbar ist, kann dabei eine flexible Anpassung an die jeweilige Flüssigkeitsmenge erfolgen. Weiters kann die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Durchflußkammern variiert werden.
In Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatzgebiet des Aufbereiters können mehrere Durchflußkammern über einen Verteilerkanal mit einem gemeinsamen Einlaßkanal verbunden sein, es kann aber auch von Vorteil sein, wenn mehrere Durchflußkammern jeweils gesonderte Einlässe aufweisen. Ebenso können mehrere Durchflußkammern über einen Sammelkanal mit einem gemeinsamen Auslaß verbunden sein, oder mehrere Durchflußkammern jeweils gesonderte Auslässe aufweisen. Bei Verwendung eines Aufbereiters mit beispielsweise gesonderten Einlässen und gesonderten Auslässen für jede Durchflußkammer kann etwa jeder Zylinder eines Motors einzeln und entsprechend der jeweils benötigten Einspritzmenge beschickt werden.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen davon werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen
Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Aufbereiter,
Fig. 2
einen Querschnitt durch einen Aufbereiter nach Fig. 1,
Fig. 3
einen detaillierten Schnitt durch eine Durchflußkammer,
Fig. 4
einen Schnitt durch einen der Strömungsrichtung abgewandten Bereich eines Einsatzes,
Fig. 5
eine Draufsicht auf einen der Strömungsrichtung abgewandten Bereich eines Einsatzes,
Fig. 6
einen Schnitt durch einen der Strömungsrichtung zugewandten Bereich eines Einsatzes,
Fig. 7
eine Draufsicht auf einen der Strömungsrichtung zugewandten Bereich eines Einsatzes,
Fig. 8
eine Detailansicht eines in einer Anschlagfläche eines Einsatzes verlaufenden Kanals,
Fig. 9
einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufbereiters, und
Fig. 10
einen Querschnitt eines Aufbereiters nach Fig. 9.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung besitzt ein Gehäuse 2, welches mittels mehrerer Schrauben 4 und Dichtringe 6 mit einem Deckel 1 verbunden ist. Das Gehäuse 2 weist Befestigungslöcher 5 auf, welche zur Montage des Aufbereiters an beispielsweise einer Treibstoffleitung dienen. Über einen Einlaßkanal 10 strömt Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles EF in den Aufbereiter ein und wird über einen Verteilerkanal 11 zu den Durchflußkammern 3 transportiert. Der dargestellte Aufbereiter weist vier dieser Durchflußkammern 3 auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufbereiters sind die Durchflußkammern 3 im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Nach dem Durchströmen der Durchflußkammern 3, in welchen die Aufbereitung der Flüssigkeit stattfinder, strömt diese über einen Auslaßkanal 7, welcher im Deckel 1 angeordnet ist, in Richtung des Pfeiles AF, wieder aus dem Aufbereiter heraus und wird zu einem Verbraucher, z. B. einem Motor, verbracht.
Ein Teil der in den Durchflußkammem 3 aufbereiteten Flüssigkeit fließt über einen Rückflußbypass, welcher aus einem Überströmkanal 8 und einem Rücklaufkanal 9 besteht, zurück in den Einlaßkanal 10, wo die aufbereitete Flüssigkeit sich mit frisch einströmender Flüssigkeit vermengt und anschließend wieder in die Durchflußkammern 3 einströmt. Zur besseren Förderung der rückströmenden Flüssigkeit ist in dem Rückflußbypass eine Pumpe 13 vorgesehen. Die Pumpe 13 ist mittels eines Dichtungsringes 12 gegen eine Innenwandung des Rückflußbypasses abgedichtet und wird über eine Stromzuführung 14 mit elektrischer Energie versorgt. Mit diesem Rückflußbypass kann erreicht werden, daß sich die Flüssigkeit im Aufbereiter in permanenter Umwälzung befindet, was die Verweildauer der Flüssigkeit im Aufbereiter beträchtlich erhöht und somit zu einer wesentlich intensiveren Aufbereitung führt. Die Pumpe 13 ist hinsichtlich ihrer Drehzahl regelbar, um eine flexible Anpassung an die Flüssigkeitsmenge und die jeweils erforderliche Strömungsgeschwindigkeit zu ermöglichen.
Die Fig. 3 zeigt einen detaillierten Schnitt durch eine im wesentlichen zylinderförmige Durchflußkammer 3. In dieser Durchflußkammer 3 sind zwei Einsätze 20a, 20b angeordnet, welche mit Dichtflächen B auf Dichtschultern 29a, 29b aufliegen. Die Dichtschultern 29a, 29b befinden sich dabei an einer der Strömungsrichtung abgewandten Fläche von Lochscheiben 16a, 16b. An einer der Strömungsrichtung zugewandten Fläche weisen die Lochscheiben 16b, 16c Anschlagschultern 30a, 30b auf, die eine Abhebbewegung der Einsätze 20a, 20b von den Dichtschultern 29a, 29b infolge des Strömungsdruckes begrenzen.
Die Lochscheiben 16a - 16c sind zueinander mittels Zwischenelementen 17a, 17b auf Distanz gehalten, wobei diese Zwischenelemente 17a, 17b aus Kunststoff oder aus einem nicht ferromagnetischen Material hergestellt sein können. In einem dem Einlaßkanal 10 zugewandten Bereich ist die Lochscheibe 16a mittels eines Dichtungs- und Dämpfungsringes 15a gegen einen inneren Rand der Durchflußkammer 3 abgestützt. In einem Auslaßbereich der Durchflußkammer 3 ist eine Ableitungsscheibe 18 mit Ableitungskanälen 32 vorgesehen. Die Lochscheibe 16c und die Ableitungsscheibe 18 sind mittels eines Dichtungs- und Dämpfungsringes 15b gegeneinander abgestützt.
Die Einsätze 20a, 20b sind gegen die Strömungsrichtung mit der Kraft von Federn 19a, 19b sowie - je nach gewählter Einbauorientierung des Aufbereiters - zusätzlich noch mit ihrem Eigengewicht beaufschlagt. Die Einsätze weisen dazu, wie aus Fig. 4 - Fig. 7 ersichtlich, Ausnehmungen 25a, 25b zur Aufnahme der Endbereiche der Federn 19a, 19b auf. Ein Endbereich der Feder 19b ist in einer entsprechenden Ausnehmung in der Ableitungsscheibe 18 aufgenommen.
Die Einsätze 20a, 20b sind im wesentlichen rotationssymmetrische Scheiben, welche in einem mittleren Bereich entlang ihrer Rotationsachse einen Durchmesser entsprechend dem Innendurchmesser der Zwischenelemente 17a, 17b aufweisen. In einem der Strömungsrichtung zugewandten bzw. abgewandten Bereich der Einsätze 20a, 20b weisen sie einen geringeren, dem Innendurchmesser der Lochscheiben 16a - 16c angepaßten Durchmesser auf. Die Durchmesser in diesen drei Bereichen sind dabei so bemessen, daß die Einsätze 20a, 20b zwar möglichst dichtend an den Zwischenelementen 17a, 17b bzw. an den Lochscheiben 16a - 16c anliegen, eine reibungsfreie Bewegung der Einsätze 20a, 20b in Strömungsrichtung allerdings gewährleistet ist.
An dieser Stelle soll angemerkt werden, daß die hier dargestellte Beschreibung an eine Ausführungsform der Erfindung angelehnt ist, bei der die zylinderförmigen Durchflußkammern 3 Kreisquerschnitt aufweisen. Allerdings können bei anderen zweckmäßigen Ausführungsformen auch Durchflußkammern 3 mit anderen Querschnitten, etwa quadratischen oder rechteckigen, versehen sein, was naturgemäß eine dementsprechende Anpassung der Form der Einsätze 20a, 20b, der Lochscheiben 16a - 16c, der Zwischenelemente 17a, 17b, der Dämpfungs- und Dichtungsringe 15a, 15b sowie der Ableitungsscheibe 18 notwendig macht.
Die über einen Einlaßkanal 10 in eine Durchflußkammer 3 einströmende Flüssigkeit hebt die Einsätze 20a, 20b entsprechend dem Strömungsdruck gegen die Kraft der Federn 19a, 19b bzw. gegen das Eigengewicht der Einsätze von den zugeordneten Dichtschultern 29a, 29b ab. Die Flüssigkeit strömt über in Strömungsrichtung verlaufende Einströmöffnungen 27, welche vorzugsweise als Nuten mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind, zwischen die Dichtschultern 29a, 29b sowie die damit zusammenwirkenden Dichtflächen B der Einsätze 20a, 20b. Die Einströmöffnungen 27 sind dabei in einem zwischen die Lochscheiben 16a, 16b ragenden Bereich der Einsätze 20a, 20b, gleichmäßig entlang eines Randes der Einsätze 20a, 20b, angeordnet.
Wie aus Fig. 6 und Fig. 7 erkennbar, weisen die Einsätze 20a, 20b in den Dichtflächen B Vertiefungen auf, welche bei einer beispielhaften Ausführungsform als ringförmige Nuten 23 mit Halbkreisquerschnitt ausgebildet sind. Durch das Hindurchströmen der Flüssigkeit zwischen den Dichtschulter 29a, 29b und den Dichtflächen B kommt es zu einer starken Verwirbelung der Flüssigkeit in den Nuten 23, was einen starken Aufbereitungseffekt der Flüssigkeit zur Folge hat.
Am Rand der Einsätze 20a, 20b, in deren mittleren Bereich, sind gleichmäßig, unmittelbar angrenzend an die Zwischenelemente 17a, 17b in Strömungsrichtung verlaufende Überströmöffnungen 24, welche als Nuten mit Halbkreisquerschnitt ausgebildet sind, vorgesehen. Über diese aus den Fig. 4 - Fig. 7 erkennbaren Überströmöffnungen 24 gelangt die Flüssigkeit in den der Strömungsrichtung abgewandten Bereich der Einsätze 20a, 20b. Die Einsätze 20a, 20b sind dabei vom Druck der Flüssigkeit im wesentlichen gegen die Anschlagschultern 30a, 30b gedrückt. Die Flüssigkeit strömt über radial verlaufende Kanäle 28 an einer der Strömungsrichtung abgewandten Anschlagfläche A vom Außenrand der Einsätze 20a, 20b radial nach innen, und von dort über Ausströmöffnungen 31 zwischen der Lochscheibe 16b, 16c und dem jeweiligen Einsatz 20a, 20b heraus, in eine von jeweils zwei Einsätzen 20a, 20b bzw. einem Einsatz 20b und der Ableitungsscheibe 18 gebildete Verteilerkammer 26. Die Ausströmöffnungen 31 sind dabei in der Regel wiederum als in Strömungsrichtung verlaufende Nuten mit Halbkreisquerschnitt ausgebildet. Bei einer praxiserprobten Ausführungsform der Erfindung ist jedem Kanal 28 eine Überströmöffnung 24 zugeordnet.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich, sind die in der Anschlagfläche A verlaufenden Kanäle 28 dabei mittels Stegen 22 in Wirbelkammern 21 unterteilt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Stege 22 wechselseitig abgeschrägt, sodaß sich keilförmige, versetzte Durchlässe für die Flüssigkeit ergeben. Auch andere Ausführungsformen sind denkbar, wie beispielsweise eine Stufenform der Stege 22. Durch die versetzten Durchlässe wird die durchströmende Flüssigkeit weiter stark verwirbelt und damit aufbereitet.
Nachdem die Flüssigkeit den letzten Einsatz 20b umströmt hat, gelangt sie aus der Verteilerkammer 26 über die Ableitungskanäle 32 in der Ableitungsscheibe 18 aus der Durchflußkammer 3 heraus. Von dort fließt ein Teil der in der Durchflußkammer 3 aufbereiteten Flüssigkeit über einen Auslaßkanal 7 zu einem Verbraucher, ein anderer Teil der aufbereiteten Flüssigkeit wird über den Rückflußbypass zurück in den Einlaßkanal 10 geleitete, wo er sich mit frisch einströmender Flüssigkeit vermengt und sodann wieder durch die Durchflußkammem 3 strömt. Dieses mehrmalige Durchströmen von bereits aufbereiteter Flüssigkeit durch die Durchflußkammern 3 verstärkt bekanntermaßen den erzielbaren Aufbereitungseffekt.
Der beschriebene Aufbau der Durchflußkammern 3 mit Lochscheiben 16a - 16c sowie Zwischenelementen 17a, 17b, welche die Lochscheiben 16a - 16c zueinander auf Distanz halten, kann auch dahingehend abgeändert sein, daß die Lochscheiben 16a - 16c mit dem Gehäuse 2 fest verbunden sind. Eine Verwendung von Zwischenelementen 17a, 17b ist dann nicht mehr notwendig, allerdings ist ein einfaches Einsetzen der Einsätze 20a, 20b in die Durchflußkammem 3 beim Zusammenbau des Aufbereiters nicht mehr möglich. Um die Einsätze 20a, 20b in die Durchflußkammern 3 einsetzen zu können, ist in diesem Falle ein zweiteiliges Gehäuse 2 notwendig.
Um den Aufbereitungsgrad für bestimmte Flüssigkeiten, wie etwa Kraftstoffe, noch zu verbessern, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Flüssigkeit zusätzlich noch eine magnetische Aufbereitung erfährt. Dazu können die Einsätze 20a, 20b und/oder die Lochscheiben 16a - 16c als Magnete ausgebildet sein. Die stark verwirbelte Flüssigkeit wird bei ihrem Vorbeiströmen an den Magneten in Folge der Lorentz-Kraft magnetisch aufbereitet, wobei diese Aufbereitung aufgrund der starken Verwirbelung über ein breites Geschwindigkeitsspektrum, und somit äußerst effektiv, erfolgt.
Vorzugsweise sind die Magnete als Dauermagnete ausgebildet, da diese keine elektrische Energie verbrauchen. Üblicherweise sind die Magnete dabei axial magnetisiert, wobei gleichnamige Pole einander zugewandt sein können, allerdings kann je nach Anforderung an den Aufbereiter die Magnetisierung auch anders gewählt sein. Falls ein regelbares Magnetfeld notwendig ist, kann auch an die Verwendung von Elektromagneten gedacht sein.
Eine weitere Behandlung der Flüssigkeit auf elektrochemischem Wege ist möglich, wenn ein elektrisches Potentialgefälle in den Durchflußkammern 3 aufgebaut wird, was beispielsweise durch Verwendung von Einsätzen 20a, 20b und/oder Lochscheiben 16a - 16c aus elektrisch leitfähigem Material erreicht werden kann. Dabei ist es von Bedeutung, daß sich die elektrochemischen Potentiale der Einsätze 20a, 20b und/oder Lochscheiben 16a - 16c untereinander bzw. gegenüber anderen elektrisch leitfähigen Teilen in der jeweiligen Durchflußkammer 3 unterscheiden. Abgesehen von dieser passiven Erzeugung eines elektrischen Feldgradienten kann ein solcher auch durch Elektroden in den Durchflußkammern 3 erreicht werden, die an unterschiedliche Potentiale gelegt werden. Dazu können elektrische Zuleitungen zu den Elektroden nach außen vorgesehen sein, welche beispielsweise an eine Batterie gelegt werden.
In Fig. 9 und Fig. 10 ist abschließend ein erfindungsgemäßer Aufbereiter für Flüssigkeiten dargestellt, bei welchem jede der im Gehäuse 2 angeordneten Durchflußkammern 3 über einen gesonderten Einlaß 33 verfügt. Weiters ist ersichtlich, daß jede dieser Durchflußkammern 3 einen eigenen Auslaß 34 aufweist, wobei die verschiedenen Auslässe 34 in einem Deckel 1 des Aufbereiters angeordnet sind. Wie man aus einem Vergleich von Fig.1 mit Fig. 9 erkennen kann, ermöglicht dabei eine Austausch der entsprechenden Deckel auf einfache Weise eine Anpassung des Aufbereiters an die jeweils notwendige Anzahl von Auslässen. Gesonderte Auslässe 34 haben den Vorteil, daß beispielsweise jeder Zylinder eines Motors einzeln und entsprechend der jeweils benötigten Einspritzmenge an Treibstoff beschickbar ist.
Wie beschrieben, sind die Einsätze 20a, 20b mit einer Kraft beaufschlagt, wobei diese Kraft von Federn 19a, 19b und/oder dem Eigengewicht der Einsätze 20a, 20b stammt. Weiters ist es auch noch denkbar, diese Kraft durch eine magnetische Wirkung zwischen den Einsätzen 20a, 20b und beispielsweise den Lochscheiben 16a, 16b aufzubringen.

Claims (15)

  1. Aufbereiter für Flüssigkeiten, insbesondere fluide Brennstoffe, mit einem Gehäuse (2), welches mehrere Durchflußkammern (3) mit jeweils zumindest einem Durchflußweg für eine Flüssigkeit aufweist, wobei in jeder Durchflußkammer (3) ein oder mehrere bewegliche Einsätze (20a, 20b) vorgesehen sind, jeder Einsatz (20a, 20b) mit einer Dichtfläche (B) auf zumindest einer Dichtschulter (29a, 29b) abstützbar ist, die Einsätze (20a,20b) gegen die Strömungsrichtung mit einer Kraft, z. B. dem Eigengewicht und/oder der Kraft von einer oder mehreren Federn (19a, 19b) beaufschlagt sind, und jeder Einsatz (20a, 20b) in der mit einer zugeordneten Dichtschulter (29a, 29b) zusammenwirkenden Dichtfläche (B) Vertiefungen (23) aufweist, sodass bei einem Abheben der Einsätze (20a, 20b) von den Dichtschultern (29a, 29b) veränderliche Durchlassquerschnitte gebildet werden und die zwischen den Einsätzen (20a,20b) und den Dichtschultern (29a,29b) durchströmende Flüssigkeit in den Vertiefungen (23) verwirbelt wird.
  2. Aufbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (23) in Form von einer oder mehreren, im wesentlichen ringförmigen Nuten ausgebildet sind, welche im wesentlichen halbkreisförmige Querschnitte aufweisen.
  3. Aufbereiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einsatz (20a, 20b) in einem seiner Dichtfläche (B) abgewandten Bereich eine Anschlagfläche (A) aufweist, jeder Anschlagfläche (A) eine in Strömungsrichtung angeordnete Anschlagschulter (30a, 30b) zugeordnet ist, welche eine Abhebbewegung der Einsätze (20a, 20b) von den Dichtschultern (29a, 29b) in Folge des Strömungsdruckes begrenzen, in jeder Anschlagfläche (A) Kanäle (28) vorgesehen sind, und bei einem Abheben der Einsätze (20a, 20b) die zwischen den Dichtschultem (29a, 29b) und den Anschlagschultern (30a, 30b) durchströmende Flüssigkeit im wesentlichen durch die Kanäle (28) fließt.
  4. Aufbereiter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch im wesentlichen radial verlaufende Kanäle (28), welche in mehrere Wirbelkammern (21) unterteilt sind, die mittels im wesentlichen senkrecht zur Kanalwandung angeordneter Stege (22) voneinander getrennt sind, wobei die Stege (22) zwischen den Wirbelkammern (21) wechselseitig abgeschrägt sind, sodaß sich keilförmige, versetzte Durchlässe für die Flüssigkeit ergeben.
  5. Aufbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Dicht- und Anschlagschultern (29a; 29b, 30a; 30b) als voneinander abgewandte Flächen einer Lochscheibe (16a; 16b; 16c) ausgebildet sind.
  6. Aufbereiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (16a - 16c) mittels Zwischenelementen (17a, 17b) zueinander auf Abstand gehalten sind.
  7. Aufbereiter nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einsatz (20a, 20b)
    x) in einem gegen die Strömungsrichtung in eine erste Lochscheibe (16a, 16b) ragenden Bereich Einströmöffnungen (27),
    x) in einem in Strömungsrichtung in eine zweite Lochscheibe (16b; 16c) ragenden Bereich Ausströmöffnungen (31), sowie
    x) in einem dazwischenliegenden mittleren Bereich Überströmöffnungen (24) aufweist,
    wobei die Öffnungen (24, 27, 31) als im wesentlichen in Strömungsrichtung verlaufende Nuten mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind.
  8. Aufbereiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (24, 27, 31) gleichmäßig verteilt entlang der Ränder eines Einsatzes (20a, 20b) angeordnet sind.
  9. Aufbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einsatz (20a, 20b) im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist.
  10. Aufbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einsatz (20a, 20b) sowohl in einem in als auch in einem gegen die Strömungsrichtung liegenden Bereich Ausnehmungen (25a, 25b) zum Aufnehmen von Endbereichen von Druckfedern (19a, 19b) aufweist.
  11. Aufbereiter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Einlaßbereich der Durchflußkammer (3) eine erste Lochscheibe (16a) mittels eines Dichtungs- und Dämpfungsringes (15a) gegen einen inneren Rand der Durchflußkammer, und in einem Auslaßbereich der Durchflußkammer (3) eine zweite Lochscheibe (16c) mittels eines Dichtungs- und Dämpfungsringes (15b) gegen eine Ableitungsscheibe (18) abgestützt ist.
  12. Aufbereiter nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (16a - 16c) aus elektrisch leitfähigem Material gebildet sind, wobei sich das elektrochemische Potential der Lochscheiben (16a - 16c) untereinander bzw. gegenüber anderen elektrisch leitfähigen Teilen innerhalb der Durchflußkammer (3) unterscheidet und/oder die Einsätze (20a, 20b) aus elektrisch leitfähigem Material gebildet sind, wobei sich das elektrochemische Potential der Einsätze (20a, 20b) untereinander bzw. gegenüber anderen elektrisch leitfähigen Teilen innerhalb der Durchflußkammer (3) unterscheidet.
  13. Aufbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lochscheibe (16a - 16c) und/oder jeder Einsatz (20a, 20b) als Magnet ausgebildet ist.
  14. Aufbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Auslaß- und einem Einlaßbereich der Durchflußkammern (3) ein Rückflußbypass (8, 9) vorgesehen ist.
  15. Aufbereiter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückflußbypass (8, 9) einen Überströmkanal (8) sowie einen Rückströmkanal (9) aufweist und in dem Bypass (8, 9) eine Pumpe (13) vorgesehen ist.
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