NL2002675C2

NL2002675C2 - VORTEX GENERATOR.

Info

Publication number: NL2002675C2
Application number: NL2002675A
Authority: NL
Inventors: Pieter Meint Klok
Original assignee: Gimo Holding B V
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-09-28
Also published as: WO2010110665A1

Description

P87661NL00P87661NL00

Titel: Vortexgenerator.Title: Vortex generator.

De uitvinding heeft betrekking op een vortexgenerator voor het creëren van een gecontroleerde werveling in een fluïdumstroom, welke vortexgenerator een huis met een doorstroomkanaal voor een fluïdumstroom omvat, welk doorstroomkanaal een kanaalwand en een centrale zone heeft, 5 en een aantal zich in het doorstroomkanaal vanaf de kanaalwand naar de centrale zone uitstrekkende wervelelementen.The invention relates to a vortex generator for creating a controlled swirl in a fluid flow, which vortex generator comprises a housing with a flow channel for a fluid flow, which flow channel has a channel wall and a central zone, and a number located in the flow channel from the swirl wall extending to the central zone.

Uit US 5113838 (Kim) en uit WO 03/064832 (Kim) is een dergelijke vortexgenerator bekend voor toepassing in het luchtfilter of het inlaatkanaal en desgewenst in het uitlaatkanaal van een benzinemotor of 10 een dieselmotor of dergelijke. Bij toepassing in het inlaatkanaal zorgt de vortexgenerator voor een verbeterde toevoer van lucht of een lucht/brandstofmengsel aan de verbrandingskamer(s). Een verbeterde vulling van de verbrandingskamer(s) leidt weer tot een efficiënter gebruik van brandstof met als gevolg een geringer brandstofverbruik bij eenzelfde 15 motorvermogen of een toegenomen motorvermogen bij eenzelfde brandstofverbruik.From US 5,111,838 (Kim) and from WO 03/064832 (Kim) such a vortex generator is known for use in the air filter or the inlet channel and, if desired, in the outlet channel of a gasoline engine or a diesel engine or the like. When used in the inlet channel, the vortex generator ensures an improved supply of air or an air / fuel mixture to the combustion chamber (s). An improved filling of the combustion chamber (s) in turn leads to a more efficient use of fuel, resulting in a lower fuel consumption with the same engine power or an increased engine power with the same fuel consumption.

Voorts is uit GB 658 619 een brander voor oliegestookte verwarmingsketels bekend, die is voorzien van een vortexgenerator met een aantal wervelelementen, die elk met een schroef zijn bevestigd op de naar de 20 brander gekeerde rand van het huis van de vortexgenerator. Evenals in WO 03/064832 is hier sprake van afzonderlijke uit plaatmateriaal vervaardigde wervelementen, die met bevestigingsmiddelen aan het huis zijn bevestigd. Een bezwaar van een dergelijke constructie is, dat een wervelelement los zou kunnen raken, hetgeen ernstige gevolgen zou kunnen 25 hebben.Furthermore, GB 658 619 discloses a burner for oil-fired boilers, which is provided with a vortex generator with a number of swirl elements, each of which is fixed with a screw on the edge of the housing of the vortex generator facing the burner. As in WO 03/064832, there is talk of separate swirl elements made of sheet material, which are attached to the housing with fasteners. A drawback of such a construction is that a vertebral element could become detached, which could have serious consequences.

De uitvinding beoogt deze bezwaren op te heffen, althans te reduceren, en een verbeterde vortexgenerator te verschaffen, die in bedrijf 2 aan een fluïdumstroom een hogere vorticiteit en een sterkere versnelling verschaft dan de bekende vortexgenerators.It is an object of the invention to eliminate, at least reduce, these drawbacks and to provide an improved vortex generator which in operation 2 provides a fluid flow with a higher vorticity and a higher acceleration than the known vortex generators.

Hiertoe wordt volgens de uitvinding een vortexgenerator van de boven beschreven soort verschaft, waarbij de kanaalwand is voorzien van 5 een in het doorstroomkanaal reikende, door een in de doorstroomrichting gezien geleidelijk tot een grootste waarde toenemende en vervolgens weer afnemende wanddikte gevormde uitstulping voor het verkrijgen van een venturi-effect, en waarbij de wervelelementen elk een bladvormig lichaam omvatten met een langwerpige basis, die in een zich in hoofdzaak schuin op 10 de doorstroomrichting van het kanaal uitstrekkende langwerpige verbindingszone met de kanaalwand is verbonden, welke verbindingszone zich in de doorstroomrichting gezien uitstrekt van een vóór de grootste waarde van de wanddikte gelegen punt tot een voorbij de grootste waarde van de wanddikte gelegen punt, en waarbij de vortexgenerator uit één stuk 15 materiaal is vervaardigd.To this end, according to the invention, a vortex generator of the type described above is provided, wherein the channel wall is provided with a protrusion extending into the flow-through channel, formed by a wall thickness gradually increasing to a greatest value and then decreasing again, viewed in the flow direction, to obtain a venturi effect, and wherein the swirl elements each comprise a leaf-shaped body with an elongated base which is connected to the channel wall in an elongate connecting zone extending substantially obliquely to the flow direction of the channel, which connection zone extends seen in the direction of flow from a point located in front of the largest value of the wall thickness to a point located beyond the largest value of the wall thickness, and wherein the vortex generator is made of one piece of material.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bij gevoegde tekening van enkele uitvoeringsvoorbeelden.In the following, the invention will be further described with reference to the accompanying drawing of some exemplary embodiments.

Figuur 1 toont schematisch in perspectief een bovenaanzicht van een voorbeeld van een eerste uitvoeringsvorm van een vortexgenerator 20 volgens de uitvinding;Figure 1 shows a schematic perspective view of a top view of an example of a first embodiment of a vortex generator 20 according to the invention;

Figuren 2 en 3 tonen schematisch een boven- respectievelijk onderaanzicht van de vortexgenerator van figuur 1;Figures 2 and 3 schematically show a top and bottom view, respectively, of the vortex generator of Figure 1;

Figuren 4 en 5 tonen volledigheidshalve twee ten opzichte van elkaar iets verdraaide aanzichten in isometrisch respectievelijk trimetrisch 25 perspectief, schuin van boven en van voren gezien, van een vortexgenerator volgens de figuren 1 t/m 3;Figures 4 and 5 show, for the sake of completeness, two views that are slightly twisted with respect to each other in an isometric and trimetric perspective, viewed obliquely from above and from the front, of a vortex generator according to figures 1 to 3;

Figuur 6 toont schematisch in bovenaanzicht een voorbeeld van een andere uitvoeringsvorm van een vortexgenerator;Figure 6 shows schematically in top view an example of another embodiment of a vortex generator;

Figuur 7 toont een doorsnede langs de lijn A-A in figuur 6; en 3Figure 7 shows a section along the line A-A in Figure 6; and 3

Figuur 8 toont een voorbeeld van een als verwarmingselement uitgevoerde vortexgenerator.Figure 8 shows an example of a vortex generator designed as a heating element.

De in de figuren 1 t/m 5 getoonde vortexgenerator 1 is geschikt om in een buisvormig fluïdumkanaal met een cirkelvormige doorsnede geplaatst 5 te worden. Dit kan bijvoorbeeld een lucht- of brandstofinlaatkanaal van een inwendige verbrandingsmotor zijn, maar ook andere toepassingen zijn denkbaar. Zo kan een vortexgenerator desgewenst in een luchtfilter van een inwendige verbrandingsmotor of in een uitlaatkanaal toegepast worden, maar ook toepassingen in andere technische gebieden waar het nuttig is om 10 een fluïdumstroom te versterken, zijn mogelijk.The vortex generator 1 shown in Figures 1 to 5 is suitable for being placed in a tubular fluid channel with a circular cross-section. This may, for example, be an air or fuel inlet channel of an internal combustion engine, but other applications are also conceivable. For example, a vortex generator can be used in an air filter of an internal combustion engine or in an exhaust channel, but applications in other technical areas where it is useful to reinforce a fluid flow are also possible.

De getoonde vortexgenerator heeft een in hoofdzaak cilindrisch huis 2, dat een doorstroomkanaal 3 voor een fluïdumstroom vormt. In de figuren 4 en 5 is schematisch met pijlen Fi (ingangszijde) en Fo (uitgangszijde) een fluïdumstroom aangegeven. Het doorstroomkanaal 15 heeft een kanaalwand 4 gevormd door het binnenoppervlak van het huis 2, en een centrale zone C rondom de hartlijn H van het doorstroomkanaal (zie fig 3 en 4).The vortex generator shown has a substantially cylindrical housing 2, which forms a flow channel 3 for a fluid flow. In figures 4 and 5, a flow of fluid is schematically indicated by arrows Fi (input side) and Fo (output side). The flow-through channel 15 has a channel wall 4 formed by the inner surface of the housing 2, and a central zone C around the center line H of the flow-through channel (see Figs. 3 and 4).

Het huis 2 heeft een ten opzichte van de diameter D van het huis relatief geringe wanddikte d. Zoals hieronder nog nader zal worden 20 beschreven varieert de wanddikte van het huis tussen de ingangszijde van het huis (d.i. de bovenzijde in de figuren 4 en 5) en de uitgangszijde van het huis (= onderzijde in de figuren 4 en 5).The housing 2 has a relatively small wall thickness d relative to the diameter D of the housing. As will be described in more detail below, the wall thickness of the housing varies between the entrance side of the housing (i.e. the top side in Figures 4 and 5) and the output side of the housing (= bottom side in Figures 4 and 5).

In het huis 2 bevinden zich in dit voorbeeld vier wervelelementen 5, 6, 7 en 8, die zich vanaf de kanaalwand 4 van het huis 2 uitstrekken naar 25 de centrale zone C van het doorstroomkanaal 3. De wervelelementen zijn bladvormig en staan schuin op de hartlijn H en op de kanaalwand 4 en derhalve ook schuin op de hoofdrichting van de fluïdumstroom. De stand van de wervelelementen is bijvoorbeeld vergelijkbaar met die van de bladen van een vliegtuigpropellor of een moderne windmolen of de schoepen van 30 een ventilator. De wervelelementen kunnen naar keuze zodanig zijn 4 geplaatst, dat een gecontroleerde werveling of vortex wordt verkregen, die ofwel met de klok mee ofwel tegen de klok in is gericht.In this example, the housing 2 contains four swirling elements 5, 6, 7 and 8, which extend from the channel wall 4 of the housing 2 to the central zone C of the flow-through channel 3. The swirling elements are leaf-shaped and obliquely on the center line H and on the channel wall 4 and therefore also obliquely on the main direction of the fluid flow. The position of the swirl elements is, for example, comparable to that of the blades of an aircraft propeller or a modern windmill or the blades of a fan. The swirl elements may optionally be arranged such that a controlled swirl or vortex is obtained which is directed either clockwise or counterclockwise.

De bladvormige wervelelementen zijn met een langwerpige basis 5b, 6b, 7b, 8b in een verbindingszone verbonden met de kanaalwand 4, 5 waarbij de langwerpige basis en de verbindingszone zich schuin op de hartlijn H uitstrekken. De bladvormige wervelelementen vormen in dit voorbeeld voorts elk een tip, doordat de bovenrand en de onderrand van elk wervelelement naar elkaar toe gebogen randen zijn. Duidelijkheidshalve zijn de naar elkaar toe gebogen randen van wervelelement 6 in figuur 2 10 aangegeven met verwijzingscijfers 61 en 62.The leaf-shaped swirl elements are connected to the channel wall 4, 5 with an elongated base 5b, 6b, 7b, 8b in a connecting zone, the elongated base and the connecting zone extending obliquely on the axis H. The leaf-shaped swirl elements in this example furthermore each form a tip, because the upper edge and the lower edge of each swirl element are curved edges towards each other. For the sake of clarity, the curved edges of swirl element 6 in Figure 2 are indicated by reference numerals 61 and 62.

De wervelelementen zijn in dit voorbeeld opgesteld in twee paren, waarbij in het getoonde voorbeeld de wervelelementen 5 en 6 samen een paar vormen, evenals de wervelelementen 7 en 8. De samen een paar vormende wervelelementen zijn in of nabij de centrale zone C van het 15 door stroomkanaal 3 met de tippen met elkaar verbonden, zoals getoond bij de verwijzingscijfers 9 en 10.The swirl elements in this example are arranged in two pairs, wherein in the shown example the swirl elements 5 and 6 together form a pair, as well as the swirl elements 7 and 8. The swirl elements forming a pair together are in or near the central zone C of the connected through flow channel 3 with the tips, as shown at reference numerals 9 and 10.

Tussen de bij verwijzingscijfer 9 met elkaar verbonden tippen van een paar wervelelementen 5 en 6 en de bij verwijzingscijfer 10 met elkaar verbonden tippen van de wervelelementen 7 en 8 bevindt zich in dit 20 voorbeeld nog een vrije tussenruimte 11.Between the tips of a pair of swirl elements 5 and 6 connected to each other at reference numeral 9 and the tips of the swirl elements 7 and 8 connected to each other at reference number 10, there is still a free space 11 in this example.

De wand van het huis 3 heeft, zoals reeds opgemerkt vanaf de ingangszijde van het huis naar de uitgangszijde gezien een variërende dikte, doordat de afstand tussen de kanaalwand 4 en de hartlijn H vanaf de ingangszijde naar de uitgangszijde eerst geleidelijk afneemt tot een kleinste 25 waarde en vervolgens weer geleidelijk toeneemt. Ter plaatse van de kleinste waarde van de afstand tussen de kanaalwand 4 en de hartlijn H is de wanddikte het grootst. Het gebied met de grootste wanddikte 12 ligt in dit voorbeeld dichter bij de uitgangszijde dan bij de ingangszijde van de vortexgenerator, doch een andere ligging is ook mogelijk. Ook kan 30 desgewenst de toename van de wanddikte pas op enige afstand van de 5 ingangszijde beginnen en/of kan de afname van de wanddikte reeds op enige afstand voor de uitgangszijde eindigen.As already noted from the entrance side of the housing towards the exit side, the wall of the housing 3 has a varying thickness because the distance between the channel wall 4 and the center line H from the entrance side to the exit side first gradually decreases to a smallest value. and then gradually increases again. At the location of the smallest value of the distance between the channel wall 4 and the center line H, the wall thickness is greatest. In this example, the area with the largest wall thickness 12 is closer to the output side than to the input side of the vortex generator, but a different location is also possible. Also, if desired, the increase in the wall thickness can only start at some distance from the entrance side and / or the decrease in the wall thickness can already end some distance before the exit side.

Door toepassing van een tot een grootste waarde geleidelijk toenemende wanddikte en vervolgens weer geleidelijk afnemende 5 wanddikte, gezien van het ene naar het andere einde van het doorstroomkanaal, ontstaat een convergerend en vervolgens weer divergerend doorstroomkanaal. Het doorstroomkanaal vormt derhalve een venturi-buis, die een vergroting van de doorstroomsnelheid van een door het doorstroomkanaal vloeiend fluïdum bewerkstelligt. Het gebied 12 met de 10 grootste wanddikte wordt wel de keel van de venturi-buis genoemd.By applying a wall thickness gradually increasing to a largest value and then gradually decreasing wall thickness again, seen from one end of the through-flow channel, a converging and subsequently diverging through-flow channel is created. The flow-through channel therefore forms a venturi tube, which causes an increase in the flow-through speed of a fluid flowing through the flow-through channel. The area 12 with the largest wall thickness is sometimes called the throat of the venturi tube.

De bases 5b, 6b, 7b en 8b van de wervelelementen 5 t/m 8 strekken zich, vanaf de ingangszijde van het huis gezien, uit van een vóór de keel 12 gelegen punt tot een voorbij de keel 12 gelegen punt.The bases 5b, 6b, 7b and 8b of the swirl elements 5 to 8, viewed from the entrance side of the housing, extend from a point located in front of the throat 12 to a point located beyond the throat 12.

De wervelelementen hebben in dit voorbeeld een in twee richtingen 15 gebogen vorm, dat wil zeggen dat de bladen 5 t/m 8 zowel in de stromingsrichting van het fluïdum gezien als dwars daarop, dat wil zeggen in de richting van de basis naar de tip, gekromd zijn. Dit is goed te zien aan blad 6 in figuur 5, zoals aangegeven met een pijl 14. Opgemerkt wordt, dat toepassing van in twee richtingen gebogen bladen niet strikt noodzakelijk is. 20 Een in één richting gebogen of zelfs vlakke vorm van de bladen is ook mogelijk.The swirl elements in this example have a curved shape in two directions, that is to say that the blades 5 to 8 are viewed both in the flow direction of the fluid and transversely thereto, i.e. in the direction from the base to the tip, are curved. This can be seen clearly from sheet 6 in figure 5, as indicated by an arrow 14. It is noted that the use of sheets bent in two directions is not strictly necessary. A shape of the blades bent or even flat in one direction is also possible.

De wervelelementen kunnen voorts aan de uitgangszijde elk een vleugelsectie 15,16,17 en 8 hebben. De vleugelsecties strekken zich in dit voorbeeld uit vanaf de kanaalwand tot een op enige afstand van de tip van 25 het desbetreffende wervelelement gelegen punt. De vleugelsecties sluiten een iets grotere hoek in met de doorstroomrichting van het kanaal dan de rest van de bijbehorende wervelelementen en steken in bedrijf daardoor verder in de fluïdumstroom dan de hoofdoppervlakken van de wervelelementen. De vleugelsecties vergroten hierdoor nog extra het werveleffect.The swirl elements can furthermore each have a wing section 15, 16, 17 and 8 on the exit side. The wing sections in this example extend from the channel wall to a point located at some distance from the tip of the respective swirl element. The wing sections enclose a slightly greater angle with the flow direction of the channel than the rest of the associated swirl elements and, in operation, thereby project further into the fluid flow than the main surfaces of the swirl elements. The wing sections therefore increase the swirl effect even more.

66

De wervelelementen kunnen voorts met voordeel zijn voorzien van een aantal openingen 19 in de bladen δ t/m 8. De openingen 19 bestaan in dit voorbeeld uit drie doorboringen per wervelelement. De doorboringen voorkomen of althans reduceren in bedrijf het optreden van turbulenties 5 aan de achterzijde van de wervelelementen. Dergelijke turbulenties zijn ongewenst aangezien daardoor het door de wervelelementen gegenereerde werveleffect en de doorstroomsnelheid nadelig worden beïnvloed.The swirl elements can furthermore advantageously be provided with a number of openings 19 in the blades δ to 8. In this example, the openings 19 consist of three holes per swirl element. The punctures prevent or at least reduce the occurrence of turbulences at the rear of the swirl elements during operation. Such turbulences are undesirable since the swirl effect generated by the swirl elements and the flow rate are thereby adversely affected.

De bij wijze van voorbeeld getoonde en beschreven vortex-generatoren zijn geschikt voor toepassing in een ronde buis, of houder of 10 dergelijke. Een vortexgenerator volgens de uitvinding kan echter ook met een andere dwarsdoorsnedevorm worden uitgevoerd, zoals bijvoorbeeld een ovale vorm of een hoekige vorm, al dan niet met afgeronde hoeken, etc..The vortex generators shown and described by way of example are suitable for use in a round tube, or container or the like. However, a vortex generator according to the invention can also be designed with a different cross-sectional shape, such as, for example, an oval shape or an angular shape, with or without rounded corners, etc.

Een vortexgenerator kan in een buis, houder of dergelijke op velerlei wijze worden bevestigd. Bijvoorbeeld door middel van lijmen, 15 borgpennen of een Seegerring etc.. Om een vortexgenerator makkelijk te kunnen plaatsen kan deze volgens de uitvinding zijn voorzien van een zich in het huis van de ingangszijde naar de uitgangszijde uitstrekkende doorgaande spleet, die het mogelijk maakt het huis enigszins samen te knijpen tijdens het plaatsen van de vortexgenerator in een omhulling, zoals 20 een buis of een geschikte houder. Als de vortexgenerator van enigszins verend materiaal is gemaakt, zal deze na het plaatsen uitveren en zich vastklemmen. Daarbij kan dan nog een geschikte lijm worden toegepast of kunnen geschikte mechanische borgmiddelen worden toegepast.A vortex generator can be attached in a variety of ways to a tube, container or the like. For example by means of glues, locking pins or a Seeger ring, etc .. In order to be able to easily place a vortex generator, according to the invention it can be provided with a continuous slit extending in the housing from the entrance side to the exit side, which makes it possible for the housing squeeze slightly together while placing the vortex generator in an enclosure, such as a tube or suitable container. If the vortex generator is made of somewhat resilient material, it will spring out and become stuck after installation. A suitable glue can then also be used or suitable mechanical locking means can be used.

Een ander voordeel van toepassing van een spleet is, dat daardoor 25 uitzettingsverschillen tussen het materiaal van de vortexgenerator en het materiaal van de omgeving kunnen worden opgevangen.Another advantage of using a slit is that it can compensate for expansion differences between the material of the vortex generator and the material of the environment.

In de figuren is met 20 een doorgaande spleet aangegeven. Voorts is het huis in het getoonde voorbeeld bovendien nog aan de buitenzijde van schroefdraad voorzien, zodat de vortexgenerator vastgeschroefd kan worden. 30 In het voorbeeld is de schroefdraad verdeeld over segmenten van het huis, 7 die over de omtrek verdeeld liggen. In het getoonde voorbeeld bevindt zich aan beide zijden van de spleet 20 een direct op de spleet 20 aansluitend schroefdraadsegment 21, 22 en zijn in beide richtingen ongeveer 120° verderop nog twee schroefdraadsegmenten 23, 24 toegepast. Het is mogelijk 5 een ander aantal schroefdraadsegmenten toe te passen of een volledig rondgaande schroefdraad. Ook is het mogelijk om schroefdraad(segmenten) toe te passen, die zich niet over de volledige afstand tussen de ingangszijde en de uitgangszijde van het huis uitstrekt of uitstrekken.In the figures, a continuous gap is indicated by 20. Furthermore, in the example shown, the housing is furthermore provided with screw thread on the outside, so that the vortex generator can be screwed down. In the example, the thread is distributed over segments of the housing, 7 which are distributed over the circumference. In the example shown, on both sides of the slit 20 there is a thread segment 21, 22 which connects directly to the slit 20 and two further thread segments 23, 24 are applied approximately 120 ° further in both directions. It is possible to use a different number of thread segments or a completely circular thread. It is also possible to use threads (segments) which do not extend or extend over the full distance between the entrance side and the exit side of the housing.

Een vortexgenerator volgens de uitvinding kan van elk voor de 10 beoogde toepassing geschikt materiaal worden vervaardigd. Bijvoorbeeld kunststof of metaal. Met voordeel kan een vortexgenerator voor toepassing bij verbrandingsmotoren worden vervaardigd uit aluminium van vliegtuigkwaliteit (kwaliteitsaanduiding Al 7075), dat buigzaam en verend is. De vortexgenerator kan uit één stuk massief materiaal worden gemaakt 15 met behulp van een computergestuurde freesmachine zodat voor het aan elkaar bevestigen van de wervelelementen en het huis geen verbindingsmiddelen, zoals bevestigingslippen, of verbindingsmethoden, zoals lassen, nodig zijn.A vortex generator according to the invention can be made of any material suitable for the intended application. For example plastic or metal. Advantageously, a vortex generator for use in combustion engines can be manufactured from aircraft grade aluminum (quality designation Al 7075), which is flexible and resilient. The vortex generator can be made from one piece of solid material with the aid of a computer-controlled milling machine so that no connecting means, such as fixing lips, or methods of connection such as welding are required for fixing the swirl elements and the housing together.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding kan een van 20 vleugelsecties 15,16, 17,18 voorziene vortexgenerator zijn uitgevoerd met beweegbare vleugelsecties. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de materiaaldikte ter plaatse van de grenslijn tussen het lichaam van een wervelelement en een vleugelsectie van het wervelelement plaatselijk te verminderen, zodat een scharnierwerking mogelijk wordt, waarbij de 25 vleugelsectie ten opzichte van het lichaam van het wervelelement kan zwenken. Daartoe dient de vleugelsectie voorts geen vaste verbinding te hebben met de kanaalwand. Opgemerkt wordt, dat van al dan niet verzwenkbare vleugelsecties voorziene wervelelementen desgewenst ook toepasbaar zijn bij een vortexgenerator zonder venturi-effect.According to a further elaboration of the invention, a vortex generator provided with wing sections 15, 16, 17, 18 can be designed with movable wing sections. This can be achieved, for example, by locally reducing the material thickness at the boundary line between the body of a swirl element and a wing section of the swirl element, so that a pivoting action becomes possible, whereby the wing section can pivot relative to the body of the swirl element. To that end, the wing section must furthermore not have a fixed connection with the channel wall. It is noted that swirl elements provided with or without pivotable wing sections can also be applied, if desired, to a vortex generator without a venturi effect.

88

Een voorbeeld van een vortexgenerator met wervelelementen, die van beweegbare vleugelsecties zijn voorzien is getoond in de figuren 6 en 7.An example of a vortex generator with swirl elements, which are provided with movable wing sections, is shown in figures 6 and 7.

Figuur 6 toont schematisch een ander voorbeeld van een vortexgenerator volgens de uitvinding in bovenaanzicht, dat wil zeggen een 5 aanzicht vanaf de ingangszijde van de vortexgenerator en figuur 7 toont een doorsnede langs de lijn A-A in figuur 6.Figure 6 schematically shows another example of a vortex generator according to the invention in top view, that is to say a view from the entrance side of the vortex generator and Figure 7 shows a section along the line A-A in Figure 6.

De vortexgenerator van de figuren 6 en 7 is uitgevoerd met een grotere wanddikte en een grotere dikte van de wervelelementen dan een vortexgenerator volgens de figuren 1 t/m 5. Een der gelijke zwaarder 10 uitgevoerde vortexgenerator is bijvoorbeeld zeer geschikt voor toepassing in scheepsdieselmotoren. De in de figuren 6 en 7 getoonde vortexgenerator 30 heeft zes wervelelementen 31 t/m 36, die zowel met een de wervelelementen omsluitend huis 37 als met een centraal naaforgaan 38 zijn verbonden. Het huis 37 heeft in dit voorbeeld geen spleet en is in dit voorbeeld ook niet van 15 schroefdraad voorzien. De wervelelementen hebben elk weer een basis 31b t/m 36b die een verbinding met het binnenoppervlak van het huis ofwel de kanaalwand 39 van het doorstroomkanaal 40 van de vortexgenerator 30 vormt.The vortex generator of Figs. 6 and 7 is designed with a larger wall thickness and a greater thickness of the swirl elements than a vortex generator according to Figs. 1 to 5. Such a heavier vortex generator is, for example, very suitable for use in marine diesel engines. The vortex generator 30 shown in Figs. 6 and 7 has six swirl elements 31 to 36, which are connected both to a housing 37 enclosing the swirl elements and to a central hub member 38. The housing 37 has no gap in this example and is also not threaded in this example. The swirl elements each again have a base 31b to 36b which forms a connection with the inner surface of the housing or the channel wall 39 of the flow-through channel 40 of the vortex generator 30.

Het doorstroomkanaal 40 heeft weer een vanaf de ingangszijde, 20 aangegeven met een pijl Fi, naar de uitgangszijde, aangegeven met een pijl Fo, eerst convergerend gedeelte 41 en vervolgens divergerend gedeelte 42, zodat weer een venturi-buis met een keel 43 is verkregen. De bases van de wervelelementen strekken zich weer aan weerszijden van de keel 42 uit. De wervelelementen hebben vleugelsecties 51 t/m 56, die zich 25 aan de uitgangszijde van het doorstroomkanaal bevinden. De vleugelsecties zijn elk via een door een inkeping of groef 57 gevormde scharnierzone of buigzone verbonden met het lichaam van de wervelelementen. Verder liggen de vleugelsecties vrij van het binnenoppervlak van het huis, zoals in figuur 6 is te zien aan de spleten 58 tussen de buitenranden van de vleugelsecties 30 en het huis. Door de toepassing van dergelijke verzwenkbare ofwel flexibele 9 vleugelsecties kunnen de vleugelsectie onder invloed van sterke fluïdumstromen wegzwenken uit de fluïdumstroom zoals aangegeven met een pijl 59 bij vleugelsecties 52, waardoor de stromingsweerstand vermindert. Bij toepassing van een geschikt verend materiaal, zoals het 5 eerder genoemde aluminium van vliegtuigkwaliteit, veren de vleugelsecties vanzelf weer terug als de fluïdumstroom afzwakt.The flow-through channel 40 has again from the entrance side, indicated by an arrow Fi, to the exit side, indicated by an arrow Fo, first converging part 41 and then diverging part 42, so that again a venturi tube with a throat 43 is obtained. The bases of the swirl elements again extend on either side of the throat 42. The swirl elements have wing sections 51 to 56, which are located on the output side of the flow channel. The wing sections are each connected via a hinge zone or bending zone formed by a notch or groove 57 to the body of the swirl elements. Furthermore, the wing sections are free from the inner surface of the housing, as can be seen in Figure 6 from the gaps 58 between the outer edges of the wing sections 30 and the housing. By using such pivotable or flexible wing sections, the wing section can pivot away under the influence of strong fluid flows from the fluid flow as indicated by an arrow 59 at wing sections 52, thereby reducing the flow resistance. When a suitable resilient material is used, such as the aforementioned aircraft grade aluminum, the wing sections spring back automatically as the fluid flow weakens.

De vleugelsecties hebben in het getoonde voorbeeld een enigszins afgeronde vorm die zich vanaf de onderrand tot aan de inkeping uitstrekt.In the example shown, the wing sections have a slightly rounded shape that extends from the bottom edge to the notch.

Voorts hebben in dit voorbeeld de wervelelementen aan de 10 ingangszijde van de vortexgenerator een althans deels afgeschuinde bovenrand, zoals aangegeven bij 63. Het naaforgaan 38 heeft bij voorkeur aan de ingangszijde een spitse gestroomlijnde vorm teneinde de stromingsweerstand te verkleinen. De spitse vorm is in het bovenaanzicht van figuur 6 aangegeven met een punt 64.Furthermore, in this example, the eddy elements on the input side of the vortex generator have an at least partially chamfered upper edge, as indicated at 63. The hub member 38 preferably has a pointed streamlined shape on the input side in order to reduce the flow resistance. The pointed shape is indicated by a point 64 in the plan view of Figure 6.

15 Volledigheidshalve wordt opgemerkt, dat afgeschuinde randen van de wervelelementen en flexibele vleugelsecties ook kunnen worden toegepast bij een vortexgenerator van het in de figuren 1 t/m 5 getoonde type of bij een vortexgenerator van een bekend type.For the sake of completeness, it is noted that chamfered edges of the swirl elements and flexible wing sections can also be used with a vortex generator of the type shown in Figs. 1 to 5 or with a vortex generator of a known type.

Dit geldt ook voor een op microscopische schaal enigszins ruwe 20 coating, die met voordeel op de wervelelementen en de kanaalwand van een vortexgenerator kan worden aangebracht en die een de doorstroom-weerstand verlagende werking heeft.This also applies to a coating which is somewhat rough on a microscopic scale, which can advantageously be applied to the vortex elements and the channel wall of a vortex generator and which has a flow-through-reducing effect.

De vortexgenerator van de figuren 6 en 7 kan evenals die van de figuren 1 t/m 5 uit een massief blok materiaal worden vervaardigd door een 25 freesbewerking.The vortex generator of Figs. 6 and 7, like that of Figs. 1 to 5, can be manufactured from a solid block of material by a milling operation.

Figuur 8 toont een voorbeeld van een elektrisch verwarmbare vortexgenerator, die een afzonderlijk verwarmingselement, zoals bij sommige motoren wordt toegepast als starthulp overbodig maakt. Een afzonderlijk verwarmingselement omvat veelal een geïsoleerde 30 serpentinevorming gebogen metalen strip, waardoor een elektrische stroom 10 wordt gevoerd en die in het luchtinlaatkanaal van een motor is opgesteld. Het verwarmingselement heeft echter uitsluitend tijdens het starten van de motor een nuttige functie, doch vormt na het starten slechts een obstakel in de luchtstroom. Dit bezwaar kan ondervangen worden door toepassing van 5 een tevens als verwarmingselement uitgevoerde vortexgenerator.Figure 8 shows an example of an electrically heatable vortex generator, which makes a separate heating element, as used with some engines, unnecessary as a starting aid. A separate heating element often comprises an insulated serpentine forming bent metal strip, through which an electric current 10 is passed and which is arranged in the air inlet channel of a motor. However, the heating element only has a useful function during the starting of the engine, but after starting it forms only an obstacle in the air flow. This drawback can be overcome by the use of a vortex generator also designed as a heating element.

Het in figuur 8 getoonde voorbeeld betreft een vortexgenerator 70 met in een van een venturi voorzien metalen huis in paren opgestelde wervelelementen 71 t/m 76. In dit voorbeeld zijn drie paren 71,72; 73,74; 75,76 van wervelelementen toegepast, waarbij de wervelelementen van een 10 paar met de in het centrale gebied van het huis liggende tippen met elkaar zijn verbonden op soortgelijke wijze als hiervoor beschreven en als getoond in de figuren 1 t/m 5. De met elkaar verbonden tippen van elk paar liggen vrij van de tippen van de andere paren. De wervelelementen kunnen weer al dan niet flexibele vleugelelementen hebben of afgeschuinde randen of 15 dergelijke, zoals in verband met de andere figuren is beschreven. Het huis bestaat in dit voorbeeld uit vier secties 80, 81, 82, 83 die door zich van de ingangszijde naar de uitgangszijde van de vortexgenerator uitstrekkende spleten 84, 85, 86, 87 van elkaar zijn gescheiden. De spleten 85,86 en 87, die de respectieve secties 80 en 81, 81 en 82, en 82 en 83 van elkaar scheiden 20 zijn echter elektrisch met elkaar verbonden via de spleten overbruggende paren wervelelementen 75/76; 71/72 en 73/74, zodat tussen nog te beschrijven elektrische aansluitpunten 90,91 een stroomkring wordt gevormd. Voorts is het huis omsloten door een bus 84 van elektrisch isolerend materiaal. In dit voorbeeld is de isolerende bus 88 weer omsloten 25 door een metalen bus 89. De naast elkaar liggende secties 80 en 83 van het huis, die door de spleet 84 van elkaar zijn gescheiden, zijn elk voorzien van een elektrische aansluiting 90, 91, die een door een opening in de secties 80 respectievelijk 83 en corresponderende openingen in de isolerende bus 88 en in de metalen bus 89 en door een isolerende schijf 92 en 93 reikende 30 metalen pen of bout 94 respectievelijk 95 omvat.The example shown in Figure 8 relates to a vortex generator 70 with swirl elements 71 to 76 arranged in pairs in a metal housing provided with a venturi. In this example, three pairs are 71.72; 73.74; 75.76 of swirl elements are used, wherein the swirl elements of a pair are connected to each other with the tips located in the central area of the housing in a similar manner as described above and as shown in Figures 1 to 5. The connected tips of each pair are free from the tips of the other pairs. The swirl elements can again have flexible wing elements or have beveled edges or the like, as described in connection with the other figures. In this example, the housing consists of four sections 80, 81, 82, 83 which are separated from each other by slots 84, 85, 86, 87 extending from the input side to the output side of the vortex generator. The gaps 85,86 and 87, which separate the respective sections 80 and 81, 81 and 82, and 82 and 83, are, however, electrically connected to each other via pairs of swirl elements 75/76 bridging the gaps; 71/72 and 73/74, so that an electrical circuit is formed between electrical connection points 90.91 to be described. Furthermore, the housing is enclosed by a sleeve 84 of electrically insulating material. In this example, the insulating sleeve 88 is again enclosed by a metal sleeve 89. The adjacent housing sections 80 and 83, which are separated from each other by the gap 84, are each provided with an electrical connection 90, 91, comprising a metal pin or bolt 94 and 95, respectively, through an opening in sections 80 and 83 and corresponding openings in the insulating sleeve 88 and in the metal sleeve 89 and through an insulating disk 92 and 93, respectively.

1111

De isolerende schijven vallen op gebruikelijke wijze, al dan niet met een borst, in een opening in de metalen bus en liggen tegen de isolerende bus. De bout of pen 94, 95 is voorzien van bevestigingsmiddelen, zoals bijvoorbeeld moeren 96, 97 voor een elektrische geleider. Het 5 geleidingstraject voor een van de elektrische aansluiting 90 naar de elektrische aansluiting 91 vloeiende stroom is schematisch met een onderbroken lijn 100 aangegeven en loopt van aansluiting 90 en sectie 80 via wervelelement 75 en het met de tip daarmee verbonden wervelelement 76 naar sectie 81; vervolgens van sectie 81 via wervelelementen 71 en 72 10 naar sectie 82 en van sectie 82 via wervelelementen 73 en 74 naar sectie 83 en aansluiting 91.The insulating discs fall in a conventional manner, with or without a breast, into an opening in the metal bush and lie against the insulating bush. The bolt or pin 94, 95 is provided with fastening means, such as for example nuts 96, 97 for an electrical conductor. The conduction path for a current flowing from the electrical terminal 90 to the electrical terminal 91 is schematically indicated by a dashed line 100 and extends from terminal 90 and section 80 via eddy element 75 and the eddy element 76 connected to the tip to section 81; then from section 81 via swirl elements 71 and 72 to section 82 and from section 82 via swirl elements 73 and 74 to section 83 and connection 91.

Opgemerkt wordt, dat na het voorgaande diverse modificaties en/of varianten voor de deskundige voor de hand liggen.It is noted that after the foregoing various modifications and / or variants are obvious to the skilled person.

Zo kunnen vortexgeneratoren met meer of minder aantallen 15 wervelelementen dan in de getoonde en beschreven voorbeelden het geval is, zijn uitgevoerd. In het geval van een tevens als elektrisch verwarmingselement bruikbare vortexgenerator is in het algemeen tussen de wervelelementen van elk paar een spleet in het huis aangebracht, en is nog een extra spleet aangebracht tussen de van een elektrische aansluiting 20 voorziene, tot verschillende paren behorende, wervelelementen.For example, vortex generators with more or fewer numbers of swirl elements than is the case in the shown and described examples can be designed. In the case of a vortex generator which can also be used as an electric heating element, a gap is generally arranged between the swirl elements of each pair in the housing, and an additional gap is arranged between the swirl elements provided with an electric connection 20 and belonging to different pairs .

Voorts zijn diverse aspecten van de getoonde en beschreven vortexgeneratoren desgewenst afzonderlijk of in andere combinaties toepasbaar. Een de doorstroomweerstand verlagende coating kan bijvoorbeeld ook bij een vortexgenerator zonder venturi-werking worden 25 toegepast. Hetzelfde geldt voor een als verwarmingselement bruikbare vortexgenerator of voor de toepassing van een spleet in het huis en/of van schroefdraad op het huis.Furthermore, various aspects of the shown and described vortex generators can be used individually or in other combinations if desired. A coating reducing the flow resistance can also be used, for example, with a vortex generator without venturi action. The same applies for a vortex generator that can be used as a heating element or for the application of a gap in the housing and / or of thread on the housing.

Dergelijke modificaties worden geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen.Such modifications are understood to fall within the scope of the invention.

Claims

What is claimed is: 1. A vortex generator for creating a controlled swirl in a fluid flow, which vortex generator comprises a housing with a flow channel for a fluid flow, which flow channel has a channel wall and a central zone, and a number of swirl elements extending from the channel wall to the central zone wherein the channel wall is provided with a protrusion extending into the flow-through channel, formed by a wall thickness gradually increasing to a greatest value and then decreasing again, to obtain a venturi effect, and wherein the swirl elements 10 each have a leaf-shaped body comprising an elongated base which is connected to the channel wall in an elongate connecting zone extending substantially obliquely to the flow direction of the channel, which connection zone, viewed in the flow direction, extends from a point 15 in front of the greatest value of the wall thickness to a vo point located at the largest value of the wall thickness, and wherein the vortex generator is made of one piece of material.

2. Vortex generator as claimed in claim 1, characterized in that the leaf-shaped body of a vertebral element is provided at the end situated in the flow direction beyond the greatest value of the wall thickness with a wing section which forms a greater angle with the flow direction than the base .

3. Vortex generator as claimed in claim 3, characterized in that said wing section of the leaf-shaped body of a swirl element is not connected to the channel wall and is connected to the rest of the leaf-shaped body via a bending zone which makes it possible for the wing section pivoted relative to the leaf-shaped body under the influence of a fluid flowing through the vortex generator.

4. Vortex generator as claimed in claim 3, characterized in that the bending zone is formed by applying a locally smaller material thickness.

Vortex generator as claimed in any of the foregoing claims 1-4, characterized in that the swirl elements are arranged in a number of pairs of two adjacent swirl elements, the leaf-shaped bodies of which are connected to each other with tips remote from the channel wall, and that there is a free space between the tips of different pairs connected to each other.

Vortex generator according to claim δ, characterized in that the tips are narrow with respect to the base.

7. Vortex generator as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that the vortex generator is manufactured from a solid block of material by means of a milling operation.

Vortex generator according to claim 7, characterized in that the vortex generator is made of aluminum.

9. Vortex generator as claimed in any of the claims 1-7, characterized in that the leaf-shaped bodies of the swirl elements are bent towards the tip 20 both in the flow-through direction and in a direction from the channel wall.

10. Vortex generator as claimed in any of the claims 1-9, characterized in that the leaf-shaped body of a swirl element is provided with a number of bores, the axis of which is substantially parallel to the axis of the through-flow channel.

11. Vortex generator as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that the housing is provided with a slit extending from an entrance end to an exit end of the through-flow channel, which makes it possible to slightly squeeze the vortex generator for assembly / disassembly purposes.

12. Vortex generator as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that the housing is at least partly provided with external screw thread.

13. Vortex generator as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that at least the channel wall and the swirl elements are provided with a coating that is somewhat rough on a microscopic scale.

14. Vortex generator as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that the swirl elements and the housing are made of electrically conductive material and that the swirl elements are arranged in a number of pairs of two swirl elements in each case, the swirl elements of a pair in the central zone are connected to each other, but the pairs in the central zone are arranged in isolation from each other, the housing being enclosed by electrically insulating material and furthermore at the location of two adjacent swirl elements of different pairs provided with two electrical connections, wherein the housing is provided with continuous slits arranged between two swirl elements of the same pair and with a continuous gap located between the two electrical connections in order to be able to use the vortex generator as an electric heating element.

A vortex generator according to any one of the preceding claims, wherein the swirl elements in the central zone are connected to a hub member, characterized in that the hub member has a pointed point on the entrance side of the flow channel.

16. Internal combustion engine with at least one combustion chamber and at least one inlet channel and / or outlet channel connected thereto, characterized by at least one vortex generator placed in an inlet and / or outlet channel according to any one of the preceding claims. 30