NL2005274C2 - Vortexgenerator. - Google Patents

Description

P91678NL00

Titel: Vortexgenerator.

De uitvinding heeft betrekking op een vortexgenerator, omvattend een huis met tenminste één doorstroomkanaal voor het creëren van een gecontroleerde werveling in een door het tenminste ene doorstroomkanaal stromende fluïdumstroom, welk tenminste ene doorstroomkanaal een 5 kanaalwand en een centrale zone heeft en een aantal zich in het doorstroomkanaal vanaf de kanaalwand naar de centrale zone uitstrekkende wervelelementen.

Uit US 5113838 (Kim) en uit WO 03/064832 (Kim) is een dergelijke vortexgenerator met een enkel doorstroomkanaal bekend voor toepassing in 10 het inlaatkanaal en desgewenst in het uitlaatkanaal van een benzinemotor of 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 15 van brandstof met als gevolg een geringer brandstofverbruik bij eenzelfde motorvermogen of een toegenomen motorvermogen bij eenzelfde brandstofverbruik.

Voorts zijn in aanvraagsters oudere Nederlandse octrooiaanvrage 2002675 verschillende uitvoeringsvoorbeelden van een verbeterde vortex-20 generator van de boven aangegeven soort beschreven, waarbij het doorstroomkanaal ter plaatse van de wervelelementen een venturi-effect verschaft ter vergroting van de doorstroomsnelheid van en door het doorstroomkanaal vloeiend fluïdum. De in de oudere Nederlandse octrooiaanvrage 2002675, die geacht wordt hier middels verwijzing te zijn 25 geïncorporeerd, beschreven uitvoeringsvoorbeelden hebben ofwel wervelelementen die met een van de kanaalwand afgekeerd uiteinde met 2 een centraal naaf or gaan zijn verbonden, ofwel wervelelementen, die paarsgewijs in de centrale zone met elkaar zijn verbonden

De uitvinding beoogt een verdere verbeterde vortexgenerator te verschaffen. Volgens de uitvinding wordt hiertoe een vortexgenerator van de 5 bovenbeschreven soort daardoor gekenmerkt, dat de wervelelementen zich vrij dragend van de kanaal wand naar een centrale vrije zone uitstrekken en een vliegtuigvleugelprofiel hebben.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bij gevoegde tekening van enkele uitvoeringsvoorbeelden. 10 Figuur 1 toont in bovenaanzicht een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator volgens de uitvinding; figuur 2 toont een vortexgenerator volgens figuur 1 in perspectivisch bovenaanzicht; figuur 3 toont een doorsnede langs de lijn III-III in figuur 2; 15 figuren 4 en 5 tonen in perspectivisch bovenaanzicht respectievelijk in bovenaanzicht een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator volgens de uitvinding; figuren 6 en 7 tonen in perspectivisch bovenaanzicht en in bovenaanzicht een derde uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator 20 volgens de uitvinding; figuur 8 toont in perspectivisch bovenaanzicht een doorsnede langs de lijn VII-VII in figuur 6; en figuur 9 toont een onderaanzicht van een vierde uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator volgens de uitvinding.

25 De figuren 1, 2 en 3 tonen in bovenaanzicht, perspectivisch bovenaanzicht en dwarsdoorsnede een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator 1 volgens de uitvinding. De getoonde vortexgenerator heeft in dit voorbeeld een soortgelijk rond cilindrisch huis 2 als de in de oudere Nederlandse octrooiaanvrage 2002675 beschreven vortexgenerator met een 30 inwendig als venturi-buis gevormd door stroomkanaal 3 met een hartlijn H.

3

Met de term bovenaanzicht wordt in deze beschrijving bedoeld een aanzicht vanaf de instroomzijde of instroomopening van de vortexgenerator. In de figuren 2 en 3 is de instroomrichting aangegeven met een pijl Pi. In de tekening bevindt zich aan de onderzijde de uitstroomzijde of 5 uitstroomopening. De uitstroomrichting is aangegeven met een pijl Po.

Het huis 2 is voorzien van middelen om de vortexgenerator in of aan een fluïdumkanaal te kunnen monteren en positioneren. In het getoonde voorbeeld is de buitenwand 4 van het huis 2 voorzien van zich rondom het huis uitstrekkende groeven 5. Voorts is een zich aan de 10 instroomzijde bevindende buitenwaarts reikende kraag 6 aanwezig.

Zoals reeds opgemerkt vormt het doorstroomkanaal 3 een venturi. Hiertoe is de kanaalwand van het doorstroomkanaal 3 vormende binnenwand van het huis zodanig gevormd, dat vanaf de instroomzijde de diameter van het doorstroomkanaal 3 in een eerste zone 7 geleidelijk 15 afneemt tot een keelzone 8, waar de diamater de kleinste waarde heeft en die de keel van de venturi vormt. Voorbij de keel 8 neemt in een derde zone 9 de diameter weer toe in de richting van de uitstroomzijde.

In het huis strekken zich vanaf de binnenwand 7, 8, 9 naar een de hartlijn H omgevende centrale zone 10 een aantal gelijke bladvormige 20 wervelelementen uit. In het getoonde voorbeeld zijn zes wervelelementen 11 toegepast. De wervelelementen 11 staan schuin op de hartlijn H en derhalve ook schuin op de hoofdrichting Pi-Po van de fluïdumstroom. De wervelelementen 11 laten de centrale zone 10 vrij en zijn gelijkmatig rondom de centrale zone 10 verdeeld aangebracht. De wervelelementen zijn voorts elk 25 met een langwerpige basis 12 verbonden met de binnenwand. De bases 12 strekken zich elk over de eerste zone 7, de tweede zone (keelzone) 8, en de derde zone 9 uit. De stand van de wervelelementen is zodanig, dat een gecontroleerde werveling of vortex in een door het doorstroomkanaal stromend fluïdum kan worden verkregen. Afhankelijk van de gekozen 4 oriëntatie van de wervelelementen kan een werveling worden opgewekt, die ofwel met de klok mee of tegen de klok in is gericht.

De wervelelementen zijn met de van de binnenwand afgekeerde uiteinden niet met elkaar verbonden en laten de centrale zone 10 vrij.

5 Hierdoor wordt een in vergelijking met de vortexgeneratoren van de oudere Nederlandse octrooiaanvrage 2002675 grotere doorstroomcapaciteit verkregen.

Voorts hebben de wervelelementen afgeronde vrije uiteinden zoals in figuur 1 met 13 is aangegeven. De wervelelementen kunnen desgewenst 10 zijn voorzien van openingen 14, die een verbinding vormen tussen het voorste oppervlak van de wervelelementen en het achterste oppervlak. Het voorste oppervlak of voorvlak is het oppervlak waartegen een instromend fluïdum stuit (de loefzijde), terwijl het achterste oppervlak of achtervlak van een wervelelement het in bedrijf in de luwte gelegen oppervlak (de lijzijde) 15 is. Het voorste oppervlak en het achtervlak zijn aangegeven met 15 respectievelijk 16.

De openingen kunnen boringen zijn en dienen om het optreden van turbulenties aan de achterzijde van de wervelelementen tegen te gaan. In het getoonde voorbeeld zijn per wervelelement twee openingen toegepast, 20 doch dit kunnen er naar wens meer of minder zijn, terwijl ook de ligging van dergelijke openingen 14 ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de instroomzijde en de uitstroomzijde anders kan zijn.

In het getoonde voorbeeld heeft elk wervelelement in de doorstroomrichting Pi-Po gezien een gebogen voorvlak 15 en een gebogen 25 achtervlak 16. Bij voorkeur is het achtervlak 16 sterker gebogen dan het voorvlak 15, teneinde een vliegtuigvleugelprofiel te verkrijgen. Bij proefnemingen is gebleken, dat bij toepassing van een dergelijke vliegtuigvleugelvorm een versterkte vorticiteit van het uitstromende fluïdum kan worden verkregen. Het vliegtuigvleugelprofiel is in figuur 3 30 goed te zien aan het tweede wervelelement van links.

5

Voorts is in het getoonde voorbeeld elk wervelelement 11 aan de uitstroomzijde voorzien van een vleugelsectie 20, die aan het nabij de uitstroomzijde liggende uiteinde van het wervelelement bij voorkeur vloeiend aansluit op het wervelelement, doch een minder scherpe hoek 5 insluit met de instroomrichting Pi. Eén en ander is schematisch aangegeven in figuur 3a.

Een van een vleugelsectie voorzien wervelelement kan opgebouwd gedacht worden uit een basissectie 11 en een vleugelsectie 20. De in figuur 3 en figuur 3a aangegeven lijn 21 is bij een vloeiende overgang tussen de 10 basissectie 11 en de vleugelsectie in werkelijkheid geen zichtbare lijn en is dan uitsluitend een schematische aanduiding van de overgang tussen de basissectie en de vleugelsectie van het wervelelement. Het vliegtuig-vleugelprofiel strekt zich bij voorkeur uit over het gehele wervelelement inclusief de vleugelsectie aan de uitstroomzijde.

15 Figuren 4 en 5 tonen schematisch in perspectivisch bovenaanzicht respectievelijk in bovenaanzicht een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator volgens de uitvinding. Elementen van de figuren 4 en 5 die overeenkomen met de elementen van de figuren 1 t/m 3 zijn met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven als in de figuren 1 t/m 3.

20 Het in de figuren 4 en 5 getoonde uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator 30 volgens de uitvinding heeft evenals het uitvoeringsvoorbeeld van de figuren 1 t/m 3 een globaal cilindrisch huis 2 met een buitenwand 4 voorzien van groeven 5 en een binnenwand 7, 8, 9, die een venturi-vormig doorstroomkanaal 3 vormt. In het doorstroomkanaal 25 reikt vanaf de binnenwand naar een centrale zone 10 een aantal, in dit voorbeeld zes, wervelelementen 31. De wervelelementen zijn vrijdragend via een basis 12 verbonden met de binnenwand van het huis 2, welke basis de keel 8 van de venturi overbrugt. De wervelelementen 31 laten de centrale zone vrij.

6

De wervelelementen 31 hebben voorts in dit voorbeeld evenals de wervelelementen 11 een basissectie die aan de uitstroomzijde een vleugelsectie 20 heeft.

Bovendien zijn de wervelelementen 31 van het getoonde 5 uitvoeringsvoorbeeld voorzien van zogenaamde wingtips 32. De wingtips 32 sluiten via een vloeiende overgangszone 33 aan op het vrije einde van zowel de basisssecties als de vleugelsecties.

De wingtips 32 sluiten een stompe hoek in met het voorvlak van de basissecties en de vleugelsecties. In de tekening zijn de overgangzones 33 10 begrensd door lijnen, die echter in werkelijkheid niet zichtbaar behoeven te zijn, evenmin als de lijnen 21, die de overgang tussen de basissecties en de vleugelsecties van de wervelelementen markeren.

De wervelelementen 31 hebben evenals de wervelelementen 11 bij voorkeur weer een zich bij voorkeur ook weer in de vleugelsecties 15 voortzettend vliegtuigvleugelprofiel, gezien in een doorsnede in een cilindrisch doorsnedevlak rondom de hartlijn H van het doorstroomkanaal van de vortexgenerator. Ook zijn in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld de wervelelementen 31 voorzien van een aantal boringen 14, in dit voorbeeld twee boringen per wervelelement 31.

20 Figuren 6 en 7 tonen schematisch in perspectivisch bovenaanzicht en in bovenaanzicht een derde uitvoeringsvoorbeeld van een vortexgenerator volgens de uitvinding en figuur 8 toont een doorsnede langs de lijn VIII-VIII in figuur 7. De getoonde vortexgenerator is een meervoudige vortexgenerator 40, die bijvoorbeeld geschikt is voor toepassing bij 25 meercilindermotoren. De getoonde meervoudige vortexgenerator is geschikt voor een zescilindermotor van bijvoorbeeld een vrachtwagen en kan dan bijvoorbeeld tussen het gebruikelijke inlaatspruitstuk en de cilinderkop van de motor gemonteerd worden. In het getoonde voorbeeld hebben de zes door stroomkanalen 41 een rechthoekige vorm met afgeronde hoeken, doch 30 andere vormen zijn mogelijk ter aanpassing aan de vorm van de inlaat- 7 kanalen in een specifieke situatie. In dit voorbeeld zijn in elk doorstroom-kanaal zes wervelelementen toegepast, die elk zijn voorzien van een vleugelsectie aan de uitstroomzijde van het doorstroomkanaal. De wervelelementen kunnen van hetzelfde type zijn als getoond in de figuren 1 t/m 3 5 of als getoond in de figuren 4 en 5. Dat wil zeggen dat de wervelelementen zich vrij dragend vanaf de wand van een doorstroomkanaal 41 uitstrekken naar een vrije centrale zone 42. Voorts kunnen de wervelelementen weer een vliegtuigvleugelprofiel hebben.

De wervelelementen van de in de figuren 6 t/m 8 getoonde 10 meervoudige vortexgeneratoren wijken echter af van de wervelelementen van de uitvoeringsvoorbeelden van de figuren 1 t/m 3, doordat de wervelelementen in een doorstroomkanaal van het onderhavige uitvoerings-voorbeeld verschillende lengten hebben. Dit is een gevolg van de niet ronde, in casu rechthoekige vorm van de doorstroomkanalen. Vanuit de afgeronde 15 hoeken van een doorstroomkanaal 41 strekken zich naar de centrale vrije zone 42 vier wervelelementen 43 met in hoofdzaak dezelfde lengte uit.

Vanaf het middengebied van elk van de lange zijden van een rechthoekig doorstroomkanaal 41 strekt zich echter een korter wervelelement 44 naar de vrije centrale zone uit.

20 Ook in dit voorbeeld zijn de wervelelementen voorzien van boringen die de loefzijde met de lijzijde van de wervelelementen verbinden, doch de lange wervelelementen 43 hebben in dit voorbeeld drie boringen, terwijl de korte wervelelementen wegens de geringe lengte daarvan slechts één boring hebben.

25 De wanden van de doorstroomkanalen 41 hebben weer vanaf de instroomzijde naar de uitstroomzijde gezien een convergerende sectie, die aansluit op een divergerende sectie voor het vormen van een venturi. Dit is het beste te zien in figuur 8, waar de convergerende wandsectie is aangegeven met 45, de keel van de venturi, dat wil zeggen het nauwste deel 8 van het doorstroomkanaal, is aangegeven met 46 en de divergerende wandsectie is aangegeven met 47.

De van wervelelementen 43, 44 voorziene doorstroomkanalen 41 vormen individuele vortexgeneratoren van een meervoudige vortexgenerator 5 of multivortexgenerator. De individuele vortexgeneratoren zijn opgenomen in een gemeenschappelijk huis 48. Het huis 48 is bij voorkeur gevormd uit een vlakke plak van een geschikt materiaal, die in dit voorbeeld een langwerpige vorm heeft, waarin zes naast elkaar liggende doorstroomkanalen met wervelelementen zijn aangebracht. De plak materiaal heeft een 10 zodanige dikte, dat de doorstroomkanalen voldoende lengte kunnen hebben om het gewenste werveleffect te kunnen verkrijgen.

Het huis is voorzien van geschikte boringen voor bevestigings-bouten en/of tapeinden en dergelijke. Ook kunnen niet nader getoonde voorzieningen zijn getroffen om het huis te koelen of te verwarmen. Tussen 15 de individuele vortexgeneratoren bevinden zich in dit voorbeeld dunnere delen 49. Doordat de delen 49 een geringere materiaaldikte hebben wordt het gewicht van de meervoudige vortexgenerator 40 geringer. Bovendien zorgen de randen rondom de delen 49 samen met de randen rondom de doorstroomkanalen 41 voor een verbeterde afdichting van een tussen de 20 meervoudige vortexgenerator en een motorblok, respectievelijke en spruitstuk aangebrachte pakking.

Figuur 9 toont nog een onderaanzicht van een soortgelijke meervoudige vortexgenerator 50 als getoond in de figuren 6 t/m 8. De wervelelementen van de meervoudige vortexgenerator hebben bij voorkeur 25 weer een vliegtuigvleugelprofiel en zijn in dit voorbeeld een type met een wingtip, doch zonder vleugelsectie. De lijntjes die de boringen in de wervelelementen verbinden zijn slechts hulplijntjes om aan te geven, dat de boringen in dit voorbeeld op één lijn liggen.

Opgemerkt wordt, dat de beschreven vortexgeneratoren, zowel van 30 het enkelvoudige type als van het meervoudige type bij voorkeur uit één 9 stuk materiaal gevormd zijn. Hiertoe kan een vortexgenerator bijvoorbeeld uit één stuk massief materiaal gefreesd worden of uit een ruw gietstuk, dat door frezen, polijsten en dergelijke nabewerkt wordt, worden vervaardigd. Een geschikt materiaal is bijvoorbeeld aluminium van vliegtuigkwaliteit 5 (kwaliteitsaanduiding Al 7075).

Voorts wordt opgemerkt, dat na het voorgaande diverse modificaties voor de deskundige voor de hand liggen. Zo kunnen in de meervoudige uitvoering de dunnere delen 49 bijvoorbeeld desgewenst geheel open zijn of juist achterwege worden gelaten. Verder kunnen de 10 doorstroomkanalen andere vormen hebben dan een ronde vorm, zoals in de figuren 1 t/m 5, of een rechthoekige vorm met afgeronde hoeken zoals in de figuren 6 t/m 9.

Bij proefnemingen met een meervoudige vortexgenerator van de in de figuren 6 t/m 9 getoonde soort in vrachtwagens is een zeer grote reductie 15 van de roetuitstoot gemeten en een aanzienlijke vermindering van het brandstofverbruik.

Opgemerkt wordt, dat een meervoudige vortexgenerator ook met voordeel toepasbaar is indien wervelelementen worden toegepast, die een andere vorm hebben, dan de hiervoor beschreven vorm met een vliegtuig-20 vleugelprofiel. De wervelelementen zouden bijvoorbeeld kunnen zijn uitgevoerd als beschreven in de oudere Nederlandse octrooiaanvrage 2002675 of in US 5113838 (Kim) of WO 03/064832 (Kim) of zouden een nog andere geschikte vorm kunnen hebben.

Een vortexgenerator volgens de uitvinding kan voorts behalve bij 25 verbrandingsmotoren ook in andere situaties toegepast worden waarin een werveling van een fluïdumstroom nuttig is.

Dergelijke modificatie worden geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen, zoals gedefinieerd in de bijgevoegde conclusies.

Claims (12)

1. Vortexgenerator, omvattend een huis met tenminste één doorstroomkanaal voor het creëren van een gecontroleerde werveling in een door het tenminste ene doorstroomkanaal van een instroomzijde naar een uitstroomzijde stromende fluïdumstroom, welk tenminste ene doorstroom-5 kanaal een kanaalwand en een centrale zone heeft en een aantal zich in het doorstroomkanaal vanaf de kanaalwand naar de centrale zone uitstrekkende wervelelementen, die in bedrijf een fluïdumstroom opvangend voorvlak hebben en een achtervlak, met het kenmerk, dat de wervelelementen zich vrijdragend van de kanaalwand naar een centrale vrije zone 10 uitstrekken.

2 Vortexgenerator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wervelelementen een vliegtuigvleugelprofiel hebben.

3. Vortexgenerator, volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de wervelelementen zijn voorzien van een aan de uitstroomzijde van het 15 tenminste ene doorstroomkanaal gevormde vleugelsectie, die ten opzichte van het wervelelement een minder scherpe hoek insluit met de richting, waarin in bedrijf een fluïdumstroom het doorstroomkanaal binnenstroomt.

4. Vortexgenerator volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de vleugelsectie met een vloeiende overgang aansluit op het wervelelement.

5. Vortexgenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de wervelelementen aan het naar de centrale zone gekeerde uiteinde zijn voorzien van een wingtip, die een stompe hoek insluit met het voorvlak van het wervelelement.

6. Vortexgenerator volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de 25 wingtip via een vloeiende overgangszone aansluit op de rest van het wervelelement.

7. Vortexgenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het huis van de vortexgenerator een aantal naast elkaar gelegen van wervelelementen voorziene doorstroomkanalen omvat voor het vormen van een meervoudige vortexgenerator.

8. Vortexgenerator volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de doorstroomkanalen een niet ronde vorm hebben.

9. Vortexgenerator volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat in een doorstroomkanaal ter aanpassing aan de niet ronde vorm wervelelementen van verschillende lengten zijn toegepast.

10. Vortexgenerator volgens één der conclusie 7 t/m 9, met het kenmerk, dat het huis een vlakke plak materiaal omvat, waarin de naast elkaar liggende, van wervelelementen voorziene, doorstroomkanalen zijn aangebracht.

11. Vortexgenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het 15 kenmerk, dat het tenminste ene doorstroomkanaal een zich tot een op afstand van de instroomzijde gelegen kleinste waarde vernauwende sectie heeft en een zich na de kleinste waarde naar de uitstroomzijde verwijderde sectie voor het verkrijgen van een venturi-effect.

12. Vortexgenerator volgens één der voorgaande conclusies, met het 20 kenmerk, dat de vortexgenerator inclusief de wervelelementen uit één stuk massief materiaal is gefreesd, of uit een ruw gietstuk is vervaardigd.