NL9201918A

NL9201918A - Meng-doseereenheid.

Info

Publication number: NL9201918A
Application number: NL9201918A
Authority: NL
Original assignee: Gentec Bv
Priority date: 1992-11-03
Filing date: 1992-11-03
Publication date: 1994-06-01
Also published as: EP0774065A1; WO1994010439A1; AU5576694A; CA2146996A1; JPH08502569A

Description

Meng-doseereenheid.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een meng-doseereenheid voor het in een inlaatluchtstroom van een verbrandingsinrichting inbrengen van een voor het inbrengen tenminste gedeeltelijk vloeibaar en na het inbrengen tenminste gedeeltelijk verdampt fluïdum, omvattende een in het inlaatkanaal voor de luchtstroom aangebrachte tenminste gedeeltelijk ringvormige afscherming waarbij in de spieetvormige ruimte tussen de afscherming en de wand van het inlaatkanaal het fluïdum via een inbreng-orgaan toegevoerd wordt.

Een dergelijke meng-doseereenheid is in de stand der techniek algemeen bekend. Dergelijke meng-doseerinrichtingen worden voor allerlei toestellen gebruikt waarbij bijvoorbeeld onder druk vloeibaar gas in dampvorm met lucht verbrand wordt. Een voorbeeld van een dergelijk toestel is een verbrandingsmotor. Daarbij wordt er in de stand der techniek naar gestreefd een dergelijk fluïdum, zoals LPG, in vloeibare toestand in het inlaatkanaal te injecteren. Het in vloeibare toestand injecteren heeft als voordeel dat een kleinere en zo een beter te beheersen hoeveelheid per injectie kan worden ingebracht. Problemen treden daarbij echter op doordat in de lucht aanwezig vocht bevriest en tot afzettingen leidt door de warmte onttrokken door het verdampende fluïdum. Dergelijke afzettingen kunnen in een later stadium weer verdampen maar dit leidt tot onnauwkeurige dosering en belemmering van het onberispelijk werken van de inrichting. Getracht is door tegenover injectors in het inlaatkanaal aanbrengen van verwarmde wanden problemen met betrekking tot bevriezen op te lossen. Hoewel dergelijke verwarmingen onder bepaalde bedrijfsomstandigheden voldoen, bestaan toch omstandigheden waarbij nog steeds bevriezing met alle daarmee samenhangende nadelen plaatsvinden. Met name bij verbrandingsmotoren die in niet stationaire toepassingen gebruikt worden, heersen zeer snel wisselende omstandigheden en onder al die omstandigheden dient een juiste dosering van het fluïdum plaats te vinden om enerzijds zo weinig mogelijk brandstof te gebruiken en anderzijds te voldoen aan alle thans gestelde milieu-eisen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is in een meng-doseereenheid te voorzien, die de hierboven beschreven nadelen niet heeft.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven meng-doseereenheid verwezenlijkt doordat het inbrengorgaan zodanig ingericht is, dat het in de spieetvormige ruimte ingebrachte fluïdum een bewegingscomponent loodrecht op de bewegingsrichting van de lucht heeft en de afscherming bij het stroomafwaartse einde daarvan open is, en waarbij de verhouding tussen het oppervlak van de spieetvormige ruimte bij het stroomafwaartse einde daarvan en het oppervlak van de uitlaatopening van het inbrengorgaan zodanig is, dat aan het fluïdum in de spieetvormige ruimte een versnelling wordt gegeven. Door een dergelijke mengdoseereenheid ondergaat het ingebrachte fluïdum een snelheidsverhoging bij het uittreden, waardoor het mogelijk is dit fluïdum langs een groter wandoppervlak gestuurd te leiden. Dit betekent, dat een groter wandoppervlak ter beschikking staat voor de warmteoverdracht, die sneller en effectiever plaats kan vinden. Bovendien is het mogelijk dat met de inrichting volgens de onderhavige uitvinding een draaibeweging gegeven wordt. Daardoor wordt een druppel fluïdum, niet aan de luchtstroom in het inlaatkanaal blootgesteld, langs een verhoudingsgewijs groot wandoppervlak bewogen, waardoor over een groot oppervlak verdeeld warmtewisseling met de omgeving kan plaatsvinden. Daardoor is het op effecte wijze mogelijk bevriezen te voorkomen.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is de stroomopwaartse zijde van de afscherming open voor het in de spleetvormi-ge ruimte binnentreden van lucht. Met name bij grotere hoeveelheden lucht is een dergelijke extra luchttoevoer van belang. Daardoor wordt niet alleen een betere menging verkregen, maar eveneens de warmteoverdracht verbeterd. Het fluïdum zal een spiraalvormige baan beschrijven.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering is de opening aan de stroomopwaartse zijde van de afscherming kleiner in oppervlak dan de opening aan de stroomafwaartse zijde. Enerzijds is dit noodzakelijk vanwege de extra hoeveelheid verdampend fluïdum, die in de spieetvormige ruimte wordt toegevoerd en anderzijds is dit van belang om expansie van het fluïdum op gestuurde wijze mogelijk te maken.

Bij voorkeur is de hierboven beschreven constructie als Laval-mond-stuk uitgevoerd. Daarbij vindt de Laval-stroming plaats in de spleetvor-mige ruimte bij het uittreden in het inlaatkanaal.

Om de verdamping optimaal te verwezenlijken kan hetzij de wand van het kanaal hetzij de afscherming van verwarming zijn voorzien. Om de capaciteit verder te vergroten kunnen verscheidene inbrengorganen voor fluïdum aangebracht zijn. Optimale werking wordt verkregen indien deze tegengesteld gerichte uitlaten hebben en afwisselend bediend worden. Daardoor ontstaat een snel wisselende stroming waardoor een optimale hoeveelheid fluïdum verdampt kan worden.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een in de tekening afge-beeld uitvoeringsvoorbeeld nader verduidelijkt worden. Daarbij tonen:

Fig. 1 gedeeltelijk in dwarsdoorsnede aangebracht in een inlaatka-naal een meng-doseereenheid volgens de uitvinding;

Fig. 2 een doorsnede in fig. 1 volgens de lijn II-II; en fig. 3 een doorsnede volgens lijn III-III in fig. 2, waarbij bovendien regelmiddelen schematisch aangegeven zijn.

In een inlaatkanaal 1 (fig.l) stroomt lucht in de richting van pijl 15. In dit inlaatkanaal 1 is een meng-doseereenheid 2 aangebracht. Deze omvat een afscherming 3 die met behulp van holle stompen 16 met wand 5 van de meng-doseereenheid resp. het inlaatkanaal 1 verbonden is. Tussen afscherming 3 en wand 5 bestaat een ringvormige taps uitlopende ruimte 4. Daarbij is de uitlaatopening 7 van de ringvormige ruimte wezenlijk groter dan de inlaatopening 9· In de ringvormige ruimte 4 mondt de uitlaatopening 8 van inbrengorgaan 6 voor fluïdum uit. Deze is in de tekening loodrecht op de stromingsrichting 15 van de lucht aangebracht. Wand 5 grenst een verwarmingskanaal 10 terwijl in afscherming 3 een verwarmingskanaal 11 is aangebracht. Het verwarmingskanaal 11 wordt van verwarmingsmiddel, zoals koelvloeistof, voorzien via de stompen 16. Uit fig. 2 blijkt dat naast inbrengorgaan 6 een tweede inbrengorgaan 13 aanwezig is. Met pijlen 17 resp. l8 is de stroomrichting van het daardoor binnentredende fluïdum weergegeven. In fig. 2 zijn eveneens een koelvloeistofaanvoer 19 en koelvloeistof af voer 20 aangegeven. In fig. 3 zijn leidingen 21 resp. 22 getoond die verbonden zijn met een schematisch aangegeven regelklep 14 die door een elektrische leiding 23 op niet nader afgeheelde wijze gestuurd wordt om afwisselend van aanvoerleiding 24 afkomstig fluïdum aan inbrengorgaan 6 of 13 toe te voeren.

De hierboven beschreven inrichting werkt als volgt:

Bij het heersen van een luchtstroming van opening 9 naar opening 7 wordt fluïdum, zoals LPG, dat zich in dampvorm bevindt, ingespoten in de spieetvormige ruimte 4. Daarbij is het oppervlak van de opening 8 van het inbrengorgaan 6 zo ten opzichte van het oppervlak van de uitlaatopening 7 bemeten, dat een straalvormige stroming zich spiraalvormig in stroomafwaartse richting uitstrekkend ontstaat. Door het zgn. ”Laval"-effekt zal het uittredende fluïdum versneld worden, zodat de tijd beschikbaar voor warmteoverdracht verkort kan worden of bij dezelfde tijd meer warmte kan worden overgedragen. Deze straalvormige stroming bestaat uit het verdampende fluïdum. Dit fluïdum zal langs een verhoudingsgewijs groot oppervlak van de wand van afscherming 3 resp. de wand 5 van het inlaatkanaal bewegen. Omdat beide wanden verwarmd worden, zal optimale verdamping van het fluïdum kunnen plaatsvinden zonder dat het risico van afzetting van de in de lucht bevroren vochtdeeltjes bestaat. In fig. 2 is voor inbreng-orgaan 6 door middel van pijl 17 de spiraalvormige stroming weergegeven. Met behulp van regelklep lk kan een afwisselende stroming fluïdum door inbrengorgaan 6 en inbrengorgaan 13 verwezenlijkt worden. Zoals uit de pijlen 17 en 18 blijkt, hebben de daardoor opgewekte fluïdumstralen een tegengestelde richting.

Gebleken is, dat met de meng-doseereenheid volgens de uitvinding een aanzienlijk verhoogde uitstroomsnelheid van het fluïdum kan worden verwezenlijkt. Was in de stand der techniek een waarde van 60 m/s gebruikelijk thans kan een waarde van 200 m/s en meer worden gegaan. Eveneens is het mogelijk door het grote warmtewisselende oppervlak een zeer grote hoeveelheid warmte te onttrekken aan het verwarmingsmiddel. Tijdens proeven zijn waarden van 2 kwh bereikt. De meng-doseereenheid kan bijzonder snel reageren op wisselende omstandigheden hetgeen van bijzonder belang is onder niet-stationaire omstandigheden. Met de thans voorgestelde constructie wordt altijd gewaarborgd dat het fluïdum een verwarmde wand bereikt. Dit in tegenstelling tot de stand der techniek waarbij een fluïdumstraal naar een tegenover liggende wand gespoten werd, maar bij grote luchtsnelheden die wand nooit bereikte, zodat alsnog problemen met het in de lucht aanwezige vocht ontstonden.

Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van een voorkeursuitvoering beschreven is en meer in het bijzonder bij toepassing van LPG in een inwendige verbrandingsmotor, moet begrepen worden, dat een dergelijke meng-doseereenheid anders kan worden uitgevoerd afhankelijk van de specifieke toepassing. Zo is het mogelijk de meng-doseereenheid voor branders en dergelijke inrichtingen toe te passen. Van belang is slechts dat met de thans voorgestelde constructie het mogelijk is om bij het snel reageren op afwisselende omstandigheden een grote hoeveelheid warmte in verhoudingsgewijs korte tijd te kunnen onttrekken.

Claims

1. Meng-doseereenheid (2) voor het in een inlaatluchtstroom van een verbrandingsinrichting inbrengen van een voor het inbrengen tenminste gedeeltelijk vloeibaar en na het inbrengen tenminste gedeeltelijk verdampt fluïdum, omvattende een in het inlaatkanaal (1) voor de luchtstroom aangebrachte ten minste gedeeltelijk ringvormige afscherming (3) waarbij in de spieetvormige ruimte (4) tussen de afscherming en de wand (5) van het inlaatkanaal het fluïdum via een inbrengorgaan (6) toegevoerd wordt, met het kenmerk, dat het inbrengorgaan (6) zodanig ingericht is, dat het in de spieetvormige ruimte ingebrachte fluïdum een bewegingscomponent loodrecht op de bewegingsrichting van de lucht heeft en de afscherming bij het stroomafwaartse einde daarvan open (7) is, en waarbij de verhouding tussen het oppervlak van de spieetvormige ruimte bij het stroomafwaartse einde daarvan en het oppervlak van de uitlaatopening (8) van het inbrengorgaan (6) zodanig is, dat aan het fluïdum in de spieetvormige ruimte een versnelling wordt gegeven.

2. Meng-doseereenheid volgens conclusie 1, waarbij de afscherming aan de stroomopwaartse zijde (9) open is, voor het in de spieetvormige ruimte binnentreden van lucht.

3. Meng-doseereenheid volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het oppervlak van de opening (9) aan de stroomopwaartse zijde van de afscherming kleiner is dan aan de stroomafwaartse zijde.

4. Meng-doseereenheid volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het inlaatkanaal en de afscherming als Laval-mondstuk zijn uitgevoerd .

5. Meng-doseereenheid volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het inlaatkanaal ter plaatse van de afscherming is voorzien van verwarmingsmiddelen (10).

6. Meng-doseereenheid volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de afscherming van verwarmingsmiddelen (11) is voorzien.

7. Meng-doseerinrichting waarbij ten minste twee inbrengorganen (6,13) voor fluïdum aanwezig zijn met tegengesteld gerichte uitlaten.

8. Meng-doseerinrichting volgens conclusie 7, waarbij middelen (14) aanwezig zijn voor het afwisselend aan het ene en andere inbrengorgaan toevoeren van fluïdum.