DE4208442A1 - Saug/mischvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Saug/Mischvorrichtung mit einem von einem Primärfluid durchströmten Hauptkanal mit einer Saug/Mischzone und einem von einem Sekundärfluid durchströmten Nebenkanal, der in der Saug/Mischzone in den Hauptkanal mündet.

Derartige Saug/Mischvorrichtungen sind bekannt. Diese Vorrichtungen machen sich das Prinzip zu nutze, daß durch das im Hauptkanal strömende Primärfluid das im Nebenkanal strömende Sekundärfluid angesaugt, in den Hauptkanal eingeführt und mit dem strömenden Primärfluid vermischt wird. Durch Verengung des Hohlkörpers, durch den das Primärfluid strömt, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Primärfluids und damit dessen Saugkraft erhöht.

Bei derartigen Vorrichtungen des Standes der Technik ist der Querschnitt der Saug/Mischzone an der Saugstelle in der Regel kreisförmig ausgebildet. Es sind auch halbmondförmig, sichelförmig oder kreisabschnittförmig ausgebildete Querschnitte bekannt. So beschreibt die DE 39 30 709 A1 beispielsweise eine Vorrichtung zum Ansaugen und Beimischen von Zusatzstoffen in eine Flüssigkeitsströmung, bei der etwa quer zur Flüssigkeitsströmung ein Stopfen in den Durchgangskanal hineinragt, der einen Großteil der Flüssigkeitsströmung blockiert, jedoch seitlich umströmbar ist. Die Querschnittsflächen für die Strömung des Primärfluids sind hierbei jeweils in der Form eines Kreisabschnitts ausgebildet. Der Nebenkanal mündet an der der abfließenden Strömung zugewandten Seite des Stopfens in den Hauptkanal.

Allen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß der Querschnitt der Saug/Mischzone an der Mündungsstelle des Nebenkanals ein relativ kleines Verhältnis Umfang/Fläche besitzt. Mit anderen Worten, hierbei trägt zur Ausübung der Saugkraft nur der Teil des Fluids bei, der in den Rand­ bereichen des Querschnitts strömt, während das in der Mitte des Quer­ schnitts strömende Fluid den Kanal durchströmt, ohne Saugkraft ausgeübt zu haben. Es versteht sich, daß hierdurch nur unvollkommene Saug/Mischeffekte erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ange­ gebenen Art zu schaffen, bei der Saugkraft, Saugleistung und/oder Saugwirkungsgrad optimiert sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird an der Saug- bzw. Mündungsstelle nicht irgendeine unbestimmte Querschnittsfläche gewählt, sondern die physikalisch opti­ male Querschnittsfläche, die dadurch charakterisiert ist, daß sie im Größenbereich der kleinsten überhaupt im Strömungssystem des Primärfluids vorkommenden effektiven Querschnittsfläche liegt, jedoch keinesfalls kleiner ist. Erfindungsgemäß ist ferner an der Saug- bzw. Mündungsstelle eine Querschnittsform mit großem Verhältnis Umfangs- bzw. Begrenzungslinie/Flächeninhalt gewählt. Beispiele für eine derartige Querschnittsform sind die Ringform, Teilringform, Schlitzform, U-Schlitzform, V-Schlitzform. Ferner ist erfindungsgemäß vor der Saug- bzw. Mündungsstelle eine je nach Anwendungsgebiet unterschiedlich lange Laminarisierungszone für das Primärfluid vorgesehen. In dieser Laminarisierungszone herrscht eine sogenannte "Strömung zwischen Platten", die aus physikalischen Gründen für die Laminarisierung, also die Glättung von Wirbeln, besonders günstig ist.

Ein optimaler Saugeffekt wird ferner dadurch erreicht, daß nicht ein einziger Nebenkanal in den Hauptkanal mündet, sondern an der Mündungs­ stelle eine Vielzahl von gleichmäßig über einen oder beide parallele Abschnitte der Begrenzungslinie der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone an der Mündungsstelle verteilten, vorzugsweise in einer Ebene angeordneten, Zuführungskanälen vorgesehen ist. Diese Vielzahl von Kanälen sichert eine gleichmäßige Einführung des Sekundärfluids in das Primärfluid über dessen gesamten Strömungsbereich, wobei durch die spezielle schmale Querschnittsform der Saug/Mischzone sichergestellt ist, daß im Bereich eines jeden Zuführungskanales gleich große Saugkräfte ausgeübt werden, so daß gleiche Verhältnisse über den gesamten Strömungsquerschnitt des Primärfluids erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung schafft somit optimale Bedingungen in bezug auf den zu erzielenden Saugeffekt. Durch die optimale Querschnitts­ fläche an der Mündungsstelle und zusätzlich durch die optimale Laminarisierungszone vor der Mündungsstelle wird sichergestellt, daß die physikalisch höchstmögliche Geschwindigkeit des Primärfluids und damit dessen physikalisch höchstmögliche Saugkraft erreicht wird. Durch die spezielle Querschnittsform an der Saugstelle wird sichergestellt, daß nicht nur ein Teil, sondern das gesamte Primärfluid seine Saugkraft entwickeln kann. Dadurch werden die physikalisch höchstmögliche Saugleistung und der höchstmögliche Saugwirkungsgrad des Primärfluids erreicht.

Die optimale Laminarisierungszone bewirkt neben dem Einfluß auf die Geschwindigkeit des Primärfluids eine Stabilität des Strömungssystems gegenüber etwa mit der Einbaulage wechselnden Einlaufwirbeln und damit gegenüber Saugkraftschwankungen. Die erfindungsgemäß ausgebildete Vor­ richtung hingegen hat eine präzise definierte Saugkraft und Saug­ leistung.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann entweder als reine Saugvorrichtung oder als kombinierte Saug/Mischvorrichtung Verwendung finden. Im erstgenannten Fall wird das Sekundärfluid zwar auch dem Primärfluid beigemischt, jedoch kommt es hierbei nicht auf die Erzeugung einer homogenen Mischung an, in der das Sekundärfluid in feinster Verteilung dem Primärfluid beigemischt ist. Ein Beispiel für einen derartigen Anwendungsfall ist das Ansaugen eines Sekundärfluids, das mit dem Primärfluid identisch ist. Es gibt jedoch auch genug Anwendungsfälle, bei denen es lediglich auf das Ansaugen des Sekundärfluids und nicht auf die Erzielung einer guten Mischwirkung ankommt.

Bei der Ausführung als reine Saugvorrichtung (Beispiel Wasserstrahl­ pumpe) wird mit der erfindungsgemäßen Lösung eine besonders hohe Saugleistung erreicht, d. h. pro Volumeneinheit Primärfluid wird eine große Menge an Sekundärfluid angesaugt. Hierdurch wird der Verbrauch an Primärfluid reduziert. Die besonders hohe Saugleistung wird durch die Kombination der im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale erreicht, wobei bei dieser Ausführungsform die Zahl der Zuführungskanäle eher gering gehalten wird, da es hier nicht darauf ankommt, daß das Sekundärfluid in feinster Verteilung dem Primärfluid beigemischt wird. Wesentlich ist nur, daß die Zuführungskanäle gleichmäßig über einen oder beide Abschnitte der Begrenzungslinie der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone an der Mündungsstelle verteilt sind und möglichst geringe Abstände voneinander aufweisen, damit der gesamte Umfang der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone zum Ansaugen von Sekundärfluid ausgenutzt wird.

Wenn die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung als Saug/Mischvorrich­ tung eingesetzt wird, wird die Zahl der Zuführungskanäle möglichst groß gehalten, um eine Mischung aus Primärfluid und Sekundärfluid zu erhalten, in der das Sekundärfluid in feinster Verteilung dem Primärfluid beigemischt ist. Diese "Feinperligkeit" läßt sich je nach der Anzahl der vorgesehenen Zuführungskanäle variieren und an die jeweiligen Erfordernisse anpassen. Die vorstehend in Verbindung mit der Verwendung als Saugvorrichtung aufgezählten Vorteile, insbesondere hohe Saugleistung, homogene Beimischung, bleiben hierbei erhalten, so daß auf hierfür beim Stand der Technik erforderliche zusätzliche Maßnahmen verzichtet werden kann. Die Vielzahl der Zuführungskanäle sorgt daher für eine Oberflächenvergrößerung der Sekundärfluidströme.

Wie vorstehend erwähnt, muß bei beiden Ausführungsformen die Querschnittsfläche an der Mündungsstelle im Größenbereich der kleinsten überhaupt im Strömungssystem des Primärfluids vorkommenden effektiven Querschnittsfläche liegen. Mit "effektiver Querschnittsfläche" ist hierbei der tatsächliche Strömungsquerschnitt in einem Rohr gemeint. Dieser Strömungsquerschnitt kann kleiner sein als der geometrische Querschnitt (Rohrquerschnitt), insbesondere nach Rohrkrümmungen. Die Querschnittsfläche an der Mündungsstelle sollte vorzugsweise mit der kleinsten effektiven Querschnittsfläche identisch sein. Je größer sie ist, desto mehr fällt die Strömungsgeschwindigkeit im Hauptkanal ab, was sich ungünstig auf den Saugeffekt auswirkt. Ist sie kleiner, entsteht ein Drosseleffekt. Falls im gesamten Strömungssystem Stellen mit variablen Querschnittsflächen vorkommen, beispielsweise Ventile etc., werden vorzugsweise deren größtmögliche oder die bei der jeweiligen Anwendung wichtigsten Querschnittsflächen gerechnet.

Die Länge der Laminarisierungszone ist in Abstimmung auf den jeweiligen Anwendungsfall und insbesondere in Abstimmung auf das jeweilige Primär­ fluid so zu wählen, daß im Primärfluid Turbulenzen abgebaut werden, im Idealfall bis zur völligen Laminarisierung. Alle Querschnitte der Laminarisierungszone sind in Form und Flächeninhalt gleich. Es versteht sich, daß die Laminarisierungszone in die Saug/Mischzone übergeht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als Zwischenstück im Verlauf eines Hohlkörpers (beispielsweise eines Rohres) positioniert, in dem das Primärfluid strömt. Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Erläu­ terungen werden im folgenden kurz einige Begriffe definiert. Es gibt eine Eingangsstelle, an der das Primärfluid in die Vorrichtung ein­ strömt, und eine Ausgangsstelle, an der dieses aus der Vorrichtung ausströmt. Die Verbindung zwischen Ein- und Ausgangsstelle, durch die das Primärfluid innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung strömt, heißt Hauptkanal. Dieser Hauptkanal besteht aus einer Folge von Zonen. In Strömungsrichtung des Primärfluid folgen aufeinander: eine Einlauf­ zone, eine Laminarisierungszone, eine Übergangszone, eine Saug/Mischzone und eine Auslaufzone. In der Saug/Mischzone wird das Sekundärfluid durch eine Vielzahl von in diese mündenden Zuführungskanälen durch das Primärfluid angesaugt und ggf. in diesem fein verteilt. Der Rohrabschnitt außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bis zur Eingangsstelle der Vorrichtung heißt Eingangsrohr. Der Rohrabschnitt außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Ausgangsstelle der Vorrichtung ab wird als Ausgangsrohr bezeichnet. Als Querschnittsfläche im Hauptkanal wird eine jede Fläche zwischen Eingangsstelle und Aus­ gangsstelle bezeichnet, die senkrecht zur Strömungsrichtung des Primär­ fluids liegt.

Die Querschnittsfläche des Ausgangsrohrs ist vorzugsweise größer als die Querschnittsfläche des Eingangsrohrs. Das Verhältnis der Querschnitts­ flächen des Ausgangs- und Eingangsrohrs ist vorzugsweise gleich dem Verhältnis einerseits der Volumina des Primärfluids plus dem angesaugten und zugemischten Sekundärfluid und andererseits des Primärfluids alleine.

Die Querschnittsformen der Laminarisierungszone, der Übergangszone und der Saug/Mischzone sind gleich, nicht jedoch deren Querschnittsflächen.

Der Querschnitt der Saug/Mischzone ist vorzugsweise wie folgt ausgebildet:

Der Querschnitt kann einer geometrischen Figur entsprechen, die aus einem flachen Rechteck, d. h. einem Rechteck mit großem Verhältnis Länge/Breite, und zwei gleichen Halbkreisen zusammengesetzt ist. Der Durchmesser der Halbkreise ist gleich der Breite des Rechtecks. Die beiden Halbkreise liegen mit ihren geraden Seiten jeweils an den beiden Breitseiten des Rechtecks an.

Der Querschnitt kann auch als schmaler Kreisring ausgebildet sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Querschnitt eine geometrische Figur, die aus einem schmalen Kreisringsektor und zwei zueinander gleichen Halbkreisen zusammengesetzt ist. Der Durchmesser der Halbkreise ist gleich der Breite des Kreisringsektors. Die Halbkreise liegen mit ihren geraden Seiten jeweils an den beiden Enden des Kreisringsektors an. Der Zentralwinkel des Kreisringsektors ist vorzugsweise mindestens gleich 180°.

In der Einlaufzone ist die Folge der geometrischen Formen der Quer­ schnitte in Strömungsrichtung des Primärfluids derart gestaltet, daß sich ein stetiger Übergang vom Querschnitt der Eingangsstelle zum Quer­ schnitt der Laminarisierungszone ergibt. In der Auslaufzone ist die Folge der geometrischen Formen der Querschnitte in Strömungsrichtung des Primärfluids derart gestaltet, daß sich ein stetiger oder an einer oder an mehreren Stellen unstetiger Übergang vom Querschnitt der Saug/Mischzone zum Querschnitt der Ausgangsstelle ergibt. Die genaue Folge der Querschnitte in der Einlaufzone einerseits und der Auslaufzone andererseits kann unter Berücksichtigung der bei einer bestimmten Anwendung verwendeten Fluide in Versuchsreihen oder durch Computersimulation gefunden werden. Dabei ist das Ziel, möglichst geringe Differenzen der Strömungsgeschwindigkeiten des Primärfluids über einen Querschnitt zu erhalten und möglichst geringe Turbulenzen entstehen zu lassen.

Die Querschnittsfläche der Laminarisierungszone ist größer als die oder mindestens gleich der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone. Sie ist vorzugsweise gleich der Querschnittsfläche des Eingangsrohres.

Wie erwähnt, liegt die Querschnittsfläche der Saug/Mischzone im Bereich der kleinsten effektiven Querschnittsfläche, die im gesamten Strömungs­ system des Primärfluids vorkommt, in das die erfindungsgemäße Vor­ richtung eingefügt ist. Falls im gesamten Strömungssystem Stellen mit variablen Querschnittsflächen vorkommen, beispielsweise Ventile etc., werden vorzugsweise deren größtmögliche oder die bei der jeweiligen Anwendung wichtigsten Querschnittsflächen gerechnet. In der Übergangs­ zone ist die Folge der Querschnittsflächen in Strömungsrichtung des Primärfluids derart gestaltet, daß sich ein stetiger Übergang von der Querschnittsfläche der Laminarisierungszone zur Querschnittsfläche der Saug/Mischzone im Sinne der strömungsgünstigsten Auslegung ergibt.

Die Zuführungskanäle für das Sekundärfluid sind so geführt, daß sie in der Saug/Mischzone in den Hauptkanal des Primärfluids einmünden. Im Querschnitt der Saug/Mischzone betrachtet, mündet jeder Zuführungskanal vorzugsweise senkrecht zum Umfang der Querschnittsfläche in die Saug/Mischzone des Hauptkanales ein. Im Längsschnitt der Saug/Mischzone betrachtet, mündet jeder Zuführungskanal senkrecht zur Strömungsrichtung oder schräg in Strömungsrichtung des Primärfluids in die Saug/Mischzone des Hauptkanals ein.

Die Einmündungen der Zuführungskanäle liegen wahlweise entweder alle auf einer der Längsseiten des Querschnitts der Saug/Mischzone oder auf beiden Längsseiten. Im zweiten Fall liegen sie vorzugsweise zueinander versetzt (auf Lücke). Die Einmündungen haben auf einer Längsseite oder auf jeweils jeder der beiden Längsseiten vorzugsweise gleiche Abstände.

Bei einer speziellen Ausführungsform verbinden die Zuführungskanäle die Einmündungsstellen in der Saug/Mischzone des Hauptkanals derart mit einem zentralen Speicher, daß jeder Zuführungskanal möglichst gleichmäßig und alle Zuführungskanäle in gleichem Maße mit dem Sekundärfluid versorgt werden. Bei einer alternativen Ausführungsform verbinden die Zuführungskanäle die Einmündungsstellen mit zwei oder mehreren unabhängigen Speichern, aus denen sie mit zwei oder mehreren Sekundärfluids versorgt werden.

Bei der Saug/Mischvorrichtung ist der Querschnitt der Zuführungskanäle im Verhältnis zu dem des Hauptkanals sehr klein. Die Zuführungskanäle haben vorzugsweise alle den gleichen oder weiterhin vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Je kleiner der Querschnitt ist, desto größer kann die Anzahl der Zuführungskanäle sein. Vorzugsweise soll der Teil jedes Zuführungskanales an der Einmündungsstelle in die Saug/Mischzone, der den sehr kleinen Querschnitt besitzt, so kurz sein, wie dies im jeweiligen Anwendungsfall technisch möglich ist.

Die hier verwendeten Begriffe "Primärfluid" und "Sekundärfluid" bezeich­ nen jeweils fließ- oder strömungsfähige Medien, also Flüssigkeiten oder Gase. Beide Fluids können flüssig oder auch gasförmig sein. Es kann jedoch auch ein Fluid flüssig und das andere gasförmig sein.

Zum Zuführen und Absperren oder Dosieren des Sekundärfluids ist vorzugs­ weise ein Sperr- oder Dosierventil vorgesehen. Bei mehreren Speichern ist jedem Speicher vorzugsweise ein Sperr- oder Dosierventil zugeordnet, um das spezielle Sekundärfluid absperren oder dosieren zu können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Abschnitt der Begrenzungslinie der Saug/Mischzone an der Mündungsstelle parallel zum gegenüberliegenden Begrenzungslinienabschnitt verschiebbar. Hierdurch kann die Querschnittsfläche der Saug/Mischzone, jedoch nicht deren Querschnittsform verändert werden. Auch können die Querschnittsflächen der Laminarisierungszone, der Übergangszone und der Saug/Mischzone gemeinsam veränderlich gestaltet sein.

Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Saug/Mischzone an der Mündungsstelle ringförmig ausgebildet ist, wobei deren Innenumfang durch einen zylinderförmigen Zentralkörper gebildet wird, auf dessen Umfangsfläche die Mündungsstellen der Zuführungskanäle vorgesehen sind. Diese Zuführungskanäle gehen von einer zentralen Kammer im Zentralkörper aus, in die der Nebenkanal mündet. Der Nebenkanal ist vorzugsweise als Rohr schräg durch den Hauptkanal zur Außenseite desselben geführt. Der Zentralkörper ist bei einer speziellen Ausführungsform lang gestreckt ausgebildet und bildet gleichzeitig die Laminarisierungszone stromauf der Saug/Mischzone. An seinem stromauf gelegenen Ende ist es vorzugsweise ballig und an seinem stromab gelegenen Ende vorzugsweise etwa konisch ausgebildet. Der Zentralkörper wird über einzelne, die Saug/Mischzone bzw. Laminarisierungszone durchdringende Halter am Hohlkörper des Hauptkanales gehalten.

Was den Abstand der Zuführungskanäle anbetrifft, so sind diese vorzugs­ weise in einem Abstand von 10-30° voneinander angeordnet, wobei sich die Öffnungsfläche der Zuführungskanäle vorzugsweise jeweils über 10° des Zentralkörperumfangs erstreckt (unter Voraussetzung üblicher Rohrgrößen).

Bei der vorstehend beschriebenen speziellen Ausführungsform erstrecken sich die Zuführungskanäle von innen radial nach außen in die Saug/Mischzone. Die Erfindung umfaßt jedoch auch eine Ausführungsform, bei der die Zuführungskanäle von außen radial nach innen in die Saug/Mischzone verlaufen. Hierbei ist beispielsweise ein ringförmiges Teil vorgesehen, das den Rohrkörper des Hauptkanales umgibt und die einzelnen Zuführungskanäle enthält.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann vielseitig eingesetzt werden. Sie kann beispielsweise in eine Heizungsanlage mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff eingebaut werden. Hierbei wird sie in die Brennstoffleitung zwischen Brennstoff/Speicher und Brenner eingebaut, vorzugsweise so nahe wie möglich am Brenner oder im Brenner integriert. Das Primärfluid ist der Brennstoff, während das Sekundärfluid hierbei Luft ist. Die Luft kann dabei entweder durch heiße Abgase und/oder elektrisch und/oder auf eine andere Weise auf eine vorgegebene Temperatur vorgeheizt werden.

Die Erfindung kann auch bei einer Heizungsanlage Verwendung finden, bei der das Primärfluid Luft und das Sekundärfluid Brennstoff ist. Die Luft wird hierbei über einen Ventilator oder Kompressor in einen Brennraum eingeblasen. Sie kann durch heiße Abgase und/oder auf andere Weise vorgeheizt sein. Zwischen Vorheizung und Kompressor einerseits und dem Brennraum andererseits wird die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut. Vorzugsweise wird ein Teil des Abgases in das Primärfluid vor oder hinter dem Kompressor, aber vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung rückgeführt.

Bei einem weiteren Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese bei einem Verbrennungsmotor mit flüssigem oder gasförmigem Brenn­ stoff (vorzugsweise einem Dieselmotor oder einer Turbine) eingebaut. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird hierbei in die Brennstoffleitung zwischen Brennstoff-Speicher und Brennkammer eingebaut, vorzugsweise so nahe wie möglich an der Brennkammer. Das Primärfluid ist der Brennstoff, das Sekundärfluid Luft. Die Luft kann durch Abgase und/oder auf andere Weise vorgeheizt werden.

Bei einem weiteren Anwendungsfall ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einen Verbrennungsmotor mit Brennstoffeinspritzung eingebaut. Sie wird hierbei unmittelbar vor dem Einspritzventil plaziert oder in dieses integriert. Das Primärfluid ist der Brennstoff, das Sekundärfluid Luft. Die Luft wird hierbei nicht der Atmosphäre entnommen, sondern über eine Leitung dem Brennraum.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß sie besonders tolerant gegenüber Fertigungsungenauigkeiten ist.

Allgemein läßt sich sagen, daß die als Saug/Mischvorrichtung ausgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung überall dort eingesetzt werden kann, wo eine Flüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit, eine Flüssigkeit mit einem Gas, ein Gas mit einer Flüssigkeit oder ein Gas mit einem anderen Gas möglichst innig gemischt werden soll. Von der Innigkeit der Mischung ist unmittelbar der Wirkungsgrad der Mischung auf dem jeweiligen Anwendungsfeld abhängig. Je inniger die Mischung, z. B. je feinperliger ein Gas in einer Flüssigkeit gemischt ist, desto größer ist die Oberfläche des Wirkstoffs und desto größer ist die chemische und physikalische Wirksamkeit pro eingesetztem Volumen. Je höher der Wirkungsgrad, desto größer ist die unmittelbare Einsparung an Trägersubstanz, an Wirksubstanz und an Pumpenergie. Neben den Vorteilen durch Einsparung von wertvollen Substanzen und Energie ergeben sich regelmäßig zusätzliche Vorteile für die Umwelt, wie Verminderung oder Vermeidung von Schadstoffeintragungen in Luft, Wasser und Boden.

Weitere Anwendungsgebiete sind Hochdruckreiniger, Autopflegeeinrich­ tungen, Wasch- und Spülmaschinen, Dosieranlagen für Gartenschläuche, Dosieranlagen für Duschen, Spülbecken in der Gastronomie, See- und Süßwasser-Aquarien, Absaug- und Entsorgungsanlagen für gefährliche Dämpfe etc., die Einmischung von CO₂ in Wasser zur Ausfällung von Kalk oder zur Erzielung von Düngungseffekten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a einen Längsschnitt durch eine Saug/Mischvorrichtung;

Fig. 1b eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung;

Fig. 1c einen Querschnitt durch die Vorrichtung an der Mündungs­ stelle der Zuführungskanäle;

Fig. 1d einen Teillängsschnitt gemäß Fig. 1a, der die Ausbildung des stromab gelegenen Endes des Zentralkörpers zeigt;

Fig. 1e einen Längsschnitt durch den stromauf gelegenen Teil des Zentralkörpers;

Fig. 1f einen Querschnitt durch den Zentralkörper an der Mündungs­ stelle der Zuführungskanäle;

Fig. 1g einen Querschnitt durch den Zentralkörper an dessen Montage­ stelle im Hauptkanal; und

Fig. 2a einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Saug/Mischvorrichtung;

Fig. 2b einen Teillängsschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1, der den Zentralkörper zeigt;

Fig. 2c einen Querschnitt durch den Zentralkörper an der Mündungs­ stelle der Zuführungskanäle;

Fig. 2d einen Querschnitt durch den Zentralkörper an der Montagestelle im Hauptkanal;

Fig. 3a einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Saug/Mischvorrichtung;

Fig. 3b einen Schnitt entlang Linie A-A in Fig. 3a;

Fig. 3c einen Schnitt entlang Linie B-B in Fig. 3a; und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch noch eine weitere Ausführungsform einer Saug/Mischvorrichtung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung 1, 20 ist als Zwischenstück im Verlauf eines Rohres 2 angeordnet, das einen Hauptkanal 3 bildet, in dem ein Primärfluid strömt, das mit einem Sekundärfluid vermischt werden soll. An einer Eingangsstelle strömt das Primärfluid in die Vorrichtung ein und an einer Ausgangsstelle aus der Vorrichtung aus. Innerhalb des Hauptkanales 3 ist ein Zentralkörper 4 angeordnet, der etwa zylindrische Form besitzt und an seinem stromauf gelegenen Ende ballig sowie an seinem stromab gelegenen Ende etwa konisch ausgebildet ist. Zur Aufnahme des Zentral­ körpers 4 erweitert sich das Rohr 2 entsprechend, wobei der Hauptkanal 3 im Bereich des Zentralkörpers von einer kreisförmigen Querschnittsform in eine kreisringsförmige Querschnittsform übergeht. Im Bereich dieser kreisringförmigen Querschnittsfläche befindet sich in Strömungsrichtung gesehen eine Laminarisierungszone, der eine Saug- und Mischzone 11 folgt. Bei dieser Ausführungsform sind die Querschnittsform und die Querschnittsfläche der Laminarisierungszone 10 und der Mischzone 11 identisch. Nach der Mischzone 11 erweitert sich der Ringquerschnitt allmählich und geht etwa bei 12 wieder in den üblichen Kreisquerschnitt des Rohres 2 über. Der Beginn des Kreisringquerschnittes ist bei 9 ange­ deutet.

Über den Zentralkörper 4 wird ein Sekundärfluid in den Hauptkanal 3 eingeführt und dort mit dem Primärfluid vermischt. Hierzu steht der Zentralkörper über ein Rohr 5 mit geringerem Querschnitt als das Rohr 2 des Primärfluids mit einem Nebenkanal 14 in Verbindung, über den das Sekundärfluid zugeführt wird. Das Rohr 5 erstreckt sich dabei an einer stromab der Mischzone 11 gelegenen Stelle in Strömungsrichtung des Primärfluids schräg durch den Hauptkanal 3. Der entsprechende Winkel beträgt beispielsweise 45°. Der Nebenkanal 14 mündet in eine zentrale Kammer 6 innerhalb des Zentralkörpers, von der sich eine Vielzahl von Zuführkanälen 7 radial nach außen erstreckt und auf der Umfangsfläche des Zentralkörpers im Bereich der Mischzone 11 in den Hauptkanal mündet. Dies ist beispielsweise in Fig. 1c erkennbar. Die Zuführungskanäle 7 sind in gleichen Abständen über den Umfang des Mischteiles verteilt innerhalb einer Querschnittsebene angeordnet und verlaufen senkrecht zur Längsachse des Hauptkanales 3. Die Abstände zwischen den einzelnen Zu­ führungskanälen, deren Querschnitt sich beispielsweise über ein Winkelmaß von 10° erstreckt, beträgt vorzugsweise 10 bis 30°.

Der Zentralkörper 4 ist über kurze stabförmige Elemente 8, die in einem Abstand von 120° angeordnet sind, an der Innenseite des Rohres 2 befestigt.

Die Vorrichtung funktioniert derart, daß das infolge des verengten Querschnitts im Bereich der Mischzone 11 mit erhöhter Geschwindigkeit strömende Primärfluid das Sekundärfluid über die Zuführungskanäle 7, die zentrale Kammer 6 und den Nebenkanal 14 ansaugt. Das vorher in der Laminarisierungszone 10 beruhigte Primärfluid übt dabei einen gleichmäßigen Saugeffekt über den gesamten Umfang des Mischteiles 4 aus, wobei aufgrund der schmalen Querschnittsfläche sämtliche Strömungsbereiche des Primärfluids zu diesem Saugeffekt beitragen. Infolgedessen wird das Sekundärfluid gleichmäßig über den gesamten Umfang des Mischteiles 4 verteilt dem Primärfluid zugemischt, so daß sich ein besonders gutes Mischergebnis erreichen läßt. Infolge der Vielzahl der Zuführungskanäle ergibt sich eine sehr feine Verteilung des Sekundärfluids im Primärfluid.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Saug/Mischvorrichtung 20. Diese Saug/Mischvorrichtung ist im wesentlichen so aufgebaut wie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung, so daß zur Bezeichnung der einzelnen Teile gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet wurden. Unterschiedlich gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 ist lediglich, daß der Zentralkörper 4 hierbei wesentlich länger ausgebildet ist als bei der Ausführungsform der Fig. 1 und im Bereich der Saug/Mischzone 11 eine Ausbauchung gegenüber seinem Querschnitt in der Laminarisierungszone 10 besitzt. Diese Ausbauchung führt zu einem Kreisringquerschnitt im Bereich der Mündungsstellen der Zuführkanäle (Saug/Mischzone), der schmaler ist als der Kreisringquerschnitt im Bereich der Laminarisierungszone 10. Durch diese Verengung wird die Strömungsgeschwindigkeit des Primärfluids gegenüber der Laminarisierungszone nochmals erhöht, wodurch ein verstärkter Saugeffekt erreicht wird. Im übrigen sind auch hierbei wieder die Zuführungskanäle 7 gleichmäßig über den Umfang des Zentralkörpers verteilt angeordnet, so daß eine gleichmäßige und feinperlige Beimischung des Sekundärfluids über die Kammer und den Nebenkanal 5 erfolgt.

Fig. 2b zeigt einen Zentralkörper 4, der gegenüber dem in Fig. 2a dargestellten Zentralkörper in Strömungsrichtung hinter der Saug/Mischzone 11 verlängert ist. Eine solche Ausführungsform ist ebenfalls möglich.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Saug/Mischvorrichtung. Hierbei ist die Vorrichtung als Rohrzwischenstück 2 ausgebildet, das sich aus einem Einlaufteil 32 und einem Auslaufteil 31 zusammensetzt. Beide Teile sind miteinander verschraubt (Gewinde 37, gegen Luft abgedichtet) und stirnseitig über einen O-Ring 36 abgedichtet. Eine Distanzhülse 38 ist in einen erweiterten Bohrungsteil der beiden Teile 31 und 32 eingesetzt.

Das Rohrzwischenstück 2 bildet einen Hauptkanal 3 für das Primärfluid. Im Hauptkanal befindet sich ein Zentralkörper 4, der etwa zylinderförmig ausgebildet ist und an seinem stromauf gelegenen Ende ein stirnseitig ballig ausgebildetes Endstück 33 aufweist. An seinem stromab gelegenen Ende ist der Zentralkörper 4 etwa konisch ausgebildet. Zwischen dem konischen und zylinderförmigen Abschnitt weist der Zentralkörper 4 einen verdickten Bereich auf, durch den der Hauptkanal 3 verengt wird. An dieser Stelle (Saug/Mischzone 11) mündet von der Außenseite eine Vielzahl von in Strömungsrichtung geneigten Zuführungskanälen 7 ein, die stromauf von einer Ringkammer ausgehen, in welche sich ein Nebenkanal 14 erstreckt. Der Nebenkanal 14 erstreckt sich durch einen Rohrstutzen 5, der über O-Ring-Dichtungen und eine Muffe 34 am Auslaufteil 31 des Zwischenrohrstücks 2 fixiert ist.

Der Zentralkörper 4 ist über Stege im Hauptkanal 3 gehaltert, wie in Fig. 3c gezeigt. Fig. 3b zeigt die Vielzahl der in die Saug/Misch­ zone 11 einmündenden Zuführungskanäle 7.

Fig. 4 zeigt noch eine andere Ausführungsform einer Saug/Mischvor­ richtung 20 im Längsschnitt. Bei dieser Ausführungsform ist das Zwischenrohrstück 2 im wesentlichen in Anpassung an einen Zentralkörper 4 ausgebildet, d. h. in Strömungsrichtung des Primärfluids im Hauptkanal 3 erweitert es sich, besitzt dann einen gleichbleibenden Querschnitt (Laminarisierungszone), erweitert sich dann wiederum (Übergangszone) und erreicht eine Saug/Mischzone 11. Danach verengt sich der Querschnitt allmählich bis zur Auslaufstelle. Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt die Zuführung des Sekundärfluids in die Saug/Mischzone 11 von außen, wobei eine Vielzahl von Zuführungskanälen 7 über eine Ringkammer an einen in einem Rohrstück 5 befindlichen Nebenkanal 14 angeschlossen ist. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Ringquerschnitt der Saug/Mischzone 11 variierbar ist, indem der Zentral­ körper 4 in Axialrichtung innerhalb des Rohrstücks 2 verschoben wird. Um eine derartige Verschiebung zu ermöglichen, besitzt der Zentralkörper 4 einen Steg 31, der in eine an der Innenseite des Zwischenrohrstücks 2 ausgebildete Spiralnut 30 eingreift. Durch Drehen des rotations­ symmetrisch ausgebildeten Zentralkörpers 4 erfolgt somit eine Axialver­ schiebung desselben, je nachdem, ob der Querschnitt der Saug/Mischzone 11 verringert oder erweitert werden soll. Eine solche Drehung kann im auseinandergebauten Zustand oder im montierten Zustand vorgenommen werden. Im letztgenannten Fall erstreckt sich beispielsweise ein Teil des Steges 31 durch die Wandung des Zwischenrohrstücks 2 hindurch, so daß eine Führung von außen möglich ist. Geeignete Dichtungen sorgen dafür, daß kein Fluid entweichen kann.

Claims (20)

1. Saug/Mischvorrichtung mit einem von einem Primärfluid durchströmten Hauptkanal mit einer Saug/Mischzone und einem von einem Sekundärfluid durchströmten Nebenkanal, der in der Saug/Mischzone in den Hauptkanal mündet, dadurch gekennzeichnet, daß
die Saug/Mischzone (11) an der Mündungsstelle eine schmale Querschnitts­ form mit einer zwei Endpunkte aufweisenden oder geschlossenen Mittellinie und zwei hierzu parallelen Abschnitten der Begrenzungslinie besitzt, wobei das Verhältnis aus der Gesamtlänge der Begrenzungslinien bzw. Begrenzungslinienabschnitte zum Flächeninhalt der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone (11) unter Berücksichtigung des Reibungswiderstandes der Strömung so groß wie möglich ist,
die Querschnittsfläche an der Mündungsstelle im Größenbereich der kleinsten überhaupt im Strömungssystem des Primärfluids vorkommenden effektiven Querschnittsfläche liegt,
im Hauptkanal (3) stromauf der Mündungsstelle eine Laminarisierungszone (10) für das Primärfluid mit überall gleicher Querschnittsform und Querschnittsfläche vorgesehen ist, deren überall gleiche Querschnitts­ fläche der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone (11) an der Mündungs­ stelle ist, und
der Nebenkanal (14) an der Mündungsstelle durch eine Vielzahl von gleichmäßig über einen oder beide Abschnitte der Begrenzungslinie der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone (11) an der Mündungsstelle verteilten Zuführungskanäle (7) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Laminarisierungszone (10) der Querschnittsform der Saug/Mischzone (11) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saug/Mischzone (11) an der Mündungsstelle ringförmig oder teilringförmig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Zuführungskanal (7) im Querschnitt der Saug/Misch­ zone (11) gesehen senkrecht zum Umfang der Querschnittsfläche in die Saug/Mischzone (11) mündet.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Zuführungskanal (7) im Längsschnitt der Saug/Misch­ zone (11) gesehen senkrecht zur Strömungsrichtung oder schräg in Strömungsrichtung des Primärfluids in die Saug/Mischzone (11) mündet.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abmessungen der Mündungsflächen der Zuführungskanäle (7) in Umfangsrichtung des Hauptkanales (3) größer als in Axialrichtung desselben sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführungskanäle (7) auf beiden parallelen Abschnitten der Begrenzungslinie der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone (11) vorgesehen sind, wobei die Zuführungskanäle (7) auf der einen Begrenzungslinie versetzt zu denen auf der anderen Begrenzungslinie angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführungskanäle (7) in einem Umfangsabstand von 10-30° voneinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungskanäle (7) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführungskanäle (7) an zwei oder mehrere unabhängige Speicher angeschlossen sind, aus denen sie mit zwei oder mehreren Sekundärfluids versorgt werden.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens einer der parallelen Abschnitte der Begrenzungslinie der Saug/Mischzone (11) an der Mündungsstelle unter Beibehaltung der Parallelität relativ zum gegenüberliegenden Abschnitt zur Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Querschnittsfläche der Saug/Mischzone (11) an der Mündungsstelle verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Saug/Mischzone (11) an der Mündungsstelle ringförmig ausgebildet ist, wobei deren Innenumfang durch einen etwa zylinderförmi­ gen Zentralkörper (4) gebildet wird, auf dessen Umfangsfläche die Mündungsstellen der Zuführungskanäle (7) vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungskanäle (7) von einer zentralen Kammer (6) im Zentralkörper (4) ausgehen, in die der Nebenkanal (14) mündet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (4) langgestreckt ausgebildet ist und die Laminarisie­ rungszone (10) stromauf der Saug/Mischzone (11) bildet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Öffnungsfläche der Zuführungskanäle (7) jeweils über 10° des Zentralkörperumfangs erstreckt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zentralkörper (4) an seinem stromauf gelegenen Ende ballig und an seinem stromab gelegenen Ende etwa konisch ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zentralkörper (4) im Bereich der Saug/Mischzone (11) gegenüber seinem stromauf gelegenen Abschnitt eine Verdickung (13) aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführungskanäle (7) so kurz wie technisch möglich sind, d. h. sich eine kurze Strecke stromauf ihrer Mündungsstelle erweitern.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Querschnittsfläche der Saug/Mischzone (11) an der Mündungsstelle durch Axialverschiebung des Zentralkörpers (4) verkleinerbar bzw. vergrößerbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (4) mit einem Steg (31) in eine Spiralnut (30) an der Innenseite des den Hauptkanal (3) bildenden Rohres eingreift und durch Drehung axial verschiebbar ist.