DE10133775A1

DE10133775A1 - Device and method for emulsifying, in particular for emulsifying water in a fuel

Info

Publication number: DE10133775A1
Application number: DE10133775A
Authority: DE
Inventors: Egon Stache
Original assignee: S I T Schiffs & Industrietechn
Current assignee: S I T Schiffs & Industrietechn
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2002-09-26

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Emulgation, insbesondere zur Emulgation von Wasser in einem Brennstoff, wird in einem Stator ein drehbar doppelt gelagerter Rotor angebracht. Bei dem entsprechenden Verfahren zur Emulgation wird die zu emulgierende Flüssigkeit von dem im Stator rotierenden Rotor verwirbelt, wobei der Rotor und der Stator einen Mahlspalt bilden, der kleiner als 30 mum ist.In the case of a device for emulsification, in particular for the emulsification of water in a fuel, a rotatable double-bearing rotor is attached in a stator. In the corresponding method for emulsification, the liquid to be emulsified is swirled by the rotor rotating in the stator, the rotor and the stator forming a grinding gap which is smaller than 30 μm.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Emulgati on, insbesondere zur Emulgation von Wasser in einem Brennstoff.The invention relates to an apparatus and a method for emulsification on, in particular for emulsifying water in a fuel.

Solche Vorrichtungen und Verfahren sind bekannt, z. B. aus der DE 41 42 891 A1. Sie dienen insbesondere auf Schiffen dazu, den Brennstoff, in der Regel Diesel oder ein Schweröl, aufzubereiten, um so die Verbrennung zu verbessern.Such devices and methods are known, e.g. B. from DE 41 42 891 A1. They serve, in particular, on ships, the fuel in which Usually diesel or a heavy fuel oil, so as to prepare the combustion to improve.

Neben der Filterung ist die wichtigste Form der Brennstoffaufbereitung die Emulgation, die unter anderem eine Reduktion der Stickoxidemission bewirken kann. Dazu wird Wasser in dem Brennstoff emulgiert, so dass die in Brennstoff eingeschlossenen Wassertröpfchen in der Brennkammer in einer sog. Micro-Explosion explodieren können, wobei sie die sie um gebende Brennstoffhülle aufreißen und fein verteilen. Zudem verbessern die Sauerstoff und Wasserstoffanteile die Qualität der Verbrennung.In addition to filtering, the most important form of fuel processing is the emulsification, which among other things a reduction of the nitrogen oxide emission can effect. For this, water is emulsified in the fuel, so that the water droplets trapped in fuel in the combustion chamber can explode in a so-called micro-explosion, taking them around Tear open fuel envelope and distribute finely. Also improve the oxygen and hydrogen content the quality of the combustion.

Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist jedoch die Emulgati on noch nicht optimal. Insbesondere ist die Breite des sog. Mahlspaltes (des Spaltes zwischen Rotor und Stator) nicht so klein, dass es gelänge, auch Gasölqualitäten zu emulgieren. In the known devices and methods, however, the emulsification not optimal yet. In particular, the width of the so-called grinding gap (the gap between the rotor and the stator) is not so small that also emulsify gas oil qualities.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung und ein Verfahren anzugeben, die auch die Emulgation von Was ser in Brennstoffen wie reinem Diesel erlauben.Proceeding from this, the invention is based on the object direction and a process to specify which also emulsifies what allow in fuels such as pure diesel.

Die Aufgabe wird gelöst von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. von einem Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 8. Vorteilhafte Aus- bzw. Durchführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.The object is achieved by a device with the features of Claim 1 or of a method with the features of the An Proverb 8. Advantageous embodiments are the subject of the respective subclaims.

Die doppelte Lagerung des Rotors erlaubt es, extrem geringe Mahlspalt breiten zwischen Rotor und Stator, insbesondere Breiten von 30 µm und weniger, zu erzielen, was auch die Größe der emulgierten Tröpfchen ver ringert. Kleinere Tröpfchen bedeuten aber bessere Verbrennung.The double bearing of the rotor allows an extremely small grinding gap widths between rotor and stator, in particular widths of 30 µm and less to achieve, which also ver ver the size of the emulsified droplets Ringert. Smaller droplets mean better combustion.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. Es zei gen:Further details and advantages of the invention result from the following purely exemplary and non-limiting description some embodiments in connection with the drawing. It shows gene:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnittansicht, Fig. 1 shows an inventive device in sectional view,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 2 shows a detail from Fig. 1 in an enlarged scale,

Fig. 3 eine schematische Teilansicht eines für die Vorrichtung vorge sehen Rotors mit einem ersten Oberflächenprofil, Fig. 3 is a schematic partial view of the apparatus for pre see rotor having a first surface profile,

Fig. 4 eine schematische Teilansicht eines für die Vorrichtung vorge sehen Rotors mit einem zweiten Oberflächenprofil und Fig. 4 is a partial schematic view of a rotor provided for the device see with a second surface profile and

Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Rotor mit einer scharfkantigen Oberfläche. Fig. 5 shows another device according to the invention with a rotor with a sharp-edged surface.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur Emulgation gezeigt, die spe ziell für die Emulgation von Wasser in einem Brennstoff wie Schweröl oder Diesel ausgelegt ist und z. B. auf Schiffen zur, Aufbereitung des Brennstoffs vorteilhaft eingesetzt werden kann. Dabei ist in einem Stator 3 eine Welle 1 mit einem Rotor 2 drehbar mittels selbstschmierender Ku gellager 15 gelagert. Das Oberflächenprofil des Rotors 2, das bei der Emulgation eine wichtige Rolle spielt, ist in dieser mehr schematischen Darstellung nicht gezeigt. Es kann z. B. wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ausgebildet sein.In Figs. 1 and 2 an apparatus is shown for emulsification, the PES is essential designed for the emulsification of water in a fuel such as heavy oil or diesel and z. B. can be used advantageously on ships for processing the fuel. In this case, a shaft 1 with a rotor 2 is rotatably mounted in a stator 3 by means of self-lubricating ball bearing 15 . The surface profile of the rotor 2 , which plays an important role in the emulsification, is not shown in this more schematic representation. It can e.g. B. as shown in FIGS. 3 and 4.

Entlang der Welle 1 gesehen sind vor und nach dem Rotor 2 zwei Gleit ringdichtungssitze 4 und zwei Quenschgehäuse 5 vorgesehen. In einem ersten Lagergehäuse 6 mit einem ersten Enddeckel 7 ist ein erstes Lüfter rad 13, in einem zweitem Lagergehäuse 8 mit einem zweiten Enddeckel 9 ein zweites Lüfterrad 10 angeordnet. Zur Befestigung der Vorrichtung ist ein Gerätefuß 11 vorgesehen.Seen along the shaft 1 , two sliding ring seal seats 4 and two quench housings 5 are provided before and after the rotor 2 . In a first bearing housing 6 with a first end cover 7 , a first fan wheel 13 , a second fan wheel 10 is arranged in a second bearing housing 8 with a second end cover 9 . A device base 11 is provided for fastening the device.

Da die emulgierten bzw. zu emulgierenden Flüssigkeiten beim bestim mungsgemäßen Einsatz der Vorrichtung eine beachtliche Wärme abgeben, sind die Lagergehäuse 6 und 8 vorteilhaft so ausgeführt, dass allenfalls nur sehr wenig Wärme zu den Lagerstellen gelangen kann. Dazu verfügen die Lagergehäuse über Stege. Zusammen mit entsprechend ausgebildeten Dichtungen und Dichtungselementen, wie Hochtemperatur-O-Ringen wird es damit möglich, auch in Temperaturbereichen von etwa 250 bis 270°C (bezogen auf die Gleitringdichtung) zu arbeiten.Since the emulsified or emulsified liquids emit a considerable amount of heat when the device is used as intended, the bearing housings 6 and 8 are advantageously designed such that only very little heat can reach the bearing points. For this purpose, the bearing housings have webs. Together with appropriately designed seals and sealing elements, such as high-temperature O-rings, it is possible to work in temperature ranges from around 250 to 270 ° C (based on the mechanical seal).

In den zwischen Stator 3, Gleitringdichtungssitzen 4, Gleitringdichtungen 14 und Rotor 2 gebildeten Kammern sind sog. Cares 12 vorgesehen, die sich mit dem Rotor drehen und die Emulsion bzw. die zu emulgierenden Flüssigkeiten verwirbeln, um die ansonsten in diesen Kammern problema tische Bildung sog. Ölkuchens zu verhindern.In the chambers formed between the stator 3 , mechanical seal seats 4 , mechanical seals 14 and rotor 2 , so-called cares 12 are provided, which rotate with the rotor and swirl the emulsion or the liquids to be emulsified in order to avoid the problematic formation otherwise known in these chambers To prevent oil cake.

Die Gleitringdichtungen 14 sind so konstruiert, dass das zur Justierung des Anpressdrucks im rotierenden Teil Gleitringdichtungen 14 vorgesehe ne Federpaket nicht im Ölstrom liegt, wodurch längere Standzeiten erzielt werden.The mechanical seals 14 are constructed so that the spring assembly provided for adjusting the contact pressure in the rotating part of the mechanical seals 14 is not in the oil flow, as a result of which longer service lives are achieved.

Man beachte, dass der Aufbau der Vorrichtung mit den weiteren, an sich bekannten Bauteilen wie gerader Einschraubverschraubung 16, Radial- Wellendichtung 17, verschiedenen O-Ringen 18 und 19, Nutmutter 20, Sicherungsblech 21, Passfeder 22, Stift 23, Spannstift 24, den Zylinder schrauben 25, 26, 27, 28, 29 und 30, Innenring 31 und Zylinderstift 32 vorteilhaft so erfolgt ist, dass bei Wartungsarbeiten alle wichtigen Bautei le leicht ausgebaut werden können, ohne dass z. B. Rohrleitungen gebro chen und Leckagen verursacht werden müssten.It should be noted that the structure of the device with the other components known per se, such as straight screw-in screw connection 16 , radial shaft seal 17 , various O-rings 18 and 19 , locknut 20 , lock washer 21 , feather key 22 , pin 23 , spring pin 24 , Cylinder screws 25 , 26 , 27 , 28 , 29 and 30 , inner ring 31 and cylinder pin 32 is advantageously done so that all important components can be easily removed during maintenance work without z. B. pipes broken and leakages would have to be caused.

In den Fig. 3 und 4 sind Teilansichten zweier Rotoren für erfindungsge mäße Vorrichtungen gezeigt, wobei die Rotoren unterschiedliche Oberflä chenprofile besitzen. Das in Fig. 3 gezeigte Oberflächenprofil wird durch parallel zueinander verlaufende Nuten N und Stege S sowie in die Stegen eingebrachte Bohrungen B gebildet, von denen aus Gründen der Über sichtlichkeit jeweils nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden. Der Durchmesser der Bohrungen ist etwas größer als die Breite der Stege.In FIGS. 3 and 4 are partial views are shown of two rotors for erfindungsge Permitted devices, wherein the rotors have different Oberflä chenprofile. The surface profile shown in Fig. 3 is formed by mutually parallel grooves N and webs S and holes B made in the webs, of which only a few have been provided with reference numerals for reasons of clarity. The diameter of the holes is slightly larger than the width of the webs.

Das in Fig. 4 nur schematisch angedeutete Oberflächenprofil zeichnet sich durch eine Vielzahl von in Draufsicht rautenförmigen scharfkantigen Vor sprüngen aus, die in der Praxis z. B. durch Einfräsen entsprechender Nu ten in die ursprünglich glatte Oberfläche eines zylindrischen Rotors gebil det werden können. Ein solches scharfkantiges Profil erhöht vorteilhaft die Scherkraftwirkung auf die zu emulgierenden Flüssigkeiten und erlaubt insbesondere auch die Emulgation von Diesel und Wasser.The only schematically indicated in Fig. 4 surface profile is characterized by a variety of diamond-shaped in plan view sharp-edged jumps before, which in practice z. B. can be gebil det by milling corresponding Nu th into the originally smooth surface of a cylindrical rotor. Such a sharp-edged profile advantageously increases the shear force effect on the liquids to be emulsified and in particular also permits the emulsification of diesel and water.

In der Fig. 5 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 50 bezeichnete Vorrichtung zur Emulgation gezeigt, die wie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung einen in einem Stator 52 drehbar gelagerten Rotor 54 aufweist. Zu den Einzel heiten der Lagerung und der weiteren Bauteile kann auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen werden.In Fig. 5 a designated in its entirety with 50 apparatus is shown for emulsification, which like the device shown in Fig. 1 has a rotatably mounted in a stator 52 rotor 54th For the individual units of storage and other components, reference can be made to the description of FIG. 1.

Zu beachten ist bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung insbesondere die Oberfläche des verwendeten Rotors 54, die sich durch eine Vielzahl von in Draufsicht rautenförmigen Vorsprüngen 56 auszeichnet, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden. Diese Vorsprünge "zerschneiden" gewissermaßen die zu emul gierenden Flüssigkeiten und üben eine besonders hohe Scherkraft auf die Flüssigkeiten aus, weshalb sich ein Rotor der gezeigten Art auch zur Emulgation von Medien wie Diesel und Wasser eignet.In the device shown in FIG. 5, particular attention should be paid to the surface of the rotor 54 used , which is characterized by a multiplicity of diamond-shaped projections 56 in plan view, of which only a few have been provided with reference numerals for reasons of clarity. These projections "cut" the liquids to be emulsified and exert a particularly high shear force on the liquids, which is why a rotor of the type shown is also suitable for emulsifying media such as diesel and water.

Im Rahmen des Erfindungsgedanken sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen möglich, die sich z. B. auf die Konstruktion der Lager gehäuse und der Gleitringdichtungen beziehen. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung sind jedenfalls die beidseitige Lagerung des Rotors, die eine geringe Größe des Spalts zwischen Rotor und Stator ermöglicht. Ein wei terer wichtiger Aspekt ist die Form des Oberflächenprofils des Rotors, wobei sich insbesondere die Form mit scharfen Kanten bewährt hat.Within the scope of the inventive idea, numerous modifications and Further training possible, z. B. on the construction of the bearings cover the housing and the mechanical seals. An important aspect of In any case, invention are the two-sided mounting of the rotor, the one allows small size of the gap between the rotor and stator. A white Another important aspect is the shape of the surface profile of the rotor, the shape with sharp edges has proven itself in particular.

Claims

1. Device for emulsification, in particular for emulsification of water in a fuel, with a rotor ( 2 ) rotatably mounted in a stator ( 3 ), characterized in that the rotor is mounted in double bearings.

2. Device according to claim 1, characterized in that the Small width of the grinding gap formed between the rotor and stator is less than 30 µm.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that self-lubricating ball bearings ( 15 ) are provided for mounting the rotor or a shaft ( 1 ) carrying the rotor.

4. Device according to one of claims 1 to 3 with at least ei ner mechanical seal ( 14 ) with an provided for adjusting the contact pressure in the rotating part of the mechanical seal, characterized in that the mechanical seal is designed such that that in the rotating part of the mechanical ring seal provided spring package is not in the flow of emulsified or to be emulsified liquids.

5. Device according to one of claims 1 to 4 with at least egg NEM bearing housing ( 6 ; 8 ), characterized in that the La gergehäuse is designed such that the bearing points are protected from heat emitted by the emulsified or to be emulsified liquids.

6. Device for emulsification, in particular for emulsifying water in a fuel, with a rotor ( 2 ) rotatably mounted in a stator ( 3 ), in particular according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor has a surface profile with has sharp edges.

7. The device according to claim 6, characterized in that the Surface of the rotor, in particular polygonal in plan view re triangular or diamond-shaped projections is occupied.

8. Process for emulsification, in particular for the emulsification of Water in a fuel, the liquid to be emulsified swirled by means of a rotor rotating in a stator are characterized in that a rotor and a stator are used in which the width of the between the rotor and Stator formed grinding gap is less than 30 microns.

9. Process for emulsification, in particular for the emulsification of Water in a fuel, the liquid to be emulsified swirled by means of a rotor rotating in a stator are characterized, in particular according to claim 8, that the liquids to be emulsified by a rotor with egg swirled in a sharp-edged surface profile.

10. rotor for a device according to one of claims 1 to 7, characterized in that its surface with in top view polygonal, especially triangular or diamond-shaped front jumps is occupied.