DE2041944B2 - Dynamischer Strömungsmittel verstärker - Google Patents

Description

schnitt einen größeren Strömungsmittelwiderstand als

der stromaufwärts liegende Kanalabschnitt hat. Hier-

45 durch wird der durch die Verdampfung der Flüssigkeit auftretende plötzliche Druckanstieg gedämpft.

Die Erfindung betrifft einen dynamischen Strö- Auf diese Weise erhält man unter Ausnutzung des

mungsmittelverstärker mit einer Wechselwirkungs- Phasenwechsels des Strömungsmittels selbst bei einer

kammer, in welche eine Leistungsstrahldüse für das kleinen Temperaturänderung des strömenden Medi-

Strömungsmittel sowie etwa rechtwinklig dazu zwei 50 ums ein eindeutiges ausgeprägtes Steuersignal zum,

gegenüberliegende Steu&rdüsen münden und von wel- Umschalten des Hauptstrahls.

eher zwei durch einen Süömungsmittelteiler ge- Die Änderung des Strömungswiderstands in den trennte Auslaßkanäle ausgehen, wobei jede Steuer- Steuerkanäien kann durch eine Längen- bzw. Querdüse über einen einen Strömungsmittelwiderstand Schnittsbemessung oder aber auch durch einen disenthaltencten Kanal, von welchem ein Abschnitt eine 55 kreten Strömungswiderstand beispielsweise in Form Heizvorrichtung enthält, mit einem Einlaßkanal für einer Drosselstelle erzielt werden. Der diskrete Strödie Leistungsstrahldüse verbunden ist. mungsmittelwiderstand wird zweckmäßigerweise

Bei einem bekannten Strömungsmittelverstärker nahe der Heizvorrichtung angeordnet,
dieser Art (USA.-Patentschrift 3 452 767), der mit An Hand der Zeichnungen werde" Ausführungs-Gas betrieben wird, ist stromaufwärts der Heizvor- 60 beispiele der Erfindung näher erläuten. Es zeigt
richtung jeweils eine Drosselstelle angeordnet, durch F i g. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß die der Massenstrom in den Steuerkanälen konstant ausgebildeten Strömungsmittelverstärker,
gehalten werden soll. Wenn eine der beiden Heizvor- F i g. 2 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführichtungen in Betrieb gesetzt wird, wird dem in dem rungsbeispiel der Erfindung,

betreffenden Steuerkanal strömenden Gas Energie 6s Fig.3 eine Draufsicht auf ein weiteres Aüsfüh-

zugeführt, so daß sich der Gesamtdruck des Gases rungsbeispiel der Erfindung,

erhöht. Hierdurch entsteht eine Druckdifferenz zwi- F i g. 4 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausftih-

sehen den beiden einander gegenüberliegenden Steu- rungsbeispiel der Erfindung,

3 4

F i g. 5 die Beziehung zwischen dem Massenstrom bewirkt, daß sich der Hauptstrahl an die der Steuer- und der Druckdifferenz in einem Steuerkanal ohne düse 21 b zugeordneten Seitenwand 24 der Wechsel-Drosselung, Wirkungskammer anlegt, so daß die Flüssigkeit in

F i g, 6 die Beziehung zwischen dem Massenstrom den ersten Auslaßkanal 16 strömt,

und der Druckdifferenz in einem Steuerkanal mit 5 Ist auf der anderen Seite die Heizvorrichtung 28

Drosselung. außer Betrieb und die Heizvorrichtung 30 des Steu-

Der in F i g. 1 dargestellte dynamische Strömungs- erkanals 22 in Betrieb, so wird der Hauptstrahl vom mittelverstärker weist einen Einlaßkanal 10 für die Einlaßkanal 16 in den Auslaßkanal 18 verstellt. Zufuhr des Strömungsmittels auf. Der Einlaßkanal Wenn der Hauptstrahl wieder zum Auslaßkanal 16 10 ist über eine Leistungsstrahldüse 12 mit einer io zurückverstellt werden soll, wird die Heizvorrich-Wechselwirkungskammer 14 verbunden, von der tung 30 abgestellt und die Heizvorrichtung 28 erneut zwei getrennte Auslaßkanäle 16 und 18 ausgehen. in Betrieb genommen, um die Flüssigkeit im Steuer-Zwei symmetrisch zueinander angeordnete Steuer- kanal 20 zu verdampfen. Der Strömungsmittelverkanäle 20 und 22 gehen von dem Einlaßkanal 10 aus stärker kann so ausgestaltet sein, daß die Hauptströ- und führen zu der Wechselwirkungskammer 14. Der 15 mung zu gleichen Anteilen aus den beiden Auslaßka-Steuerkanal 20 weist eine Einlaßöffnung 21 α auf, die nälen ausströmt, wenn kein Steuersignal aufgebracht in einer Seitenwand des Einlaßkanals 10 gebildet ist. wird, d. h. keine der beiden Heizvorrichtungen 28 Der Steuerkanal verläuft in U-Form zu einer Steuer- und 30 in Betrieb genommen wird. Er kann auch so düse 21 b, die in der Seitenwand 24 der Wechselwir- ausgebildet sein, daß bei normalem Heizbetrieb beikungskammer 14 mündet. In gleicher Weise besitzt 20 der Heizvorrichtungen kein Signal erzeugt wird und der Steuerkanal 22 eine Einlaßöffnung 22 a, die in zur Verstellung des Hauptshdhls zu einem der beider anderen Seitenwand des Einlaßkan .Js 10 gebildet den Auslaßkanäle die Heizvorrichtungen wahlweise ist und der Einlaßöffnung 21 α des Steuerkanals 20 außer Betrieb genommen werden,
direkt gegenüberliegt. Der zweite Steuerkanal führt Wie von einem Fachmann leicht verstanden werin U-Form zu einer Steuerdüse 22 b, der in der Sei- 25 den kann, ruft eine verdampfbare in einem engen tenwand 26 der Wechselwirkungskammer 14 mün- Kanal, z. B. in einem Kapillarrohr, verdampfte Flüsdet, und zwar an einer Stelle, die der Steuerdüse 21 b sigkeit einen sofortigen Druckanstieg hervor. Der ergenau gegenüberliegt. Aus noch zu beschreibenden zeugte höhere Druck pflanzt sich durch den Kanal Gründen sind in den Steuerkanälen 20 und 22 elek- fort. Tritt ein solcher höherer Druck infolge der Vertrische Heizvorrichtungen 28, 30 angeordnet, die die 30 dampfung der Steuerflüssigkeit im Steuerkanal auf, Steuerkanäle teilweise überdecken. so setzt er sich in Strömungsrichtung durch den Steu-

Eine bei Wärme verdampfende Flüssigkeit, z.B. erkanal fort und führt dazu, den gewünschten nied-

ein handelsübliches Kältemittel wird in den Einlaß- rigen Druckzustand im Bereich der Steuerdüse in-

kanal 10 eingeleitet und fließt durch die Leistungs- folge der geringeren Strömungsmenge zu stören. Da-

strahldüse 12 in die Wechselwirkungskammer 14. 35 durch wird der gewünschte quer an der Hauptströ-

Zugleich wird ein Teil der dem Einlaßkanal züge- mung anliegende Druckunterschied verfälscht, was

führten Flüssigkeit in die Steuerkanäle 20 und 22 ab- zu einem fehlerhaften Betrieb des Strömungsmittel-

geleitet und sie fließt durch deren entsprechende Verstärkers führt. Daher ist es wichtig, Mittel vorzu-

Steueraüsen in die Wechselwirkungskammer 14. sehen, die das Auftreten der plötzlichen hohen

Um entsprechend der üblichen Anwendung eines ,0 Drücke, die sich durch die Steuerkanäle in Strö-

Strömungsmittelverstärkers die Hauptströme der mungsrichtung fortpflanzen, zu vermeiden.

Flüssigkeit in den einen oder anderen der beiden Zu diesem Zweck sind die Steuerkanäle so ausge-

Auslaßkanäle 16 und 18 zu leiten, muß quer zu dem bildet, daß sie in ihrem in Strömungsrichtung hinter

aus der Leistungsstrahldüse austretenden Strahl eine den Heizvorrichtungen liegenden Abschnitten einen

ausreichende Druckdifferenz erzeugt werden, dis den 45 größeren Strömungswiderstand aufweisen als in den

Strahl zu einer der Wände 24 und 26 der Wechsel- in Strömungsrichtung vor den Heizvorrichtungen lie-

wirkungskammer ablenkt, wobei dieser dann entlang genden Abschnitten. Bei dem Strömungsmittelver-

rfer entsprechenden Wand fließt. Zu diesem Zweck stärker nach F i g. 1 wird dies dadurch erreicht, daß

werden die Heizvorrichtungen 28 und 30 wahlweise die in Strömungsrichtung hinteren Kanalabschnitte

in Betrieb gesetzt. Wird die erste Heizvorrichtung 28, 50 32, 34 der Sieuerkanäle 20 und 22 zwischen den zu-

die den Steuerkanal 20 teilweise umgibt, in Betrieb geordneten Heizvorrichtungen 28 und 30 tind den

gesetzt, so wird die Flüssigkeit im St.euerkanal durch Steuerdüsen 21 b und 22 b weitaus länger sind als die

die Heizvorrichtung so weit erwärmt, daß sie in die in Strömungsrichtung vorderen Kanal abschnitte 36

Gasphase übergeht. Die gasförmige Strömung tritt und 38 zwischen den zugeordneten Heizvorrichtun-

aus der Steuerdüse 21 b aus. Wie weiter oben bereits 55 gen und den Einlaßöffnungen 21 α und 22 α. Durch

erklärt, wird der Massenstrom des Strömungsmittels diese Ausbildung der Steuerkanäle 20 und 22 wird

bei der Umwandlung von der flüssigen in die gasför- der plötzli -h entstehende hohe Druck, der innerhalb

mige Phase wesentlich verringert. Da die Heizvor- der Heizvorrichtungen während der Verdampfung

richtung 30, die den Steuerkanal 22 teilweise umgibt, der Flüssigkeit entsteht, daran gehindert, sich durch

außer Betrieb ist, gelangt durch den Steuerkanal 22 60 die Steuerkanäle zur Wechselwirkungskammer fort*

eine viel größere Strömungsmenge als durch den zusetzen, weil in den in Strömungsrichtung hinteren

Steuerkanal 20. Kanalbschnitten 32 und 34 ein größerer Strömungs-

Daraus folgt, daß der Druck im Bereich der Steu- widerstand herrscht. Stattdessen wandern die höhe-

erdüse 21 b des geheizten Steuerkanals 20 im Ver- ren Drücke strömungsaufwärts von den Heizvorrich-

gleich zur Steuerdüse 22 b des nicht geheizten Steuer- 65 tungen fort durch die in Strömungsrichtung vorderen

kanals 22 kleiner wird, wodurch quer zum Haupt- Kanalabschnitte 36 und 38 mit dem geringeren Strö-

strahl in der Weebselwirkungskammer 14 ein Druck- mungswiderstand zum Einlaßkanal 10. Dadurch wird

unterschied aufgebaut wird. Dieser Druckunterschied verhindert, daß die hohen Drücke, die an den Heiz-

vorrichtungen der Steuerkanäle hervorgerufen wer- Kanalabschnitten auf, so stellt sich eir.e lineare Abden, den erwünschten niedrigen Druck an den Steu- hängigkeit, wie durch die Gerade in F i g. 5 gezeigt erdüsen negativ beeinträchtigen. Außerdem ergibt ein. Wenn daher der Druckunterschied zwischen den sich durch den stromabwärtigen längeren Kanalab- Steuerdüsen infolge eines im vorderen Kanalabschnitt ein größerer Strömungswiderstand für die 5 schnitt des Steuerkanals ei-zeugten höheren Drucks Gasströmung. Dadurch wird zusätzlich die Strö- ansteigt, so steigt die Strömungsmenge des Strömungsmenge des Gases verringert, was wiederum zur mungsmittels im hinteren Kanalabschnitt des Steuer-Vergrößerung der Druckdifferenz beiträgt. kanals entsprechend an.

Bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform Hat hingegen der Strömungsmittelverstärker in

wird der gewünschte größere Strömungswiderstand io den stromabwärtigen Kanalabschnitten einen erhöh-

dadurch gebildet, daß die Kanalabschnitte 32 und 34 ten Strömungsmittel widerstand, so stellt sich die

in Strömungsrichtung hinter den Heizvorrichtungen durch die Kurve in F i g. 6 wiedergegebene Abhän-

einen kleineren Durchmesser erhalten als die Kanal- gigkeit ein. Für diesen Fall führt ein Ansteig der

abschnitte 36 und 38 vor den Heizvorrichtungen. Druckdifferenz nicht notwendigerweise zu einem ent-

Bei einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 15 sprechenden Anstieg des Massenstroms. Die Zu-

Fig.3 dargestellt ist, werden die Steuerkanäle 20 nähme des Massenstroms ist wesentlich kleiner als

und 22 mit diskreten Strömungswiderständen in die der Druckdifferenz, und wenn die Druckdifferenz

Form von Drosselstellen 40 und 42 versehen, die in einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird die Zu-

der Nähe und in Strömungsrichtung hinter den Heiz- nähme des Massenstroms so gering, daß sie vernach-

vorrichtungen 28 bzw. 30 angeordnet sind. Die Ver- 20 lässigt werden kann, wobei ein unterschiedlicher, un-

wendung von Drosselstellen ermöglicht eine kleinere gewöhnlich hoher Druck, der in dem stromaufwärti-

und kompaktere Ausbildung des Strömungsmittelver- gen Kanalabschnitt erzeugt wird, keinen wesentlichen

stärkers. Anstieg des Massenstroms im stromabwärtigen Ka-

Zur Herbeiführung einer wirksameren Verdamp- nalabschnitt verursacht, so daß das gasförmige Strö-

fung können die Strömungsmittelwiderstände 40 und as mungsmittel im wesentlichen mit der gleichen vorge-

42 nahe bzw. innerhalb der Heizvorrichtungen an- gebenen Menge unabhängig von dem hohen Druck

geordnet werden, d. h. innerhalb der Abschnitte der im vorder ;n Kanalabschnitt durch den Steuerkanal

Steuerkanäle, die von den Heizvorrichtungen 28 und hindurchfließt und den gewünschten, quer zur

30, wie es in F i g. 4 gezeigt ist, umgeben werden. Hauptströmung gerichteten Druckunterschied er-

Dies rührt daher, daß es leichter ist, einen Flüssig- 30 zeugt.

keitsstrom, der durch einen kleineren Querschnitt Die Steuerrohre können vorzugsweise so ausgebil-

fließt, zu erwärmen. det sein, daß sie als Steuerflüssigkeit weniger als 2 %

Der durch die Erhöhung des Strömungswiderstan- der dem Einlaßkanal zugeführten Flüssigkeit enthal-

des erhaltene Vorteil kann leicht durch Betrachtung ten. Ein kleinerer Anteil der Steuerflüssigkeit macht

der F i g. 5 und 6 verstanden werden. Die Figuren ge- 35 es leichter, diese mit einer kleineren Heizleistung zu

ben die Beziehung zwischen dem Massenstrom durch verdampfen. Beispielsweise kann das Steuerrohr

den in Strömungsrichtung hinter der Heizvorrichtung einen Durchmesser von 0,2 mm und eine Länge von

liegenden Kanalabschnitt und dem Druckunterschied 150 mm aufweisen, wenn es keine Drosselstelle be-

zwischen den gegenüberliegenden Steuerdüsen wie- sitzt. Die Leistungsstrahldüse kann so ausgebildet

der. Weist der Strömungsmittelverstärker keinen er- 40 sein, daß sie einen Durchmesser von 0,5 mm und

höhten Strömungswiderstand in den stromabwärtigen eine Länge von 1 mm hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

4 1C 1

Claims (5)

1 2 erdüsen, wodurch der in die Wechselwirkungskaro-Patentansprüche: mer eintretende Strömungsstrahl von dem einen Auslaßkanal in den anderen Auslaßkanal umgeschaltet

1. Dynamischer Strömungsmittelverstärker mit wird. Eine gewisse Schwierigkeit ergibt sich bei Vereiner Wechselwirkungskammer, in welche eine 5 wendung eines solchen Strömungsmittelverstärkers Leistungsstrahlduse für das Stromungsmittel so- daraus, daß eine relativ große Temperaturänderung wie etwa rechtwinklig dazu zwei gegenüberlie- erforderlich ist, um ein zur Umschaltung ausreichengende Steuerdüsen münden und von welcher zwei des Steuersignal zu erbalten,

durch einen Strömungsmittelteiler getrennte Aus- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen laßkanäle ausgehen, wobei jede Steuerdüse über io Strömungsmittelverstärker der angesprochenen Art einen einen Strömungsmittelwiderstand enthal- so auszubilden, daß bereits eine kleine Temperaturtenden Kanal, von welchem ein Abschnitt eine änderung ein eindeutiges Steuersignal ergibt.
Heizvorrichtung enthält, mit einem Einlaßkanal Dies wird bei einem dynamischen Strömungsmitfür die Leistungsstrahldüse verbunden ist, da- telverstärker der eingangs angegebenen Art erfindurch gekennzeichnet, daß das Strö- 15 dmigsgemäß dadurch erreicht, daß das Strömungsmungsmittel eine durch die Heizvorrichtung ver- mittel eine durch die Heizvorrichtung verdampfende dampfende Flüssigkeit ist und daß der stromab- Flüssigkeit ist und daß der stromabwärts der Heizwärts der Heizvorrichtung (28, 30) liegende (er- vorrichtung liegende (erste) Kanalabschnitt einen ste) Kanalabschnitt (32, 34) einen größeren Strö- größeren Strömungsmittelwiderstand hat als der mungsmittelwiderstand hat als der stromaufwärts 20 stromaufwärts liegende (zweite) Kanalabschmu.
liegende (zweite) Xanalabschnitt (36, 38). Bei der Erfindung macht man sich die Tatsache

2. Dynamischer Strömungsmittelverstärker zunutze, daß die dynamische Viskosität (die auf die nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dichte bezogene Viskosität) eines Strömungsmittels der erste Kanalabschnitt (32, 34) eine größere in Gasform wesentlich kleiner als in flüssiger Form Länge als der zweite Kanalbaschnitt (36, 38) hat. 25 ist. So ist beispielsweise die dynamische Viskosität

3. Dynamischer Strömungsmittelverstärker eines üblichen Kältemittels in Gasform etwa V₂₀StCl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, des Wertes in flüssiger Form. Dies bedeutet, daß der daß der erste Kanalabschnitt (32,34) einen klei- Massenstrom eines Stromungsmittels bei sonst gleineren Strömungsmittelquerschnitt als der zweite chen Bedingungen in Gasform wesentlich kleiner als Kanalabschnitt (36, 38) hat. 30 in flüssiger Form ist. Wenn daher das Strömungsmit-

4. Dynamischer Strömungsmittelverstärker tel vor Einschaltung der Heizvorrichtung als Flüssignach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- keit und nach Einschalten der Heizvorrichtung als kennzeichnet, daß im ersten Ka- alabschnitt der Gas durch den Steuerkanal strömt, wird der Massendiskrete Strömungsmittelwidirstand (40, 42) an- strom des Strömungsmittels schlagartig verringert,
geordnet ist. 35 Da sich andererseits das Volumen des Strömungs-

5. Dynamischer Strömungsmittelverstärker mittels bei der Verdampfung schlagartig vergrößert, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß tritt im Bereich der Heizvorrichtung ein plötzlicher der Strömungsmittelwiderstand (40, 42) in der Druckanstieg ein. Damit sich dieser plötzliche Heizvorrichtung (28, 30) angeordnet ist. Druckanstieg nicht durch den SteuerVanal zur Steu-

40 erdüse fortpflanzt und das Steuersignal verfälscht, sind die Steuerkanäle so ausgebildet, daß der stromabwärts der Heizvorrichtung liegende Kanalab-