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Regelbarer Strahlapparat
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Die Erfindung betrifft einen Strahlapparat, insbesondere zur Förderung
von Kältemitteln, mit in einen Mischraum hineinführenden, eine Treibdüse aufweisenden
Treibmittelrohr und einem Saugrohr sowie aus dem Mischraum hinausführenden Diffusorrohr
mit Mischdüse.
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Strahlförderer, Dampfstrahlsauger oder Ejektoren bzw.
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Injektoren werden in der Verfahrenstechnik dort bevorzugt eingesetzt,
wo möglichst konstante Betriebsbedingungen herrschen. So sind z.B. Kompressions-Kaltdampf-Prozesse
mit Wasser als Kältemittel bekannt, bei denen Wasserdampf-Ejektoren bei nahezu konstanten
Werten der Mengenströme, Temperaturen und Drücke zur Erzeugung von Kaltwasser für
Klima-Anlagen verwendet werden. Da bei den meisten kältetechnischen Kreisprozessen
jedoch mit Lastschwankungen gerechnet werden muß, wurden bisher die über die Drehzahl
leicht regelbaren, mechanischen Kältemittelverdichter vorgezogen,
obwohl
bei diesen der Wartungsaufwand höher ist als bei den Strahl apparaten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird demzufolge darin gesehen, die Anwendbarkeit
von wartungsgünstigen Strahlapparaten universeller zu gestalten, indem sie derart
regelbar gemacht werden, daß sie sich leicht, womöglich selbsttätig, veränderten
Betriebsbedingungen anpassen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch Strahlapparate der eingangs genannten
Art, die dadurch gekennzeichnet' sind, daß die Entfernung der Treibdüse und der
Mischdüse von- und zueinander zur Regelung einstellbar veränderlich ist.
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Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin, daß auf der Austrittsseite
der Mischdüse des Apparates Bohrungen vorgesehen sind, an denen eine zum Treibmittel-
oder Saugrohr zurückgeführte Leitung angeschlossen ist.
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Beide Lösungen beruhen auf einem gemeinsamen Prinzip, Veränderungen
in den (äußeren) Betriebsbedingungen durch Veränderungen der (inneren) im Mischraum
herrschenden Bedingungen auszugleichen, wozu entweder, vorzugsweise in Abhängigkeit
vom Austrittsdruck, der Düsenabstand verändert oder der Treibmittelstrom durch Entnahme
eines Teilstroms von der Austrittsseite der Mischdüse und Rückführung zum Treibmittelrohr
bei unverändertem Düsenabstand beeinflußt wird.
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Hierdurch soll der zur Aufrechterhaltung eines Kreisprozesses notwendige
Verdichtungsdruck konstant gehalten werden. Als Parameter für die Veränderung der
Verhältnisse im Mischraum dienen daher vorzugsweise
Druck oder Temperatur
in der Austrittsseite der Mischdüse. Es ist jedoch auch möglich, die Temperaturen
und D ke des Treibmittel- oder des Saugstromes als Sollwerte für die besagten Veränderungen,
z.B. Düsenverstellung, zu benutzen.
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Bei der Düsenverstellung können sowohl die Treibdüse als auch die
Mischdüse als bewegbares Teil ausgebildet sein.
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Bei der mechanisch einfacheren Lösung der Rückführung einer Teilmenge
aus der Austrittsseite der Mischdüse in das Treibmittel- oder das Saugrohr bleiben
die Düsenteile des Ejektors zueinander unbewegt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungsfiguren,
in denen die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert und schematisch dargestellt
ist. Es zeigen: Fig. 1 -Fig. 3 verschiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen
Strahlapparaten mit bewegbarer Treibdüse; Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Strahlapparat
mit bewegbarer Mischdüse; Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Strahl apparat mit Rückführungsleitung
für eine Teilmenge des austretenden Mittels.
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In Fig. 1 ist ein selbstregelnder Ejektor nach der; Erfindung dargestellt.
In einem Gehäuse 1 befinden sich im hinteren Teil eine Treibdüse 2 an einem bewegbaren
Düsenstock 3 und in dem vorderen Teil eine feststehende Mischdüse 4. Der Düsenstock
3 ist in der Achse
der durch Pfeile gekennzeichneten Förderichtung
in einer Durchführung 5 des Gehäuses 1 bewegbar aufgenommen. Die Durchführung 5
wird nach außen durch ein bewegungsrmöglichendes Wellrohr 6 abgedichtet, das einerseits
mit der Durchführung 5 und andererseits mit einem am Düsenstock 3 befestigten Stellknaggen
7.
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verschweißt ist. Ein weiteres Wellrohr 8 dichtet ein Zuführungsrohr
9 für das Treibmittel, das den Düsenstock 3 an seinem von dem Gehäuse 1 abgekehrten
Ende führt, gegen den Knaggen 7 ab. Den Knaggen umfaßt eine Gabel 10, die mittels
einer Schraubwelle 11 von einem Stellmotor 12 in den Richtungen der Pfeile hin-und
herbewegt werden kann. Der Stellmotor 12 wird durch einen Regler 13 betätigt, in
dem die von einem Temperaturfühler 14 oder von einem Druckfühler 15 ermittelten
Werte mit einem Sollwert verglichen werden.
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Der Druckfühler 15 ist mit einem Ringraum 16 verbunden, von dem aus
Bohrungen 17 in den konusförmigen Austrittsraum 18 der Mischdüse 4 führen.
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Die den.Ejektor durchströmenden Megenströme sind mit Pfeilen bzw.
den Bezeichnungen W1 im Düsenstock 3 bzw. Zuführungsrohr 9 für das Treibmittel bzw.
W2 im Saugrohr 19 und W3 im Austrittsraum 18 bezeichnet.
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Im Ausgang der Treibdüse 2 oder Eingang der Mischdüse 4 entsteht ein
Mischraum 20.
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Falls ein erfindungsgemäßer Strahlapparat zur Konstanthaltung des
Verdichtungsdruckes in einem kältetechnischen Kreisprozeß verwendet wird, dient
als Treibmittel W vorzugsweise ein überhitztes Kältemittel, wie z.B.
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Ammoniak, halogenisierte Kohlenwasserstoffe u.ä.
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Ein konstanter Druck, gemessen mit Druckfühler 15, bzw.
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eine konstante Temperatur, gemessen mit Temperaturfühler
14,
im Austrittsraum 18 sind dann gewährleistet, wenn bei fallendem Wert der Treibmittelstromstärke
Wl die Treibdüse 2 tiefer in die Mischdüse 4 hineingefahren wird- oder bei fallendem
Wert der Saugstromstärke. W2 die Treibdüse 2 aus der Mischdüse 4 herausgefahren
wird.
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Schwankungen im Druck bzw. in der Temperatur im Austritt 18 bringen
den Regler 13 zum Ansprechen, führen zur Betätigung des Stellmotors 12, der Welle
11 und zu einer entsprechenden Bewegung der Gabel 10 und damit schließlich über
den Knaggen 7 und den Düsenstock 3 der Düse' 2.
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Bei dieser Ausführungsform kann der Stellmotor 12 entweder elektrisch
vom Netz 21 oder pneumatisch mittels des ohnehin zur Verfügung stehenden Treibmittels
über eine Leitung 22 betrieben werden.
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In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Strahlapparates mit bewegbarer Treibdüse 2 dargestellt; dabei sind die der Darstellung
der Fig. 1 entsprechenden Konstruktionsteile mit den gleichen Bezugszeichen wie
in Fig. 1 bezeichnet; also: Gehäuse 1, bewegbarer Düsenstock 3 für die Treibdüse
2, Mischdüse 4, Durchführung 5 für den Düsenstock 3 durch das Gehäuse 1, Zuführungsrohr
9 für das Treibmittel W1, Ringraum 16 und Bohrungen 17 im Bereich des Austritts
18 der Mischdüse 4 für das verdichtete Medium W3, Saugrohr 19 für das zu verdichtende
Medium W2, z.B.
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ein Kältemittel, und den Mischraum 20.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind an der Durchführung 5 durch
das Gehäuse 1 ein erster Flansch 23
und auf dem Zuführungsrohr 9
ein zweiter Flansch 24 befestigt, die durch ein erstes Wellrohr 25 derart miteinander
verbunden sind, daß eine Druckdose 26 entsteht Die Druckdose 26 ist durch eine Drosselbohrung
27 mit der Saugseite des Ejektors verbunden und ist daher im Stillstand des Ejektors
druckentlastet, so daß die Kraft einer Feder 28, die über das Zuführungsrohr 9 geschoben
ist und sich gegen den'Flansch 24 abstützt und die durch Verdrehung einer mit Innengewinde
auf dem Rohr 9 angebrachten Scheibe 9 in ihrer Vorspannung eingestellt werden kann,
den Düsenstock 3 und damit die Treibdüse 2 in die Mischdüse 4 schiebt. Unterhalb
der Feder 28 ist der Düsenstock 3 gegen das Zuführungsrohr 9 durch ein weiteres
Wellrohr abgedichtet.
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Während des Anlaufens des Ejektors werden mit dem Treibmittel strom
W1 der Treibmitteldruck P1 sowie im Austrittsraum 18 der Druck P3 und eine Regelströmung
über ein an den Ringraum 16 angeschlossenes Regelventil 30 und eine zur Druckdose
26 fahrende Leitung 31 aufgebaut, so daß sich die Düse 2 entsprechend den Druckverhältnissen
einstellt. Dabei wird ein gewisser Mengenstrom die Druckdose 26 passieren und über
die Drosselbohrung 27 zur Saugseite entweichen, wodurch ein der Kraft der Feder
28 entgegenwirkender Stelldruck in der Druckdose 26 entsteht, wodurch der Düsenstock
3 verstellt wird. Diese Ausführungsform bietet nicht nur den Vorteil, die Betriebsgrößen
im Mischraum 20 dem Druck im Austritt 18 anzupassen, sondern es wird zur Verstellung
auch noch nicht einmal Fremdenergie benötigt.
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In Fig. 3 ist noch eine Variante eines erfindungsgemäßen, regelbaren
Strahlapparates mit bewegbarer
Treibdüse 2 dargestellt. Bei dieser
Form ist der Düsenstock 3 in Abhängigkeit von der Temperatur an der Mischdüse 4
verstellbar. Bereits in den Fig. 1 und 2 auftretende, entsprechende Konstruktionsteile
sind auch hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen, also: Gehäuse 1 mit Durchführung
5 für den Düsenstock 3 der Treibdüse 2, Zufuhr'ungsrohr 9 für das Treibmittel W1,
Austrittsraum 18 für das verdichtete Medium W3, Saugrohr 19 für das zu verdichtende
Medium W2 und Mischraum 20, außerdem eine Rückstellfeder 28 und ein Stellflansch
29 auf dem Zuführungsrohr 9 zum Abstützen und Einstellen der Rückstellfeder 28.
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Das Gehäuse 1 ist bei dieser Ausführungsform im Bereich der Mischdüse
4 mit einem Mantel 32 umschlossen und der Zwischenraum mit einem Kältemittelabsorber
33 angefüllt. Der Zwischenraum kann über ein Füllventil 34 mit einem Kältemittel
gefüllt werden. Eine entsprechend den Betriebsverhältnissen im Raum 18 auftretende
Temperatur hat nun einen entsprechenden Kältemitteldruck zur Folge, der'sich über
eine Leitung 35 auf eine zwischen Wellrohren 36 und 37 mit dem Düsenstock 3 verbundene
Druckdose 38 gegen die Kraft der Feder 28 auf den Düsenstock 3 auswirken kann.
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Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Strahlapparat mit einer zur Regelung
selbsttätig in einem Gehäuse 41 gegenüber einer feststehenden an einem Düsenstock
43 befindlichen Treibdüse 42 verstellbaren Mischdüse 44. Die bewegbare Mischdüse
44 kann durch die im Betrieb aufgebaute Druckdifferenz (P3-P1) gegen die Treibdüse
42 gefahren werden (Position X), weil die auf die Mischdüse wirkenden Kräfte der
Austrittsseite
größer sind als die Kräfte auf der Saugseite.
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Mit dem Auftreten des Treibmittelstromes wird die Düse 44 in die Position
"Y" gedrückt, bis sich ein Gegendruck P3 aufgebaut hat und die Düse in der optimalen
Lage festgehalten wird. Hierzu ist die Mischdüse 44 am Umfang als "Ausgleichskolben"
ausgebildet mit einer Uberdruckseite 44b, die über eine Bohrung 44c derart mit der
Austrittsseite des Ejektors verbunden ist, daß sich der Austrittsdruck P3 auf die
Uberdruckseite 44b auswirken kann, und mit einer Unterdruckseite 44a, die vom Saugrohr
her über eine Leitung 46 beaufschlagbar ist.
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Die Flächenverhältnisse des "Ausgleichskolbens" sind so ausgelegt,
daß die sich über dem "Kolben" aufbauende Kraftdifferenz größer ist als die Kräfte,
die den Drücken (P3-P1) entsprechen, so daß die Mischdüse 44 normalerweise in der
Positon "Y festgehalten wird, wenn ein in einer Leitung von der Leitung 46 zum Raum
44b liegendes Regelventil 47 geschlossen ist.
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Das Regelventil 47 ist noch mit einem Rückschlagventil 47a verbunden.
Mit Hilfe dieser Ventile wird im Raum 44b ein maximaler Gegendruck Pmax aufgebaut,
so daß bei fallendem Druck P3 die Mischdüse 44 gegen die Treibdüse 42 in die Position
"X" oder bei steigendem Druck P3 in Richtung der Position "Y" bewegt wird. Hierdurch
wird die Leistung des Ejektors-selbsttätig in Abhängigkeit vom Austrittsdruck geregelt.
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In Fig. 5 ist ein4usführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlapparates
dargestellt, bei dem im Bereich von ca. 10 % die Lastschwankungen des Treibmittelstromes
W1 derart selbsttätig ausgeglichen werden können, daß sich der benötigte Gegendruck
P3 auf der Austrittsseite des Apparates nur geringfügig ändert. Dabei wird
davon
ausgegangen, daß der Druck P3 auf der Austrittsseite 54 der Mischdüse 51 größer
ist als der T'reibmitteldruck und ebenfalls als der Enddruck des StraBlapparates.
Darum wird die Mischdüse 51 an der Austrittsseite 54 mit Bohrungen 54a versehen,
die die Entnahme eines gewissen Mengenstromes an dieser Stelle ermöglichen, ohne
daß der Druck zusammenbricht. Hierfür ist eine Ringnut 54b vorgesehen, an die eine
Enthahmeleitung 55a angeschlossen ist.
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Der entnommene Mengenstrom wird über die Leitung 55a, einen Konstant-Druck-Regler
55 und eine Leitung 56, in den Treibmittelstrom im Rohr 53 auf dem Weg auBerhalb
des Gehäuses zurückgeführt, wird dort wegen der Druckdifferenz expandieren, das
Treibmittel überhitzen und den Treibmittelstrom verstärken, so daß die Funktion
des Strahlapparates auch bei betriebsbedingten Schwankungen der Treibmittelstromstärke
erhalten bleibt.
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Erfindungsgemäße Apparate werden in der Verf ahrenstechnik, insbesondere
der Kältetechnik, dort bevorzugt angewendet werden, wo z.B. Abwärme zur Erzeugung
eines Treibmittelstromes für den Antrieb eines Strahlapparates zur Verfügung steht
und gleichzeitig ein konstanter Verdichtungsdruck benötigt wird, auch wenn die Betriebsbedingungen
auf der Saug- oder Treibmittelseite den üblichen Schwankungen unterliegen.
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Nach vorliegenden, Erfahrungen bleibt ein System mit veränderbarer
Düsenposition betriebsbereit bis ca. 15 % der Treibmittelmenge und 25 % der Sauggasmenge.
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