DE4303736A1

DE4303736A1 -

Info

Publication number: DE4303736A1
Application number: DE4303736A
Authority: DE
Inventors: Keiji Yoshimura; Masakazu Kuwahara; Osamu Suto; Eiji Suzuki; Norifumi Uehara
Original assignee: DORYOKURO KAKUNENRYO KAIHATSU JIGYODAN TOKIO/TOKYO JP; Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Jukogyo Kk Tokio/tokyo Jp Japan Nuc
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1993-09-02
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: US5295509A; DE4303736C2; JP2532907Y2; JPH0563631U

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Im pulsdüse, und insbesondere auf eine Düse zum Verbes sern des Reaktionswirkungsgrads und zum Erhöhen der Kapazität einer Reaktionsvorrichtung zum Bewirken ei ner chemischen Reaktion und einer physikalischen Reak tion bei einer sehr niedrigen Temperatur.

Bis vor kurzem wurde gewünscht, eine Impulsdüse zu entwickeln, die für eine Reaktionsvorrichtung zum Er zielen einer sehr niedrigen Temperatur durch Expansion eines Hochdruck- und Normaltemperaturgases in wär meisolierender Weise geeignet ist.

Bisher wurde, um eine Düse dieser Art zu erzielen, ein Magnetventil zum pulsierenden Zuführen von Fluid be nutzt.

Es besteht jedoch hier das Problem, daß die Wieder holfrequenz der pulsierenden Zuführung von Fluid durch das Magnetventil nicht erhöht werden kann, da ein elektromagnetisches Antriebsteil des Magnetventils durch Hitze unterbrochen wird, wenn die Wiederholfre quenz auf 10 Hz oder mehr erhöht wird.

Es ist notwendig, das Magnetventil groß zu gestalten, um eine große Menge von Fluid verarbeiten zu können, um den Reaktionswirkungsgrad der Reaktionsvorrichtung zu verbessern, wenn das Magnetventil groß gemacht wird, besteht jedoch das Problem, daß die benötigte Antriebsleistung erhöht wird und die Wiederholfrequenz der pulsierenden Zuführung von Fluid äußerst niedrig wird.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben genannte Problem gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme durch Schaf fen einer Impulsdüse zu lösen, die einen geeigneteren Aufbau für die Reaktionsvorrichtung hat und bei der die Wiederholfrequenz der pulsierenden Zuführung auf einem hohen Wert verbessert wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, eine zum Verarbeiten einer großen Menge von Fluid ohne Reduzierung der Wiederholfrequenz geeignete Impulsdüse zu schaffen, um den Wirkungsgrad der Reak tionsvorrichtung zu verbessern.

Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, ist die vor liegende Erfindung ausgebildet, wie im folgenden (1) und (2) beschrieben:

1) Die Impulsdüse der Reaktionsvorrichtung, die durch Expansion eines Hochdruck- und Normaltemperatur gases in wärmeisolierender Weise eine sehr niedrige Temperatur erhält, umfaßt:

- ein festes Schlitzelement, das an einem Einlaß der Impulsdüse angeordnet ist und eine Vielzahl von Schlitzöffnungen aufweist; ein bewegliches Schlitzele ment, das relativ zum festen Schlitzelement gleitend beweglich ist und eine Vielzahl von ähnlichen Schlitz öffnungen aufweist, die an Positionen angeordnet sind, die mit der der Vielzahl von Schlitzöffnungen des fe sten Schlitzelements zusammenfallen, wenn die Impuls düse offen ist; und zwei piezoelektrische Kristallele mente, die jeweils beide Enden des beweglichen Schlit zelements abstützen, um für das gleitende Bewegen des beweglichen Schlitzelements von dessen beiden Enden zu sorgen.

Die Impulsdüse ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden piezoelektrischen Kristallelemente durch ein extern angelegtes Impulssignal gemeinsam in die glei che Richtung angetrieben werden, und daß, wenn die Vielzahl von Schlitzöffnungen des gleitend bewegten beweglichen Schlitzelements mit der Vielzahl von Schlitzöffnungen des festen Schlitzelements zusammen fallen, die Impulsdüse geöffnet wird, während, wenn die Öffnungen nicht zusammenfallen, die Impulsdüse nicht geöffnet wird.

2) Eine Vielzahl von Impulsdüsen, wie in (1) be schrieben, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie paral lel angeordnet sind.

Im Betrieb der vorliegenden Erfindung wird das beweg liche Schlitzelement gleitend bewegt, indem es von den beiden die beiden Enden des beweglichen Schlitzele ments abstützenden piezoelektrischen Kristallelementen angetrieben wird, und wenn die Schlitzöffnungen des beweglichen Schlitzelements mit den Schlitzöffnungen des festen Schlitzelements zusammenfallen, wird die Impulsdüse geöffnet, so daß eine Gasströmung auftritt.

Wenn die Schlitzöffnungen des beweglichen Schlitzele ments von den Schlitzöffnungen des festen Schlitzele ments abweichen und nicht mit ihnen zusammenfallen, wird die Impulsdüse geschlossen, so daß die Gasströ mung unterbrochen wird. Somit tritt ein Strömungsim puls des Gases auf.

Weiterhin wird eine Vielzahl von Impulsdüsen parallel angeordnet und gleichzeitig betrieben, so daß eine große Menge von Gas-Impulsströmung erzielt werden kann.

Mit der Impulsdüse der vorliegenden Erfindung kann eine Gas-Impulsströmung mit verbesserter pulsierender Zuführung von Gas und erhöhter Wiederholfrequenz er halten und der Reaktionsvorrichtung zugeführt werden.

Ein großflächiger Aufbau der Impulsdüse, der bisher wegen der Einschränkung der Antriebsleistung des als Antriebsquelle des beweglichen Schlitzelements arbei tenden piezoelektrischen Kristallelements nicht mög lich war, kann nun erreicht und für die Verarbeitung großer Mengen von Gas vorgesehen werden.

Die Gas-Impulsströmung läuft durch einen Düsenteil und wird in wärmeisolierender Weise expandiert, um eine Gasströmung von sehr niedriger Temperatur zu erhalten. Ein Zeitraum für das Erzeugen des Gases von sehr nied riger Temperatur fällt mit dem Bestrahlungszeitraum von Laserlicht für die Reaktion zusammen, um somit den Reaktionswirkungsgrad zu verbessern und die Kapazität der Reaktionsvorrichtung zu erhöhen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Impulsdüse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung entlang Linie I-I von Fig. 2;

Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 zeigt schematisch die Betriebsweise der Im pulsdüse dieser Ausführungsform;

Fig. 4 ist ein Querschnitt einer Impulsdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung; und

Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang Linie V-V von Fig. 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS FORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung werden nun unter Bezug auf die beigefügten Zeich nungen näher beschrieben.

(Erste Ausführungsform)

Fig. 1 und 2 sind Querschnitte einer Impulsdüse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, welche in einer Reaktionsvorrichtung eingesetzt wird, die durch Expansion eines Hochdruck- und Normal temperaturgases in wärmeisolierender Weise eine sehr niedrige Temperatur erhält.

Ein Düsenteil 2 der Impulsdüse 1 weist eine Düsenöff nung 2b auf, die mit einem Düseneinlaß 2a in Verbin dung steht und einen inneren Bereich hat, der sich auf seinem Weg verengt, und die mit einem Düsenauslaß 2c in Verbindung steht, der sich mit einem vergrößerten Durchmesser öffnet. Ein festes Schlitzelement 3 mit einer Vielzahl von Schlitzen (drei Schlitze in Fig. 1) 3a, die senkrecht zu einer Gasströmung G und der Dü senöffnung 2b ausgerichtet sind, ist fest in einer Einlaß-Seitenkammer 2d des Düsenteils 2 angeordnet.

Ein bewegliches Schlitzelement 4 mit einer Breite von beispielsweise etwa 50 mm und mit einer Vielzahl von Schlitzen 4a ähnlich zu 3a ist so angeordnet, daß es gleitend bewegt wird, während die Ebene des bewegli chen Schlitzelements 4 in Kontakt mit der Ebene des festen Schlitzelements 3 ist. Die Vielzahl von Schlit zen 4a ist so positioniert, daß sie mit der Vielzahl von Schlitzen 3a des festen Schlitzelements 3 zusam menfällt, wenn die Impulsdüse 1 geöffnet ist.

Zwei piezoelektrische Kristallelemente 5 und 6, die jeweils an einem Ende die oberen und unteren Seiten des beweglichen Schlitzelements 4 abstützen, um das bewegliche Schlitzelement 4 gleitend zu bewegen, und deren andere Enden fest an einem festen Teil der Im pulsdüse 1 befestigt sind, sind in der Einlaß-Seiten kammer 2d des Düsenteils 2 angeordnet. Die Bezugszif fern 5a, 5b und 6a, 6b bezeichnen den Anschluß der piezoelektrischen Kristallelemente 5 bzw. 6.

Nun wird die Betriebsweise der Impulsdüse 1 unter Be zug auf Fig. 3 beschrieben.

Ein externer Impulsgenerator 7 ist über Verbindungen 8 mit den Anschlüssen 5a, 5b und 6a, 6b der beiden pie zoelektrischen Kristallelemente 5 und 6 verbunden, um das bewegliche Schlitzelement 4 der Impulsdüse 1 glei tend zu bewegen, so daß die gleiche Impulsspannung zum Antreiben der beiden piezoelektrischen Kristallele mente 5 und 6 in die gleiche Richtung angelegt wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Impulsdüse 1 umfaßt zwei piezo elektrische Kristallelemente 5 und 6, an die keine Spannung vom Impulsgenerator 7 angelegt ist, und die piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6 werden durch ihre Rückstellkraft in die ursprüngliche Posi tion zurückgeführt, so daß die Vielzahl von Schlitzen 4a des beweglichen Schlitzelements 4 mit der Vielzahl von Schlitzen 3a des festen Schlitzelements 3 zusam menfällt und die Impulsdüse 1 geöffnet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gasströmung G vom auf hohem Druck gehaltenen Düseneinlaß 2a zum von einem Kompressor oder dergleichen auf niedrigem Druck gehaltenen Düsen auslaß 2c transportiert.

Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6, wenn die Spannung vom Im pulsgenerator 7 über die Anschlüsse 5a, 5b bzw. 6a, 6b an die piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6 an gelegt wird, in der gleichen Richtung, wie durch den Pfeil angezeigt, abgebogen, so daß die piezoelektri schen Kristallelemente 5 und 6 das bewegliche Schlitz element 4 gleitend in Richtung des Pfeils von Fig. 3 bewegen. Folglich fällt die Vielzahl von Schlitzen 4a des beweglichen Schlitzelements 4 nicht mit der Viel zahl von Schlitzen 3a des festen Schlitzelements 3 zu sammen, so daß die Impulsdüse 1 geschlossen wird. Ent sprechend wird der Gastransport vom Düseneinlaß 2a zum Düsenauslaß 2c unterbrochen.

Entsprechend wird die vom Impulsgenerator 7 erzeugte Spannung in pulsierender Weise an die piezoelektri schen Kristallelemente 5 und 6 angelegt, so daß Gas vom Düseneinlaß 2a pulsierend zum Düsenauslaß 2c transportiert werden kann.

Wenn die Impulsdüse 1 geschlossen wird, werden die Schlitze durch ebenen Kontakt des festen Schlitzele ments 3 und des beweglichen Schlitzelements 4 abge dichtet.

(Zweite Ausführungsform)

Es ist notwendig, die Impulsdüse grob zu gestalten, um eine große Menge von Gas zu verarbeiten und somit den Reaktionswirkungsgrad der Reaktionsvorrichtung zu ver bessern; während in der ersten Ausführungsform das fe ste Schlitzelement 3, das bewegliche Schlitzelement 4 und die piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6 groß gestaltet werden, besteht das Problem, daß das bewegliche Schlitzelement 4 von einem Gasdruck nicht gleitend bewegt wird und die Gasströmung G in Form ei nes Pulses nicht auftritt.

Dies wird durch die Tatsache verursacht, daß die An triebskraft der piezoelektrischen Kristallelemente 5 und 6 überschritten wird, wenn das bewegliche Schlitz element 4 groß gestaltet wird, da die Antriebskraft der in der Impulsdüse 1 eingesetzten piezoelektrischer Kristallelemente 5 und 6 begrenzt ist. Ein Faktor bei der Vermeidung oder der Störung der Zunahme der Kapa zität der Impulsdüse ist, daß das bewegliche Schlitz element 4 mit einer Größe, die das gleitende Bewegen durch die Antriebskraft der piezoelektrischen Kri stallelemente 5 und 6 erlaubt, verwendet werden muß.

Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Impulsdüse 11 im Schnitt mit einer Vielzahl (fünf Sätze in dieser Aus führungsform) von Impulsdüsen 1 gezeigt ist, die par allel angeordnet sind, um die Probleme der ersten Aus führungsform zu lösen.

Ein Düsenteil 12 der Impulsdüse 11 weist eine Düsen öffnung 12b auf, die mit einem Düseneinlaß 12a in Ver bindung steht und einen inneren Bereich hat, der sich auf seinem Weg verengt, und die einen Düsenauslaß 12c aufweist, der sich mit einem vergrößerten Durchmesser öffnet. Eine Vielzahl von festen Schlitzelementen (fünf Sitze in Fig. 4 und 5) 13 ist nebeneinander an geordnet und weist eine Vielzahl von in Fig. 5 senk rechten Schlitzen (drei Schlitze in Fig. 4) auf, die senkrecht zur Gasströmung G und der Düsenöffnung 12b fest in einer Einlaß-Seitenkammer 12d des Düsenteils 12 angeordnet sind.

Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, ist eine Vielzahl (fünf Sätze in den Zeichnungen) von beweglichen Schlitzele menten 4 mit einer Breite von etwa 50 mm und mit einer Vielzahl von Paaren von piezoelektrischen Kristallele menten 5 und 6 zum gleitenden Bewegen der beweglichen Schlitzelemente 4 relativ zu den festen Schlitzelemen ten 13 in der Einlaß-Seitenkammer 12 des Düsenteils 12 angeordnet, so daß sie gleitend zu den festen Schlitz elementen 13 bewegt werden.

Die Vielzahl von Paaren von piezoelektrischen Kri stallelementen 5 und 6 wird von einem nicht gezeigten, extern angeschlossenen Impulsgenerator gleichzeitig in die gleiche Richtung angetrieben.

Die gleichen Elemente wie die von Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und ihre Beschreibung ist hier weggelassen.

In dieser Ausführungsform weist die Impulsdüse 11 eine Vielzahl von Impulsdüsen 1 der ersten Ausführungsform parallel auf, während die Zahl der Impulsdüsen 1 ge eignet erhöht oder erniedrigt werden kann, entspre chend der gewünschten Kapazität der Impulsdüse 11.

Wenn die Zahl der beweglichen Schlitzelemente 4 und der Paare von piezoelektrischen Kristallelementen 5, 6 fünf ist, ist die Gesamtbreite der beweglichen Schlitzelemente 4 fünf Mal der Breite der Impulsdüse 1, und die Kapazität der Impulsdüse 11 ist ebenfalls fünf Mal der Impulsdüse 1 der ersten Ausführungsform.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausfüh rungsform beschränkt, während die vorliegende Erfin dung durch andere Mittel mit ähnlicher Funktion er reicht werden kann, und diverse Änderungen und Zusätze können durchgeführt werden, ohne daß vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

Claims

1. Impulsdüse einer Reaktionsvorrichtung, die durch Expansion eines Hochdruck- und Normaltemperaturgases in wärmeisolierender Weise eine sehr niedrige Tempera tur erhält, umfassend:
- ein festes Schlitzelement, das an einem Einlaß der Impulsdüse angeordnet ist und eine Vielzahl von Schlitzöffnungen aufweist; ein bewegliches Schlitzele ment, das relativ zum festen Schlitzelement gleitend beweglich ist und eine Vielzahl von ähnlichen Schlitz öffnungen aufweist, die an einer Position angeordnet sind, die mit der der Vielzahl von Schlitzöffnungen des festen Schlitzelements zusammenfällt, wenn die Im pulsdüse offen ist; und zwei piezoelektrische Kri stallelemente, die jeweils beide Enden des beweglichen Schlitzelements abstützen, um für das gleitende Bewe gen des beweglichen Schlitzelements von dessen beiden Enden zu sorgen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden piezoelektri schen Kristallelemente durch ein extern angelegtes Im pulssignal gemeinsam in die gleiche Richtung angetrie ben werden, und daß, wenn die Vielzahl von Schlitzöff nungen des gleitend bewegten beweglichen Schlitzele ments mit der Vielzahl von Schlitzöffnungen des festen Schlitzelements zusammenfallen, die Impulsdüse geöff net wird, während, wenn die Öffnungen nicht zusammen fallen, die Impulsdüse nicht geöffnet wird.

2. Impulsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Im pulsdüsen umfaßt, die parallel angeordnet sind.