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Strahlverdichter Gegenstand der Erfindung ist die besondere Ausbildung
von Düsen an Strahlver= dichtern für Gase oder Dämpfe.
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Bekanntlich ist der Wirkungsgrad derartiger Vorrichtungen im allgemeinen
schlecht, weil die Stoßwirkung beim Zusammentreffen des Treibstrahles und dem getriebenen
Mittel eine Vernichtung der Bewegungsenergie zur Folge hat, die um so erheblicher
ist, je mehr die Geschwindigkeiten der zusammentreffenden Mittel voneinander abweichen.
Diese Stoßwirkung kann vermieden werden, wenn beide Mittel beim Zusammentreffen
etwa gleiche Geschwindigkeiten haben. Für die Benutzung gas- oder dampfförmiger
Treibmittel hat man daher Anordnungen vorgeschlagen, bei denen der Treibstrahl in
dem getriebenen Mittel einen Sog erzeugt, durch den dieses vor dem Eintritt seiner
Vereinigung mit dem Treibmittel in Strömung versetzt wird. Selbstverständlich ist
es aber völlig unmöglich, in solchen Fällen etwa gleiche Strömungsgeschwindigkeiten
beider Mittel für den Augenblick ihres Zusammentreffens zu erreichen. Wenn nämlich
die Dichte des Treibmittels und des getriebenen Mittels von gleicher Art sind, wäre
die ganze innere Energie des getriebenen Mittels erforderlich, um diesem die erforderliche
Strömungsgeschwindigkeit zu verleihen, und die Rückverdichtung im Diffusor des Strahlverdichters
wäre unmöglich.
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Die Benutzung einer heißen, unter Druck stehenden Flüssigkeit als
Treibmittel zur Verdichtung eines Gases oder Dampfes ermöglicht theoretisch die
Lösung der Aufgabe. Da die Dichte einer Treibflüssigkeit sehr viel höher ist als
die des getriebenen Gases oder Dampfes, 'kann der Treibstrahl die Geschwindigkeit
und außerdem die erforderliche Bewegungsenergie zum Mitreißen und Verdichten des
genannten Dampfes liefern, auch wenn er am Ausgang der Entspannungsdüse eine verhältnismäßig
geringe Geschwindigkeit hat. Unter diesen Umständen ist nur eine geringe Energie
erforderlich, um dem getriebenen Mittel eine vorgängige
Geschwindigkeit
zu erteilen, die der des Treibmittels weitgehend angepaßt ist.
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Man hat bereits vorgeschlagen, in Strahlverdichtern zum Verdichten
von Gas oder Dampf eine unter Druck stehende Flüssigkeit zu verwenden, beispielsweise
Wasser, das bis zu einem geeigneten Wärmestand erhitzt ist. Aber in diesem Falle
ist der aus der Entspannungsdüse austretende Treibstrahl im allgemeinen zu dünn
und droht die Mischkammer zu durchstoßen, ohne eine Mitreißkraft zu entwickeln und
ohne einen Strom zu bilden, der den Diffüsor auszufüllen vermöchte. Die Vorrichtung
würde dann nicht wirken. Darüber hinaus ist der Querschnitt des Treibstrahles in
den meisten Fällen zu klein, um seine Aufteilung in mehrere gegebenenfalls flache
oder sternförmige oder anders verformte Strahlen mit großer Oberfläche zuzulassen,
wie das bei Strahlendichtern bekannt ist.
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Man hat nun vorgeschlagen, einen solchen Ausgangswärmestand der Treibflüssigkeit
zu wählen, daß diese, die vor ihrem Eintritt in den Verdichter nicht verdampfen
kann, bei ihrer Entspannung im Inneren desselben sich teilweise in Dampf auflöst.
So erhält man einen ausgebreiteten Treibstrahl aus einer Mischung von Dampf und
seinen Flüssigkeitströpfchen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Art von Strahlv erdichtern zu
verbessern. Sie kennzeichnet sich durch die Ausbildung einer Entspannungsdüse, iil
deren Innerem die Teilverdampfung zur Erzielung eines ausgebreiteten Treibstrahles
in zwei Stufen erfolgt.
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Wenn lz den absoluten Druck am Ausgang der Mischdüse darstellt, wird
die Treibflüssigkeit unter einem DruckH und einemWärmestand in die Düse eingeführt,
für den der Druck hl, bei dem die Flüssigkeit siedet, unterhalb H aber ein
wenig über la liegt.
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Im ersten Teil der Düse entspannt sich die Flüssigkeit vom DruckH
bis zum Druck hl, ohne dabei verdampfen zu können; sie bleibt vielmehr in flüssigem
Zustande und erhöht ihre Geschwindigkeit nach bekanntem Gesetz. Sobald der Druck
bis zum Wert hl gesunken ist, verdampft die Flüssigkeit teilweise, und es erfolgt
eine Entspannung, bei der eine beträchtliche Aufweitung des Strahles eintritt, da
der frei gewordene Dampf viele tausend mal weniger dicht ist als die ihn liefernde
Flüssigkeit.
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Abb. i zeigt einen Mittellängsschnitt einer Düse nach der Erfindung,
Abb. a das Schema einer Dampfkältemaschine, die mit einem Strahlverdichter nach
der Erfindung ausgerüstet ist.
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Gemäß Abb. i erfolgt die Entspannung der Flüssigkeit oberhalb des
Siededruckes im Teil i- der Düse i. Dieser Teil kennzeichnet sich als ,verengte,,
Röhre von entsprechend errechneter Länge am Ende des Zuflußkanals. An diese sich
verengende Röhre schließt sich eine starke Erweiterung iL an. In dieser erfolgt
die Entspannung unter Dampfentwicklung bei einem Druck unterhalb hl. Die Entspannung
setzt sich fort in der Erweiterung ic der Düse bis zum Ende a, wo das Gemisch aus
Flüssigkeit und Dampf auf die Spannung in der Mischkammer 3 trifft.
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Diese Entspannung ist begleitet von einer Geschwindigkeitssteigerung;
so daß die Ausbreitung des Stromes durch Wiederverdichtung unter Verbrauch der entsprechenden
Bewegungsenergie ausgeglichen wird. Auf diese Weise wird zwar die mittlere Dichte
dür treibenden Flüssigkeit herabgesetzt, was teilweise den gewünschten Erfolg wieder
aufhebt, aber man kann feststellen, daß bei der außerordentlichen Volumenvergrößerung
beim Übergang vom flüssigen zum dampfförmigen Zustand schon eine sehr geringe Verdampfung
genügt, um den Strom so stark aufzuweiten, daß man eine wirksame Mischung mit dem
mitgerissenen Stoff enthält. Tatsächlich kann man die Auf-,veitung und das entsprechende
Opfer an Dichte durch die Wahl des anfänglichen Wärmestandes beliebig regeln.
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Die Düse hat außen vorzugsweise zylindrische Form und ist von einem
zvlindrischen Rohr 3 umgeben. Der ringförmige Raum ,1 zwischen der Düse und der
Innemvand der Mischkammer 3 bildet den Zuflußkanal für das getriebene Mittel. Sein
Querschnitt bestimmt sich mit Rücksicht auf die tatsächliche Geschwindigkeit am
Ende der Düse, d. h. mit Rücksicht auf das Gesamtergebnis aus Strömungsbeginn im
Teil ja und Strömungszuwachs im Teil lv.
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Die beschriebene Vorrichtung kann in vielen Fällen angewendet werden,
wo man zur Zeit Strahlverdichter oder Raumverdichter bzw. Zentrifugalkompressoren
benutzt.
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Abb. z zeigt die Anwendung eines Verdichters nach der Erfindung zum
Betrieb einer Kältemaschine.
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5 ist ein Verdampfer, in dem eine Salzlösung bei o° herabrieselt (diese
Zahl sowie auch die folgenden dienen lediglich zur Erläuterung des Grundgedankens,
sollen aber keine irgendwie einschränkende Bedeutung haben). Die Lösung tritt bei
6 ein und wird bei 7 durch eine Pumpe 8 abgesogen. Der Behälter ist luftleer, und
der Strahlverdichter 9 gemäß Abb. i wird mit unter Druck s te 'hendem Wasser von
io her gespeist. t> Sie verdichtet den von der Salzlösung herstammenden Dampf und'
treibt ihn mit Wasser
gemischt in den Oberflächenkondensator i i
an sich bekannter Art, in dem der Dampf niedergeschlagen und das Wasser- von q.0°
durch die Pumpe 12-abgesogen (wird, die bei 13 den Kondensationsdampf, der mit der
Salzlösung wieder vereinigt werden kann, nach außen abführt und den Rest des Wassers
bei q.0° Wärme und beispielsweise unter einem Druck von 6o at zu der Düse zurücktreibt.
Man ersieht daraus, daß das Wasser sich ohne weiteres unter Druck-und Temperaturbedingungen
befindet, die für ein Durchfließen der Düse von der Art nach Abb. i erforderlich
sind.
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Man bemerkt, daß in einer solchen Maschine der Kondensator nur die
Wärme herauszubringen hat, die der Salzlösung entzogen ist und die durch die mechanische
Arbeit des Verdichters geliefert wird. Die Maschine steht also in dieser Hinsicht
den Maschinen mit mechanischem Verdichter völlig gleich und ist den Maschinen mit
Dampfverdichter überlegen, deren Kondensator-auch die Kondensationswärme des treibenden
Dampfes 'herausziehen muß. Wenn man nach dem Schema der Abb.2 die Salzlösung durch
die Röhren des Oberflächenkondensators i i laufen läßt, der Art, daß man ihn deren
Wärmemenge zuführt, dann hat man eine Vorrichtung zur Herstellung destillierten
Wassers.
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Schließlich kann das gleiche Schema mit geringfügigen Abänderungen
als Wärmepumpe zur Beheizung von Räumen benutzt werden.
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Alle diese Anwendungsarten sind selbstverständlich nur als Beispiele
angegeben, und man kann im Rahmen der Erfindung Abänderungen und Ausführungsformen
und Einzelheiten vornehmen. Die treibenden bzw. getriebenen Stoffe können beliebiger
Artsein, flüssig oder gasförmig, unter der Voraussetzung, daß ihre physikalischen
Eigenschaften den obengenannten Bedingungen für ihre gegenseitige Wirkung aufeinander
genügen.
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Die Querschnitte der Düsen des Diffusors und des Zuflußkanals können
beliebige Formen haben, einadrig, mehradrig, gewunden u. dgl.