DE2041944C3

DE2041944C3 - Dynamischer Strömungsmittelverstärker

Info

Publication number: DE2041944C3
Application number: DE2041944A
Authority: DE
Inventors: Osaka Hirakata; Fumio Naito; Shoji Nishinomiya Hyogo Sugaya; Fumio Suzuki
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1969-08-23
Filing date: 1970-08-24
Publication date: 1975-01-09
Also published as: JPS4829664B1; US3721255A; FR2059651A1; GB1318309A; DE2041944A1; DE2041944B2; FR2059651B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen dynamischen Strömungsmittelverstärker mit einer Wechselwirkungskammer, in welche eine Leistungsstrahldüse für das Strömungsmittel sowie etwa rechtwinklig dazu zwei gegenüberliegende Steuerdüsen münden und von welcher zwei durch einen Strömungsmittelteiler getrennte Auslaßkanäle ausgehen, wobei jede Steuerdüse über einen einen Strömungsmittelwiderstand enthaltenden Kanal, von welchem ein Abschnitt eine Heizvorrichtung enthält, mit einem Einlaßkanal für die Leistungsstrahldüse verbunden ist.

Bei einem bekannten Strömungsmittelverstärker dieser Art (USA.-Patentschrift 3452 767), der mit Gas betrieben wird, ist stromaufwärts der Heizvorrichtung jeweils eine Drosselstelle angeordnet, durch die der Massenslxom in den Steuerkanälen konstant gehalten werden soll. Wenn eine der beiden Heizvorrichtungen in Betrieb gesetzt wird, wird dem in dem betreffenden Steuerkanal strömunden Gas Energie zugeführt, so daß sich der Gessimtdruck des Gases erhöht. Hierdurch entsteht eine Druckdifferenz zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Steuerdüsen, wodurch der in die Wechselwirkungskammer eintretende Strömungsstrahl von dem einen Auslaßkanal in den anderen Auslaßkanal umgeschaltet wird. Eine gewisse Schwierigkeit ergibt sich bei Verwendung eines solchen Strömungsmittelverstärkers daraus, daß eine relativ große Temperaturänderung erforderlich ist, um ein zur Umschaltung ausreichendes Steuersignal zu erbalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsmittelverstärker der angesprochenen Art so auszubilden, daß bereits eine kleine Temperaturänderung ein eindeutiges Steuersignal ergibt.

Dies wird bei einem dynamischen Strömungsmittelverstärker der eingangs angegebenen Art erfindongsgemäß dadurch erreicht, daß das Strömungsmittel eine durch die Heizvorrichtung verdampfende Flüssigkeit ist und daß der stromabwärts der Heizvorrichtung liegende (erste) Kanalabschnitt einen größeren Strömungsmittelwiderstand hat als der stromaufwärts liegende (zweite) Kanalabschnitt.

Bei der Erfindung macht man sich die Tatsache zunutze, daß die dynamische Viskosität (die auf die Dichte bezogene Viskosität) eines Strömungsmittels in Gasform wesentlich kleiner als in flüssiger Form ist. So ist beispielsweise die dynamische Viskosität eines üblichen Kältemittels in Gasform etwa V₂₀stel des Wertes in flüssiger Form. Dies bedeutet, daß der Massenstrom eines Strömungsmittels bei sonst gleichen Bedingungen in Gasform wesentlich kleiner als in flüssiger Form isl. Wenn daher das Strömungsmittel vor Einschaltung der Heizvorrichtung als Flüssigkeit und nach Einschalten der Heizvorrichtung als Gas durch den Steuerkanal strömt, wird der Massenstrom des Strömungsmittels schlagartig verringert.

Da sich andererseits das Volumen des Strömungsmittels bei der Verdampfung schlagartig vergrößert, tritt im Bereich der Heizvorrichtung ein plötzlicher Druckanstieg ein. Damit sich Jieser plötzliche Druckanstieg nicht durch den Steuerkanal zur Steuerdüse fortpflanzt und das Steuersignal verfälscht, sind die Steuerkanäle so ausgebildet, daß der stromabwärts der Heizvorrichtung liegende Kanalabschnitt einen größeren Strömungsmittelwiderstand als der stromaufwärts liegende Kanalabschnitt hat. Hierdurch wird der durch die Verdampfung der Flüssigkeit auftretende plötzliche Druckanstieg gedämpft.

Auf diese Weise erhält man unter Ausnutzung des Phasenwechsels des Strömungsmittels selbst bei einer kleinen Temperaturänderung des strömenden Mediums ein eindeutiges ausgeprägtes Steuersignal zum Umschalten des Hauptstrahls.

Die Änderung des Strömungswiderstands in den Steuerkanälen kann durch eine Längen- bzw. Querschnittsbemessung oder aber auch durch einen diskreten Strömungswiderstand beispielsweise in Form einer Drosselstelle erzielt werden. Der diskrete Strömungsmittelwiderstand wird zweckmäßigerweise nahe der Heizvorrichtung angeordnet.

An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungsmittelverstärker,

Fig.2 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 4 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fi g. 5 die Beziehung zwischen dem Massenstrom und der Druckdifferenz in einem Steuerkanal ohne Drosselung,

Pie, 6 die Beziehung zwischen dem Massenstrom „nd der Druckdifferenz in einem Steuerkanal mit

Srosselung.

Der in F i g. 1 dargestellte dynamische Strömungsmittelverstärker weist einen Einlaßkanal 10 für die Zufuhr des Strömimgsmittels auf. Der Einlaßkanal in ist über eine Le'.stungsstrahldüse 12 mit einer Wechselwirkungskammer 14 verbunden, von der Twei eetrennte Auslaßkanäle 16 und 18 ausgehen.

Zwei symmetrisch zueinander angeordnete Steuerlranäle 20 und 22 gehen von dem Einlaßkanal 10 aus nnd führen zu der Wechselwirkungskammer 14. Der «Heuerkanal 20 weist eine Einlaßöffnung 21 α auf, die in einer Seitenwand des Einlaßkanals 10 gebildet ist. ner Steuerkanal verläuft in U-Form zu einer Steuerdüse 21 b die in der Seitenwand 24 der Wechselwirimneskammer 14 mündet. In gleicher Weise besitzt der Steuerkanal 22 eine Einlaßöffnung 22 a, die in der anderen Seitenwand des Einlaßkanals 10 gebildet ist und der Einlaßöffnung 21 α des Steuerkanals 20 direkt gegenüberliegt. Der zweite Steuerkanal führt ?n U-Form zu einer Steuerdüse 22 6, der in der Seienwand 26 der Wechselwirkungskammer 14 mün-S und zwar an einer Stelle, die der Steuerdüse 21 b Sau gegenüberliegt. Aus noch zu beschreibenden gründen sind in den Steuerkanälen 20 und 22 elek-She Heizvorrichtungen 28, 30 angeordnet, die die Serkanäle teilweise überdecken. ^S Eine ι Wanne verdampfende Flüssigkeit, z. B. ein handelsübliches Kältemittel wird in den Einlaßkanal 10 eingeleitet und fließt durch die Leistungs-S düse 12 in die Wechselwirkungskammer 14. Sud ich wird ein Teil der dem Einlaßkanal zügemh Flüssigkeit in die Steuerkanäle 20 und 22 ab-S und I, fließt durch deren entsprechende

in die Wechselwirkungskammer 14. TIm entsprechend der üblichen Anwendung eines StSüSSUrstarke« die Hauptströnfe der Sßkeit in den einen oder anderen der beiden AuSkanäle 16 und 18 zu leiten, muß quer zu dem ius der Leistungsstrahldüse austretenden Strahl eine Sd Dnickdifferenz erzeugt werden, die den bewirkt, daß sich der Hauptstrahl an die düse 21 b zugeordneten Seitenwand 34 cwrw wirkungskamwer anlegt, so daß die Fiussigkeit den ersten Auslaßkanal 16 strömt. ,

Ist auf der anderen Seite die HeizvomcMung λ· außer Betrieb und die Heizvorrichtung 30 des Steuerkanals 22 in Betrieb, so wird der Hauptttrani w« Einlaßkanal 16 in den Auslaßkanal 1» ^ver> ^c"; Wenn der Hauptstrahl wieder zum Ausia ¹^"" zurückverstellt werden soll, wird die ^ne%r"" . tung 30 abgestellt und die Heizvorrichtung Ί» erneu in Betrieb genommen, um die Flüssigkeit w> »«u kanal 20 zu verdampfen. Der Stromungsm lteiver stärker kann so ausgestaltet sein, daß die "^auP^_R ^l. mung zu gleichen Anteilen aus den beiden ausub* nälen ausströmt, wenn kein Steuersignal autgeoracn wird, d. h. keine der beiden Heizromchtangen 2» und 30 in Betrieb genommen wird. Er K*nn auui ausgebildet sein, daß bei normalem Heizbetneo ao der Heizvorrichtungen kein Signal erzeugt wiru zur Verstellung des Hauptstrahls zn «ineir.der^e.-den Auslaßkanäle die Heizvorrichtungen wamw außer Betrieb genommen werden.

Wie von einem Fachmann leicht yen*»«ⁿ ^⁵J_n ,5 den kann, ruft eine verdampfbare in einein engen Kanal, z. B. in einem Kapillarrohr, verdampfte Hus sigkeit einen sofortigen Druckanst.eg hervor Der er zeugte höhere Druck pflanzt sich durch den Kanal fort. Tritt ein solcher höherer Druck '^ ^der auf, dampfung der Steuerflussigkeitiin Steuerkanal a , so setzt er sich in Strömungsnchtung durch den bteu erkanal fort und führt dazu, den «f™^*^. rigen Druckzustand im Bereich der_ß Steuert«* ^. folge der geringeren Stromungsmenge zu,stören. ua durch wird der gewünschte quer an ^d« Haupt mung anliegende Druckunterschied verfälscht

zu einem fehlerhaften Betneb des ^^""f Verstärkers führt. Daher ist es w.chUg^ Mitte sehen die das Auftrete „der ptobhd«^n

Drücke, die sich durch die SteuerKanaie mungsrichtung; fortpflanzer,

Zu diesem Zweck sind die
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größeren Strömungswiderstand aufwe isenι

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Besetzt so wird die Flüssigkeit im Steuerkanal durch «to viel größere Strömungsmenge ak durch den Steuerdusen 21 6 und 22 ft £««*» «,„»labschnitte ^^* _M „„ ^Be«, Strömungs.

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vorrichtungen der Steuerkanäle hervorgerufen werden, den erwünschten niedrigen Druck an den Steuerdüsen negativ beeinträchtigen. Außerdem ergibt sich durch den stromabwärtigen längeren Kanalabschnitt ein größerer Strömungswiderstand für die Gasströmung. Dadurch wird zusätzlich die Strömungsmenge des Gases verringert, was wiederum zur Vergrößerung der Druckdifferenz beiträgt.

Bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform wird der gewünschte größere Strömungswiderstand dadurch gebildet, daß die Kanalabschnitte 32 und 34 in Strömungsrichtung hinter den Heizvorrichtungen einen kleineren Durchmesser erhalten als die Kanalabschnitte 36 und 38 vor den Heizvorrichtungen.

Bei einer weiteren Ausführungsform, wie sie in Fig.3 dargestellt ist, werden die Steuerkanäle 20 und 22 mit diskreten Strömungswiderständen in Form von Drosselstellen 40 und 42 versehen, die in der Nähe und in Strömungsrichtung hinter den Heizvorrichtungen 28 bzw. 30 angeordnet sind. Die Verwendung von Drosselstellen ermöglicht eine kleinere und kompaktere Ausbildung des Strömungsmittelverstärkers.

Zur Herbeiführung einer wirksameren Verdampfung können die Strömungsmittelwiderstände 40 und 42 nahe bzw. innerhalb der Heizvorrichtungen angeordnet werden, d. h. innerhalb der Abschnitte der Steuerkanäle, die von den Heizvorrichtungen 28 und 30, wie es in Fig.4 gezeigt ist, umgeben werden. Dies rührt daher, daß es leichter ist, einen Flüssigkeitsstrom, der durch einen kleineren Querschnitt fließt, zu erwärmen.

Der durch die Erhöhung des Strömungswiderstandes erhaltene Vorteil kann leicht durch Betrachtung der F i g. 5 und 6 verstanden werden. Die Figuren geben die Beziehung zwischen dem Massenstrom durch den in Strömungsrichtung hinter der Heizvorrichtung liegenden Kanalabschnitt und dem Druckunterschied zwischen den gegenüberliegenden Steuerdüsen wieder. Weist der Strömungsmittelverstärker keinen erhöhten Strömungswiderstand in den stromabwärtigen Kanalabschnitten auf, so stellt sich eine lineare Abhängigkeit, wie durch die Gerade in F i g. 5 gezeigt ein. Wenn daher der Druckunterschied zwischen den Steuerdüsen infolge eines im vorderen Kanalabschnitt des Steuerkanals erzeugten höheren Drucks ansteigt, so steigt die Strömungsmenge des Strömungsmittels im hinteren Kanalabschnitt des Steuerkanals entsprechend an.

Hat hingegen der Strömungsmittelverstärker in

ίο den stromabwärtigen Kanalabschnitten einen erhöhten Strömungsmittelwiderstand, so stellt sich die durch die Kurve in Fig.6 wiedergegebene Abhängigkeit ein. Für diesen Fall führt ein Ansteig der Druckdifferenz nicht notwendigerweise zu einem entsprechenden Anstieg des Massenstroms. Die Zunahme des Massenstroms ist wesentlich kleiner als die der Druckdifferenz, und wenn die Druckdifferenz einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird die Zunahme des Massenstroms so gering, daß sie vernachlässigt werden kann, wobei ein unterschiedlicher, ungewöhnlich hoher Druck, der in dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt erzeugt wird, keinen wesentlichen Anstieg des Massenstroms im stromabwärtigen Kanalabschnitt verursacht, so daß das gasförmige Strö-

»S mungsmittel im wesentlichen mit der gleichen vorgegebenen Menge unabhängig von dem hohen Druck im vorderen Kanalabschnitt durch den Steuerkanal hindurchfließt und den gewünschten, quer zur Hauptströmung gerichteten Druckunterschied erzeugt.

Die Steuerrohre können vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie als Steuerflüssigkeit weniger als 2 °/o der dem Einlaßkanal zugeführten Flüssigkeit enthalten. Ein kleinerer Anteil der Steuerflüssigkeit macht

es leichter, diese mit einer kleineren Heizleistung zu verdampfen. Beispielsweise kann das Steuerrohr einen Durchmesser von 0,2 mm und eine Länge von 150 mm aufweisen, wenn es keine Drosselstelle besitzt. Die Leistungsstrahldüse kann so ausgebildei

sein, daß sie einen Durchmesser von 0,5 mm und eine Länge von 1 mm hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dynamischer Strömungsmittelverstärker mit einer Wechselwirkungskaramer, in welche eine Leistungsstrahldüse für da« Strömungsmittel sowie etwa rechtwinklig da2.11 zwei gegenüberliegende Steuerdüsen münden und von welcher zwei durch einen Strömungsmittdteiler getrennte Auslaßkanäle ausgehen, wobei jede Steuerdüse über einen einen Strömungsmittelwiderstand enthaltenden Kanal, von welchem ein Absclmitt eine Heizvorrichtung enthält, mit einem Einlaßkanal für die Leistungsstrahldüse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel eine durch die Heizvorrichtung verdampfende Flüssigkeit ist und daß der stromabwärts der Heizvorrichtung (28, 30) liegende (erste) Kanalabschnitt (32, 34) einen größeren Strömungsmittelwiri°rstand hat als der stromaufwärts liegende (zweite/ Kanalabschnitt (36, 38).

2. Dynamischer Strömungsmittelverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanalabschnitt (32, 34) eine größere Länge als der zweite Kanalbaschnitt (36, 38) hat.

3. Dynamischer Strömum?smittelverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanalabschnitt(32,34) einen kleineren Strömungsmittelquerschnitt als der zweite Kanalabschnitt (36, 38) hat.

4. Dynamischer Strömungsmittelverstärker nach einem der Ansprüche I b'-> 3, dadurch gekennzeichnet, daß im ersfn Kanalabschnitt der diskrete Strömungsmittelwiderstar.d (40, 42) angeordnet ist.

5. Dynamischer Ströniungsmittelverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmittelwiderstand (40, 42) in der Heizvorrichtung (28, 30) angeordnet ist.

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